JP2022015556A - Ｉｉｉ族窒化物半導体素子とその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 Ｉｎを含むIII 族窒化物半導体層とこの層に隣接する半導体層との間の歪を緩和することの可能なIII 族窒化物半導体素子とその製造方法を提供することである。【解決手段】 井戸層１６１はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層である。障壁層１６２はIII 族窒化物半導体層である。井戸層１６１を成長させる工程と障壁層１６２を成長させる工程との少なくとも一方では、井戸層１６１と障壁層１６２とを接触させる。井戸層１６１を成長させる工程および障壁層１６２を成長させる工程では、キャリアガスとして水素ガスを含むガスを用いる。障壁層１６２を成長させる工程における水素ガスの流量は、井戸層１６１を成長させる工程における水素ガスの流量よりも多い。【選択図】図２

Description

本明細書の技術分野は、III 族窒化物半導体素子とその製造方法に関する。
ＧａＮに代表されるIII 族窒化物半導体では、その組成を変化させることにより、バンドギャップが０．６ｅＶから６ｅＶまで変化する。そのため、III 族窒化物半導体は、近赤外から深紫外までの広い範囲の波長に相当する発光素子、レーザーダイオード、受光素子等に応用されている。
例えば、III 族窒化物半導体発光素子においては、発光層は井戸層と障壁層とを有する。井戸層と障壁層とでは組成は異なっており、井戸層と障壁層とはヘテロ結合される。井戸層と障壁層とでは格子定数が異なるため、その界面では歪が生じる。そのため、歪を緩和する技術が開発されてきている。例えば、特許文献１では、井戸層４３と障壁層４１との間に領域４２を設ける技術が開示されている。領域４２は井戸層４３の格子定数から障壁層４１の格子定数に向かって徐々に組成が変化する層である（特許文献１の図３）。
特開２００６－２１０６９２号公報
通常、発光素子の発光層には井戸層と障壁層で構成される量子井戸構造が用いられる。量子井戸構造において、量子力学により井戸層の厚さがド・ブロイ波長より薄くなると、電子は波動の性質を示すようになる。量子井戸に閉じ込められた電子は跳び跳びのエネルギーを持っており、量子井戸内に不連続な準位（サブバンド）が形成される。サブバンドによるバンド間遷移は通常の遷移に比べて高速なため、光デバイスへの応用の際に、発光効率の向上や応答速度の向上が期待される。
しかし、井戸層の格子定数と障壁層の格子定数とが異なるため、井戸層と障壁層との界面で歪が発生する。この歪は大きく2 つの問題を引き起こす。
一つ目は、結晶品質の低下である。格子不整合差が大きすぎるとミスフィット転位などの欠陥が発生し、その欠陥が非発光中心となる。また、歪を原因とする３次元成長が起こり半導体の表面平坦性が失われる。その結果、面内不均一な結晶が形成されたり、点欠陥などの非発光中心が形成される。これらは発光素子の効率を低下させる要因である。
二つ目は、ピエゾ電界による量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）または量子閉じ込めフランツケルディッシュ効果（ＱＣＦＫ）である。ピエゾ電界により、バンドベンディングが引き起こされると、バンド間遷移のブロードニングによる発光波長のＦＷＨＭが増大する。また、電子－正孔の重なりが減少し、発光確率が低下する。
このような歪は発光層のみならず、発光層とその上下の層との間にも発生する。このため、上地層または下地層からの歪の影響も大きい。格子不整合差を生じるすべての界面において上記の問題が発生する。このため、可能な限り歪を緩和させることが好ましい。特許文献１の技術では、歪を緩和させる効果が必ずしも十分ではない。
本明細書の技術が解決しようとする課題は、Ｉｎを含むIII 族窒化物半導体層とこの層に隣接する半導体層との間の歪を緩和することの可能なIII 族窒化物半導体素子とその製造方法を提供することである。
第１の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法は、第１半導体層を成長させる工程と、第２半導体層を成長させる工程と、を有する。第１半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層である。第２半導体層はIII 族窒化物半導体層である。第２半導体層のバンドギャップは第１半導体層のバンドギャップよりも大きい。第１半導体層を成長させる工程および第２半導体層を成長させる工程では、キャリアガスとして水素ガスを含むガスを用いる。第２半導体層を成長させる工程における水素ガスの流量は、第１半導体層を成長させる工程における水素ガスの流量よりも多い。
このIII 族窒化物半導体素子の製造方法により製造されたIII 族窒化物半導体素子は、第１半導体層および第２半導体層を有する。第２半導体層の少なくとも一部は、第１半導体層と接触する面に垂直な方向に対してＩｎ組成が流線形に連続的に変化する。このため、第１半導体層と第２半導体層との間で歪が十分に緩和されている。
本明細書では、Ｉｎを含むIII 族窒化物半導体層とこの層に隣接する半導体層との間の歪を緩和することの可能なIII 族窒化物半導体素子とその製造方法が提供されている。
第１実施形態の発光素子の概略構成図である。 第１の実施形態の発光素子１００の発光層１６０の積層構造とＩｎ組成とバンド構造との間の関係を示す図である。 第１の実施形態の発光素子１００の発光層１６０の形成方法を示す図である。 第１の実施形態の発光素子１００の製造方法を説明するための図（その１）である。 第１の実施形態の発光素子１００の製造方法を説明するための図（その２）である。 従来の発光素子の発光層のバンド構造と原料供給量との間の関係を示す図（その１）である。 従来の発光素子の発光層のバンド構造と原料供給量との間の関係を示す図（その２）である。 第１の実施形態の変形例における発光素子の発光層の形成方法を示す図である。 第２の実施形態のレーザー素子２００の概略構成図である。 第２の実施形態の変形例におけるレーザー素子４００の概略構成図である。 第３の実施形態の太陽電池３００の概略構成図である。 キャリアガスに占める水素ガスの流量と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフ（その１）である。 キャリアガスに占める水素ガスの流量と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフ（その２）である。 キャリアガスに占める水素ガスの流量が０％のときの半導体層の表面を示すＡＦＭ画像である。 キャリアガスに占める水素ガスの流量が０．３％のときの半導体層の表面を示すＡＦＭ画像である。 キャリアガスに占める水素ガスの流量が１．９％のときの半導体層の表面を示すＡＦＭ画像である。 キャリアガスに占める水素ガスの流量が０．５％のときのＴＭＩの流量と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフである。 キャリアガスに占める水素ガスの流量が０．５％のときのＩｎ／Ｇａ気相比と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフである。 フォトルミネッセンスの強度を示すグラフである。 フォトルミネッセンスのＦＷＨＭを示すグラフである。
以下、具体的な実施形態について、III 族窒化物半導体素子とその製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みの比は、概念的に示したものであり、実際の厚みの比を示しているわけではない。
（第１の実施形態）
１．半導体発光素子（ＬＥＤ）
図１は、第１実施形態の発光素子１００の概略構成図である。発光素子１００は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る複数の半導体層を有する。図１に示すように、発光素子１００は、基板１１０と、バッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側静電耐圧層１４０と、ｎ側超格子層１５０と、発光層１６０と、電子ブロック層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０と、透明電極ＴＥ１と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１と、を有している。
基板１１０の主面上には、バッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側静電耐圧層１４０と、ｎ側超格子層１５０と、発光層１６０と、電子ブロック層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０とが、この順序で形成されている。ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１の上に形成されている。ここで、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側静電耐圧層１４０と、ｎ側超格子層１５０とは、ｎ型半導体層である。電子ブロック層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０とは、ｐ型半導体層である。ただし、これらの層は、ノンドープの層を部分的に含んでいる場合がある。このように、発光素子１００は、ｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の上の発光層と、発光層の上のｐ型半導体層と、ｐ型半導体層の上の透明電極ＴＥ１と、透明電極ＴＥ１の上のｐ電極Ｐ１と、ｎ型半導体層の上のｎ電極Ｎ１と、を有する。
基板１１０は、各半導体層を支持する支持基板である。基板１１０の主面は、例えば、ｃ面である。基板１１０は、例えば、サファイア基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板である。
バッファ層１２０は基板１１０の主面上に形成されている。サファイア基板のようなヘテロ基板を用いる場合には、バッファ層１２０は、例えば、低温ＡｌＮバッファ層などである。バッファ層１２０は、それ以外の層であってもよい。ＧａＮ基板のようなホモ基板を用いる場合には、バッファ層１２０はなくてもよい。
ｎ型コンタクト層１３０は、例えば、Ｓｉをドープされたｎ型ＡｌＧａＮ（０≦Ａｌ＜１）である。ｎ型コンタクト層１３０は、バッファ層１２０の上に形成されている。ｎ型コンタクト層１３０は、ｎ電極Ｎ１と接触をしている。
ｎ側静電耐圧層１４０は、半導体層の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。ｎ側静電耐圧層１４０は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｎ側静電耐圧層１４０は、例えば、ノンドープのｉ－ＡｌＧａＮ（０≦Ａｌ＜１）から成るｉ－ＡｌＧａＮ層と、Ｓｉをドープされたｎ型ＡｌＧａＮ（０≦Ａｌ＜１）から成るｎ型ＡｌＧａＮ層とを積層したものである。
ｎ側超格子層１５０は、発光層１６０への電子の注入量を制御するための層である。より具体的には、ｎ側超格子層１５０は、超格子構造を有する。ｎ側超格子層１５０は、例えば、ＩｎＧａＮ（０≦Ｉｎ＜１）層と、ｎ型ＡｌＧａＮ（０≦Ａｌ＜１）層とを繰り返し積層したものである。もちろん、ＡｌＧａＮ層等、その他の半導体層を含んでいてもよい。
発光層１６０は、電子と正孔とが再結合することにより発光する層である。発光層１６０は、ｎ側超格子層１５０の上に形成されている。発光層は、少なくとも井戸層と、障壁層とを有している。
電子ブロック層１７０は、発光層１６０の上に形成されている。電子ブロック層１７０は、例えば、ｐ型ＧａＮ層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＩｎＧａＮ層とを積層した積層体を、繰り返し形成したものである。電子ブロック層１７０のｐ型ＡｌＧａＮ層が、電子をブロックする役割を担う。このため、ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＩｎＧａＮ層はなくてもよい。つまり、電子ブロック層１７０は、単層のｐ型ＡｌＧａＮ層であってもよい。
ｐ型コンタクト層１８０は、ｐ電極Ｐ１と電気的に接続された半導体層である。ｐ型コンタクト層１８０は、透明電極ＴＥ１と接触している。ｐ型コンタクト層１８０は、電子ブロック層１７０の上に形成されている。ｐ型コンタクト層１８０は、例えば、Ｍｇをドープされたｐ型ＡｌＧａＮ（０≦Ａｌ＜１）から成る層である。
透明電極ＴＥ１は、ｐ型コンタクト層１８０の上に形成されている。透明電極ＴＥ１の材質は、ＩＴＯである。また、ＩＴＯの他に、ＩＺＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 の透明な導電性酸化物を用いることができる。
ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１の上に形成されている。ｐ電極Ｐ１は、透明電極ＴＥ１を介してｐ型コンタクト層１８０と電気的に接続されている。ｐ電極Ｐ１は、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ等の金属から成る金属電極である。
ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０と接触している。ｎ電極Ｎ１は、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ｔｉ等の金属から成る金属電極である。
２．発光層
図２は、第１の実施形態の発光素子１００の発光層１６０の積層構造とＩｎ組成とバンド構造との間の関係を示す図である。図２の下側から順に、積層構造、Ｉｎ組成、バンド構造が示されている。図２に示すように、発光層１６０は井戸層１６１と障壁層１６２とを繰り返し形成した層である。
井戸層１６１は第１半導体層である。障壁層１６２は井戸層１６１と接触する第２半導体層である。井戸層１６１はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層である。障壁層１６２はIII 族窒化物半導体層である。第１の実施形態では、井戸層１６１はＩｎＧａＮ層であり、障壁層１６２はＧａＮ層である。図２に示すように、障壁層１６２のバンドギャップは、井戸層１６１のバンドギャップより大きい。
障壁層１６２は、組成変化層１６２ａと、中間層１６２ｂと、組成変化層１６３ｃと、を有する。組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃは、井戸層１６１と接触する面に垂直な方向に対してＩｎ組成が流線形に連続的に変化している。中間層１６２ｂは、組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃに挟まれている。組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃは井戸層１６１に接触している。中間層１６２ｂは井戸層１６１に接触していない。
井戸層１６１のバンドギャップは積層方向に一定である。中間層１６２ｂのバンドギャップは積層方向に一定である。組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃは積層方向に対してバンドギャップが変化している。組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃでは、Ｉｎ組成が積層方向に変化しているためである。ここで、積層方向とは、基板１１０の板面に垂直な方向である。
組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃでは、井戸層１６１に向かってＩｎ組成が増加している。つまり、井戸層１６１に近い位置ほど、組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃのＩｎ組成は井戸層１６１のＩｎ組成に近い。
組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃでは、Ｉｎ組成は、井戸層１６１に近づくにつれて指数関数的に増加する。つまり、組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃでは、バンドギャップは、井戸層１６１に近づくにつれて指数関数的に増加する。つまり、Ｉｎ組成の指数関数的な変化にともなって、その半導体層のバンドエネルギーも指数関数的に変化する。
井戸層１６１のバンドＢＢ１（電子側）は、積層方向に一定である。中間層１６２ｂのバンドＢＢ２ｂ（電子側）は、積層方向に一定である。組成変化層１６２ａのバンドＢＢ２ａは、井戸層１６１に近づくにつれて指数関数的に増加している。
組成変化層１６２ａのバンドＢＢ２ａと中間層１６２ｂのバンドＢＢ２ｂとの境界は連続である。組成変化層１６２ａのバンドＢＢ２ａと井戸層１６１のバンドＢＢ１との境界は連続である。
ここで、積層方向をＪ１とする。積層方向の位置をｘとし、Ｉｎ組成をｆ（ｘ）と仮定する。井戸層１６１および中間層１６２ｂにおいては、ｆ（ｘ）は一定値をとる。組成変化層１６２ａでは、ｆ（ｘ）は積層方向Ｊ１に対して指数関数的に減少する。組成変化層１６２ｃでは、ｆ（ｘ）は積層方向Ｊ１に対して指数関数的に増加する。
組成変化層１６２ａおよび中間層１６２ｂの境界では、ｆ（ｘ）は微分可能な滑らかな曲線である。組成変化層１６２ｃおよび中間層１６２ｂの境界では、ｆ（ｘ）は微分可能な滑らかな曲線である。つまり、障壁層１６２は、井戸層１６１と井戸層１６１との間に組成変化層１６２ａおよび中間層１６２ｂおよび組成変化層１６２ｃを有する。組成変化層１６２ａおよび中間層１６２ｂおよび組成変化層１６２ｃのＩｎ組成は積層方向に向かって滑らかな曲線を有し、階段状の部分を有さない。
一方、組成変化層１６２ａおよび井戸層１６１の境界では、ｆ（ｘ）は微分可能ではない。組成変化層１６２ｃおよび井戸層１６１の境界では、ｆ（ｘ）は微分可能ではない。このように組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃは、階段状ではなく、流線形に連続的に変化する。
３．発光層の形成方法
図３は、第１の実施形態の発光素子１００の発光層１６０の形成方法を示す図である。図３は、発光層１６０のバンド構造とガスの供給量との対応関係を示している。図３は、井戸層１６１がＩｎＧａＮであり、障壁層１６２がＧａＮである場合を示している。図３では、左側から右側に向かって時間が進行する。第１の実施形態では、発光層１６０を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によりエピタキシャル成長させる。
ここで用いるキャリアガスは、水素と窒素との混合気体（Ｈ2 ＋Ｎ2 ）である。窒素源として、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いる。Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＧ」）を用いる。Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＩ」）を用いる。
ＴＭＩの流量はＳＰＩ１で一定である。ＴＭＧの流量はＳＰＧ１で一定である。ＮＨ3 の流量はＳＰＡ１で一定である。Ｈ2 の流量はＳＰＨ０からＳＰＨ１の間で変化している。Ｎ2 の流量はＳＰＮ１で一定である。このように、Ｈ2 の供給量のみ時間変化させ、その他のガスの供給量を時間変化させない。
ここで、Ｈ2 の供給量ＳＰＨ０は、例えば、０ｓｃｃｍである。Ｈ2 の供給量ＳＰＨ１は、例えば、５ＳＬＭである。また、組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃを形成する際には、Ｈ2 の供給量は単調増加または単調減少している。また、単調増加または単調減少の際の変化量の傾きは一定である。
これにより、組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃのＩｎ組成を指数関数的に増加または指数関数的に減少させることができる。
第１の実施形態では、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3 といった原料ガスの流量を一定にするとともに、キャリアガスのＮ2 の流量を一定にし、Ｈ2 の流量を時間的に変化させる。これにより、Ｈ2 の流量を変化させている期間内に成長させた半導体層では、Ｉｎ組成が指数関数的に変化する。それにともなって、その半導体層のバンドエネルギーも指数関数的に変化する。
第１の実施形態では、Ｈ2 の流量のみを変化させることでＩｎ組成を調整することができる。Ｈ2 の流量の時間変化の傾きが一定であるかぎり、Ｉｎ組成は指数関数的に変化する。
Ｉｎ組成が指数関数的に変化するのは、水素ガスがＩｎをある程度エッチングするためであると考えられる。
このように、発光層の形成方法は、井戸層１６１を成長させる工程と、障壁層１６２を成長させる工程と、を有する。井戸層１６１を成長させる工程と障壁層１６２を成長させる工程との少なくとも一方では、井戸層１６１と障壁層１６２とを接触させる。井戸層１６１を成長させる工程および障壁層１６２を成長させる工程では、キャリアガスとして水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いる。障壁層１６２を成長させる工程における水素ガスの流量は、井戸層１６１を成長させる工程における水素ガスの流量よりも多い。
また、障壁層１６２を成長させる工程では、水素ガスの流量を線形的に変化させる。
また、井戸層１６１を成長させる工程と障壁層１６２を成長させる工程とでは、Ｉｎを含む原料ガスの流量を同じにする。
４．半導体発光素子の製造方法
第１の実施形態の発光素子１００の製造方法について説明する。第１の実施形態では、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。
ここで用いるキャリアガスは、水素と窒素との少なくとも一方を含む気体である。窒素源として、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いる。Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＧ」）を用いる。Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＩ」）を用いる。Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ：「ＴＭＡ」）を用いる。ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）を用いる。ｐ型ドーパントガスとして、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いる。
ＭＯＣＶＤ炉の内圧は、例えば、１ｋＰａ以上１ＭＰａ以下である。必要に応じて減圧成長を行うことが好ましい。半導体製造装置における成長時の内部の圧力が低いほど、半導体層の横方向成長が促進されるからである。基板表面における原料のマイグレーションが促進されるためである。なお、高温条件下では、基板表面における原料のマイグレーションがさらに促進される。
４－１．基板準備工程
基板準備工程では、基板１１０を準備する。基板１１０の主面はｃ面であるとよい。また、基板１１０の主面は凹凸を有していてもよい。基板１１０をＭＯＣＶＤ炉のサセプターに配置する。水素ガスにより基板１１０の表面を還元するとよい。
４－２．半導体層形成工程
４－２－１．バッファ層形成工程
基板１１０の上にバッファ層１２０を成長させる。基板温度は、例えば、３００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
４－２－２．ｎ型コンタクト層形成工程
次に、バッファ層１２０の上にｎ型コンタクト層１３０を形成する。基板温度は、例えば、９００℃以上１２００℃以下の範囲内である。
４－２－３．ｎ側静電耐圧層形成工程
次に、ｎ型コンタクト層１３０の上にｎ側静電耐圧層１４０を形成する。基板温度は、例えば、７５０℃以上９５０℃以下の範囲内である。
４－２－４．ｎ側超格子層形成工程
次に、ｎ側静電耐圧層１４０の上にｎ側超格子層１５０を形成する。例えば、ＩｎＧａＮ層と、ｎ型ＧａＮ層と、を繰り返し積層する。基板温度は、例えば、７００℃以上９５０℃以下の範囲内である。
４－２－５．発光層形成工程
次に、ｎ側超格子層１５０の上に発光層１６０を形成する。井戸層１６１として、例えば、ＩｎＧａＮ層を形成する。障壁層１６２として、例えば、ＧａＮ層を形成する。障壁層１６２として、組成変化層１６２ａ、中間層１６２ｂ、組成変化層１６２ｃの順に形成する。基板温度は、例えば、６００℃以上９５０℃以下である。好ましくは、８５０℃以下である。より好ましくは、８００℃以下である。
４－２－６．電子ブロック層形成工程
次に、発光層１６０の上に電子ブロック層１７０を形成する。例えば、ｐ型ＧａＮ層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＩｎＧａＮ層と、を繰り返し積層する。基板温度は、例えば、８００℃以上１２００℃以下である。
４－２－７．ｐ型コンタクト層形成工程
次に、電子ブロック層１７０の上にｐ型コンタクト層１８０を形成する。基板温度は、例えば、８００℃以上１２００℃以下である。これにより、図４に示す積層体が得られる。
４－３．透明電極形成工程
次に、ｐ型コンタクト層１８０の上に透明電極ＴＥ１を形成する。その際、スパッタリング技術を用いてもよいし、蒸着技術を用いてもよい。
４－４．電極形成工程
次に、図５に示すように、レーザーもしくはエッチングにより、ｐ型コンタクト層１８０の側から半導体層の一部を抉ってｎ型コンタクト層１３０を露出させる。そして、その露出箇所Ｕ１に、ｎ電極Ｎ１を形成する。また、透明電極ＴＥ１の上にｐ電極Ｐ１を形成する。ｐ電極Ｐ１の形成工程とｎ電極Ｎ１の形成工程は、いずれを先に行ってもよい。
４－５．その他の工程
また、上記の工程の他、素子をダイシングする工程、絶縁膜で素子を覆う工程、熱処理工程等、その他の工程を実施してもよい。以上により、図１の発光素子１００が製造される。
５．従来技術との比較
図６は、従来の発光素子の発光層のバンド構造と原料供給量との間の関係を示す図（その１）である。図６に示すように、井戸層を成長させる際に、ある時刻でＴＭＩの供給量を供給量ＳＰＩ２ａから供給量ＳＰＩ２ｂに切り替えている。供給量ＳＰＩ２ａから供給量ＳＰＩ２ｂに連続的に変化させる期間はない。
図６では、井戸層と障壁層との界面で格子定数が急峻に変化する。そのため、井戸層と障壁層との界面で大きな歪が発生する。その結果、結晶品質の著しい低下および大きなピエゾ電界が生じ、発光効率が大きく低下する。
図７は、従来の発光素子の発光層のバンド構造と原料供給量との間の関係を示す図（その２）である。図７に示すように、井戸層を成長させる際に、ＴＭＩの供給量を供給量ＳＰＩ３ａから供給量ＳＰＩ３ｂに徐々に変化させている。つまり、供給量ＳＰＩ３ａから供給量ＳＰＩ３ｂに連続的に変化させる期間Ｔ１がある。
図７に示すように、井戸層と障壁層との境界で格子定数が徐々に変化する。このため、図６に比べると歪はある程度緩和されている。しかし、第１の実施形態の発光素子１００に比べると、歪の緩和量は少ない。また、格子定数を線形的に変化させているため、量子効果によるサブバンドが形成されにくい。そのため、発光効率が低下する。
６．第１の実施形態の効果
第１の実施形態の発光素子１００は、井戸層１６１と障壁層１６２とを備える発光層１６０を有する。障壁層１６２は、組成変化層１６２ａと中間層１６２ｂと組成変化層１６２ｃとを有する。組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃでは、Ｉｎ組成が指数関数的に変化する。このため、組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃでは格子定数が流線的に連続的に変化する。これにより、歪が緩和される。その結果、結晶品質が向上するとともに、形成されるピエゾ電界が弱まる。これにより、発光効率が向上する。
また、Ｉｎ組成が指数関数的に変化するにともなって、バンドエネルギーも指数関数的に変化する。つまり、バンドエネルギーが井戸層１６１に近づくにつれて変化する。井戸層１６１と障壁層１６２との界面近傍では、図６のバンド構造に近くなり、サブバンドが形成されやすい。サブバンド間では発光しやすいため、発光素子１００の発光効率は高い。
また、図６の箇所ＥＧ１および図７の箇所ＥＧ２においては、格子定数の異なる界面が存在し、歪が発生する。その歪によって発生するピエゾ電界によりバンドベンディングが形成され、キャリアの移動を妨げる障壁が発生してしまう。しかし、第１の実施形態の発光素子１００では、箇所ＥＧ１および箇所ＥＧ２に相当する箇所においてＩｎ組成がシームレスに変化している。このため、図６および図７に示す場合のようにキャリアの移動を妨げる障壁が形成されない。したがって、第１の実施形態の発光素子１００では、従来の発光素子よりも多くのキャリアが井戸層に注入される。すなわち、発光素子１００の発光効率は従来の発光素子に比べて高い。
７．変形例
７－１．多段階の変化
図８は、第１の実施形態の変形例における発光素子の発光層の形成方法を示す図である。図８に示すように、Ｈ2 の流量を供給量ＳＰＨ２から供給量ＳＰＨ１に変化させ、この後、供給量ＳＰＨ１から供給量ＳＰＨ０に変化させてもよい。このようにＨ2 の流量を二段階で変化させてもよい。また、Ｈ2 の流量を二段階以上の多段階で変化させてもよい。
７－２．ＴＭＩの変化
第１の実施形態では、組成変化層を形成する際にＴＭＩの流量を一定としている。しかし、組成変化層を成長させる際に、ＴＭＩの流量を変化させてもよい。ＴＭＩを変化させる場合であっても、Ｉｎ組成を指数関数的に変化させることができる。例えば、図３に示すように、Ｈ2 の流量を変化させながら、図６または図７のようにＴＭＩの流量を変化させてもよい。例えば、井戸層１６１を成長させる工程におけるＩｎを含む原料ガスの流量は、障壁層１６２を成長させる工程におけるＩｎを含む原料ガスの流量よりも多いとよい。また、Ｉｎを含む原料ガスはＴＭＩに限らない。
７－３．ＡｌＩｎＧａＮ層
井戸層１６１はＩｎＧａＮ層に限らず、障壁層１６２はＧａＮに限らない。井戸層１６１は、Ｉｎを含むIII 族窒化物半導体であればよい。障壁層１６２は、III 族窒化物半導体であればよい。ただし、障壁層１６２のバンドギャップは井戸層１６１のバンドギャップよりも大きい。また、井戸層１６１のＩｎ組成は５％以上であるとよい。
７－４．第１半導体層と第２半導体層との間の層
井戸層１６１と障壁層１６２との間に薄い半導体層が存在してもよい。また、第１半導体層および第２半導体層を井戸層１６１および障壁層１６２に限定しない場合には、第１半導体層と第２半導体層との間に薄い半導体層が存在してもよい。この場合には、第１半導体層と第２半導体層とは接触していない。第１半導体層と第２半導体層との間の薄い半導体層の膜厚は、例えば、３ｎｍ以下である。
７－５．キャリアガス
第１半導体層を成長させる工程および第２半導体層を成長させる工程では、キャリアガスとして水素ガスを含むガスを用いることができる。ただし、キャリアガスは、水素ガスと窒素ガスとの混合ガスであるとよい。
７－６．平均Ｉｎ組成
第２半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層であってもよい。この場合には、第２半導体層の平均Ｉｎ組成は第１半導体層の平均Ｉｎ組成よりも小さい。
７－７．井戸層および障壁層
井戸層１６１はＩｎＧａＮ以外であってもよい。障壁層１６２はＧａＮ以外であってもよい。例えば、障壁層１６２はＩｎを含有してもよい。井戸層１６１は、Ａｌx Ｉｎy Ｇａz Ｎ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）であり、障壁層１６２はＡｌx Ｉｎy Ｇａz Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）であってもよい。ただし、少なくとも井戸層１６１はＩｎを含有し、障壁層１６２のバンドギャップは井戸層１６１のバンドギャップよりも大きい。
７－８．井戸層と中間層との関係
図２において、井戸層１６１と中間層１６２ｂとは接触していない。しかし、井戸層１６１と中間層１６２ｂとの一部が部分的に接触してもよい場合がある。
７－９．膜厚
井戸層１６１および障壁層１６２の膜厚は、特に限定されない。半導体層の表面荒れの観点から、井戸層１６１の膜厚は０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよい。好ましくは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。より好ましくは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。障壁層１６２の膜厚は、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとよい。好ましくは、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。より好ましくは、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
７－１０．成膜速度
井戸層１６１および障壁層１６２の成膜速度は、特に限定されない。半導体層の品質の観点から、成膜速度は０．５ｎｍ／ｍｉｎ以上５０ｎｍ／ｍｉｎ以下であるとよい。
７－１１．発光層以外の層への適用
第１の実施形態では、組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃを障壁層１６２形成する。しかし、第１の実施形態の組成変調技術をｎ側超格子層１５０、電子ブロック層１７０等に適用してもよい。または、ガイド層に適用してもよい。適用した半導体層の歪が緩和されるからである。
７－１２．一方のみの組成変化層
組成変化層１６２ａおよび組成変化層１６２ｃのうち一方のみを形成してもよい。このため、井戸層１６１からみてｎ層の側のみに組成変化層が存在する場合と、井戸層１６１からみてｐ層の側のみに組成変化層が存在する場合と、がある。
７－１３．フェイスダウン型
第１の実施形態の技術をフェイスアップ型のＬＥＤのみならずフェイスダウン型のＬＥＤに適用してもよい。その場合には、透明電極の代わりに高い反射率を備える金属電極を用いればよい。
７－１４．成長の一時中断
第１の実施形態では、井戸層１６１、組成変化層１６２ａ、中間層１６２ｂ、組成変化層１６２ｃを連続的に成長させる。しかし、各層を成長させたところで成長を一時的に中断してもよい。
７－１５．周期
井戸層１６１と障壁層１６２との繰返し周期は、例えば、１周期以上５０周期以下である。好ましくは、１周期以上１０周期以下である。より好ましくは、１周期以上５周期以下である。さらに好ましくは、１周期以上３周期以下である。
７－１６．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。
１．レーザー素子
図９は、第２の実施形態のレーザー素子２００の概略構成図である。レーザー素子２００は、基板２１０と、ｎ型コンタクト層２２０と、ｎ側クラッド層２３０と、ｎ側ガイド層２４０と、活性層２５０と、ｐ側ガイド層２６０と、ｐ側電子障壁層２７０と、ｐ側クラッド層２８０と、ｐ型コンタクト層２９０と、透明電極ＴＥ２と、ｎ電極Ｎ２と、ｐ電極Ｐ２と、を有する。
活性層２５０は、井戸層と障壁層とを有する。活性層２５０の障壁層は、第１の実施形態の障壁層１６２のように、組成変化層と中間層とを有する。中間層は２つの組成変化層で挟まれており、２つの組成変化層はそれぞれ異なる井戸層に接触している。
２．第２の実施形態の効果
第１の実施形態と同様に、レーザー素子２００では、活性層２５０における歪が緩和されている。
３．変形例
３－１．活性層
また、活性層が第１半導体層であり、ガイド層が第２半導体層であってもよい。活性層の平均Ｉｎ組成は、ガイド層の平均Ｉｎ組成よりも大きい。活性層の平均Ｉｎ組成は、井戸層と障壁層とを合わせた体積に対するＩｎの量により表される。
３－２．素子の構造
図１０は、第２の実施形態の変形例におけるレーザー素子４００の概略構成図である。レーザー素子４００は、ｎ型ＧａＮ基板４１０と、ｎ型ＧａＮ層４２０と、ｎ側クラッド層４３０と、ｎ側ガイド層４４０と、活性層４５０と、ｐ側ガイド層４６０と、ｐ側電子障壁層４７０と、ｐ側クラッド層４８０と、ｐ側コンタクト層４９０と、ｎ電極Ｎ４と、ｐ電極Ｐ４と、を有する。
ｎ型ＧａＮ層４２０は、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮである。ｎ側クラッド層４３０は、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＮ層である。ｎ側ガイド層４４０は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。活性層４５０は、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に繰り返し形成した層である。ｐ側ガイド層４６０は、例えば、ＩｎＧａＮ層である。ｐ側電子障壁層４７０は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＮ層である。ｐ側クラッド層４８０は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＮ層である。ｐ側コンタクト層４９０は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層である。
レーザー素子は、ＶＣＳＥＬ型であってもよい。
３－３．組み合わせ
上記の変形例を組み合わせてもよい。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。
１．太陽電池
図１１は、第３の実施形態の太陽電池３００の概略構成図である。太陽電池３００は、基板３１０と、バッファ層３２０と、ｎ型ＧａＮ層３３０と、ｎ型ＩｎＧａＮ層３４０と、ＩｎＧａＮ層３５０と、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６０と、透明電極ＴＥ３と、ｎ電極Ｎ３と、ｐ電極Ｐ３と、を有する。
透明電極ＴＥ３は、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６０の上に形成されている。ｐ電極Ｐ３は、透明電極ＴＥ３の上に形成されている。ｎ電極Ｎ３は、ｎ型ＩｎＧａＮ層３４０の上に形成されている。
ここで、ＩｎＧａＮ層３５０のＩｎ組成は、ｎ型ＩｎＧａＮ層３４０のＩｎ組成と、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６０Ｉｎ組成と、よりも大きい。このため、ｎ型ＩｎＧａＮ層３４０と、ＩｎＧａＮ層３５０と、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６０とに、第１の実施形態の技術を適用することができる。つまり、ｎ型ＩｎＧａＮ層３４０と、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６０とは、ＩｎＧａＮ層３５０と接触する箇所に組成変化層を有する。
２．第３の実施形態の効果
第１の実施形態と同様に、太陽電池３００では、ＩｎＧａＮ層３５０の周辺における歪が緩和されている。
３．変形例
太陽電池は、電子ブロック層を有していてもよい。
（実施形態の組み合わせ）
第１の実施形態から第３の実施形態までを変形例を含めて組み合わせることができる場合がある。
（実験）
１．サンプルの製作
サンプルを製作するためにＭＯＣＶＤ法を用いた。ＧａＮ基板の上にＧａＮ層を成長させたテンプレート基板を製作した。そして、ＧａＮ層の上にＴＭＩ、ＴＭＧ、ＮＨ3 、Ｈ2 、Ｎ2 を供給してＩｎＧａＮ層を成膜した。その際に、Ｈ2 の流量、ＴＭＩの流量を変化させた。そして、成長させた半導体のＩｎ組成等を測定した。
２．水素ガスとＩｎ組成
図１２は、キャリアガスに占める水素ガスの流量と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフ（その１）である。図１２の横軸はキャリアガスに占める水素ガスの流量（ｖｏｌ％）である。図１２の縦軸は半導体のＩｎ組成である。
図１２に示すように、キャリアガスに占める水素ガスの流量が増加すると、半導体のＩｎ組成は指数関数的に減少する。一方、キャリアガスに占める水素ガスの流量が減少すると、半導体のＩｎ組成は指数関数的に増加する。
一般的に、Ｉｎ組成（Ｉｎ／Ｇａ固相比）はＩｎ／Ｇａ気相比よりも低い値となる。Ｉｎ／Ｇａ気相比は、ＴＭＧ供給分圧に対するＴＭＩ供給分圧である。ＩｎはＧａに比べて表面吸着力が低く、熱やエッチングガスにより分解および再蒸発しやすいからである。エッチング作用を有するキャリアガスである水素ガスを含有しない場合には、Ｉｎ組成（Ｉｎ／Ｇａ固相比）はＩｎ／Ｇａ気相比に最も近くなる。キャリアガス中の水素ガスを増加させるほどＩｎ組成が減少する。これは水素ガスがＩｎのエッチングをするためであると考えられる。
図１３は、キャリアガスに占める水素ガスの流量と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフ（その２）である。図１３は、図１２の縦軸を対数にしたグラフである。図１３に示すように、Ｉｎ組成の測定値はある直線上にのる。つまり、キャリアガスに占める水素ガスの流量に対して、Ｉｎ組成は指数関数的に変化している。
図１４は、キャリアガスに占める水素ガスの流量が０％のときの半導体層の表面を示すＡＦＭ画像である。ＡＦＭ画像は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により撮影される写真である。図１４に示すように、半導体の表面は非常に荒れている。成長中のＩｎ原子の表面マイグレーションが不十分であり、３次元成長しやすくなっているためであると考えられる。その結果、Ｉｎが局所的に集合したクラスターが形成され、Ｉｎドロップレットが発生しやすくなる。３次元成長が加速すると、面内の品質の不均一や欠陥が増加することによる結晶品質の著しい低下を引き起こす。
３．ＡＦＭ画像
図１５は、キャリアガスに占める水素ガスの流量が０．３％のときの半導体層の表面を示すＡＦＭ画像である。図１５に示すように、半導体の表面は平坦である。水素ガスによりＩｎの表面のマイグレーションが改善したためと考えられる。キャリアガスがわずかでも水素ガスを含有すれば、Ｉｎをエッチングするため、Ｉｎ組成もわずかに低下する。水素ガスは、３次元成長によるＩｎクラスターの形成を抑制するとともに結晶品質を著しく改善する。
図１６は、キャリアガスに占める水素ガスの流量が１．９％のときの半導体層の表面を示すＡＦＭ画像である。図１６に示すように、水素ガスの流量が０．３％のときと同様に、半導体の表面は平坦である。
４．ＴＭＩの流量
図１７は、キャリアガスに占める水素ガスの流量が０．５％のときのＴＭＩの流量と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフである。図１７の横軸はＴＭＩの流量（ｓｃｃｍ）である。図１７の縦軸は半導体のＩｎ組成（％）である。図１７に示すように、ＴＭＩの流量を増加させると、半導体のＩｎ組成は増加する。ＴＭＩの流量が６００ｓｃｃｍ以上で半導体のＩｎ組成は飽和する。Ｉｎの供給が過剰であるにもかかわらず、半導体の表面荒れは観察されない。表面におけるＩｎのマイグレーションが向上するとともに、エッチング作用によりＩｎクラスターの形成が抑制されたからである。
図１８は、キャリアガスに占める水素ガスの流量が０．５％のときのＩｎ／Ｇａ気相比と半導体のＩｎ組成との間の関係を示すグラフである。図１８の横軸はＩｎ／Ｇａ気相比（ｖｏｌ％）である。図１８の縦軸は半導体のＩｎ組成（％）である。図１８に示すように、Ｉｎ／Ｇａ気相比が増加すると、半導体のＩｎ組成は増加する傾向にある。Ｉｎ／Ｇａ気相比が６０ｖｏｌ％を以上では、半導体のＩｎ組成はある程度飽和する。
５．フォトルミネッセンス
井戸層からみてｎ層の側のみに組成変化層を形成した発光素子を作製した。井戸層からみてｐ層の側には、中間層に相当する層が井戸層に隣接している。
図１９は、フォトルミネッセンスの強度を示すグラフである。図１９の横軸はピーク波長である。図１９の縦軸はフォトルミネッセンスの強度である。従来技術の発光素子のフォトルミネッセンスの強度の平均値を１とした。Ｉｎ組成を指数関数的に変化させた組成変化層を形成した実施例の発光素子のフォトルミネッセンスの強度の平均値は１．６７程度である。このように、実施例の発光素子のフォトルミネッセンスの強度は従来技術の発光素子のフォトルミネッセンスの強度よりも大きい。
図１９は、実施形態の組成変化層が歪を緩和したことにより、半導体の結晶品質が向上したことと、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）および量子閉じ込めフランツケルディッシュ効果（ＱＣＦＫ）の影響が小さくなったことを示していると考えられる。
図２０は、フォトルミネッセンスのＦＷＨＭを示すグラフである。図２０の横軸はピーク波長である。図２０の縦軸はフォトルミネッセンスのＦＷＨＭである。実施例の発光素子のフォトルミネッセンスのＦＷＨＭの平均値は１２．５ｎｍ程度である。従来技術の発光素子のフォトルミネッセンスのＦＷＨＭの平均値は１８ｎｍ程度である。実施例の発光素子のフォトルミネッセンスのＦＷＨＭは、従来技術の発光素子のフォトルミネッセンスのＦＷＨＭよりも狭い。
図２０は、実施形態の組成変化層が歪を緩和したことにより、半導体の結晶品質が向上したことと、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）および量子閉じ込めフランツケルディッシュ効果（ＱＣＦＫ）の影響が小さくなったことと、発光層の平坦性が向上したことにより面内均一性が向上して面内発光のばらつきが改善したことと、を示していると考えられる。
（付記）
第１の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法は、第１半導体層を成長させる工程と、第２半導体層を成長させる工程と、を有する。第１半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層である。第２半導体層はIII 族窒化物半導体層である。第２半導体層のバンドギャップは第１半導体層のバンドギャップよりも大きい。第１半導体層を成長させる工程および第２半導体層を成長させる工程では、キャリアガスとして水素ガスを含むガスを用いる。第２半導体層を成長させる工程における水素ガスの流量は、第１半導体層を成長させる工程における水素ガスの流量よりも多い。
第２の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第２半導体層を成長させる工程では、水素ガスの流量を線形的に変化させる。
第３の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第１半導体層を成長させる工程および第２半導体層を成長させる工程では、キャリアガスとして水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いる。
第４の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第１半導体層を成長させる工程と第２半導体層を成長させる工程との少なくとも一方では、第１半導体層と第２半導体層とを接触させる。
第５の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第１半導体層を成長させる工程と第２半導体層を成長させる工程とでは、Ｉｎを含む原料ガスの流量を同じにする。
第６の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第１半導体層を成長させる工程におけるＩｎを含む原料ガスの流量は、第２半導体層を成長させる工程におけるＩｎを含む原料ガスの流量よりも多い。
第７の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第２半導体層を成長させる工程では、第２半導体層の積層方向に垂直な方向に対してＩｎ組成が流線形に連続的に変化する組成変化層と、２つの組成変化層に挟まれた中間層と、を形成する。
第８の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第２半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層であり、第２半導体層の平均Ｉｎ組成は第１半導体層の平均Ｉｎ組成よりも小さい。
第９の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第１半導体層は井戸層である。第２半導体層は障壁層である。
第１０の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、第１半導体層は活性層である。第２半導体層はガイド層である。活性層の平均Ｉｎ組成は、ガイド層の平均Ｉｎ組成よりも大きい。
第１１の態様におけるIII 族窒化物半導体素子は、第１半導体層と、第１半導体層と接触する第２半導体層と、を有する。第１半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層である。第２半導体層はIII 族窒化物半導体層である。第２半導体層のバンドギャップは第１半導体層のバンドギャップよりも大きい。第２半導体層は、第１半導体層と接触する面に垂直な方向に対してＩｎ組成が流線形に連続的に変化する組成変化層と、２つの組成変化層に挟まれた中間層と、を有する。
１００…発光素子
１１０…基板
１２０…バッファ層
１３０…ｎ型コンタクト層
１４０…ｎ側静電耐圧層
１５０…ｎ側超格子層
１６０…発光層
１６１…井戸層
１６２…障壁層
１６２ａ…組成変化層
１６２ｂ…中間層
１６２ｃ…組成変化層
１７０…電子ブロック層
１８０…ｐ型コンタクト層
ＴＥ１…透明電極
Ｎ１…ｎ電極
Ｐ１…ｐ電極
２００…レーザー素子
３００…太陽電池

Claims (11)

  1. 第１半導体層を成長させる工程と、
    第２半導体層を成長させる工程と、
    を有し、
    前記第１半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層であり、
    前記第２半導体層はIII 族窒化物半導体層であり、
    前記第２半導体層のバンドギャップは前記第１半導体層のバンドギャップよりも大きく、
    前記第１半導体層を成長させる工程および前記第２半導体層を成長させる工程では、
    キャリアガスとして水素ガスを含むガスを用い、
    前記第２半導体層を成長させる工程における前記水素ガスの流量は、
    前記第１半導体層を成長させる工程における前記水素ガスの流量よりも多いこと
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  2. 請求項１に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第２半導体層を成長させる工程では、
    前記水素ガスの流量を線形的に変化させること
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第１半導体層を成長させる工程および前記第２半導体層を成長させる工程では、
    前記キャリアガスとして水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いること
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第１半導体層を成長させる工程と前記第２半導体層を成長させる工程との少なくとも一方では、
    前記第１半導体層と前記第２半導体層とを接触させること
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第１半導体層を成長させる工程と前記第２半導体層を成長させる工程とでは、
    Ｉｎを含む原料ガスの流量を同じにすること
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  6. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第１半導体層を成長させる工程におけるＩｎを含む原料ガスの流量は、
    前記第２半導体層を成長させる工程におけるＩｎを含む原料ガスの流量よりも多いこと
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第２半導体層を成長させる工程では、
    前記第２半導体層の積層方向に垂直な方向に対してＩｎ組成が流線形に連続的に変化する組成変化層と、
    ２つの前記組成変化層に挟まれた中間層と、
    を形成すること
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第２半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層であり、
    前記第２半導体層の平均Ｉｎ組成は前記第１半導体層の平均Ｉｎ組成よりも小さいこと
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第１半導体層は井戸層であり、
    前記第２半導体層は障壁層であること
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  10. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体素子の製造方法において、
    前記第１半導体層は活性層であり、
    前記第２半導体層はガイド層であり、
    前記活性層の平均Ｉｎ組成は、
    前記ガイド層の平均Ｉｎ組成よりも大きいこと
    を含むIII 族窒化物半導体素子の製造方法。
  11. 第１半導体層と、
    前記第１半導体層と接触する第２半導体層と、
    を有し、
    前記第１半導体層はＩｎを含むIII 族窒化物半導体層であり、
    前記第２半導体層はIII 族窒化物半導体層であり、
    前記第２半導体層のバンドギャップは前記第１半導体層のバンドギャップよりも大きく、
    前記第２半導体層は、
    前記第１半導体層と接触する面に垂直な方向に対してＩｎ組成が流線形に連続的に変化する組成変化層と、
    ２つの前記組成変化層に挟まれた中間層と、
    を含むIII 族窒化物半導体素子。
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