(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ側窒化物半導体層、活性層、およびｐ側窒化物半導体層が順に積層されてなる半導体発光素子であって、
前記ｐ側窒化物半導体層は、ｐ側クラッド層、前記ｐ側クラッド層に積層されたＡｌＮ層、および前記ＡｌＮ層の上に設けられたアンドープＧａＮ層を備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記アンドープＧａＮ層は、前記ＡｌＮ層に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ側クラッド層は、ｐ型ＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｐ側クラッド層は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを繰り返して積層した多層膜構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ＡｌＮ層の厚さが１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体から構成される半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体（ＩｎYＡｌXＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ＜１、Ｙ≧０、Ｘ＋Ｙ≦１）から構成される半導体発光素子は、大電流駆動が可能で、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等に適用されている。このような半導体発光素子は、より高輝度にするための開発が従来から進められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、活性層（発光層）とｐ側窒化物半導体からなるｐ側クラッド層との間にアンドープのＡｌＧａＮまたはＡｌＮからなる中間層を設けることで、ｐ側クラッド層にドープしたＭｇが活性層へ拡散することを防止して、不要な帯域の発光を抑制して、紫外域の発光の出力を向上させた発光素子が開示されている。また、特許文献２には、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮ層（ｐ側クラッド層に相当）と活性層との間にバリア層としてＧａＮ層を設けた発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／１１７７８８号
【特許文献２】特開２００８−１０９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、半導体発光素子は、一般的に、発光する際に発熱を伴い、駆動（発光）し続けると温度が次第に上昇する。しかしながら、前記特許文献１，２に記載された半導体発光素子は、高温度域においては、キャリアが非発光中心で捕捉される確率が高くなるために発光効率が低下する、温度特性に劣るという問題があった。
【０００６】
すなわち本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、温度特性を改善して高温度域での発光効率の低下を抑制し、高輝度を維持する半導体発光素子を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体発光素子は、ｎ側窒化物半導体層、活性層、およびｐ側窒化物半導体層を順に積層して備え、前記ｐ側窒化物半導体層は、ｐ側クラッド層、前記ｐ側クラッド層に積層されたＡｌＮ層、および前記ＡｌＮ層の上に設けられたアンドープＧａＮ層を備えることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成により、半導体発光素子は、ｐ側窒化物半導体層において、ｐ側クラッド層にＡｌＮ層が積層されることにより、互いに格子定数が異なるＡｌＮ層とｐ側クラッド層との間でバンドギャップに歪みが生じ、ｐ側クラッド層に含まれるｐ型不純物の活性化が抑制される。そのため、半導体発光素子は、常温度域では、ｐ側クラッド層から活性層に供給されるキャリアがある程度抑制されるのに対し、高温度域では、ｐ型不純物が活性化され易くなり、抑制されていたキャリアが活性層に供給されるようになって、相対的に温度特性を向上させることができる。そして、アンドープＧａＮ層、すなわち半導体であって不純物が積極的にドープ（導入）されていない層がｐ側窒化物半導体層に備えられることで、半導体発光素子は、アンドープＧａＮ層内でも電流が拡散するため、温度特性をさらに向上させることができる。
【０００９】
さらに、本発明に係る半導体発光素子は、ｐ側窒化物半導体層において、前記アンドープＧａＮ層が、前記ＡｌＮ層に積層されていることが好ましい。
【００１０】
かかる構成により、半導体発光素子は、アンドープＧａＮ層がＡｌＮ層に積層されていることで、アンドープＧａＮ層とＡｌＮ層との界面でも電流が拡散するため、温度特性をいっそう向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る半導体発光素子は、前記ｐ側クラッド層が、ｐ型ＡｌＧａＮ層を含む、またはｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを繰り返して積層した多層膜構造を有することが好ましい。かかる構成により、半導体発光素子は、ｐ側電極と良好なオーミックコンタクトを得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る半導体発光素子は、前記ＡｌＮ層の厚さが１〜１０ｎｍであることが好ましい。かかる構成により、絶縁体であるＡｌＮ層の厚さを制限することにより、半導体発光素子は、順方向電圧（Ｖf）の上昇を抑えつつ、温度特性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体発光素子によれば、高温度域でも高輝度な半導体発光素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る半導体発光素子の積層構造を説明する断面の模式図である。
【図２】本発明の実施例および比較例の半導体発光素子について、出力の温度特性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例に係る半導体発光素子の、ｐ側窒化物半導体層のサンプルにおけるキャリア移動度とＡｌＮ層の厚さとの相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る半導体発光素子を実現する実施形態について、図１を参照して説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための態様を例示するものであって、本発明を以下のものに限定しない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は限定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、図１が示す各要素の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
【００１６】
〔半導体発光素子〕
本発明の実施形態に係る半導体発光素子１０は、図１に示すように、基板１上に、ｎ側窒化物半導体層２とｐ側窒化物半導体層４とが活性層３を挟んで積層された一般的なものと同様の窒化物半導体素子構造を備え、ｎ側窒化物半導体層２にｎ側電極６が、ｐ側窒化物半導体層４にｐ側電極５が、それぞれ電気的に接続して、共に上面側に形成されている。
【００１７】
（基板）
基板１は、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板材料であればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。このような基板材料としては、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板に適用される材料が挙げられる。
【００１８】
（ｎ側窒化物半導体層）
ｎ側窒化物半導体層２は、一般的な窒化物半導体素子におけるものと同様の構造が適用され、基板１の側から順に、バッファ層２１、ｎ型コンタクト層２２、およびｎ側クラッド層２４を備える。本実施形態においては、図１に示すように、ｎ型コンタクト層２２とｎ側クラッド層２４との間に、アンドープ半導体層２３がさらに積層されている。
【００１９】
バッファ層２１は、基板１と窒化物半導体層との格子定数の不一致を緩和して、結晶性の高い窒化物半導体層（ｎ型コンタクト層２２）をその上に成長させるために、低温で成長させた層である。バッファ層２１は、ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）で表される窒化物からなり、単層構造に限らず、組成の異なる２種類以上を積層した２層以上の多層構造であってもよい。
【００２０】
ｎ型コンタクト層２２は、後記するｎ側電極６が設けられる層であり、その組成は特に限定されないが、Ｓｉ等のｎ型不純物をドープしたＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）で表される窒化物半導体からなることが好ましい。前記窒化物半導体は、さらに組成比Ｘが０．２以下であることが、結晶欠陥の少ないｎ型コンタクト層２２を得易く、より好ましい。
【００２１】
アンドープ半導体層２３は、ｎ型コンタクト層２２に積層され、静電耐圧特性を向上させて活性層３に電流が集中して破壊されることを防ぐための層である。前記した通り、「アンドープ」の層とは、成膜時に積極的に不純物を導入することなく形成された半導体層を指し、成膜後の熱処理等によって上下の層から不純物が拡散されていてもよく、不純物濃度が１×１０17／ｃｍ3程度以下であれば実質的にアンドープの層と称される。このようなアンドープの半導体層（アンドープ層）は、層内に電流が拡散するため、半導体発光素子１０の静電耐圧特性を向上させる。アンドープとする半導体層は、例えばＩｎYＡｌXＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、Ｙ≧０、Ｘ＋Ｙ≦１）で表される窒化物半導体からなり、特に結晶欠陥を少なくするために、前記組成比Ｘ，Ｙの少なくとも一方が０．２以下であるＡｌXＧａ1-XＮやＩｎYＧａ1-YＮが好ましく、ＧａＮがさらに好ましい。
【００２２】
このようなアンドープ層は単層で設けられてもよいが、組成の異なる２種類以上、あるいはＳｉ等のｎ型不純物をドープした半導体層（ドープ層）を積層した多層構造であってもよい。特に、本実施形態におけるアンドープ半導体層２３は、アンドープ層とドープ層とを交互に積層した合計厚さ１００〜５００ｎｍ程度の多層構造である（図示省略）。このように、アンドープ半導体層２３は、キャリア濃度の高いドープ層を間に挟むことで、キャリア（電子）の伝達を阻害するアンドープ層を単層で設けるよりも、キャリアの伝達が助けられることになり、半導体発光素子１０の順方向電圧Ｖfが低くなるので好ましい。
【００２３】
ｎ側クラッド層２４は、主にその上に積層される活性層３との格子定数の不一致を緩和して、結晶性の高い活性層３を成長させるための層である。本実施形態におけるｎ側クラッド層２４は、組成の異なる少なくとも２種類以上の窒化物半導体、例えばＩｎYＡｌXＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、Ｙ≧０、Ｘ＋Ｙ≦１）で表される窒化物半導体の前記組成比Ｘ，Ｙを変化させた２種類の層を交互に繰り返し積層した多層膜層である（図示省略）。特に、ｎ側クラッド層２４は、ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ＜１）からなる第１層と、ＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Ｙ＜１）からなる第２層との組合せが好ましい。さらに第２層を形成する窒化物半導体は、組成比Ｘが０．５以下であることが好ましく、０．２以下であることがより好ましい。一方、第１層を形成する窒化物半導体は、組成比Ｙが０すなわちＧａＮであることが好ましい。また、ｎ側クラッド層２４を構成する各層のそれぞれの厚さは特に規定されないが、１０ｎｍ以下が好ましく、７ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以下がさらに好ましい。ｎ側クラッド層２４の第１層、第２層のそれぞれの層は、このように薄く形成されることで、超格子構造となると共に弾性臨界膜厚以下となって結晶性が良好となり、活性層３の結晶性が高くなって、半導体発光素子１０の出力が向上する。
【００２４】
（活性層）
活性層３は、半導体発光素子１０の発光層であり、互いに組成の異なる窒化物半導体からなる井戸層と障壁層とを交互に積層した量子井戸構造が適用される（図示省略）。活性層３は、上下を障壁層で挟まれた井戸層が２以上設けられた多重量子井戸構造であることが好ましく、これにより半導体発光素子１０は出力が向上し、また発振閾値が低下する。なお、活性層３における最下層と最上層は、井戸層でも障壁層でもよい。井戸層は、Ｉｎを含有する窒化物半導体、好ましくはＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Ｙ＜１）からなる。障壁層は、特に限定されないが、井戸層よりもＩｎ含有率の低い窒化物半導体や、ＧａやＡｌを含有する窒化物半導体等を用いることができ、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、またはＡｌＧａＮが好ましい。井戸層および障壁層の各層は厚さ３０ｎｍ以下とし、２０ｎｍ以下とすることが好ましい。さらに井戸層はより薄く、厚さ１０ｎｍ以下、さらに１〜５ｎｍとすることが好ましい。活性層３は、このような薄い井戸層と障壁層とを交互に積層した多層構造とすることで、量子効率に優れたものとなる。なお、活性層３における障壁層のそれぞれの層は、窒化物半導体の組成・不純物濃度等、あるいは厚さが同一でなくても、前記した範囲内であればよい。
【００２５】
（ｐ側窒化物半導体層）
ｐ側窒化物半導体層４は、活性層３の側から順に、ｐ側クラッド層４１、ＡｌＮ層４２、およびｐ型コンタクト層４４を備え、ＡｌＮ層４２はｐ側クラッド層４１に積層されている。さらに図１に示すように、本実施形態として、ｐ側窒化物半導体層４は、ＡｌＮ層４２とｐ型コンタクト層４４との間に、アンドープＧａＮ層４３を備えることが好ましい。
【００２６】
ｐ側クラッド層４１は、電子を活性層３の側に閉じ込め、また正孔を活性層３に供給するための層である。このため、ｐ側クラッド層４１は、活性層３を構成する井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体からなる。ｐ側クラッド層４１は、好ましくは、Ｍｇ等のｐ型不純物をドープした、Ａｌを含有する窒化物半導体を備え、さらに好ましくは、前記窒化物半導体がＡｌXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ＜１）で表される層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を備え、すなわちｐ側クラッド層４１はｐ型ＡｌＧａＮ層である。なお、ＡｌXＧａ1-XＮで表される窒化物半導体は、Ａｌ混晶比が高い（組成比Ｘが大きい）ほどバンドギャップエネルギーが大きくなって、よりｐ側クラッド層４１として好ましい。
【００２７】
ＡｌＮ層４２は、ＡｌＮからなり、ｐ側クラッド層４１に直接に積層されることによって、常温度域において、ｐ側クラッド層４１から活性層３に供給されるキャリアを抑制するための層である。詳しくは、半導体発光素子１０は、ＡｌＮ層４２が設けられることで、互いに格子定数の異なる（組成の異なる）ＡｌＮ層４２と例えばｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ側クラッド層４１との間で、バンドギャップに歪みが生じることによって、ｐ型不純物の活性化に必要なエネルギーが増大する。このため、常温度域では、ｐ側クラッド層４１に含まれるｐ型不純物の活性化が抑制され、結果として、ｐ側クラッド層４１から活性層３に供給されるキャリアがある程度抑制されると考えられる。また、後記するように、薄く、良質な膜を容易に成膜可能な材料として、ＡｌＧａＮ等のような半導体よりもＡｌＮが好適である。
【００２８】
さらに、後記するように、アンドープＧａＮ層４３がＡｌＮ層４２に直接に積層されると、同様に格子定数の異なる層同士であるため、これらの界面においてはキャリア移動度が増大して電流が拡散される。これにより、ｐ型コンタクト層４４から活性層３に供給されるキャリアが抑制される。また、このとき、ＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの大きいＡｌＮからなるＡｌＮ層４２に積層されていることで、界面においてキャリアを面方向に拡散させる効果が得られる。
【００２９】
ＡｌＮ層４２は、厚さを１ｎｍ以上とすることが好ましく、一方、１０ｎｍ以下とすることが好ましい。これは、絶縁体であるＡｌＮ層４２自体の抵抗を低くして、順方向電圧Ｖfの上昇を抑制するためである。さらにＡｌＮ層４２は、アンドープＧａＮ層４３が積層された場合に、アンドープＧａＮ層４３との界面におけるキャリア移動度をいっそう増大させるために、５ｎｍ以下とすることがより好ましく、３ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。
【００３０】
ｐ型コンタクト層４４は、Ｍｇ等のｐ型不純物をドープしたＩｎYＡｌXＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、Ｙ≧０、Ｘ＋Ｙ＜１）で表される窒化物半導体からなる厚さ１０〜１００ｎｍ程度の層である。前記窒化物半導体としては、特に組成比Ｘ，Ｙの一方が０で他方が０．２以下であるＡｌXＧａ1-XＮ，ＩｎYＧａ1-YＮが好ましく、ＧａＮがより好ましい。ｐ型コンタクト層４４は、このような組成の窒化物半導体で形成されることで、電極材料（後記の透光性電極５１）と良好なオーミックコンタクトを得ることができる。
【００３１】
本実施形態においてさらに設けられたアンドープＧａＮ層４３は、単層で静電耐圧特性を向上させる効果があり、活性層３に電流が集中して破壊されることを防ぐ効果を有する。これは、アンドープＧａＮ層４３が例えばｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４４よりも高抵抗であるために、当該アンドープＧａＮ層４３内を電流が拡散することによる。なお、アンドープＧａＮ層４３は、静電耐圧特性を向上させるために厚さ５０ｎｍ以上とすることが好ましいが、一方で、アンドープのＧａＮはＡｌＧａＮ等よりは低抵抗であるものの、厚くなると順方向電圧Ｖfが上昇するため、厚さ１００ｎｍ程度が限界である。このようなアンドープＧａＮ層４３内における電流の拡散だけでは、ｐ型コンタクト層４４から活性層３に供給されるキャリアを抑制する効果が不十分である。したがって、半導体発光素子１０は、厚さ数ｎｍで前記効果が得られるＡｌＮ層４２を備えた上で、アンドープＧａＮ層４３をさらに備えることにより、アンドープＧａＮ層４３内、さらにアンドープＧａＮ層４３とＡｌＮ層４２との界面において電流が拡散するため、常温度域で活性層３に供給されるキャリアを抑制する効果がいっそう得られる。
【００３２】
（ｐ側電極、ｎ側電極）
ｐ側電極５およびｎ側電極６は、構造や接続位置等を特に限定されず、当該分野で公知のものを採用することができる。本実施形態に係る半導体発光素子１０は、両電極５，６を同一面側に設けるためにｐ側窒化物半導体層４の側に設け、かつｐ側窒化物半導体層４の側を光の取出し側とする。そのため、図１に示すように、ｎ側電極６は、一部の領域においてｐ側窒化物半導体層４および活性層３を除去して露出させたｎ側窒化物半導体層２（ｎ型コンタクト層２２）に、金属電極材料からなるパッド電極として接続される。一方、ｐ側電極５は、ｐ側窒化物半導体層４（ｐ型コンタクト層４４）上の略全面に設けられたインジウム−スズ酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の導電性酸化物からなる透光性電極５１と、透光性電極５１上のパッド電極５２とからなる。
【００３３】
〔半導体発光素子の動作〕
本発明に係る半導体発光素子１０は、前記した通り、ｐ側窒化物半導体層４において、互いに組成が異なるすなわち格子定数が異なるＡｌＮ層４２とｐ側クラッド層４１との間で、バンドギャップに歪みが生じることによって、ｐ型不純物の活性化に必要なエネルギーが増大する。このため、常温度域では、ｐ側クラッド層４１に含まれるｐ型不純物の活性化が抑制されるにしたがい、ｐ側クラッド層４１から活性層３に供給されるキャリアが抑制されると考えられる。さらに、ＡｌＮ層４２にアンドープＧａＮ層４３が積層されている場合は、アンドープＧａＮ層４３内、および互いに格子定数の異なるアンドープＧａＮ層４３とＡｌＮ層４２との界面に、それぞれ電流が拡散されるため、活性層３に供給されるキャリアはさらに抑制される。
【００３４】
一方、高温度域では、ｐ側クラッド層４１に含まれるｐ型不純物が活性化され易くなるので、ｐ側クラッド層４１から活性層３に供給されるキャリアが増大するようになる。さらに、高温度域ではキャリアの有するエネルギーが大きくなるために、ＡｌＮ層４２とアンドープＧａＮ層４３との界面等で抑制されていたｐ型コンタクト層４４からのキャリアが活性層３に供給されるようになる。その結果、半導体発光素子１０は、高温度域でキャリアが非発光中心で捕捉され易くなることによる出力低下と相殺されて、相対的に温度特性が向上し、駆動時の昇温に伴う光出力低下が抑制される。
【００３５】
〔半導体発光素子の製造方法〕
本発明の実施形態に係る半導体発光素子１０は、一例として次の方法で製造することができる。はじめに、基板１上に、公知の方法で、窒化物半導体層（ｎ側窒化物半導体層２、活性層３、ｐ側窒化物半導体層４）の各層を順番に所望の厚さに成長させて積層する。詳しくは、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を供給し、成長させる層の組成に応じて原料ガスを切り替えて供給し、さらに６００〜１４５０℃程度の内の所定の温度に切り替える。ただし、バッファ層２１（多層構造の場合は基板１上に最初に成長させる第１層）については、４００〜８００℃程度の低い温度域とすることが好ましい。原料ガスとしては、以下のガス種を組成比に応じた流量でキャリアガスと共に供給する。ＡｌＧａＮの原料ガスは、アンモニア（ＮＨ3）ガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）である。アンドープＧａＮの原料ガスは、ＮＨ3およびＴＭＧである。ＩｎＧａＮの原料ガスは、ＮＨ3、ＴＭＧ、およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）である。ＡｌＮの原料ガスは、ＮＨ3およびＴＭＡである。さらにＧａＮにＳｉをドープする場合は、ＮＨ3およびＴＭＧに加え、不純物ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）ガスを供給する。ＧａＮにＭｇをドープする場合は、ＮＨ3およびＴＭＧに加え、不純物ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を供給する。ＭｇドープＡｌＧａＮは、ＮＨ3、ＴＭＧ、ＴＭＡ、およびＣｐ2Ｍｇを供給する。
【００３６】
次に、成長させた窒化物半導体層にアニール処理を行い、ｎ側電極６のコンタクト領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）にて、ｐ側窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ側窒化物半導体層２の一部を除去して、ｎ型コンタクト層２２を露出させる。透光性電極材料をスパッタリング法等で成膜し、ｐ側窒化物半導体層４に合わせた平面視形状に加工して透光性電極５１を形成する。最後に、透光性電極５１上およびｎ型コンタクト層２２上に、ｐ側電極５のパッド電極５２およびｎ側電極６を金属電極材料で形成して、半導体発光素子１０が得られる。
【００３７】
なお、半導体発光素子１０の各要素は、以下の通りとしてもよい（図示省略）。
バッファ層２１は、前記した通り、ｎ型コンタクト層２２を成長させるための下地であるので、窒化物半導体素子の形成後に基板１と共に除去することもできるし、それ自体省略することもできる。
アンドープ半導体層２３は、ドープ層を含む多層構造として説明したが、前記した通り、アンドープ層のみからなる単層構造や、組成の異なるアンドープの窒化物半導体のみを積層した２層以上の構造でもよい。
活性層３は、１層の井戸層を障壁層で挟んで積層した、すなわち障壁層／井戸層／障壁層の３層構造からなる単一量子井戸構造でもよい。
【００３８】
ｐ側クラッド層４１は、単層構造として説明し、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるものを好ましい態様としたが、ｐ型ＡｌＧａＮ層に組成の異なる窒化物半導体を積層した２層以上の構造、例えばｐ型ＡｌＧａＮとｐ型ＧａＮとを繰り返し積層した多層膜層でもよい。
【００３９】
本発明に係る半導体発光素子を作製し、ｐ側窒化物半導体層の構造について本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４０】
〔半導体発光素子の作製〕
基板１として、φ７６ｍｍのサファイア基板（ウェハ）を用いて、表１に示す組成および厚さの窒化物半導体層を、表１に示す条件（温度、原料ガス）で成長させた。ただし、ｐ側窒化物半導体層４については表２に示すように、構造の異なる参考例のサンプルＮｏ．１、実施例のサンプルＮｏ．２（図１に示す構造の半導体発光素子１０）、ならびに比較例のサンプルＮｏ．３〜５を作製した。なお、表１において、温度および原料ガスの切り替えのない層の条件（下層と同じ条件）は空白で表す。
【００４１】
【表１】
0005942519.tif 000002
【００４２】
積層した窒化物半導体層の表面（ｐ型コンタクト層４４の表面）に所定の平面視形状のマスクを形成し、ＲＩＥで表面から約１．５μｍの深さまでエッチングしてｎ型コンタクト層２２の表面を露出させた。ｐ型コンタクト層４４上のほぼ全面にＩＴＯで透光性電極５１を形成し、透光性電極５１上および露出させたｎ型コンタクト層２２上に、ｐ側電極５のパッド電極５２およびｎ側電極６をそれぞれ形成した。最後に、チップ毎に切断して、チップサイズ７３０μｍ×３３０μｍの半導体発光素子を基板あたり約１．５万個得た。
【００４３】
〔評価〕
（温度特性）
作製した半導体発光素子に、６０ｍＡの順電流をパルスで供給して、周囲温度を１００℃まで上昇させたときの出力の変化を測定した。１００℃における出力を、常温（２５℃）での出力を１とした相対値で表２に示す。なお、出力は、各仕様の基板における中心部（１個）、外周部（１２個の平均値）、中間部（外周部と中心部との中間の１０個の平均値）をそれぞれ算出し、これら３つの平均値のさらに平均値にて評価した。
【００４４】
【表２】
0005942519.tif 000003
【００４５】
表２に示すように、参考例および本発明に係る実施例の半導体発光素子（サンプルＮｏ．１，２）では、ｐ側窒化物半導体層にＡｌＮ層のない比較例のサンプルＮｏ．３に対して、周囲温度の上昇に対する出力の低下が抑制された。
【００４６】
これに対して、サンプルＮｏ．４は、ＡｌＮ層をアンドープＧａＮ層に積層させ、ＡｌＮ層をｐ側クラッド層に積層させなかった比較例であるため、キャリアの供給がほとんど抑制されず、比較例と同程度の温度特性であった。また、サンプルＮｏ．５は、絶縁体であるＡｌＮ層を活性層とｐ側クラッド層との間に設けた比較例であるために、初期特性（常温での光出力）が著しく低下した。なお、サンプルＮｏ．５は、このために温度特性は評価しなかった。
【実施例２】
【００４７】
実施例１のサンプルＮｏ．２（実施例）およびサンプルＮｏ．３（比較例）と同じ仕様の半導体発光素子を作製した。実施例１と同様に、周囲温度を常温（２５℃）から１００℃まで上昇させて出力を測定した。実施例１と同様に出力の平均値を算出し、出力の周囲温度依存性を、２５℃での出力を１とした相対値で図２に示す。また、２５℃、１００℃におけるそれぞれの出力（絶対値）を、基板の中心部および外周部における各３個、計６個の平均値で表３に示す。
【００４８】
【表３】
0005942519.tif 000004
【００４９】
図２に示すように、本発明に係る実施例（サンプルＮｏ．２）の半導体発光素子では、ｐ型窒化物半導体層にＡｌＮ層のない比較例（サンプルＮｏ．３）に対して、周囲温度の上昇に対する出力の低下が抑制された。さらに表３に示すように、周囲温度１００℃での出力は、実施例の半導体発光素子は比較例に対して、約２．９％の増加が認められた。なお、常温（２５℃）では、実施例の半導体発光素子は比較例よりも出力が低下したものの、比較例に対して約１．２％の減少に留まり、実際の使用における温度下では、出力が向上したといえる。
【実施例３】
【００５０】
本発明に係る半導体発光素子を作製し、ｐ側窒化物半導体層に設けたＡｌＮ層の厚さによる効果の違いを確認した。
実施例１の表１に示す半導体発光素子（サンプルＮｏ．２）のｐ側窒化物半導体層の形成と同じ条件で、サファイア基板に厚さ３μｍのアンドープＧａＮを成長させ、その上にＡｌＮを厚さ０〜１０ｎｍの間で変化させて成長させ、さらにその上にアンドープＧａＮを３０ｎｍ成長させて、ＡｌＮ層の厚さの異なるサンプルを作製した。
【００５１】
（キャリア移動度試験）
作製した各サンプルのキャリア移動度を、ホール測定装置を用いてｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法によって測定した。各サンプルについて、実施例１の温度特性評価と同様に、平均値による結果を図３に示す。
【００５２】
図３に示すように、ｐ側窒化物半導体層のＡｌＮ層は、厚さが１ｎｍ以上で、ＡｌＮ層のないものよりもキャリア移動度が顕著に増大し、厚さ３ｎｍ以下において特に優れている。
【００５３】
以上、本発明に係る半導体発光素子について、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態および実施例に限定されるものではなく、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５４】
１０    半導体発光素子
１      基板
２      ｎ側窒化物半導体層
２１    バッファ層
２２    ｎ型コンタクト層
２３    アンドープ半導体層
２４    ｎ側クラッド層
３      活性層
４      ｐ側窒化物半導体層
４１    ｐ側クラッド層
４２    ＡｌＮ層
４３    アンドープＧａＮ層
４４    ｐ型コンタクト層
５      ｐ側電極
５１    透光性電極
５２    パッド電極
６      ｎ側電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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