(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率で発光することができる窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】窒化物半導体発光素子は、第１ｎ−ＧａＮ層１１、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２、ｐ−ＡｌＧａＮ層１３、ｐ−ＧａＮ層１４、トンネル接合層１５、及び第２ｎ−ＧａＮ層１６を備えている。トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層のｎ側の端までの間におけるアクセプタ濃度が、ドナー濃度より低い。【選択図】図２
2019106494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側の端までの間における前記アクセプタ濃度が、ドナー濃度より低いことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置が、前記トンネル接合層のｎ側の端の位置よりも前記ドナー濃度の値と前記アクセプタ濃度の値とが一致する位置に近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】
前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及び前記ドナー濃度の最大値を示す位置は、
前記ドナー濃度の値と前記アクセプタ濃度の値とが一致する位置より前記トンネル接合層のｎ側に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置における前記ドナー濃度の値は、
前記アクセプタ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記トンネル接合層において、前記アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側において、前記アクセプタ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つ前記ドナー濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１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ものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子のほとんどはｐ型半導体層とｎ型半導体層とを積層して形成される。高い効率で動作する素子を実現するためには、電気抵抗が小さいｐ型半導体層及びｎ型半導体層が必要である。ところが、紫外可視光波長域発光・受光素子として有用であるとされる窒化物半導体では、ｐ型半導体層のＧａＮにおいて、電気抵抗率が１Ωｃｍ以上である。これは、ｎ型窒化物半導体や赤外半導体であるｎ型ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）やｐ型ＧａＡｓの電気抵抗率が０．０１Ωｃｍ以下であることに比べて１００倍以上大きい。さらに、深紫外領域で必要とされる、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）モル分率が大きいＡｌＧａＮは、ｐ型ＡｌＧａＮが得られないという課題がある。
【０００３】
このため、非特許文献１には、高濃度にドナー（ｎ型不純物）が添加されたｎ型半導体層（以降、ｎ＋＋半導体層という）と、高濃度にアクセプタ（ｐ型不純物）が添加されたｐ型半導体層（以降、ｐ＋＋半導体層という）とがｐｎ接合したトンネル接合層をｐ側に配置した素子構造が開示されている。詳しくは、非特許文献１に開示された素子構造は、活性層の上側に配置されるｐ型半導体層を薄いｐ型半導体層にして、その上側にトンネル接合層を配置し、さらにトンネル接合層の上側に比較的厚いｎ型半導体層を配置している。この素子構造のｎ型半導体層側から電流を流すと、トンネル接合層のｎ＋＋半導体層とｐ＋＋半導体層とに逆バイアスが印加され、トンネル接合層内のｎ＋＋半導体層からｐ＋＋半導体へとキャリアがトンネルし、電流が流れることになる。このトンネル接合層を有する発光素子では、ｎ型半導体層に比べて高い電気抵抗のｐ型半導体層をほとんど使用する必要がなく、ｐ型半導体層に比べて低い電気抵抗のｎ型半導体層を利用することによって、素子抵抗を大幅に低減させることができる。
【０００４】
これに対して、素子抵抗の全体を低減するには、トンネル接合層の電気抵抗を低減させる必要がある。トンネル接合自体の電気抵抗を小さくすることができれば、従来の素子の電気抵抗をより小さくすることができ、さらに、現在実用化が遅れている面発光レーザや深紫外発光素子の実用化が可能になる。
非特許文献２に示すように、一般的にトンネル接合は、ｐ＋＋半導体層とｎ＋＋半導体層を接合させた構造であり、それぞれの層に空乏層が形成され、これら空乏層の厚みの和がトンネル接合層内に形成される空乏層の厚みとなる。この空乏層の厚みが薄いほど、電子が価電子帯から伝導帯へトンネルしやすくなり、低い電気抵抗でｎ＋＋半導体層からｐ＋＋半導体層に電流を流すことができる。空乏層の幅Ｗは、一般的に以下の式で表される。
【０００５】
【数１】
2019106494.tif 000003
【０００６】
ここで、εs:半導体の誘電率、Ｖbi：印加電圧、ＮD：ｎ＋＋半導体層内の実効ドナー濃度、ＮA：ｐ＋＋半導体層内の実効アクセプタ濃度である。この式から、ＮD（実効ドナー濃度）、及びＮA（実効アクセプタ濃度）が高いほど、空乏層の幅Ｗは狭くなることがわかる。ただし、ＮD、ＮAは、いわゆる実効濃度である。例えば、ｐ＋＋半導体層の表面側である上側にｎ＋＋半導体層を形成する場合、ｐ＋＋半導体層内のアクセプタ濃度を高くし過ぎると、直上のｎ＋＋半導体層内にアクセプタが拡散し、拡散したアクセプタによってｎ＋＋半導体層内のドナーが補償されてしまう。これにより、ｎ＋＋半導体層内の実効ドナー濃度ＮDは減少し、ＮD−ＮAに低下する。この結果、空乏層の幅Ｗが広がり、トンネル接合層の電気抵抗は高くなってしまう。ゆえに、トンネル接合層では、ｐ＋＋半導体層、及びｎ＋＋半導体層のそれぞれにおいて、アクセプタ濃度、及びドナー濃度を極めて高い濃度にすると共に、ｐ＋＋半導体層とｎ＋＋半導体層との界面（以降、トンネル接合層の界面という）における濃度プロファイルを急峻に制御（上記の場合で言えば、ｐ＋＋半導体層内において、ｎ＋＋半導体層との界面に向かうに従い、アクセプタ濃度を急激に低下させると共に、ｎ＋＋半導体層内において、ｐ＋＋半導体層との界面から離れるに従いドナー濃度を急激に増加させる）することによって、アクセプタ、及びドナーが互いに補償することを抑え、実効アクセプタ濃度及び実効ドナー濃度を高くすることが必要であることが知られている。したがって、上記基本理論に基づいてアクセプタ濃度及びドナー濃度プロファイルを適切に制御することによってトンネル接合層の電気抵抗を低くすることが可能と考えられた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T.Takeuchi et al.,"GaN-Based Light Emitting Diodes with Tunnel Junctions"、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)、pp.L861-L863.
【非特許文献２】S.M.Sze Physics of Semiconductor Devices (2nd Edition)、John Wiley & Sons、(1981)
【非特許文献３】D．Minamikawa，et al，、"GaInN-based tunnel junctions with high InN mole fractions grown by MOVPE"Physica Status Solidi、２０１５年５月、Vol．２５２，Issue５，P．１１２７−１１３１
【非特許文献４】Erin C. Young, Benjamin P. Yonkee, Feng Wu, Sang Ho Oh, Steven P. DenBaars, Shuji Nakamura and James S. Speck" Hybrid tunnel junction contacts to III-nitride light-emitting diodes"、Applied Physics Express、（米国）、２０１６年、Vol．９，Number２、P.０２２１０２
【非特許文献５】B.P.Yonkee, E.C.Young, S.P.DenBaars, S.Nakamura, J.S.Speck"Silver free III-nitride flip chip light-emitting-diode with wall plug efficiency over 70% utilizing a GaN tunnel junction"Applied Physics Letter、（米国）、２０１６年、Vol．１０９，Issue１９、P．１９１１０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、窒化物半導体は従来の半導体に比べてバンドギャップが倍以上大きいため、そもそもキャリアがトンネルし難く、さらに、アクセプタの濃度プロファイルを急峻に制御することも難しい。このため、窒化物半導体を用いて電気抵抗の低いトンネル接合層を実現することは難しいと考えられた。
このような状況下において、窒化物半導体を用いたトンネル接合層では、非特許文献３に示すように、バンドギャップの小さなＧａＩｎＮ層を用いたり、非特許文献４に示すように、アクセプタ（ｐ型不純物）であるＭｇ（以降、Ｍｇという）の濃度プロファイルの制御が容易なＭＢＥ法を用いたり、非特許文献５に示すように、トンネル接合層の界面において、成長炉からウエハを一旦取り出しウエハ洗浄し、その後再成長させたりする等の工夫をして電気抵抗が低い窒化物半導体のトンネル接合層を実現している。
【０００９】
しかし、窒化物半導体を用いたトンネル接合層において、最も基本的なアクセプタ濃度及びドナー濃度、及びこれらの濃度プロファイルに関する設計指針は、非特許文献２に開示された基本理論があるのみである。
このため、発明者らは、この基本理論に基づいてアクセプタ濃度及びドナー濃度のそれぞれの濃度プロファイルを制御して作成したトンネル接合層の駆動電圧を評価し、アクセプタ及びドナーの相関関係を詳しく調査した。
上述したように、この基本理論においてはＭｇ、及びドナー（ｎ型不純物）であるＳｉ（以降、Ｓｉという）を用いてｐ＋＋半導体層、及びｎ＋＋半導体層を形成しつつ、このＭｇ及びＳｉのそれぞれの濃度プロファイルがトンネル接合層の界面において急峻に形成され、ｐ＋＋半導体層とｎ＋＋半導体層とが接合され、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの最大値を示す位置がトンネル接合層の厚み方向（以降、厚み方向という）に分離して存在する濃度プロファイルの構造が最適であると考えられていた（図１（Ａ）参照。）。しかし、窒化物半導体はＭｇの濃度プロファイルを急峻に制御することが難しいため、電気抵抗の低いトンネル接合層を実現することが難しい。なお、トンネル接合層のｎ側の端は、ｐ側に向けてＳｉの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置であり、ｐ側の端は、ｎ側に向けてＭｇの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、窒化物半導体を用いたトンネル接合層において、ドナー、及びアクセプタのそれぞれの濃度プロファイルが、より適切に形成されることによって実現する低抵抗トンネル接合層によって、高効率で発光することができる窒化物半導体発光素子を提供することを解決すべき課題としている。
【００１１】
ここで、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度を測定する場合には、測定下限の制限により、異なる測定条件で測定する必要があるため、従来同時に測定を行っていなかった。ゆえに、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度の最大値を示す位置の互いの厚み方向の位置関係は正確に把握できなかった。
しかし、トンネル接合層では、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度が高濃度であるため、Ｍｇ及びＳｉのそれぞれの濃度プロファイルを一度の測定で同時に測定することができる。これにより、発明者らは、窒化物半導体を用いた電気抵抗の低いトンネル接合層におけるＭｇ及びＳｉのそれぞれの濃度の最大値を示す位置の厚み方向の正確な位置関係を把握することが可能であった。
その結果、図１（Ｂ）に示すように、トンネル接合層内のＭｇの濃度の最大値を示す厚み方向の位置に、そのＭｇ濃度よりも高い濃度のＳｉが存在する構造において、窒化物半導体を用いたトンネル接合層の電気抵抗が大きく低下することを見出した。これは、非特許文献２に開示された従来の基本理論によれば、トンネル接合層の全てのＭｇがＳｉに補償されてしまい実効アクセプタ濃度は０となり、トンネル接合層として全く好ましくない構造である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置から前記トンネル接合層のｎ側の端までの間における前記アクセプタ濃度が、ドナー濃度より低いことを特徴とする。
【００１３】
この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層には、トンネル接合層の厚み方向の所定の位置において、アクセプタ、及びドナーの両方が存在することによって、バンド内に不純物準位を形成し、比較的大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層で生じるトンネル電流に寄与することができると考えられる。
【００１４】
したがって、本発明の窒化物半導体発光素子は高効率で発光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】トンネル接合層内におけるドナー及びアクセプタのそれぞれの濃度プロファイルを示す概略図であり、（Ａ）は従来の濃度プロファイルを示し、（Ｂ）は本発明の濃度プロファイルを示す。
【図２】実施例１、２、及び比較例１〜３の試料を用いて素子形成した状態の構造を示す模式図である。
【図３】実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層の厚み方向におけるＭｇ、Ｓｉの濃度の変化を示すグラフである。
【図４】実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層の厚み方向における実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度の変化を示すグラフである。
【図５】実施例１、２、及び比較例１、２の試料の電流に対する電圧の大きさの変化を示すグラフである。
【図６】比較例３の試料のトンネル接合層の厚み方向におけるＭｇ、Ｓｉのそれぞれの濃度の変化を示すグラフである。
【図７】実施例２、及び比較例３の試料の電流に対する電圧の大きさの変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明における好ましい実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明の窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置が、トンネル接合層のｎ側の端の位置よりもドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置により近くてもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層のｎ側の端にアクセプタが偏析することを抑えることができる。
【００１８】
本発明の窒化物半導体発光素子のトンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置は、ドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置よりトンネル接合層のｎ側に位置してもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子は、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置のそれぞれをトンネル接合層内に確実に存在させることができ、トンネル接合層において、アクセプタ濃度、及びドナー濃度のそれぞれを確実に高くすることができる。
【００１９】
本発明の窒化物半導体発光素子のトンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置におけるドナー濃度の値は、アクセプタ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上でもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子は、より大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層で生じるトンネル電流に寄与することができると考えられる。
【００２０】
本発明の窒化物半導体発光素子のトンネル接合層において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層のｎ側において、アクセプタ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つドナー濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上であってもよい。この場合、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層のｎ側にアクセプタが偏析することをより抑えることができる。
【００２１】
次に、本発明の窒化物半導体発光素子を具体化した実施例１、２及び比較例１〜３について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
＜実施例１、２、及び比較例１〜３＞
【００２３】
実施例１、２、及び比較例１、２の窒化物半導体発光素子は、図２に示すように、第１ｎ−ＧａＮ層１１、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２、ｐ−ＡｌＧａＮ層１３、ｐ−ＧａＮ層１４、トンネル接合層１５、及び第２ｎ−ＧａＮ層１６を備えている。
【００２４】
実施例１、２、及び比較例１、２の窒化物半導体発光素子は、基板であるサファイア基板９（以下、基板９という）の表面側（表は図２における上側である、以下同じ。）に低温堆積緩衝層（図示せず）を介して形成したｕ−ＧａＮ層１０の表面側に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて積層して結晶成長する。なお、サファイア基板９、及びｕ−ＧａＮ層１０はｃ面（（０００１）面）が表面である。
【００２５】
先ず、基板９の表面側に形成されたｕ−ＧａＮ層１０の表面に第１ｎ−ＧａＮ層１１を積層して結晶成長する。詳しくは、先ず、ＭＯＣＶＤ法を実行することができるＭＯＣＶＤ装置の反応炉内にｕ−ＧａＮ層１０が表面に形成された基板９をセットする。そして、反応炉内にＮ（窒素）の原料であるＮＨ3（アンモニア）、及びキャリアガスであるＨ2（水素）を供給して、反応炉内の温度を調節して基板の温度を１０５０℃にする。反応炉内に供給するガスは、別途記載があるまで供給を停止しない。そして、反応炉内にＧａ（ガリウム）の原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）と、Ｓｉ（ケイ素）の原料であるＳｉＨ4（シラン）とを供給して、２μｍの厚みの第１ｎ−ＧａＮ層１１を積層して結晶成長させる。反応炉内へのＳｉＨ4の供給量は第１ｎ−ＧａＮ層１１に添加されるＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3になるように調節する。
【００２６】
次に、第１ｎ−ＧａＮ層１１の表面にＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を積層して結晶成長する。ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２は、ＧａＩｎＮ井戸層（図示せず）、及びＧａＮバリア層（図示せず）を有している。
【００２７】
先ず、ＧａＩｎＮ井戸層を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＨ2、ＴＭＧａ、及びＳｉＨ4の供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の原料のガスの供給を停止する。そして、反応炉内にキャリアガスとしてＮ2（窒素）を供給する。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を７８０℃にする。そして、反応炉内にＧａの原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）と、Ｉｎ（インジウム）の原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）とを供給して、３ｎｍの厚みのＧａＩｎＮ井戸層を積層して結晶成長させる。
【００２８】
次に、ＧａＩｎＮ井戸層の表面にＧａＮバリア層を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＴＭＩｎの供給を停止して、６ｎｍの厚みのＧａＮバリア層を積層して結晶成長させる。こうして成長させたＧａＩｎＮ量子井戸層、及びＧａＮバリア層を１ペアとして、この１ペアを５ペア積層して結晶成長する。こうしてＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を形成する。そして、反応炉内へのＴＥＧａ及びＴＭＩｎの供給を停止する。
【００２９】
次に、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２の表面にｐ−ＡｌＧａＮ層１３を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へ供給するキャリアガスをＮ2からＨ2に切り替える。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を１０００℃にする。そして、反応炉内にＴＭＧａ、Ａｌ（アルミニウム）の原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、及びＭｇ（マグネシウム）の原料であるＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を供給して、２０ｎｍの厚みのｐ−ＡｌＧａＮ層１３を積層して結晶成長させる。反応炉内へのＣｐ2Ｍｇの供給量はｐ−ＡｌＧａＮ層１３に添加されるＭｇの濃度が３×１０19ｃｍ-3になるように調節する。
【００３０】
次に、ｐ−ＡｌＧａＮ層１３の表面にｐ−ＧａＮ層１４を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へＴＭＡｌの供給を停止して、１６０ｎｍの厚みのｐ−ＧａＮ層１４を積層して結晶成長させる。ｐ−ＧａＮ層１４に添加されるＭｇの濃度は４×１０19ｃｍ-3である。
【００３１】
次に、反応炉内でｐ−ＧａＮ層１４の表面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層１５を形成する。トンネル接合層１５はＧａＮを母材とし、アクセプタ（ｐ型不純物）としてＭｇを用いたｐ型トンネル接合層であるｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａ、及びドナー（ｎ型不純物）としてＳｉを用いたｎ型トンネル接合層であるｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂを有している。
また、実施例１、２、及び比較例１、２では、Ｓｉの厚み方向の濃度プロファイルを互いに同様とし、Ｍｇの厚み方向の濃度プロファイルをそれぞれ変更している。
【００３２】
先ず、アクセプタを添加してｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａを形成する。詳しくは、反応炉内にＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇを供給する。こうして、数ｎｍ〜１０数ｎｍの厚みのｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａを成長させる。ｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａに添加されるＭｇの濃度の最大値が２〜３×１０20ｃｍ-3になるようにＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇの流量を調節する。こうして、ｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａの結晶成長を終了する。そして、反応炉内へのＴＥＧａ、及びＣｐ2Ｍｇの供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の原料のガスの供給を停止する。
【００３３】
次に、ｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａの表面にｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂを積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内へのＣｐ2Ｍｇの供給を停止する。そして、反応炉内に、ＴＥＧａ、及びＳｉＨ4を供給して、１５ｎｍの厚みのｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂを積層して結晶成長させる。ｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂに添加されるＳｉの濃度の最大値は５〜７×１０20ｃｍ-3である。その後、反応炉内へのＴＥＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止する。
実施例１、２、及び比較例１、２において、ｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａを形成する際、Ｍｇの供給量を調整することによって、Ｍｇの濃度の最大値を示す厚み方向の位置（以降、Ｍｇの最大値を示す位置という）に対するＳｉの濃度の最大値を示す厚み方向の位置（以降、Ｓｉの最大値を示す位置という）を１．８ｎｍ、２．５ｎｍ、４．３ｎｍ、７．２ｎｍの４種類に変化させている。Ｍｇの最大値を示す位置に対するＳｉの最大値を示す位置は、実施例１が１．８ｎｍであり、実施例２が２．５ｎｍであり、比較例１が４．３ｎｍであり、比較例２が７．２ｎｍである。
【００３４】
その後、反応炉内へのＴＥＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止する。すなわち、ＮＨ3以外の反応炉内への原料の供給を停止する。こうして、実施例１、２、及び比較例１、２のそれぞれにおいてトンネル接合層１５を形成する。
【００３５】
次に、トンネル接合層１５の表面に第２ｎ−ＧａＮ層１６を積層して結晶成長する。詳しくは、反応炉内の温度を調節して基板９の温度を１０５０℃にする。そして、反応炉内にＴＭＧａ、及びＳｉＨ4を供給する。そして、第２ｎ−ＧａＮ層１６を４００ｎｍの厚みで積層して結晶成長させる。第２ｎ−ＧａＮ層１６に添加されるｎ型不純物であるＳｉの濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
そして、反応炉内へのＴＭＧａ及びＳｉＨ4の供給を停止して結晶成長を終了する。そして、反応炉内へ供給するキャリアガスをＨ2からＮ2に切り替える。そして、反応炉内の温度を調節して基板９の温度が４００℃以下になった時点で、反応炉内へのＮＨ3の供給を停止する。そして、基板９の温度が室温になった後、反応炉内のパージを行い、基板９を反応炉から取り出す。こうして、図１に示す層構造を有した実施例１、２、及び比較例１、２の基板９を作成することができる。
【００３６】
次に、上記の手順に基づいて結晶成長して層構造を形成し、窒化物半導体によって形成されたトンネル接合層１５を備えた実施例１、２、及び比較例１、２の試料のそれぞれを電流注入可能な素子に形成する前の状態における、Ｍｇ、Ｓｉの試料の厚み方向の濃度プロファイルをＳＩＭＳにより同時に測定した結果を図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す。
ここで、ＳＩＭＳの測定条件を以下に示す。測定装置：ＣＡＭＥＣＡ ＩＭＳ−６Ｆ、一次イオン種：Ｃｓ＋、一次加速電圧、５．０ｋＶ、検出領域：６０μｍφである。測定濃度はそれぞれイオン注入した標準試料を用いて較正した。この測定条件でＭｇ及びＳｉの濃度を同時に測定することによって、ＭｇとＳｉとのそれぞれの厚み方向の濃度プロファイルの関係を明確に得ることができる。
なお、トンネル接合層１５の形成工程において、実施例１、２、及び比較例１、２のそれぞれでｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａ、及びｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂの厚みについて述べているが、これは、ｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａ、及びｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂのそれぞれにおいて、Ｍｇ、及びＳｉが所定の濃度以上に添加された領域の厚みである。
実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎは、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ｐ側に向けてＳｉの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。また、実施例１、２、及び比較例１、２の試料のトンネル接合層１５のｐ側の端Ｅｐは、ｎ側に向けてＭｇの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。
【００３７】
図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、Ｍｇの最大値を示す位置に対するＳｉの最大値を示す位置は、実施例１の試料（＋１．８ｎｍ）が最も小さく、実施例２の試料（＋２．５ｎｍ）、比較例１の試料（＋４．３ｎｍ）、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）の順に大きくなる。"＋"はＳｉの最大値を示す位置がＭｇの最大値を示す位置よりもｎ側（すなわち、Ｓｉの最大値を示す位置がＭｇの最大値を示す位置に比べてサファイア基板９の表面から離れた側であり図３（Ａ）〜（Ｄ）における左側）にあることを示す。
実施例１、２、及び比較例１、２の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｍｇ及びＳｉの濃度がトンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎに向けて、ほぼ同じ傾きをなして減少している。
実施例１、２、及び比較例１の試料は、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎまでの間におけるＭｇ濃度がＳｉ濃度より低い。
また、実施例１、２、及び比較例１の試料は、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置が、トンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｎの位置よりもＳｉ濃度の値とＭｇ濃度の値とが一致する位置Ｓｎｐに近い。
また、実施例１、２及び比較例１の試料は、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置、及びＳｉ濃度の最大値を示す位置が、Ｓｉ濃度の値とＭｇ濃度の値とが一致する位置Ｓｎｐよりトンネル接合層１５のｎ側に位置している。
【００３８】
図３（Ａ）に示すように、実施例１の試料におけるＭｇの最大値はおよそ２×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ６×１０20ｃｍ-3である。つまり、実施例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさがおよそ３倍である。
また、実施例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域がおよそ７ｎｍである。実施例１の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ７ｎｍ、ｎ側にずれている。
【００３９】
図３（Ｂ）に示すように、実施例２の試料におけるＭｇの最大値はおよそ３×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ６×１０20ｃｍ-3である。つまり、実施例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさは、およそ２倍である。
また、実施例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域はおよそ６ｎｍである。実施例２の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ６ｎｍ、ｎ側にずれている。
【００４０】
図３（Ｃ）に示すように、比較例１の試料におけるＭｇの最大値はおよそ３×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ４×１０20ｃｍ-3である。つまり、比較例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさは、およそ１．３倍である。
また、比較例１の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域はおよそ９ｎｍである。比較例１の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ９ｎｍ、ｎ側にずれている。
【００４１】
図３（Ｄ）に示すように、比較例２の試料におけるＭｇの最大値はおよそ３×１０20ｃｍ-3である。また、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ７×１０19ｃｍ-3である。つまり、比較例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさは、およそ０．２倍である。
また、比較例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域はおよそ１２ｎｍである。比較例２の試料は、Ｍｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ１２ｎｍ、ｎ側にずれている。
【００４２】
従来の基本理論では、アクセプタに補償されたドナー濃度である実効ドナー濃度（ＮD−ＮA）及びドナーに補償されたアクセプタ濃度である実効アクセプタ濃度（ＮA−ＮD）が重要である。図３（Ａ）〜（Ｄ）のＳＩＭＳ測定の結果から実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度をプロットし直したグラフを図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、トンネル接合層１５の界面Ｂ付近において、高い実効ドナー濃度、及び高い実効アクセプタ濃度が実現できているのは、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）である。具体的には、比較例２の試料は、実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度がどちらも１×１０20ｃｍ-3を超えている。
これに対して、Ｍｇの最大値を示す位置とＳｉの最大値を示す位置との間の距離が短くなる（実施例１、２、及び比較例１）に従い、トンネル接合層１５の界面Ｂ付近における実効ドナー濃度、及び実効アクセプタ濃度は低下し、実施例１、２の試料では、実効アクセプタ濃度の最大値が明確に存在せず、従来の基本理論ではトンネル接合層として機能し難い構造に見える。
【００４３】
次に、実施例１、２、及び比較例１、２の試料のそれぞれを用いて電流の注入が可能な素子の形成を行う工程について図２を参照しつつ説明する。
【００４４】
先ず、表面からの平面視において、基板９上に直径３５μｍの円形形状であるメサ構造２０を形成する。詳しくは、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いて基板９上にメサ構造２０を形成する。より詳しくは、基板９上の最も表面に積層して結晶成長した第２ｎ−ＧａＮ層１６の表面に直径３５μｍの円形形状のフォトレジスト又は金属マスクを形成する（図示せず。）。フォトレジスト又は金属マスクが形成された直下はエッチングで除去されない。また、フォトレジスト又は金属マスクが形成されていない領域は、表面に第１ｎ−ＧａＮ層１１が露出するまでエッチングされる。露出した第１ｎ−ＧａＮ層１１には後述する第２電極２２を形成する。こうして、基板９上に直径３５μｍの円形形状であるメサ構造２０を形成する。
【００４５】
次に、メサ構造２０を形成した基板９をＯ2（酸素）雰囲気中にて、７２５℃で３０分間アニール処理を行い、埋め込まれたｐ−ＡｌＧａＮ層１３、ｐ−ＧａＮ層１４、及びトンネル接合層１５のｐ＋＋−ＧａＮ層１５ＡのＭｇを活性化させる。ここで、活性化とはｐ型不純物であるＭｇに結合しているＨ（水素）を離脱させてＭｇを活性化させ、Ｍｇが添加されたｐ−ＡｌＧａＮ層１３、ｐ−ＧａＮ層１４、及びトンネル接合層１５のｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａの電気伝導性を向上させることである。こうして活性化することで、エッチングによって、側面が露出したｐ−ＡｌＧａＮ層１３、ｐ−ＧａＮ層１４及びトンネル接合層１５のｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａのそれぞれの側面からＭｇを不活性化させていたＨを離脱させる。
【００４６】
次に、第１電極２１、及び第２電極２２を形成する。詳しくは、円形形状をなした第１電極２１をメサ構造２０の表面に形成する。また、円環状をなした第２電極２２をメサ構造２０の周囲を囲むように、第１ｎ−ＧａＮ層１１の露出した表面に形成する。第１電極２１、及び第２電極２２は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕである。また、第１電極２１、及び第２電極２２はそれぞれを一括して形成する。こうして、第１電極２１からトンネル接合層１５、及びＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層１２を通過して第２電極２２に電流を流すことができる実施例１、２、及び比較例１、２の窒化物半導体発光素子を形成する。
【００４７】
次に、電流の注入が可能な素子に形成された実施例１、２、及び比較例１、２の試料について電流電圧特性を測定した結果を図５に示す。
図５に示すように、Ｍｇの最大値を示す位置に対するＳｉの最大値を示す位置が比較例２の試料より短くなる（すなわち、＋７．２ｎｍより短くなる）に従って急激に駆動電圧が低くなり、実施例２の試料（＋２．５ｎｍ）が最も低い値である。また、実施例１の試料（＋１．８ｎｍ）の駆動電圧は、実施例２の試料（＋２．５ｎｍ）に比べて僅かに上昇したものの、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）に比べて十分低い値であった。
従来の基本理論によれば、比較例２の試料（＋７．２ｎｍ）の濃度プロファイルにおいて、空乏層の幅が最も狭く、駆動電圧が最も低くなり、一方で、Ｍｇの最大値の位置とＳｉの最大値の位置との間の距離が短くなる（実施例１、２、及び比較例１）に従い、実効アクセプタ濃度、及び実効ドナー濃度のそれぞれが低下することによって、空乏層の幅が広がり、駆動電圧が高くなるものと考えられたが、全く逆の結果であった。
実施例１、２、及び比較例１の試料のように、トンネル接合層１５内のＭｇの最大値を示す位置において、Ｍｇの濃度より高い濃度のＳｉが存在する構造によって、窒化物半導体を用いたトンネル接合層１５の電気抵抗が大きく低下する。
そして、より好ましくは、実施例１、２の試料である図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置におけるＳｉ濃度の値は、Ｍｇ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上であると、窒化物半導体を用いたトンネル接合層１５の電気抵抗がより大きく低下する。
【００４８】
次に、トンネル接合層１５において、ｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂの厚みの変化が電気特性に及ぼす影響を検証するため、比較例３の試料を作製した。
【００４９】
比較例３の試料は、トンネル接合層１１５のｎ＋＋−ＧａＮ層１１５Ｂの厚みが５ｎｍである点が実施例１、２、及び比較例１、２と相違する。他の構成は実施例２と同一であり、同一の構成は同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、比較例３の試料の素子構造の作製方法についても、実施例１、２、及び比較例１、２の作製方法と同一の工程は詳細な説明を省略する。
【００５０】
トンネル接合層１１５はＧａＮを母材とし、アクセプタ（ｐ型不純物）としてＭｇを用いたｐ型トンネル接合層であるｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａ、及びドナー（ｎ型不純物）としてＳｉを用いたｎ型トンネル接合層であるｎ＋＋−ＧａＮ層１１５Ｂを有している。
【００５１】
トンネル接合層１１５はｐ−ＧａＮ層１４の表面にｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａを１０ｎｍ成長させる。ｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａに添加されるＭｇの濃度の最大値は３×１０20ｃｍ-3である。なお、比較例３のｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａを形成する際のＭｇの供給量は、実施例２と同じになるように調整する。
【００５２】
次に、ｐ＋＋−ＧａＮ層１５Ａの表面に５ｎｍの厚みのｎ＋＋−ＧａＮ層１１５Ｂを積層して結晶成長する。ｎ＋＋−ＧａＮ層１１５Ｂに添加されるＳｉの濃度の最大値は６×１０20ｃｍ-3である。
こうして、トンネル接合層１１５を形成する。この後、トンネル接合層１１５の表面に第２ｎ−ＧａＮ層１６を積層して結晶成長させ、比較例３の試料を作成する。比較例３の試料は、実施例１、２、及び比較例１、２と層構造が同じである（図２参照。）。
【００５３】
次に、こうして作製した比較例３の試料の電流注入可能な素子に形成する前の状態における、Ｍｇ、Ｓｉの試料の厚み方向の濃度プロファイルをＳＩＭＳにより同時に測定した結果を図６に示す。測定条件は、実施例１、２、及び比較例１、２と同様である。
なお、比較例３の試料のトンネル接合層１１５のｎ側の端Ｅｎは、ｐ側に向けてＳｉの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置であり、比較例３の試料のトンネル接合層１１５のｐ側の端Ｅｐは、ｎ側に向けてＭｇの濃度プロファイルがほぼ平坦の状態から増加する状態に変化する位置である。
【００５４】
図６に示すように、比較例３の試料はＭｇの最大値を示す位置に、Ｍｇの濃度よりも高い濃度のＳｉが存在する。この点は実施例１、２、及び比較例１と同じである。具体的には、比較例３の試料はＭｇの最大値がおよそ３×１０20ｃｍ-3である。そして、Ｍｇの最大値を示す位置におけるＳｉの濃度の大きさはおよそ６×１０20ｃｍ-3である。つまり、比較例３の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置における、Ｍｇの濃度に対するＳｉの濃度の大きさがおよそ２倍である。
また、比較例３の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１１５のｎ側（図６における左側）に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｍｇ及びＳｉの濃度がトンネル接合層１１５のｎ側に向けてほぼ同じ傾きをなして減少している。この点も実施例１、２、及び比較例１、２と同じである。
しかし、比較例３の試料はトンネル接合層１１５のｎ側におけるＳｉの濃度プロファイルが実施例１、２、及び比較例１、２に対して大きく異なる。具体的には、比較例３の試料のＭｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域において、Ｍｇの濃度が１×１０20ｃｍ-3未満で、且つＳｉの濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域は０ｎｍである。つまり、比較例３の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線はＭｇの濃度を示すグラフの曲線に対してほぼ重なってトンネル接合層１１５のｎ側に向けて減少している。
これに対して、実施例２の試料は、Ｍｇの最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりもおよそ６ｎｍ、ｎ側にずれており、トンネル接合層１５のｎ側に向けて減少している（図３（Ｂ）参照。）。
【００５５】
次に、比較例３の試料、及び実施例２の試料を用いて電流の注入が可能な素子の形成を行った後の比較例３の試料、及び実施例２の試料について電流電圧特性を測定した結果を図７に示す。なお、電流の注入が可能な素子を形成する工程は、実施例１、２、及び比較例１、２と同じ手順であるため詳細の説明は省略する。
図７に示すように、ｎ＋＋−ＧａＮ層１１５Ｂの厚みが５ｎｍである比較例３の試料は、ｎ＋＋−ＧａＮ層１５Ｂの厚みが１５ｎｍである実施例２の試料に比べて、駆動電圧が大きく増加することがわかった。
したがって、トンネル接合層１５において、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置におけるＳｉ濃度の値がＭｇ濃度の最大値に対して少なくとも２倍以上であり、Ｍｇ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側において、トンネル接合層１５のｎ側に向けてＭｇの濃度が減少する領域、且つＭｇ及びＳｉの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上で１×１０20ｃｍ-3以下の範囲において、Ｍｇ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つＳｉ濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上である（すなわち、Ｓｉの濃度を示すグラフの曲線がＭｇの濃度を示すグラフの曲線よりも６ｎｍ以上、ｎ側にずれている）場合、より電気抵抗が低くなり、低い駆動電圧を実現できることがわかった。
【００５６】
ここで、トンネル接合層１５において、アクセプタ濃度、及びドナー濃度が実施例１、２、及び比較例１の試料のように構成される（すなわち、トンネル接合層１５内のＭｇの最大値を示す位置において、Ｍｇの濃度より高い濃度のＳｉが存在する）とトンネル接合層１５の電気抵抗が低くなる理由は以下のように考えられる。トンネル接合層１５内の厚み方向の所定の位置において、アクセプタ及びドナーの両方が共に存在することによって、バンド内に不純物準位が形成され、これにより、電子や正孔の比較的大きな状態密度が存在することになる。これがトンネル電流に寄与することでトンネル接合層１５の電気抵抗が大幅に低くなったと推察される。
【００５７】
このように、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５には、トンネル接合層１５の厚み方向の所定の位置において、アクセプタ、及びドナーの両方が存在することによって、バンド内に不純物準位を形成し、比較的大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層１５で生じるトンネル電流に寄与することができる。
【００５８】
したがって、本発明の窒化物半導体発光素子は高効率で発光することができる。
【００５９】
また、この窒化物半導体発光素子は、トンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置が、トンネル接合層１５のｎ側の端Ｅｐの位置よりもドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置に近い。このため、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層１５のｎ側にアクセプタが偏析することを抑えることができる。
【００６０】
また、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置は、ドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置よりトンネル接合層１５のｎ側に位置している。このため、この窒化物半導体発光素子は、アクセプタ濃度の最大値を示す位置、及びドナー濃度の最大値を示す位置のそれぞれをトンネル接合層１５内に確実に存在させることができ、トンネル接合層１５において、アクセプタ濃度、及びドナー濃度のそれぞれを確実に高くすることができる。
【００６１】
また、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置におけるドナー濃度の値は、アクセプタ濃度の最大値に対して２倍以上である。このため、この窒化物半導体発光素子は、より大きな電子や正孔の状態密度を存在させることができ、これによりトンネル接合層で生じるトンネル電流に寄与することができると考えられる。
【００６２】
また、この窒化物半導体発光素子のトンネル接合層１５において、アクセプタ濃度の最大値を示す位置からトンネル接合層１５のｎ側において、アクセプタ濃度が１×１０20ｃｍ-3未満、且つドナー濃度が１×１０20ｃｍ-3以上の領域が６ｎｍ以上である。このため、この窒化物半導体発光素子はトンネル接合層１５のｎ側にアクセプタが偏析することをより抑えることができる。
【００６３】
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１、２に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１、２では、トンネル接合層の裏面側は一般的な青色ＬＥＤ構造であるが、これに限らず、高電流密度領域における電圧降下が大きく改善されることから、端面レーザダイオードや、第１ｎ−ＧａＮ層の裏面側に、多層膜反射鏡を設けた面発光レーザ構造としても良い。
（２）実施例１、２では、ｐ型不純物としてＭｇを用いているが、これに限らず、ｐ型不純物である、Ｚｎ，Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａ等であっても良い。
（３）実施例１、２では、ｎ型不純物としてＳｉを用いているが、これに限らず、ｎ型不純物である、Ｇｅ、Ｔｅ等であっても良い。
（４）実施例１、２では、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ５重量子井戸活性層の表面にｐ−ＡｌＧａＮ層を積層して形成しているが、これに限らず、ＧａＩｎＮ量子井戸活性層の表面にｐ−ＡｌＧａＮ層を積層して形成しなくても良い。
（５）実施例１、２では、サファイア基板を用いているが、これに限らず、窒化ガリウム基板やＡｌＮ基板等の他の基板を用いても良い。
（６）実施例１、２では、トンネル接合層のｐ＋＋−ＧａＮ層の厚みを数ｎｍ〜１０数ｎｍとしているが、これに限らず、トンネル接合層のｐ＋＋−ＧａＮ層の厚みを数ｎｍより小さくしても良く、１０数ｎｍより大きくしても良い。
（７）実施例１、２では、トンネル接合層のｎ＋＋−ＧａＮ層の厚みを１５ｎｍ以上としているが、これに限らず、トンネル接合層のｎ＋＋−ＧａＮ層の厚みを１５ｎｍより小さくしても良い。
（８）実施例１、２では、トンネル接合層にＧａＮを用いているが、活性層の発光波長の長さに応じて、ＧａＩｎＮやＡｌＧａＮをトンネル接合層の材料として用いても良い。
（９）実施例１、２では、ｃ面であるｕ−ＧａＮ層の表面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成しているが、ａ面やｍ面等の他の面方位の表面にも窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成しても十分な効果を発揮する。つまり、平面状に形成された基板の表面のみならず、ナノコラム等の三次元形状の側壁を形成する面に窒化物半導体を用いたトンネル接合層を形成する場合にも効果を発揮する。
【符号の説明】
【００６４】
Ｅｎ…ｎ側の端
Ｓｎｐ…ドナー濃度の値とアクセプタ濃度の値とが一致する位置
１５…トンネル接合層
【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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【図６】
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【図７】
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