JP6482573B2 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物半導体発光素子に関する。
窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下では「ＩＩＩ族窒化物半導体」と記す）は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光のエネルギーに相当するバンドギャップエネルギーを有する。そのため、ＩＩＩ族窒化物半導体は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を発する発光素子の材料として、又は、赤外領域から紫外領域の波長を有する光を受ける受光素子の材料として有用である。
また、ＩＩＩ族窒化物半導体では、ＩＩＩ族窒化物半導体を構成する原子間の結合力が強く、絶縁破壊電圧が高く、飽和電子速度が大きい。これらのことから、ＩＩＩ族窒化物半導体は、耐高温且つ高出力な高周波トランジスタ等の電子デバイスの材料としても有用である。さらに、ＩＩＩ族窒化物半導体は、環境を害することがほとんどないので、取り扱い易い材料としても注目されている。
このようなＩＩＩ族窒化物半導体を用いた窒化物半導体発光素子では、発光層として量子井戸構造を採用することが一般的である。電圧が窒化物半導体発光素子に印加されると、発光層を構成する井戸層において電子とホールとが再結合されて光が発生する。発光層は、単一量子井戸（Single Quantum Well（ＳＱＷ））構造からなっても良いし、井戸層とバリア層とが交互に積層された多重量子井戸（Multiple Quantum Well（ＭＱＷ））構造からなっても良い。
可視光を発する窒化物半導体発光素子では、発光層の井戸層としてＩｎＧａＮ層を用い、発光層のバリア層としてＧａＮ層を用いるのが一般的である。これにより、例えば、発光ピーク波長が約４５０ｎｍの青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を作製でき、この青色ＬＥＤを蛍光体と組み合わせて白色ＬＥＤを作製することもできる。バリア層としてＡｌＧａＮ層を用いた場合には、バリア層と井戸層とのバンドギャップエネルギー差が増大するため発光効率が増すと考えられるが、ＧａＮに比べてＡｌＧａＮの方が良質な結晶が得られにくいという問題も存在する。近紫外光又は紫外光を発する窒化物半導体発光素子では、バリア層としてＡｌＧａＮ層を用いるのが一般的である。
発光層は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とに挟まれている。ｎ型窒化物半導体層は、外部接続端子につながるｎ側電極が接続されるｎ型コンタクト層を含む。窒化物半導体発光素子を均一に発光させ、且つ、窒化物半導体発光素子の動作電圧を下げるためには、ｎ型コンタクト層のシート抵抗を低くする必要があり、ｎ型コンタクト層のｎ型不純物の濃度を高める（例えば１×１０19／ｃｍ3）必要があり、ｎ型コンタクト層を厚く（１〜４μｍ）形成する必要がある。可視から紫外領域の光を発する窒化物半導体発光素子では、ｎ型コンタクト層としてＧａＮ層を用いる場合が多い。紫外領域の光を発する窒化物半導体発光素子では、ｎ型コンタクト層としてＡｌＧａＮ層を用いる場合がある。
ｎ型コンタクト層は下地層の上に設けられ、下地層はサファイア基板の上にバッファ層を挟んで設けられる。窒化物半導体発光素子の光取出し効率を向上させるために、サファイア基板の上面には凸部が規則的に形成されている。バッファ層としては、厚さが２０ｎｍ程度のＧａＮ層又はＡｌＮ層が採用される。下地層としては、厚さが１〜４μｍのノンドープＧａＮ層を用いる場合が多い。
発光層の内部量子効率の向上を目的として、ｎ型コンタクト層と発光層との間に、歪み超格子層、又は、アンドープ層とＳｉドープ層との積層構造などの種々の構造を有するｎ型バッファ層を設けることが採用されている。
また、発光層の内部量子効率の向上を目指して種々の取り組みがなされているが、大きく分けて２種類のアプローチがある。第１のアプローチでは、基板とｎ型窒化物半導体層との間に設けられた中間層を起点とする転位を一定量（２．０×１０8／ｃｍ2）以上形成することにより発光層にＶピットを形成し、これにより、発光効率の向上を目指す（特許文献１（国際公開第２０１０／１５０８０９号）など）。第２のアプローチでは、転位密度を出来る限り低減させ、これにより、発光効率の向上を目指す（特許文献２（国際公開第２０１３／１８７１７１号）など）。第１のアプローチと第２のアプローチとでは、発光層へのホール（正孔）の注入メカニズムが異なると考えられている。
従来では、窒化物半導体発光素子の特性を決定する要因としては、ｎ型コンタクト層よりも上記ｎ型バッファ層の方が重要であった。しかし、上記ｎ型バッファ層の最適化が進むと、下地層及びｎ型コンタクト層などの上記ｎ型バッファ層よりも下部構造の最適化による効果が重要となってくる。
一般に、下地層の厚さを大きくすると、発光層などの結晶性が向上すると考えられている。しかし、下地層の厚さのみで発光層などの結晶性が決定されるとは言えない。また、第１のアプローチでは、下地層の厚さを大きくすることが光出力向上に寄与するとは限らない。一方、第２のアプローチでは、下地層の厚さを大きくすることが光出力向上に寄与する可能性が高いと推測される。しかし、発光層の内部量子効率の向上という観点から最適化された下地層の厚さ又はｎ型コンタクト層の厚さについては何ら開示されていない。
特許文献３（特開２０００−２３２２３６号公報）の実施例には、アンドープＧａＮ層（厚さが１μｍ）の上にＳｉを３×１０19／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層（厚さが３μｍ）とアンドープＧａＮ層（厚さが１００Å）とを順に成長させることが記載されている。
特許文献４（特開２０１２−２４８６５６号公報）の実施例には、アンドープＧａＮからなる低転位層（厚さが約１．５μｍ）の上に、アンドープＧａＮからなるピット埋込層（厚さが約２．０μｍ）と、Ｓｉを９×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮからなるｎ型コンタクト層（厚さが約４．２μｍ）とを成長させることが記載されている。
特許文献５（国際公開第２０１１／００４８９０号）の実施例には、厚さ５μｍのアンドープＧａＮからなる下地層の上に、厚さ３．２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層を成長させることが記載されている。
特許文献６（特開２０１０−１３５４９０号公報）の実施例には、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層の上に、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層を成長させることが記載されている。
特許文献７（国際公開第２０１１／１６２３３２号）には、発光層の発光波長分布σを小さくするという観点から、下地層の厚さ及びｎ型コンタクト層の厚さが種々検討されている。実施例には、下地層として厚さ９．６μｍのＧａＮ層と厚さ８．６μｍのＧａＮ層とが示唆されており、ｎ型コンタクト層として厚さ２〜４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層が示唆されている。
これらの文献には、下地層及びｎ型コンタクト層の種々の構成が開示されているが、下地層及びｎ型コンタクト層の各構成と発光効率との具体的な関係については何ら記載されていない。
国際公開第２０１０／１５０８０９号 国際公開第２０１３／１８７１７１号 特開２０００−２３２２３６号公報 特開２０１２−２４８６５６号公報 国際公開第２０１１／００４８９０号 特開２０１０−１３５４９０号公報 国際公開第２０１１／１６２３３２号
発光効率の更なる改善には、窒化物半導体発光素子の実使用温度での発光効率の向上が必要であり、窒化物半導体発光素子の温度特性の向上が必要である（「窒化物半導体発光素子の温度特性」とは、室温での発光効率と高温（例えば８０℃）での発光効率との割合を意味する。一般に、窒化物半導体発光素子の動作温度が上昇するほど、窒化物半導体発光素子の温度特性は低下する。実用的な観点からは、高い温度特性が求められている）。これらを向上させるためには、発光層を貫通する転位（貫通転位）の個数の低減が必須となる。転位密度の低減には、発光層の結晶性を高める必要がある。発光層の結晶性を高めるためには、ｎ型コンタクト層の結晶性の向上と下地層の結晶性の向上とが必要である。
別の課題として、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge（静電気放電））耐性の向上が存在する。市場では、青色発光素子には、性能向上とともに初期不良の低減が強く求められている。そのため、窒化物半導体発光素子には、ＥＳＤ不良スクリーニング（スクリーニングによりＥＳＤ耐性の良否を検知すること）を出荷前に行うことが必須となっている。しかし、ＥＳＤ不良スクリーニングを出荷前に行うと、窒化物半導体発光素子の出荷歩留りの低下を招き、また、窒化物半導体発光素子のコストアップを招く。そのため、エピ層（エピタキシャル成長された層）の電気的な耐性向上が急務となっている。
このように、窒化物半導体発光素子には発光層の結晶性の向上とＥＳＤ耐性の向上とが要求されている。しかし、発光層の結晶性を高めるために下地層の厚さ又はｎ型コンタクト層の厚さを大きくすると、ＥＳＤ耐性の不良率が増大するという不具合が発生する。そのため、窒化物半導体発光素子には、実使用温度での発光効率の向上及び温度特性の向上とＥＳＤ耐性の向上とを相反させることなく実現させることが要求されている。本発明では、実使用温度での発光効率の向上及び温度特性の向上とＥＳＤ耐性の向上とを相反させることなく実現可能な窒化物半導体発光素子の提供を目的とする。
本発明の窒化物半導体発光素子は、基板の上に順に設けられた下地層、ｎ型コンタクト層、発光層及びｐ型窒化物半導体層を少なくとも備える。下地層の厚さに対するｎ型コンタクト層の厚さの割合である膜厚比Ｒが０．８以下である。ｐ型窒化物半導体層側に位置する発光層の面におけるＶピットの数密度が１．５×１０8／ｃｍ2以下である。好ましくは、膜厚比Ｒが０．６以下である。
下地層の導電型不純物の濃度が１．０×１０17／ｃｍ3以下であることが好ましい。より好ましくは、下地層には導電型不純物が意図的にドープされていない。
下地層は、一般式Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１≦１）で表される窒化物半導体からなることが好ましい。ｎ型コンタクト層は、一般式Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１）で表される窒化物半導体からなることが好ましい。より好ましくは、下地層とｎ型コンタクト層とは、導電型不純物の濃度が異なり、且つ、同一組成からなる。さらに好ましくは、下地層及びｎ型コンタクト層のいずれもがＧａＮからなる、又は、下地層及びｎ型コンタクト層のいずれもがＡｌＧａＮからなる。下地層の厚さが４．５μｍ以上であることが好ましい。
本発明の窒化物半導体発光素子では、実使用温度での発光効率の向上及び温度特性の向上とＥＳＤ耐性の向上とを相反させることなく実現できる。
本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の平面図である。 本発明の一実施形態の窒化物半導体発光素子の発光層の上面に対してＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）による観察を行った結果を示す画像である。 膜厚比ＲとＥＳＤ耐性の不良率（ＥＳＤ不良率）との関係（実験結果）を示すグラフである。 Ｖピットの平面密度と窒化物半導体発光素子の光出力との関係（実験結果）を示すグラフである。
以下、本発明の窒化物半導体発光素子について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
以下では、位置関係を表すために、図１の下側に記載した部分を「下」と表現し、図１の上側に記載した部分を「上」と表現することがある。これは、便宜上の表現であり、重力方向に対して定められる「上」及び「下」とは異なる。
以下では、「導電型不純物の濃度」と、ｎ型不純物のドープに伴い発生する電子の濃度又はｐ型不純物のドープに伴い発生するホールの濃度である「キャリア濃度」とを用いている。
「キャリアガス」とは、ＩＩＩ族原料ガス、Ｖ族原料ガス及び不純物原料ガス（導電型不純物の原料）以外のガスである。キャリアガスを構成する原子は窒化物半導体層などの層に取り込まれない。
「ｎ型窒化物半導体層」は、電子の流れを実用上妨げない程度の厚さの低キャリア濃度のｎ型層又はアンドープ層を含んでいても良い。「ｐ型窒化物半導体層」は、ホールの流れを実用上妨げない程度の厚さの低キャリア濃度のｐ型層又はアンドープ層を含んでいても良い。「実用上妨げない」とは、窒化物半導体発光素子の動作電圧が実用的なレベルであることを言う。
［窒化物半導体発光素子の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図であり、図２に示すＩ−Ｉ線における断面図である。図２は、窒化物半導体発光素子１の平面図である。
窒化物半導体発光素子１は、基板３と、バッファ層５と、下地層７と、ｎ型コンタクト層８と、ｎ型バッファ層１１と、発光層１４と、中間層１５と、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とを備える。ｎ型バッファ層１１は、通常、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層として機能する）９と多層構造体１０（多層構造体１０は例えば超格子構造を有する）などとの複数層から構成されている。
ｎ型コンタクト層８の一部とｎ型バッファ層１１と発光層１４と中間層１５とｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８とは、エッチングされてメサ部３０を構成している。ｐ型窒化物半導体層１８の上面には、透明電極２３を挟んでｐ側電極２５が設けられている。メサ部３０の外側（図１における右側）では、ｎ型コンタクト層８の露出面にｎ側電極２１が設けられている。透明保護膜２７は透明電極２３とエッチングにより露出した各層の側面とを覆っており、ｎ側電極２１とｐ側電極２５とは透明保護膜２７から露出している。
走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscopy）を用いて窒化物半導体発光素子１の断面を超高倍率で観察したところ、Ｖピット２０が部分的に発生することが確認されている。
なお、窒化物半導体発光素子１の構成及びその製造方法については、特許文献２に詳述されている通りであり、以下において言及しない限り特許文献２などに記載の従来公知の技術を限定されることなく使用可能である。特に、窒化物半導体発光素子１のうちｎ型コンタクト層８よりも上部構造に関しては、本発明では特に限定されない。それらの構成の材料、組成、形成方法、形成条件、厚さ、及び、導電型不純物の濃度などについては、従来公知の技術などを適宜組み合わせることができる。
例えば、ｐ型窒化物半導体層は、通常、基板３側からｐ型ＡｌＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１７とｐ型コンタクト層１８とが積層されて構成されている。しかし、本発明では、ｐ型窒化物半導体層の構成は特に限定されない。以下では、ｐ型窒化物半導体層の構成について詳細な説明を割愛する。
図２に示す窒化物半導体発光素子１の平面構造に関しても、本発明では特に限定されず、種々の平面構造を採用できる。例えば、窒化物半導体発光素子１を上下逆さにして基板に接続するというフリップチップ接続を実現可能な構造を採用することもできる。このように、窒化物半導体発光素子１の平面構造は本発明では特に限定されない。以下では、窒化物半導体発光素子１の平面構造について詳細な説明を割愛する。
＜基板＞
基板３は、例えばサファイア基板のような絶縁性基板であっても良いし、例えばＧａＮ基板、ＳｉＣ基板またはＺｎＯ基板などのような導電性基板であっても良い。窒化物半導体層の成長時の基板３の厚さは、基板３の大きさにより異なるため一概に言えないが、直径が１５０ｍｍの基板では例えば９００μｍ以上１２００μｍ以下であることが好ましい。また、窒化物半導体発光素子１における基板３の厚さは、例えば５０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
基板３の上面（基板３のうちバッファ層５が形成される面）は、図１に示すように凸部３Ａと凹部３Ｂとからなる凹凸形状を有していることが好ましい。基板３の上面における凸部３Ａの形状は略円形又は多角形であることが好ましい（図１参照）。凸部３Ａは平面視において略三角形の頂点となる位置に設けられていることが好ましく、隣り合う頂点の間隔は１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。凸部３Ａは側面視において台形状に形成されていても良いが、側面視における凸部３Ａの頂点は半円状又は三角形状に形成されていることが好ましい。
窒化物半導体層の成長後に基板３を除去しても良い。つまり、窒化物半導体発光素子１は基板３を備えていなくても良い。
＜バッファ層＞
バッファ層５は例えばＡｌs0Ｇａt0Ｏu0Ｎ1-u0（０≦ｓ０≦１、０≦ｔ０≦１、０≦ｕ０≦１、ｓ０＋ｔ０≠０）層であることが好ましく、より好ましくはＡｌＮ層またはＡｌＯＮ層である。バッファ層５の厚さは特に限定されないが、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
＜下地層＞
下地層７は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によりバッファ層５の上面に形成される。下地層７は、例えば、一般式Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１≦１）で表される窒化物半導体からなることが好ましい。下地層７がバッファ層５中の転位などの結晶欠陥を引き継がないようにするためには、下地層７はＩＩＩ族元素としてＧａを含む窒化物半導体からなることが好ましい。
下地層７は、ｎ型不純物が１×１０17／ｃｍ3以下の範囲でドープされても良い。これにより、転位密度が低下し、結晶性が改善する。しかし、発光層１４の良好な結晶性を維持するという観点から、下地層７には導電型不純物（例えばｎ型不純物又はｐ型不純物）が意図的にドープされていないことが好ましく、換言すると、下地層７はアンドープ層であることが好ましい。「下地層７には導電型不純物が意図的にドープされていない」とは、成長過程において不純物原料ガスを流すことなく下地層７を成長させることを意味する。通常、正常なＭＯＣＶＤ装置を用いて不純物原料ガスを流すことなく下地層７を成長させると、下地層７の導電型不純物の濃度は導電型不純物の濃度を分析するための分析装置の検出限界以下となる。例えばＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計、Secondary Ion Mass Spectrometry）を用いてシリコン濃度を測定する場合、ＳＩＭＳのシリコン濃度の検出限界は７×１０16／ｃｍ3である。
下地層７にドープされる導電型不純物としては、ｎ型不純物を用いることができ、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎのうちの少なくとも１つを用いることができ、Ｓｉを用いることが好ましい。導電型不純物としてＳｉを用いる場合には、ｎ型不純物原料ガスとしてはシラン又はジシランを用いることが好ましい。
下地層７の厚さをできるだけ大きくすることにより、下地層７中の欠陥を減少させることができる。しかし、下地層７の厚さが大きくなると、ＥＳＤ耐性の不良の発生又は窒化物半導体発光素子１の生産性の低下などの問題が発生する。この点に関しては後述する。
＜ｎ型コンタクト層＞
ｎ型コンタクト層８は、一般式Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）で表される窒化物半導体からなる層にｎ型不純物がドープされた層であることが好ましく、より好ましくは一般式Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０≦ｘ２＜１、好ましくは０≦ｘ２≦０．５、より好ましくは０≦ｘ２≦０．１）で表される窒化物半導体からなる層にｎ型不純物がドープされた層である。
ｎ型コンタクト層８にドープされるｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであることが好ましく、より好ましくはＳｉである。このことは、後述のｎ型窒化物半導体層（例えばｎ型バッファ層１１）においても言える。ｎ型不純物の濃度は、特に限定されないが、１．２×１０19／ｃｍ3以下であることが好ましい。
ｎ型コンタクト層８の厚さをできるだけ大きくすることにより、ｎ型コンタクト層８の抵抗を減少させることができる。しかし、ｎ型コンタクト層８の厚さが大きくなると、ＥＳＤ耐性の不良の発生又は窒化物半導体発光素子１の生産性の低下などの問題が発生する。この点に関しては後述する。
＜低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）＞
窒化物半導体発光素子１のうちｎ型コンタクト層８までの下部構造の厚さは非常に大きいので、ｎ型コンタクト層８までの下部構造を一定の結晶性を担保しつつ出来るだけ短時間で成長させる必要がある。そのため、ｎ型コンタクト層８までの下部構造の形成温度は、一般に、発光層１４の形成温度よりも数百℃高い。ｎ型バッファ層１１は、ｎ型コンタクト層８までの下部構造の成長から発光層１４の成長へ移行するためのバッファ層としての役割を有し、ｎ型バッファ層１１の成長温度はｎ型コンタクト層８の成長温度よりも低く発光層１４の成長温度よりも高い。ｎ型バッファ層１１のうちｎ型コンタクト層８に接する層は低温ｎ型窒化物半導体層９である。ｎ型コンタクト層８の成長温度から温度を下げて低温ｎ型窒化物半導体層９を成長させることにより、低温ｎ型窒化物半導体層９にはＶピット２０が発生し始める。したがって、低温ｎ型窒化物半導体層９はＶピット２０発生層として機能する。なお、低温ｎ型窒化物半導体層９の「低温」とは、成長温度がｎ型コンタクト層８の成長温度よりも低いことを意味している。
低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９は、例えば、厚さ２５ｎｍのハイドープｎ型ＧａＮ層であることが好ましい。ここで、「ハイドープ」とは、ｎ型不純物の濃度が３×１０18／ｃｍ3以上であることを意味する。低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９におけるｎ型不純物の濃度が高くなり過ぎると、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９の上に形成される発光層１４での発光効率の低下を招くことがある。そのため、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９におけるｎ型不純物の濃度は１．２×１０19／ｃｍ3以下であることが好ましい。
低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９は、Ａｌs3Ｇａt3Ｉｎu3Ｎ（０≦ｓ３≦１、０≦ｔ３≦１、０≦ｕ３≦１、ｓ３＋ｔ３＋ｕ３＝１）層にｎ型不純物がドープされた層であることが好ましく、より好ましくはＩｎu3Ｇａ1-u3Ｎ（０≦ｕ３≦１、好ましくは０≦ｕ３≦０．５、より好ましくは０≦ｕ３≦０．１５）層にｎ型不純物がドープされた層である。
このような低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９の厚さは、５ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上である。
＜多層構造体＞
低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９と発光層１４との間には多層構造体１０が設けられていることが好ましい。多層構造体１０の主たる働きは、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９と発光層１４とを離隔させ、発光層１４の成長開始時の成長表面構造を出来る限り平坦で滑らかにし、さらには、Ｖピット２０を一定以上の大きさに拡大することである。
多層構造体１０としては、超格子構造を有する超格子層を用いることが好ましい。超格子層は、組成が互いに異なる結晶層（各結晶層の厚さは非常に薄く、例えば１０ｎｍ以下である）を交互に積層することにより、その周期構造が基本単位格子よりも長い結晶格子からなる層を意味する。一般に、多層構造体１０では、ワイドバンドギャップ層とバンドギャップエネルギーがワイドバンドギャップ層よりも小さなナローバンドギャップ層とが交互に積層されて超格子構造が構成されている。なお、多層構造体１０は、必ずしも超格子構造を有する必要はなく、厚さが上記結晶層よりも大きな層が積層されて構成されていても良い。
各ワイドバンドギャップ層は、例えばＡｌa1Ｇａb1Ｉｎ1-a1-b1Ｎ（０≦ａ１≦１、０＜ｂ１≦１）層であることが好ましく、より好ましくはＧａＮ層である。各ナローバンドギャップ層は、バンドギャップエネルギーがワイドバンドギャップ層よりも小さく各井戸層（後述）よりも大きいことが好ましい。ナローバンドギャップ層は、Ａｌa2Ｇａb2Ｉｎ1-a2-b2Ｎ（０≦ａ２＜１、０＜ｂ２＜１、（１−ａ１−ｂ１）＜（１−ａ２−ｂ２））層であることが好ましく、より好ましくはＧａb2Ｉｎ1-b2Ｎ（０＜ｂ２＜１）層である。
ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層のうちの少なくとも１つは、ｎ型不純物を含んでいることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を低く抑えることができる。ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層のうちの少なくとも１つがｎ型不純物を含む場合、ｎ型不純物の濃度は例えば１．２×１０19／ｃｍ3以下であることが好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、Ｓｉ、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどであることが好ましく、より好ましくはＳｉである。
１層のワイドバンドギャップ層と１層のナローバンドギャップ層とを１組としたとき、多層構造体１０は数組から２０組程度のワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層を有することが好ましい。これにより、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９を発光層１４からさらに離隔させることができる。
多層構造体１０が２０組以上のワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層を有する場合、発光層１４側に位置する５組のワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層はｎ型不純物を含むことが好ましい。これにより、発光層１４に注入される電子数を増やすことができる。よって、窒化物半導体発光素子１の光出力が向上する。また、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を低減できる。
多層構造体１０は、アンドープ層からなる超格子構造とｎ型半導体層からなる超格子構造とを有する場合、次に示す構成を有することができる。低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９の上には、１７組のワイドバンドギャップ層（アンドープ層）及びナローバンドギャップ層（アンドープ層）からなる超格子構造が設けられている。その超格子構造の上には、３組のワイドバンドギャップ層（ｎ型半導体層）及びナローバンドギャップ層（ｎ型半導体層）からなる超格子構造が設けられている。
多層構造体１０は、アンドープ層からなる超格子構造とｎ型半導体層からなる超格子構造とを有する場合には、次に示す構成を有しても良い。低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９の上には、５組のワイドバンドギャップ層（ｎ型半導体層）及びナローバンドギャップ層（ｎ型半導体層）からなる第１超格子構造が設けられている。第１超格子構造の上には、１０組のワイドバンドギャップ層（アンドープ層）及びナローバンドギャップ層（アンドープ層）からなる第２超格子構造が設けられている。第２超格子構造の上には、５組のワイドバンドギャップ層（ｎ型半導体層）及びナローバンドギャップ層（ｎ型半導体層）からなる第３超格子構造が設けられている。
多層構造体１０の厚さは、好ましくは４０ｎｍ以上であり、より好ましくは５０ｎｍ以上であり、さらに好ましくは６０ｎｍ以上である。多層構造体１０の厚さは、好ましくは１００ｎｍ以下であり、より好ましくは８０ｎｍ以下である。多層構造体１０の厚さが１００ｎｍを超えると、発光層１４の結晶品質の低下を引き起こすことがある。
＜発光層（多重量子井戸層（ＭＱＷ））＞
発光層１４には部分的にＶピット２０が形成されている。「発光層１４には部分的にＶピット２０が形成されている」とは、発光層１４の上面（ｐ型窒化物半導体層１６側に位置する発光層１４の面）をＡＦＭで観察したときにＶピット２０が発光層１４の上面において黒い点状（発光層１４においては逆六角錐状の穴）に観察されることを意味する（図３参照）。図３には、発光層１４の上面をＡＦＭで観察した結果を示す。
発光層１４では、バリア層が井戸層で挟まれており、バリア層と井戸層とが交互に積層されている。発光層１４に含まれる複数の井戸層のうち最もｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層の上には、中間層１５（後述）が設けられている。
発光層１４は、バリア層及び井戸層とは異なる１層以上の半導体層と、バリア層と、井戸層とが順に積層されて構成されていても良い。発光層１４の一周期（バリア層の厚さと井戸層の厚さとの和）の長さは例えば５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
（井戸層）
各井戸層の組成は、窒化物半導体発光素子１に求められる発光波長に合わせて調整されることが好ましい。例えば、井戸層は、ＡｌcＧａdＩｎ1-c-dＮ（０≦ｃ＜１、０＜ｄ≦１）層であることが好ましく、より好ましくはＡｌを含まないＩｎeＧａ1-eＮ（０＜ｅ≦１）層である。波長が３７５ｎｍ以下の紫外光を発光させる場合には、発光層１４の井戸層のバンドギャップエネルギーを大きくする必要があるので、各井戸層の組成はＡｌを含むことが好ましい。
発光層１４において、井戸層の組成は、互いに同じであることが好ましい。これにより、井戸層において電子とホールとの再結合により発光する波長を互いに同じにすることができる。よって、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅を狭くすることができる。
ｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層は導電型不純物を極力含まないことが好ましい。換言すると、不純物原料ガスを導入することなくｐ型窒化物半導体層１６側に位置する井戸層を成長させることが好ましい。これにより、各井戸層において非発光再結合が起こり難くなるので、窒化物半導体発光素子１の発光効率を高めることができる。一方、基板３側（ｎ型コンタクト層８側）に位置する井戸層はｎ型不純物を含んでも良い。これにより、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧を低下させることができる。
井戸層の厚さは特に限定されないが、互いに同じであることが好ましい。井戸層の厚さが互いに同じであれば、井戸層の量子準位も互いに同じになるので、井戸層では電子とホールとの再結合により互いに同じ波長の光が発生することとなる。これにより、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅を狭くすることができる。
一方、井戸層の組成または厚さが意図的に異なれば、窒化物半導体発光素子１の発光スペクトル幅をブロードにすることができる。よって、窒化物半導体発光素子１を照明用などの用途に使用する場合には、井戸層の組成または厚さを意図的に異ならせることが好ましい。例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲内で井戸層の厚さを変更できる。井戸層の厚さがこの範囲外となると、窒化物半導体発光素子１の発光効率の低下を招くことがある。
発光層１４に含まれる井戸層の層数は、特に限定されないが、例えば、２層以上２０層以下であることが好ましく、３層以上１５層以下であることがより好ましく、４層以上１２層以下であることがさらに好ましい。
（バリア層）
各バリア層の厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以上７ｎｍ以下であることがより好ましい。各バリア層の厚さが薄いほど、窒化物半導体発光素子１の駆動電圧が低下する。しかし、各バリア層の厚さが極端に薄ければ、窒化物半導体発光素子１の発光効率の低下を引き起こすことがある。
バリア層におけるｎ型不純物の濃度は、特に限定されず、必要に応じて適宜設定されることが好ましい。また、発光層１４に含まれる複数のバリア層のうち、基板３側（ｎ型コンタクト層８側）に位置するバリア層はｎ型不純物を含むことが好ましく、ｐ型窒化物半導体層１６側に位置するバリア層は基板３側に位置するバリア層よりも低濃度のｎ型不純物を含む又はｎ型不純物を意図的に含まないことが好ましい。
＜中間層＞
中間層１５は、発光層１４とｐ型窒化物半導体層１６との間に設けられ、ｐ型不純物（例えばＭｇ）がｐ型窒化物半導体層１６から発光層１４（特に井戸層）に拡散することを防止する役割を有する。ｐ型不純物が井戸層に拡散すると、窒化物半導体発光素子１の発光効率の低下を招くことがある。そのため、発光層１４とｐ型窒化物半導体層１６との間に中間層１５を設けることが好ましい。
中間層１５は、ＡｌfＧａgＩｎ1-f-gＮ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）層であることが好ましく、より好ましくはＩｎを含まないＡｌhＧａ1-hＮ（０＜ｈ≦１）層である。
中間層１５の厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以上５ｎｍ以下であることがより好ましい。中間層１５の厚さが１ｎｍ未満であれば、ｐ型窒化物半導体層１６から発光層１４（特に井戸層）へのｐ型不純物の拡散を防止できない場合がある。中間層１５の厚さが１０ｎｍを超えれば、発光層１４へのホール注入効率の低下を招き、よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率の低下を引き起こす。
＜ｐ型窒化物半導体層＞
図１には、窒化物半導体発光素子１がｐ型ＡｌＧａＮ層１６とｐ型ＧａＮ層１７と高濃度ｐ型ＧａＮ層１８との３層構造からなるｐ型窒化物半導体層を備えることが記載されている。しかし、図１に記載の構成はｐ型窒化物半導体層の構成の一例に過ぎない。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８は、例えば、Ａｌs4Ｇａt4Ｉｎu4Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４＝１）層にｐ型不純物がドープされた層であることが好ましく、より好ましくはＡｌs4Ｇａ1-s4Ｎ（０＜ｓ４≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ４≦０．３）層にｐ型不純物がドープされた層である。
ｐ型不純物は、特に限定されないが、例えばマグネシウムであることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８のそれぞれにおけるキャリア濃度は１×１０17／ｃｍ3以上であることが好ましい。ｐ型不純物の活性率は０．０１程度であるので、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８のそれぞれにおけるｐ型不純物の濃度（ｐ型不純物の濃度はキャリア濃度とは異なる）は１×１０19／ｃｍ3以上であることが好ましい。なお、ｐ型窒化物半導体層のうち発光層１４側に位置する部分におけるｐ型不純物の濃度は１×１０19／ｃｍ3未満であっても良い。
ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の合計の厚さは、特に限定されないが、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８の合計の厚さを小さくすることにより、これらの成長時における加熱時間を短縮できる。これにより、発光層１４へのｐ型不純物の拡散を抑制できる。
＜ｎ側電極、透明電極、ｐ側電極＞
ｎ側電極２１及びｐ側電極２５は、窒化物半導体発光素子１に駆動電力を供給するための電極である。ｎ側電極２１及びｐ側電極２５は、それぞれ、パッド電極部と、パッド電極部に接続される枝電極部とを有することが好ましい（図２）。これにより、電流を拡散させることができる。しかし、ｎ側電極２１及びｐ側電極２５のうちの少なくとも１つはパッド電極部のみで構成されていても良い。
ｐ側電極２５よりも下には、ｐ側電極２５への電流の注入を防止するための絶縁層が設けられていることが好ましい。これにより、発光層１４で生じた光のうちｐ側電極２５に遮蔽される光の量が減少する。
ｎ側電極２１は、例えば、チタン層とアルミニウム層と金層とがこの順序で積層されて構成されていることが好ましい。ｎ側電極２１にワイヤボンディングを行う場合を想定して、ｎ側電極２１の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
ｐ側電極２５は、例えば、ニッケル層とアルミニウム層とチタン層と金層とがこの順序で積層されて構成されていることが好ましいが、ｎ側電極２１と同一の材料からなっても良い。ｐ側電極２５にワイヤボンディングを行う場合を想定して、ｐ側電極２５の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
透明電極２３は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜であることが好ましく、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。
＜下地層の厚さに対するｎ型コンタクト層の厚さの割合である膜厚比Ｒ＞
今般、ＥＳＤ不良率（スクリーニングによりＥＳＤ耐性の良否を調べた結果、得られた不良率）が膜厚比Ｒに依存することが分かった。図４には、下地層７の厚さＴ1とｎ型コンタクト層８の厚さＴ2との合計が一定である場合における膜厚比ＲとＥＳＤ不良率との関係（実験結果）を示す。図４の縦軸に示す「ＥＳＤ不良率」は、膜厚比Ｒが１である場合のＥＳＤ不良率に対する各膜厚比ＲでのＥＳＤ不良率の割合を意味する。
下地層７の厚さＴ1とｎ型コンタクト層８の厚さＴ2との合計が一定である場合には、膜厚比Ｒ（＝Ｔ2／Ｔ1）が大きくなるにつれてＥＳＤ不良率が高くなった。図４から、膜厚比Ｒが０．８以下であればＥＳＤ不良率を低く抑えることができ、また、膜厚比Ｒが０．６以下であればＥＳＤ不良率をさらに低く抑えることができる、ということが分かった。よって、膜厚比Ｒは、０．８以下であり、好ましくは０．６以下である。
具体的には、好ましくは、下地層７の厚さＴ1は３．３μｍ以上８μｍ以下であり、ｎ型コンタクト層８の厚さＴ2は２μｍ以上６μｍ以下である。
より好ましくは、下地層７の厚さＴ1は３．７μｍ以上７．５μｍ以下であり、ｎ型コンタクト層８の厚さＴ2は２μｍ以上４．５μｍ以下である。
下地層７の厚さＴ1は４．５μｍ以上であることがより好ましい。これにより、結晶性が改善され、窒化物半導体発光素子１の光出力が向上する。また、Ｖピット２０の平面密度が低減されるとともに、ｎ型コンタクト層８の抵抗増加が抑えられ、窒化物半導体発光素子１の動作電圧が低く抑えられる。
「下地層７の厚さＴ1」とは、窒化物半導体層の積層方向における下地層７の大きさを意味する。下地層７の厚さが不均一である場合には、「下地層７の厚さＴ1」とは、窒化物半導体層の積層方向における下地層７の大きさの最小値を意味する。図１に示す場合には、「下地層７の厚さＴ1」とは、下地層７とｎ型コンタクト層８との境界と、基板３の凸部３Ａの上におけるバッファ層と下地層７との境界との間の距離を意味する。例えば、ＳＩＭＳを用いて窒化物半導体発光素子１の組成及び不純物分布を観察するという方法にしたがって、又は、ＳＣＭ（Scanning Capacitance Microscope（走査型容量顕微鏡））を用いて窒化物半導体発光素子１の断面を観察するという方法にしたがって、下地層７の厚さＴ1を求めることができる。
「ｎ型コンタクト層８の厚さＴ2」とは、窒化物半導体層の積層方向におけるｎ型コンタクト層８の大きさを意味する。ｎ型コンタクト層８の厚さが不均一である場合には、「ｎ型コンタクト層８の厚さＴ2」とは、窒化物半導体層の積層方向におけるｎ型コンタクト層８の大きさの最大値を意味する。図１に示す場合には、「ｎ型コンタクト層８の厚さＴ2」とは、下地層７とｎ型コンタクト層８との境界と、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９とｎ型コンタクト層８との境界との間の距離を意味する。下地層７の厚さＴ1と同様の方法でｎ型コンタクト層８の厚さＴ2を求めることができる。
＜Ｖピットの平面密度＞
基板３の上にバッファ層５を挟んで下地層７を成長させる過程において、大量の結晶欠陥が発生する。しかし、大量の結晶欠陥は、下地層７の成長が進むにつれて、また、ｎ型コンタクト層８の成長により、徐々に減少する。
低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９の成長過程において下地層７から伸びて来た転位が低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９の成長面と交差すると、その交差箇所においてＶピット２０の形成が開始する。そのため、ｐ型窒化物半導体層１６側に位置する発光層１４の面におけるＶピット２０の数密度（以下では「Ｖピット２０の平面密度」と記す）は、下地層７から伸びて来た転位の平面密度を反映する。但し、ｎ型バッファ層１１の成長過程において転位が新たに発生する場合がある。また、下地層７から伸びて来た転位の全てがＶピット２０を形成するとは言えない。そのため、Ｖピット２０の平面密度と下地層７から伸びてくる転位の平面密度とは厳密に一致しない。
発光層１４を貫く転位に起因して窒化物半導体発光素子１の発光効率が低下することを抑制するためには、Ｖピット２０は必須である（その理由を後述する）。しかし、Ｖピット２０の平面密度が下地層７から伸びて来た転位の平面密度を反映しているという観点では、Ｖピット２０の平面密度は、できる限り低い方が好ましく、１．５×１０8／ｃｍ2以下であることが好ましい。例えば図３に示す画像では、Ｖピット２０の平面密度は１．２×１０8／ｃｍ2である。
実使用温度での窒化物半導体発光素子１の発光効率を高め、且つ、窒化物半導体発光素子１の温度特性を高めるためには、下地層７及びｎ型コンタクト層８に対しては、上方（発光層１４側）へ伸びる転位の個数を可能な限り低減させることが要求される。また、ｎ型バッファ層１１に対しては、ｎ型バッファ層１１における新たな転位の発生の抑制が要求されるとともに、ｎ型バッファ層１１に存在する転位が出来る限りＶピット２０を形成することが要求される。窒化物半導体発光素子１を構成する窒化物半導体層の成長条件を種々変更することによってＶピット２０の平面密度を変更し、Ｖピット２０の平面密度と窒化物半導体発光素子１の光出力との関係を調べた結果を図５に示す。図５から分かるように、Ｖピット２０の平面密度が低くなるほど、窒化物半導体発光素子１の光出力が高くなった。
詳細には、窒化物半導体発光素子１を構成する窒化物半導体層の成長条件を種々変更することによって、７種類の窒化物半導体発光素子を製造した。得られた窒化物半導体発光素子に対して、それぞれ、膜厚比ＲとＥＳＤ不良率との関係を調べ、また、Ｖピット２０の平面密度と窒化物半導体発光素子１の光出力との関係を調べた。その結果、図４及び図５に示す結果が得られた。図４における領域Ｘに含まれる２つの結果のうちの一方の結果を与えた窒化物半導体発光素子と、図５における領域Ｙに含まれる２つの結果のうちの一方の結果を与えた窒化物半導体発光素子とは同一の窒化物半導体発光素子であった。また、図４における領域Ｘに含まれる２つの結果のうちの他方の結果を与えた窒化物半導体発光素子と、図５における領域Ｙに含まれる２つの結果のうちの他方の結果を与えた窒化物半導体発光素子とは同一の窒化物半導体発光素子であった。以上より、膜厚比Ｒが０．８以下であり、また、Ｖピット２０の平面密度が１．５×１０8／ｃｍ2以下であれば、実使用温度での窒化物半導体発光素子１の発光効率の向上及び窒化物半導体発光素子１の温度特性の向上と窒化物半導体発光素子１のＥＳＤ耐性の向上とを相反させることなく実現できる、ということが分かった。より好ましくは、Ｖピット２０の平面密度が１．２×１０8／ｃｍ2以下である。例えば、ｐ型窒化物半導体層１６側に位置する発光層１４の面をＡＦＭにより観察するという方法にしたがって、又は、カソードルミネセンス（Cathode Luminescence）を観察するという方法にしたがって、Ｖピット２０の平面密度を求めることができる。
発光層１４を貫く転位（貫通転位）に起因して窒化物半導体発光素子１の発光効率が低下することを抑制するためにはＶピット２０が必須である理由を次に示す。Ｖピット２０は貫通転位に起因して発生すると考えられるので、貫通転位の多くはＶピット２０の内側にあると考えられる。ここで、発光層１４に注入された電子及びホールがＶピット２０の内側に到達することを抑制できるので、発光層１４に注入された電子及びホールが貫通転位に到達することを抑制できる。これにより、発光層１４に注入された電子及びホールが貫通転位に捕獲されたために非発光再結合が発生することを抑制できる。よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率の低下を防止できる。窒化物半導体発光素子１を高温又は大電流で駆動すると、キャリア（電子又はホール）の拡散長が増す。そのため、上述の効果は、高温下での駆動時または大電流での駆動時において顕著となる。
＜下地層の組成とｎ型コンタクト層の組成＞
好ましくは、下地層７は一般式Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１≦１）で表される窒化物半導体からなり、ｎ型コンタクト層８は一般式Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１）で表される窒化物半導体からなる。これにより、発光層１４と下地層７及びｎ型コンタクト層８との格子不整合が最小限に抑制されるので、発光層１４の結晶性を高めることができる。また、耐環境性に優れ、安定した使用が可能な窒化物半導体発光素子１を提供できる。
より好ましくは、下地層７とｎ型コンタクト層８とでは、組成は互いに同一であるが、導電型不純物の濃度が互いに異なる。これにより、下地層７とｎ型コンタクト層８との格子不整合が最小限に抑えられるので、結晶欠陥の発生を抑制でき、よって、結晶性が改善される。
「下地層７とｎ型コンタクト層８とでは組成は互いに同一である」とは、下地層７を構成する窒化物半導体とｎ型コンタクト層８を構成する窒化物半導体とが互いに同一であることを意味する。具体的には、下地層７を構成する窒化物半導体に含まれる元素の種類とｎ型コンタクト層８を構成する窒化物半導体に含まれる元素の種類とは互いに同一である。また、下地層７を構成する窒化物半導体が一般式Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１≦１）で表され、ｎ型コンタクト層８を構成する窒化物半導体が一般式Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１）で表される場合には、ｘ１はｘ２の０．９倍以上１．１倍以下であり、ｙ１はｙ２の０．９倍以上１．１倍以下である。
例えば、下地層７及びｎ型コンタクト層８のいずれもがＧａＮからなることが好ましい。これにより、組成の制御が単純化されるので、長期にわたって安定して窒化物半導体発光素子１を生産できる。発光層１４が紫外線又は近紫外線を発する場合には、下地層７及びｎ型コンタクト層８のいずれもがＡｌＧａＮからなることが好ましい。
「下地層７とｎ型コンタクト層８とでは導電型不純物の濃度が互いに異なる」とは、下地層７の導電型不純物の濃度は、ｎ型コンタクト層８の導電型不純物の濃度の１／２倍以下であることを意味する。好ましくは、下地層７の導電型不純物の濃度はｎ型コンタクト層８の導電型不純物の濃度の１／１０倍以下である。
［窒化物半導体発光素子の製造方法］
例えば次に示す方法にしたがって窒化物半導体発光素子１を製造できる。
まず、例えばスパッタ法などにより、基板３の上にバッファ層５を形成する。次に、例えばＭＯＣＶＤ法などにより、バッファ層５の上に下地層７、ｎ型コンタクト層８、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９、多層構造体１０、発光層１４、中間層１５及びｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を順に形成する。
次に、ｎ型コンタクト層８の一部分が露出するように、ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８、中間層１５、発光層１４、多層構造体１０、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９及びｎ型コンタクト層８をエッチングする。このエッチングにより露出したｎ型コンタクト層８の上面にｎ側電極２１を形成する。
また、ｐ型窒化物半導体層１８の上面に透明電極２３とｐ側電極２５とを順に積層する。その後、透明電極２３と上記エッチングによって露出した各層の側面とを覆うように、透明保護膜２７を形成する。これにより、図１に示す窒化物半導体発光素子１が得られる。なお、各層の組成及び厚さなどは上記［窒化物半導体発光素子の構成］で示した通りである。各層の好ましい成長条件を以下に示す。
（下地層の成長）
バッファ層５が形成された基板３を第１ＭＯＣＶＤ装置に入れ、好ましくは８００℃以上１２５０℃以下で、より好ましくは９００℃以上１１５０℃以下で、下地層７を成長させる。これにより、結晶欠陥が少なく且つ結晶品質に優れた下地層７が形成される。
好ましくは、ファセット成長モードにより、斜めファセット面を有する下地層（下地層７の一部）を成長させた後、埋込成長モードにより、斜めファセット面の間を埋め込むようにして下地層（下地層７の一部）を成長させる。このようにして、成長面が平坦な下地層７が形成される。これにより、結晶欠陥が少なく且つ結晶品質に優れた下地層７が形成される。
一般に、ファセット成長モードの方が、埋込成長モードよりも、成長時の圧力が高く、成長温度が低い。例えば、圧力を５００Ｔｏｒｒとし温度を９９０℃としてファセット成長モードで下地層７の一部を成長させることができ、圧力を２００Ｔｏｒｒとし温度を１０８０℃として埋込成長モードで下地層７の残りを成長させることができる。
（ｎ型コンタクト層の成長）
例えばＭＯＣＶＤ法などにより、好ましくは８００℃以上１２５０℃以下で、より好ましくは９００℃以上１１５０℃以下で、下地層７の上面にｎ型コンタクト層８を成長させる。これにより、結晶欠陥が少なく且つ結晶品質に優れたｎ型コンタクト層８を成長させることができる。
（低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）の成長）
ｎ型コンタクト層８の成長温度よりも低い温度で低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９を成長させることが好ましい。具体的には、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）の成長温度は、９５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは７００℃以上であり、更に好ましくは７５０℃以上である。低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）の成長温度が７００℃以上であれば、発光層１４での発光効率を高く維持できる。
（多層構造体の成長）
低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９の成長温度以下の温度で多層構造体１０を成長させることが好ましい。これにより、Ｖピット２０の大きさが大きくなるので、発光層１４を貫通する転位の大部分がＶピット２０の内側に存在することとなり、よって、窒化物半導体発光素子１の発光効率が向上する。この効果を有効に得るためには、多層構造体１０の成長温度は、６００℃以上であることが好ましく、より好ましくは７００℃以上である。
なお、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）９と多層構造体１０とを同一の成長温度で成長させても良い。これにより、温度変動による新たな結晶欠陥の発生を防止できる。
（Ｖピットの平面密度と窒化物半導体層の成長条件）
Ｖピット２０の平面密度を低減させるためには、次に示すことが重要である。例えば、バッファ層５の材料として窒化アルミ系材料を用い、且つ、下地層７の成長初期（基板３の表面の凹凸を下地層７で埋め込む段階）において凸部３Ａへの下地層７の成長を抑制しつつ下地層７を凹部３Ｂにファセット成長させることによって、転位が凸部３Ａの中央に集中する。これにより、下地層７からｎ型コンタクト層８へ伸びる転位を減らすことができ、よって、Ｖピット２０の平面密度が低減する。また、ｎ型コンタクト層８で転位を増やさないように、ｎ型コンタクト層８の成長条件を最適化する必要がある。更に、低温ｎ型窒化物半導体層９及び多層構造体１０のそれぞれの成長速度を０．５ｎｍ／分以上５０ｎｍ／分以下程度に保ち、且つ、これらの不純物濃度を１×１０17／ｃｍ3以上１×１０19／ｃｍ3以下とすることにより、Ｖピット２０の平面密度を１．５×１０8／ｃｍ2以下とすることができる。より好ましくは、低温ｎ型窒化物半導体層９及び多層構造体１０のそれぞれの成長速度を１．０ｎｍ／分以上１５ｎｍ／分以下程度に保ち、且つ、これらの不純物濃度を１×１０18／ｃｍ3以上１×１０19／ｃｍ3以下とすることである。
なお、ＭＯＣＶＤ法による各層の結晶成長では、次に示す原料ガスを用いることができる。Ｇａの原料ガスとしては、例えばＴＭＧ（トリメチルガリウム（trimethylgallium））又はＴＥＧ（トリエチルガリウム（triethylgallium））を使用できる。Ａｌの原料ガスとしては、例えばＴＭＡ（トリメチルアルミニウム（trimethylaluminium））又はＴＥＡ（トリエチルアルミニウム（triethylaluminium））を使用できる。Ｉｎの原料ガスとしては、例えばＴＭＩ（トリメチルインジウム（trimethylindium））又はＴＥＩ（トリエチルインジウム（triethylindium））を使用できる。Ｎの原料ガスとしては、例えばＮＨ3又はＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン（Dimethyihydrazine））を使用できる。ｎ型不純物であるＳｉの原料ガスとしては、例えばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6又は有機Ｓｉを使用できる。ｐ型不純物であるＭｇの原料ガスとしては、例えばＣｐ2Ｍｇを使用できる。
［実施形態の総括］
図１に示す窒化物半導体発光素子１は、基板３の上に順に設けられた下地層７、ｎ型コンタクト層８、発光層１４及びｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８を少なくとも備える。下地層７の厚さに対するｎ型コンタクト層８の厚さの割合である膜厚比Ｒが０．８以下である。ｐ型窒化物半導体層１６，１７，１８側に位置する発光層１４の面におけるＶピットの数密度が１．５×１０8／ｃｍ2以下である。これにより、実使用温度での発光効率の向上及び温度特性の向上とＥＳＤ耐性の向上とを相反させることなく実現できる。
膜厚比Ｒが０．６以下であることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子１のＥＳＤ耐性がさらに向上する。
下地層７の導電型不純物の濃度が１．０×１０17／ｃｍ3以下であることが好ましい。これにより、転位密度が低下し、結晶性が改善する。より好ましくは、下地層７には導電型不純物が意図的にドープされていない。これにより、発光層１４の良好な結晶性を維持できる。
下地層７は、一般式Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１≦１）で表される窒化物半導体からなることが好ましく、ｎ型コンタクト層は、一般式Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１）で表される窒化物半導体からなることが好ましい。これにより、発光層１４と下地層７及びｎ型コンタクト層８との格子不整合が最小限に抑制されるので、発光層１４の結晶性を高めることができる。
より好ましくは、下地層７とｎ型コンタクト層８とは、導電型不純物の濃度が異なり、且つ、同一組成からなる。これにより、下地層７とｎ型コンタクト層８との格子不整合が最小限に抑えられるので、結晶性が改善される。
下地層７及びｎ型コンタクト層８のいずれもがＧａＮからなることが好ましい。これにより、組成の制御が単純化されるので、長期に渡って安定して窒化物半導体発光素子１を生産できる。
下地層７及びｎ型コンタクト層８のいずれもがＡｌＧａＮからなることが好ましい。これにより、紫外線又は近紫外線を発する窒化物半導体発光素子１を提供できる。
下地層７の厚さが４．５μｍ以上であることが好ましい。これにより、Ｖピット２０の平面密度が低減されるとともに、ｎ型コンタクト層８の抵抗増加が抑えられ、窒化物半導体発光素子１の動作電圧が低く抑えられる。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下に限定されない。
［実施例１］
＜窒化物半導体発光素子の製造＞
まず、凸部と凹部とからなる凹凸形状が上面に形成されたサファイア基板（直径が１５０ｍｍ）を準備した。凸部は、図１に示す凸部３Ａの断面形状を有し、そのため、高さの低い円錐状の先端部を有していた。凸部は平面視において略三角形の頂点となる位置に設けられ、隣り合う頂点間隔は２μｍであった。サファイア基板の上面における凸部の形状は略円形であり、その円の直径は１．２μｍ程度であった。また、凸部の高さが０．６μｍ程度であった。凹部は、図１に示す凹部３Ｂの断面形状を有していた。
凸部と凹部とが形成されたサファイア基板の上面に対してＲＣＡ洗浄を行った。ＲＣＡ洗浄後のサファイア基板を、チャンバーに設置して加熱した。窒素を含むアルゴン雰囲気下でのＡｌターゲットを用いた反応性スパッタリング法により、基板の上面に、ＡｌＮ結晶からなるバッファ層（厚さが２５ｎｍ）を形成した。
バッファ層が形成されたサファイア基板をＭＯＣＶＤ装置に入れ、サファイア基板の温度を１０００℃とした。ＭＯＣＶＤ法により、バッファ層の上面に、アンドープＧａＮからなる下地層を成長させ、その後、下地層の上面に、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型コンタクト層を成長させた。下地層の厚さＴ1（図１参照）は６μｍであり、ｎ型コンタクト層の厚さＴ2（図１参照）は３μｍであった。よって、膜厚比Ｒは０．５であった。また、ｎ型コンタクト層のｎ型ドーパント濃度は１×１０19／ｃｍ3であった。
サファイア基板の温度を８０１℃に下げた後、ｎ型コンタクト層の上面に、ＳｉドープＧａＮからなる低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）（厚さが３０ｎｍ）を成長させた。低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）のｎ型不純物の濃度は９×１０18／ｃｍ3であった。
サファイア基板の温度を８０１℃に保持した状態で、多層構造体を成長させた。具体的には、ＳｉドープＧａＮからなるワイドバンドギャップ層（厚さが１．５５ｎｍ）とＳｉドープＩｎＧａＮからなるナローバンドギャップ層（厚さが１．５５ｎｍ）とを交互に２０組、成長させた。多層構造体１０を構成するいずれの層においてもｎ型不純物の濃度は７×１０18／ｃｍ3であった。ナローバンドギャップ層の組成はいずれにおいてもＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．０４）であった。
サファイア基板の温度を６７２℃に下げた後、発光層を成長させた。具体的には、ＧａＮからなるバリア層（厚さが４．０ｎｍ）とＩｎＧａＮからなる井戸層（厚さが３．７ｎｍ）とを交互に成長させて井戸層を８層形成した。多層構造体側に位置する２つのバリア層のｎ型不純物の濃度は４．３×１０18／ｃｍ3であり、それ以外のバリア層はアンドープ層であった。
井戸層としては、キャリアガスとして窒素ガスを用いて、アンドープＩｎxＧａ1-xＮ層（ｘ＝０．２０）を成長させた。井戸層がフォトルミネッセンスにより発する光の波長が４４８ｎｍとなるようにＴＭＩの流量を調整して、井戸層におけるＩｎの組成ｘを設定した（ｘ＝０．２０）。
発光層の上面（具体的には最上層の井戸層の上面）に、アンドープＧａＮからなる中間層（厚さ４ｎｍ）を成長させた。
サファイア基板の温度を１０００℃に上げた後、中間層の上面に、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型コンタクト層を順に成長させた。
ｎ型コンタクト層の一部分が露出するように、ｐ型コンタクト層、ｐ型ＧａＮ層、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層、中間層、発光層、多層構造体、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）及びｎ型コンタクト層をエッチングした。このエッチングにより露出したｎ型コンタクト層の上面にＡｕなどからなるｎ側電極２１を形成した。また、ｐ型コンタクト層の上面に、ＩＴＯからなる透明電極とＡｕなどからなるｐ側電極とを順に形成した。透明電極と上記エッチングによって露出した各層の側面とを主に覆うように、ＳｉＯ2からなる透明保護膜を形成した。
サファイア基板を６２０×６８０μｍサイズのチップに分割した。これにより、本実施例の窒化物半導体発光素子が得られた。
＜評価＞
得られた窒化物半導体発光素子に対して、スクリーニングを行って（ヒューマンボディモデルで２ＫＶ相当のストレスを与えて）ＥＳＤ耐性の良否を調べた。その結果、ＥＳＤ不良率は５％以下であり、非常に優れたＥＳＤ耐性を示した。
得られた窒化物半導体発光素子をＴＯ−１８型ステムにマウントし、樹脂による封止を行なうことなく窒化物半導体発光素子の光出力を測定した。２５℃の環境下において１２０ｍＡで窒化物半導体発光素子を駆動させたところ、駆動電圧３．０５Ｖで光出力Ｐ（２５）＝１８１．５ｍＷ（ドミナント波長４５０ｎｍ）であった。また、８０℃の環境下において窒化物半導体発光素子を１２０ｍＡで駆動させたところ、駆動電圧３．０５Ｖで光出力Ｐ（８０）＝１７６．８ｍＷであった。これにより、本実施例の窒化物半導体発光素子の温度特性（Ｐ（８０）／Ｐ（２５））は９７．４％となった。なお、実施例では、２５℃の環境下において測定された光出力Ｐを「Ｐ（２５）」と記し、８０℃の環境下において測定された光出力Ｐを「Ｐ（８０）」と記す。
窒化物半導体発光素子を作製するサファイア基板とは別のバッチで、上述の方法にしたがって発光層を成長させた。発光層の成長後直ちにサファイア基板の温度を下げ、その基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。その後直ちに、ＡＦＭ装置を用いてＶピットの平面密度を求めたところ、Ｖピットの平面密度は１．０×１０8／ｃｍ2であった。
［比較例１］
下地層の厚さＴ1（図１参照）を４．５μｍとしｎ型コンタクト層の厚さＴ2（図１参照）を４．５μｍとしたことを除いては実施例１に記載の方法にしたがって、窒化物半導体発光素子を製造した。本比較例では、膜厚比Ｒは１．０であった。
実施例１に記載の方法にしたがって本比較例の窒化物半導体発光素子を評価したところ、ＥＳＤ不良率は約１０％に上昇した。また、２５℃の環境下において１２０ｍＡで窒化物半導体発光素子を駆動させたところ、駆動電圧３．０５Ｖで光出力Ｐ（２５）＝１７８ｍＷであった。
［実施例２］
＜窒化物半導体発光素子の製造＞
多層構造体の構成が異なることを除いては実施例１に記載の方法にしたがって窒化物半導体発光素子を製造した。具体的には、ＳｉドープＧａＮからなるワイドバンドギャップ層（厚さが１１ｎｍ）とＳｉドープＩｎＧａＮからなるナローバンドギャップ層（厚さが１１ｎｍ）とを交互に５組、成長させた。多層構造体１０を構成するいずれの層においてもｎ型不純物の濃度は６×１０ 18 ／ｃｍ 3 であった。ナローバンドギャップ層の組成はいずれにおいてもＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．０４）であった。
＜評価＞
実施例１に記載の方法にしたがってＥＳＤ不良率を調べたところ、ＥＳＤ不良率は５％以下であり、非常に優れたＥＳＤ耐性を示した。
実施例１に記載の方法にしたがってＰ（２５）とＰ（８０）とを測定したところ、Ｐ（２５）＝１８０ｍＷ（ドミナント波長４５０ｎｍ）であり、Ｐ（８０）＝１７４．６ｍＷであった。これにより、本実施例の窒化物半導体発光素子の温度特性（Ｐ（８０）／Ｐ（２５））は９７．０％となった。
実施例１に記載の方法にしたがってＶピットの平面密度を求めたところ、Ｖピットの平面密度は１．０５×１０8／ｃｍ2であった。
［比較例２］
下地層の厚さＴ1（図１参照）を４．５μｍとしｎ型コンタクト層の厚さＴ2（図１参照）を４．５μｍとしたことを除いては実施例２に記載の方法にしたがって、窒化物半導体発光素子を製造した。本比較例では、膜厚比Ｒは１．０であった。
実施例１に記載の方法にしたがって本比較例の窒化物半導体発光素子を評価したところ、ＥＳＤ不良率は約１０％に上昇した。また、２５℃の環境下において１２０ｍＡで窒化物半導体発光素子を駆動させたところ、駆動電圧３．０５Ｖで光出力Ｐ（２５）＝１７６ｍＷであった。
［実施例３］
次に示す点を除いては実施例１に記載の方法にしたがって窒化物半導体発光素子を製造した。即ち、下地層とｎ型コンタクト層とを第１ＭＯＣＶＤ装置で成長した後、サファイア基板を第１ＭＯＣＶＤ装置から取り出して第２ＭＯＣＶＤ装置へ入れた。その後、第２ＭＯＣＶＤ装置において、低温ｎ型窒化物半導体層（Ｖピット発生層）、多層構造体、発光層、中間層、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型コンタクト層を順に成長させた。このようにして製造された窒化物半導体発光素子に対して実施例１に記載の方法にしたがって評価を行ったところ、実施例１と本実施例とでは窒化物半導体発光素子の特性に差異がないことが分かった。
本実施例では、厚さの大きな下地層及びｎ型コンタクト層を成長する装置（高速での成長が必要）と、発光層を成長する装置（低速での成長と結晶品質の均一性に優れた成長とが必要）とを変えることが出来る。このようにそれぞれの層を成長させる上で最適な成膜装置を選択できるので、窒化物半導体発光素子の製造効率が向上する。
［実施例４］
＜窒化物半導体発光素子の製造＞
下地層の厚さＴ1（図１参照）を７μｍとしｎ型コンタクト層の厚さＴ2（図１参照）を２μｍとしたことを除いては実施例１に記載の方法にしたがって、窒化物半導体発光素子を製造した。本実施例では、膜厚比Ｒは０．２９であった。
＜評価＞
実施例１に記載の方法にしたがってＥＳＤ不良率を調べたところ、ＥＳＤ不良率は３％以下であり、実施例１〜３よりもさらに優れたＥＳＤ耐性を示した。
実施例１に記載の方法にしたがってＰ（２５）とＰ（８０）とを測定したところ、Ｐ（２５）＝１８２．５ｍＷ（ドミナント波長４５０ｎｍ）であり、Ｐ（８０）＝１７８．３ｍＷであった。これにより、本実施例の窒化物半導体発光素子の温度特性（Ｐ（８０）／Ｐ（２５））は９７．７％となった。
実施例１に記載の方法にしたがってＶピットの平面密度を求めたところ、Ｖピットの平面密度は０．８×１０8／ｃｍ2であった。
今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 窒化物半導体発光素子、３ 基板、３Ａ 凸部、３Ｂ 凹部、５ バッファ層、７ 下地層、８ ｎ型コンタクト層、９ 低温ｎ型窒化物半導体層、１０ 多層構造体、１１ ｎ型バッファ層、１４ 発光層、１５ 中間層、１６，１７，１８ ｐ型窒化物半導体層、２０ ピット、２１ ｎ側電極、２３ 透明電極、２５ ｐ側電極、２７ 透明保護膜、３０ メサ部。

Claims (9)

  1. 基板の上に順に設けられた下地層、ｎ型コンタクト層、発光層及びｐ型窒化物半導体層を少なくとも備える窒化物半導体発光素子であって、
    環境温度２５℃に対して、環境温度８０℃での発光効率が９７％以上であり、
    前記下地層と前記ｎ型コンタクト層は接しており、
    前記下地層の厚さに対する前記ｎ型コンタクト層の厚さの割合である膜厚比Ｒが０．８以下であり、
    前記ｐ型窒化物半導体層側に位置する前記発光層の面にＶピットを有し、その数密度が１．０×１０8／ｃｍ2未満であることを特徴とすると窒化物半導体発光素子。
  2. 前記膜厚比Ｒが０．６以下である請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 前記下地層の導電型不純物の濃度が１．０×１０17／ｃｍ3以下である請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
  4. 前記下地層には導電型不純物が意図的にドープされていない請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
  5. 前記下地層は、一般式Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０≦ｘ１＜１、０≦ｙ１≦１）で表される窒化物半導体からなり、
    前記ｎ型コンタクト層は、一般式Ａｌx2Ｉｎy2Ｇａ1-x2-y2Ｎ（０≦ｘ２＜１、０≦ｙ２≦１）で表される窒化物半導体からなる請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
  6. 前記下地層と前記ｎ型コンタクト層とは、導電型不純物の濃度が異なり、且つ、同一組成からなる請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
  7. 前記下地層及び前記ｎ型コンタクト層のいずれもがＧａＮからなる請求項５または６に記載の窒化物半導体発光素子。
  8. 前記下地層及び前記ｎ型コンタクト層のいずれもがＡｌＧａＮからなる請求項５または６に記載の窒化物半導体発光素子。
  9. 前記下地層の厚さが４．５μｍ以上である請求項１〜８のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462851B (zh) 2017-03-27 2022-07-19 同和电子科技有限公司 Iii族氮化物半导体发光元件及其制造方法
KR102377550B1 (ko) * 2017-05-19 2022-03-23 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
JP6405430B1 (ja) * 2017-09-15 2018-10-17 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2020021798A (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
TWI708350B (zh) * 2019-10-24 2020-10-21 錼創顯示科技股份有限公司 微型發光元件模組
CN111933762B (zh) * 2020-07-23 2022-10-14 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 外延结构及其制造方法
JP7434416B2 (ja) * 2022-05-31 2024-02-20 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子
CN116154064A (zh) * 2023-04-17 2023-05-23 江西兆驰半导体有限公司 一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led
CN117691011B (zh) * 2024-02-02 2024-05-07 量晶显示(浙江)科技有限公司 Led的制备方法以及led

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6677619B1 (en) * 1997-01-09 2004-01-13 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
US7535031B2 (en) * 2005-09-13 2009-05-19 Philips Lumiled Lighting, Co. Llc Semiconductor light emitting device with lateral current injection in the light emitting region
JP4895587B2 (ja) * 2005-11-29 2012-03-14 ローム株式会社 窒化物半導体発光素子
WO2010150809A1 (ja) * 2009-06-24 2010-12-29 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光ダイオード
US8399948B2 (en) * 2009-12-04 2013-03-19 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, light emitting device package and lighting system
KR101683898B1 (ko) * 2010-06-21 2016-12-20 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
JP5648510B2 (ja) * 2011-02-04 2015-01-07 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法
JP2012227479A (ja) * 2011-04-22 2012-11-15 Sharp Corp 窒化物半導体素子形成用ウエハ、窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法、窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子の製造方法
JP6026116B2 (ja) * 2012-03-09 2016-11-16 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
JP5888133B2 (ja) * 2012-06-08 2016-03-16 豊田合成株式会社 半導体発光素子、発光装置
JP5998953B2 (ja) * 2013-01-25 2016-09-28 豊田合成株式会社 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法
WO2014178248A1 (ja) * 2013-04-30 2014-11-06 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子

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