特許 6198004 ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6198004

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20170911BHJP

   H01L 33/06 20100101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/32

   H01L33/06

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-29974(P2014-29974)

(22)【出願日】2014年2月19日

(65)【公開番号】特開2015-156409(P2015-156409A)

(43)【公開日】2015年8月27日

【審査請求日】2016年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(72)【発明者】

【氏名】中村 亮

(72)【発明者】

【氏名】向野 美郷

【審査官】 佐藤 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０６５２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８０６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６５６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２７８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０４２８３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Hongping Zhao 他，"Analysis of Internal Quantum Efficiency andCurrent Injection Efficiency in III-NitrideLight-Emitting Diodes"，JOURNAL OF DISPLAY TECHNOLOGY，米国，２０１３年 ３月１２日，VOL.9, NO.4，p.212-225

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＩｎＧａＮからなる井戸層、保護層、ＡｌＧａＮからなる障壁層を順に積層した構造を単位として、その単位構造を繰り返し積層したＭＱＷ構造の発光層を有するIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記保護層の形成工程は、
前記井戸層上に、前記井戸層の成長温度と同一の温度で、ＧａＮからなる第２保護層を形成する工程と、
前記第２保護層上に、前記井戸層の成長温度と同一の温度で、バンドギャップが前記井戸層よりも大きく、かつ、Ｉｎ組成比が１．５％以上３．５％以下であるＡｌＧａＩｎＮからなる第１保護層を、前記第２保護層のピットを埋めるようにして形成する工程と、からなり、
前記井戸層の成長温度は、７００〜８５０℃であり、
前記障壁層の成長温度は、７６５〜９８５℃であって前記井戸層の成長温度よりも高い温度である、
ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項2】

前記第１保護層の厚さは、０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下、前記第２保護層の厚さは０．２ｎｍ以上１．８ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項3】

前記第１保護層のＡｌ組成比は、前記障壁層のＡｌ組成比の４〜５倍であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記第１保護層表面のピット密度は、５×１０⁸ ／ｃｍ² 未満である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のIII 族窒化物半導体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光層の構造に特徴を有したIII 族窒化物半導体発光素子に関する。特に、発光層が、井戸層、保護層、障壁層を順に積層させた構造を単位としてそれを複数回繰り返し積層させたＭＱＷ構造であって、保護層に特徴を有したものに関する。また、そのIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

III 族窒化物半導体発光素子の発光層として、ＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層とを順に繰り返し積層させたＭＱＷ構造が広く用いられている。障壁層はＡｌＧａＮであるため、結晶性良く成長させるためには井戸層よりも成長温度を高くする必要がある。そのため、井戸層の形成後に昇温し、その後障壁層を成長させる必要がある。しかし、昇温によって井戸層のＩｎが蒸発してしまい、発光効率の低下や発光波長の変動が生じてしまう。そこで、井戸層と障壁層の間に、井戸層と同じ温度で成長させる保護層を設け、Ｉｎの蒸発を防止している。

【0003】

保護層の材料としては、特許文献１にＡｌＧａＮ単層を用いること、およびＧａＮとＡｌＧａＮの積層を用いることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−８０６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ＡｌＧａＮからなる保護層を井戸層と同温で成長させると、結晶品質の低い層となってしまい、キャリアの閉じ込め効果が低くなってしまったり、保護層でキャリアが捕獲されてしまう。その結果、発光効率の低下を引き起こす。

【0006】

そこで本発明の目的は、ＭＱＷ構造の発光層を有したIII 族窒化物半導体発光素子の発光効率を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、ＩｎＧａＮからなる井戸層、保護層、ＡｌＧａＮからなる障壁層を順に積層した構造を単位として、その単位構造を繰り返し積層したＭＱＷ構造の発光層を有するIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法において、保護層の形成工程は、井戸層上に、井戸層の成長温度と同一の温度で、ＧａＮからなる第２保護層を形成する工程と、第２保護層上に、井戸層の成長温度と同一の温度で、バンドギャップが井戸層よりも大きく、かつ、Ｉｎ組成比が１．５％以上３．５％以下であるＡｌＧａＩｎＮからなる第１保護層を、第２保護層のピットを埋めるようにして形成する工程と、からなり、井戸層の成長温度は、７００〜８５０℃であり、障壁層の成長温度は、７６５〜９８５℃であって井戸層の成長温度よりも高い温度である、ことを特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法である。

【0008】

Ｉｎ組成比は、III 族窒化物半導体を構成するIII 族金属全体のうちＩｎが占める割合（ｍｏｌ％）である。第１保護層のＩｎ組成比は、１．５％以上３．５％以下とすることがより望ましく、２％以上３％以下とすることがさらに望ましい。

【0009】

保護層は、井戸層上に位置し、ＧａＮからなる第２保護層と、第２保護層上に接して位置する第１保護層と、によって構成された積層構造としてもよい。この場合、第１保護層の厚さは、０．２〜１．８ｎｍとすることが望ましく、第２保護層の厚さは、０．２〜１．８ｎｍとすることが望ましい。第１、２保護層の厚さをこのような範囲とすることで、保護層でのキャリアの再結合やトラップが低減され、発光効率を向上させることができる。またこの場合において、障壁層をＡｌＧａＮとし、第１保護層のＡｌ組成比を障壁層のＡｌ組成比の４〜５倍とすることが望ましい。井戸層へのキャリアの閉じ込め効果を向上させることができ、これにより発光効率を向上させることができる。

【0010】

また、保護層は、第１保護層のみからなる単層としてもよい。この場合、第１保護層の厚さは、０．２〜１．８ｎｍとすることが望ましい。保護層でのキャリアの再結合やトラップが低減され、発光効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明では、保護層はバンドギャップが井戸層よりも大きくＩｎ組成比が０％より大きく４％以下であるＡｌＧａＩｎＮからなる第１保護層を有している。保護層をこのような構成とすると、Ｉｎのサーファクタントとしての作用により保護層のピットが減少し、結晶性が改善するため発光効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図。

【図2】発光層１２の構成を示した図。

【図3】Ｉｎ組成比と相対光出力との関係を示したグラフ。

【図4】Ｉｎ組成比とピット密度および新たな欠陥の密度との関係を示したグラフ。

【図5】実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の発光層の構成を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

【実施例1】

【0014】

［素子構造］
図１は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の構成を示した図である。図１のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に位置するｎ型層１１と、ｎ型層１１上に位置する発光層１２と、発光層１２上に位置するｐ型層１３と、ｐ型層１３上の一部領域に位置する透明電極１４と、ｐ電極１５と、ｎ電極１６と、によって構成されたフェイスアップ型の素子である。

【0015】

サファイア基板１０は、その主面上にIII 族窒化物半導体を結晶成長させるための成長基板である。主面は、たとえばａ面やｃ面である。サファイア基板１０の表面には光取り出し率を向上させるためにドット状、ストライプ状などの凹凸加工が施されていてもよい。サファイア基板１０以外にも、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉなどの材料の基板を用いてもよい。

【0016】

ｎ型層１１は、サファイア基板１０の凹凸加工側の表面上にＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）を介して位置している。また、ｎ型層１１は、サファイア基板１０側から順に、ｎコンタクト層、ＥＳＤ層、ｎクラッド層が積層された構造である。ｎコンタクト層は、たとえばＳｉ濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³ 以上のｎ−ＧａＮからなる。ｎコンタクト層はＳｉ濃度の異なる複数の層で構成してもよい。ＥＳＤ層は、たとえばノンドープＧａＮとｎ−ＧａＮを積層した層であり、静電耐圧を高めるための層である。ｎクラッド層は、たとえばＩｎＧａＮとｎ−ＧａＮを交互に繰り返し積層した超格子構造の層である。

【0017】

発光層１２は、図２に示すように、井戸層１２ａ、保護層１２ｂ、障壁層１２ｃがこの順に積層された構造を単位として、その単位構造が繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。繰り返し回数は３〜１０回であり、ｎ型層１１と接する層およびｐ型層１３と接する層は障壁層１２ｃとする。発光層１２全体としての厚さは５００〜７００ｎｍである。発光層１２の構成の詳細は後述する。

【0018】

ｐ型層１３は、発光層１２側から順にｐクラッド層とｐコンタクト層が積層された構造である。ｐクラッド層には、ｐ−ＩｎＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮが交互に繰り返し積層された超格子構造を用いることができる。ｐ−ＩｎＧａＮのＩｎ組成比は５〜１２％であり、厚さは２ｎｍである。また、ｐ−ＡｌＧａＮのＡｌ組成比は２５〜４０％であり、厚さは２．５ｎｍである。また、ｐコンタクト層はＭｇ濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³ 以上で厚さが８０ｎｍのｐ−ＧａＮである。ｐコンタクト層はＭｇ濃度の異なる複数の層で構成してもよい。

【0019】

透明電極１４はＩＴＯからなり、ｐ型層１３表面のほぼ全面に形成されている。透明電極１４の材料にはＩＴＯ以外にも、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）などを用いることができる。

【0020】

ｐ電極１５は透明電極１４上に位置している。ｎ電極１６は、溝の底面に露出したｎ型層１１のｎコンタクト層上に位置している。溝は、半導体層（ｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３）の一部に設けられたものであり、ｐ型層１３表面からｎ型層１１のｎコンタクト層に達する深さである。ｐ電極１５、ｎ電極１６は、ワイヤと接続するパッド部と、パッド部に連続して線状に伸びる配線状部とを有している。

【0021】

次に、発光層１２の構成の詳細について、図２を参照に説明する。

【0022】

井戸層１２ａは、ＩｎＧａＮからなる。そのＩｎ組成比は、たとえば発光波長が３８０〜４６０ｎｍとなるような範囲である。また、井戸層１２ａの厚さは１〜５ｎｍの範囲である。

【0023】

保護層１２ｂは、井戸層１２ａ上に接して位置する第２保護層１２ｂ−２と、第２保護層１２ｂ−２上に接して位置する第１保護層１２ｂ−１と、によって構成された積層構造である。保護層１２ｂは、井戸層１２ａの形成後、障壁層１２ｃを形成するための昇温時に、井戸層１２ａのＩｎが蒸発してしまうのを防止するために設ける層である。

【0024】

第２保護層１２ｂ−２はＧａＮからなり、厚さは０．２〜１．８ｎｍである。第２保護層１２ｂ−２の厚さをこのような範囲とすることで、第２保護層１２ｂ−２でトラップされたり再結合するキャリアを低減し、発光効率を向上させている。より望ましい厚さの範囲は０．５〜１．６ｎｍであり、さらに望ましいのは０．５〜１．１ｎｍである。第１保護層１２ｂ−１と井戸層１２ａとの間に、井戸層１２ａに格子定数の近い第２保護層１２ｂ−２を設けることで、保護層１２ｂの結晶性を改善し、発光効率の向上を図っている。

【0025】

第１保護層１２ｂ−１はＡｌＧａＩｎＮからなる。また、第１保護層１２ｂ−１のバンドギャップは、井戸層１２ａのバンドギャップよりも大きい。さらに、第１保護層１２ｂ−１のＩｎ組成比は０％よりも大きく４％以下である。III 族窒化物半導体にＩｎをドープすると、Ｉｎは縦方向（膜厚方向）への成長を抑制して横方向（主面方向）の成長を促進するサーファクタントとして作用する。そのため、第２保護層１２ｂ−２に存在しているピットは、Ｉｎを含む第１保護層１２ｂ−１の形成により多くは埋められる。その結果、保護層１２ｂのピットを減少させることができ、保護層１２ｂの結晶性を改善できるため発光効率を向上させることができる。ただし、Ｉｎをドープすると新たな欠陥（ピットとは異なる欠陥）が発生し、発光効率を低下させてしまう。Ｉｎ組成比が４％を越えると、Ｉｎドープによる発光効率の向上効果を、新たな欠陥の増加による発光効率の低下が上回ってしまう。そこで第１保護層１２ｂ−１のＩｎ組成比は０％よりも大きく４％以下の範囲としている。

【0026】

なお、実際の第１保護層１２ｂ−１の作製にあたっては、第１保護層１２ｂ−１のＩｎ濃度を１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以下とすることは困難であるため、「Ｉｎ組成比が０％よりも大きく」とは実質的にはＩｎ濃度が１×１０¹⁶／ｃｍ³ 以上となるＩｎ組成比を意味する。

【0027】

第１保護層１２ｂ−１のＩｎ組成比のより望ましい範囲は、１．５％以上３．５％以下であり、さらに望ましい範囲は、２％以上３％以下である。

【0028】

また、第１保護層１２ｂ−１のＡｌ組成比は、第１保護層１２ｂ−１のバンドギャップが井戸層１２ａのバンドギャップよりも大きくなる範囲で任意である。たとえば、Ａｌ組成比は障壁層１２ｃのＡｌ組成比の４〜５倍とすることができる。

【0029】

第１保護層１２ｂ−１の厚さは、０．２〜１．８ｎｍである。厚さをこのような範囲とすることで、第１保護層１２ｂ−１でトラップされたり再結合するキャリアを低減し、発光効率を向上させている。より望ましい厚さの範囲は０．５〜１．６ｎｍであり、さらに望ましいのは０．５〜１．１ｎｍである。

【0030】

障壁層１２ｃは、ＡｌＧａＮからなる。Ａｌ組成比は３〜１０％であり、厚さは１〜１０ｎｍである。障壁層１２ｃはＡｌＧａＮ単層に限らず、複数の層で構成してもよい。たとえば、Ａｌ組成比の異なる複数の層とすることができる。

【0031】

以上のように、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子は、発光層１２の保護層１２ｂとして、ＧａＮからなる第２保護層１２ｂ−２、ＡｌＧａＩｎＮからなる第１保護層１２ｂ−１を順に積層させた構造を用い、第１保護層１２ｂ−１のＩｎ組成比を０％よりも大きく４％以下としているため、保護層１２ｂの形成による光出力の低下が抑制され、光出力を向上させることができる。

【0032】

［製造工程］
次に、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の製造工程について説明する。

【0033】

まず、サファイア基板１０を用意し、水素雰囲気で加熱して表面のクリーニングを行う。次に、サファイア基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ＡｌＮからなるバッファ層、ｎ型層１１、発光層１２、ｐ型層１３を順に積層させる。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃ ）₃ ）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ₄ ）、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₂ ）、キャリアガスとしてＨ₂ 、Ｎ₂ である。

【0034】

ここで、発光層１２の形成方法についてより詳細に説明する。

【0035】

発光層１２は、井戸層１２ａ、第２保護層１２ｂ−２、第１保護層１２ｂ−１、障壁層１２ｃをこの順に積層し、この積層構造を単位として繰り返し積層することによって形成する。

【0036】

井戸層１２ａは、温度７００〜８５０℃で形成する。第２保護層１２ｂ−２は、井戸層１２ａ上に井戸層１２ａの成長温度と同温で形成する。第１保護層１２ｂ−１は、第２保護層１２ｂ−２上に井戸層１２ａの成長温度と同温で形成する。障壁層１２ｃは、第１保護層１２ｂ−１上に温度７６５〜９８５℃の範囲であって第１保護層１２ｂ−１の成長温度よりも高い温度で形成する。第１保護層１２ｂ−１よりも高い温度で成長させることで障壁層１２ｃを結晶性良く成長させることができ、発光効率の向上を図ることができる。ここで、障壁層１２ｃを形成する際に昇温が必要となるが、その昇温時において、井戸層１２ａは保護層１２ｂに覆われているため、井戸層１２ａからＩｎが蒸発することはなく、発光効率が低下してしまうことが抑制されている。

【0037】

このようにして井戸層１２ａ、保護層１２ｂ、障壁層１２ｃを順に繰り返し積層することでＭＱＷ構造の発光層１２を形成する。

【0038】

次に、ｐ型層１３上の所定領域にＩＴＯからなる透明電極１４を形成する。そして、ｐ型層１３の所定の領域をドライエッチングして、ｐ型層１３表面からｎ型層１１のｎコンタクト層に達する深さの溝を形成する。次に、透明電極１４上にｐ電極１５、溝底面に露出したｎコンタクト層表面にｎ電極１６を形成する。以上によって、図１に示す実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子が製造される。

【0039】

［実験例１］
図３は、第１保護層１２ｂ−１のＩｎ組成比と、相対光出力との関係を示したグラフである。相対光出力はＩｎ組成比が０％のとき、つまりＡｌＧａＮである場合を基準とした。

【0040】

図３のように、相対光出力は、Ｉｎ組成比の変化に対してＩｎ組成比３％付近をピークとする山型に変化していることがわかった。つまり、Ｉｎ組成比が３％までの範囲では、Ｉｎ組成比の増加に伴い相対光出力は単調に増加することがわかった。また、Ｉｎ組成比が３％を越えると、Ｉｎ組成比の増加とともに相対光出力は単調に減少していくことがわかった。また、Ｉｎ組成比が４％を越えると相対光出力は１．００未満となり、Ｉｎ組成比が０％の場合よりも光出力が低下してしまうことがわかった。

【0041】

以上のことから、Ｉｎ組成比を０％よりも大きく４％以下とすることで、Ｉｎをドープしない場合に比べて光出力を向上できるとわかった。特にＩｎ組成比を１．５％以上３．５％以下とすることで、より光出力を向上させることができ、Ｉｎをドープしない場合に比べて光出力を０．２％以上向上させることができた。また、Ｉｎ組成比を２％以上３％以下とすることで、さらに光出力を向上させることができ、Ｉｎをドープしない場合に比べて光出力を０．４％以上向上させることができた。

【0042】

［実験例２］
図４は、第１保護層１２ｂ−１のＩｎ組成比と、第１保護層１２ｂ−１表面のピット密度および新たな欠陥の密度との関係を示したグラフである。ここでピットは転位などの結晶欠陥に基づいて結晶中に発生する孔である。また、新たな欠陥は、ピットとは発生原因の異なる欠陥であり、Ｉｎをドープしない場合には見られない欠陥である。

【0043】

図４のように、Ｉｎをドープしない場合は５×１０⁸ ／ｃｍ² であったピット密度は、Ｉｎ組成比の増加とともに単調に減少していくことがわかった。一方、新たな欠陥はＩｎ組成比が０のときには見られないが、Ｉｎがドープされると新たな欠陥が発生し、Ｉｎ組成比が増加していくと新たな欠陥は単調に増加していくことがわかった。

【0044】

この図４の結果から、Ｉｎ組成比の変化に対して相対光出力が図３のようにＩｎ組成比３％付近にピークを有した山型に変化するのは、次のように説明できる。すなわち、Ｉｎ組成比が増加すると、Ｉｎのサーファクタントとしての作用によりピットが埋められて減少する。そのため、保護層１２ｂ−１の結晶性が次第に改善し、発光効率の向上に寄与する。一方、Ｉｎ組成比が増加すると、新たな欠陥が増加していくため、保護層１２ｂ−１の結晶性は悪化し発光効率の低下に寄与する。

【0045】

Ｉｎ組成比が３％以下では、ピットの減少による発光効率の向上効果が、新たな欠陥の増加による発光効率の低下効果よりも支配的である。そのため、Ｉｎ組成比が３％までは次第に相対光出力が増加していく。しかし、Ｉｎ組成比が３％を越えると、新たな欠陥の増加による発光効率の低下効果よりも、ピットの減少による発光効率の向上効果が支配的となり、次第に相対光出力は低下していく。そしてＩｎ組成比が４％を越えると、新たな欠陥の増加による発光効率の低下効果が、ピットの減少による発光効率の向上効果を上回り、全体としての発光効率はＩｎをドープしない場合よりも低下してしまう。

【0046】

以上のように、ピットの減少と新たな欠陥の増加とのバランスによって、図４のようにＩｎ組成比の増加に対して相対光出力が３％付近にピークを有した山型に変化したものと考えられる。

【実施例2】

【0047】

実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子は、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子の発光層１２の保護層１２ｂを、保護層２２ｂに置き替えた発光層２２を有するものである。他の構成は実施例１と同様である。

【0048】

図５は、実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子の発光層２２の構成を示した図である。発光層２２は、図６のように、井戸層１２ａ、保護層２２ｂ、障壁層１２ｃがこの順に積層された構造を単位として、その単位構造が３〜１０回繰り返し積層されたＭＱＷ構造である。ただし、ｎ型層１１に接する層は障壁層１２ｃとしている。

【0049】

保護層２２ｂは、ＡｌＧａＩｎＮからなる単層である。また、保護層２２ｂのバンドギャップは、井戸層１２ａのバンドギャップよりも大きい。さらに、保護層２２ｂのＩｎ組成比は０％よりも大きく４％以下である。Ｉｎ組成比をこのような範囲とすることで、実施例１と同様に発光効率を向上させることができる。Ｉｎ組成比のより望ましい範囲は、１．５％以上３．５％以下であり、さらに望ましい範囲は、２％以上３％以下である。

【0050】

保護層２２ｂの厚さは、０．２〜１．８ｎｍである。厚さをこのような範囲とすることで、保護層２２ｂでトラップされたり再結合するキャリアを低減し、発光効率を向上させている。より望ましい厚さの範囲は０．５〜１．６ｎｍであり、さらに望ましい範囲は０．５〜１．１ｎｍである。

【0051】

また、保護層２２ｂのＡｌ組成比は、保護層２２ｂのバンドギャップが井戸層１２ａのバンドギャップよりも大きい範囲で任意である。たとえば、Ａｌ組成比は障壁層１２ｃのＡｌ組成比の４〜５倍とすることができる。

【0052】

この実施例２のIII 族窒化物半導体発光素子もまた、実施例１のIII 族窒化物半導体発光素子と同様の効果を得ることができる。すなわち、保護層２２ｂがＡｌＧａＩｎＮからなり、Ｉｎ組成比が０％よりも大きく４％以下であるため、保護層２２ｂを設けることによる発光効率の低下が抑制され、発光効率が向上されている。

【0053】

なお、本発明は実施例１、２に示した構成のIII 族窒化物半導体発光素子に限るものではなく、ＭＱＷ構造の発光層を有した任意の構成のIII 族窒化物半導体発光素子に対して適用することができる。たとえば、フリップチップ型の発光素子や、成長基板として導電性の材料のものを用いたり、基板をリフトオフするなどして縦方向に導通をとる構造とした発光素子などにも本発明は適用することができる。

【0054】

また、実施例１、２では、井戸層１２ａとしてＩｎＧａＮを用いているが、本発明はこれに限るものではなく、Ｉｎを含むIII 族窒化物半導体であればよく、Ｓｉなどのｎ型不純物がドープされていてもよい。たとえば、ＡｌＧａＩｎＮを用いることもできる。また、実施例１、２では障壁層１２ｃとしてＡｌＧａＮを用いているが、本発明はこれに限るものではなく、Ａｌを含むIII 族窒化物半導体であって、井戸層１２ａよりもバンドギャップの大きい材料であればよい。たとえばＡｌＧａＩｎＮなどを用いることができる。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明のIII 族窒化物半導体発光素子は、照明装置や表示装置などの光源として利用することができる。

【符号の説明】

【0056】

１０：サファイア基板
１１：ｎ型層
１２、２２：発光層
１２ａ：井戸層
１２ｂ、２２ｂ：保護層
１２ｂ−１：第１保護層
１２ｂ−２：第２保護層
１２ｃ：障壁層
１３：ｐ型層
１４：透明電極
１５：ｐ電極
１６：ｎ電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】