JP2021190687A - 窒化物半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】絶縁化することなく、安定して高い電流密度での駆動に耐えうる窒化物半導体素子を提供する。
【解決手段】窒化物半導体素子は、活性層と、前記活性層よりも上方に形成され、Ｍｇを含み、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少し、Ａｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層と、を備え、前記ＡｌＧａＮ層は、前記Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さく、前記ＡｌＧａＮ層における前記Ｍｇの濃度ｂ１が０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さい第一ＡｌＧａＮ領域を有する。
【選択図】図１
【解決手段】窒化物半導体素子は、活性層と、前記活性層よりも上方に形成され、Ｍｇを含み、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少し、Ａｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層と、を備え、前記ＡｌＧａＮ層は、前記Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さく、前記ＡｌＧａＮ層における前記Ｍｇの濃度ｂ１が０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さい第一ＡｌＧａＮ領域を有する。
【選択図】図１
Description
本開示は、窒化物半導体素子に関する。
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）窒化物半導体素子が用いられている。窒化物半導体素子が発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合、マイクロＬＥＤのように素子面積を小さくした発光ダイオードがあり、この場合、高出力を得るには高い電流密度の駆動に耐えうる素子が必要となる。また、窒化物半導体素子がレーザダイオード（ＬＤ）の場合、レーザ発振を実現するために１ｋＡ／ｃｍ２を越える高い電流密度での駆動に耐えうる素子が必要となる。そこで、例えばＡｌ組成が厚さ方向に減少するＡｌＧａＮで形成されたｐ型クラッド層を有する窒化物半導体素子が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を組成傾斜することによって、レーザ発振する閾値電流密度及び閾値電圧が低くなることが開示されている。
しかしながら、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成が傾斜している場合であっても、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌＧａＮの組成によっては窒化物半導体素子が絶縁化あるいは高抵抗化してしまう場合があった。
本開示は、安定して高い電流密度での駆動に耐えうる窒化物半導体素子を提供することを目的とする。
本開示は、安定して高い電流密度での駆動に耐えうる窒化物半導体素子を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る窒化物半導体素子は、活性層と、前記活性層よりも上方に形成され、Ｍｇを含み、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層と、を備え、前記ＡｌＧａＮ層は、前記Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さく、前記ＡｌＧａＮ層における前記Ｍｇの濃度ｂ１が０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さい第一ＡｌＧａＮ領域を有することを特徴とする。
本開示の一態様によれば、絶縁化又は高抵抗化することなく、安定して高い電流密度での駆動に耐えうる窒化物半導体素子を提供することができる。
以下、実施形態を通じて本実施形態に係る窒化物半導体素子を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
１．第一実施形態
以下、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１について、図１及び図２を参照して説明する。
窒化物半導体素子１は、紫外光を発光可能なレーザダイオードである。窒化物半導体素子１は、電流注入によって紫外レーザ光を放射することが可能である。窒化物半導体素子１は、例えば、波長が２８０ｎｍから３２０ｎｍのＵＶＢの領域の発光を得ることができる。
以下、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１について、図１及び図２を参照して説明する。
窒化物半導体素子１は、紫外光を発光可能なレーザダイオードである。窒化物半導体素子１は、電流注入によって紫外レーザ光を放射することが可能である。窒化物半導体素子１は、例えば、波長が２８０ｎｍから３２０ｎｍのＵＶＢの領域の発光を得ることができる。
［窒化物半導体素子の全体構成］
図１及び図２を参照して、窒化物半導体素子１の構成について説明する。
図１に示すように、窒化物半導体素子１は、基板１１と、基板１１の上方に設けられた窒化物半導体活性層（活性層の一例）３５２と、窒化物半導体活性層３５２の上方に設けられ、Ａｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮ層３２と、ＡｌＧａＮ層３２の上面を被覆する第二窒化物半導体層３３と、を備えている。窒化物半導体素子１は、基板１１の上方に、ＡｌＮ層（下地層の一例）３０と、第一窒化物半導体層３１と、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５と、電子ブロック層３４と、ＡｌＧａＮ層３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層された構成とされている。また、窒化物半導体素子１は、第二窒化物半導体層３３に接触して設けられた第一電極１４と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を備えている。
以下、窒化物半導体素子１を構成する各部について詳細に説明する。
図１及び図２を参照して、窒化物半導体素子１の構成について説明する。
図１に示すように、窒化物半導体素子１は、基板１１と、基板１１の上方に設けられた窒化物半導体活性層（活性層の一例）３５２と、窒化物半導体活性層３５２の上方に設けられ、Ａｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮ層３２と、ＡｌＧａＮ層３２の上面を被覆する第二窒化物半導体層３３と、を備えている。窒化物半導体素子１は、基板１１の上方に、ＡｌＮ層（下地層の一例）３０と、第一窒化物半導体層３１と、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５と、電子ブロック層３４と、ＡｌＧａＮ層３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層された構成とされている。また、窒化物半導体素子１は、第二窒化物半導体層３３に接触して設けられた第一電極１４と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を備えている。
以下、窒化物半導体素子１を構成する各部について詳細に説明する。
＜ＡｌＧａＮ層＞
ＡｌＧａＮ層３２は、図２に示すように、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮで形成されている。本実施形態の窒化物半導体素子１では、一層構造のＡｌＧａＮ層３２（第一ＡｌＧａＮ領域の一例）について説明する。このようなＡｌＧａＮ層３２を有する窒化物半導体素子１は、例えば紫外線Ｂ波を発光する紫外線レーザダイオードである。
ＡｌＧａＮ層３２は、図２に示すように、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮで形成されている。本実施形態の窒化物半導体素子１では、一層構造のＡｌＧａＮ層３２（第一ＡｌＧａＮ領域の一例）について説明する。このようなＡｌＧａＮ層３２を有する窒化物半導体素子１は、例えば紫外線Ｂ波を発光する紫外線レーザダイオードである。
ＡｌＧａＮ層３２は、マグネシウム（以下、Ｍｇと記載する場合がある）を含み、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されている。ＡｌＧａＮ層３２は、Ｍｇを不純物としてドープしたｐ型半導体である。ＡｌＧａＮ層３２では、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さくなっている。すなわち、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１は、０＜ａ１＜０．２２となっている。ＡｌＧａＮ層３２におけるＡｌ組成比ｘ１は、この範囲内であれば、ＡｌＧａＮ層３２の厚さ方向全域において一定の変化率で減少しても良く、位置によって異なる変化率で減少していても良い。
また、Ａｌ組成比ｘ１は、ＡｌＧａＮ層３２の厚さ方向の途中において一旦Ａｌ組成比ｘ１が一定となる領域を有することでＡｌ組成比ｘ１が多段階で変化する構成であっても良い。この場合、ＡｌＧａＮ層３２の厚さ方向全体におけるＡｌ組成比ｘ１の組成傾斜率が、上述した範囲内であればよい。すなわち、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ初端組成比（電子ブロック層３４側の境界におけるＡｌ組成比）と、終端組成比（第二窒化物半導体層３３側の境界におけるＡｌ組成比）との差分をＡｌＧａＮ層３２の厚さで除した場合の値が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さくなっていればよい。
ＡｌＧａＮ層３２は、Ａｌの組成比をｘ１とした場合に、Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１）Ｎで形成されており、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比ｘ１は、例えば０．２＜ｘ１≦１．０であることが好ましく、０．３≦ｘ１≦１．０であることがより好ましく、０．４≦ｘ１≦１．０であることがさらに好ましい。すなわち、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比ｘ１は、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって１．０からほぼ０．２まで変化してもよく、１．０から０．３まで変化することがより好ましく、１．０から０．４まで変化することがさらに好ましい。これにより、窒化物半導体素子１は、高電流を流すことができるとともに、高電流密度での駆動に耐えうる素子となる。
ここで、ＡｌＧａＮ層３２におけるＡｌＧａＮのＡｌの組成比が０．２以上（すなわち２０％以上）である場合、Ｍｇを不純物としてドープしたｐ型半導体では、活性化エネルギーが大きくなるためｐ型化が困難である。例えば、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８ＮにＭｇを２×１０20ｃｍ−３ドープする場合、生成する正孔密度は４×１０１７ｃｍ−３と見積もられる。ｐ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６ＮにＭｇをドープする場合、生成する正孔密度は９×１０１６ｃｍ−３と見積もられる。一般的に、ＡｌＧａＮを用いた縦型電動窒化物半導体素子（発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）など）の駆動には、導電性半導体のキャリア密度が最低でも１×１０１７ｃｍ−３必要である。このため、Ａｌ組成比が０．４以上のＡｌＧａＮを用いた縦型電動窒化物半導体素子は、Ｍｇを不純物としてドープしてもｐ型半導体を形成しにくく駆動が困難となる場合がある。
本開示に係る窒化物半導体素子１では、ＡｌＧａＮ層３２におけるＡｌ組成比が０．２より大きく、特に０．４以上の場合であっても、Ａｌ組成を厚さ方向に傾斜させることで成功を生成する分極ドーピングによってｐ型化しやすくなる。このため、窒化物半導体素子１は駆動が容易となる。
一方、Ａｌ組成比０．２以下の領域では、Ｍｇを不純物としてドープすることで導電性のｐ型半導体を形成できるので、Ａｌ組成を傾斜させることによる分極ドーピングによってｐ型化させる効果が非常に小さい。
以上のように、ＡｌＧａＮ層３２では、Ａｌ組成を傾斜させることで正孔を生成する分極ドーピングによるｐ型化の方法が好ましい。
一方、Ａｌ組成比０．２以下の領域では、Ｍｇを不純物としてドープすることで導電性のｐ型半導体を形成できるので、Ａｌ組成を傾斜させることによる分極ドーピングによってｐ型化させる効果が非常に小さい。
以上のように、ＡｌＧａＮ層３２では、Ａｌ組成を傾斜させることで正孔を生成する分極ドーピングによるｐ型化の方法が好ましい。
また、窒化物半導体素子１が波長３２０ｎｍ未満の紫外線を発光する素子である場合、窒化物半導体活性層３５２として用いるＡｌＧａＮのＡｌ組成比を０．２より大きくする必要が生じる。ここで、窒化物半導体素子１がレーザダイオード（ＬＤ）である場合、光を導波路層（不図示）に閉じ込めるためにＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比を窒化物半導体活性層３５２（および導波路層）のＡｌ組成比より高く形成する必要が生じる。そのため、Ａｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層３２では、Ａｌ組成を傾斜させる必要が生じる。
さらに、窒化物半導体素子１が波長３００ｎｍ以下の紫外線を発光する素子である場合、上述した理由によりＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比を０．４より高く形成する必要が生じる。この場合もＡｌ組成比が０．４より大きいＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層３２を有していることから、波長３２０ｎｍ未満の紫外線を発光する窒化物半導体素子１と同様に、Ａｌ組成を傾斜させる必要が生じる。
さらに、窒化物半導体素子１が波長３００ｎｍ以下の紫外線を発光する素子である場合、上述した理由によりＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比を０．４より高く形成する必要が生じる。この場合もＡｌ組成比が０．４より大きいＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層３２を有していることから、波長３２０ｎｍ未満の紫外線を発光する窒化物半導体素子１と同様に、Ａｌ組成を傾斜させる必要が生じる。
ここで、薄膜成長装置を用いて、Ａｌ組成比の高いＡｌＧａＮからＡｌ組成比の低いＡｌＧａＮへ連続的に組成が傾斜するＡｌＧａＮ層３２を形成する場合、ＩＩＩ族原料の比率以外の成長装置のパラメータ（温度、圧力、ＩＩＩ／Ｖ原料比率）を変化させながらＡｌＧａＮ層３２を形成することは好ましくない。特に、Ｍｇの取り込み量は成長装置のパラメータに大きく依存するため、好ましくないパラメータを変化させた場合にはＡｌＧａＮ層３２中のＭｇ取り込み量を制御することが極めて困難になる。そのため、Ｍｇ取り込み量の制御をできるだけ不要とし、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成の変化を少なく（Ａｌ組成の変化の幅を小さく）するために、Ａｌ組成比が０．２より大きいことが好ましい。ＡｌＧａＮ層３２をより設計通り成長させるには、ＡｌＧａＮ層３２内でＡｌ組成の変化が小さくなるように、Ａｌ組成比が０．４より大きいことがより好ましい。
例えばＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比が０．２より大きく、かつＡｌＧａＮ層３２の最大Ａｌ組成比が０．２より大きく０．６より小さい場合、ＩＩＩ族原料の比率以外の成長条件を変化させることなくＡｌ組成変化率が一定のＡｌＧａＮ層３２を形成することが可能となる。
また、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比が０．４より大きく、かつＡｌＧａＮ層３２の最大Ａｌ組成比が０．４より大きく１以下の場合、ＩＩＩ族原料の比率以外の成長条件を変化させることなくＡｌ組成変化率が一定のＡｌＧａＮ層３２を形成することが可能となる。
このように、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比が０．４より高い方がＡｌＧａＮ層３２中の最大Ａｌ組成比を高くすることが出来るため、設計における自由度が高Ａｌ組成域へ広げることが可能である。これは、特に紫外線発光素子において波長を短くすることが出来、波長が短い素子においては特に重要である。
つまり、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比が０．４より大きいことで、紫外線発光素子のｐ型半導体であるＡｌＧａＮ層３２を設計通りに形成することが出来る。
また、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比が０．４より大きく、かつＡｌＧａＮ層３２の最大Ａｌ組成比が０．４より大きく１以下の場合、ＩＩＩ族原料の比率以外の成長条件を変化させることなくＡｌ組成変化率が一定のＡｌＧａＮ層３２を形成することが可能となる。
このように、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比が０．４より高い方がＡｌＧａＮ層３２中の最大Ａｌ組成比を高くすることが出来るため、設計における自由度が高Ａｌ組成域へ広げることが可能である。これは、特に紫外線発光素子において波長を短くすることが出来、波長が短い素子においては特に重要である。
つまり、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比が０．４より大きいことで、紫外線発光素子のｐ型半導体であるＡｌＧａＮ層３２を設計通りに形成することが出来る。
一方、Ａｌ組成比が０．２より小さく、かつＡｌＧａＮ層３２の最大Ａｌ組成比が０．５より大きい場合、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成変化率を一定にするためにはＩＩＩ族原料の比率以外のパラメータを含む各パラメータ（温度、圧力、ＩＩＩ／Ｖ原料比率）を薄膜成長中に変化させる必要が生じる。この場合、薄膜の成長の中断により、Ａｌ組成の変化率が不均一になる等の半導体の品質が劣化したり、薄膜の表面組成が変化したりする問題が生じる。
また、ＡｌＧａＮ層３２は、Ｍｇを含んでいる。Ｍｇは、正孔をＡｌＧａＮ層３２中に生成するための不純物として機能する。
ＡｌＧａＮ層３２におけるＭｇの濃度ｂ１は、０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さくなっている。ＡｌＧａＮ層３２にＭｇが含まれていない場合又はＭｇの濃度が低い場合、ＡｌＧａＮ層３２を形成するＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成比が傾斜していても窒化物半導体素子１が絶縁化する場合がある。ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０＜ａ１＜０．２２の範囲では、Ｍｇ濃度が一般的なｐ型半導体におけるＭｇ濃度よりも小さい場合に電流がより流れやすくなる。ここで、一般的なｐ型ＡｌＧａＮにおけるＭｇ濃度の最適値は、例えば１．０×１０１９ｃｍ−３以上３．０×１０１９ｃｍ−３以下の範囲である。発明者らの検討により、この理由は、Ｍｇを含むことにより、ドナー性の欠陥（Ｎｄ）が生成し、このドナー性の欠陥により電子が生成することにより、この電子が分極ドーピングにより生成する正孔を相殺するためであることを突き止めた。Ｍｇ濃度ｂ１が０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さくなっている場合には、分極ドーピングにより正孔が生成している部分では正孔が電子で相殺され、絶縁化することを抑制させることができる。
ＡｌＧａＮ層３２におけるＭｇの濃度ｂ１は、０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さくなっている。ＡｌＧａＮ層３２にＭｇが含まれていない場合又はＭｇの濃度が低い場合、ＡｌＧａＮ層３２を形成するＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成比が傾斜していても窒化物半導体素子１が絶縁化する場合がある。ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０＜ａ１＜０．２２の範囲では、Ｍｇ濃度が一般的なｐ型半導体におけるＭｇ濃度よりも小さい場合に電流がより流れやすくなる。ここで、一般的なｐ型ＡｌＧａＮにおけるＭｇ濃度の最適値は、例えば１．０×１０１９ｃｍ−３以上３．０×１０１９ｃｍ−３以下の範囲である。発明者らの検討により、この理由は、Ｍｇを含むことにより、ドナー性の欠陥（Ｎｄ）が生成し、このドナー性の欠陥により電子が生成することにより、この電子が分極ドーピングにより生成する正孔を相殺するためであることを突き止めた。Ｍｇ濃度ｂ１が０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さくなっている場合には、分極ドーピングにより正孔が生成している部分では正孔が電子で相殺され、絶縁化することを抑制させることができる。
また、Ｍｇの濃度が０ｃｍ−３よりも大きい理由は、薄膜成長時の格子緩和により、ＡｌＧａＮ層３２中での電子の生成をＭｇ不純物の活性化により生成する正孔により相殺させることで絶縁化を抑制することにある。Ａｌ組成が傾斜するＡｌＧａＮ層３２中の下層と上層でａ軸格子定数が異なる、特に、上層のａ軸格子定数が下層のａ軸格子定数より大きくなり格子緩和状態となる場合、分極ドーピングで正孔を生成するための条件である圧縮応力が働いていない箇所が存在していることを示している。この場合、圧縮応力が働いていない箇所では正孔が生成されないため、Ｍｇ不純物を含むことによる正孔生成が少なからず必要となってくる。このため、ＡｌＧａＮ層３２には、上述した濃度範囲のＭｇが含まれていることが好ましい。
ＡｌＧａＮ中の最適なＭｇ量を算出するために、薄膜シミュレーションソフトＳｉＬＥＮＳｅ（ＳＴＲ Ｊａｐａｎ株式会社製）を用いて理論計算を行った。ＡｌＧａＮ層３２におけるＡｌ組成比の傾斜率とＭｇ濃度は、以下の手順のシミュレーションにより好ましい範囲を設定した。
ここで、薄膜シミュレーションソフトへ入力した窒化物半導体素子の積層構造は以下の通りである。以下に示す構造は、下層から順に示している。
ここで、薄膜シミュレーションソフトへ入力した窒化物半導体素子の積層構造は以下の通りである。以下に示す構造は、下層から順に示している。
（構造）
・下部クラッド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比５５％、厚さ３μｍ、ｎ型不純物（Ｓｉ）ドープ
・発光層
下部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５０ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
障壁層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
上部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５０ｎｍ、アンドープ
・電子ブロック層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比 ＡｌＧａＮ層の初端組成と同様、厚さ２０ｎｍ、アンドープ
・ＡｌＧａＮ層（二層構造）
第一ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比ｘ→４５％（ｘを変化させている）、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１、厚さ２６０ｎｍ、ｐ型不純物（Ｍｇ）ドープ、ｎ型不純物（Ｓｉ）ドープ
第二ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５→０％、厚さ７５ｎｍ、ｐ型不純物（Ｍｇ）ドープ、ｎ型不純物（Ｓｉ）ドープ
・第二窒化物半導体層：ＧａＮ、１０ｎｍ、ｐ型不純物（Ｍｇ）ドープ
ここで、上述したシミュレーション用の窒化物半導体素子の積層構造は、Ａｌ組成比傾斜率が異なる二層構造（第一ＡｌＧａＮ領域及び第二ＡｌＧａＮ領域）のＡｌＧａＮ層を有している。本実施形態に係る窒化物半導体素子１では、薄膜シミュレーションソフトへ入力した窒化物半導体素子のＡｌＧａＮ層のうち、第一ＡｌＧａＮ領域のＡｌ組成比傾斜率をＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１とする。なお、第一ＡｌＧａＮ層、第二ＡｌＧａＮ層にはＭｇ不純物由来のドナー性欠陥が生成していることをシミュレーションに反映させるために、Ｓｉを想定したｎ型不純物を以下に示す方法にて含む仮説を用いた。
・下部クラッド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比５５％、厚さ３μｍ、ｎ型不純物（Ｓｉ）ドープ
・発光層
下部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５０ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
障壁層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
上部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５０ｎｍ、アンドープ
・電子ブロック層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比 ＡｌＧａＮ層の初端組成と同様、厚さ２０ｎｍ、アンドープ
・ＡｌＧａＮ層（二層構造）
第一ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比ｘ→４５％（ｘを変化させている）、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１、厚さ２６０ｎｍ、ｐ型不純物（Ｍｇ）ドープ、ｎ型不純物（Ｓｉ）ドープ
第二ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５→０％、厚さ７５ｎｍ、ｐ型不純物（Ｍｇ）ドープ、ｎ型不純物（Ｓｉ）ドープ
・第二窒化物半導体層：ＧａＮ、１０ｎｍ、ｐ型不純物（Ｍｇ）ドープ
ここで、上述したシミュレーション用の窒化物半導体素子の積層構造は、Ａｌ組成比傾斜率が異なる二層構造（第一ＡｌＧａＮ領域及び第二ＡｌＧａＮ領域）のＡｌＧａＮ層を有している。本実施形態に係る窒化物半導体素子１では、薄膜シミュレーションソフトへ入力した窒化物半導体素子のＡｌＧａＮ層のうち、第一ＡｌＧａＮ領域のＡｌ組成比傾斜率をＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１とする。なお、第一ＡｌＧａＮ層、第二ＡｌＧａＮ層にはＭｇ不純物由来のドナー性欠陥が生成していることをシミュレーションに反映させるために、Ｓｉを想定したｎ型不純物を以下に示す方法にて含む仮説を用いた。
（シミュレーションの手順）
（１）まず、薄膜シミュレーションソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いて、薄膜構造の各層の０Ｖ（無電解）でのバンド計算を実施した。この際、ｎ型不純物濃度をアクセプタ不純物濃度（Ｍｇ濃度に相当）の１／１０に設定した。ドナー不純物濃度の設定は、Overview of carrier compensation in GaN layers grown by MOVPE: toward the application of vertical power devices（Tetsuo Narita et al, Japanese Journal of Applied Physics 59, SA0804, 2020）に記載に基づき、ｐ型不純物のドープ量の１０％の量を設定した。
（１）まず、薄膜シミュレーションソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いて、薄膜構造の各層の０Ｖ（無電解）でのバンド計算を実施した。この際、ｎ型不純物濃度をアクセプタ不純物濃度（Ｍｇ濃度に相当）の１／１０に設定した。ドナー不純物濃度の設定は、Overview of carrier compensation in GaN layers grown by MOVPE: toward the application of vertical power devices（Tetsuo Narita et al, Japanese Journal of Applied Physics 59, SA0804, 2020）に記載に基づき、ｐ型不純物のドープ量の１０％の量を設定した。
（２）続いて、第一ＡｌＧａＮ領域の厚さ方向中央（第二ＡｌＧａＮ領域の下面から１３０ｎｍの距離）での正孔密度のデータを抽出した。
（３）（２）において抽出した正孔密度が１×１０１７ｃｍ−３を超える値となるアクセプタ不純物濃度（（１）において設定した濃度）を縦軸、第一ＡｌＧａＮ領域のＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１［Ａｌ％／ｎｍ］を横軸としたグラフを作成した。ここで、図３は、シミュレーションにより得たＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１とアクセプタ不純物濃度との関係を、丸印でプロットしたグラフである。
（３）（２）において抽出した正孔密度が１×１０１７ｃｍ−３を超える値となるアクセプタ不純物濃度（（１）において設定した濃度）を縦軸、第一ＡｌＧａＮ領域のＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１［Ａｌ％／ｎｍ］を横軸としたグラフを作成した。ここで、図３は、シミュレーションにより得たＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１とアクセプタ不純物濃度との関係を、丸印でプロットしたグラフである。
（４）（３）で得たＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１とアクセプタ不純物濃度との関係を示す直線を近似して、近似式を得た。図３に示すプロットを近似することにより、Ｍｇ濃度ｂ１＝７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８の近似式Ａを得た。最後に、図３に示すように、（３）で得た近似式Ａを基準として正孔濃度が１．０×１０１７ｃｍ−３を超える範囲が、Ｍｇ濃度の好ましい範囲ＰＲと考えられる。すなわち、第一ＡｌＧａＮ領域におけるＭｇの濃度ｂ１は、０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さくなっている場合に、正孔密度（グラフ中ｈ＋で縦軸に表示）が１．０×１０１７ｃｍ−３を超える。このため、一般的に高電流密度を有する窒化物半導体素子の駆動に必要な正孔量を確保することが出来るために、絶縁化が生じにくくなる。
また、ＡｌＧａＮ層３２の上端面（第二窒化物半導体層３３との境界）において、ＡｌＧａＮ層３２の下端面（電子ブロック層３４との境界）からＡｌＧａＮが格子緩和していることが好ましい。ここで、「ＡｌＧａＮ層３２の上端面において、ＡｌＧａＮ層３２の下端面からＡｌＧａＮが格子緩和している」とは、ＡｌＧａＮ層３２の上端面におけるａ軸格子定数ｃ２が、ＡｌＧａＮ層３２の下端面におけるａ軸格子定数ｃ１よりも大きいことをいう。ＡｌＧａＮ層３２の層内で格子緩和が起こると、ＡｌＧａＮ層３２の下端面に近くＡｌ組成比が比較的高い領域では正孔ガスが生成されやすい。しかし、ＡｌＧａＮ層３２の上端面に近く、前述した格子緩和が生じた箇所では電子が生成される。しかし、ＡｌＧａＮ層３２に所定量のＭｇを含むことにより、このＭｇが活性化することで、発生する電子をＡｌＧａＮ層３２の層内に生成する正孔で打ち消し、電流を流れやすくさせることができる。したがって、上端面におけるａ軸格子定数ｃ２が下端面におけるａ軸格子定数ｃ１よりも大きく、電子ガスが生成されやすいＡｌＧａＮ層３２では、所定量のＭｇを含むことで電流を流れやすくする効果をより向上させることができる。さらに、格子緩和させることにより薄膜中に必要以上の応力がかかることによる薄膜成長中のクラックの発生を抑制することが出来る。
ＡｌＧａＮ層３２は、０ｎｍ超４００ｎｍ未満の厚さを有していることが好ましい。ＡｌＧａＮ層３２が４００ｎｍ未満の場合、ＡｌＧａＮ層３２の抵抗が低くなり、駆動電圧の増加による発熱量の増加を抑制して、窒化物半導体素子１の破壊が生じにくくなる。
窒化物半導体素子１がレーザダイオードである場合、ＡｌＧａＮ層３２は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の厚さであることが好ましく、２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。ＡｌＧａＮ層３２の厚さは、例えば２６０ｎｍである。
また、窒化物半導体素子１が発光ダイオード（ＬＥＤ）等である場合、ＡｌＧａＮ層３２は、０ｎｍ超１５０ｎｍ未満の厚さを有していても良い。窒化物半導体素子１が光閉じ込めの必要があるレーザダイオードである場合でも、ＡｌＧａＮ層３２が薄くても高電流を流すことができる。一方、窒化物半導体素子１が発光ダイオードである場合、光閉じ込めの必要がない。このため、レーザダイオードの場合と比較してより薄いＡｌＧａＮ層３２であっても、高電流密度を実現する良好な素子を得ることができる。
窒化物半導体素子１がレーザダイオードである場合、ＡｌＧａＮ層３２は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の厚さであることが好ましく、２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。ＡｌＧａＮ層３２の厚さは、例えば２６０ｎｍである。
また、窒化物半導体素子１が発光ダイオード（ＬＥＤ）等である場合、ＡｌＧａＮ層３２は、０ｎｍ超１５０ｎｍ未満の厚さを有していても良い。窒化物半導体素子１が光閉じ込めの必要があるレーザダイオードである場合でも、ＡｌＧａＮ層３２が薄くても高電流を流すことができる。一方、窒化物半導体素子１が発光ダイオードである場合、光閉じ込めの必要がない。このため、レーザダイオードの場合と比較してより薄いＡｌＧａＮ層３２であっても、高電流密度を実現する良好な素子を得ることができる。
また、ＡｌＧａＮ層３２は、第二窒化物半導体層３３側の面に突出部を備えていてもよい。この場合、ＡｌＧａＮ層３２の電子ブロック層３４側から突出部の先端に向けてＡｌ組成比ｘ１が傾斜していてもよい。ＡｌＧａＮ層３２が突出部を有することにより、第一電極１４から電子が注入される際に電流密度を向上させる効果がある。また、ＡｌＧａＮ層３２が突出部を有することにより、ＡｌＧａＮ層３２と第二窒化物半導体層３３との接触面積を大きくすることができ、直列抵抗及び疑似エネルギー障壁を低減させることができるため、ショットキー成分の低減や、キャリア注入効率の向上を図ることができる。
ここで、ＡｌＧａＮ層３２に設けられる突出部は、ＡｌＧａＮ層３２よりも下方に位置するいずれかの層の凹凸に対応して形成されたものではない。すなわち、突出部が形成された部分のＡｌＧａＮ層３２の厚さは、突出部が形成されていない部分のＡｌＧａＮ層３２の厚さと比較して突出部の高さ分程度厚くなっている。このため、ＡｌＧａＮ層３２よりも下層に突状部が形成されていた場合であっても、突出部は、平面視で下層の突状部とは異なる位置に形成されているか、又は下層の突状部の周期とは異なる周期で形成されている。
ここで、ＡｌＧａＮ層３２に設けられる突出部は、ＡｌＧａＮ層３２よりも下方に位置するいずれかの層の凹凸に対応して形成されたものではない。すなわち、突出部が形成された部分のＡｌＧａＮ層３２の厚さは、突出部が形成されていない部分のＡｌＧａＮ層３２の厚さと比較して突出部の高さ分程度厚くなっている。このため、ＡｌＧａＮ層３２よりも下層に突状部が形成されていた場合であっても、突出部は、平面視で下層の突状部とは異なる位置に形成されているか、又は下層の突状部の周期とは異なる周期で形成されている。
＜第二窒化物半導体層＞
第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮ層３２よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、ＡｌＧａＮ層３２の全面を被覆する被覆層である。第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮ層３２よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されている。すなわち、第二窒化物半導体層３３は、Ａｌｘ３Ｇａ（１−ｘ３）Ｎ（０≦ｘ３＜ｘ）で形成されている。
第二窒化物半導体層３３の最上層がｐ型のＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）である場合、第二窒化物半導体層３３の上に配置される第一電極１４とのコンタクト抵抗を下げることができるとともに、窒化物半導体素子１が対応可能な紫外光の波長範囲が広くなる。これは、第二窒化物半導体層３３としてｐ−ＧａＮを用いると、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌＧａＮのＡｌ組成比を広く設計できるためである。
第二窒化物半導体層３３は、複数の層を積層した構成であってもよい。この場合、上述した第二窒化物半導体層３３のＡｌ組成比は、最表層、すなわち第一電極１４に接する表面での組成比を示す。
第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮ層３２よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、ＡｌＧａＮ層３２の全面を被覆する被覆層である。第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮ層３２よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されている。すなわち、第二窒化物半導体層３３は、Ａｌｘ３Ｇａ（１−ｘ３）Ｎ（０≦ｘ３＜ｘ）で形成されている。
第二窒化物半導体層３３の最上層がｐ型のＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）である場合、第二窒化物半導体層３３の上に配置される第一電極１４とのコンタクト抵抗を下げることができるとともに、窒化物半導体素子１が対応可能な紫外光の波長範囲が広くなる。これは、第二窒化物半導体層３３としてｐ−ＧａＮを用いると、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌＧａＮのＡｌ組成比を広く設計できるためである。
第二窒化物半導体層３３は、複数の層を積層した構成であってもよい。この場合、上述した第二窒化物半導体層３３のＡｌ組成比は、最表層、すなわち第一電極１４に接する表面での組成比を示す。
第二窒化物半導体層３３は、Ｍｇが例えば３×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることでｐ型化したｐ型半導体層である。
ドーパントの濃度は、基板１１の垂直方向に一定であっても、不均一であっても良い。基板１１の面内方向に一定であっても、不均一であっても良い。
ドーパントの濃度は、基板１１の垂直方向に一定であっても、不均一であっても良い。基板１１の面内方向に一定であっても、不均一であっても良い。
第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が、ＡｌＧａＮ層３２におけるＡｌ組成比の最小値から連続的又は階段状に減少する層構造を有していてもよい。第二窒化物半導体層３３が層構造を有する場合、第二窒化物半導体層３３はアンドープ層であっても良い。
第二窒化物半導体層３３は、最上層にドーピング濃度が高い層を更に有している積層構造であっても良い。第二窒化物半導体層３３は、二層以上の積層構造であっても良い。その場合、キャリアを窒化物半導体活性層３５２へ効率よく運搬する目的で、Ａｌ組成比は上層に向かうほど小さくなることが好ましい。
第二窒化物半導体層３３は、最上層にドーピング濃度が高い層を更に有している積層構造であっても良い。第二窒化物半導体層３３は、二層以上の積層構造であっても良い。その場合、キャリアを窒化物半導体活性層３５２へ効率よく運搬する目的で、Ａｌ組成比は上層に向かうほど小さくなることが好ましい。
第二窒化物半導体層３３は、１０ｎｍ超１０μｍ未満の厚さを有することが好ましく、２００ｎｍ以上１０μｍ未満であることがより好ましく、５００ｎｍ以上５μｍ以下であることがさらに好ましい。第二窒化物半導体層３３の厚さが１０ｎｍ超である場合、ＡｌＧａＮ層３２表面の凹凸を比較的に均一に被覆することが出来、ＡｌＧａＮ層３２と、ＡｌＧａＮ層３２の上面に設けられた第二窒化物半導体層３３との密着性が向上する。具体的には、ＡｌＧａＮ層３２と第二窒化物半導体層３３との界面において、第二窒化物半導体層３３の被覆されない領域ができることを抑制することができる。このため、電流密度を向上させることができる。また、第一電極１４から正孔が注入される際にＡｌＧａＮ層３２の一部に電流が集中することを抑制し、ＡｌＧａＮ層３２の上面（第二窒化物半導体層３３と対向する面）から均一に電流を注入することができる。また、第二窒化物半導体層３３の厚さが０ｎｍ超の場合、ＡｌＧａＮ層３２と第一電極１４とが第二窒化物半導体層３３を介して低抵抗で接続される。
また、第二窒化物半導体層３３の厚さが１０μｍ未満である場合、ＡｌＧａＮ層３２形成時にクラックが生じにくくなるため好ましい。
さらに、第二窒化物半導体層３３の厚さがこの範囲内にある場合、第二窒化物半導体層３３の成長中の格子緩和による３次元成長を抑制し、第二窒化物半導体層３３の表面を平坦化することが可能となる。このため、第二窒化物半導体層３３と第一電極１４との接触性が安定し、再現性の高い駆動電圧の低い窒化物半導体素子１を実現できる。
また、第二窒化物半導体層３３の厚さが１０μｍ未満である場合、ＡｌＧａＮ層３２形成時にクラックが生じにくくなるため好ましい。
さらに、第二窒化物半導体層３３の厚さがこの範囲内にある場合、第二窒化物半導体層３３の成長中の格子緩和による３次元成長を抑制し、第二窒化物半導体層３３の表面を平坦化することが可能となる。このため、第二窒化物半導体層３３と第一電極１４との接触性が安定し、再現性の高い駆動電圧の低い窒化物半導体素子１を実現できる。
＜リッジ部半導体層＞
リッジ部半導体層１７は、ＡｌＧａＮ層３２の一部を含んで形成されている。リッジ部半導体層１７は、ＡｌＧａＮ層３２に形成された突出領域３２１ａと、ＡｌＧａＮ層３２と、第二窒化物半導体層３３とを有している。リッジ部半導体層１７がＡｌＧａＮ層３２の一部に形成されることにより、第一電極１４から注入されるキャリアがリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制される。これにより、窒化物半導体活性層３５２での発光が、リッジ部半導体層１７の下方に位置する領域（すなわちＡｌＧａＮ層３２の突出領域３２１ａの下方に位置する領域）に制御される。その結果、窒化物半導体素子１は、高電流密度を実現し、レーザ発振の閾値を低減させることが可能になる。
リッジ部半導体層１７は、ＡｌＧａＮ層３２の一部を含んで形成されている。リッジ部半導体層１７は、ＡｌＧａＮ層３２に形成された突出領域３２１ａと、ＡｌＧａＮ層３２と、第二窒化物半導体層３３とを有している。リッジ部半導体層１７がＡｌＧａＮ層３２の一部に形成されることにより、第一電極１４から注入されるキャリアがリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制される。これにより、窒化物半導体活性層３５２での発光が、リッジ部半導体層１７の下方に位置する領域（すなわちＡｌＧａＮ層３２の突出領域３２１ａの下方に位置する領域）に制御される。その結果、窒化物半導体素子１は、高電流密度を実現し、レーザ発振の閾値を低減させることが可能になる。
リッジ部半導体層１７の役割は、上述したように、電流の集中と基板１１の水平方向の光の閉じ込めである。このため、リッジ部半導体層１７は、必ずしもＡｌＧａＮ層３２の一部のみに形成される必要はない。リッジ部半導体層１７は、発光部３５を含んでいてもよく、ＡｌＧａＮ層３２全体を含んでいてもよい。さらに、リッジ部半導体層１７が存在しなくても良い。なお、リッジ部半導体層１７が存在しない場合には、ＡｌＧａＮ層３２は、ＡｌＧａＮ層３２と同じ面積で形成される。また、第一電極１４（詳細は後述）は、電流注入量を抑制するために、幅と長さを適切な大きさに設計すれば良い。
上述したように、リッジ部半導体層１７は、第二電極１５側に偏らせて配置されていている。リッジ部半導体層１７が第二電極１５に近付くことによって、窒化物半導体素子１中を流れる電流経路が短くなるので、窒化物半導体素子１中に形成される電流経路の抵抗値を下げることができる。これにより、窒化物半導体素子１の駆動電圧を低くすることができる。しかしながら、突出領域３２１ａ及びリッジ部半導体層１７は、リソグラフィの再現性の観点から１μｍ以上メサ端（ＡｌＧａＮ層３２の突出領域３２１ａを除く領域の端部）より離れていることが好ましい。突出領域３２１ａ及びリッジ部半導体層１７は、中央に配置されている側に片寄らせて形成されていてもよい。
＜基板＞
基板１１は、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。基板１１は、上層薄膜を支持し、結晶性を向上させ、さらに外部へ放熱する機能を有する。そのため、基板１１としては、ＡｌＧａＮを高品質で成長させることができ、熱伝導率の高いＡｌＮ基板を用いることが好ましい。基板の成長面は一般的に用いられる＋ｃ面ＡｌＮが低コストなため良いが、−ｃ面ＡｌＮであっても、半極性面基板であっても、非極性面基板であっても良い。分極ドーピングの効果を大きくする観点からは、＋ｃ面ＡｌＮが好ましい。
基板１１は、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。基板１１は、上層薄膜を支持し、結晶性を向上させ、さらに外部へ放熱する機能を有する。そのため、基板１１としては、ＡｌＧａＮを高品質で成長させることができ、熱伝導率の高いＡｌＮ基板を用いることが好ましい。基板の成長面は一般的に用いられる＋ｃ面ＡｌＮが低コストなため良いが、−ｃ面ＡｌＮであっても、半極性面基板であっても、非極性面基板であっても良い。分極ドーピングの効果を大きくする観点からは、＋ｃ面ＡｌＮが好ましい。
基板１１は、薄板の四角形状を有していることが組立上好ましいが、このような構成に限らない。また、基板１１のオフ角は高品質の結晶を成長させる観点から０度より大きく２度より小さいことが好ましい。
基板１１の厚さは、上層にＡｌＧａＮ層を積層させる目的であるならば特に制限されないが、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、基板１１の結晶品質には特に制限はないが、貫通転位密度が１×１０９ｃｍ−２以下であることが好ましく、１×１０８ｃｍ−２以下であることがより好ましい。これにより、基板１１の上方に、高い発光効率を有する薄膜素子を形成することができる。
基板１１の厚さは、上層にＡｌＧａＮ層を積層させる目的であるならば特に制限されないが、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、基板１１の結晶品質には特に制限はないが、貫通転位密度が１×１０９ｃｍ−２以下であることが好ましく、１×１０８ｃｍ−２以下であることがより好ましい。これにより、基板１１の上方に、高い発光効率を有する薄膜素子を形成することができる。
＜ＡｌＮ層＞
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れて、基板１１の全面に形成されている。
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１との間の格子定数差及び熱膨張係数差が小さく欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層３０上に成長させることができる。また、ＡｌＮ層３０は、圧縮応力下で第一窒化物半導体層３１を成長させることができ、第一窒化物半導体層３１にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板１１がＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成されている場合でも、欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層３０を介して基板１１の上方に成長できる。
ＡｌＮ層３０には、Ｃ，Ｓｉ，Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物が混入されていてもよい。
基板１１の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮ層３０と基板１１とが同一材料で形成されることから、ＡｌＮ層３０と基板１１との境界が不明確となる。本実施形態では、基板１１がＡｌＮで形成されている場合には、基板１１が基板１１とＡｌＮ層３０とを構成しているものと見做す。
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れて、基板１１の全面に形成されている。
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１との間の格子定数差及び熱膨張係数差が小さく欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層３０上に成長させることができる。また、ＡｌＮ層３０は、圧縮応力下で第一窒化物半導体層３１を成長させることができ、第一窒化物半導体層３１にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板１１がＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成されている場合でも、欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層３０を介して基板１１の上方に成長できる。
ＡｌＮ層３０には、Ｃ，Ｓｉ，Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物が混入されていてもよい。
基板１１の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮ層３０と基板１１とが同一材料で形成されることから、ＡｌＮ層３０と基板１１との境界が不明確となる。本実施形態では、基板１１がＡｌＮで形成されている場合には、基板１１が基板１１とＡｌＮ層３０とを構成しているものと見做す。
ＡｌＮ層３０は、例えば数μｍ（例えば１．６μｍ）の厚さを有しているが、この値には限らない。具体的には、ＡｌＮ層３０の厚さは、１０ｎｍより厚く１０μｍより薄いことが好ましい。ＡｌＮ層３０の厚さが１０ｎｍより厚い場合、ＡｌＮの結晶性が高くなる。また、ＡｌＮ層３０の厚さが１０μｍより薄い場合、ウェハ全面に結晶成長により形成されたＡｌＮ層３０にクラックが発生しにくくなる。また、ＡｌＮ層３０は、５０ｎｍより厚く５μｍより薄いことがより好ましい。ＡｌＮ層３０の厚さが５０ｎｍより厚い場合、結晶性の高いＡｌＮを再現良く作製することができる。また、ＡｌＮ層３０の厚さが５μｍより薄い場合、ＡｌＮ層３０のクラックがより発生しにくくなる。
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１よりも薄く形成されているが、これに限らない。ＡｌＮ層３０が第一窒化物半導体層３１よりも薄い場合、クラックが生じない範囲で第一窒化物半導体層３１を厚くすることができる。この場合、第一窒化物半導体層３１の薄膜積層の水平方向の抵抗が低減され、低電圧駆動の窒化物半導体素子１を実現することができる。窒化物半導体素子１の低電圧駆動が実現すると、発熱による高電流密度駆動下での破壊をより抑制することが可能となる。
なお、ＡｌＮ層３０は必ずしも設けられていなくても良い。
なお、ＡｌＮ層３０は必ずしも設けられていなくても良い。
＜第一窒化物半導体層＞
第一窒化物半導体層３１は、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５のＡｌＧａＮ層３２とは反対側の面に設けられた層である。ＡｌＧａＮ層３２は、Ｓｉ等のｎ型不純物をドープしたｎ型半導体である。第一窒化物半導体層３１は、基板１１の上方に配置された第一積層部３１１と、第一積層部３１１上に積層された第二積層部３１２とを有している。第二積層部３１２は、第二積層部３１２表面の一部に形成された突出領域３１２ａを有している。第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの一部に配置されている。このため、第一積層部３１１の上面３１１ａには、第二積層部３１２が形成されていない領域と、第二積層部３１２が形成されている領域とが存在する。第一積層部３１１の上面３１１ａのうち、第二積層部３１２が形成されていない領域には、第一積層部３１１と接続する第二電極１５が設けられている。
なお、第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの全面に積層されていてもよい。
第一窒化物半導体層３１は、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５のＡｌＧａＮ層３２とは反対側の面に設けられた層である。ＡｌＧａＮ層３２は、Ｓｉ等のｎ型不純物をドープしたｎ型半導体である。第一窒化物半導体層３１は、基板１１の上方に配置された第一積層部３１１と、第一積層部３１１上に積層された第二積層部３１２とを有している。第二積層部３１２は、第二積層部３１２表面の一部に形成された突出領域３１２ａを有している。第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの一部に配置されている。このため、第一積層部３１１の上面３１１ａには、第二積層部３１２が形成されていない領域と、第二積層部３１２が形成されている領域とが存在する。第一積層部３１１の上面３１１ａのうち、第二積層部３１２が形成されていない領域には、第一積層部３１１と接続する第二電極１５が設けられている。
なお、第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの全面に積層されていてもよい。
第一積層部３１１及び第二積層部３１２は、いずれもＡｌＧａＮで形成されている。第一積層部３１１及び第二積層部３１２のそれぞれのＡｌ組成比は、同一であっても良く、異なっていても良い。第一窒化物半導体層３１のＡｌ組成比は、断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray spectroscopy）により特定することができる。第一窒化物半導体層３１の断面は、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）装置を用いてＡｌＧａＮのａ面に沿う断面を露出させることで、観察することができる。断面の観察方法としては、透過型電子顕微鏡を用いる。観察する倍率は、測定する層の厚さに応じて変化させ、異なる厚さの第一窒化物半導体層３１のスケールバーが互いに同程度となるように倍率を設定することが好ましい。例えば、厚さ１００ｎｍの第一窒化物半導体層３１を観察する場合の倍率は、１０００００倍程度とすることが好ましい。また、厚さ１００ｎｍの第一窒化物半導体層３１を観察する際の倍率を１０００００倍程度とした場合、厚さ１μｍの第一窒化物半導体層３１は、倍率１００００倍程度で観察することが好ましい。これにより、異なる厚さの第一窒化物半導体層３１を同程度のスケールで観察することができる。
Ａｌ組成比は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。
第一積層部３１１は、例えばＡｌｘ５Ｇａ（１−ｘ５）Ｎ（０＜ｘ５＜１）で形成されている。第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮに、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ以外の例えばＢやＩｎを含んでいてもよいが、ＢやＩｎを含む箇所において欠陥の形成や耐久性の変化が生じるため、Ａｌ、Ｇａ以外のＩＩＩ族元素を含まないことが好ましい。
また、第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が含まれていてもよい。
第一積層部３１１は、例えばＡｌｘ５Ｇａ（１−ｘ５）Ｎ（０＜ｘ５＜１）で形成されている。第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮに、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ以外の例えばＢやＩｎを含んでいてもよいが、ＢやＩｎを含む箇所において欠陥の形成や耐久性の変化が生じるため、Ａｌ、Ｇａ以外のＩＩＩ族元素を含まないことが好ましい。
また、第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が含まれていてもよい。
第二積層部３１２は、例えばＡｌｘ６Ｇａ（１−ｘ６）Ｎ（０≦ｘ６≦１）で形成されている。第二積層部３１２を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比ｘ６は、第一積層部３１１の上面３１１ａにおけるＡｌ組成比ｘ５と同じであってもよく、小さくてもよい。これにより、第一積層部３１１と第二積層部３１２との積層界面での欠陥の発生を抑制することが可能となる。
また、第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、又はＣ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、ＺｎもしくはＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
また、第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、又はＣ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、ＺｎもしくはＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
本開示において、第一積層部３１１及び第二積層部３１２はｎ型半導体である。第一積層部３１１及び第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることでｎ型化している。不純物濃度は、層全体で一様であっても、不均一であっても良く、また厚さ方向にのみ不均一でも、基板水平方向にのみ不均一であっても良い。
第一積層部３１１と第二電極１５の間は直接接触していても、トンネル接合のように異なる層を介して接続していても良い。ｎ型半導体で構成された第一窒化物半導体層３１が第二電極１５とトンネル接合されている場合、第一窒化物半導体層３１と第二電極１５との間にはｐ型半導体が設けられる。このため、第二電極１５は、ｐ型半導体とオーミック接合可能な材料で形成されることが好ましい。第二電極１５は、例えばＮｉとＡｕの積層電極あるいは合金化した金属で形成された電極であることが好ましい。
第二積層部３１２は、後述するＡｌＧａＮ層３２とＰＮダイオードを作製する観点から、＋ｃ面サファイアを用いたｎ型半導体となっている。ＡｌＧａＮ層３２は、ＡｌＧａＮ層３２の厚さ方向でＡｌ組成比ｘ１が減少するＡｌＧａＮを用いる。このため、第二積層部３１２として＋ｃ面サファイアを用いることで、ＡｌＧａＮ層３２は分極によりｐ型半導体となっている。
第一積層部３１１の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第一積層部３１１の厚さが１００ｎｍである場合、第一積層部３１１の抵抗が低減する。第一積層部３１１の厚さが１０μｍ以下である場合、第一積層部３１１の形成時のクラックの発生が抑制される。
第二積層部３１２の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第二積層部３１２の厚さが１００ｎｍ以上である場合、第二積層部３１２の抵抗が低減する。第二積層部３１２の厚さが１０μｍ以下である場合、第二積層部３１２の形成時のクラックの発生が抑制される。
第二積層部３１２の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第二積層部３１２の厚さが１００ｎｍ以上である場合、第二積層部３１２の抵抗が低減する。第二積層部３１２の厚さが１０μｍ以下である場合、第二積層部３１２の形成時のクラックの発生が抑制される。
＜発光部＞
発光部３５は、窒化物半導体活性層３５２と、窒化物半導体活性層３５２の一方の面に設けられた下部ガイド層３５１と、窒化物半導体活性層３５２の他方の面に設けられた上部ガイド層３５３とを備えている。下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１と窒化物半導体活性層３５２との間に設けられている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２とＡｌＧａＮ層３２との間に設けられている。
発光部３５は、窒化物半導体活性層３５２と、窒化物半導体活性層３５２の一方の面に設けられた下部ガイド層３５１と、窒化物半導体活性層３５２の他方の面に設けられた上部ガイド層３５３とを備えている。下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１と窒化物半導体活性層３５２との間に設けられている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２とＡｌＧａＮ層３２との間に設けられている。
（下部ガイド層）
下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２の上に形成されている。下部ガイド層３５１は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二積層部３１２と屈折率差を設けている。下部ガイド層３５１は、例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶により形成されている。下部ガイド層３５１は、具体的には、Ａｌｘ７Ｇａ（１−ｘ７）Ｎ（０＜ｘ７＜１）により形成される。
また、下部ガイド層３５１を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２の上に形成されている。下部ガイド層３５１は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二積層部３１２と屈折率差を設けている。下部ガイド層３５１は、例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶により形成されている。下部ガイド層３５１は、具体的には、Ａｌｘ７Ｇａ（１−ｘ７）Ｎ（０＜ｘ７＜１）により形成される。
また、下部ガイド層３５１を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７は、断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）により特定することが出来る。Ａｌ組成比ｘ７は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７は、第二積層部３１２のＡｌ組成比ｘ６よりも小さくてもよい。これにより、下部ガイド層３５１は、第二積層部３１２よりも屈折率が大きくなり、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めることが可能となる。
下部ガイド層３５１がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対してドーパントであるＳｉが１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることで、下部ガイド層３５１がｎ型化する。下部ガイド層３５１がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対してドーパントであるＭｇが３×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることで、下部ガイド層３５１がｐ型化する。下部ガイド層３５１は、ドーパントとしてのＳｉ、Ｍｇを含まないアンドープ層でもよい。
（窒化物半導体活性層）
窒化物半導体活性層３５２は、窒化物半導体素子１の発光が得られる発光層である。
窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成される。より具体的に、窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌｘ８Ｇａ（１−ｘ８）Ｎ（０≦ｘ８≦１）で形成される。窒化物半導体活性層３５２におけるＡｌ組成比ｘ８は、下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７よりも小さいことが好ましい。これにより、第一電極１４及び第二電極１５から注入したキャリアを効率よく発光部３５に閉じ込めることができる。
窒化物半導体活性層３５２は、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
窒化物半導体活性層３５２は、窒化物半導体素子１の発光が得られる発光層である。
窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成される。より具体的に、窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌｘ８Ｇａ（１−ｘ８）Ｎ（０≦ｘ８≦１）で形成される。窒化物半導体活性層３５２におけるＡｌ組成比ｘ８は、下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７よりも小さいことが好ましい。これにより、第一電極１４及び第二電極１５から注入したキャリアを効率よく発光部３５に閉じ込めることができる。
窒化物半導体活性層３５２は、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
窒化物半導体活性層３５２がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対してドーパントであるＳｉが１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることで、窒化物半導体活性層３５２がｎ型化する。窒化物半導体活性層３５２がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対してドーパントであるＭｇが３×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることで、窒化物半導体活性層３５２がｐ型化する。窒化物半導体活性層３５２は、ドーパントとしてのＳｉ、Ｍｇを含まないアンドープ層でもよい。
窒化物半導体活性層３５２は、図示しない井戸層と、井戸層に隣接して設けられ障壁層とを有する。窒化物半導体活性層３５２は、井戸層と障壁層とが１つずつ交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有していてもよい。窒化物半導体素子１は、単一井戸構造の窒化物半導体活性層３５２を有することにより、１つの井戸層内のキャリア密度を増加させることができる。一方、窒化物半導体活性層３５２は、例えば「障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層」という二重量子井戸構造、又は三重以上の量子井戸構造を有していても良い。窒化物半導体素子１は、多重量子井戸構造の窒化物半導体活性層３５２を有することにより、窒化物半導体活性層３５２の発光効率や発光強度の向上を図ることができる。二重量子井戸構造の場合、井戸層の厚さは例えば４ｎｍであってよく、障壁層の厚さは例えば８ｎｍであってよく、窒化物半導体活性層３５２の厚さは３２ｎｍであってもよい。
井戸層のＡｌ組成比は、下部ガイド層３５１及び上部ガイド層３５３のそれぞれのＡｌ組成比よりも小さい。また、井戸層のＡｌ組成比は、障壁層のＡｌ組成比よりも小さい。また、障壁層のＡｌ組成比は、下部ガイド層３５１及び上部ガイド層３５３のそれぞれのＡｌ組成比と同一であってもよく、異なっていても良い。なお、井戸層及び障壁層の平均のＡｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２全体のＡｌ組成比となる。
井戸層及び障壁層のＡｌ組成比は断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）により特定することが出来る。Ａｌ組成比は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。
井戸層及び障壁層のＡｌ組成比は断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）により特定することが出来る。Ａｌ組成比は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。
（上部ガイド層）
上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２の上に形成されている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二窒化物半導体層３３と屈折率差を設けている。上部ガイド層３５３は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成されている。上部ガイド層３５３は、具体的には、Ａｌｘ９Ｇａ（１−ｘ９）Ｎ（０≦ｘ９≦１）により形成される。
また、上部ガイド層３５３を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２の上に形成されている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二窒化物半導体層３３と屈折率差を設けている。上部ガイド層３５３は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成されている。上部ガイド層３５３は、具体的には、Ａｌｘ９Ｇａ（１−ｘ９）Ｎ（０≦ｘ９≦１）により形成される。
また、上部ガイド層３５３を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
上部ガイド層３５３のＡｌ組成比ｘ９は、断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）により特定することができる。Ａｌ組成比ｘ９は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。上部ガイド層３５３のＡｌ組成比ｘ９は、井戸層のＡｌ組成比よりも大きくてもよい。これにより、窒化物半導体活性層３５２へキャリアを閉じ込めることが可能となる。
上部ガイド層３５３がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることで、上部ガイド層３５３がｎ型化する。上部ガイド層３５３がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＭｇが３×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされることで、上部ガイド層３５３がｐ型化する。上部ガイド層３５３は、アンドープ層でもよい。
＜電子ブロック層＞
電子ブロック層３４は、発光部３５とＡｌＧａＮ層３２との間に設けられている。電子ブロック層３４は、第一窒化物半導体層３１側から流入されて窒化物半導体活性層３５２に注入されなかった電子を反射して窒化物半導体活性層３５２に注入することができる。窒化物半導体活性層３５２に注入されなかった電子は、例えば、ＡｌＧａＮ層３２におけるホール濃度が低い場合に、窒化物半導体活性層３５２に注入されずにＡｌＧａＮ層３２側に流れてしまう電子である。電子がＡｌＧａＮ層３２側に流れると、窒化物半導体活性層３５２への電子の注入効率が低下するので、発光効率を十分に向上させることが困難になる。電子ブロック層３４を設けることにより、窒化物半導体活性層３５２への電子の注入効率が向上し、発光効率の向上を図ることができる。
電子ブロック層３４は、発光部３５とＡｌＧａＮ層３２との間に設けられている。電子ブロック層３４は、第一窒化物半導体層３１側から流入されて窒化物半導体活性層３５２に注入されなかった電子を反射して窒化物半導体活性層３５２に注入することができる。窒化物半導体活性層３５２に注入されなかった電子は、例えば、ＡｌＧａＮ層３２におけるホール濃度が低い場合に、窒化物半導体活性層３５２に注入されずにＡｌＧａＮ層３２側に流れてしまう電子である。電子がＡｌＧａＮ層３２側に流れると、窒化物半導体活性層３５２への電子の注入効率が低下するので、発光効率を十分に向上させることが困難になる。電子ブロック層３４を設けることにより、窒化物半導体活性層３５２への電子の注入効率が向上し、発光効率の向上を図ることができる。
電子ブロック層３４は、例えばＡｌＧａＮで形成されている。より具体的に、電子ブロック層３４は、Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４）Ｎで形成されている。電子ブロック層３４におけるＡｌの組成比ｘ４は、例えばＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比ｘ１と同等かそれ以上であることが好ましい。電子ブロック層３４は、Ｍｇが注入されたｐ型半導体であることが好ましい。Ｍｇは、例えば１×１０１８ｃｍ−３の不純物濃度で電子ブロック層３４に注入されている。これにより、電子ブロック層３４は、ｐ型化されてｐ型半導体に構成される。電子ブロック層３４はＭｇが添加されていなくても良い。電子ブロック層３４にＭｇが添加されていない場合、電子ブロック層３４の導電性は低下するが、特にレーザダイオードにおいては吸収による内部ロスの増加を抑制することができるため、閾値電流密度Ｊｔｈを下げることが可能である。
電子ブロック層３４は、電子をブロックする観点からはできるだけバリア高さが高いことが要求される。しかしながら、バリア高さを高くしすぎると、素子抵抗が高くなり、窒化物半導体素子１の駆動電圧の増加、窒化物半導体素子１を破壊しない範囲で到達し得る最大電流密度の低下を引き起こす。このため、電子ブロック層３４のＡｌ組成比は、窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比よりも０．３以上０．５５未満高いことが好ましい。電子ブロック層３４のＡｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比よりも０．３以上高い場合、素子の導通が好適に維持される。また、電子ブロック層３４のＡｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比よりも０．５５未満高い場合、素子抵抗の増加が抑制される。
電子ブロック層３４の厚さは、０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより好ましく、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。すなわち、電子ブロック層３４が設けられていなくても良い。電子ブロック層３４の厚さが５０ｎｍ以下の場合、窒化物半導体素子１は、素子抵抗が低く低電圧駆動が可能となる。また、電子ブロック層３４の厚さが小さいほど窒化物半導体素子１の素子抵抗を下げることができるため、電子ブロック層３４の厚さは小さい程好ましい。また、電子ブロック層３４の厚さが２ｎｍ以上の場合、電子ブロックの効果を発揮し内部効率を向上できるため、発光出力向上の観点からは好ましい。
電子ブロック層３４は、窒化物半導体活性層３５２と上部ガイド層３５３との間に配置されてもよい。また、電子ブロック層３４は、下部ガイド層３５１中に下部ガイド層３５１を分割するように配置されてもよい。また、電子ブロック層３４は、下部ガイド層３５１と窒化物半導体活性層３５２との間に配置されてもよい。電子ブロック層３４は、複数層で形成されていても良い。電子ブロック層３４は、単一Ａｌ組成で形成されていてもよく、Ａｌ組成が高組成と低組成を繰り返す超格子構造であっても良い。
＜第一電極＞
第一電極１４は、リッジ部半導体層１７上、すなわちリッジ部半導体層１７の最上層である第二窒化物半導体層３３上に形成されている。
第一電極１４は、ｐ型半導体層である第二窒化物半導体層３３上に形成されることから、ｐ型電極となるように形成されている。第一電極１４は、第一電極１４が窒化物半導体素子１に正孔（ホール）を注入する目的で用いられ、一般的な窒化物半導体素子のｐ型電極材料により形成される。例えば、第一電極１４は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ又はその合金、又はＩＴＯ等により形成され、特にＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであることが好ましい。第一電極１４とリッジ部半導体層１７とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。
第一電極１４は、リッジ部半導体層１７上、すなわちリッジ部半導体層１７の最上層である第二窒化物半導体層３３上に形成されている。
第一電極１４は、ｐ型半導体層である第二窒化物半導体層３３上に形成されることから、ｐ型電極となるように形成されている。第一電極１４は、第一電極１４が窒化物半導体素子１に正孔（ホール）を注入する目的で用いられ、一般的な窒化物半導体素子のｐ型電極材料により形成される。例えば、第一電極１４は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ又はその合金、又はＩＴＯ等により形成され、特にＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであることが好ましい。第一電極１４とリッジ部半導体層１７とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。
第一電極１４は、第一電極１４の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極（第一パッド電極）を有していてもよい。パッド電極は、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ又はＷ等により形成され、導電性の観点からＡｕで形成されることが好ましい。また、第一電極１４は、例えばＮｉ及びＡｕの合金で形成された第一コンタクト電極をリッジ部半導体層１７上に形成し、Ａｕで形成された第一パッド電極を第二コンタクト電極上に形成した構成であっても良い。
第一電極１４は、例えば２４０ｎｍの厚さに形成されている。
第一電極１４は、例えば２４０ｎｍの厚さに形成されている。
第一電極１４は、レーザダイオードの場合には短辺の長さが１０μｍ未満であり長辺の長さが１０００μｍ以下の長方形状を有し、第二窒化物半導体層３３に積層されているとよい。発光ダイオードの場合には、様々な形状が想定されるが、例えば５０μｍ×２００μｍの長方形の形状等が想定される。第一電極１４のリッジ部半導体層１７側の面は、ほぼ同じ形状を有している。第一電極１４とリッジ部半導体層１７との接触面が互いに同じ形状を有することにより、第一電極１４から注入されるキャリアがリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制され、窒化物半導体活性層３５２での発光を制御することができる。
＜第二電極＞
第二電極１５は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２上に形成されている。
第二電極１５は、ｎ型半導体層である第一窒化物半導体層３１上に形成されることから、ｎ型電極となるように形成されている。第二電極１５は、第二電極１５が第一窒化物半導体層３１に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のｎ型電極材料により形成される。例えば、第二電極１５は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ若しくはその合金、又はＩＴＯ等により形成される。
第二電極１５は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２上に形成されている。
第二電極１５は、ｎ型半導体層である第一窒化物半導体層３１上に形成されることから、ｎ型電極となるように形成されている。第二電極１５は、第二電極１５が第一窒化物半導体層３１に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のｎ型電極材料により形成される。例えば、第二電極１５は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ若しくはその合金、又はＩＴＯ等により形成される。
第二電極１５は、第二電極１５の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極（第二パッド電極）を有していてもよい。パッド電極は、第一電極１４のパッド電極と同様の材料、構成とすることができる。
第二電極１５は、例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。本開示では、第二電極１５は、第一電極１４と異なる厚さに形成されているが、第一電極１４と同じ厚さに形成されていてもよい。
第二電極１５は、例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。本開示では、第二電極１５は、第一電極１４と異なる厚さに形成されているが、第一電極１４と同じ厚さに形成されていてもよい。
（共振器面）
窒化物半導体素子１がレーザダイオードに適用される場合、共振器面の形成が必要である。共振器面１６ａは、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、電子ブロック層３４、ＡｌＧａＮ層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。共振器面１６ａは、図１において輪郭が太線によって図示されている面である。
また、裏側共振器面１６ｂは、共振器面１６ａに対向する側面であって、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、電子ブロック層３４、ＡｌＧａＮ層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。裏側共振器面１６ｂは、図１において輪郭の一部が太線によって図示されている面である。
窒化物半導体素子１がレーザダイオードに適用される場合、共振器面の形成が必要である。共振器面１６ａは、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、電子ブロック層３４、ＡｌＧａＮ層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。共振器面１６ａは、図１において輪郭が太線によって図示されている面である。
また、裏側共振器面１６ｂは、共振器面１６ａに対向する側面であって、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、電子ブロック層３４、ＡｌＧａＮ層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。裏側共振器面１６ｂは、図１において輪郭の一部が太線によって図示されている面である。
共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、発光部３５の発光を反射させることを目的として設けられている。共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂで反射した光を発光部３５に閉じ込めるために、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、対を成して備えられている。共振器面１６ａは、例えば窒化物半導体素子１の光の出射側となる。共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂにおいて、発光部３５からの発光を反射させるために、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、発光部３５と上部ガイド層３５３との接触面に対して垂直かつ平坦であってもよい。しかしながら、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、全体にあるいは部分的に傾斜部あるいは凹凸部を有していてもよい。
共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂの表面には、誘電体多層膜等の絶縁保護膜及び反射膜が形成されていてもよい。具体的には、絶縁保護膜は、ＳｉＯ２で形成されていてよく、その他にＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＳｎＯ２、ＺｒＯ又はＨｆＯ２等で形成されていてもよい。また、絶縁保護膜は、これらの材料が積層された構造を有していてもよい。絶縁保護膜は、窒化物半導体素子１の光の出射側となる共振器面１６ａと、光の出射側にならない反射側の裏側共振器面１６ｂの両方の表面に形成されていてもよい。光の出射側の共振器面１６ａに形成された絶縁保護膜と、光の反射側の裏側共振器面１６ｂに形成された絶縁保護膜は、同じ構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。
（製造方法）
電子ブロック層３４及びＡｌＧａＮ層３２は、次のようにして作製することができる。例えば、有機気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）を用いて、原料ガスである、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量を連続的に増加させて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量を連続的に減少させながらアンモニアガスを同時に流してＡｌＧａＮを成長させる。このとき、ＡｌＧａＮの成長時間を調整することで、電子ブロック層３４及びＡｌＧａＮ層３２の厚さを調整することができる。
これにより、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が変化した組成変化層を作製することができる。この際、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）をアンモニアガスと同時に流すことで、不純物としてＡｌＧａＮ中にＭｇを添加することができる。
電子ブロック層３４及びＡｌＧａＮ層３２は、次のようにして作製することができる。例えば、有機気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）を用いて、原料ガスである、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量を連続的に増加させて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量を連続的に減少させながらアンモニアガスを同時に流してＡｌＧａＮを成長させる。このとき、ＡｌＧａＮの成長時間を調整することで、電子ブロック層３４及びＡｌＧａＮ層３２の厚さを調整することができる。
これにより、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が変化した組成変化層を作製することができる。この際、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）をアンモニアガスと同時に流すことで、不純物としてＡｌＧａＮ中にＭｇを添加することができる。
（測定方法）
本実施形成における材料及び組成の特定は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray spectrometry）で実施する。各層の積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工し、その断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて観察することで各層の配置を明確化し、点分析が可能なエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray Spectrometry）で同定する。また、半導体薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
本実施形成における材料及び組成の特定は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray spectrometry）で実施する。各層の積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工し、その断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて観察することで各層の配置を明確化し、点分析が可能なエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray Spectrometry）で同定する。また、半導体薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
＜第一実施形態の効果＞
第一実施形態に係る窒化物半導体素子は、以下の効果を有する。
（１）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、窒化物半導体活性層３５２よりも上方に形成され、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層を有している。
これにより、高電流下あるいは高電流密度で素子を駆動することができる。
第一実施形態に係る窒化物半導体素子は、以下の効果を有する。
（１）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、窒化物半導体活性層３５２よりも上方に形成され、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層を有している。
これにより、高電流下あるいは高電流密度で素子を駆動することができる。
（２）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＧａＮ層がＭｇを含み、ＡｌＧａＮ層におけるＡｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さく、ＡｌＧａＮ層におけるＭｇの濃度ｂ１が０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さい第一ＡｌＧａＮ領域を有している。
これにより、窒化物半導体素子を絶縁化あるいは高抵抗化させることを抑制することができる。
これにより、窒化物半導体素子を絶縁化あるいは高抵抗化させることを抑制することができる。
（３）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、上端面におけるａ軸格子定数ｃ２が下端面におけるａ軸格子定数ｃ１よりも大きいＡｌＧａＮ層を備えている。
これにより、所定量のＭｇを含むことで格子緩和が生じるほどＡｌＧａＮ層が厚くても、あるいはＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成の変化が大きくても、電流を流れやすくする効果をより向上させることができる。
これにより、所定量のＭｇを含むことで格子緩和が生じるほどＡｌＧａＮ層が厚くても、あるいはＡｌＧａＮ層中のＡｌ組成の変化が大きくても、電流を流れやすくする効果をより向上させることができる。
（４）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、第二窒化半導体層側の面に突出部を有していても良い。
この場合、ＡｌＧａＮ層と第二窒化物半導体層との接触面積が増加し、高電流密度での素子の駆動ができる。
この場合、ＡｌＧａＮ層と第二窒化物半導体層との接触面積が増加し、高電流密度での素子の駆動ができる。
２．第二実施形態
以下、第二実施形態に係る窒化物半導体素子２について、図４及び図５を用いて説明する。窒化物半導体素子２は、窒化物半導体素子１と同様の紫外光を発光可能な素子である。
図４に示すように、窒化物半導体素子２は、基板１１と、ＡｌＮ層３０と、第一窒化物半導体層３１と、発光部３５と、電子ブロック層３４と、ＡｌＧａＮ層１３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層されている。ＡｌＧａＮ層１３２は、Ａｌ組成比が異なる複数の領域を有している。また、窒化物半導体素子２は、第二窒化物半導体層３３に接触して設けられた第一電極１４と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を備えている。すなわち、窒化物半導体素子２は、ＡｌＧａＮ層３２に替えて、Ａｌ組成比が異なる複数の領域を有するＡｌＧａＮ層１３２を備えている点で、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１と相違する。
以下、第二実施形態に係る窒化物半導体素子２について、図４及び図５を用いて説明する。窒化物半導体素子２は、窒化物半導体素子１と同様の紫外光を発光可能な素子である。
図４に示すように、窒化物半導体素子２は、基板１１と、ＡｌＮ層３０と、第一窒化物半導体層３１と、発光部３５と、電子ブロック層３４と、ＡｌＧａＮ層１３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層されている。ＡｌＧａＮ層１３２は、Ａｌ組成比が異なる複数の領域を有している。また、窒化物半導体素子２は、第二窒化物半導体層３３に接触して設けられた第一電極１４と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を備えている。すなわち、窒化物半導体素子２は、ＡｌＧａＮ層３２に替えて、Ａｌ組成比が異なる複数の領域を有するＡｌＧａＮ層１３２を備えている点で、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１と相違する。
以下、ＡｌＧａＮ層１３２について説明する。本実施形態に係る窒化物半導体素子２では、Ａｌ組成比が異なる２層の領域である第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２を有するＡｌＧａＮ層１３２を有する場合について説明する。
なお、ＡｌＧａＮ層１３２以外の基板１１、ＡｌＮ層３０、第一窒化物半導体層３１、電子ブロック層３４、発光部３５及び第二窒化物半導体層３３については、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。また、第一電極１４及び第二電極１５についても第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。
なお、ＡｌＧａＮ層１３２以外の基板１１、ＡｌＮ層３０、第一窒化物半導体層３１、電子ブロック層３４、発光部３５及び第二窒化物半導体層３３については、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。また、第一電極１４及び第二電極１５についても第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。
（第一ＡｌＧａＮ領域）
図５に示すように、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１のＡｌＧａＮ層３２と同様の構成とすることができる。すなわち、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ｍｇを含み、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体である。第一ＡｌＧａＮ領域３２１では、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さくなっている。すなわち、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１は、０＜ａ１＜０．２２となっている。
また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、正孔を第一ＡｌＧａＮ領域３２１中に生成するための不純物であるＭｇを含んでいる。第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＭｇの濃度ｂ１は、０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さくなっている。
図５に示すように、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１のＡｌＧａＮ層３２と同様の構成とすることができる。すなわち、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ｍｇを含み、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体である。第一ＡｌＧａＮ領域３２１では、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さくなっている。すなわち、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１は、０＜ａ１＜０．２２となっている。
また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、正孔を第一ＡｌＧａＮ領域３２１中に生成するための不純物であるＭｇを含んでいる。第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＭｇの濃度ｂ１は、０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さくなっている。
窒化物半導体素子２は、窒化物半導体素子１のＡｌＧａＮ層３２を第一ＡｌＧａＮ領域３２１とし、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二窒化物半導体層３３との間に、本実施形態で説明する第二ＡｌＧａＮ領域３２２を有する構成とすることができる。
（第二ＡｌＧａＮ領域）
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも上方、すなわち窒化物半導体活性層３５２から離れた位置に形成された領域であり、ＡｌＧａＮで形成されている。
図５に示すように、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、Ｍｇを含み、第一ＡｌＧａＮ領域から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体である。第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるＡｌ組成比の組成傾斜率ａ２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１における組成傾斜率ａ１よりも大きくなっている。これにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２から第一ＡｌＧａＮ領域３２１へ効率的に電流を流すことが可能となる。第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１は、この範囲内であれば、第一ＡｌＧａＮ領域３２１の厚さ方向全域において一定の変化率で減少しても良く、位置によって異なる変化率で減少していても良い。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも上方、すなわち窒化物半導体活性層３５２から離れた位置に形成された領域であり、ＡｌＧａＮで形成されている。
図５に示すように、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、Ｍｇを含み、第一ＡｌＧａＮ領域から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体である。第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるＡｌ組成比の組成傾斜率ａ２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１における組成傾斜率ａ１よりも大きくなっている。これにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２から第一ＡｌＧａＮ領域３２１へ効率的に電流を流すことが可能となる。第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１は、この範囲内であれば、第一ＡｌＧａＮ領域３２１の厚さ方向全域において一定の変化率で減少しても良く、位置によって異なる変化率で減少していても良い。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるＭｇの濃度ｂ２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＭｇの濃度ｂ１よりも大きくなっている。Ａｌ組成比が第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも高い第一ＡｌＧａＮ領域３２１では、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりもＭｇ不純物の活性化エネルギーが大きく、Ｍｇ添加による正孔の生成量が第二ＡｌＧａＮ領域３２２と比較して少なくなる。一方、第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりもＡｌ組成が低いＡｌＧａＮを用いているため、Ｍｇ不純物による正孔生成の活性化エネルギーが小さく、Ｍｇ添加による正孔の生成量が多くなる。これにより、上述したＭｇ不純物由来のドナー性欠陥で生成する電子を、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の層内においてＭｇの活性化により生成する正孔で打ち消し、電流を流れやすくさせることができる。Ｍｇ濃度が所定の範囲にある場合には、上述したように格子緩和により電子が生成されるが、これをＭｇ不純物の活性化により生成する正孔で相殺することができ、かつ分極ドーピングにより正孔が生成している部分では正孔が電子で相殺されることを抑制させることができる。この格子緩和は、薄膜成長において上層である第二ＡｌＧａＮの方が第一ＡｌＧａＮよりも発生しやすい。さらに、第二ＡｌＧａＮの方が第一ＡｌＧａＮよりもＡｌ組成比が小さいので、Ｍｇ不純物による活性化エネルギーも小さく、Ｍｇ不純物による正孔生成量も多い。そのため、第二ＡｌＧａＮは第一ＡｌＧａＮよりもＭｇ不純物濃度が高い方が好ましい。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上端面におけるａ軸格子定数ｃ４は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１との境界面である第二ＡｌＧａＮ領域３２２の下端面におけるａ軸格子定数ｃ３よりも大きくてもよい。格子緩和させることにより第二ＡｌＧａＮ領域３２２に応力がかかりすぎることによるクラックの発生を抑制することができる。一方で、格子緩和させることで引っ張り応力が働き、電子が局所的に生成する。この電子を相殺する目的で、Ｍｇを所定の濃度含むことが良い。Ｍｇを所定の濃度含むことで、Ｍｇの活性化により正孔が少なからず生成し、電子と相殺されることでｐ型の導電性が保持される。
格子整合している第一ＡｌＧａＮ領域３２１では、Ｍｇの添加量をなるべく少なくして電気特性を確保することが好ましい。一方、格子緩和している第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、Ｍｇの添加量を第一ＡｌＧａＮ領域３２１における添加量よりも多くすることで、分極により発生する電子ガスをＭｇ不純物の活性化により生成する正孔により相殺し、かつより多くの正孔を生成することでｐ型の導電性を有する。これにより、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２のいずれの層でも高濃度の正孔を生成することができるため、高電流を流すことができるとともに、窒化物半導体素子２の絶縁化を生じにくくなる。
格子整合している第一ＡｌＧａＮ領域３２１では、Ｍｇの添加量をなるべく少なくして電気特性を確保することが好ましい。一方、格子緩和している第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、Ｍｇの添加量を第一ＡｌＧａＮ領域３２１における添加量よりも多くすることで、分極により発生する電子ガスをＭｇ不純物の活性化により生成する正孔により相殺し、かつより多くの正孔を生成することでｐ型の導電性を有する。これにより、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２のいずれの層でも高濃度の正孔を生成することができるため、高電流を流すことができるとともに、窒化物半導体素子２の絶縁化を生じにくくなる。
より具体的に、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ｎで形成されている。第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるＡｌの組成比ｘ２は、例えば０＜ｘ２≦０．４５であることが好ましい。すなわち、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌ組成比ｘ２は、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．４５からほぼ０まで変化してもよい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が上端面に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成された場合、第二窒化物半導体層３３を構成するＡｌＧａＮとの障壁を顕著に低下させることができる。このため、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３との間の抵抗をより低下させるとともに、ショットキー障壁が低減し、キャリア注入効率がより向上する。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも平均のＡｌ組成比が低くなるように形成されることが好ましい。これにより、電極から活性層へ効率良く電流を流すことが可能である。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも平均のＡｌ組成比が低くなるように形成されることが好ましい。これにより、電極から活性層へ効率良く電流を流すことが可能である。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２を構成するＡｌＧａＮは、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素、又はＣ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、ＺｎもしくはＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２を構成するＡｌＧａＮは、ｐ型半導体のドーパントとしてＭｇを含んでいる。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、連続的にＡｌ組成比ｘ２が減少する領域であり、＋ｃ面成長の際には分極により第二ＡｌＧａＮ領域３２２中に正孔が発生する。
第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間に例えば組成が一定のＡｌＮとＧａＮの混晶であるＡｌＧａＮ層を含んでいても良い。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２を構成するＡｌＧａＮは、ｐ型半導体のドーパントとしてＭｇを含んでいる。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、連続的にＡｌ組成比ｘ２が減少する領域であり、＋ｃ面成長の際には分極により第二ＡｌＧａＮ領域３２２中に正孔が発生する。
第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間に例えば組成が一定のＡｌＮとＧａＮの混晶であるＡｌＧａＮ層を含んでいても良い。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第二窒化物半導体層３３側の面に突出部を備えていてもよい。この場合、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の第一ＡｌＧａＮ領域３２１側から突出部の先端に向けてＡｌ組成比ｘ２が傾斜していてもよい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有することにより、第一電極１４から電子が注入される際に電流密度を向上させる効果がある。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有することにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３との接触面積を大きくすることができ、直列抵抗及び疑似エネルギー障壁を低減させることができるため、ショットキー成分の低減や、キャリア注入効率の向上を図ることができる。
＜第二実施形態の効果＞
第二実施形態に係る窒化物半導体素子は、第一実施形態に記載の（１）〜（４）の効果に加えて、以下の効果を有する。
（５）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ２が第一ＡｌＧａＮ領域３２１における組成傾斜率ａ１よりも大きい第二ＡｌＧａＮ領域を備えている。
これにより、第二ＡｌＧａＮ領域から第一ＡｌＧａＮ領域へ効率的に電流を流すことが可能となる。ここで、「効率的」とは、キャリア注入効率を向上させることによる発光素子における発光効率を高くすることができること、レーザダイオードにおいて発振閾値を低くすることができること、受光素子において素子抵抗を小さくできることをいう。
第二実施形態に係る窒化物半導体素子は、第一実施形態に記載の（１）〜（４）の効果に加えて、以下の効果を有する。
（５）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ２が第一ＡｌＧａＮ領域３２１における組成傾斜率ａ１よりも大きい第二ＡｌＧａＮ領域を備えている。
これにより、第二ＡｌＧａＮ領域から第一ＡｌＧａＮ領域へ効率的に電流を流すことが可能となる。ここで、「効率的」とは、キャリア注入効率を向上させることによる発光素子における発光効率を高くすることができること、レーザダイオードにおいて発振閾値を低くすることができること、受光素子において素子抵抗を小さくできることをいう。
（６）本実施形態に係る窒化物半導体素子は、第二ＡｌＧａＮ層におけるＭｇの濃度ｂ２が、第一ＡｌＧａＮ層におけるＭｇの濃度ｂ１よりも大きくなっている。
これにより、格子緩和によりＡｌＧａＮ中で電子が生成する箇所があったとしてもＭｇ不純物の活性化による正孔の生成により電子を相殺することが出来、高電流駆動下でも素子破壊が無く、素子の駆動効率（発光効率や電力変換効率）を高くすることが出来る。
これにより、格子緩和によりＡｌＧａＮ中で電子が生成する箇所があったとしてもＭｇ不純物の活性化による正孔の生成により電子を相殺することが出来、高電流駆動下でも素子破壊が無く、素子の駆動効率（発光効率や電力変換効率）を高くすることが出来る。
以下、本開示に係る窒化物半導体素子について、実施例を挙げて説明する。
実施例では、第二実施形態で説明した構成の窒化物半導体素子を作製し、電気特性を評価した。
実施例では、第二実施形態で説明した構成の窒化物半導体素子を作製し、電気特性を評価した。
各実施例における窒化物半導体素子（図３参照）の基本構成を以下に示す。
なお、例えば以下に示す組成におけるＡｌｘ→ｙとの記載は、層内の下層側から上層側に向けてＡｌの組成がｘからｙに徐々に変化した構成を示す。
なお、例えば以下に示す組成におけるＡｌｘ→ｙとの記載は、層内の下層側から上層側に向けてＡｌの組成がｘからｙに徐々に変化した構成を示す。
（基本モデル）
基板の上面にＡｌＮ層、第一窒化物半導体層、下部ガイド層、窒化物半導体活性層及び上部ガイド層を含む発光部、電子ブロック層、第一ＡｌＧａＮ領域及び第二ＡｌＧａＮ領域を含むＡｌＧａＮ層、被覆層である第二窒化物半導体層を形成した。続いて、第二窒化物半導体層に接触して設けられた第一電極と、第一窒化物半導体層の一部に接触して設けられた第二電極と、を形成した。ここで、各層は以下の構成で形成した。
基板の上面にＡｌＮ層、第一窒化物半導体層、下部ガイド層、窒化物半導体活性層及び上部ガイド層を含む発光部、電子ブロック層、第一ＡｌＧａＮ領域及び第二ＡｌＧａＮ領域を含むＡｌＧａＮ層、被覆層である第二窒化物半導体層を形成した。続いて、第二窒化物半導体層に接触して設けられた第一電極と、第一窒化物半導体層の一部に接触して設けられた第二電極と、を形成した。ここで、各層は以下の構成で形成した。
・基板：サファイア基板
・ＡｌＮ層：厚さ １．６μｍ
・第一窒化物半導体層：組成 ｎ−Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ、厚さ ３μｍ
・下部ガイド層及び上部ガイド層：組成 ｕ−Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ 各１５０ｎｍ
・窒化物半導体活性層（二重量子井戸構造）
井戸層：組成 Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ、厚さ ４ｎｍ
障壁層：組成 Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ ８ｎｍ
・電子ブロック層：組成 ｕ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、厚さ ２０ｎｍ
・組成変化層（二層構造）
第一組成変化領域：組成 ｐ−Ａｌｘ→０．４５Ｇａ（１−ｘ）→０．５５Ｎ（ｘは第一組成変化領域の初端組成）、厚さ ２６０ｎｍ
第二組成変化領域：組成 ｐ−Ａｌ０．４５→０Ｇａ０．５５→１Ｎ、Ｍｇ濃度 ２．０×１０１９ｃｍ−３、厚さ ７５ｎｍ
・第二窒化半導体層：組成 ｐ−ＧａＮ、厚さ１０ｎｍ
・リッジ幅：５μｍ
・ｐ型電極幅：３μｍ
・ＡｌＮ層：厚さ １．６μｍ
・第一窒化物半導体層：組成 ｎ−Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ、厚さ ３μｍ
・下部ガイド層及び上部ガイド層：組成 ｕ−Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ 各１５０ｎｍ
・窒化物半導体活性層（二重量子井戸構造）
井戸層：組成 Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ、厚さ ４ｎｍ
障壁層：組成 Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ ８ｎｍ
・電子ブロック層：組成 ｕ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、厚さ ２０ｎｍ
・組成変化層（二層構造）
第一組成変化領域：組成 ｐ−Ａｌｘ→０．４５Ｇａ（１−ｘ）→０．５５Ｎ（ｘは第一組成変化領域の初端組成）、厚さ ２６０ｎｍ
第二組成変化領域：組成 ｐ−Ａｌ０．４５→０Ｇａ０．５５→１Ｎ、Ｍｇ濃度 ２．０×１０１９ｃｍ−３、厚さ ７５ｎｍ
・第二窒化半導体層：組成 ｐ−ＧａＮ、厚さ１０ｎｍ
・リッジ幅：５μｍ
・ｐ型電極幅：３μｍ
＜サンプル１＞〜＜サンプル４＞
表１に示すように、第一組成変化層におけるＡｌの初端組成ｘを１．０，０．９，０．７，０．６と変化させ、かつ終端組成を０．４５で固定し、Ａｌの組成傾斜率を変化させた。また、第一組成変化層におけるＭｇ濃度を１．０×１０１９ｃｍ−３と一定とした。
また、第二組成変化層におけるＡｌの初端組成を０．４５、終端組成を０とすることで、Ａｌの組成傾斜率を第一組成変化層の組成傾斜率よりも高い０．６とした。さらに、第二組成変化層におけるＭｇ濃度を、第一組成変化層のＭｇ濃度よりも高い２．０×１０１９ｃｍ−３とした。
これにより、第一組成変化領域におけるＡｌ組成の傾斜率が異なり、かつ第二組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率が第一組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率よりも高く、第二組成変化層におけるＭｇ濃度が第一組成変化層におけるＭｇ濃度よりも高いサンプル１〜４の窒化物半導体素子とした。
表１に示すように、第一組成変化層におけるＡｌの初端組成ｘを１．０，０．９，０．７，０．６と変化させ、かつ終端組成を０．４５で固定し、Ａｌの組成傾斜率を変化させた。また、第一組成変化層におけるＭｇ濃度を１．０×１０１９ｃｍ−３と一定とした。
また、第二組成変化層におけるＡｌの初端組成を０．４５、終端組成を０とすることで、Ａｌの組成傾斜率を第一組成変化層の組成傾斜率よりも高い０．６とした。さらに、第二組成変化層におけるＭｇ濃度を、第一組成変化層のＭｇ濃度よりも高い２．０×１０１９ｃｍ−３とした。
これにより、第一組成変化領域におけるＡｌ組成の傾斜率が異なり、かつ第二組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率が第一組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率よりも高く、第二組成変化層におけるＭｇ濃度が第一組成変化層におけるＭｇ濃度よりも高いサンプル１〜４の窒化物半導体素子とした。
＜サンプル５＞〜＜サンプル７＞
表１に示すように、Ｍｇ濃度を２．０×１０１７ｃｍ−３とした以外はサンプル２〜４と同様にして、サンプル５〜７の窒化物半導体素子とした。
これにより、第一組成変化領域におけるＡｌ組成の傾斜率が異なり、かつ第二組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率が第一組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率よりも高く、第二組成変化層におけるＭｇ濃度が第一組成変化層におけるＭｇ濃度よりも高いサンプル１〜４の窒化物半導体素子とした。
表１に示すように、Ｍｇ濃度を２．０×１０１７ｃｍ−３とした以外はサンプル２〜４と同様にして、サンプル５〜７の窒化物半導体素子とした。
これにより、第一組成変化領域におけるＡｌ組成の傾斜率が異なり、かつ第二組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率が第一組成変化層におけるＡｌの組成傾斜率よりも高く、第二組成変化層におけるＭｇ濃度が第一組成変化層におけるＭｇ濃度よりも高いサンプル１〜４の窒化物半導体素子とした。
＜評価＞
以上のような基本モデルの各窒化物半導体素子について、パルス電流を流した際の電流−電圧（ＩＶ）特性を評価した。このとき、電流−電圧特性は、以下の条件で測定した。
パルス幅：５０ｎｓｅｃ
デューティ比：０．０００１
以上のような基本モデルの各窒化物半導体素子について、パルス電流を流した際の電流−電圧（ＩＶ）特性を評価した。このとき、電流−電圧特性は、以下の条件で測定した。
パルス幅：５０ｎｓｅｃ
デューティ比：０．０００１
以下の表１に、各サンプルの構成と電流−電圧特性の評価結果を示す。表１には、第一実施形態で説明した近似式ＡとＡｌ組成比の傾斜率とから求めた、Ｍｇ濃度の好適範囲の上限値も併せて記載している。また、図６にサンプル１〜４の電流−電圧特性を、図７にサンプル５〜７の電流−電圧特性を示す。
表１に示すように、サンプル１，２及びサンプル５〜７の窒化物半導体素子の第一組成変化領域は、第一実施形態で説明したＭｇ濃度の好適な範囲の上限を超えない濃度のＭｇを含んでいる。このため、図６及び図７に示すように、サンプル１，２及びサンプル５〜７の窒化物半導体素子に電流を流した際に電圧が上昇し、電流が２００ｍＡ以上まで流れるという結果が得られた。特に、サンプル２及びサンプル５〜７の窒化物半導体素子電流が４００ｍＡ以上まで流れるという結果が得られた。
一方、第一実施形態で説明したＭｇ濃度の好適な範囲の上限を超える濃度のＭｇを含む第一組成変化領域を有するサンプル３，４の窒化物半導体素子では、図６に示すように、３０ｍＡ以下程度の電流しか流れないという結果が得られた。すなわち、第一組成変化領域の初端組成を低くすることでＡｌの組成傾斜率が低くなり、Ｍｇ濃度が好適な範囲を超えると、第一組成変化領域が絶縁化するという結果が得られた。
また、サンプル３，４と、サンプル６，７との比較から分かるように、Ｍｇ濃度が好適な範囲にあるサンプル６，７の場合には、サンプル３，４と同様の初端組成及びＡｌ組成傾斜率としても、レーザダイオード構造で４００ｍＡ以上の電流が流れるという結果が得られた。
以上から、絶縁化の原因はＡｌの初端組成及びＡｌ組成傾斜率のみならず、Ｍｇ濃度に依存することが確認された。すなわち、本実施例の構成の窒化物半導体素子では、Ｍｇ由来のドナーの濃度に応じてレーザダイオード構造の絶縁化が発生することが想定されることが分かった。
本開示の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本開示の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
１，２ 窒化物半導体素子
１４ 第一電極
１５ 第二電極
１６ａ 共振器面
１６ｂ 裏側共振器面
１７ リッジ部半導体層
３０ ＡｌＮ層
３１ 第一窒化物半導体層
３１１ 第一積層部
３１１ａ 上面
３１２ 第二積層部
３１２ａ 突出領域
３２，１３２ ＡｌＧａＮ層
３２１ 第一ＡｌＧａＮ領域
３２１ａ 突出領域
３２２ 第二ＡｌＧａＮ領域
３３ 第二窒化物半導体層
３４ 電子ブロック層
３５ 発光部
３５１ 下部ガイド層
３５２ 窒化物半導体活性層
３５３ 上部ガイド層
１４ 第一電極
１５ 第二電極
１６ａ 共振器面
１６ｂ 裏側共振器面
１７ リッジ部半導体層
３０ ＡｌＮ層
３１ 第一窒化物半導体層
３１１ 第一積層部
３１１ａ 上面
３１２ 第二積層部
３１２ａ 突出領域
３２，１３２ ＡｌＧａＮ層
３２１ 第一ＡｌＧａＮ領域
３２１ａ 突出領域
３２２ 第二ＡｌＧａＮ領域
３３ 第二窒化物半導体層
３４ 電子ブロック層
３５ 発光部
３５１ 下部ガイド層
３５２ 窒化物半導体活性層
３５３ 上部ガイド層
Claims (4)
- 活性層と、
前記活性層よりも上方に形成され、Ｍｇを含み、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少し、前記Ａｌ組成比が０．２より大きいＡｌＧａＮで形成されたＡｌＧａＮ層と、
を備え、
前記ＡｌＧａＮ層は、前記Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ１が０Ａｌ％／ｎｍよりも大きく０．２２Ａｌ％／ｎｍよりも小さく、前記ＡｌＧａＮ層における前記Ｍｇの濃度ｂ１が０ｃｍ−３よりも大きく７．０×１０１９×ａ１−２．０×１０１８ｃｍ−３よりも小さい第一ＡｌＧａＮ領域を有する
窒化物半導体素子。 - 前記ＡｌＧａＮ層の上端面において、前記ＡｌＧａＮ層の下端面からＡｌＧａＮが格子緩和している
請求項１に記載の窒化物半導体素子。 - 前記ＡｌＧａＮ層は、前記第一ＡｌＧａＮ領域よりも上方に形成され、Ｍｇを含み、前記第一ＡｌＧａＮ領域から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成された第二ＡｌＧａＮ層と、
をさらに備え、
前記第二ＡｌＧａＮ層における前記Ａｌ組成比の組成傾斜率ａ２は、前記組成傾斜率ａ１よりも大きく、
前記第二ＡｌＧａＮ層における前記Ｍｇの濃度ｂ２は、前記濃度ｂ１よりも大きい
請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。 - 前記第二ＡｌＧａＮ層の上端面におけるａ軸格子定数ｃ４は、前記第一ＡｌＧａＮ領域との境界面である前記第二ＡｌＧａＮ層の下端面におけるａ軸格子定数ｃ３よりも大きい
請求項３に記載の窒化物半導体素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/205,361 US20210375614A1 (en) | 2020-05-28 | 2021-03-18 | Nitride semiconductor element |
| CN202110308651.7A CN113745972A (zh) | 2020-05-28 | 2021-03-23 | 氮化物半导体元件 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020093406 | 2020-05-28 | ||
| JP2020093406 | 2020-05-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021190687A true JP2021190687A (ja) | 2021-12-13 |
Family
ID=78847513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021012414A Pending JP2021190687A (ja) | 2020-05-28 | 2021-01-28 | 窒化物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021190687A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7291357B1 (ja) | 2022-02-24 | 2023-06-15 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 紫外発光素子およびそれを備える電気機器 |
-
2021
- 2021-01-28 JP JP2021012414A patent/JP2021190687A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7291357B1 (ja) | 2022-02-24 | 2023-06-15 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 紫外発光素子およびそれを備える電気機器 |
| JP2023123330A (ja) * | 2022-02-24 | 2023-09-05 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 紫外発光素子およびそれを備える電気機器 |
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