特許 6206710 窒化物半導体発光素子

(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】6206710

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/32

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-195876(P2013-195876)

(22)【出願日】2013年9月20日

(65)【公開番号】特開2015-61050(P2015-61050A)

(43)【公開日】2015年3月30日

【審査請求日】2016年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】月原 政志

(72)【発明者】

【氏名】三好 晃平

(72)【発明者】

【氏名】杉山 徹

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／０１３２５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１０３６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０１２５５５（ＪＰ，Ａ）

(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】

ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有する窒化物半導体発光素子であって、
主たる発光波長が３７５ｎｍ以下の紫外光であり、
前記ｎ型窒化物半導体層は、Ａｌ_ｎＧａ_１−ｎＮ（０≦ｎ≦１）を含み、含有されるＣ濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３を超える範囲であり、
黄色の可視光波長の発光強度が、前記主たる発光波長の発光強度に対して０．１％を超えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。

【請求項2】

前記ｎ型窒化物半導体層は、含有されるＣ濃度が５×１０^１７／ｃｍ^３以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項3】

窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記窒化物半導体発光素子は、
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有する窒化物半導体発光素子であって、
主たる発光波長が３７５ｎｍ以下の紫外光であり、
前記ｎ型窒化物半導体層は、Ａｌ_ｎＧａ_１−ｎＮ（０≦ｎ≦１）を含み、含有されるＣ濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３を超える範囲であり、
前記ｎ型窒化物半導体層を形成する工程（ａ）、
前記発光層を形成する工程（ｂ）、
及び前記ｐ型窒化物半導体層を形成する工程（ｃ）を有し、
前記工程（ａ）が、III族元素を含む化合物の流量に対するＶ族元素を含む化合物の流量の比であるＶ／III比が２０００未満の原料ガスを処理炉内に供給して結晶成長させる工程であることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項4】

前記窒化物半導体発光素子は、黄色の可視光波長の発光強度が、前記主たる発光波長の発光強度に対して０．１％を超えることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は窒化物半導体発光素子に関し、特に紫外光を発光する発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、窒化物半導体を用いた発光素子は、青色発光ダイオードなどに広く利用されている。最近では、更に短波長の領域、例えば、発光波長が３７０ｎｍ帯域にある紫外発光ダイオード（ＬＥＤ）の開発が進められている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１２０８２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

紫外光を発光する発光素子は、例えば紫外光を樹脂に照射して硬化させる用途、いわゆるキュアリングなどに利用される。しかし、紫外光は肉眼で視認できない波長域である。一方で、紫外光は有害であるため、作業員は、安全上紫外光を遮断するための安全眼鏡などの装置を取り付ける必要がある。このような事情により、作業員は目的とする領域に紫外光が正しく照射できているかどうかを目視で判断することができず、不便を強いられていた。

【0005】

そこで、本発明は、紫外光を目的とする箇所に照射する際に、照射されていることを目視で視認できる窒化物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間に発光層を有する窒化物半導体発光素子であって、
主たる発光波長が３７５ｎｍ以下の紫外光であり、
前記ｎ型窒化物半導体層は、Ａｌ_ｎＧａ_１−ｎＮ（０≦ｎ≦１）を含み、含有されるＣ濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３を超える範囲であることを特徴とする。

【0007】

「発明を実施するための形態」の項において後述されるように、本発明者の鋭意研究により、ｎ型窒化物半導体層に含有されるＣ濃度が高くなると、発光素子から黄色可視光帯の発光（いわゆる「ディープ発光」）が強く顕在化することを突き止めた。特に、このＣ濃度を１×１０^１７／ｃｍ^３を超える範囲とすることで、この照射される光に含まれるディープ発光の割合が高まり、視認可能な程度に照射箇所の明度を高めることができることを突き止めた。

【0008】

窒化物半導体発光素子として、主たる発光波長が紫外光である発光素子を構成した場合、本来であれば、紫外光が発光されることで、ピーク波長の裾部分に該当する紫色の可視光の影響を受けて濃い紫色の光が発光される。しかし、この濃い紫色の光は極めて濃い色であるため、光が照射されていない状態との対比を作業員が肉眼で行うのは困難である。

【0009】

これに対し、黄色可視光帯の光を含むディープ発光が生じている場合、紫色系の光と黄色系の光が混合されることで、発光色が白っぽくなる。このため、上記の光を目的とする箇所に照射すると、当該照射箇所を明るくしながら紫外光を照射することができる。従って、作業員は、目的とする箇所に紫外光を照射しながら、正しく照射できているかどうかを目視で確認することができる。

【0010】

このような素子は、主たる発光波長が３７５ｎｍ以下の紫外光を放射するため、かかる紫外光を用いて、上記のキュアリングの他、光洗浄、光触媒などの用途に利用できる。かかる用途に利用される場合、主たる発光波長を示す紫外光が照射箇所に正しく照射されていれば、可視光帯の波長の光（ここではディープ光）が一部含まれていても、目的とする用途を実現することができる。そして、本発明の窒化物半導体発光素子の光を上記用途に利用することで、目的の用途を実現しながら、正しく照射できているか否かを目視にて確認することができる。

【0011】

なお、本発明の窒化物半導体発光素子において、ｎ型窒化物半導体層に含有されるＣ濃度を５×１０^１７／ｃｍ^３以上とするのがより好ましい。これにより、照射箇所を更に明るくすることができ、照射されていることを視認しやすくなる。

【0012】

本発明の窒化物半導体発光素子は、黄色の可視光波長の発光強度が、前記主たる発光波長の発光強度に対して０．１％を超える構成であることを別の特徴とする。

【0013】

また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
ｎ型窒化物半導体層を形成する工程（ａ）、
発光層を形成する工程（ｂ）、
及びｐ型窒化物半導体層を形成する工程（ｃ）を有し、
前記工程（ａ）が、III族元素を含む化合物の流量に対するＶ族元素を含む化合物の流量の比であるＶ／III比が２０００未満の原料ガスを処理炉内に供給して結晶成長させる工程であることを特徴とする。

【0014】

上記の方法により、ｎ型窒化物半導体層に含まれるＣ濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３を超える窒化物半導体発光素子を製造でき、紫外光を目的とする箇所に照射する際に照射されていることを目視で視認できる窒化物半導体発光素子が実現できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の窒化物半導体発光素子によれば、主たる発光波長である紫外光に加えて、一定割合以上の黄色可視光帯のディープ発光を含む光を発光するため、視認可能な程度に照射箇所の明度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】窒化物半導体発光素子の概略断面図である。

【図1B】実施例３の窒化物半導体発光素子の概略断面図である。

【図2】実施例１、実施例２、実施例３、比較例１、比較例２の５素子に同一の電流を流したときに得られる光のスペクトル分布を示すグラフである。

【図3】実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の４素子に同一の電流を流したときの発光態様を示す写真である。

【図4】窒化物半導体発光素子の別の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の窒化物半導体発光素子につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

【0018】

［構造］
本発明の窒化物半導体発光素子１の構造につき、図１Ａを参照して説明する。図１Ａは窒化物半導体発光素子１の概略断面図である。本実施形態では、窒化物半導体発光素子１が、主たる発光波長が３７５ｎｍ以下の紫外光発光素子であるものとして説明する。

【0019】

窒化物半導体発光素子１は、支持基板２、アンドープ層３、ｎ型窒化物半導体層４、発光層５、及びｐ型窒化物半導体層６が下からこの順に積層されて形成されている。

【0020】

（支持基板２）
支持基板２は、サファイア基板で構成される。なお、サファイアの他、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＹＡＧなどで構成しても構わない。

【0021】

（アンドープ層３）
アンドープ層３は、ＧａＮにて形成される。より具体的には、ＧａＮよりなる低温バッファ層３ａと、その上層にＧａＮよりなる下地層３ｂによって形成される。

【0022】

（ｎ型窒化物半導体層４）
ｎ型窒化物半導体層４は、不純物として含有されるＣの濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３を超える範囲となるように形成されたＡｌ_ｎＧａ_１−ｎＮ（０≦ｎ≦１）によって構成される。この範囲内のＣ濃度を含有するｎ型窒化物半導体層４の形成方法については後述される。

【0023】

（発光層５）
発光層５は、例えばＩｎＧａＮからなる井戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層が繰り返されてなる多重量子井戸構造を有する半導体層（ＡｌＧａＩｎＮ発光層）で形成される。これらの層はアンドープでもｐ型又はｎ型にドープされていても構わない。

【0024】

（ｐ型窒化物半導体層６）
ｐ型窒化物半導体層６は、Ａｌ_ｍＧａ_１−ｍＮ（０＜ｍ≦１）によって構成される。なお、ｐ型窒化物半導体層６は、ｎ型窒化物半導体層４とは異なり、不純物として含有されるＣの濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下であっても構わない。

【0025】

なお、図１Ａには図示しないが、窒化物半導体発光素子１は、ｐ型窒化物半導体層６の上層に、コンタクト用の高Ｍｇ濃度ｐ型（Ａｌ）ＧａＮ層を有するものとしても構わない。また、エッチングによって露出されたｎ型窒化物半導体層４の上層にｎ電極を、高濃度ｐ型（Ａｌ）ＧａＮ層の上層にｐ電極をそれぞれ有するものとしても構わない（いわゆる横型構造）。また、前記ｐ型ＧａＮ層の上層にｐ電極となる金属電極を形成し、その上層に導体又は半導体の基板を貼り合わせた後、上下を反転させて支持基板２を剥離し、ｎ型窒化物半導体層４の上層にｎ電極を形成するものとしても構わない（いわゆる縦型構造）。

【0026】

［製造プロセス］
次に、図１Ａに示した窒化物半導体発光素子１の製造プロセスにつき説明する。なお、この製造プロセスはあくまで一例であり、ガスの流量、炉内温度、炉内圧力等は適宜調整して構わない。

【0027】

まず、支持基板２の上層にアンドープ層３を形成する。これは、例えば以下の方法により実現される。

【0028】

（支持基板２の準備）
支持基板２としてのサファイア基板を準備し、ｃ面サファイア基板のクリーニングを行う。このクリーニングは、より具体的には、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着）装置の処理炉内にｃ面サファイア基板を配置し、処理炉内に流量が１０ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を例えば１１５０℃に昇温することにより行われる。

【0029】

（アンドープ層３の形成）
次に、ｃ面サファイア基板の表面に、ＧａＮよりなる低温バッファ層を形成し、更にその上層にＧａＮよりなる下地層を形成する。これら低温バッファ層及び下地層がアンドープ層３に対応する。

【0030】

アンドープ層３のより具体的な形成方法は例えば以下の通りである。まず、МОＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を４８０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量がそれぞれ５ｓｌｍの窒素ガス及び水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が５０μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及び流量が２２３０００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に６８秒間供給する。これにより、ｃ面サファイア基板の表面に、厚みが２０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層を形成する。

【0031】

次に、ＭＯＣＶＤ装置の炉内温度を１１５０℃に昇温する。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ及び流量が２２３０００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に３０分間供給する。これにより、低温バッファ層の表面に、厚みが１．７μｍのＧａＮよりなる下地層を形成する。

【0032】

（ｎ型窒化物半導体層４の形成）
次に、アンドープ層３の上層にＡｌ_ｎＧａ_１−ｎＮ（０≦ｎ≦１）の組成からなるｎ型窒化物半導体層４を形成する。

【0033】

ｎ型窒化物半導体層４のより具体的な形成方法は、例えば以下の通りである。まず、引き続き炉内温度を１１５０℃とした状態で、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を３０ｋＰａとする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が２０ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、ＴＭＧ，トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），アンモニア及びｎ型不純物をドープするためのテトラエチルシランを処理炉内に３０分間供給する。これにより、例えばＡｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎの組成を有し、厚みが１．７μｍのｎ型窒化物半導体層４がアンドープ層３の上層に形成される。

【0034】

ここで、Ｖ族であるアンモニアと、III族であるＴＭＧ，ＴＭＡの流量比（Ｖ／III比）を２０００未満にすることで、ｎ型窒化物半導体層４に含有するＣ濃度を１×１０^１７／ｃｍ^３より高くすることができる。例えば、流量１００μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量５．２μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、流量１１６０００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを原料ガスとして用いることで、Ｖ／III比を約１０００とすることができる。なお、テトラエチルシランにもＣ原子が含まれるが、その流量は例えば０．０２５μｍｏｌ／ｍｉｎ程度であるため、ＴＭＧやＴＭＡと比べてｎ型窒化物半導体層４に含有するＣ濃度への影響は無視できる。

【0035】

なお、Ｖ／III比を約１０００、炉内圧力を１０ｋＰａとした場合、生成されたｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度は１×１０^１８／ｃｍ^３であった（後述する実施例１）。また、炉内圧力を３０ｋＰａとした場合において、Ｖ／III比を１０００とした場合の、前記含有Ｃ濃度は５×１０^１７／ｃｍ^３であり（後述する実施例２）、Ｖ／III比を２０００とした場合の、前記含有Ｃ濃度は１×１０^１７／ｃｍ^３であり（後述する比較例１）、Ｖ／III比を４０００とした場合の、前記含有Ｃ濃度は５×１０^１６／ｃｍ^３であった（後述する比較例２）。なお、生成されたｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析法）によって測定した。

【0036】

原料ガスであるＴＭＧやＴＭＡには、構成分子にＣ原子が含まれる。一方、アンモニアにはＣ原子が含まれない。このため、Ｖ／III比を低くすることで、形成されるｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度を上昇させることができる。また、ＧａＮからＡｌＧａＮにすることでＣの取り込み量が増える。Ａｌは結合エネルギーが強いため原料に含まれるＣ、Ｏの取り込み量をＧａよりも容易に増加させることができる。すなわち、ｎ型窒化物半導体層４をＡｌＧａＮで構成することにより、ＧａＮで構成する場合に比べ、ｎ型窒化物半導体層のＣ濃度を上昇させることができる。

【0037】

なお、Ｖ／III比を低くする以外にも、成長圧力を低くすることでも含有Ｃ濃度を上昇させることが可能である。これは、成長圧力を低くすることで、ＭＯＣＶＤ装置内にアンモニアが滞在する時間が低下して炉内がIII族リッチな環境になり、Ｖ／III比を低くするのと同様の効果が得られるためと考えられる。なお、この場合、成長圧力としては、１０ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下であることが好ましく、１０ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下であることがより好ましい。

【0038】

なお、上記実施形態では、ｎ型窒化物半導体層４に含まれるｎ型不純物をＳｉとする場合について説明しているが、Ｓｉの他、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｎ及びＴｅなどを用いることができる。

【0039】

（発光層５の形成）
次に、ｎ型窒化物半導体層４の上層にＡｌＧａＩｎＮで構成される多重量子井戸構造を有する発光層５を形成する。

【0040】

具体的には、まずＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａ、炉内温度を８３０℃とする。そして、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が１ｓｌｍの水素ガスを流しながら、原料ガスとして、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１２μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に４８秒間供給するステップを行う。その後、流量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が１．６μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、０．００２μｍｏｌ／ｍｉｎのテトラエチルシラン及び流量が３０００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニアを処理炉内に１２０秒間供給するステップを行う。以下、これらの２つのステップを繰り返すことにより、厚みが２ｎｍのＩｎＧａＮよりなる井戸層及び厚みが７ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮよりなる障壁層による１５周期の多重量子井戸構造を有する発光層５が、ｎ型窒化物半導体層４の表面に形成される。

【0041】

（ｐ型窒化物半導体層６の形成）
次に、発光層５の上層に、Ａｌ_ｍＧａ_１−ｍＮ（０≦ｍ＜１）で構成されるｐ型半導体層６を形成する。

【0042】

具体的には、ＭＯＣＶＤ装置の炉内圧力を１００ｋＰａに維持し、処理炉内にキャリアガスとして流量が１５ｓｌｍの窒素ガス及び流量が２５ｓｌｍの水素ガスを流しながら、炉内温度を１０２５℃に昇温する。その後、原料ガスとして、流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、流量が２０μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、流量が２５００００μｍｏｌ／ｍｉｎのアンモニア及びｐ型不純物をドープするための流量が０．１μｍｏｌ／ｍｉｎのビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を処理炉内に６０秒間供給する。これにより、発光層５の表面に、厚みが２０ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。その後、ＴＭＧの流量を３５μｍｏｌ／ｍｉｎとしたまま、ＴＭＡの流量を４μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを３６０秒間供給することにより、厚みが１２０ｎｍのＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎの組成を有する正孔供給層を形成する。これらの正孔供給層によりｐ型窒化物半導体層６が形成される。

【0043】

ここで、ｐ型窒化物半導体層６の形成プロセスでは、ｎ型窒化物半導体層４の形成プロセスよりも低温下で膜成長がなされるため、ｎ型窒化物半導体層４の形成時よりも炉内がIII族リッチな環境下となる。よって、ｎ型窒化物半導体層４よりも含有Ｃ濃度が高くなる可能性がある。

【0044】

なお、上記実施形態では、ｐ型窒化物半導体層６に含まれるｎ型不純物をＭｇとする場合について説明しているが、Ｍｇの他、Ｂｅ、Ｚｎ、及びＣなどを用いることができる。

【0045】

（後の工程）
ｐ型窒化物半導体層６の形成後、ＴＭＡの供給を停止すると共に、Ｃｐ_２Ｍｇの流量を０．２μｍｏｌ／ｍｉｎに変更して原料ガスを２０秒間供給する。これにより、厚みが５ｎｍのｐ型ＧａＮよりなる高濃度ｐ型ＧａＮ層が形成される。その後、アニール処理を行う。

【0046】

その後のプロセスは、横型構造を形成する場合には、ＩＣＰエッチングによりｎ型窒化物半導体層４の一部上面を露出させ、露出したｎ型窒化物半導体層４の上面にｎ電極を、高濃度ｐ型ＧａＮ層の上面にｐ電極をそれぞれ形成する。また、縦型構造を形成する場合には、高濃度ｐ型ＧａＮ層の上面にｐ電極となる金属電極、ハンダ拡散層、ハンダ層を形成する。そして、ハンダ層を介して、導体又は半導体の基板（例えばＣｕＷ基板）を貼り合わせた後、上下を反転させて支持基板２をレーザ照射等の方法により剥離する。その後、ｎ型窒化物半導体層４の上面にｎ電極を形成する。

【0047】

［実施例］
以下、実施例を参照して説明する。

【0048】

上述したプロセスにおいて、ｎ型窒化物半導体層４の形成時の原料ガスのＶ／III比のみを異ならせ、他の条件は同じにすることで、実施例１、実施例２、比較例１、及び比較例２の４素子を形成した。なお、いずれの素子も主たる発光波長が３７０ｎｍ帯の紫外光発光素子である。

【0049】

・実施例１： Ｖ／III比を約１０００、炉内圧力を１０ｋＰａとして作成した。ｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度は１×１０^１８／ｃｍ^３である。
・実施例２： Ｖ／III比を１０００として作成した。ｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度は５×１０^１７／ｃｍ^３である。
・比較例１： Ｖ／III比を２０００として作成した。ｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度は１×１０^１７／ｃｍ^３である。
・比較例２： Ｖ／III比を４０００として作成した。ｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度は５×１０^１６／ｃｍ^３である。

【0050】

また、支持基板２に代えて表面に０．１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸を有するＰＳＳ（Patterned-Sapphire-Substrate）サファイア基板からなる支持基板２ａを用い、Ｖ／III比を１０００として作成した素子を実施例３とした。このときのｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度は、実施例２と同じく５×１０^１７／ｃｍ^３である。なお、実施例２の素子との製造上の相違点としては、アンドープ層３（低温バッファ層３ａ、下地層３ｂ）の成長膜厚が異なる。すなわち、実施例３では、原料ガスを処理炉内に１１９秒間供給することで厚みが３５ｎｍの低温バッファ層３ａを形成した後、原料ガスを１０６分間供給することで厚みが６μｍの下地層３ｂを形成した。図１Ｂは、この実施例３の窒化物半導体発光素子の概略断面図である。

【0051】

なお、いずれの素子においても、ｐ型窒化物半導体層６の形成時の原料ガスのＶ／III比を６０００とし、ｐ型窒化物半導体層６の含有Ｃ濃度は１×１０^１７／ｃｍ^３であった。

【0052】

図２は、実施例１、実施例２、実施例３、比較例１、及び比較例２の５素子に同一の電圧を加えたときに得られる光のスペクトル分布を示すグラフである。横軸は発光波長、縦軸が光強度である。また、図３は、実施例１、実施例２、比較例１、及び比較例２の４素子の発光状態を示す写真である。なお、図３には実施例３の素子の写真を示していないが、発光状態は実施例１の素子と同等以上の明るさを示した。

【0053】

図２によれば、実施例２においては、３７０ｎｍ帯（主たる発光波長）の発光強度に対して、黄色の可視光波長帯を含む５５０ｎｍ−６００ｎｍ帯の発光波長（ディープ発光）の強度の比率（ディープ強度比）は約０．３％であり、０．１％を超えている。この場合、本来であれば紫外光が発光されることで、ピーク波長の裾部分に該当する紫色の可視光の影響を受けて濃い紫色の光が発光されるはずであるが、図３の写真によりディープ発光の影響を受けてかなり白っぽく光っている。紫色系の光と黄色系の光が混合されたことで、発光色が白っぽくなっている。

【0054】

また、実施例１においては、ディープ強度比は約０．３％であり、実施例２よりも高い値を示している。図３の写真より、実施例２よりも黄色光の強度が増して更に明るく光っている。これにより、ディープ強度比が高くなることで照射箇所の明度が高まることが分かる。更に、実施例３においては、ディープ強度比は約０．８％であり、実施例２よりも高い値を示している。実施例２と実施例３を比較すると、両者のｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度を同一の値としていることから、ＰＳＳサファイア基板からなる支持基板２ａを用いることでディープ強度を更に高める効果が得られることが分かる。

【0055】

一方、比較例１では、ディープ強度比が０．１％である。図３の写真により、実施例１及び実施例２に比べると、照射箇所の発光色から白っぽさが少なくなり、濃い色になっていることが分かる。更に、比較例１よりもディープ強度比が低い比較例２においては、図３の写真により、照射箇所の発光色が更に濃い色になっている。図３の写真では、比較例１のようにディープ強度比が０．１％の場合、照射箇所は少し白っぽく映し出されているが、この値を下回ると目視にて紫外光が照射されているか否かの判別が困難な状態となる。

【0056】

なお、比較例１と同様、ｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度を１×１０^１７／ｃｍ^３とした状態で、ｐ型窒化物半導体層６の形成時の原料ガスのＶ／III比を１０００にして、ｐ型窒化物半導体層６の含有Ｃ濃度を１×１０^１９／ｃｍ^３に上昇させて同様の測定を行ったが、比較例１と有意な差は得られなかった。すなわち、ｐ型窒化物半導体層６の含有Ｃ濃度を高めても、ディープ発光強度を高める効果は得られず、ｎ型窒化物半導体層４の含有Ｃ濃度がディープ発光に影響していることが分かる。

【0057】

すなわち、ディープ発光は、ｎ型窒化物半導体層４内に含まれるＣが作り出す不純物準位に由来して生じていることが分かる。このことから、ｎ型窒化物半導体層４内の含有Ｃ濃度をなるべく高くすることにより、ディープ発光強度を高めることができる。

【0058】

以上により、ｎ型窒化物半導体層４に含有されるＣ濃度を１×１０^１７／ｃｍ^３を超える範囲とすることで、窒化物半導体発光素子１から放射される光のディープ強度比が０．１％を超え、照射箇所の明度が高まるため、窒化物半導体発光素子１からの光が照射箇所に照射されているか否かの判断を目視にて行うことが可能となる。

【0059】

［別実施形態］
図１Ａに示す窒化物半導体発光素子１は、支持基板２及びアンドープ層３を有するものとしたが、これらを剥離した構成（図４参照）としても構わない。この場合においても、図２及び図３を参照して上述した各実施例の素子と同様の効果が得られた。

【符号の説明】

【0060】

１ ： 窒化物半導体発光素子
２，２ａ ： 支持基板
３ ： アンドープ層
３ａ ： 低温バッファ層
３ｂ ： 下地層
４ ： ｎ型窒化物半導体層
５ ： 発光層
６ ： ｐ型窒化物半導体層

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】