CN104364917A - 氮化物半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

氮化物半导体发光元件(1)具备：基板(3)、设置在基板(3)上的缓冲层(5)、设置在缓冲层(5)上的基底层(7)、设置在基底层(7)上的n侧氮化物半导体层、设置在n侧氮化物半导体层上的MQW发光层(14)、和设置在MQW发光层(14)上的p侧氮化物半导体层，关于作为构成氮化物半导体发光元件(1)的各层的结晶面的(004)面的X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(004)为40arcsec以下，或者关于(102)面的X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(102)为130arcsec以下，同一工作电流下的25℃时的光输出P(25)和80℃时的光输出P(80)的比率P(80)/P(25)为95％以上。

Description

氮化物半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及氮化物半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
含氮的III-V族化合物半导体材料(以下称为“氮化物半导体材料”)包括与具有红外线区域至紫外线区域的波长的光的能量相当的带隙。因而，氮化物半导体材料在发出具有红外线区域至紫外线区域的波长的光的发光元件的材料、接受具有该区域的波长的光的受光元件的材料等中是有用的。
此外，构成氮化物半导体的原子间的键合强，氮化物半导体材料的击穿电压高，氮化物半导体材料的饱和电子速度大。鉴于这些特性，氮化物半导体材料即便作为耐高温且高输出的高频晶体管等电子器件的材料也是有用的。进而，氮化物半导体材料几乎不会损害环境，故作为易于处理的材料也备受瞩目。
在使用了这种氮化物半导体材料的氮化物半导体发光元件中，一般作为发光层而采用量子阱构造。如果对氮化物半导体发光元件施加电压，则在构成发光层的阱层中电子和空穴再结合而产生光。发光层既可以由单量子阱(Single Quantum Well，SQW)构造构成，也可以由交替地层叠有阱层和阻挡层的多量子阱(Multiple Quantum Well，MQW)构造构成。
氮化物半导体发光元件与AlGaInP系LED(Light Emitting Diode：发光二极管)相比，已知具有相对于周围温度的变化而温度变化少的优点。专利文献1所记载的现有的氮化物半导体发光元件为发光二极管，其特征在于，在形成于蓝宝石基板上的n型氮化物半导体层之上，具备被未掺杂GaN层和p型AlGaN层夹着的具有InxGa1-xN(0.4＜x＜1)的活性层，将该活性层中的In和Ga的比率设定为使之发出黄色或者琥珀色的光。这样构成的氮化物半导体发光元件与以往被广泛使用的采用了AlInGaP的琥珀色发光元件相比较而具有大的发光输出，并且与AlInGaP琥珀色发光元件相比较而具有发光输出的温度依赖性小的优异特性。该氮化物半导体发光元件在20mA的电流驱动时，在80℃时确保室温的发光输出的90％的发光输出。
根据专利文献2，其说明了之所以可获得这种发光输出的温度特性是基于材料自身的固有的性质。即，现有的使用了AlInGaP的琥珀色发光元件，为使被用作基板的GaAs基板和AlInGaP外延层取得晶格匹配，必然导致活性层和包覆层之间的带隙的偏移量变小。其结果，越是高温则载流子的溢出量越增加，温度依赖性变大。
此外，在专利文献2中公开了构造成通过溅射法在基板表面上形成AlON缓冲层并通过减压MOCVD法使GaN层在AlON缓冲层的表面上生长的现有的氮化物半导体发光元件。关于该氮化物半导体发光元件，公开了如下内容，即：已获得良好GaN特性的样本的AlNO缓冲层2中的AlN(002)面的X射线(摇摆曲线)半峰宽度为300arcsec以下，且折射率为2.08以下。认为是X射线半峰宽度的值越小则位错越少的良好的结晶。
此外，专利文献3所记载的氮化物半导体发光元件的特征在于，活性层包含n型杂质，位于n层侧的活性层中的n型掺杂剂浓度比位于p层侧的活性层中的n型掺杂剂浓度高。由此，能够补足施主(donor)从n层侧向活性层的供给，从而可以提高发光输出。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-112109号公报
专利文献2：WO2011/108422号公报
专利文献3：日本特开2005-057308号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，若在大电流、高温下驱动上述现有的氮化物半导体发光元件，则有时会招致发光效率的下降将成为问题。由此，有时会招致每单位功率的功率效率的下降。
本发明正是鉴于上述的问题点而提出的，其目的在于提供一种可以防止高温驱动时或者大电流驱动时的发光效率的下降的氮化物半导体发光元件及其制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明为一种氮化物半导体发光元件，具备：基板；缓冲层，被设置在所述基板上；基底层，被设置在所述缓冲层上；n侧氮化物半导体层，被设置在所述基底层上；发光层，被设置在所述n侧氮化物半导体层上；和p侧氮化物半导体层，被设置在所述发光层上，所述氮化物半导体发光元件的特征在于，与作为构成氮化物半导体发光元件的各层的结晶面的(004)面相关的X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(004)为40arcsec以下，或者与(102)面相关的X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(102)为130arcsec以下，同一工作电流下的25℃时的光输出P(25)和80℃时的光输出P(80)的比率P(80)/P(25)为95％以上。
另外，在此阐述的“(004)”以及“(102)”是指结晶方向。另外，结晶方向严格意义上来说，(004)为(0004)，(102)为(10-12)，但是在本说明书中进行了省略而标记为(004)、(102)。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，其特征在于，在电流密度为20A/cm2以上的大电流区域中被驱动。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，所述缓冲层包含AlON。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，所述基板在设有所述缓冲层的表面上具有多个凹部和被配置在相邻的所述凹部之间的多个凸部，设置在所述缓冲层上的所述基底层具备：第1基底层，被形成在所述基板的所述凹部上，且具备倾斜刻面(facet)；和第2基底层，被形成为覆盖所述第1基底层以及所述基板的所述凸部。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，其特征在于，所述发光层由交替地层叠有阱层和阻挡层的多量子阱构成，并且具备4层以上的未掺杂阻挡层或者掺杂有2×1017cm-3以下的n型掺杂剂的轻掺杂阻挡层，同一工作电流下的25℃时的光输出P(25)和80℃时的光输出P(80)的比率P(80)/P(25)为95％以上。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，其特征在于，所述阻挡层的厚度为3nm以上且7nm以下。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，其特征在于，所述n侧氮化物半导体层在所述发光层之下具备中间层，并且在所述中间层之下具备多层构造体，所述中间层为层叠多个氮化物半导体层来构成，相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层、和带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠而成的，所述多层构造体为层叠多个氮化物半导体层来构成，膜厚比构成所述中间层的各层厚且相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层、和膜厚比构成所述中间层的各层厚且相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠而成的。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，其特征在于，所述n侧氮化物半导体层具备：下部n型氮化物半导体层、和被形成在所述下部n型氮化物半导体层之上的n型氮化物半导体调制掺杂层，所述n型氮化物半导体调制掺杂层至少具备n型掺杂剂浓度比所述下部n型氮化物半导体层低的氮化物半导体层。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，其特征在于，所述n侧氮化物半导体层具备：下部n型氮化物半导体层、和在所述下部n型氮化物半导体层之上以比所述下部n型氮化物半导体层低50℃～400℃的温度生长的低温n型氮化物半导体层，所述低温n型氮化物半导体层的n型掺杂剂浓度比所述n型氮化物半导体层高，为1.1倍以上。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件中，其特征在于，在所述发光层之下具备中间层，所述中间层为层叠多个氮化物半导体层来构成，相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层、和带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠而成的超晶格层，所述中间层中，位于所述发光层侧的至少2层的氮化物半导体层由n型半导体层构成，与该n型半导体层相比位于所述基板侧的氮化物半导体层由未掺杂层构成。
此外，为了解决上述课题，本发明为一种氮化物半导体发光元件的制造方法，该氮化物半导体发光元件设有n侧氮化物半导体层、发光层、和p侧氮化物半导体层，所述氮化物半导体发光元件的制造方法的特征在于包括：在基板表面上设置多个凹部和被配置在相邻的所述凹部之间的多个凸部的工序；通过溅射法在所述基板上设置AlN或者AlON缓冲层的工序；通过MOCVD法在所述缓冲层上设置基底层的工序；在所述基底层上设置所述n侧氮化物半导体层的工序；在所述n侧氮化物半导体层上设置发光层的工序；和在所述发光层上设置p侧氮化物半导体层的工序。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件的制造方法中，其特征在于，设置所述基底层的工序包括：在所述基板的所述凹部上设置具备倾斜刻面的第1基底层的工序；和按照覆盖所述第1基底层以及所述基板的所述凸部的方式设置第2基底层的工序。
此外，在上述构成的氮化物半导体发光元件的制造方法中，其特征在于，设置所述n侧氮化物半导体层的工序包括：以第1生长温度来形成下部n型氮化物半导体层以及n型氮化物半导体调制掺杂层的工序；在所述n型氮化物半导体调制掺杂层之上以比所述第1生长温度低50℃～400℃的第2生长温度来形成低温n型氮化物半导体层的工序；在所述低温n型氮化物半导体层之上以所述第2生长温度以下的第3生长温度来形成带隙能量不同的多个氮化物半导体层被层叠而成的多层构造体的工序；和在所述多层构造体之上以所述第3生长温度以下的第4生长温度来形成中间层的工序，该中间层包含带隙能量不同的多个氮化物半导体层的超晶格。
发明效果
根据本发明的构成，尤其是即便驱动温度变化，发光效率也大致恒定。由此，能够提供可以防止高温驱动时或者大电流驱动时的发光效率的下降的氮化物半导体发光元件及其制造方法。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的简略侧视图。
图2是本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的简略俯视图。
图3是示意性地表示构成本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的氮化物半导体层中的带隙能量Eg的大小的说明图。
图4是表示图1的氮化物半导体发光元件的基板的表面的示意性放大俯视图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的电流密度和光输出温度特性的关系的图表。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的MQW发光层中的阻挡层的层数和发光效率η的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。另外，在本实施方式中，为了表征位置关系，有时将图1的下侧所记载的部分表述为下，将图1的上侧所记载的部分表述为上，但是这仅仅是为了方便起见的表述，与相对于重力方向而决定的上下不同。
此外，在本说明中，“阻挡层”是指被阱层夹着的层。未被阱层夹着的层标记为“最初的阻挡层”或者“最后的阻挡层”，与被阱层夹着的层相比改变了标记。
此外，在本说明中采用了“掺杂剂浓度”这一词语、和伴随着n型掺杂剂或者p型掺杂剂的掺杂而产生的电子以及空穴的浓度即“载流子浓度”这一词语，但是关于其关系将在后面阐述。
此外，所谓“载流子气体”，是指III族原料气体、V族原料气体以及掺杂剂原料气体以外的气体。构成载流子气体的原子不取入膜中等。
此外，“n侧氮化物半导体层”也可以在其中包含实际应用上不会妨碍到电子流动的程度的厚度的低载流子浓度的n型层或者未掺杂层。关于“p侧氮化物半导体层”，也可以包含实际应用上不会妨碍到空穴流动的程度的厚度的低载流子浓度的p型层或者未掺杂层。“实际应用上不会妨碍到”，指的是氮化物半导体发光元件的动作电压为实际应用的电平。
此外，本发明并不限定于以下所示的实施方式。进而，在本发明的附图中，为使附图清楚化以及简略化，适当地变更了长度、宽度、以及厚度等的尺寸关系，并非表示实际的尺寸关系。
图1以及图2分别是本发明的实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件1的简略剖视图以及简略俯视图。图2所示的I-I线处的剖视图相当于图1。图3是示意性地表示图1所示的氮化物半导体发光元件1的下部n型氮化物半导体层87至p型氮化物半导体层16中的带隙能量Eg的大小的说明图。图3的纵轴方向表征图1所示的氮化物半导体发光元件1的上下方向，图3的横轴的Eg示意性地表征各层中的带隙能量的大小。在图3中，在掺杂有n型掺杂剂的层中，在右侧加阴影线并标记为“n”。
[氮化物半导体发光元件的构成]
本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件1，如图1所示，在基板3的上表面上，按照缓冲层5、由第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b构成的基底层7、下部n型氮化物半导体层8、n型氮化物半导体调制掺杂层9、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10、多层构造体121、作为中间层的超晶格层122、MQW发光层14、和p型氮化物半导体层16、17、18的顺序进行层叠而形成。
下部n型氮化物半导体层8的一部分、n型氮化物半导体调制掺杂层9、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10、多层构造体121、作为中间层的超晶格层122、MQW发光层14、和p型氮化物半导体层16、17、18被蚀刻，从而构成了台面部30。台面部30相对于下部n型氮化物半导体层8而向上方突出。在p型氮化物半导体层18之上隔着透明电极23而设有p侧电极25。
在台面部30的外侧(图1中的右侧)，下部n型氮化物半导体层8的上表面的一部分不被n型氮化物半导体调制掺杂层9、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10、多层构造体121以及作为中间层的超晶格层122等覆盖而露出。在该露出部分之上设有n侧电极21。
在氮化物半导体发光元件1的大致整个上表面，按照p侧电极25以及n侧电极21露出的方式设有透明保护膜27。
另外，一般认为在氮化物半导体发光元件1中，在剖面的超高倍率STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy：扫描透射电子显微术)观察中，必然产生V坑(pit)15。然而，在本实施方式中，通过如后所述那样设置低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10，由此来控制V坑15的产生。
[基板]
基板3既可以是例如蓝宝石那样的绝缘性基板，也可以是例如GaN、SiC或者ZnO等那样的导电性基板。优选氮化物半导体层生长时的基板3的厚度为例如900μm～1200μm，优选氮化物半导体发光元件1中的基板3的厚度为例如50μm以上且300μm以下。
基板3的上表面，如图1所示那样具有由凸部3A以及凹部3B构成的凹凸形状。凸部3A是在俯视的情况下被配设于大致等边三角形的顶点的大致圆形的形状(参照图4)，优选相邻的凸部3A的顶点的间隔为1μm～5μm。虽然凸部3A的剖面形状也可以为梯形形状(参照图1)，但是更优选其顶点部是带有圆润度的形状。
在各氮化物半导体层生长后也可以去除基板3，作为无基板的氮化物半导体发光元件。
[缓冲层]
缓冲层5优选为例如AlsoGatoOuoN1-uo(0≤s0≤1、0≤t0≤1、0≤u0≤1、s0+t0≠0)层，更优选为AlN层或者AlON层。作为AlON层，优选N的极小部分(0.5～2％)被置换为氧。由此，因为按照沿着基板3的生长面的法线方向伸长的方式形成缓冲层5，所以可获得由晶粒一致的柱状结晶的集合体构成的缓冲层5。虽然缓冲层5的厚度并未特别限定，但是优选为3nm以上且100nm以下，更优选为5nm以上且50nm以下。
为使后述的基底层的X射线摇摆曲线半峰宽度提高，作为缓冲层5优选使用公知的基于溅射法的AlON。
[基底层]
基底层7优选由第1氮化物半导体基底层7a和第2氮化物半导体基底层7b构成。第1氮化物半导体基底层7a被形成在凹部3b上，在图1所示的剖视图中具有大致三角形的形状(倾斜刻面7a1)。第2氮化物半导体基底层7b被形成为覆盖凸部3a以及第1氮化物半导体基底层7a，被设为与缓冲层5以及第1氮化物半导体基底层7a的各个表面相接，与下部n型氮化物半导体层8相接的上表面7b1呈平坦。另外，除了在本说明中特别限定的情况之外，有时对第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b进行总称而标记为基底层7。
这样通过划分为至少两个部分、即第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b，从而能够降低成为基底层7的结晶质量的指标的X射线半峰宽度。另外，所谓“倾斜琢(facet)面”，是指沿着至少相对于基板面而具有至少10度以上的角度发生了倾斜的倾斜方向延伸的面，优选为与氮化物半导体的结晶面大致相等的面。
第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b能够分别通过例如MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金属有机气相沉积)法依次形成在缓冲层5的表面上。第1氮化物半导体基底层7a是以形成有倾斜刻面7a1的刻面生长模式来生长的。第2氮化物半导体基底层7b是以埋入倾斜刻面7a1并形成平坦的上表面7b1的埋入生长模式来生长的。由此，能够形成结晶缺陷少、结晶性高的具有平坦的上表面7b1的第2氮化物半导体基底层7b。另外，第1氮化物半导体基底层7a具有上表面7a2。
作为第1氮化物半导体基底层7a，能够使由以例如Alx2Gay2Inz2N(0≤x2≤1、0≤y2≤1、0≤z2≤1、x2+y2+z2≠0)的式子表征的III族氮化物半导体构成的层生长。作为第2氮化物半导体基底层7b，能够使由以例如Alx3Gay3Inz3N(0≤x3≤1、0≤y3≤1、0≤z3≤1、x3+y3+z3≠0)的式子表征的III族氮化物半导体构成的层生长。
作为第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b，分别为使不继承由柱状结晶的集合体构成的缓冲层5中的位错等结晶缺陷，优选使用作为III族元素而含Ga的氮化物半导体层。
为使不继承缓冲层5中的位错，虽然需要在与缓冲层5的界面附近使位错循环，但是在第1氮化物半导体基底层7a由含Ga的III族氮化物半导体构成的情况下却易于发生位错的循环。为此，分别使用由含Ga的III族氮化物半导体构成的第1氮化物半导体基底层7a以及含Ga的第2氮化物半导体基底层7b。由此，能够在与缓冲层5的界面附近使位错循环化来加以限制，从而能够抑制从缓冲层5向第1氮化物半导体基底层7a被继承位错。
例如，在第1氮化物半导体基底层7a由以Alx2Gay2N(0≤x2＜1、0＜y2＜1)的式子表征的III族氮化物半导体构成、且第2氮化物半导体基底层7b由以Alx3Gay3N(0≤x3＜1、0＜y3＜1)的式子表征的III族氮化物半导体构成的情况下，尤其在第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b分别由GaN构成的情况下，能够在与缓冲层5的界面附近使位错循环化来加以限制。由此，可获得位错密度小且具有良好的结晶性的第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b。
也可以在第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b中以1×1017cm-3以上且1×1019cm-3以下的范围来掺杂例如n型掺杂剂。然而，从维持良好的结晶性的观点出发，第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b优选分别为未掺杂。
作为在第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b中被掺杂的n型掺杂剂，能够使用从由例如Si、Ge以及Sn构成的群中选择出的至少一种等，特别优选使用Si。在对于n型掺杂剂而使用Si的情况下，作为n型掺杂剂气体优选使用硅烷或者乙硅烷。
第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b各自生长时的基板1的温度优选为800℃以上且1250℃以下，更优选为900℃以上且1150℃以下。在第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b各自生长时的基板1的温度为800℃以上且1250℃以下的情况下，尤其是在为900℃以上且1150℃以下的情况下，能够使结晶缺陷少的结晶性优异的第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b生长。
尽量加厚基底层7的厚度从而基底层7中的缺陷会减少，但是即便将基底层7的厚度加厚到某种程度以上，基底层7中的缺陷减少效果也会饱和。由此，优选基底层7的厚度为1μm以上且8μm以下，更优选为3μm以上且5μm以下。
[下部n型氮化物半导体层]
在本实施方式中，n侧氮化物半导体层(包含未掺杂层、低载流子浓度层)由下部n型氮化物半导体层8(8a、8b)、n型氮化物半导体调制掺杂层9、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10、多层构造体121以及中间层(超晶格层)122构成。
优选下部n型氮化物半导体层8为在例如Als2Gat2Inu2N(0≤s2≤1、0≤t2≤1、0≤u2≤1、s2+t2+u2≈1)层中掺杂有n型掺杂剂的层，更优选为在Als2Ga1-s2N(0≤s2≤1、优选为0≤s2≤0.5、更优选为0≤s2≤0.1)层中掺杂有n型掺杂剂的层。
下部n型氮化物半导体层8中的n型掺杂剂并未特别限定，只要是Si、P、As或者Sb等即可，优选为Si。在后述的各层中也是如此。n型掺杂剂浓度并未特别限定，但优选为1×1019cm-3以下。
下部n型氮化物半导体层8的厚度尽量厚的情况下，下部n型氮化物半导体层8的电阻将减少。但是，如果加厚下部n型氮化物半导体层8的厚度，则会招致氮化物半导体发光元件的制造成本的上升。从两者的兼顾性出发，下部n型氮化物半导体层8的厚度在实际应用上优选为1μm以上且10μm以下，但是并未特别限定。
另外，在后述的实施例中，通过使n型GaN层(下部n型氮化物半导体层8a)的生长暂且中断之后再次使同一n型GaN层(下部n型氮化物半导体层8b)生长的两个生长工序，形成了下部n型氮化物半导体层8。但是，下部n型氮化物半导体层8的构成并未特别限定。例如，可以通过连续地形成下部n型氮化物半导体层8a和下部n型氮化物半导体层8b，从而使下部n型氮化物半导体层8为单层，下部n型氮化物半导体层8也可以具有3层以上的层叠构造。由多个层构成的下部n型氮化物半导体层8，各个层既可以由同一组成构成，也可以由不同的组成构成。此外，由多个层构成的下部n型氮化物半导体层8，各个层既可以具有同一厚度，也可以具有不同的厚度。
[n型氮化物半导体调制掺杂层]
n型氮化物半导体调制掺杂层9通过例如MOCVD法等而层叠在下部n型氮化物半导体层8上。n型氮化物半导体调制掺杂层9能够如图3所示那样，由交替地层叠n型GaN层9A、和n型掺杂剂浓度比n型GaN层9A低的GaN层9B的层叠构造体构成，通过在与低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10邻接的最上层层叠GaN层9B由此来形成。
n型GaN层9A的n型掺杂剂浓度能够设为例如1×1019cm-3以上。n型掺杂剂并未特别限定，只要为Si、P、As或者Sb等即可，优选为Si。
作为GaN层9B，能够使用n型掺杂剂浓度比n型GaN层9A低的GaN层、例如3×1018cm-3以下的GaN层，特别优选使用未掺杂GaN层。
n型GaN层9A和GaN层9B的层叠数并未特别限定。例如也可以将n型GaN层9A和GaN层9B的组合层叠3组或者2组。此外，也可以仅设置1层的GaN层9B。
n型GaN层9A的各个厚度能够设为例如5nm以且500nm以下。此外，GaN层9B的各个厚度能够设为例如5nm以上且500nm以下。
n型GaN层9A以及GaN层9B也可以分别为Als3Gat3Inu3N(0≤s3≤1、0≤t3≤1、0≤u3≤1、s3+t3+u3≈1)。
n型GaN层9A以及GaN层9B优选以与下部n型氮化物半导体层8相同的温度来形成。此外，优选n型GaN层9A中的n型掺杂剂浓度与低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10中的n型掺杂剂浓度相同。由此，可获得能够增大在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10产生的V坑15的大小的效果。由此，能够进一步防止因ESD(Electro-StaticDischarge：静电放电)引起的不合格率的增加。
[低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)]
低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10是用于按照V坑15的起点的平均位置与作为发光层实际有效地发挥功能的层(在本实施方式中为MQW发光层14)相比处在位于n型氮化物半导体调制掺杂层9侧的层(在本实施方式中为中间层(超晶格层)122)内的方式来形成V坑15的层。在此，所谓V坑15的起点，意味着V坑15的底部(图1中的最下端部)。此外，所谓V坑15的起点的平均位置，意味着使形成于MQW发光层14的V坑15的起点在氮化物半导体发光元件1的厚度方向(图1中的上下方向)上平均化而得到的位置。关于“低温”的意思将在后面阐述。
低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10优选为例如厚度25nm的重掺杂n型GaN层。在此，所谓重掺杂，意味着使n型掺杂剂浓度比位于低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10之下的下部n型氮化物半导体层8、n型氮化物半导体调制掺杂层9有意地(例如1.1倍以上、优选为1.4倍以上、更优选为1.8倍以上)高。具体而言，低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的n型掺杂剂浓度优选为5×1018cm-3以上，更优选为7×1018cm-3以上，进一步优选为1×1019cm-3以上。由此，低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的膜质比n型氮化物半导体调制掺杂层9的膜质有所下降，因此低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10所带来的V坑产生效果被有效地发挥。
另一方面，如果低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10中的n型掺杂剂浓度变得过高，则有时会招致形成于低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10之上的MQW发光层14中的发光效率的下降。为此，低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10中的n型掺杂剂浓度优选为n型氮化物半导体层9中的n型掺杂剂浓度的10倍以下，进一步优选为3倍以下。
低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10只要使n型掺杂剂浓度比n型氮化物半导体层9的最上表面有意地(例如1.1倍以上、优选为1.4倍以上、更优选为1.8倍以上)高即可。由此，低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10所带来的V坑产生效果被进一步有效地发挥。
低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10也可以是在Als3Gat3Inu3N(0≤s3≤1、0≤t3≤1、0≤u3≤1、s3+t3+u3≈1)层中掺杂有n型掺杂剂的层，优选为在Inu3Ga1-u3N(0≤u3≤1、优选为0≤u3≤0.5、更优选为0≤u3≤0.15)层中掺杂有n型掺杂剂的层。这样在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10含In的情况下，优选低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10中的In组成比高于n型氮化物半导体调制掺杂层9中的In组成比。由此，也会使得低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的膜质比n型氮化物半导体调制掺杂层9的膜质有所下降，因此低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10所带来的V坑产生效果被有效地发挥。
这种低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10优选具有5nm以上的厚度，更优选具有10nm以上的厚度。由此，可获得贯通位错的每单位个数的V坑数变多的效果。
[多层构造体]
氮化物半导体发光元件1中，V坑15的起点与MQW发光层14相比在图1中位于下方。由此，如后所述，能够通过增加构成MQW发光层14的未掺杂阻挡层的层数，来增大有助于发光的MQW发光层14的体积。因此，能够防止大电流驱动时的发光效率的下降，此外也能够防止高温下的发光效率的下降。但是，可知如果通过增加构成MQW发光层14的未掺杂阻挡层的层数来增大有助于发光的MQW发光层14的体积，则因ESD而引起的不合格率将增加。
另一方面，如果增加构成MQW发光层14的未掺杂阻挡层的层数，则低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10和对发光作出贡献的MQW发光层14之间的间隔将变窄。其结果，V坑15的起点将存在于与有助于发光的MQW发光层14接近的位置，故不优选。为使V坑15的起点的平均位置不存在于MQW发光层14(至少MQW发光层14的上部)内，优选使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14尽量相隔开。但是，如果以此为目的来加厚处于MQW发光层14与低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10之间的中间层(超晶格层)122的厚度，则有可能会招致MQW发光层14的质量的劣化。此外，也有时会招致氮化物半导体发光元件1的生产率的下降。
此外，如果以使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14尽量相隔开作为目的，在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与中间层(超晶格层)122之间在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度以下的温度下仅将n型GaN层形成得较厚，则无法防止高温驱动时以及大电流驱动时的发光效率的下降，此外起因于ESD的不合格率会增加。作为其原因，认为是如果在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度以下的温度下将n型GaN层形成得较厚(例如200nm以上)，则n型GaN层的生长表面成为凹凸形状(n型GaN层的生长表面发生白浊)，从而给被形成在n型GaN层之上的层带来不良影响。
如果在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与中间层(超晶格层)122之间形成多层构造体121，则可防止高温下以及大电流驱动下的发光效率的下降，进而能够降低起因于ESD的不合格率。接下来，说明多层构造体121的构成。
多层构造体121优选为层叠带隙能量不同的多个氮化物半导体层而成，相对于它们邻接的其他氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层和带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠而成的。由此，能够增大在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10产生的V坑15的大小。其结果，可获得能够增大中间层122及其上的MQW发光层14的大小的效果。由此，能够防止起因于ESD的不合格率的增加。另外，优选构成多层构造体121的各层的厚度比构成中间层(超晶格层)122的各层的厚度厚。
优选构成多层构造体121的氮化物半导体层中的n型掺杂剂浓度均被设定得低于低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10中的n型掺杂剂浓度，优选为例如7×1017cm-3以下。这样如果多层构造体121中的n型掺杂剂浓度低，则反向偏置时耗尽层将扩展。由此，也能够使多层构造体121与中间层(超晶格层)122一起作为电场缓和层来发挥功能。另外，只要氮化物半导体发光元件1的驱动电压不超过容许范围，则能够将构成多层构造体121的氮化物半导体层设为未掺杂层。
多层构造体121优选在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度以下的温度下被形成，更优选在900℃以下的温度下被形成。由此，可获得能够增大在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10产生的V坑15的大小的效果。另一方面，如果多层构造体121的生长温度过低，则有时会招致多层构造体121的膜质的下降。为此，多层构造体121的生长温度优选为600℃以上，进一步优选为700℃以上。
在多层构造体121中，关于多个氮化物半导体层的邻接的2层而需要带隙能量相对小的氮化物半导体层(例如InGaN层或者n型InGaN层)的理由虽然不明确，但是考虑到如下所示的理由。在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度以下的温度下，如果在带隙能量相对大的氮化物半导体层(例如GaN层或者n型GaN层等)的生长过程中使带隙能量相对小的氮化物半导体层生长，则带隙能量相对大的氮化物半导体材料的二维生长被促进。其结果，即便多层构造体121的总厚度厚，但也能够防止多层构造体121的总厚度厚所引起的不良影响波及到在多层构造体121之上生长的层。
为了有效地获得这种效果，关于构成多层构造体121的多个氮化物半导体层的邻接的2层，优选带隙能量相对小的氮化物半导体层的厚度比带隙能量相对大的氮化物半导体层的厚度薄，优选为带隙能量相对大的氮化物半导体层的厚度的1/5倍以上且1/2倍以下。另外，带隙能量相对大的氮化物半导体层的厚度优选为5nm以上且100nm以下，更优选为10nm以上且40nm以下。
作为多层构造体121的一例，能够列举：在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10之上，按照厚度为7nm的n型InGaN层、厚度为30nm的n型GaN层、厚度为7nm的n型InGaN层以及厚度为20nm的n型GaN层的顺序层叠而形成的构造体。
构成多层构造体121的氮化物半导体层的具体组成并不限定于上述组成。例如，作为构成多层构造体121的带隙能量相对大的氮化物半导体层，能够列举Ali1Gaj1In(1-i1-j1)N(0≤i1＜1、0＜j1≤1)层，优选为GaN层。此外，作为构成多层构造体121的带隙能量相对小的氮化物半导体层，能够列举Ali2Gaj2In(i-i2-j2)N(0≤i2＜1、0≤j2＜1、j1＜j2)层，优选为Gaj3In(1-j3)N(0＜j3＜1)层。
进一步具体而言，多层构造体121既可以交替地层叠Ali1Gaj1In(1-i1- j1)N(0≤i1＜1、0＜j1≤1)层和Ali2Gaj2In(1-i2-j2)N(0≤i2＜1、0≤j2＜1、j1＜j2)层来构成，也可以交替地层叠GaN层和Gaj3In(1-j3)N(0＜j3＜1)层来构成。
在构成多层构造体121的氮化物半导体层含In的情况下，构成多层构造体121的氮化物半导体层中的In组成比优选为与中间层(超晶格层)122中的In组成比相同的程度(±5％)。由此，当在多层构造体121之后形成中间层(超晶格层)122时，能够节省变更In的原料气体的供给量的工夫。因此，氮化物半导体发光元件1的生产率得以提高。更优选，在构成多层构造体121的氮化物半导体层为Gaj3In(1-j3)N(0＜j3＜1)层时，Gaj3In(1-j3)N(0＜j3＜1)层中的In组成比(1-j3)与构成中间层(超晶格层)122的窄带隙层122B(后述)中的In组成比相同。
关于构成多层构造体121的多个氮化物半导体层的邻接的2层，带隙能量相对小的氮化物半导体层以及带隙能量相对大的氮化物半导体层的层数并未特别限定。在将带隙能量相对小的氮化物半导体层以及带隙能量相对大的氮化物半导体层设为1组时，多层构造体121优选具有2组以上的带隙能量相对小的氮化物半导体层以及带隙能量相对大的氮化物半导体层。由此，能够加厚多层构造体121的厚度。因此，V坑15的起点的平均位置大多情形是与中间层(超晶格层)122的厚度方向中央附近相比而成为基板3侧。其结果，能够进一步防止高温驱动时或者大电流驱动时的发光效率的下降。
如此一来，如果在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与中间层(超晶格层)122之间导入多层构造体121，则能够使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14进一步相隔开地形成。由此，也有时V坑15的起点的平均位置成为中间层(超晶格层)122内，大多数情形是与中间层(超晶格层)122的厚度方向中央附近相比而成为基板3侧。因此，能够进一步防止高温驱动时或者大电流驱动时的发光效率的下降。
进而，多层构造体121层叠多个氮化物半导体层来构成，相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层和带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠。由此，可获得能够增大在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10产生的V坑15的大小的效果。因此，能够防止因ESD引起的不合格率的增加。
[中间层(超晶格层)]
在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14之间设有中间层(超晶格层)122。中间层(超晶格层)122的主要功能在于，使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14之间隔开规定的距离，并使V坑15的起点成为MQW发光层14内的下侧或者中间层(超晶格层)122内。中间层(超晶格层)122的构成既可以为单层，也可以为2～3层。
另外，在此阐述的“超晶格层”，是指通过交替地层叠非常薄的结晶层而使得其周期构造由比基本单位晶格长的结晶晶格构成的层。如图3所示，中间层(超晶格层)122层叠多个氮化物半导体层来构成，相对于邻接的其他的氮化物半导体层而使带隙能量相对大的宽带隙层122A和带隙能量相对小的窄带隙层122B交替地层叠来构成了超晶格构造。中间层(超晶格层)122的周期构造比构成宽带隙层122A的半导体材料的基本单位晶格以及构成窄带隙层122B的半导体材料的基本单位晶格长。
中间层(超晶格层)122也可以按照与宽带隙层122A以及窄带隙层122B不同的1层以上的半导体层、宽带隙层122A、和窄带隙层122B的顺序层叠来构成超晶格构造。此外，中间层(超晶格层)122的一周期的长度(宽带隙层122A的厚度和窄带隙层122B的厚度的合计)优选比后述的MQW发光层14的一周期的长度短，具体而言为1nm以上且10nm以下。
各宽带隙层122A优选为例如Ala1Gab1In(1-a1-b1)N(0≤a1≤1、0＜b1≤1)层，更优选为GaN层。各窄带隙层122B优选例如带隙比宽带隙层122A小且带隙比后述的各阱层14W大。窄带隙层122B优选为Ala2Gab2In(1-a2-b2)N(0≤a2＜1、0＜b2＜1、(1-a1-b1)＜(1-a2-b2))层，更优选为Gab2In(1-b2)N(0＜b2＜1)层。
优选各宽带隙层122A以及各窄带隙层122B的至少一方包含n型掺杂剂。其原因在于，如果宽带隙层122A和窄带隙层122B双方均为未掺杂，则驱动电压将上升。此情况下的n型掺杂剂浓度能够设为例如1×1019cm-3以上。作为n型掺杂剂，并未特别限定，但是只要为Si、P、As或者Sb等即可，优选为Si。
如果构成中间层(超晶格层)122的氮化物半导体层均包含n型掺杂剂，则在反向偏置时耗尽层不会扩展，电子不会穿过中间层(超晶格层)122。因而，招致电场缓和的效果的下降。但是，中间层(超晶格层)122是为了向MQW发光层14注入电子而设置的层。为此，如果将位于MQW发光层14侧的至少2层的氮化物半导体层设为n型半导体层，将与该n型半导体层相比位于基板3侧的氮化物半导体层设为未掺杂层，则能够增加被注入到MQW发光层14的电子数。由此，光输出得以提高，此外可发挥电压降低效果。另外，如果未掺杂层的厚度变厚，则用于电子移动的电压施加变得必要，有时驱动电压会增大。为了防止驱动电压的增大，优选将位于基板3侧的至少2层的氮化物半导体层设为未掺杂层。
在将宽带隙层122A以及窄带隙层122B设为1组时，中间层(超晶格层)122优选具有20组以上的宽带隙层122A以及窄带隙层122B。由此，能够使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14进一步相隔开地形成。因此，能够将V坑15的起点的平均位置设为中间层(超晶格层)122内。
在中间层(超晶格层)122具有20组以上的宽带隙层122A以及窄带隙层122B的情况下，位于MQW发光层14侧的5组的宽带隙层122A以及窄带隙层122B优选包含n型掺杂剂。由此，能够增加被注入到MQW发光层14的电子数。因此，光输出得以提高，此外可发挥电压降低效果。
中间层(超晶格层)122如果具有由未掺杂层构成的超晶格构造和由n型半导体层构成的超晶格构造，则也可以在例如多层构造体121上将未掺杂的宽带隙层122A和未掺杂的窄带隙层122B的组层叠17组而形成了由未掺杂层构成的超晶格构造之后，将包含n型掺杂剂的宽带隙层122A和包含n型掺杂剂的窄带隙层122B的组层叠3组来形成由n型半导体层构成的超晶格构造，从而作为中间层(超晶格层)122。
此外，也可以在例如多层构造体121上将包含n型掺杂剂的宽带隙层122A和包含n型掺杂剂的窄带隙层122B的组层叠5组而形成了由n型半导体层构成的超晶格构造之后，将未掺杂的宽带隙层122A和未掺杂的窄带隙层122B的组层叠10组来形成由未掺杂层构成的超晶格构造，然后将包含n型掺杂剂的宽带隙层122A和包含n型掺杂剂的窄带隙层122B的组层叠5组来形成由n型半导体层构成的超晶格构造，从而作为中间层(超晶格层)122。
中间层(超晶格层)122是为了提高MQW发光层14的特性而设置的层，对于氮化物半导体发光元件1而言不是必须的构成要件。但是，如果将中间层(超晶格层)122设置在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14之间，则能够使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14隔离开。由此，能够使得V坑15的起点的平均位置不存在于MQW发光层14(至少MQW发光层14的上部)内。
因此，优选氮化物半导体发光元件1在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10与MQW发光层14之间设置中间层(超晶格层)122。优选中间层(超晶格层)122的厚度为40nm以上，更优选中间层(超晶格层)122的厚度为50nm以上，进一步优选中间层(超晶格层)122的厚度为60nm以上。另一方面，如果中间层(超晶格层)122的厚度过厚，则有可能招致MQW发光层14的质量的劣化，因此中间层(超晶格层)122的厚度优选为100nm以下，更优选为80nm以下。
包含n型掺杂剂的宽带隙层122A各自的厚度能够设为例如1nm以上且3nm以下。包含n型掺杂剂的窄带隙层122B各自的厚度能够设为例如1nm以上且3nm以下。
[MQW发光层(多量子阱发光层)]
在MQW发光层14局部性地形成有V坑15。在此，所谓局部性地形成有V坑15，意味着在利用AFM(Atomic Force Microscope：原子力显微镜)对MQW发光层14的上表面进行观察时，V坑15在MQW发光层14的上表面被观察为点状。MQW发光层14的上表面中的V坑数的密度优选为1×108cm-2以上且1×1010cm-2以下。虽然在现有技术中也在MQW发光层形成了V坑，但是此时的MQW发光层的上表面中的V坑数的密度却小于1×108cm-2。
MQW发光层14如图3所示那样多个阻挡层14A(14A1、14A2、……、14A7)被多个阱层14W(14W1、14W2、……、14W8)夹着，且阻挡层14A和阱层14W被交替地层叠，由此来形成。在中间层(超晶格层)122的正上方，设有最初的阻挡层14Az。阱层14W之中位于最靠p型氮化物半导体层16侧的阱层14W1之上，设有最后的阻挡层14A0。
另外，在本说明中，为了识别各阻挡层14A以及各阱层14W，从p型氮化物半导体层16朝向中间层(超晶格层)122赋予编号而标记为阱层14W1、阻挡层14A1、阱层14W2、阻挡层14A2、……等。另一方面，除了各阻挡层14A以及各阱层14W要特别对每一个进行限定的情况之外，一并标记为阻挡层14A以及阱层14W。
MQW发光层14也可以按照与阻挡层14A以及阱层14W不同的1层以上的半导体层、阻挡层14A、和阱层14W的顺序来层叠。此外，MQW发光层14的一周期(阻挡层14A的厚度和阱层14W的厚度之和)的长度例如为5nm以上且100nm以下。
各阱层14W的组成优选与被氮化物半导体发光元件1要求的发光波长相匹配地进行调整，例如只要为AlcGadIn(1-c-d)N(0≤c＜1、0＜d≤1)即可，优选为不含Al的IneGa(1-e)N(0＜e≤1)层。例如，在使得发出波长为375nm以下的紫外线光的情况下，需要增大MQW发光层14的带隙能量，各阱层14W的组成包含Al。
优选各阱层14W的组成相同。由此，能够使得在各阱层14W中通过电子和空穴的再结合而发光的波长相同。因此，能够缩窄氮化物半导体发光元件1的发光光谱宽度。
位于p型氮化物半导体层16侧的阱层14W优选尽可能不包含掺杂剂。换言之，优选在不导入掺杂剂原料的情况下使位于p型氮化物半导体层16侧的阱层14W生长。由此，变得难以引起各阱层14W中的非发光再结合，因此发光效率变得良好。
另一方面，位于基板3侧的阱层14W也可以包含n型掺杂剂。由此，具有氮化物半导体发光元件的驱动电压下降的趋势。
各阱层14W的厚度并未特别限定，但是优选分别相同。如果各阱层14W的厚度相同，则各阱层14W的量子能级也变得相同，通过各阱层14W中的电子和空穴的再结合，从而在各阱层14W中将产生相同波长的光。由此，氮化物半导体发光元件1的发光光谱宽度变窄，因此是合适的。
另一方面，如果有意地使阱层14W的组成或者厚度不同，则能够使氮化物半导体发光元件1的发光光谱宽度变宽。在将氮化物半导体发光元件1使用于照明用等用途的情况下，优选有意地使阱层14W的组成或者厚度不同。例如，各阱层14W的厚度优选为1nm以上且7nm以下。如果各阱层14W的厚度在该范围外，则有时发光效率会下降。
构成各阻挡层14A(14A1～14A7)、最初的阻挡层14Az以及最后的阻挡层14A0的材料分别优选带隙能量比构成各阱层14W的材料大的材料。具体而言，各阻挡层14A(14A1～14A7)、最初的阻挡层14Az以及最后的阻挡层14A0优选由AlfGagIn(1-f-g)N(0≤f＜1、0＜g≤1)构成，更优选由不含Al的InhGa(1-h)N(0＜h≤1、e＞h)构成，进一步优选由晶格常数与构成阱层14W的材料大致相同的AlfGagIn(1-f-g)N(0≤f＜1、0＜g≤1)构成。
各阻挡层14A的厚度并未特别限定，优选为1nm以上且10nm以下，更优选为3nm以上且7nm以下。虽然各阻挡层14A的厚度越薄则驱动电压越低，但是却具有若使各阻挡层14A的厚度极薄则发光效率下降的趋势。最初的阻挡层14Az的厚度并不特别限定，但是优选为1nm以上且10nm以下。最后的阻挡层14A0的厚度并不特别限定，但是优选为1nm以上且40nm以下。
各阻挡层14A(14A1～14A7)以及最初的阻挡层14Az中的n型掺杂剂浓度并不特别限定，优选根据需要来适当设定。此外，优选在多个阻挡层14A之中位于基板3侧的阻挡层14A中掺杂n型掺杂剂，在位于p型氮化物半导体层16侧的阻挡层14A中掺杂浓度比位于基板3侧的阻挡层14A低的n型掺杂剂、或者不掺杂n型掺杂剂。有时有意地在各阻挡层14A(14A1～14A7)、最初的阻挡层14Az以及最后的阻挡层14A0中掺杂n型掺杂剂。此外，有时在各阻挡层14A(14A1～14A7)、最初的阻挡层14Az以及最后的阻挡层14A0中由于p型氮化物半导体层16、p型氮化物半导体层17以及p型氮化物半导体层18生长时的热扩散而被掺杂p型掺杂剂。
作为阱层14W的层数并未特别限定，但是优选为例如2层以上且20层以下，更优选为3层以上且15层以下，进一步优选为4层以上且12层以下。
[p侧氮化物半导体层]
氮化物半导体发光元件1将图1所示的p侧氮化物半导体层16、17、18分别设为p型AlGaN层、p型GaN层以及高浓度p型GaN层的3层构造。然而，该构成只不过为p侧氮化物半导体层的一例。p型氮化物半导体层16、17、18优选为在例如Als4Gat4Inu4N(0≤s4≤1、0≤t4≤1、0≤u4≤1、s4+t4+u4≠0)层中掺杂有p型掺杂剂的层，更优选为在Als4Ga(1-s4)N(0＜s4≤0.4、优选为0.1≤s4≤0.3)层中掺杂有p型掺杂剂的层。
p型掺杂剂并未特别限定，优选为例如镁。p型氮化物半导体层16、17、18中的载流子浓度优选为1×1017cm-3以上。在此，由于p型掺杂剂的活性率为0.01程度，因此p型氮化物半导体层16、17、18中的p型掺杂剂浓度(与载流子浓度不同)优选为1×1019cm-3以上。其中，p型氮化物半导体层16之中位于MQW发光层14侧的部分中的p型掺杂剂浓度也可以小于1×1019cm-3。
p型氮化物半导体层16、17、18的合计厚度并未特别限定，优选为50nm以上且300nm以下。通过使p型氮化物半导体层16、17、18的厚度变薄，从而能够缩短其生长时的加热时间。由此，能够抑制p型掺杂剂向MQW发光层14的扩散。
[n侧电极、透明电极、p侧电极]
n侧电极21以及p侧电极25是用于向氮化物半导体发光元件1供给驱动电力的电极。n侧电极21以及p侧电极25在图2中仅由焊盘电极部分构成，但是也可以电流扩散为目的的细长的突出部(分支电极)与n侧电极21或者p侧电极25连接。此外，优选与p侧电极25相比而在下方设有用于防止电流向p侧电极25注入的绝缘层。由此，被p侧电极25遮挡的发光的量减少。
n侧电极21优选按照例如钛层、铝层以及金层的顺序层叠来构成。假定对n侧电极21进行引线接合的情况，优选n侧电极21的厚度为1μm以上。
p侧电极25优选按照例如镍层、铝层、钛层以及金层的顺序层叠来构成，也可以由与n侧电极21相同的材料构成。假定对p侧电极25进行引线接合的情况，优选p侧电极25的厚度为1μm以上。
透明电极23优选由例如ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)或者IZO(Indium Zinc Oxide：铟锌氧化物)等透明导电膜构成，优选具有20nm以上且200nm以下的厚度。
[V坑的起点]
在氮化物半导体发光元件1中，认为大部分的V坑15的起点不存在于MQW发光层14内，其过半数存在于中间层(超晶格层)122内。由于认为V坑15是起因于贯通位错而产生的，因此认为大多数的贯通位错处于V坑15的内侧。由此，能够抑制被注入到MQW发光层14的电子以及空穴到达V坑15的内侧。因此，推断出可抑制因电子以及空穴被贯通位错捕获而引起非发光再结合的情形。其结果，能够防止发光效率的下降。这在高温下或者大电流驱动时变得显著。
详细而言，在高温下注入载流子(空穴或者电子)向MQW发光层14的移动变得活跃，因此注入载流子到达贯通位错的概率将增大。然而，氮化物半导体发光元件1由于MQW发光层14内的贯通位错大多被V坑15覆盖(由于贯通位错大多存在于V坑15的内侧)，因此贯通位错下的非发光再结合被抑制。由此，能够防止高温下的发光效率的下降。
此外，由于V坑15的起点位于MQW发光层14的下侧，因此能够增加未掺杂阻挡层的层数以增大对发光作出贡献的MQW发光层14的体积。由此，能够防止大电流驱动时的发光效率的下降。
[关于载流子浓度和掺杂剂浓度]
载流子浓度意味着电子或者空穴的浓度，只由n型掺杂剂的量或者p型掺杂剂的量来决定。这种载流子浓度是基于氮化物半导体发光元件1的电压与电容特性的结果而算出的，是指未注入电流的状态的载流子浓度，是从已离子化的杂质、已施主化的结晶缺陷以及已受主化的结晶缺陷之中产生的载流子的合计。
然而，由于作为n型掺杂剂的Si等的活性化率高，因此能够认为n型载流子浓度与n型掺杂剂浓度大致相同。此外，n型掺杂剂浓度能够通过利用SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy：二次离子质谱仪)对深度方向的浓度分布进行测量而容易求出。进而，掺杂剂浓度的相对关系(比率)与载流子浓度的相对关系(比率)大致相同。鉴于此，作为用于解决本发明课题的手段，实际上以容易测量的掺杂剂浓度来定义。而且，如果在厚度方向上对通过测量所得的n型掺杂剂浓度进行平均，则能获得平均n型掺杂剂浓度。
[关于n型氮化物半导体调制掺杂层和中间层(超晶格层)的另一作用、效果]
氮化物半导体发光元件1如前所述，在下部n型氮化物半导体层8与MQW发光层14之间插入了从下部n型氮化物半导体层8侧起按照n型氮化物半导体调制掺杂层9、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10、多层构造体121以及中间层(超晶格层)122的顺序被层叠的构造。
由此，即便是在n侧电极21与p侧电极25之间被施加了成为ESD击穿的原因的反向偏置方向的高电压的情况，耗尽层也会伸长到n型氮化物半导体调制掺杂层9以及中间层(超晶格层)122侧。因此，能够降低被施加给MQW发光层14的反向偏置电压(电场)。
因而，即便是在n侧电极21与p侧电极25之间被施加了反向偏置方向的高电压的情况，也可缓和被施加给MQW发光层14的电场。作为结果，能够提高发生ESD击穿的阈值电压、即ESD耐压。
此外，即便是有意地不导入V坑15的构成的情况，也能够抑制正向偏置电压施加时的泄漏电流的增大以及因V坑15的发光面积的下降。由此，能够有效地防止上述问题所引起的发光特性的下降。
此外，上述作用、效果虽然关于使用了n型氮化物半导体调制掺杂层9以及中间层(超晶格层)122双方的情况进行了说明，但是也可以仅使用n型氮化物半导体调制掺杂层9或者中间层(超晶格层)122的任意一方。其中，在使用了n型氮化物半导体调制掺杂层9以及中间层(超晶格层)122双方的情况下，能够进一步提高ESD耐压，并且能够更有效地抑制正向偏置电压施加时的泄漏电流的增大以及基于V坑15的发光面积的下降。
[氮化物半导体发光元件的制造方法]
接下来，说明氮化物半导体发光元件1的制造方法。
首先，例如通过溅射法等，在基板3之上形成缓冲层5。其次，例如通过MOCVD法等，在缓冲层5之上顺序形成第1氮化物半导体基底层7a、被设置为与缓冲层5以及第1氮化物半导体基底层7a的各自的表面相接的第2氮化物半导体基底层7b、下部n型氮化物半导体层8、n型氮化物半导体调制掺杂层9、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10、多层构造体121、中间层(超晶格层)122、MQW发光层14、p型氮化物半导体层16、p型氮化物半导体层17以及p型氮化物半导体层18。
其次，对p型氮化物半导体层18、p型氮化物半导体层17、p型氮化物半导体层16、MQW发光层14、中间层(超晶格层)122、多层构造体121、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10、n型氮化物半导体调制掺杂层9以及下部n型氮化物半导体层8的一部分进行蚀刻，以使下部n型氮化物半导体层8的一部分露出。在通过该蚀刻而露出的下部n型氮化物半导体层8的上表面上形成n侧电极21。
此外，在p型氮化物半导体层18的上表面顺序层叠透明电极23和p侧电极25。然后，按照覆盖透明电极23以及通过上述蚀刻而露出的各层的侧面的方式形成透明保护膜27。由此，可获得图1所示的氮化物半导体发光元件。另外，各层的组成以及厚度等如上述[氮化物半导体发光元件的构成]所示那样。
低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的形成方法并未特别限定，优选以比n型氮化物半导体调制掺杂层9以及下部n型氮化物半导体层8的生长温度(第1生长温度)低的温度(第2生长温度)来使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10生长。具体而言，优选将(第1生长温度-第2生长温度)设为50℃以上，更优选设为100℃以上。换言之，优选将低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度设为920℃以下，更优选设为860℃以下，进一步优选设为820℃以下。此外，优选将低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度设为600℃以上，更优选设为700℃以上。由此，低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的膜质与n型氮化物半导体调制掺杂层9的膜质相比有所下降，因此低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的V坑形成效果增大。由此，在MQW发光层14形成V坑15。
如果低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度过低，则有时MQW发光层14中的发光效率会下降。为此，优选将(第1生长温度-第2生长温度)设为400℃以下，进一步优选设为300℃以下。
此外，也可以使n型掺杂剂浓度高于n型氮化物半导体调制掺杂层9来形成低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10。即便是该情况，低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的V坑形成效果也会增大。由此，在MQW发光层14形成V坑15。关于n型掺杂剂浓度，如上述[低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)]所示那样。
多层构造体121的形成方法并未特别限定，优选以低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度(第2生长温度)以下的温度(第3生长温度)来生长多层构造体121。由此，可获得能够增大在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10产生的V坑15的大小的效果，所以能够谋求起因于ESD的不合格率的降低。为了有效地获得该效果，优选将第3生长温度设为600℃以上，更优选将第3生长温度设为600℃以上且900℃以下。
中间层(超晶格层)122的形成方法并未特别限定，优选以多层构造体121的生长温度(第3生长温度)以下的温度(第4生长温度)来生长中间层(超晶格层)122。由此，可获得能够增大在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10产生的V坑15的大小的效果。为了有效地获得该效果，优选将第4生长温度设为600℃以上且900℃以下，更优选将第4生长温度设为600℃以上且800℃以下。
优选低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度(第2生长温度)、多层构造体121的生长温度(第3生长温度)以及中间层(超晶格层)122的生长温度(第4生长温度)彼此相同。由此，可获得能够增大在低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10产生的V坑15的大小的效果。为了有效地获得该效果，低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的生长温度(第2生长温度)、多层构造体121的生长温度(第3生长温度)以及中间层(超晶格层)122的生长温度(第4生长温度)优选为600℃以上且900℃以下，更优选为600℃以上且850℃以下。
实施例1
接下来，说明本实施方式的具体的实施例1。另外，本实施方式并未限定于以下所示的实施例。
[制造工序]
实施例1的氮化物半导体发光元件1的制造工序如下所述。
首先，准备了由蓝宝石基板3构成的晶片，该蓝宝石基板3是对上表面实施了由凸部3A以及凹部3B构成的凹凸加工的直径为100mm的基板。凸部3A在俯视的情况下大致呈圆形，相邻的3个凸部3A被配置为在俯视的情况下大致位于等边三角形的顶点。相邻的凸部3A的顶点的间隔为2μm。
关于基板3的凹凸加工方法进行详细阐述。在基板3上形成了对图4所示的凸部3A的平面配置进行规定的掩模。并且，使用该掩模来对基板3的表面进行干蚀刻，从而在图4所示的平面配置下形成了凹部3B。
由此，基板3的表面的凸部3A被排列在基板3的表面的a(sub)轴方向(＜11-20＞方向)上，并且分别被排列在相对于基板3的表面的a(sub)轴方向而成+60°倾斜度的方向以及相对于基板3的表面的a(sub)轴方向而成-60°倾斜度的方向(均为u方向)。在此，凸部3A在基板3的表面的俯视观察下，分别位于在图4中虚线所示的虚拟三角形3t的顶点，并在虚拟三角形3t的3边的每条边的方向被周期性地排列。
凸部3A的底面中的平面形状为圆形。在基板3的表面的俯视观察下，相邻的凸部3A的间隔为2μm，作为凸部3A的底面中的平面形状的圆形的直径为1.2μm程度，凸部3A的高度为0.6μm程度。进而，基板3的表面的凸部3A以及凹部3B分别具有图1所示的剖面，凸部具有前端部。
对凸部3A以及凹部3B形成后的基板3的表面进行了RCA清洗。并且，在腔室内设置RCA清洗后的基板3并导入N2、O2和Ar，将基板加热至650℃。在N2、O2和Ar的混合氛围气中，通过溅射Al靶材的反应性溅射法，在具有凸部3A以及凹部3B的基板3的表面上形成了由AlON结晶构成的厚度25nm的缓冲层5，该AlON结晶由在基板3的表面的法线方向上伸长的晶粒一致的柱状结晶的集合体构成。
将形成有缓冲层5的晶片(基板3)收纳在第1MOCVD装置内。通过MOCVD法，使由未掺杂GaN构成的第1氮化物半导体基底层7a以及第2氮化物半导体基底层7b在缓冲层5的上表面上生长，接下来使由掺杂Si的n型GaN构成的下部n型氮化物半导体层8a在第2氮化物半导体基底层7b的上表面7b1上生长。此时，将基底层7整体的厚度设为4μm，将下部n型氮化物半导体层8a的厚度设为3μm，将下部n型氮化物半导体层8a中的n型掺杂剂浓度设为1×1019cm-3。
将从第1MOCVD装置取出的晶片(基板3)收纳在第2MOCVD装置内。将晶片温度设定为1081℃(第1生长温度)，使下部n型氮化物半导体层8b在下部n型氮化物半导体层8a的上表面上生长。下部n型氮化物半导体层8b是n型掺杂剂浓度为1×1019cm-3的n型GaN层，其厚度为1.5μm。
在将晶片温度保持为1081℃(第1生长温度)的状态下，在下部n型氮化物半导体层8b上按照厚度50nm的由掺杂Si的n型GaN构成的n型氮化物半导体层(n型GaN层9A、n型掺杂剂浓度：1×1019cm-3)、厚度87nm的由未掺杂GaN构成的氮化物半导体层(GaN层9B)、厚度50nm的由掺杂Si的n型GaN构成的n型氮化物半导体层(n型GaN层9A、n型掺杂剂浓度：1×1019cm-3)、以及厚度87nm的由未掺杂GaN构成的氮化物半导体层(GaN层9B)的顺序通过MOCVD法使其进行结晶生长，从而层叠了n型氮化物半导体调制掺杂层9。
其次，将晶片温度设定为801℃(第2生长温度)，使低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10在n型氮化物半导体调制掺杂层9的上表面上生长。具体而言，按照n型掺杂剂浓度成为1×1019cm-3的方式使厚度25nm的掺杂Si的GaN层生长。
在将晶片的温度保持为801℃(第3生长温度)的状态下，使多层构造体121生长。具体而言，将厚度7nm的掺杂Si的InGaN层、厚度30nm的掺杂Si的GaN层、厚度7nm的掺杂Si的InGaN层、以及厚度20nm的掺杂Si的GaN层各2层地交替层叠，从而作为多层构造体121。无论在哪个层中均将多层构造体121中的n型掺杂剂浓度设为7×1017cm-3。将InGaN层的In组成比设为与构成接下来生长的中间层(超晶格层)122的窄带隙层122B的In组成比相同。
接下来，在将晶片的温度保持为801℃(第4生长温度)的状态下，使中间层(超晶格层)122生长。具体而言，使由掺杂Si的GaN构成的宽带隙层122A和由掺杂Si的InGaN构成的窄带隙层122B交替地生长20周期。各宽带隙层122A的厚度为1.55nm。各窄带隙层122B的厚度为1.55nm。
关于各宽带隙层122A中的n型掺杂剂浓度，位于MQW发光层14侧的宽带隙层122A的5层为1×1019cm-3，与之相比位于基板3侧的宽带隙层122A为0cm-3(未掺杂)。
关于各窄带隙层122B中的n型掺杂剂浓度，位于MQW发光层14侧的窄带隙层122B的5层为1×1019cm-3，与之相比位于基板3侧的窄带隙层122B为0cm-3(未掺杂)。此外，由于对TMI(三甲基铟)的流量进行调整以使得阱层14W通过光致发光而发出的光的波长成为375nm，因此各窄带隙层122B的组成为InyGa1-yN(y＝0.04)。
其次，将晶片温度降至672℃，使MQW发光层14生长。具体而言，使阻挡层14A和由InGaN构成的阱层14W交替地生长，使阱层14W生长8层。各阻挡层14A的厚度为4.2nm。最初的阻挡层14Az以及阻挡层14A7中的n型掺杂剂浓度为4.3×1018cm-3，其他的阻挡层14A6、14A5、……、14A1设为未掺杂。
另外，关于最初的阻挡层14Az的厚度，在形成中间层(超晶格层)122之中位于最靠MQW发光层14侧的窄带隙层122B的目的下、且在使其具有中间层(超晶格层)122的组数中所不含的宽带隙层122A的作用的目的下，也可以比阻挡层14A7的厚度厚(例如厚度5.05nm)。此外，对于最初的阻挡层14Az中的n型掺杂剂浓度，也可以在最初的阻挡层14Az的上部(与最初的阻挡层14Az的上表面相距1.55nm的区域)设为1×1019cm-3，在最初的阻挡层14Az的下部(最初的阻挡层14Az的上部以外的部分)设为4.3×1018cm-3。
此外，也可以仅在阻挡层14A7的下部(与阻挡层14A7的下表面相距3.5nm的区域)掺杂n型掺杂剂，将阻挡层14A7的上部(阻挡层14A的下部以外的部分)设为未掺杂。这样，通过将阻挡层14A7的上部设为未掺杂，从而能够防止阱层14W7的注入载流子与被掺杂为n型的阻挡层部分直接相接。
作为阱层14W，将氮气用作载流子气体，使未掺杂InxGa1-xN层(x＝0.20)生长。各阱层14W的厚度设为2.7nm。此外，对TMI的流量进行调整以使得阱层14W通过光致发光而发出的光的波长成为448nm，设定了阱层14W中的In的组成x。
其次，在最上层的阱层14W1之上，使由未掺杂的GaN层构成的最后的阻挡层14A0(厚度10nm)生长。
将晶片温度升至1000℃，在最后的阻挡层14A0的上表面上，作为p型氮化物半导体层16、17、18而分别使p型Al0.18Ga0.82N层、p型GaN层以及p型接触层生长。
另外，在上述的各层的MOCVD生长中，作为Ga的原料气体而使用了TMG(三甲基镓)，作为Al的原料气体而使用了TMA(三甲基铝)，作为In的原料气体而使用了TMI(三甲基铟)，作为N的原料气体而使用了NH3。此外，作为n型掺杂剂的Si的原料气体而使用了SiH4，作为p型掺杂剂的Mg的原料气体而使用了Cp2Mg。但是，原料气体并不限定于上述气体，只要是作为MOCVD用原料气体被使用的气体，则能够不加以限定地进行使用。具体而言，作为Ga的原料气体能够使用TEG(三乙基镓)，作为Al的原料气体能够使用TEA(三乙基铝)，作为In的原料气体能够使用TEI(三乙基铟)，作为N的原料气体能够使用DMHy(二甲肼)等的有机氮化合物，作为Si的原料气体能够使用Si2H6或者有机Si等。
而且，对p型接触层(p型氮化物半导体层18)、p型GaN层(p型氮化物半导体层17)、p型AlGaN层(p型氮化物半导体层16)、MQW发光层14、中间层(超晶格层)122、多层构造体121、低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10以及n型氮化物半导体调制掺杂层9的各一部分进行了蚀刻，以使下部n型氮化物半导体层8的一部分露出。在通过该蚀刻而露出的下部n型氮化物半导体层8的上表面上，形成了含Au的n侧电极21。此外，在p型接触层18的上表面上，顺序形成了含ITO的透明电极23和含Au的p侧电极25。此外，按照主要覆盖透明电极23以及通过上述蚀刻而露出的各层的侧面的方式，形成了含SiO2的透明保护膜27。
其次，将晶片分割为620×680μm尺寸的芯片。由此，获得了实施例1所涉及的氮化物半导体发光元件1。
[评价]
将通过上述制造方法获得的氮化物半导体发光元件1安装于TO-18型芯柱，不进行树脂密封，测量了氮化物半导体发光元件1的光输出。在25℃的环境下以85mA来驱动氮化物半导体发光元件1，在驱动电压3.20V下获得了光输出P(25)＝101.5mW(主波长449nm)。此外，在80℃的环境下以85mA来驱动该氮化物半导体发光元件，获得了光输出P(80)＝98.9mW。由此，光输出P所涉及的温度特性变为P(80)/P(25)＝97.4％。另外，在本说明中，将25℃的环境下的光输出P标记为P(25)，将80℃的环境下的光输出P标记为P(80)。
进而，为了调查120mA的大电流驱动时的效果，变更基底层7的生长装置以及生长条件而作成了几个氮化物半导体发光元件1(芯片尺寸：620×680μm)。并且，与上述同样地进行光输出P(25)、P(80)的测量并求出了各自的温度特性：P(80)/P(25)。
此外，作为比较例，作成取代AlON缓冲层而使用基于MOCVD法的低温生长GaN层且除此之外相同的构造的氮化物半导体发光元件，同样地求出并比较了温度特性：P(80)/P(25)。此外，在各实施例以及比较例中，进行了将GaN结晶的(004)面以及GaN结晶的(102)面分别作为反射面的X射线的摇摆曲线半峰宽度：ω(004)、ω(102)的测量。其中，(004)以及(102)为结晶方向。在图5中示出实施例1～5的相对于电流密度：J(A/cm2)的温度特性：P(80)/P(25)的变化，在表1中示出X射线的摇摆曲线半峰宽度：ω(004)、ω(102)以及ω(004)、ω(102)所对应的位错密度、和图5的120mA驱动时的温度特性：P(80)/P(25)的关系。另外，在本实施方式的氮化物半导体发光元件1中，在ω(004)下螺旋位错为支配性的，在ω(102)下刃位错成为支配性。
[表1]
如表1可明确的那样，可知根据本实施方式，X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(004)、ω(102)越小，则温度特性：P(80)/P(25)越接近于100％。此外可知，X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(004)、ω(102)和与ω(004)、ω(102)对应的位错密度，在将ω分别设为X(004)、X(102)，将位错密度分别设为Y(004、Y(102)时，分别具有Y(004)＝2009.5X(004) 2、Y(102)＝9261.7X(102) 2-1671.6X(102)的相关关系。
如此对氮化物半导体发光元件1的制造工序中的各层构成、参数条件进行规定来控制X射线的摇摆曲线半峰宽度ω，从而能够获得即便在大电流驱动时温度特性也良好的氮化物半导体发光元件1。
例如，在120mA的大电流驱动时，将ω(004)设为40arcsec以下，或者将ω(102)设为130arcsec以下。此时的ω(004)、ω(102)所对应的位错密度，在每单位平方厘米下分别为3.2×106以下、1.6×108以下。此外，更优选将ω(004)设为35arcsec以下，或者将ω(102)设为110arcsec以下。此时的ω(004)、ω(102)所对应的位错密度，在每单位平方厘米下分别为2.5×106以下、1.1×108以下。通过这样规定ω的值(或者位错密度的值)，从而能够获得温度特性：P(80)/P(25)为95％以上的优异的氮化物半导体发光元件1。另外，X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(004)、ω(102)在理想状态下进行测量也不会变为零，例如ω(004)为40arcsec以下意味着“0＜ω(004)≤40[arcsec]”，ω(102)为130arcsec以下意味着“0＜ω(102)≤130[arcsec]”。
此外，X射线的摇摆曲线半峰宽度ω在上述范围内使MQW发光层14的阻挡层(未掺杂Si的阻挡层)的层数发生变化，并调查了MQW发光层14的阻挡层的层数和氮化物半导体发光元件的温度特性的关系。在图6中示出其结果。在图6中，横轴表征MQW发光层14的阻挡层的层数，左纵轴表征在80℃环境下的驱动电流80mA下的发光效率η，右纵轴表征25℃时的光输出P(25)和80℃时的光输出P(80)之比(P(80)/P(25))。另外，此时的X射线的摇摆曲线半峰宽度ω在任何情况下均是ω(004)在25.2～26.5arcsec的范围内，ω(102)在94.9～97.8arcsec的范围内。在图6中，(Vpit)意味着设有低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10，(ref)意味着未设有低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10。
如图6所示，可知在设有低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的构造中，与未设有低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的构造相比，在MQW发光层114的阻挡层(未掺杂Si的阻挡层)的层数为4以上且6以下的情况下，温度特性：P(80)/P(25)尤其得到提高。此外，通过外插预想温度线(图6的上侧的虚线)，从而可以推定出即便是MQW发光层14的阻挡层(未掺杂Si的阻挡层)的层数为7以上且9以下的情况下也可获得良好的温度特性。
根据上述结果，在设有低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)10的氮化物半导体发光元件1的构造中，当ω(004)为40arcsec以下、或者ω(102)为130arcsec以下时，更优选当ω(004)为35arcsec以下、或者ω(102)为110arcsec以下时，通过将未掺杂阻挡层(或者略微掺杂的轻掺杂阻挡层)的层数设为2层以上，优选设为4层以上，从而可以获得温度特性：P(80)/P(25)为95％以上的氮化物半导体发光元件1。另外，上述“轻掺杂”，意味着掺杂剂浓度为2×1017cm-3以下的情况。
当通常进行大电流驱动时，氮化物半导体发光元件的温度也成比例地变高。如果以大电流进行驱动且电流密度超过10A/cm2，则现有技术的氮化物半导体发光元件如图5可知的那样，具有温度特性：P(80)/P(25)在90％附近达到极限、或者初期特性良好但当电流密度变大时特性劣化的趋势。
另一方面，根据本实施方式，不同于现有技术的氮化物半导体发光元件那样的在20mA程度的低电流驱动区域中进行发光的构成、以电流密度为10A/cm2程度进行发光的构成，即便在电流密度为20A/cm2以上、优选为30A/cm2以上的区域内被驱动，也能够获得温度特性：P(80)/P(25)为95％以上的氮化物半导体发光元件1。
也就是说，本发明的要点之一在于，即便在以120mA以上的大电流区域(电流密度≈30.7A/cm2)来驱动例如芯片尺寸为620×680μm的氮化物半导体发光元件1的情况下氮化物半导体发光元件1的光输出也高。
以上，对本发明的实施方式以及实施例进行了说明，但是本发明的范围并不限定于这些内容，能够在不脱离发明主旨的范围内施以各种变更并实施。
产业上的可利用性
本发明可以在氮化物半导体发光元件及其制造方法中利用。
符号说明
1 氮化物半导体发光元件
3 基板
3a 凸部
3b 凹部
5  缓冲层
7  基底层
7a 第1氮化物半导体基底层
7b 第2氮化物半导体基底层
8a、8b 下部n型氮化物半导体层
9 n型氮化物半导体调制掺杂层
10 低温n型氮化物半导体层(V坑产生层)
14 MQW发光层(发光层)
14A 阻挡层
14W 阱层
15V 坑
16、17、18 p型氮化物半导体层
21 n侧电极
23 透明电极
25 p侧电极
27 透明保护膜
30 台面部
121 多层构造体
122 作为中间层的超晶格层
122A 宽带隙层
122B 窄带隙层

Claims (13)

1.一种氮化物半导体发光元件，具备：
基板；
缓冲层，被设置在所述基板上；
基底层，被设置在所述缓冲层上；
n侧氮化物半导体层，被设置在所述基底层上；
发光层，被设置在所述n侧氮化物半导体层上；和
p侧氮化物半导体层，被设置在所述发光层上，
所述氮化物半导体发光元件的特征在于，
与作为构成氮化物半导体发光元件的各层的结晶面的(004)面相关的X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(004)为40arcsec以下，或者与(102)面相关的X射线的摇摆曲线半峰宽度ω(102)为130arcsec以下，同一工作电流下的25℃时的光输出P(25)和80℃时的光输出P(80)的比率P(80)/P(25)为95％以上。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述氮化物半导体发光元件在电流密度为20A/cm2以上的大电流区域中被驱动。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述缓冲层包含AlN或者AlON。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述基板在设有所述缓冲层的表面具有多个凹部和在相邻的所述凹部之间配置的多个凸部，
设置在所述缓冲层上的所述基底层具备：第1基底层，其形成在所述基板的所述凹部上，且具备倾斜刻面；和第2基底层，其形成为覆盖所述第1基底层以及所述基板的所述凸部。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述发光层由交替地层叠阱层和阻挡层的多量子阱构成，并且具备4层以上的未掺杂阻挡层或者掺杂有2×1017cm-3以下的n型掺杂剂的轻掺杂阻挡层，
同一工作电流下的25℃时的光输出P(25)和80℃时的光输出P(80)的比率P(80)/P(25)为95％以上。
6.根据权利要求5所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述阻挡层的厚度为3nm以上且7nm以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述n侧氮化物半导体层在所述发光层之下具备中间层，并且在所述中间层之下具备多层构造体，
对于所述中间层，层叠多个氮化物半导体层而构成，相对于邻接的其他氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层、和带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠而构成，
对于所述多层构造体，层叠多个氮化物半导体层而构成，膜厚比构成所述中间层的各层厚且相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层、和膜厚比构成所述中间层的各层厚且相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠而构成。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述n侧氮化物半导体层具备：下部n型氮化物半导体层、和形成在所述下部n型氮化物半导体层之上的n型氮化物半导体调制掺杂层，
所述n型氮化物半导体调制掺杂层至少具备n型掺杂剂浓度比所述下部n型氮化物半导体层低的氮化物半导体层。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
所述n侧氮化物半导体层具备：下部n型氮化物半导体层、和在所述下部n型氮化物半导体层之上以比所述下部n型氮化物半导体层低50℃～400℃的温度生长的低温n型氮化物半导体层，
所述低温n型氮化物半导体层的n型掺杂剂浓度比所述n型氮化物半导体层的n型掺杂剂浓度高，为1.1倍以上。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于，
在所述发光层之下具备中间层，
所述中间层，为层叠多个氮化物半导体层而构成，是相对于邻接的其他的氮化物半导体层而带隙能量相对小的氮化物半导体层、和带隙能量相对大的氮化物半导体层被交替地层叠而成的超晶格层，
所述中间层中，位于所述发光层侧的至少2层的氮化物半导体层由n型半导体层构成，与该n型半导体层相比位于所述基板侧的氮化物半导体层由未掺杂层构成。
11.一种氮化物半导体发光元件的制造方法，该氮化物半导体发光元件设有n侧氮化物半导体层、发光层、和p侧氮化物半导体层，
所述氮化物半导体发光元件的制造方法的特征在于，包括：
在基板表面上设置多个凹部和在相邻的所述凹部之间配置的多个凸部的工序；
通过溅射法在所述基板上设置AlN或者AlON缓冲层的工序；
通过MOCVD法在所述缓冲层上设置基底层的工序；
在所述基底层上设置所述n侧氮化物半导体层的工序；
在所述n侧氮化物半导体层上设置发光层的工序；和
在所述发光层上设置p侧氮化物半导体层的工序。
12.根据权利要求11所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
设置所述基底层的工序包括：
在所述基板的所述凹部上设置具备倾斜刻面的第1基底层的工序；和
设置第2基底层使其覆盖所述第1基底层以及所述基板的所述凸部的工序。
13.根据权利要求11或12所述的氮化物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
设置所述n侧氮化物半导体层的工序包括：
以第1生长温度来形成下部n型氮化物半导体层以及n型氮化物半导体调制掺杂层的工序；
在所述n型氮化物半导体调制掺杂层之上，以比所述第1生长温度低50℃～400℃的第2生长温度来形成低温n型氮化物半导体层的工序；
在所述低温n型氮化物半导体层之上，以所述第2生长温度以下的第3生长温度来形成将带隙能量不同的多个氮化物半导体层进行层叠而构成的多层构造体的工序；和
在所述多层构造体之上，以所述第3生长温度以下的第4生长温度来形成中间层的工序，该中间层由带隙能量不同的多个氮化物半导体层的超晶格构成。
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