(57)【要約】【課題】成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子を製造する方法の提供。【解決手段】窒化物半導体発光素子の製造方法は、成長面を有する下地基板を準備する工程を備える。下地基板を準備する工程は、基板上に、第１ｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、第１ｎ型窒化物半導体層上に、ｎ型ドーパント濃度が当該第１ｎ型窒化物半導体層よりも低いｎ-層を含む第２ｎ型窒化物半導体層を形成する工程とを有する。【選択図】図５
2015050247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長面を有する下地基板を準備する工程を備え、
前記下地基板を準備する工程は、
基板上に、第１ｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１ｎ型窒化物半導体層上に、ｎ型ドーパント濃度が当該第１ｎ型窒化物半導体層よりも低いｎ-層を含む第２ｎ型窒化物半導体層を形成する工程とを有する窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２ｎ型窒化物半導体層を形成する工程は、前記第１ｎ型窒化物半導体層側から、前記ｎ-層と、ｎ型ドーパント濃度が前記ｎ-層よりも高いｎ+層とを交互に積層する工程を含む請求項１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ｎ+層の厚さは、前記ｎ-層の厚さ以下である、請求項２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１ｎ型窒化物半導体層側から数えて２つ目のｎ+層の厚さは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第１ｎ型窒化物半導体層側から数えて３つ目のｎ+層の厚さは、前記第１ｎ型窒化物半導体層側から数えて２つ目のｎ+層の厚さ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法にしたがって製造された窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
第１ｎ型窒化物半導体層と、
前記第１ｎ型窒化物半導体層上に、ｎ型ドーパント濃度が当該第１ｎ型窒化物半導体層よりも低いｎ-層を含む第２ｎ型窒化物半導体層とを備えた窒化物半導体発光素子用下地基板。
【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の製造方法、窒化物半導体発光素子および窒化物半導体発光素子用下地基板に関する。
【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。
【０００４】
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。
【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】
また、特許文献２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。
【００１１】
ＩＩＩ族窒化物半導体層を成長させる際には、一般的に、同一の有機金属気相成長装置内においてｎ型窒化物半導体層、発光層およびｐ型窒化物半導体層を順に形成する。しかし、導電型が異なるドーパントを同一の有機金属気相成長装置内に供給すると、意図しない不純物がドープされるという問題が生じることがある。
【００１２】
そこで、特許文献３には、第１有機金属化学気相成長装置内において、基板上に下地層、第１ｎ型半導体層および第２ｎ型半導体層を順次積層し、第２有機金属化学気相成長装置内において、第２ｎ型半導体層上に第２ｎ型半導体層の再成長層を形成した後に、発光層およびｐ型半導体層を順次積層することが記載されている。しかし、成長室を変える度に基板の冷却と基板の加熱とが繰り返されるため、性能に優れた半導体発光素子を得ることができないことがある。特許文献４では、再成長層を形成する前に熱処理を行うことが提案されている。特許文献５では、再成長層を形成する際の基板の温度を６００℃〜９００℃の範囲とすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平２−２２９４７６号公報
【特許文献２】特開２００６−３５２０８４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１１９３９０号公報
【特許文献４】特開２０１２−４１５５号公報
【特許文献５】特開２０１１−１８１６７３号公報
【特許文献６】特開２０１２−２４８６５６号公報
【特許文献７】特開２０１２−１４６７３６号公報
【特許文献８】特開２０１１−１３８８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献４で提案のように再成長層を形成する前に熱処理を行うと、窒化物半導体発光素子の製造に余分な時間がかかるので、製造コストが上昇する。また、熱処理により基板が割れることがある。
【００１５】
特許文献５で提案のように再成長層を形成する際の基板の温度を下げると、窒化物半導体層の結晶品質の低下を招く。そのため、特許文献５に記載の方法にしたがって特許文献６に記載のｎ型窒化物半導体層（ｎ型コンタクト層とアンドープ半導体層とｎ型多層膜層とが順に積層されてなる）を構成しても、順方向電圧の低下を図りながら逆バイアス印加時の漏洩電流を防止できるという特許文献６に記載の効果を得ることは難しい。
【００１６】
基板を第１有機金属化学気相成長装置から第２有機金属化学気相成長装置へ搬送するときに、基板の表面が大気中の水分または酸素などによって酸化されるので、再成長面に異常をもたらすことがある。この不具合を解消する方法として、特許文献７には、熱処理により除去できる層を基板の最表面に形成することが記載されている。しかし、特許文献７に記載の方法では、基板に余分な層を形成する。また、基板の最表面に形成された層を除去するための余分な熱処理が必要となる。このように窒化物半導体発光素子の製造に余分な時間がかかるので、製造コストの上昇を招く。また、熱処理による基板の割れを招く。
【００１７】
特許文献８には、第１有機金属化学気相成長装置内において、基板上に、第１ｎ型半導体層を形成し、第２有機金属化学気相成長装置内において、第１ｎ型半導体層上に、ｎ型半導体からなる再成長層と、当該第１ｎ型半導体層を超える高濃度のＳｉがドープされた第２ｎ型半導体層とを順に形成することが記載されている。しかし、特許文献８に記載の方法では、急峻なＳｉドープ量の増加（パイルアップ）によって、再成長層と第２ｎ型半導体層との界面において異常が発生することがある。また、順方向電圧の上昇または逆バイアス印加時の漏洩電流の発生などの問題が起きることがある。
【００１８】
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、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子を製造する方法の提供である。
【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の製造方法は、成長面を有する下地基板を準備する工程を備える。下地基板を準備する工程は、基板上に、第１ｎ型窒化物半導体層を形成する工程と、第１ｎ型窒化物半導体層上に、ｎ型ドーパント濃度が当該第１ｎ型窒化物半導体層よりも低いｎ-層を含む第２ｎ型窒化物半導体層を形成する工程とを有する。
【００２０】
成長面を構成する半導体層は、アンドープ層であっても良いし、ドープ層であっても良い。
【００２１】
第２ｎ型窒化物半導体層を形成する工程は、第１ｎ型窒化物半導体層側から、ｎ-層と、ｎ型ドーパント濃度がｎ-層よりも高いｎ+層とを交互に積層する工程を含むことが好ましい。ｎ+層の厚さは、ｎ-層の厚さ以下であることが好ましい。第１ｎ型窒化物半導体層側から数えて２つ目のｎ+層の厚さは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｎ型窒化物半導体層側から数えて３つ目のｎ+層の厚さは、第１ｎ型窒化物半導体層側から数えて２つ目のｎ+層の厚さ以下であることが好ましい。
【００２２】
第１ｎ型窒化物半導体層および第２ｎ型窒化物半導体層は、有機金属化学気相成長法、ハイドライド気相成長法または液相成長法により形成されることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、上記本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造方法にしたがって製造されたものである。
【００２４】
本発明に係る窒化物半導体発光素子用下地基板は、第１ｎ型窒化物半導体層と、第１ｎ型窒化物半導体層上に、ｎ型ドーパント濃度が当該第１ｎ型窒化物半導体層よりも低いｎ-層を含む第２ｎ型窒化物半導体層とを備える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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第１ｎ型窒化物半導体層から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】図１に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。
【図６】図５に示す窒化物半導体発光素子の製造方法の一工程を工程順に示すフロー図である。
【図７】図１に示す窒化物半導体発光素子の別の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
「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。
【００３０】
「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。
【００３１】
「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。
【００３２】
「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。
【００３３】
＜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の第１ｎ型窒化物半導体層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。
【００３４】
図１に示す窒化物半導体発光素子１は、窒化物半導体発光素子用下地基板（以下では単に「下地基板」と記す）６を備える。下地基板６は、基板３と、バッファ層５と、下地層７と、第１ｎ型窒化物半導体層（ｎ型コンタクト層）８と、第２ｎ型窒化物半導体層（変調ドープ層）９とを備える。下地基板６の成長面６１上には、第３ｎ型窒化物半導体層１１、発光層１４および第１ｐ型窒化物半導体層１９が順に設けられている。第３ｎ型窒化物半導体層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。第１ｐ型窒化物半導体層１９は、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を備える。
【００３５】
下地基板６の一部と第３ｎ型窒化物半導体層１１と発光層１４と第１ｐ型窒化物半導体層１９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、第１ｎ型窒化物半導体層８の上面の一部分が第２ｎ型窒化物半導体層９などから露出しており、第１ｎ型窒化物半導体層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。
【００３６】
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。
【００３７】
＜下地基板＞
下地基板６は、本実施形態では基板３とバッファ層５と下地層７と第１ｎ型窒化物半導体層８と第２ｎ型窒化物半導体層９とを備えるが、第１ｎ型窒化物半導体層８と第２ｎ型窒化物半導体層９と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、下地基板６は下地層７と第１ｎ型窒化物半導体層８と第２ｎ型窒化物半導体層９とを備える。
【００３８】
本実施形態における第２ｎ型窒化物半導体層９は、ｎ型ドーパント濃度が第１ｎ型窒化物半導体層８よりも低いｎ-層９Ａを含む。これにより、第２ｎ型窒化物半導体層９がｎ-層９Ａを全く備えていない場合に比べて第３ｎ型窒化物半導体層１１の結晶品質を高く維持することができる。よって、第３ｎ型窒化物半導体層１１上に設けられる発光層１４の結晶品質を高く維持することができるので、窒化物半導体発光素子１の発光出力を高めることができる。「ｎ型ドーパント濃度が第１ｎ型窒化物半導体層８よりも低いｎ-層９Ａ」とは、ｎ-層９Ａのｎ型ドーパント濃度が第１ｎ型窒化物半導体層８のｎ型ドーパント濃度の１／１０００倍以上１倍未満であることを意味する。ｎ-層９Ａのｎ型ドーパント濃度が第１ｎ型窒化物半導体層８のｎ型ドーパント濃度の１／１０００倍であるとき、そのｎ-層９Ａはアンドープ層である。つまり、「ｎ型ドーパント濃度が第１ｎ型窒化物半導体層８よりも低いｎ-層９Ａ」には、アンドープ層も含まれる。このように、本明細書では、「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も含む。「アンドープ層」は、０ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ-3以下の導電型ドーパントを含む層と言うこともできる。
【００３９】
下地基板６は、成長面６１を有する。成長面６１は、下地基板６の表面であって第３ｎ型窒化物半導体層１１が結晶成長される面を意味する。本実施形態における下地基板６はバッファ層５と下地層７と第１ｎ型窒化物半導体層８と第２ｎ型窒化物半導体層９とが基板３側から順に積層されて構成されているので、成長面６１は第２ｎ型窒化物半導体層９の上面（第１ｎ型窒化物半導体層８と第２ｎ型窒化物半導体層９との界面とは反対側に位置する第２ｎ型窒化物半導体層９の面）に相当する。
【００４０】
成長面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。これにより、成長面６１が大気中に曝された場合であっても、成長面６１が大気中の水分または酸素などにより酸化されることを防止できる。よって、成長面６１上の層（たとえば第３ｎ型窒化物半導体層１１）の結晶品質をさらに高めることができる。また、成長面６１上にｎ型窒化物半導体層を成長させるときには、成長面６１と当該ｎ型窒化物半導体層との界面でのｎ型ドーパントのドープ量の増加（パイルアップ）を防止することができる。これらのことから、発光層１４の結晶品質をさらに高めることができるので、窒化物半導体発光素子１の発光出力をさらに高めることができる。「成長面６１を構成する半導体層」は、第２ｎ型窒化物半導体層９が１層からなる場合には第２ｎ型窒化物半導体層９に相当し、第２ｎ型窒化物半導体層９が２以上の層を有する場合には第２ｎ型窒化物半導体層９を構成する２以上の層のうち第１ｎ型窒化物半導体層８から最も離れて位置する層に相当する。
【００４１】
成長面６１を構成する半導体層は、ドープ層であっても良い。この場合には、第２ｎ型窒化物半導体層９は、第１ｎ型窒化物半導体層８側から、ｎ-層９Ａと、ｎ型ドーパント濃度がｎ-層９Ａよりも高いｎ+層９Ｂとが交互に積層されてなることが好ましい。これにより、順方向電圧を低下させることができ、逆バイアス印加時の漏洩電流の発生を防止することができる。「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、１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下の導電型ドーパントを含むことが好ましい。ｎ＋層９Ｂのｎ型ドーパント濃度は、第１ｎ型窒化物半導体層８のｎ型ドーパント濃度の１倍より大きく１００倍以下であることが好ましい。以下、下地基板６の構成要素をそれぞれ示す。
【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。第１ｎ型窒化物半導体層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１．５×１０19ｃｍ-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】
＜第１ｎ型窒化物半導体層＞
第１ｎ型窒化物半導体層８は、第２下地層７５の上面７５ｂ上に設けられ、ｎ型コンタクト層として機能する。第１ｎ型窒化物半導体層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。第１ｎ型窒化物半導体層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】
第１ｎ型窒化物半導体層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。第１ｎ型窒化物半導体層８のｎ型ドーパント濃度は、特に限定されないが、１．５×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００５４】
第１ｎ型窒化物半導体層８の厚さが厚ければ厚いほど、第１ｎ型窒化物半導体層８の抵抗は低くなる。しかし、第１ｎ型窒化物半導体層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、第１ｎ型窒化物半導体層８の最大厚さは１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
第１ｎ型窒化物半導体層８の構成は特に限定されない。第１ｎ型窒化物半導体層８は、ｎ型ドーパントが均一にドープされた１層のｎ型窒化物半導体層のみからなっても良いし、ｎ型ドーパント濃度が互いに異なるｎ型窒化物半導体層８Ａ，８Ｂを含んでいても良いし、３層以上のｎ型窒化物半導体層を含んでいても良い。第１ｎ型窒化物半導体層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】
＜第２ｎ型窒化物半導体層＞
第２ｎ型窒化物半導体層９は、第１ｎ型窒化物半導体層８上に設けられている。第２ｎ型窒化物半導体層９は、ｎ-層９Ａのみからなっても良いが、変調ドープ層であることが好ましい。第２ｎ型窒化物半導体層９が変調ドープ層であれば、順方向電圧を十分に低下させることができ、逆バイアス印加時の漏洩電流の発生を十分に防止することができる。「変調ドープ層」は、ドーパントの種類また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。たとえば、第２ｎ型窒化物半導体層９は、第１ｎ型窒化物半導体層８側からｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとが交互に積層されてなることが好ましい。
【００５７】
ｎ-層９Ａは、第１ｎ型窒化物半導体層８よりもｎ型ドーパント濃度が低い窒化物半導体層であり、好ましくはｎ+層９Ｂよりもｎ型ドーパント濃度が低い窒化物半導体層であり、より好ましくはアンドープ層である。ｎ-層９Ａは、たとえば、ｎ型ドーパント濃度が３×１０18ｃｍ-3以下である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、アンドープＡｌs3Ｇａt3Ｉｎu3Ｎ（０≦ｓ３≦１、０≦ｔ３≦１、０≦ｕ３≦１、ｓ３＋ｔ３＋ｕ３≒１）層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高い窒化物半導体層であることが好ましく、たとえば、ｎ型ドーパント濃度が１．０×１０19ｃｍ-3以上であるＡｌs4Ｇａt4Ｉｎu4Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４≒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３×１０19ｃｍ-3以下である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。
【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。第２ｎ型窒化物半導体層９は、ｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとの組み合わせを２組以上有していることが好ましいが、上述のように１層のｎ-層９Ａ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く、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。ｎ-層９Ａのそれぞれの厚さが５０ｎｍ以上であれば、結晶品質に優れたｎ+層９Ｂを形成することができるので、変調ドープ層を設けたことにより得られる効果を十分に得ることができる。具体的には、順方向電圧を十分に低くすることができ、逆バイアス印加時の漏洩電流の発生を十分に防止することができる。ｎ-層９Ａのそれぞれの厚さが１００ｎｍ以下であれば、駆動電圧を低く抑えることができる。
【００６１】
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く、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。ｎ+層９Ｂのそれぞれの厚さが１０ｎｍ以上であれば、第２ｎ型窒化物半導体層９をｎ型層として十分に機能させることができる。ｎ+層９Ｂのそれぞれの厚さが１００ｎｍ以下であれば、駆動電圧を低く抑えることができる。ｎ+層９Ｂの厚さは、ｎ-層９Ａの厚さ以下であることが好ましい。これにより、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge）耐圧を向上させることができる。
【００６２】
第２ｎ型窒化物半導体層９がｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとの組み合わせを２組有している場合、第３ｎ型窒化物半導体層１１側のｎ+層９Ｂの厚さは第１ｎ型窒化物半導体層８側のｎ+層９Ｂの厚さよりも薄いことが好ましい。たとえば、第１ｎ型窒化物半導体層８側のｎ+層９Ｂの厚さが５０ｎｍである場合、第３ｎ型窒化物半導体層１１側のｎ+層９Ｂが２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であれば、順方向電圧の低下と逆バイアス印加時の漏洩電流の発生の防止とＥＳＤ耐圧の向上とを図りつつ第２ｎ型窒化物半導体層９の厚さを薄くすることができる。
【００６３】
＜第３ｎ型窒化物半導体層＞
第３ｎ型窒化物半導体層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。以下、第３ｎ型窒化物半導体層１１の構成要素をそれぞれ示す。
【００６４】
＜Ｖピット発生層＞
Ｖピット発生層１０は、下地基板６の成長面６１上に設けられ、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）よりも下地基板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。
【００６５】
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の下に位置する第１ｎ型窒化物半導体層８または第２ｎ型窒化物半導体層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の膜質が第２ｎ型窒化物半導体層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。
【００６６】
なお、下地基板６の成長面６１を構成する半導体層がｎ+層９Ｂ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。
【００６７】
＜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よりも下地基板６側に位置する。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、Ｖピット発生層１０で形成されたＶピット１５が多層構造体１２１に達する前に当該Ｖピット１５を大きくすることができる。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。
【００６８】
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小さな窒化物半導体層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。
【００６９】
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。
【００７０】
多層構造体１２１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および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小さな窒化物半導体層および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下地基板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。
【００７１】
＜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。
【００７２】
「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。
【００７３】
＜発光層＞
発光層１４は、第３ｎ型窒化物半導体層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。
【００７４】
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のうち最も第１ｐ型窒化物半導体層１９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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
＜第１ｐ型窒化物半導体層＞
第１ｐ型窒化物半導体層１９は、発光層１４上に設けられている。第１ｐ型窒化物半導体層１９は、図１に示すように３層のｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８が積層されて構成されていても良いし、２層以下のｐ型窒化物半導体層を有していても良いし、４層以上のｐ型窒化物半導体層を有していても良い。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。
【００７８】
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。
【００７９】
ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の合計の厚さ（第１ｐ型窒化物半導体層１９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。
【００８０】
＜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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
＜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、発光効率の低下を防止できる。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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
＜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。
【００８８】
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。
【００８９】
＜第２ｎ型窒化物半導体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、第１ｎ型窒化物半導体層８と発光層１４との間には、第１ｎ型窒化物半導体層８側から順に、第２ｎ型窒化物半導体層９（好ましくはｎ型変調ドープ層）、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、空乏層が第２ｎ型窒化物半導体層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。
【００９０】
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の増大を抑えることができ、Ｖピット１５の形成による発光面積の低下を抑えることもできる。よって、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、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。
【００９１】
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１が第２ｎ型窒化物半導体層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、第２ｎ型窒化物半導体層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の増大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抑えることができる。
【００９２】
＜窒化物半導体発光素子の製造＞
図５は、図１に示す窒化物半導体発光素子１の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。図６は、図５に示す下地基板の準備工程を工程順に示すフロー図である。図７は、図１に示す窒化物半導体発光素子１の別の製造方法の一部を工程順に示すフロー図である。なお、窒化物半導体発光素子１の各構成要素の組成または厚みなどについては上記＜窒化物半導体発光素子の構成＞で示したとおりである。
【００９３】
図５に示すステップＳ５０１において下地基板６を準備する。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を形成する。バッファ層５が形成された基板３を第１結晶成長装置内に入れ、たとえばＭＯＣＶＤ法などによりバッファ層５の上に下地層７を形成する。次に、図６に示すステップＳ５１１において第１ｎ型窒化物半導体層８を形成してから、図６に示すステップＳ５１２において第２ｎ型窒化物半導体層９を形成する。
【００９４】
下地層７１、第１ｎ型窒化物半導体層８および第２ｎ型窒化物半導体層９の成長温度は、８００℃以上であることが好ましく、９００℃以上であることがより好ましく、１０００℃以上であることがさらに好ましい。これらの成長温度は高ければ高いほど、形成される窒化物半導体層の結晶品質は良好となる。しかし、これらの成長温度が高すぎると、形成された窒化物半導体層が窒素抜けなどの影響を受け、その結果、形成された窒化物半導体層の結晶品質の悪化を招くことがある。そのため、これらの成長温度は、１２５０℃以下であることが好ましく、１２００℃以下であることがより好ましい。
【００９５】
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。
【００９６】
第１ｎ型窒化物半導体層８および第２ｎ型窒化物半導体層９は、それぞれ、ＭＯＣＶＤ法、ハイドライド気相成長法または液相成長法により形成されることが好ましく、ＭＯＣＶＤ法により形成されることがより好ましい。ＭＯＣＶＤ法により第１ｎ型窒化物半導体層８を形成すると、結晶品質に優れた第１ｎ型窒化物半導体層８を得ることができる。ＭＯＣＶＤ法により第２ｎ型窒化物半導体層９を形成した場合にも同様の効果が得られる。ハイドライド気相成長法または液相成長法により第１ｎ型窒化物半導体層８を形成すると、第１ｎ型窒化物半導体層８を安価に形成することができる。ハイドライド気相成長法または液相成長法により第２ｎ型窒化物半導体層９を形成した場合にも同様の効果が得られる。液相成長法は、たとえば液相エピタキシャル成長（liquid phase epitaxy）法であることが好ましい。
【００９７】
第２ｎ型窒化物半導体層９のｎ-層９Ａのｎ型ドーパント濃度が第１ｎ型窒化物半導体層８のｎ型ドーパント濃度よりも低くなるように、第１ｎ型窒化物半導体層８および第２ｎ型窒化物半導体層９を形成する。これにより、ｎ-層９Ａを全く形成することなく第２ｎ型窒化物半導体層９を形成する場合に比べて、結晶品質に優れた第３ｎ型窒化物半導体層１１を形成することができる。よって、結晶品質に優れた発光層１４を形成することができるので、発光出力の高い窒化物半導体発光素子１が得られる。このように本実施形態では、発光出力の高い窒化物半導体発光素子１を得るための熱処理または膜形成などを行うことなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子１を得ることができる。したがって、第３ｎ型窒化物半導体層１１などの成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子１を製造することができる。
【００９８】
第２ｎ型窒化物半導体層９を形成するとき、成長面６１を構成する半導体層をアンドープ層とすることが好ましい。これにより、たとえば第１結晶成長装置内からの下地基板６の取り出しなどにより下地基板６の成長面６１が大気中に曝されても、成長面６１が大気中の水分または酸素などにより酸化されることを防止できる。また、成長面６１と第３ｎ型窒化物半導体層１１（具体的にはＶピット発生層１０）との界面でのｎ型ドーパントのドープ量の増加（パイルアップ）を防止することができる。これらのことから、結晶品質がさらに優れた第３ｎ型窒化物半導体層１１を成長させることができるので、結晶品質がさらに優れた発光層１４を得ることができる。よって、発光出力がさらに高い窒化物半導体発光素子１を得ることができる。
【００９９】
第２ｎ型窒化物半導体層９を形成するとき、成長面６１を構成する半導体層をドープ層としても良い。この場合には、第１ｎ型窒化物半導体層８側からｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとを交互に積層して第２ｎ型窒化物半導体層９を形成することが好ましい。つまり、第２ｎ型窒化物半導体層９を変調ドープ層とすることが好ましい。第２ｎ型窒化物半導体層９が変調ドープ層である場合に第２ｎ型窒化物半導体層９を８００℃以上１２５０℃以下の温度で成長させると、次に示す効果が得られる。
【０１００】
窒化物半導体発光素子１の発光出力を高めるためには、発光層１４の結晶品質を高く維持することが好ましく、よって、発光層１４よりも下地基板６側に位置する層（具体的には第３ｎ型窒化物半導体層１１）の結晶品質を高く維持することが好ましい。一般に、成長温度が高ければ、成長される層の結晶品質は高くなると考えられている。そのため、高温下で第３ｎ型窒化物半導体層１１を成長させて結晶品質に優れた第３ｎ型窒化物半導体層１１を得るということが考えられる。
【０１０１】
しかし、高温下で第３ｎ型窒化物半導体層１１を結晶成長させると、パーティクルに因る結晶欠陥が結晶成長中に発生することがある。たとえば、第３ｎ型窒化物半導体層１１を１０００℃で成長させ、発光層１４と第１ｐ型窒化物半導体層１９とを８００℃で成長させ、その後、異なる窒化物半導体発光素子１を製造するために第３ｎ型窒化物半導体層１１を１０００℃で成長させる場合を考える。このとき、発光層１４または第１ｐ型窒化物半導体層１９の成長時に、未反応物などがチャンバーの内壁面上に付着することがある。ここで、第３ｎ型窒化物半導体層１１の成長温度は、発光層１４および第１ｐ型窒化物半導体層１９の成長温度よりも高い。そのため、第３ｎ型窒化物半導体層１１の２度目の成長時には、上記未反応物がチャンバーの内壁面上から剥がれ落ちることがあり、剥がれ落ちた未反応物がパーティクルまたは不純物となって成長中の第３ｎ型窒化物半導体層１１内に取り込まれることがある。その結果、成長中の第３ｎ型窒化物半導体層１１内では、取り込まれたパーティクルまたは不純物による結晶欠陥が発生する。
【０１０２】
一方、第２ｎ型窒化物半導体層９を８００℃以上１２５０℃以下の温度で成長させると、第２ｎ型窒化物半導体層９の結晶品質を高めることができる。特に、下地基板６の成長面６１を構成する半導体層（ｎ-層９Ａまたはｎ+層９Ｂ）の結晶品質を高めることができる。よって、比較的低温下で第３ｎ型窒化物半導体層１１を成長させても、結晶品質が高く維持された第３ｎ型窒化物半導体層１１を形成することができる。したがって、第３ｎ型窒化物半導体層１１の成長温度を下地基板６の成長温度よりも低くすることができ、たとえば８５０℃以下とすることができる。その結果、第３ｎ型窒化物半導体層１１の成長時には、未反応物がチャンバーの内壁面上から剥がれ落ちることを防止できるので、未反応物がパーティクルまたは不純物となって成長中の第３ｎ型窒化物半導体層１１内に取り込まれることを防止できる。このように、第２ｎ型窒化物半導体層９を８００℃以上１２５０℃以下の温度で成長させれば、パーティクルに因る結晶欠陥を発生させることなく第３ｎ型窒化物半導体層１１を成長させることができるので、発光層１４の結晶品質をさらに高めることができる。また、結晶品質に優れた第２ｎ型窒化物半導体層９を得ることができるので、第３ｎ型窒化物半導体層１１または発光層１４などの成長条件は制限されない。以上のことから、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【０１０３】
また、第３ｎ型窒化物半導体層１１の成長温度を下地基板６の成長温度よりも低くすることができるので、第３ｎ型窒化物半導体層１１の成長時における昇温に要する時間を短縮することができる。よって、窒化物半導体発光素子１の製造時間の短縮化を図ることができるので、窒化物半導体発光素子１の製造コストを低く抑えることができる。また、第３ｎ型窒化物半導体層１１の成長時に基板３または下地基板６の割れを抑制できるので、製造歩留まりを高く維持することができる。
【０１０４】
下地基板６の準備工程が終了したら、下地基板６を第１結晶成長装置内から取り出して第２結晶成長装置内へ入れる。その後、図５に示すステップＳ５０２において、下地基板６の成長面６１上に第３ｎ型窒化物半導体層１１を形成する。下地基板６の成長面６１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。
【０１０５】
Ｖピット発生層１０の形成方法は特に限定されないが、その成長温度は下地基板６の成長温度（たとえば、第１ｎ型窒化物半導体層８または第２ｎ型窒化物半導体層９の成長温度）よりも低いことが好ましく、たとえば８５０℃以下であることが好ましい。しかし、Ｖピット発生層１０の成長温度が低すぎると、発光層１４の発光効率の低下を招くことがある。よって、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。第２ｎ型窒化物半導体層９のｎ+層９Ｂよりもｎ型ドーパント濃度が高くなるように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によるＶピット１５の形成効果を増大させることができる。
【０１０６】
多層構造体１２１の形成方法は特に限定されないが、その成長温度は下地基板６の成長温度（たとえば、第１ｎ型窒化物半導体層８または第２ｎ型窒化物半導体層９の成長温度）よりも低いことが好ましく、Ｖピット発生層１０の成長温度以下の温度であることがより好ましく、Ｖピット発生層１０の成長温度と同一（±１０℃）であることがさらに好ましい。多層構造体１２１の成長温度がＶピット発生層１０の成長温度以下の温度であれば、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ので、ＥＳＤに起因する不良率が低下する。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℃以上であることが好ましく、６００℃以上９００℃以下であることがより好ましい。
【０１０７】
超格子層１２２の形成方法は特に限定されないが、その成長温度は下地基板６の成長温度（たとえば、第１ｎ型窒化物半導体層８または第２ｎ型窒化物半導体層９の成長温度）よりも低いことが好ましく、Ｖピット発生層１０の成長温度以下の温度であることがより好ましく、Ｖピット発生層１０の成長温度と同一（±１０℃）であることがさらに好ましい。超格子層１２２の成長温度がＶピット発生層１０の成長温度以下の温度であれば、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ので、ＥＳＤに起因する不良率が低下する。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９００℃以下であることが好ましく、６００℃以上８００℃以下であることがより好ましい。
【０１０８】
続いて、図５に示すステップＳ５０３において、発光層１４を形成する。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。
【０１０９】
続いて、図５に示すステップＳ５０４において、第１ｐ型窒化物半導体層１９を形成する。第１ｐ型窒化物半導体層１９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。
【０１１０】
続いて、第１ｎ型窒化物半導体層８の一部分が露出するように、第１ｐ型窒化物半導体層１９、発光層１４、第３ｎ型窒化物半導体層１１、第２ｎ型窒化物半導体層９および第１ｎ型窒化物半導体層８の一部をエッチングする。このエッチングにより露出した第１ｎ型窒化物半導体層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。
【０１１１】
本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、図７に示すように、基板３を除去するステップＳ５０５を備えていても良い。基板３を除去するタイミングは図７に示すタイミングに限定されず、たとえば下地基板６を準備するステップＳ５０１の後であれば良い。
【０１１２】
以上説明したように、図５、図６などに示す窒化物半導体発光素子１の製造方法は、成長面６１を有する下地基板６を準備する工程Ｓ５０１を備える。下地基板６を準備する工程Ｓ５０１は、基板３上に第１ｎ型窒化物半導体層８を形成する工程Ｓ５１１と、第１ｎ型窒化物半導体層８上にｎ型ドーパント濃度が当該第１ｎ型窒化物半導体層８よりも低いｎ-層９Ａを含む第２ｎ型窒化物半導体層９を形成する工程Ｓ５１２とを有する。これにより、成長条件に制限されることなく発光出力の高い窒化物半導体発光素子１を得ることができる。
【０１１３】
成長面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。これにより、発光出力がさらに高い窒化物半導体発光素子１を得ることができる。成長面６１を構成する半導体層はドープ層であっても良い。
【０１１４】
第２ｎ型窒化物半導体層９を形成する工程Ｓ５１２は、第１ｎ型窒化物半導体層８側から、ｎ-層９Ａと、ｎ型ドーパント濃度がｎ-層９Ａよりも高いｎ+層９Ｂとを交互に積層する工程を含むことが好ましい。これにより、順方向電圧が低く逆バイアス印加時の漏洩電流が防止された窒化物半導体発光素子１を得ることができる。
【０１１５】
ｎ+層９Ｂの厚さは、ｎ-層９Ａの厚さ以下であることが好ましい。これにより、ＥＳＤ耐圧を向上させることができる。
【０１１６】
第１ｎ型窒化物半導体層８側から数えて２つ目のｎ+層９Ｂの厚さは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｎ型窒化物半導体層８側から数えて３つ目のｎ+層９Ｂの厚さは、第１ｎ型窒化物半導体層８側から数えて２つ目のｎ+層９Ｂの厚さ以下であることが好ましい。これにより、順方向電圧の低下と逆バイアス印加時の漏洩電流の発生の防止とＥＳＤ耐圧の向上とを図りつつ第２ｎ型窒化物半導体層９の厚さを薄くすることができる。
【０１１７】
第１ｎ型窒化物半導体層８および第２ｎ型窒化物半導体層９は、有機金属化学気相成長法、ハイドライド気相成長法または液相成長法により形成されることが好ましい。これにより、結晶品質に優れた第１ｎ型窒化物半導体層８または第２ｎ型窒化物半導体層９を形成することができる。
【０１１８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子１は、上記本発明に係る窒化物半導体発光素子１の製造方法にしたがって製造されたものである。
【０１１９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子用下地基板６は、第１ｎ型窒化物半導体層８と、第１ｎ型窒化物半導体層８上に、ｎ型ドーパント濃度が当該第１ｎ型窒化物半導体層８よりも低いｎ-層９Ａを含む第２ｎ型窒化物半導体層９とを備える。
【実施例】
【０１２０】
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。
【０１２１】
＜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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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、そのチャンバ内にＮ2とＯ2とＡｒとを導入し、チャンバ内のウエハを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。
【０１２５】
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、１１１０℃の温度下で、Ｓｉドープｎ型ＧａＮからなる第１ｎ型窒化物半導体層８をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。第１ｎ型窒化物半導体層８の厚さは４．５μｍであり、第１ｎ型窒化物半導体層８のｎ型ドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であった。
【０１２６】
ウエハの温度を１１１０℃に保持した状態で、第２ｎ型窒化物半導体層９を結晶成長させた。第１ｎ型窒化物半導体層８上に、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９Ａ）、厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ+層９Ｂ（ｎ型ドーパント濃度：１×１０19ｃｍ-3））、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９Ａ）、および、厚さ２５ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ+層９Ｂ（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。
【０１２７】
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℃としてから、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層は第２ｎ型窒化物半導体層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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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１．５５ｎｍであった。各ナローバンドギャップ層１２２Ｂの厚さは１．５５ｎｍ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層よりも下地基板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層よりも下地基板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４４８ｎｍ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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
ウエハ温度を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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
ウエハを第２ＭＯＣＶＤ装置内から取り出した。その後、第１ｎ型窒化物半導体層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）、第２ｎ型窒化物半導体層９および第１ｎ型窒化物半導体層８をエッチングした。このエッチングにより露出した第１ｎ型窒化物半導体層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。
【０１３８】
得られた窒化物半導体発光素子では、順方向電流１２０ｍＡにおいて、発光波長が４４８ｎｍであり、発光出力が１７０ｍＷであり、順方向電圧が３．１Ｖであった。また、逆方向電圧５Ｖを印加したとき、漏洩電流は０．０ｍＡであった。
【０１３９】
＜実施例２＞
以下に示す第２ｎ型窒化物半導体層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、本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。第１ｎ型窒化物半導体層８上に、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９Ａ）、厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ+層９Ｂ（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層（ｎ-層９Ａ）をこの順でＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。
【０１４０】
＜実施例３＞
以下に示す第２ｎ型窒化物半導体層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、本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。第１ｎ型窒化物半導体層８上に、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９Ａ）、および、厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ+層９Ｂ（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。
【０１４１】
＜実施例４＞
以下に示す第２ｎ型窒化物半導体層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、本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。第１ｎ型窒化物半導体層８上に、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９Ａ）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。
【０１４２】
＜比較例１＞
比較例１では、第１ｎ型窒化物半導体層８からなる下地基板上に、第２ＭＯＣＶＤ装置内において第２ｎ型窒化物半導体層９以降の窒化物半導体層を結晶成長させた。具体的には、凹凸形状が形成されたサファイア基板上に、バッファ層５、厚さ４．０μｍの下地層、および、厚さ３．０μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層（第１ｎ型窒化物半導体層８）をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させた。これにより、下地基板を得た。
【０１４３】
次に、第２ＭＯＣＶＤ装置内において、サファイア基板の温度を１１１０℃にした状態で、厚さ１．５μｍのＳｉドープＧａＮ層、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９Ａ）、厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ+層９Ｂ（ｎ型ドーパント濃度：１×１０19ｃｍ-3））、厚さ８７ｎｍのアンドープＧａＮ層（ｎ-層９Ａ）、および、厚さ２５ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ+層９Ｂ（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。その後、第２ＭＯＣＶＤ装置内において、サファイア基板の温度を８０１℃にしてから、上記実施例１と同様の方法にしたがって窒化物半導体発光素子を製造した。
【０１４４】
実施例１〜４では、比較例１に比べて、ＥＳＤ不良、ＶＦ不良およびＩＲ不良を合わせたリーク系の不良が１０％程度、低減した。
【０１４５】
順方向電圧は、実施例１〜４のうち実施例４において最も高く、実施例３、実施例２および実施例１の順に低くなった。逆バイアス印加時の漏洩電流は、実施例１〜４のうち実施例４において最も多く、実施例３、実施例２および実施例１の順に少なくなった。これらの理由として次に示すことが考えられる。実施例４では第２ｎ型窒化物半導体層９がｎ-層９Ａのみからなるのに対し、実施例３では第２ｎ型窒化物半導体層がｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとで構成され、実施例２では第２ｎ型窒化物半導体層９がｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとｎ-層９Ａとで構成され、実施例１では第２ｎ型窒化物半導体層９がｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとｎ-層９Ａとｎ+層９Ｂとで構成されている。
【０１４６】
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】
【０１４７】
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  下地基板（窒化物半導体発光素子用下地基板）、７  下地層、８  第１ｎ型窒化物半導体層、９  第２ｎ型窒化物半導体層、９Ａ  ｎ-層、９Ｂ  ｎ+層、１０  Ｖピット発生層、１１  第３ｎ型窒化物半導体層、１４  発光層、１５  Ｖピット、１６，１７，１８  ｐ型窒化物半導体層、１９  第１ｐ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  成長面、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】
2015050247.tif 000003
【図２】
2015050247.tif 000004
【図３】
2015050247.tif 000005
【図４】
2015050247.tif 000006
【図５】
2015050247.tif 000007
【図６】
2015050247.tif 000008
【図７】
2015050247.tif 000009