JP2022101442A - 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の高い窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ｎ側窒化物半導体層と、ｐ側窒化物半導体層と、その間に設けられ活性層と、を含む窒化物半導体発光素子であって、活性層は、複数の第１井戸層５ｗ１、複数の第２井戸層５ｗ２と、複数の障壁層とを含む複数の積層部５ｂｗを有し、ｎ型不純物を含む第１障壁層５ｂ１と、第１障壁層よりも低いｎ型不純物濃度のｎ型不純物を含み、第１障壁層よりｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層５ｂ２と、を含み、第１井戸層の間の第１障壁層のｎ型不純物濃度は、第２井戸層の間の第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも高く、複数の障壁層のうち第１井戸層の間の障壁層における第１障壁層のｎ型不純物濃度と第２障壁層のｎ型不純物濃度の差は、複数の障壁層のうち第２井戸層の間の障壁層における第１障壁層のｎ型不純物濃度と第２障壁層のｎ型不純物濃度の差より大きい。
【選択図】図２

Description

本開示は、窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関する。

特許文献１には、ｎ型半導体層と、活性層を有する中間層と、ｐ型半導体層とを含み、複数の井戸層の間に障壁層が設けられた半導体発光素子が記載されている。

国際公開第２０１９／１０６９３１号

上述の窒化物発光素子の発光効率において、発光効率の改善の余地がある。そこで、本開示は、発光効率の向上を図った窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本開示に係る窒化物半導体発光素子は、
ｎ側窒化物半導体層と、ｐ側窒化物半導体層と、前記ｎ側窒化物半導体層と前記ｐ側窒化物半導体層との間に設けられた活性層と、を含む窒化物半導体発光素子であって、
前記活性層は、井戸層と障壁層とを含む複数の積層部を有し、
前記井戸層は、複数の第１井戸層と、複数の前記第１井戸層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層と、を含んでおり、
複数の前記障壁層のうち前記第１井戸層の間に位置する少なくとも１つの前記障壁層と、複数の前記障壁層のうち前記第２井戸層の間に位置する少なくとも１つの前記障壁層とは、ｎ型不純物を含む第１障壁層と、前記第１障壁層よりも低いｎ型不純物濃度のｎ型不純物を含み、前記第１障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層と、を含み、
前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度は、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも高く、
複数の前記障壁層のうち前記第１井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度の差は、複数の前記障壁層のうち前記第２井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度の差より大きくなっている。

また、本開示に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、
ｎ側窒化物半導体層を形成する工程と、
前記ｎ側窒化物半導体層を形成する工程の後、井戸層と障壁層とを含む複数の積層部を有する活性層を形成する工程と、
前記活性層を形成する工程の後、ｐ側窒化物半導体層を形成する工程と、を有し、
前記活性層を形成する工程は、複数の前記障壁層を形成する工程と、複数の前記井戸層を形成する工程と、を含み、
複数の前記障壁層を形成する工程は、それぞれ、ｎ型不純物を含む第１障壁層を形成する工程と、前記第１障壁層よりも低いｎ型不純物濃度のｎ型不純物を含み前記第１障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層を形成する工程と、を有しており、
複数の前記井戸層を形成する工程は、複数の第１井戸層を形成する工程と、複数の前記第１井戸層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層を形成する工程と、を有しており、
複数の前記障壁層を形成する工程において、
前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度が、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも高くなるように形成し、
前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度との差が、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度との差より大きくなるように形成する。

また、本開示に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、
ｎ側窒化物半導体層を形成する工程と、
前記ｎ側窒化物半導体層を形成する工程の後、井戸層と障壁層とを含む複数の積層部を有する活性層を形成する工程と、
前記活性層を形成する工程の後、ｐ側窒化物半導体層を形成する工程と、を有し、
前記活性層を形成する工程は、複数の前記障壁層を形成する工程と、複数の前記井戸層を形成する工程と、を含み、
複数の前記障壁層を形成する工程は、それぞれ、ｎ型不純物ガスを供給しながら第１障壁層を形成する工程と、前記第１障壁層の形成よりも少ない流量でｎ型不純物ガスを供給しながら前記第１障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層を形成する工程と、を有しており、
複数の前記井戸層を形成する工程は、複数の第１井戸層を形成する工程と、複数の前記第１井戸層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層を形成する工程と、を有しており、
複数の前記障壁層を形成する工程において、前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層を形成するときのｎ型不純物ガスの流量を、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層を形成するときのｎ型不純物ガスの流量よりも多くする。

以上のように構成された本開示に係る窒化物半導体発光素子によれば、発光効率の向上を図ることができる。
また、本開示に係る窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、発光効率の高い窒化物半導体発光素子を製造することができる。

図１は、本開示に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す断面図である。 図２は、本開示に係る第１実施形態の窒化物半導体発光素子の活性層の構成を示す模式図である。 図３は、本開示に係る第２実施形態の窒化物半導体発光素子の活性層の構成を示す模式図である。 図４は、本開示に係る窒化物半導体発光素子の製造工程を示す工程フロー図である。

井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層を含む半導体発光素子は、障壁層にｎ型不純物をドープすることにより、発光素子の抵抗を減らして順方向電圧を下げることができると考えられる。しかしながら、障壁層のｎ型不純物濃度が高くなると、ｐ側の半導体層から供給されるホールが活性層におけるｐ側の半導体層に近い井戸層において多く消費されやすくなってしまう。その結果、ホールが活性層における中央に近い井戸層に供給されにくくなるため、発光効率を高くしにくいという課題がある。

本開示に係る発明は、上記知見に基づき鋭意検討した結果なされたものであり、障壁層のｎ型不純物濃度を調整して全体として発光効率を高めようとする発明である。

この機能を効果的に発揮させる具体的な活性層の構成として、井戸層と障壁等とを含む複数の積層部を有しており、井戸層は、ｎ側窒化物半導体層側に位置する複数の第１井戸層と、ｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層と、を含み、複数の障壁層それぞれは、第１の障壁層と、第１の障壁層よりｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層とを含む構成としている。

第１障壁層は、ｎ型不純物を含んでいる。この第１障壁層のｎ型不純物濃度について、第１井戸層の間に位置する第１障壁層のｎ型不純物濃度は、第２井戸層の間に位置する第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも高くしている。また、第２障壁層は、第１障壁層よりも低いｎ型不純物を含んでいる。

これら第１障壁層と第２障壁層とのｎ型不純物濃度の関係について、第１井戸層の間に位置する第１障壁層のｎ型不純物濃度と第２障壁層のｎ型不純物濃度の差を、第２井戸層の間に位置する第１障壁層のｎ型不純物濃度と第２障壁層のｎ型不純物濃度の差より大きくなるように設定している。このようにｎ型不純物濃度を設定することにより、活性層の中央に近い井戸層にまでホールが供給されやすくすることができる。その結果、活性層の中央に近い井戸層においても効率よく電子とホールを再結合させることができるので、発光に寄与しやすい井戸層を増やすことができるため発光効率を改善することができる。また、半導体層の結晶性の悪化を抑制することができるため、発光効率を改善することができる。

以下、より具体的な形態について詳細に説明する。なお、後述する本実施形態の窒化物半導体発光素子において、窒化物半導体としては、III－V族窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１））が挙げられ、III族元素の一部にＢを用いてよく、V族元素のＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換した混晶であってもよい。これらの窒化物半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等により形成することができる。

また、本実施形態の窒化物半導体発光素子として、活性層にＩｎを比較的多く含む井戸層を備えた発光ピーク波長が５００ｎｍ以上の窒化物半導体発光素子（例えば、ＩｎＧａＮで構成された井戸層のうち、Ｉｎの比率が２０．０～２８．０％程度である緑色に発光する発光素子）を例示して説明する。なお、発光ピーク波長は、上記波長に限定されるものではない。また、本明細書において、数字を用いてＡ～Ｂと記載するときは、数がＡである場合と数がＢである場合とを含むものとする。

－窒化物半導体発光素子について－
＜＜第１実施形態＞＞
以下、図１および図２を参照しながら本開示に係る第１実施形態の窒化物半導体発光素子について説明する。本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、基板１と、基板１上に設けられたｎ側窒化物半導体層１０と、ｐ側窒化物半導体層２０と、ｎ側窒化物半導体層１０とｐ側窒化物半導体層２０との間に位置する活性層５と、を含む。ｎ側窒化物半導体層１０は、下地層２と、ｎ側コンタクト層３と、ｎ側超格子層４と、を含む。ｐ側窒化物半導体層２０は、ｐ型障壁層６と、ｐ側コンタクト層と、を含む。最初に本開示の窒化物半導体発光素子における活性層５について説明し、その後、基板１、ｎ側窒化物半導体層１０、およびｐ側窒化物半導体層２０の順に詳述する。

（活性層５）
活性層５は、井戸層と障壁層とを含む複数の積層部５ｂｗを含んでいる。図２の形態では、障壁層に井戸層が積層された積層部５ｂｗを４つ備えた積層構造を例示している。

井戸層は、一例として、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いてよく、Ｉｎ組成比を適宜設定することにより、青～緑色の発光が可能である。例えば、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた場合、Ｉｎ組成比ｘを所望量とすることにより、窒化物半導体発光素子の発光ピーク波長が４３０ｎｍ～５７０ｎｍの範囲、例えば、緑色に発光させるため５００ｎｍ～５７０ｎｍの範囲とすることができる。

活性層５における井戸層（図２参照）は、ｎ側窒化物半導体層１０側に位置する複数の第１井戸層５ｗ１（図示例では２つ）と、複数の第１井戸層５ｗ１よりｐ側窒化物半導体層２０側に位置する複数の第２井戸層５ｗ２（図示例では２つ）と、を含んでいる。なお、第１井戸層５ｗ１および第２井戸層５ｗ２に対してＩｎＧａＮの分解を抑制するため、各井戸層の上に中間層５ｃを積層してよい。

第１井戸層５ｗ１は、第１井戸層５ｗ１よりもｐ側窒化物半導体層２０側の井戸層と比較して発光への寄与が抑えられた層であってよい。第１井戸層５ｗ１の膜厚は、例えば、０．５～４．０ｎｍの範囲、好ましくは、１．０～２．５ｎｍの範囲、より好ましくは、１．２～１．９ｎｍの範囲で設定される。図２に示される形態では、１．６ｎｍとしている。

第２井戸層５ｗ２は、第１井戸層５ｗ１を介して供給される電子とｐ側窒化物半導体層２０から供給されるホールとを効率よく再結合させて高い出力で発光させる層である。第２井戸層５ｗ２は、第１井戸層５ｗ１よりも厚くしてよい。第２井戸層５ｗ２を第１井戸層５ｗ１よりも厚くすることで、発光に寄与しやすい第２井戸層において多くの電子とホールを再結合させることができる。第２井戸層５ｗ２の膜厚は、例えば、１．５～５．５ｎｍの範囲、好ましくは、２．０～４．０ｎｍの範囲、より好ましくは、２．５～３．２ｎｍの範囲で設定される。図２に示される形態では、３．０ｎｍとしている。

活性層５における障壁層は、井戸層にキャリアを閉じ込めるような材料によって構成され、例えば、井戸層よりもバンドギャップの広いＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＮ等により構成されてよい。障壁層は、井戸層に挟まれるようにして位置し、ｎ側窒化物半導体層１０側に位置する第１障壁層５ｂ１と、第１障壁層５ｂ１よりｐ側窒化物半導体層２０側に位置する第２障壁層５ｂ２とを含む構成としている。

第１障壁層５ｂ１は、ｎ型不純物を含んでいる。第１障壁層５ｂ１が、ｎ型不純物を含んでいることにより、発光素子の順方向電圧を下げることができる。ｎ型不純物は、例えば、ＳｉまたはＧｅを含んでいてよく、本実施形態では、Ｓｉとしている。この第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度について、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度よりも高くしている。第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１７～１．０×１０^１９／ｃｍ^３の範囲、好ましくは、３．０×１０^１７～５．０×１０^１８／ｃｍ^３の範囲、より好ましくは、５．０×１０^１７～２．０×１０^１８／ｃｍ^３の範囲に設定されてよく、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１７～１．０×１０^１９／ｃｍ^３の範囲、好ましくは、３．０×１０^１７～５．０×１０^１８／ｃｍ^３の範囲、より好ましくは、４．０×１０^１７～１．０×１０^１８／ｃｍ^３の範囲に設定されてよい。一例として示す図２の形態では、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は、１．３×１０^１８／ｃｍ^３であり、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は、８．８×１０^１７／ｃｍ^３である。

さらに、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚は、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚よりも厚くしてよい。第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚を第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚よりも厚くすることで、発光に寄与しやすい第２井戸層５ｗ２および活性層の中央に近い井戸層にホールが供給されやすくすることができる。第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚は、例えば、５～３０ｎｍの範囲、好ましくは、１０～２５ｎｍの範囲、より好ましくは、１４～１８ｎｍの範囲に設定されてよく、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚は、例えば、５～３０ｎｍの範囲、好ましくは、６～１６ｎｍの範囲、より好ましくは、８～１１ｎｍの範囲に設定されてよい。一例として示す図２の形態では、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚は、１５．８ｎｍであり、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚は、９．５ｎｍである。

第２障壁層５ｂ２は、第１障壁層５ｂ１よりも低いｎ型不純物濃度のｎ型不純物を含んでいる。また、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第２障壁層５ｂ２は、アンドープの半導体層とすることで、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第２障壁層５ｂ２及びそれ以降に形成する半導体層の結晶性の悪化を抑制することができる。一方で、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１７～１．０×１０^１９／ｃｍ^３の範囲、好ましくは、２．０×１０^１７～１．０×１０^１８／ｃｍ^３の範囲、より好ましくは、３．０×１０^１７～８．０×１０^１７／ｃｍ^３の範囲に設定されてよい。一例として示す図２の形態では、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度は、６．３×１０^１７／ｃｍ^３である。なお、アンドープの半導体層とは、半導体層を形成する際にｎ型不純物ガスを供給せずに形成された半導体層であることを意味する。従って、半導体層の形成する際にｎ型不純物ガスを供給せずとも反応炉内の雰囲気中に存在するｎ型不純物が混入した半導体層についてもアンドープの半導体層を意味する。例えば、アンドープの半導体層とはｎ型不純物の濃度が１．７×１０^１７／ｃｍ^３以下である。

さらに、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第２障壁層５ｂ２の膜厚は、例えば、０．５～５．０ｎｍの範囲、好ましくは、０．５～１．５ｎｍの範囲、より好ましくは、０．５～０．８ｎｍの範囲に設定されてよく、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第２障壁層５ｂ２の膜厚は、例えば、０．５～５．０ｎｍの範囲、好ましくは、０．５～１．５ｎｍの範囲、より好ましくは、０．５～０．８ｎｍの範囲に設定されてよい。一例として示す図２の形態では、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第２障壁層５ｂ２の膜厚および第２井戸層５ｗ２の間に位置する第２障壁層５ｂ２の膜厚は、ともに、０．６ｎｍである。なお、膜厚についてこの例に限定されるものではなく、互いに異なる膜厚としてよい。

このような、第１障壁層５ｂ１と第２障壁層５ｂ２とのｎ型不純物濃度の関係について、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差を、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差より大きくなるように設定している。一例として示す図２の形態では、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差は、１．３×１０^１８／ｃｍ^３（第１障壁層：１．３×１０^１８／ｃｍ^３、第２障壁層：アンドープ半導体層）であり、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差は、２．５×１０^１７／ｃｍ^３（第１障壁層：８．８×１０^１７／ｃｍ^３、第２障壁層：６．３×１０^１７／ｃｍ^３）である。

ここで、上述のｎ型不純物濃度に設定する理由について、活性層における価電子帯のバンドを考慮しながら説明する。障壁層として、アンドープの半導体層である障壁層を含む構成の価電子帯のバンドにおいて、井戸層のエネルギー準位と障壁層のエネルギー準位の差が大きいため、ホールが障壁層を越えることが難しい。その結果、活性層における中央に近い井戸層においてホールが供給されにくくなる。

一方で、第２井戸層５ｗ２の間に位置する障壁層として、ｎ型不純物を含む第１障壁層５ｂ１および第１障壁層５ｂ１よりも低いｎ型不純物を含む第２障壁層５ｂ２を含む構成の価電子帯のバンドは、井戸層と障壁層との隣接位置でエネルギー準位が下がり、井戸層のエネルギー準位と障壁層のエネルギー準位の差を、障壁層がアンドープの半導体層である場合と比較して小さくすることができる。その結果、ホールが障壁層を越えやすくなるため、活性層における中央に近い井戸層においても電子が供給されやすくなり、発光効率を向上させることができる。さらに、第１井戸層５ｗ１の間に位置する障壁層においては、第２障壁層５ｂ２にドープするｎ型不純物の量を、アンドープにする、もしくは、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第２障壁層５ｂ２よりも少なくすることで、ｎ型不純物が半導体層にドープされることによる半導体層の結晶性の悪化を抑制している。その結果、第１井戸層の間に位置する第１障壁層のｎ型不純物濃度と第２障壁層のｎ型不純物濃度の差が、第２井戸層の間に位置する第１障壁層のｎ型不純物濃度と第２障壁層のｎ型不純物濃度の差より大きくなる。

次に、本開示の窒化物半導体発光素子における活性層５以外の構成について説明する。

（アンドープ半導体層５ｕ）
ｐ側窒化物半導体層２０と該ｐ側窒化物半導体層２０に最も近い第２井戸層５ｗ２との間には、アンドープ半導体層５ｕが設けられていてよい。アンドープ半導体層５ｕが設けられることにより、ｐ側窒化物半導体層２０からｐ型不純物が活性層５に拡散することを防止することができ、発光素子の信頼性の悪化を抑制することができる。アンドープ半導体層５ｕの材料は、適切にｐ型不純物の拡散が抑えられる材料であればよく、層形成の容易性の観点から、第１障壁層および第２障壁層と同じ材料（ＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＮ等）を用いてよい。なお、異なる材料であってもよい。アンドープ半導体層５ｕの膜厚は、例えば、０．５～１５ｎｍの範囲、好ましくは、２～１０ｎｍの範囲、より好ましくは、４～６ｎｍの範囲に設定されてよい。

（基板１）
基板１（図１参照）は、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板を用いることができる。中でも、窒化物半導体発光素子１００に窒化物半導体を用いる場合、Ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。また、基板１として、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどを用いても良い。基板１は、最終的に備えなくてもよい。

（ｎ側窒化物半導体層１０）
図１に示すように、ｎ側窒化物半導体層１０は、基板１側から順に、下地層２と、ｎ側コンタクト層３と、ｎ側超格子層４と、を含んでいる。ｎ側窒化物半導体層１０は、ｎ型不純物を含む少なくとも１つのｎ型半導体層を含んでいる。ｎ型不純物には、例えば、ＳｉやＧｅなどを用いることができる。

下地層２は、基板１とｎ側コンタクト層３との間に設けられている。下地層２を設けることで、下地層２の上面に結晶性の高いｎ側コンタクト層３を形成することができる。下地層２は、例えば、ＡｌＧａＮやＧａＮであってよい。なお、下地層２と基板１の間にバッファ層を形成してよい。バッファ層は、基板１と下地層２との間の格子不整合を抑制させるための層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮやＧａＮを用いることができる。

ｎ側コンタクト層３は、下地層２の上面に設けられ、少なくとも一部にｎ型不純物を含有している。図１に示すように、ｎ側コンタクト層３の上面にｎ電極８が形成されている。ｎ側コンタクト層３は、ｎ電極８から活性層５に向かって電子を供給するために、比較的高い濃度のｎ型不純物がドープされていることが好ましい。ｎ側コンタクト層３のｎ型不純物濃度は、例えば、６×１０^１９／ｃｍ^３～１×１０^１９／ｃｍ^３とすることができる。ｎ側コンタクト層３は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、またはＩｎＧａＮにより構成されることが好ましい。ｎ側コンタクト層３は積層構造としてもよく、例えば、アンドープのＧａＮと、ｎ型不純物がドープされたＧａＮとを交互に積層させてよい。ｎ側コンタクト層３の膜厚は、例えば、５μｍ～２０μｍであってよい。

ｎ側超格子層４は、ｎ側コンタクト層３の上面に設けられている。ｎ側超格子層４を設けることで、ｎ側コンタクト層３と活性層５との間の格子緩和を抑制し、活性層５の結晶性を良好にすることができる。ｎ側超格子層４は、格子定数の異なる半導体層が交互に積層された構造を有している。ｎ側超格子層４は、例えば、１つのアンドープのＩｎＧａＮ層と１つのアンドープのＧａＮ層とを含む単一ペアをｎペア含む。ｎ側超格子層４のペア数ｎは、例えば、１０個～４０個の範囲、好ましくは、１５個～３５個の範囲、さらに好ましくは、２５個～３５個の範囲に設定されてよい。

（ｐ側窒化物半導体層２０）
図１に示すように、ｐ側窒化物半導体層２０は、活性層５側から順に、ｐ型障壁層６と、ｐ側コンタクト層７を含んでいる。ｐ側窒化物半導体層２０は、ｐ型不純物を含む少なくとも１つのｐ型半導体層を含んでいる。ｐ型不純物には、例えば、Ｍｇなどを用いることができる。

ｐ型障壁層６は、ｐ側窒化物半導体層２０のうち最も活性層５の近くに位置している。ｐ型障壁層６は、電子を閉じ込めるために設けられる層であり、例えば、Ｍｇ等のｐ型不純物を含むＧａＮ、ＡｌＧａＮ等により構成されてよい。ｐ型障壁層６のバンドギャップエネルギーは、活性層５における第１障壁層５ｂ１のバンドギャップエネルギーよりも大きい。ｐ型障壁層６の膜厚の一例として、例えば、１０ｎｍ～５０ｎｍとすることができる。ｐ型障壁層６のｐ型不純物濃度は、例えば、２×１０^２０／ｃｍ^３～６×１０^２０／ｃｍ^３とすることができる。

ｐ側コンタクト層７は、上面にｐ電極９が形成される層である。ｐ側コンタクト層７は、例えば、Ｍｇ等のｐ型不純物を含むＧａＮ、ＡｌＧａＮ等により構成されてよい。ｐ側コンタクト層７の膜厚の一例として、例えば、１０ｎｍ～１５０ｎｍの厚さとされてよい。

以上説明したとおり、本実施形態の窒化物半導体発光素子１００によれば、活性層の中央に近い井戸層にまでホールが供給されやすくすることができる。その結果、活性層の中央に近い井戸層においても効率よく電子とホールを再結合させることができるので発光効率を改善することができる。また、半導体層の結晶性の悪化を抑制することができる。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、本開示の第２実施形態について図３を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一の構成（基板１、基板１上に設けられた下地層２、ｎ側窒化物半導体層１０およびｐ側窒化物半導体層２０）については説明を省略する。

第２実施形態の活性層における井戸層は、例えば、図３に示すとおり、第１井戸層５ｗ１が２つ、第２井戸層５ｗ２が３つとして構成されてよい。つまり、第２井戸層５ｗ２の数は、第１井戸層５ｗ１の数よりも多くなっている。なお、第１井戸層５ｗ１および第２井戸層５ｗ２の数は、発光に寄与する第２井戸層５ｗ２の数が第１井戸層５ｗ１の数よりも多ければ、この数に限定されるものではない。例えば、第１井戸層５ｗ１を５つ、第２井戸層５ｗ２を８つとしてもよい。このような層構造とすることにより、発光に寄与しやすい第２井戸層５ｗ２の数が多いため、より多くの発光を第２井戸層５ｗ２で生じさせることができる。

また、本実施形態では、最もｐ側窒化物半導体層２０側に位置する第１井戸層５ｗ１と、最もｎ側窒化物半導体層１０側に位置する第２井戸層５ｗ２との間に、第３障壁層５ｂ３と、第３障壁層５ｂ３よりｐ側窒化物半導体層２０側に位置する第４障壁層５ｂ４と、を含んでよい（図３参照）。

第３障壁層５ｂ３は、ｎ型不純物を含んでいる。第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１７～１．０×１０^１９／ｃｍ^３の範囲、好ましくは、２．０×１０^１７～１．０×１０^１８／ｃｍ^３の範囲、より好ましくは、３．０×１０^１７～８．０×１０^１７／ｃｍ^３の範囲に設定されてよい。一例として示す図３の形態では、第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度は、６．３×１０^１７／ｃｍ^３である。また、第３障壁層５ｂ３の膜厚は、例えば、５～３０ｎｍの範囲、好ましくは、１０～２０ｎｍの範囲、より好ましくは、１３～１６ｎｍの範囲に設定されてよい。一例として示す図３の形態では、第３障壁層５ｂ３の膜厚は、１５．７５ｎｍである。

第４障壁層５ｂ４は、ｎ型不純物を含んでいる。第４障壁層５ｂ４のｎ型不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１７～１．０×１０^１９／ｃｍ^３の範囲、好ましくは、２．０×１０^１７～１．０×１０^１８／ｃｍ^３の範囲、より好ましくは、３．０×１０^１７～８．０×１０^１７／ｃｍ^３の範囲に設定されてよい。一例として示す図３の形態では、第４障壁層５ｂ４のｎ型不純物濃度は、６．３×１０^１７／ｃｍ^３である。また、第４障壁層５ｂ４の膜厚は、例えば、０．５～５．０ｎｍの範囲、好ましくは、０．５～１．５ｎｍの範囲、より好ましくは、０．５～０．８ｎｍの範囲に設定されてよい。一例として示す図３の形態では、第４障壁層５ｂ４の膜厚は、０．６ｎｍである。

本実施形態では、第３障壁層５ｂ３の膜厚は、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚より厚くしてよい。一例として示す図３の形態では、第３障壁層５ｂ３の膜厚は、１５．８ｎｍであるのに対し、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚は、９．５ｎｍである。第３障壁層５ｂ３の膜厚を第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１よりも厚くすることで、第３障壁層５ｂ３および第３障壁層５ｂ３以降の層に対して結晶性を向上させることができる。なお、結晶性の評価は、例えばＸ線回折スペクトル（ＸＲＤ）から分析することができる。測定対象の層が、結晶性が高い場合にはシャープな回折ピークが出現し、結晶性の低い場合にはブロードな回折ピークが出現する。

さらに、本実施形態では、第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度は、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度よりも低い。第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度を第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度よりも低くすることで、第３障壁層５ｂ３および第３障壁層５ｂ３以降の層に対して結晶性を向上させることができる。一例として示す図３の形態では、第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度は、６．３×１０^１７／ｃｍ^３であるのに対し、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は、１．３×１０^１８／ｃｍ^３である。なお、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第２障壁層５ｂ２は、発光に寄与しやすい第２井戸層５ｗ２および活性層の中央に近い井戸層にホールが供給されやすくするためアンドープの半導体層であることが好ましい。

また、実施形態１と同様に、ｐ側窒化物半導体層２０と該ｐ側窒化物半導体層２０に最も近い第２井戸層５ｗ２との間には、アンドープ半導体層５ｕが設けられていてよい。

－窒化物半導体発光素子の製造方法について－
本開示に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、図４に示すように、ｎ側窒化物半導体層形成工程と、活性層形成工程と、ｐ側窒化物半導体層形成工程と、電極形成工程とを備えている。ｎ側窒化物半導体層形成工程は、下地層形成工程と、ｎ側コンタクト層形成工程と、ｎ側超格子層形成工程とを備えている。ｐ側窒化物半導体層形成工程は、ｐ型障壁層形成工程と、ｐ側コンタクト層形成工程とを備えている。以下、本開示に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の工程の順番に沿って説明する。具体的には、図３の形態を製造する方法に沿って説明する。

（ｎ側窒化物半導体層形成工程）
・下地層形成工程
まず、例えば、サファイアからなる基板１のＣ面上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により下地層２を形成する。下地層２を形成する前に基板１の上にバッファ層を形成し、バッファ層を介して下地層２を形成してもよい。ここで、バッファ層は、例えば、成長温度を６００℃以下とし、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニア等を用いて、基板１上にＡｌＧａＮを成長させることにより形成する。また、下地層２は、例えば、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、バッファ層の上にＧａＮ層を成長させることにより形成する。

・ｎ側コンタクト層形成工程
ｎ側コンタクト層形成工程において、ｎ側コンタクト層３を、ｎ型不純物がドープされたＧａＮ層を積層させることにより形成する。ｎ型不純物がドープされたＧａＮ層を成長させる場合は、原料ガスとして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ｎ型不純物ガスとしてモノシランを用いる。ｎ側コンタクト層３の成長温度は、例えば、１１５０℃としてよい。

・ｎ側超格子層形成工程
ｎ側超格子層形成工程において、アンドープのＧａＮ層とアンドープのＩｎＧａＮ層とを交互に積層させることによりｎ側超格子層４を形成する。ｎ側超格子層４の成長温度は、ｎ側コンタクト層３の成長温度よりも低くすることが好ましく、例えば、成長温度を９１０℃程度にすることができる。アンドープのＧａＮ層を成長させる場合は、原料ガスとして、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、アンモニア等を用いる。また、アンドープのＩｎＧａＮ層を成長させる場合は、原料ガスとして、ＴＥＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニア等を用いる。なお、アンドープのＧａＮ層を成長させるときに、キャリアガスとしてＨ_２を含むガスを用いてもよい。このようなガスをキャリアガスとして用いることでＧａＮ層の表面のＶピットを低減することができる。ここで、Ｖピットとは、半導体層に形成される転位に起因して半導体層の表面に生じる凹状のピットである。

（活性層形成工程）
・障壁層形成工程
障壁層形成工程は、ｎ型不純物を含む第１障壁層を形成する工程と、第１障壁層よりｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層を形成する工程を有している。

第１障壁層を形成する工程は、形成温度を９１０℃以上１０１０℃以下で、ｎ型不純物を含む第１障壁層を形成する。第１障壁層にｎ型不純物を含ませるため、ｎ型不純物ガスとしてモノシランを用いて、ｎ型不純物を含むＧａＮを形成してよい。第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度を、５．０×１０^１７／ｃｍ^３以上２．０×１０^１８／ｃｍ^３以下とするために、ガス流量を約７ｓｃｃｍチャンバー内の圧力を約６００Ｔｏｒｒとしてよい。また、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度を、４．０×１０^１７／ｃｍ^３以上１．０×１０^１８／ｃｍ^３以下とするために、ガス流量を約５ｓｃｃｍチャンバー内の圧力を約６００Ｔｏｒｒとしてよい。つまり、第１障壁層を形成する工程において、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度が、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度よりも高くなるように障壁層を形成する。

第２障壁層を形成する工程は、形成温度を７８０℃以上８３０℃以下で、ｎ型不純物を含む第２障壁層を形成する。つまり、第２障壁層を形成する工程は、第１障壁層を形成する工程よりも、障壁層の形成温度を低くしている。また、第２障壁層の形成において、ｎ型不純物ガスの流量を、第１障壁層の形成におけるｎ型不純物ガスの流量よりも少なくすることができる。ここで、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第２障壁層５ｂ２を形成する場合は、アンドープの半導体層を形成してよい。一方で、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第２障壁層５ｂ２を形成する場合は、ｎ型不純物を含ませるため、モノシランを用いて、ｎ型不純物を含むＧａＮを形成してよい。第２井戸層５ｗ２の間に位置する第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度を、３．０×１０^１７／ｃｍ^３以上８．０×１０^１７／ｃｍ^３以下とするため、ガス流量を約１ｓｃｃｍチャンバー内の圧力を約６００Ｔｏｒｒとしてよい。

このように、障壁層形成工程では、第１障壁層５ｂ１と第２障壁層５ｂ２とのｎ型不純物濃度の関係について、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差を、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差より大きくなるように障壁層を形成している。

また、上述の第１障壁層５ｂ１と第２障壁層５ｂ２とのｎ型不純物濃度の関係とする他の方法として、第１井戸層の間に位置する第１障壁層を形成するときのｎ型不純物ガスの流量を、第２井戸層の間に位置する第１障壁層を形成するときのｎ型不純物ガスの流量よりも多くしてもよい。

また、比較的高温（９１０℃以上１０１０℃以下）で形成した第１障壁層５ｂ１に対して比較的低温（７８０℃以上８３０℃以下）で形成した第２障壁層５ｂ２を積層することにより、その上に井戸層を形成することで、井戸層の結晶性の悪化を抑制することができる。この理由について説明する。障壁層は、結晶性が悪化することを抑えるために、比較的高温で形成する必要がある。一方、井戸層の形成においては、III族元素の離脱を抑えるために、障壁層よりも低温で成長させる必要がある。障壁層を形成した後、半導体層の形成を中断して、井戸層の形成に適する温度まで降温させた場合、半導体層の形成を中断したことによる結晶の欠陥が生じる懸念がある。そこで、比較的高温で障壁層を形成した後、半導体層を中断したことによって生じる結晶欠陥を、比較的低温で形成する障壁層によって埋めることで、結晶性の悪化を抑制することができると考えられる。その結果、結晶性の悪化による発光効率の低下を抑制させることができる。さらに、上述したように、障壁層にｎ型不純物をドープすることで井戸層のエネルギー準位と障壁層のエネルギー準位の差を小さくすることができる。比較的低温で形成する障壁層の形成においても、ｎ型不純物をドープすることで、井戸層のエネルギー準位と障壁層のエネルギー準位の差をさらに小さくすることができる。また、ｎ型不純物を比較的高温で形成する障壁層よりも低い濃度でドープすることで、井戸層のエネルギー準位と障壁層のエネルギー準位の差を小さくしつつ、ｎ型不純物がドープされることによる結晶性の悪化を抑制できる。

また、上述の第２実施形態を製造するための障壁層形成工程として、最もｐ側窒化物半導体層側に位置する第１井戸層５ｗ１と、最もｎ側窒化物半導体層側に位置する第２井戸層５ｗ２との間に、第３障壁層５ｂ３と、第３障壁層５ｂ３よりｐ側窒化物半導体層側に位置する第４障壁層５ｂ４と、を形成する工程を含んでよい。

第３障壁層５ｂ３を形成する工程は、形成温度を９１０℃以上１０１０℃以下で、ｎ型不純物を含む第３障壁層５ｂ３を形成する。第３障壁層５ｂ３にｎ型不純物を含ませるため、ｎ型不純物ガスとしてモノシランを用いて、ｎ型不純物を含むＧａＮを形成してよい。第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度を５．０×１０^１７／ｃｍ^３以上２．０×１０^１８／ｃｍ^３以下、その膜厚を１３ｎｍ以上１６ｎｍ以下とするために、ガス流量を約３ｓｃｃｍチャンバー内の圧力を約６００Ｔｏｒｒとしてよい。

第４障壁層５ｂ４を形成する工程は、形成温度を７８０℃以上８３０℃以下で、ｎ型不純物を含む第４障壁層５ｂ４を形成する。第４障壁層５ｂ４にｎ型不純物を含ませるため、ｎ型不純物ガスとしてモノシランを用いて、ｎ型不純物を含むＧａＮを形成してよい。第４障壁層５ｂ４のｎ型不純物濃度を５．０×１０^１７／ｃｍ^３以上２．０×１０^１８／ｃｍ^３以下、その膜厚を０．５ｎｍ以上０．８ｎｍ以下とするために、ガス流量を約１ｓｃｃｍチャンバー内の圧力を約６００Ｔｏｒｒとしてよい。

このようにして、第３障壁層５ｂ３の膜厚を、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚より厚くし、第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度を、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層におけるｎ型不純物濃度よりも低く形成する。これにより、第３障壁層５ｂ３および第３障壁層５ｂ３以降の層に対して結晶性を向上させることができる。

また、障壁層形成工程として、ｐ側窒化物半導体層と該ｐ側窒化物半導体層に最も近い第２井戸層５ｗ２との間には、アンドープ半導体層５ｕを形成してよい。アンドープ半導体層５ｕを形成することで、ｐ型不純物が活性層５に拡散することを抑制することができる。

アンドープ半導体層５ｕの形成工程は、最もｐ側に位置する第１障壁層５ｂ１を形成する工程に対して、ｎ型不純物ガスを供給せずにアンドープ半導体層を形成するものであり、形成温度、ｎ型不純物ガス以外のガス流量、チャンバー内の圧力は、第１障壁層５ｂ１を形成する工程と実質的に同一とすることができる。

・井戸層形成工程
井戸層形成工程は、複数の第１井戸層を形成する工程と、複数の第１井戸層５ｗ１よりｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層を形成する工程と、を有している。

第１井戸層を形成する工程は、原料ガスにＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩ、アンモニアを用い、温度を７８０～８３０℃にしてＩｎＧａＮを形成している。また、第２井戸層を形成する工程は、原料ガスにＴＥＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、温度を７８０～８３０℃にしてＩｎＧａＮを形成し、第２井戸層５ｗ２の数が第１井戸層５ｗ１の数よりも多くなるように形成している。このように、発光に寄与しやすい第２井戸層５ｗ２の数が、多くなるように井戸層を形成するため、より多くの発光を第２井戸層５ｗ２で生じさせることができる。

（ｐ側窒化物半導体層形成工程）
・ｐ型障壁層形成工程
ｐ型障壁層形成工程では、例えば、原料ガスとしてＴＥＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、ｐ型不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ｐ型障壁層６としてｐ型不純物を含むＡｌＧａＮ層を形成する。

・ｐ側コンタクト層形成工程
ｐ側コンタクト層形成工程では、例えば、原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用いて、アンドープのＧａＮからなる層を成長させる。その後、このアンドープのＧａＮからなる層上に原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、ｐ型不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いて、ｐ型不純物を含むＧａＮ層を成長させることにより、ｐ側コンタクト層７を形成する。ｐ側コンタクト層７の不純物濃度は、ｐ型障壁層６よりも高くすることが好ましい。

上記工程により各半導体層を成長させた後、窒素雰囲気中、ウェハを反応炉内において、例えば、７００℃程度の温度でアニーリングを行う。

（電極形成工程）
アニーリング後、ｐ側窒化物半導体層２０の一部、活性層５、ｎ側窒化物半導体層１０の一部を除去して、ｎ側コンタクト層３の表面の一部を露出させる。

その後、ｐ側コンタクト層７の表面の一部にｐ電極９を形成し、露出されたｎ側コンタクト層３の表面の一部にｎ電極８を形成する。以上のような工程を経て、窒化物半導体発光素子１００は作製される。

以上説明したとおり、本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法によれば、発光効率が改善した窒化物半導体発光素子を製造することができる。

本開示の好適な一実施例を示す窒化物半導体発光素子について説明する。基板１として、サファイア基板を用いた。基板１の上面にアンドープのＡｌＧａＮ層であるバッファ層を形成した。バッファ層上に、下地層２を形成した。

下地層２の上面にｎ側コンタクト層３を形成した。ｎ側コンタクト層３は、ｎ型不純物としてＳｉドープしたＧａＮ層である。ｎ側コンタクト層３の厚みは、約８μｍとした。

ｎ側コンタクト層３の上面にｎ側超格子層４を形成した。まず、厚み約８０ｎｍのＳｉドープしたＧａＮ層を形成した。次に、厚み約３ｎｍのアンドープのＧａＮ層と、厚み約１．５ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層のペアを２７ペア形成した。続いて、厚み約３ｎｍのアンドープのＧａＮ層と、厚み約１．５ｎｍのＳｉドープしたＩｎＧａＮ層のペアを３ペア形成した。最後に、厚み約１０ｎｍのＳｉドープしたＡｌＧａＮ層と、厚み約１ｎｍのＳｉドープしたＩｎＧａＮ層のペアを６ペア形成した。これらの半導体層を形成することで複数の半導体層を含むｎ側超格子層４を形成した。

ｎ側超格子層４の上面に活性層５を形成した。

まず、厚み約６ｎｍのＳｉドープしたＩｎＧａＮ層、障壁層として厚み約２．３ｎｍのアンドープのＧａＮ層、障壁層として厚み約０．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層、井戸層として厚み約１．６ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、及び、中間層として厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。

続いて、障壁層として厚み約１５．８ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：７．０×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、障壁層として厚み約０．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層、第１井戸層５ｗ１として厚み約１．６ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、及び、中間層５ｃとして厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。

続いて、第１障壁層５ｂ１として厚み約１５．８ｎｍのＳｉドープしたＧａＮ層、第２障壁層５ｂ２として厚み約０．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層、第１井戸層５ｗ１として厚み約１．６ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、及び、中間層５ｃとして厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。これらの第１障壁層５ｂ１、第２障壁層５ｂ２、第１井戸層５ｗ１、及び、中間層５ｃを形成する工程を３回繰り返して行った。この工程において、第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は、７．０×１０^１７／ｃｍ^３とした。

続いて、障壁層として厚み約１５．８ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：７．０×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、障壁層として厚み約０．６ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：３．５×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、井戸層として厚み約３．０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、及び、中間層として厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。

続いて、第３障壁層５ｂ３として厚み約１５．８ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：３．５×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、第４障壁層５ｂ４として厚み約０．６ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：３．５×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、井戸層として厚み約３．０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、及び、中間層として厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。

続いて、第３障壁層５ｂ３として厚み約１５．８ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：３．５×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、第４障壁層５ｂ４として厚み約０．６ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：３．５×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、第２井戸層５ｗ２として厚み約３．０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、及び、中間層５ｃとして厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。

続いて、第１障壁層５ｂ１として厚み約９．５ｎｍのＳｉドープしたＧａＮ層、第２障壁層５ｂ２として厚み約０．６ｎｍのＳｉドープしたＧａＮ層、第２井戸層５ｗ２として厚み約３．０ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、及び、中間層５ｃとして厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。これらの第１障壁層５ｂ１、第２障壁層５ｂ２、第２井戸層５ｗ２、及び、中間層５ｃを形成する工程を４回繰り返して行った。この工程において、第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度は４．９×１０^１７／ｃｍ^３とし、第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度は３．５×１０^１７／ｃｍ^３とした。

最後に、障壁層として厚み約９．５ｎｍのＳｉドープ（ｎ型不純物濃度：４．９×１０^１７／ｃｍ^３）したＧａＮ層、障壁層として厚み約０．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層、井戸層として厚み約３．４ｎｍのアンドープのＩｎＧａＮ層、中間層として厚み約１．６ｎｍのアンドープのＧａＮ層、及び、アンドープ半導体層５ｕとして厚み約１８．４ｎｍのアンドープのＧａＮ層を形成した。以上の半導体層を形成することで複数の半導体層を含む活性層５を形成した。

活性層５の形成において、中間層に隣接する障壁層（第１障壁層５ｂ１を含む）の形成温度を９１０℃以上１０１０℃以下とし、井戸層の直下の障壁層（第２障壁層５ｂ２を含む）の形成温度を７８０℃以上８３０℃以下とした。

活性層５の上面に、厚み約１１ｎｍのｐ型障壁層６を形成した。ｐ型障壁層６は、ｐ型不純物としてＭｇを含むＡｌＧａＮ層である。このｐ型障壁層６において、Ａｌの比率は約１２．５％とした。

ｐ型障壁層６の上面に、ｐ側コンタクト層７を形成した。まず、厚み約８０ｎｍのアンドープのＧａＮを形成し、その後、厚み約２０ｎｍのＭｇをドープしたＧａＮを形成した。

上記のとおり各半導体層を成長させた後、窒素雰囲気中、ウェハを反応炉内において、約７００℃で熱処理を行った。

熱処理後、ｐ側窒化物半導体層２０の一部、活性層５、ｎ側窒化物半導体層１０の一部を除去して、ｎ側コンタクト層３の表面の一部を露出させた。

その後、ｐ側コンタクト層７の表面の一部にｐ電極９を形成し、露出されたｎ側コンタクト層３の表面の一部にｎ電極８を形成した。

このような実施例において、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度（７．０×１０^１７／ｃｍ^３）は、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１（４．９×１０^１７／ｃｍ^３）のｎ型不純物濃度よりも高くなっている。

また、本実施例において、第１井戸層５ｗ１の間に位置する障壁層における第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差（７．０×１０^１７／ｃｍ^３）は、第２井戸層５ｗ２の間に位置する障壁層における第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度と第２障壁層５ｂ２のｎ型不純物濃度の差（１．４×１０^１７／ｃｍ^３）より大きくなっている。

また、本実施例において、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚（約１５．８ｎｍ）は、第２井戸層５ｗ２の間に位置する第１障壁層５ｂ１の膜厚（約９．５ｎｍ）よりも厚くなっている。

また、本実施例において、ｐ側窒化物半導体層と、複数の第２井戸層５ｗ２のうちｐ側窒化物半導体層に最も近い第２井戸層５ｗ２との間には、アンドープ半導体層５ｕが設けられている。

また、本実施例において、複数の障壁層のうち、最もｐ側窒化物半導体層側に位置する第１井戸層５ｗ１と、最もｎ側窒化物半導体層側に位置する第２井戸層５ｗ２との間に位置する少なくとも１つの障壁層は、ｎ型不純物を含む第３障壁層５ｂ３と、ｎ型不純物を含み、第３障壁層５ｂ３よりｐ側窒化物半導体層側に位置する第４障壁層５ｂ４と、を含んでいる。

そして、第３障壁層５ｂ３の膜厚（約１５．８ｎｍ）は、複数の障壁層のうち第２井戸層５ｗ２の間に位置する障壁層における第１障壁層５ｂ１の膜厚（約９．５ｎｍ）より厚く、第３障壁層５ｂ３のｎ型不純物濃度（３．５×１０^１７／ｃｍ^３）は、複数の障壁層のうち第１井戸層５ｗ１の間に位置する障壁層における第１障壁層５ｂ１のｎ型不純物濃度（７．０×１０^１７／ｃｍ^３）よりも低くなっている。

また、本実施例において、第２井戸層５ｗ２の数（５個）は、第１井戸層５ｗ１の数（４個）よりも多くなっている。

また、本実施例において、第１井戸層５ｗ１の間に位置する第２障壁層５ｂ２は、アンドープの半導体層である。

また、本実施例において、ｎ型不純物はＳｉである。

以上説明した本実施例において、１００ｍＡの電流を流したときの窒化物半導体発光素子の発光効率は、４３．９％であった。

なお、今回開示した実施態様は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施態様のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 基板
２ 下地層
３ ｎ側コンタクト層
４ ｎ側超格子層
５ 活性層
５ｃ 中間層
５ｕ アンドープ半導体層
５ｂ１ 第１障壁層
５ｂ２ 第２障壁層
５ｂ３ 第３障壁層
５ｂ４ 第４障壁層
５ｂｗ 積層部
５ｗ１ 第１井戸層
５ｗ２ 第２井戸層
６ ｐ型障壁層
７ ｐ側コンタクト層
８ ｎ電極
９ ｐ電極
１０ ｎ側窒化物半導体層
２０ ｐ側窒化物半導体層
１００ 窒化物半導体発光素子

Claims (17)

1. ｎ側窒化物半導体層と、ｐ側窒化物半導体層と、前記ｎ側窒化物半導体層と前記ｐ側窒化物半導体層との間に設けられた活性層と、を含む窒化物半導体発光素子であって、
   前記活性層は、井戸層と障壁層とを含む複数の積層部を有し、
   前記井戸層は、複数の第１井戸層と、複数の前記第１井戸層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層と、を含んでおり、
   複数の前記障壁層のうち前記第１井戸層の間に位置する少なくとも１つの前記障壁層と、複数の前記障壁層のうち前記第２井戸層の間に位置する少なくとも１つの前記障壁層とは、ｎ型不純物を含む第１障壁層と、前記第１障壁層よりも低いｎ型不純物濃度のｎ型不純物を含み、前記第１障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層と、を含み、
   前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度は、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも高く、
   複数の前記障壁層のうち前記第１井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度の差は、複数の前記障壁層のうち前記第２井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度の差より大きい、窒化物半導体発光素子。
2. 前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層の膜厚は、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層の膜厚よりも厚くなっている、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記ｐ側窒化物半導体層と、複数の前記第２井戸層のうち前記ｐ側窒化物半導体層に最も近い前記第２井戸層との間には、アンドープの半導体層が設けられている、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 複数の前記障壁層のうち、最も前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する前記第１井戸層と、最も前記ｎ側窒化物半導体層側に位置する前記第２井戸層との間に位置する少なくとも１つの障壁層は、ｎ型不純物を含む第３障壁層と、ｎ型不純物を含み、前記第３障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第４障壁層と、を含み、
   前記第３障壁層の膜厚は、複数の前記障壁層のうち前記第２井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層の膜厚より厚く、
   前記第３障壁層のｎ型不純物濃度は、複数の前記障壁層のうち前記第１井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも低い、請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
5. 前記第２井戸層の数は、前記第１井戸層の数よりも多くなっている、請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記第１井戸層の間に位置する前記第２障壁層は、アンドープの半導体層である、請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
7. 前記ｎ型不純物はＳｉである、請求項１～６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
8. ｎ側窒化物半導体層を形成する工程と、
   前記ｎ側窒化物半導体層を形成する工程の後、井戸層と障壁層とを含む複数の積層部を有する活性層を形成する工程と、
   前記活性層を形成する工程の後、ｐ側窒化物半導体層を形成する工程と、を有し、
   前記活性層を形成する工程は、複数の前記障壁層を形成する工程と、複数の前記井戸層を形成する工程と、を含み、
   複数の前記障壁層を形成する工程は、それぞれ、ｎ型不純物を含む第１障壁層を形成する工程と、前記第１障壁層よりも低いｎ型不純物濃度のｎ型不純物を含み前記第１障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層を形成する工程と、を有しており、
   複数の前記井戸層を形成する工程は、複数の第１井戸層を形成する工程と、複数の前記第１井戸層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層を形成する工程と、を有しており、
   複数の前記障壁層を形成する工程において、
   前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度が、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも高くなるように形成し、
   前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度との差が、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層のｎ型不純物濃度と前記第２障壁層のｎ型不純物濃度との差より大きくなるように形成する、窒化物半導体発光素子の製造方法。
9. 前記障壁層を形成する工程において、前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層の膜厚を、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層の膜厚よりも厚く形成する、請求項８に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
10. 前記活性層を形成する工程は、さらに、前記ｐ側窒化物半導体層と、複数の前記前記第２井戸層のうち前記ｐ側窒化物半導体層に最も近い前記第２井戸層との間にアンドープの半導体層を形成する工程を有する、請求項８または９に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
11. 前記活性層を形成する工程は、さらに、最も前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する前記第１井戸層と、最も前記ｎ側窒化物半導体層側に位置する前記第２井戸層との間に、ｎ型不純物を含む第３障壁層と、ｎ型不純物を含み、前記第３障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第４障壁層と、を形成する工程を含み、
    前記第３障壁層の膜厚は、複数の前記障壁層のうち前記第２井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層の膜厚より厚くし、
    前記第３障壁層のｎ型不純物濃度は、複数の前記障壁層のうち前記第１井戸層の間に位置する前記障壁層における前記第１障壁層のｎ型不純物濃度よりも低くする、請求項８～１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
12. 前記井戸層を形成する工程において、前記第２井戸層の数を、前記第１井戸層の数よりも多く形成する、請求項８～１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
13. 前記障壁層を形成する工程において、前記第１井戸層の間に位置する前記第２障壁層としてアンドープの半導体層を形成する、請求項８～１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
14. 前記活性層を形成する工程において、前記ｎ型不純物としてＳｉをドープする、請求項８～１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
15. 前記障壁層を形成する工程において、前記第１障壁層の形成温度を、前記第２障壁層の形成温度よりも高くして形成する、請求項８～１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
16. 前記第１障壁層の形成温度は、９１０℃以上１０１０℃以下であり、
    前記第２障壁層の形成温度は、７８０℃以上８３０℃以下である、請求項１５に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
17. ｎ側窒化物半導体層を形成する工程と、
    前記ｎ側窒化物半導体層を形成する工程の後、井戸層と障壁層とを含む複数の積層部を有する活性層を形成する工程と、
    前記活性層を形成する工程の後、ｐ側窒化物半導体層を形成する工程と、を有し、
    前記活性層を形成する工程は、複数の前記障壁層を形成する工程と、複数の前記井戸層を形成する工程と、を含み、
    複数の前記障壁層を形成する工程は、それぞれ、ｎ型不純物ガスを供給しながら第１障壁層を形成する工程と、前記第１障壁層の形成よりも少ない流量でｎ型不純物ガスを供給しながら前記第１障壁層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する第２障壁層を形成する工程と、を有しており、
    複数の前記井戸層を形成する工程は、複数の第１井戸層を形成する工程と、複数の前記第１井戸層より前記ｐ側窒化物半導体層側に位置する複数の第２井戸層を形成する工程と、を有しており、
    複数の前記障壁層を形成する工程において、前記第１井戸層の間に位置する前記第１障壁層を形成するときのｎ型不純物ガスの流量を、前記第２井戸層の間に位置する前記第１障壁層を形成するときのｎ型不純物ガスの流量よりも多くする、窒化物半導体発光素子の製造方法。

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