(57)【要約】  窒化物半導体発光素子（１）は、ｎ型窒化物半導体層（１３）と、ｐ型窒化物半導体層（２７）と、ｎ型窒化物半導体層（１３）とｐ型窒化物半導体層（２７）との間に設けられた発光層（１７）とを備える。発光層（１７）は、１つ以上の量子井戸層（１７Ａ）と、量子井戸層（１７Ａ）を挟む２つ以上の障壁層（１７Ｂ）とを有する。２つ以上の障壁層（１７Ｂ）のうちｐ型窒化物半導体層（２７）の最も近くに位置する障壁層である第１障壁層（１７ＢＬ）の厚さは、第１障壁層（１７ＢＬ）とは異なる障壁層（１７Ｂ）の厚さ以下である。第１障壁層（１７ＢＬ）とｐ型窒化物半導体層（２７）との間には、一般式ＡｌsＧａtＩｎuＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｕ＜１、ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）で表される窒化物半導体からなるアンドープ層（１９）が設けられている。
2016002419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設けられた発光層とを備えた窒化物半導体発光素子であって、
前記発光層は、１つ以上の量子井戸層と、前記量子井戸層を挟む２つ以上の障壁層とを有し、
前記２つ以上の障壁層のうち前記ｐ型窒化物半導体層の最も近くに位置する障壁層である第１障壁層の厚さは、前記第１障壁層とは異なる障壁層の厚さ以下であり、
前記第１障壁層と前記ｐ型窒化物半導体層との間には、一般式ＡｌsＧａtＩｎuＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｕ＜１、ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）で表される窒化物半導体からなるアンドープ層が設けられている窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記アンドープ層は、前記第１障壁層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記アンドープ層は、Ａｌ組成が０．１以上である窒化物半導体からなり、且つ、厚さが１ｎｍ以上である層を含む請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記アンドープ層は、Ａｌ組成が異なる２層以上の層を含む請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記アンドープ層は、Ａｌ組成が前記アンドープ層の厚さ方向において傾斜的に変化して構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型窒化物半導体層の最も近くに位置する量子井戸層である第１量子井戸層では、前記第１量子井戸層の厚さ方向における中点と前記第１量子井戸層においてｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点との距離が１０ｎｍ以下である請求項１〜５のいずれか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族化合物半導体材料（以下、「窒化物半導体材料」と呼ぶ）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している。そのため、窒化物半導体材料は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を発光する発光素子の材料、又は、その領域の波長を有する光を受光する受光素子の材料等に有用である。【０００３】
また、窒化物半導体材料では、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、窒化物半導体材料は、耐高温か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、窒化物半導体材料は、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】
例えばＡｌＧａＩｎＮ系の窒化物半導体材料を用いて作製された窒化物半導体発光素子は、青色等の短波長の光を高効率に発光する。そのため、この窒化物半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせることにより白色光を発光する発光装置を得ることができる。この発光装置は、その発光効率が蛍光灯の発光効率を凌駕するようになってきているので、照明の主役となりつつある。その一方で、かかる発光装置には、発光効率の更なる改善と、発光効率の更なる改善による省エネルギー化の進展とが期待されている。【０００５】
ここで、窒化物半導体発光素子では、ホールと電子との再結合によって発光する。そのため、ｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒化物半導体層を適切に設計することが重要である。【０００６】
例えば特許文献１には、活性領域の上にｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ（Ｍｇドープ）からなるブロッキング層とｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）からなるｐ型コンタクト層とがこの順序で積層されて構成された層構造が記載されている。【０００７】
特許文献２には、キャリアをトラップして発光する活性層と、活性層へのキャリアの閉じ込めを行うキャリアブロック層と、活性層とキャリアブロック層との間に構成される４０ｎｍ以上の中間層とを備えた窒化物半導体発光素子が開示されている。この特許文献には、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなり、且つ、バンドギャップエネルギーが連続的に変化するグレイデッド層が、キャリアブロック層に接するように中間層の一部に設けられていることが開示されている。【０００８】
特許文献３には、Ａｌ組成を０から０．１５まで順次増加させたグレーティング構造を有するクラック防止バッファ層が活性層の上に設けられていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３００９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０５６８号公報
【特許文献３】特開平１１−０６８１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の窒化物半導体発光素子では、光出力の増加及び駆動電圧の低減を図ろうとすると、発光層へのｐ型ドーパントの拡散量が十分に制御されないこととなり、そのため、ｐ型ドーパントが発光層へ拡散し過ぎてしまう。その結果、温度特性が低下するという問題が発生していた。「温度特性が低下する」とは、温度が変化すると、窒化物半導体発光素子の性能（例えば発光効率）が低下する割合が高くなることを意味する。【００１１】
温度特性の低下を防止するためには、つまり発光層へのｐ型ドーパントの拡散を防止するためには、ＡｌＧａＮのＡｌ組成を高めることが好ましい。しかし、ＡｌＧａＮのＡｌ組成を高めると、活性層へのホールの注入が不十分となるので、発光効率の低下を引き起こす。また、ＡｌＧａＮのＡｌ組成が高すぎると、駆動電圧の上昇を引き起こす。このように、従来の窒化物半導体発光素子では、温度特性の向上と発光効率の向上及び駆動電圧の低減とを両立させることが難しい。「温度特性の向上」とは、温度が変化しても、窒化物半導体発光素子の性能（例えば発光効率）が低下する割合を低く抑えることができることを意味する。【００１２】
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、窒化物半導体素子において、温度特性の向上と発光効率の向上及び駆動電圧の低減とを両立させることによりエネルギー効率を高め、よって、省エネルギー化を進展させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に設けられた発光層とを備える。発光層は、１つ以上の量子井戸層と、量子井戸層を挟む２つ以上の障壁層とを有する。２つ以上の障壁層のうちｐ型窒化物半導体層の最も近くに位置する障壁層である第１障壁層の厚さは、第１障壁層とは異なる障壁層の厚さ以下である。第１障壁層とｐ型窒化物半導体層との間には、一般式ＡｌsＧａtＩｎuＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｕ＜１、ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）で表される窒化物半導体からなるアンドープ層が設けられている。【００１４】
アンドープ層は、第１障壁層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有することが好ましい。アンドープ層は、Ａｌ組成が０．１以上である窒化物半導体からなり、且つ、厚さが１ｎｍ以上である層を含むことが好ましい。アンドープ層は、Ａｌ組成が異なる２層以上の層を含むことが好ましい。アンドープ層は、Ａｌ組成がアンドープ層の厚さ方向において傾斜的に変化して構成されていることが好ましい。【００１５】
ｐ型窒化物半導体層の最も近くに位置する量子井戸層である第１量子井戸層では、第１量子井戸層の厚さ方向における中点と第１量子井戸層においてｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点との距離が１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の窒化物半導体発光素子では、温度特性の向上と発光効率の向上及び駆動電圧の低減とを両立できるので、エネルギー効率を高めることができ、よって、省エネルギー化を進展させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態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３】本発明の一実施形態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４】本発明の一実施形態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５】（ａ）及び（ｂ）は、第１量子井戸層の断面図である。
【図６】実施例の結果を示すグラフである。
【図７】実施例の結果を示すグラフである。
【図８】実施例の結果を示すグラフである。
【図９】実施例１４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】
【００１８】
以下、本発明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。
【００１９】
［窒化物半導体発光素子の構成］
図１は、本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。図２〜図４は、本実施形態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。なお、図２〜図４において、ｐ型ドーパントがドープされた領域には斜線を付している。斜線の間隔が狭い方がｐ型ドーパント濃度が高いことを表す。
【００２０】
窒化物半導体発光素子１では、基板３の上面に、バッファ層５と、下地層７と、ｎ型窒化物半導体層１３と、超格子層１５と、発光層１７と、アンドープ層１９と、ｐ型窒化物半導体層２７とがこの順序で設けられている。このような窒化物半導体発光素子１では、温度特性の向上と発光効率の向上及び駆動電圧の低減とを両立できるので、エネルギー効率を高めることができ、よって、省エネルギー化を進展させることができる。
【００２１】
「温度特性」とは、室温での窒化物半導体発光素子１の性能に対する高温での窒化物半導体発光素子１の性能の割合を意味し、例えば室温での窒化物半導体発光素子１の発光効率に対する高温での窒化物半導体発光素子１の発光効率の割合である。この割合が１（又は１００％）に近づけば近づくほど、「窒化物半導体発光素子１の温度特性が向上する」又は「窒化物半導体発光素子１の温度特性を高めることができる」と言える。
【００２２】
ｎ型窒化物半導体層１３は、下地層７の上面に設けられた第１ｎ型窒化物半導体層９と、第１ｎ型窒化物半導体層９の上面に設けられた第２ｎ型窒化物半導体層１１とを有する。ｐ型窒化物半導体層２７は、アンドープ層１９の上面に設けられた第１ｐ型窒化物半導体層２１と、第１ｐ型窒化物半導体層２１の上面に設けられた第２ｐ型窒化物半導体層２３と、第２ｐ型窒化物半導体層２３の上面に設けられた第３ｐ型窒化物半導体層２５とを有する。なお、ｎ型窒化物半導体層１３を構成する層の層数は特に限定されない。例えば、ｎ型窒化物半導体層１３は単層であっても良い。同様のことはｐ型窒化物半導体層２７についても言える。
【００２３】
第２ｎ型窒化物半導体層１１の露出面にはｎ側電極２９が設けられている。第３ｐ型窒化物半導体層２５の上面には、透明電極３１を挟んでｐ側電極３３が設けられている。窒化物半導体発光素子１の上面側は透明保護膜３５で覆われているが、ｎ側電極２９及びｐ側電極３３の各上面は透明保護膜３５から露出している。
【００２４】
＜基板＞
基板３は、例えば、サファイア基板のような絶縁性基板であっても良いし、ＧａＮ、ＳｉＣまたはＺｎＯ等のような導電性基板であっても良い。基板３の厚さは、特に限定されないが、６０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。図１には基板３の上面に湾曲面状の凸部３Ａと平坦面状の凹部３Ｂとが交互に形成されていることが図示されているが、基板３の上面は平坦であっても良い。
【００２５】
＜バッファ層＞
バッファ層５は、好ましくはＡｌa0Ｇａb0Ｎ（０≦ａ０≦１、０≦ｂ０≦１、ａ０＋ｂ０＝１）層であり、より好ましくはＡｌＮ層又はＡｌＯＮ層（Ｏを０．２〜５原子％含む）であり、さらに好ましくは公知のスパッタ法により形成されたＡｌＯＮ層である。バッファ層５が公知のスパッタ法により形成されたＡｌＯＮ層であれば、基板３の成長面（上面）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。よって、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、好ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００２６】
＜下地層＞
下地層７は、好ましくはＡｌa1Ｇａb1Ｉｎc1Ｎ（０≦ａ１≦１、０≦ｂ１≦１、０≦ｃ１≦１、ａ１＋ｂ１＋ｃ１＝１）層であり、より好ましくはＡｌa1Ｇａb1Ｎ（０≦ａ１≦１、０≦ｂ１≦１、ａ１＋ｂ１＝１）層であり、更に好ましくはＧａＮ層である。下地層７がＧａＮ層であれば、バッファ層５内に存在する転位等の結晶欠陥がバッファ層５と下地層７との界面付近でループされ易くなる。これにより、その結晶欠陥がバッファ層５から下地層７へ引き継がれることを防止できる。
【００２７】
下地層７は、好ましくは、バッファ層５の上面に設けられた第１下地層と、第１下地層の上面に設けられた第２下地層と、第２下地層の上面に設けられた第３下地層とを有する。このような下地層７は次に示すように形成される。まず、第１下地層を成長させた後に、基板３の温度を下げて第２下地層を成長させる。これにより、第２下地層が３次元成長モードで成長されるので、第２下地層にはファセット面が形成される。その後、基板３の温度を上げて第３下地層を成長させる。これにより、第３下地層が横方向成長モードで成長されるので、第３下地層の上面（つまり下地層７の上面）が平坦となる。このようにして下地層７を形成すれば、転位が第２下地層のファセット面で折れ曲がるので、転位が発光層１７に届くことを防止できる。
【００２８】
下地層７は、ｎ型ドーパントを含んでいても良い。しかし、下地層７がｎ型ドーパントを含んでいれば、窒化物半導体発光素子１においてｎ型ドーパントを含む層の厚さが大きくなるので、ウエハ（窒化物半導体層の成長時の基板）の反りが大きくなることがある。ウエハの反りが大きくなると、窒化物半導体発光層を成長させるときにウエハ面内において温度がバラつくことがある。また、ウエハの反りが大きくなると、ｎ側電極２９等を形成する工程においても窒化物半導体発光素子１の製造歩留りの低下を招くことがある。一方、下地層７がｎ型ドーパントを含んでいなければ、上述の課題の発生を防止でき、また、下地層７の結晶品質を高めることができる。よって、下地層７は、ｎ型ドーパントを含んでいないことが好ましい。
【００２９】
このような下地層７の厚さは、特に限定されないが、１μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
＜ｎ型窒化物半導体層＞
第１ｎ型窒化物半導体層９及び第２ｎ型窒化物半導体層１１は、それぞれ、好ましくはＡｌa2Ｇａb2Ｉｎc2Ｎ（０≦ａ２≦１、０≦ｂ２≦１、０≦ｃ２≦１、ａ２＋ｂ２＋ｃ２＝１）層にｎ型ドーパントがドーピングされて構成された層であり、より好ましくはＡｌa2Ｇａ1-a2Ｎ（０≦ａ２≦１、更に好ましくは０≦ａ２≦０．５、より一層好ましくは０≦ａ２≦０．１）層にｎ型ドーパントがドーピングされて構成された層である。
【００３１】
ｎ型ドーパントは、特に限定されないが、好ましくはＳｉ、Ｐ、Ａｓ又はＳｂ等などであり、より好ましくはＳｉである。第１ｎ型窒化物半導体層９及び第２ｎ型窒化物半導体層１１のそれぞれにおけるｎ型ドーパント濃度は、特に限定されないが、１×１０18ｃｍ-3以上２×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましい。第１ｎ型窒化物半導体層９及び第２ｎ型窒化物半導体層１１のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
第１ｎ型窒化物半導体層９と第２ｎ型窒化物半導体層１１とでは、組成は同一であっても良いし異なっても良く、厚さは同一であっても良いし異なっても良い。
【００３３】
＜超格子層＞
超格子層とは、複数の種類の結晶格子の重ね合わせにより、その周期構造が基本単位格子より長くなった結晶格子からなる層を意味する。超格子層１５では、図２〜図４に示すように、第１半導体層１５Ａと第２半導体層１５Ｂとが交互に積層されて超格子構造を構成し、その周期構造が第１半導体層１５Ａを構成する半導体材料の基本単位格子及び第２半導体層１５Ｂを構成する半導体材料の基本単位格子よりも長くなっている。超格子層１５の１周期当たりの厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上７ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３４】
超格子層１５における第１半導体層１５Ａ及び第２半導体層１５Ｂのそれぞれの層数は、特に限定されない。超格子層１５の厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下となるように、超格子層１５における第１半導体層１５Ａ及び第２半導体層１５Ｂのそれぞれの層数を決定することが好ましい。ここで、超格子層１５は、Ｖピットを発生させる役割を有している。超格子層１５の厚さが５０ｎｍ以上であれば、所望の大きさのＶピットを所望の面密度で発生させることができるので、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。超格子層１５の厚さが５００ｎｍ以下であれば、Ｖピットが大きくなり過ぎることを防止できるので、発光層１７の表面平坦性（発光層１７の上面の平坦性）が向上し、よって、窒化物半導体発光素子１の光出力が増加する。
【００３５】
超格子層１５では、第１半導体層１５Ａと、第２半導体層１５Ｂと、第１半導体層１５Ａ及び第２半導体層１５Ｂとは異なる１層以上の半導体層とが順に積層されて超格子構造を構成していても良い。
【００３６】
（第１半導体層）
第１半導体層１５Ａは、それぞれ、好ましくはＡｌa3Ｇａb3Ｉｎc3Ｎ（０≦ａ３≦１、０≦ｂ３≦１、０≦ｃ３≦１、ａ３＋ｂ３＋ｃ３＝１）層にｎ型ドーパントがドーピングされて構成された層であり、より好ましくはＧａＮ層にｎ型ドーパントがドーピングされて構成された層である。第１半導体層１５Ａのそれぞれにおけるｎ型ドーパント濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上５×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００３７】
第１半導体層１５Ａのそれぞれの厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、より好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第１半導体層１５Ａのそれぞれの厚さが０．５ｎｍ以上であれば、第１半導体層１５Ａのそれぞれの厚さが１原子層の厚さ以上となるので、厚さが均一な第１半導体層１５Ａを形成でき、よって、発光層１７の結晶品質を高めることができる。したがって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。
【００３８】
一般に、ｎ型窒化物半導体層の成長温度よりも低い温度で、ｎ型窒化物半導体層よりも高濃度のｎ型ドーパントを第１半導体層１５Ａにドープする。第１半導体層１５Ａのそれぞれの厚さが３０ｎｍ以下であれば、第１半導体層１５Ａの平坦性が向上するので、発光層１７の結晶品質が高まり、よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。
【００３９】
（第２半導体層）
第２半導体層１５Ｂは、それぞれ、好ましくは第１半導体層１５Ａよりも大きなバンドギャップエネルギーを有し、より好ましくはＡｌa4Ｇａb4Ｉｎc4Ｎ（０≦ａ４≦１、０≦ｂ４≦１、０≦ｃ４≦１、ａ４＋ｂ４＋ｃ４＝１）層であり、更に好ましくはＡｌa4Ｇａb4Ｉｎc4Ｎ（ａ４＝０、０≦ｂ４≦１、０≦ｃ４≦１、ａ４＋ｂ４＋ｃ４＝１）層である。第２半導体層１５Ｂは、それぞれ、ｎ型ドーパントを含んでいても良い。
【００４０】
第２半導体層１５Ｂのそれぞれの厚さは、特に限定されないが、好ましくは０．５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、より好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第２半導体層１５Ｂのそれぞれの厚さが０．５ｎｍ以上であれば、第２半導体層１５Ｂのそれぞれの厚さが１原子層の厚さ以上となるので、厚さが均一な第２半導体層１５Ｂを形成でき、よって、発光層１７の結晶品質を高めることができる。したがって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。第２半導体層１５Ｂのそれぞれの厚さが３０ｎｍ以下であれば、第２半導体層１５Ｂの成長時間の長期化を防止できるので、窒化物半導体発光素子１の生産性が向上する。
【００４１】
＜発光層＞
発光層１７は、量子井戸層と障壁層とが交互に積層されて構成された多重量子井戸構造を有する。具体的には、発光層１７は、障壁層が量子井戸層を挟むように、量子井戸層と障壁層とが交互に積層されて構成されている。
【００４２】
以下では、便宜上、ｐ型窒化物半導体層２７の最も近くに位置する量子井戸層を「第１量子井戸層１７ＡＬ」と記し、第１量子井戸層１７ＡＬとは異なる量子井戸層を「第２量子井戸層１７Ａ」と記す（図２〜図４）。第１量子井戸層１７ＡＬと第２量子井戸層１７Ａとの両方を指す場合には「量子井戸層」と記す。なお、発光層１７が１つの量子井戸層しか有していない場合には、その量子井戸層が第１量子井戸層１７ＡＬに相当する。
【００４３】
同様に、ｐ型窒化物半導体層２７の最も近くに位置する障壁層を「第１障壁層１７ＢＬ」と記し、第１障壁層１７ＢＬとは異なる障壁層を「第２障壁層１７Ｂ」と記す（図２〜図４）。第１障壁層１７ＢＬと第２障壁層１７Ｂとの両方を指す場合には「障壁層」と記す。
【００４４】
（量子井戸層）
量子井戸層は、それぞれ、好ましくはアンドープＩｎxＧａ(1-x)Ｎ（０＜ｘ≦１）層であり、より好ましくはアンドープＩｎxＧａ(1-x)Ｎ（０＜ｘ≦０．５）層である。量子井戸層がｎ型ドーパントを含んでいなければ、発光層１７の平坦性が向上するので、ｐ型窒化物半導体層２７の結晶品質を高めることができる。
【００４５】
量子井戸層のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、２ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。量子井戸層のそれぞれの厚さが２ｎｍ以上１５ｎｍ以下であれば、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができ、また、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を更に低く抑えることができる。
【００４６】
量子井戸層の層数は、特に限定されず、好ましくは１つ以上であり、より好ましくは２つ以上（複数）である。量子井戸層の層数が２つ以上（複数）であれば、発光層１７での電流密度を低下させることができる。これにより、窒化物半導体発光素子１を大電流で駆動した場合であっても、発光層１７での発熱量を低く抑えることができる。よって、キャリアが発光層１７からオーバーフローすることを防止できるので、発光層１７とは異なる層における非発光再結合の発生を防止できる。したがって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。
【００４７】
量子井戸層の層数が２つ以上（複数）である場合、量子井戸層の厚さは互いに異なっていても良い。例えば、第１量子井戸層１７ＡＬの厚さは、第２量子井戸層１７Ａの厚さよりも大きいことが好ましい。これにより、室温での光出力が増加する。
【００４８】
また、第１量子井戸層１７ＡＬの隣に位置する第２量子井戸層１７Ａの厚さは、それ以外の第２量子井戸層１７Ａの厚さよりも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の温度特性を更に高めることができる。
【００４９】
また、量子井戸層のそれぞれの厚さを調整して各層の発光波長を所望の波長に調整すれば、窒化物半導体発光素子１からの出力光を白色光とできる。
【００５０】
図５（ａ）及び（ｂ）は、第１量子井戸層１７ＡＬの断面図である。第１量子井戸層１７ＡＬでは、第１量子井戸層１７ＡＬの厚さ方向における中点（地点Ｍ）と第１量子井戸層１７ＡＬにおいてｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点（地点Ｘ）との距離ｄ1（以下では「ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1」と記すことがある）が１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、ｐ型窒化物半導体層２７から発光層１７へのｐ型ドーパントの拡散（以下では「ｐ型ドーパントの拡散」と記す）が抑制されていると言える。ここで、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1は、第１量子井戸層１７ＡＬの厚さ方向における地点Ｍと地点Ｘとの間の距離を意味する。
【００５１】
ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1は、図６に示すように、ＳＩＭＳ（Secondary  Ion  Mass  Spectrometry）により実測可能である。図６には、実施例１（後述）の窒化物半導体発光素子におけるＭｇ濃度プロファイルとＩｎ濃度プロファイルとをＳＩＭＳにより測定された結果を示す。地点Ｍは、第１量子井戸層１７ＡＬのＩｎイオン強度のピーク位置のうち最もｐ型窒化物半導体層２７側に位置するピーク位置に相当する。図６では、地点Ｍのｘ軸の値を０としているので、Ｍｇ濃度が１×１０19ｃｍ-3である地点（地点Ｘ）のｘ軸の値がｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1となる。図６において「ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1が１０ｎｍ以下である」とは、地点Ｘのｘ軸の値が−１０ｎｍ以上＋１０ｎｍ以下の範囲にあることを意味する。なお、図６では、地点Ｍよりもｎ型窒化物半導体層１３側をプラス（正）とし、地点Ｍよりもｐ型窒化物半導体層２７側をマイナス（負）としている。
【００５２】
ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1が−１０ｎｍ以上＋１０ｎｍ以下の範囲にある場合、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1が最適な範囲に制御されていることになる。よって、温度特性の更なる向上と発光効率の更なる向上及び駆動電圧の更なる低減とを両立できる。一方、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1が＋１０ｎｍよりもさらにプラス側である場合、ｐ型ドーパントが拡散し過ぎていると言える。そのため、温度特性の低下を引き起こすことがある。また、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1が−１０ｎｍよりもさらにマイナス側である場合、ｐ型ドーパントの拡散が不十分であると言える。そのため、発光効率の低下又は駆動電圧の上昇を引き起こすことがある。
【００５３】
図５（ａ）に示すようにｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点が第１量子井戸層１７ＡＬの厚さ方向に拡がっていない場合、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1は、第１量子井戸層１７ＡＬの厚さ方向における地点Ｍと地点Ｘとの間の距離を意味する。
【００５４】
図５（ｂ）に示すようにｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点が第１量子井戸層１７ＡＬの厚さ方向に拡がっている場合（層Ｘが形成されている場合）、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1は、第１量子井戸層１７ＡＬの厚さ方向における層Ｘと地点Ｍとの間の最短距離（図５（ｂ）に示す地点Ｘと地点Ｍとの間の距離）を意味する。
【００５５】
なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）には、地点Ｘが地点Ｍよりもｐ型窒化物半導体層２７側に位置している場合を図示しているが、地点Ｘが地点Ｍよりもｎ型窒化物半導体層１３側に位置する場合もある。
【００５６】
（障壁層）
障壁層は、それぞれ、量子井戸層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有し、好ましくはＡｌyＧａzＩｎ(1-y-z)Ｎ（０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１）層からなる。
【００５７】
障壁層のそれぞれの厚さは、好ましくは２０ｎｍ以下であり、より好ましくは１．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。障壁層のそれぞれの厚さが１．５ｎｍ以上であれば、障壁層の平坦性が向上するので、障壁層の結晶品質が高まり、よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。障壁層の厚さが２０ｎｍ以下であれば、発光層１７へ注入されたキャリアが発光層１７内で拡散される。よって、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を更に低く抑えることができ、また、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。
【００５８】
障壁層は、アンドープであっても良いし、ｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントがドープされていても良い。
【００５９】
障壁層の層数は、特に限定されない。しかし、障壁層が量子井戸層を挟むので、障壁層の層数は量子井戸層の層数よりも１つ多くなる。
【００６０】
後述するように、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLは第２障壁層１７Ｂの厚さｔN以下である。第２障壁層１７Ｂの厚さは互いに異なっても良い。
【００６１】
＜アンドープ層＞
アンドープ層１９は、第１障壁層１７ＢＬとｐ型窒化物半導体層２７との間に設けられ、一般式ＡｌsＧａtＩｎuＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｕ＜１、ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）で表される窒化物半導体からなる。このようなアンドープ層１９は第１障壁層１７ＢＬよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するので、ｐ型ドーパントの拡散を効果的に防止できる。これにより、窒化物半導体発光素子１の温度特性を効果的に高めることができる。なお、アンドープ層１９のＡｌ組成を第１障壁層１７ＢＬのＡｌ組成よりも高くすることにより、アンドープ層１９のバンドギャップエネルギーを第１障壁層１７ＢＬのバンドギャップエネルギーよりも大きくすることができる。
【００６２】
「アンドープ層」とは、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントが意図的にドープされていない層を意味する。
【００６３】
また、アンドープ層１９が２以上のバンドギャップエネルギーを有する場合（例えば図３又は図４）、「アンドープ層１９が第１障壁層１７ＢＬよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する」とは、アンドープ層１９を構成する層のバンドギャップエネルギーの最小値（図３では第１アンドープ層１９Ａのバンドギャップエネルギー）が第１障壁層１７ＢＬのバンドギャップエネルギーよりも大きいことを意味する。
【００６４】
このようなアンドープ層１９は、例えば図２〜図４に示す構造を有する。
図２に示すアンドープ層１９は、バンドギャップエネルギーが均一な単層である。このようなアンドープ層１９は、好ましくはＡｌs1Ｇａt1Ｉｎu1Ｎ（０＜ｓ１≦０．４、０．６≦ｔ１＜１、０≦ｕ１≦０．１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１＝１）で表される窒化物半導体からなり、より好ましくはＡｌs1Ｇａt1Ｉｎu1Ｎ（０．１≦ｓ１≦０．３、０．７≦ｔ１≦０．９、０≦ｕ１≦０．１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１＝１）で表される窒化物半導体からなる。
【００６５】
図２に示すアンドープ層１９の厚さは、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。アンドープ層１９の厚さが０．５ｎｍ以上であれば、ｐ型ドーパントの拡散を効果的に防止できるので、窒化物半導体発光素子１の温度特性を更に高めることができる。アンドープ層１９の厚さが２０ｎｍ以下であれば、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を更に低く抑えることができる。より好ましくは、図２に示すアンドープ層１９の厚さが１ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
【００６６】
アンドープ層１９のＡｌ組成が高くなればなるほど、ｐ型ドーパントの拡散を防止できる。また、アンドープ層１９の厚さが大きくなればなるほど、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1を短くできる。しかし、アンドープ層１９のＡｌ組成が高くなると、又は、アンドープ層１９の厚さが大きくなると、駆動電圧の上昇を引き起こすことがある。そのため、ｐ型ドーパントの拡散の防止、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1の最適化（短縮又は延長）及び駆動電圧の上昇の防止を容易に実現させるためには、図２に示すアンドープ層１９を用いるよりも図３又は図４に示すアンドープ層１９を用いる方が好ましい。
【００６７】
図３に示すアンドープ層１９は、第１障壁層１７ＢＬの上面に設けられた第１アンドープ層１９Ａと、第１アンドープ層１９Ａの上面に設けられた第２アンドープ層（Ａｌ組成が０．１以上である窒化物半導体からなり、且つ、厚さが１ｎｍ以上である層）１９Ｂとを有する。第２アンドープ層１９Ｂは、第１アンドープ層１９Ａよりも大きなＡｌ組成を有するので、第１アンドープ層１９Ａよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する。
【００６８】
図３に示すアンドープ層１９では、第２アンドープ層１９Ｂによってｐ型ドーパントの拡散が更に防止され、第１アンドープ層１９Ａによってｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1が最適に調整される（例えばｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1を１０ｎｍ以下とできる）。これにより、アンドープ層１９での電圧上昇を防止できるので、駆動電圧の上昇を防止できる。
【００６９】
第１アンドープ層１９Ａは、好ましくはＡｌs2Ｇａt2Ｉｎu2Ｎ（０＜ｓ２≦０．４、０．６≦ｔ２＜１、０≦ｕ２≦０．１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２＝１）で表される窒化物半導体からなり、より好ましくはＡｌs2Ｇａt2Ｉｎu2Ｎ（０．００１≦ｓ２≦０．３、０．７≦ｔ２≦０．９９９、０≦ｕ２≦０．１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２＝１）で表される窒化物半導体からなる。
【００７０】
第１アンドープ層１９Ａの厚さは、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。第１アンドープ層１９Ａの厚さが０．５ｎｍ以上であれば、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1を短くでき、例えばｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1を１０ｎｍ以下とできる。これにより、窒化物半導体発光素子１の温度特性を更に高めることができる。第１アンドープ層１９Ａの厚さが２０ｎｍ以下であれば、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を更に低く抑えることができる。より好ましくは、第１アンドープ層１９Ａの厚さが１ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
【００７１】
第２アンドープ層１９Ｂは、第１アンドープ層１９Ａよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するので、ｐ型窒化物半導体層２７側において（つまり発光層１７から離れた位置において）ｐ型ドーパントの拡散を防止でき、よって、窒化物半導体発光素子１の温度特性をより一層高めることができる。また、第１障壁層１７ＢＬ及び量子井戸層のバンドベンディングを防止できるので、発光再結合の確率を高めることができ、よって、発光効率を更に高めることができる。第２アンドープ層１９Ｂは、より好ましくはＡｌs3Ｇａt3Ｉｎu3Ｎ（０．１≦ｓ３≦０．４、０．６≦ｔ３≦０．９、０≦ｕ３≦０．１、ｓ３＋ｔ３＋ｕ３＝１）で表される窒化物半導体からなり、更に好ましくはＡｌs3Ｇａt3Ｉｎu3Ｎ（０．１２≦ｓ３≦０．３、０．７≦ｔ３≦０．８８、０≦ｕ３≦０．１、ｓ３＋ｔ３＋ｕ３＝１）で表される窒化物半導体からなる。
【００７２】
第２アンドープ層１９Ｂの厚さｔHは、好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。第２アンドープ層１９Ｂの厚さｔHが１ｎｍ以上であれば、ｐ型ドーパントの拡散を効果的に防止できるので、窒化物半導体発光素子１の温度特性を更に高めることができる。第２アンドープ層１９Ｂの厚さｔHが２０ｎｍ以下であれば、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧の上昇を更に防止できる。より好ましくは、第２アンドープ層１９Ｂの厚さｔHが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００７３】
なお、図３に示すアンドープ層１９は、第１アンドープ層１９Ａ及び第２アンドープ層１９Ｂとは異なる１層以上のアンドープ層を更に有していても良い。
【００７４】
図４に示すアンドープ層１９では、Ａｌ組成がアンドープ層１９の厚さ方向において傾斜的に変化しており、よって、バンドギャップエネルギーがアンドープ層１９の厚さ方向において傾斜的に変化している。
【００７５】
後述するように、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLが第２障壁層１７Ｂの厚さｔN以下であれば、ピエゾ電界による第１障壁層１７ＢＬのバンドベンディングがピエゾ電界による第２障壁層１７Ｂのバンドベンディングよりも小さくなる。しかし、アンドープ層１９においてＡｌ組成がアンドープ層１９の厚さ方向において傾斜的に変化していれば、ピエゾ電界による第１障壁層１７ＢＬのバンドベンディングがピエゾ電界による第２障壁層１７Ｂのバンドベンディングよりも更に小さくなる。これにより、ｐ型窒化物半導体層２７から第１量子井戸層１７ＡＬ及び第２量子井戸層１７Ａへのホールの注入効率が更に改善される。よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率が更に向上し、駆動電圧を更に低減することができる。それだけでなく、Ａｌ組成の高い領域がアンドープ層１９に存在するので、ｐ型ドーパントの拡散を更に抑制でき、よって、温度特性を更に高めることができる。
【００７６】
ここで、「ピエゾ電界による第１障壁層１７ＢＬのバンドベンディングがピエゾ電界による第２障壁層１７Ｂのバンドベンディングよりも小さくなる」とは、第１障壁層１７ＢＬの方が、第２障壁層１７Ｂよりも、発光層１７側のバンドエネルギーとアンドープ層１９側のバンドエネルギーとの差が小さいことを意味する。
【００７７】
「Ａｌ組成がアンドープ層１９の厚さ方向において傾斜的に変化する」とは、アンドープ層１９のＡｌ組成が発光層１７からｐ型窒化物半導体層２７へ向かうにつれて単調増加することを意味する。好ましくは、アンドープ層１９のＡｌ組成の最小値は０以上０．３以下であり、アンドープ層１９のＡｌ組成の最大値は０．１２以上０．４以下である。より好ましくは、アンドープ層１９のＡｌ組成の最小値は０．０８以上０．３以下であり、アンドープ層１９のＡｌ組成の最大値は０．１５以上０．４以下である。
【００７８】
また、「バンドギャップエネルギーがアンドープ層１９の厚さ方向において傾斜的に変化する」とは、アンドープ層１９のバンドギャップエネルギーが発光層１７からｐ型窒化物半導体層２７へ向かうにつれて単調増加することを意味する。
【００７９】
図４に示すアンドープ層１９の厚さは、好ましくは０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。アンドープ層１９の厚さが０．５ｎｍ以上であれば、ｐ型ドーパントの拡散を効果的に防止でき、また、ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1を短縮できる。よって、窒化物半導体発光素子１の温度特性を更に高めることができる。アンドープ層１９の厚さが２０ｎｍ以下であれば、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を更に低く抑えることができる。より好ましくは、図４に示すアンドープ層１９の厚さが１ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
【００８０】
＜第１障壁層の厚さとアンドープ層との関係＞
上述したように、窒化物半導体発光素子１では、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLは、第２障壁層１７Ｂの厚さｔN以下である。これにより、窒化物半導体発光素子１の発光効率を高めることができ、駆動電圧を低減することができる。かかる効果は、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLが第２障壁層１７Ｂの厚さｔNよりも小さくなったときに顕著となる。
【００８１】
詳細には、発光層１７において主に光っているのは第１量子井戸層１７ＡＬである。そのため、第１量子井戸層１７ＡＬでの発光効率を高めることにより、窒化物半導体発光素子１の発光効率を高めることができる。図２〜図４に示すエネルギー図では、ピエゾ電界による影響を省いているが、実際には、ピエゾ電界による影響を受けてエネルギーバンドが曲がっている。このエネルギーバンドの曲がり具合が窒化物半導体発光素子１の発光効率に影響を与える。第１量子井戸層１７ＡＬのエネルギーバンド構造はｐ型窒化物半導体層２７から大きな影響を受け、その影響は第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLによって変化する。
【００８２】
具体的には、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLが第２障壁層１７Ｂの厚さｔN以下であれば、ピエゾ電界による第１障壁層１７ＢＬのバンドベンディングがピエゾ電界による第２障壁層１７Ｂのバンドベンディングよりも小さくなる。これにより、ｐ型窒化物半導体層２７から第１量子井戸層１７ＡＬ及び第２量子井戸層１７Ａへのホールの注入効率が改善される。よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を高めることができ、駆動電圧を低減することができる。このような効果は、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLが小さくなればなるほど顕著となる。例えば、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLは、第２障壁層１７Ｂの厚さｔNの０．１倍以上１倍以下であることが好ましい。
【００８３】
ところで、第１障壁層１７ＢＬの厚さｔLが小さくなると、ｐ型ドーパントの拡散を招き、よって、窒化物半導体発光素子の温度特性の低下を引き起こす。しかし、窒化物半導体発光素子１では、アンドープ層１９が第１障壁層１７ＢＬとｐ型窒化物半導体層２７との間に設けられている。そのため、ｐ型ドーパントの拡散を防止できるので、窒化物半導体発光素子１の温度特性を高めることができる。以上より、窒化物半導体発光素子１では、発光効率を高めることができるとともに温度特性を高めることができる。
【００８４】
照明用途又はバックライト等に使用される窒化物半導体発光素子の特性としては、発光効率が高いだけでなく、窒化物半導体発光素子の温度が上昇しても発光効率が低下しない（温度特性が高い）ことも重要である。ここで、窒化物半導体発光素子１では、発光効率が高く、温度特性に優れ、更には、駆動電圧を低く抑えることができる。そのため、窒化物半導体発光素子１を照明用途又はバックライト等に使用できる。
【００８５】
＜ｐ型窒化物半導体層＞
第１ｐ型窒化物半導体層２１、第２ｐ型窒化物半導体層２３及び第３ｐ型窒化物半導体層２５は、それぞれ、好ましくはＡｌa5Ｇａb5Ｉｎc5Ｎ（０＜ａ５＜１、０＜ｂ５＜１、０≦ｃ５＜１、ａ５＋ｂ５＋ｃ５＝１）層にｐ型ドーパントがドーピングされて構成された層であり、より好ましくはＡｌa5Ｇａ1-a5Ｎ（０＜ａ５≦０．４、更に好ましくは０．１≦ａ５≦０．３）層にｐ型ドーパントがドーピングされて構成された層である。
【００８６】
ｐ型ドーパントは、特に限定されないが、例えばマグネシウムである。第１ｐ型窒化物半導体層２１、第２ｐ型窒化物半導体層２３及び第３ｐ型窒化物半導体層２５のそれぞれにおけるｐ型ドーパント濃度は、特に限定されないが、１×１０18ｃｍ-3以上２×１０20ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００８７】
第１ｐ型窒化物半導体層２１、第２ｐ型窒化物半導体層２３及び第３ｐ型窒化物半導体層２５のそれぞれの厚さは、特に限定されないが、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８８】
より好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層２１は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有し、８×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇがＡｌa5Ｇａ1-a5Ｎ（０＜ａ５≦０．４、更に好ましくは０．１≦ａ５≦０．３）層にドーピングされて構成されている。この場合、第２ｐ型窒化物半導体層２３は８×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下のＭｇがＧａＮ層にドーピングされて構成されていることが好ましい。これにより、発光層１７へ注入されるホール濃度を高めることができるので、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。
【００８９】
第２ｐ型窒化物半導体層２３がｐ型ＧａＮ層である場合、第３ｐ型窒化物半導体層２５は、第２ｐ型窒化物半導体層２３よりも高濃度のＭｇがドーピングされて構成されたＧａＮ層であることが好ましい。これにより、第３ｐ型窒化物半導体層２５の上面に設けられる電極（ｐ側電極３３）と第３ｐ型窒化物半導体層２５とのコンタクト抵抗を下げることができる。また、発光層１７へのＭｇ拡散を防止できる。
【００９０】
図２〜図４に示すように、第１ｐ型窒化物半導体層２１は、アンドープ層１９の上面に設けられた第１下側ドープ層２１Ｄと、第１下側ドープ層２１Ｄの上面に設けられた第１上側アンドープ層２１Ｕとを有することが好ましい。この場合、第２ｐ型窒化物半導体層２３は、第１上側アンドープ層２１Ｕの上面に設けられた第２下側アンドープ層２３Ｕと、第２下側アンドープ層２３Ｕの上面に設けられた第２上側ドープ層２３Ｄとを有することが好ましい。
【００９１】
第１ｐ型窒化物半導体層２１と第２ｐ型窒化物半導体層２３とでＡｌ組成が互いに異なる場合、第１ｐ型窒化物半導体層２１及び第２ｐ型窒化物半導体層２３のうちの少なくとも１つにｐ型ドーパントがドーピングされていれば、ｐ型ドーパント濃度が第１ｐ型窒化物半導体層２１と第２ｐ型窒化物半導体層２３との界面で非常に高くなることがある。そのため、高抵抗化を引き起こすことがある。しかし、第１ｐ型窒化物半導体層２１が第１上側アンドープ層２１Ｕを有し、第２ｐ型窒化物半導体層２３が第２下側アンドープ層２３Ｕを有し、第１上側アンドープ層２１Ｕと第２下側アンドープ層２３Ｕとが接していれば、第１ｐ型窒化物半導体層２１と第２ｐ型窒化物半導体層２３との界面（つまり第１上側アンドープ層２１Ｕと第２下側アンドープ層２３Ｕとの界面）においてｐ型ドーパント濃度が非常に高くなることを防止できる。よって、高抵抗化を防止できる。
【００９２】
第１下側ドープ層２１Ｄは、好ましくは、Ａｌa5Ｇａb5Ｉｎc5Ｎ（０．１≦ａ５≦０．４、０．６≦ｂ５≦０．９、０≦ｃ５≦０．１、ａ５＋ｂ５＋ｃ５＝１）層にｐ型ドーパントがドーピングされて構成され、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さを有する。第１上側アンドープ層２１Ｕは、好ましくは、ｐ型ドーパントがドーピングされていないことを除いては第１下側ドープ層２１Ｄと同一の材料からなり、０ｎｍ以上１５ｎｍ以下の厚さを有する。
【００９３】
第２上側ドープ層２３Ｄは、好ましくは、Ａｌa5Ｇａb5Ｉｎc5Ｎ（０≦ａ５≦０．３（より好ましくは０＜ａ５≦０．３）、０．７≦ｂ５≦１（より好ましくは０．７≦ｂ５＜１）、０≦ｃ５≦０．１、ａ５＋ｂ５＋ｃ５＝１）層にｐ型ドーパントがドーピングされて構成され、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する。第２下側アンドープ層２３Ｕは、好ましくは、ｐ型ドーパントがドーピングされていないことを除いては第２上側ドープ層２３Ｄと同一の材料からなり、０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さを有する。
【００９４】
第１ｐ型窒化物半導体層２１と第２ｐ型窒化物半導体層２３と第３ｐ型窒化物半導体層２５とでは、組成は同一であっても良いし異なっても良く、厚さは同一であっても良いし異なっても良い。
【００９５】
＜ｎ側電極、透明電極、ｐ側電極、透明保護膜＞
ｎ側電極２９及びｐ側電極３３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。ｎ側電極２９及びｐ側電極３３は、それぞれ、ニッケル層、プラチナ層及び金層がこの順序に積層されて構成されていることが好ましい。ｎ側電極２９及びｐ側電極３３のそれぞれの厚さは、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９６】
透明電極３１は、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）又はＩＺＯ（Indium  Zinc  Oxide）等から構成されていることが好ましい。透明電極３１の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、透明電極３１の代わりに、アルミニウム又は銀等からなる反射電極を設けてもよい。
【００９７】
透明保護膜３５は、ＳｉＯ2からなることが好ましい。透明保護膜３５は、主として、透明電極３１の上面と、第２ｎ型窒化物半導体層１１の上面と、第２ｎ型窒化物半導体層１１から透明電極３１までの各層の側面とを覆っている。
【００９８】
［窒化物半導体発光素子の製造］
例えば次に示す方法にしたがって窒化物半導体発光素子１を製造できる。まず、凸部３Ａと凹部３Ｂとが交互に形成された基板３の上面に、バッファ層５と、下地層７と、第１ｎ型窒化物半導体層９と、第２ｎ型窒化物半導体層１１と、超格子層１５と、発光層１７と、アンドープ層１９と、第１ｐ型窒化物半導体層２１と、第２ｐ型窒化物半導体層２３と、第３ｐ型窒化物半導体層２５とを順に形成する。例えばＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法によりこれらの層を形成することが好ましい。
【００９９】
キャリアガスとしてＨ2ガスを用いて障壁層のそれぞれの少なくとも一部分を成長させることが好ましい。これにより、障壁層の結晶品質を高めることができるので、結晶欠陥（結晶欠陥は非発光の原因となる）が障壁層で発生することを防止できる。よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができる。
【０１００】
特に、キャリアガスとしてＨ2ガスを用いて第１障壁層１７ＢＬの少なくとも一部分を成長させることが好ましい。これにより、障壁層の結晶品質を高めることができる。それだけでなく、ｐ型ドーパントの拡散をより一層防止できる。
【０１０１】
次に、熱処理を行ってｐ型ドーパントを活性化させる。その後、第３ｐ型窒化物半導体層２５、第２ｐ型窒化物半導体層２３、第１ｐ型窒化物半導体層２１、アンドープ層１９、発光層１７、超格子層１５及び第２ｎ型窒化物半導体層１１をエッチングする。このエッチングにより露出した第２ｎ型窒化物半導体層１１の面にｎ側電極２９を形成する。また、第３ｐ型窒化物半導体層２５の上面に透明電極３１及びｐ側電極３３を順に形成する。その後、必要に応じて合金化を目的とした熱処理を行ってから、ダイシングを行ってチップに分割する。このようにして窒化物半導体発光素子１を得ることができる。
【０１０２】
［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１３と、ｐ型窒化物半導体層２７と、ｎ型窒化物半導体層１３とｐ型窒化物半導体層２７との間に設けられた発光層１７とを備える。発光層１７は、１つ以上の量子井戸層と、量子井戸層を挟む２つ以上の障壁層とを有する。２つ以上の障壁層のうちｐ型窒化物半導体層２７の最も近くに位置する障壁層である第１障壁層１７ＢＬの厚さは、第１障壁層１７ＢＬとは異なる障壁層（第２障壁層１７Ｂ）の厚さ以下である。第１障壁層１７ＢＬとｐ型窒化物半導体層２７との間には、一般式ＡｌsＧａtＩｎuＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｕ＜１、ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）で表される窒化物半導体からなるアンドープ層１９が設けられている。
【０１０３】
第１障壁層１７ＢＬの厚さが第２障壁層１７Ｂの厚さ以下であれば、ピエゾ電界による第１障壁層１７ＢＬのバンドベンディングがピエゾ電界による第２障壁層１７Ｂのバンドベンディングよりも小さくなる。これにより、ｐ型窒化物半導体層２７から量子井戸層へのホールの注入効率が改善される。よって、発光効率が改善され、駆動電圧が低減する。
【０１０４】
また、アンドープ層１９が設けられているので、温度特性を良好に保つことができる。第１障壁層１７ＢＬの厚さが薄ければｐ型ドーパントが発光層１７に拡散しやすくなるが、アンドープ層１９が設けられているのでｐ型ドーパントの拡散を防止できる。このように、図１に示す窒化物半導体発光素子１では、第１障壁層１７ＢＬの厚さが第２障壁層１７Ｂの厚さ以下であり、且つ、アンドープ層１９が設けられているので、温度特性の向上と発光効率の向上及び駆動電圧の低減とを両立できる。
【０１０５】
アンドープ層１９は、第１障壁層１７ＢＬよりも大きなバンドギャップエネルギーを有することが好ましい。これにより、ｐ型ドーパントの拡散を効果的に防止できる。
【０１０６】
アンドープ層１９は、Ａｌ組成が０．１以上である窒化物半導体からなり、且つ、厚さが１ｎｍ以上である層を含むことが好ましい。これにより、ｐ型ドーパントの拡散を効果的に防止できる。
【０１０７】
アンドープ層１９は、Ａｌ組成が異なる２層以上の層を含むことが好ましい。Ａｌ組成の高い層によってｐ型ドーパントの拡散が更に抑制され、Ａｌ組成の低い層によってｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1が微調整される。これにより、アンドープ層１９での電圧上昇を防止でき、よって、駆動電圧を更に低減できる。
【０１０８】
アンドープ層１９は、Ａｌ組成がアンドープ層１９の厚さ方向において傾斜的に変化して構成されていることが好ましい。これにより、ピエゾ電界による第１障壁層１７ＢＬのバンドベンディングがピエゾ電界による第２障壁層１７Ｂのバンドベンディングよりも更に小さくなる。よって、ｐ型窒化物半導体層２７から第１量子井戸層１７ＡＬ及び第２量子井戸層１７Ａへのホールの注入効率が更に改善される。したがって、窒化物半導体発光素子１の発光効率を更に高めることができ、駆動電圧を更に低減することができる。それだけでなく、Ａｌ組成の高い領域がアンドープ層１９に存在するので、ｐ型ドーパントの拡散を更に抑制でき、したがって、温度特性を更に高めることができる。
【０１０９】
ｐ型窒化物半導体層２７の最も近くに位置する量子井戸層である第１量子井戸層１７ＡＬでは、第１量子井戸層１７ＡＬの厚さ方向における中点Ｍと第１量子井戸層１７ＡＬにおいてｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点Ｘとの距離ｄ1（ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1）が１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【実施例】
【０１１０】
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。【０１１１】
＜実施例１＞
［窒化物半導体発光素子の製造］
実施例１では、図３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。まず、基板として、凹凸加工が上面に施されたサファイアからなるウエハ（１００ｍｍ径）を準備した。そのウエハの上面にＡｌＮ層（バッファ層）をスパッタ法により形成した。【０１１２】
次に、バッファ層が形成されたウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置に入れた。原料ガスとしてＴＭＧ(trimethyl  gallium)ガスとＮＨ3ガスとを用いて、バッファ層の上面にアンドープＧａＮ層（下地層、厚さが４μｍ）を成長させた。【０１１３】
次に、ドーパント用ガスとしてＳｉＨ4ガスを加えて、下地層の上面にｎ型ＧａＮ層（第１ｎ型窒化物半導体層）を成長させた。第１ｎ型窒化物半導体層の厚さは３μｍであり、第１ｎ型窒化物半導体層におけるｎ型ドーパント濃度は１×１０19ｃｍ-3であった。【０１１４】
次に、ウエハを第１ＭＯＣＶＤ装置から取り出し第２ＭＯＣＶＤ装置に入れた。ウエハの温度を１０５０℃に維持し、第１ｎ型窒化物半導体層の上面にｎ型ＧａＮ層（第２ｎ型窒化物半導体層）を成長させた。第２ｎ型窒化物半導体層の厚さは１．５μｍであった。【０１１５】
次に、ウエハの温度を８８０℃に維持して第２ｎ型窒化物半導体層の上面に超格子層を成長させた。具体的には、ＳｉドープＧａＮ層（第２半導体層）とＳｉドープＩｎＧａＮ層（第１半導体層）とを交互に２０周期、成長させた。【０１１６】
第１半導体層の原料ガスとしては、ＴＥＧガスとＴＭＩ(trimethyl  indium)ガスとＮＨ3ガスとＳｉＨ4ガスとを用いた。第１半導体層のそれぞれの厚さは１．７５ｎｍであった。第１半導体層を成長させる際、第１半導体層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の流量及び成長温度を調整した。そのため、第１半導体層のそれぞれの組成はＩｎvＧａ1-vＮ（ｖ＝０．１０）であった。キャリアは第１半導体層と第２半導体層とに拡散して超格子層で平均化されたため、超格子層の平均キャリア濃度は約１×１０19ｃｍ-3であった。【０１１７】
第２半導体層の原料ガスとしては、ＴＥＧガスとＮＨ3ガスとＳｉＨ4ガスとを用いた。第２半導体層のそれぞれの厚さは１．７５ｎｍであり、第２半導体層のそれぞれにおけるＳｉ濃度は１×１０19ｃｍ-3であった。【０１１８】
次に、ウエハの温度を８５０℃に下げて発光層を成長させた。具体的には、アンドープＧａＮ層（第２障壁層）とアンドープＩｎＧａＮ層（量子井戸層）とを交互に８周期、成長させた。【０１１９】
第２障壁層の原料ガスとしてはＴＥＧガスとＮＨ3ガスとを用い、キャリアガスとしてはＮ2ガスとＨ2ガスとを用いた。第２障壁層のそれぞれの成長速度を６０ｎｍ／ｈｏｕｒとした。第２障壁層のそれぞれの厚さは４ｎｍであった。【０１２０】
また、第２障壁層のそれぞれを第２下部障壁層（厚さが１．３ｎｍ）と第２上部障壁層（厚さが２．７ｎｍ）とで構成した。Ｈ2ガスを添加することなく第２下部障壁層を形成し、Ｈ2ガスを６体積％添加して第２上部障壁層を形成した。【０１２１】
第２障壁層の成長後、ＴＥＧガスの供給を停止すると同時にＨ2ガスの供給も停止し、ＮＨ3ガス及びＮ2ガスのみを３０秒間流した。その後、量子井戸層の成長を開始した。【０１２２】
量子井戸層の原料ガスとしてはＴＭＩガスとＴＥＧガスとＮＨ3ガスとを用い、キャリアガスとしてはＮ2ガスを用いた。量子井戸層の成長速度を４０ｎｍ／ｈｏｕｒとした。量子井戸層のそれぞれの厚さは４ｎｍであった。量子井戸層がフォトルミネッセンスにより発する光の波長が４４５ｎｍとなるように、ＴＭＩの流量を調整した。そのため、量子井戸層のそれぞれの組成はＩｎzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．１３）であった。【０１２３】
第１量子井戸層の上面に、厚さが４ｎｍのアンドープＧａＮ層（第１障壁層）を成長させた。第１障壁層を第１下部障壁層（厚さが１．３ｎｍ）と第１上部障壁層（厚さが２．７ｎｍ）とで構成した。Ｈ2ガスを添加することなく第１下部障壁層を形成し、Ｈ2ガスを６体積％添加して第１上部障壁層を形成した。【０１２４】
次に、ウエハの温度を上げて、第１障壁層の上面に、第１アンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（厚さが４ｎｍ，第１アンドープ層）と第２アンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（厚さが２ｎｍ，第２アンドープ層）とを成長させた。【０１２５】
次に、第２アンドープ層の上面に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（第１ｐ型窒化物半導体層）、ｐ型ＧａＮ層（第２ｐ型窒化物半導体層）及びｐ型コンタクト層（第３ｐ型窒化物半導体層）を順に成長させた。【０１２６】
次に、第２ｎ型窒化物半導体層の一部分が露出するように、第３ｐ型窒化物半導体層、第２ｐ型窒化物半導体層、第１ｐ型窒化物半導体層、第２アンドープ層、第１アンドープ層、発光層、超格子層、及び、第２ｎ型窒化物半導体層をエッチングした。このエッチングにより露出した第２ｎ型窒化物半導体層の上面に、Ａｕからなるｎ側電極を形成した。また、第３ｐ型窒化物半導体層の上面に、ＩＴＯからなる透明電極とＡｕからなるｐ側電極とを順に形成した。その後、主として、透明電極の上面と、第２ｎ型窒化物半導体層の上面と、上述の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、ＳｉＯ2からなる透明保護膜を形成した。【０１２７】
その後、ウエハを４３０μｍ×４８０μｍ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作製した。【０１２８】
［評価］
得られた窒化物半導体発光素子をＴＯ−１８型ステムにマウントし樹脂封止を行なわずに光出力を測定した。【０１２９】
駆動電流５０ｍＡ及び駆動電圧２．９Ｖでは、窒化物半導体発光素子の光出力は７７ｍＷ（ドミナント波長４５１ｎｍ）であった。この結果から、駆動電流が５０ｍＡであるときの窒化物半導体発光素子の外部量子効率は５５％であった。【０１３０】
駆動電流１２０ｍＡ及び駆動電圧３．０Ｖでは、窒化物半導体発光素子の光出力は１７７ｍＷ（ドミナント波長４５１ｎｍ）であった。この結果から、駆動電流が１２０ｍＡであるときの窒化物半導体発光素子の外部量子効率は５２．７％であった。【０１３１】
以上より、駆動電流が５０ｍＡであるときの窒化物半導体発光素子の外部量子効率に対する駆動電流が１２０ｍＡであるときの窒化物半導体発光素子の外部量子効率の割合は９５．８％であった。このように駆動電流が増加しても窒化物半導体発光素子の外部量子効率がほとんど低下しないことが確認された。よって、ドループ現象が抑制されていることが分かった。【０１３２】
また、室温での外部量子効率に対する１００℃での外部量子効率の割合（以下では「温度特性」と記す）は９９％と算出された。このように温度が上昇しても窒化物半導体発光素子の外部量子効率がほとんど低下しないことが確認された。【０１３３】
図６に示すＩｎ濃度プロファイルにおいて、第１量子井戸層の厚さ方向における中点（地点Ｍ）は、第１量子井戸層のＩｎイオン強度のピーク位置のうち最もｐ型窒化物半導体層側に位置するピーク位置に相当する。このようにして求められた地点Ｍと第１量子井戸層においてｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点Ｘとの距離ｄ1（ｐ型ドーパントの拡散距離ｄ1）は、１．５ｎｍであった。【０１３４】
＜実施例２〜５＞
実施例２〜５では、表１に示す第１アンドープ層及び第２アンドープ層を形成して窒化物半導体発光素子を製造した。それ以外の点については上記実施例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。【０１３５】
【表１】
2016002419.tif 000003
【０１３６】
図７には、第２アンドープ層のＡｌ組成と温度特性との関係を示す。図７に示すように、第２アンドープ層のＡｌ組成は１０％（０．１）以上であれば、第２アンドープ層のＡｌ組成が１０％（０．１）未満である場合よりも、窒化物半導体発光素子の温度特性が更に向上した。よって、第２アンドープ層のＡｌ組成は１０％（０．１）以上であることが好ましいと言える。【０１３７】
＜実施例６〜９＞
実施例６〜９では、表２に示す第１アンドープ層及び第２アンドープ層を形成して窒化物半導体発光素子を製造した。それ以外の点については上記実施例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。【０１３８】
【表２】
2016002419.tif 000004
【０１３９】
図８には、第２アンドープ層の厚さと温度特性との関係を示す。図８に示すように、第２アンドープ層の厚さが１ｎｍ以上であれば、第２アンドープ層の厚さが１ｎｍ未満である場合よりも、窒化物半導体発光素子の温度特性が更に向上した。よって、Ａｌ組成が１０％（０．１）以上のアンドープ層の厚さは１ｎｍ以上であることが好ましいと言える。【０１４０】
＜実施例１０＞
実施例１０では、図２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。つまり、第１アンドープ層と第２アンドープ層とを形成する代わりに、Ａｌ組成が１６％（０．１６）であるアンドープＡｌＧａＮ層（厚さが５ｎｍ）を形成した。本実施例においても、上記実施例１と同様の外部量子効率及び温度特性が得られた。【０１４１】
＜実施例１１＞
実施例１１では、図４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。つまり、第１障壁層の上面から第１ｐ型窒化物半導体層へ向かってＡｌ組成が１０％（０．１）から１８％（０．１８）へと徐々に変化するようにアンドープ層（厚さが６ｎｍ）を形成した。本実施例においても、上記実施例１と同様の外部量子効率及び温度特性が得られた。【０１４２】
＜実施例１、１２、１３及び比較例１、２＞
実施例１２、１３及び比較例１、２では、表３に示す第１障壁層及び第１アンドープ層を形成して窒化物半導体発光素子を製造した。それ以外の点については上記実施例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。【０１４３】
得られた窒化物半導体発光素子に対して、駆動電流５０ｍＡ及び駆動電圧２．９Ｖであるときの光出力を求めた。その結果から、駆動電流が５０ｍＡであるときの窒化物半導体発光素子の外部量子効率を求めた。【０１４４】
【表３】
2016002419.tif 000005
【０１４５】
表３において、「合計の厚さ(nm)*31」は第１障壁層の厚さと第１アンドープ層の厚さとの合計を意味し、「外部量子効率(%)*32」は駆動電流が５０ｍＡであるときの窒化物半導体発光素子の外部量子効率を意味する。【０１４６】
表３に示すように、第１障壁層の厚さが小さくなるほど、窒化物半導体発光素子の外部量子効率が高かった。特に、第１障壁層の厚さが第２障壁層の厚さ（４ｎｍ）未満であれば、窒化物半導体発光素子の外部量子効率は非常に高くなった。よって、第１障壁層の厚さは第２障壁層の厚さ未満であることがより好ましいと言える。【０１４７】
＜実施例１４＞
実施例１４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。つまり、第１アンドープ層と第２アンドープ層とを形成する代わりに、Ａｌ組成が２０％（０．２）であるアンドープＡｌＧａＮ層（厚さが４ｎｍ）を形成した。この点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。【０１４８】
本実施例と上記実施例１０とでは、アンドープ層のＡｌ組成とアンドープ層の厚さとが異なるにすぎなかった。しかし、本実施例では、上記実施例１０に比べて、窒化物半導体発光素子の性能及び生産性が更に向上した。その理由として次に示す事項が考えられる。【０１４９】
本実施例では、アンドープ層のＡｌ組成が２０％（０．２）であったので、アンドープ層とアンドープ層の上面に成長されるｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（第１ｐ型窒化物半導体層）とでＡｌ組成が同一となった。これにより、アンドープ層を成長させた後であってｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を成長させる前に、ＴＭＡ(trimethyl  aluminium)ガスの流量を変更するための成長中断工程を行う必要がなかった。よって、高温での保持時間を短くすることができた。これらのことから上述の結果が得られたと考えられる。【０１５０】
＜実施例１５＞
実施例１５では、図３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。しかし、第１障壁層及び第２障壁層は、Ａｌを含み、Ａｌ組成が０．２％（０．００２）のＡｌＧａＮ層であった。第１障壁層及び第２障壁層がＡｌＧａＮ層（Ａｌ組成が０．２％（０．００２））であれば、第１障壁層及び第２障壁層とアンドープ層とのバンドギャップエネルギー差が小さくなる。これにより、本実施例におけるピエゾ電界による第１障壁層のバンドベンディングの方が、上記実施例１におけるピエゾ電界による第１障壁層のバンドベンディングよりも小さくなる。よって、本実施例では、上記実施例１に比べて発光効率が更に向上した。また、第１障壁層及び第２障壁層はＡｌ組成が０．２％（０．００２）のＡｌＧａＮ層であるので、上記実施例１に比べてＭｇの拡散を防止でき、よって、上記実施例１に比べて温度特性が更に向上した。【０１５１】
＜実施例１６＞
実施例１６では、発光波長が４０５ｎｍとなるように量子井戸層の組成を調整し、第１障壁層及び第２障壁層はＡｌ組成が３％（０．０３）のＡｌＧａＮ層とした。これらの点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。発光波長が近紫外領域に位置する場合であっても窒化物半導体発光素子の性能が向上することが確認された。【０１５２】
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請求の範囲によって示され、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】
【０１５３】
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、９  第１ｎ型窒化物半導体層、１１  第２ｎ型窒化物半導体層、１３  ｎ型窒化物半導体層、１５  超格子層、１５Ａ  第１半導体層、１５Ｂ  第２半導体層、１７  発光層、１７Ａ  第２量子井戸層、１７ＡＬ  第１量子井戸層、１７Ｂ  第２障壁層、１７ＢＬ  第１障壁層、１９  アンドープ層、１９Ａ  第１アンドープ層、１９Ｂ  第２アンドープ層、２１  第１ｐ型窒化物半導体層、２１Ｄ  第１下側ドープ層、２１Ｕ  第１上側アンドープ層、２３  第２ｐ型窒化物半導体層、２３Ｄ  第２上側ドープ層、２３Ｕ  第２下側アンドープ層、２５  第３ｐ型窒化物半導体層、２７  ｐ型窒化物半導体層、２９  ｎ側電極、３１  透明電極、３３  ｐ側電極、３５  透明保護膜。
【図１】
2016002419.tif 000006
【図２】
2016002419.tif 000007
【図３】
2016002419.tif 000008
【図４】
2016002419.tif 000009
【図５】
2016002419.tif 000010
【図６】
2016002419.tif 000011
【図７】
2016002419.tif 000012
【図８】
2016002419.tif 000013
【図９】
2016002419.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月7日(2016.12.7)
【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、ｐ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に設けられた発光層とを備えた窒化物半導体発光素子であって、
前記発光層は、１つ以上の量子井戸層と、前記量子井戸層を挟む２つ以上の障壁層とを有し、
前記２つ以上の障壁層のうち前記ｐ型窒化物半導体層の最も近くに位置する障壁層である第１障壁層の厚さは、前記第１障壁層とは異なる障壁層の厚さ未満であり、
前記第１障壁層と前記ｐ型窒化物半導体層との間には、一般式ＡｌsＧａtＩｎuＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｕ＜１、ｓ＋ｔ＋ｕ＝１）で表される窒化物半導体からなるアンドープ層がこの順で設けられている窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記アンドープ層は、前記第１障壁層よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記アンドープ層は、Ａｌ組成が０．１以上である窒化物半導体からなり、且つ、厚さが１ｎｍ以上である層を含む請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記アンドープ層は、Ａｌ組成が異なる２層以上の層を含む請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記アンドープ層は、Ａｌ組成が前記アンドープ層の厚さ方向において傾斜的に変化して構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記Ｐ型窒化物半導体層は、ｐ型ドーパントがドーピングされて構成された層であり、前記量子井戸層は、アンドープＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）層であり、且つ、前記ｐ型窒化物半導体層から前記発光層へ前記アンドープ層を介してｐ型ドーパントが拡散しており、前記ｐ型窒化物半導体層の最も近くに位置する量子井戸層である第１量子井戸層では、前記第１量子井戸層の厚さ方向における中点と前記第１量子井戸層においてｐ型ドーパント濃度が１×１０19ｃｍ-3となる地点との距離が１０ｎｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
【国際調査報告】
2016002419.tif 000015
2016002419.tif 000016
2016002419.tif 000017
2016002419.tif 000018