JP2019050337A - 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の井戸層間に生じる電子構造の不均一性を抑制して発光出力を向上させることができる窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮによって形成されたｎ型クラッド層３０と、第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃと前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層５４ａ，５４ｂ，５４ｃとをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを含む窒化物半導体発光素子１であって、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃの第２のＡｌ組成比は、ｎ型クラッド層３０側からｎ型クラッド層３０の反対側に向かってＡｌ組成比が所定の増加率で増加する。【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
近年、青色光を出力する発光ダイオードやレーザダイオード等の窒化物半導体発光素子が実用化されており、発光出力を向上させた窒化物半導体発光素子の開発が進められている（特許文献１参照。）。
特許第５２９６２９０号公報
特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、複数の障壁層および、障壁層よりもバンドギャップの小さい複数の井戸層をこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる窒化物半導体積層体と、ＡｌＮガイド層と、ｐ型窒化物半導体層と有している。
また、特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子では、複数の障壁層のＡｌ組成比は、複数の井戸層のＡｌ組成比よりも大きく、また、複数の障壁層間で一定の値を有している。
ところで、障壁層のＡｌ組成比と井戸層のＡｌ組成比との間に差がある場合、障壁層と井戸層との界面にピエゾ効果による電界が発生する。この電界により、障壁層のＡｌ組成比を複数の障壁層間で一定の値にしたとしても、複数の井戸層において電子構造に不均一性が生じる。このことが、窒化物半導体発光素子の発光出力の低下を招く原因となっていた。
そこで、本発明は、複数の井戸層間に生じる電子構造の不均一性を抑制し発光出力を向上させることができる窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決することを目的として、第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮによって形成されたｎ型クラッド層と、前記第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された複数の障壁層と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを含む窒化物半導体発光素子であって、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層の前記第２のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層側から前記ｎ型クラッド層の反対側に向かってＡｌ組成比が所定の増加率で増加する窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。
本発明によれば、複数の井戸層間に生じる電子構造の不均一性を抑制して、発光出力を向上させることができる窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。 図２は、本発明の発光素子のＡｌ組成比を従来の発光素子のＡｌ組成比と比較して模式的に示すグラフである。 図３は、実施例１及び比較例に係る発光素子の波長と発光出力とを示す図であり、（ａ）は、各結果を表で示した図、（ｂ）は、各結果をグラフで示した図である。
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１から図３を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体発光素子の寸法比と一致するものではない。
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう。）は、紫外領域の波長の光を発する発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）である。本実施の形態では、特に、中心波長が２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外光を発する発光素子１を例に挙げて説明する。
図１に示すように、発光素子１は、基板１０と、バッファ層２０と、ｎ型クラッド層３０と、傾斜層４０と、多重量子井戸層を含む発光層５０と、電子ブロック層６０と、ｐ型クラッド層７０と、ｐ型コンタクト層８０と、ｎ側電極９０と、ｐ側電極９２とを含んで構成されている。
発光素子１を構成する半導体には、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系のIII族窒化物半導体を用いることができる。また、これらのIII族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置き換えても良く、また、Ｎの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置き換えても良い。
基板１０は、発光素子１が発する深紫外光に対して透光性を有している。基板１０は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）を含んで構成される。基板１０には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板の他に、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板や、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板を用いてもよい。
バッファ層２０は、基板１０上に形成されている。バッファ層２０は、ＡｌＮ層２２と、ＡｌＮ層２２上に形成されるアンドープのｕ−ＡｌｐＧａ１−ｐＮ層２４（０≦ｐ≦１）を含んで構成されている。また、基板１０及びバッファ層２０は、下地構造部２を構成する。なお、ｕ−ＡｌｐＧａ１−ｐＮ層２４は、必ずしも設けなくてもよい。
ｎ型クラッド層３０は、下地構造部２上に形成されている。ｎ型クラッド層３０は、ｎ型のＡｌＧａＮ（以下、単に「ｎ型ＡｌＧａＮ」ともいう）により形成された層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌｑＧａ１−ｑＮ層（０≦ｑ≦１）である。なお、ｎ型の不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、炭素（Ｃ）等を用いてもよい。ｎ型クラッド層３０は、１μｍ〜３μｍ程度の厚さを有し、例えば、２μｍ程度の厚さを有している。ｎ型クラッド層３０は、単層でもよく、多層構造でもよい。
傾斜層４０は、ｎ型クラッド層３０上に形成されている。傾斜層４０は、ｎ型ＡｌＧａＮにより形成された層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌｚＧａ１−ｚＮ層（０≦ｚ≦１）である。傾斜層４０は、１〜１００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２５ｎｍ程度の厚さを有している。傾斜層４０はｎ型クラッド層３０と後述する多重量子井戸層のｎ型クラッド層側の障壁層５２ａとの界面を制御する役割を担う層である。
多重量子井戸層を含む発光層５０は、傾斜層４０上に形成されている。発光層５０は、ＡｌｒＧａ１−ｒＮを含んで構成される障壁層５２ａを含む３層の障壁層５２ａ、５２ｂ、５２ｃとＡｌｓＧａ１−ｓＮを含んで構成される３層の井戸層５４ａ、５４ｂ、５４ｃ（０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＞ｓ、図２参照）とをこの順に交互に積層した多重量子井戸層を含む層である。発光層５０は、波長３５０ｎｍ以下の深紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成されている。なお、障壁層５２及び井戸層５４の層の数Ｎ（Ｎは自然数）は、必ずしも３に限定されるものではなく、２でもよく、又は４以上でもよい。また、以下では、３つの障壁層５２のうちのいずれかの障壁層を他の障壁層と区別して特定する必要がある場合は、ｎ型クラッド層３０側の障壁層５２を第１の障壁層５２ａとし、電子ブロック層６０側の障壁層５２を第３の障壁層５２ｃとし、第１の障壁層５２ａ及び第３の障壁層５２ｃの間に位置する障壁層５２を第２の障壁層５２ｂとして説明する。
図２を参照して説明する。図２は、発光素子１のＡｌ組成比を従来の発光素子のＡｌ組成比と比較して模式的に示すグラフである。図２の記号Ａは、本発明に係る発光素子１のＡｌ組成比を示し、図２の記号Ｂは、従来の発光素子のＡｌ組成比を示す。なお、Ａｌ組成比には、別の表現として、「ＡｌＮモル分率」（％）を用いることができる。
ｎ型クラッド層３０のＡｌ組成比は、４０％〜６０％程度、好ましくは、５０％から６０％程度、より好ましくは、５４．６％程度である。
傾斜層４０のＡｌ組成比は、ｎ型クラッド層３０側から第１の障壁層５２ａ側に向かって連続的に増加するように設定されている。好ましくは、傾斜層４０のＡｌ組成比は、ｎ型クラッド層３０側から第１の障壁層５２ａ側に向かって、単位深さ（ｎｍ）あたり約１．０％増加する増加率で変化している。
なお、傾斜層４０のＡｌ組成比は、直線的に傾斜して増加するものに限られず、階段状に増加するものや曲線的に傾斜して増加するものであってもよい。
第１〜第３の障壁層５２のＡｌ組成比は、それぞれｎ型クラッド層３０のＡｌ組成比よりも大きく、例えば、７０％以上、好ましくは、８０％以上である。第１〜第３の障壁層５２ａ，５２ｂ，５３ｃのＡｌ組成比は、それぞれ第２のＡｌ組成比の一例である。
また、障壁層５２のＡｌ組成比は、障壁層５２と井戸層５４との界面でピエゾ効果による電界の発生を抑制する値を有している。障壁層５２のＡｌ組成比は、例えば、ｎ型クラッド層３０側からｎ型クラッド層３０と反対側（すなわち、電子ブロック層６０側）に向かって順に増加する。具体的には、第１〜第３の障壁層５２のＡｌ組成比は、第１の障壁層５２ａ、第２の障壁層５２ｂ、及び第３の障壁層５２ｃの順に大きくなるように定めされている。換言すれば、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比は、第１の障壁層５２ａの組成比よりも大きく、第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比は、第２の障壁層５２ｂの組成比よりも大きい。
より具体的には、第１〜第３の障壁層５２のＡｌ組成比は、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成比、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比、及び第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比の順に、所定の増加率で増加している。一例として、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成比は８２．０％、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比は８２．９％、第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比は８５．２％である。この場合、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成比及び第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比間の増加率は、１．１７％であり、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比及び第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比間の増加率は、２．７０％である。
また、別の一例として、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成率を７０．０％程度とし、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比を７３．０％程度とし、第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比を７６．０％程度としてもよい。この場合、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成比及び第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比間の増加率は、４．２９％であり、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比及び第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比間の増加率は、４．１１％である。
また、さらに別の一例として、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成率を８４．５％程度とし、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比を８５．３％程度とし、第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比を８９．８％程度としてもよい。この場合、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成比及び第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比間の増加率は、０．９５％であり、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比及び第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比間の増加率は、５．２８％である。
以上を換言すれば、多重量子井戸層の複数の障壁層５２ａ，５２ｂ，５３の第２のＡｌ組成比は、ｎ型クラッド層３０側から電子ブロック層６０側に向かって０．９％〜５．３％の増加率で増加する。好ましくは、多重量子井戸層の複数の障壁層５２ａ，５２ｂ，５３の第２のＡｌ組成比は、ｎ型クラッド層３０側から電子ブロック層６０側に向かって、１．１％〜２．７％の増加率で増加する。
電子ブロック層６０は、発光層５０上に形成されている。電子ブロック層６０は、ｐ型のＡｌＧａＮ（以下、単に「ｐ型ＡｌＧａＮ」ともいう。）により形成された層である。電子ブロック層６０は、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さを有している。なお、電子ブロック層６０は、ＡｌＮにより形成された層を含んでもよく、ＧａＮを含まないＡｌＮにより形成されているものであってもよい。また、電子ブロック層６０は、必ずしもｐ型の半導体層に限られず、アンドープの半導体層でもよい。
ｐ型クラッド層７０は、電子ブロック層６０上に形成されている。ｐ型クラッド層７０は、ｐ型ＡｌＧａＮにより形成される層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌｔＧａ１−ｔＮクラッド層（０≦ｔ≦１）である。なお、ｐ型の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いてもよい。ｐ型クラッド層７０は、３００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚さを有する。
ｐ型コンタクト層８０は、ｐ型クラッド層７０上に形成されている。ｐ型コンタクト層８０は、例えば、Ｍｇ等の不純物が高濃度にドープされたｐ型のＧａＮ層である。
ｎ側電極９０は、ｎ型クラッド層３０の一部の領域上に形成されている。ｎ側電極９０は、例えば、ｎ型クラッド層３０の上に順にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。
ｐ側電極９２は、ｐ型コンタクト層８０の上に形成されている。ｐ側電極９２は、例えば、ｐ型コンタクト層８０の上に順に積層されるニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の多層膜で形成される。
次に、発光素子１の製造方法について説明する。基板１０上にバッファ層２０を形成する。具体的には、基板１０上に、ＡｌＮ層２２と、アンドープのｕ−Ａｌ１−ａＧａａＮ層２４を高温成長させる。次に、バッファ層２０上にｎ型クラッド層３０を高温成長させる。次に、ｎ型クラッド層３０上に、Ａｌの供給量を調整（例えば、Ａｌの組成比が単位深さ（ｎｍ）あたり１．０±０．１％程度増加）しながら、傾斜層４０を、例えば１１００度で高温成長させる。
次に、傾斜層４０上に発光層５０を高温成長させる。具体的には、傾斜層４０上に、第１の障壁層５２ａ、井戸層５４、第２の障壁層５２ｂ、井戸層５４、第３の障壁層５２、井戸層５４を順に高温成長させる。第１〜第３の障壁層５２を傾斜層４０上に成長させる際、Ａｌの供給量が順に増加するように適宜調整する。
次に、発光層５０上に、電子ブロック層６０、及びｐ型クラッド層７０を順に高温成長させる。ｎ型クラッド層３０、傾斜層４０、発光層５０、電子ブロック層６０、及びｐ型クラッド層７０は、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシ法（Halide Vapor Phase Epitaxy：ＮＶＰＥ）等の周知のエピタキシャル成長法を用いて形成することができる。
次に、ｐ型クラッド層７０の上にマスクを形成し、マスクが形成されていない露出領域の傾斜層４０、発光層５０、電子ブロック層６０、及びｐ型クラッド層７０を除去する。傾斜層４０、発光層５０、電子ブロック層６０、及びｐ型クラッド層７０の除去は、例えば、プラズマエッチングにより行うことができる。ｎ型クラッド層３０の露出面３０ａ（図１参照）上にｎ側電極９０を形成し、マスクを除去したｐ型コンタクト層８０上にｐ側電極９２を形成する。ｎ側電極９０及びｐ側電極９２は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。以上により、図１に示す発光素子１が形成される。
次に、本発明の実施の形態に係る実施例について図３を参照して説明する。図３は、実施例１から実施例５、及び比較例１及び２に係る発光素子１の発光波長と発光出力とを示す図であり、（ａ）は、各結果を表で示した図、（ｂ）は、各結果をグラフで示した図である。実施例１から実施例５に係る発光素子１は、多重量子井戸層の複数の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃの第２のＡｌ組成比がこの順に増加している。、具体的には、実施例１から実施例５に係る発光素子１は、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成比が８２．０％、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比が８２．９％、第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比が８５．２％の例である。また、比較例１及び２は、多重量子井戸層の複数の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃの第２のＡｌ組成比がこの順に所定の増加率で増加しない従来の発光素子１である。
図３（ａ）、（ｂ）に、実施例１〜５、及び比較例１及び２に係る発光素子１の発光出力（任意単位、当社比）を示す。発光波長（ｎｍ）は、発光出力を計測した波長である。発光出力は、種々の公知の方法で測定することが可能でありが、本実施例では、一例として、上述したｎ側電極９０及びｐ側電極９２の間に電流を流し、発光素子１の下側に設置した光検出器により測定した。
図３（ａ）に示すように、実施例１では、２８０.７ｎｍの発光波長で１.２４の発光出力が得られた。実施例２では、２８３.３ｎｍの発光波長で１.２８の発光出力が得られた。実施例３では、２８３.１ｎｍの発光波長で１.２３の発光出力が得られた。実施例４では、２８１.７ｎｍの発光波長で１.２５の発光出力が得られた。実施例５では、２８３.０ｎｍの発光波長で1.２０の発光出力が得られた。
これらに対し、比較例１では、２７９.８ｎｍの発光波長で０.７４の発光出力が得られた。比較例２では、２８３．８ｎｍに発光波長で０．８６の発光出力が得られた。
以上をまとめると、比較例１及び２では、発光出力が１．０未満にであったのに対し、実施例１〜５ではいずれも１．２以上となった。また、実施例１〜５の発光出力は、いずれも、比較例１の発光出力の１．６倍以上、比較例２の発光出力の１．４倍以上となった。以上のように、本発明により、発光素子１の発光出力が上昇することが明らかになった。
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る発光素子１では、第１〜第３の障壁層５２のＡｌ組成比が、第１の障壁層５２ａ、第２の障壁層５２ｂ、及び第３の障壁層５２ｃの順に増加するように構成された発光層５０が設けられている。これにより、発光素子１の深紫外光の発光出力を上昇させることが可能となる。このようなＡｌ組成比を有する障壁層５２を設けることにより、従来の発光素子で生じていたピエゾ効果による電界を低減して、複数の井戸層間に生じる電子構造の不均一性を抑制することができたためと考えられる。
（実施形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
［１］第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮによって形成されたｎ型クラッド層（３０）と、前記第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された複数の障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを備えた含む窒化物半導体発光素子（１）であって、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）の前記第２のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層側から前記ｎ型クラッド層の反対側に向かってＡｌ組成比が所定の増加率値で増加する、窒化物半導体発光素子（１）。
［２］前記ｎ型クラッド層（３０）の前記第１のＡｌ組成比は、５０％〜６０％の間の値である、［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［３］前記障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）の前記第２のＡｌ組成比は、８０％以上の値である、［１］又は［２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［４］前記増加率は、１．１％〜２．７％の間の値である、［１］から［３］のいずれか１つのいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［５］基板（１０）上にｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層（３０）を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層上に、第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮを有する障壁層と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを形成する工程とを備え、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層を形成する工程は、前記ｎ型クラッド層側から前記クラッド層と反対側に向かってＡｌ組成比が所定の増加率で増加するようにＡｌの供給量を増加させながら形成する、窒化物半導体発光素子の製造方法。
１…窒化物半導体発光素子（発光素子）
２…下地構造部
１０…基板
２０…バッファ層
２２…ＡｌＮ層
２４…ｕ−Ａｌ１−ａＧａａＮ層
３０…ｎ型クラッド層
３０ａ…露出面
４０…傾斜層
５０…発光層
５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…障壁層
５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ…井戸層
６０…電子ブロック層
７０…ｐ型クラッド層
８０…ｐ型コンタクト層
９０…ｎ側電極
９２…ｐ側電極
本発明は、上記課題を解決することを目的として、第１のＡｌ組成比を有するｎ型Ａｌ
ＧａＮによって形成されたｎ型クラッド層と、前記第１のＡｌ組成比よりも大きな第２の
Ａｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された複数の障壁層と前記第２のＡｌ組成比
より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多
重量子井戸層とを含む窒化物半導体発光素子であって、前記多重量子井戸層の前記複数の
障壁層の前記第２のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層側から前記ｎ型クラッド層の反対
側に向かって増加する増加率で増加する窒化物半導体発光素子及び窒化物半導
体発光素子の製造方法を提供する。
次に、本発明の実施の形態に係る実施例について図３を参照して説明する。図３は、実施例１から実施例５、及び比較例１及び２に係る発光素子１の発光波長と発光出力とを示す図であり、（ａ）は、各結果を表で示した図、（ｂ）は、各結果をグラフで示した図である。実施例１から実施例５に係る発光素子１は、多重量子井戸層の複数の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃの第２のＡｌ組成比がこの順に増加している。具体的には、実施例１から実施例５に係る発光素子１は、第１の障壁層５２ａのＡｌ組成比が８２．０％、第２の障壁層５２ｂのＡｌ組成比が８２．９％、第３の障壁層５２ｃのＡｌ組成比が８５．２％の例である。また、比較例１及び２は、多重量子井戸層の複数の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃの第２のＡｌ組成比がこの順に所定の増加率で増加しない従来の発光素子１である。
［１］第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮによって形成されたｎ型クラッド層（３０）と、前記第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された複数の障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを備えた含む窒化物半導体発光素子（１）であって、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）の前記第２のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層側から前記ｎ型クラッド層の反対側に向かって増加する増加率で増加する、窒化物半導体発光素子（１）。
［２］前記ｎ型クラッド層（３０）の前記第１のＡｌ組成比は、５０％〜６０％の間の値である、［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［３］前記障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）の前記第２のＡｌ組成比は、８０％以上の値である、［１］又は［２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［４］前記増加率は、１．１％〜２．７％の間の値である、［１］から［３］のいずれか１つのいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
［５］前記ｎ型クラッド層と前記多重量子井戸層との間に位置して、前記ｎ型クラッド層側から前記多重量子井戸層側に向かって増加するＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された傾斜層をさらに備える、前記［１］から［４］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
［６］基板（１０）上にｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層（３０）を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層上に、第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮを有する障壁層と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを形成する工程とを備え、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層を形成する工程は、前記ｎ型クラッド層側から前記クラッド層と反対側に向かって増加する増加率で増加するようにＡｌの供給量を増加させながら形成する、窒化物半導体発光素子の製造方法。
［１］第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮによって形成されたｎ型クラッド層（３０）と、前記第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された複数の障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを備えた含む窒化物半導体発光素子（１）であって、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）の前記第２のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層側から前記ｎ型クラッド層の反対側に向かって増加する増加率で増加する、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの中心波長を有する深紫外光を発する窒化物半導体発光素子（１）。
［２］前記ｎ型クラッド層（３０）の前記第１のＡｌ組成比は、５０％〜６０％の間の値である、［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［３］前記障壁層（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）の前記第２のＡｌ組成比は、８０％以上の値である、［１］又は［２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［４］前記増加率は、１．１％〜２．７％の間の値である、［１］から［３］のいずれか１つのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
［５］前記ｎ型クラッド層と前記多重量子井戸層との間に位置して、前記ｎ型クラッド層側から前記多重量子井戸層側に向かって増加するＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された傾斜層をさらに備える、前記［１］から［４］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
［６］基板（１０）上にｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層（３０）を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層上に、第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮを有する障壁層と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを形成する工程とを備え、前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層を形成する工程は、前記ｎ型クラッド層側から前記クラッド層と反対側に向かって増加する増加率で増加するようにＡｌの供給量を増加させながら形成する、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの中心波長を有する深紫外光を発する窒化物半導体発光素子の製造方法。

Claims (5)

  1. 第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮによって形成されたｎ型クラッド層と、
    前記第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによって形成された複数の障壁層と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層と
    を含む窒化物半導体発光素子であって、
    前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層の前記第２のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層側から前記ｎ型クラッド層の反対側に向かってＡｌ組成比が所定の増加率で増加する、
    窒化物半導体発光素子。
  2. 前記ｎ型クラッド層の前記第１のＡｌ組成比は、５０％〜６０％の間の値である、
    請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 前記複数の障壁層の前記第２のＡｌ組成比は、８０％以上である、
    請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
  4. 前記増加率は、１．１％〜２．７％の間の値である、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  5. 基板上にｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層を形成する工程と、
    第１のＡｌ組成比よりも大きな第２のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮを有する複数の障壁層と前記第２のＡｌ組成比より小さいＡｌ組成比を有する複数の井戸層とをこの順に交互にＮ層ずつ積層してなる多重量子井戸層とを形成する工程とを備え、
    前記多重量子井戸層の前記複数の障壁層を形成する工程は、前記ｎ型クラッド層側から前記ｎ型クラッド層の反対側に向かってＡｌ組成比が所定の増加率で増加するようにＡｌの供給量を増加させながら形成する、
    窒化物半導体発光素子の製造方法。
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