(57)【要約】      （修正有）【課題】発光効率及び電力効率が良好な窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】ｎ型窒化物半導体層９と、下部発光層１３と、中間部発光層１４と、上部発光層１５と、ｐ型窒化物半導体層１６とをこの順に備える窒化物半導体発光素子であって、下部発光層１３は、複数の下部井戸層と下部井戸層よりバンドギャップの大きい複数の下部バリア層とが交互に積層され、中間部発光層１４は、少なくとも一つ以上の中間部井戸層と中間部井戸層よりバンドギャップの大きい少なくとも一つ以上の中間部バリア層とが交互に積層され、上部発光層１５は、複数の上部井戸層と上部井戸層よりバンドギャップの大きい複数の上部バリア層とが交互に積層されたものであり、中間部バリア層の厚さは、下部バリア層及び上部バリア層の厚さよりも薄く、中間部井戸層の厚さは、上部井戸層の厚さよりも薄い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、下部発光層と、中間部発光層と、上部発光層と、ｐ型窒化物半導体層とをこの順に備える窒化物半導体発光素子であって、
前記下部発光層は、複数の下部井戸層と該下部井戸層よりバンドギャップの大きい複数の下部バリア層とが交互に積層され、
前記中間部発光層は、少なくとも一つ以上の中間部井戸層と該中間部井戸層よりバンドギャップの大きい少なくとも一つ以上の中間部バリア層とが交互に積層され、
前記上部発光層は、複数の上部井戸層と該上部井戸層よりバンドギャップの大きい複数の上部バリア層とが交互に積層されたものであり、
前記中間部バリア層の厚さは、前記下部バリア層及び前記上部バリア層の厚さよりも薄く、前記中間部井戸層の厚さは、前記上部井戸層の厚さよりも薄いことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記中間部バリア層の厚さは、前記下部バリア層の厚さより０．５ｎｍ以上薄いことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記下部バリア層または前記上部バリア層のうち、少なくともいずれか一方の厚さは、ｐ型窒化物半導体層側に近づくにつれて薄くなることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記下部井戸層のｎ型ドーピング濃度は、３×１０１７ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１〜３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記上部バリア層のｎ型ドーピング濃度は、８×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１〜４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記下部発光層の平均ｎ型ドーピング濃度は、前記上部発光層の平均ｎ型ドーピング濃度より高いことを特徴とする請求項１〜５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記下部バリア層または前記上部バリア層のうち、少なくともいずれか一方のｎ型ドーピング濃度は、ｐ型窒化物半導体層側に近づくにつれて低くなることを特徴とする請求項１〜６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し、大電流で駆動しても動作電圧の上昇を防止するとともに、発光効率も向上させられる窒化物半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下「窒化物半導体」と呼ぶ）は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光のエネルギーに相当するバンドギャップを有しているため、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を発光する発光素子やその領域の波長を有する光を受光する受光素子の材料として有用である。
【０００３】
また、窒化物半導体は、窒化物半導体を構成する原子間の結合が強く、絶縁破壊電圧が高く、飽和電子速度が大きいことから、耐高温・高出力・高周波トランジスタなどの電子デバイスの材料としても有用である。さらに、窒化物半導体は、環境を害することがほとんどなく、取り扱いやすい材料としても注目されている。
【０００４】
このような窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子では、発光層として量子井戸構造を採用することが一般的である。電圧が印加されると、発光層中の井戸層において電子とホールとが再結合され、これにより、光が発生する。発光層は、単一量子井戸構造からなっても良いし、井戸層とバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなっても良い。
【０００５】
前記多重量子井戸構造に係る技術として、特許文献１には、活性層が、アンドープＧａＮバリア層とｎ型不純物がドープされたＩｎＧａＮ量子井戸層とが順次積層されてなることが記載されている。また、このアンドープＧａＮバリア層は、上記ＩｎＧａＮ量子井戸層と接する界面に拡散防止膜を具備していることが記載されており、この拡散防止膜はＩｎＧａＮ量子井戸層よりも低濃度のｎ型不純物を含んでいることが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、活性層がｎ型不純物を含んでいること、および活性層におけるｎ型不純物濃度はｎ層側の方がｐ層側よりも高いことが記載されており、また、活性層ではｎ型不純物濃度はｎ層側の方がｐ層側よりも高いので、ｎ層側から活性層へのドナーの供給を補うことができ、発光出力の高い窒化物半導体素子が得られることも記載されている。
【０００７】
また、特許文献３には、量子井戸活性層における井戸層の厚さに対しバリア層の厚さを１３倍以上とすることにより、良好な光出力パワーが得られることが記載されている。
【０００８】
ところで、近年、窒化物半導体発光素子の用途として液晶のバックライトや照明用の電球が検討されており、窒化物半導体発光素子を大電流で駆動する場合が増加している。
【０００９】
一般に、窒化物半導体発光素子に印加される電流密度が比較的小さい場合及び大きい場合に発光効率が低下する。
【００１０】
電流密度が比較的小さい場合に発光効率が低下する主な理由は、結晶欠陥などによって生じる準位が発光層に多数存在することにより、発光に寄与せずに熱などに変換される非発光再結合を引き起こすためと考えられている。そのため、従来における窒化物半導体発光素子の発光効率の向上対策は、主として、発光層における結晶欠陥の低減であった。
【００１１】
また、電流密度が大きい場合に発光効率が低下する主な理由としては、発光層における結晶欠陥以外の要因によって発光効率の低減が生じるものであり、後述するようなオージェ再結合説、ピエゾ電界説、オーバーフロー説などが唱えられている。
【００１２】
オージェ再結合とは、励起した電子同士又は正孔同士が相互作用して、片方がエネルギーを渡して輻射せず、もう片方がより高い状態に遷移する過程のことを言い、これにより生成したキャリアが失なわれ発光効率が低下する。活性層の注入キャリア密度が高くなることに伴い、この現象が支配的（注入キャリア密度の３乗に比例して再結合確率が増大する）になる。
【００１３】
また、ピエゾ電界説は、以下のようなものである。井戸層の組成がＩｎxＧａ１−ｘＮでありバリア層の組成がＧａＮである場合、両者の格子定数が異なるため、本来ならば六方晶である格子が長方形状に伸ばされる、あるいは圧縮される。それに伴い、結晶中、特に井戸層中にピエゾ電界が生じ、その影響により半導体のエネルギーバンド（バレンスバンド、コンダクションバンド）の傾きが生じ、発光層に注入されるホールと電子の密度分布の最大となる位置が、井戸層の両側に空間的に分離する。そのため、電子とホールとの発光再結合が妨げられるというものである。
【００１４】
そして、オーバーフロー説は、電子の発光層への注入を多くすると、電子が発光層からあふれでてｐ側の層に達し、そのｐ側の層で発光せずに消滅するというものである。
【００１５】
特許文献４には、高電流密度において効率を向上させるために、発光層を５０Åと２５０Åの間の厚さとして、従来の発光層よりも厚くし、発光層を６×１０１８ｃｍ−３と５×１０１９ｃｍ−３の間のドーパント濃度にドープすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１０９４２５号公報
【特許文献２】特開２００５−０５７３０８号公報
【特許文献３】特開２００７−１５０３１２号公報
【特許文献４】特開２００７−０６７４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１〜４に記載の技術に基づき製造した窒化物半導体発光素子を大電流で駆動しても、発光効率の低下を招き、また動作電圧が上がって消費電力が大きくなることがある。特許文献４では、発光層を従来よりも厚くし、６×１０１８ｃｍ−３と５×１０１９ｃｍ−３の間のドーパント濃度にドープすることによって、発光効率を向上させているが、これにより結晶品質の低下を招ことになり問題を有している。
【００１８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光層の結晶品質を低下させず、大電流で駆動しても動作電圧の上昇を防止でき、発光効率を向上させられる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】
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、下部発光層と、中間部発光層と、上部発光層と、ｐ型窒化物半導体層とをこの順に備える。下部発光層は、複数の下部井戸層と、下部井戸層に挟まれ下部井戸層よりバンドギャップの大きい下部バリア層とが交互に積層されたものである。中間部発光層は、少なくとも一つ以上の中間部井戸層が下部バリア層と中間部バリア層に挟まれ中間部井戸層よりバンドギャップの大きい中間部バリア層とが交互に積層されたものである。上部発光層は、複数の上部井戸層と、上部井戸層に挟まれ上部井戸層よりバンドギャップの大きい上部バリア層とが交互に積層されたものである。中間部発光層における中間部バリア層の厚さは、上部発光層及び下部発光層のバリア層の厚さよりも薄く、中間部発光層における中間部井戸層の厚さは、上部発光層における上部井戸層の厚さよりも薄い。
【００２０】
この構成は、下部発光層のバリア層厚が厚い部分を結晶回復層として機能させ、中間部発光層の井戸層厚およびバリア層厚が薄い部分において電子濃度を高くすることでホールを発光層の中心部にため、発光層内部におけるキャリアの分配を均一にさせ、上部発光層の井戸層厚およびバリア層厚が厚い部分を主たる発光層として機能させるという考えから導かれた。
【００２１】
窒化物半導体発光素子の発光層は、一般にＩｎzＧａ１−ｚＮ（ｚ＞０）から成る井戸層を含むため、発光層の成長温度は、ＧａＮやＡｌＧａＮなどＩｎを含まない窒化物半導体層の成長温度に比べて低い。また、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で結晶成長させる場合は、キャリアガスの大部分として窒素を使っており、水素は全く使わないか、使ったとしてもごく微量である。このような成長条件から、発光層では、結晶欠陥が発生しやすい。
【００２２】
窒化物半導体発光素子に印加される電流密度が大きくなると、発光層における結晶欠陥以外の要因による発光効率の低減が生じる。大電流駆動時における発光効率低下を抑制するために、注入キャリア密度を低くする方法として、多重量子井戸構造における井戸層の層数を増やす手法が考えられる。しかし、井戸層の層数を増やすだけではキャリアが均等に分配されず、複数の発光層を多く活用することができない。そのために、発光層におけるキャリア分配効率を上げるためにキャリアが発光層の中心部から分配される必要がある。特に、電子に比べて移動度の小さいホールが発光層の中心部より分配される必要がある。本発明では、キャリアを発光層の中心部から分配させるために、発光層の中心部に井戸層厚およびバリア層厚の薄い発光層を作るという着想に至った。
【００２３】
中間部発光層における井戸層及びバリア層を薄くすると、以下の効果もあると推定している。下部発光層と、中間部発光層と、上部発光層の井戸層及びバリア層が同程度厚い場合の発光層においては、ｐ層側から注入されるホールの発光層全体への拡散が十分でないため、ｐ層に近い井戸層のホール密度が大きく、ｐ層から離れるについてホール密度が小さくなる。
【００２４】
ホールをより下側の井戸層まで拡散させるためには、中間部発光層における井戸層及びバリア層の厚さを薄くすることで、ホールが発光層全体へ拡散しやすくなる。
【００２５】
これにより、発光効率の向上が図られ、中間部発光層における井戸層及びバリア層の厚さを薄くすることにより、大電流で駆動しても動作電圧の上昇を防止することができる。
【００２６】
また、大電流駆動時におけるキャリア密度の過剰増加の防止を井戸層を厚くすることや井戸層の総数を増やすことによって行っていないため、結晶欠陥を生じさせず、結晶品質を劣化させることがない。
【００２７】
また、発光層としての働きが少ない下部発光層には、バリア層を薄くしてもホールが届きにくいので、その部分は結晶回復層としての働きを重視してバリア層を厚くする。また、上部発光層の井戸層厚及びバリア層厚が厚い部分については、主たる発光層として機能させる。
【００２８】
中間部バリア層の厚さは、下部バリア層の厚さおよび上部バリア層の厚さより０．５ｎｍ以上薄いことが好ましい。
【００２９】
下部バリア層または上部バリア層のうち、少なくともいずれか一方の厚さは、ｐ型窒化物半導体層側に近づくにつれて薄くなることが好ましい。
【００３０】
下部井戸層のｎ型ドーピング濃度は、３×１０１７ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００３１】
上部バリア層のｎ型ドーピング濃度は、８×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００３２】
下部発光層の平均ｎ型ドーピング濃度は、前記上部発光層の平均ｎ型ドーピング濃度より高いことが好ましい。
【００３３】
下部発光層は、上部発光層に対するｎ型キャリア注入層としても働くため、下部発光層の平均ｎ型ドーピング濃度を上部発光層および中間部発光層の平均ｎ型ドーピング濃度よりも高くすることで、電子の移動が容易になり、その部分の電気抵抗が低減し、駆動電圧を低減できる。
【００３４】
下部バリア層または上部バリア層のうち、少なくともいずれか一方のｎ型ドーピング濃度は、ｐ型窒化物半導体層側に近づくにつれて低くなることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体発光素子によれば、発光層の結晶品質を低下させず、大電流で駆動しても動作電圧の上昇を防止でき、発光効率を向上させられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の概略平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子を構成する窒化物半導体層におけるバンドギャップＥｇの大きさを模式的に示すエネルギー図である。
【図４】実施例の結果を示すグラフである。
【図５】実施例の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
なお、以下では、「バリア層」は、井戸層に挟まれた層を指し、井戸層に挟まれていない層は、「最初のバリア層」または「最後のバリア層」という形で井戸層に挟まれた層とは表記を変えている。本発明においては、井戸層と井戸層との間に形成されたバリア層におけるホールあるいは電子の移動が特に重要だからである。
【００３８】
また、以下の実施の形態では、「下部発光層」および「中間部発光層」および「上部発光層」という表記を用いているが、「下部発光層」とはｎ側窒化物半導体層に近い側の層を指すための便宜上の表現であり、「中間部発光層」とは「下部発光層」と「上部発光層」に挟まれた層を指すための便宜上の表現であり、「上部発光層」とはｐ側窒化物半導体層に近い側の層を指すための便宜上の表現である。例えば図１の上下を反転させても、「下部発光層」および「上部発光層」の表記は変わらない。「上部発光層」の上に基板を設けても良いし、また基板を剥離して基板のない窒化物半導体発光素子としてもよい。
【００３９】
また、以下では「キャリア濃度」という言葉と「ドーピング濃度」という言葉とを用いているが、その関係については後述する。
【００４０】
また、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。さらに、本発明の図面において、長さ、幅、および厚さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００４１】
（実施形態）
図１および図２は、それぞれ、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１の概略断面図および概略平面図である。図２に示すＩ−Ｉ線における断面図が図１に相当する。また、図３は、図１に示された窒化物半導体発光素子１における超格子層１１からｐ型窒化物半導体層１６までにおけるバンドギャップＥｇの大きさを模式的に示すエネルギー図である。図３の縦軸方向は図１に示す層の上下方向であり、図３の横軸のＥｇは各組成におけるバンドギャップの大きさを模式的に表している。また、図３では、ｎ型ドーピングを行なう層には斜線を塗っている。
＜窒化物半導体発光素子＞
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１は、基板３の上面上に、バッファ層５と、下地層７と、ｎ型窒化物半導体層９，１０と、超格子層１１と、下部発光層１３と、中間部発光層１４と、上部発光層１５と、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とがこの順に積層されてメサ部３０（図２参照）が構成されている。メサ部３０の外側においては、ｎ型窒化物半導体層１０の上面の一部分が超格子層１１に覆われずに露出しており、その露出部分の上には、ｎ側電極２１が設けられている。ｐ型窒化物半導体層１８の上には、透明電極２３を介してｐ側電極２５が設けられている。窒化物半導体発光素子１のほぼ上面全体には、ｐ側電極２５およびｎ側電極２１が露出するように、透明保護膜２７が設けられている。
＜基板＞
基板３は、たとえば、サファイアのような絶縁性基板であっても良いし、ＧａＮ、ＳｉＣ、またはＺｎＯなどのような導電性基板であっても良い。基板３の厚さは１２０μｍとしたが、特に限定されず、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下であれば良い。基板３の上面は、平坦であっても良いし、図１に示すように凸部３Ａおよび凹部３Ｂからなる凹凸形状を有していても良い。
＜バッファ層＞
バッファ層５は、たとえばＡｌｓ０ＧａｔｏＮ（０≦ｓ０≦１、０≦ｔ０≦１、ｓ０＋ｔ０≠０）層であれば良く、好ましくはＡｌＮ層である。ただし、Ｎのごく一部（０．５〜２％）を酸素に置き換えても良い。これにより、基板３の成長面の法線方向に伸長するようにバッファ層５が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるバッファ層５が得られる。
【００４２】
バッファ層５の厚さは、特に限定されないが、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であれば良く、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
＜下地層＞
下地層７は、たとえばＡｌｓ１Ｇａｔ１Ｉｎｕ１Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、０≦ｕ１≦１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１≠０）層であれば良く、好ましくはＡｌs1Ｇａt1Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、ｓ１＋ｔ１≠０）層であり、より好ましくはＧａＮ層である。これにより、バッファ層５中に存在する結晶欠陥（たとえば転位など）がバッファ層５と下地層７との界面付近でループされ易くなり、よって、その結晶欠陥がバッファ層５から下地層７へ引き継がれることを防止できる。
【００４３】
下地層７は、ｎ型不純物を含んでいても良いが、下地層７がｎ型不純物を含んでいないほうが下地層７の結晶性を良好に維持することができる。よって、下地層７はｎ型不純物を含んでいないことが好ましい。
【００４４】
下地層７の厚みを厚くすることにより下地層７中の欠陥は減少するが、下地層７の厚みをある程度以上厚くしても欠陥減少は飽和する。このことより、下地層７の厚さは、例えば１μｍ以上８μｍ以下することが考えられる。
＜ｎ型窒化物半導体層＞
ｎ型窒化物半導体層９及び１０は、たとえばＡｌｓ２Ｇａｔ２Ｉｎｕ２Ｎ（０≦ｓ２≦１、０≦ｔ２≦１、０≦ｕ２≦１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２≒１）層にｎ型不純物がドーピングされた層であれば良く、好ましくはＡｌＳ２Ｇａ１−ｓ２Ｎ（０≦ｓ２≦１、好ましくは０≦ｓ２≦０．５、より好ましくは０≦ｓ２≦０．１）層にｎ型不純物がドーピングされた層である。
【００４５】
ｎ型ドーパントは、特に限定されないが、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであれば良く、好ましくはＳｉである。このことは、後述の各層においても言える。
【００４６】
ｎ型窒化物半導体層９及び１０におけるｎ型ドーピング濃度は、特に限定されないが、１×１０１７ｃｍ−３以下であれば良い。
【００４７】
ｎ型窒化物半導体層９及び１０の厚みが厚い方が、その抵抗が減少する。そのため、ｎ型窒化物半導体層９及び１０の厚みは厚い方が好ましい。しかし、ｎ型窒化物半導体層９及び１０の厚みを厚くすると、コストアップになる。そのため、実用的には、ｎ型窒化物半導体層９及び１０の厚みは薄い方が好ましい。ｎ型窒化物半導体層９及び１０の厚さは、特に限定されないが、実用上１μｍ以上１０μｍ以下であれば良い。
【００４８】
なお、ｎ型窒化物半導体層９及び１０は、後述する実施例においては同じｎ型ＧａＮ層を一旦中断して２つの成長工程によって形成したものであるが、ｎ型窒化物半導体層９とｎ型窒化物半導体層１０とを連続して単層としても良いし、３層以上の積層構造を有していても良い。
＜超格子層＞
本明細書における超格子層とは、非常に薄い結晶層を交互に積層することにより、その周期構造が基本単位格子よりも長い結晶格子からなる層を意味する。図３に示すように、超格子層１１では、ワイドバンドギャップ層１１Ａとナローバンドギャップ層１１Ｂとが交互に積層されて超格子構造を構成しており、その周期構造がワイドバンドギャップ層１１Ａを構成する半導体材料の基本単位格子およびナローバンドギャップ層１１Ｂを構成する半導体材料の基本単位格子よりも長くなっている。なお、超格子層１１は、ワイドバンドギャップ層１１Ａおよびナローバンドギャップ層１１Ｂとは異なる１層以上の半導体層と、ワイドバンドギャップ層１１Ａと、ナローバンドギャップ層１１Ｂとが順に積層されて超格子構造を構成していても良い。また、超格子層１１の一周期の長さ（つまり、ワイドバンドギャップ層１１Ａの層厚とナローバンドギャップ層１１Ｂの層厚との合計）は、後述の下部発光層１３の一周期の長さよりも短く、具体的には１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００４９】
各ワイドバンドギャップ層１１Ａは、たとえばＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）であれば良く、好ましくはＧａＮ層である。
【００５０】
各ナローバンドギャップ層１１Ｂの組成は、たとえばワイドバンドギャップ層１１Ａよりもバンドギャップが小さく、且つ下記下部井戸層１３Ｂおよび中間部井戸層１４Ｂおよび上部井戸層１５Ｂの各バンドギャップより大きいＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）であれば良く、好ましくはＧａｂＩｎ（１−ｂ）Ｎ（０＜ｂ≦１）である。
【００５１】
各ワイドバンドギャップ層１１Ａ及び各ナローバンドギャップ層１１Ｂの少なくとも一方は、ｎ型ドーパントを含んでいることが好ましい。これは、ワイドバンドギャップ層１１Ａとナローバンドギャップ層１１Ｂとの両方がアンドープであると、駆動電圧が上昇するためである。
【００５２】
なお、ワイドバンドギャップ層１１Ａおよびナローバンドギャップ層１１Ｂの各層数は、図３では２０としたが、例えば２から５０であればよい。
【００５３】
超格子層１１は、ｎ型窒化物半導体層９及び１０に存在する貫通転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）などの結晶欠陥を低減し、下部発光層１３及び中間部発光層１４及び上部発光層１５における結晶欠陥を減少させるために設けているが、結晶欠陥が少ない場合や下部発光層１３に超格子層１１の結晶欠陥低減機能を兼ねさせる場合には省略することができる。
＜下部発光層＞
下部発光層１３は、図３に示すように、下部井戸層１３Ｂと下部バリア層１３Ａとが交互に積層されることにより下部バリア層１３Ａが下部井戸層１３Ｂに挟まれて構成されたものであり、最初の下部バリア層１３Ａ’を介して超格子層１１の上に設けられている。下部バリア層１３Ａのバンドギャップは、下部井戸層１３Ｂのバンドギャップより大きい。なお、下部発光層１３は、超格子層１１と同じく、下部バリア層１３Ａおよび下部井戸層１３Ｂとは異なる１層以上の半導体層と、下部バリア層１３Ａと、下部井戸層１３Ｂと、が順に積層されていても良い。また、下部発光層１３の一周期の長さ（下部バリア層１３Ａと下部井戸層１３Ｂの合計の厚さ）は、例えば３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００５４】
各下部井戸層１３Ｂの組成は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子に求められる発光波長に合わせて調整されるが、たとえばＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）であれば良く、好ましくはＡｌを含まないＩｎｃＧａ（１−ｃ）Ｎ（０＜ｃ≦１）層である。ただし例えば３７５ｎｍ以下の紫外発光を行なう場合には、一般にはバンドギャップを広くするため適宜Ａｌを含ませることとなる。
【００５５】
各下部バリア層１３Ａおよび最初の下部バリア層１３Ａ’は、たとえばＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）層であれば良く、好ましくはＧａＮ層である。ただし、下部バリア層１３Ａは下部井戸層１３Ｂよりバンドギャップを大きくする必要があるため、適宜Ｉｎ、Ａｌあるいはその両方を導入してバンドギャップを調整する。
【００５６】
下部発光層１３の平均ｎ型ドーピング濃度は、後述の上部発光層１５の平均ｎ型ドーピング濃度よりも高いことが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子１を大電流で駆動しても、その駆動電圧の上昇が抑えられるため、電力効率の低下を防止できる。ただし、他の手法により駆動電圧の上昇を抑えることができれば、下部発光層１３の平均ｎ型ドーピング濃度が上部発光層１５の平均ｎ型ドーピング濃度よりも低い方が発光効率の向上するため好ましいと考えられる。
【００５７】
駆動電圧の上昇を抑えるという観点からは、各下部井戸層１３Ｂと各下部バリア層１３Ａおよび最初の下部バリア層１３Ａ’の少なくとも一方のバリア層とはｎ型ドーパントを含むことが好ましい。また、各下部バリア層１３Ａのｎ型ドーピング濃度が各下部井戸層１３Ｂのｎ型ドーピング濃度より高いことがより好ましい。
【００５８】
各下部井戸層１３Ｂ及び各下部バリア層１３Ａにおけるｎ型ドーピング濃度は、特に限定されないが、１×１０１７ｃｍ−３以上であれば良く、好ましくは３×１０１７ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下である。下部発光層１３の平均キャリア濃度（ドーパントがＳｉの場合ほぼｎ型ドーピング濃度に等しい）が１×１０１７ｃｍ−３未満であれば、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧が上昇する傾向にある。
【００５９】
各下部井戸層１３Ｂの厚さは、特に限定されないが、１．５ｎｍ以上６．５ｎｍ以下であることが好ましい。各下部井戸層１３Ｂの厚さがこの範囲外であると、発光効率が低下する場合がある。
【００６０】
各下部バリア層１３Ａおよび最初の下部バリア層１３Ａ’の厚さは、特に限定されないが、２．５ｎｍ以上であることが好ましく、３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であればさらに好ましい。各下部バリア層１３Ａの厚さは一定である必要はなく、特に図３に示す最初の下部バリア層１３Ａ’の厚さは各下部バリア層１３Ａの厚さと異なっていてもよい。
【００６１】
一般に、窒化物半導体発光素子では、発光層を構成する井戸層とｎ型窒化物半導体層とで格子定数などが異なることに起因して歪みが発生するが、下部発光層１３はこの歪みに起因する結晶の欠陥を低減する働きがある。
＜中間部発光層＞
中間部発光層１４を構成する各中間部バリア層１４Ａの厚さが下部発光層を構成する各下部バリア層１３Ａの厚さより薄いことを特徴としている。各中間部バリア層１４Ａの厚さは各下部バリア層１３Ａの厚さより０．５ｎｍ以上薄いことが好ましく、１ｎｍ以上薄いことがより好ましく、１．５ｎｍ以上薄いことが更に好ましい。
【００６２】
これは、下部発光層については、発光層としての働きが少ないため、中間部発光層の中間部バリア層の厚さが下部発光層の下部バリア層よりも薄くなるように、下部バリア層については厚くしておき、結晶欠陥を修復する結晶回復層として用いるためである。
【００６３】
また、中間部発光層１４の中間部井戸層１４Ｂ及びバリア層１４Ａの厚さは、後述する上部発光層１５における上部井戸層１５Ｂ及びバリア層１５Ａの厚さよりも薄いことを特徴とする。
【００６４】
これにより、中間部発光層の中間部井戸層及びバリア層の厚さを上部発光層の上部井戸層及びバリア層よりも薄くすることにより、ｐ層側から注入されるホールをより発光層全体へ拡散することができる。
＜上部発光層＞
上部発光層１５は、図３に示すように、上部井戸層１５Ｂと上部バリア層１５Ａとが交互に積層されることにより上部バリア層１５Ａが上部井戸層１５Ｂに挟まれて構成されたものであり、上部井戸層１５Ｂのうち最もｐ型窒化物半導体層１６側に位置する上部井戸層１５Ｂの上には、最後の上部バリア層１５Ａ’が設けられている。上部井戸層１５Ｂのバンドギャップより、上部バリア層１５Ａおよび最後の上部バリア層１５Ａ’のバンドギャップの方が大きい。なお、上部発光層１５は、上部バリア層１５Ａおよび上部井戸層１５Ｂとは異なる１層以上の半導体層と、上部バリア層１５Ａと、上部井戸層１５Ｂと、が順に積層されていても良い。また、上部発光層１５の一周期（上部バリア層１５Ａの厚さと上部井戸層１５Ｂの厚さの和）の長さは、例えば３ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００６５】
最後の上部バリア層１５Ａ’の厚さは、１ｎｍ以上４０ｎｍ以下が好ましい。各上部井戸層１５Ｂの厚さは、限定されないが、各下部井戸層１３Ｂの厚さと同じであることがさらに好ましい。
【００６６】
各上部井戸層１５Ｂの厚さは、１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることが好ましい。各上部井戸層１５Ｂの厚さがこの範囲外であれば、発光効率が低下する傾向にある。
【００６７】
各上部バリア層１５Ａにおけるｎ型ドーピング濃度は、特に限定されないが、８×１０１７ｃｍ−３以下であれば良い。上部バリア層１５Ａにおけるｎ型ドーピング濃度が８×１０１７ｃｍ−３を超えると、発光素子に電圧を印加したときに、ホールが上部発光層１５へ注入され難くなり、よって、発光効率の低下を招くことがある。各上部バリア層１５Ａおよび最後の上部バリア層１５Ａ’には、ｐ型ドーパントが含まれることがある。
【００６８】
各上部井戸層１５Ｂの組成は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子に求められる発光波長に合わせて調整されるが、たとえばＡｌａＧａｂＩｎ（１−ａ−ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）であれば良く、好ましくはＡｌを含まないＩｎｃＧａ（１−ｃ）Ｎ（０＜ｃ≦１）層である。ただし例えば３７５ｎｍ以下の紫外発光を行なう場合には、一般にはバンドギャップを広くするため適宜Ａｌを含ませることとなる。また、各下部井戸層１３Ｂはドーパントを極力含まない（成長時にドーパント原料を導入しない）ことが好ましい。各上部井戸層１５Ｂがｎ型ドーパントを含んでいなければ、各上部井戸層１５Ｂにおける非発光再結合が起こりにくく、発光効率が良好となる。なお、各上部井戸層１５Ｂは、ｎ型ドーパントを含んでいても良く、それにより発光素子の駆動電圧が低下する傾向にある。
＜ｐ型窒化物半導体層＞
図１に示した構成では、ｐ型窒化物半導体層をｐ型ＡｌＧａＮ層１６、ｐ型ＧａＮ層１７、および高濃度ｐ型ＧａＮ層１８の３層構造としているが、この構成は一例であって、一般にｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８は、たとえばＡｌｓ４Ｇａｔ４Ｉｎｕ４Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４≠０）層にｐ型ドーパントがドーピングされた層であれば良く、好ましくはＡｌＳ４Ｇａ（１−ｓ４）Ｎ（０＜ｓ４≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ４≦０．３）層にｐ型ドーパントをドーピングした層である。
【００６９】
ｐ型ドーパントは、特に限定されないが、たとえばマグネシウムである。
ｐ型窒化物半導体層１７，１８におけるキャリア濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。ここで、ｐ型ドーパントの活性率は０．０１程度であることから、ｐ型窒化物半導体層１７，１８におけるｐ型ドーピング濃度（キャリア濃度とは異なる）は１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。ただし上部発光層１５に近いｐ型窒化物半導体層１６におけるｐ型ドーピング濃度はこれより低くてもよい。
【００７０】
ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の合計の厚さは、特に限定されないが、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であれば良い。
＜ｎ側電極、透明電極、ｐ側電極＞
ｎ側電極２１およびｐ側電極２５は、窒化物半導体発光素子１に駆動電力を供給するための電極である。ｎ側電極２１およびｐ側電極２５は平面図である図２ではパッド電極部分のみで構成されているが、電流拡散を目的とする細長い突出部（枝電極）が接続されていてもよい。また、ｐ側電極２５の下部において電流の注入を止めるための絶縁層を設けても良く、それによりｐ側電極２５に遮蔽される発光の量が減少する。ｎ側電極２１は、たとえば、チタン層、アルミニウム層および金層がこの順序で積層されて構成されていれば良く、ワイヤボンドを行なう場合の強度を想定すると１μｍ程度の厚さを有していれば良い。ｐ側電極２５は、たとえばニッケル層、アルミニウム層、チタン層および金層がこの順序で積層されて構成されていれば良く、１μｍ程度の厚さを有していれば良い。ｎ側電極２１とｐ側電極２５は同一の組成であってもよい。透明電極２３は、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電膜から形成されれば良く、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有していれば良い。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１によれば、中間部発光層１４における中間部バリア層１４Ａ及中間部井戸層１４Ｂの厚さを上部発光層１５の上部バリア層１５Ａ及び上部井戸層１５Ｂの厚さよりも薄くし、また、中間部発光層１４における中間部バリア層１４Ａの厚さを下部発光層の下部バリア層１３Ａよりも薄くしたことにより、上部発光層１４の上部井戸層１４Ｂにおけるピエゾ電界が低減させ、ｐ側から注入されるホールの発光層全体への拡散させられる。また、注入ホール密度を低くすることができるので、オージェ再結合の発生を抑えることができ、発光効率を向上させられる。
【００７２】
尚、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１において、下部発光層１３の平均ｎ型ドーピング濃度が上部発光層１５の平均ｎ型ドーピング濃度よりも高くすることが好ましい。そのため、下部発光層１３における直列抵抗成分の低下を図ることができ、窒化物半導体発光素子１を大電流で駆動させても動作電圧の上昇を防止できる。
【００７３】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１では、下部バリア層１３Ａの厚さは、直下の層（着目している下部バリア層１３Ａに対して１層の下部井戸層１３Ｂを挟んでｎ型窒化物半導体１６側に位置する下部バリア層１３Ａ）の厚さと同じである、またはｐ型窒化物半導体層１６側に近づくにつれて薄くなることが好ましい。これにより、上述したような、大電流駆動時における動作電圧の上昇および発光効率の低下を防止できることにより、大電流駆動時における電力効率の悪化を防止できるという効果がさらに顕著となる。同様の理由から、上部バリア層１５Ａの厚さは、直下の層（着目している上部バリア層１５Ａに対して１層の上部井戸層１５Ｂを挟んでｎ型窒化物半導体１６側に位置する上部バリア層１５Ａ）の厚さと同じである、または、ｐ型窒化物半導体層１６側に近づくにつれて薄くなることが好ましい。
【００７４】
これは、歪によるピエゾ電界の影響を抑えることができるためである。ピエゾ電界の影響は、ピエゾ電界によって発光層のバンドが曲がり、電子と正孔の波動関数の重なりが小さくなることと、電流値の増加に従い注入された電子と正孔によってピエゾ電界が遮蔽され、遷移エネルギーが大きくなることがあるが、これら２つの影響を抑制させることができる。
【００７５】
また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１では、下部バリア層１３Ａの平均ｎ型ドーピング濃度は、直下の層の平均ｎ型ドーピング濃度と同じである、またはｐ型窒化物半導体層１６側に近づくにつれて低くなることが好ましい。これにより、下部発光層１３における直列抵抗成分の低下を図ることができるという効果が顕著となる。同様の理由から、上部バリア層１５Ａの平均ｎ型ドーピング濃度は、直下の層の平均ｎ型ドーピング濃度と同じである、またはｐ型窒化物半導体層１６側に近づくにつれて低くなることが好ましい。
【００７６】
ここで、キャリア濃度は、電子または正孔の濃度を意味し、ｎ型ドーパントの量またはｐ型ドーパントの量だけで決まらない。つまり、下部発光層１３のキャリア濃度は下部発光層１３にドープされたｎ型ドーパントの量だけで決まらず、上部発光層１５のキャリア濃度は上部発光層１５にドープされたｎ型ドーパントの量だけで決まらない。このようなキャリア濃度は、窒化物半導体発光素子１の電圧対容量特性の結果に基づいて算出されるものであり、電流が注入されていない状態のキャリア濃度のことを指しており、イオン化した不純物、ドナー化した結晶欠陥、またはアクセプター化した結晶欠陥から発生したキャリアの合計である。
【００７７】
しかしながら、ｎ型キャリア濃度は、ｎ型ドーパントであるＳｉ等の活性化率が高いことから、ｎ型ドーピング濃度とほぼ同じと考えることができる。また、ｎ型ドーピング濃度は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）にて深さ方向の濃度分布を測定することにより、容易に求まる。さらに、ドーピング濃度の相対関係（比率）は、キャリア濃度の相対関係（比率）とほぼ同じである。これらのことから、本発明の特許請求の範囲では、実際に測定の容易なドーピング濃度で定義している。そして、測定により得られたｎ型ドーピング濃度を平均すれば、平均ｎ型ドーピング濃度を得ることができる。
【実施例】
【００７８】
以下では、本発明の具体的な実施例を示す。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されない。
【００７９】
まず、凹凸加工が上面に施された１００ｍｍ径のサファイア基板３からなるウエハを準備し、その上面上に、ＡｌＮからなるバッファ層５をスパッタ法により形成した。
【００８０】
次に、ウエハを第１のＭＯＣＶＤ装置に入れ、ＭＯＣＶＤ法により、原料ガスとしてＴＭＧ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ｇａｌｌｉｕｍ）とＮＨ３とを用いてアンドープＧａＮからなる下地層７を結晶成長させ、引き続きドーパント用ガスとしてＳｉＨ４を加えてｎ型ＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層９を結晶成長させた。このとき、下地層７の厚さは４μｍ、ｎ型窒化物半導体層９の厚さは３μｍであり、ｎ型窒化物半導体層９におけるｎ型ドーピング濃度は６×１０１８ｃｍ−３であった。
【００８１】
第１のＭＯＣＶＤ装置から取り出したウエハを、第２のＭＯＣＶＤ装置に入れ、ウエハの温度を１０５０℃に設定して、ｎ型窒化物半導体層１０を結晶成長させた。ｎ型窒化物半導体層１０はｎ型ＧａＮからなり、厚さは１．５μｍである。引き続きウエハの温度を８８０℃に設定して、超格子層１１を結晶成長させた。具体的には、ＳｉドープＧａＮからなるワイドバンドギャップ層１１ＡとＳｉドープＩｎＧａＮからなるナローバンドギャップ層１１Ｂとを交互に２０周期、結晶成長させた。
【００８２】
ここで、ワイドバンドギャップ層１１Ａ用の原料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とＳｉＨ４とを用いた。各ワイドバンドギャップ層１１Ａの厚さは１．７５ｎｍであり、各ワイドバンドギャップ層１１Ａにおけるｎ型ドーピング濃度は３×１０１８ｃｍ−３であった。
【００８３】
ナローバンドギャップ層１１Ｂは、原料ガスとしてＴＭＧとＴＭＩ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ ｉｎｄｉｕｍ）とＮＨ３とＳｉＨ４とを用いて、結晶成長させた。各ナローバンドギャップ層１１Ｂの厚さは１．７５ｎｍであった。また、井戸層がフォトルミネッセンスにより発する光の波長が３７５ｎｍとなるようにＴＭＩの流量を調整したため、各ナローバンドギャップ層の組成はＩｎｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．１０）であった。超格子層１１の平均ｎ型ドーピング濃度は約３×１０１８ｃｍ−３となった。
【００８４】
次に、ウエハの温度を８５５℃に下げて下部発光層１３を結晶成長させた。具体的には、ＳｉドープＧａＮからなる下部バリア層１３ＡとアンドープＩｎＧａＮからなる下部井戸層１３Ｂとを交互に２周期、結晶成長させた。
【００８５】
下部バリア層１３Ａは、原料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とＳｉＨ４とを用いて結晶成長させた。各下部バリア層１３Ａの成長速度を１００ｎｍ／ｈｏｕｒとした。各下部バリア層１３Ａの厚さは６．５ｎｍであり、各下部バリア層１３Ａにおけるｎ型ドーピング濃度は３．４×１０１７ｃｍ−３であった。
【００８６】
下部井戸層１３Ｂは、原料ガスとしてＴＭＩガスとＮＨ３ガスとを用い、キャリアガスとして窒素ガスを用いて、アンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１３）を結晶成長させた。各下部井戸層１３Ｂの成長速度を３０ｎｍ／ｈｏｕｒとした。各下部井戸層１３Ｂの厚さは３．２５ｎｍであった。また、Ｉｎの組成ｘは、下部井戸層１３Ｂがフォトルミネッセンスにより発する光の波長が４４５ｎｍとなるようにＴＭＩの流量を調整して設定した。下部バリア層１３Ａと下部井戸層１３Ｂとを含む下部発光層１３の平均ｎ型ドーピング濃度は約２．６×１０１７ｃｍ−３となった。
【００８７】
次に、中間部発光層１４を結晶成長させた。アンドープＩｎＧａＮとアンドープＧａＮからなる。具体的には、厚さが１．６ｎｍの中間部井戸層１４Ｂと厚さがほぼ１原子層である０．５ｎｍの中間部バリア層１４Ａとを交互に１周期、結晶成長させた。
【００８８】
次に、上部発光層１５を結晶成長させた。具体的には、アンドープＧａＮからなる上部バリア層１５ＡとアンドープＩｎＧａＮからなる上部井戸層１５Ｂとを交互に３周期、結晶成長させた。
【００８９】
上部バリア層１５Ａは、原料ガスとしてＴＭＧとＮＨ３とＳｉＨ４とを用いて結晶成長させた。各上部バリア層１５Ａの成長速度を１００ｎｍ／ｈｏｕｒとした。各上部バリア層１５Ａの厚さを６．５ｎｍとした。各上部バリア層１５Ａはアンドープとした。
【００９０】
上部井戸層１５Ｂは、原料ガスとしてＴＭＩガスとＮＨ３ガスとを用い、キャリアガスとして窒素ガスを用いて、アンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１３）を結晶成長させた。各上部井戸層１５Ｂの成長速度を３０ｎｍ／ｈｏｕｒとした。各上部井戸層１５Ｂの厚さを３．２５ｎｍとし、各下部井戸層１３Ｂの厚さと設計上同じ厚さとした。また、Ｉｎの組成ｘは、上部井戸層１５Ｂがフォトルミネッセンスにより発する光の波長が４４５ｎｍとなるようにＴＭＩの流量を調整して設定した。上部バリア層１５Ａと上部井戸層１５Ｂを含む上部発光層１５の平均ｎ型ドーピング濃度は約７×１０１６ｃｍ−３となった。
【００９１】
次に、最上層の上部井戸層１５Ｂの上に、アンドープのＧａＮ層からなる最後の上部バリア層１５Ａ’を１２ｎｍ成長した。
【００９２】
次に、ウエハの温度を上げて、最上バリア層の上面上に、ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層１６、ｐ型ＧａＮ層１７およびｐ型コンタクト層１８を結晶成長させた。
【００９３】
そして、ｎ型窒化物半導体層９の一部分が露出するように、ｐ型コンタクト層１８、ｐ型ＧａＮ層１７、ｐ型ＡｌＧａＮ層１６、上部発光層１５、下部発光層１３、超格子層１１、ｎ型窒化物半導体層１０の一部をエッチングした。このエッチングにより露出したｎ型窒化物半導体層１０の上面上にＡｕからなるｎ側電極２１を形成した。また、ｐ型コンタクト層１８の上面上に、ＩＴＯからなる透明電極２３とＡｕからなるｐ側電極２５とを順に形成した。また、主として透明電極２３及び上記エッチングによって露出した各層の側面を覆うように、ＳｉＯ２からなる透明保護膜２７を形成した。
【００９４】
ウエハを３１８×７９５μｍサイズのチップに分割して、実施例に係る窒化物半導体発光素子が得られた。
【００９５】
得られた窒化物半導体発光素子を、ＴＯ−１８型ステムにマウントし、樹脂封止を行なわずに光出力を測定したところ、駆動電流３０ｍＡ、駆動電圧３．０Ｖで光出力４３．７ｍＷ（ドミナント波長４４７．５ｎｍ）が得られた。
【００９６】
このようにして高い発光効率が得られた窒化物半導体発光素子は、Ｃ−Ｖ測定による図４の測定結果から下記の効果が確認できた。
【００９７】
図４において、縦軸はキャリア濃度であり、横軸は測定深さについて示しており、紙面に向かって左からｎ側層、右側がｐ側層を示している。従来構造は、中間部井戸層をアンドープＩｎＧａＮ３．２５ｎｍとし、中間部バリア層をアンドープＧａＮ６．５ｎｍとした以外は、上述した本願構造と同じである。
【００９８】
本願構造の結果は従来の窒化物半導体発光素子に比べ、活性層中の下部発光層のｎ側から３つ目のバリア層が中間部発光層のバリア層と重なりキャリア濃度が高くなっており、活性層中をｐ型窒化物半導体層から活性層中をホールが移動する距離が少なくなっていることが確認できた。活性層中をホールが移動する距離が少なくなることでエネルギーロスが少なったと判断している。
【００９９】
図５の測定結果により下記の効果が確認できた。光出力が、従来構造の４０．４ｍＷに対し４２．０ｍＷ（ドミナント波長４５２．０ｎｍ）、従来構造の４２．１ｍＷに対し４３．７ｍＷ（ドミナント波長４４７．５ｎｍ）が得られた。
【０１００】
すなわち、ドミナント波長が４５２．０ｎｍのときには、本願発明の光出力は、従来構造に比べておよそ４パーセント増加していて、ドミナント波長が４４７．５ｎｍのときには、本願発明の光出力は、従来構造に比べておよそ３．８パーセント増加している。
【符号の説明】
【０１０１】
１  窒化物半導体発光素子
３  基板
３Ａ  凸部
３Ｂ  凹部
５  バッファ層
７  中間層
９  ｎ型窒化物半導体層
１１  超格子層
１１Ａ  ワイドバンドギャップ層
１１Ｂ  ナローバンドギャップ層
１３  下部発光層
１３Ａ  下部バリア層
１３Ｂ  下部井戸層
１４  中間部発光層
１４Ａ  中間部バリア層
１４Ｂ  中間部井戸層
１５  上部発光層
１５Ａ  上部バリア層
１５Ｂ  上部井戸層
１６  ｐ型窒化物半導体層
１７  ｐ型窒化物半導体層
１８  ｐ型窒化物半導体層
２１  ｎ側電極
２３  透明電極
２５  ｐ側電極
２７  透明保護膜
３０  メサ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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