(57)【要約】【課題】発光効率が高く、長寿命の窒化物半導体の発光素子を提供することである。【解決手段】窒化物半導体発光素子２０は、ＧａＮ基板２１上にＡｌ組成が不均一なＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層２２、２３を形成し、その上に窒化物半導体層２４〜３１を設け、ｘの値が２つの値を有し、その値の差が０．０５以上であり、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層２２、２３はその面内において、ｘの値毎に周期的に配置し、小さい方のｘの値を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ層２３が、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層２２、２３全体の断面積の５０％以上である構成とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層を形成し、その上に窒化物半導体層を設けた窒化物半導体発光素子において、
前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層のＡｌ組成が不均一であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｘの値が少なくとも２つ以上の値を有し、各値の差が０．０５以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層はその面内において、前記ｘの各値毎に周期的に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｘの値が２つである場合、小さい方のｘの値を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層全体の断面積の５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ基板やサファイア基板上にＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層を形成し、その上に窒化物半導体層を設けた窒化物半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、又はこれらの混晶に代表される窒化物半導体材料は、バンドギャップが直接遷移型であり、なかでもＩｎＧａＮの混晶は、赤色から紫外光で発光させることが可能なため短波長の材料として注目されてきた。すでに、同結晶を用いた紫外から緑色に至る波長の発光ダイオードは実用化され、また青紫レーザダイオードにおいても室温連続発振で１００００時間を越える寿命が達成されるなど、実用化へ向けて急速に進歩している。
【０００３】
この急速な進歩の要因の一つに選択横方向成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒ  Ｇｒｏｗｔｈ；以下ＥＬＯＧと記す）による低転位化技術がある。近年、同技術をサファイア基板に適用し、ハイドライドＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；以下ＨＶＰＥと記す）法でのＧａＮの成長における転位削減にも有効であることが見出された。同技術で成長したＧａＮ層中の貫通転位等は少なく、同層上に作製したレーザダイオード（ＬＤ）素子において長寿命化できることが報告されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に窒化物半導体を成長後、若しくは成長前に、その窒化物半導体層表面、若しくは異種基板の表面に、窒化物半導体が縦方向に成長しにくい性質を有する保護膜をストライプ形状等に形成し、その保護膜上に窒化物半導体を横方向に成長させる方法が開示されている。
【０００５】
一方、ＨＶＰＥ法を用いて作製されたＧａＮを基板として用いることが提案されている。ＧａＮ基板を使用することにより、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法等で同基板上に作製される窒化物半導体層の結晶欠陥が低減でき、窒化物半導体発光素子の寿命の向上が期待される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１９１６３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サファイア基板上では同基板上に作製される窒化物半導体層との格子定数差のため、またＧａＮ系基板上では転位欠陥等による結晶の歪みのため、これら基板上に作製される窒化物半導体層にクラックが多数入ることが確認された。
【０００８】
これらのクラックを含めた結晶欠陥は非発光再結合中心として働いたり、欠陥部分が電流のパスとして働き漏れ電流の原因となるため、駆動電圧が高く、歩留りが悪いという欠点があった。特に、発光素子では、この欠陥により閾値電流密度が増加し素子寿命が短くなるため、クラックを含めた欠陥密度の低減は重要である。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑み、発光効率が高く、長寿命の窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、基板上にＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層を形成し、その上に窒化物半導体層を設けた窒化物半導体発光素子において、前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層のＡｌ組成が不均一であることを特徴とするものである。
【００１１】
この構成により、窒化物半導体層の歪みが緩和され、結晶欠陥が非常に少ない素子となる。従って、発光効率の向上と長寿命化を実現することができる。また、歩留りの向上も挙げられる。更に、結晶欠陥によるパス電流を低減できるため、素子の駆動電圧を下げることができる。
【００１２】
上記の窒化物半導体発光素子において、結晶欠陥を低減するためには、前記ｘの値は少なくとも２つ以上の値を有し、各値の差が０．０５以上であることが必要である。
【００１３】
また上記の窒化物半導体発光素子において、前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層はその面内において、前記ｘの各値毎に周期的に配置されることが望ましい。例えば、窒化物半導体発光素子の共振器長に合わせて素子のエッジ部にクラック緩和層である高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層を配置することができる。
【００１４】
また上記の窒化物半導体発光素子において、前記ｘの値が２つである場合、小さい方のｘの値を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層全体の断面積の５０％以上であることが望ましい。この面積比が５０％以下になると、大きい方のｘの値を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ層に発生した歪みが、逆に小さい方のｘの値を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ層上へ影響し歪ませるため、クラック数が増加するからである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の基板には、ＧａＮ系基板、又はサファイア基板やＳｉ基板等の異種基板を用いる。そして、その基板上に窒化物半導体層を設けて窒化物半導体発光素子を作製する。その際、基板上に２つ以上の異なるＡｌ組成で構成されたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層を形成することにより、結晶の歪みを低減する。更に、２つ以上の異なるＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を面内で周期的に形成することにより、このＡｌＧａＮ層上に成長した窒化物半導体層の結晶欠陥の緩和及びクラック数の低減を実現する。以下では、ＡｌＧａＮ層の面内Ａｌ組成が２つの値をとる場合を例に説明する。
【００１６】
はじめに、面内Ａｌ組成が不均一なＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層の導入による結晶欠陥の低減について説明する。図１（ａ）は、ＧａＮ基板上に２つの異なるＡｌ組成で構成されたＡｌＧａＮ層を、さらにその上にＧａＮ層を成長させた構造の断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の上面図である。
【００１７】
ＧａＮ基板１０上に２種のＡｌＧａＮ層１１、１２が積層されている。ここで２種のうち、高いＡｌ組成の層を高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層（或いは、高混晶領域、高Ａｌ組成領域、高歪領域）１１と呼び、低いＡｌ組成の層を低Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層（或いは、低混晶領域、低Ａｌ組成領域、低歪領域）１２と呼ぶ。更に、ＡｌＧａＮ層１１、１２上にはＧａＮ層１３が積層されている。高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層１１内及びその上方のＧａＮ層１３部分には結晶欠陥１４が生じている。図中、結晶欠陥１４は線で模式的に表している。
【００１８】
通常、ＡｌＧａＮ層上に成長した窒化物半導体には、その格子定数並びに熱膨張係数等の差により歪が発生する。すなわちＡｌ混晶比が高い場合、その差がより拡がり、本層上に成長した窒化物半導体にはより多くの結晶欠陥が発生する。故に、２つの異なるＡｌ組成のＡｌＧａＮ層を同一面内に形成することにより高歪領域１１と低歪領域１２ができる。この高歪領域１１上に歪が集中し、低歪領域１２側の歪を緩和させることにより面全体での歪を緩和してクラックを防止できる効果と、高歪領域１１上で欠陥を多量に発生させることにより故意にクラックを発生させ歪を緩和する効果とがある。
【００１９】
また、高Ａｌ組成領域１１上の欠陥により隣り合った低Ａｌ組成領域１２の歪みの影響が分断され、発生したクラックは図１（ｂ）に示すように、高Ａｌ組成領域１１で止まるため、万が一クラックが発生した場合でも、その面積を最小限に留めることができ、歩留まり向上に繋がる。しかしながら、高混晶領域１１と低混晶領域１２のＡｌ組成の差が小さいと歪緩和は生じない。また、高Ａｌ組成側のＡｌ混晶比は、その上に欠陥を発生させなければならないため高い方が良い。実験の結果、低混晶領域１２と高混晶領域１１のＡｌ混晶比の差は少なくとも０．０５以上であることが好ましい。更に、高混晶領域１１のＡｌ組成は少なくとも０．０８以上であれば良く、好ましくは０．１５以上である。
【００２０】
図２は、高Ａｌ組成のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎの面内面積比を変化させた時の窒化物半導体発光素子の低Ａｌ組成領域表面上のクラック数の変化を示す図である。高混晶領域の増加と共にクラック数は減少し、面積比１０％でクラック数が０となった。このことから高Ａｌ組成を導入し、Ａｌ組成が不均一な面を形成することによりクラック数が減少することが分かる。しかしながら、高混晶領域の面積比が５０％以上になるとクラック数は再び増大し始めた。これらの現象は次の理由によるものであると考えられる。
【００２１】
ＡｌＧａＮ層上に形成した窒化物半導体には、ＡｌＧａＮ層との格子定数並びに熱膨張係数等の差により歪が生じ、結晶欠陥が発生することは前述した通りである。高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層領域では、低Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層上に形成される窒化物半導体より多くの結晶欠陥が発生し、このため場合によってはクラックが発生する。この高混晶領域を面内に導入した場合、低混晶領域の歪みは高混晶領域の歪みに集中して緩和される。特に、高混晶領域上でクラックが発生した場合、低混晶領域の歪みは完全に吸収される。
【００２２】
しかしながら、高混晶領域の面積が小さい面積比（０．５％以下）の場合、高混晶領域付近の歪みを緩和するのには十分であるが、距離がある低混晶領域の歪みは緩和されなかった。一方、高混晶領域の面積比を５０％以上と大きくした場合、その領域上に発生した歪みは、逆に低混晶領域上へ影響し歪ませるため、結果として低混晶領域に結晶欠陥が発生するため比較的効果は小さく、クラック数は増加する。また、面積比の大小に係わらず高混晶領域を面内で周期的に導入した方がその効果は高かった。しかしながら、高混晶領域の面内面積比Ａは、１枚の基板から取れるＬＤチップ数を考慮すると５０％以下であれば良いが、好ましくは０．５≦Ａ≦３０（％）である。
【００２３】
更に、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎの高混晶領域（ストライプ状面積比３０％）およびＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎの低混晶領域上にＬＥＤ素子を作製し、同ＡｌＧａＮ層を導入しない素子と発光出力を比較した結果、最大で６倍以上の発光出力と０．４Ｖの素子電圧低減を実現できた。これは非発光再結合中心として働く結晶欠陥、電流のパスとして働き漏れ電流の原因となるクラック及び欠陥の低減を図った結果である。
【００２４】
以上より、本発明の窒化物半導体発光素子は、窒化物半導体層の歪みが緩和され、結晶欠陥が非常に少ない素子である。従って、発光効率が高く長寿命化を実現することができる。また、歩留りの向上も挙げられる。更に、結晶欠陥によるパス電流を低減できるため、素子の駆動電圧を下げることができる。以下、本発明の実施例について説明する。
【００２５】
（実施例１）
図３は、実施例１の窒化物半導体発光素子２０の構造を示す断面図である。２１は、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ基板であり、ＨＶＰＥ法を用いて作製する。２２は高Ａｌ組成のノンドープＡｌＧａＮ層であり、ＨＶＰＥ法もしくはＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）のどちらかを用いて作製する。２３は低Ａｌ組成のＳｉドープもしくはノンドープＡｌＧａＮ層、２４はＳｉドープｎ型ＧａＮ層、２５はＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層、２６はＳｉドープＧａＮガイド層である。２７は発光層（多重量子井戸層）であり、ＳｉドープＩｎＧａＮ層とノンドープＩｎＧａＮ層からなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造である。２８はＭｇドープＡｌＧａＮの発光層蒸発防止層、２９はＭｇドープＧａＮガイド層、３０はＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層、３１はＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層である。３２はｎ型電極、３３はｐ型透光性電極、３４はｐ型電極であり、蒸着法で作製する。
【００２６】
次に、この窒化物半導体発光素子２０の製造方法について説明する。まず面内分布が不均一なＡｌＧａＮ層の作製方法を説明する。ＡｌＧａＮ層２２、２３の成長には、ＨＶＰＥもしくはＭＯＣＶＤ法を使用する。ＨＶＰＥ法にて成長させる場合、３族元素の輸送ガスとして反応炉内でＧａメタルを８５０℃で加熱してＨＣｌガスと反応させたＧａＣｌ３、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を使用する。一方、ＭＯＣＶＤ法にて成長する場合は、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡを使用する。５族元素の輸送ガスはＮＨ３を使用する。ｎ型ドーパントの輸送ガスはＳｉＨ４（シラン）、ｐ型ドーパントの輸送ガスはＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエチルマグネシウム）、又はエチルＣｐ２Ｍｇを使用する。
【００２７】
図４は、ＡｌＧａＮ層２２、２３の製造工程を示す断面図である。まず図４（ａ）のように、ＧａＮ基板２１上に高Ａｌ組成ＳｉドープもしくはノンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ層２２を成長させる。次に図４（ｂ）のように、成長した基板を反応炉から取り出し、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２上へストライプ上に幅１００μｍのＳｉＯ２マスク３５を５００μｍ間隔で作製する。即ち、マスクされる高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２の領域が基板面内面積の２０％となっている。次に図４（ｃ）のように、マスク３５されていない露出した領域のＡｌＧａＮ層２２をＲＩＥ法等で基板２１上面まで除去する。そして図４（ｄ）のように、ＭＯＣＶＤ法により低Ａｌ組成ＳｉドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層２３を成長させる。最後に図４（ｅ）、（ｆ）のように、反応炉から取り出した後、ＳｉＯ２マスク３５をフッ酸により除去し、面内組成が不均一なＡｌＧａＮ層２２、２３を得る。
【００２８】
次に、上記の基板を用いた窒化物半導体発光素子２０の製造方法について説明する。窒化物半導体層の成長にはＭＯＣＶＤ法を用いる。まず、上記の基板をＮＨ３を含んだ水素雰囲気中でＳｉドープｎ型ＧａＮ層２４の成長温度まで上昇させ、層厚０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層２４を成長させる。次に、層厚０．９５μｍのＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層２５、層厚０．１μｍのＳｉドープＧａＮ光ガイド層２６を順次成長させる。次に、層厚４ｎｍのＳｉドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ発光層及び層厚８ｎｍのノンドープＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎバリア層で周期数５（発光層数５、バリア層数６）の多重量子井戸層２７を成長させた後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮからなるＩｎＧａＮ蒸発防止層２８を成長させる。次に、層厚０．１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ光ガイド層２９、層厚０．５μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層３０、０．１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層３１を順次成長させる。
【００２９】
作製したウエハーは、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ基板２１の裏面にＴｉ／Ａｌのｎ型電極３２、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層３１の表面にＰｄのｐ型透光性電極３３及びＰｄ／Ａｕのｐ型電極３４を蒸着する。その後ウエハーをチップに分割して樹脂モールドを行い、図３に示した窒化物半導体発光素子２０とする。なお、ｐ型透光性電極３３、ｐ型電極３４をそれぞれＮｉ、Ｎｉ／Ａｕとしても同様の効果が得られる。
【００３０】
この窒化物半導体発光素子２０は発光ピーク波長が４０５ｎｍの青紫色で室温ＣＷ発振し発光出力は、４．５Ｖ、７０ｍＷであった。室温連続通電テストの寿命は１００００時間以上であった。また、素子表面上にはクラックは全く見られなかった。一方、面内Ａｌ組成が不均一なＡｌＧａＮ層を成長していないＧａＮ基板上に作製した図３と同構造の窒化物半導体発光素子では、素子表面に多数のクラックが観測され、発光ピーク波長は４０５ｎｍの青紫色で発光出力は５．５Ｖ、３０ｍＷで寿命は５００時間であった。
【００３１】
従って、面内Ａｌ組成不均一なＡｌＧａＮ層を導入することにより、基板上に作製した窒化物半導体層のクラックを防止し結晶欠陥を低減でき、発光出力ならびに素子寿命が改善できる。なお、本実施例においては、窒化物半導体発光素子２０の共振器長に合わせて素子のエッジ部にクラック緩和層である高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２を配置したが、例えば窒化物半導体発光素子が１０並びに２０個間隔でＡｌＧａＮ層２２を面内面積が同じになるように配置し場合においても同様な効果が得られる。また、サファイア、Ｓｉ基板上においても同様な効果が得られる。
【００３２】
（実施例２）
本実施例の窒化物半導体発光素子は、ＡｌＧａＮ層２２、２３の構成以外は実施例１の窒化物半導体発光素子２０と同様である。以下、本実施例の窒化物半導体発光素子の製造方法について説明する。
【００３３】
まず異なる２つの組成で形成されるＡｌＧａＮ層の作製方法を図４並びに図５に基づいて説明する。図４（ａ）のようにＧａＮ基板２１上に高Ａｌ組成ＳｉドープもしくはノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層２２を成長させる。次に、成長した基板を反応炉から取り出し、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２上へ、図５のように、１６０μｍ□のＳｉＯ２マスク３５を４００μｍ間隔で超格子状に作製する。この場合、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２の基板面内面積比は１９％となる。次に、図４（ｃ）のように、露出した領域のＡｌＧａＮ層２２をＲＩＥ法等で基板２１まで除去する。そして、図４（ｄ）のように、ＭＯＣＶＤ法により低組成ＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層を成長する。最後に、反応炉から取り出した後、ＳｉＯ２マスク３５を除去し、面内組成が不均一なＡｌＧａＮ層を得る。
【００３４】
次に、上記のＡｌＧａＮ層２２、２３上に実施例１と同様にしてＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体層と電極構造を作製した後、ウエハーをチップに分割して樹脂モールドを行い窒化物半導体発光素子とする。
【００３５】
この窒化物半導体発光素子は、その表面にクラック等は全く見られず、発光ピーク波長が４０５ｎｍの青紫色で室温ＣＷ発振し発光出力は４．７Ｖ、５０ｍＷであった。室温連続通電テストの寿命は２００００時間以上であった。一方、本面内Ａｌ組成が不均一なＡｌＧａＮ層を成長していないＧａＮ基板上に作製した図３と同構造の窒化物半導体発光素子では、発光ピーク波長は４０４ｎｍの青紫色で発光出力は５．６Ｖ、２５ｍＷであった。この素子表面には多数のクラックが見られ、このため寿命は４５０時間であった。
【００３６】
従って、面内Ａｌ組成不均一なＡｌＧａＮ層を導入することにより、基板上に作製した窒化物半導体層のクラックを防止し結晶欠陥を低減でき、発光出力ならびに素子寿命が改善できる。
【００３７】
（実施例３）
図６は、実施例３の窒化物半導体発光素子４０の構造を示す断面図である。ＡｌＧａＮ層２２、２３の構成以外は実施例１の窒化物半導体発光素子２０と同様である。以下、本実施例の窒化物半導体発光素子４０の製造方法について説明する。
【００３８】
図４（ａ）のようにＧａＮ基板２１上に高Ａｌ組成ノンドープＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ層２２を成長させる。次に、成長した基板を反応炉から取り出し、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２上へ、図５のように、１６０μｍ□のＳｉＯ２マスク３５を４００μｍ間隔で超格子状に作製する。この場合、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２の基板面内面積比は１９％となる。次に、図４（ｃ）のように、露出した領域のＡｌＧａＮ層２２をＲＩＥ法等で基板２１まで除去する。この後、ＳｉＯ２マスク３５を除去し、１６０μｍ□の高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２が超格子状に配置されたＧａＮ基板を得る。
【００３９】
次に、上記の基板を実施例１と同様にＮＨ３ガスを含んだ水素雰囲気中で熱クリーニングした後、低Ａｌ組成Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層２３を高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ２２より厚く成長させ、異なる２つのＡｌ組成で形成されたＡｌＧａＮ層２２、２３を得る。このように、その厚みを高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２以上に形成された低Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２３は、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２との親和性が高く、十分にその歪みが緩和された状態で成長するため、結晶欠陥が低減される。
【００４０】
次に、上記のＡｌＧａＮ層２２、２３上に実施例１と同様にしてＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体層と電極構造を作製した後、ウエハーをチップに分割して樹脂モールドを行い窒化物半導体発光素子とする。但し、多重量子井戸層２７の周期数は２とする。
【００４１】
この窒化物半導体発光素子４０は、その表面にクラック等は全く見られず、発光ピーク波長が４０５ｎｍの青紫色で室温ＣＷ発振し発光出力は、４．４Ｖ、４０ｍＷであった。室温連続通電テストの寿命は２５０００時間以上であった。一方、本面内Ａｌ組成が不均一なＡｌＧａＮ層を成長していないＧａＮ基板上に作製した図６と同構造の窒化物半導体発光素子では、発光ピーク波長は４０５ｎｍの青紫色で発光出力は５．０Ｖ、３０ｍＷであった。この素子表面には多数のクラックが見られ、このため寿命は５２０時間であった。
【００４２】
従って、面内Ａｌ組成不均一なＡｌＧａＮ層を導入することにより、基板上に作製した窒化物半導体層のクラックを防止し結晶欠陥を低減でき、発光出力ならびに素子寿命が改善できる。
【００４３】
（実施例４）
図７は、実施例４の窒化物半導体発光素子５０の構造を示す断面図である。窒化物半導体発光素子５０は、実施例３の窒化物半導体発光素子４０の構成からＳｉドープｎ型ＧａＮ層２４とＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層２５をなくした構成である。
【００４４】
本実施例の窒化物半導体発光素子５０の製造方法について説明する。面内分布が不均一なＡｌＧａＮ層２２、２３の作製は、実施例３と同様にして行う。なお、高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２２は、層厚０．５μｍのノンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層とし、低Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層２３は層厚０．９５μｍとする。
【００４５】
次に、上記のＡｌＧａＮ層２２、２３上に実施例１と同様（Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層２４とＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層２５は除く）にしてＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体層と電極構造を作製した後、ウエハーをチップに分割して樹脂モールドを行い窒化物半導体発光素子とする。但し、多重量子井戸層２７の周期数は６とする。
【００４６】
この窒化物半導体発光素子５０は、その表面にクラック等は全く見られず、発光ピーク波長が４０５ｎｍの青紫色で室温ＣＷ発振し発光出力は、４．６Ｖ、６０ｍＷであった。室温連続通電テストの寿命は１８０００時間以上であった。一方、本面内Ａｌ組成が不均一なＡｌＧａＮ層を成長していないＧａＮ基板上に作製した図７と同構造の窒化物半導体発光素子では、発光ピーク波長は４０５ｎｍの青紫色で発光出力は５．３Ｖ、２５ｍＷであった。この素子表面には多数のクラックが見られ、このため寿命は２００時間であった。
【００４７】
従って、面内Ａｌ組成不均一なＡｌＧａＮ層を導入することにより、基板上に作製した窒化物半導体層のクラックを防止し結晶欠陥を低減でき、発光出力ならびに素子寿命が改善できる。また、面内Ａｌ組成の不均一なＡｌＧａＮ層２２、２３がｎ型クラッド層を兼ねているため、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層２４とＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層２５が不要となり、工程数が削減できる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体発光素子によると、窒化物半導体層の歪みが緩和され、結晶欠陥を非常に少なくすることができる。従って、発光効率が高く長寿命化を実現することができる。また、歩留りの向上も挙げられる。更に、結晶欠陥によるパス電流を低減できるため、素子の駆動電圧を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）ＧａＮ基板上に２つの異なるＡｌ組成で構成されたＡｌＧａＮ層を、さらにその上にＧａＮ層を成長させた構造の断面図である。
（ｂ）図１（ａ）の上面図である。
【図２】高Ａｌ組成のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎの面内面積比を変化させた時の窒化物半導体発光素子の低Ａｌ組成領域表面上のクラック数の変化を示す図である。
【図３】実施例１の窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図４】（ａ）ＡｌＧａＮ層の一製造工程を示す断面図である。
（ｂ）ＡｌＧａＮ層の一製造工程を示す断面図である。
（ｃ）ＡｌＧａＮ層の一製造工程を示す断面図である。
（ｄ）ＡｌＧａＮ層の一製造工程を示す断面図である。
（ｅ）ＡｌＧａＮ層の一製造工程を示す断面図である。
（ｆ）図４（ｅ）の上面図である。
【図５】ＡｌＧａＮ層の一製造工程を示す上面図である。
【図６】実施例３の窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図７】実施例４の窒化物半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    ＧａＮ基板
１１、２２    高Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層
１２、２３    低Ａｌ組成ＡｌＧａＮ層
１３    ＧａＮ層
１４    結晶欠陥
２０、４０、５０    窒化物半導体発光素子
２１    Ｓｉドープｎ型ＧａＮ基板
２４    Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
２５    ＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層
２６    ＳｉドープＧａＮガイド層
２７    発光層（多重量子井戸層）
２８    ＭｇドープＡｌＧａＮの発光層蒸発防止層
２９    ＭｇドープＧａＮガイド層
３０    ＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層
３１    Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層
３２    ｎ型電極
３３    ｐ型透光性電極
３４    ｐ型電極
３５    ＳｉＯ２マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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