(57)【要約】【課題】窒化物半導体発光素子の生産性を高めること。【解決手段】窒化物半導体発光素子は、１層以上の第１ｎ型窒化物半導体層を含む第１積層体と、第１積層体の第１面に接する第２ｎ型窒化物半導体層を含む第２積層体と、第２積層体の上に設けられた発光層と、発光層の上に設けられたｐ型窒化物半導体層とを備える。第２ｎ型窒化物半導体層は、第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度よりも低い温度で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１層以上の第１ｎ型窒化物半導体層を含む第１積層体と、
前記第１積層体の第１面に接する第２ｎ型窒化物半導体層を含む第２積層体と、
前記第２積層体の上に設けられた発光層と、
前記発光層の上に設けられたｐ型窒化物半導体層とを備え、
前記第２ｎ型窒化物半導体層は、前記第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度よりも低い温度で形成されている窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２積層体は、前記第２ｎ型窒化物半導体層と前記発光層との間に、１層以上の第３ｎ型窒化物半導体層をさらに含み、
前記第３ｎ型窒化物半導体層は、前記第２ｎ型窒化物半導体層の形成温度以下の温度で形成されている請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１積層体の前記第１面を構成する半導体層は、アンドープ層であり、
前記第２ｎ型窒化物半導体層は、ドープ層である請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１積層体の前記第１面を構成する半導体層は、ドープ層であり、
前記第２ｎ型窒化物半導体層は、アンドープ層である請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
１層以上の第１ｎ型窒化物半導体層を含む第１積層体を形成する工程と、
前記第１積層体の第１面に接する第２ｎ型窒化物半導体層を含む第２積層体を形成する工程と、
前記第２積層体の上に発光層を形成する工程と、
前記発光層の上にｐ型窒化物半導体層を形成する工程とを少なくとも含み、
前記第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度よりも低い温度で前記第２ｎ型窒化物半導体層を形成し、
前記第１積層体を形成する工程の後であって前記第２積層体を形成する工程の前に、前記第２積層体を形成する温度よりも低い温度まで降温する降温工程をさらに含む窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記降温工程の後であって前記第２積層体を形成する工程の前に、前記第１積層体を大気に曝す工程をさらに含む請求項５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【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およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（ＩＩＩ族窒化物半導体）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エネルギーを有する。そのため、ＩＩＩ族窒化物半導体は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を発する発光素子の材料として、または、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を受ける受光素子の材料として、有用である。
【０００３】
また、ＩＩＩ族窒化物半導体を構成する原子間の結合が強く、ＩＩＩ族窒化物半導体の絶縁破壊電圧が高く、その飽和電子速度が大きい。よって、ＩＩＩ族窒化物半導体は、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、ＩＩＩ族窒化物半導体は、環境を害することがほとんどないので、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ＩＩＩ族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。電圧が窒化物半導体発光素子に印加されると、発光層を構成する井戸層において電子とホールとが再結合されて光が発生する。発光層は、単一量子井戸（Single Quantum Well（SQW））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（Multiple Quantum Well（MQW））構造からなっても良い。
【０００５】
上述したような優れた材料であるＩＩＩ族窒化物半導体を用いて実用的な窒化物半導体素子を製造するためには、所定の基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる薄膜（ＩＩＩ族窒化物半導体層）を形成して、所定の素子構造を形成する必要がある。
【０００６】
ここで、基板としては、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を直接成長させることが可能な格子定数または熱膨張係数などを有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる基板を用いることが最も好適である。ＩＩＩ族窒化物半導体からなる基板としては、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などを挙げることができる。しかし、ＧａＮ基板は、現状ではその寸法が直径２インチ以下と小さく、また非常に高価であるため、実用的ではない。そのため、現状では、窒化物半導体素子の製造用基板としては、ＩＩＩ族窒化物半導体とは格子定数差および熱膨張係数差が大きいサファイア基板または炭化珪素（ＳｉＣ）基板などが用いられている。
【０００７】
サファイアとＧａＮ（ＩＩＩ族窒化物半導体の代表例）との間には約１６％程度の格子定数差が存在する。ＳｉＣとＧａＮとの間には約６％程度の格子定数差が存在する。このような大きな格子定数差が基板材料と当該基板上に成長されるＩＩＩ族窒化物半導体との間に存在する場合には、基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる結晶をエピタキシャル成長させることは一般的に困難である。たとえば、サファイア基板上にＧａＮ結晶を直接エピタキシャル成長させた場合には、ＧａＮ結晶の３次元的な成長が避けられず、平坦な表面を有するＧａＮ結晶が得られないという問題がある。
【０００８】
そこで、基板とＩＩＩ族窒化物半導体層との間には、基板材料とＩＩＩ族窒化物半導体との間の格子定数差を解消させるための所謂バッファ層と呼ばれる層を形成することが一般的に行なわれている。
【０００９】
たとえば、特許文献１には、サファイア基板上にＡｌＮからなるバッファ層を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって形成した後に、ＡｌxＧａ1-xＮからなるＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる方法が記載されている。
【００１０】
特許文献２には、高品質な窒化物半導体膜を成長させるために、窒化物半導体膜を基板の凸部上から当該基板の凹部上にラテラル成長させることが記載されている。
【００１１】
特許文献３には、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長方法として次に示す方法が記載されている。まず、凹凸加工が施されたサファイア基板を用意する。次に、サファイア基板の凹部の底面からＧａＮのエピタキシャル成長を開始させ、この底面を底辺とし、サファイア基板の主面に対して傾斜したファセットを斜面に有する二等辺三角形の断面形状となるようにＧａＮ層を成長させる。続いて、横方向成長が支配的となる条件に成長条件を設定して成長を続けると、ＧａＮ層はその厚さを増しながらサファイア基板の凸部上に広がって行き、遂には隣接するサファイア基板の凹部から成長したＧａＮ層同士がサファイア基板の凸部上で接触する。
【００１２】
特許文献４には、所定の凸部を基板上に配置して下地層を成長させると、結晶成長の初期には結晶性に優れた結晶成長膜が得られ、優れたエピタキシャル膜付きのテンプレート基板が製造されることが記載されている。特許文献４には、結晶性に優れたテンプレート基板を用いて発光層を形成すれば、光取り出し効率の優れた高出力の半導体発光素子が製造されることが記載されている。
【００１３】
特許文献４に記載の方法にしたがって半導体発光素子を製造した場合には、テンプレート基板の製造工程から次の工程へ移行するときに成膜装置の変更またはテンプレート基板などの成膜装置間の搬送などが必要となる。そのとき、テンプレート基板などは、大気、酸素、窒素、水素またはアルゴンなどの気体に曝されることがある。また、テンプレート基板などは、搬送に適した温度に降温されるなどの何らかの熱プロセスを経ることがある。そのため、製造方法の変更があった境界面には、自然酸化膜などの形成、ｎ型ドーパントの過剰ドープ、または、格子欠陥の集中などが起こり易くなる。よって、その境界面上に形成された窒化物半導体層の膜質が劣化することがある。また、製造された半導体発光素子では、リーク電流の増加または静電耐圧の低下などが起こることがある。これらの不具合を踏まえ、Ｈ2とＮＨ3との混合ガス雰囲気下且つ１０００℃以上の高温下でテンプレート基板上にｎ型窒化物半導体層を形成することにより上記自然酸化膜を還元するという方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平２−２２９４７６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２４６９４号公報
【特許文献３】特開２００６−３５２０８４号公報
【特許文献４】国際公開第２０１１／０７４５３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、１０００℃以上の高温下でｎ型窒化物半導体層を形成すると、ｎ型窒化物半導体層の形成後の降温工程に長時間を要することとなる。そのため、単位時間当たりの処理能力（スループット:Throughput）の減少を引き起こす。また、高温処理により成膜装置のチャンバー内には付着物が強固且つ多量に付着するので、成膜装置を頻繁にメンテナンスする必要がある。
【００１６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒化物半導体発光素子の生産性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、テンプレート基板の形成など高温での成膜工程が終了してからテンプレート基板の形成温度よりも低い温度でｎ型窒化物半導体層を成長させても、窒化物半導体発光素子の特性が劣化しない窒化物半導体発光素子およびその製造方法を見出した。すなわち、テンプレート基板を形成後、ｎ型窒化物半導体層の成長温度よりも低い温度（好ましくは１００℃以下）まで温度を下げた後、再び温度を上げてｎ型窒化物半導体層を形成することにより、得られる窒化物半導体発光素子の特性の劣化を防止でき、また、窒化物半導体発光素子の生産性が高まることを見出した。さらに、ｎ型窒化物半導体層の成長温度よりも低い温度まで温度を下げた後、成長装置のチャンバー内からテンプレート基板を一旦、取出し、そのテンプレート基板を異なるチャンバー内に再び入れてから、当該テンプレート基板を形成する温度よりも低い温度でｎ型窒化物半導体層を形成することが効果的であることを見出した。
【００１８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、１層以上の第１ｎ型窒化物半導体層を含む第１積層体と、第１積層体の第１面に接する第２ｎ型窒化物半導体層を含む第２積層体と、第２積層体の上に設けられた発光層と、発光層の上に設けられたｐ型窒化物半導体層とを備える。第２ｎ型窒化物半導体層は、第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度よりも低い温度で形成されている。
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、第２ｎ型窒化物半導体層の形成温度は、第１ｎ型窒化物半導体層の形成温度よりも低い。そのため、第２ｎ型窒化物半導体層の形成後の降温工程に要する時間を短縮することができるので、スループットを高く維持することができる。また、第２ｎ型窒化物半導体層の形成温度が高温である場合に比べて、第２ｎ型窒化物半導体層を形成する装置のチャンバーに付着する付着物の量が減少する。よって、第２積層体（第２積層体は第２ｎ型窒化物半導体層を含む）を形成する装置をメンテナンスする頻度が低くなる。これらのことから窒化物半導体発光素子の生産性が高くなる。
【００２０】
第２積層体は、第２ｎ型窒化物半導体層と発光層との間に、１層以上の第３ｎ型窒化物半導体層をさらに含むことが好ましい。第３ｎ型窒化物半導体層は、第２ｎ型窒化物半導体層の形成温度以下の温度で形成されていることが好ましい。
【００２１】
第１積層体の第１面を構成する半導体層は、アンドープ層であることが好ましい。その場合、第２ｎ型窒化物半導体層は、ドープ層であることが好ましい。
【００２２】
第１積層体の第１面を構成する半導体層は、ドープ層であることが好ましい。その場合、第２ｎ型窒化物半導体層は、アンドープ層であることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、１層以上の第１ｎ型窒化物半導体層を含む第１積層体を形成する工程と、第１積層体の第１面に接する第２ｎ型窒化物半導体層を含む第２積層体を形成する工程と、第２積層体の上に発光層を形成する工程と、発光層の上にｐ型窒化物半導体層を形成する工程とを少なくとも含む。第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度よりも低い温度で第２ｎ型窒化物半導体層を形成する。第１積層体を形成する工程の後であって第２積層体を形成する工程の前に、第２積層体を形成する温度よりも低い温度まで降温する降温工程をさらに含む。
【００２４】
本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法では、第１積層体の第１面に接する第２ｎ型窒化物半導体層の形成温度は、第１ｎ型窒化物半導体層の形成温度よりも低い。また、第１積層体を形成する工程の後であって第２積層体を形成する工程の前に、第２積層体の形成温度よりも低い温度まで降温する。これらのことから、第２ｎ型窒化物半導体層の形成後の降温工程に要する時間を短縮することができるので、スループットを高く維持することができる。また、第２ｎ型窒化物半導体層の形成温度が高温である場合に比べて、第２ｎ型窒化物半導体層を形成する装置のチャンバーに付着する付着物の量が減少する。よって、第２積層体（第２積層体は第２ｎ型窒化物半導体層を含む）を形成する装置をメンテナンスする頻度が低くなる。以上より、窒化物半導体発光素子の生産性が高くなる。
【００２５】
第１積層体を形成する工程の後であって第２積層体を形成する工程の前に、第１積層体を大気に曝す工程をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、窒化物半導体発光素子の生産性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】図１に示す窒化物半導体発光素子の概略平面図である。
【図３】図１に示す窒化物半導体発光素子のｎ型コンタクト層からｐ型窒化物半導体層までにおけるバンドギャップエネルギーＥｇの大きさを模式的に示すエネルギー図である。
【図４】図１に示す窒化物半導体発光素子の基板の拡大平面図である。
【図５】（ａ）は図１に示す窒化物半導体発光素子の製造工程における温度プロファイルを示すグラフであり、（ｂ）は比較例１の窒化物半導体発光素子の製造工程における温度プロファイルを示すグラフである。
【図６】実施例６の窒化物半導体発光素子の概略断面図である。
【図７】実施例６の窒化物半導体発光素子のｎ型コンタクト層からｐ型窒化物半導体層までにおけるバンドギャップエネルギーＥｇの大きさを模式的に示すエネルギー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の窒化物半導体発光素子について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深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。
【００２９】
以下では、位置関係を表すために、図１の下側に記載した部分を「下」と表現し、図１の上側に記載した部分を「上」と表現することがある。これは便宜上の表現であり、重力方向に対して定められる「上」および「下」とは異なる。
【００３０】
「バリア層」は井戸層に挟まれた層を表わす。井戸層に挟まれていないバリア層は「最初のバリア層」または「最後のバリア層」と表わし、井戸層に挟まれたバリア層とは表記を変えている。
【００３１】
「ドーパント濃度」と、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのドープに伴い発生する電子またはホールの濃度である「キャリア濃度」とを用いている。これらの関係については後述する。
【００３２】
「キャリアガス」とは、ＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガスおよびドーパント原料ガス以外のガスである。キャリアガスを構成する原子は膜中などに取り込まれない。
【００３３】
「ｎ型窒化物半導体層」は、電子の流れを実用上妨げない程度の厚さの低キャリア濃度のｎ型層またはアンドープ層を含んでいても良い。「ｐ型窒化物半導体層」は、ホールの流れを実用上妨げない程度の厚さの低キャリア濃度のｐ型層またはアンドープ層を含んでいても良い。「実用上妨げない」とは窒化物半導体発光素子の動作電圧が実用的なレベルであることを言う。
【００３４】
＜窒化物半導体発光素子の構造＞
図１および図２は、それぞれ、本発明の一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１は、図２に示すＩ−Ｉ線における断面図に相当する。図３は、図１に示す窒化物半導体発光素子１のｎ型コンタクト層８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エネルギー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に示す窒化物半導体発光素子１の上下方向を表わし、図３の横軸のＥｇは各層におけるバンドギャップエネルギーの大きさを模式的に表わす。図３には、ｎ型ドーパントがドープされている層の右側にはドットを付して「ｎ」と記している。図４は、図１に示す窒化物半導体発光素子１の基板３の拡大平面図である。
【００３５】
図１に示す窒化物半導体発光素子１は、第１積層体６と、第２積層体１１と、発光層１４と、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とを備える。本実施形態では、基板３とバッファ層５と下地層７とｎ型コンタクト層８とｎ型変調ドープ層９とが積層されてなる部分を第１積層体６と称し、Ｖピット発生層１０と多層構造体１２１と超格子層１２２とが積層されてなる部分を第２積層体１１と称して区別している。本実施形態では、ｎ型コンタクト層８およびｎ型変調ドープ層９の少なくとも一方が特許請求の範囲における「第１ｎ型窒化物半導体層」に相当し、Ｖピット発生層１０が特許請求の範囲における「第２ｎ型窒化物半導体層」に相当し、多層構造体１２１および超格子層１２２の少なくとも一方を構成する層の少なくとも一層が特許請求の範囲における「第３ｎ型窒化物半導体層」に相当する。しかし、本発明は、ｎ側窒化物半導体層の形成を二段階に分離し、後の形成工程において、スループットの減少する要因となる高温処理を行わずにｎ側窒化物半導体層を形成させることを可能にするところに特徴があり、第２積層体１１として最初に形成される層が低温で形成されたｎ型窒化物半導体層であることが重要である。そのため、本発明では、第２積層体１１として最初に形成される層がＶピット発生層１０として機能する層であるということに限定されず、Ｖピット発生層１０の次に多層構造体１２１および超格子層１２２として各々機能する層が形成されるということに限定されない。しかし、本発明において、第２積層体１１として最初に形成される層がＶピット発生層１０として機能する層であれば、また、Ｖピット発生層１０の次に多層構造体１２１および超格子層１２２として各々機能する層が形成されれば、組み合わせによる相乗効果を期待できる。
【００３６】
第１積層体６の一部と第２積層体１１と発光層１４とｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とは、エッチングされてメサ部３０を構成している。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。メサ部３０の外側（図１における右側）では、ｎ型コンタクト層８の上面の一部分がｎ型変調ドープ層９などから露出しており、ｎ型コンタクト層８の露出面の上にはｎ側電極２１が設けられている。透明保護膜２７は、透明電極２３とエッチングにより露出した各層の側面とを覆っており、ｎ側電極２１とｐ側電極２５とを露出している。
【００３７】
窒化物半導体発光素子１の断面を超高倍率ＳＴＥＭ（Scanning  Transmission  Electron  Microscopy）観察すると、Ｖピット１５が発生していることが確認される。本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１では、Ｖピット発生層１０を設けることによりＶピット１５の発生をコントロールしている。
【００３８】
＜第１積層体＞
第１積層体６は、本実施形態では基板３とバッファ層５と下地層７とｎ型コンタクト層８とｎ型変調ドープ層９とを備えるが、ｎ型コンタクト層８およびｎ型変調ドープ層９のうちの少なくとも一方を備えていれば良い。本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１は基板３を備えていなくても良く、その場合には、第１積層体６は下地層７とｎ型コンタクト層８とｎ型変調ドープ層９とを備える。
【００３９】
第１積層体６は、第１面６１を有する。第１面６１は、第１積層体６の表面であってＶピット発生層１０（第２ｎ型窒化物半導体層）が接する面を意味する。本実施形態における第１積層体６はバッファ層５と下地層７とｎ型コンタクト層８とｎ型変調ドープ層９とが基板３上に順に積層されて構成されているので、第１面６１はｎ型変調ドープ層９の上面（ｎ型コンタクト層８とｎ型変調ドープ層９との界面とは反対側に位置するｎ型変調ドープ層９の面）に相当する。
【００４０】
第１面６１を構成する半導体層は、アンドープ層（たとえば後述のｎ-層９Ｂ）であることが好ましい。この場合、Ｖピット発生層１０はドープ層であることが好ましい。本明細書では、「第１面６１を構成する半導体層」は、ｎ型変調ドープ層９を構成する２以上の層のうちｎ型コンタクト層８から最も離れて位置する層に相当する。「アンドープ層」は、導電型ドーパントが全くドープされていない層を意味するだけでなく導電型ドーパントが結晶成長中に意図せずドープされた層をも意味する。この場合、アンドープ層は、たとえば、０ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下の導電型ドーパントを含んでいても良い。「ドープ層」は、導電型ドーパントが結晶成長中に意図してドープされた層を意味する。ドープ層は、たとえば、１×１０19ｃｍ-3以上の導電型ドーパントを含むことが好ましい。
【００４１】
第１面６１を構成する半導体層は、ドープ層（たとえば後述のｎ+層９Ａ）であっても良い。この場合、Ｖピット発生層１０はアンドープ層であっても良い。
【００４２】
＜基板＞
基板３は、たとえば、サファイア基板などの絶縁性基板であっても良いし、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＺｎＯなどからなる導電性基板であっても良い。基板３の厚さは、窒化物半導体層の成長時には９００μｍ以上１２００μｍ以下であることが好ましく、製造された窒化物半導体発光素子１においては５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。つまり、窒化物半導体発光素子１の製造方法は基板３を研磨する工程を備えても良い。また、窒化物半導体発光素子１の製造方法は基板３を除去する工程を備えても良い。
【００４３】
バッファ層５などが設けられる基板３の面（基板３の上面）は、図１に示すように凸部３ａと凹部３ｂとが交互に形成されてなる凹凸形状を有することが好ましい。凸部３ａは、図４に示すように基板３の上面において略円形形状を有することが好ましく、図４に示す仮想三角形３ｔの頂点に配置されていることが好ましい。隣り合う凸部３ａの頂点の間隔（図４に示す仮想三角形３ｔの１辺）は、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。凸部３ａは側面視において台形形状を有していても良いが、凸部３ａの頂点は図１に示すように丸みを帯びていることが好ましい。
【００４４】
＜バッファ層＞
バッファ層５は、基板３の凸部３ａ上とその凹部３ｂ上とに設けられている。バッファ層５は、たとえば、ＡｌsoＧａtoＯuoＮ1-uo（０≦ｓ０≦１、０≦ｔ０≦１、０≦u０≦１、ｓ０＋ｔ０≠０）層であることが好ましく、ＡｌＮ層またはＡｌＯＮ層であることがより好ましい。バッファ層５がＡｌＯＮ層である場合には、ＡｌＯＮ層中のＮのごく一部（０．５〜２％）が酸素に置き換えられていることが好ましい。これにより、基板３の成長表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。バッファ層５の厚さは特に限定されないが、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。バッファ層５がスパッタ法により形成されたＡｌＯＮ層であれば、Ｘ線スペクトルに現れるピークの半値幅（下地層７の結晶品質の指標）が狭くなる。よって、バッファ層５はスパッタ法により形成されたＡｌＯＮ層であることが好ましい。
【００４５】
＜下地層＞
下地層７は、第１下地層７１と第２下地層７５とを有することが好ましい。これにより、Ｘ線スペクトルに現れるピークの半値幅（下地層７の結晶品質の指標）が狭くなる、つまり下地層７の結晶品質が高くなる。第１下地層７１は、バッファ層５を挟んで基板３の凹部３ｂ上に設けられ、好ましくは斜めファセット面７１ａを含む側面視略三角形の形状を有し、上面７１ｂを有しても良い。「斜めファセット面」とは、基板３の凹部３ｂに対して１０度以上の角度で傾斜した方向に延びる面であり、窒化物半導体の結晶面であることが好ましい。第２下地層７５は、第１下地層７１を覆っているとともにバッファ層５を挟んで基板３の凸部３ａを覆っており、バッファ層５と第１下地層７１とに接している。ｎ型コンタクト層８に接する下地層７の面（下地層７の上面７５ｂ）は平坦である。本明細書では、特に限定する場合を除いて、第１下地層７１と第２下地層７５とを総じて下地層７と表わすことがある。
【００４６】
第１下地層７１は、たとえば、Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）からなることが好ましい。第２下地層７５は、たとえば、Ａｌx3Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）からなることが好ましい。
【００４７】
第１下地層７１および第２下地層７５は、それぞれ、ＩＩＩ族元素としてＧａを含む窒化物半導体層であることが好ましい。これにより、柱状結晶の集合体からなるバッファ層５中の転位などの結晶欠陥を引き継ぐことなく第１下地層７１および第２下地層７５を形成することができる。詳細には、バッファ層５中の結晶欠陥を引き継ぐことなく第１下地層７１および第２下地層７５を設けるためにはバッファ層５との界面（バッファ層５の上面）付近で転位をループさせる必要がある。第１下地層７１および第２下地層７５がＧａを含むＩＩＩ族窒化物半導体層であれば、バッファ層５との界面付近で転位のループが生じやすい。つまり、第１下地層７１および第２下地層７５がＩＩＩ族元素としてＧａを含む窒化物半導体層であれば、バッファ層５中の結晶欠陥はバッファ層５との界面付近でループ化されて閉じ込められる。よって、バッファ層５中の結晶欠陥が第１下地層７１および第２下地層７５に引き継がれることを防止することができる。たとえば第１下地層７１がＡｌx2Ｇａy2Ｎ（０≦ｘ２＜１、０＜ｙ２＜１）からなり、第２下地層７５がＡｌx3Ｇａy3Ｎ（０≦ｘ３＜１、０＜ｙ３＜１）からなる場合、特に第１下地層７１および第２下地層７５がそれぞれＧａＮからなる場合、バッファ層５中の結晶欠陥はバッファ層５との界面付近でループ化されて閉じ込められ易くなる。これにより、転位密度が小さく良好な結晶品質を有する第１下地層７１および第２下地層７５が得られる。
【００４８】
第１下地層７１および第２下地層７５は、たとえば、１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下のｎ型ドーパントを含んでいても良い。下地層７に含まれるｎ型ドーパントは、たとえば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎの少なくとも１つであることが好ましく、Ｓｉであることがより好ましい。ｎ型ドーパントがＳｉである場合には、ｎ型ドーパントの原料ガスは、たとえば、シランまたはジシランであることが好ましい。しかし、良好な結晶品質を維持するという観点では、第１下地層７１および第２下地層７５は、それぞれ、アンドープ層であることが好ましい。
【００４９】
下地層７の厚さ（基板３の凹部３ｂに接する下地層７の面と下地層７の上面７５ｂとの間の距離）は特に限定されない。下地層７の厚さが大きければ大きいほど、下地層７中の結晶欠陥は減少する。しかし、下地層７の厚さをある程度以上大きくすると、下地層７における結晶欠陥の減少という効果が飽和することがある。これらのことから、下地層７の厚さは、１μｍ以上８μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。
【００５０】
第１下地層７１および第２下地層７５の形成方法は、それぞれ、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法であることが好ましい。第１下地層７１は、斜めファセット面７１ａが形成されるファセット成長モードで成長されることが好ましい。これにより、結晶欠陥が少なく、結晶品質が高い第１下地層７１が形成される。第２下地層７５は、斜めファセット面７１ａを埋め込んで平坦な上面７５ｂを形成可能な埋込成長モードで成長されることが好ましい。これにより、平坦な上面７５ｂを有し、結晶欠陥が少なく、結晶品質が高い第２下地層７５が形成される。
【００５１】
第１下地層７１および第２下地層７５の成長温度は、８００℃以上１２５０℃以下であることが好ましく、９００℃以上１１５０℃以下であることがより好ましい。これにより、結晶欠陥が少なく且つ結晶品質に優れた第１下地層７１および第２下地層７５を形成することができる。本明細書では、「成長温度」は、その層を結晶成長させるときの基板３の温度を意味する。
【００５２】
＜ｎ型コンタクト層＞
ｎ型コンタクト層８は、第２下地層７５の上面７５ｂ上に設けられている。ｎ型コンタクト層８は、たとえば、Ａｌs2Ｇａt2Ｉｎu2Ｎ（０≦ｓ２≦１、０≦ｔ２≦１、０≦ｕ２≦１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２≒１）層にｎ型ドーパントがドープされた層であることが好ましく、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型ドーパントがドープされた層であることがより好ましい。ｎ型コンタクト層８は、アンドープ層または低キャリア濃度層などをさらに含んでも良い。
【００５３】
ｎ型コンタクト層８に含まれるｎ型ドーパントは、特に限定されないが、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであることが好ましく、Ｓｉであることがより好ましい。ｎ型コンタクト層８のｎ型ドーパント濃度は、特に限定されないが、１×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００５４】
ｎ型コンタクト層８の厚さが厚ければ厚いほど、ｎ型コンタクト層８の抵抗は低くなる。しかし、ｎ型コンタクト層８の厚さを大きくすると、窒化物半導体発光素子１の製造コストの上昇を招くことがある。両者の兼ね合いから、ｎ型コンタクト層８の最大厚さは１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
ｎ型コンタクト層８の構成は特に限定されない。たとえば、ｎ型コンタクト層８Ａとｎ型コンタクト層８Ｂとを連続して形成することによりｎ型コンタクト層８を単層としても良い。ｎ型コンタクト層８は３層以上のｎ型窒化物半導体層を含んでいても良い。ｎ型コンタクト層８が２以上のｎ型窒化物半導体層を含む場合、２以上のｎ型窒化物半導体層は、同一の組成からなっても良いし、異なる組成からなっても良い。また、２以上のｎ型窒化物半導体層は、同一の厚さを有していても良いし、異なる厚さを有していても良い。
【００５６】
＜変調ドープ層＞
ｎ型変調ドープ層９は、ｎ型コンタクト層８上に設けられており、たとえば、ｎ+層９Ａとｎ-層９Ｂとが交互に積層されて構成されていることが好ましい。「変調ドープ層」は、ドーパントの量が異なる２種以上の層が交互に積層されてなる層を意味する。
【００５７】
ｎ+層９Ａは、ｎ型ドーパント濃度が１．０×１０19ｃｍ-3以上であるＡｌs3Ｇａt3Ｉｎu3Ｎ（０≦ｓ３≦１、０≦ｔ３≦１、０≦ｕ３≦１、ｓ３＋ｔ３＋ｕ３≒１）層であることが好ましく、ｎ型ドーパント濃度が１．０×１０19ｃｍ-3以上であるＧａＮ層であることがより好ましい。ｎ型ドーパントは、特に限定されないが、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであることが好ましく、Ｓｉであることがより好ましい。
【００５８】
ｎ-層９Ｂは、ｎ+層９Ａよりもｎ型ドーパント濃度が低い窒化物半導体層であることが好ましく、ｎ型ドーパント濃度が３×１０18ｃｍ-3以下であるＡｌs4Ｇａt4Ｉｎu4Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４≒１）層であることがより好ましく、アンドープ層であることがさらに好ましい。たとえば、ｎ-層９Ｂは、ｎ型ドーパント濃度が３×１０18ｃｍ-3以下であるＧａＮ層であることが好ましく、アンドープＧａＮ層であることがより好ましい。
【００５９】
ｎ+層９Ａおよびｎ-層９Ｂのそれぞれの積層数は特に限定されない。ｎ型変調ドープ層９は、ｎ+層９Ａとｎ-層９Ｂとの組み合わせを２組以上有しても良いし、１層のｎ-層９Ｂのみからなっても良い。
【００６０】
ｎ+層９Ａのそれぞれの厚さは、たとえば、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。ｎ-層９Ｂのそれぞれの厚さは、たとえば、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６１】
＜第２積層体＞
第２積層体１１は、Ｖピット発生層１０と多層構造体１２１と超格子層１２２とを備える。Ｖピット発生層１０は、第１積層体６の形成温度よりも低い温度で形成されることが好ましく、たとえばｎ型コンタクト層８またはｎ型変調ドープ層９の成長温度（第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度）よりも低い温度で形成されることが好ましい。第１積層体６に接する層は９５０℃以下で形成されることがより好ましい。よって、Ｖピット発生層１０が第１積層体６に接する場合には、当該Ｖピット発生層１０は９５０℃以下で形成されることがより好ましい。第２積層体１１が組成の異なる複数の層で構成される場合（たとえば第２積層体１１がＶピット発生層１０と多層構造体１２１と超格子層１２２とで構成される場合）には、第１積層体６に接する層は８５０℃以下の温度で形成されることがさらに好ましい。よって、Ｖピット発生層１０が第１積層体６に接する場合には、当該Ｖピット発生層１０は８５０℃以下で形成されることがさらに好ましい。これにより、第２積層体１１の形成後の降温工程に要する時間を短縮することができるので、スループットを高く維持することができる。また、Ｖピット発生層１０の成長温度が高温である場合に比べて、Ｖピット発生層１０を形成する装置のチャンバーに付着する付着物の量が減少する。よって、第２積層体１１を形成する装置をメンテナンスする頻度が低くなる。これらのことから、窒化物半導体発光素子１の生産性が高くなる。Ｖピット発生層１０は、７００℃以上の温度で形成されることがより好ましく、７５０℃以上の温度で形成されることがさらに好ましい。これにより、ＭＱＷ発光層１４での発光効率を高く維持することができる。
【００６２】
なお、以下では、第２積層体１１の構成の一例として、第２積層体１１がＶピット発生層１０と多層構造体１２１と超格子層１２２とを備える構成を示す。しかし、第２積層体１１の構成は以下に示す構成に限定されない。たとえば、第２積層体１１は、単一の層からなっても良いし、不純物濃度または組成が異なる複数の層を備えていても良い。
【００６３】
多層構造体１２１は、Ｖピット発生層１０の成長温度以下の温度で形成されることが好ましく、Ｖピット発生層１０の成長温度と同一の温度で形成されることがより好ましい。多層構造体１２１の成長温度がＶピット発生層１０の成長温度以下であれば、Ｖピット１５の大きさが大きくなるという効果が得られる。「多層構造体１２１がＶピット発生層１０の成長温度以下の温度で形成される」とは、多層構造体１２１の成長温度が（Ｖピット発生層１０の成長温度−２５０℃）以上Ｖピット発生層１０の成長温度以下であることを意味し、多層構造体１２１の成長温度が（Ｖピット発生層１０の成長温度−１５０℃）以上Ｖピット発生層１０の成長温度以下であることが好ましい。「多層構造体１２１がＶピット発生層１０の成長温度と同一の温度で形成される」とは、多層構造体１２１の成長温度が（Ｖピット発生層１０の成長温度±１０℃）であることを意味する。以上のことは超格子層１２２の成長温度についても言える。
【００６４】
多層構造体１２１の成長温度がＶピット発生層１０の成長温度以下であれば、Ｖピット１５の大きさが大きくなるという効果が得られる。しかし、多層構造体１２１の成長温度が低すぎると、多層構造体１２１の膜質の低下を招くことがある。そのため、多層構造体１２１の成長温度は、６００℃以上であることが好ましく、７００℃以上であることがさらに好ましい。このことは超格子層１２２の成長温度についても言える。以下、第２積層体１１の構成要素をそれぞれ示す。
【００６５】
＜Ｖピット発生層＞
Ｖピット発生層１０は、第１積層体６の第１面６１に接しており、Ｖピット１５の始点の平均的な位置が発光層として実効的に機能する層（本実施形態では発光層１４）よりも第１積層体６側に位置する層（本実施形態では超格子層１２２）内に位置するようにＶピット１５を形成するための層である。「Ｖピット１５の始点」とは、Ｖピット１５の底部（図１におけるＶピット１５の最下端部）を意味する。「Ｖピット１５の始点の平均的な位置」とは、発光層１４に形成されたＶピット１５の始点の位置を窒化物半導体発光素子１の厚さ方向（図１における上下方向）で平均化して得られた位置を意味する。
【００６６】
Ｖピット発生層１０は、たとえば厚さが２５ｎｍであるハイドープｎ型ＧａＮ層であることが好ましい。「ハイドープ」とは、Ｖピット発生層１０の下に位置するｎ型コンタクト層８またはｎ型変調ドープ層９よりも有意に（たとえば１．１倍以上、好ましくは１．４倍以上、より好ましくは１．８倍以上）ｎ型ドーパント濃度が高いことを意味する。具体的には、Ｖピット発生層１０のｎ型ドーパント濃度は、５×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましく、７×１０18ｃｍ-3以上であることがより好ましく、１×１０19ｃｍ-3以上であることがさらに好ましい。これにより、Ｖピット発生層１０の膜質がｎ型変調ドープ層９の膜質よりも低下するので、Ｖピット発生層１０によるＶピット発生効果が有効に発揮される。
【００６７】
しかし、Ｖピット発生層１０のｎ型ドーパント濃度が高くなり過ぎると、Ｖピット発生層１０の上に形成される発光層１４での発光効率の低下を招くことがある。そのため、Ｖピット発生層１０のｎ型ドーパント濃度は、ｎ型変調ドープ層９のｎ+層９Ａのｎ型ドーパント濃度の１０倍以下であることが好ましく、ｎ型変調ドープ層９のｎ+層９Ａのｎ型ドーパント濃度の３倍以下であることがさらに好ましい。
【００６８】
Ｖピット発生層１０のｎ型ドーパント濃度は、ｎ型変調ドープ層９のｎ+層９Ａのｎ型ドーパント濃度と同一であっても良い。この場合、Ｖピット発生層１０により発生したＶピット１５の大きさを大きくすることができる。これにより、ＥＳＤ（Electro-Static Discharge：静電気放電）に起因する不良率を低下させることができる。
【００６９】
Ｖピット発生層１０は、第１積層体６の第１面６１よりも有意に（たとえば１．１倍以上、好ましくは１．４倍以上、より好ましくは１．８倍以上）ｎ型ドーパント濃度が高いことが好ましい。これにより、Ｖピット発生層１０によるＶピット発生効果がさらに有効に発揮される。
【００７０】
なお、第１積層体６の第１面６１を構成する半導体層がｎ+層９Ａである場合、Ｖピット発生層１０は、アンドープ層であっても良く、たとえば、厚さが１０ｎｍのアンドープ窒化物半導体層であることが好ましい。
【００７１】
Ｖピット発生層１０は、たとえば、Ａｌs5Ｇａt5Ｉｎu5Ｎ（０≦ｓ５≦１、０≦ｔ５≦１、０≦ｕ５≦１、ｓ５＋ｔ５＋ｕ５≒１）層にｎ型ドーパントがドープされた層であることが好ましく、Ｉｎu5Ｇａ1-u5Ｎ（０≦ｕ５≦１、好ましくは０≦ｕ５≦０．５、より好ましくは０≦ｕ５≦０．１５）層にｎ型ドーパントがドープされた層であることがより好ましい。Ｖピット発生層１０がＩｎを含む場合には、Ｖピット発生層１０のＩｎ組成比はｎ型変調ドープ層９のｎ+層９Ａおよびｎ-層９ＢのそれぞれのＩｎ組成比よりも高いことが好ましい。これによっても、Ｖピット発生層１０の膜質がｎ型変調ドープ層９の膜質よりも低下するので、Ｖピット発生層１０によるＶピット発生効果が有効に発揮される。
【００７２】
Ｖピット発生層１０の厚さは、５ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。これにより、貫通転位の単位個数あたりのＶピット数が多くなる。
【００７３】
＜多層構造体＞
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１では、Ｖピット１５の始点は発光層１４よりも第１積層体６側に位置する。これにより、発光層１４を構成するバリア層（特にアンドープバリア層）の層数を増やすことにより、発光に寄与する発光層１４の体積を増やすことができる（後述）。よって、大電流駆動時での発光効率を高く維持でき、また、高温下における発光効率を高く維持できる。しかし、発光層１４を構成するバリア層（特にアンドープバリア層）の層数を増やすことにより発光に寄与する発光層１４の体積を増やすと、ＥＳＤに起因する不良率が増加することが分かった。
【００７４】
一方、発光層１４を構成するバリア層（特にアンドープバリア層）の層数を増やすと、Ｖピット発生層１０と発光に寄与する発光層１４との間隔が狭くなる。その結果、Ｖピット１５の始点が発光に寄与する発光層１４の近くに位置することとなり好ましくない。Ｖピット１５の始点の平均的な位置が発光層１４（少なくとも発光層１４の上部）内に存在しないようにするためには、Ｖピット発生層１０を発光層１４からできるだけ離間することが好ましい。しかし、この目的で発光層１４とＶピット発生層１０との間に設けられた超格子層１２２の厚さを厚くすると、発光層１４の品質劣化を招くことがある。また、窒化物半導体発光素子１の生産性の低下を招くこともある。
【００７５】
Ｖピット発生層１０を発光層１４からできるだけ離間することを目的としてＶピット発生層１０と超格子層１２２との間にｎ型ＧａＮ層のみをＶピット発生層１０の成長温度以下の温度で厚く形成すると、高温駆動時および大電流駆動時での発光効率の低下を招くことがあり、ＥＳＤに起因する不良率の増加を招くことがあった。その理由としては次に示すことが考えられる。Ｖピット発生層１０の成長温度以下の温度でｎ型ＧａＮ層を厚く（たとえば２００ｎｍ以上）形成すると、当該ｎ型ＧａＮ層の成長表面は凹凸形状となる（当該ｎ型ＧａＮ層の成長表面が白濁する）。そのため、当該ｎ型ＧａＮ層の上に形成される層に悪影響を与えるからである。たとえば、当該ｎ型ＧａＮ層の上に形成される層の結晶品質が低下するからである。
【００７６】
しかし、Ｖピット発生層１０と超格子層１２２との間に多層構造体１２１が設けられていれば、多層構造体１２１の成長表面が凹凸形状となることを防止できるので、多層構造体１２１の上に形成される層の結晶品質を高く維持することができる。よって、高温駆動時または大電流駆動時における発光効率を高く維持でき、ＥＳＤに起因する不良率が低下する。多層構造体１２１の構成を説明する。
【００７７】
多層構造体１２１は、バンドギャップエネルギーが異なる複数種の窒化物半導体層が積層されて構成されたものであり、バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａとバンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１Ｂとが交互に積層されて構成されたものであることが好ましい。これにより、Ｖピット発生層１０で発生したＶピット１５の大きさが大きくなる。よって、ＥＳＤに起因する不良率が低下する。また、超格子層１２２の厚さおよび発光層１４の厚さが大きくなる。なお、多層構造体１２１を構成する各層の厚さは超格子層１２２を構成する各層の厚さよりも大きいことが好ましい。
【００７８】
多層構造体１２１を構成する窒化物半導体層のｎ型ドーパント濃度はいずれもＶピット発生層１０のｎ型ドーパント濃度よりも低いことが好ましく、たとえば７×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。このように多層構造体１２１のｎ型ドーパント濃度が低ければ、逆バイアス印加時には空乏層が広がるので、逆バイアス印加時に発光層１４に印加される電界を緩和することができる。よって、多層構造体１２１を超格子層１２２と共に電界緩和層として機能させることができる。なお、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧が許容範囲を超えないのであれば、多層構造体１２１を構成する窒化物半導体層をアンドープ層としても良い。
【００７９】
多層構造体１２１においてバンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層（たとえばＩｎＧａＮ層またはｎ型ＩｎＧａＮ層）１２１Ｂが必要な理由は明らかではないが、次に示す理由が考えられる。Ｖピット発生層１０の成長温度以下の温度で、バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層（たとえばＧａＮ層またはｎ型ＧａＮ層など）１２１Ａの成長途中にバンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１Ｂを成長させると、バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａを構成する材料の２次元成長が促進される。そのため、多層構造体１２１のトータル厚さが厚くても、多層構造体１２１のトータル厚さが厚いことによる悪影響が多層構造体１２１の上に成長される層（たとえば超格子層１２２など）に及ぶことを防止できる。たとえば、多層構造体１２１のトータル厚さが厚いことにより超格子層１２２の結晶品質が低下することを防止できる。
【００８０】
このような効果を有効に得るためには、バンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１Ｂの厚さは、バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａの厚さよりも薄いことが好ましく、バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａの厚さの１／５倍以上１／２倍以下であることがより好ましい。なお、バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａの厚さは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００８１】
多層構造体１２１の一例は、Ｖピット発生層１０の上に、厚さが７ｎｍであるｎ型ＩｎＧａＮ層、厚さが３０ｎｍであるｎ型ＧａＮ層、厚さが７ｎｍであるｎ型ＩｎＧａＮ層および厚さが２０ｎｍであるｎ型ＧａＮ層が順に積層されたものである。
【００８２】
多層構造体１２１を構成する窒化物半導体層の具体的な組成は、特に限定されない。たとえば、バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａは、たとえば、Ａｌi1Ｇａj1Ｉｎ(1-i1-j1)Ｎ（０≦ｉ１＜１、０＜ｊ１≦１）層であることが好ましく、ＧａＮ層であることがより好ましい。バンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１Ｂは、たとえば、Ａｌi2Ｇａj2Ｉｎ(1-i2-j2)Ｎ（０≦ｉ２＜１、０≦ｊ２＜１、ｊ１＜ｊ２）層であることが好ましく、Ｇａj3Ｉｎ(1-j3)Ｎ（０＜ｊ３＜１）層であることがより好ましい。さらに具体的には、多層構造体１２１は、Ａｌi1Ｇａj1Ｉｎ(1-i1-j1)Ｎ（０≦ｉ１＜１、０＜ｊ１≦１）層とＡｌi2Ｇａj2Ｉｎ(1-i2-j2)Ｎ（０≦ｉ２＜１、０≦ｊ２＜１、ｊ１＜ｊ２）層とが交互に積層されて構成されたものであっても良いし、ＧａＮ層とＧａj3Ｉｎ(1-j3)Ｎ（０＜ｊ３＜１）層とが交互に積層されて構成されたものであっても良い。
【００８３】
多層構造体１２１を構成する窒化物半導体層がＩｎを含む場合、バンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１ＢにおけるＩｎ組成比は超格子層１２２におけるＩｎ組成比と同程度（±５％）であることが好ましい。これにより、多層構造体１２１の形成後に超格子層１２２を形成するときにＩｎの原料ガスの供給量を変更する手間を省くことができる。よって、窒化物半導体発光素子１の生産性がより向上する。より好ましくは、バンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１ＢがＧａj3Ｉｎ(1-j3)Ｎ（０＜ｊ３＜１）層であるときには、Ｇａj3Ｉｎ(1-j3)Ｎ（０＜ｊ３＜１）層におけるＩｎ組成比（１−ｊ３）は超格子層１２２を構成するナローバンドギャップ層１２２Ｂ（後述）におけるＩｎ組成比と同じである。
【００８４】
バンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａおよびバンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１Ｂのそれぞれの層数は特に限定されない。多層構造体１２１は、２組以上のバンドギャップエネルギーが相対的に大きな窒化物半導体層１２１Ａおよびバンドギャップエネルギーが相対的に小さな窒化物半導体層１２１Ｂを有することが好ましい。これにより、多層構造体１２１の厚さを大きくすることができる。よって、Ｖピット１５の始点の平均的な位置は、その多くが超格子層１２２の厚さ方向中央付近よりも第１積層体６側となる。したがって、高温駆動時または大電流駆動時における発光効率を高く維持することができる。
【００８５】
＜超格子層＞
Ｖピット発生層１０と発光層１４との間であって多層構造体１２１上には、超格子層１２２が設けられている。超格子層１２２の主たる働きは、発光層１４からＶピット発生層１０をさらに離間して設け、Ｖピット１５の始点の位置を発光層１４内の下側または超格子層１２２内とすることである。超格子層１２２は、単層からなっても良いし、２〜３層が積層されて構成されていても良い。
【００８６】
「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。超格子層１２２は、複数種の窒化物半導体層が積層されて超格子構造を構成しており、図３に示すようにバンドギャップエネルギーが相対的に大きなワイドバンドギャップ層１２２Ａとバンドギャップエネルギーが相対的に小さなナローバンドギャップ層１２２Ｂとが交互に積層されて超格子構造を構成している。
【００８７】
超格子層１２２は、ワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびナローバンドギャップ層１２２Ｂ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１２２Ａと、ナローバンドギャップ層１２２Ｂとが順に積層されて超格子構造を構成していても良い。超格子層１２２の一周期の長さ（ワイドバンドギャップ層１２２Ａの厚さとナローバンドギャップ層１２２Ｂの厚さとの合計）は、後述の発光層１４の一周期の長さよりも短いことが好ましく、たとえば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００８８】
各ワイドバンドギャップ層１２２Ａは、たとえば、Ａｌa1Ｇａb1Ｉｎ(1-a1-b1)Ｎ（０≦ａ１≦１、０＜ｂ１≦１）層であることが好ましく、より好ましくはＧａＮ層である。各ナローバンドギャップ層１２２Ｂは、ワイドバンドギャップ層１２２Ａよりもバンドギャップエネルギーが小さいことが好ましく、各井戸層１４Ｗ（後述）よりもバンドギャップエネルギーが大きいことが好ましい。ナローバンドギャップ層１２２Ｂは、たとえば、Ａｌa2Ｇａb2Ｉｎ(1-a2-b2)Ｎ（０≦ａ２＜１、０＜ｂ２＜１、（１−ａ１−ｂ１）＜（１−ａ２−ｂ２））層であることが好ましく、より好ましくはＧａb2Ｉｎ(1-b2)Ｎ（０＜ｂ２＜１）層である。
【００８９】
各ワイドバンドギャップ層１２２Ａおよび各ナローバンドギャップ層１２２Ｂの少なくとも一方はｎ型ドーパントを含むことが好ましく、たとえば１×１０19ｃｍ-3以上のｎ型ドーパントを含むことが好ましい。ｎ型ドーパントは、特に限定されず、たとえば、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであることが好ましく、より好ましくはＳｉである。
【００９０】
ワイドバンドギャップ層１２２Ａとナローバンドギャップ層１２２Ｂとの両方がアンドープ層であると、駆動電圧が上昇することがある。一方、超格子層１２２を構成する窒化物半導体層の全てがドープ層であると、逆バイアス印加時に空乏層が広がり難くなるので、電子が超格子層１２２を抜け難くなる。そのため、電界緩和の効果を十分に得ることができない場合がある。しかし、超格子層１２２は、発光層１４に電子を注入するために設けられている層でもある。よって、発光層１４側に位置する少なくとも２層の窒化物半導体層をドープ層とし、そのドープ層よりも第１積層体６側に位置する窒化物半導体層をアンドープ層とすれば、発光層１４に注入される電子数を増やすことができる。これにより、発光出力が向上し、駆動電圧が低下する。しかし、アンドープ層の厚さが厚くなると、電子の移動のために電圧を印加する必要があるので、駆動電圧が増大することがある。駆動電圧を低く維持するためには、第１積層体６側に位置する少なくとも２層の窒化物半導体層をアンドープ層とすることが好ましい。
【００９１】
ワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびナローバンドギャップ層１２２Ｂのそれぞれの層数は特に限定されない。超格子層１２２は、２０組以上のワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびナローバンドギャップ層１２２Ｂを有することが好ましい。これにより、発光層１４からＶピット発生層１０をさらに離隔して設けることができる。よって、Ｖピット１５の始点の平均的な位置を超格子層１２２内とすることができる。
【００９２】
超格子層１２２が２０組以上のワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびナローバンドギャップ層１２２Ｂを有する場合、発光層１４側に位置する５組のワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびナローバンドギャップ層１２２Ｂがドープ層であることが好ましい。これにより、発光層１４に注入される電子数をさらに増やすことができるので、発光出力がさらに向上し、駆動電圧がさらに低下する。
【００９３】
超格子層１２２の別の一例では、アンドープ超格子構造とドープ超格子構造とが多層構造体１２１上に順に設けられている。アンドープ超格子構造は、１７組のアンドープのワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびアンドープのナローバンドギャップ層１２２Ｂからなることが好ましい。ドープ超格子構造は、３組のドープのワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびドープのナローバンドギャップ層１２２Ｂからなることが好ましい。
【００９４】
超格子層１２２のまた別の一例では、第１ドープ超格子構造とアンドープ超格子構造と第２ドープ超格子構造とが多層構造体１２１上に順に設けられている。第１および第２ドープ超格子構造は、それぞれ、５組のドープのワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびドープのナローバンドギャップ層１２２Ｂからなることが好ましい。アンドープ超格子構造は、１０組のアンドープのワイドバンドギャップ層１２２Ａおよびアンドープのナローバンドギャップ層１２２Ｂからなることが好ましい。
【００９５】
超格子層１２２は、発光層１４の特性の更なる向上のために設けられた層であり、窒化物半導体発光素子１にとって必須の構成要件ではない。しかし、超格子層１２２をＶピット発生層１０と発光層１４との間に設けると、Ｖピット発生層１０を発光層１４から離隔することができる。これにより、Ｖピット１５の始点の平均的な位置が発光層１４（少なくとも発光層１４の上部）内に存在しないようにすることができる。よって、窒化物半導体発光素子１は、Ｖピット発生層１０と発光層１４との間に超格子層１２２を備えていることが好ましい。好ましくは超格子層１２２の厚さが４０ｎｍ以上であり、より好ましくは超格子層１２２の厚さが５０ｎｍ以上であり、さらに好ましくは超格子層１２２の厚さが６０ｎｍ以上である。一方、超格子層１２２の厚さが大きすぎると発光層１４の結晶品質の劣化を招くおそれがある。そのため、超格子層１２２の厚さは、好ましくは１００ｎｍ以下であり、より好ましくは８０ｎｍ以下である。なお、ワイドバンドギャップ層１２２Ａのそれぞれの厚さは、たとえば、１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましい。ナローバンドギャップ層１２２Ｂのそれぞれの厚さは、たとえば、１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９６】
＜発光層＞
発光層１４は、第２積層体１１上に設けられている。発光層１４には、部分的にＶピット１５が形成されている。「部分的にＶピット１５が形成されている」とは、発光層１４の上面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）で観察したときにＶピット１５が発光層１４の上面において点状に観察されることを意味する。発光層１４の上面におけるＶピット数の密度は１×１０8ｃｍ-2以上１×１０10ｃｍ-2以下であることが好ましい。従来においても発光層にはＶピットが形成されていたが、従来の発光層の上面におけるＶピット数の密度は１×１０8ｃｍ-2未満であった。
【００９７】
発光層１４は、図３に示すように、バリア層１４Ａと井戸層１４Ｗとが交互に積層されてなる積層構造を有することが好ましい。超格子層１２２のすぐ上には、最初のバリア層１４ＡＺが設けられることが好ましい。井戸層１４Ｗのうち最もｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層１４Ｗ１の上には、最後のバリア層１４Ａ０が設けられることが好ましい。
【００９８】
本実施形態では、各バリア層１４Ａおよび各井戸層１４Ｗを識別するために、ｐ型窒化物半導体層１６から超格子層１２２へ向かって番号を付して井戸層１４Ｗ１、バリア層１４Ａ１、井戸層１４Ｗ２、バリア層１４Ａ２、・・・などと表記している。なお、各バリア層１４Ａおよび各井戸層１４Ｗのそれぞれを特定する場合を除いては、「バリア層１４Ａ」および「井戸層１４Ｗ」と表記する。
【００９９】
発光層１４は、バリア層１４Ａおよび井戸層１４Ｗとは異なる１層以上の半導体層と、バリア層１４Ａと、井戸層１４Ｗとが順に積層されてなる積層構造を有していても良い。また、発光層１４の一周期（バリア層１４Ａの厚さと井戸層１４Ｗの厚さとの和）の長さは、たとえば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１００】
各井戸層１４Ｗの組成は、窒化物半導体発光素子１に求められる発光波長に合わせて調整されることが好ましく、たとえば、ＡｌcＧａdＩｎ(1-c-d)Ｎ（０≦ｃ＜１、０＜ｄ≦１）であることが好ましく、Ａｌを含まないＩｎeＧａ(1-e)Ｎ（０＜ｅ≦１）であることがより好ましい。たとえば波長が３７５ｎｍ以下の紫外光を窒化物半導体発光素子１に発光させる場合には、発光層１４のバンドギャップエネルギーを大きくする必要があるので、各井戸層１４Ｗの組成はＡｌを含むことが好ましい。
【０１０１】
各井戸層１４Ｗの組成は同じであることが好ましい。これにより、各井戸層１４Ｗにおいて電子とホールとの再結合により発光する波長を同じにすることができる。よって、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅を狭くすることができる。
【０１０２】
ｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層１４Ｗはドーパントを極力含まないことが好ましい。別の言い方をすると、ドーパント原料を導入することなくｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層１４Ｗを成長させることが好ましい。これにより、各井戸層１４Ｗにおいて非発光再結合が起こり難くなるので、発光効率が良好となる。一方、第１積層体６側に位置する井戸層１４Ｗはｎ型ドーパントを含んでいても良い。これにより、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧が低下する傾向にある。
【０１０３】
各井戸層１４Ｗの厚さは特に限定されないが、それぞれ同じであることが好ましい。各井戸層１４Ｗの厚さが同じであれば、各井戸層１４Ｗの量子準位も同じになる。よって、各井戸層１４Ｗにおける電子とホールとの再結合により、各井戸層１４Ｗでは同じ波長の光が生じる。したがって、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅が狭くなるので、好都合である。一方、井戸層１４Ｗの組成または厚さを意図的に異ならせれば、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅をブロードにすることができる。窒化物半導体発光素子１を照明用などの用途に使用する場合には、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅はブロードであることが好ましいので、井戸層１４Ｗの組成または厚さを意図的に異ならせることが好ましい。たとえば、各井戸層１４Ｗの厚さを１ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲内で適宜設定することが好ましい。これにより、発光効率を高く維持することができる。
【０１０４】
各バリア層１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ７）、最初のバリア層１４ＡＺおよび最後のバリア層１４Ａ０を構成する材料はそれぞれ各井戸層１４Ｗを構成する材料よりもバンドギャップエネルギーが大きい方が好ましい。具体的には、各バリア層１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ７）、最初のバリア層１４ＡＺ及び最後のバリア層１４Ａ０はＡｌfＧａgＩｎ(1-f-g)Ｎ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）からなることが好ましく、Ａｌを含まないＩｎhＧａ(1-h)Ｎ（０＜ｈ≦１、ｅ＞ｈ）からなることがより好ましく、井戸層１４Ｗを構成する材料と格子定数がほぼ同一であるＡｌfＧａgＩｎ(1-f-g)Ｎ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）からなることがさらに好ましい。
【０１０５】
各バリア層１４Ａの厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以上７ｎｍ以下であることがより好ましい。各バリア層１４Ａの厚さが薄いほど駆動電圧が低下するが、各バリア層１４Ａの厚さを極端に薄くすると発光効率が低下する傾向にある。最初のバリア層１４ＡＺの厚さは特に限定されず、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。最後のバリア層１４Ａ０の厚さは特に限定されず、１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１０６】
各バリア層１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ７）および最初のバリア層１４ＡＺにおけるｎ型ドーパント濃度は特に限定されず、必要に応じて適宜設定されることが好ましい。また、複数のバリア層１４Ａのうち、第１積層体６側に位置するバリア層１４Ａはｎ型ドーパントを含み、ｐ型窒化物半導体層１６側に位置するバリア層１４Ａは第１積層体６側に位置するバリア層１４Ａよりも低い濃度のｎ型ドーパントを含む、または、ｎ型ドーパントを含まないことが好ましい。各バリア層１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ７）、最初のバリア層１４ＡＺおよび最後のバリア層１４Ａ０は、ｎ型ドーパントを意図的に含んでいても良い。また、各バリア層１４Ａ（１４Ａ１〜１４Ａ７）、最初のバリア層１４ＡＺおよび最後のバリア層１４Ａ０には、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の成長時の熱拡散によりｐ型ドーパントがドープされることがある。
【０１０７】
井戸層１４Ｗの層数は、特に限定されず、たとえば２層以上２０層以下であることが好ましく、３層以上１５層以下であることがより好ましく、４層以上１２層以下であることがさらに好ましい。
【０１０８】
＜ｐ型窒化物半導体層＞
ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８は、発光層１４上に順に設けられている。ｐ型窒化物半導体層の層数は、３層に限定されず、２層以下であっても良いし、４層以上であっても良い。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８は、たとえば、Ａｌs6Ｇａt6Ｉｎu6Ｎ（０≦ｓ６≦１、０≦ｔ６≦１、０≦ｕ６≦１、ｓ６＋ｔ６＋ｕ６≠０）層にｐ型ドーパントがドープされた層であることが好ましく、Ａｌs6Ｇａ(1-s6)Ｎ（０＜ｓ６≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ６≦０．３）層にｐ型ドーパントがドープされた層であることがより好ましい。たとえば、ｐ型窒化物半導体層１６は、ｐ型ＡｌＧａＮ層である。ｐ型窒化物半導体層１７は、ｐ型ＧａＮ層である。ｐ型窒化物半導体層１８は、ｐ型ドーパント濃度がｐ型窒化物半導体層１７よりも高いｐ型ＧａＮ層である。
【０１０９】
ｐ型ドーパントは特に限定されず、たとえばＭｇであることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８のキャリア濃度は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１６，１７，１８のｐ型ドーパント濃度（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、ｐ型窒化物半導体層１６のうち発光層１４側に位置する部分のｐ型ドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3未満であっても良い。
【０１１０】
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ず、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の厚さを薄くすれば、その成長時における加熱時間が短くなるので、ｐ型ドーパントが発光層１４へ拡散することを防止できる。
【０１１１】
＜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。図２には、ｎ側電極２１およびｐ側電極２５がパッド電極部分のみで構成されていることを図示している。しかし、電流拡散を目的とする細長い突出部（枝電極）が、図２に示すｎ側電極２１およびｐ側電極２５に接続されていても良い。また、ｐ側電極２５よりも下には、電流がｐ側電極２５へ注入されることを防止するための絶縁層が設けられていることが好ましい。これにより、発光層１４が発した光がｐ側電極２５に遮蔽される量を減少させることができる。
【０１１２】
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なる積層構造を有することが好ましい。ｎ側電極２１にワイヤボンディングを行う場合を想定して、ｎ側電極２１の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
【０１１３】
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なる積層構造を有することが好ましいが、ｎ側電極２１と同一の材料からなっても良い。ｐ側電極２５にワイヤボンディングを行う場合を想定して、ｐ側電極２５の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
【０１１４】
透明電極２３は、たとえばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)またはＩＺＯ(Indium Zinc Oxide)などの透明導電材料からなることが好ましく、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有していることが好ましい。
【０１１５】
＜Ｖピットの始点＞
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１において、Ｖピット１５の始点の大部分は発光層１４内に存在しておらず、その過半数は超格子層１２２内に存在していると考えられる。Ｖピット１５は貫通転位に起因して発生すると考えられるので、貫通転位の多くはＶピット１５の内側にあると考えられる。よって、発光層１４に注入された電子およびホールがＶピット１５の内側の貫通転位に達することを抑制することができる。したがって、電子およびホールが貫通転位に捕獲されたために非発光再結合が発生することを抑制できると考えられる。これにより、発光効率を高く維持することができる。このことは、高温下または大電流駆動時において顕著となる。
【０１１６】
詳細には、高温下では発光層１４への注入キャリア（ホールまたは電子）の移動が活発になるので、注入キャリアが貫通転位へ到達する確率が増大する。しかしながら、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１では、発光層１４内における貫通転位の多くがＶピット１５で覆われるので（貫通転位の多くがＶピット１５の内側に存在するので）、貫通転位での非発光再結合が抑制される。よって、高温下での発光効率を高く維持できる。
【０１１７】
また、Ｖピット１５の始点が発光層１４よりも下に位置するため、バリア層（特にアンドープバリア層）の層数を増やして発光層１４の体積を増やすことができる。これにより、大電流駆動時での発光効率を高く維持することができる。
【０１１８】
＜キャリア濃度とドーパント濃度とについて＞
キャリア濃度は電子またはホールの濃度を意味し、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定されない。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、電流が注入されていない状態のキャリア濃度のことを意味し、イオン化した不純物、ドナー化した結晶欠陥および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。
【０１１９】
ｎ型ドーパントであるＳｉなどの活性化率は高い。よって、ｎ型キャリア濃度はｎ型ドーパント濃度とほぼ同じと考えることができる。また、ｎ型ドーパント濃度はＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy（二次イオン質量分析計））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めることができる。さらに、ドーパント濃度の相対関係（比率）はキャリア濃度の相対関係（比率）とほぼ同じである。測定により得られたｎ型ドーパント濃度を厚さ方向に平均すれば、平均ｎ型ドーパント濃度を得ることができる。
【０１２０】
＜ｎ型変調ドープ層と超格子層との別の作用・効果について＞
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１では、ｎ型コンタクト層８と発光層１４との間には、ｎ型コンタクト層８側から順に、ｎ型変調ドープ層９、Ｖピット発生層１０、多層構造体１２１および超格子層１２２が積層されている。これにより、ＥＳＤ破壊の原因となる逆バイアス方向の高電圧がｎ側電極２１とｐ側電極２５との間に印加された場合には、空乏層がｎ型変調ドープ層９および超格子層１２２側に伸長する。よって、発光層１４に印加される逆バイアス電圧（電界）を低減することができる。したがって、ＥＳＤ破壊が生じる閾値電圧（すなわちＥＳＤ耐圧）が高くなる。
【０１２１】
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１がＶピット１５を意図的に導入しないように構成されている場合であっても、バイアス電圧が順方向に印加されたときのリーク電流をより効果的に低減させることができ、Ｖピット１５の形成による発光面積の低下を防止することができる。よって、この場合であっても、窒化物半導体発光素子１の発光特性の低下を有効に防止することができる。
【０１２２】
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１がｎ型変調ドープ層９または超格子層１２２のいずれか一方のみを備えている場合であっても、上記作用および効果を得ることができる。しかし、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１は、ｎ型変調ドープ層９および超格子層１２２の両方を備えていることが好ましい。これにより、ＥＳＤ耐圧がより高くなる。バイアス電圧が順方向に印加されたときのリーク電流をより効果的に低減させることができる。また、Ｖピット１５の形成による発光面積の低下をより効果的に防止することができる。
【０１２３】
＜窒化物半導体発光素子の製造＞
図５（ａ）は、図１に示す窒化物半導体発光素子１の製造工程における温度プロファイルを示すグラフである。図５（ａ）の縦軸は成長温度を表わし、図５（ａ）の横軸は成長時間を表わす。なお、図５（ｂ）は、後述の比較例１の窒化物半導体発光素子の製造工程における温度プロファイルを示すグラフである。
【０１２４】
まず、第１積層体６を形成する。たとえばスパッタ法などにより基板３の上にバッファ層５を形成してから、たとえばＭＯＣＶＤ法などにより、バッファ層５の上に下地層７、ｎ型コンタクト層８およびｎ型変調ドープ層９を順に形成する。下地層７、ｎ型コンタクト層８およびｎ型変調ドープ層９は、第１結晶成長装置内で成長されることが好ましい。これらの層は、８００℃以上１２５０℃以下で成長されることが好ましく、９００℃以上１１５０℃以下で成長されることがより好ましい。
【０１２５】
第１下地層７１は、斜めファセット面７１ａが形成されるファセット成長モードで成長されることが好ましい。第２下地層７５は、斜めファセット面７１ａを埋め込んで平坦な上面７５ｂを形成可能な埋込成長モードで成長されることが好ましい。具体的には、第１下地層７１は、第２下地層７５よりも３次元成長しやすい雰囲気下で形成されることが好ましく、第２下地層７５よりも高圧且つ低温下で形成されることがより好ましい。たとえば、第１下地層７１は、500Torrの圧力下且つ９９０℃の温度下で形成されることが好ましく、第２下地層７５は、200Torrの圧力下且つ１０８０℃の温度下で形成されることが好ましい。
【０１２６】
第１積層体６を形成後、温度を一旦下げてから（降温工程）、温度を再び上げて、第２積層体１１を形成する。降温工程では、第２積層体１１を形成する温度よりも低い温度（たとえば５００℃以下）にまで下げることが好ましく、室温以上１００℃以下にまで下げることがより好ましい。「降温工程における温度」は、基板３の温度、および、成膜装置または成長装置内の温度のうちの高い方の温度を意味する。また、降温工程の後で、第１積層体６を大気に曝すことが好ましい。第１積層体６を大気に曝す方法としては、たとえば第１積層体６を第１結晶成長装置内から取り出してから第２結晶成長装置内に入れるということが挙げられる。温度を再び上げてから、たとえばＭＯＣＶＤ法などにより、ｎ型変調ドープ層９の上にＶピット発生層１０、多層構造体１２１および超格子層１２２を順に形成する。
【０１２７】
Ｖピット発生層１０の成長温度は、第１積層体６の形成温度よりも低く、たとえばｎ型コンタクト層８またはｎ型変調ドープ層９の成長温度（第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度）よりも低いことが好ましい。図５（ａ）に示すように、発光層１４は第１積層体６の形成温度よりも低い温度で形成される。このように、Ｖピット発生層１０の成長温度がｎ型コンタクト層８またはｎ型変調ドープ層９の成長温度（第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度）よりも低ければ、第２積層体１１の形成後の降温工程に要する時間を短縮することができるので、スループットを高く維持することができる。また、Ｖピット発生層１０の成長温度が高温である場合に比べて、Ｖピット発生層１０を形成する装置のチャンバーに付着する付着物の量が減少する。よって、第２積層体１１を形成するための成膜装置をメンテナンスする頻度が低くなる。これらのことから、窒化物半導体発光素子１の生産性が高くなる。ＭＱＷ発光層１４での発光効率を高く維持するという観点から、Ｖピット発生層１０の成長温度は、７００℃以上であることがより好ましく、７５０℃以上であることがさらに好ましい。
【０１２８】
ｎ型変調ドープ層９よりもｎ型ドーパント濃度を高くしてＶピット発生層１０を形成しても良い。これにより、Ｖピット発生層１０のＶピット形成効果が増大する。
【０１２９】
多層構造体１２１の成長温度は、Ｖピット発生層１０の成長温度以下であることが好ましく、Ｖピット発生層１０の成長温度と同一であることがより好ましい。多層構造体１２１の成長温度がＶピット発生層１０の成長温度以下であれば、Ｖピット１５の大きさを大きくすることができるので、ＥＳＤに起因する不良率が低くなる。この効果を有効に得るためには、多層構造体１２１の成長温度は、６００℃以上であることがより好ましい。
【０１３０】
超格子層１２２の成長温度は、Ｖピット発生層１０の成長温度以下であることが好ましく、Ｖピット発生層１０の成長温度と同一であることがより好ましい。超格子層１２２の成長温度がＶピット発生層１０の成長温度以下であれば、第２積層体１１の形成後の降温工程に要する時間をさらに短縮することができるので、スループットをさらに高く維持することができる。また、超格子層１２２を形成するための成膜装置をメンテナンスする頻度がさらに低くなる。これらのことから、窒化物半導体発光素子１の生産性がさらに高くなる。それだけでなく、Ｖピット１５の大きさを大きくすることができるので、ＥＳＤに起因する不良率が低くなる。この効果を有効に得るためには、超格子層１２２の成長温度は、６００℃以上であることがより好ましい。
【０１３１】
続いて、第２積層体１１上に、発光層１４、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を順に形成する。発光層１４の形成方法は特に限定されず、ＭＱＷ構造の形成方法として公知な方法を特に限定されることなく用いることができる。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の形成方法は特に限定されず、ｐ型窒化物半導体層の形成方法として公知な方法を特に限定されることなく用いることができる。
【０１３２】
続いて、ｎ型コンタクト層８の一部分が露出するように、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８、発光層１４、第２積層体１１、ｎ型変調ドープ層９およびｎ型コンタクト層８をエッチングする。このエッチングにより露出したｎ型コンタクト層８の上面上にｎ側電極２１を形成する。また、ｐ型窒化物半導体層１８の上面上に透明電極２３とｐ側電極２５とを順に積層する。その後、透明電極２３と上記エッチングによって露出した各層の側面とを覆うように、透明保護膜２７を形成する。これにより、図１に示す窒化物半導体発光素子１が得られる。
【０１３３】
なお、基板３を除去しても良い。基板３を除去するタイミングは特に限定されず、たとえば第１積層体６を形成する工程の後で基板３を除去することができる。
【０１３４】
下地層７とｎ型コンタクト層８とを第１結晶成長装置内で形成し、ｎ型変調ドープ層９と第２積層体１１とを第２結晶成長装置内で形成しても良い。しかし、下地層７とｎ型コンタクト層８とｎ型変調ドープ層９とを第１結晶成長装置内で形成し第２積層体１１を第２結晶成長装置内で形成すれば、第２積層体１１の形成後の降温工程に要する時間をさらに短縮することができる。
【０１３５】
以上説明したように、図１に示す窒化物半導体発光素子１は、１層以上の第１ｎ型窒化物半導体層８，９を含む第１積層体６と、第１積層体６の第１面６１に接する第２ｎ型窒化物半導体層１０を含む第２積層体１１と、第２積層体１１の上に設けられた発光層１４と、発光層１４の上に設けられたｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とを備える。第２ｎ型窒化物半導体層１０は、第１ｎ型窒化物半導体層を形成する温度（たとえばｎ型コンタクト層８またはｎ型変調ドープ層９の成長温度）よりも低い温度で形成されている。これにより、図１に示す窒化物半導体発光素子１の生産性が高くなる。
【０１３６】
第２積層体１１は、第２ｎ型窒化物半導体層１０と発光層１４との間に、１層以上の第３ｎ型窒化物半導体層１２１，１２２をさらに含むことが好ましい。第３ｎ型窒化物半導体層１２１，１２２は、第２ｎ型窒化物半導体層１０の形成温度以下の温度で形成されることが好ましい。これにより、図１に示す窒化物半導体発光素子１の生産性がさらに高くなる。
【０１３７】
第１積層体６の第１面６１を構成する半導体層は、アンドープ層であることが好ましい。その場合、第２ｎ型窒化物半導体層１０は、ドープ層であることが好ましい。
【０１３８】
第１積層体６の第１面６１を構成する半導体層は、ドープ層であることが好ましい。その場合、第２ｎ型窒化物半導体層１０は、アンドープ層であることが好ましい。
【０１３９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子１の製造方法は、１層以上の第１ｎ型窒化物半導体層８，９を含む第１積層体６を形成する工程と、第１積層体６の第１面６１に接する第２ｎ型窒化物半導体層１０を含む第２積層体１１を形成する工程と、第２積層体１１の上に発光層１４を形成する工程と、発光層１４の上にｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を形成する工程とを少なくとも含む。第１積層体６を形成する工程の後であって第２積層体１１を形成する工程の前に、第２積層体１１を形成する温度よりも低い温度まで降温する降温工程をさらに含む。これにより、図１に示す窒化物半導体発光素子１の生産性を高めることができる。
【０１４０】
第１積層体を形成する工程の後であって第２積層体を形成する工程の前に、第１積層体６を大気に曝す工程をさらに行うことが好ましい。これにより、図１に示す窒化物半導体発光素子１の生産性をさらに高めることができる。
【実施例】
【０１４１】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１４２】
＜実施例１＞
まず、１００ｍｍ径のサファイア基板からなるウエハを準備した。ウエハの上面には、凸部３ａと凹部３ｂとが交互に形成されてなる凹凸形状が形成されていた。
【０１４３】
ウエハに対する凹凸形状の形成方法を示す。まず、図４に示す凸部３ａの平面配置が規定されたマスクをウエハ上に設けた。次に、このマスクを用いてウエハの上面をドライエッチングした。ドライエッチングされた部分が凹部３ｂとなり、よって、図４に示す平面配置を有する凹部３ｂがウエハの上面に形成された。これにより、凸部３ａは、ウエアの上面のａ（ｓｕｂ）軸方向（＜１１−２０＞方向）に配列されるとともに、ウエアの上面のａ（ｓｕｂ）軸方向に対して＋６０°の傾きをなす方向とウエハの上面のａ（ｓｕｂ）軸方向に対して−６０°の傾きをなす方向（いずれもｕ方向）とにそれぞれ配置された。凸部３ａは、ウエハの上面において、図４に破線で示した仮想三角形３ｔの頂点にそれぞれ配置され、仮想三角形３ｔの３辺のそれぞれの辺の方向に周期的に配置されていた。
【０１４４】
ウエハの上面における凸部３ａの形状は円形であり、その円の直径は１．２μｍ程度であった。隣り合う凸部３ａの頂点の間隔（図４に示す仮想三角形３ｔの１辺）は２μｍであり、凸部３ａの高さは０．６μｍ程度であった。凸部３ａは図１に示す側面視形状を有し、その先端は丸みを帯びていた。凹部３ｂは図１に示す側面視形状を有していた。
【０１４５】
凸部３ａおよび凹部３ｂの形成後、ウエハの上面をＲＣＡ洗浄した。ＲＣＡ洗浄後のウエハをチャンバー内に入れ、そのチャンバー内にＮ2とＯ2とＡｒとを導入し、チャンバー内のウエハを６５０℃に加熱した。Ｎ2とＯ2とＡｒとの混合雰囲気下においてＡｌターゲットをスパッタリングするという反応性スパッタ法により、凸部３ａおよび凹部３ｂが形成されたウエハの上面上にＡｌＯＮ結晶からなるバッファ層５（厚さ２５ｎｍ）を形成した。形成されたバッファ層５は、ウエハの上面の法線方向に伸長する柱状結晶の集合体であって結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなっていた。
【０１４６】
バッファ層５が形成されたウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置内に入れた。５００Ｔｏｒｒの圧力下、９９０℃の温度下で、アンドープＧａＮからなる第１下地層７１をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。また、２００Ｔｏｒｒの圧力下、１０８０℃の温度下で、アンドープＧａＮからなる第２下地層７５をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。下地層７の厚さは４μｍであった。その後、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ型コンタクト層８）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。ｎ型コンタクト層８の厚さは３μｍであり、ｎ型コンタクト層８のｎ型ドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であった。
【０１４７】
ウエハの温度を１０８１℃に設定し、ｎ型コンタクト層８上に厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる窒化物半導体層（ｎ+層９Ａ、ｎ型ドーパント濃度：１×１０19ｃｍ-3）、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層（ｎ-層９Ｂ）、厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる窒化物半導体層（ｎ+層９Ａ、ｎ型ドーパント濃度：１×１０19ｃｍ-3）、および、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層（ｎ-層９Ｂ）をこの順にＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。これにより、ｎ型変調ドープ層９を形成した。
【０１４８】
ｎ型変調ドープ層９を形成後、ウエハの温度を８０℃まで下げた。ウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置内から大気中に一旦、取り出した後、第２ＭＯＣＶＤ装置内へ入れた。ウエハの温度を８０１℃に設定して、厚さ２５ｎｍのＳｉドープＧａＮ層（Ｖピット発生層１０）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。結晶成長されたＳｉドープＧａＮ層はｎ型変調ドープ層９の最上層に接しており、そのｎ型ドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であった。
【０１４９】
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体１２１を結晶成長させた。厚さ７ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ層、厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ層、厚さ７ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ層、および、厚さ２０ｎｍのＳｉドープＧａＮ層を２層ずつ交互に積層した。多層構造体１２１を構成する層のいずれにおいてもｎ型ドーパント濃度を７×１０17ｃｍ-3とした。ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比を、次に成長させる超格子層１２２のナローバンドギャップ層１２２ＢのＩｎ組成比と同じとした。
【０１５０】
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、超格子層１２２を結晶成長させた。ＳｉドープＧａＮからなるワイドバンドギャップ層１２２ＡとＳｉドープＩｎＧａＮからなるナローバンドギャップ層１２２Ｂとを交互に２０周期成長させた。各ワイドバンドギャップ層１２２Ａの厚さは２．０５ｎｍであった。各ナローバンドギャップ層１２２Ｂの厚さは２．０５ｎｍであった。各ワイドバンドギャップ層１２２Ａのｎ型ドーパント濃度は、ワイドバンドギャップ層１２２Ａのうち発光層１４側に位置する５層においては１×１０19ｃｍ-3であり、その５層よりも第１積層体６側に位置する層においては０ｃｍ-3（アンドープ）であった。各ナローバンドギャップ層１２２Ｂのｎ型ドーパント濃度は、ナローバンドギャップ層１２２Ｂのうち発光層１４側に位置する５層においては１×１０19ｃｍ-3であり、その５層よりも第１積層体６側に位置する層においては０ｃｍ-3（アンドープ）であった。発光層１４の井戸層１４Ｗ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（トリメチルインジウム）の流量を調整したため、各ナローバンドギャップ層１２２Ｂの組成はＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．０４）であった。
【０１５１】
ウエハの温度を６７２℃に下げて、発光層１４を結晶成長させた。バリア層１４ＡとＩｎＧａＮからなる井戸層１４Ｗとを交互に結晶成長させて、井戸層１４Ｗを８層結晶成長させた。各バリア層１４Ａの厚さは４．２ｎｍであった。最初のバリア層１４ＡＺおよびバリア層１４Ａ７のｎ型ドーパント濃度は４．３×１０18ｃｍ-3であり、その他のバリア層１４Ａ６、１４Ａ５、・・・、１４Ａ１はアンドープであった。
【０１５２】
ここで、最初のバリア層１４ＡＺの厚さは、バリア層１４Ａ７の厚さよりも厚くても良く、たとえば５．０５ｎｍであっても良い。これにより、超格子層１２２のうち最も発光層１４側にナローバンドギャップ層１２２Ｂを形成することができ、超格子層１２２の組数に含まれないワイドバンドギャップ層１２２Ａの作用を持たせることができる。最初のバリア層１４ＡＺのｎ型ドーパント濃度を、最初のバリア層１４ＡＺの上部（最初のバリア層１４ＡＺと井戸層１４Ｗ８との界面から１．５５ｎｍ離れた領域）において１×１０19ｃｍ-3とし、最初のバリア層１４ＡＺの下部（最初のバリア層１４ＡＺの上部以外の部分）において４．３×１０18ｃｍ-3としても良い。
【０１５３】
バリア層１４Ａ７の下部（井戸層１４Ｗ８とバリア層１４Ａ７との界面から３．５ｎｍ離れた領域）にのみｎ型ドーパントをドープし、バリア層１４Ａ７の上部（バリア層１４Ａ７の下部以外の部分）をアンドープとしてもよい。このように、バリア層１４Ａ７の上部をアンドープとすることにより、井戸層１４Ｗ７の注入キャリアがｎ型にドープされたバリア層部分と直接接することを防止することができる。
【０１５４】
井戸層１４Ｗは、キャリアガスとして窒素ガスを用いて結晶成長され、アンドープＩｎxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．２０）であった。各井戸層１４Ｗの厚さは２．７ｎｍであった。井戸層１４Ｗがフォトルミネッセンスにより発する光の波長が４４８ｎｍとなるようにＴＭＩの流量を調整して、井戸層１４ＷにおけるＩｎの組成ｘを設定した。
【０１５５】
最上層の井戸層１４Ｗ１の上に、アンドープのＧａＮ層からなる最後のバリア層１４Ａ０（厚さ１０ｎｍ）を結晶成長させた。
【０１５６】
ウエハの温度を１０００℃に上げて、最後のバリア層１４Ａ０の上面上に、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層（ｐ型窒化物半導体層１６）、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型窒化物半導体層１７）およびｐ型コンタクト層（ｐ型窒化物半導体層１８）を順に結晶成長させた。
【０１５７】
上述の各層の結晶成長では、Ｇａの原料ガスとしてはＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、Ａｌの原料ガスとしてはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用い、Ｉｎの原料ガスとしてはＴＭＩ（トリメチルインジウム）を用い、Ｎの原料ガスとしてはＮＨ3を用いた。また、ｎ型ドーパントであるＳｉの原料ガスとしてはＳｉＨ4を用い、ｐ型ドーパントであるＭｇの原料ガスとしてはＣｐ2Ｍｇを用いた。しかし、原料ガスは上記ガスに限定されず、ＭＯＣＶＤ用原料ガスとして用いられるガスであれば限定されることなく用いることができる。たとえば、Ｇａの原料ガスとしてＴＥＧ（トリエチルガリウム）を用いることができ、Ａｌの原料ガスとしてＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）を用いることができ、Ｉｎの原料ガスとしてＴＥＩ（トリエチルインジウム）を用いることができ、Ｎの原料ガスとしてＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）などの有機窒素化合物を用いることができ、Ｓｉの原料ガスとしてＳｉ2Ｈ6または有機Ｓｉなどを用いることができる。
【０１５８】
ウエハを第２ＭＯＣＶＤ装置内から取り出した。その後、ｎ型コンタクト層８の一部分が露出するように、ｐ型コンタクト層（ｐ型窒化物半導体層１８）、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型窒化物半導体層１７）、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層（ｐ型窒化物半導体層１６）、発光層１４、超格子層１２２、多層構造体１２１、ＳｉドープＧａＮ層（Ｖピット発生層１０）、ｎ型変調ドープ層９およびｎ型コンタクト層８をエッチングした。このエッチングにより露出したｎ型コンタクト層８の上面上に、Ａｕからなるｎ側電極２１を形成した。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。透明電極２３および上記エッチングによって露出した各層の側面を主に覆うように、ＳｉＯ2からなる透明保護膜２７を形成した。その後、ウエハを６２０×６８０μｍサイズのチップに分割した。これにより、実施例１に係る窒化物半導体発光素子を得た。
【０１５９】
本実施例では、ＳｉドープＧａＮ層（Ｖピット発生層１０）の形成以後の降温工程に要する時間が短縮され、よって、スループットを高く維持することができた。また、第２ＭＯＣＶＤ装置をメンテナンスする頻度が低くなった。
【０１６０】
＜実施例２＞
実施例１と同様に、第１ＭＯＣＶＤ装置内で下地層７とｎ型コンタクト層８とを形成した後、ウエハの温度を１０８１℃に設定してｎ型変調ドープ層９を形成した。ｎ型コンタクト層８上に厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる窒化物半導体層（ｎ+層９Ａ、ｎ型ドーパント濃度：１×１０19ｃｍ-3）、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層（ｎ-層９Ｂ）、および、厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなる窒化物半導体層（ｎ+層９Ａ、ｎ型ドーパント濃度：１×１０19ｃｍ-3）をこの順でＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。
【０１６１】
次に、ウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置内から取り出して第２ＭＯＣＶＤ装置内へ入れた。ウエハの温度を８０１℃に設定して、厚さ１０ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９ＢＬ）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。その後は、ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で再び実施例１と同様に、第２ＭＯＣＶＤ装置内でＳｉドープＧａＮ層（Ｖピット発生層１０）、多層構造体１２１および超格子層１２２を形成した。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を製造した。本実施例でも、ｎ-層９ＢＬの形成以後の降温工程に要する時間が短縮された。
【０１６２】
＜実施例３＞
ウエハの温度を７５０℃としてＶピット発生層１０と多層構造体１２１と超格子層１２２とを結晶成長させたことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって本実施例の窒化物半導体発光素子を製造した。本実施例でも、ＳｉドープＧａＮ層（Ｖピット発生層１０）の形成以後の降温工程に要する時間が短縮された。また、ＭＱＷ発光層１４での発光効率を高く維持することができた。
【０１６３】
＜実施例４＞
ウエハの温度を７５０℃として多層構造体１２１と超格子層１２２とを結晶成長させたことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって本実施例の窒化物半導体発光素子を製造した。本実施例でも、ＳｉドープＧａＮ層（Ｖピット発生層１０）の形成以後の降温工程に要する時間が短縮された。また、Ｖピット１５の大きさが大きくなった。
【０１６４】
＜実施例５＞
ウエハの温度を７００℃として超格子層１２２を結晶成長させたことを除いては上記実施例４に記載の方法にしたがって本実施例の窒化物半導体発光素子を製造した。本実施例でも、ＳｉドープＧａＮ層（Ｖピット発生層１０）の形成以後の降温工程に要する時間が短縮された。また、Ｖピット１５の大きさが大きくなった。
【０１６５】
＜実施例６＞
実施例６では、第１積層体を基板とバッファ層と下地層とｎ型コンタクト層とを備える構成とし、第２積層体を低ドープｎ型窒化物半導体層とアンドープ窒化物半導体層とｎ型窒化物半導体層とを備える構成とし、発光層のバリア層の組成をＡｌＧａＮとしたことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、窒化物半導体発光素子を製造した。つまり、本実施例では、低ドープｎ型窒化物半導体層が特許請求の範囲における「第２ｎ型窒化物半導体層」に相当する。
【０１６６】
図６は、本実施例の窒化物半導体発光素子１の概略断面図である。図７は、本実施例の窒化物半導体発光素子１のｎ型コンタクト層８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エネルギーＥｇの大きさを模式的に示すエネルギー図である。図６および図７では、上記実施例１と同じ組成からなる層には、図１における符号と同じ符号を付している。また、図７には、ｎ型ドーパントがドープされている層の右側にはドットを付して「ｎ」と記している。
【０１６７】
バッファ層５が形成されたウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置内に入れた。５００Ｔｏｒｒの圧力下、９９０℃の温度下で、アンドープＧａＮからなる第１下地層７１をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。また、２００Ｔｏｒｒの圧力下、１０８０℃の温度下で、アンドープＧａＮからなる第２下地層７５をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。下地層７の厚さは３μｍであった。その後、１１００℃の温度下で、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ型コンタクト層８）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。ｎ型コンタクト層８の厚さは４μｍであり、ｎ型コンタクト層８のｎ型ドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であった。
【０１６８】
ｎ型コンタクト層８を形成後、ウエハの温度を５００℃以下（可能であれば、１００℃以下）まで下げた。ウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置内から大気中に一旦、取り出した後、第２ＭＯＣＶＤ装置内へ入れた。ウエハの温度を８７０℃に設定して、厚さ７４ｎｍのＳｉドープＧａＮ層（低ドープｎ型窒化物半導体層１０Ａ）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。結晶成長された低ドープｎ型窒化物半導体層１０Ａはｎ型コンタクト層８の最上層（第１積層体６の第１面６１）に接しており、そのｎ型ドーパント濃度は７×１０17ｃｍ-3であった。
【０１６９】
ウエハの温度を８７０℃に保持した状態で、厚さ６３．５ｎｍのアンドープＧａＮ層（アンドープ窒化物半導体層１２３）を結晶成長させた。
【０１７０】
ウエハの温度を８７０℃に保持した状態で、厚さ２０．５ｎｍのＳｉドープＡｌＧａＮ層（ｎ型窒化物半導体層１２４）を結晶成長させた。結晶成長されたｎ型窒化物半導体層１２４は発光層１４に接する層であり、そのｎ型ドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であった。
【０１７１】
本実施例では、低ドープｎ型窒化物半導体層１０Ａ、アンドープ窒化物半導体層１２３およびｎ型窒化物半導体層１２４を形成するときのウエハの温度を８７０℃と一定にした。しかし、これらの層を形成するときのウエハの温度は、８５０〜９５０℃の温度範囲で各々任意に設定されれば良い。たとえば第２積層体１１の表面の平坦性を高めるという観点から、低ドープｎ型窒化物半導体層１０Ａおよびアンドープ窒化物半導体層１２３を形成するときのウエハの温度を８７０℃とし、ｎ型窒化物半導体層１２４を形成するときのウエハの温度を９００℃としても良い。また、３つの層を形成するときのウエハの温度をそれぞれ異なる温度に設定しても良い。
【０１７２】
＜比較例１＞
ウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置内から取り出して第２ＭＯＣＶＤ装置内へ入れた後に、ウエハの温度を１１００℃としてｎ型変調ドープ層９を結晶成長させたことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって本比較例の窒化物半導体発光素子を製造した。本比較例では、超格子層１２２の形成後の降温工程に要する時間が上記実施例１よりも長くなった。また、第２ＭＯＣＶＤ装置をメンテナンスする頻度が上記実施例１よりも高くなった。
【０１７３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１７４】
１  窒化物半導体発光素子、３  基板、３ａ  凸部、３ｂ  凹部、３ｔ  仮想三角形、５  バッファ層、６  第１積層体、７  下地層、８  ｎ型コンタクト層、９  ｎ型変調ドープ層、９Ａ  ｎ+層、９Ｂ  ｎ-層、１０  Ｖピット発生層、１１  第２積層体、１４  発光層、１５  Ｖピット、１６，１７，１８  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、６１  第１面、７１  第１下地層、７１ａ  斜めファセット面、７１ｂ  上面、７５  第２下地層、７５ｂ  上面、１２１  多層構造体、１２２  超格子層、１２２Ａ  ワイドバンドギャップ層、１２２Ｂ  ナローバンドギャップ層。
【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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