CN100449808C - 氮化物半导体元件 - Google Patents

Abstract

为了通过发挥使用多量子阱结构的有源层的特性，从而提高发光输出功率、扩大氮化物半导体发光元件的各种应用产品的适用范围，在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间设有有源层的氮化物半导体发光元件中，在n侧区域和p侧区域的至少任意一方，形成有由两种氮化物半导体膜层叠而成的多层膜层。

Description

氮化物半导体元件

技术领域

本发明涉及在发光二极管(LED)、激光二极管、太阳能电池、光传感器等发光元件、感光元件，或晶体管、电源器件等电子器件中所使用的氮化物半导体(例如，In_xAl_yGa_1-x-yN、0≤x、0≤y、x+y≤1)元件。

背景技术

氮化物半导体作为高亮度蓝色LED、纯绿色LED的材料，已被实际应用于全色LED显示器、交通信号灯、影像扫描仪光源等各种光源中。这些LED元件基本具有将下列各层依次层叠在蓝宝石基板上的结构：由GaN构成的缓冲层，由掺杂了Si的GaN构成的n侧接触层，具有InGaN的单量子阱结构(SQW：Single-Quantum-Well)的、或者具有InGaN的多量子阱结构(MQW：Multi-Quantum-Well)的有源层，由掺杂Mg的AlGaN构成的p侧包覆层，由掺杂Mg的GaN构成的p侧接触层；这些元件还显示出非常优异的性能，即，当电流为20mA时，在发光波长为450nm的蓝色LED中功率为5mW、外部量子效率为9.1％，在发光波长为520nm的绿色LED中功率为3mW、外部量子效率为6.3％。

这样，在氮化物半导体发光器件中采用的是具有有源层的双重异质结构，所述的有源层是具有由InGaN构成的阱层的单量子阱结构或者多量子阱结构的有源层。

另外，在氮化物半导体发光器件中，由于多量子阱结构具有由多个微带(mini band)构成的结构，效率高，即使很小的电流也能实现发光，所以可以期待由单量子阱结构提高发光输出功率等的元件特性的提高。

例如，作为使用多量子阱结构的有源层的LED元件，在特开平10-135514号公报中公开了一种氮化物半导体元件，为了提高它的发光效率和发光的强度，所述氮化物半导体元件至少具有下列各层：由非掺杂的GaN构成的势垒层，由非掺杂的InGaN构成的阱层所组成的多量子阱结构的发光层，进而具有比发光层的势垒层还要宽的带隙(band gap)的包覆层。

然而，当将有源层做成多量子阱结构时，由于与单量子阱结构的有源层相比，有源层的整体的膜厚度较厚，所以会有纵向的串联电阻增大，例如，在LED元件中Vf(正向电压)增大的倾向。

作为有可能用作使Vf降低的技术，例如在特开平9-298341中记载了一种将在有源层以上的p侧光波导层、接触层等做成含有InAlGaN层的超晶格层的激光元件。这种技术是通过将p型氮化物半导体层做成含In氮化物半导体层的超晶格结构，所述氮化物半导体层含有In，来使p层的载流子浓度增大，从而降低激光元件的阈值的技术。然而，由于现实中InAlGaN那样的4元混晶的氮化物半导体的结晶性很差，而且很难将含In的氮化物半导体做成p型，所以实际上很难制造出LED元件或者LD元件。

因此，虽然可以期待这种多量子阱结构的有源层大大提高发光输出功率，但是难以充分发挥所期望的可能性。

另外，关于LD元件，本申请人曾发表了在氮化物半导体基板上制作一种含有有源层的氮化物半导体激光元件，在世界上第一次达到了室温下连续振荡一万小时以上(ICNS’97予稿集，10月号27-31，1997，P444-446；以及Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-1571 Part2，No.12A，1997年12月1日)。

可是，例如，为了将LED元件使用于照明光源、被日光直接照射的室外显示设备等之中，要求Vf进一步降低、而且发光效率高的元件。另外，为了将LD元件使用在光读取器等光源中，必须更进一步进行降低它的阈值、提高它的寿命等更进一步的改进。

另外最近，在使用该氮化物半导体的发光元件中进行了如下研究，如特开平8-97468号公报所公开那样，使用带隙能量比GaN小的InGaN来形成以往用GaN形成p侧电极的p型接触层。即，通过使用带隙能量小的InGaN，来降低p型接触层和p侧电极之间的势垒，以获得良好的欧姆接触。

然而，InGaN很难生长成缺陷少而结晶性好的膜，很难获得如所期望那样的具有充分低的接触电阻的欧姆接触。另外，还存在因为所生成的InGaN层的结晶性偏差而使接触电阻不稳定的问题。因此，具有由InGaN制成的p型接触层的以往的氮化物半导体元件很难同时获得充分低而又稳定的工作电压和高输出功率。因此，例如，当使用由InGaN制成的接触层来构成LED元件时，存在如下问题，即，20mA时的正向电压(Vf)无法低到3.4V～3.8V，而且其偏差也很大。

另外进而，由氮化物半导体制成的元件，其结构上存在着即使是在远远低于人体所产生的静电的100V的电压下也会恶化的可能性，在处理的时候需要注意。因此，为了进一步提高氮化物半导体元件的可靠性，要求进一步提高它的耐静电压的性能。

发明内容

本发明就是鉴于以上事实而提出来的，其目的主要是在提高LED、LD等氮化物半导体元件的输出功率的同时，降低Vf、阈值，以提高元件的发光效率。提高发光效率是与进而也提高感光元件等使用氮化物半导体的其他电子器件的效率联系在一起的。

另外，本发明的目的还在于：通过使用多量子阱结构的有源层，充分发挥其特性，以求进一步提高发光输出功率，扩大氮化物半导体发光元件的各种应用产品的适用范围。

另外，本发明的目的还在于：提供一种氮化物半导体元件，所述氮化物半导体元件能够减小p侧电极与p型接触层的接触电阻，能够在稳定的低工作电压下获得高输出功率。

更进一步，本发明的目的还在于提供一种能提高发光输出功率，而且耐静电压性能良好的氮化物半导体发光元件。

本发明的第一氮化物半导体元件通过下述构成而使Vf和阈值降低，使发光效率提高。

即，本发明的第一氮化物半导体元件，是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件；

其特征在于，上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层具有将含有In的第一氮化物半导体膜与具有与该第一氮化物半导体膜不同组成的第二氮化物半导体膜层叠而成的n侧多层膜层，上述第一氮化物半导体膜或上述第二氮化物半导体膜中至少一方的膜厚在100

或以下。

在本发明的第一氮化物半导体元件中，优选上述第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜这两者为100

或以下，更加优选为70

或以下，最优选为50

或以下。由于通过这样地降低膜厚，多层膜层形成为超晶格结构，可以改善多层膜层的结晶性，因此能够提高它的输出功率。另外，有源层优选为至少含有In的氮化物半导体，优选为具有由InGaN构成的阱层的单量子阱结构或多量子阱结构。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，第一氮化物半导体膜为In_xGa_1-xN(0＜x＜1)，第二氮化物半导体膜为In_yGa_1-yN(0≤y＜1、Y＜X)，最优选为GaN。

更进一步，在本发明的第一氮化物半导体元件中，上述第一氮化物半导体膜或上述第二氮化物半导体膜中的至少一方的膜厚可以为，在相邻近的第一氮化物半导体膜之间或相邻近的第二氮化物半导体膜之间互不相同。即，在形成将第一氮化物半导体膜或第二氮化物半导体膜多层层叠起来的多层膜层的情况下，夹着第二氮化物半导体膜(第一氮化物半导体膜)的两层第一氮化物半导体膜(第二氮化物半导体膜)的膜厚可以互不相同。

进而另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，上述第一氮化物半导体膜或上述第二氮化物半导体膜中的至少一方的III族元素的组成可以为，在相邻近的第一氮化物半导体膜或相邻近的第二氮化物半导体膜的相同III族元素的组成之间互不相同。即，在形成将第一氮化物半导体膜或第二氮化物半导体膜多层层叠起来的多层膜层的情况下，夹着第二氮化物半导体膜(第一氮化物半导体膜)的两层第一氮化物半导体膜(第二氮化物半导体膜)的III族元素的组成的比例可以互不相同。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，n侧多层膜层可以与有源层分离而形成，但为了进一步提高输出功率，优选以与有源层相接的方式来形成。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜也可以是非掺杂的。在这里，所谓非掺杂指的是有意地不掺杂杂质的状态，例如，由于扩散而从相邻的氮化物半导体层混入的杂质，在本发明中也叫做非掺杂。另外由于扩散而混入的杂质的浓度在各层中大都呈梯度分布。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，也可以在第一氮化物半导体膜或第二氮化物半导体膜的任意一方中掺杂n型杂质。这种掺杂称为调制掺杂，通过调制掺杂，能够提高输出功率。另外作为n型杂质，可选择使用Si、Ge、Sn、S等IV族、VI族元素，优选使用Si、Sn。

此外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，也可以在第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜的两者中都掺杂n型杂质。在掺杂n型杂质时，将杂质的浓度调整在5×10²¹/cm³或以下，优选为在1×10²⁰/cm³或以下。如果高于5×10²¹/cm³，氮化物半导体层的结晶性就会恶化，反而会有输出功率下降的倾向。在调制掺杂的情况下也相同。

进而，在本发明的第一氮化物半导体元件中，作为上述p侧区域的氮化物半导体层，具有将含有Al的第三氮化物半导体膜和具有与第三氮化物半导体不同组成的第四氮化物半导体膜层叠而形成的p侧多层膜层，而且，优选上述第三氮化物半导体膜或上述第四氮化物半导体层内的至少一方的膜厚在100

或以下。另外，在本发明中，进而优选第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜两者都在100

或以下，进而优选在70

或以下，最优选为在50

或以下。由于通过像这样地使膜厚减薄，多层膜层会成为超晶格结构，多层膜层的结晶性有所改善，因此可以提高输出功率。

另外进而，在本发明的第一氮化物半导体元件中，第三氮化物半导体膜优选为Al_aGa_1-aN(0＜a≤1)，上述第四氮化物半导体膜优选为In_bGa_1-bN(0≤b＜1、b＜a)，进而优选上述第四氮化物半导体膜为GaN。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，上述第三氮化物半导体膜或上述第四氮化物半导体膜中的至少一方的膜厚可以为，在相邻近的第三氮化物半导体膜之间或相邻近的第四氮化物半导体膜之间互不相同。即，在分别使用多层第三氮化物半导体膜或多层第二氮化物半导体膜来层叠的情况下，夹着第三氮化物半导体膜(第四氮化物半导体膜)的第四氮化物半导体膜(第三氮化物半导体膜)的膜厚也可以互不相同。

进而，在本发明的第一氮化物半导体元件中，上述第三氮化物半导体膜或上述第四氮化物半导体膜中的至少一方膜的III族元素的组成可以为，在相邻近的第三氮化物半导体膜或相邻近的第四氮化物半导体膜的相同III族元素的组成之间互不相同。即，在形成将第三氮化物半导体膜或第四氮化物半导体膜多层层叠起来的多层膜层的情况下，夹着第三氮化物半导体膜(第四氮化物半导体膜)的第四氮化物半导体膜(第三氮化物半导体膜)的III族元素的组成比例也可以互不相同。

另外进而，在本发明的第一氮化物半导体元件中，p侧多层膜层与n侧多层膜层一样，可以与有源层分离形成，但优选与有源层相接而形成。通过这样地与有源层相接而形成，能够提高输出功率。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜也可以是非掺杂的。在将p侧的多层膜层做成非掺杂膜层时，优选将其膜厚做成0.1μm或以下。如比0.1μm厚，将使空穴难以注入有源层，会有容易使输出功率下降的倾向。另外，关于非掺杂的定义，与n侧多层膜层相同。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，在第三氮化物半导体膜或第四氮化物半导体膜中的任何一方中，都可以掺杂p型杂质。通过这样地调制掺杂，会有容易使输出功率提高的倾向。另外作为p型杂质，可以选择Mg、Zn、Cd、Be、Ca等II族元素，优选使用Mg、Be。

另外，在本发明的第一氮化物半导体元件中，也可以在第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜两者中都掺杂p型杂质。在掺杂p型杂质时，要将杂质的浓度调整在1×10²²/cm³或以下，优选为5×10²⁰/cm³或以下。如果高于1×10²²/cm³，氮化物半导体层的结晶性就会恶化，会有使输出功率降低的倾向。这在调制掺杂的情况下也相同。

本发明的第二～第五氮化物半导体元件是通过下述的构成来提高采用了多量子阱结构的有源层的氮化物半导体元件的发光输出功率、扩大氮化物半导体元件的应用产品的适用范围的氮化物半导体元件。

即，本发明的第二氮化物半导体膜是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是将至少两种氮化物半导体膜层叠而形成的n侧第一多层膜层，所述至少两种氮化物半导体膜以不同的浓度掺杂n型杂质，而且具有互不相同的带隙能量；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是将第三和第四氮化物半导体膜层叠而形成的p侧多层膜包覆层，所述第三和第四氮化物半导体膜是分别掺杂p型杂质而形成的，并且带隙能量互不相同；

上述有源层是由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)构成的多量子阱结构。

另外，本发明的第三氮化物半导体元件是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是将至少两种氮化物半导体膜层叠而形成的n侧第一多层膜层，所述至少两种氮化物半导体膜以不同浓度掺杂n型杂质，具有相同组成；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是将第三和第四氮化物半导体膜层叠而形成的p侧多层膜包覆层，所述第三和第四氮化物半导体膜是分别掺杂p型杂质而形成的，并且带隙能量互不相同；

上述有源层是由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)构成的多量子阱结构。

另外，在本发明的第二和第三氮化物半导体元件中，上述第三氮化物半导体膜的p型杂质的浓度与上述第四氮化物半导体膜的p型杂质的浓度，既可以不同，也可以相同。

另外，本发明的第四氮化物半导体元件是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是将至少两种氮化物半导体膜层叠而形成的n侧第一多层膜层，所述至少两种氮化物半导体膜具有以不同浓度掺杂有n型杂质的相同的组成；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是由含有p型杂质的Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)所构成的p侧单层膜包覆层；

上述有源层是由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)构成的多量子阱结构。

另外，在第三或第四氮化物半导体元件中，优选上述n侧的第一多层膜层由两种氮化物半导体膜层叠而成，所述两种氮化物半导体膜分别由GaN所构成，以互不相同的浓度掺杂有n型杂质。

进而，本发明的第五氮化物半导体元件是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是将至少两种氮化物半导体膜层叠而形成的n侧第一多层膜层，所述至少两种氮化物半导体膜以不同的浓度掺杂有n型杂质，而且带隙能量也各不相同；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是由含有p型杂质的Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)所构成的p侧单层膜包覆层；

上述有源层是由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)构成的多量子阱结构。

另外，在第二～第五氮化物半导体元件中，优选在上述n侧第一多层膜层与有源层之间，具有n侧第二多层膜层，所述n侧第二多层膜层是由含In的第一氮化物半导体膜和具有与该第一氮化物半导体膜不同组成的第二氮化物半导体膜层叠而成。

进而，在第二～第五氮化物半导体元件中，在上述n侧区域内，也可以在比上述n侧的第一多层膜层更靠近基板一侧形成含有n型杂质的n侧接触层。

另外进而，在第二～第五氮化物半导体元件中，优选上述n侧接触层形成在非掺杂的GaN层的上面。

另外，在第二～第五氮化物半导体元件中，优选上述非掺杂的GaN层形成在由低温生长的Ga_dAl_1-dN(0＜d≤1)所构成的缓冲层上，更进一步，还可以在上述p侧的多层膜包覆层或者p侧的单层膜包覆层上形成p侧GaN接触层，所述p侧GaN接触层含有作为p型杂质的Mg。

即，本发明的第二～第五氮化物半导体元件，是以夹着多量子阱结构的发光层的方式、将n侧第一多层膜层与p侧多层膜包覆层或p侧单层膜包覆层组合而形成，从而提高发光效率。其中，所述n侧第一多层膜层是在n侧由n型杂质浓度不同的两种或以上的氮化物半导体层所构成的，所述p侧多层膜包覆层是在p侧由第三和第四氮化物半导体膜所构成的，所述p侧单层膜包覆层含有p型杂质、是由Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)所构成的。

通过像这样地将具有特定的组成、结构等的多层氮化物半导体层组合在一起，就能够高效地发挥多量子阱结构的有源层的性能。另外，下面记载了在与多量子阱结构的有源层的组合中优选的其他的氮化物半导体层。

在本发明的第二～第五氮化物半导体元件中，如果在上述n侧第一多层膜层与有源层之间，具有将含有In的第一氮化物半导体膜和具有与该第一氮化物半导体膜不同组成的第二氮化物半导体膜层叠起来的n侧第二多层膜层，则能进一步提高发光效率，同时还能使Vf降低，而提高发光效率。

进而，在本发明的第二～第五氮化物半导体元件中，如果在比上述n侧第一多层膜层的更靠近基板一侧形成含有n型杂质的n侧接触层，就可以提高发光输出功率，而且还可以降低Vf。

另外进而，在本发明的第二～第五氮化物半导体元件中，如果上述n侧接触层是在非掺杂的GaN层上形成的，则这种非掺杂的GaN层可以作为结晶性良好的层而得到，因此可以改善作为形成n电极的层的n侧接触层的结晶性，也可以改善形成在n侧接触层上的有源层等其他氮化物半导体层的结晶性，因此可以进一步提高发光输出功率。

另外进而，在本发明的第二～第五氮化物半导体元件中，如果上述非掺杂的GaN层形成在由低温生长的Ga_dAl_1-dN(0＜d≤1)所构成的缓冲层上，就能够进一步改善非掺杂的GaN层的结晶性，也可以进一步改善n侧接触层等的结晶性，因此可以进一步提高发光输出功率；进而另外，如果在上述p侧多层膜包覆层或者p侧单层膜包覆层上形成掺杂Mg的p侧GaN接触层，则可以获得良好的p型导电性能，同时，这种p侧GaN接触层与形成在其上的p电极之间具有良好的欧姆接触，可以更进一步提高发光的输出功率。

另外，本发明的第六氮化物半导体元件是在发现了下列事实后而完成的，即，通过将含有In的p型接触层制成超晶格结构，可以形成一种缺陷少、结晶性好的p型接触层，其提供一种能够在低的工作电压下获得稳定的高输出功率的氮化物半导体元件。

即，本发明的第六氮化物半导体元件，是在具有含有p型接触层的多层氮化物半导体层的p侧区域与包含多层氮化物半导体层的n侧区域之间具备有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述p型接触层具有将含有相互组成不同的第一和第二氮化物半导体膜的膜依次层叠而成的超晶格结构，在上述两种氮化物半导体膜中，至少第一氮化物半导体膜含有In。

由此，就能减小p侧电极与p型接触层的接触电阻，可以在稳定的低的工作电压下获得高的输出功率。

另外，在本发明的第六氮化物半导体元件中，优选在上述第一氮化物半导体膜与上述第二氮化物半导体膜之间，形成组成连续变化的组成渐变层，所述组成渐变是从上述第一氮化物半导体膜的组成变化到上述第二氮化物半导体膜的组成，由此，就能进一步改善p型接触层的结晶性。

另外，在本发明的第六氮化物半导体元件中，优选将上述第一氮化物半导体膜的含In量设定为比上述第二氮化物半导体膜的含In量高。这样，可以进一步降低p型接触层的电阻。

另外，在本发明的第六氮化物半导体元件中，当上述两种氮化物半导体层中之一为含In层时，优选一方的上述第一氮化物半导体膜为由In_xGa_1-xN构成的层，另一方的第二氮化物半导体膜为由Al_yGa_1-yN构成的层。

进而，在本发明的第六氮化物半导体元件中，也可以在上述第一氮化物半导体膜和上述第二氮化物半导体膜中的任意一方掺杂p型杂质，而在另一方则不掺杂p型杂质。

另外，在本发明的第六氮化物半导体元件中，在上述第一和第二氮化物半导体膜分别掺杂p型杂质的情况下，优选在一方的氮化物半导体层中掺杂1×10¹⁹/cm³～5×10²¹/cm³的范围的p型杂质，在另一方的氮化物半导体层中掺杂5×10¹⁸/cm³～5×10¹⁹/cm³的范围、而且比上述一方的氮化物半导体层掺杂更少量的p型杂质。

另外，在本发明的第六氮化物半导体元件中，优选上述第一氮化物半导体膜在最表面形成，而且p侧电极与形成在上述最表面的该氮化物半导体层相接地形成。另外，此时，优选使上述第一氮化物半导体膜的p型杂质的浓度大于上述第二氮化物半导体膜中的p型杂质浓度。

进而，在本发明的第六氮化物半导体元件中，也可以在上述有源层与上述p型接触层之间具有由含Al的氮化物半导体构成的p型包覆层。

在本发明的第六氮化物半导体元件中，优选上述P型包覆层具有将由Al_xGa_1-xN(0＜x≤1)所构成的层和由In_yGa_1-yN(0≤y＜1)所构成的层相互交替层叠而成的超晶格结构。

如上所述，本发明的第六氮化物半导体元件具有将组成各不相同的第一和第二氮化物半导体膜交替层叠而成的超晶格结构，在上述两种氮化物半导体层中，至少第一氮化物半导体膜具有含In的p型接触层。由此，就能形成缺陷少而结晶性好的p型接触层，由于可以降低p型接触层本身的电阻值，而且可以将p侧电极与p型接触层的接触电阻做得很小，所以能够在稳定的低工作电压下获得高的输出功率。

另外，本发明的第七和第八氮化物半导体元件通过下述构成，能够提高使用了多量子阱结构的有源层的氮化物半导体元件的发光输出功率，而且使耐静电压性能良好，扩大了采用了多量子阱结构的有源层的氮化物半导体元件的应用范围。

即，本发明的第七氮化物半导体元件是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是将至少三层依次层叠而成的n侧第一多层膜层，所述至少三层分别为：由非掺杂的氮化物半导体膜构成的下层，由掺杂了n型杂质的氮化物半导体膜构成的中间层，以及由非掺杂的氮化物半导体膜构成的上层；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是由第三和第四氮化物半导体膜层叠而成的p侧多层膜包覆层，所述第三和第四氮化物半导体膜分别掺杂了p型杂质，并且带隙能量互不相同；

上述有源层是由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)构成的多量子阱结构。

另外，在本发明的第七氮化物半导体元件中，上述第三氮化物半导体膜的p型杂质的浓度与上述第四氮化物半导体膜的p型杂质的浓度可以互不相同，也可以相同。

另外，本发明的第八氮化物半导体元件是一种在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是将至少三层依次层叠而成的n侧第一多层膜层，所述至少三层分别为：由非掺杂的氮化物半导体构成的下层，由掺杂了n型杂质的氮化物半导体构成的中间层，以及由非掺杂的氮化物半导体构成的上层；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是由含有p型杂质的Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)所构成的p侧单层膜包覆层；

上述有源层是含有In_aGa_1-aN(0≤a＜1)的多量子阱结构。

进而，在本发明的第七和第八氮化物半导体元件中，其特征在于，上述n侧第一多层膜层包括：由膜厚为100～10000

的非掺杂的氮化物半导体构成的下层，由膜厚为50～1000

的掺杂了n型杂质的氮化物半导体构成的中间层，以及由膜厚为25～1000

的非掺杂的氮化物半导体构成的上层。

在本发明的第七和第八氮化物半导体元件中，优选在上述n侧第一多层膜层与有源层之间，具有将含In的第一氮化物半导体膜、和具有与该第一氮化物半导体膜不同组成的第二氮化物半导体膜层叠而成的n侧第二多层膜层。

另外进而，在本发明的第七和第八氮化物半导体元件中，也可以在上述n侧氮化物半导体层上，在比上述n侧第一多层膜层(调制掺杂)更靠近基板的一侧具有含有n型杂质的n侧接触层。

在本发明的第七和第八氮化物半导体元件中，优选上述n侧接触层形成在非掺杂的GaN层的上面。

另外，在本发明的第七和第八氮化物半导体元件中，在上述氮化物半导体元件中，将上述非掺杂的GaN层形成在由低温成长的Ga_dAl_1-dN(0＜d≤1)所构成的缓冲层上，进而也可以在上述p侧多层膜包覆层或p侧单层膜包覆层上形成含有作为p型杂质的Mg的p侧GaN接触层。

即，在本发明的第七和第八氮化物半导体元件中，以夹着多量子阱结构的有源层的方式，将n侧第一多层膜层与p侧多层膜包覆层或p侧单层膜包覆层组合而形成，从而可以提高发光效率、获得发光输出功率良好的，而且静电耐压性好的氮化物半导体元件。其中，所述n侧第一多层膜层是由n侧区域中非掺杂的下层、掺杂n型杂质的中间层、以及非掺杂的上层这些特定的层结构所构成的，所述p侧多层膜包覆层在p侧区域中由第三和第四氮化物半导体膜构成，所述p侧单层膜包覆层含有p型杂质由Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)构成。

通过这样地将具有特定的组成、叠层结构的多层氮化物半导体层组合在一起，就可以高效率地发挥多量子阱结构的有源层的性能，同时还可以改善耐静电压性能。

进而，本发明通过将构成n侧第一多层膜层的各层的膜厚制为特定的范围的组合，可以在获得良好的发光输出功率的同时，进一步提高耐静电压性能。

另外，在本发明中，所谓的非掺杂是指并非特意掺杂杂质而形成的层，即使是从相邻的层中扩散杂质、通过来自于原料或装置的污染而混入杂质的层，只要是在并非特意掺杂杂质时，都可以将其作为非掺杂层。另外，由于扩散而混入的杂质有时在层内使杂质浓度呈梯度分布的情况。

另外，在与多量子阱结构的有源层的组合中，优选的其他的氮化物半导体层如下所述。

在本发明中，如果在上述n侧第一多层膜层与有源层之间具有n侧第二多层膜层，则可以进一步提高发光效率，同时还可以降低正方向的电压(下文中称为Vf)，提高发光效率。其中，所述n侧第二多层膜层是将含有In的第一氮化物半导体膜和具有与该第一氮化物半导体膜不同组成的第二氮化物半导体膜层叠而成的。

进而，在本发明中，如果在比上述n侧第一多层膜层更靠近基板的一侧具有含有n型杂质的n侧接触层，就能够提高发光输出功率，降低Vf。

另外进而，在本发明中，如果在非掺杂的GaN层上面形成上述n侧接触层，则可获得作为结晶性良好的非掺杂的GaN层，从而可以改善作为形成n电极的层的n侧接触层的结晶性，也可以改善在n侧接触层上所形成的有源层等其他的氮化物半导体层的结晶性，还能提高发光输出功率。

另外进而，在本发明中，如果将上述非掺杂的GaN层形成在由低温成长的Ga_dAl_1-dN(0＜d≤1)所构成的缓冲层上，就能够进一步改善非掺杂的GaN层的结晶性，n侧接触层等的结晶性也可得到进一步地改善，且可以实现发光输出功率的进一步提高。进而另外，由于如果在p侧多层膜包覆层或者p侧的单层膜包覆层上形成有掺杂了Mg的p侧GaN接触层，则可以很容易地获得良好的p型特性，还能获得p侧GaN接触层与形成在它上面的p电极的良好的欧姆接触，从而能够进一步提高发光输出功率。

另外，本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件，在n侧区域和p侧区域分别具有多层膜层，通过使n侧区域的多层膜层和p侧区域的多层膜层在组成或层数的方面为非对称的，就能提高发光输出功率和耐静电压性能，并且能够降低Vf，扩大各种应用产品的适用范围。

即，本发明的第九氮化物半导体元件是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是由多层氮化物半导体膜层叠而成的n型多层膜层；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是由多层氮化物半导体膜层叠而成的p型多层膜层；而且

构成上述n型多层膜层的组成与构成p型多层膜层的组成不同。

另外，本发明的第十氮化物半导体元件是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是由多层氮化物半导体膜层叠而成的n型多层膜层；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是由多层氮化物半导体膜层叠而成的p型多层膜层；而且

构成上述n型多层膜层的氮化物半导体膜的层叠层数与构成p型多层膜层的氮化物半导体膜的层叠层数不同。

进而，本发明的第十一的氮化物半导体元件是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域与具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是由多层氮化物半导体膜层叠而成的n型多层膜层；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层是由多层氮化物半导体膜层叠而成的p型多层膜层；而且

构成上述n型多层膜层的组成与构成p型多层膜层的组成不同，而且构成上述n型多层膜层的氮化物半导体膜的层叠层数与构成p型多层膜层的氮化物半导体膜的层叠层数不同。

另外，在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，优选构成上述p型多层膜层的氮化物半导体层的层数比构成n型多层膜层的氮化物半导体层的层数少。

另外，在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，优选上述n型多层膜层含有Al_zGa_1-zN(0≤z＜1)和In_pGa_1-pN(0＜P＜1)，上述p型多层膜层含有Al_xGa_1-xN(0＜x＜1＝和In_yGa_1-yN(0≤y＜1)。

进而，本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件，优选将上述p型多层膜层和/或n型多层膜层进行调制掺杂。

即，本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件，如上所述，通过以夹着有源层的方式，用n型和p型形成组成和/或层数不同的n型多层膜层和p型多层膜层，而且元件构造的有源层附近的层的构成是特定的，因此可以提供能够提高发光输出功率、降低Vf、耐静电压性良好的氮化物半导体元件。

量子阱结构的有源层将提高发光输出功率的可能性隐藏起来，所以在以往的元件中，很难将量子阱结构的可能性发挥到充分满足的程度。

相对于此，本发明的发明者们为充分发挥量子阱结构的有源层的性能进行了各种研究，结果，通过与有源层相接或接近、形成组成和/或层数互不相同的n型多层膜层和p型多层膜层，在很好地发挥有源层的性能，实现发光输出功率的提高的同时，还实现了Vf的降低以及耐静电压能力的提高。

虽然原因不那么确定，但是可认为，可能是由于形成多层膜而提高了结晶性，加上改善有源层的结晶性、形成p电极的层的结晶性，进而，由于组成和/或层数不同而引起的n型多层膜层和p型多层膜层的结晶性质的不同点协同地作用，对整个元件都有好影响，所以提高了元件的性能(发光输出功率、Vf、耐静电压性能等)。

在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，所谓多层膜层，是将组成不同的至少两种或以上单层氮化物半导体层至少层叠两层或以上而形成的，以相邻的单层氮化物半导体层互相之间组成不同的方式，层叠多层单层氮化物半导体层而成。

另外，在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，所谓构成n型多层膜层的氮化物半导体的组成与构成p型多层膜层的氮化物半导体的组成不同，意思是构成各自的多层膜层的单层氮化物半导体的组成也可以相同，但将多层单层氮化物半导体层层叠而成的多层膜层的全部膜层的构成(全部组成)是不一致的。即，所谓n型多层膜层与p型多层膜层，构成它们的组成也可以部分一致，但要将各氮化物半导体层的组成调整为不完全一致。

例如，所谓组成不同，可以列举构成氮化物半导体的元素(例如，二元混晶、三元混晶的元素的种类)、元素的比例、或者带隙能量等不同的情况。另外，在多层膜层中，这些值都是整体的平均值。

另外，在本发明中，所谓层叠的层数不同是指，只要在p型或者n型的任何一方，构成多层膜层的氮化物半导体至少是由一层以上的许多层层叠起来的就可以。

进而，在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，优选构成p型多层膜层的氮化物半导体层的层数，比构成n型多层膜层的氮化物半导体层的层数少，这是因为发光输出功率、Vf和耐静电压特性都可以改善，所以优选。

另外进而，在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，p型多层膜层的叠层的层数，只要比n型多层膜层的层叠的层数至少少一层即可。

进而本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件，通过使n型多层膜层含有Al_zGa_1-zN(0≤z＜1)和In_pGa_1-pN(0＜p＜1)、使p型多层膜层含有Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)和In_yGa_1-yN(0≤y＜1)，可以获得更高的发光输出功率、Vf和耐静电压性能。

另外进而，本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件，如果对p型多层膜层和/或n型多层膜层进行调制掺杂，就能够提高发光输出功率、Vf和耐静电压性能。

另外，在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，所谓调制掺杂，指的是在形成多层膜层的单层氮化物半导体层中，使相邻的各氮化物半导体层中的杂质浓度不同，可以使构成多层膜层相邻的一方氮化物半导体层不掺杂杂质，而另一方则掺杂杂质，另外，在相邻的两方的氮化物半导体层都掺杂杂质时，也可以使相邻的各氮化物半导体层中的杂质浓度不同。

另外，在本发明的第九～第十一的氮化物半导体元件中，当n型多层膜层与p型多层膜层的组成不同时，构成n型多层膜层的层数和构成p型多层膜层的层数，既可以相同，也可以不同，优选为层数不同，更加优选为p型多层膜层的层数少于n型多层膜层的层数，这在发光输出功率、Vf和耐静电压性能的方面是优选的。

另外，在本发明中，当n型多层膜层与p型多层膜层的层数不同时，n型多层膜层的组成与p型多层膜层的组成，既可以相同，也可以不同，优选为组成不同，这在取得如上所述那样的本发明的效果方面是优选的。

另外，在本发明中，当n型多层膜层与p型多层膜层的层数不同时，对于n型与p型的层数的组合并没有特别的限制，只要是p型多层膜层与n型多层膜层的层数不同，任何的组合都可以，优选，如上所述，p型多层膜层的层数比n型多层膜层的层数少，这在取得上述本发明效果的方面是优选的。

附图说明

图1是表示本发明的实施方案1的氮化物半导体元件(LED元件)的构成的示意剖面图。

图2是表示本发明的实施例2的LED元件的构成的示意剖面图。

图3是表示本发明的实施例16的氮化物半导体发光元件(LD元件)的构成的立体图。

图4是表示本发明的实施方案2的氮化物半导体元件(LED元件)的构造的示意剖面图。

图5是表示本发明的实施方案3的氮化物半导体发光元件的构成的示意剖面图。

图6A是表示本发明的实施方案4的氮化物半导体发光元件的P侧接触层的构成的示意剖面图。

图6B是示意表示图6A的In的组成的曲线图。

图7是表示本发明的多层膜(p侧接触层)相对于波长的光吸收率的曲线图。

图8是表示本发明的实施方案5的氮化物半导体元件(LED元件)的构成的示意剖面图。

图9A是表示实施方案5中相对于非掺杂的上层305c的膜厚的P0和Vf的相对值的曲线图。

图9B是表示实施方案5中相对于非掺杂的上层305c的膜厚的耐静电压性能的相对值的曲线图。

图10A是表示实施方案5中相对于中间层305b的膜厚的P0和Vf的相对值的曲线图。

图10B是表示实施方案5中相对于中间层305b的膜厚的耐静电压性能的相对值的曲线图。

图11A是表示实施方案5中相对于非掺杂的下层305a的膜厚的P0和Vf的相对值的曲线图。

图11B是表示实施方案5中相对于非掺杂的上层305a的膜厚的耐静电压性能的相对值的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的优选实施方案进行说明。

实施方案1

图1是表示本发明的实施方案1的氮化物半导体元件(LED元件)的构成的示意剖面图。这种LED元件具有在蓝宝石基板1上依次层叠了下列各层的结构：由GaN构成的第一缓冲层2；由非掺杂的GaN构成的第二缓冲层3；由掺杂了Si的GaN构成的n侧接触层4；由非掺杂的GaN层构成的第三缓冲层5；由InGaN/GaN超晶格结构构成的n侧多层膜层6；由InGaN/GaN构成的多量子阱结构的有源层7；由AlGaN/GaN超晶格结构构成的p侧多层膜层8；由掺杂了Mg的GaN构成的p侧接触层9。

即，实施方案1的LED元件是，在蓝宝石基板1上，通过n侧区域30和p侧区域夹设有多量子阱结构的有源层7而形成的，所述n侧区域30由第一缓冲层2、第二缓冲层3、n侧接触层4、第三缓冲层5和n侧多层膜层6所构成，所述p侧区域由p侧多层膜层8和p侧接触层9所构成。

如图1所示，在本实施方案1的氮化物半导体元件中，在夹着有源层7并位于下部的n侧区域30中，具有将含In的第一氮化物半导体膜6a和具有与该第一氮化物半导体膜6a不同组成的第二氮化物半导体膜6b层叠而成的n侧多层膜层6。在n侧多层膜层6中，优选分别形成至少一层或以上的第一氮化物半导体膜6a和第二氮化物半导体膜6b，合计3层或以上，进而优选分别至少层叠2层或以上，合计层叠4层或以上。在n侧多层膜层6与有源层7相接而形成的情况下，与有源层的最初的一层(阱层或者势垒层)相接的多层膜层既可以是第一氮化物半导体膜6a，也可以是第二氮化物半导体膜6b，n侧多层膜层的层叠顺序不需要作特别限定。另外，在图1中，虽然n侧多层膜层6是与有源层7相接而形成的，但在本实施方案1中，也可以在该多层膜层6与有源层7之间具有由其他n型氮化物半导体构成的层。另外，由于通过使构成该n侧多层膜层6的第一氮化物半导体膜6a或第二氮化物半导体膜6b中的至少一方的厚度为100

或以下、优选为70或以下、最优选为50

或以下，薄膜层的厚度处于弹性临界膜厚或以下，结晶性改善，且层叠于其上的第一或第二氮化物半导体膜的结晶性也能得到改善，所以可以改善多层膜层整体的结晶性，提高元件的输出功率。

第一氮化物半导体膜6a是含In的氮化物半导体，优选为三元混晶的In_xGa_1-xN(0＜x＜1)，进而优选为x值为0.5或以下的In_xGa_1-xN，最优选为x值为0.1或以下的In_xGa_1-xN。另一方面，第二氮化物半导体膜6b只要是组成与第一氮化物半导体膜6a不同的氮化物半导体膜即可，没有特别的限制，但为了生长出结晶性良好的第二氮化物半导体膜6b，要生长出带隙能量比第一氮化物半导体膜6a还要大的二元混晶或者三元混晶的氮化物半导体，如果在其中也使用GaN，就能生长出整体结晶性良好的多层膜层。因此，最优选的组合是采用x值在0.5或以下的In_xGa_1-xN作为第一氮化物半导体膜6a、采用GaN作为第二氮化物半导体膜6b的组合。

作为优选的实施方案，是使第一和第二氮化物半导体膜这两者的厚度为100或以下，优选为70或以下，最优选为50

或以下。这样，通过将第一和第二氮化物半导体膜各自的膜厚设为100

或以下，从而第一和第二氮化物半导体膜的任意之一都处于弹性临界膜厚或以下，与以较厚的膜来生长的情况相比较，能够生长出结晶性良好的氮化物半导体。另外，如果通过将这两种膜都设为70

或以下，从而使多层膜层成为超晶格结构，在该结晶性良好的超晶格结构的多层膜层上生长有源层，则多层膜层就会起到缓冲层那样的作用，能够生长出结晶性良好的有源层。

另外，在本实施方案1中，可以将第一或第二氮化物半导体膜中的至少一方的膜厚设为，在相邻近的第一氮化物半导体膜之间或相邻近的第二氮化物半导体膜之间互不相同。例如，在将第一氮化物半导体膜设为InGaN，将第二氮化物半导体膜设为GaN时，通过随着向有源层靠近而使位于GaN层与GaN层之间的InGaN层的膜厚逐渐变厚或者逐渐变薄，能够在多层膜层内部使折射率变化，因此能够形成折射率逐渐变化的层。即，实质地取得与形成组成渐变的氮化物半导体层同样的效果。因此，在例如激光元件那样的必须有光波导的元件中，可以用该多层膜层形成波导，调节激光的模式。

另外，也可以将第一或第二氮化物半导体膜中的至少一方的III族元素的组成设为，在相邻近的第一氮化物半导体膜之间或相邻近的第二氮化物半导体膜之间互不相同。例如，在将第一氮化物半导体膜设为InGaN，将第二氮化物半导体膜设为GaN时，通过随着向有源层靠近而使位于GaN层与GaN层之间的InGaN层的In组成逐渐增多或者逐渐减少，从而与使膜厚依次变化的情况一样，可以在多层膜层内部使折射率变化，从而实质地形成组成渐变的氮化物半导体层。另外，随着In的组成逐渐减少，折射率有逐渐减小的倾向。

另外，在实施方案1中，第一和第二氮化物半导体膜可以两者都是非掺杂的，也可以两者都掺杂n型杂质，另外也可以在任何一方之中掺杂杂质。为了改善结晶性，最优选为不掺杂，其次是调制掺杂，再其次是两者都掺杂。另外，在两者都掺杂n型杂质的情况下，第一氮化物半导体膜的n型杂质的浓度也可以与第二氮化物半导体膜的n型杂质的浓度不同。

进而在本实施方案1中，如图1所示，在夹着有源层7并位于上部的p侧区域中具有p侧多层膜层8，所述p侧多层膜层8是由含Al的第三氮化物半导体膜8a和具有与该第三氮化物半导体膜8a不同组成的第四氮化物半导体膜8b层叠而成的。在p侧多层膜层8中，与n侧多层膜层6相同，第三氮化物半导体膜8a和第四氮化物半导体膜8b优选分别至少形成一层或以上，合计3层或以上，进而优选为分别至少层叠两层或以上，合计层叠四层或以上。更进一步，当在p侧区域中也设置多层膜层时，如果膜厚比n侧的多层膜层薄，则元件的Vf、阈值就会有容易降低的倾向。如图1所示，当p侧多层膜层8与有源层7相接而形成时，与有源层的最后一层(阱层或者势垒层)相接的p侧多层膜层既可以是第三氮化物半导体膜8a，也可以是第四氮化物半导体膜8b。另外，在图1中，p侧多层膜层8是与有源层7相接而形成的，但也可以在该多层膜层8与有源层7之间具有由其他的氮化物半导体形成的层。

另外，在本实施方案1中，也可以将第三、第四氮化物半导体膜中的一方或两方的膜厚设为，在相邻近的第三氮化物半导体膜之间或相邻近的第四氮化物半导体膜之间互不相同。例如，在将第三氮化物半导体膜设为AlGaN，将第四氮化物半导体膜设为GaN时，通过随着向有源层靠近而使位于GaN层与GaN层之间的AlGaN层的膜厚逐渐加厚或者逐渐减薄，从而能够在多层膜层内部使折射率变化，所以，可以实质地形成折射率逐渐变化的层。即，实质地取得与形成组成渐变的氮化物半导体层相同的效果。因此，在例如激光元件那样的必须有光波导、光封闭层的元件中，可以将该多层膜兼用作波导和封闭层，调节激光的模式。

另外，也可以将第三和第四氮化物半导体膜中的一方或者两方的III族元素的组成设为，在相邻近的第三氮化物半导体膜之间或相邻近的第四氮化物半导体膜之间互不相同。例如，在将第一氮化物半导体膜设为AlGaN，第二氮化物半导体膜设为GaN时，通过随着向有源层靠近而使位于GaN层与GaN层之间的AlGaN层中的Al的组成逐渐增多或者逐渐减少，与上述的方式一样，可以在多层膜层内部使折射率发生变化，从而实质地形成组成渐变的氮化物半导体层。另外，随着Al的组成逐渐增加，折射率会逐渐减小。因此，可以根据不同的目的，在p层侧配置这些组成渐变的层。

第三氮化物半导体膜8a是含Al的氮化物半导体，优选为三元混晶的Al_aGa_1-aN(0＜x＜1)，最优选为a值为0.5或以下的Al_aGa_1-aN。如果a的值超过0.5，就会有结晶性变坏，容易产生裂纹的倾向。另一方面，第四氮化物半导体膜8b只要是组成与第三氮化物半导体膜8a不同的氮化物半导体膜即可，没有特别的限制，但为了生长出结晶性良好的第四氮化物半导体膜8b，通常是生长带隙能量比第三氮化物半导体还要小的二元混晶或者三元混晶的氮化物半导体，其中如果用GaN，就能生长出整体结晶性良好的多层膜层。因此，作为最优选的组合，是第三氮化物半导体膜8a为a值为0.5或以下的Al_aGa_1-aN、第四氮化物半导体膜8b为GaN的组合。

更进一步，将第三氮化物半导体膜8a的膜厚设为100

或以下，优选为70或以下，最优选为50或以下。同样，第四氮化物半导体膜8b的膜厚也设为100

或以下，优选为70

或以下，最优选为50

或以下。这样，通过将单一的第一或者第二氮化物半导体膜的膜厚设为100

或以下，从而该氮化物半导体的膜厚便位于弹性临界膜厚或以下，与以较厚的膜生长起来的情况相比，能够生长出结晶性良好的氮化物半导体，另外，由于氮化物半导体层的结晶性有所改善，因此在添加p型杂质的情况下，能够获得载流子浓度大而电阻率小的p层，能够降低元件的Vf、阈值等。

第三氮化物半导体膜8a和第四氮化物半导体膜8b可以两者都是非掺杂的，也可以两者都掺杂p型杂质，另外，也可以在任意一方中掺杂p型杂质。为获得载流子浓度高的p层，最优选进行调制掺杂。另外，如上所述，在非掺杂的情况下，膜厚要在0.1μm或以下，优选为在700

或以下，更优选为在500

或以下。这是因为如果超过0.1μm，非掺杂层的电阻值就会有增大的倾向。当在两者中都掺杂p型杂质时，第三氮化物半导体膜8a的p型杂质的浓度和第四氮化物半导体膜8b的p型杂质的浓度也可以不同。

在以上的实施方案1的氮化物半导体元件中，是在p侧区域40中形成p侧多层膜层8的，但本发明不仅限于此，也可以如图2所示的那样，形成单层的p侧包覆层18，来代替p侧多层膜层8。另外，在图2的氮化物半导体元件中，由p侧包覆层18和p侧接触层9构成p侧区域41。

变形例

在以上的实施方案1中是以LED元件为例进行的说明，但本发明不仅限于此，即使应用于激光二极管中，也能够得到与实施方案1相同的效果，进而还可以进行如下述那样的变形。

即，在LD元件中，例如，通过将由InGaN构成的第一氮化物半导体膜与由GaN构成的第二氮化物半导体膜交互层叠，来构成n侧多层膜层，并且以使第一氮化物半导体膜的膜厚向着有源层方向依次增厚的方式来构成。通过以这种方式构成n侧多层膜层，在n侧多层膜层中，越靠近有源层，折射率大的InGaN的比例越大，就能够使n侧多层膜层成为随着接近有源层其折射率也越大的，具有折射率渐变的层。

另外，在LD元件中，通过将由AlGaN构成的第三氮化物半导体膜与由GaN构成的第四氮化物半导体膜交互层叠，来构成p侧多层膜层，并且以使第三氮化物半导体膜的膜厚向着有源层方向依次减薄的方式来构成。通过以这种方式构成p侧多层膜层，在p侧多层膜层中，越靠近有源层，折射率小的AlGaN的比例越小，就能够使p侧多层膜层成为随着接近有源层其折射率也越大的，具有折射率渐变的层。

和实施方案1一样，由于如上述那样构成的LD元件可以改善各氮化物半导体层的结晶性，因此可以降低阈值电压，而且可以提高输出功率。

另外，在LD元件中，由于夹着有源层的n侧多层膜层和p侧多层膜层的任何一方都可以做成具有随着靠近有源层其折射率增大那样的折射率渐变的层，所以能够形成良好的光波导，可以容易并有效地调节激光的模式。

虽然在上例的LD元件中，是通过使第一或第三氮化物半导体膜的膜厚变化，而使n侧和p侧多层膜层成为折射率渐变的层，但本发明不仅限于此，也可以通过使第二和第四氮化物半导体膜的膜厚依次变化，来形成折射率渐变的层。

另外，在本发明中，也可以通过将第一或第二氮化物半导体膜中的至少一方的III族元素的组成设为，使相邻近的第一或第二氮化物半导体膜间的相同III族元素的组成逐渐变化，而使它们具有折射率渐变。例如，在将第一氮化物半导体膜设为InGaN，将第二氮化物半导体膜设为GaN时，通过随着接近有源层而使第一氮化物半导体膜的In的比例逐渐增大，就能够随着接近有源层，使折射率增大，能够形成同样的折射率渐变的氮化物半导体层。另外，在InGaN中，随着In的组成的增多，折射率也增大。

另外，在p侧多层膜层中，可以通过使第三或第四氮化物半导体膜中的至少一方的III族元素的组成成为，在相邻近的第三或第四氮化物半导体膜之间不同，从而形成折射率渐变的层。例如，在将第三氮化物半导体膜制成AlGaN，将第四氮化物半导体膜制成GaN时，通过随着接近有源层而使GaN层与GaN层之间的AlGaN层的Al组成逐渐减少，就能够在p侧多层膜层内部使折射率逐渐变化，实质地形成组成渐变的氮化物半导体层。另外，随着Al的组成的增加，折射率会变小。因此，可以根据目的来将这些组成渐变的层配置在p层一侧。

实施方案2

下面，参照图4，对本发明的实施方案2的氮化物半导体元件进行说明。

本发明的实施方案2的氮化物半导体元件是一种在基板1上具有双异质结构的发光元件，所述双异质结构具有通过分别由多层氮化物半导体层构成的n侧区域130和p侧区域140夹起来的多量子阱结构的有源层7。

详细地说，在实施方案2的氮化物半导体元件中，如图4所示，n侧区域30由下列各层组成：缓冲层102，非掺杂的GaN层103，含有n型杂质的n侧接触层4，含有n型杂质的n侧第一多层膜层105，以及由第一氮化物半导体膜106a和第二氮化物半导体膜106b构成的n侧第二多层膜层6；p侧区域30则是由通过多层膜或单层膜所构成的p侧包覆层108和掺杂了Mg的p侧GaN接触层9所构成的。另外，在实施方案2的氮化物半导体元件中，分别在n侧接触层4上形成了n电极12，在p侧GaN接触层9上形成了p电极11。

另外，在图4中，显示了作为p侧包覆层108使用了第三氮化物半导体膜108a和第四氮化物半导体膜108b层叠而成的多层膜的例子。

在本发明中，作为基板1，可以使用以蓝宝石的C面、R面或A面为主面的蓝宝石，还有其他诸如尖晶石(MgAl₂O₄)那样的绝缘基板，以及SiC(含有6H、4H、3C)、Si、ZnO、GaAs、GaN等半导体基板。

在本发明中，作为缓冲层102的材料，是由Ga_dAl_1-dN(条件是d在0＜d≤1的范围内)形成的氮化物半导体，优选为Al的比例越小，结晶性的改善越显著，更加优选为由GaN形成的缓冲层102。

缓冲层102的膜厚调整为0.002～0.5μm的范围，优选为0.005～0.2μm的范围，更优选为0.01～0.02μm的范围。如果缓冲层102的膜厚在上述范围内，氮化物半导体的结晶形态就得以改善，在缓冲层102上生长的氮化物半导体的结晶性也可以得到改善。

缓冲层102的生长温度调整为200～900℃的范围，优选为400～800℃的范围。当生长温度在上述温度范围内时，可获得良好的多晶，以该多晶为晶种，就能改善在缓冲层102上生长的氮化物半导体的结晶性，因而优选。

另外，在这样的低温下生长的缓冲层102，也可以根据基板的种类、生长方法等而省略掉。

接下来，在本实施方案2中，非掺杂的GaN层103是在生长时不添加n型杂质而生长成的层。如果在缓冲层102上生长这种非掺杂的GaN层103，就可以改善非掺杂的GdN层103的结晶性，还能改善在非掺杂的GaN层103上生长的n侧接触层4等的结晶性。非掺杂的GaN层103的膜厚为0.01μm或以上，优选为0.5μm或以上，更加优选为1μm或以上。当膜厚在该范围内时，能使n侧接触层4以后的各层结晶性良好地生长，因而优选。另外，对非掺杂的GaN层103的膜厚的上限没有特别的限制，但是应该考虑制造效率等来进行适当调整。

接下来，在本实施方案2中，含n型杂质的n侧接触层4中含有3×10¹⁸/cm³或以上，优选为5×10¹⁸/cm³或以上的浓度的n型杂质。当像这样地掺杂大量的n型杂质，并将该层用作n侧接触层时，就可以降低Vf和阈值。如果杂质的浓度超出上述范围，就会有难以降低Vf的倾向。另外，如果n侧的接触层4形成在n型杂质浓度低、结晶性良好的非掺杂的GaN层103上，则即使有很高浓度的n型杂质也没有关系，仍能形成良好的结晶性。本发明对于n侧接触层4的n型杂质浓度的上限并没有特别的限制，为了确保用于保持良好的接触层功能的结晶性，优选为5×10²¹/cm³或以下。

n侧接触层4的组成可以以In_eAl_fGa_1-e-fN(0≤e、0≤f、e+f≤1)来构成，其组成虽不需要作特别限定，但如果制成GaN或者f值为0.2或以下的Al_fGa_1-fN，就能够很容易地获得结晶缺陷少的氮化物半导体层，因而优选。n侧接触层4的膜厚虽不必作特别限定，但因为是形成n电极的层，所以要在0.1～20μm之间，优选为0.5～10μm，最优选为1～5μm。如果膜厚在上述范围内，就可以降低电阻值，降低发光元件的正向电压，因而优选。

另外，在将后述的n侧第一多层膜层105形成为比较厚的膜，并当作接触层来使用的时候，可以省略掉n侧接触层4。

接下来，在本实施方案2中，n侧第一多层膜层105是由n型杂质掺杂的浓度不同且带隙能量也不同、或者n型杂质的掺杂浓度不同但具有相同的组成的至少两种氮化物半导体层层叠而成的多层膜构成的。 n侧第一多层膜层105的膜厚为2μm或以下，优选为1.5μm或以下，更优选为0.9μm或以下。如果膜厚在上述范围，就能够提高发光输出功率，因而优选。另外，对其下限没有特别限制，例如，可以在0.05μm或以上。

构成上述多层膜层的氮化物半导体层互相之间的杂质浓度不同，被称为调制掺杂，此时，优选为一方的层不掺杂杂质的状态，即非掺杂。

下面，首先就n侧第一多层膜层105是由带隙能量互不相同的至少两种氮化物半导体膜层层叠而成的多层膜的情况进行说明。

将构成n侧第一多层膜层105的多层膜层的、带隙能量大的氮化物半导体层105a和带隙能量小的氮化物半导体层105b的膜厚调整为100

或以下，进而优选为70

或以下，最优选为10～40

的范围。当比100

还要厚时，带隙能量大的氮化物半导体层和带隙能量小的氮化物半导体层的膜厚就达到了弹性变形的极限或以上，就会有膜层中很容易产生微小的裂纹或结晶缺陷等倾向。对带隙能量大的氮化物半导体层和带隙能量小的氮化物半导体层的膜厚的下限并没有特别的限制，只要厚度在一原子层或以上就可以，但如上所述，最优选为10

或以上。

如上所述，如果n侧第一多层膜层105是各自的膜厚很薄的多层膜结构，就可以将构成该多层膜层的氮化物半导体层的各层的膜厚做成弹性临界膜厚或以下，可以生长出结晶缺陷非常少的氮化物半导体。更进一步，可以在一定程度上阻止在该多层膜层中产生的从基板通一直到非掺杂的GaN层103或n侧的接触层4的结晶缺陷，可以改善在多层膜层上生长的n侧第二多层膜层106的结晶性。更进一步，还具有类似于HEMT的效果。

带隙能量大的氮化物半导体层105a优选为至少含Al的氮化物半导体，更优选为生长出Al_gGa_1-gN(0＜g≤1)。另一方面，带隙能量小的氮化物半导体105b，只要是带隙能量比带隙能量大的氮化物半导体105a小的氮化物半导体即可，是什么样的氮化物半导体都可以，但优选为Al_hGa_1-hN(0≤h＜1、g＞h)、In_jGa_1-jN(0≤j＜1)那样的二元混晶、三元混晶的氮化物半导体，因为其容易生长，而且容易获得良好的结晶性。其中，特别优选为带隙能量大的氮化物半导体105a为实质上不含In的Al_gGa_1-gN(0＜g＜1)，带隙能量小的氮化物半导体105b为实质上不含Al的In_jGa_1-jN(0≤j＜1)，其中，为了获得结晶性优良的多层膜层，最优选为Al的混晶比(g值)为0.3或以下的Al_gGa_1-gN(0＜g≤0.3)和GaN的组合。

另外，当将n侧第一多层膜层105作为光封闭层和载流子封闭层，使其具有包覆层的功能时，必须生长出带隙能量比有源层的阱层的带隙能量还大的氮化物半导体。所谓带隙能量大的氮化物半导体层，就是Al的混晶比高的氮化物半导体。以往，如果以厚膜生长Al的混晶比高的氮化物半导体，就很容易出现裂纹，因此，结晶的生长非常困难。然而，如果象本发明那样，将n侧第一多层膜层105做成多层膜层，则即使将构成多层膜层的各个氮化物半导体层(105a、105b)都做成Al的混晶比相当高的膜层，由于生长成的膜厚在弹性临界膜厚或其以下，所以不容易产生裂纹。因此，由于可以结晶性良好地生长出Al混晶比高的膜层，所以能提高光封闭和载流子封闭的效果，并且能够降低激光元件中的阈值电压、以及LED元件中的Vf(正向电压)。

更进一步，优选为n侧第一多层膜层105的带隙能量大的氮化物半导体层105a与带隙能量小的氮化物半导体层105b之间的n型杂质的浓度不同。这就是所谓的调制掺杂，因此如果当一方的层的n型杂质的浓度降低，优选为不掺杂杂质的状态(非掺杂)，而另一方则掺杂成高浓度，就可以降低阈值电压、Vf等。这是由于通过使杂质浓度低的层存在于多层膜层中，这种层的迁移率增大，另外通过同时还存在着杂质浓度高的层，就能够保持很高的载流子浓度而形成多层膜层。即，可能是由于同时存在着杂质浓度低而迁移率高的层和杂质浓度高而且载流子浓度大的层，而使得载流子浓度大、迁移率也大的膜层成为包覆层，从而降低了阈值电压和Vf。

在带隙能量大的氮化物半导体层105a中掺杂多量的n型杂质的情况，作为带隙能量大的氮化物半导体层105a中的优选掺杂量，调整为1×10¹⁷/cm³～1×10²⁰/cm³的范围，更优选为1×10¹⁸/cm³～5×10¹⁹/cm³的范围。如果比1×10¹⁷/cm³还要少，则与带隙能量小的氮化物半导体层的差别就会减小，从而会有难以获得载流子浓度大的层的倾向，另外，如果比1×10²⁰/cm³还要多，则会有容易使得元件自身的漏电流增多的倾向。另一方面，带隙能量小的氮化物半导体层的n型杂质的浓度只要比带隙能量大的氮化物半导体层低即可，优选为低1/10或以上。最优选为非掺杂，这样可以获得迁移率最大的膜层，但是因为膜厚太薄，会有从带隙能量大的氮化物半导体一侧扩散过来的n型杂质，其量优选为1×10¹⁹/cm³或以下。作为n型杂质，选择的是Si、Ge、Se、S、O等周期表中的IVB族、VIB族元素，优选将Si、Ge、S作为n型杂质。其作用也与在带隙能量大的氮化物半导体层中掺杂少量n型杂质、在带隙能量小的氮化物半导体层中掺杂大量n型杂质的情况相同。

虽然在上面对向多层膜层中掺杂杂质优选为调制掺杂的情况进行了说明，但也可以使带隙能量大的氮化物半导体层105a和带隙能量小的氮化物半导体层105b中的杂质浓度相等。

进而另外，在构成n侧第一多层膜层105的多层膜层的氮化物半导体层105a、105b中，掺杂了高浓度的杂质的层，在厚度方向上，优选为靠近半导体层中心部分的杂质浓度高，而靠近两端的杂质浓度低(优选为非掺杂)。具体地说，例如，在用将Si作为n型杂质而掺杂的AlGaN和非掺杂的GaN层形成多层膜层的情况下，因为AlGaN中掺杂了Si，作为施主，要将电子输送到导带，但是电子会陷入低电势的GaN的导带中。在GaN结晶中，因为没有掺杂施主杂质，所以不会受到由杂质引起的载流子的散乱。因此，电子可以很容易地在GaN晶体中活动，提高了实质的电子的迁移率。这类似于二维电子气体的效果，电子横方向的实际迁移率提高了，电阻率减小了。更进一步，如果在带隙能量大的AlGaN的中心区域掺杂高浓度的n型杂质，效果将进一步增大。即，由于在GaN中迁移的电子，或多或少都会引起包含在AlGaN中的n型杂质的离子(此时是Si离子)的散乱。可是，如果AlGaN层的厚度方向的两端部是非掺杂的，就很难使Si散乱，所以进一步地提高了非掺杂的GaN层的迁移率。

接下来，对n侧第一多层膜层105是由同样组成的氮化物半导体层层叠而成的、n型杂质是以不同的浓度掺杂在那些氮化物半导体层间的情况进行说明。

首先，作为构成n侧第一多层膜层105的氮化物半导体，并没有特别地限制为特定的组成，只要是相同的组成即可，作为优选的材料可以列举GaN。当用GaN构成n侧第一多层膜层105时，二元混晶的GaN可以比三元混晶结晶性更加良好地生长，可以使以后所生长出来的氮化物半导体的结晶性也很良好。

在本发明实施方案2中，n型第一多层膜层105可以使用多层膜，所述多层膜是将由含有n型杂质的GaN所构成的氮化物半导体层105a和由具有与该氮化物半导体层105a不同的n型杂质浓度的GaN所构成的氮化物半导体层105b层叠而成的。这种情况下，在氮化物半导体膜105a、105b中，优选任意一方是非掺杂的膜。

即使使用由以组成相同而n型杂质的掺杂量不同的方式调制掺杂而成的两种氮化物半导体层构成的n侧第一多层膜层，也可以取得与由带隙能量不同、且调制掺杂而成的至少两种膜层所构成的n侧第一多层膜层105的情况相同的效果。

n型杂质的浓度为1×10¹⁷/cm³～1×10²¹/cm³，优选为10¹⁸/cm³～1×10¹⁹/cm³，更加优选为3×10¹⁸/cm³～7×10¹⁸/cm³。另外，在本发明中，n侧第一多层膜层105的总膜厚，虽没有特别的限定，但通常为1000～4000

优选为2000～3000

。另外，构成多层膜的各层的膜厚为500

或以下，优选为200

或以下，更优选为100

或以下。另外，构成多层膜的各层的膜厚的下限也没有特别限定，只要是一原子层或以上即可，但优选为10或以上。当膜厚在上述范围内时，就可以结晶性良好地生长，并且能够提高发光输出功率。

另外，以上所说的n侧第一多层膜层105可以兼作n侧接触层使用，所述n侧第一多层膜层是由带隙能量不同、或组成相同而杂质浓度不同的两种或以上的膜层所构成的。此时，n侧第一多层膜层105的膜厚为0.5～4μm，优选为1～3μm，更优选为2～2.8μm。此时的n侧第一多层膜层105的膜厚可以根据上述至少两种以上的氮化物半导体层的层叠层数和/或各层膜的厚度来调整。另外，此时的构成n侧第一多层膜层105的各层膜的厚度可以是上述范围的薄膜层的多层膜层，另外，只要作为整体的膜厚在兼作n侧接触层时的n侧第一多层膜层105的上述膜厚范围内，各层的膜厚也可以根据超过上述范围的两种或以上的氮化物半导体来调整。

另外，如图4所示，在本实施方案2中，在位于有源层7的下部的n侧区域130中具有n侧第二多层膜层106，所述n侧第二多层膜层106是由含In的第一氮化物半导体膜106a，和具有与第一氮化物半导体膜106a不同组成的第二氮化物半导体膜106b层叠而成的。在n侧第二多层膜层106中，分别形成至少一层或以上的第一氮化物半导体膜106a和第二氮化物半导体膜106b，合计两层或以上，优选为三层或以上，最优选为分别形成至少两层或以上，合计四层或以上。

当n侧第二多层膜层106与有源层7相接而形成时，与有源层7的最初一层(阱层、或者势垒层)相接的那一层，既可以是第一氮化物半导体膜106a，也可以是第二氮化物半导体膜106b，对n侧第二多层膜层106的层叠次序不必作特别的限定。另外，在图4中，n侧第二多层膜层106虽是与有源层7相接而形成的，但在该n侧第二多层膜层106与有源层7之间也可以具有由其他的n型氮化物半导体构成的层。

在本实施方案2中，优选在n侧第二多层膜层106中，上述第一氮化物半导体膜106a或上述第二氮化物半导体膜106b中的至少一方的膜厚设为100

或以下。另外，更优选为将上述第一氮化物半导体膜106a和第二氮化物半导体膜106b两者的厚度都设为100或以下，进而优选为70或以下，最优选为50

或以下。这样，由于膜的厚度变薄，n侧第二多层膜层106就成了超晶格结构，就可以改善n侧第二多层膜层106的结晶性，所以可以提高输出功率。

这样，如果将上述n侧第一多层膜层105和上述n侧第二多层膜层106组合起来，就可以进一步提高发光输出功率，可以进一步降低正方向的电压(Vf)，因而优选。虽然其原因还未确定，但可以认为是由于可以进一步提高在n侧第二多层膜层106上生长的有源层的结晶性的缘故。

第一氮化物半导体膜为含In的氮化物半导体，优选为三元混晶的In_kGa_1-kN(0＜k＜1)，进而优选为k值为0.5或以下的In_kGa_1-kN，最优选为k值为0.2或以下的In_kGa_1-kN。另一方面，第二氮化物半导体膜只要是与第一氮化物半导体膜的组成不同的氮化物半导体就可以，没有特别的限制，但为了生长出结晶性良好的第二氮化物半导体，要使带隙能量比第一氮化物半导体还要大的二元混晶或者三元混晶的氮化物半导体成长在n侧第二多层膜层106中，第二氮化物半导体膜106b优选为In_mGa_1-mN(0≤m＜1、m＜k)，为了生长出全体结晶性都良好的多层膜层，最优选为GaN。因此，最优选的组合是采用k值为0.5或以下的In_kGa_1-kN作为第一氮化物半导体膜、采用GaN为第二氮化物半导体膜的组合。

进而，上述第一氮化物半导体膜106a或上述第二氮化物半导体膜106b中的至少一方的膜厚，既可以在相邻近的第一氮化物半导体膜106a之间或相邻近的第二氮化物半导体膜106b之间相互不同，也可以相同。另外，所谓膜厚在相邻近的层间互不相同，是指例如在形成将第一氮化物半导体膜106a或第二氮化物半导体膜106b多层层叠起来的多层膜层的情况下，夹着第二氮化物半导体膜106b(第一氮化物半导体膜106a)的第一氮化物半导体膜106a(第二氮化物半导体膜106b)的膜厚互相不同。

例如，在将第一氮化物半导体膜106a设为InGaN、将第二氮化物半导体膜106b设为GaN时，由于通过使GaN层与GaN层之间的InGaN层的膜厚随着接近有源层而逐渐加厚或者减薄，会在多层膜层内部使折射率变化，所以可以实质地形成折射率逐渐变化的层。即，可以实质地获得与形成组成渐变的氮化物半导体层同样的效果。因此，在例如激光元件那样的必须具有光波导的元件中，可以用多层膜层形成波导，从而调节激光的模式。

进而另外，上述第一氮化物半导体膜106a或上述第二氮化物半导体膜106b中的至少一方的III族元素的组成，也可以在相邻近的第一氮化物半导体膜106a之间或相邻近的第二氮化物半导体膜106b之间相同III族元素的组成之间互不相同。这就意味着，在形成将第一氮化物半导体膜106a或第二氮化物半导体膜106b多层层叠起来的多层膜层的情况下，夹着第二氮化物半导体膜106b(第一氮化物半导体膜106a)的第一氮化物半导体膜106a(第二氮化物半导体膜106b)的III族元素的组成比互相不同。

例如，如果使相同的III族元素的组成互相不同，则在将第一氮化物半导体膜106a设为InGaN，将第二氮化物半导体膜106b设为GaN的情况下，通过使GaN层与GaN层之间的InGaN层的In的组成随着接近有源层而逐渐增加或者减少，就可以和上述实施方案一样，使得在多层膜层内部折射率发生变化，实质地形成组成渐变的氮化物半导体层。另外，随着In组成的减少，折射率也有随着减小的倾向。

n侧第二多层膜层106虽然也可以与有源层离开而形成，但最优选为与有源层相接而形成。与有源层相接而形成时具有更容易提高输出功率的倾向。

另外，在n侧第二多层膜层106中，第一氮化物半导体膜106a和第二氮化物半导体膜106b可以两者都是非掺杂的，也可以在两者中都掺杂n型杂质，另外也可以在任意一方中掺杂杂质。为了改善结晶性，提高输出功率，最优选为不掺杂，其次是第一氮化物半导体膜106a或者第二氮化物半导体膜106b中的任意一方中调制掺杂n型杂质，接下来是两方都掺杂杂质。

另外，在两方都掺杂n型杂质的情况下，第一氮化物半导体膜106a的n型杂质的浓度也可以与第二氮化物半导体膜106b的n型杂质的浓度不同。

另外，作为n型杂质，优选选择Si、Ge、Sn、S等IV族、VI族元素，进而优选使用Si、Sn。

在这里，所谓非掺杂指的是主观上不特意地掺杂杂质的状态，例如由于扩散而从相邻的氮化物半导体层混入杂质，在本发明中仍称为非掺杂。另外，因扩散而混入的杂质的浓度大都在膜层内呈梯度分布。

另外，当在第一氮化物半导体膜106a和/或第二氮化物半导体膜106b中掺杂n型杂质时，将杂质的浓度调整在5×10²¹/cm³或以下，优选为在1×10²⁰/cm³或以下。如果浓度大于5×10²¹/cm³，氮化物半导体层的结晶性就会变坏，就会有反而使输出功率降低的倾向。这在调制掺杂时，也是这样。

更进一步，在n侧第二多层膜层106中，第一和第二氮化物半导体膜的膜厚为100

或以下，优选为70

或以下，更优选为50或以下。通过使单一氮化物半导体层的膜厚为100

或以下，可以使氮化物半导体单一层的膜厚成为弹性临界膜厚或其以下，与以厚膜生长起来情况相比，可以生长出结晶性良好的氮化物半导体。另外，由于两种膜厚都在70

或以下，所以n侧的第二多层膜层6的结构成为超晶格(多层膜)结构，如果在该结晶性良好的多层膜结构上生长有源层，则n侧第二多层膜层6就起到缓冲层的作用，就可以结晶性良好地生长有源层。

在本实施方案2中，多量子阱结构的有源层7由含In和Ga的氮化物半导体、优选为In_aGa_1-aN(0≤a＜1)而形成，是n型或p型都可以，但通过非掺杂(不添加杂质)可以获得强烈的带间发光，并且发光波长的半幅值变窄，因而优选。也可以在有源层7中掺杂n型杂质和/或p型杂质。如果在有源层7中掺杂n型杂质，与非掺杂的相比，带间发光强度能进一步增强。如果在有源层7中掺杂p型杂质，则可以使峰值波长向比带间发光的峰值波长能量低0.5eV的一侧移动，半幅值变宽了。如果在有源层中掺杂p型和n型两种杂质，就能够进一步增大上述的只掺杂p型杂质的有源层的发光强度。特别是在形成掺杂了p型掺杂剂的有源层时，有源层的导电类型优选为也掺杂Si等n型掺杂剂，使得整体成为n型。为了生长成结晶性好的有源层，最优选为非掺杂。

有源层7的势垒层和阱层的层叠次序没有特别的限定，可以从阱层开始层叠，最后以阱层结尾；也可以从阱层开始层叠，最后以势垒层结尾。另外，可以从势垒层开始层叠，最后以势垒层结尾；也可以从势垒层开始层叠，最后以阱层结尾。作为阱层的膜厚，调整为100

或以下，优选为70

或以下，进而优选为50

或以下。在本发明中，阱层的膜厚的下限没有特别的限制，但一般为一原子层或以上，优选为10或以上。如果阱层的厚度比100

还要厚，就会有难以提高输出功率的倾向。

另一方面，势垒层的厚度调整为2000

或以下，优选为500或以下，更优选为300

或以下。本发明对势垒层的膜厚的下限没有特别限制，一般为一原子层或以上，优选为10

或以上。当势垒层在上述范围内时，提高输出功率就很容易，因而优选。更进一步，本发明对于有源层7的整体膜厚没有特别限制，考虑到LED元件等的期望的波长等，调整势垒层和阱层的各自的层叠数、层叠顺序，来调整有源层7的总膜厚。

在本实施方案2中，是将p侧包覆层制成由带隙能量大的第三氮化物半导体膜108a和带隙能量比第三氮化物半导体膜108a还要小的第四氮化物半导体膜108b层叠而成，并且p型杂质浓度互相不同或相同的p侧多层膜包覆层108。然而，在本发明中，也可以是由含p型杂质的Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)构成的单一层。

下面，首先对p侧包覆层具有多层膜结构(超晶格结构)的p侧多层膜包覆层108的情况进行说明。

构成p侧多层膜包覆层108的多层膜层的第三氮化物半导体膜108a和第四氮化物半导体膜108b的膜厚调整为100

或以下、进而优选为70

或以下、最优选为10～40

的膜厚。第三氮化物半导体膜108a和第四氮化物半导体膜108b的膜厚既可以相同，也可以不同。当多层膜结构的各层的膜厚在上述范围内时，则各氮化物半导体的膜厚都在弹性临界膜厚或以下，与在厚膜上生长起来的情况相比，能够生长出结晶性良好的氮化物半导体，另外，由于氮化物半导体层的结晶性变为良好，所以在添加了p型杂质的情况下，可以获得载流子浓度大、电阻率小的p层，且具有易于降低元件的Vf和阈值的倾向。将这种膜厚的两种膜层形成一对，进行多次层叠，从而形成了多层膜层。另外，p侧多层膜包覆层108的总膜厚的调整是通过调整第三和第四氮化物半导体膜的各层的膜厚、调整层叠的次数来进行的。p侧多层膜包覆层108的总膜厚没有特别的限制，但一般为2000

或以下，优选为1000

或以下，更优选为500

或以下，当总膜厚在该范围内时，可以提高发光输出功率，降低正向电压(Vf)，因而优选。

第三氮化物半导体膜108a优选至少含Al的氮化物半导体，更优选为使Al_nGa_1-nN(0＜n≤1)生长；第四氮化物半导体膜108b优选生长出Al_pGa_1-pN(0≤p＜1、n＞p)、In_rGa_1-rN(0≤r≤1)那样的二元混晶、三元混晶的氮化物半导体。

如果将p侧包覆层做成超晶格结构的p侧多层膜包覆层108，就可以改善结晶性，降低电阻率，并且可以降低Vf。

p侧多层膜包覆层108的第三氮化物半导体膜108a和第四氮化物半导体膜108b的p型杂质浓度是不同的，使一方层中的杂质浓度大，另一方层中的杂质浓度小。与n侧第一多层膜层5一样，如果增大带隙能量大的第三氮化物半导体膜108a的p型杂质的浓度、而减小带隙能量小的第四氮化物半导体膜108b的p型杂质的浓度、或者不掺杂，这样就可以降低阈值电压、Vf等。另外，也可以与此相反。即，也可以减小带隙能量大的第三氮化物半导体膜108a的p型杂质的浓度，而增大带隙能量小的第四氮化物半导体膜108b的p型杂质的浓度。

作为第三氮化物半导体膜108a的优选掺杂量，调整为1×10¹⁸/cm³～1×10²¹/cm³的范围，进而优选为1×10¹⁹/cm³～5×10²⁰/cm³的范围。如果小于1×10¹⁸/cm³，同样，与第四氮化物半导体膜108b的差也就变小，同样，会有难以获得载流子浓度大的膜层的倾向；另外，如果大于1×10²¹/cm³，则会有结晶性变坏的倾向。另一方面，第四氮化物半导体膜108b的p型杂质的浓度只要比第三氮化物半导体膜108a的少即可，优选为少1/10或以上。最优选为不掺杂，这样就能获得迁移率最高的层，但是因为膜厚很薄，因此会有从第三氮化物半导体扩散过来的p型杂质，其量优选为1×10²⁰/cm³或以下。另外，对于在带隙能量大的第三氮化物半导体膜108a中掺杂少量的p型杂质、在带隙能量小的第四氮化物半导体膜108b中掺杂大量的p型杂质的情况也相同。

作为p型杂质，可以选择Mg、Zn、Ca、Be等周期表中的IIA族、IIB族元素，优选将Mg、Ca等作为p型杂质。

进而另外，在构成多层膜的氮化物半导体层中，高浓度地掺杂杂质的膜层，在厚度方向上使靠近半导体层中心部分的杂质浓度升高，而使靠近两侧的杂质浓度降低(优选为非掺杂)，这样可以降低电阻率，因而优选。

接下来，当p侧包覆层是由含p型杂质的Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)形成的单层膜所形成时，该p侧单层膜包覆层的膜厚为2000

或以下，优选为1000

或以下，更优选为500～100

。当膜厚在上述范围内时，则可提高发光输出功率，降低Vf，因而优选。p侧单层膜包覆层的组成是Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)。

另外，单层膜层的包覆层与上述多膜层结构的p侧包覆层相比，结晶性虽然稍稍差一些，但通过与上述n侧第一多层膜层105的组合，可以结晶性良好地生长起来，且可以降低阈值和Vf。进而，虽然是单层膜，但是可以通过这样地与其他膜层组合起来来减少元件性能的降低，而且，由于是单层膜层，能简化制造工艺，在量产的时候优选。

p侧单层包覆层的p型杂质的浓度为1×10¹⁸/cm³～1×10²¹/cm³，优选为5×10¹⁸/cm³～5×10²⁰/cm³，更加优选为5×10¹⁹/cm³～1×10²⁰/cm³。如果杂质的浓度在上述范围内，可以获得良好的p型膜层，因而优选。

接下来，在本实施方案中，当将掺杂Mg的p侧GaN接触层9做成单层时，将其组成制成不含In、Al的二元混晶的氮化物半导体。在单层的情况下，如果含有In、Al，则不能获得与p电极11的良好的欧姆接触，发光效率就会低下。p侧接触层9的膜厚为0.001～0.5μm，优选为0.01～0.3μm，更加优选为0.05～0.2μm。如果膜厚小于0.001μm，就很容易与p型GaAlN包覆层发生电气短路，很难起到接触层的作用。另外，如果为了在三元混晶的GaAlN包覆层上层叠组成不同的二元混晶的GaN接触层，而相反地将其膜厚做成大于0.5μm，就很容易在p侧GaN接触层9中产生由于结晶之间的失配而形成的晶格缺陷，会有结晶性下降的倾向。另外，接触层的膜厚越薄，就越能降低Vf，越能提高发光效率。另外，如果该p型GaN接触层9的p型杂质是Mg，就很容易获得p型特性，另外也很容易获得欧姆接触。Mg的浓度为1×10¹⁸/cm³～1×10²¹/cm³，优选为5×10¹⁹/cm³～3×10²⁰/cm³，最优选为1×10²⁰/cm³左右。当Mg的浓度在这个范围内时，则很容易获得良好的p型膜，而且能使Vf降低，因而优选。

另外，n电极12和p电极11分别形成在n侧接触层4上和掺杂Mg的p侧GaN接触层9上。作为n电极12和p电极11的材料没有特别的限制，例如作为n电极12可使用W/Al，作为p电极11可使用Ni/Au等。

实施方案3

下面，参照图5，对本发明的实施方案3进行说明。

如图5所示，本发明的实施方案3的氮化物半导体发光元件是这样构成的：在例如由蓝宝石构成的基板1上，隔着缓冲层202依次形成第一n侧氮化物半导体层203，第二n侧氮化物半导体层204，第三n侧氮化物半导体层205，有源层7，p侧包覆层108以及p侧接触层208。另外，在本实施方案3中，在p侧接触层208的上面的大致全面上，形成透光性的p电极10，在p电极的一部分上，形成有键合用的p焊盘电极11。另外，在发光元件的一侧上露出了第二n侧氮化物半导体层204的表面，在该露出部分上形成有n电极12。

在这里，如图5所示，在实施方案3的氮化物半导体发光元件中，由缓冲层202、第一n侧氮化物半导体层203、第二n侧氮化物半导体层204和第三n侧氮化物半导体层205构成n侧区域230，由p侧包覆层108和p侧接触层208构成n侧区域240。

在这里，特别是在本实施方案3中，其特征在于，p侧接触层208具有由组成各不相同的第一氮化物半导体膜208a和第二氮化物半导体膜208b交替层叠起来而成的超晶格结构，在上述两种氮化物半导体层中，至少第一氮化物半导体膜208a含有In。这样，构成p侧接触层208的上述两种氮化物半导体层中，至少一方的第一氮化物半导体膜208a是含有In的，而且，第一和第二氮化物半导体膜208a、208b交替层叠构成超晶格结构，由此可以形成缺陷极少、结晶性良好的p侧接触层208。因此，与由非超晶格结构的单层InGaN构成的以往例相比，可以形成其本身电阻值低、而且可与p电极10进行良好的欧姆接触的p侧接触层208。

如果再进一步详细说明，在本实施方案3中，p侧接触层208可以通过将例如下面表1中所示的第一氮化物半导体膜208a和第二氮化物半导体膜208b组合起来而构成。

表1

	第一氮化物半导体膜208a	第二氮化物半导体膜208b
			1	In<sub>x</sub>Ga<sub>1-x</sub>N	GaN
2	In<sub>x</sub>Ga<sub>1-x</sub>N	In<sub>y</sub>Ga<sub>1-y</sub>N(x＞y)
			3	In<sub>x</sub>Ga<sub>1-x</sub>N	Al<sub>y</sub>Ga<sub>1-y</sub>N(0＜z＜1)

在这里，在本实施方案3中，为了形成结晶缺陷少的第一氮化物半导体膜8a，表1中的In_xGa_1-xN优选设定为x＜0.5，更优选为x＜0.4，进而优选设定为x＜0.3。

另外，在本发明中，由于p型接触层的膜厚越厚，则厚度方向的电阻值越高，所以厚度优选设定为0.1μm或以下，更优选为500

或以下，进而优选为200

或以下。另外，构成p型接触层的第一和第二氮化物半导体膜的膜厚分别优选设定为100

或以下，更优选为70

或以下，进而优选为50

或以下。另外，最优选为设定在10～40

的范围内。

构成p侧接触层208的第一和第二氮化物半导体膜208a、208b的膜厚之所以要设定在100

以下，是因为如果第一和第二氮化物半导体膜208a、208b的膜厚大于100

的话，各氮化物半导体层就成为弹性变形限度以上的膜厚，很容易在膜层中产生微小的裂纹或结晶缺陷，不能有效地发挥作为超晶格结构的效果。另外，在本发明中，第一和第二氮化物半导体膜208a、208b只要为至少一原子层或以上即可，优选为如上述那样设定为10

或以上。

另外，在本发明中，只要在第一氮化物半导体膜208a和第二氮化物半导体膜208b的至少任意一方中添加Mg等p型杂质，使p侧接触层208在整体上显示p型导电性即可。另外，当在第一氮化物半导体膜208a和第二氮化物半导体膜208b两者中都掺杂p型杂质时，优选使一方氮化物半导体层的p型杂质浓度比另一方氮化物半导体层杂质的浓度高(以下称为调制掺杂)。

这样，在第一氮化物半导体膜208a和第二氮化物半导体膜208b中，通过将一方的杂质浓度设定得比另一方的高，可以在杂质浓度高的一方的氮化物半导体层中产生更多的载流子，可以使杂质浓度低的另一方的氮化物半导体层中的迁移率比一方的氮化物半导体层高。由此，由于可以同时增加由第一和第二氮化物半导体膜208a、208b层叠而成的超晶格结构层整体上的载流子浓度和迁移率，因此能够降低p侧接触层208的电阻值。因此，通过在p侧接触层208中进一步进行如上述那样的调制掺杂，本实施方案3的氮化物半导体元件能够降低规定的电流值下的正方向的电压。

另外，当如上所述那样进行调制掺杂时，优选在一方的氮化物半导体层中掺杂1×10¹⁹/cm³～5×10²¹/cm³的范围的p型杂质，而在另一方的氮化物半导体层中掺杂5×10¹⁸/cm³～5×10¹⁹/cm³的范围，而且比上述一方的氮化物半导体层少量的p型杂质。如果在氮化物半导体层中添加多于5×10²¹/cm³的量的p型杂质，会使结晶性变坏，使电阻值升高，而且很难获得良好的欧姆接触；如果少于5×10¹⁸/cm³，则不能得到充分的载流子浓度，输出功率就会降低。

另外，在本发明中，在p侧接触层208中，可以将第一氮化物半导体膜208a或第二氮化物半导体膜208b中的任何一层膜设为最上层，也可以用任何一层与p侧包覆层108相接。然而，在本发明中，优选构成为将含In的第一氮化物半导体膜208a作为最上层，在该第一氮化物半导体膜8a的上面形成p电极。这样一来，就能够减小p侧接触层208与p电极之间的欧姆接触电阻。

即，第一氮化物半导体膜208a因为含有In或者含有大量In，所以与第二氮化物半导体膜208b相比可以使带隙减小，可以使构成p电极的金属导带下端的能量水平与第一氮化物半导体膜208a的价电子带上端的能量水平之间的差减小，因此可以减小欧姆接触电阻。

另外，在本实施方案3的氮化物半导体发光元件中，上述p型包覆层优选具有将由Al_xGa_1-xN(0＜x≤1)构成的层和由In_yGa_1-yN(0≤y＜1)构成的膜层交替层叠而成的超晶格结构。构成该p型包覆层的各层的膜厚优选设定为弹性变形界限或以下，即100或以下，更优选为70

或以下，进而优选为50

或以下，最优选设定在10～40

的范围内。这样通过将p型包覆层制成超晶格结构，就能够降低p型包覆层的电阻值。另外，p侧包覆层108的整体膜厚优选设定为100

～2μm，进而优选为500

～1μm。通过设定成这样的膜厚，就能作为良好的载流子封闭层进行工作，而且p侧包覆层整体的电阻值也比较低。

实施方案4

如图6A所示，本发明的实施方案4的氮化物半导体元件与实施方案3不同之处在于，在p侧接触层208中，进一步在第一氮化物半导体膜208a与第二氮化物半导体膜208b之间形成组成渐变层208c，其他都与实施方案3相同。在这里，所谓组成渐变层208c，是指以从第一氮化物半导体膜208a的组成向第二氮化物半导体膜208b的组成缓慢变化的方式，使组成在厚度方向上连续变化的层。例如，在第一氮化物半导体膜208a为In_xGa_1-xN，第二氮化物半导体膜208b为GaN的情况下，组成渐变层208c是这样的膜层：如图6B所示，从与第一氮化物半导体膜208a相接的面向与第二氮化物半导体膜208b相接的面，沿着厚度方向，In的组成比例(x)逐渐减少。另外，在本实施方案2中，只要组成渐变层208c的组成比例是逐渐减小的就可以，不一定非要象图6B所示的那样，组成在厚度方向呈直线变化。

如上述那样构成的实施方案2的氮化物半导体元件，由于在第一氮化物半导体膜208a与第二氮化物半导体膜208b的分界区上的组成并不是跳跃式变化的，因此，在膜层生长时，在第一氮化物半导体膜208a和第二氮化物半导体膜208b的分界区中，可以防止特定元素的偏析。这样，能够防止特定元素的偏析的结果是，能够生长出结晶缺陷更少的第一氮化物半导体膜208a和第二氮化物半导体膜208b。

在上述第一氮化物半导体膜208a为In_xGa_1-xN，第二氮化物半导体膜208b为GaN的例子中，可以防止第一氮化物半导体膜208a与第二氮化物半导体膜208b之间的In的偏析，可以改善结晶性。

实施方案5

下面，使用其示意剖面图即图8来对本发明的实施方案5的氮化物半导体元件进行说明。

如图8所示，实施方案5的氮化物半导体元件具有下述结构，即，在基板1上依次层叠了以下各膜层：缓冲层102，非掺杂的GaN层103，含n型杂质的n侧接触层4，由非掺杂的下层305a、掺杂了n型杂质的中间层305b和非掺杂的上层305c这三层所组成的n侧第一多层膜层305，由第一氮化物半导体膜306a和第二氮化物半导体膜306b构成的n侧第二多层膜层306，多量子阱结构的有源层7，由第三和第四氮化物半导体膜组成的p侧多层膜包覆层8或p侧单层膜包覆层8，以及掺杂Mg的p侧GaN接触层9。进而，分别在n侧接触层4上形成n电极12，在p侧GaN接触层9上形成p电极11。

在这里，在实施方案的氮化物半导体元件中，由缓冲层102、非掺杂的GaN层103、n侧接触层4、n侧第一多层膜层305以及n侧第二多层膜层306构成n侧区域330，由p侧包覆层108以及p侧GaN接触层9构成p侧区域。

在本实施方案5中，作为基板1，可以使用以蓝宝石C面、R面或A面作为主面的蓝宝石，此外还可使用尖晶石(MgAl₂O₄)那样的绝缘性基板，以及SiC(含有6H、4H、3C)、Si、ZnO、GaAs、GaN等半导体基板。

在本实施方案5中，作为缓冲层102，可以列举由Ga_dAl_1-dN(条件是d在0＜d≤1的范围内)制成的氮化物半导体，优选为Al的比例越小，结晶性的改善越显著，更优选为由GaN制成的缓冲层102。

缓冲层102的膜厚调整为0.002～0.5μm，优选为0.005～0.2μm，进而优选为0.01～0.02μm的范围内。当缓冲层102的膜厚在上述范围内时，氮化物半导体的结晶形态良好，在缓冲层102上生长起来的氮化物半导体的结晶性也得以改善。

缓冲层102的成长温度调整为200～900℃，优选为400～800℃的范围内。当生长温度在上述范围内时，就会结晶成良好的多晶体，以这种多晶体作为晶种，就能使在缓冲层102上生长的氮化物半导体的结晶性良好，因而优选。

另外，根据基板的种类、生长的方法等，也可以省略这种在低温下生长起来的缓冲层102。

接下来，在本实施方案5中，非掺杂的GaN层103表示在生长的过程中不添加n型杂质而生长起来的层。当在缓冲层102上生长非掺杂的GaN层103时，非掺杂的GaN层103的结晶性良好，在非掺杂的GaN层103上生长的n侧接触层4等的结晶性也变得很好。非掺杂的GaN层103的膜厚为0.01μm或以上，优选为0.5μm或以上，更优选为1μm或以上。当膜厚在该范围内时，就能结晶性良好地生长出n侧接触层4以后的各层，因而优选。另外，非掺杂的GaN层103的膜厚的上限没有特别的限制，但可根据生产效率等因素进行适当调整。

接下来，在本实施方案5中，含n型杂质的n侧接触层4以3×10¹⁸/cm³或以上，优选为5×10¹⁸/cm³或以上的浓度来含有n型杂质。如果像这样掺杂较多的n型杂质，然后将该膜层作为n侧接触层，就可以降低Vf和阈值。如果杂质的浓度超出上述范围，就会有难以使Vf降低的倾向。另外，当n侧接触层4是在n型杂质浓度很低、结晶性良好的非掺杂的GaN层103上形成时，即使具有高浓度的n型杂质，也能形成良好的结晶性。对n侧接触层4的n型杂质浓度的上限没有特别的限制，但为了处于能够保持接触层的功能的界限内，优选为5×10²¹/cm³或以下。

n侧接触层4的组成可由In_eAl_fGa_1-e-fN(0≤e、0≤f、e+f≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为GaN、f值为0.2或以下的Al_fGa_1-fN，这样可以很容易地获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。n侧接触层4的膜厚虽不必特别限定，但由于是形成n电极的膜层，因此为0.1～20μm，优选为0.5～10μm，更优选为1～5μm。当膜厚在上述范围内时，能降低电阻值，而且能使发光元件的Vf值降低，因而优选。

另外，在将下述的n侧第一多层膜层305形成厚膜的情况下，可以省略n侧接触层4。

接下来，在本实施方案5中，n侧第一多层膜层305是由至少三层膜层构成的，从基板侧开始，所述三层膜层分别为非掺杂的下层305a、掺杂n型杂质的中间层305b、非掺杂的上层305c。

构成n侧第一多层膜层305的各层，虽然各自单独一层时可能对耐静电压等元件特性没有什么直接影响，但当将各层组合在一起形成n侧第一多层膜层305时，作为一个整体，就有了能显著提高元件的特性、特别是发光输出功率和耐静电压性能的特有功能。实际上，这种效果是最初制造将各层层叠起来的元件时而得到的预想外的效果，换言之，本发明是依靠发现这样的效果而完成的。

在这里，在n侧第一多层膜层305上也可以具有上述下层305a～上层305c以外的其他层。另外，n侧第一多层膜层305既可以与有源层相接，也可以在它与有源层之间有其他的层。

作为构成这些下层305a～上层305c的氮化物半导体，可以采用由In_gAl_hGa_1-g-hN(0≤g＜1、0≤h＜I)表示的各种组成的氮化物半导体，优选地可以列举具有由GaN所构成的组成的氮化物半导体。另外，第一多层膜层305的各层的组成既可以相同，也可以不同。

n侧第一多层膜层305的膜厚虽没有特别的限定，但通常为175～12000

，优选为1000～10000

，更优选为2000～6000

。如果第一多层膜层5的膜厚在上述范围内，从Vf的最适合化和耐静电压性能的提高的方面优选。

对具有上述范围的膜厚的第一多层膜层5的膜厚的调整优选为适当地调节下层305a、中间层305b和上层305c各层的膜厚，以使第一多层膜层5的总膜厚在上述范围内。

另外，在本实施方案5中，构成n侧第一多层膜层305的下层305a、中间层305b和上层305c的各层的膜厚虽没有特别的限制，但在本发明中，为了找出各层膜厚的优选范围，进行了下述实验研究。

(1)测试1

制作下层5a的膜厚为3000

，中间层5b的膜厚为350

，而上层5c的膜厚逐渐变化的LED元件，对各元件(各种膜厚)的正向电压、发光输出功率和耐静电压特性进行了测定。

其结果示于图9A和图9B中。

(2)测试2

制作下层5a的膜厚为3000

，上层5c的膜厚为50，而中间层5b的膜厚逐渐变化的LED元件，对各元件(各种膜厚)的正向电压、发光输出功率和耐静电压特性进行了测定。

其结果示于图10A和图10B中。

(3)测试3

制作中间层5b的膜厚为350，上层5c的膜厚为50

，而下层5a的膜厚逐渐变化的LED元件，对各元件(各种膜厚)的正向电压、发光输出功率和耐静电压特性进行了测定。

其结果示于图11A和图11B中。

另外，在本次试验中所制作的各种LED元件，除了n侧第一多层膜层的各层膜厚之外，其他的制作条件都与下面的实施例34的条件相同。另外，图9A～图11B所示的特性都是与实施例34相比较而使用的以往例的LED元件的特性。另外，在图9A～图11B中，Po表示发光输出功率，Vf表示正向电压。

从以上的测试结果来看，非掺杂的下层305a的膜厚为100～10000

优选为500～8000

，更优选为1000～5000

。如图11A与图11B所示，如果非掺杂的下层305a的膜厚逐渐增厚，耐静电压特性就会上升，但在10000

附近，Vf急剧上升；另一方面，如果膜厚减薄，Vf也下降，耐静电压特性的下降增大，这是由于在厚度小于100

时，随着耐静电压特性的下降，材料利用率也大幅度下降。

另外，因为考虑到改善含有n型杂质的n侧接触层4的结晶性低下的影响，所以优选以使结晶性的改善良好的程度的膜厚生长上层305a。

掺杂了n型杂质的中间层305b的膜厚为50～1000

，优选为100～500

更优选为150～400

这种掺杂了杂质的中间层305b是使载流子浓度充分、对发光输出功率有比较大的作用的层，如果没有形成该层，就会有发光输出功率显著降低的倾向。另外，在图10A中显示了，直至中间层305b的膜厚减小到25

左右时，发光输出功率也只是稍有下降，这是因为考虑到即使中间层305b的膜厚为50

，发光输出功率也不会下降，从而对其他层的膜厚进行调整的缘故。另外，如图10A所示，当膜厚超过1000

时，发光输出功率会有大幅度地下降的倾向。另一方面，如图10B所示，单看耐静电压特性，当中间层305b的膜厚很厚时，耐静电压特性良好，而当膜厚小于50

时，就会有耐静电压特性大幅度下降的倾向。

非掺杂的上层305c的膜厚为25～1000

，优选为25～500

，更优选为25～150

。该非掺杂的上层305c与有源层相接或与它最接近而形成在第一多层膜中，对泄漏电流的防止有很大的关系，当上层305c的膜厚不到25

时，会有泄漏电流增加的倾向。另外，如图9A和9B所示，当上层305c的膜厚超过1000

时，Vf将上升，而耐静电压特性将下降。

如上所述，下层305a～上层305c各层的膜厚对于容易受到各层膜厚变动影响的元件的特性极为重要，更进一步，在下层305a、中间层305b和上层305c组合的时候，元件的各种特性都大致均匀地达到良好的程度，特别是发光输出功率和耐静电压特性变得良好，通过将各层膜厚规定在上述范围内，从而能够满足较高的要求的标准，就能实现获得更高的发光输出功率，或进一步提高商品的可靠性。

另外，第一多层膜305各层膜厚的组合可以根据随着发光波长的种类而改变的有源层的组成的变化或电极、LED元件的形状等各种条件进行适当调整，以求获得最良好的效果。通过适当地在上述范围内组合各层的膜厚，能使与各层膜厚的组合有关的各种性能比以往的元件更好，能获得良好的发光输出功率和耐静电压特性。

构成上述第一多层膜层的各层的组成只要是以下式In_gAl_hGa_1-g-hN(0≤g＜1、0≤h＜1)表示的组成即可，各层的组成可以相同，也可以不同，优选为In和Al的比例小的组成，更优选为由GaN构成的膜层。

上述第一多层膜层305的掺杂了n型杂质的中间层305b的n型杂质的掺杂量没有特别的规定，但一般应含有的浓度为3×10¹⁸/cm³或以上，优选为5×10¹⁸/cm³或以上。对n型杂质的上限也没有特别的规定，但应以不使结晶性过于恶化为限，一般优选为5×10²¹/cm³或以下。当第一多层膜层的中间层的杂质浓度在以上的范围内时，从提高发光输出功率和降低Vf的方面考虑而优选。

作为n型杂质，可选择Si、Ge、Se、S、O等周期表中的IVB族或VIB族元素，优选为将Si、Ge、S作为n型杂质。

另外，在上述第一多层膜层305的界面上，在不妨碍各层和元件的功能的范围内，每一层都可以兼作两种层使用。

接下来，在本实施方案5中，n侧的第二多层膜层306由如下所述的多层膜构成，所述多层膜是由含In的第一氮化物半导体膜306a和具有与该第一氮化物半导体膜306a不同的组成的第二氮化物半导体膜306b层叠而成的。该第一氮化物半导体膜306a或第二氮化物半导体膜306b中的至少一方的膜厚、优选两方的膜厚为100

或以下，更优选为70

或以下，进而优选为50

或以下。由于通过这样减薄膜厚，多层膜层便成为超晶格结构，多层膜层的结晶性变好了，所以具有提高输出功率的倾向。

如果第一氮化物半导体膜306a或第二氮化物半导体膜306b中的至少一方膜的膜厚为100

或以下，薄膜层的厚度便在弹性临界膜厚以下，结晶就变好，并且在它上面层叠起来的第一氮化物半导体膜306a或者第二氮化物半导体膜306b的结晶性也将改善，多层膜层整体的结晶性也将改善，因此元件的输出功率就将提高。

另外，如果第一氮化物半导体膜306a和第二氮化物半导体膜306b的膜厚都为100

或以下，氮化物半导体单独一层就处于弹性临界膜厚或以下，与以厚膜生长的情况以及第一氮化物半导体膜306a或第二氮化物半导体膜306b中的一方为100

或以下的情况相比，能够生长出结晶性良好的氮化物半导体。另外，当双方的膜都为70

或以下时，则n侧第二多层膜层306便成为超晶格结构，当在该结晶性良好的多层膜结构上生长有源层时，n侧第二多层膜层306能起缓冲层那样的作用，有源层能以更好的结晶性生长起来。

在本实施方案5中，如果在n侧区域330中将上述n侧第一多层膜层305与上述n侧第二多层膜层306组合，就会提高发光输出功率，降低Vf，因而优选。其原因虽未定论，但可以认为是由于是在n侧第二多层膜层306上生长的有源层的结晶性变良好的结果。

另外，n侧第二多层膜层306的上述第一氮化物半导体膜306a或第二氮化物半导体膜306b中的至少一方的膜厚，可以在相邻近的第一氮化物半导体膜306a之间或第二氮化物半导体膜306b之间互不相同，也可以相同。优选为n侧第二多层膜层306的上述第一氮化物半导体膜306a或第二氮化物半导体膜306b中的至少一方的膜厚，在相邻近的第一氮化物半导体膜306a之间或第二氮化物半导体膜306b之间互不相同。

所谓膜厚在相邻近的层之间互不相同，意思是当形成将第一氮化物半导体膜306a和第二氮化物半导体膜306b多层层叠而成的多层膜层时，第二氮化物半导体膜306b(第一氮化物半导体膜306a)的膜厚与夹着它的第一氮化物半导体膜306a(第二氮化物半导体膜306b)的膜厚互不相同。

例如，当第一氮化物半导体膜306a是InGaN，第二氮化物半导体膜306b是GaN时，GaN层与GaN层之间的InGaN层的膜厚随着接近有源层而逐渐加厚，或者逐渐减薄，从而在多层膜层内部折射率发生变化，因此能够实质地形成折射率逐渐变化的膜层。即，能够实质地获得与形成组成渐变的氮化物半导体相同的效果。因此，在例如激光元件那样的必须有光波导向通道的元件中，在多层膜层中形成了光波导向通道，就能够调节激光的模式。

另外，第一或第二氮化物半导体膜中的至少一方的III族元素的组成可以在相邻近的第一氮化物半导体膜306a之间或相邻近的第二氮化物半导体膜306b之间互不相同，或者也可以相同。优选地，第一氮化物半导体膜或者第二氮化物半导体膜中的至少一方的III族元素的组成，在相邻近的第一氮化物半导体膜之间或相邻近的第二氮化物半导体膜之间互不相同。所谓互不相同是指，在形成将第一氮化物半导体膜或第二氮化物半导体膜多层层叠起来的多层膜层的情况下，第二氮化物半导体膜(第一氮化物半导体膜)的III族元素的组成比例，与夹着它的第一氮化物半导体膜(第二氮化物半导体膜)的III族元素的组成比例互相不同。

例如，如果使相同III族元素的组成互相不同，则当第一氮化物半导体膜为InGaN，第二氮化物半导体膜为GaN时，通过使GaN层与GaN层之间的InGaN层的In的组成随着接近有源层而逐渐增加，或者减少，就可以在多层膜层内部使折射率变化，可以实质地形成组成渐变的氮化物半导体层。另外，随着In组成的减少，折射率也有减小的倾向。

上述n侧第二多层膜层306，例如，如图8所示，在夹着有源层7并处于下部的n侧氮化物半导体层中，具有将含In的第一氮化物半导体膜以及具有与该第一氮化物半导体膜不同的组成的第二氮化物半导体膜层叠而成的n侧第二多层膜层306。在n侧第二多层膜层306中，第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜优选分别至少形成一层或以上，合计两层或以上，优选为3层或以上，进而优选为分别至少层叠两层或以上，合计4层或以上。

n侧第二多层膜层306可以与有源层离开而形成，但最优选为与有源层相接而形成。在与有源层相接而形成时，有更容易提高输出功率的倾向。

在n侧第二多层膜层306与有源层相接而形成时，与有源层的最初的膜层(阱层或者势垒层)相接的多层膜层既可以是第一氮化物半导体膜，也可以是第二氮化物半导体膜，n侧第二多层膜层306的层叠次序不必作特别限定。另外，虽然在图8中n侧第二多层膜层306是与有源层7相接而形成的，但也可以在该n侧第二多层膜层306与有源层之间具有由其他n型氮化物半导体所构成的膜层。

第一氮化物半导体膜是含In的氮化物半导体，优选为三元混晶的In_kGa_1-kN(0＜k＜1)，进而优选为k值为0.5或以下的In_kGa_1-kN，最优选为k值为0.2或以下的In_kGa_1-kN。另一方面，第二氮化物半导体膜只要是与第一氮化物半导体膜的组成不同的氮化物半导体就可以了，并没有特别的限制，但为了生长出结晶性良好的第二氮化物半导体膜，使它生长成带隙能量比第一氮化物半导体膜还大的、二元混晶或三元混晶的In_mGa_1-mN(0≤m＜1、m＜k)，优选为GaN。当第二氮化物半导体为GaN时，就能生长出整体上的结晶性良好的多层膜层。作为优选的组合，可以列举第一氮化物半导体是In_kGa_1-kN(0＜k＜1)，第二氮化物半导体是In_mGa_1-mN(0≤m＜1、m＜k)、优选为GaN的组合。作为进而优选的组合，是第一氮化物半导体膜是k值为0.5或以下的In_kGa_1-kN，而第二氮化物半导体膜是GaN的组合。

第一和第二氮化物半导体膜可以两者都是非掺杂的，也可以是两者都是掺杂了n型杂质的，或者，也可以在任意一方中掺杂杂质(调制掺杂)。为了改善结晶性，优选两者都是不掺杂的，其次是调制掺杂，再次是两者都掺杂。另外，在两者都掺杂的情况下，第一氮化物半导体膜中的n型杂质的浓度也可以与第二氮化物半导体膜中的n型杂质的浓度不同。

另外，在第一氮化物半导体膜或第二氮化物半导体膜中的任意一方中掺杂n型杂质，称为调制掺杂，通过这种调制掺杂，会有容易提高输出功率的倾向。

另外，作为n型杂质，优选选择Si、Ge、Sn、S等IV族、VI族元素，进而优选采用Si、Sn。

在掺杂n型杂质时，杂质的浓度调整为5×10²¹/cm³或以下，优选为1×10²⁰/cm³或以下。如果多于5×10²¹/cm³，氮化物半导体层的结晶性就会变坏，反之，就会有输出功率降低的倾向。在调制掺杂的情况下也是如此。

在本实施方案5中，多量子阱结构的有源层7是由含In和Ga的氮化物半导体形成的，优选为由In_aGa_1-aN(0≤a＜1)形成，无论n型还是p型都可以，但如果是非掺杂(不添加杂质)，就能获得很强的带间发光，发光波长的半幅值变窄，因而优选。也可以在有源层7中掺杂n型和/或p型杂质。当在有源层7中掺杂n型杂质时，与非掺杂相比，可以进一步增强带间发光强度。当在有源层7中掺杂p型杂质时，虽然能使峰值波长向比带间发光的峰值波长大约低0.5eV能量的一侧移动，但半幅值加宽了。当在有源层中掺杂p型和n型两种杂质时，能够进一步增强上述只掺杂p型杂质的有源层的发光强度。特别是当形成掺杂了p型掺杂剂的有源层时，如果也掺杂了Si之类的n型掺杂剂，有源层的导电型就在整体上呈n型，因而优选。为了生长出结晶性好的有源层，最优选为非掺杂。

有源层7的势垒层和阱层的层叠次序不必作特别限定，从阱层开始层叠到阱层结束，从阱层开始层叠到势垒层结束，从势垒层开始层叠到势垒层结束，或者从势垒层开始层叠到阱层结束，都可以。作为阱层的膜厚，一般调整为100

或以下，优选为70

或以下，进而优选为50

或以下。阱层膜厚的上限没有特别的限制，但一般为一原子层或以上，优选为10

或以上。当阱层的膜厚超过100

时，会有输出功率难以提高的倾向。

另一方面，势垒层的厚度一般调整为2000或以下，优选为500

或以下，更优选为300

或以下。势垒层膜厚的上限并没有特别的限制，但一般为一原子层或以上，优选为10或以上。当势垒层在上述范围内时，就能很容易地提高输出功率，因而优选。另外，对有源层7的整体膜厚也没有特别的限制，可以在考虑LED元件等的所希望的波长等之后，调节势垒层和阱层的各自的层叠层数、层叠顺序，调整有源层7的总膜厚。

在本实施方案5中，p侧包覆层8是将带隙能量大的第三氮化物半导体膜和带隙能量比第三氮化物半导体膜小的第四氮化物半导体膜层叠起来形成的、p型杂质浓度互相不同或相同的多层膜层，或者是由含p型杂质的Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)所构成的单层。

下面，首先对p侧包覆层8是具有多层膜结构(超晶格结构)的p侧多层膜包覆层的情况进行说明。

构成p侧多层膜包覆层17的多层膜层的第三和第四氮化物半导体膜的膜厚调整为100

或以下，进而优选为70或以下，最优选为10～40

。第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜的膜厚既可以相同，也可以不同。当多层膜结构中的各层的膜厚在上述范围内时，氮化物半导体的各层膜厚都在弹性临界膜厚或以下，与以厚膜生长的情况相比，能够生长出结晶性良好的氮化物半导体，另外，氮化物半导体层的结晶性得以改善，所以在添加了p型杂质的情况下，可以获得载流子浓度大、电阻率小的p层，易于降低元件的Vf和阈值将这样膜厚的两种层作为一对并多次层叠起来，就形成了多层膜层。接下来，p侧多层膜包覆层8总膜厚的调整通过调整第三和第四氮化物半导体层各层的膜厚、调整层叠的次数来调整。p侧多层膜包覆层8的总膜厚没有特别的规定，但一般为2000

或以下，优选为1000

或以下，更优选为500

或以下，当总膜厚在上述范围内时，发光输出功率高，正向电压(Vf)较低，因而优选。

第三氮化物半导体膜优选使至少含Al的氮化物半导体，优选为Al_nGa_1-nN(0＜n≤1)成长；第四氮化物半导体膜优选使Al_pGa_1-pN(0≤p＜1、n＞p)、In_rGa_1-rN(0≤r≤1)那样的二元混晶、三元混晶的氮化物半导体成长。如果将p侧包覆层8做成超晶格结构，就会有结晶性改善、电阻率降低、Vf降低的倾向。

p侧多层膜包覆层8的第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜的p型杂质浓度是不同的，使一方层中的杂质浓度大，另一方层中的杂质浓度小。与n侧的包覆层12一样，将带隙能量大的第三氮化物半导体膜的p型杂质的浓度增大，而将带隙能量小的第四氮化物半导体膜的p型杂质的浓度减小，优选为不掺杂，这样就能降低阈值电压、Vf等。另外，也可以与此相反。即，也可以使带隙能量大的第三氮化物半导体膜的p型杂质的浓度减小，而带隙能量小的第四氮化物半导体膜的p型杂质的浓度增大。

作为第三氮化物半导体膜的优选掺杂量，调整为1×10¹⁸/cm³～1×10²¹/cm³的范围内，优选为1×10¹⁹/cm³～5×10²⁰/cm³。如果小于1×10¹⁸/cm³，同样与第四氮化物半导体膜的差就会减小，同样会有难以获得载流子浓度大的膜层的倾向；另外，如果大于1×10²¹/cm³，就会有结晶性恶化的倾向。另一方面，第四氮化物半导体膜的p型杂质的浓度只要比第三氮化物半导体膜的少些即可，优选为少1/10或以上。最优选为不掺杂，这样就能获得迁移率最高的膜层，但是因为膜厚薄，会有从第三氮化物半导体一侧扩散过来的p型杂质，其量优选为1×10²⁰/cm³或以下。另外，带隙能量大的第三氮化物半导体膜中所掺杂的p型杂质少、带隙能量小的第四氮化物半导体膜中所掺杂的p型杂质多的情况也相同。

作为p型杂质选择Mg、Zn、Ca、Be等周期表中的IIA族、IIB族元素，优选将Mg、Ca等作为p型杂质。

进而另外，为了降低电阻率，优选在构成多层膜的氮化物半导体层中，在厚度方向上，使高浓度掺杂杂质的层在半导体层中心部分附近的杂质浓度高，而在两侧附近的杂质浓度低(优选为非掺杂)。

接下来，当p侧包覆层8是由如下所述的单层构成时，所述单层是由含p型杂质的Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)形成的，则p侧单层膜包覆层8的膜厚一般为2000

或以下，优选为1000

或以下，更优选为500～100

或以下。当膜厚在上述范围内时，就能提高发光输出功率，降低Vf，因而优选。p侧单层膜包覆层8的组成是Al_bGa_1-bN(0≤b≤1)。

另外，虽然单层膜的包覆层与上述多膜层结构的p侧包覆层相比，结晶性稍稍差一些，但通过与上述第一多层膜层4的组合，就可以结晶性良好地生长起来，也能降低阈值和Vf。进而，这样，即使是单层膜层，也能通过与其他层结构相组合来使元件性能的降低量变少，而且由于是单层膜层，所以能实现制造工序的简单化，在量产的时候优选。

p侧单层包覆层8的p型杂质的浓度为1×10¹⁸/cm³～1×10²¹/cm³的范围内，优选为在5×10¹⁸/cm³～5×10²⁰/cm³范围内，更优选为在5×10¹⁹/cm³～1×10²⁰/cm³范围内。如果杂质的浓度在上述范围内，就能获得良好的p型膜层，因而优选。

接下来，在本实施方案5中，掺杂Mg的p侧GaN接触层9的组成是不含In、Al的二元混晶的氮化物半导体。如果含有In、Al，则无法获得与p电极11的欧姆接触，发光效率低下。p侧接触层9的膜厚为0.001～0.5μm，优选为0.01～0.3μm，更优选为0.05～0.2μm。如果膜厚小于0.001μm，就很容易与p型GaAlN包覆层发生电气短路，难以作为接触层而起作用。另外，由于要在三元混晶的GaAlN包覆层上层叠组成不同的二元混晶的GaN接触层，如果反而将它的膜厚做成大于0.5μm，就很容易在p侧GaN接触层9中产生由结晶之间的失配而形成的晶格缺陷，有结晶性下降的倾向。另外，接触层的膜厚越薄，Vf就越低，越能提高发光效率。另外，如果该p型GaN接触层9的p型杂质是Mg，就可以很容易获得p型特性，而且也可以很容易获得欧姆接触。Mg的浓度为1×10¹⁸/cm³～1×10²¹/cm³，优选为5×10¹⁹/cm³～3×10²⁰/cm³，更优选为1×10²⁰/cm³左右。当Mg的浓度在这个范围内时，很容易获得良好的p型膜，而且能使Vf降低，因而优选。

另外，n电极12和p电极11分别形成在n侧接触层4上和掺杂Mg的p侧GaN接触层9上。n电极和p电极的材料没有特别的规定，例如作为n电极可使用W/Al，作为p电极可使用Ni/Au等。

实施方案6

下面，对本发明的实施方案6的氮化物半导体元件进行说明。

该实施方案6的氮化物半导体元件是具有n型多层膜层和p型多层膜层的氮化物半导体，其基本构成与实施方案1相同，所以适当参照图1进行说明。

实施方案6的氮化物半导体元件是在蓝宝石基板1上依次层叠了下列各层而成的：由GaN构成的缓冲层2，非掺杂的GaN层3，由掺杂了Si的GaN构成的n侧接触层4，非掺杂的GaN层5，n型多层膜层6，由InGaN/GaN构成的多量子阱结构的有源层7，p型多层膜层8，由掺杂了Mg的GaN构成的p型接触层9。构成上述n型多层膜层6和p型多层膜层8的各氮化物半导体的组成、及/或层数，在n侧和p侧上是不同的，这一点与实施方案1不同。另外，在本实施方案6的氮化物半导体元件中，作为n型多层膜层6和p型多层膜层8，可以使用实施方案1～5中说明过的各种多层膜层。

在这里，在图1中，设置一层n型多层膜层作为n型氮化物半导体，设置一层p型多层膜层作为p型氮化物半导体，但也可以在n侧区域和p侧区域中分别设置2层或以上多层膜层。例如，如果将上述非掺杂的GaN层5做成如下所述的多层膜层，所述多层膜层是从基板一侧开始将由非掺杂的氮化物半导体构成的下层、由掺杂了n型杂质的氮化物半导体构成的中间层以及由非掺杂的氮化物半导体构成的上层依次层叠起来而成的，就会进一步改善发光输出功率、Vf和耐静电压特性，因而优选。这样，在n侧区域中具有两种n型多层膜层时，只要这两种n型多层膜层中的任何一种比p型多层膜层的层数多即可。

首先，对多层膜层进行说明。

在本实施方案6中，n型多层膜层6只要由组成不同的至少两种或以上的氮化物半导体构成即可，作为优选的组成，可以列举Al_zGa_1-zN(0≤z＜1)[第一氮化物半导体膜]和In_pGa_1-pN(0＜p＜1)[第二氮化物半导体膜]这两种组成。

作为第一氮化物半导体膜的优选组成，表示上述第一氮化物半导体膜的化学式中的z值越小，结晶性就越好，更优选为z值显示为0，即GaN。

另外，作为第二氮化物半导体膜的优选组成，有表示上述第二氮化物半导体膜的化学式中的p值为0.5或以下的In_pGa_1-pN，更优选为p值为0.1或以下的In_pGa_1-pN。

在本发明中，作为第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜的优选组合，可以列举第一氮化物半导体膜为GaN、第二氮化物半导体膜是x值为0.5或以下的In_xGa_1-xN的组合。

另外，由上述那样的组成构成的n型多层膜层6分别至少形成一层或以上的第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜，合计两层或以上或者3层或以上，优选为分别至少层叠两层或以上，合计层叠4层或以上；优选为分别至少层叠7层或以上，合计层叠14层或以上。

第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜的层叠层数的上限没有特别的限制，但要在例如500层或以下。如果超过500层，层叠的时间就太长了，操作繁杂，元件的特性也有稍稍下降的倾向。

构成n型多层膜层6的单层氮化物半导体层的膜厚没有特别的限制，但两种以上的氮化物半导体层中至少有一种单层的氮化物半导体层的膜厚为100

或以下，优选为70

或以下，更优选为50

或以下。

这样，通过将构成n型多层膜层6的单层氮化物半导体层的膜厚做得很薄，多层膜层便形成了超晶格结构，多层膜层的结晶性变好，因此就有提高输出功率的倾向。

在n型多层膜层6是由第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜构成时，至少有一方的膜厚为100

或以下，优选为70或以下，最优选为50

或以下。

当第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜中的至少一方的膜厚是100

或以下的薄膜层时，单层的氮化物半导体层的厚度分别处于弹性临界膜厚或以下，结晶性良好。当在该改善了结晶性的氮化物半导体层上进而再生长起膜厚为弹性临界膜厚或以下的氮化物半导体时，它的结晶性也将良好。由此，第一和第二氮化物半导体膜的结晶性随着层叠而得到改善，作为其结果，改善了n型多层膜层6整体的结晶性。这样，由于n型多层膜层6整体的结晶性变良好，元件的发光输出功率就提高了。

作为第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜的优选膜厚，是两者都为100

或以下，优选为70或以下，最优选为50

或以下。

当构成n型多层膜层6的第一和第二氮化物半导体膜的两者的膜厚都为100

或以下时，单层的氮化物半导体层的膜厚就成为弹性临界膜厚或以下，与以厚膜生长的情况相比，能够生长出结晶性良好的氮化物半导体。

另外，当将n型多层膜层6的第一和第二氮化物半导体膜的膜厚都设为70或以下时，多层膜层便成了超晶格结构，结晶性变得良好，如果在这种结晶性良好的超晶格结构上生长有源层，则n型多层膜层6就会起到缓冲层的作用，就能结晶性良好地生长有源层。

作为n型多层膜层6的总膜厚，没有特别的限制，但一般为25～10000

优选为25～5000

，更优选为25～1000。当膜厚在这一范围内时，结晶性良好，元件的输出功率提高。

n型多层膜层6的形成位置没有特别的限制，与有源层7相接而形成、或者与有源层7离开而形成都可以，优选为n型多层膜层6与有源层7相接而形成。

在n型多层膜层6与有源层7相接而形成时，作为构成与有源层7的最初的膜层、即阱层或者势垒层相接的n型多层膜层6的氮化物半导体层，既可以是第一氮化物半导体膜，也可以是第二氮化物半导体膜。这样构成n型多层膜层6的第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜的层叠顺序没有特别的限制。即，可以从第一氮化物半导体开始层叠，以第一氮化物半导体结束；或者从第一氮化物半导体开始层叠，以第二氮化物半导体结束；或者从第二氮化物半导体开始层叠，以第一氮化物半导体结束；另外，也可以从第二氮化物半导体膜开始层叠，以第二氮化物半导体结束。

在图1中，n型多层膜层6是与有源层7相接而形成的，但如上所述，在n型多层膜层6与有源层7离开而形成时，在n型多层膜层6与有源层7之间，也可以形成由其他的n型氮化物半导体构成的层。

在本实施方案6中，构成n型多层膜层6的单层的氮化物半导体层，例如第一和第二氮化物半导体膜，既可以是非掺杂的，也可以是掺杂了n型杂质的。

在本实施方案6中，所谓非掺杂，指的是主观上不特意地掺杂杂质的状态，例如，由于相邻的氮化物半导体层的扩散而混入杂质的情况，在本发明中也称之为非掺杂。另外，由扩散而混入的杂质的杂质浓度在膜层内大都呈梯度分布。

在构成n型多层膜层6的单层氮化物半导体层是由第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜组成的情况下，第一和第二氮化物半导体膜既可以两者都是非掺杂的，也可以两者都掺杂n型杂质，或者也可以在任何一者中掺杂杂质。

在第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜的任何一者中掺杂n型杂质，或者，两者都掺杂n型杂质而相邻的氮化物半导体层中的浓度不同，这称之为调制掺杂，通过调制掺杂，会有容易提高输出功率的倾向。

另外，当在第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜两方中都掺杂n型杂质时，相邻的单层氮化物半导体层中的杂质的浓度可以不同，也可以相同，优选不同。

为了提高结晶性，最优选为非掺杂，其次是相邻的一方为非掺杂的调制掺杂，再其次是相邻两方都掺杂的调制掺杂。

另外，当在第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜中都掺杂n型杂质时，任何一方的膜层的杂质浓度高都可以。

对掺杂n型杂质时的杂质浓度没有特别的限制，但一般调整为5×10²¹/cm³或以下，优选为1×10²⁰/cm³或以下，作为下限为5×10¹⁶/cm³。如高于5×10²¹/cm³，氮化物半导体层的结晶性就会恶化，反之，则会有输出功率降低的倾向。这在调制掺杂的情况下也是如此。

在本发明中，作为n型杂质优选选择Si、Ge、Sn、S等IV族、VI族元素，进而优选使用Si、Sn。

接下来，对p型多层膜层8进行说明。

在本实施方案6中，p型多层膜层8只要是由组成不同的至少两种或以上的氮化物半导体构成即可，作为优选组成，可以列举Al_xGa_1-xN(0＜x＜1)[第三氮化物半导体膜]和In_yGa_1-yN(0≤y＜1)[第四氮化物半导体膜]这两种组成。

作为第三氮化物半导体膜的优选组成，是表示上述第三氮化物半导体膜的化学式的x值为0.5或以下的Al_xGa_1-xN。如果x超过0.5，则会有结晶性恶化、容易产生裂纹的倾向。

另外，作为第四氮化物半导体膜的优选组成，是上述表示第四氮化物半导体膜的化学式的y值为0的GaN。当y值为0时，会有可以容易地生长出整体结晶性良好的多层膜层的倾向。

在本实施方案6中，作为构成n型多层膜层8的氮化物半导体的优选组合，可以列举第三氮化物半导体膜是x值为0.5或以下的Al_xGa_1-xN、第四氮化物半导体膜为GaN的组合。

另外，由上述那样的组成构成的p型多层膜层8分别至少形成一层或以上的第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜，合计两层或以上或者3层或以上，优选分别至少层叠两层或以上，合计层叠4层或以上。

第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜的层叠层数的上限没有特别的限制，但如果考虑层叠时间等的制造工序、元件特性等因素，可以列举例如100层或以下。

作为p型多层膜层8的总膜厚，没有特别的限制，但一般为25～10000优选为25～5000

，更优选为25～1000。当膜厚在这一范围内时，结晶性良好，元件的输出功率提高。

另外，在本发明中，如果p型多层膜层8在上述范围的膜厚内以较薄的膜厚形成，就会有容易使元件的Vf、阈值降低的倾向。

构成p型多层膜层8的单层氮化物半导体层的膜厚没有特别的限制，但两种或以上的氮化物半导体层的至少一方的氮化物半导体层的单层氮化物半导体层的膜厚一般为100

或以下，优选为70或以下，更优选为50

或以下。

这样，通过将构成p型多层膜层8的单层氮化物半导体层的膜厚做得很薄，多层膜层便成了超晶格结构，多层膜层的结晶性得以改善，因此在添加了p型杂质的情况下，可以获得载流子浓度大、电阻率小的p层，元件的Vf和阈值具有容易降低的倾向。这样，就能够以很少的电力消耗获得很高的发光输出功率。

在p型多层膜层8由第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜形成时，至少有一方的膜厚为100或以下，优选为70

或以下，最优选为50

或以下。当第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜中的至少一方的膜厚是100

或以下的薄膜层时，单层的氮化物半导体层的厚度都为弹性临界膜厚或以下，结晶性变得良好。当在该改善了结晶性的氮化物半导体层上进而再生长膜厚为弹性临界膜厚或以下的氮化物半导体时，其结晶性就变得更好了。由此，第三和第四氮化物半导体膜的结晶性是随着层叠而改善的，作为结果，p型多层膜层8的整体结晶性改善了。这样，由于p型多层膜层8的整体结晶性变好，在添加了p型杂质的情况下，可以获得载流子浓度大、电阻率小的p型层，元件的Vf、阀值具有容易降低的倾向。于是，就能以很低的电力消耗获得很高的发光输出功率。

第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜的优选膜厚，一般为两者都为100

或以下，优选为70

或以下，最优选为50

或以下。

当构成p型多层膜层8的第三和第四氮化物半导体膜的膜厚两者都为100

或以下时，单层的氮化物半导体层的膜厚就变为弹性临界膜厚或以下，与以厚膜生长的情况相比，能够生长出结晶性良好的氮化物半导体。

另外，当p型多层膜层8的第三和第四氮化物半导体膜的两者的膜厚都为70

或以下时，多层膜层便成为超晶格结构，结晶性变得良好，元件的Vf、阈值等很容易降低，在提高发光输出功率方面是优选的。

p型多层膜层8的形成位置没有特别的限制，可以与有源层7相接而形成，也可以与有源层7离开而形成，优选为p型多层膜层8与有源层7相接而形成。当p型多层膜层8与有源层7相接而形成时，容易提高发光输出功率，因而优选。

在p型多层膜层8与有源层7相接而形成时，作为构成与有源层7的最初的膜层、即阱层或者势垒层相接的p型多层膜层8的氮化物半导体层，既可以是第三氮化物半导体膜，也可以是第四氮化物半导体膜。这样构成p型多层膜层8的第三氮化物半导体层和第四氮化物半导体膜的层叠顺序没有特别的限制。即，可以从第三氮化物半导体膜开始层叠，以第三氮化物半导体膜结束；或者从第三氮化物半导体膜开始层叠，以第四氮化物半导体膜结束；或者从第四氮化物半导体膜开始层叠，以第三氮化物半导体膜结束；另外也可以从第四氮化物半导体膜开始层叠，以第四氮化物半导体膜结束

在图1中，p型多层膜层8是与有源层7相接而形成的，但如上所述，在p型多层膜层8与有源层7离开而形成时，在p型多层膜层8与有源层7之间，也可以形成由其他p型氮化物半导体构成的膜层。

另外，在本实施方案6中，第三氮化物半导体膜和第四氮化物半导体膜可以两方都是非掺杂的，也可以在任何一方中掺杂p型杂质，也可以在两方中都掺杂p型杂质。

在构成p型多层膜层8的第三和第四氮化物半导体膜两者都是非掺杂的情况下，p型多层膜层8的膜厚一般为0.1μm或以下，优选为700

或以下，进而优选为500

或以下。当膜厚超过0.1μm时，就难以向有源层中注入空穴，会有容易降低发光输出功率的倾向。另外，当膜厚超过0.1μm时，还有使非掺杂膜层的电阻值升高的倾向。

另外，在进行在第三和第四氮化物半导体膜的任何一方中掺杂杂质的调制掺杂时，会有容易提高发光输出功率的倾向。另外，在调制掺杂时，容易获得载流子浓度高的p层，因而优选。

另外，在第三和第四氮化物半导体膜的两者中都掺杂p型杂质时，与只有一者掺杂p型杂质的情况相比，由于能够进一步增高载流子的浓度，所以Vf低下，因而优选。在第三和第四氮化物半导体膜两者都掺杂p型杂质的情况下，相邻的氮化物半导体层之间的杂质浓度可以相同，但优选为不同(调制掺杂)。

在本实施方案6中，当在p型多层膜层8中掺杂p型杂质时，作为p型杂质，优选选择Mg、Zn、Cd、Be、Ca等II族元素，优选使用Mg、Be。

在掺杂p型杂质的情况下，杂质的浓度调整为1×10²²/cm³或以下，优选为5×10²⁰/cm³或以下。如高于1×10²²/cm³，氮化物半导体层的结晶性会恶化，就会有降低发光输出功率的倾向。对掺杂p型杂质的掺杂量的下限没有特别的限制，但一般为5×10¹⁶/cm³或以上。

下面，对形成除图1中所示的n型多层膜层6和p型多层膜层8以外的其他元件的结构的各层进行说明，但本发明并不是仅限于此。

作为基板1，可以用以C面、R面或A面作为主面的蓝宝石，除此之外还有尖晶石(MgAl₂O₄)那样的绝缘性基板，以及SiC(含有6H、4H、3C)、Si、ZnO、GaAs、GaN等半导体基板。

作为缓冲层2，可以列举由Ga_dAl_1-dN(条件是d在0＜d≤1的范围内)构成的氮化物半导体，优选为Al的组成比例越小，结晶性的改善越显著，更优选为由GaN构成的缓冲层2。

缓冲层2的膜厚调整为0.002～0.5μm，优选为0.005～0.2μm，更优选为0.01～0.02μm的范围。当缓冲层2的膜厚在上述范围内时，氮化物半导体的结晶形态良好，在缓冲层2上生长的氮化物半导体的结晶性可得到改善。

缓冲层2的生长温度调整为200～900℃，优选为400～800℃的范围。当生长温度在上述范围内时，会生长出结晶良好的多晶体，以该多晶体作为晶种，能使在缓冲层2上生长的氮化物半导体的结晶性良好，因而优选。另外，在这样的低温下生长起来的缓冲层2也可以根据基板的种类、生长的方法等进行省略。

作为非掺杂的GaN层3，使其在比先生长出来的缓冲层2更高的温度、例如900℃～1100℃下生长，由In_fAl_gGa_1-f-gN(0≤f、0≤g、f+g≤1)所构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为GaN、g值为0.2或以下的Al_gGa_1-gN，这样就容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。另外，膜厚也不必作特别限定，以比缓冲层更厚的厚膜而生长，一般以0.1μm或以上的膜厚来生长。

作为由掺杂了Si的GaN构成的n型接触层4，与非掺杂的GaN层3一样，可以由In_fAl_gGa_1-f-gN(0≤f、0≤g、f+g≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为GaN、g值为0.2或以下的Al_gGa_1-gN，这样就容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。对于膜厚也不必作特别限定，但因为是形成n电极的膜层，所以优选以0.1μm或以上的膜厚来生长。更进一步，优选以n型杂质的浓度不使氮化物半导体的结晶性恶化的程度的高浓度来掺杂，即，优选在1×10¹⁸/cm³～5×10²¹/cm³的范围内掺杂。

作为非掺杂的GaN层5，和上面的一样，可以由In_fAl_gGa_1-f-gN(0≤f、0≤g、f+g≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为GaN、g值为0.2或以下的Al_gGa_1-gN、或者是f值为0.1或以下的In_fGa_1-fN，这样就容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。通过生长该非掺杂的GaN层，与在掺杂了高浓度杂质的n型接触层4上直接生长成下一层的情况不同，底层的结晶性也良好，因此接下来生长的n型多层膜层6就容易生长，进而当在n型多层膜层上生长有源层7时，生长更容易，而且结晶性变良好，因而优选。这样，如果在由非掺杂的氮化物半导体层构成的非掺杂的GaN层3上层叠由掺杂了高浓度杂质的氮化物半导体构成的n型接触层4以及然后叠层由非掺杂的氮化物半导体构成的非掺杂GaN层5，进而制成层叠上述n型多层膜层6的结构，在做成LED元件时，就会有容易使Vf下降的倾向。另外，在n型多层膜层6为非掺杂的情况下，可以省略非掺杂的GaN层5。

另外，在本实施方案6中，也可以与实施方案5相同，替换上述非掺杂GaN层5，做成由非掺杂的下层305a、掺杂了n型杂质的中间层305b、非掺杂的上层305c构成的多层膜层。

多层膜层由至少三层构成，从基板一侧开始，分别为非掺杂的下层305a、掺杂了n型杂质的中间层305b、非掺杂的上层305c。在多层膜层上还可以有除上述下层305a～上层305c之外的其他膜层。另外，多层膜层既可以与有源层相接，也可以在它与有源层之间具有其他层。

作为构成上述下层305a～上层305c的氮化物半导体，可以使用由In_gAl_hGa_1-g-hN(0≤g＜1、0≤h＜1)表示的各种组成的氮化物半导体。优选可以列举由GaN所构成的组成的氮化物半导体，另外，多层膜层的各层的组成既可以相同，也可以不同。

多层膜层的膜厚没有特别的限制，一般为175～12000

，优选为1000～10000

，更优选为2000～6000

。当多层膜层的膜厚在上述范围内时，能实现Vf的最适化和耐静电压特性的提高，因而优选。

具有上述范围的膜厚的多层膜层的膜厚的调整优选适当调整下层305a、中间层305b和上层305c各层的膜厚，以使多层膜层的总厚度在上述范围内。

构成多层膜层的下层305a、中间层305b和上层305c各层的膜厚并没有特别的限制，但由于它们在多层膜层中层叠的位置对于元件的各种特性的影响不同，所以特别注意各层与元件性能关系大的特性，固定任意两层膜层的膜厚，然后使剩下的那一层的膜厚阶段性变化，测出特性良好的范围内的膜厚，进而通过调整各层的膜厚，来确定膜厚的范围。

多层膜层的各层虽然单独对耐静电压特性没有直接影响，但是通过将各层组合在一起成为多层膜层，作为一个整体，各种元件特性得以改善，同时，特别是对发光输出功率和耐静电压特性有显著的改善。

非掺杂的下层305a的膜厚一般为100～10000

，优选为500～8000

更优选为1000～5000

。当非掺杂的下层305a的膜厚逐渐增厚时，耐静电压特性也逐渐上升，但在10000附近Vf急剧上升；另一方面，当膜厚减薄时，Vf也随着降低，但耐静电压特性降低得多，在不到100

时，随着耐静电压的下降，材料利用率有大幅度下降的倾向。另外，由于考虑到上层305a改善了含有n型杂质的n侧接触层4的结晶性的下降的影响，所以优选以结晶性的改善为良好的程度的膜厚来生长。

掺杂了n型杂质的中间层305b的膜厚一般为50～1000

，优选为100～500

，更优选为150～400

。该掺杂了杂质的中间层305b是使载流子的浓度充分、对发光输出功率有比较大的作用的层，如果没有形成该膜层，则会有发光输出功率显著下降的倾向。如果膜厚超过1000

，就会有发光输出功率大幅度下降到难以成为商品的程度的倾向。另一方面，当中间层305b的膜厚加厚时，耐静电压特性良好，但如果膜厚不到50

，就会有耐静电压特性大幅度下降的倾向。

非掺杂的上层305c的膜厚一般为25～1000

，优选为25～500，更优选为25～150

。该非掺杂的上层305c在第一多层膜层中是与有源层相接或最接近而形成的，与泄漏电流的防止有很大关系，但如果上层305c的膜厚不到25

，泄漏电流就有增大的倾向。另外，当上层305c的膜厚超过1000时，就有Vf上升而耐静电压特性下降的倾向。

如上所述，对下层305a～上层305c各层膜厚，注意的是因各层的膜厚变动受到更多影响的元件特性，更进一步，在组合下层305a、中间层305b和上层305c时，使元件的各种特性都为良好，特别是发光输出功率和耐静电压特性得以改善，通过规定各层的膜厚，就可以获得良好的发光输出功率和良好的耐静电压特性，可以达到商品的可靠性的进一步提升。

另外，多层膜层的各层膜厚的组合，可通过因发光波长的种类而变化的有源层的组成变化、电极、LED元件的形状等各种条件进行适当调整，以取得最良好的效果。通过以上述范围的膜厚适当地组合，可以使与各层膜厚的组合有关的性能，达到与以往相比良好的发光输出功率和良好的耐静电压特性。

构成多层膜层的各层305a、305b、305c的组成只要是用In_mAl_nGa_1-m-nN(0≤m＜1、0≤n＜1)表示的组成即可，各层的组成可以相同，也可以不同，优选为In和Al的比例小的的组成，更优选为由GaN构成的膜层。

上述掺杂n型杂质的中间层5b中的n型杂质的掺杂量没有特别的限制，一般含有浓度为3×10¹⁸/cm³或以上，优选为5×10¹⁸/cm³或以上。作为n型杂质的上限，虽然没有特别的限制，但作为结晶性不会过于恶化的程度的界限，优选为5×10²¹/cm³或以下。当第一多层膜层的中间层的杂质浓度在上述范围内时，从发光输出功率的提高和Vf的降低的方面是优选的。

作为n型杂质选择的是Si、Ge、Se、S、O等周期表的IVB族、VIB族元素，优选将Si、Ge、S作为n型杂质。

另外，在多层膜层的界面上，在不妨碍各层和元件的功能的范围内，每一层都可以兼作两种膜层使用。

接下来，作为有源层7，可以列举至少含In的氮化物半导体，优选为具有含有In_jGa_1-jN(0≤j＜1)的阱层的单量子阱结构或多量子阱结构的氮化物半导体。

有源层7的层叠次序，可以是以阱层开始层叠以阱层结束，可以是以阱层开始层叠以势垒层结束，另外，也可以以势垒层开始层叠以阱层结束，层叠的顺序不必作特别限定。作为阱层的膜厚，一般调整为100

或以下，优选为70

或以下，进而优选为50

或以下。当比100

更厚时，就会有难以提高输出功率的倾向。另一方面，势垒层的厚度一般调整为300

或以下，优选为250或以下，最优选为200

或以下。

接下来，作为由掺杂了Mg的GaN构成的p型接触层9，与上述相同，可由In_fAl_gGa_1-f-gN(0≤f、0≤g、f+g≤1)构成，其组成虽没有作特别的限定，但优选为GaN，这样很容易就可以获得结晶缺陷少的氮化物半导体层，而且很容易获得与p电极材料的良好的欧姆接触。

另外，在本发明中所使用的p电极和n电极没有特别的限制，可以使用以往所熟知的电极等，例如可以列举在实施例中所述的电极。

实施例

下面，对本发明的实施例进行说明，但本发明并不仅限于以下的这些实施例。

实施例1

实施例1如图1所示，是与本发明的实施方案1相关的实施例。

在本实施例1中，将由蓝宝石(C面)制成的基板1放置在MOVPE的反应容器内，一边通入氢气，一边使基板的温度上升到1050℃，来进行基板的清洗，然后形成以下各层。另外，基板1还可以使用除C面以外的R面或A面作为主面的蓝宝石，还可以使用尖晶石(MgAl₂O₄)那样的绝缘性基板，以及SiC(含有6H、4H、3C)、Si、ZnO、GaAs、GaN等半导体基板。

(第一缓冲层2)

接着，将温度下降到510℃，用氢气作为载气，用氨和TMG(三甲基镓)作为原料气体，在基板1上以大约200

的膜厚生长成由GaN形成的缓冲层202。另外也可以根据基板的种类、生长方法等省略该低温下生长的第一缓冲层2。

(第二缓冲层3)

在第一缓冲层2生长成之后，只停止供应TMG，将温度升高到1050℃。达到1050℃后，同样用TMG、氨气作为原料气体，以1μm的膜厚生长成由非掺杂的GaN形成的第二缓冲层3。第二缓冲层3是在比先生长的第一缓冲层2更高的高温、例如900℃～1100℃下生长的，它可以由In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为GaN、x值为0.2或以下的Al_xGa_1-xN，这样就很容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。另外，膜厚不必作特别限定，是以比缓冲层厚的膜厚来生长的，通常以0.1μm或以上的膜厚来生长。

(n侧接触层4)

接着，在1050℃下同样用TMG、氨气作为原料气体，用硅烷气体作为杂质气体，以3μm的膜厚生长由掺杂了浓度为3×10¹⁹/cm³的Si的GaN形成的n侧接触层。该n侧接触层4也和第二缓冲层3一样，可由In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为GaN、x值为0.2或以下的Al_xGa_1-xN，这样就很容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。膜厚不必作特别限定，但因为是形成n电极的层，所以优选为以0.1μm或以上的膜厚来生长。更进一步，优选以不使氮化物半导体的结晶性能恶化的程度的高浓度来掺杂n型杂质，优选以1×10¹⁸/cm³～5×10²¹/cm³的范围掺杂。

(第三缓冲层5)

接着，只停止供应硅烷气体，在1050℃下，同样地以100

的膜厚生长出由非掺杂的GaN构成的第三缓冲层5。该第三缓冲层5也可以由In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为GaN、x值为0.2或以下的Al_xGa_1-xN、或者是y值为0.1或以下的In_yGa_1-yN，这样就很容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。通过生长成该非掺杂的GaN层，与在掺杂了高浓度杂质的n侧接触层4上直接生长有源层不同，衬底部分的结晶性良好，所以很容易生长接着要生长的氮化物半导体。这样，如果制成三层结构，所述三层结构是在由非掺杂的氮化物半导体层构成的第二缓冲层3上，层叠上由掺杂了高浓度n型杂质的氮化物半导体构成的n侧接触层4，接着再层叠上由非掺杂的氮化物半导体(也包含n侧多层膜层)构成的第三缓冲层5而成的，在做成LED元件时，就会有很容易使Vf下降的倾向。另外，在n侧多层膜层6为非掺杂的情况下，可以省略第三缓冲层5。

(n侧多层膜层6)

接下来，将温度降到800℃，使用TMG、TMI、氨，生长成由非掺杂的In_0.03Ga_0.97N构成的、厚度为25

的第一氮化物半导体膜，接着升高温度，在其上生长厚度为25

的、由GaN构成的第二氮化物半导体膜。然后，反复重复以上的操作，以膜厚为500

生长出由以第一+第二的顺序交互各自层叠10层的，超晶格结构构成的n侧多层膜层。

(有源层7)

接下来，以200

的膜厚生长出由非掺杂的GaN构成的势垒层，然后，继续使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，以30

的膜厚生长出由非掺杂的In_0.4Ga_0.6N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层的顺序将5层势垒层和4层阱层交替地层叠起来，就生长成由总厚度为1120的多量子阱结构构成的有源层7。虽然有源层7是以势垒层开始层叠的，但是也可以以阱层开始层叠以阱层结束，另外，在以阱层开始以势垒层结束时，也可以以势垒层开始层叠以阱层结束，层叠的顺序不必作特别的限定。作为阱层的膜厚，一般调整为100

或以下，优选为70

或以下，进而优选为50

或以下。如果超过100

，就会有难以提高输出功率的倾向。另一方面，势垒层的厚度一般调整为300

或以下，优选为250

或以下，最优选为200

或以下。

(p侧多层膜层8)

接下来，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，以25

的膜厚生长出由掺杂5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.05Ga_0.95N构成的第三氮化物半导体膜，接着，停止Cp2Mg、TMA，以25

的膜厚生长出由非掺杂的GaN构成的第四氮化物半导体膜。然后，反复重复以上的操作，以200

的膜厚生长出由以第三+第四的顺序交替地分别层叠4层的超晶格构成的p侧多层膜层8。

(p侧接触层9)

接着，在1050℃下，使用TMG、氨、Cp2Mg，以700

的膜厚生长出由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型GaN构成的p侧接触层208。p侧接触层208也可以由In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选采用GaN，这样容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层，而且容易得到与p电极材料良好的欧姆接触。

反应结束后，使温度下降到室温，进而再将晶片(wafer)置于反应容器内，在氮气氛围中，在700℃下进行退火，使p型层进一步低电阻化。

退火之后，将晶片从反应容器中取出，在最上面一层的p侧接触层9的表面上形成预定形状的掩模，用RIE(反应性离子蚀刻)装置从p侧接触层开始进行蚀刻，如图1所示，使n侧接触层4的表面露出来。

蚀刻之后，在最上层的p侧接触层的几乎整个表面上形成膜厚为200

的含有Ni和Au的透光性p电极10，再在该p电极10上形成膜厚为0.5μm的由键合用的Au构成的p焊盘电极11。另一方面，在由于蚀刻而暴露出来的n侧接触层4的表面上形成含W和Al的n电极12，就成为LED元件了。

该LED元件在正向电压20mA下，能显示520nm的纯绿色光，Vf只有3.2V，与以往的多量子阱结构的LED元件相比，Vf降低了将近0.8V，输出功率提高了两倍以上。因此，能够获得在10mA下具有与以往的LED元件大致同等特性的LED。

在本实施例中，构成n侧多层膜层的第二氮化物半导体膜是由GaN构成的，但也可以由其他的In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)、优选为In的组成比第一氮化物半导体少的InGaN构成。另外，构成p侧多层膜层的第四氮化物半导体膜是由GaN构成的，但也可以由其他的In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)、优选为Al的组成比第三氮化物半导体少的AlGaN构成。

另外，以往的LED元件的构成是在由GaN构成的第一缓冲层上面依次层叠下列各膜层而成的：由非掺杂的GaN形成的第二缓冲层，由掺杂Si的GaN形成的n侧接触层，由与实施例1相同的多量子阱结构形成的有源层，单层的掺杂了Mg的Al_0.1Ga_0.9N层，由掺杂了Mg的GaN形成的p侧接触层。

实施例2

实施例2是如图2所示的LED元件。本实施例中，除了不生长第三缓冲层5，而且也不将p侧多层膜层8做成超晶格结构，以200

的膜厚生长出由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N层所构成的p侧包覆层108之外，其他都与实施例1相同而制成LED元件，然后同样在20mA下，Vf为3.3V，显示了非常良好的值，输出功率也提高了1.8倍以上。

实施例3

在本实施例中，除了在生长n侧多层膜层6时，将第二氮化物半导体膜做成掺杂了浓度为1×10¹⁸/cm³的Si的GaN，另外，不将p侧多层膜层做成超晶格结构，以200

的膜厚生长出由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N层所构成的p侧包覆层108之外，其他都与实施例1相同而制成LED元件，这时能够获得具有与实施例2几乎同等的特性的LED元件。

实施例4

在本实施例中，除了在生长n侧多层膜层6时，将第一氮化物半导体膜做成掺杂了1×10¹⁸/cm³的Si的In_0.03Ga_0.97的膜层，将第二氮化物半导体膜做成掺杂了5×10¹⁸/cm³的Si的GaN，另外，不将p侧多层膜层做成超晶格结构，而做成由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N层构成的p侧包覆层108之外，其他都与实施例1相同而制成LED元件，这时在20mA下Vf为3.4V，输出功率与以往的相比，显示了1.5倍以上的优良特性。

实施例5

在本实施例中，除了不生长第三缓冲层5，而且在生长p侧多层膜层8时，生长成在第四氮化物半导体膜中掺杂了1×10¹⁹/cm³的Mg的p型GaN层之外，其他都与实施例1一样而制成LED元件，这时能够获得几乎与实施例1具有同等特性的LED元件。

实施例6

在本实施例中，除了不生长第三缓冲层5，而且在生长p侧多层膜层8时，交替层叠了各两层由非掺杂的Al_0.1Ga_0.9N构成的膜厚为25

的第三氮化物半导体膜和由非掺杂的GaN构成的膜厚为25

的第四氮化物半导体膜，总膜厚为100之外，其他都与实施例1相同而制成LED元件时，能获得大致与实施例4同样特性的LED元件。

实施例7

本实施例与实施例1相比作了如下所述的变动。即，在生长n侧多层膜层6时，首先生长出50

的由非掺杂的In_0.03Ga_0.97N形成的第一氮化物半导体膜，接着生长出25的由非掺杂的GaN形成的第二氮化物半导体膜。然后，生长出45

的非掺杂的In_0.03Ga_0.97N形成的膜层，再生长出25的非掺杂的GaN层，然后，生长出40

的非掺杂的In_0.03Ga_0.97N层。这样，每次都仅使第一氮化物半导体膜的生长减少5

，一直到只生长5

为止。将第一膜层与第二膜层如此交替层叠，每一种膜层各层叠10层，生长出由超晶格结构形成的n侧多层膜，合计膜厚为525

另一方面，在生长p侧多层膜层8时，以40

的膜厚生长出由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.05Ga_0.95N形成的第三氮化物半导体膜，接着以25

的膜厚生长出由非掺杂的GaN形成的第四氮化物半导体膜，接着再使掺杂了同样浓度的Mg的p型In_0.05Ga_0.95N层生长到35

，再使非掺杂的GaN层生长到25。这样，每次都仅使第三氮化物半导体膜的生长减少5

，一直到只生长20

为止。将第三膜层与第四膜层如此交替层叠，每一种膜层各层叠5层，生长出由超晶格结构形成的p侧多层膜，合计膜厚为275

在本实施例中，除了以上所述部分，其他都与实施例1相同而得到LED元件，这样，就能获得具有与实施例1的LED元件大致同等的特性的元件。另外，在本实施例中，虽然仅改变了构成n侧多层膜层6的第一氮化物半导体膜的膜厚，但改变第二氮化物半导体膜的膜厚也能得到相同的效果。另外，虽然仅改变了构成p侧多层膜层8的第三氮化物半导体膜的膜厚，但改变第四氮化物半导体膜的膜厚也能得到相同的效果。

实施例8

本实施例与实施例1相比作了如下所述的变动。即，在生长n侧多层膜层6时，使由非掺杂的In_0.03Ga_0.97N形成的第一氮化物半导体膜生长到25接着使由非掺杂的GaN形成的第二氮化物半导体膜生长到25

。然后，使In的摩尔比稍大的InGaN层生长到25

，再使非掺杂的GaN层生长到25

这样，使第一氮化物半导体膜的In的组成逐渐增加而生长，使第一膜层与第二膜层交替层叠，每一种膜层各层叠10层，最后，使第一层为In_0.3Ga_0.7N，从而生长出总膜厚为500的n侧多层膜层。

另一方面，在生长p侧多层膜层8时，以25

的膜厚生长出由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型A1_0.05Ga_0.95N形成的第三氮化物半导体膜，接着以25的膜厚生长出由非掺杂的GaN形成的第四氮化物半导体膜，接着再使掺杂同样量的Mg但Al的组成稍多的p型AlGaN层生长到25

，再使非掺杂的GaN层生长到25

。这样，使第三氮化物半导体膜的Al的组成逐渐增加而生长，使第三膜层与第四膜层交替层叠，每一种膜层各层叠4层，最后，使第三层为Al_0.2Ga_0.8N，从而生长出总膜厚为200的p侧多层膜。

在本实施例中，除了以上所述部分，其他都与实施例1相同而得到LED元件，这样，就能获得具有与实施例1的LED元件大致同等的特性的元件。另外，在本实施例中，虽然仅改变了构成n侧多层膜6的第一氮化物半导体膜的III族元素的组成，但是在将第二氮化物半导体膜制成三元混晶或四元混晶的氮化物半导体，改变其III族元素的组成，也能得到同样的效果。另外，上面虽然仅改变了构成p侧多层膜层8的第三氮化物半导体膜的III组元素的组成，但是在将第四氮化物半导体膜制成三元混晶或四元混晶的氮化物半导体，改变其III族元素的组成，也能得到同样的效果。

实施例9

在本实施例中，除了不将p侧多层膜层8制成多层膜层，而是以200

的膜厚生长由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N层构成的p侧包覆层108以外，其他都与实施例7相同而制成LED元件，这样，可以获得具有与实施例2大致同等的特性的LED元件。

实施例10

在本实施例中，除了不将p侧多层膜层8制成多层膜层，而是以200

的膜厚生长由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N层构成的p侧包覆层108以外，其他都与实施例8相同而制成LED元件，这样，可以获得具有与实施例2大致同等的特性的LED元件。

实施例11

在本实施例中，除了使构成n侧多层膜的第一氮化物半导体的In的组成的变化与实施例8相反，而且使构成p侧多层膜的第三氮化物半导体的Al的组成的变化也相反以外，即，除了使第一氮化物半导体膜中的In的组成越接近有源层越少，使第三氮化物半导体膜中的Al的组成越离开有源层越少以外，其他都与实施例8一样而制成LED元件，这样，就能够获得具有与实施例8大致同等的特性的LED元件。

实施例12

在本实施例中，除了在生长n侧多层膜层6时，使由非掺杂的In_0.2Ga_0.8N形成的第一氮化物半导体膜生长到25

，接着使由非掺杂的In_0.05Ga_0.95N形成的第二氮化物半导体膜生长到25

之外，其他都与实施例1相同而制成LED元件，这样，就能够获得具有与实施例1的LED元件大致同等的特性的LED元件。

实施例13

在本实施例中，除了在生长p侧多层膜层8时，使由掺杂了Mg的Al_0.05Ga_0.95N形成的第一氮化物半导体膜生长到25

，接着使由非掺杂的In_0.1Ga_0.9N形成的第二氮化物半导体膜生长到25

之外，其他都与实施例1相同而在制成LED元件，这样，就能够获得具有与实施例1的LED元件大致同等的特性的LED元件。

实施例14

在本实施例中，除了在生长n侧多层膜层6时，使由非掺杂的In_0.03Ga_0.97N形成的第一氮化物半导体膜生长到200

，接着使由非掺杂的GaN形成的第二氮化物半导体膜生长到25，即除了使第一氮化物半导体膜的膜厚生长到200

之外，其他都与实施例1相同而制成LED元件，这样，就能够获得具有与实施例1的LED元件大致同等的特性的LED元件。

实施例15

在本实施例中，除了在生长p侧多层膜层8时，使由掺杂了Mg的Al_0.05Ga_0.95N形成的第一氮化物半导体膜的膜厚生长到200

之外，其他都与实施例1相同而制成LED元件，这样，就能够获得具有与实施例1的LED元件大致同等的特性的元件。

实施例16

本发明的实施例16的氮化物半导体元件为如图3所示的、在p侧区域80和n侧区域70之间具有有源层56的激光二极管。

本实施例16的激光二极管是通过在80μm厚的GaN基板50上生长以下各层而制成的：

(1)由3μm厚的掺杂了Si的GaN所形成的n型GaN层52；

(2)0.1μm厚的In_0.1Ga_0.9N层53；

(3)由In_xGa_1-xN/n型GaN形成的超晶格结构的n侧包覆层54；

(4)掺杂了Si的0.1μm厚的n型GaN光导层55；

(5)In_0.4Ga_0.6N/In_0.02Ga_0.98N多量子阱结构的有源层56；

(6)掺杂了Mg的厚度为200

的Al_0.2Ga_0.8N层57；

(7)掺杂了Mg的厚度为0.1μm的p型GaN光导层58；

(8)由Al_yGa_1-yN/p型GaN形成的超晶格结构的p侧包覆层59；

(9)掺杂了Mg的厚度为0.05μm的p型GaN接触层60。

另外，n侧包覆层54是由厚度为25

的掺杂了Si的GaN层和厚度为25

的非掺杂的In_xGa_1-xN层、各240层交替层叠起来而形成的，在整体上显示n型导电性。在这里，在n侧包覆层54中，非掺杂的In_xGa_1-xN膜随着接近有源层，In的量增加，通过使x的值在0.01～0.3的范围内依次变化，就使n侧包覆层54的组成渐变。

另外，有源层56是分别交替地设置厚度为20

、掺杂了Si的4层In_0.15Ga_0.85N阱层和厚度为50

、掺杂了Si的In_0.02Ga_0.98N势垒层而成的。进而，p侧包覆层59是由厚度为25

的掺杂了Mg的GaN层和厚度为25的非掺杂的Al_yGa_1-yN层、各120层交替层叠起来而形成的，在整体上显示p型导电性。在这里，在p侧包覆层59中，非掺杂的Al_yGa_1-yN膜随着接近有源层，Al的量减少，通过使y的值在0.01～0.2的范围内依次变化，就使p侧包覆层59的组成渐变。

在本实施例16中，在形成上述(1)～(9)各层之后，通过蚀刻，在p型接触层60上形成由Ni/Au构成的，宽3μm、长450μm的，呈脊状的p侧电极61。在位于脊的一侧的n型GaN层上形成由Ti/Al构成的n侧电极。

另外，在实施例16的激光二极管中，通过在脊的两端面上形成两对TiO₂/SiO₂，使两端面的反射系数变为50％。

在如上述那样地制成的实施例16的半导体激光二极管中，可以获得阈值电流小的室温下的连续振荡。

如上所述，即使使多层膜层(超晶格层)从有源层离开而形成，也能够获得如本实施例16所示那样的良好结果。

实施例17

实施例17是与图4所示的实施方案2相关的实施例。

在本实施例中，将由蓝宝石(C面)制成的基板1放置在MOVPE的反应容器内，一边通入氢气，一边将基板的温度上升到1050℃，来进行对基板的清洗。

(缓冲层102)

接着，将温度下降到510℃，用氢气作为载气，用氨和TMG(三甲基镓)作为原料气体，在基板1上生长出膜厚大约为150

的由GaN形成的缓冲层102。

(非掺杂的GaN层103)

缓冲层102生长之后，只停止供应TMG，将温度升高到1050℃。达到1050℃后，同样用TMG、氨气作为原料气体，生长出膜厚为1.5μm的非掺杂的GaN层103。

(n侧接触层4)

接着，在1050℃下，同样用氨气和TMG(三甲基镓)作为原料气体，用硅烷气体作为杂质气体，生长出膜厚2.25μm的、由掺杂了4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN形成的n侧接触层4。

(n侧第一多层膜层105)

接着，只停止供应硅烷气体，在1050℃下，使用氨气和TMG，生长出膜厚为75

的非掺杂的GaN层；然后，在同样的温度下，再添加硅烷气体，生长出膜厚为25

的、掺杂了4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN层。这样，就生长出由膜厚为75的、由非掺杂GaN构成的A层，和具有掺杂了Si的GaN的、膜厚为25

的B层构成的一对膜层。然后，将成对的膜层层叠25层，使其厚度达到2500

，从而生长出由超晶格结构的多层膜层构成的n侧第一多层膜层105。

(n侧第二多层膜层106)

接着，在同样的温度下，使由非掺杂的GaN构成的第二氮化物半导体膜106b生长到40

；然后，将温度降到800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出由非掺杂的In_0.13Ga_0.87N构成的、厚度为20的第一氮化物半导体膜106a。然后，反复重复以上的操作，以第二+第一的顺序各交替地层叠10层，最后生长出40

的由GaN构成的第二氮化物半导体膜106b，从而成长为超晶格结构的多层膜构成的、膜厚为640

的n侧第二多层膜层106。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为200

的由非掺杂的GaN构成的势垒层，然后，使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的由非掺杂的In_0.4Ga_0.6N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层这样的顺序，将5层势垒层和4层阱层交替地层叠起来，从而生长成总厚度为1120

的、多量子阱结构构成的有源层7。

(p侧多层膜包覆层108)

然后，在1050℃下，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，生长出膜厚为40

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型Al_0.2Ga_0.8N构成的第三氮化物半导体膜108a；接着，使温度下降到800℃，使用TMG、TMI、氨、Cp2Mg，生长出膜厚为25

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的In_0.03Ga_0.97N构成的第四氮化物半导体膜108b。然后，反复重复以上的操作，以第三+第四的顺序各交替地层叠5层，最后生长出膜厚40

的第三氮化物半导体膜108a，从而成长为超晶格结构的多层膜所组成的、膜厚为365

的p侧多层膜层包覆层108。

(p侧GaN接触层9)

接着，在1050℃下，使用TMG、氨、Cp2Mg，生长出膜厚为700

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型GaN构成的p侧接触层9。

反应结束后，将温度下降到室温，再将晶片置于反应容器内，在氮气氛围中，在700℃下进行退火，使p型层进一步低电阻化。

退火之后，将晶片从反应容器中取出，在最上面一层的p侧接触层9的表面上形成预定形状的掩模，用RIE(反应性离子蚀刻)装置从p侧接触层开始进行蚀刻，如图4所示，使n侧接触层4的表面露出来。

蚀刻之后，在位于最上层的p侧接触层的几乎整个表面上形成膜厚为200

的、含有Ni和Au的透光性p电极11，再在该p电极11上形成膜厚为0.5μm的、由键合用的Au构成的p焊盘电极11。另一方面，在由于蚀刻而暴露出来的n侧接触层4的表面上形成含W和Al的n电极12，从而制造出LED元件。

在正向电压20mA下，该LED元件显示520nm的纯绿色光，而Vf只有3.5V，与以往的多量子阱结构的LED元件相比，Vf降低了将近1.0V，输出功率提高了两倍以上。因此，能获得在10mA下具有与以往的的LED元件大致同等的特性的LED。

另外，以往的LED元件是在由GaN构成的第一缓冲层上面依次层叠下列各膜层而成的：由非掺杂的GaN形成的第二缓冲层，由掺杂Si的GaN形成的n侧接触层，由与实施例12相同的多量子阱结构形成的p侧有源层，单层的掺杂了Mg的Al_0.1Ga_0.9N层，由掺杂了Mg的GaN形成的p侧接触层。

实施例18

在本实施例中，除了将实施例17中的有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250的由非掺杂的GaN构成的势垒层，然后，使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30的由非掺杂的In_0.3Ga_0.7N构成的阱层。然后，按照势垒层十阱层+势垒层+阱层+......+势垒层这样的顺序，将7层势垒层和6层阱层交替地层叠起来，从而生长出由总厚度为1930

的多量子阱结构构成的有源层7。

所获得的LED元件在正方向电流为20mA时，显示470nm的纯蓝色光，能够获得与实施例17相同的良好的结果。

实施例19

在本实施例中，除了将实施例17中的有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250

的由非掺杂的GaN构成的势垒层，然后，使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的由非掺杂的In_0.3Ga_0.7N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层+......+势垒层这样的顺序，将6层势垒层和5层阱层交替地层叠起来，从而生长出由总厚度为1650

的多量子阱结构构成的有源层7。

所获得的LED元件在正方向电流为20mA时，显示470nm的纯蓝色光，能够获得与实施例17相同的良好的结果。

实施例20

在本实施例中，除了将实施例17中的有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250

的由非掺杂的GaN构成的势垒层，然后，使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的由非掺杂的In_0.35Ga_0.65构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层+......+势垒层这样的顺序，将7层势垒层和6层阱层交替地层叠起来，从而生长出由总厚度为1930

的多量子阱结构构成的有源层7。

所获得的LED元件在正方向电流为20mA时，显示500nm的蓝绿色光，能够获得与实施例17相同的良好的结果。

实施例21

在本实施例中，除了将实施例17中的有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250

的由非掺杂的GaN构成的势垒层，然后，使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的由非掺杂的In_0.35Ga_0.65N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层+......+势垒层这样的顺序，将4层势垒层和3层阱层交替地层叠起来，从而生长出由总厚度为1090

的多量子阱结构构成的有源层7。

在正方向电流为20mA时，所获得的LED元件显示500nm的蓝绿色光，能够获得与实施例17相同的良好的结果。

实施例22

在本实施例中，除了不生长n侧第二多层膜层6之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

所获得的LED元件虽然比实施例17的元件特性和发光输出功率稍稍差一些，但与以往的LED元件相比，仍具有良好的发光输出功率。

实施例23

在本实施例中，除了将实施例17中的p侧多层膜包覆层8作了以下变化之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

(p侧单层膜包覆层18)

在1050℃温度下，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，生长出膜厚为300

的、由掺杂1×10²⁰/cm³的Mg的p型Al_0.16Ga_0.84N构成的p侧单层膜包覆层。

所获得的LED元件虽然是没有将包覆层做成超晶格结构、而是以单层膜层生长的，但通过与其他各层的结构组合在一起，虽然性能比实施例1稍稍差一点，但可以得到几乎同等的良好结果。另外，如果做成单层膜层，其制造工艺就可以比制成多层膜层简化很多，因而优选。

实施例24

在本实施例中，除了将实施例17中的n侧第一多层膜层105作了以下变化之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

(n侧第一多层膜层105)

生长出膜厚为100

的、由非掺杂的GaN构成的A层，然后生长出膜厚为25

的、由掺杂了1×10¹⁸/cm³的Si的Al_0.1Ga_0.9N构成的B层，然后将成对的A层和B层层叠20层，从而生长出厚度为2500

的n侧第一多层膜层105。

所获得的LED元件具有与实施例17大致同等的特性，能够获得良好的结果。

实施例25

在本实施例中，除了将实施例17中的n侧接触层4作了以下变化之外，其他都与实施例17相同而制作成LED元件。

(n侧接触层4)

在1050℃下，用氨气和TMG作为原料气体，用硅烷气体作为杂质气体，生长出膜厚为6μm厚的、由掺杂了4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN形成的n侧接触层4。

所获得的LED元件具有与实施例17大致同等的特性，能够获得良好的结果。

实施例26

实施例26是与图5所示的实施方案3相关的实施例。

在本实施例26中，首先将由蓝宝石(以表面为C面的方式切割的)制成的基板1放置在反应容器内，用氢气将容器内的气体充分置换，然后，一面通入氢气，一面将基板1的温度升高到1050℃，进行基板的清洗。另外，在基板1中还可以使用除C面以外的R面或A面作为主面的蓝宝石，还可以使用尖晶石(MgAl₂O₄)那样的绝缘性基板，以及SiC(含有6H、4H、3C)、Si、ZnO、GaAs、GaN等半导体基板。

(缓冲层202)

接着，将温度下降到510℃，用氢气作为载气，用氨和TMG(三甲基镓)作为原料气体，在基板1上生长出膜厚大约为200的、由GaN形成的缓冲层202。

(第一n侧氮化物半导体层203)

缓冲层202生长成之后，只停止供应TMG，将温度升高到1050℃。达到1050℃后，同样用氨气和TMG(三甲基镓)作为原料气体，生长出由非掺杂的GaN形成的、膜厚为5μm的第一n侧氮化物半导体层203。第一n侧氮化物半导体层203优选在比缓冲层202高的高温下，例如900℃～1100℃下生长的；除了GaN以外，也可以由In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)构成，优选使用GaN或者x值为0.2或以下的Al_xGa_1-xN，这样就很容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。另外，优选以比缓冲层厚的膜厚来生长，通常以0.1μm或以上的膜厚来生长。由于该层通常是非掺杂层，因此其性质与本征半导体接近，其电阻率大于0.2Ω·cm，但也可以以比第二n侧氮化物半导体层还少的量掺杂Si、Ge等n型杂质，从而使电阻率下降。

(第二n侧氮化物半导体层204)

接着，在1050℃温度下，使用TMG、氨气，生长出膜厚为20

的非掺杂GaN层，然后，再通入硅烷气，生长出膜厚为20

的掺杂了1×10¹⁹/cm³的Si的GaN层，然后，停止掺杂Si，再生长出膜厚为20

的非掺杂的GaN层。这样，就生长出由A层和B层构成的一对膜层，所述A层是由厚度为20

的非掺杂的GaN层构成的，所述B层是由厚度为20

的掺杂了Si的GaN层构成的。然后层叠这一对膜层，就生长出由调制掺杂的GaN构成的、厚度1μm的第二n侧氮化物半导体层204。

(第三n侧氮化物半导体层205)

接着，只停止供应硅烷气体，在1050℃下，同样地生长出膜厚为100

的、由非掺杂的GaN构成的第三n侧氮化物半导体层205。除GaN以外，该第三n侧氮化物半导体层205也可以由In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)构成，其组成虽不必作特别限定，但优选为x值为0.2或以下的Al_xGa_1-xN，或者y值为0.1或以下的In_yGa_1-yN，这样就很容易获得结晶缺陷少的氮化物半导体层。如果生长InGaN，当在它上面生长含Al的氮化物半导体时，就能防止在含Al的氮化物半导体层中产生裂纹。

(有源层7)

然后，将温度调到800℃，将载气换成氮气，使用TMG、TMI(三甲基铟)、氨，生长出膜厚为30

的非掺杂的In_0.4Ga_0.6N层，从而生长出具有单量子阱结构的有源层7。另外，这一层也可以是具有由InGaN构成的阱层的多量子阱结构。

(p侧包覆层108)

然后，将温度上升到1050℃，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，生长出膜厚为20的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N构成的膜层；然后，使用TMG、氨、Cp2Mg，生长出膜厚为20

的、由掺杂了1×10¹⁹/cm³的Mg的GaN构成的膜层。下面，通过交替重复同样的工序，形成总膜厚为0.8μm的超晶格结构层构成的p侧包覆层。

(p侧接触层208)

接下来，在800℃下，生长出膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.1Ga_0.9N构成的第一氮化物半导体膜；接着，停止供应TMI，生长出膜厚为30

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的GaN构成的第二氮化物半导体膜。然后交替层叠，生长成总膜厚为600的p侧接触层208。

反应结束之后，将温度降低到室温，进而在氮气氛围中，将晶片置于反应容器内，在700℃下进行退火，使p侧的各层进一步低电阻化。

退火之后，将晶片从反应容器中取出，在最上层的p侧接触层208的表面上形成预定形状的掩模，然后用RIE(反应离子蚀刻)从p侧接触层开始进行蚀刻，如图5所示，使第二n侧氮化物半导体层204的表面露出来。

蚀刻之后，在位于最上层的p侧接触层的几乎整个面上形成膜厚为200的、含有Ni和Au的透光性的p电极10，然后在该p电极10上形成膜厚为0.5μm的由键合用的Au构成的p焊盘电极10。另一方面，在由蚀刻而露出来的第二n侧氮化物半导体层204的表面上形成含有W和Al的n电极12。最后，为了保护p电极10的表面，在以图5所示的方式形成由SiO₂构成的绝缘膜12之后，通过划线器将晶片分离，成为350μm见方的LED元件。

该LED元件在20mA下，正向电压为3.2V，发出520nm的绿色光，可以将20mA下的Vf降低0.2～0.3V，可以使输出功率提高10％或以上。另外，制造100个在实施例21中所示的LED元件，测定20mA下的正向电压Vf，其结果，它们Vf的分布在3.2V～3.3V的范围内，离散的程度极小。

实施例27

在本实施例中，除了在生长p侧接触层时，将非掺杂的In_0.1Ga_0.9N层与掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的GaN的层叠次序颠倒过来之外，其他都与实施例26相同而制作成LED元件。

实施例28

在本实施例中，除了在生长p侧接触层时，将第二氮化物半导体的组成改为In_0.05Ga_0.95N之外，其他都与实施例26相同而制作成LED元件。

实施例29

在本实施例中，除了在生长p侧接触层时，将第二氮化物半导体膜做成掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的In_0.05Ga_0.95N层之外，其他都与实施例26相同而制作成LED元件。

实施例30

在本实施例中，除了在生长p侧接触层时，将第二氮化物半导体膜做成掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的Al_0.05Ga_0.95N层之外，其他都与实施例26相同而制作成LED元件。

实施例31

在本实施例中，除了在生长p侧接触层时，在第一氮化物半导体膜中掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg之外，其他都与实施例26相同而制作成LED元件。

实施例32

在本实施例中，除了在生长p侧接触层时，用由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的In_0.1Ga_0.9N构成的第一氮化物半导体膜来代替由非掺杂的In_0.1Ga_0.9N层构成的第一氮化物半导体膜，以及用由掺杂了1×10¹⁹/cm³的Mg的GaN构成的第二氮化物半导体膜来代替由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的GaN构成的第二氮化物半导体膜，并且将第一氮化物半导体膜形成为最上边一层之外，其他都与实施例26相同而制作成LED元件。

实施例33

在本实施例中，除了以下述的方式形成p侧接触层208之外，其他都与实施例26相同而制作成LED元件。

即，在800℃的温度下，形成膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.1Ga_0.9N构成的第一氮化物半导体膜；然后，逐渐减少TMI，形成组成在厚度方向上逐渐从In_0.1Ga_0.9N变化到GaN的组成渐变的膜层；在TMI为0之后，生长出膜厚为30的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的GaN构成的第二氮化物半导体膜。然后，又逐渐增加TMI，形成组成在厚度方向上逐渐从GaN变化成In_0.1Ga_0.9N的组成渐变的膜层；之后，再形成膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.1Ga_0.9N构成的第一氮化物半导体膜。然后重复该操作，直到第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜各自都成为10层，由此生长出p侧接触层208。

以上的实施例27～33中的LED元件也和实施例26一样，与以往例相比，可以获得良好的发光特性。

另外，在以往的由InGaN构成的p侧接触层中，由于InGaN在波长较短的区域内，光的吸收较多，所以存在着该p侧接触层着色为黄色，在有源层中产生的光的波长向波长较长一侧偏移这样的问题。然而，由于本发明的p侧接触层是超晶格结构，因此与以往的由单层的InGaN构成的p侧接触层相比，可以减小波长短的光的吸收率。从而，本发明的p侧接触层能够防止向光的波长较长的方向的偏移，从而还能够提高光的透过率。

图7是表示由GaN和InGaN构成的本发明的超晶格结构的多层膜的相对于不同波长的光的透过率的曲线图。该多层膜是将GaN(20)和InGaN(20

)交替层叠30个周期而成的、具有掺杂了4×10¹⁸/cm³的Mg的载流子浓度的p型膜层。另外，在图7中，为了进行比较，还显示了由单层的In_0.15Ga_0.85N(膜厚0.12μm)构成的以往例的光透过率。如图7所示，可以看到，本发明的超晶格结构的多层膜与以往例的单层膜的相对于波长400nm附近的光的吸收率明显不同，本发明的超晶格结构的多层膜的相对于400nm附近的光的透过率要优异得多。另外，图7中所示的本发明的超晶格结构的多层膜与以往例的单层膜的各自的电阻率ρ都是0.5Ω·cm。另外，图7中的透过率表示的是以蓝宝石的光透过率为100％的相对值。

实施例34

实施例34是与图8所示的实施方案5相关联的实施例。

在实施例34中，首先，将由蓝宝石(C面)制成的基板1置于MOVPE的反应容器内，一边通入氢气，一边使基板的温度上升到1050℃，对基板进行清洗。

(缓冲层102)

接着，将温度下降到510℃，用氢气作为载气，用氨和TMG(三甲基镓)作为原料气体，在基板1上生长出膜厚大约为150

的、由GaN形成的缓冲层102。

(非掺杂的GaN层103)

在生长成缓冲层102之后，只停止供应TMG，并将温度升高到1050℃。在达到1050℃后，同样用氨气、TMG作为原料气体，生长出膜厚为1.5μm的非掺杂的GaN层103。

(n侧接触层4)

接着，在1050℃下，同样用氨气、TMG作为原料气体，用硅烷气体作为杂质气体，生长出膜厚为2.25μm的、由掺杂了4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN形成的n侧接触层4。

(n侧第一多层膜层305)

接着，只停止供应硅烷气体，在1050℃下，使用氨气和TMG，生长出膜厚为2000

的、由非掺杂的GaN构成的下层305a；然后，在同样的温度下，再添加硅烷气体，生长出膜厚为300

的、由掺杂了4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN层构成的中间层305b；然后，只停止供应硅烷气体，在同样的温度下生长出膜厚为50

的、由非掺杂的GaN构成的上层305c；这样就生长出由三层构成的、总膜厚为2350

的第一多层膜层305。

(n侧第二多层膜层306)

接着，在同样的温度下，使由非掺杂的GaN构成的第二氮化物半导体膜生长到40

；然后，将温度降到800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出厚度为20的、由非掺杂的In_0.13Ga_0.87构成的第二氮化物半导体膜。然后，重复以上的操作，以第一+第二的顺序交替地层叠，各层叠10层，最后生长出膜厚40

的由GaN构成的第二氮化物半导体膜，从而成长为由超晶格结构多层膜构成的、膜厚为640

的n侧第二多层膜层306。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为200

的、由非掺杂的GaN构成的势垒层；然后，继续使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30的、由非掺杂的In_0.4Ga_0.6N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层这样的顺序，将5层势垒层和4层阱层交替地层叠起来，就生长成总厚度为1120

的、由多量子阱结构构成的有源层7。

(p侧多层膜包覆层8)

然后，在1050℃下，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，生长出膜厚为40

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型Al_0.2Ga_0.8N构成的第三氮化物半导体膜；接着，使温度下降到800℃，使用TMG、TMI、氨Cp2Mg，生长出膜厚为25

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的In_0.03Ga_0.97N构成的第四氮化物半导体膜。然后，重复以上的操作，以第三+第四的顺序交替地各自层叠5层，最后生长出膜厚为40

的第三氮化物半导体膜，从而成长为膜厚365

的由超晶格结构的多层膜所组成的p侧多层膜层包覆层8。

(p侧GaN接触层9)

接着，在1050℃下，使用TMG、氨、Cp2Mg，生长出膜厚为700

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型GaN构成的p侧接触层9。

反应结束后，将温度下降到室温，进而在氮气氛围中，再将晶片置于反应容器内，在700℃下进行退火，使p型膜层进一步低电阻化。

退火之后，将晶片从反应容器中取出，在位于最上面一层的p侧接触层9的表面上形成预定形状的掩模，用RIE(反应性离子蚀刻)装置从p侧接触层一侧开始进行蚀刻，如图8所示，使n侧接触层4的表面露出来。

蚀刻之后，在位于最上层的p侧接触层的几乎整个表面上形成膜厚为200

的、含有Ni和Au的透光性p电极11，然后再在该p电极11上形成膜厚为0.5μm的、由键合用的Au构成的p焊盘电极11。另一方面，在由蚀刻而露出来的n侧接触层4的表面上形成含有W和Al的n电极12，从而形成为LED元件。

该LED元件在正方向电流20mA下，显示520nm的纯绿色光，Vf为3.5V，与以往的多量子阱结构的LED元件相比，Vf降低了将近1.0V，输出功率提高了两倍以上。因此，可以获得在10mA下具有与以往的LED元件大致同等的特性的LED。更进一步，从LED元件的n层和p层的各电极、在反方向上逐渐增高电压来测定所获得的LED的耐静电电压性能，这时能够得到以往的1.5倍以上的良好结果。

另外，以往的LED元件的构成是在由GaN构成的第一缓冲层上面依次层叠下列各膜层而成的：由非掺杂的GaN形成的第二缓冲层，由掺杂了Si的GaN形成的n侧接触层，由与实施例27相同的多量子阱结构形成的有源层，单层的掺杂了Mg的Al_0.1Ga_0.9N层，由掺杂了Mg的GaN形成的p侧接触层。

实施例35

在本实施例中，除了将实施例34中的将有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250

的、由非掺杂的GaN构成的势垒层；然后，继续使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.3Ga_0.7N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层这样的顺序，将7层势垒层和6层阱层交替地层叠起来，就生长成总厚度为1930

的、由多量子阱结构构成的有源层7。

所获得的LED元件在正方向电流为20mA时，发470nm的纯蓝色光，可以获得与实施例34同样良好的结果。

实施例36

在本实施例中，除了将实施例34中的将有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250

的、由非掺杂的GaN构成的势垒层；然后，继续使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.3Ga_0.7N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层这样的顺序，将6层势垒层和5层阱层交替地层叠起来，就生长成总厚度为1650

的、由多量子阱结构构成的有源层7。

所获得的LED元件在正方向电流为20mA时，发470nm的纯蓝色光，可以获得与实施例34同样良好的结果。

实施例37

在本实施例中，除了将实施例34中的对有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250

的、由非掺杂的GaN构成的势垒层；然后，继续使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.35Ga_0.65N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层这样的顺序，将7层势垒层和6层阱层交替地层叠起来，就生长成总厚度为1930

的、由多量子阱结构构成的有源层7。

所获得的LED元件在正方向电流为20mA时，发500nm的蓝绿色光，可以获得与实施例34同样良好的结果。

实施例38

在本实施例中，除了将实施例34中的对有源层7作了以下变化之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为250

的、由非掺杂的GaN构成的势垒层；然后，继续使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.35Ga_0.65N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层这样的顺序，将4层势垒层和3层阱层交替地层叠起来，就生长成总厚度为1090

的、由多量子阱结构构成的有源层7。

所获得的LED元件在正方向电流为20mA时，发500nm的蓝绿色光，可以获得与实施例34同样良好的结果。

实施例39

在本实施例中，除了不生成n侧第二多层膜层306之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

所获得的LED元件与实施例34相比，虽然元件特性和发光输出功率稍稍降低，但耐静电压特性仍大致与实施例27同样良好。

实施例40

在本实施例中，除了将实施例34中的将p侧多层膜包覆层8作了以下那样的变化之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

(p侧单层膜包覆层8)

在1050℃下，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，生长出膜厚为300的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型Al_0.16Ga_0.84N构成的p侧单层膜包覆层8。

所获得的LED元件虽然没有将包覆层生长成超晶格结构而是生长成单层的，但是通过与其他的膜层结构的组合，虽然发光输出功率等性能比实施例27稍差一些，但可以得到耐静电压特性几乎同等的良好结果。另外，如果做成单层，与做成多层膜层的情况相比，可以简化制造工艺，因而优选。

实施例41

在本实施例中，除了将实施例34中的n侧第一多层膜层305按照以下的方式变化了各层的膜厚之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

(n侧第一多层膜层305)

接着，只停止供应硅烷气体，在1050℃下，使用氨气和TMG，生长出膜厚为3000

的、由非掺杂的GaN层构成的下层305a；然后，在同样的温度下，再添加硅烷气体，生长出膜厚为300

的、由掺杂了4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN层构成的中间层305b；然后，只停止供应硅烷气体，在同样的温度下生长出膜厚为50的、由非掺杂GaN构成的上层305c；于是，就生长出由三层构成的、总膜厚为3350

的第一多层膜层305。

所获得的LED元件具有与实施例34大致同等的特性，可以取得良好的结果。

实施例42

在本实施例中，除了将实施例41中的将n侧第一多层膜层305按照以下的方式变化之外，其他都与实施例41相同而制作成LED元件。

即，生长出膜厚为3000

的非掺杂的Al_0.1Ga_0.9N作为下层305a，生长出膜厚为300

的、掺杂了4.5×10¹⁸/cm³的Si的Al_0.1Ga_0.9N作为中间层305b，生长出膜厚为50

的非掺杂的Al_0.1Ga_0.9N构成上层305c。如上述那样所获得的LED元件具有与实施例41大致同等的特性，可以取得良好的结果。

比较例1

在本比较例中，除了不形成构成n侧第一多层膜层305的、由非掺杂的GaN构成的下层305a之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

所获得的LED元件与实施例34相比，耐静电压特性显著低下，关于泄漏电流和Vf的特性也不是可以充分满足要求的值。

比较例2

在本比较例中，除了不形成构成n侧第一多层膜层305的、由掺杂了Si的GaN构成的中间层305b之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

所获得的LED元件与实施例34相比，发光输出功率和耐静电压特性显著低下，其他的特性也不是可以充分满足要求的值。

比较例3

在本比较例中，除了不形成构成n侧第一多层膜层305的、由非掺杂的GaN构成的上层305c之外，其他都与实施例34相同而制作成LED元件。

所获得的LED元件与实施例34相比，泄漏电流增大，其他特性也不是可以充分满足要求的值。

实施例43

实施例43是与本发明的实施方案6相关的实施例。

(基板1)

将由蓝宝石(C面)制成的基板1置于MOVPE的反应容器内，一边通入氢气，一边使基板1的温度上升到1050℃，对基板进行清洗。

(缓冲层2)

接着，将温度下降到510℃，用氢气作为载气，用氨和TMG(三甲基镓)作为原料气体，在基板1上生长出膜厚大约为200

的、由GaN形成的缓冲层2。另外，根据基板的种类和生长方法等，还可以省略掉该在低温下生长起来的第一缓冲层2。

(非掺杂的GaN层3)

在生长成缓冲层2之后，只停止供应TMG，将温度升高到1050℃。达到1050℃后，同样用氨气和TMG作为原料气体，生长出膜厚为1μm的非掺杂的GaN层3。

(n型接触层4)

接着，在1050℃下，同样用氨气和TMG作为原料气体，用硅烷气体作为杂质气体，生长出3μm厚的、由掺杂了3×10¹⁹/cm³的Si的GaN形成的n型接触层。

(非掺杂的GaN层5)

接着，只停止供应硅烷气体，在1050℃下，用同样的方式生长出膜厚为100

的非掺杂的GaN层5。

(n型多层膜层6)

接着，将温度降到800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出由非掺杂的In_0.03Ga_0.97N构成的，厚度为25

的第二氮化物半导体膜；然后，提高温度，在其上生长出膜厚为25

的、由非掺杂的GaN构成的第一氮化物半导体膜。然后重复以上的操作，生长成膜厚为500的、由超晶格结构构成的n型多层膜，所述超晶格结构是按照第二+第一的顺序交替地各层叠10层而成的。

(有源层7)

接着，生长出膜厚为200

的、由非掺杂的GaN构成的势垒层；然后，继续使温度保持在800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出膜厚为30

的、由非掺杂的In_0.4Ga_0.6N构成的阱层。然后，按照势垒层+阱层+势垒层+阱层......+势垒层这样的顺序，将5层势垒层和4层阱层交替地层叠起来，就生长出总厚度为1120

的、由多量子阱结构构成的有源层7。

(p型多层膜层8)

然后，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，生长出膜厚为25

的、由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.1Ga_0.9N构成的第三氮化物半导体膜。接着，停止Cp2Mg、TMA，生长出膜厚为25

的、由非掺杂的GaN构成的第四氮化物半导体膜。然后，重复以上的操作，以第三+第四氮化物半导体膜的顺序交替地层叠各4层，最后生长出膜厚为200

、由超晶格结构构成的p型多层膜层8。

(p型接触层9)

接着，在1050℃下，使用TMG、氨、Cp2Mg，生长出膜厚为700

的、由掺杂了1×10²⁰/cm³的Mg的p型GaN构成的p型接触层8。

反应结束后，将温度下降到室温，进而在氮气氛围中，再将晶片置于反应容器内，在700℃下进行退火，使p型膜层进一步低电阻化。

退火之后，将晶片从反应容器中取出，在位于最上面一层的p型接触层9的表面上形成预定形状的掩模，用RIE(反应离子蚀刻)装置，从p型接触层开始进行蚀刻，如图1所示，使n型接触层4的表面露出来。

蚀刻之后，在位于最上层的p型接触层的几乎整个表面上形成膜厚为200

的、含有Ni和Au的透光性p电极10，然后在该p电极10上形成膜厚为0.5μm的、由键合用的Au构成的p焊盘电极11。另一方面，在由蚀刻而暴露出来的n型接触层4的表面上形成含有W和Al的n电极12，从而成为LED元件。

该LED元件在正向电压20mA下，能显示520nm的纯绿色光，Vf为3.5V，与以往的多量子阱结构的LED元件相比，Vf降低了将近0.5V，发光输出功率提高了两倍以上。因此，可以获得在10mA下具有与以往的的LED元件大致同等的特性的LED。进而，所获得的元件的耐静电压特性与以往的元件相比大约改善1.2倍以上。

另外，以往的LED元件的构成是在由GaN构成的第一缓冲层上面依次层叠下列各膜层而成的：由非掺杂的GaN形成的第二缓冲层，由掺杂了Si的GaN形成的n侧接触层，由与实施例1相同的多量子阱结构形成的有源层，单层的掺杂了Mg的Al_0.1Ga_0.9N层，由掺杂了Mg的GaN形成的p型接触层。

实施例44

在本实施例中，除了在生长n型多层膜层6时，仅使第一氮化物半导体膜生长成掺杂了1×10¹⁸/cm³的Si的GaN之外，其他都与实施例43相同而制作成LED元件。所获得的元件具有与实施例43大致同等的良好的元件特性。

实施例45

在本实施例中，除了在生长n型多层膜层6时，将第二氮化物半导体膜做成掺杂了1×10¹⁸/cm³的Si的In_0.03Ga_0.97N层，将第一氮化物半导体膜做成掺杂了5×10¹⁸/cm³的Si的GaN层之外，其他都与实施例43相同而制作成LED元件。所获得的LED元件在20mA时，Vf为3.4V，输出功率比以往的元件高1.5倍以上，显示出优异的特性。另外，耐静电压特性也与实施例43同样良好。

实施例46

在本实施例中，除了在生长p型多层膜层8时，使第四氮化物半导体膜生长成掺杂了1×10¹⁹/cm³的Mg的p型GaN之外，其他都与实施例43相同而制作成LED元件，这样，就能够获得具有与实施例43大致同等的特性的LED元件。

实施例47

在本实施例中，除了在生长p型多层膜层8时，将膜厚为25

的由非掺杂的Al_0.1Ga_0.9N构成的第三氮化物半导体膜，和膜厚为25

的由非掺杂的GaN构成的第四氮化物半导体膜交替地各层叠两层从而使总膜厚为100

之外，其他都与实施例43相同而制作成LED元件，这样，就能够获得具有与实施例43大致同等的特性的LED元件。

实施例48

在本实施例中，除了形成多层膜层来替换非掺杂的GaN层5，而且将下述各层作下述变化之外，其他都与实施例43相同而制造成LED元件。

(n侧接触层4)

接着，在1050℃下，同样用氨气和TMG作为原料气体，用硅烷气体作为杂质气体，生长出2.25μm厚的、由掺杂了6×10¹⁸/cm³的Si的GaN形成的n型接触层4。

(多层膜层)

接着，只停止供应硅烷气体，在1050℃下，使用氨气和TMG，生长出膜厚为2000

的、由非掺杂GaN构成的下层305a；然后，在同样的温度下，再添加硅烷气体，生长出膜厚为300

的、由掺杂了6×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的中间层305b；然后，只停止供应硅烷气体，在同样的温度下生长出膜厚为50

的、由非掺杂GaN构成的上层305c；于是，就生长出由三层组成的、总膜厚为2350

的多层膜层。

(n型多层膜层6)

接着，在同样的温度下，生长出膜厚为40

的、由非掺杂的GaN构成的第一氮化物半导体膜；然后，将温度降到800℃，使用TMG、TMI、氨，生长出厚度为20

的、由非掺杂的In_0.02Ga_0.98N构成的第二氮化物半导体膜。然后，重复以上的操作，按照第一+第二的顺序，交替地层叠各10层，最后生长出膜厚40

的由GaN构成的第一氮化物半导体膜，从而成长为由超晶格结构的多层膜构成的、膜厚为640

的n型多层膜层6。

(p型多层膜8)

然后，在1050℃下，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg(二茂镁)，生长出膜厚为40

的、由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的p型Al_0.2Ga_0.8N构成的第三氮化物半导体膜；接着，使温度下降到800℃，使用TMG、TMA、氨、Cp2Mg，生长出膜厚为25的、由掺杂了5×10¹⁹/cm³的Mg的In_0.02Ga_0.98N构成的第四氮化物半导体膜。然后，重复以上的操作，按照第三+第四的顺序，交替地各层叠5层，最后生长出膜厚为40

的第三氮化物半导体膜，从而成长为膜厚365

的、由超晶格结构的多层膜所组成的p型多层膜层8。

所获得的LED元件显示了与实施例43大致同等的优良的发光输出功率和Vf，更进一步，从LED元件的n层和p层的各电极、在反方向上逐渐增高电压来测定所获得的LED的耐静电压特性，这时可以得到如下效果：与用作实施例43的比较的以往的元件相比，结果比以往的元件高1.5倍以上，其耐静电压特性比实施例43的还要好。

在上述的实施例中，虽然使用作为LED元件的氮化物半导体发光元件进行了说明，但本发明并不仅限于LED元件，也可以适用于激光二极管元件等其他发光元件。

另外，本发明也不只限于发光元件，也可以适用于使用氮化物半导体而构成的太阳电池、光传感器等感光元件，或者三极管、功率器件等电子器件。

工业可利用性

如上所述，根据本发明，在氮化物半导体、特别是氮化物半导体发光元件中，就可以在很低的电流下得到与以往的LED元件同等的或其以上的输出功率，可以进一步提高发光输出功率。

另外，根据本发明，还可以提高耐静电压特性，可以提供可靠性很高的氮化物半导体元件，扩大可应用产品的适用范围。

另外，本发明不只限于发光元件，也可以适用于感光元件、太阳电池等使用氮化物半导体的各种电子器件。

Claims (14)

1.一种氮化物半导体元件，它是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域和具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是由下列的至少三层依次层叠而成的n侧第一多层膜层：由非掺杂的氮化物半导体膜构成的下层，由掺杂了n型杂质的氮化物半导体膜构成的中间层，以及由非掺杂的氮化物半导体膜构成的上层；并且

在上述n侧第一多层膜层与有源层之间，具有由含有In的第一氮化物半导体膜和具有与该第一氮化物半导体膜不同组成的第二氮化物半导体膜层叠而成的n侧第二多层膜层；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层，是由分别掺杂了p型杂质、并且相互之间带隙能量不同的第三和第四氮化物半导体膜层叠而成的p侧多层膜包覆层；

上述有源层是由In_aGa_1-aN，其中0≤a＜1构成的多量子阱结构。

2.如权利要求1所述的氮化物半导体元件，其中，上述第三氮化物半导体膜的p型杂质的浓度与上述第四氮化物半导体膜的p型杂质的浓度不同。

3.如权利要求1所述的氮化物半导体元件，其中，上述第三氮化物半导体膜的p型杂质的浓度与上述第四氮化物半导体膜的p型杂质的浓度相同。

4.如权利要求1所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述n侧第一多层膜层包含：由膜厚为100～10000

的非掺杂的氮化物半导体构成的下层，由膜厚为50～1000

的掺杂了n型杂质的氮化物半导体构成的中间层，以及由膜厚为25～1000

的非掺杂的氮化物半导体构成的上层。

5.如权利要求4所述的氮化物半导体元件，其特征在于，在上述n侧区域中，具有含有n型杂质的n侧接触层，在上述n侧接触层和上述n侧第二多层膜层之间，设有上述n侧第一多层膜层。

6.如权利要求1所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜都是非掺杂的，在上述第一氮化物半导体膜或第二氮化物半导体膜的任意一方之中掺杂有n型杂质，上述第一氮化物半导体膜的杂质浓度与上述第二氮化物半导体膜的杂质浓度不同。

7.如权利要求1所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述第一氮化物半导体膜由In_xGa_1-xN，其中0＜x＜1组成，上述第二氮化物半导体膜由In_yGa_1-yN，其中0≤y＜1、y＜x组成。

8.如权利要求7所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述第一氮化物半导体膜或上述第二氮化物半导体膜中的至少一方的膜厚，在相邻近的第一氮化物半导体膜之间或相邻近的第二氮化物半导体膜之间互不相同。

9.一种氮化物半导体元件，它是在具有多层氮化物半导体层的n侧区域和具有多层氮化物半导体层的p侧区域之间具有有源层的氮化物半导体元件，其特征在于：

上述n侧区域的至少一层氮化物半导体层是由下列的至少三层依次层叠而成的n侧第一多层膜层：由非掺杂的氮化物半导体构成的下层，由掺杂了n型杂质的氮化物半导体构成的中间层，以及由非掺杂的氮化物半导体构成的上层；

上述p侧区域的至少一层氮化物半导体层，是由含有p型杂质的Al_bGa_1-bN，其中0≤b≤1构成的p侧单层膜包覆层；

上述有源层是含有In_aGa_1-aN，其中0≤a＜1构成的多量子阱结构。

10.如权利要求9所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述n侧第一多层膜层包含：由膜厚为100～10000的非掺杂的氮化物半导体构成的下层，由膜厚为50～1000的掺杂了n型杂质的氮化物半导体构成的中间层，以及由膜厚为25～1000

的非掺杂的氮化物半导体构成的上层。

11.如权利要求9所述的氮化物半导体元件，是包含上述p侧单层膜包覆膜的氮化物半导体元件，其特征在于，在上述p侧单层膜包覆层上形成了作为p型杂质含有Mg的p侧GaN接触层。

12.如权利要求9所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述n侧区域具有第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜层叠而成的n侧第二多层膜层，上述第一氮化物半导体膜由In_xGa_1-xN，其中0＜x＜1组成，上述第二氮化物半导体膜由In_yGa_1-yN，其中0≤y＜1、y＜x组成。

13.如权利要求12所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述第一氮化物半导体膜或上述第二氮化物半导体膜中的至少一方的膜厚，在相邻近的第一氮化物半导体膜之间或相邻近的第二氮化物半导体膜之间互不相同。

14.如权利要求9所述的氮化物半导体元件，其特征在于，上述第一氮化物半导体膜和第二氮化物半导体膜都是非掺杂的，在上述第一氮化物半导体膜或第二氮化物半导体膜的任意一方之中掺杂有n型杂质，上述第一氮化物半导体膜的杂质浓度与上述第二氮化物半导体膜的杂质浓度不同。

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