(57)【要約】  窒化物半導体発光素子（１）は、ｎ型窒化物半導体層（８）と、発光層（１４）と、ｐ型窒化物半導体層（１６）とを少なくとも備える。ｎ型窒化物半導体層（８）と発光層（１４）との間には、少なくとも第１半導体層（１２１）と第２半導体層（１２２）との積層構造を１組以上有する多層構造体（１２０）が設けられている。第２半導体層（１２２）のバンドギャップエネルギーは、第１半導体層（１２１）のバンドギャップエネルギーよりも大きい。第１半導体層（１２１）及び第２半導体層（１２２）の各々の厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下である。あるいは、室温での発光効率を重視する用途では、第１半導体層（１２１）の厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下であり、第２半導体層（１２２）の厚さが１０ｎｍよりも大きく４０ｎｍ以下であり、発光層には、その断面視において、Ｖ字型の凹部が形成されている。
2016047386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを備える窒化物半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられ、第１半導体層と第２半導体層との積層構造を１組以上有する多層構造体を備え、
前記第２半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第１半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第１半導体層及び前記第２半導体層の各々の厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下である窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを備える窒化物半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられ、第１半導体層と第２半導体層との積層構造を１組以上有する多層構造体を備え、
前記第２半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第１半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第１半導体層の厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下であり、第２半導体層の厚さが１０ｎｍよりも大きく４０ｎｍ以下であり、
前記発光層には断面視においてＶ字型の凹部（Ｖピット）が複数形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記Ｖ字型の凹部（Ｖピット）のＶ字の最下部は、前記多層構造体に位置していることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記Ｖ字型の凹部（Ｖピット）は、前記発光層最上部部分の平面視において、多数の穴として散在しており、前記Ｖ字型の凹部（Ｖピット）の平面密度が１×１０８／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１半導体層と前記第２半導体層とでは、ｎ型不純物濃度が互いに同じである請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記多層構造体と前記発光層との間には、ｎ型バッファ層が設けられ、
前記多層構造体と前記発光層との間に設けられた前記ｎ型バッファ層は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０≦ｙ３＜１）からなり、前記発光層に接している請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記多層構造体との間には、ｎ型バッファ層が設けられ、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記多層構造体との間に設けられた前記ｎ型バッファ層は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｓ４Ｉｎｔ４Ｇａ１−ｓ４−ｔ４Ｎ（０≦ｓ４＜１、０≦ｔ４＜１）からなり、前記多層構造体に接している請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記多層構造体との間に設けられた前記ｎ型バッファ層のｎ型不純物濃度が、前記第１半導体層のｎ型不純物濃度及び前記第２半導体層のｎ型不純物濃度のうちの少なくとも１つと同じである請求項７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。
【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、又は、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族窒化物半導体では、ＩＩＩ族窒化物半導体を構成する原子間の結合力が強く、絶縁破壊電圧が高く、飽和電子速度が大きい。これらのことから、ＩＩＩ族窒化物半導体は、耐高温且つ高出力な高周波トランジスタ等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、取り扱い易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】
発光層では、井戸層としてＩｎＧａＮ層を用い、バリア層としてＧａＮ層を用いるのが一般的である。これにより、例えば、発光ピーク波長が約４５０ｎｍの青色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）を作製でき、この青色ＬＥＤを蛍光体と組み合わせて白色ＬＥＤを作製することもできる。バリア層としてＡｌＧａＮ層を用いた場合には、バリア層と井戸層とのバンドギャップエネルギー差が増大するため発光効率が増すと考えられるが、ＧａＮに比べてＡｌＧａＮの方が良質な結晶が得られにくいという問題が存在する。【０００６】
窒化物半導体発光素子に含まれるｎ型窒化物半導体層としては、ＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層を用いるのが一般的である。【０００７】
例えば、特開平１１−２１４７４６号公報（特許文献１）に記載された窒化物半導体発光素子では、基板と発光層との間に、基板側から順に、ｎ型不純物が１×１０１７ｃｍ−３以下の第１の窒化物半導体層と、ｎ型不純物が３×１０１８ｃｍ−３以上の第２の窒化物半導体層と、ｎ型不純物が１×１０１７ｃｍ−３以下の第３の窒化物半導体層とが設けられており、第２の窒化物半導体層にｎ電極が形成されている。特許文献１には、第１の層及び第３の層はｎ型不純物濃度が低いので結晶性の良い下地層となり、結晶性の良い第１の層上にｎ型不純物濃度が高い第２の層を結晶性良く成長できると記載されている。【０００８】
また、特開平１１−３３０５５４号公報（特許文献２）には、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に発光層を有する窒化物半導体発光素子が記載されている。この窒化物半導体発光素子では、ｎ型窒化物半導体層としてはＩｎを含む第１の窒化物半導体層と当該第１の窒化物半導体層とは異なる組成を有する第２の窒化物半導体層とが積層されたｎ型多層膜層が設けられており、第１の窒化物半導体層又は第２の窒化物半導体層のうちの少なくとも一方の厚さが１００オングストローム以下である。特許文献２には、特にｎ型多層膜層を超格子構造とすることにより発光層の結晶性が良くなるので窒化物半導体発光素子の効率が向上すると記載されている。【０００９】
また、特開平１０−１２６００６号公報（特許文献３）に記載された窒化物半導体デバイスでは、発光層の少なくとも片面に、発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する第１の窒化物半導体層が接しており、第１の窒化物半導体層の上に、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する第３の窒化物半導体層とが設けられている。特許文献３には、発光効率が高い窒化物半導体デバイスを提供できると記載されている。【００１０】
一方で、光出力の向上やリーク電流の低減のために、ｎ型窒化物半導体層の上部にＶピットを形成し、活性層にもＶピットを引き継がせ、ｐ型窒化物半導体層で埋め込む構造が開示されており、望ましいＶピットを形成するためのｎ型窒化物半導体層構造や形成方法が重要となっている。【００１１】
特許第３９０４７０９号公報（特許文献４）には、「ｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ多重量子井戸隣接層（Ｓｉドープ、５×１０１７ｃｍ−３、井戸幅２ｎｍ、障壁幅４ｎｍ、２０層）」の上に、「Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ多重量子井戸活性層（ノンドープ、井戸幅２ｎｍ、障壁幅４ｎｍ、１０層）」が形成され、更にその上に「ｐ型ＧａＮ隣接層（Ｍｇドープ、５×１０１７ｃｍ−３、０．１μｍ）」が形成された構造が開示されている。多重量子井戸隣接層にはピットが形成され、その上の多重量子井戸活性層にも受け継がれ、ｐ型ＧａＮ隣接層によってピットは埋め込まれている。多重量子井戸隣接層はその構成から、現在では一般に超格子構造と呼ばれている構造である。【００１２】
また、特許第３６１２９８５号公報（特許文献５）には、活性層の下層に「歪み緩和層」と呼ばれる０．５μｍ厚のシリコンドープＧａＮ層（電子濃度１×１０１８／ｃｍ３）が配置され、比較的低温で形成することで、多数のＶピットを形成し、活性層自身にもＶピットが形成できることを開示している。特許文献５には、これによって、活性層のフォトルミネッセンス特性が大幅に改善すると記載されている。【００１３】
また、特許第５４１５７５６号公報（特許文献６）および特許第５６０３３６６号公報（特許文献７）には、能動領域（活性層）の下にピット開き層と呼ばれる超格子層を配置し、貫通転位からピットを発生させ、ピットの中に量子井戸層と正孔注入層を延伸させ、ｐ型コンタクト層でピットを埋め込む構造を開示している。特許文献６、７には、これによって、発光効率や電力効率が向上すると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２１４７４６号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０５５４号公報
【特許文献３】特開平１０−１２６００６号公報
【特許文献４】特許第３９０４７０９号公報
【特許文献５】特許第３６１２９８５号公報
【特許文献６】特許第５４１５７５６号公報
【特許文献７】特許第５６０３３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
窒化物半導体発光素子では、一般的に、厚さが１０ｎｍ（１００Å）以下（例えば１〜６ｎｍ程度）の層が周期的に積層されて構成された（歪み）超格子構造（（歪み）超格子構造は窒化物半導体からなる）が、発光層の下側に設けられている。これにより、発光層に付与される歪みを効果的に緩和でき、よって、良好な発光特性を得ることができるといわれている。【００１６】
しかしながら、発光特性の更なる改善のためには、歪みの緩和だけでなく、発光層における貫通転位密度の低減も重要である。特に、発光素子の温度特性を向上させるためには、貫通転位密度の低減が必須である。ここで、発光素子の温度特性とは、室温での発光効率に対する高温（例えば８０℃）での発光効率の割合を意味する。一般に、発光素子の動作温度が上昇するほど、発光素子の温度特性は低下する。実用的な観点から、発光素子には高い温度特性が求められている。【００１７】
今般、本発明者らの研究によって、上述の（歪み）超格子構造を発光層の下側に設けるという構成では貫通転位密度を低減させるという効果に限界があることが明らかとなった。【００１８】
一方、モバイル液晶表示装置のバックライトに使用されるＬＥＤのように室温での発光効率を重視する用途では、良好な結晶性を有する活性層を形成すると共に、活性層にＶピットを形成する事が重要であることが判明してきている。Ｖピットの役割は完全には理解されていないが、Ｖピットから発光層を構成する量子井戸へ直接正孔を注入することで発光効率が上がるというモデルと、Ｖピットに埋め込まれた層が量子井戸層内のキャリアに対して、障壁層として働き、キャリアの消失を防ぐことで発光効率が上がるというモデルが唱えられている。Ｖピットを発光層に有するＬＥＤにおいても、その下地構造として、超格子構造が一般に用いられている。【００１９】
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発光特性の更なる改善である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者らは、発光層において貫通転位密度を低減させるためには、ｎ型窒化物半導体層の多層構造を発光層の下側に設けることがより有効であることを見出した。ここで、ｎ型窒化物半導体層の多層構造とは、バンドギャップエネルギーが互いに異なり、且つ、厚さが比較的大きな層（例えば厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下の層）が、周期的に積層されて構成された構造を意味する。つまり、本発明者らは、ｎ型窒化物半導体層の多層構造を構成する各層の厚さを１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下とすることにより、バンドギャップエネルギーが互いに異なる層の界面において貫通転位が曲げられ、その結果、発光層において貫通転位密度が低減する、ということを見出した。【００２１】
また、本発明者らは、室温での発光効率を重視する用途のＬＥＤにおいて、その下地構造ではなく、前記多層構造により、結晶成長面の平坦性が高い下地構造を形成でき、この多層構造とＶ字形状の凹部（Ｖピット）を有する発光層と組み合わせることで、発光効率を更に向上できることを見出した。【００２２】
本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と発光層とｐ型窒化物半導体層とを少なくとも備える。ｎ型窒化物半導体層と発光層との間には、少なくとも第１半導体層と第２半導体層との積層構造を１組以上有する多層構造体が設けられている。第２半導体層のバンドギャップエネルギーは、第１半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きい。第１半導体層及び第２半導体層の各々の厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下である。【００２３】
本発明の窒化物半導体発光素子は、室温での発光効率を重視する用途のＬＥＤにおいて、ｎ型窒化物半導体層と発光層とｐ型窒化物半導体層とを少なくとも備える。ｎ型窒化物半導体層と発光層との間には、少なくとも第１半導体層と第２半導体層との積層構造を１組以上有する多層構造体が設けられている。第２半導体層のバンドギャップエネルギーは、第１半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きい。第１半導体層の厚さは１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下である。第２半導体層の厚さは１０ｎｍよりも大きく４０ｎｍ以下である。発光層には断面視においてＶ字形状の凹部（Ｖピット）が複数形成されている。【００２４】
好ましくは、第１半導体層はＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）からなり、第２半導体層はＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２＜１）からなる。【００２５】
好ましくは、第１半導体層及び第２半導体層の各々のｎ型不純物濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上１．１×１０１９ｃｍ−３未満である。より好ましくは、第１半導体層と第２半導体層とではｎ型不純物濃度が互いに同じである。【００２６】
好ましくは、第１半導体層と第２半導体層とでは厚さが互いに同じである。好ましくは、多層構造体は、第１半導体層と第２半導体層との積層構造を３組以上７組以下有する。より好ましくは、発光層が多層構造体に接していることである。この場合、第２半導体層のうち発光層の最も近くに位置する第２半導体層が発光層に接することとなる。【００２７】
好ましくは、多層構造体と発光層との間にはｎ型バッファ層（後述の第２ｎ型バッファ層）が設けられている。好ましくは、ｎ型バッファ層は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０≦ｙ３＜１）からなり、発光層に接している。【００２８】
ｎ型バッファ層のバンドギャップエネルギーは、第２半導体層のバンドギャップエネルギー以上であってもよいし、第１半導体層のバンドギャップエネルギー以下であってもよいし、第２半導体層のバンドギャップエネルギーより小さく第１半導体層のバンドギャップエネルギーより大きくてもよい。【００２９】
好ましくは、ｎ型バッファ層の厚さは３０ｎｍ以下である。
好ましくは、ｎ型窒化物半導体層と多層構造体との間にはｎ型バッファ層（後述の第１ｎ型バッファ層）が設けられている。好ましくは、ｎ型窒化物半導体層と多層構造体との間に設けられたｎ型バッファ層は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｓ４Ｉｎｔ４Ｇａ１−ｓ４−ｔ４Ｎ（０≦ｓ４＜１、０≦ｔ４＜１）からなり、多層構造体に接している。【００３０】
好ましくは、ｎ型窒化物半導体層と多層構造体との間に設けられたｎ型バッファ層のバンドギャップエネルギーが第２半導体層のバンドギャップエネルギーと同じである。好ましくは、ｎ型窒化物半導体層と多層構造体との間に設けられたｎ型バッファ層のｎ型不純物濃度が第１半導体層のｎ型不純物濃度及び第２半導体層のｎ型不純物濃度のうちの少なくとも１つと同じである。好ましくは、ｎ型窒化物半導体層と多層構造体との間に設けられたｎ型バッファ層の厚さが、５０ｎｍ以下である。【００３１】
発光層は、好ましくは、アンドープ層であり、より好ましくは、単一量子井戸構造、又は、井戸層とＡｌｆＩｎｇＧａ１−ｆ−ｇＮ（０≦ｆ≦０．０１、０≦ｇ≦０．０１）からなるバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなる。【００３２】
好ましくは発光層には、その断面視においてＶ字型の凹部（Ｖピット）が形成されており、そのＶ字の最下部は多層構造に位置している。【００３３】
好ましくは、Ｖ字型の凹部（Ｖピット）は発光層最上部部分の平面視においては、多数の穴として散在しており、Ｖ字型の凹部（Ｖピット）の平面密度が１×１０８／ｃｍ２以上である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明では、窒化物半導体発光素子の発光特性を更に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の要部拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子において、第１半導体層及び第２半導体層におけるＳｉ濃度を変化させたときのＰＬ（Photo  Luminescence）励起強度比を示すグラフであり、図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子において、第１半導体層及び第２半導体層におけるＳｉ濃度を変化させたときの発光強度の温度特性を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の発光層形成直前にＡＦＭ（Atomic  Force  Microscopy）による観察を行った結果を示す画像である。
【図５】実施例１の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【図６】実施例２の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【図７】実施例３の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【図８】実施例４の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【図９】実施例５の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る、室温特性重視の窒化物半導体発光素子の発光層形成直前にＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）による観察を行った結果を示す画像である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る、室温特性重視の窒化物半導体発光素子の断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図１３】実施例１０の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【図１４】実施例１１の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【図１５】実施例１２の窒化物半導体発光素子のバンド構造を模式的に示すエネルギーバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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、同一部分又は相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等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。
【００３７】
以下では、位置関係を表すために、図１（ａ）の下側に記載した部分を「下」と表現し、図１（ａ）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」及び「下」とは異なる。
【００３８】
「井戸層１４Ｗ」は、バリア層に挟まれた層を表わす（例えば図５参照）。バリア層に挟まれていない井戸層は「最初の井戸層１４ＷＩ」又は「最後の井戸層１４ＷＦ」と表わし（例えば図５参照）、バリア層に挟まれた井戸層とバリア層に挟まれていない井戸層とで表記を変えている。「最初の井戸層１４ＷＩ」はｎ型窒化物半導体層側に位置し、「最後の井戸層１４ＷＦ」はｐ型窒化物半導体層側に位置する。
【００３９】
以下では、「不純物濃度」と、ｎ型不純物のドープに伴い発生する電子の濃度又はｐ型不純物のドープに伴い発生するホールの濃度である「キャリア濃度」とを用いている。「不純物濃度」と「キャリア濃度」との関係については後述する。
【００４０】
「キャリアガス」とは、ＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス及び不純物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等に取り込まれない。
【００４１】
「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型層又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型層又はアンドープ層を含んでいてもよい。「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いう。
【００４２】
＜窒化物半導体発光素子の構造＞
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す窒化物半導体発光素子１の要部拡大図である。図２は、窒化物半導体発光素子１の平面図である。図１（ａ）において、領域ＩＡには、図２に示すＩＡ−ＩＡ線における断面構造を示し、領域ＩＢには、図２に示すＩＢ−ＩＢ線における断面構造を示す。
【００４３】
図１に示す窒化物半導体発光素子１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（ｎ型窒化物半導体層）８と、第１ｎ型バッファ層（ｎ型窒化物半導体層と多層構造体との間に設けられたｎ型バッファ層）１０と、多層構造体１２０と、第２ｎ型バッファ層（多層構造体と発光層との間に設けられたｎ型バッファ層）１３と、発光層１４と、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とを備える。第２ｎ型バッファ層１３は設けられないこともある。
【００４４】
ｎ型コンタクト層８の一部と第１ｎ型バッファ層１０と多層構造体１２０と第２ｎ型バッファ層１３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の上面には、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（ａ）における右側）では、ｎ型コンタクト層８の露出面に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とは透明保護膜２７から露出している。
【００４５】
基板３、バッファ層５、下地層７及びｎ型コンタクト層８は、公知の技術によって構成されていることが好ましい。これらの構成は、本発明では特に限定されない。そのため、以下では、これらの構成の詳細な説明を割愛する。これらの構成の材質、組成、形成方法、形成条件、厚さ、及び、不純物濃度等については、公知の技術と種々の組み合わせが可能である。
【００４６】
図２に示す窒化物半導体発光素子１の平面構造については、公知の種々の平面構造を採用できる。図２とは異なり、窒化物半導体発光素子を上下逆さにして基板に接続するというフリップチップ接続を実現可能な構造を採用することもできる。このように、窒化物半導体発光素子１の平面構造も本発明では特に限定されない。そのため、以下では、窒化物半導体発光素子１の平面構造についても詳細な説明を割愛する。
【００４７】
＜第１ｎ型バッファ層＞
第１ｎ型バッファ層１０は、ｎ型コンタクト層８と多層構造体１２０との間に設けられている。ｎ型コンタクト層８を高温且つ高速で成長させる。一方、発光層１４をｎ型コンタクト層８よりも低温且つ低速で成長させる。そのため、窒化物半導体発光素子１の製造過程では、窒化物半導体層の成長温度を高温から低温へ切り替える必要があり、その成長速度を高速から低速へ切り替える必要がある。このときのバッファ層としての役割を第１ｎ型バッファ層１０が担っている。
【００４８】
第１ｎ型バッファ層１０をｎ型コンタクト層８よりも低温且つ低速で成長させるので、その成長面（上面）はｎ型コンタクト層８の成長面よりも平滑化されている。しかし、第１ｎ型バッファ層１０には、転位等の結晶欠陥を減らす効果は殆どないと考えられる。
【００４９】
また、第１ｎ型バッファ層１０は、ｎ型コンタクト層８よりも低温で成長させる。そのため、第１ｎ型バッファ層１０では、転位の一部が所謂Ｖピットを構成し始めることが観察されている。好ましくは、第１ｎ型バッファ層１０は多層構造体１２０に接している。これにより、Ｖピット構造（Ｖピット構造は貫通転位の影響を低減する）の制御性が向上する。
【００５０】
第１ｎ型バッファ層１０の厚さは、５０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、第１ｎ型バッファ層１０の成長面（上面）のうねりを抑制できる。第１ｎ型バッファ層１０の厚さは、より好ましくは５ｎｍ以上であり、さらに好ましくは１０ｎｍ以上である。これにより、第１ｎ型バッファ層１０の成長面を平滑化できる。
【００５１】
第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上１．１×１０１９ｃｍ−３未満であることが好ましい。第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度が高くなり過ぎると、第１ｎ型バッファ層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。このことを考慮すれば、第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度は多層構造体１２０を構成する第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２のうちの少なくとも１つのｎ型不純物濃度と同じであることが好ましい。なお、第１ｎ型バッファ層１０の厚さは多層構造体１２０の厚さよりも小さいので、第１ｎ型バッファ層１０に含まれるｎ型不純物による影響は多層構造体１２０に含まれるｎ型不純物による影響ほど顕著ではないと考えられる。
【００５２】
「第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度が多層構造体１２０を構成する第１半導体層１２１のｎ型不純物濃度と同じである」には、第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度が第１半導体層１２１のｎ型不純物濃度の０．８５倍以上１．１５倍以下である場合が含まれる。「第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度が多層構造体１２０を構成する第２半導体層１２２のｎ型不純物濃度と同じである」には、第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度が第２半導体層１２２のｎ型不純物濃度の０．８５倍以上１．１５倍以下である場合が含まれる。
【００５３】
第１ｎ型バッファ層１０では、ｎ型コンタクト層８よりも、ｎ型不純物濃度が有意的に低いことが好ましい。これにより、第１ｎ型バッファ層１０の成長面の平滑化が進みやすくなると共に、新たな転位の発生を抑制できる。
【００５４】
第１ｎ型バッファ層１０は、Ａｌｓ４Ｉｎｔ４Ｇａ１−ｓ４−ｔ４Ｎ（０≦ｓ４≦１（より好ましくは０≦ｓ４＜１）、０≦ｔ４≦１（より好ましくは０≦ｔ４＜１））層にｎ型不純物がドープされた層であることが好ましい。より好ましくは、第１ｎ型バッファ層１０は、Ｉｎｕ４Ｇａ１−ｕ４Ｎ（０≦ｕ４≦１、好ましくは０≦ｕ４≦０．５、より好ましくは０≦ｕ４≦０．１５）層にｎ型不純物がドープされた層である。
【００５５】
第１ｎ型バッファ層１０は、ｎ型コンタクト層８と多層構造体１２０との間に設けられているので、ｎ型コンタクト層８と多層構造体１２０を構成する第２半導体層１２２との間の格子不整合の度合いを出来る限り小さくすることが好ましい。この格子不整合の度合いが大きくなれば、新たな結晶欠陥が発生する可能性が高くなる。よって、第１ｎ型バッファ層１０のバンドギャップエネルギーはｎ型コンタクト層８のバンドギャップエネルギー又は多層構造体１２０を構成する第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーと同じであることが好ましい。例えば、第１ｎ型バッファ層１０は、ｎ型ＧａＮ層（厚さが２５ｎｍ）であることが好ましい。
【００５６】
「第１ｎ型バッファ層１０のバンドギャップエネルギーがｎ型コンタクト層８のバンドギャップエネルギーと同じである」には、第１ｎ型バッファ層１０のバンドギャップエネルギーがｎ型コンタクト層８のバンドギャップエネルギーの０．９倍以上１．１倍以下である場合が含まれる。「第１ｎ型バッファ層１０のバンドギャップエネルギーが多層構造体１２０を構成する第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーと同じである」には、第１ｎ型バッファ層１０のバンドギャップエネルギーが第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーの０．９倍以上１．１倍以下である場合が含まれる。
【００５７】
＜多層構造体＞
本発明者らが鋭意検討した結果、第１ｎ型バッファ層１０と発光層１４との間に多層構造体１２０を設けることにより、多層構造体１２０の上に形成される層（例えば発光層１４）の結晶品質を高く維持できることが分かった。これにより、高温駆動時又は大電流駆動時の発光効率を高く維持できると考えられる。以下、多層構造体１２０の構成を説明する。
【００５８】
多層構造体１２０は、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との積層構造を１組以上有する。「第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との積層構造」には、この積層構造を構成する第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２の各層数が１である場合だけでなく、この積層構造を構成する第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２の各層数が２以上である場合も含まれる。この積層構造を構成する第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２の各層数が２以上である場合には、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２とが交互に積層されて当該積層構造が構成されている。具体的には、多層構造体１２０では、第１ｎ型バッファ層１０側から順に、第１半導体層１２１と第１半導体層１２１よりもバンドギャップエネルギーの大きな第２半導体層１２２とが交互に積層されている。
【００５９】
第１半導体層１２１の厚さｔ１及び第２半導体層１２２の厚さｔ２は、それぞれ、１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下である。あるいは、室温での発光効率を重視する用途では、第１半導体層１２１の厚さｔ１が１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下であり、第２半導体層１２２の厚さｔ２が１０ｎｍよりも大きく４０ｎｍ以下である。これにより、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との界面では、多層構造体１２０よりも下側で発生した貫通転位が曲げられる。よって、発光層１４における貫通転位密度が低減するので、発光層１４の結晶品質を高く維持できる。したがって、窒化物半導体発光素子１の発光特性が更に改善される。例えば、高温駆動時又は大電流駆動時の発光効率を高く維持できる。好ましくは、第１半導体層１２１の厚さｔ１及び第２半導体層１２２の厚さｔ２は、それぞれ、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であるか、室温での発光効率を重視する用途では、第１半導体層１２１の厚さｔ１は１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、第２半導体層１２２の厚さｔ２は１５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。第１半導体層１２１の厚さｔ１及び第２半導体層１２２の厚さｔ２が３０ｎｍよりも大きくなると、多層構造体１２０の成長面（上面）の平坦性が低下することがある。多層構造体１２０の断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：透過型電子顕微鏡）画像を観察することにより、第１半導体層１２１の厚さｔ１及び第２半導体層１２２の厚さｔ２を求めることができる。
【００６０】
第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２は、それぞれ、ｎ型不純物を含んでいることが好ましい。これにより、発光層１４における貫通転位密度が更に低減する。その理由として次に示すことが考えられる。第１半導体層１２１がｎ型不純物を含むことにより、第１半導体層１２１を構成するＩＩＩ族窒化物半導体の結晶の格子定数が変化する。同様に、第２半導体層１２２がｎ型不純物を含むことにより、第２半導体層１２２を構成するＩＩＩ族窒化物半導体の結晶の格子定数が変化する。これらの変化によって、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との界面では、多層構造体１２０よりも下側で発生した貫通転位が曲がり易くなる。その結果、発光層１４における貫通転位密度が更に低減する。第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２の各々のｎ型不純物濃度は、好ましくは３×１０１８ｃｍ−３以上１．１×１０１９ｃｍ−３未満であり、より好ましくは６×１０１８ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３未満である。
【００６１】
第１半導体層１２１と第２半導体層１２２とでは、ｎ型不純物濃度は、異なっても良いが、互いに同じであることが好ましい。これにより、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２とで組成又は厚さの制御が容易となる。「第１半導体層１２１と第２半導体層１２２とではｎ型不純物濃度が互いに同じである」とは、第１半導体層１２１のｎ型不純物濃度が第２半導体層１２２のｎ型不純物濃度の０．８５倍以上１．１５倍以下であることを意味する。
【００６２】
本発明者らは、第１半導体層１２１（厚さが１２ｎｍ）及び第２半導体層１２２（厚さが１２ｎｍ）のそれぞれにおけるｎ型不純物（Ｓｉ）濃度を変えて、フォトルミネッセンス（ＰＬ）励起強度比とエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）発光強度及びその温度依存性とを調べた。その結果を図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す。図３（ａ）に示すグラフは、窒化物半導体発光素子１の上面視において当該窒化物半導体発光素子１の中心におけるＰＬ励起強度比のＳｉ濃度依存性を表す。「ＰＬ励起強度比」とは、次に示すように定義される。励起光強度が第１強度である場合のフォトルミネセンス強度をＩａとし、励起光強度が第２強度（第２強度は第１強度の１０倍である）である場合のフォトルミネセンス強度をＩｂとしたとき、ＰＬ励起強度比Ｒ（％）はＲ＝（Ｉａ／Ｉｂ×１０）×１００で算出される。一般に、発光層１４の結晶品質が高いほど、ＰＬ励起強度比Ｒは１００％に近い数字を示す。
【００６３】
図３（ｂ）には、窒化物半導体発光素子１に電流を流すことによって発光させた場合のデータを示す。図３（ｂ）において、Ｌ３１は、発光強度の温度特性（２５℃での発光強度（波長が４５０ｎｍでの発光強度）に対する８０℃での発光強度（波長が４５０ｎｍでの発光強度）の割合）のＳｉ濃度依存性を表し、Ｌ３２は、窒化物半導体発光素子の出力のＳｉ濃度依存性を表す。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、「ｒｅｆ．」とは、多層構造体１２０が設けられていないことを意味する。
【００６４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２のそれぞれにおけるｎ型不純物濃度が３．１×１０１８ｃｍ−３以上であれば、ＰＬ励起強度比を高めることができ、発光強度の温度特性が改善され、出力が大きくなった。第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２のそれぞれにおけるｎ型不純物濃度が５．６×１０１８ｃｍ−３以上であれば、ＰＬ励起強度比を更に高めることができ、発光強度の温度特性が更に改善され、出力が更に大きくなった。
【００６５】
第１半導体層１２１の厚さｔ１と第２半導体層１２２の厚さｔ２とは同じであることが好ましい。「第１半導体層１２１の厚さと第２半導体層１２２の厚さとは同じである」とは、第１半導体層１２１の厚さｔ１が第２半導体層１２２の厚さｔ２の０．９倍以上１．１倍以上であることを意味する。これにより、多層構造体１２０の厚さが大きくなっても、多層構造体１２０の厚さが大きいことに起因する悪影響が多層構造体１２０の上に成長される層（例えば発光層１４）に及ぶことを防止できる。例えば、多層構造体１２０の厚さが大きいことに起因して発光層１４の結晶品質が低下することを防止できる。
【００６６】
第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２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。第１半導体層１２１は、好ましくはＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）層であり、より好ましくはＧａｚ１Ｉｎ１−ｚ１Ｎ（０＜ｚ１＜１）層である。また、第２半導体層１２２は、好ましくはＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２＜１）層であり、より好ましくはＧａＮ層である。多層構造体１２０では、好ましくはＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）層とＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２＜１）層とが交互に積層され、より好ましくはＧａｚ１Ｉｎ１−ｚ１Ｎ（０＜ｚ１＜１）層とＧａＮ層とが交互に積層されている。
【００６７】
第１半導体層１２１のバンドギャップエネルギーは、理論上では、０．７７ｅＶ以上６．２８ｅＶ未満の範囲で任意に設定可能である。しかし、実使用上では、好ましくは２．９５２ｅＶ以上３．４２５ｅＶ以下であり、より好ましくは３．１００ｅＶ以上３．３７９ｅＶ以下である。
【００６８】
第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーは、理論上では、０．７７ｅＶより大きく６．２８ｅＶ未満の範囲で任意に設定可能である。しかし、実使用上では、好ましくは３．０２４ｅＶ以上３．６１６ｅＶ以下であり、より好ましくは３．２８９ｅＶ以上３．４９６ｅＶ以下である。
【００６９】
第１半導体層１２１がＩｎを含むことにより、次に示す２つの効果が得られる。第１の効果は、発光層１４への転位の到達を防止できるというものである。第１半導体層１２１が原子半径の大きなＩｎを多量に含むので、第１半導体層１２１には大きなストレスがかかる。その結果、一部の転位が、第１半導体層１２１で曲げられ、よって、発光層１４に到達しなくなる。
【００７０】
第２の効果は、多層構造体１２０の成長面の平坦性を高めることができるというものである。その理由としては、Ｉｎが、第１半導体層１２１の成長中に、多層構造体１２０の成長面のサーファクタント（サーファクタントとは、多層構造体１２０の成長面の物理的性質又は化学的性質を変更するものの総称）として機能するからである、と考えている。多層構造体１２０の成長面の平坦性を高め、且つ、発光層１４へ向かって伸びる転位の個数を減らすことができれば、発光層１４の結晶品質をより一層、高めることができるので、窒化物半導体発光素子１の発光特性がより一層、改善される。
【００７１】
第１半導体層１２１がＩｎを含む場合、第１半導体層１２１におけるＩｎ組成比は、好ましくは発光層１４におけるＩｎ組成比よりも低く、より好ましくは０．０５以下であり、更に好ましくは０．０４程度である。
【００７２】
多層構造体１２０は、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との積層構造を２組以上有することが好ましい。これにより、高温駆動時又は大電流駆動時の発光効率をより一層高く維持できる。より好ましくは、多層構造体１２０は第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との積層構造を３組以上７組以下有する。これにより、窒化物半導体発光素子１の発光効率とその生産性とを高めることができる。
【００７３】
多層構造体１２０の一例としては、第１ｎ型バッファ層１０の上面に、厚さｔ１が１２ｎｍであるｎ型ＩｎＧａＮ層（第１半導体層）と厚さｔ２が１２ｎｍであるｎ型ＧａＮ層（第２半導体層）との積層構造を５組有するという構成が挙げられる。この例では、第１半導体層１２１の厚さｔ１及び第２半導体層１２２の厚さｔ２は５組全てにおいて同じである。しかし、第１半導体層１２１の厚さｔ１及び第２半導体層１２２の厚さｔ２は、１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内、あるいは、室温での発光効率を重視する用途では、第１半導体層１２１の厚さｔ１が１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲、第２半導体層１２２の厚さｔ２が１０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内であれば、組ごとにおいて異なっても良い。
【００７４】
以上では、多層構造体１２０として、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との積層構造が１組以上設けられて構成された構造体を主に記載している。しかし、第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２とは異なる層を加えた３層を１組として多層構造体１２０を構成しても良い。例えば、厚さが１２ｎｍであるｎ型ＩｎＧａＮ層（第１半導体層）と厚さが１２ｎｍであるｎ型ＧａＮ層（第２半導体層）とに加えてＩｎ濃度が上記ｎ型ＩｎＧａＮ層のＩｎ濃度と上記ｎ型ＧａＮ層のＩｎ濃度との間に位置するｎ型ＩｎＧａＮ層を第３半導体層として設け、これら３層からなる積層構造を１組以上設けることにより多層構造体１２０を構成することができる。また、多層構造体１２０を構成する単位構造のうち、特定の単位構造のみを３層からなる積層構造とすることもできる。なお、第３半導体層の厚さは、第１半導体層の厚さ及び第２半導体層の厚さよりも薄くても良い。また、第３半導体層の組成及び不純物濃度については、第１半導体層及び第２半導体層のそれぞれの組成及び不純物濃度と同様のことが言える。
【００７５】
多層構造体１２０の上には発光層１４が設けられる。発光層１４は多層構造体１２０に接するように設けられることが好ましく、その場合には、多層構造体１２０のうち発光層１４の最も近くに位置する第２半導体層１２２が発光層１４に接することとなる。これにより、窒化物半導体層の成長工程を簡略化できるので、窒化物半導体層の成長工程を制御し易くなり、よって、窒化物半導体発光素子１の生産歩留りが向上する。
【００７６】
＜第２ｎ型バッファ層＞
多層構造体１２０と発光層１４との間に第２ｎ型バッファ層１３が設けられていれば、次に示す効果を得ることができる。しかし、第２ｎ型バッファ層１３の厚さは第１半導体層１２１の厚さ又は第２半導体層１２２の厚さと同程度であるので（好ましくは３０ｎｍ以下）、第２ｎ型バッファ層１３を設けたことによる影響はそれほど大きくないと考えられる。
【００７７】
（ケース１）第２ｎ型バッファ層１３のバンドギャップエネルギーが第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギー以上である場合
この場合には、発光層１４直下のバンドギャップエネルギーが大きくなるので、ホールの流出を防止できる。そのため、ホールの流出が起き易い発光素子（例えば、近紫外発光素子又は紫外発光素子のような発光波長が短い発光素子）にとっては、有利となる。しかし、障壁の高さが高くなるので、駆動電圧Ｖｆが若干高くなる傾向がある。
【００７８】
（ケース２）第２ｎ型バッファ層１３のバンドギャップエネルギーが第１半導体層１２１のバンドギャップエネルギー以下である場合
この場合には、発光層１４直下のバンドギャップエネルギーが小さくなるので、発光層１４への電子の注入効率が高くなり、よって、駆動電圧Ｖｆを低下させることができる。また、第２ｎ型バッファ層１３におけるＩｎ含有率を高めることによって第２ｎ型バッファ層１３のバンドギャップエネルギーを小さくすることができるので、第２ｎ型バッファ層１３の結晶面をより一層、平滑にでき、よって、発光層１４の発光効率を若干高めることが出来る。ただし、第２ｎ型バッファ層１３では、ストレスの増加によって新たな欠陥が生じる場合があるので、第２ｎ型バッファ層１３の製造マージンが小さくなる傾向がある。
【００７９】
（ケース３）第２ｎ型バッファ層１３のバンドギャップエネルギーが第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーよりも小さく第１半導体層１２１のバンドギャップエネルギーよりも大きい場合
ケース３での構造はケース１での構造とケース２での構造との中間的な構造であり、窒化物半導体発光素子１の特性と第２ｎ型バッファ層１３の製造マージンとのバランスを確保し易い。
【００８０】
多層構造体１２０の構造を最適化するに当たっては、発光層１４を形成する直前の状態のウエハ表面をＡＦＭで観察した画像（図４参照）を参照した。第２ｎ型バッファ層１３が設けられている場合には、第２ｎ型バッファ層１３の成長面のＡＦＭ像を参照した。第２ｎ型バッファ層１３が設けられていない場合には、多層構造体１２０の成長面のＡＦＭ像を参照した。図４に見られる黒い六角形状のパターンは、所謂Ｖピットである。第１ｎ型バッファ層１０よりも基板３側に位置する層から第１ｎ型バッファ層１０へ向かった伸びた転位が、第１ｎ型バッファ層１０、多層構造体１２０、及び、第２ｎ型バッファ層１３を経て、六角錐状の穴として顕在化した、と考えている。Ｖピットの密度は低いほど好ましいが、好ましくは３×１０８ｃｍ−２以下であり、より好ましくは０．８×１０８ｃｍ−２以下である。
【００８１】
窒化物半導体発光素子１の発光特性又はその歩留りを向上させるという点において、Ｖピットの大きさは重要である。Ｖピットの大きさの最適値は、発光層１４の形成条件又はｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の形成条件によって異なるので、一概に決定することは難しい。Ｖピットの大きさは、一般に、第１ｎ型バッファ層１０の厚さ、多層構造体１２０の厚さ、又は、第２ｎ型バッファ層１３の厚さに比例して大きくなる。発光層１４の形成条件及びｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の形成条件が同一であれば多層構造体１２０を構成する窒化物半導体層の層数（例えば第１半導体層１２１の層数又は第２半導体層１２２の層数）を調整することによってＶピットの大きさを調整できる。Ｖピットの大きさは、主に、多層構造体１２０の成長条件によっても変わる。本発明では、発光層１４の形成直前状態でのＶピットの大きさを７０ｎｍ〜１００ｎｍに制御している。
【００８２】
このような第２ｎ型バッファ層１３は、好ましくはＡｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０≦ｙ３＜１）からなり、より好ましくはＡｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦０．１、０≦ｙ３≦０．２）からなる。
【００８３】
第２ｎ型バッファ層１３のｎ型不純物濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上１．１×１０１９ｃｍ−３未満であることが好ましい。第２ｎ型バッファ層１３のｎ型不純物濃度が高くなり過ぎると、第２ｎ型バッファ層１３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。このことを考慮すれば、第２ｎ型バッファ層１３のｎ型不純物濃度は多層構造体１２０を構成する第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２のうちの少なくとも１つのｎ型不純物濃度と同じであることが好ましい。
【００８４】
「第２ｎ型バッファ層１３のｎ型不純物濃度が多層構造体１２０を構成する第１半導体層１２１のｎ型不純物濃度と同じである」には、第２ｎ型バッファ層１３のｎ型不純物濃度が第１半導体層１２１のｎ型不純物濃度の０．８５倍以上１．１５倍以下である場合が含まれる。「第２ｎ型バッファ層１３のｎ型不純物濃度が多層構造体１２０を構成する第２半導体層１２２のｎ型不純物濃度と同じである」には、第２ｎ型バッファ層１３のｎ型不純物濃度が第２半導体層１２２のｎ型不純物濃度の０．８５倍以上１．１５倍以下である場合が含まれる。
【００８５】
図４に示したＡＦＭ像では、ｔ１＝１２ｎｍのＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層と、ｔ２＝１２ｎｍのＧａＮ層の組合せであった。この構造は良好な温度特性を狙ったＬＥＤに適しているが、室温の性能重視のＬＥＤには最適とはいえないことが分かった。図１０に示すＡＦＭ像はｔ１＝１２ｎｍのＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層、ｔ２＝３０ｎｍのＧａＮ層の４ペアの構造について、発光層１４形成直前の状態のウエハ表面をＡＦＭで観察した像である。ただし、第１ｎ型バッファ層１０として６０ｎｍのＧａＮ層、第２ｎ型バッファ層１３として１２ｎｍのＩｎＧａＮ層を備え、第１ｎ型バッファ層１０、多層構造体１２０、第２ｎ型バッファ層１３はいずれも７×１０１８／ｃｍ３のＳｉがドーピングされている。図１０のＶピットは図４に比べ、径が２００ｎｍ程度と大きい。密度は１．５×１０８／ｃｍ２程度と図４より若干少ないが、測定点でのバラツキの範囲内だと考える。平面の平坦度は、図４と同様に、図上上下に蛇行して走る緩やかな線がほぼ等間隔で並んでおり、綺麗なステップ成長面が形成されている。
【００８６】
後述するように、室温特性重視のＬＥＤでは、活性層形成前の結晶表面には、このように比較的大き目のＶピットが形成されていることが好ましく、そのサイズは１００ｎｍから３００ｎｍ程度が適しており、更に１５０ｎｍから２５０ｎｍが好ましい。後に形成される活性層の構造にも関係するが、光出力を向上するためにはＶピットサイズには最適値がある。その原因は十分解明されているとはいえない。Ｖピットが小さい場合、Ｖピット側壁部を介した平坦部量子井戸層への正孔注入が十分起き難いためではないかと推測している。逆にＶピットが大きい場合は、同時に結晶成長面の平面性が悪化してしまうために、井戸層の結晶性が劣化し、発光特性が低下するのではないかと推測している。
【００８７】
室温特性重視のＬＥＤでは、ＶピットのＶ字の最下部（発光層成長前、すなわち、第２ｎ型バッファ層１３成長後の表面に存在するＶピットの最下部を意味している。完成したエピ層の断面視においては、Ｖ字型に変形した発光層の下側頂点に対応する。）は、前記多層構造体に位置していることが好ましい。また、温特性重視のＬＥＤでは、Ｖピットは、前記発光層最上部部分の平面視において、多数の穴として散在しており、Ｖピットの平面密度（Ｖピット密度）が１×１０８／ｃｍ２以上であることが好ましい。なお、室温特性重視のＬＥＤでは、Ｖピット密度は必ずしも低い必要性は無く、Ｖピット密度が更に高くても良い。図１０のＶピット密度より５倍程度高い場合でも、十分効率の良いＬＥＤを形成できる。
【００８８】
＜発光層＞
第２ｎ型バッファ層１３が設けられている場合、発光層１４は第２ｎ型バッファ層１３に接しており、具体的には最初の井戸層１４ＷＩが第２ｎ型バッファ層１３に接している。第２ｎ型バッファ層１３が設けられていない場合、発光層１４は多層構造体１２０に接しており、具体的には最初の井戸層１４ＷＩが多層構造体１２０の第２半導体層１２２（最上層）に接している。
【００８９】
発光層１４は、単一量子井戸構造からなっても良いが、井戸層１４Ｗとバリア層１４Ａ（例えば図５参照）とが交互に積層されて構成された多重量子井戸構造からなることが好ましい。なお、発光層１４は、井戸層１４Ｗ及びバリア層１４Ａとは異なる１層以上の半導体層と、井戸層１４Ｗと、バリア層１４Ａとが順に積層されてなる積層構造を有していても良い。
【００９０】
発光層１４は、アンドープ層であることが好ましい。これにより、発光層１４において新たな欠陥が発生することを効果的に防止できる。その理由としては断言できないが、多層構造体１２０から発光層１４へ付与される歪みを低減できるからであると考えている。「発光層１４はアンドープ層である」とは、最初の井戸層１４ＷＩ、井戸層１４Ｗ、最後の井戸層１４ＷＦ及び発光層１４に含まれる全てのバリア層１４Ａがｎ型不純物及びｐ型不純物の両方を意図的に含んでいないことを意味する。これらの層では、ｎ型不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下に抑えられ、ｐ型不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下に抑えられている。
【００９１】
なお、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の成長時には、熱拡散したｐ型不純物が、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８からｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層又はバリア層１４Ａへドープされることがある。
【００９２】
発光層１４では、１層の井戸層１４Ｗと１層のバリア層１４Ａとの積層構造の厚さ（井戸層１４Ｗの厚さとバリア層１４Ａの厚さとの和）が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９３】
（井戸層）
井戸層１４Ｗを構成するＩＩＩ族窒化物半導体の組成は、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、より好ましくはＡｌｃＧａｄＩｎ１−ｃ−ｄＮ（０≦ｃ＜１、０＜ｄ≦１）であり、Ａｌを含まないＩｎｅＧａ１−ｅＮ（０＜ｅ≦１）であってもよい。しかし、例えば波長が３７５ｎｍ以下の紫外光を発光させる場合には、井戸層１４Ｗ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、井戸層１４ＷはＡｌを含むことが好ましい。
【００９４】
ｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層は不純物を極力含まないことが好ましい。別の言い方をすると、不純物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を成長させることが好ましい。これにより、ｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層において非発光再結合が起こり難くなるので、窒化物半導体発光素子１の発光効率が高くなる。一方、多層構造体１２０側に位置する井戸層はｎ型不純物を含むことが好ましい。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。
【００９５】
井戸層１４Ｗを構成するＩＩＩ族窒化物半導体の組成は互いに同じであることが好ましく、井戸層１４Ｗの厚さは互いに同じであることが好ましい。これにより、井戸層１４Ｗでは、量子準位が互いに同じとなるので、電子とホールとの再結合によって発生する光の波長が互いに同じとなる。よって、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。
【００９６】
一方、井戸層１４Ｗを構成するＩＩＩ族窒化物半導体の組成又は井戸層１４Ｗの厚さが意図的に異なる場合には、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅がブロードとなる。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がブロードであることが好ましく、よって、井戸層１４Ｗを構成するＩＩＩ族窒化物半導体の組成又は井戸層１４Ｗの厚さは意図的に異なることが好ましい。例えば、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、窒化物半導体発光素子１の発光効率を高く維持できるという効果も得られる。なお、最初の井戸層１４ＷＩの厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９７】
多層構造体１２０において、井戸層１４Ｗの層数は、好ましくは２層以上２０層以下であり、より好ましくは３層以上１５層以下であり、更に好ましくは４層以上１２層以下である。
【００９８】
（バリア層）
バリア層１４Ａのバンドギャップエネルギーは、井戸層１４Ｗのバンドギャップエネルギーよりも大きい。具体的には、バリア層１４Ａは、ＡｌｆＧａｇＩｎ１−ｆ−ｇＮ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）からなっても良いし、Ａｌを含まないＩｎｈＧａ１−ｈＮ（０＜ｈ≦１、ｅ＞ｈ）からなっても良い。しかし、ＡｌｆＧａｇＩｎ１−ｆ−ｇＮ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）の格子定数は井戸層１４Ｗを構成する材料の格子定数とほぼ同じである。そのため、バリア層１４ＡはＡｌｆＧａｇＩｎ１−ｆ−ｇＮ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）からなることが好ましい。
【００９９】
より好ましくは、バリア層１４ＡはＡｌｆＩｎｇＧａ１−ｆ−ｇＮ（０≦ｆ≦０．０１、０≦ｇ≦０．０１）からなる。これにより、多層構造体１２０から発光層１４へ付与される歪みを低減できるので、発光層１４において新たな欠陥が発生することを効果的に防止できる。よって、発光層１４の発光特性が改善する。
【０１００】
各バリア層１４Ａの厚さは、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上７ｎｍ以下である。各バリア層１４Ａの厚さが薄いほど窒化物半導体発光素子１の駆動電圧は低下するが、各バリア層１４Ａの厚さが１ｎｍ未満となると窒化物半導体発光素子１の発光効率が低下する傾向にある。
【０１０１】
各バリア層１４Ａにおけるｎ型不純物濃度は、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。各バリア層１４Ａは、アンドープ層であっても良いし、ｎ型不純物を含んでも良い。多層構造体１２０側に位置するバリア層１４Ａはｎ型不純物を含むことが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体層１６側に位置するバリア層１４Ａは、多層構造体１２０側に位置するバリア層１４Ａよりも低濃度のｎ型不純物を含む、又は、ｎ型不純物を意図的に含まないことが好ましい。
【０１０２】
室温特性重視のＬＥＤでは、温度特性重視のＬＥＤに比べ、バリア層１４Ａの厚さが厚い傾向があり、好ましくは４ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、より好ましくは６ｎｍ以上１３ｎｍ以下である。室温特性重視の場合、Ｖピット側壁から井戸層への正孔注入が起きると推測されている。したがって、バリア層が厚くなっても、Ｖピット側壁に対する層厚は平面部に比べ薄いため、正孔注入の障害とは成り難いためと推測される。バリア層が厚い方が、井戸層の結晶性が改善されるために有利と考えられる。
【０１０３】
＜ｐ側中間層＞
最後の井戸層１４ＷＦには、ｐ側中間層（例えば図５の層１４５）を挟んでｐ型窒化物半導体層１６が設けられていることが好ましい。これにより、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の成長時には、熱拡散したｐ型不純物がｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８から発光層１４へドープされることを防止できる。そのため、ｐ側中間層の厚さは、ｐ型不純物が最後の井戸層１４ＷＦにまで拡散しない程度の厚さであることが好ましく、好ましくは１０ｎｍ未満であり、より好ましくは５ｎｍ未満であり、バリア層１４Ａの厚さと同程度であっても良い。
【０１０４】
ｐ側中間層の少なくとも一部には、ｎ型不純物がドープされていても良い。これにより、窒化物半導体発光素子１の発光効率が向上する。
【０１０５】
ｐ側中間層は、好ましくはＡｌｓ５Ｇａ１−ｓ５Ｎ（０≦ｓ５＜１）からなり、より好ましくはＧａＮ又はバリア層１４Ａと同程度以上のＡｌ組成を有するＡｌＧａＮからなる。なお、実際、ｐ型不純物は、ｐ型窒化物半導体層１６からｐ側中間層へ拡散しているが、ｐ側中間層と最後の井戸層１４ＷＦとの境界近傍までは拡散していない。
【０１０６】
室温特性重視のＬＥＤでは、温度特性重視のＬＥＤに比べ、ｐ側中間層１４５が厚い傾向があり、好ましくは４ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、より好ましくは６ｎｍ以上１３ｎｍ以下である。これはバリア層１４Ａに関して記載した同じ理由である。
【０１０７】
＜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の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、好ましくはＡｌｓ６Ｇａｔ６Ｉｎｕ６Ｎ（０≦ｓ６≦１、０≦ｔ６≦１、０≦ｕ６≦１、ｓ６＋ｔ６＋ｕ６≠０）層にｐ型不純物がドープされた層であり、Ａｌｓ６Ｇａ１−ｓ６Ｎ（０＜ｓ６≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ６≦０．３）層にｐ型不純物がドープされた層である。例えば、ｐ型窒化物半導体層１６はｐ型ＡｌＧａＮ層であり、ｐ型窒化物半導体層１７はｐ型ＧａＮ層であり、ｐ型窒化物半導体層１８はｐ型不純物濃度がｐ型窒化物半導体層１７よりも高いｐ型ＧａＮ層である。
【０１０８】
ｐ型不純物は特に限定されず、例えば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型不純物の活性率は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型不純物濃度（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型不純物濃度は１×１０１９ｃｍ−３未満であっても良い。
【０１０９】
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、３０ｎｍ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の厚さが薄ければ、その成長時における加熱時間が短くなるので、ｐ型不純物が発光層１４へ拡散することを防止できる。
【０１１０】
＜ｎ側電極、透明電極、ｐ側電極＞
ｎ側電極２１及び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及びｐ側電極２５がパッド電極部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及びｐ側電極２５に接続されていても良い。また、ｐ側電極２５の下には、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に遮蔽されることを防止できる。
【０１１１】
ｎ側電極２１は、例えば、チタン層、アルミニウム層及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。
【０１１２】
ｐ側電極２５は、例えば、ニッケル層、アルミニウム層、チタン層及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。
【０１１３】
透明電極２３は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）又はＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電材料からなることが好ましく、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【０１１４】
＜窒化物半導体発光素子の製造＞
窒化物半導体発光素子１の製造方法の一例を以下に示す。以下において、「成長温度」とは、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。
【０１１５】
（下地層の成長）
例えばスパッタ法等により基板３の上面にバッファ層５を形成した後、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によりバッファ層５の上面に下地層７を形成する。
【０１１６】
具体的には、バッファ層５が形成された基板３をＭＯＣＶＤ装置に入れ、好ましくは８００℃以上１２５０℃以下で、より好ましくは９００℃以上１１５０℃以下で、下地層７を成長させる。これにより、結晶欠陥が少なく且つ結晶品質に優れた下地層７を形成できる。下地層７は、ノンドープ層であることが好ましく、厚さが約２〜５μｍとなるように成長されることが好ましい。
【０１１７】
（ｎ型コンタクト層の成長）
次に、例えばＭＯＣＶＤ法等により下地層７の上面にｎ型コンタクト層８を形成する。具体的には、ＭＯＣＶＤ装置において、好ましくは８００℃以上１２５０℃以下で、より好ましくは９００℃以上１１５０℃以下で、ｎ型コンタクト層８を成長させる。これにより、結晶欠陥が少なく且つ結晶品質に優れたｎ型コンタクト層８を形成できる。反応ガスには例えばシランガス（ＳｉＨ４）が添加され、Ｓｉ濃度が１×１０１９／ｃｍ３程度となるようにシランガスの添加量が調整されることが好ましい。厚さが約１〜４μｍとなるようにｎ型コンタクト層８が成長されることが好ましい。
【０１１８】
（第１ｎ型バッファ層の成長）
続いて、例えばＭＯＣＶＤ法等によりｎ型コンタクト層８の上面に第１ｎ型バッファ層１０を形成する。具体的には、ＭＯＣＶＤ装置内の温度を一旦下げ、成長速度をより遅い速度に制御して第１ｎ型バッファ層１０を成長させる。
【０１１９】
ｎ型コンタクト層８まで形成した基板３を、第１ＭＯＣＶＤ装置から一旦取り出して大気に曝した後、第２ＭＯＣＶＤ装置に入れて第１ｎ型バッファ層１０以降を成長させても良い。これにより、厚さの大きな下地層７及びｎ型コンタクト層８を成長する装置（高速での成長が必要）と、発光層１４を成長する装置（低速での成長と結晶品質の均一性が高い成長とが必要）とを変えることが出来る。よって、それぞれの層を成長させる上で最適な成膜装置を選択できるので、窒化物半導体発光素子１の製造効率が向上する。
【０１２０】
具体的には、第１ｎ型バッファ層１０の成長温度は、９５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは７００℃以上であり、更に好ましくは７５０℃以上である。第１ｎ型バッファ層１０の成長温度が７００℃以上であれば、発光層１４での発光効率を高く維持できる。
【０１２１】
（多層構造体の成長）
続いて、例えばＭＯＣＶＤ法等により第１ｎ型バッファ層１０の上面に多層構造体１２０を形成する。多層構造体１２０の成長温度は、第１ｎ型バッファ層１０の成長温度以下であることが好ましい。
【０１２２】
また、多層構造体１２０の膜質を高く維持するという観点では、多層構造体１２０の成長温度は、より好ましくは６００℃以上であり、更に好ましくは７００℃以上である。第１ｎ型バッファ層１０と多層構造体１２０とを同一の成長温度で成長させても良い。
【０１２３】
（第２ｎ型バッファ層の成長）
ＭＯＣＶＤ装置に供給されるガスの組成が異なることを除けば、多層構造体１２０の形成条件と同一の条件で第２ｎ型バッファ層１３を成長させることができる。
【０１２４】
（発光層、ｐ型窒化物半導体層の成長）
続いて、従来公知の方法にしたがって、多層構造体１２０の上面に、発光層１４、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を順に形成する。
【０１２５】
なお、ＭＯＣＶＤ法による各層の結晶成長では、次に示す原料ガスを用いることができる。Ｇａの原料ガスとしては、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）又はＴＥＧ（トリエチルガリウム）を用いることができる。Ａｌの原料ガスとしては、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）又はＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）を用いることができる。Ｉｎの原料ガスとしては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）又はＴＥＩ（トリエチルインジウム）を用いることができる。Ｎの原料ガスとしては、ＮＨ３又はＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いることができる。ｎ型不純物であるＳｉの原料ガスとしては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６又は有機Ｓｉを用いることができる。ｐ型不純物であるＭｇの原料ガスとしては、Ｃｐ２Ｍｇを用いることができる。
【０１２６】
（エッチング、電極の形成）
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２ｎ型バッファ層１３、多層構造体１２０、第１ｎ型バッファ層１０及び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の上面にｎ側電極２１を形成し、ｐ型窒化物半導体層１８の上面に透明電極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。このようにして窒化物半導体発光素子１が得られる。
【０１２７】
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ない。例えばＭＯＣＶＤ装置を２台以上使用して窒化物半導体層を成長する場合には、基板３を第１ＭＯＣＶＤ装置から取り出した後であって第２ＭＯＣＶＤ装置へ入れるまでの間に、基板３を除去できる。
【０１２８】
また、下地層７とｎ型コンタクト層８と第１ｎ型バッファ層１０とを第１ＭＯＣＶＤ装置内で成長させ、多層構造体１２０以降を第２ＭＯＣＶＤ装置内で成長させても良い。しかし、下地層７とｎ型コンタクト層８とを第１ＭＯＣＶＤ装置内で成長させ、第１ｎ型バッファ層１０と多層構造体１２０以降とを第２ＭＯＣＶＤ装置内で成長させれば、第２ＭＯＣＶＤ装置のスループットを向上できる。
【０１２９】
＜実施形態の総括＞
図１に示す窒化物半導体発光素子１は、ｎ型窒化物半導体層８と、発光層１４と、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とを少なくとも備える。ｎ型窒化物半導体層８と発光層１４との間には、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との積層構造を１組以上有する多層構造体１２０が設けられている。第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーは、第１半導体層１２１のバンドギャップエネルギーよりも大きい。第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２の各々の厚さは、１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下である。これにより、窒化物半導体発光素子１の発光特性が更に改善される。
【０１３０】
図１１に示す室温特性重視の窒化物半導体発光素子１'では、図１に対して、サイズの大きなＶピット１５が、より高い密度で存在する点が大きな相違点である。第１半導体層１２１の厚さは、１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下であり、第２半導体層１２２の厚さは、１０ｎｍよりも大きく４０ｎｍ以下である。これにより、室温特性重視の窒化物半導体発光素子１’の発光特性が更に改善される。
【０１３１】
第１半導体層１２１は、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）からなることが好ましく、第２半導体層１２２は、Ａｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２＜１）からなることが好ましい。
【０１３２】
第１半導体層１２１及び第２半導体層１２２の各々のｎ型不純物濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上１．１×１０１９ｃｍ−３未満であることが好ましい。これにより、発光層１４における貫通転位密度が更に低減する。
【０１３３】
第１半導体層１２１と第２半導体層１２２とではｎ型不純物濃度が互いに同じであることが好ましい。これにより、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２とで組成又は厚さの制御が容易となる。
【０１３４】
第１半導体層１２１と第２半導体層１２２とでは厚さが互いに同じであることが好ましい。これにより、発光層１４の結晶品質をより一層高めることができる。
【０１３５】
多層構造体１２０は、第１半導体層１２１と第２半導体層１２２との積層構造を３組以上７組以下有することが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子１の発光効率とその生産性とを高めることができる。
【０１３６】
多層構造体１２０のうち発光層１４の最も近くに位置する第２半導体層１２２が発光層１４に接していることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子１の生産歩留りが向上するとともに、窒化物半導体層の成長工程を簡略化できる。
【０１３７】
多層構造体１２０と発光層１４との間には、第２ｎ型バッファ層１３が設けられていることが好ましい。好ましくは、第２ｎ型バッファ層１３は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０≦ｙ３＜１）からなり、発光層１４に接している。これにより、発光波長又は動作電圧の仕様にしたがって窒化物半導体発光素子１の構造を最適化できるので、窒化物半導体発光素子１の生産歩留りが向上する。
【０１３８】
第２ｎ型バッファ層１３のバンドギャップエネルギーは第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギー以上であることが好ましい。これにより、ホールの流出を防止できる。
【０１３９】
第２ｎ型バッファ層１３のバンドギャップエネルギーは第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーより小さく第１半導体層１２１のバンドギャップエネルギーより大きいことが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子１の発光特性と第２ｎ型バッファ層１３の製造マージンとのバランスを確保できる。
【０１４０】
第２ｎ型バッファ層１３のバンドギャップエネルギーは第１半導体層１２１のバンドギャップエネルギー以下であることが好ましい。これにより、発光層１４への電子の注入効率が高くなる。
【０１４１】
第２ｎ型バッファ層１３の厚さは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、第２ｎ型バッファ層１３を設けたことによる不具合の発生を防止できる。
【０１４２】
ｎ型窒化物半導体層８と多層構造体１２０との間には、第１ｎ型バッファ層１０が設けられていることが好ましい。好ましくは、第１ｎ型バッファ層１０は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｓ４Ｉｎｔ４Ｇａ１−ｓ４−ｔ４Ｎ（０≦ｓ４＜１、０≦ｔ４＜１）からなり、多層構造体１２０に接している。これにより、Ｖピット構造の制御性が向上する。
【０１４３】
第１ｎ型バッファ層１０のバンドギャップエネルギーは、第２半導体層１２２のバンドギャップエネルギーと同じであることが好ましい。これにより、新たな結晶欠陥の発生を防止できる。
【０１４４】
第１ｎ型バッファ層１０のｎ型不純物濃度は、第１半導体層１２１のｎ型不純物濃度及び第２半導体層１２２のｎ型不純物濃度のうちの少なくとも１つと同じであることが好ましい。これにより、発光層１４での発光効率を高めることができる。
【０１４５】
第１ｎ型バッファ層１０の厚さは、５０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、第１ｎ型バッファ層１０の成長面のうねりを抑制できるので、窒化物半導体発光素子１の発光効率の低下を防止できる。
【０１４６】
発光層１４は、アンドープ層であることが好ましい。これにより、発光層１４において新たな欠陥が発生することを防止できる。
【０１４７】
発光層１４は、単一量子井戸構造、又は、井戸層とＡｌｆＩｎｇＧａ１−ｆ−ｇＮ（０≦ｆ≦０．０１、０≦ｇ≦０．０１）からなるバリア層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなることが好ましい。これにより、発光層１４において新たな欠陥が発生することを効果的に防止できる。
【実施例】
【０１４８】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下に限定されない。
＜実施例１＞
実施例１では、図５に示すエネルギーバンド図を有する窒化物半導体発光素子を製造した。【０１４９】
（基板（ウエハ）の準備）
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。このような凹凸形状は次に示す方法にしたがって形成されたものであった。【０１５０】
まず、図１（ａ）に示す凸部３ａの平面配置が規定されたマスクを、ウエハの上面に設けた。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、ドライエッチングされずに残った部分が凸部３ａとなった。つまり、凸部３ａは、ウエハの上面の＜１１−２０＞方向に配列されるとともに、ウエハの上面の＜１１−２０＞方向に対して＋６０°の傾きをなす方向とウエハの上面の＜１１−２０＞方向に対して−６０°の傾きをなす方向とにそれぞれ配列された。凸部３ａは、ウエハの上面において、三角形の頂点となる位置に配置され、三角形の３辺が延びる方向に周期的に配置されていた。【０１５１】
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（上記三角形の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（ａ）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（ａ）に示す側面視形状を有していた。【０１５２】
（バッファ層の形成）
凸部３ａ及び凹部３ｂの形成後、ウエハの上面をＲＣＡ洗浄した。ＲＣＡ洗浄後のウエハを反応性スパッタ装置のチャンバー内に入れ、窒化アルミニウム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。【０１５３】
（下地層、ｎ型コンタクト層の成長）
バッファ層５が形成されたウエハをＭＯＣＶＤ装置に入れ、アンドープＧａＮからなる下地層７を結晶成長させた。下地層７の厚さは４．５μｍであった。【０１５４】
その後、ＭＯＣＶＤ法により、下地層７の上面にＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ型コンタクト層８）を結晶成長させた。ｎ型コンタクト層８の厚さは４．５μｍであり、ｎ型コンタクト層８のｎ型不純物濃度は１×１０１９ｃｍ−３であった。【０１５５】
（第１ｎ型バッファ層の成長）
ウエハの温度を８０１℃まで下げた後、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ２５ｎｍのＳｉドープＧａＮ層（第１ｎ型バッファ層１０）を結晶成長させた。結晶成長されたＳｉドープＧａＮ層はｎ型コンタクト層８に接しており、そのｎ型不純物濃度は７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１５６】
（多層構造体の成長）
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体１２０を結晶成長させた。具体的には、第１ｎ型バッファ層１０に接する側から、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ１２ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として５組形成した。多層構造体１２０を構成する層のいずれにおいても、ｎ型不純物濃度は７．４×１０１８ｃｍ−３であった。本構造では第２ｎ型バッファ層１３は省略されている。【０１５７】
（発光層の成長）
ウエハの温度を６７２℃に下げた。その後、多層構造体１２０の上面に、井戸層１４Ｗとバリア層１４Ａとを交互に結晶成長させて発光層１４を形成した。【０１５８】
キャリアガスとして窒素ガスを用いて井戸層１４Ｗ（８層）を結晶成長させた。結晶成長された井戸層１４Ｗ、最初の井戸層１４ＷＩ及び最後の井戸層１４ＷＦは、アンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．２０）層であった。これにより、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となった。井戸層１４Ｗの厚さ及び最初の井戸層１４ＷＩの厚さをそれぞれ３．３８ｎｍとし、最後の井戸層１４ＷＦの厚さを５．０ｎｍとした。【０１５９】
井戸層１４Ｗと交互にバリア層１４Ａ（７層）を結晶成長させた。結晶成長されたバリア層１４ＡはアンドープＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．００１）層であり、その厚さは４．０ｎｍであった。【０１６０】
（ｐ側中間層の成長）
最後の井戸層１４ＷＦの上面に、アンドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比０．００１）からなるｐ側中間層１４５（厚さ３．０ｎｍ）を結晶成長させた。【０１６１】
（ｐ型窒化物半導体層の成長）
ウエハの温度を１０００℃に上げた。その後、ｐ側中間層１４５の上面に、ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層（ｐ型窒化物半導体層１６、厚み：９ｎｍ、ｐ型不純物濃度：２×１０１９ｃｍ−３）、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型窒化物半導体層１７、厚み：２０ｎｍ、ｐ型不純物濃度：３×１０１９ｃｍ−３）及びｐ型コンタクト層（ｐ型窒化物半導体層１８、厚み：７ｎｍ、ｐ型不純物濃度：１×１０２０ｃｍ−３）を順に結晶成長させた。【０１６２】
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型不純物であるＳｉの原料ガスとしてはＳｉＨ４を用い、ｐ型不純物であるＭｇの原料ガスとしてはＣｐ２Ｍｇを用いた。【０１６３】
（エッチング、電極の形成）
ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出した。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ＧａＮ層、ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層、ｐ側中間層１４５、発光層１４、多層構造体１２０、第１ｎ型バッファ層１０、及び、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及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膜（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。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。【０１６４】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、ドミナント波長が４５０ｎｍである青色発光を示した。光出力は１７０ｍＷであり、印加電圧は３．０５Ｖであった。室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９８％であった。多層構造体が設けられていないことを除いては本実施例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ところ、その光出力は１６１ｍＷであり、室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９４％であった。よって、多層構造体を設けたことにより窒化物半導体発光素子の発光特性が改善されたことが分かった。【０１６５】
＜実施例２＞
実施例２では、図６に示すエネルギーバンド図を有する窒化物半導体発光素子を製造した。実施例１に記載の方法にしたがってＭＯＣＶＤ装置内で下地層７とｎ型コンタクト層８とを結晶成長させた後、次に示す方法にしたがって窒化物半導体発光素子を得た。【０１６６】
（第１ｎ型バッファ層の成長）
ウエハをＭＯＣＶＤ装置に入れた状態で、ウエハの温度を８０１℃まで下げた。その後、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ２５ｎｍのＳｉドープＧａＮ層（第１ｎ型バッファ層１０）を結晶成長させた。結晶成長されたＳｉドープＧａＮ層はｎ型コンタクト層８に接しており、そのｎ型不純物濃度は７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１６７】
（多層構造体の成長）
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体１２０を結晶成長させた。具体的には、第１ｎ型バッファ層１０に接する側から、厚さ１５ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ１１ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として４組形成した。多層構造体１２０を構成する層のいずれにおいても、ｎ型不純物濃度は７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１６８】
（第２ｎ型バッファ層の成長）
ＭＯＣＶＤ法により、多層構造体１２０の上面に、厚さ１２ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ（Ａｌ組成比が０．０１、Ｉｎ組成比が０．０４）層（第２ｎ型バッファ層１３）を結晶成長させた。結晶成長されたＡｌＩｎＧａＮ層では、ｎ型不純物濃度が７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１６９】
（発光層の成長）
ウエハの温度を６７２℃に下げた。その後、第２ｎ型バッファ層１３の上面に、井戸層１４Ｗとバリア層１４Ａとを交互に結晶成長させて発光層１４を形成した。【０１７０】
キャリアガスとして窒素ガスを用いて井戸層１４Ｗ（８層）を結晶成長させた。結晶成長された井戸層１４Ｗ、最初の井戸層１４ＷＩ及び最後の井戸層１４ＷＦは、アンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．２０）層であった。これにより、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となった。井戸層１４Ｗの厚さ及び最初の井戸層１４ＷＩの厚さをそれぞれ３．５８ｎｍとし、最後の井戸層１４ＷＦの厚さを５．０ｎｍとした。【０１７１】
井戸層１４Ｗと交互にバリア層１４Ａ（７層）を結晶成長させた。結晶成長されたバリア層１４ＡはアンドープＧａＮ層であり、その厚さは４．０ｎｍであった。【０１７２】
（ｐ側中間層の成長）
最後の井戸層１４ＷＦの上面に、アンドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比０．００１）からなるｐ側中間層１４５（厚さ３．０ｎｍ）を結晶成長させた。【０１７３】
（ｐ型窒化物半導体層の成長、エッチング、電極の形成）
実施例１に記載した方法にしたがって、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を形成し、エッチングを行い、ｎ側電極２１と透明電極２３とｐ側電極２５と透明保護膜２７とを形成し、ウエハを６２０×６８０μｍサイズのチップに分割した。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。【０１７４】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、ドミナント波長が４５０ｎｍである青色発光を示した。光出力は１７１ｍＷであり、印加電圧は３．０４Ｖであった。室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９８％であった。【０１７５】
＜実施例３＞
実施例３では、図７に示すエネルギーバンド図を有する窒化物半導体発光素子を製造した。実施例１及び実施例２に記載の方法にしたがって下地層７とｎ型コンタクト層８と第１ｎ型バッファ層１０とを結晶成長させた後、次に示す方法にしたがって窒化物半導体発光素子を得た。【０１７６】
（多層構造体の成長）
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体１２０を結晶成長させた。具体的には、第１ｎ型バッファ層１０に接する側から、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ１２ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として５組形成した。多層構造体１２０を構成する層の何れにおいても、ｎ型不純物濃度は７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１７７】
（第２ｎ型バッファ層の成長）
ＭＯＣＶＤ法により、多層構造体１２０の上面に、厚さ３ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ（Ａｌ組成比が０．０２、Ｉｎ組成比が０．００５）層（第２ｎ型バッファ層１３）を結晶成長させた。結晶成長されたＡｌＩｎＧａＮ層では、ｎ型不純物濃度が７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１７８】
（発光層の成長）
ウエハの温度を６７２℃に下げた。その後、第２ｎ型バッファ層１３の上面に、井戸層１４Ｗとバリア層１４Ａとを交互に結晶成長させて発光層１４を形成した。【０１７９】
キャリアガスとして窒素ガスを用いて井戸層１４Ｗ（８層）を結晶成長させた。結晶成長された井戸層１４Ｗ、最初の井戸層１４ＷＩ及び最後の井戸層１４ＷＦは、アンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．２０）層であった。これにより、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となった。井戸層１４Ｗの厚さ及び最初の井戸層１４ＷＩの厚さをそれぞれ３．３８ｎｍとし、最後の井戸層１４ＷＦの厚さを５．０ｎｍとした。【０１８０】
井戸層１４Ｗと交互にバリア層１４Ａ（７層）を結晶成長させた。結晶成長されたバリア層１４ＡはアンドープＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．００１）層であり、その厚さは４．０ｎｍであった。【０１８１】
（ｐ側中間層の成長）
最後の井戸層１４ＷＦの上面に、アンドープＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．００１）からなるｐ側中間層１４５（厚さ３．０ｎｍ）を結晶成長させた。【０１８２】
（ｐ型窒化物半導体層の成長、エッチング、電極の形成）
実施例１に記載した方法にしたがって、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を形成し、エッチングを行い、ｎ側電極２１と透明電極２３とｐ側電極２５と透明保護膜２７とを形成し、ウエハを６２０×６８０μｍサイズのチップに分割した。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。【０１８３】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、ドミナント波長が４５０ｎｍである青色発光を示した。光出力は１６９ｍＷであり、印加電圧は３．０７Ｖであった。室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９８．５％であった。【０１８４】
＜実施例４＞
実施例４では、図８に示すエネルギーバンド図を有する窒化物半導体発光素子を製造した。実施例１及び実施例２に記載の方法にしたがって下地層７とｎ型コンタクト層８と第１ｎ型バッファ層１０とを結晶成長させた後、次に示す方法にしたがって窒化物半導体発光素子を得た。【０１８５】
（多層構造体の成長）
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体１２０を結晶成長させた。具体的には、第１ｎ型バッファ層１０に接する側から、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ１２ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として４組形成した。多層構造体１２０を構成する層のいずれにおいても、ｎ型不純物濃度は７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１８６】
（第２ｎ型バッファ層の成長）
ＭＯＣＶＤ法により、多層構造体１２０の上面に、厚さ１２ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ（Ａｌ組成比が０．００２５、Ｉｎ組成比が０．０４２）層（第２ｎ型バッファ層１３）を結晶成長させた。結晶成長されたＡｌＩｎＧａＮ層では、ｎ型不純物濃度が７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１８７】
（発光層の成長、ｐ型窒化物半導体層の成長、エッチング、電極の形成）
実施例３に記載の方法にしたがって、発光層１４とｐ側中間層１４５とを結晶成長させた。その後、実施例１に記載した方法にしたがって、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を形成し、エッチングを行い、ｎ側電極２１と透明電極２３とｐ側電極２５と透明保護膜２７とを形成し、ウエハを６２０×６８０μｍサイズのチップに分割した。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。【０１８８】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、ドミナント波長が４５０ｎｍである青色発光を示した。光出力は１７０ｍＷであり、印加電圧は３．０２Ｖであった。室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９７．５％であった。【０１８９】
＜実施例５＞
実施例５では、図９に示すエネルギーバンド図を有する窒化物半導体発光素子を製造した。下地層７とｎ型コンタクト層８とを第１ＭＯＣＶＤ装置内で成長させた。その後、基板３を、第１ＭＯＣＶＤ装置から一旦取り出した後、第２ＭＯＣＶＤ装置に入れ、第１ｎ型バッファ層１０以降を成長させた。具体的には、次に示す方法にしたがって窒化物半導体発光素子を得た。【０１９０】
（第１ｎ型バッファ層の成長）
ウエハを第２ＭＯＣＶＤ装置に入れた後、ウエハの温度を８０１℃まで上げた。その後、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ２５ｎｍのＳｉドープＧａＮ層（第１ｎ型バッファ層１０）を結晶成長させた。結晶成長されたＳｉドープＧａＮ層はｎ型コンタクト層８に接しており、そのｎ型不純物濃度は９×１０18ｃｍ-3であった。【０１９１】
（多層構造体の成長）
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体１２０を結晶成長させた。具体的には、第１ｎ型バッファ層１０に接する側から、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ１２ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として４組形成した。多層構造体１２０を構成する層のいずれにおいても、ｎ型不純物濃度は７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１９２】
（第２ｎ型バッファ層の成長）
ＭＯＣＶＤ法により、多層構造体１２０の上面に、厚さ１２ｎｍのＡｌＩｎＧａＮ（Ａｌ組成比が０．００２５、Ｉｎ組成比が０．０４２）層（第２ｎ型バッファ層１３）を結晶成長させた。結晶成長されたＡｌＩｎＧａＮ層では、ｎ型不純物濃度が７．４×１０１８ｃｍ−３であった。【０１９３】
（発光層の成長、ｐ側中間層の成長）
実施例１に記載の方法にしたがって発光層１４を結晶成長させた後、実施例２に記載の方法にしたがってｐ側中間層１４５を結晶成長させた。【０１９４】
（ｐ型窒化物半導体層の成長）
ウエハの温度を１１００℃に上げた。その後、ｐ側中間層１４５の上面に、ｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層（ｐ型窒化物半導体層１６、厚み：１２ｎｍ、ｐ型不純物濃度：２×１０１９ｃｍ−３）、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型窒化物半導体層１７、厚み：２０ｎｍ、ｐ型不純物濃度：３×１０１９ｃｍ−３）及びｐ型コンタクト層（ｐ型窒化物半導体層１８、厚み：７ｎｍ、ｐ型不純物濃度１×１０２０ｃｍ−３）を順に結晶成長させた。【０１９５】
（エッチング、電極の形成）
実施例１に記載した方法にしたがって、エッチングを行い、ｎ側電極２１と透明電極２３とｐ側電極２５と透明保護膜２７とを形成し、ウエハを６２０×６８０μｍサイズのチップに分割した。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。【０１９６】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、ドミナント波長が４５０ｎｍである青色発光を示した。光出力は１７０ｍＷであり、印加電圧は３．０５Ｖであった。室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９８％であった。多層構造体が設けられていないことを除いては本実施例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ところ、その光出力は１６１ｍＷであり、室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９４％であった。よって、多層構造体を設けたことにより窒化物半導体発光素子の発光特性が改善されたことが分かった。【０１９７】
＜実施例６＞
実施例６では、図７に示すエネルギーバンド図と酷似のエネルギーバンド図を有するが、発光波長が近紫外領域に存在する窒化物半導体発光素子を製造した。本実施例では、実施例３に記載の方法にしたがって下地層７とｎ型コンタクト層８と第１ｎ型バッファ層１０と多層構造体１２０と第２ｎ型バッファ層１３とを結晶成長させた後、次に示す方法にしたがって窒化物半導体発光素子を製造した。【０１９８】
（発光層の成長）
ウエハの温度を６９８℃に下げた。その後、第２ｎ型バッファ層１３の上面に、井戸層１４Ｗとバリア層１４Ａとを交互に結晶成長させて発光層１４を形成した。【０１９９】
キャリアガスとして窒素ガスを用いて井戸層１４Ｗ（８層）を結晶成長させた。結晶成長された井戸層１４Ｗ、最初の井戸層１４ＷＩ及び最後の井戸層１４ＷＦは、アンドープＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１０）層であった。これにより、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、４０３ｎｍとなった。井戸層１４Ｗの厚さ及び最初の井戸層１４ＷＩの厚さをそれぞれ３．３８ｎｍとし、最後の井戸層１４ＷＦの厚さを５．０ｎｍとした。【０２００】
井戸層１４Ｗと交互にバリア層１４Ａ（７層）を結晶成長させた。結晶成長されたバリア層１４ＡはアンドープＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．０５）層であり、その厚さは４．０ｎｍであった。【０２０１】
（ｐ側中間層の成長）
最後の井戸層１４ＷＦの上面に、アンドープＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．０５）からなるｐ側中間層１４５（厚さ３．０ｎｍ）を結晶成長させた。【０２０２】
（ｐ型窒化物半導体層の成長、エッチング、電極の形成）
実施例１に記載した方法にしたがって、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を形成し、エッチングを行い、ｎ側電極２１と透明電極２３とｐ側電極２５と透明保護膜２７とを形成し、ウエハを４４０×５３０μｍサイズのチップに分割した。このようにして本実施例の窒化物半導体発光素子を得た。【０２０３】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子を室温で５０ｍＡの電流で動作させると、ピーク波長が４０５ｎｍである青紫色発光を示した。光出力は７０ｍＷであり、印加電圧は３．１５Ｖであった。多層構造体が設けられていないことを除いては本実施例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ところ、その光出力は６３ｍＷであった。よって、多層構造体を設けたことにより窒化物半導体発光素子の発光特性が改善されたことが分かった。【０２０４】
＜実施例７＞
実施例７では、第１ｎ型バッファ層１０の組成が異なることを除いては実施例２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。【０２０５】
まず、実施例１に記載の方法にしたがって、下地層７とｎ型コンタクト層８とをＭＯＣＶＤ装置内で結晶成長させた。その後、次に示す方法にしたがって、窒化物半導体発光素子を製造した。【０２０６】
（第１ｎ型バッファ層の成長）
ウエハをＭＯＣＶＤ装置に入れた状態で、ウエハの温度を７９６℃に設定した。その後、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ３５ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ層（第１ｎ型バッファ層１０）を結晶成長させた。結晶成長されたＳｉドープＩｎＧａＮ層はｎ型コンタクト層８に接しており、そのｎ型不純物濃度は９．０×１０１８ｃｍ−３であった。【０２０７】
実施例２に記載の方法にしたがって、多層構造体１２０、第２ｎ型バッファ層１３、発光層１４、ｐ側中間層１４５及びｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の成長、エッチング、並びに、電極の形成を行った。【０２０８】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、ドミナント波長が４５０ｎｍである青色発光を示した。光出力は１７１ｍＷであり、印加電圧は３．０４Ｖであった。室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９８％であった。【０２０９】
＜実施例８＞
実施例８では、多層構造体のｎ型不純物濃度が異なることを除いては実施例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。窒化物半導体発光素子の仕様によっては、動作電圧を微調整しなければ、歩留りが低下する場合がある。窒化物半導体発光素子の仕様に合わせて動作電圧を若干上げるためには、多層構造体を構成する一方の層のｎ型不純物濃度を下げることが有効である。【０２１０】
（多層構造体の成長）
ウエハの温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体１２０を結晶成長させた。具体的には、第１ｎ型バッファ層１０に接する側から、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ１２ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として４組形成した。ＳｉドープＧａＮ層のｎ型不純物濃度を７．４×１０１８ｃｍ−３とした。ＳｉドープＩｎＧａＮ層のｎ型不純物濃度を４×１０１８ｃｍ−３とした。【０２１１】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子（６２０×６８０μｍサイズ）を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、ドミナント波長が４５０ｎｍである青色発光を示した。光出力は１７１ｍＷであり、印加電圧は３．０６Ｖであった。室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９８％であった。多層構造体のｎ型不純物濃度を調整することにより、光出力を変えずに動作電圧を微調整できた。【０２１２】
＜実施例９＞
実施例９では、最後の井戸層１４ＷＦの上面にアンドープＧａＮからなるｐ側中間層１４５（厚さ４．０ｎｍ）を結晶成長させたことを除いては実施例２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。本実施例においても、ｐ型不純物は、ｐ型窒化物半導体層１６からｐ側中間層１４５へ拡散しているが、ｐ側中間層１４５と最後の井戸層１４ＷＦとの境界近傍までは拡散していなかった。【０２１３】
得られた窒化物半導体発光素子を室温で１２０ｍＡの電流で動作させると、光出力及び印加電圧は実施例２と同程度であり、室温での光出力に対する８０℃での光出力の割合は９８％であった。【０２１４】
＜実施例１０＞
図１１は、本発明の他の実施形態に係る、室温特性重視の窒化物半導体発光素子の断面図である。図１２は、窒化物半導体発光素子１’の平面図である。図１１において、領域ＩＡ’には、図１２に示すＩＡ’−ＩＡ’線における断面構造を示し、領域ＩＢ’には、図１２に示すＩＢ’−ＩＢ’線における断面構造を示す。図１との相違点はサイズの大きなＶピット１５が、より高い密度で存在する点である。【０２１５】
実施例１０では、図１３に示すエネルギーバンド図を有する室温特性重視の窒化物半導体発光素子を製造した。実施例１からの相違点は下記の通りである。【０２１６】
（基板（ウエハ）の準備からｎ型コンタクト層まで）
基板準備、バッファ層からｎ型コンタクト層までの構成は実施例１と同じである。【０２１７】
（第１ｎ型バッファ層の成長）
厚さを６０ｎｍと厚くした以外は実施例１と同じである。【０２１８】
（多層構造体の成長から第２ｎ型バッファ層の成長）
多層構造体に関しては、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として５組形成した。多層構造体のそれ以外の点に関しては、実施例１と同じである。本構造では第２ｎ型バッファ層１３は省略されている。【０２１９】
（発光層の成長）
多層構造体の上面に、井戸層１４Ｗとバリア層１４Ａとを交互に結晶成長させて発光層１４を形成する際、井戸層１４ＷとしてアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．２０）層を３．０ｎｍの厚さで全１３層の井戸層を形成した。井戸層と交互に堆積するバリア層１４ＡはアンドープＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．００１）層として、厚さ１２ｎｍと厚く全１２層を形成した。又、成長温度も井戸層の成長温度に対して、１４０℃高めて成長した。発光層からのフォトルミネッセンス波長は４４０ｎｍであった。【０２２０】
（ｐ側中間層の成長）
ｐ側中間層１４５の厚さ１０．０ｎｍと厚くした以外は実施例１と同じである。【０２２１】
（ｐ側窒化物半導体層の成長）
ｐ側中間層１４５の上面に堆積するｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層（ｐ型窒化物半導体層１６、ｐ型不純物濃度：２×１０１９ｃｍ−３）の厚みを３２ｎｍに変更し、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型窒化物半導体層１７）の厚さを５０ｎｍ、ｐ型不純物濃度：５×１０１９ｃｍ−３に変更した以外は実施例１と同じである。【０２２２】
（エッチング、電極の形成）
実施例１から変更なし。【０２２３】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子は、室温１２０ｍＡの動作条件で、ドミナント波長４５０ｎｍの青色発光を示し、光出力１７８ｍＷ、印加電圧３．０９Ｖで有った。また、８０℃と室温の光出力比である温度特性は９４％と低下したが、室温特性では実施例４を上回る特性であった。多層構造体無しの比較構造を作製したところ、光出力は１５５ｍＷと小さく、多層構造体１２０の効果は明らかであった。【０２２４】
なお、上記構造に於いて、発光層を構成する障壁層の下半分６層に７×１０１７／ｃｍ３のシリコンドープを行うことで、印加電圧を３．０７Ｖに低減できた。光出力は１７８．５ｍＶであり、有意な差は無かった。【０２２５】
＜実施例１１＞
実施例１１では、図１４に示すエネルギーバンド図を有する室温特性重視の窒化物半導体発光素子を製造した。実施例４からの相違点は下記の通りである。【０２２６】
（基板（ウエハ）の準備からｎ型コンタクト層まで）
ウエハの上面における凸部３ａの直径は１．６μｍ程度であり、隣り合う凸部３ａの頂点の間隔（上記三角形の１辺）は２．４μｍであり、凸部３ａの高さは０．８μｍ程度である。それ以外の点は実施例４と同じである。バッファ層からｎ型コンタクト層までの構成も実施例４と同じである。【０２２７】
（第１ｎ型バッファ層の成長）
厚さを６０ｎｍと厚くした以外は実施例４と同じである。【０２２８】
（多層構造体の成長から第２ｎ型バッファ層の成長）
多層構造体に関しては、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ３０ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として４組形成した。多層構造体のそれ以外の点及び第２ｎ型バッファ層に関しては、実施例４と同じである。【０２２９】
（発光層の成長）
第２ｎ型バッファ層の上面に、井戸層１４Ｗとバリア層１４Ａとを交互に結晶成長させて発光層１４を形成する際、井戸層１４ＷとしてアンドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．２０）層を３．０ｎｍの厚さで全８層の井戸層を形成した。井戸層と交互に堆積するバリア層１４ＡはアンドープＡｌｙＧａ１−ｙＮ（ｙ＝０．００１）層として、厚さ１２ｎｍと厚く全７層を形成した。また、成長温度も井戸層の成長温度に対して、１４０℃高めて成長した。発光層からのフォトルミネッセンス波長は４４０ｎｍであった。【０２３０】
（ｐ側中間層の成長）
ｐ側中間層１４５の厚さ１０．０ｎｍと厚くした以外は実施例４と同じである。【０２３１】
（ｐ側窒化物半導体層の成長）
ｐ側中間層１４５の上面に堆積するｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層（ｐ型窒化物半導体層１６、ｐ型不純物濃度：２×１０１９ｃｍ−３）の厚みを３２ｎｍに変更し、ｐ型ＧａＮ層（ｐ型窒化物半導体層１７）の厚さを５０ｎｍ、ｐ型不純物濃度：５×１０１９ｃｍ−３に変更した以外は実施例４と同じである。【０２３２】
（エッチング、電極の形成）
実施例４から変更なし。【０２３３】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子は、室温１２０ｍＡの動作条件で、ドミナント波長４５０ｎｍの青色発光を示し、光出力１８０ｍＷ、印加電圧３．０７Ｖであった。また、８０℃と室温の光出力比である温度特性は９４％と低下したが、室温特性では実施例４を上回る特性であった。多層構造体無しの比較構造を作製したところ、光出力は１５０ｍＷと小さく、多層構造体１２０の効果は明らかであった。【０２３４】
＜実施例１２＞
実施例１２では、図１５に示すエネルギーバンド図を有する室温特性重視の窒化物半導体発光素子を製造した。実施例１１からの相違点は下記の通りである。【０２３５】
（基板（ウエハ）の準備から第１ｎ型バッファ層の成長まで）
実施例１１と同じである。【０２３６】
（多層構造体の成長から第２ｎ型バッファ層の成長）
多層構造体に関しては、厚さ１２ｎｍのＳｉドープＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成比が０．０４）層と厚さ１２ｎｍのＳｉドープＧａＮ層との積層構造を１組として７組形成した。多層構造体のそれ以外の点及び第２ｎ型バッファ層に関しては、実施例１１と同じである。本実施例において、積層回数を実施例１１に対して増やした目的は、発光層堆積前におけるＶピットサイズを同一に保つためである。積層数が４回の場合、Ｖピット径が１２０ｎｍ程度と小さく、光出力が低下したためである。【０２３７】
（発光層の成長からｐ側窒化物半導体層の成長）
実施例１１と同じである。【０２３８】
（エッチング、電極の形成）
実施例１１から変更なし。【０２３９】
このようにして得られた窒化物半導体発光素子は、室温１２０ｍＡの動作条件で、ドミナント波長４５０ｎｍの青色発光を示し、光出力１８０ｍＷ、印加電圧３．０７Ｖであった。また、８０℃と室温の光出力比である温度特性は９４％と低下したが、室温特性では実施例４を上回る特性であった。多層構造体無しの比較構造を作製したところ、光出力は１５０ｍＷと小さく、多層構造体１２０の効果は明らかであった。【０２４０】
今回開示された実施の形態及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請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及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】
【０２４１】
１，１’  窒化物半導体発光素子、３  基板、３ａ  凸部、３ｂ  凹部、５  バッファ層、７  下地層、８  ｎ型コンタクト層（ｎ型窒化物半導体層）、１０  第１ｎ型バッファ層、１３  第２ｎ型バッファ層、１４  発光層、１４Ａ  バリア層、１４Ｗ  井戸層、１４ＷＦ  最後の井戸層、１４ＷＩ  最初の井戸層、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、１２０  多層構造体、１２１  第１半導体層、１２２  第２半導体層、１４５  ｐ側中間層。
【図１】
2016047386.tif 000003
【図２】
2016047386.tif 000004
【図３】
2016047386.tif 000005
【図４】
2016047386.tif 000006
【図５】
2016047386.tif 000007
【図６】
2016047386.tif 000008
【図７】
2016047386.tif 000009
【図８】
2016047386.tif 000010
【図９】
2016047386.tif 000011
【図１０】
2016047386.tif 000012
【図１１】
2016047386.tif 000013
【図１２】
2016047386.tif 000014
【図１３】
2016047386.tif 000015
【図１４】
2016047386.tif 000016
【図１５】
2016047386.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月11日(2016.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを備える窒化物半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられ、第１半導体層と第２半導体層との積層構造を１組以上有する多層構造体を備え、
前記多層構造体における第１半導体層および第２半導体層の各々のｎ型不純物濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上１．１×１０１９ｃｍ−３未満であり、
前記第２半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第１半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第１半導体層及び前記第２半導体層の各々の厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下である窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
ｎ型窒化物半導体層と、発光層と、ｐ型窒化物半導体層とを備える窒化物半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記発光層との間に設けられ、第１半導体層と第２半導体層との積層構造を１組以上有する多層構造体を備え、
前記多層構造体における第１半導体層および第２半導体層の各々のｎ型不純物濃度は３×１０１８ｃｍ−３以上１．１×１０１９ｃｍ−３未満であり、
前記第２半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第１半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第１半導体層の厚さが１０ｎｍよりも大きく３０ｎｍ以下であり、第２半導体層の厚さが１０ｎｍよりも大きく４０ｎｍ以下であり、
前記発光層には断面視においてＶ字型の凹部（Ｖピット）が複数形成されていることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記Ｖ字型の凹部（Ｖピット）のＶ字の最下部は、前記多層構造体に位置していることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記Ｖ字型の凹部（Ｖピット）は、前記発光層最上部部分の平面視において、多数の穴として散在しており、前記Ｖ字型の凹部（Ｖピット）の平面密度が１×１０８／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１半導体層と前記第２半導体層とでは、ｎ型不純物濃度が互いに同じである請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記多層構造体と前記発光層との間には、ｎ型バッファ層が設けられ、
前記多層構造体と前記発光層との間に設けられた前記ｎ型バッファ層は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３＜１、０≦ｙ３＜１）からなり、前記発光層に接している請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記多層構造体との間には、ｎ型バッファ層が設けられ、
前記ｎ型窒化物半導体層と前記多層構造体との間に設けられた前記ｎ型バッファ層は、ｎ型不純物を含み、Ａｌｓ４Ｉｎｔ４Ｇａ１−ｓ４−ｔ４Ｎ（０≦ｓ４＜１、０≦ｔ４＜１）からなり、前記多層構造体に接している請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記多層構造体との間に設けられた前記ｎ型バッファ層のｎ型不純物濃度が、前記第１半導体層のｎ型不純物濃度及び前記第２半導体層のｎ型不純物濃度のうちの少なくとも１つと同じである請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月16日(2017.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
発光層では、井戸層としてＩｎＧａＮ層を用い、バリア層としてＧａＮ層を用いるのが一般的である。これにより、例えば、発光ピーク波長が約４５０ｎｍの青色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を作製でき、この青色ＬＥＤを蛍光体と組み合わせて白色ＬＥＤを作製することもできる。バリア層としてＡｌＧａＮ層を用いた場合には、バリア層と井戸層とのバンドギャップエネルギー差が増大するため発光効率が増すと考えられるが、ＧａＮに比べてＡｌＧａＮの方が良質な結晶が得られにくいという問題が存在する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
第１半導体層１２１の厚さｔ1と第２半導体層１２２の厚さｔ2とは同じであることが好ましい。「第１半導体層１２１の厚さと第２半導体層１２２の厚さとは同じである」とは、第１半導体層１２１の厚さｔ1が第２半導体層１２２の厚さｔ2の０．９倍以上１．１倍以下であることを意味する。これにより、多層構造体１２０の厚さが大きくなっても、多層構造体１２０の厚さが大きいことに起因する悪影響が多層構造体１２０の上に成長される層（例えば発光層１４）に及ぶことを防止できる。例えば、多層構造体１２０の厚さが大きいことに起因して発光層１４の結晶品質が低下することを防止できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
室温特性重視のＬＥＤでは、ＶピットのＶ字の最下部（発光層成長前、すなわち、第２ｎ型バッファ層１３成長後の表面に存在するＶピットの最下部を意味している。完成したエピ層の断面視においては、Ｖ字型に変形した発光層の下側頂点に対応する。）は、前記多層構造体に位置していることが好ましい。また、室温特性重視のＬＥＤでは、Ｖピットは、前記発光層最上部部分の平面視において、多数の穴として散在しており、Ｖピットの平面密度（Ｖピット密度）が１×１０8／ｃｍ2以上であることが好ましい。なお、室温特性重視のＬＥＤでは、Ｖピット密度は必ずしも低い必要性は無く、Ｖピット密度が更に高くても良い。図１０のＶピット密度より５倍程度高い場合でも、十分効率の良いＬＥＤを形成できる。                                                                                
【国際調査報告】
2016047386.tif 000018
2016047386.tif 000019