(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、
前記基板上の前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたバッファ層と、
前記バッファ層の上面および前記保護膜上に配置され,ｎ型不純物をドープされたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置され，ｐ型不純物をドープされたｐ型半導体層と
を備え、
前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ型半導体層上に配置された透明電極と、
前記透明電極、前記ｐ型半導体層、前記活性層および前記ｎ型半導体層の一部を除去して得られた前記ｎ型半導体層面上に配置されたｎ側電極と、
前記透明電極上に配置されたｐ側電極と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記透明電極上に配置された反射積層膜をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、
前記基板上の前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたＡｌＮバッファ層と、
前記ＡｌＮバッファ層の上面および前記保護膜上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に配置され、前記ｎ型半導体層より低い濃度で前記ｎ型不純物が不純物添加されたブロック層と、
前記ブロック層上に配置され、バリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さい井戸層が交互に配置された積層構造を有し、インジウムを含む多重量子井戸からなる活性層と、
前記活性層上に配置され、ｐ型不純物を含む第１窒化物系半導体層と、
前記第１窒化物系半導体層上に配置され、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第２窒化物系半導体層と、
前記第２窒化物系半導体層上に配置され、前記第２窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物を含む第３窒化物系半導体層と、
前記第３窒化物系半導体層上に配置され、前記第３窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層と
を備え、
前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなり、
前記積層構造の最上層の最終バリア層の膜厚が、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物の拡散距離より厚いことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、
前記基板上の前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたＡｌＮバッファ層と、
前記ＡｌＮバッファ層の上面および前記保護膜上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に配置され、前記ｎ型半導体層より低い濃度で前記ｎ型不純物が不純物添加されたブロック層と、
前記ブロック層上に配置され、バリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さい井戸層が交互に配置された積層構造を有し、インジウムを含む多重量子井戸からなる活性層と、
前記活性層上に配置され、ｐ型不純物を含む第１窒化物系半導体層と、
前記第１窒化物系半導体層上に配置され、前記第１窒化物系半導体層の前記ｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第２窒化物系半導体層と、
前記第２窒化物系半導体層上に配置された透明電極と
を備え、
前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなり、
前記積層構造の最上層の最終バリア層の膜厚が、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物の拡散距離より厚いことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
前記透明電極の上には、さらに反射積層膜を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記半導体発光素子は、フリップチップ構造を備え、前記反射積層膜で反射された光は、前記基板側から取り出されることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、
前記基板上の前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたＡｌＮバッファ層と、
前記ＡｌＮバッファ層上面および前記保護膜上に配置され、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に配置され、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる井戸層が交互に配置された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層と、
前記活性層上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなるｐ型半導体層と
を備え、
前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
前記ｐ型半導体層は、
前記活性層上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子バリア層と、
前記電子バリア層上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子キャップ層と、
前記電子キャップ層上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第１窒化物系半導体層と、
前記第１窒化物系半導体層上に配置され、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第２窒化物系半導体層と、
前記第２窒化物系半導体層上に配置され、前記第２窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第３窒化物系半導体層と、
前記第３窒化物系半導体層上に配置され、前記第３窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第４窒化物系半導体層と
を備えることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
基板上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能するように、前記保護膜をパターニングし、前記基板を露出する工程と、
前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さでバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上面および前記保護膜上にｎ型不純物をドープされたｎ型半導体層を横方向エピタキシャル成長により形成する工程と、
前記ｎ型半導体層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上にｐ型不純物をドープされたｐ型半導体層を形成する工程と
を有し、
前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ｎ型半導体層を横方向エピタキシャル成長により形成する工程は、横方向エピタキシャル成長時において、第１の圧力にて形成する工程と、前記第１の圧力よりも高い第２の圧力にて形成する工程とを有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
基板上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能するように、前記保護膜をパターニングし、前記基板を露出する工程と、
前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さでＡｌＮバッファ層を形成する工程と、
前記ＡｌＮバッファ層上面および前記保護膜上に、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型半導体層を形成する工程と、
前記ｎ型半導体層上に、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる井戸層が交互に形成された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなるｐ型半導体層を形成する工程と
を有し、
前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ｐ型半導体層を形成する工程は、
前記活性層上に、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子バリア層を形成する工程と、
前記電子バリア層上に、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子キャップ層を形成する工程と、
前記電子キャップ層上に、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第１窒化物系半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物系半導体層上に、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第２窒化物系半導体層を形成する工程と、
前記第２窒化物系半導体層上に、前記第２窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第３窒化物系半導体層を形成する工程と、
前記第３窒化物系半導体層上に、前記第３窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第４窒化物系半導体層を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記保護膜の前記窓部分から前記ｎ型半導体層をエピタキシャル成長で形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記活性層と前記ｎ型半導体層との間にブロック層を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記基板は、前記保護膜に含まれるいかなる材料とも異なる材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に係り、特に外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などに、ＩＩＩ族窒化物系半導体からなる半導体発光素子が使用されている。ＩＩＩ族窒化物系半導体の例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などがある。代表的なＩＩＩ族窒化物系半導体は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１, ０≦ｙ≦１, ０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物系半導体を用いた半導体発光素子は、例えば、基板上にｎ型のＩＩＩ族窒化物系半導体層（ｎ型半導体層）、活性層（発光層）およびｐ型のＩＩＩ族窒化物系半導体層（ｐ型半導体層）をこの順に積層した構造を有する。そして、ｐ型半導体層から供給された正孔（ホール）とｎ型半導体層から供給された電子が活性層で再結合して発生する光を外部に出力する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
活性層として、井戸層（ウェル層）をウェル層よりもバンドギャップの大きなバリア層（バリア層）でサンドイッチ状に複数層挟んだ多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）構造が採用可能である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
有機金属気相堆積エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法において、サファイア基板上にＡｌＮまたはＧａＮ低温バッファ層を用いて得られるＧａＮの転位密度は、１０8〜１０10ｃｍ-2程度である。半導体レーザなどのデバイスを作成する上では、１０6ｃｍ-2程度以下が必要である。問題となる転位は、サファイア基板との界面領域から結晶成長と共に引き継がれる貫通転位である。
【０００６】
現在、転位密度を１０6〜１０7ｃｍ-2程度まで低減できる有効な方法として確立している技術は、選択横方向成長の特性を生かしたＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）技術である。
【０００７】
ＧａＮに適用されるＥＬＯ技術には、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法およびＭＯＶＰＥ法に基づくものがある。ＨＶＰＥ法は、成長速度を数１０〜数１００μｍ／ｈ程度に大きくとれることが特徴である。
【０００８】
ＨＶＰＥ法に基づく方法はＦＩＥＬＯ（Facet-Initiated Epitaxial Lateral Overgrowth）と呼ばれている。ＦＩＥＬＯでは、例えば、サファイア（０００１）面（ｃ面）上にＭＯＶＰＥ法で成長させた厚さ１〜１．５μｍのＧａＮ上に、ＳｉＯ2のストライプ状マスクパターンをリソグラフィーによって形成したものを下地として用いている。すなわち、従来の半導体発光素子においては、サファイア基板上にまず、ｎ型ＧａＮ層を数μｍ程度エピタキシャル成長させ、その後、ｎ型ＧａＮ層上にＳｉＯ2膜若しくはＳｉＮx膜を部分的に形成し、その後、ＳｉＯ2若しくはＳｉＮx膜以外のｎ型ＧａＮ層を選択横方向エピタキシャル成長の種結晶として、ｎ型半導体層を選択横方向エピタキシャル成長により形成している（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
しかしながら、サファイア基板の屈折率の値に近い屈折率を有するＳｉＯ2膜若しくはＳｉＮx膜の下側に、サファイア基板の屈折率の値とは大きく異なる屈折率を有するｎ型ＧａＮ層が配置されると、サファイア基板―ｎ型ＧａＮ層の界面で光の反射が起こり、半導体発光素子の光を有効に外部に取り出すことができず、外部発光効率が低下する。
【００１０】
従来構造では、有機金属気相堆積法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって窒化物系半導体を製造する場合には、例えば、成長用基板としてサファイア基板を用い、反応ガスとして有機金属化合物ガスを供給し、結晶成長温度を約９００℃〜１１００℃の高温で、サファイア基板上にＧａＮエピタキシャル成長層を形成していた。ＭＯＣＶＤ法を用いてサファイア基板上に直接成長されたＧａＮ半導体層の表面モフォロジーは極めて悪い。そこで、ＧａＮ半導体層を成長させる前に、サファイア基板上にＡｌＮのバッファ層を形成する方法が用いられている。しかしながら、上記方法は、バッファ層の成長条件が厳しく制限され、しかも膜厚を１００〜５００Å（オングストローム）  と非常に薄い範囲に厳密に制御する必要がある。また、ＡｌＮバッファ層上にＧａＮ層を結晶成長させる場合、格子定数不整合が顕著である。
【００１１】
また、ｐ型半導体層を多層構造に形成する場合、活性層への熱ダメージを低減させるために低温成長させる必要があり、同時に、順方向電圧（Ｖf）を低下させ、発光効率を向上させる必要がある。また、ｐ型半導体層としてＧａＮ層を適用する場合、発光波長に対する透明性の点で問題がある。
【００１２】
また、従来構造では、ＭＱＷのペア数は、４〜５ペアが用いられている。この場合、ｎ型半導体層から供給される電子が活性層を飛び越えてｐ型半導体層まで流れてしまう。この際、ｐ型半導体層から供給されるホールが活性層に達する前に電子と再結合してしまい、活性層に達するホール濃度が減少する。それにより、ＬＥＤの輝度が減少してしまう。これを防止するために、ｐ型半導体層の手前にバンドギャップの大きいｐ型ＡｌＧａＮ層を挿入する構造が用いられている。しかしながら、アルミニウム（Ａｌ）を導入するとｐ型化することが難しくなり、抵抗値が上昇してしまう。一方、活性層の井戸層にＩｎＧａＮ層を適用する場合、ｐ型半導体層の形成における高温プロセスに伴う熱ダメージに弱いという問題点がある。
【特許文献１】特開平１０−２８４８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−５５７１９号公報
【非特許文献１】酒井  朗、碓井  彰著、“ＧａＮ選択横方向による転位密度の低減”、応用物理、第６８巻、第７号、ｐｐ.７７４−７７９（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層にＡｌを添加し、熱ダメージを減少すると共に、発光波長に対する透過性を向上し、外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板と、基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、基板上の保護膜の窓部分に、保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたバッファ層と、バッファ層の上面および保護膜上に配置され,ｎ型不純物をドープされたｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上に配置された活性層と、活性層上に配置され，ｐ型不純物をドープされたｐ型半導体層とを備え、保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ保護膜の屈折率は、基板の屈折率とほぼ等しく、保護膜は、シリコン窒化膜からなる半導体発光素子が提供される。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、前記基板上の前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたＡｌＮバッファ層と、前記ＡｌＮバッファ層の上面および前記保護膜上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置され、前記ｎ型半導体層より低い濃度で前記ｎ型不純物が不純物添加されたブロック層と、前記ブロック層上に配置され、バリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さい井戸層が交互に配置された積層構造を有し、インジウムを含む多重量子井戸からなる活性層と、前記活性層上に配置され、ｐ型不純物を含む第１窒化物系半導体層と、前記第１窒化物系半導体層上に配置され、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第２窒化物系半導体層と、前記第２窒化物系半導体層上に配置され、前記第２窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物を含む第３窒化物系半導体層と、前記第３窒化物系半導体層上に配置され、前記第３窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層とを備え、前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなり、前記積層構造の最上層の最終バリア層の膜厚が、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物の拡散距離より厚い半導体発光素子が提供される。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、前記基板上の前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたＡｌＮバッファ層と、前記ＡｌＮバッファ層の上面および前記保護膜上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置され、前記ｎ型半導体層より低い濃度で前記ｎ型不純物が不純物添加されたブロック層と、前記ブロック層上に配置され、バリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さい井戸層が交互に配置された積層構造を有し、インジウムを含む多重量子井戸からなる活性層と、前記活性層上に配置され、ｐ型不純物を含む第１窒化物系半導体層と、前記第１窒化物系半導体層上に配置され、前記第１窒化物系半導体層の前記ｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第２窒化物系半導体層と、前記第２窒化物系半導体層上に配置され、透明電極からなる透明電極とを備え、前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなり、前記積層構造の最上層の最終バリア層の膜厚が、前記第１窒化物系半導体層のｐ型不純物の拡散距離より厚い半導体発光素子が提供される。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置され、窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能する保護膜と、前記基板上の前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さで配置されたＡｌＮバッファ層と、前記ＡｌＮバッファ層上面および前記保護膜上に配置され、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に配置され、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる井戸層が交互に配置された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層と、前記活性層上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなるｐ型半導体層とを備え、前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなる半導体発光素子が提供される。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、基板上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜が窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能するように、前記保護膜をパターニングし、前記基板を露出する工程と、前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さでバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層の上面および前記保護膜上にｎ型不純物をドープされたｎ型半導体層を横方向エピタキシャル成長により形成する工程と、前記ｎ型半導体層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上にｐ型不純物をドープされたｐ型半導体層を形成する工程とを有し、前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなる半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、基板上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜が窓部分を有し、断面形状において４０°〜６０°のテーパ角度で前記基板から離れるに従って先細りになるように前記基板の主面から突出して形成され、凸凹膜として機能するように、前記保護膜をパターニングし、前記基板を露出する工程と、前記保護膜の前記窓部分に、前記保護膜の上面の高さよりも低い高さでＡｌＮバッファ層を形成する工程と、前記ＡｌＮバッファ層上面および前記保護膜上に、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型半導体層を形成する工程と、前記ｎ型半導体層上に、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる井戸層が交互に形成された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層を形成する工程と、前記活性層上に、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなるｐ型半導体層を形成する工程とを有し、前記保護膜は、発光波長に対して透明であり、かつ前記保護膜の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ等しく、前記保護膜は、シリコン窒化膜からなる半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層にＡｌを添加し、熱ダメージを減少すると共に、発光波長に対する透過性を向上して、外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下において、同じブロックまたは要素には同じ符号を付して説明の重複を避け、説明を簡略にする。図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２４】
以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２５】
以下の本発明の実施の形態に係る半導体発光装置において、「透明」とは、透過率が約５０％以上であるものと定義する。「透明」とは、本発明の実施の形態に係る半導体発光装置において、可視光線に対して、無色透明という意味で使用する。可視光線は波長約３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ程度、エネルギー約３．４ｅＶ〜１．５ｅＶ程度に相当し、この領域で吸収および反射,散乱を起こさなければ、透明である。
【００２６】
透明性はバンドギャップＥgとプラズマ周波数ωpによって決定される。バンドギャップＥgが約３．１ｅＶ以上である場合、可視光線では電子のバンド間遷移が起こらないため、可視光線を吸収せずに透過する。一方、プラズマ周波数ωpよりも低エネルギーの光は、プラズマ内部に進入できないため、プラズマとみなせるキャリアによって、反射される。プラズマ周波数ωpは、キャリア密度をｎ、電荷をｑ、誘電率をε、有効質量をｍ*とすると、ωp＝（ｎｑ2／εｍ*）1/2で表され、キャリア密度の関数である。
【００２７】
[第１の実施の形態]
（素子構造）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１０と、基板１０上に配置された保護膜１８と、保護膜１８に挟まれた基板１０上および保護膜１８上に配置され,ｎ型不純物をドープされたｎ型半導体層１２と、ｎ型半導体層１２上に配置された活性層１３と、活性層１３上に配置され，ｐ型不純物をドープされたｐ型半導体層１４とを備える。
【００２８】
また、保護膜１８に挟まれた基板１０上に配置されたバッファ層１６をさらに備えていても良い。
【００２９】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層１４上に配置された透明電極１５と、透明電極１５、ｐ型半導体層１４、活性層１３およびｎ型半導体層１２の一部を除去して得られたｎ型半導体層１２面上に配置されたｎ側電極２００と、透明電極１５上に配置されたｐ側電極１００とを備える。
【００３０】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、後述する図１０に示すように、透明電極１５上に配置された反射積層膜２８をさらに備えていても良い。
【００３１】
保護膜１８は、発光波長に対して透明であり、かつ保護膜１８の屈折率は、基板１０の屈折率とほぼ等しい。例えば、保護膜１８としては、発光波長に対して十分に透明であり、基板１０の屈折率に近い屈折率のものを用いると良い。
【００３２】
基板１０としてサファイア基板（ｎ＝１．７〜１．８）を用いる場合、保護膜１８として、ＳｉＯ2膜を用いると、ＳｉＯ2膜の屈折率は約ｎ＝１．４６程度であり、サファイア基板の屈折率ｎ＝１．７〜１．８と同程度となる。また、保護膜１８として、ＳｉＮx膜を用いると、ＳｉＮx膜の屈折率は約ｎ＝２．０５程度であり、サファイア基板の屈折率と同程度となる。保護膜１８として、ＴｉＯx膜を用いると、ＴｉＯx膜の屈折率は約ｎ＝１．８程度であり、サファイア基板の屈折率と同程度となる。さらにまた、保護膜１８として、Ａｌ2Ｏ3膜を用いると、Ａｌ2Ｏ3膜の屈折率は約ｎ＝１．７〜１．８程度でありサファイア基板の屈折率と同程度となる。
【００３３】
したがって、保護膜１８としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、チタン酸化膜、アルミナ膜のいずれも適用可能である。
【００３４】
透明電極１５は、ＺｎＯ、ＩＴＯ若しくはインジウムを含有するＺｎＯのいずれかであっても良い。
【００３５】
或いはまた、後述するように、透明電極１５は、ＧａまたはＡｌが、不純物濃度１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3で不純物添加されたＺｎＯ、ＩＴＯ若しくはインジウムを含有するＺｎＯのいずれかであっても良い。
【００３６】
また、活性層１３は、バリア層とバリア層よりバンドギャップが小さい井戸層が交互に配置された積層構造を有し、インジウムを含む多重量子井戸からなる。
【００３７】
また、バリア層は、ＧａＮよりなり、井戸層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）よりなり、多重量子井戸のペア数は、例えば、６〜１１程度である。
【００３８】
また、井戸層の厚さは、例えば、２〜３ｎｍであり、バリア層の厚さは、例えば、１５〜１８ｎｍである。
【００３９】
また、基板は、ｃ面（０００１）,０．２５°オフのサファイア（α-Ａｌ2Ｏ3）基板であっても良い。
【００４０】
ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造の非極性面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記非極性面に垂直な非極性面であることが望ましい。
【００４１】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造のｍ面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記ｍ面に垂直なａ面であることが望ましい。
【００４２】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造のａ面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記ａ面に垂直なｍ面であることが望ましい。
【００４３】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造の半極性面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記半極性面に垂直なａ面若しくはｍ面であることが望ましい。
【００４４】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造の極性面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、ｍ面若しくはａ面であることが望ましい。
【００４５】
（反射積層膜を備える構造例）
図１の構造において、さらに透明電極１５上に反射積層膜２８を配置することで、図９に示すように、活性層１３で発生した光を、反射積層膜２８で有効に反射させることができる。
【００４６】
さらに、図９の構造では、基板１０上に配置した保護膜１８によって、活性層１３で発生した光を、基板１０側に有効に取り出すことができる。
【００４７】
異種基板上へ部分的に屈折率の異なる保護膜１８を形成した基板を作成し、さらに窒化物系半導体を直接上記の基板へエピタキシャル成長させ、発光素子を形成することにより、エピタキシャル成長層ー基板界面に凹凸を形成でき、光の散乱・回折が生じ、光取り出し効率が向上する。
【００４８】
また、基板の加工が不要なため、コスト・工程的にも負担が少なく、生産性も優れている。
【００４９】
保護膜１８の窓部分から直接エピタキシャル成長を行うことで、エピタキシャル成長プロセスを一度に統合できる。
【００５０】
保護膜１８を覆うように、横方向成長（ＥＬＯ）させるため、結晶の貫通転位を曲げることができ、結晶性も向上する。
【００５１】
一方、図９と対比した本発明の比較例に係る半導体発光素子においては、図１０に示すように、サファイア基板１０とバッファ層１６或いはｎ型半導体層１２からなるエピタキシャル成長層との界面において、屈折率の差が大きいために、全反射の角度が大きい。サファイア基板の屈折率は、約ｎ＝１．７〜１．８程度であるのに対して、ＧａＮ層の屈折率は約ｎ＝２．５程度であるためである。
【００５２】
（詳細構造例）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１１に示すように、基板１０と、基板１０上に配置された保護膜１８と、保護膜１８に挟まれた基板１０上に配置されたバッファ層１６と、バッファ層１６および保護膜１８上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型半導体層１２と、ｎ型半導体層１２上に配置され、ｎ型半導体層１２より低い濃度でｎ型不純物が不純物添加されたブロック層１７と、ブロック層１７上に配置され活性層１３と、活性層１３上に配置されたｐ型半導体層１４と、ｐ型半導体層１４上に配置された透明電極１５とを備える。
【００５３】
活性層１３は、図１１（ｂ）に示すように、バリア層３１１〜３１ｎ、３１０とそのバリア層３１１〜３１ｎ、３１０よりバンドギャップが小さい井戸層３２１〜３２ｎが交互に配置された積層構造を有する。以下において、活性層１３に含まれる第１バリア層３１１〜第ｎバリア層３１ｎを総称して「バリア層３１」という。また、活性層１３に含まれるすべての井戸層を総称して「井戸層３２」という。
【００５４】
上記の積層構造の最上層の最終バリア層３１０の膜厚は、その最終バリア層３１０以外の積層構造に含まれる他のバリア層（第１バリア層３１１〜第ｎバリア層３１ｎ）の厚さより厚く形成されていてもよい。
【００５５】
図１１に示した半導体発光素子では、最終バリア層３１０のｐ型ドーパンドの濃度が、ｐ型半導体層１４に接する最終バリア層３１０の第１主面から最終バリア層３１０の膜厚方向に沿って漸減し、第１主面に対向する第２主面においてｐ型ドーパンドが存在しない。
【００５６】
基板１０には、例えば、ｃ面（０００１）,０．２５°オフのサファイア基板などが採用可能である。ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４はそれぞれＩＩＩ族窒化物系半導体からなり、基板１０上に保護膜１８を形成後、バッファ層１６、ｎ型半導体層１２、ブロック層１７、活性層１３及びｐ型半導体層１４が順次積層される。
【００５７】
（保護膜）
保護膜１８は、発光波長に対して透明であり、かつ保護膜１８の屈折率は、基板１０の屈折率とほぼ等しい材料であることが必要である。例えば、保護膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、チタン酸化膜、アルミナ膜などで形成する。
【００５８】
サファイア基板（ｎ＝１．７〜１．８）の場合、保護膜１８としては、ＳｉＯ2（ｎ＝１．４６）、ＳｉＮx（ｎ＝２．０５）、ＴｉＯx（ｎ＝１．８）、Ａｌ2Ｏ3（ｎ＝１．７〜１．８）などを適用することができる。
【００５９】
保護膜１８のサイズとしては、例えば、幅最大約１０μｍ程度で、厚さは、例えば約１００ｎｍ以上、１μｍ程度が望ましい。保護膜１８の形状は、三角形、菱形、六角形、円形、ストライプ等、選択横方向エピタキシャル成長（ＥＬＯ）を阻害しないパターン形状ものが良い。特に、ＥＬＯを行うため、パターンの方向は、横方向成長面であるａ面、ｍ面を考慮して、選択する。
【００６０】
基板１０の裏面もしくはエピタキシャル成長層の上面から光を取り出す際、保護膜１８とエピタキシャル成長層の界面に凹凸が生じるため、光が散乱もしくは回折され、エピタキシャル成長層−異種基板界面の屈折率差によって全反射されていた光が、外へ効率よく取り出されることになる。
【００６１】
（ＡｌＮバッファ層）
バッファ層１６は、例えば、厚さ約１０〜５０オングストローム程度のＡｌＮ層で形成される。ＡｌＮバッファ層１６を結晶成長させる場合、例えば、約９００℃〜９５０℃程度の温度範囲の高温において成長させる。
【００６２】
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、アンモニア（ＮＨ3）を、Ｈ2ガスをキャリアとして、反応室に供給することによって、厚さ約１０〜５０オングストローム程度の薄いＡｌＮバッファ層１６を、高速に成長させることができ、しかも結晶性も良好に保ちつつ形成することができる。
【００６３】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、高温ＡｌＮバッファ層１６および保護膜１８上に形成されるＩＩＩ族窒化物系半導体の結晶性および表面モフォロジーを改善することができる。
【００６４】
（ブロック層）
ｎ型半導体層１２と活性層１３間に配置されたブロック層１７は、例えばｎ型不純物としてＳｉを１×１０17ｃｍ-3未満で不純物添加した膜厚約２００ｎｍ程度のIII族窒化物系半導体、例えばＧａＮ層等が採用可能である。
【００６５】
図１１に示した半導体発光素子では、例えばｎ型半導体層１２にＳｉが３×１０18ｃｍ-3程度不純物添加された場合に、Ｓｉが約８×１０16ｃｍ-3程度不純物添加されたブロック層１７をｎ型半導体層１２と活性層１３間に配置することにより、活性層１３の形成工程及びその工程以後の製造工程におけるｎ型半導体層１２から活性層１３へのＳｉの拡散を防止できる。
【００６６】
つまり、活性層１３内にＳｉが拡散せず、活性層１３で発生する光の輝度の低下が防止される。更に、活性層１３で発光させるためにｎ型半導体層１２とｐ型半導体層１４間にバイアスが印加された場合に、ｎ型半導体層１２から活性層１３に供給された電子が活性層１３を通過してｐ型半導体層１４に到達するオーバーフローを防止することができ、半導体発光素子から出力される光の輝度の低下を防止できる。
【００６７】
ブロック層１７のＳｉ濃度は、１×１０17ｃｍ-3未満である。これは、ブロック層１７のＳｉ濃度が高すぎる場合、ｎ型半導体層１２から供給された電子が活性層１３を超えてｐ型半導体層１４までオーバーフローし、ｐ型半導体層１４内で正孔と再結合してしまい、活性層１３中での再結合の割合が減少し、活性層１３で発生する光の輝度が低下するためである。一方、ブロック層１７のＳｉ濃度が低すぎる場合は、ｎ型半導体層１２から活性層１３へ注入させる電子のキャリア密度を上昇することができない。そのため、ブロック層１７のＳｉ濃度は、約５×１０16〜１×１０17ｃｍ-3未満であることが好ましい。
【００６８】
以上に説明したように、第１の実施の形態に係る半導体発光素子では、ｎ型半導体層１２と活性層１３間にブロック層１７を配置することにより、製造工程中でのｎ型半導体層１２から活性層１３へのＳｉの拡散、及び発光時におけるｎ型半導体層１２からｐ型半導体層１４への電子のオーバーフローを防止することができ、半導体発光素子から出力される光の輝度の低下を防止できる。その結果、図１１に示す半導体発光素子の品質の劣化を防止できる。
【００６９】
（ｎ型半導体層）
ｎ型半導体層１２は、電子を活性層１３に供給し、ｐ型半導体層１４は、正孔（ホール）を活性層１３に供給する。供給された電子及び正孔が活性層１３で再結合することにより、光が発生する。
【００７０】
ｎ型半導体層１２は、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型不純物を不純物添加した膜厚１〜６μｍ程度のＩＩＩ族窒化物系半導体、例えばＧａＮ層等が採用可能である。
【００７１】
保護膜１８を介して窒化物半導体からなるｎ型半導体層１２を異種基板１０上へ直接エピタキシャル成長させる。保護膜１８を埋めるため、途中から条件を横方向成長を促進させる条件に変える。横方向成長を促進させるためには、例えば、結晶成長時のガス系の圧力を変化させると良い。第１のステップとして、例えば約１０５０℃で、約１００Ｔｏｒｒで約１μｍ程度成長後、第２のステップとして、例えば約１０５０℃で、約２００Ｔｏｒｒで約１.５μｍ程度成長させることができる。このようにｎ型半導体層１２を形成することによって、横方向成長（ＥＬＯ）による貫通転位密度の低減効果と共に、横方向成長を促進させることができる。
【００７２】
保護膜１８を覆うように、横方向成長（ＥＬＯ）させるため、結晶の貫通転位を曲げることができ、結晶性も向上する。
【００７３】
さらに、ｎ型半導体層１２を形成する圧力および成長温度条件を変化させて、何回かのステップにわけることも可能であり、例えば、図６に示すように、４層構造のｎ型半導体層１２（１２１、１２２、１２３、１２４）を形成することもできる。このようにすることによって、ｎ型半導体層１２の表面モフォロジ―が改善され、結晶性を向上することができる。
【００７４】
（ｐ型半導体層）
ｐ型半導体層１４は、ｐ型不純物を不純物添加した膜厚０．０５〜１μｍ程度のＩＩＩ族窒化物系半導体、例えばＧａＮ層等が採用可能である。ｐ型不純物としては、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、炭素（Ｃ）等が使用可能である。
【００７５】
ｐ型半導体層１４の構成例は、さらに詳細には以下の通りである。すなわち、ｐ型半導体層１４は、図１１（ａ）に示すように、活性層１３の上部に配置され,ｐ型不純物を含む第１窒化物系半導体層４１と、第１窒化物系半導体層４１上に配置され,第１窒化物系半導体層４１のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第２窒化物系半導体層４２と、第２窒化物系半導体層４２上に配置され,第２窒化物系半導体層４２のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物を含む第３窒化物系半導体層４３と、第３窒化物系半導体層４３上に配置され,第３窒化物系半導体層４３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層４４とを備える。
【００７６】
第２窒化物系半導体層４２の厚さは、第１窒化物系半導体層４１、或いは第３窒化物系半導体層４３乃至第４窒化物系半導体層４４の厚さよりも厚く形成される。
【００７７】
ここで、具体的に各層の材料と厚さを説明する。活性層１３の上部に配置されるｐ型不純物を含む第１窒化物系半導体層４１は、例えばＭｇを不純物添加された約２×１０20ｃｍ-3、厚さ約５０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成される。
【００７８】
第１窒化物系半導体層４１上に配置され,第１窒化物系半導体層４１のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第２窒化物系半導体層４２は、例えばＭｇを不純物添加された約４×１０19ｃｍ-3、厚さ約１００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成される。
【００７９】
第２窒化物系半導体層４２上に配置され,第２窒化物系半導体層４２のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物を含む第３窒化物系半導体層４３は、例えばＭｇを不純物添加された約１×１０20ｃｍ-3、厚さ約４０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成される。
【００８０】
第３窒化物系半導体層４３上に配置され,第３窒化物系半導体層４３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層４４は、例えばＭｇを不純物添加された約８×１０19ｃｍ-3、厚さ約１０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成される。
【００８１】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、インジウムを含む多重量子井戸からなる活性層１３の上に形成されるｐ型半導体層１４は、上記のように、Ｍｇ濃度の異なる４層構造のｐ型ＧａＮ層からなり、上記の濃度でドーピングされている。ｐ型ＧａＮ層は、活性層１３への熱ダメージを低減させるために、約８００℃〜９００℃の低温で成長する。
【００８２】
活性層１３に一番近い第１窒化物系半導体層４１は、Ｍｇ濃度が高いほど発光強度が高くなるため、Ｍｇ濃度は高ければ高いほど望ましい。
【００８３】
第２窒化物系半導体層４２は、Ｍｇを不純物添加しすぎると、Ｍｇに起因する結晶欠陥が増加し、膜の抵抗が高くなるため、１０19ｃｍ-3台の半ば程度のＭｇ濃度とすることが望ましい。
【００８４】
第３窒化物系半導体層４３は、活性層１３への正孔注入量を決める層であるため、第２窒化物系半導体層４２よりはやや高めのＭｇ濃度とすることが望ましい。
【００８５】
第４窒化物系半導体層４４は、透明電極１５とのオーミックコンタクトを取るためのｐ型ＧａＮ層であり、実質的に空乏化されている。透明電極１５として、例えば、ＧａまたはＡｌが１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3程度不純物添加されたＺｎＯ電極を用いた場合、半導体発光素子の順方向電圧Ｖfを最も下げる時のＭｇ濃度となるように、第４窒化物系半導体層４４には、Ｍｇが不純物添加される。
【００８６】
ｐ型ＧａＮ層を４層成長させる場合、ｐ側電極１００に近い第３窒化物系半導体層４３、第４窒化物系半導体層４４は、膜中の正孔濃度を上昇させる必要があるため、キャリアガス中のＨ2ガス量を多くする。また、活性層１３に近い第１窒化物系半導体層４１、第２窒化物系半導体層４２は、キャリアガス中のＨ2ガス量を多くする必要はなく、活性層１３をＮ2キャリアガスで成長させているその延長で結晶成長させる。これらのｐ型ＧａＮ層を成長させる時は、Ｖ／ＩＩＩ比をなるべく高くした方がより低抵抗な膜を成長させることができ、発光素子の順方向電圧（Ｖf）を下げることができる。
【００８７】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、低温でｐ型半導体層を形成して活性層への熱ダメージを低減させ、かつ順方向電圧（Ｖf）を低下させ、発光効率を向上させることができる。
【００８８】
（活性層）
活性層１３は、図１１（ｂ）に示すように、第１バリア層３１１〜第ｎバリア層３１ｎ及び最終バリア層３１０でそれぞれ挟まれた第１井戸層３２１〜第ｎ井戸層３２ｎを有する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造である（ｎ：自然数）。つまり、活性層１３は、井戸層３２を井戸層３２よりもバンドギャップの大きなバリア層３１でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸構造を単位ペア構造とし、この単位ペア構造をｎ回積層したｎペア構造を有する。
【００８９】
具体的には、第１井戸層３２１は第１バリア層３１１と第２バリア層３１２の間に配置され、第２井戸層３２２は第２バリア層３１２と第３バリア層３１３の間に配置される。そして、第ｎ井戸層３２ｎは第ｎバリア層３１ｎと最終バリア層３１０の間に配置される。活性層１３の第１バリア層３１１は、ｎ型半導体層１２上にブロック層１７を介して配置され、活性層１３の最終バリア層３１０上にはｐ型半導体層１４（４１〜４４）が配置される。
【００９０】
井戸層３２１〜３２ｎは、例えばＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層によって形成され、バリア層３１１〜３１ｎ，３１０は、例えばＧａＮ層によって形成される。また、多重量子井戸層のペア数は、例えば、６〜１１であることを特徴とする。なお、井戸層３２１〜３２ｎのインジウム（Ｉｎ）の比率｛ｘ／（１−ｘ）｝は、発生させたい光の波長に応じて適宜設定される。
【００９１】
また、井戸層３２１〜３２ｎの厚さは、例えば、約２〜３ｎｍ程度、望ましくは、約２．８ｎｍ程度であり、バリア層３１１〜３１ｎの厚さは約７〜１８ｎｍ程度、望ましくは、約１６．５ｎｍ程度である。
【００９２】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子においては、ｎ型半導体層１２から供給される電子と、ｐ型半導体層１４から供給されるホールが活性層１３において効率よく再結合するための活性層１３内のＭＱＷペア数を最適化することができる。
【００９３】
（最終バリア層）
最終バリア層３１０の膜厚は、ｐ型半導体層１４から活性層１３へのＭｇの拡散距離より厚く形成される。
【００９４】
図１１に示した半導体発光素子の例では、最終バリア層３１０のｐ型不純物の濃度が、ｐ型半導体層１４に接する最終バリア層３１０の第１主面から最終バリア層３１０の膜厚方向に沿って漸減し、第１主面に対向する第２主面においてｐ型不純物が実質的に存在しない。
【００９５】
図１１に示した半導体発光素子の最終バリア層３１０の膜厚ｄ0は、ｐ型半導体層１４の形成工程及びその工程以降においてｐ型半導体層１４から活性層１３に拡散するｐ型不純物が、活性層１３の井戸層３２に達しないように設定される。つまり、ｐ型半導体層１４から最終バリア層３１０に拡散するｐ型不純物が、ｐ型半導体層１４に接する最終バリア層３１０の第１主面に対向する第２主面（最終バリア層３１０が井戸層３２ｎに接する面）まで達しない厚みに膜厚ｄ0が設定される。
【００９６】
ｐ型半導体層１４に接する最終バリア層３１０の第１主面でのＭｇ濃度は、例えば、約２×１０20cｍ-3程度であり、第１主面に対向する最終バリア層３１０の第２主面に向かってＭｇ濃度は次第に低下し、第１主面から距離約７〜８ｎｍの位置においてＭｇ濃度は、約１０16ｃｍ-3未満の影響を及ぼさず、分析での検出下限界以下になる。
【００９７】
即ち、最終バリア層３１０の膜厚ｄ0を、約１０ｎｍ程度にすることにより、Ｍｇは最終バリア層３１０の第２主面まで拡散せず、そのため、活性層１３と接する最終バリア層３１０の第２主面にはＭｇは存在しない。つまり、第ｎ井戸層３２ｎ内にＭｇが拡散せず、活性層１３で発生する光の輝度の低下が防止される。
【００９８】
なお、第１バリア層３１１〜第ｎバリア層３１ｎの膜厚ｄ１〜ｄｎは、同一であってもよい。ただし、膜厚ｄ１〜ｄｎは、ｎ型半導体層１２から活性層１３に注入される正孔が第ｎ井戸層３２ｎに到達し、第ｎ井戸層３２ｎで電子と正孔の再結合による発光が生じ得る厚さに設定する必要がある。第１バリア層３１１〜第ｎバリア層３１ｎの膜厚ｄ１〜ｄｎが厚すぎると活性層１３中での正孔の移動が妨げられ、発光効率が低下するためである。例えば、最終バリア層３１０の膜厚ｄ0は約１０ｎｍ程度であり、第１バリア層３１１〜第ｎバリア層３１ｎの膜厚ｄ１〜ｄｎは約７〜１８ｎｍ程度であり、第１井戸層３２１〜第ｎ井戸層３２ｎの膜厚は約２〜３ｎｍ程度である。
【００９９】
以上に説明したように、第１の実施の形態に係る半導体発光素子では、ｐ型半導体層１４に接する最終バリア層３１０の膜厚ｄ0が、ｐ型半導体層１４から活性層１３に拡散するｐ型不純物が活性層１３の井戸層３２に到達しない厚さに設定される。つまり、図１１に示した半導体発光素子によれば、最終バリア層３１０の膜厚ｄ0をＭｇの拡散距離より厚く設定することにより、活性層１３全体の膜厚の増大を抑制しつつ、ｐ型半導体層１４から活性層１３の井戸層３２へのｐ型不純物の拡散を防止できる。その結果、井戸層３２へのｐ型不純物の拡散に起因する光の輝度の低下が生じず、半導体発光素子の品質の劣化が抑制された半導体発光素子を製造することができる。
【０１００】
（変形例）
図１２(ａ)は、第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の模式的断面構造図あって、半導体発光素子部分の模式的断面構造図、図１２（ｂ）は、活性層部分の拡大された模式的断面構造図を示す。
【０１０１】
第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子は、図１２に示すように、基板１０と、基板１０上に配置された保護膜１８と、保護膜１８に挟まれた基板１０上に配置されたバッファ層１６と、バッファ層１６および保護膜１８上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型半導体層１２と、ｎ型半導体層１２上に配置され、ｎ型半導体層１２より低い濃度でｎ型不純物が不純物添加されたブロック層１７と、ブロック層１７上に配置された活性層１３と、活性層１３上に配置されたｐ型半導体層１４と、ｐ型半導体層１４上に配置された透明電極１５とを備える。
【０１０２】
第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子は、活性層１３の上部に配置されたｐ型不純物を含む第３窒化物系半導体層４３と、第３窒化物系半導体層上に配置され、第３窒化物系半導体層のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層と、第４窒化物系半導体層上に配置され、透明電極１５とを備える。
【０１０３】
また、透明電極１５は、ＧａもしくはＡｌが１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3程度まで不純物添加されたＺｎＯ、ＩＴＯ若しくはインジウムを含有するＺｎＯのいずれかを含む。
【０１０４】
第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子の構造上、ｐ型半導体層１４が、活性層１３の上部に直接配置された第３窒化物系半導体層４３と、第３窒化物系半導体層４３上に配置され、第３窒化物系半導体層４３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層４４からなる２層構造に形成されている。
【０１０５】
活性層１３の上部に直接配置された第３窒化物系半導体層４３は、例えばＭｇを不純物添加された約１×１０20ｃｍ-3、厚さ約４０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成される。
【０１０６】
第３窒化物系半導体層４３上に配置され,第３窒化物系半導体層４３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層４４は、例えばＭｇを不純物添加された約８×１０19ｃｍ-3、厚さ約１０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成される。
【０１０７】
第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子において、インジウムを含む多重量子井戸からなる活性層１３の上に形成されるｐ型半導体層１４は、上記のように、Ｍｇ濃度の異なる２層構造のｐ型ＧａＮ層からなり、上記の濃度でドーピングされている。ｐ型ＧａＮ層は、活性層１３への熱ダメージを低減させるために、約８００℃〜９００℃の低温で成長する。
【０１０８】
活性層１３に一番近い第３窒化物系半導体層４３は、活性層１３への正孔注入量を決める層であるため、Ｍｇ濃度が高いほど発光強度が高くなる。このため、Ｍｇ濃度は高ければ高いほど望ましい。
【０１０９】
第４窒化物系半導体層４４は、透明電極１５とのオーミックコンタクトを取るためのｐ型ＧａＮ層であり、実質的に空乏化されている。透明電極１５として、例えば、ＧａまたはＡｌが１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3程度不純物添加されたＺｎＯ電極を用いた場合、半導体発光素子の順方向電圧Ｖfを最も下げる時のＭｇ濃度となるように、第４窒化物系半導体層４４には、Ｍｇが不純物添加される。
【０１１０】
ｐ型ＧａＮ層を２層成長させる場合、ｐ側電極１００に近い第３窒化物系半導体層４３、第４窒化物系半導体層４４は、膜中の正孔濃度を上昇させる必要があるため、キャリアガス中のＨ2ガス量を多くする。或いはまた、活性層１３に近い第３窒化物系半導体層４３は、キャリアガス中のＨ2ガス量を多くする必要はなく、活性層１３をＮ2キャリアガスで成長させているその延長で結晶成長させてもよい。
【０１１１】
第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子においても、基板１０上に配置された保護膜１８、保護膜１８に挟まれた基板１０上に配置されたバッファ層１６、バッファ層１６および保護膜１８上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型半導体層１２、ブロック層１７、活性層１３、ｐ型半導体層１４、最終バリア層３１０、反射積層膜２８および電極構造は本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子と同様であるため、説明は省略する。
【０１１２】
第１の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子によれば、高温ＡｌＮバッファ層１６および保護膜１８上に形成されるＩＩＩ族窒化物系半導体の結晶性および表面モフォロジーを改善することができる。
【０１１３】
また、低温でｐ型半導体層１４を形成して活性層１３への熱ダメージを低減させ、かつ順方向電圧Ｖfを低下させ、発光効率を向上させることができる。
【０１１４】
また、ｎ型半導体層１２から供給される電子と、ｐ型半導体層１４から供給されるホールが活性層１３において効率よく再結合するための活性層１３のＭＱＷペア数を最適化し、発光効率を向上させることができる。
【０１１５】
また、ｐ型半導体層１４から井戸層へのｐ型不純物の拡散を抑制し、発光効率を向上させることができ、ｎ型半導体層１２からｐ型半導体層１４への電子のオーバーフロー、及びｎ型半導体層１２から活性層１３へのｎ型不純物の拡散を抑制し、発光効率を向上させることができる。
【０１１６】
また、ｐ型半導体層１４から水素原子を取り除くアニール工程が不要な半導体発光素子を提供することができ、反射積層膜により外部発光効率の向上した半導体発光素子を提供することもできる。
【０１１７】
ＧａＮ層側からサファイア基板１０を介して外部へ光を取り出す経路となるフリップチップ構造が、特に外部発光効率を向上させ得る点で有効である。シミュレーション結果より、φ５μｍの円形もしくは格子状の保護膜１８のパターンにおいて、４０°〜６０°のテーパ角度をつけると、光取り出し効率が１．５倍向上する。
【０１１８】
異種基板１０上へ部分的に屈折率の異なる保護膜１８を形成した基板を作成し、その上に窒化物系半導体を直接上記の基板へエピタキシャル成長させ、発光素子を形成することにより、エピタキシャル成長層ー基板界面に凹凸を形成でき、光の散乱・回折が生じ、光取り出し効率が向上するだけでなく、エピタキシャル成長層の品質も向上する。
【０１１９】
（結晶成長面方位）
図１３は、第１の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子に適用されるIII族窒化物半導体の結晶面について説明するための模式図であって、図１３（ａ）は、III族窒化物半導体の結晶構造のｃ面、ａ面、ｍ面を示す模式図、図１３（ｂ）は、半極性面{１０−１１}を説明するための模式図、図１３（ｃ）は、半極性面｛１０−１３｝を説明するための模式図、図１３（ｄ）は、III族原子と窒素原子の結合を示す模式図をそれぞれ示す。
【０１２０】
III族窒化物系半導体の結晶構造は、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に示すように、六方晶系で近似することができ、一つのIII族原子に対して４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、III族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。これらの４つの窒素原子は、一つの窒素原子がIII族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の三つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して−ｃ軸側に位置している。このような構造のために、III族窒化物半導体では、分極方向がｃ軸に沿っている。
【０１２１】
ｃ軸は六角柱の軸方向に沿い、このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面｛０００１｝である。ｃ面に平行な２つの面でＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はIII族原子が並んだ結晶面となり、−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子が並んだ結晶面となる。そのため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。
【０１２２】
＋ｃ面と−ｃ面とは異なる結晶面であるので、それに応じて、異なる物性を示す。具体的には、＋ｃ面は、アルカリに強いなどといった化学反応に対する耐久性が高く、逆に、−ｃ面は化学的に弱く、例えば、アルカリに溶けてしまうことが分かっている。
【０１２３】
一方、六角柱の側面がそれぞれｍ面｛１０−１０｝であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面｛１１−２０｝である。これらは、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面(Nonpolar Plane)である。さらに、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、ｃ面に対して傾斜している（平行でもなく直角でもない）結晶面｛１０−１１｝や｛１０−１３｝は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面(Semipolar Plane)である。他の半極性面の具体例は、｛１０−１−１｝面、｛１０−１−３｝面、｛１１−２２｝面などの面である。
【０１２４】
例えば、ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板は、ｃ面を主面としたＧａＮ単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のｍ面は、例えば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、［０００１］方向および［１１−２０］方向の両方に関する方位誤差が±１°以内（好ましくは±０．３°以内）とされる。こうして、ｍ面を主面としたＧａＮ単結晶基板が得られる。
【０１２５】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、上記六方晶構造の各面を結晶主面として用いることができ、ＭＯＣＶＤ法などによって、半導体発光素子を形成することができる。
【０１２６】
第１の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子においては、例えば、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造の非極性面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記の非極性面に垂直な非極性面となるように、保護膜１８のパターン形状を選択すると良い。
【０１２７】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造のｍ面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記のｍ面に垂直なａ面となるように、保護膜１８のパターン形状を選択すると良い。
【０１２８】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造のａ面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記のａ面に垂直なｍ面となるように、保護膜１８のパターン形状を選択すると良い。
【０１２９】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造の半極性面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、上記の半極性面に垂直なａ面若しくはｍ面となるように、保護膜１８のパターン形状を選択すると良い。
【０１３０】
或いはまた、ｎ型半導体層１２，活性層１３，およびｐ型半導体層１４は、六方晶構造の極性面を結晶成長の主面とし、ｎ型半導体層１２の横方向成長面は、ｍ面若しくはａ面となるように、保護膜１８のパターン形状を選択すると良い。
【０１３１】
（電極構造）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１４に示すように、ｎ型半導体層１２に電圧を印加するｎ側電極２００、３００と、ｐ型半導体層１４に電圧を印加するｐ側電極１００を更に備える。図１４に示すように、ｐ型半導体層１４、活性層１３、ブロック層１７、及びｎ型半導体層１２の一部領域をメサエッチングして露出させたｎ型半導体層１２の表面に、ｎ側電極２００が配置される。
【０１３２】
ｐ側電極１００は、ｐ型半導体層１４上に透明電極１５を介して配置される。或いはまた、ｐ側電極１００は、ｐ型半導体層１４上に直接配置されていても良い。第４窒化物系半導体層４４上に配置される透明電極１５は、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ若しくはインジウムを含有するＺｎＯのいずれかを含む。
【０１３３】
ｎ側電極２００、３００は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜、Ｔｉ／Ｎｉ／ＡｕまたはＡｌ／Ｔｉ／Ａｕ，Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ，Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層膜、或いは上層からＡｕ-Ｓｎ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｎi／Ａｌの多層膜からなり、ｐ側電極１００は、例えばＡｌ膜、パラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）合金膜、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕの多層膜、或いは上層からＡｕ-Ｓｎ／Ｔｉ／Ａｕの多層膜からなる。そして、ｎ側電極２００、３００はｎ型半導体層１２に、ｐ側電極１００は、透明電極１５を介してｐ型半導体層１４に、それぞれオーミック接続される。
【０１３４】
図１５は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子をフリップチップ構造に実装するために、ｐ側電極１００の表面とｎ側電極３００の表面を、基板１０から測った高さが略同じ高さとなるように形成している。
【０１３５】
図１５の構造は、透明電極１５として透明導電膜ＺｎＯを形成し、このＺｎＯを、発光する光の波長λに対して反射する反射積層膜２８で覆う構造を備える。
【０１３６】
反射積層膜２８はλ／４ｎ1とλ／４ｎ2の積層構造（ｎ1，ｎ2は積層する層の屈折率）を有する。積層構造に用いる材料としては、例えばλ＝４５０ｎｍの青色光に対して、ＺｒＯ2(ｎ＝２．１２)とＳｉＯ2(ｎ＝１．４６)からなる積層構造を用いることができる。この場合の各層の厚さは、ＺｒＯ2を、例えば約５３ｎｍ、ＳｉＯ2を、例えば約７７ｎｍとしている。積層構造を形成するための他の材料としては、ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3などを用いることもできる。
【０１３７】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、反射積層膜２８により活性層１３内で発光した光を、ｐ側電極１００で吸収されることなく、基板１０側から外部に取り出すことができるため、外部発光効率を向上することができる。
【０１３８】
前述の通り、ＧａＮ層側からサファイア基板１０を介して外部へ光を取り出す経路となるフリップチップ構造が、特に外部発光効率を向上させ得る点で有効である。異種基板１０上へ部分的に屈折率の異なる保護膜１８を形成した基板を作成し、その上に窒化物系半導体を直接上記の基板へエピタキシャル成長させ、発光素子を形成することにより、エピタキシャル成長層ー基板界面に凹凸を形成でき、光の散乱・回折が生じ、光取り出し効率が向上する。
【０１３９】
（製造方法）
第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、図２乃至図８に示すように、基板１０を準備する工程と、基板１０上に保護膜１８を形成する工程と、保護膜１８をパターニングし、基板１０を露出する工程と、保護膜１８に挟まれ,露出された基板１０および保護膜１８上にｎ型不純物をドープされたｎ型半導体層１２を横方向エピタキシャル成長により形成する工程と、ｎ型半導体層１２上に活性層１３を形成する工程と、活性層１３上にｐ型不純物をドープされたｐ型半導体層１４を形成する工程とを有する。
【０１４０】
また、基板１０を露出する工程後、保護膜１８に挟まれ, 露出された基板１０上にバッファ層１６を形成する工程をさらに有する。
【０１４１】
また、ｎ型半導体層１２を横方向エピタキシャル成長により形成する工程は、横方向エピタキシャル成長時において、第１の圧力にて形成する工程と、第１の圧力よりも高い第２の圧力にて形成する工程とを有する。
【０１４２】
以下、図２〜図８を参照して、第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明する。以下に述べる半導体発光素子の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。ここでは、基板１０にサファイア基板を適用する例を説明する。
【０１４３】
（ａ）まず、図２に示すように、サファイア基板１０を準備し、サファイア基板１０上に保護膜１８を形成後、パターンニングし、基板１０の表面を露出する。
【０１４４】
保護膜１８は、発光波長に対して透明であり、かつ保護膜１８の屈折率は、基板１０の屈折率とほぼ等しい材料である、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、チタン酸化膜、アルミナ膜などを化学的気相堆積法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、或いはスパッタリングなどの物理的気相堆積法（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）により形成する。
【０１４５】
保護膜１８のパターンサイズとしては、例えば、幅最大約１０μｍ程度で、厚さは、例えば約１００ｎｍ程度以上、１μｍ程度が望ましい。保護膜１８の形状は、三角形、菱形、六角形、円形、ストライプ等、横方向選択エピタキシャル成長（ＥＬＯＧ）を阻害しないパターン形状ものが良い。特に、ＥＬＯＧを行うため、パターンの方向は、横方向成長面であるａ面、ｍ面を考慮して、選択する。基板１０の裏面もしくはエピタキシャル成長層の上面から光を取り出す際、保護膜１８とエピタキシャル成長層の界面に凹凸が生じるため、光が散乱もしくは回折され、エピタキシャル成長層−異種基板界面の屈折率差によって全反射されていた光が、外へ効率よく取り出されることになる。
【０１４６】
（ｂ）次に、図３に示すように、良く知られた有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等で露出されたサファイア基板１０上にＡｌＮバッファ層１６を成長させる。例えば、約９００℃〜９５０℃程度の高温において、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、アンモニア（ＮＨ3）を、Ｈ2ガスをキャリアとして、反応室に供給することによって、厚さ約１０〜５０オングストローム程度の薄いＡｌＮバッファ層１６を、短時間に成長させる。
【０１４７】
（ｃ）次に、図４に示すように、ＡｌＮバッファ層１６上に、ＭＯＣＶＤ法などにより、ｎ型半導体層１２となるＧａＮ層を成長させる。例えば、ＡｌＮバッファ層１６を形成した基板１０をサーマルクリーニングした後、基板温度を１０００°Ｃ程度に設定して、ＡｌＮバッファ層１６上に、ｎ型不純物を不純物添加したｎ型半導体層１２を１〜５μｍ程度成長させる。ｎ型半導体層１２には、例えばｎ型不純物としてＳｉを３×１０18ｃｍ-3程度の濃度で不純物添加したＧａＮ膜が採用可能である。Ｓｉを不純物添加する場合は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）及びシラン（ＳｉＨ4）を原料ガスとして供給して、ｎ型半導体層１２を形成する。図４中に示すように、ｎ型半導体層１２となるＧａＮ層中には、貫通転位２０が発生している。
【０１４８】
（ｄ）次に、図５に示すように、横方向選択エピタキシャル成長（ＥＬＯ）によって、ｎ型半導体層１２を形成する。横方向選択エピタキシャル成長面であるｍ面若しくはａ面上に横方向選択エピタキシャル成長層が形成されて、図５中のベクトルＬＡ、ＬＢ方向にｎ型半導体層１２が、横方向に選択エピタキシャル成長される。結果として、貫通転位２０も曲げられて、保護膜１８の中央部ＬＯ近傍において左右からの選択エピタキシャル成長面が合体し、同時に貫通転位２０もつながる。
【０１４９】
保護膜１８を埋めるため、途中からピタキシャル成長条件を横方向成長を促進させる条件に変えても良い。横方向成長を促進させるためには、例えば、結晶成長時のガス系の圧力を変化させると良い。第１のステップとして、例えば約１０５０℃で、約１００Ｔｏｒｒで約１μｍ程度成長後、第２のステップとして、例えば約１０５０℃で、約２００Ｔｏｒｒで約１.５μｍ程度成長させることができる。このようにｎ型半導体層１２を形成することによって、ＥＬＯによる貫通転位密度の低減効果と共に、横方向成長を促進させることができる。
【０１５０】
保護膜１８を覆うように、横方向成長（ＥＬＯ）させるため、結晶の貫通転位を曲げることができ、結晶性も向上する。
【０１５１】
さらに、ｎ型半導体層１２を形成する圧力および成長温度条件を変化させて、何回かのステップにわけることも可能であり、例えば、図６に示すように、４層構造のｎ型半導体層１２（１２１、１２２、１２３、１２４）を形成することもできる。このようにすることによって、ｎ型半導体層１２の表面モフォロジ―が改善され、結晶性を向上することができる。
【０１５２】
例えば、保護膜１８のパターンをストライプ状に形成する場合、ストライプは、＜１１−２０＞または＜１−１００＞方向とし、保護膜１８の幅を約１〜４μｍ程度、繰り返しの周期を例えば約７μｍ程度とする。この上に、ＨＶＰＥ法により、１０００℃でｎ型半導体層１２となるＧａＮを成長する。ＨＶＰＥ法では、ＧａＣｌとＮＨ3を反応させてＧａＮを成長する。ストライプ方向が＜１１−２０＞の場合に、ＧａＮの成長は、まず保護膜１８の開口部では、最初（０００１）方向の成長により、基板面に対して傾斜した｛１−１０１｝面をファセットとする三角形断面の形状が生じる。次に、ファセットを保持したまま、保護膜１８上で横方向の成長が、隣接した成長部が合体するまで進む。合体後は、さらに表面が平坦化するように成長が進み、（０００１）面を有する完全に平坦な成長層が得られる。ストライプが＜１−１００＞方向のパターンでは、｛１１−２２｝面がファセットとなるが、同様の成長層が得られる。
【０１５３】
上記の例は一例であって、他のパターンおよびパターン方向も適用可能である。また、結晶成長の主面は上記の例では、極性面の例を説明しているが、非極性面、半極性面を適用することも可能である。
【０１５４】
（ｅ）次に、ｎ型半導体層１２上にブロック層１７として、Ｓｉを１×１０17ｃｍ-3未満、例えば８×１０16ｃｍ-3程度の濃度で不純物添加したＧａＮ膜を例えば、約２００ｎｍ程度成長させる。このとき、ｎ型半導体層１２を形成した場合と同様の原料ガスを適用可能である。
【０１５５】
（ｆ）次に、図７に示すように、活性層１３をｎ型半導体層１２上に形成する。例えば、ＧａＮ膜からなるバリア層３１とＩｎＧａＮ膜からなる井戸層３２を交互に積層して、活性層１３が形成される。具体的には、活性層１３を形成する際の基板温度及び原料ガスの流量を調整しながら、バリア層３１と井戸層３２を交互に連続して成長させ、バリア層３１と井戸層３２が積層してなる活性層１３が形成される。即ち、基板温度及び原料ガスの流量を調節することによって井戸層３２及び井戸層３２よりバンドギャップが大きいバリア層３１を積層する工程を単位工程とし、この単位工程をｎ回、例えば８回程度繰り返して、バリア層３１と井戸層３２が交互に積層された積層構造を得る。
【０１５６】
バリア層３１を形成する場合は、原料ガスとして、例えばＴＭＧガス、ＮＨ3ガスをそれぞれ成膜用の処理装置に供給する。一方、井戸層３２を形成する場合は、原料ガスとして、例えばＴＭＧガス、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガス、ＮＨ3ガスをそれぞれ処理装置に供給する。なお、ＴＭＧガスはＧａ原子の原料ガス、ＴＭＩガスはＩｎ原子の原料ガス、ＮＨ3ガスは窒素原子の原料ガスとして供給される。
【０１５７】
形成された積層構造上に、最終バリア層３１０としてノンドープのＧａＮ膜を１０ｎｍ程度形成して、図１或いは図１１に示した活性層１３が形成される。既に説明したように、最終バリア層３１０の膜厚ｄ0は、ｐ型半導体層１４から活性層１３に拡散するｐ型ドーパンドが活性層１３の井戸層３２に到達しない厚さに設定される。
【０１５８】
（ｇ）次いで、図８に示すように、基板温度を８００℃〜９００℃程度にして、最終バリア層３１０上に、ｐ型不純物を不純物添加したｐ型半導体層１４を０．０５〜１μｍ程度形成する。
【０１５９】
ｐ型半導体層１４は、例えばｐ型不純物としてＭｇを不純物添加した４層構造に形成する。活性層１３の上部に配置される第１窒化物系半導体層４１は、約２×１０20ｃｍ-3、厚さ約５０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成し、第２窒化物系半導体層４２は、約４×１０19ｃｍ-3、厚さ約１００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成し、第３窒化物系半導体層４３は、例えば約１×１０20ｃｍ-3、厚さ約４０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成し、第４窒化物系半導体層４４は、約８×１０19ｃｍ-3、厚さ約１０ｎｍ程度のｐ型ＧａＮ層で形成する。
【０１６０】
Ｍｇを不純物添加する場合は、ＴＭＧガス、ＮＨ3ガス及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）ガスを原料ガスとして供給して、ｐ型半導体層１４（４１〜４４）を形成する。ｐ型半導体層１４（４１〜４４）の形成時にｐ型半導体層１４（４１〜４４）から活性層１３にＭｇが拡散するが、最終バリア層３１０により、Ｍｇが活性層１３の井戸層３２に拡散することが防止される。
【０１６１】
（ｈ）次に、ｐ型半導体層１４の上部に蒸着、スパッタリング技術などによって透明電極１５を形成する。透明電極１５としては、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ若しくはインジウムを含有するＺｎＯのいずれかを用いることができる。さらに、ＧａあるいはＡｌなどのｎ型不純物を１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3程度まで高濃度に不純物添加しても良い。
【０１６２】
（ｉ）次に、図９に示すように、透明電極１５をパターニング後、透明電極１５を覆うように発光する光の波長λに対して反射する反射積層膜２８を蒸着、スパッタリング技術などによって形成する。
【０１６３】
（ｊ）次いで、反射積層膜２８およびｐ型半導体層１４〜ｎ型半導体層１２の途中までを、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのエッチング技術を用いて、メサエッチングして除去し、ｎ型半導体層１２の表面を露出させる。
【０１６４】
（ｋ）次に、露出したｎ型半導体層１２の表面にｎ側電極２００、３００を蒸着、スパッタリング技術などにより形成する。ｐ型半導体層１４上の透明電極１５に対しても、パターン形成後ｐ側電極１００を蒸着、スパッタリング技術などにより形成して、図９、図１４或いは図１５に示した半導体発光素子が完成する。
【０１６５】
第１の実施の形態によれば、外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【０１６６】
[第２の実施の形態] 
（素子構造）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１６（ａ）に示すように、基板１０と、基板１０上に配置されたＡｌＮバッファ層１６と、ＡｌＮバッファ層１６上に配置され、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型半導体層２５と、ｎ型半導体層２５上に配置され、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層とバリア層よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる井戸層が交互に配置された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層６０と、活性層６０上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなるｐ型半導体層８０とを備える。
【０１６７】
活性層６０は、図１６（ｂ）に示すように、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層６１１〜６１ｎ、６１０とバリア層６１１〜６１ｎ、６１０よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる井戸層６２１〜６２ｎが交互に配置された積層構造を有する。以下において、活性層６０に含まれる第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎを総称して「バリア層６１」という。また、活性層６０に含まれるすべての井戸層を総称して「井戸層６２」という。
【０１６８】
上記の積層構造の最上層の最終バリア層６１０の膜厚は、その最終バリア層６１０以外の積層構造に含まれる他のバリア層（第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎ）の厚さより厚く形成されていてもよい。
【０１６９】
図１６に示した半導体発光素子では、最終バリア層６１０のｐ型ドーパンドの濃度が、ｐ型半導体層８０に接する最終バリア層６１０の第１主面から最終バリア層６１０の膜厚方向に沿って漸減し、第１主面に対向する第２主面においてｐ型ドーパンドが存在しない。
【０１７０】
基板１０には、例えば、ｃ面（０００１）,０．２５°オフのサファイア基板などが採用可能である。ｎ型半導体層２５、活性層６０及びｐ型半導体層８０はそれぞれＡｌＧａＮ層からなり、基板１０上にバッファ層１６、ｎ型窒化物系半導体層２、ｎ型コンタクト層１９、活性層６０及びｐ型半導体層８０が順次積層される。
【０１７１】
（ＡｌＮバッファ層）
バッファ層１６は、例えば、厚さ約１０〜５０オングストローム程度のＡｌＮ層で形成される。ＡｌＮバッファ層１６を結晶成長させる場合、例えば、約９００℃〜９５０℃程度の温度範囲の高温において成長させる。
【０１７２】
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、アンモニア（ＮＨ3）を、Ｈ2ガスをキャリアとして、反応室に供給することによって、厚さ約１０〜５０オングストローム程度の薄いＡｌＮバッファ層１６を、高速に成長させることができ、しかも結晶性も良好に保ちつつ形成することができる。
【０１７３】
（ｎ型半導体層）
ｎ型半導体層２５は、図１６（ａ）に示すように、ＡｌＮバッファ層１６上に配置され、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型窒化物系半導体層２と、ｎ型窒化物系半導体層２上に配置され、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型コンタクト層１９とを備える。
【０１７４】
ｎ型窒化物系半導体層２には、シリコン（Ｓｉ）等のｎ型不純物が不純物添加され、膜厚は、例えば、約１〜６μｍ程度である。
【０１７５】
ｎ型窒化物系半導体層２は、電子を活性層６０に供給し、ｐ型半導体層８０は、正孔（ホール）を活性層６０に供給する。供給された電子及び正孔が活性層６０で再結合することにより、光が発生する。
【０１７６】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、高温ＡｌＮバッファ層１６上、ＡｌＮ層に比較的近い格子定数を有するＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)をに形成することから、ｎ型半導体層２５の結晶性および表面モフォロジーを改善することができ、かつ発光波長に対する透明性を向上することができる。
【０１７７】
（活性層）
活性層６０は、図１６（ｂ）に示すように、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなる第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎ及び最終バリア層６１０でそれぞれ挟まれたＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる第１井戸層６２１〜第ｎ井戸層６２ｎを有する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造である（ｎ：自然数）。つまり、活性層６０は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる井戸層６２を井戸層６２よりもバンドギャップの大きなＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層６１でサンドイッチ状に挟んだ量子井戸構造を単位ペア構造とし、この単位ペア構造をｎ回積層したｎペア構造を有する。
【０１７８】
具体的には、第１井戸層６２１は第１バリア層６１１と第２バリア層６１２の間に配置され、第２井戸層６２２は第２バリア層６１２と第３バリア層６１３の間に配置される。そして、第ｎ井戸層６２ｎは第ｎバリア層６１ｎと最終バリア層６１０の間に配置される。活性層６０の第１バリア層６１１は、ｎ型窒化物系半導体層２上にｎ型コンタクト層１９を介して配置され、活性層６０の最終バリア層６１０上にはｐ型半導体層８０（２１,２２,８１〜８４）が配置される。
【０１７９】
また、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなる第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎと、第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎ及び最終バリア層６１０でそれぞれ挟まれたＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる第１井戸層６２１〜第ｎ井戸層６２ｎには、いずれもｎ型不純物が不純物添加されていても良い。例えば、ｎ型不純物としてＳｉ原子が、例えば約５×１０16程度不純物添加されていても良い。
【０１８０】
また、多重量子井戸層のペア数は、例えば、２〜８であることを特徴とする。なお、井戸層６２１〜６２ｎのインジウム（Ｉｎ）の比率｛ｙ／（１−ｘ―ｙ）｝は、発生させたい光の波長に応じて適宜設定される。
【０１８１】
例えば、Ｉｎの組成比ｙは、約０．１５程度、Ａｌの組成比は、例えば、約０．０１〜０．１程度である。
【０１８２】
また、井戸層６２１〜６２ｎの厚さは、例えば、約２〜３ｎｍ程度、望ましくは、約２．８ｎｍ程度であり、バリア層６１１〜６１ｎの厚さは約７〜１８ｎｍ程度、望ましくは、約１６．５ｎｍ程度である。
【０１８３】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子においては、ｎ型半導体層２５から供給される電子と、ｐ型半導体層８０から供給されるホールが活性層６０において効率よく再結合するための活性層６０内のＭＱＷペア数を最適化することができる。
【０１８４】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子においては、活性層６０として、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる井戸層６２と、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)よりもバンドギャップの大きなＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層６１を有することから、発光波長に対する透明性を向上し、かつその後の高温プロセスに対する熱ダメージに対する耐性を向上することができる。
【０１８５】
（最終バリア層）
最終バリア層６１０の膜厚は、ｐ型半導体層８０から活性層６０へのＭｇの拡散距離より厚く形成される。
【０１８６】
図１６に示した半導体発光素子では、最終バリア層６１０のｐ型不純物の濃度が、ｐ型半導体層８０に接する最終バリア層６１０の第１主面から最終バリア層６１０の膜厚方向に沿って漸減し、第１主面に対向する第２主面においてｐ型不純物が実質的に存在しない。
【０１８７】
図１６に示した半導体発光素子の最終バリア層６１０の膜厚ｄ0は、ｐ型半導体層８０の形成工程及びその工程以降においてｐ型半導体層８０から活性層６０に拡散するｐ型不純物が、活性層６０の井戸層６２に達しないように設定される。つまり、ｐ型半導体層８０から最終バリア層６１０に拡散するｐ型不純物が、ｐ型半導体層８０に接する最終バリア層６１０の第１主面に対向する第２主面（最終バリア層６１０が井戸層６２ｎに接する面）まで達しない厚みに膜厚ｄ0が設定される。
【０１８８】
ｐ型半導体層８０に接する最終バリア層６１０の第１主面でのＭｇ濃度は、例えば、約２×１０20cｍ-3程度であり、第１主面に対向する最終バリア層６１０の第２主面に向かってＭｇ濃度は次第に低下し、第１主面から距離約７〜８ｎｍの位置においてＭｇ濃度は、約１０16ｃｍ-3未満の影響を及ぼさず、分析での検出下限界以下になる。
【０１８９】
即ち、最終バリア層６１０の膜厚ｄ0を、約１０ｎｍ程度にすることにより、Ｍｇは最終バリア層６１０の第２主面まで拡散せず、そのため、活性層６０と接する最終バリア層６１０の第２主面にはＭｇは存在しない。つまり、第ｎ井戸層６２ｎ内にＭｇが拡散せず、活性層６０で発生する光の輝度の低下が防止される。
【０１９０】
なお、第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎの膜厚ｄ１〜ｄｎは、同一であってもよい。ただし、膜厚ｄ１〜ｄｎは、ｎ型半導体層２５から活性層６０に注入される正孔が第ｎ井戸層６２ｎに到達し、第ｎ井戸層６２ｎで電子と正孔の再結合による発光が生じ得る厚さに設定する必要がある。第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎの膜厚ｄ１〜ｄｎが厚すぎると活性層６０中での正孔の移動が妨げられ、発光効率が低下するためである。例えば、最終バリア層６１０の膜厚ｄ0は約１０ｎｍ程度であり、第１バリア層６１１〜第ｎバリア層６１ｎの膜厚ｄ１〜ｄｎは約７〜１８ｎｍ程度であり、第１井戸層６２１〜第ｎ井戸層６２ｎの膜厚は約２〜３ｎｍ程度である。
【０１９１】
以上に説明したように、第２の実施の形態に係る半導体発光素子では、ｐ型半導体層８０に接する最終バリア層６１０の膜厚ｄ0が、ｐ型半導体層８０から活性層６０に拡散するｐ型不純物が活性層６０の井戸層６２に到達しない厚さに設定される。つまり、図１６に示した半導体発光素子によれば、最終バリア層６１０の膜厚ｄ0をＭｇの拡散距離より厚く設定することにより、活性層６０全体の膜厚の増大を抑制しつつ、ｐ型半導体層８０から活性層６０の井戸層６２へのｐ型不純物の拡散を防止できる。その結果、井戸層６２へのｐ型不純物の拡散に起因する光の輝度の低下が生じず、半導体発光素子の品質の劣化が抑制された半導体発光素子を製造することができる。
【０１９２】
（ｐ型半導体層）
ｐ型半導体層８０は、ｐ型不純物を不純物添加した膜厚０．０５〜１μｍ程度のＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)によって形成される。ｐ型不純物としては、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、炭素（Ｃ）等が使用可能である。
【０１９３】
ｐ型半導体層８０の構成例は、さらに詳細には以下の通りである。すなわち、ｐ型半導体層８０は、図１６（ａ）に示すように、活性層６０の上部に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子バリア層２１と、電子バリア層２１上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子キャップ層２２と、電子キャップ層２２上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第１窒化物系半導体層８１と、第１窒化物系半導体層８１上に配置され、第１窒化物系半導体層８１のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第２窒化物系半導体層８２と、第２窒化物系半導体層８２上に配置され、第２窒化物系半導体層８２のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第３窒化物系半導体層８３と、第３窒化物系半導体層８３上に配置され、第３窒化物系半導体層８３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる第４窒化物系半導体層８４とを備える。
【０１９４】
第２窒化物系半導体層８２の厚さは、第１窒化物系半導体層８１、或いは第３窒化物系半導体層８３乃至第４窒化物系半導体層８４の厚さよりも厚く形成される。
【０１９５】
ここで、具体的に各層の材料と厚さを説明する。活性層６０の上部に配置されるｐ型不純物を含む第１窒化物系半導体層８１は、例えばＭｇを不純物添加された約１．３×１０20ｃｍ-3、厚さ約４０ｎｍ程度のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)で形成される。
【０１９６】
第１窒化物系半導体層８１上に配置され、第１窒化物系半導体層８１のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第２窒化物系半導体層８２は、例えばＭｇを不純物添加された約２．７×１０19ｃｍ-3、厚さ約９０ｎｍ程度のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)で形成される。
【０１９７】
第２窒化物系半導体層８２上に配置され、第２窒化物系半導体層８２のｐ型不純物よりも高濃度のｐ型不純物を含む第３窒化物系半導体層８３は、例えばＭｇを不純物添加された約１.２×１０20ｃｍ-3、厚さ約２０ｎｍ程度のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)で形成される。
【０１９８】
第３窒化物系半導体層８３上に配置され、第３窒化物系半導体層８３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層８４は、例えばＭｇを不純物添加された約５×１０19ｃｍ-3未満程度、厚さ約５ｎｍ程度のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)で形成される。第４窒化物系半導体層８４は、ｐ型コンタクト層として機能する。
【０１９９】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子において、活性層６０の上に形成されるｐ型半導体層８０は、上記のように、Ｍｇ濃度の異なる４層構造のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなり、上記の濃度でドーピングされている。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)は、活性層６０への熱ダメージを低減させるために、約８００℃〜９００℃の低温で成長する。
【０２００】
活性層６０に一番近い第１窒化物系半導体層８１は、Ｍｇ濃度が高いほど発光強度が高くなるため、Ｍｇ濃度は高ければ高いほど望ましい。
【０２０１】
第２窒化物系半導体層８２は、Ｍｇを不純物添加しすぎると、Ｍｇに起因する結晶欠陥が増加し、膜の抵抗が高くなるため、１０19ｃｍ-3台の半ば程度のＭｇ濃度とすることが望ましい。
【０２０２】
第３窒化物系半導体層８３は、活性層６０への正孔注入量を決める層であるため、第２窒化物系半導体層８２よりはやや高めのＭｇ濃度とすることが望ましい。
【０２０３】
第４窒化物系半導体層８４は、図１７に示すように、透明電極１５とのオーミックコンタクトを取るためのｐ型ＡｌＧａＮ層であり、実質的に空乏化されている。透明電極１５として、例えば、ＧａまたはＡｌが１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3程度不純物添加されたＺｎＯ電極を用いた場合、半導体発光素子の順方向電圧Ｖfを最も下げる時のＭｇ濃度となるように、第４窒化物系半導体層８４には、Ｍｇが不純物添加される。
【０２０４】
ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)を成長させる場合、ｐ側電極１００に近い第３窒化物系半導体層８３、第４窒化物系半導体層８４は、膜中の正孔濃度を上昇させる必要があるため、キャリアガス中のＨ2ガス量を多くする。また、活性層６０に近い第１窒化物系半導体層８１、第２窒化物系半導体層８２は、キャリアガス中のＨ2ガス量を多くする必要はなく、活性層６０をＮ2キャリアガスで成長させているその延長で結晶成長させる。これらのｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)を成長させる時は、Ｖ／ＩＩＩ比をなるべく高くした方がより低抵抗な膜を成長させることができ、発光素子の順方向電圧（Ｖf）を下げることができる。
【０２０５】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、低温でｐ型半導体層を形成して活性層への熱ダメージを低減させ、ｐ型半導体層をＧａＮ層よりもバンドギャップの広いＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)で形成することで、発光波長に対する透明性を向上し、かつ順方向電圧（Ｖf）を低下させ、発光効率を向上させることができる。
【０２０６】
（電極構造）
第２の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１７および図１８に示すように、ｎ型半導体層２５に電圧を印加するｎ側電極２００と、ｐ型半導体層８０に電圧を印加するｐ側電極１００を更に備える。図１７に示すように、ｐ型半導体層８０、活性層６０、及びｎ型コンタクト層１９の一部領域をメサエッチングして露出させたｎ型コンタクト層１９の表面に、ｎ側電極２００が配置される。
【０２０７】
ｐ側電極１００は、ｐ型半導体層８０上に透明電極１５を介して配置される。或いはまた、ｐ側電極１００は、ｐ型半導体層８０上に直接配置されていても良い。或いはまた、ｐ側電極１００は、透明電極１５に対して窓開けした開口部上に配置されていても良い。
【０２０８】
第４窒化物系半導体層８４上に配置される透明電極１５は、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ若しくはインジウムを含有するＺｎＯのいずれかを含む。
【０２０９】
ｎ側電極２００は、例えばＡｌ膜、Ｔｉ／Ａｕ／Ｎｉ膜、Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ膜、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜、Ａｌ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜、Ａｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ膜、Ａｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜、或いは上層からＡｕ-Ｓｎ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｎi／Ａｌ膜、Ａｕ-Ｓｎ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎi／Ａｌ膜の多層膜からなる。
【０２１０】
ｐ側電極１００は、例えばＡｌ膜、パラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）合金膜、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜の多層膜、或いは上層からＡｕ-Ｓｎ／Ｔｉ／Ａｕ膜、Ａｕ−Ｓｎ／Ａｕ膜、Ａｕ-Ｓｎ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ膜、Ａｕ−Ｓｎ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｔｉ膜、Ａｕ−Ｓｎ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉ膜の多層膜からなる。そして、ｎ側電極２００はｎ型半導体層２５に、ｐ側電極１００は、透明電極１５を介してｐ型半導体層８０に、それぞれオーミック接続される。
【０２１１】
図１９は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子をフリップチップ構造に実装するために、ｎ側電極２００上にさらにｎ側電極３００を形成して、ｐ側電極１００の表面とｎ側電極３００の表面を、基板１０から測った高さが略同じ高さとなるように形成している。
【０２１２】
図１９の構造は、透明電極１５として透明導電膜ＺｎＯを形成し、このＺｎＯを、発光する光の波長λに対して反射する反射積層膜２８で覆う構造を備える。
【０２１３】
また、透明電極１５を、絶縁膜で被覆し、さらに、絶縁膜を発光する光の波長λに対して反射する反射積層膜２８で覆う構造を備えていても良い。
【０２１４】
反射積層膜２８はλ／４ｎ1とλ／４ｎ2の積層構造（ｎ1，ｎ2は積層する層の屈折率）を有する。積層構造に用いる材料としては、例えばλ＝４５０ｎｍの青色光に対して、ＺｒＯ2(ｎ＝２．１２)とＳｉＯ2(ｎ＝１．４６)からなる積層構造を用いることができる。この場合の各層の厚さは、ＺｒＯ2を、例えば約５３ｎｍ、ＳｉＯ2を、例えば約７７ｎｍとしている。積層構造を形成するための他の材料としては、ＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3などを用いることもできる。
【０２１５】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、反射積層膜２８により活性層３０内で発光した光を、ｐ側電極１００で吸収されることなく、基板１０側から外部に取り出すことができるため、外部発光効率を向上することができる。
【０２１６】
ＡｌＧａＮ層側からサファイア基板１０を介して外部へ光を取り出す経路となるフリップチップ構造が、特に外部発光効率を向上させ得る点で有効である。異種基板１０上へ部分的に屈折率の異なる保護膜を形成した基板を作成し、その上にＡｌＧａＮ層を上記の基板１０へエピタキシャル成長させ、発光素子を形成することにより、エピタキシャル成長層ー基板界面に凹凸を形成でき、光の散乱・回折が生じ、光取り出し効率が向上することも可能である。
【０２１７】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ｎ型半導体層２５、活性層６０、ｐ型半導体層８０にＡｌを添加し、熱ダメージを減少すると共に、発光波長に対する透過性を向上し、かつ、反射積層膜２８により活性層６０内で発光した光を、ｐ側電極１００で吸収されることなく外部に取り出すことができるため、外部発光効率を向上することができる。
【０２１８】
（製造方法）
以下に、図１６に示した第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の例を説明する。なお、以下に述べる半導体発光素子の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。ここでは、基板１０にサファイア基板を適用する例を説明する。
【０２１９】
（ａ）まず、良く知られた有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等で露出されたサファイア基板１０上にＡｌＮバッファ層１６を成長させる。例えば、約９００℃〜９５０℃程度の高温において、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、アンモニア（ＮＨ3）を、Ｈ2ガスをキャリアとして、反応室に供給することによって、厚さ約１０〜５０オングストローム程度の薄いＡｌＮバッファ層１６を、短時間に成長させる。
【０２２０】
（ｂ）次に、ＡｌＮバッファ層１６上に、ＭＯＣＶＤ法などにより、ｎ型不純物が不純物添加されたｎ型窒化物系半導体層２を成長させる。例えば、ＡｌＮバッファ層１６を形成した基板１０をサーマルクリーニングした後、基板温度を１０００°Ｃ程度に設定して、ＡｌＮバッファ層１６上に、ｎ型不純物を不純物添加したＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型窒化物系半導体層２を１〜５μｍ程度成長させる。ｎ型窒化物系半導体層２には、例えばｎ型不純物としてＳｉを３×１０18ｃｍ-3程度の濃度で不純物添加する。Ｓｉを不純物添加する場合は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）及びシラン（ＳｉＨ4）を原料ガスとして供給してｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)を形成する。
【０２２１】
（ｃ）次に、ｎ型窒化物系半導体層２上に、ｎ型コンタクト層１９を、例えば約１５５０ｎｍ程度形成する。ｎ型コンタクト層１９には、例えばｎ型不純物としてＳｉを３×１０18ｃｍ-3程度の濃度で不純物添加する。
【０２２２】
（ｄ）次に、活性層６０をｎ型半導体層２５（２，１９）上に形成する。例えば、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層６１とＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる井戸層６２を交互に積層して、活性層６０が形成される。具体的には、活性層６０を形成する際の基板温度及び原料ガスの流量を調整しながら、バリア層６１と井戸層６２を交互に連続して成長させ、バリア層６１と井戸層６２が積層してなる活性層６０が形成される。即ち、基板温度及び原料ガスの流量を調節することによって井戸層６２及び井戸層６２よりバンドギャップが大きいバリア層６１を積層する工程を単位工程とし、この単位工程をｎ回、例えば８回程度繰り返して、バリア層６１と井戸層６２が交互に積層された積層構造を得る。
【０２２３】
バリア層６１を形成する場合は、原料ガスとして、例えばＴＭＧガス、ＴＭＡガス、ＮＨ3ガスをそれぞれ成膜用の処理装置に供給する。一方、井戸層６２を形成する場合は、原料ガスとして、例えばＴＭＧガス、ＴＭＡガス、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガス、ＮＨ3ガスをそれぞれ処理装置に供給する。なお、ＴＭＧガスはＧａ原子の原料ガス、ＴＭＩガスはＩｎ原子の原料ガス、ＴＭＡガスはＡｌ原子の原料ガス、ＮＨ3ガスは窒素原子の原料ガスとして供給される。
【０２２４】
形成された積層構造上に、最終バリア層６１０としてノンドープのＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)を１０ｎｍ程度形成して、図１６または図１７に示した活性層６０が形成される。既に説明したように、最終バリア層６１０の膜厚ｄ0は、ｐ型半導体層８０から活性層６０に拡散するｐ型ドーパンドが活性層６０の井戸層６２に到達しない厚さに設定される。
【０２２５】
（ｅ）次いで、基板温度を８００℃〜９００℃程度にして、最終バリア層６１０上に、ｐ型不純物を不純物添加したｐ型半導体層８０を０．０５〜１μｍ程度形成する。
【０２２６】
ｐ型不純物として、Ｍｇを不純物添加する場合は、ＴＭＧガス、ＴＭＡガス、ＮＨ3ガス及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）ガスを原料ガスとして供給して、ｐ型半導体層８０（２１、２２、８１〜８４）を形成する。ｐ型半導体層８０の形成時にｐ型半導体層８０から活性層６０にＭｇが拡散するが、最終バリア層６１０により、Ｍｇが活性層６０の井戸層６２に拡散することが防止される。
【０２２７】
（ｆ）次に、ｐ型半導体層８０の上部に蒸着、スパッタリング技術などによって透明電極１５を形成する。透明電極１５としては、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ若しくはインジウムを含有するＺｎＯのいずれかを用いることができる。さらに、ＧａあるいはＡｌなどのｎ型不純物を１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3程度まで高濃度に不純物添加しても良い。
【０２２８】
（ｇ）次に、透明電極１５をパターニング後、透明電極１５を覆うように発光する光の波長λに対して反射する反射積層膜２８を蒸着、スパッタリング技術などによって形成する。
【０２２９】
（ｈ）次いで、反射積層膜２８およびｐ型半導体層８０〜ｎ型半導体層２５の途中までを、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などのエッチング技術を用いて、メサエッチングして除去し、ｎ型コンタクト層１９の表面を露出させる。
【０２３０】
（ｉ）次に、露出したｎ型コンタクト層１９の表面にｎ側電極２００、３００を蒸着、スパッタリング技術などにより形成する。ｐ型半導体層８０上の透明電極１５に対しても、パターン形成後ｐ側電極１００を蒸着、スパッタリング技術などにより形成して、図１７、或いは図１９に示した半導体発光素子が完成する。
【０２３１】
（変形例）
第２の実施の形態の変形例としては、活性層６０の上部に配置されたｐ型半導体層８０として、活性層６０の上部に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子バリア層２１と、電子バリア層２１上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなる電子キャップ層２２と、電子キャップ層２２上に配置されｐ型不純物を含む第３窒化物系半導体層８３と、第３窒化物系半導体層８３上に配置され、第３窒化物系半導体層８３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層８４とからなる構造を備えていても良い。
【０２３２】
第３窒化物系半導体層８３は、例えばＭｇを不純物添加された約１．２×１０20ｃｍ-3、厚さ約２０ｎｍ程度のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)で形成される。
【０２３３】
第３窒化物系半導体層８３上に配置され、第３窒化物系半導体層８３のｐ型不純物よりも低濃度のｐ型不純物を含む第４窒化物系半導体層８４は、例えばＭｇを不純物添加された約５×１０19ｃｍ-3未満、厚さ約５ｎｍ程度のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)で形成される。
【０２３４】
第２の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子において、活性層６０の上に形成されるｐ型半導体層８０は、上記のように、Ｍｇ濃度の異なる構造のｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなり、上記の濃度でドーピングされている。ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)は、活性層６０への熱ダメージを低減させるために、約８００℃〜９００℃の低温で成長する。
【０２３５】
第３窒化物系半導体層８３は、活性層６０への正孔注入量を決める層であるため、Ｍｇ濃度が高いほど発光強度が高くなる。このため、Ｍｇ濃度は高ければ高いほど望ましい。
【０２３６】
第４窒化物系半導体層８４は、透明電極１５とのオーミックコンタクトを取るためのｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)であり、実質的に空乏化されている。透明電極１５として、例えば、ＧａまたはＡｌが１×１０19 〜５×１０21ｃｍ-3程度不純物添加されたＺｎＯ電極を用いた場合、半導体発光素子の順方向電圧Ｖfを最も下げる時のＭｇ濃度となるように、第４窒化物系半導体層８４には、Ｍｇが不純物添加される。
【０２３７】
第２の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子においてもＡｌＮバッファ層１６、ｎ型半導体層２５、活性層６０、ｐ型半導体層８０（２０、２１、８３,８４）、最終バリア層６１０、反射積層膜２８および電極構造は第２の実施の形態に係る半導体発光素子と同様であるため、説明は省略する。
【０２３８】
第２の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子によれば、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層のすべての層にＡｌを添加し、熱ダメージを減少すると共に、発光波長に対する透過性を向上して、外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【０２３９】
[第３の実施の形態]
（素子構造）
本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図２０（ａ）に示すように、基板１０と、基板１０上に配置された保護膜１８と、保護膜１８に挟まれた基板１０上に配置されたＡｌＮバッファ層１６と、ＡｌＮバッファ層１６上および保護膜１８上に配置され,ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型半導体層２５と、ｎ型半導体層２５上に配置され、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層とバリア層よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる井戸層が交互に配置された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層６０と、活性層６０上に配置され、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなるｐ型半導体層８０とを備える。
【０２４０】
活性層６０は、図２０（ｂ）に示すように、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層６１１〜６１ｎ、６１０とバリア層６１１〜６１ｎ、６１０よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１) からなる井戸層６２１〜６２ｎが交互に配置された積層構造を有する。
【０２４１】
（電極構造）
第３の実施の形態に係る半導体発光素子は、図２１に示すように、ｎ型半導体層２５に電圧を印加するｎ側電極２００と、ｐ型半導体層８０に電圧を印加するｐ側電極１００を更に備える。図２１に示すように、ｐ型半導体層８０、活性層６０、及びｎ型コンタクト層１９の一部領域をメサエッチングして露出させたｎ型コンタクト層１９の表面に、ｎ側電極２００が配置される。
【０２４２】
図２２は、第３の実施の形態に係る半導体発光素子をフリップチップ構造に実装するために、ｎ側電極２００上にさらにｎ側電極３００を形成して、ｐ側電極１００の表面とｎ側電極３００の表面を、基板１０から測った高さが略同じ高さとなるように形成している。
【０２４３】
図２２の構造は、透明電極１５として透明導電膜ＺｎＯを形成し、このＺｎＯを、発光する光の波長λに対して反射する反射積層膜２８で覆う構造を備える。
【０２４４】
また、透明電極１５を、絶縁膜で被覆し、さらに、絶縁膜を発光する光の波長λに対して反射する反射積層膜２８で覆う構造を備えていても良い。
【０２４５】
（製造方法）
第３の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上に保護膜を形成する工程と、保護膜に挟まれた前記基板上にＡｌＮバッファ層を形成する工程と、ＡｌＮバッファ層上および前記保護膜上に、ｎ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるｎ型半導体層を形成する工程と、ｎ型半導体層上に、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層と該バリア層よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる井戸層が交互に形成された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層を形成する工程と、活性層上に、ｐ型不純物が不純物添加されたＡｌxＧａ1-xＮ層(０≦ｘ＜１)からなるｐ型半導体層を形成する工程とを有する。
【０２４６】
第３の実施の形態に係る半導体発光素子によれば、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層のすべての層にＡｌを添加し、熱ダメージを減少すると共に、発光波長に対する透過性を向上して、外部発光効率の向上した半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【０２４７】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０２４８】
既に述べた実施の形態の説明においては、ＡｌxＧａ1-xＮ層(０＜ｘ＜１)からなるバリア層３１と該バリア層３１よりバンドギャップが小さいＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる井戸層３２が交互に配置された積層構造を有する多重量子井戸からなる活性層３０の例を示したが、活性層３０がＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ層(０＜ｘ≦ｙ＜１, ０＜ｘ＋ｙ＜１)からなる１つの井戸層３２を含み、この井戸層３２とｐ型半導体層４０間に配置された最終バリア層３１０の膜厚ｄ0を、Ｍｇの拡散距離より厚くした構造であってもよい。
【０２４９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０２５０】
本発明の半導体発光素子は、量子井戸構造を備えたＬＥＤ素子,ＬＤ素子等の窒化物系半導体素子全般に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子であって、(ａ) 半導体発光素子の模式的断面構造図、（ｂ）模式的平面パターン構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図であって、反射積層膜を備える構造例。
【図１０】図９と対比した本発明の比較例に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の詳細な模式的断面構造図であって、(ａ) 半導体発光素子部分の模式的断面構造図、（ｂ）活性層部分の拡大された模式的断面構造図。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子の模式的断面構造図あって、(ａ) 半導体発光素子部分の模式的断面構造図、（ｂ）活性層部分の拡大された模式的断面構造図。
【図１３】本発明の第１の実施の形態およびその変形例に係る半導体発光素子に適用されるIII族窒化物半導体の結晶面について説明するための模式図であって、（ａ）III族窒化物半導体の結晶構造のｃ面、ａ面、ｍ面を示す模式図、（ｂ）半極性面{１０−１１}を説明するための模式図、（ｃ）半極性面｛１０−１３｝を説明するための模式図、（ｄ）III族原子と窒素原子の結合を示す模式図。
【図１４】図１１に示した本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、ｐ側電極およびｎ側電極まで形成した模式的断面構造図。
【図１５】フリップチップ構造を形成した本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図であって、(ａ) 半導体発光素子部分の模式的断面構造図、（ｂ）活性層部分の拡大された模式的断面構造図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子のｐ側電極およびｎ側電極まで形成した模式的断面構造図。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子において、図１７に対応する模式的平面パターン構成図。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子において、フリップチップ構成による模式的断面構造図。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的断面構造図であって、(ａ) 半導体発光素子部分の模式的断面構造図、（ｂ）活性層部分の拡大された模式的断面構造図。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子のｐ側電極およびｎ側電極まで形成した模式的断面構造図。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係る半導体発光素子において、フリップチップ構成による模式的断面構造図。
【符号の説明】
【０２５２】
２…ｎ型窒化物系半導体層
１０…基板（絶縁性基板）
１２…ｎ型半導体層
１３…活性層
１４…ｐ型半導体層
１５…透明電極
１６…バッファ層
１７…ブロック層
１８…保護膜
１９…ｎ型コンタクト層
２０…貫通転位
２１…電子バリア層
２２…キャップ層
２５…ｎ型半導体層
２８…反射積層膜
３０，６０…活性層
３１，３１１〜３１ｎ…バリア層（ＧａＮ層）
３２，３２１〜３２ｎ…井戸層（ＩｎＧａＮ層）
６１，６１１〜６１ｎ…バリア層（ＡｌＧａＮ層）
６２，６２１〜６２ｎ…井戸層（ＡｌＩｎＧａＮ層）
４０，８０…ｐ型半導体層
４１，８１…第１窒化物系半導体層
４２，８２…第２窒化物系半導体層
４３，８３…第３窒化物系半導体層
４４，８４…第４窒化物系半導体層（ｐ型コンタクト層）
１００…ｐ側電極
１２１…第１のｎ型半導体層
１２２…第２のｎ型半導体層
１２３…第３のｎ型半導体層
１２４…第４のｎ型半導体層
２００、３００…ｎ側電極
３１０…最終バリア層
ＬＯ…保護膜１８の中央部
ＬＡ,ＬＢ…横方向選択成長方向のベクトル
【図１】
0005366518.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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