特開 2023-80013 発光素子および発光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023080013

(43)【公開日】2023-06-08

(54)【発明の名称】発光素子および発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/08 20100101AFI20230601BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20230601BHJP

【ＦＩ】

H01L33/08

H01L33/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022162492

(22)【出願日】2022-10-07

(31)【優先権主張番号】P 2021193193

(32)【優先日】2021-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】安倍 弘喜

(72)【発明者】

【氏名】船越 良太

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA24

5F241CA03

5F241CA05

5F241CA08

5F241CA13

5F241CA22

5F241CA40

5F241CA65

5F241CA66

5F241CA74

5F241CB11

(57)【要約】

【課題】順方向電圧が低い発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第１ｎ側層と、第１活性層と、第１ｐ側層と、を含む第１発光部と、前記第１発光部の上方に配置され、ｎ型不純物を含む窒化物半導体からなる中間層と、前記中間層の上方に配置された第２発光部であって、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第２ｎ側層と、第２活性層と、第２ｐ側層と、を含む第２発光部と、を備える。前記第１ｐ側層は、アルミニウムおよびガリウムを含み、第１ｐ型不純物濃度を有する第１層と、前記第１層よりも上方に配置され、アルミニウムおよびガリウムを含み、前記第１ｐ型不純物濃度よりも低い第２ｐ型不純物濃度を有する第２層と、を有する。前記第２層におけるアルミニウムの組成比の値は、前記第１層におけるアルミニウムの組成比の値よりも高い。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第１ｎ側層と、第１活性層と、第１ｐ側層と、を含む第１発光部と、
前記第１発光部の上方に配置され、ｎ型不純物を含む窒化物半導体からなる中間層と、
前記中間層の上方に配置された第２発光部であって、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第２ｎ側層と、第２活性層と、第２ｐ側層と、を含む第２発光部と、
を備え、
前記中間層のｎ型不純物濃度は、前記第１ｎ側層のｎ型不純物濃度よりも高く、
前記第１ｐ側層は、アルミニウムおよびガリウムを含み、第１ｐ型不純物濃度を有する第１層と、前記第１層よりも上方に配置され、アルミニウムおよびガリウムを含み、第２ｐ型不純物濃度を有する第２層と、を有し、
前記第２層におけるアルミニウムの組成比の値は、前記第１層におけるアルミニウムの組成比の値よりも高く、
前記第２ｐ型不純物濃度は、前記第１ｐ型不純物濃度よりも低い発光素子。

【請求項2】

前記第２ｐ側層は、アルミニウムおよびガリウムを含み、第３ｐ型不純物濃度を有する第３層と、前記第３層よりも上方に配置され、アルミニウムおよびガリウムを含み、第４ｐ型不純物濃度を有する第４層と、を有し、
前記第４層におけるアルミニウムの組成比の値は、前記第３層におけるアルミニウムの組成比の値よりも高く、
前記第４ｐ型不純物濃度は、前記第３ｐ型不純物濃度よりも低い請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記第４層におけるアルミニウムの組成比の値は、前記第２層におけるアルミニウムの組成比の値よりも低く、
前記第３層におけるアルミニウムの組成比の値は、前記第１層におけるアルミニウムの組成比の値よりも低い請求項２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記第１ｐ型不純物濃度は、前記第３ｐ型不純物濃度よりも低く、
前記第２ｐ型不純物濃度は、前記第４ｐ型不純物濃度よりも低い請求項２または３に記載の発光素子。

【請求項5】

下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第１ｎ側層と、第１活性層と、第１ｐ側層と、を含む第１発光部を形成する工程と、
前記第１発光部の上方に、ｎ型不純物を含む窒化物半導体層からなる中間層を形成する工程と、
前記中間層の上方に第２発光部を形成する工程であって、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第２ｎ側層と、第２活性層と、第２ｐ側層と、を含む第２発光部を形成する工程と、
を備え、
前記中間層を形成する工程において、前記第１ｎ側層のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有する前記中間層を形成し、
前記第１ｐ側層を形成する工程は、
アルミニウムおよびガリウムを含み、第１ｐ型不純物濃度を有する第１層を形成する工程と、
アルミニウムおよびガリウムを含み、アルミニウムの組成比の値が前記第１層のアルミニウムの組成比の値よりも高く、前記第１ｐ型不純物濃度よりも低い第２ｐ型不純物濃度を有する第２層を、前記第１層の上方に形成する工程と、
を有する発光素子の製造方法。

【請求項6】

前記第２ｐ側層を形成する工程は、
アルミニウムおよびガリウムを含み、第３ｐ型不純物濃度を有する第３層を形成する工程と、
アルミニウムおよびガリウムを含み、アルミニウムの組成比の値が前記第３層のアルミニウムの組成比の値よりも高く、前記第３ｐ型不純物濃度よりも低い第４ｐ型不純物濃度を有する第４層を、前記第３層よりも上方に形成する工程と、
を有する請求項５に記載の発光素子の製造方法。

【請求項7】

前記第４層を形成する工程において、アルミニウムの組成比の値が、前記第２層のアルミニウムの組成比の値よりも低くなるように前記第４層を形成し、
前記第３層を形成する工程において、アルミニウムの組成比の値が、前記第１層のアルミニウムの組成比の値よりも低くなるように前記第３層を形成する請求項６に記載の発光素子の製造方法。

【請求項8】

前記第１層を形成する工程において、前記第１ｐ型不純物濃度が、前記第３ｐ型不純物濃度よりも低くなるように前記第１層を形成し、
前記第２層を形成する工程において、前記第２ｐ型不純物濃度が、前記第４ｐ型不純物濃度よりも低くなるように前記第２層を形成する請求項６または７に記載の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、発光素子および発光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、例えば、第１のｎ型層、第１の活性層、および第１のｐ型層を含む第１発光部と、第１発光部上に配置されたトンネル接合層と、トンネル接合層上に配置され、第２のｎ型層、第２の活性層、および第２のｐ型層を含む第２発光部と、を備える発光素子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１２８５０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の一実施形態は、順方向電圧が低い発光素子および発光素子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】

【0005】

本発明の一実施形態に係る発光素子は、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第１ｎ側層と、第１活性層と、第１ｐ側層と、を含む第１発光部と、前記第１発光部の上方に配置され、ｎ型不純物を含む窒化物半導体からなる中間層と、前記中間層の上方に配置された第２発光部であって、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第２ｎ側層と、第２活性層と、第２ｐ側層と、を含む第２発光部と、を備える。前記中間層のｎ型不純物濃度は、前記第１ｎ側層のｎ型不純物濃度よりも高い。前記第１ｐ側層は、アルミニウムおよびガリウムを含み、第１ｐ型不純物濃度を有する第１層と、前記第１層よりも上方に配置され、アルミニウムおよびガリウムを含み、第２ｐ型不純物濃度を有する第２層と、を有する。前記第２層におけるアルミニウムの組成比の値は、前記第１層におけるアルミニウムの組成比の値よりも高い。前記第２ｐ型不純物濃度は、前記第１ｐ型不純物濃度よりも低い。

【0006】

本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法は、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第１ｎ側層と、第１活性層と、第１ｐ側層と、を含む第１発光部を形成する工程と、前記第１発光部の上方に、ｎ型不純物を含む窒化物半導体層からなる中間層を形成する工程と、前記中間層の上方に第２発光部を形成する工程であって、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第２ｎ側層と、第２活性層と、第２ｐ側層と、を含む第２発光部を形成する工程と、を備える。前記中間層を形成する工程において、前記第１ｎ側層のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有する前記中間層を形成する。前記第１ｐ側層を形成する工程は、アルミニウムおよびガリウムを含み、第１ｐ型不純物濃度を有する第１層を形成する工程と、アルミニウムおよびガリウムを含み、アルミニウムの組成比の値が前記第１層のアルミニウムの組成比の値よりも高く、前記第１ｐ型不純物濃度よりも低い第２ｐ型不純物濃度を有する第２層を、前記第１層の上方に形成する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一実施形態によれば、順方向電圧が低い発光素子および発光素子の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る発光素子を示す断面図である。

【図2A】図１の第１ｐ側層を拡大して示す断面図である。

【図2B】図１の第２ｐ側層を拡大して示す断面図である。

【図3】実施形態に係る発光素子の製造方法を示すフローチャートである。

【図4A】図３の第１ｐ側層を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。

【図4B】図３の第２ｐ側層を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。

【図5】実施形態に係る発光素子の製造過程を説明するための断面図である。

【図6】実施形態に係る発光素子の製造過程を説明するための断面図である。

【図7】実施形態に係る発光素子の製造過程を説明するための断面図である。

【図8】実施形態に係る発光素子の製造過程を説明するための断面図である。

【図9A】参考例および実施例１～３に係る発光素子の各順方向電圧Ｖｆを正規化した値Ｖｆ／Ｖｆｒｅｆを示すグラフである。

【図9B】参考例および実施例１～３に係る発光素子の各出力Ｐｏを正規化した値Ｐｏ／Ｐｏｒｅｆを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。さらに、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0010】

また、以下では、説明をわかりやすくするために、ＸＹＺ直交座標系を用いて、各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交している。またＸ軸が延びる方向を「Ｘ方向」とし、Ｙ軸が延びる方向を「Ｙ方向」とし、Ｚ軸が延びる方向を「Ｚ方向」とする。また、説明をわかりやすくするために、上方をＺ方向、下方をその反対方向とするが、これらの方向は、相対的なものであり重力方向とは無関係である。

【0011】

図１は、本実施形態に係る発光素子１０を示す断面図である。
図２Ａは、図１の第１ｐ側層１１４を拡大して示す断面図である。
図２Ｂは、図１の第２ｐ側層１３３を拡大して示す断面図である。
発光素子１０は、図１に示すように、基板１１と、半導体構造体１２と、ｎ側電極１３と、ｐ側電極１４と、を備える。

【0012】

基板１１の形状は平板状である。基板１１の上面および下面は、例えば、ＸＹ平面に概ね平行である。基板１１は、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。ただし、基板１１には、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、または窒化ガリウム（ＧａＮ）等他の材料を用いてもよい。基板１１の上には、半導体構造体１２が配置されている。例えば、基板１１としてサファイア基板を用いる場合、半導体構造体１２はサファイア基板のＣ面上に配置される。

【0013】

半導体構造体１２は、例えば、窒化物半導体からなる複数の半導体層が積層された積層体である。ここで、「窒化物半導体」とは、窒素を含む半導体であって、典型的には、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘおよびｙをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものである。

【0014】

半導体構造体１２は、下方から上方に向かって順に、第１発光部１１０と、中間層１２０と、第２発光部１３０と、を有する。第１発光部１１０は、下方から上方に向かって順に、第１ｎ側層１１２と、第１活性層１１３と、第１ｐ側層１１４と、を含む。第１発光部１１０は、第１ｎ側層１１２の下に配置された下地層１１１をさらに含む。第２発光部１３０は、下方から上方に向かって順に、第２ｎ側層１３１と、第２活性層１３２と、第２ｐ側層１３３と、を含む。以下、半導体構造体１２の各部について詳述する。

【0015】

第１発光部１１０の下地層１１１は、基板１１の上に配置されている。下地層１１１は、例えば、アンドープの半導体層を含む。本明細書において、「アンドープ」とは、ｎ型不純物およびｐ型不純物を意図的にドープしていないことを意味する。すなわち、アンドープの半導体層は、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含む原料ガスを供給させずに形成した半導体層である。「ｎ型不純物」とは、ドナーとなる不純物を意味する。「ｐ型不純物」とは、アクセプターとなる不純物を意味する。アンドープの半導体層が、ｎ型不純物および／またはｐ型不純物を意図的にドープした層と隣接している場合、その隣接した層からの拡散等によって、アンドープの半導体層にｎ型不純物および／またはｐ型不純物が含まれる場合がある。

【0016】

下地層１１１におけるアンドープの半導体層は、例えばＧａＮを含む。下地層１１１の上には、第１ｎ側層１１２が配置されている。ただし、第１発光部に下地層が配置されておらず、第１ｎ側層が基板上に直接配置されていてもよい。

【0017】

第１ｎ側層１１２は、１以上のｎ型半導体層を含む。第１ｎ側層１１２におけるｎ型半導体層は、例えば、ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）がドープされたＧａＮを含む。第１ｎ側層１１２におけるｎ型半導体層は、インジウム（Ｉｎ）またはアルミニウム（Ａｌ）等をさらに含んでもよい。

【0018】

また、第１ｎ側層１１２は、電子を供給するという機能を有していればよく、１以上のアンドープの半導体層をさらに含んでいてもよい。第１ｎ側層１１２におけるアンドープの半導体層は、例えばＧａＮを含む。

【0019】

第１ｎ側層１１２の上面は、第１面１１２ｓ１、第２面１１２ｓ２、および第３面１１２ｓ３を含む。第１面１１２ｓ１は、Ｘ－Ｙ平面に概ね平行な面である。第２面１１２ｓ２は、第１面１１２ｓ１よりも上方に位置し、Ｘ－Ｙ平面に概ね平行な面である。上面視において、第２面１１２ｓ２は第１面１１２ｓ１とＸ方向に隣り合っている。第３面１１２ｓ３は、第１面１１２ｓ１と第２面１１２ｓ２の間に位置し、Ｙ－Ｚ平面に概ね平行な面である。第２面１１２ｓ２上には、第１活性層１１３が配置されている。

【0020】

第１活性層１１３は、例えば、複数の井戸層と複数の障壁層とを有する多重量子井戸構造を有する。複数の井戸層には、例えば窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を用いることができる。複数の障壁層には、例えばＧａＮを用いることができる。井戸層および障壁層は、例えば、アンドープの半導体層であってもよい。また、井戸層および障壁層の少なくとも一部にｎ型不純物および／またはｐ型不純物が含有されていてもよい。第１活性層１１３の上には、第１ｐ側層１１４が配置されている。

【0021】

図２Ａに示すように、第１ｐ側層１１４は、第１層１１４ａと、第１層１１４ａよりも上方に配置される第２層１１４ｃと、を有する。第１ｐ側層１１４は、本実施形態では、第１層１１４ａと第２層１１４ｃとの間に配置される第５層１１４ｂと、第２層１１４ｃ上に配置される第６層１１４ｄと、第６層１１４ｄ上に配置される第７層１１４ｅと、をさらに有する。すなわち、第１ｐ側層１１４は、下方から上方に向かって順に第１層１１４ａ、第５層１１４ｂ、第２層１１４ｃ、第６層１１４ｄ、および第７層１１４ｅを有する。

【0022】

第１層１１４ａは、ｐ型不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）がドープされ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とＧａＮを混晶した窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む。以下、第１層１１４ａのｐ型不純物濃度を「第１ｐ型不純物濃度」という。第１ｐ型不純物濃度は、例えば、１×１０^２０ｃｍ^－３以上３×１０^２０ｃｍ^－３以下である。第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値は、例えば、５％以上１５％以下である。

【0023】

第５層１１４ｂは、アンドープのＡｌＧａＮを含む。第５層１１４ｂにおけるＡｌの組成比の値は、例えば、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値と概ね同じである。ただし、第５層のＡｌの組成比の値と第１層の組成比の値との関係は、上記に限定されない。

【0024】

第２層１１４ｃは、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたＡｌＧａＮからなる。以下、第２層１１４ｃのｐ型不純物濃度を「第２ｐ型不純物濃度」という。第２ｐ型不純物濃度は、第１ｐ型不純物濃度よりも低い。第１層１１４ａよりも中間層１２０に近い第２層１１４ｃの第２ｐ型不純物濃度を低くすることで、第１ｐ側層１１４から中間層１２０側に拡散するｐ型不純物の量を低減できる。これにより、ｐｎ接合を形成するｎ型半導体層が意図せずｐ型化することが低減され、ｐｎ接合により形成される空乏層の幅を狭くすることができるので、発光素子１０の順方向電圧Ｖｆを低減できる。

【0025】

また、第１活性層１１３上に配置される第１層１１４ａの第１ｐ型不純物濃度を高くすることで、第１ｐ側層１１４から第１活性層１１３への正孔の注入効率を向上できる。これにより、発光素子１０の順方向電圧Ｖｆを低減できる。第２ｐ型不純物濃度は、例えば、４×１０^１９ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下である。

【0026】

また、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高い。そのため、第２層１１４ｃを、第１活性層１１３から第２層１１４ｃよりも上方に位置する第６層１１４ｄ、第７層１１４ｅおよび中間層１２０等に電子が向かうことを低減する電子ブロック層として好適に機能させることができる。また、第１活性層１１３上に配置される第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値を低くすることで、第１ｐ側層１１４から第１活性層１１３への正孔の注入効率を向上できる。その結果、発光素子１０の順方向電圧Ｖｆを低減できる。第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値は、例えば、２５％以上３５％以下である。

【0027】

第６層１１４ｄは、本実施形態ではアンドープのＧａＮを含む。ただし、第６層１１４ｄには、ｐ型不純物であるＭｇがドープされてもよい。

【0028】

第７層１１４ｅは、例えば、１以上のｐ型半導体層を含む。第７層１１４ｅにおけるｐ型半導体層は、例えば、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたＧａＮを含む。第７層１１４ｅにおけるｐ型半導体層のｐ型不純物濃度は、第１ｐ型不純物濃度及び第２ｐ型不純物濃度よりも高い。第７層１１４ｅにおけるｐ型半導体層のｐ型不純物濃度は、例えば、３×１０^２０ｃｍ^－３以上５×１０^２０ｃｍ^－３以下である。第７層１１４ｅは、例えば１以上のアンドープの半導体層をさらに含んでもよい。第７層１１４ｅにおけるアンドープの半導体層は、例えば、ＧａＮを含む。

【0029】

第１層１１４ａの厚みは、例えば、３ｎｍ以上７ｎｍ以下である。第５層１１４ｂの厚みは、例えば、第１層１１４ａの厚みより小さい。第５層１１４ｂの厚みは、例えば、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下である。第２層１１４ｃの厚みは、例えば、第１層１１４ａの厚みと概ね同じである。第６層１１４ｄの厚みは、例えば、第１層１１４ａの厚みより小さく第５層１１４ｂの厚みより大きい。第６層１１４ｄの厚みは、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。なお、各層の厚みとは、半導体構造体１２の積層方向における厚みである。

【0030】

中間層１２０は、図１に示すように、第１発光部１１０と第２発光部１３０との間に配置されている。中間層１２０は、ｎ型不純物を含む。具体的には、中間層１２０は、第１ｎ側層１１２および後述する第２ｎ側層１３１のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型半導体層を含む。中間層１２０におけるｎ型半導体層は、例えば、ｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＮを含む。中間層１２０におけるｎ型半導体層のｎ型不純物濃度は、例えば、１×１０^２０ｃｍ^－３以上１×１０^２１ｃｍ^－３以下である。中間層１２０は、第１ｐ側層１１４とトンネル接合を形成する。

【0031】

中間層１２０は、第１ｐ側層１１４のｐ型不純物濃度よりも高いｐ型不純物濃度を有するｐ型半導体層をさらに含んでもよい。このｐ型半導体層は、例えば、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＮを含む。中間層１２０のｐ型半導体層は、中間層１２０のｎ型半導体層よりも第１発光部１１０側に配置される。このように、中間層１２０にｐ型半導体層が配置されている場合、中間層１２０におけるｎ型半導体層とｐ型半導体層とがトンネル接合を形成する。

【0032】

第２発光部１３０の第２ｎ側層１３１は、中間層１２０上に配置されている。第２ｎ側層１３１は、１以上のｎ型半導体層を含む。第２ｎ側層１３１におけるｎ型半導体層は、例えば、ｎ型不純物であるＳｉがドープされたＧａＮを含む。第２ｎ側層１３１におけるｎ型半導体層は、ＩｎまたはＡｌ等をさらに含んでもよい。

【0033】

また、第２ｎ側層１３１は、電子を供給するという機能を有していればよく、１以上のアンドープの半導体層をさらに含んでいてもよい。第２ｎ側層１３１におけるアンドープの半導体層は、例えば、ＧａＮを含む。第２ｎ側層１３１上には、第２活性層１３２が配置されている。

【0034】

第２活性層１３２は、例えば、複数の井戸層と複数の障壁層とを有する多重量子井戸構造を有する。複数の井戸層には、例えばＩｎＧａＮを用いることができる。複数の障壁層には、例えばＧａＮを用いることができる。井戸層および障壁層は、例えば、アンドープの半導体層であってもよい。また、井戸層および障壁層の少なくとも一部にｎ型不純物および／またはｐ型不純物が含有されていてもよい。

【0035】

第１活性層１１３および第２活性層１３２が発する光は、例えば、紫外光または可視光である。第１活性層１１３の発光ピーク波長と第２活性層１３２の発光ピーク波長と同じとすることができる。例えば、第１活性層１１３と第２活性層１３２が青色光を発してもよい。第１活性層１１３の発光ピーク波長と第２活性層１３２の発光ピーク波長は異なっていてもよい。例えば、第１活性層１１３が青色光を発し、第２活性層１３２が緑色光を発してもよい。青色光の発光ピーク波長は、例えば、４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である。緑色光の発光ピーク波長は、例えば、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である。

【0036】

第２活性層１３２の上には、第２ｐ側層１３３が配置されている。第２ｐ側層１３３は、図２Ｂに示すように、第３層１３３ａと、第３層１３３ａよりも上方に配置される第４層１３３ｃを有する。第２ｐ側層１３３は、本実施形態では、第３層１３３ａと第４層１３３ｃとの間に配置される第８層１３３ｂと、第４層１３３ｃ上に配置される第９層１３３ｄと、第９層１３３ｄ上に配置される第１０層１３３ｅと、をさらに有する。すなわち、第２ｐ側層１３３は、下方から上方に向かって順に第３層１３３ａ、第８層１３３ｂ、第４層１３３ｃ、第９層１３３ｄ、および第１０層１３３ｅを有する。

【0037】

第３層１３３ａは、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む。以下、第３層１３３ａのｐ型不純物濃度を「第３ｐ型不純物濃度」という。第１ｐ型不純物濃度は、本実施形態では、第３ｐ型不純物濃度よりも低い。このように、中間層１２０の下方に配置された第１ｐ側層１１４のｐ型不純物濃度を低くしつつ、中間層１２０よりも上方に配置された第２ｐ側層１３３のｐ型不純物濃度を高くしている。これにより、第１ｐ側層１１４から中間層１２０に拡散するｐ型不純物の量を低減しつつ、第２ｐ側層１３３から第２活性層１３２への正孔の注入効率を向上できる。第３ｐ型不純物濃度は、例えば、２×１０^２０ｃｍ^－３以上４×１０^２０ｃｍ^－３以下である。ただし、第１ｐ型不純物濃度と第３ｐ型不純物濃度との関係は、上記に限定されない。

【0038】

第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも低い。第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値は、例えば、１％以上５％以下である。ただし、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値と第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値との関係は、上記に限定されない。

【0039】

第８層１３３ｂは、アンドープのＡｌＧａＮを含む。第８層１３３ｂにおけるＡｌの組成比の値は、例えば、第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値と概ね同じである。ただし、第８層１３３ｂにおけるＡｌの組成比の値と第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値との関係は、上記に限定されない。

【0040】

第４層１３３ｃは、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む。以下、第４層１３３ｃのｐ型不純物濃度を「第４ｐ型不純物濃度」という。第４ｐ型不純物濃度は、第３ｐ型不純物濃度よりも低い。そのため、例えば１００℃以上の高温下で発光素子１０を駆動させる場合に、発光素子１０の出力が低下することを低減できる。また、第４ｐ型不純物濃度は、第２ｐ型不純物濃度よりも高い。そのため、第１ｐ側層１１４から中間層１２０に拡散するｐ型不純物の量を低減しつつ、第２ｐ側層１３３から第２活性層１３２への正孔の注入効率を向上できる。第４ｐ型不純物濃度は、例えば、５×１０^１９ｃｍ^－３以上２×１０^２０ｃｍ^－３以下である。ただし、第４ｐ型不純物濃度、第３ｐ型不純物濃度、および第２ｐ型不純物濃度の関係は、上記に限定されない。

【0041】

第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値は、本実施形態では、第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高い。そのため、第４層１３３ｃを、第２活性層１３２から第４層１３３ｃよりも上方に位置する第９層１３３ｄおよび第１０層１３３ｅ等に電子が向かうことを低減する電子ブロック層として機能させることができる。また、第２活性層１３２上に配置される第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値を低くすることで、第２ｐ側層１３３から第２活性層１３２への正孔の注入効率を向上できる。

【0042】

また、本実施形態では、第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高く、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値よりも低い。すなわち、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値＞第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値＞第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値＞第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値である。第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値は、例えば、１５％以上２５％以下である。ただし、第１層１１４ａのＡｌ組成比の値、第２層１１４ｃのＡｌ組成比の値、第３層１３３ａのＡｌ組成比の値、および第４層１３３ｃのＡｌ組成比の値は、上記の関係に限定されない。

【0043】

第９層１３３ｄは、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたＧａＮを含む。ただし、第９層１３３ｄには、ｐ型不純物であるＭｇがドープされてもよい。

【0044】

第１０層１３３ｅは、例えば、１以上のｐ型半導体層を含む。第１０層１３３ｅにおけるｐ型半導体層は、例えば、ｐ型不純物であるＭｇがドープされたＧａＮを含む。第１０層１３３ｅは、例えばアンドープの半導体層をさらに含んでもよい。第１０層１３３ｅにおけるアンドープの半導体層は、例えば、ＧａＮを含む。

【0045】

第３層１３３ａの厚みは、例えば、第１層１１４ａの厚みと概ね同じである。第８層１３３ｂの厚みは、例えば、第５層１１４ｂの厚みと概ね同じである。第４層１３３ｃの厚みは、例えば、第２層１１４ｃの厚みと概ね同じである。第９層１３３ｄの厚みは、例えば、第６層１１４ｄの厚みと概ね同じである。ただし、これらの層１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１４４ｄ、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３３ｄの厚みの関係は、上記に限定されない。

【0046】

ｎ側電極１３は、図１に示すように、第１ｎ側層１１２の第１面１１２ｓ１上に配置されている。ｎ側電極１３は、第１ｎ側層１１２に電気的に接続されている。ｐ側電極１４は、第２ｐ側層１３３上に配置されている。ｐ側電極１４は、第２ｐ側層１３３に電気的に接続されている。ｎ側電極１３とｐ側電極１４との間に順方向電圧Ｖｆを印加することで第１活性層１１３および第２活性層１３２が発光する。

【0047】

ｎ側電極１３とｐ側電極１４との間に順方向電圧Ｖｆが印加された場合、すなわち、ｐ側電極１４に正電位が、ｎ側電極１３にｐ側電極１４よりも低い電位が印加された場合、第２ｎ側層１３１と、第１ｐ側層１１４との間には逆方向電圧が印加される。そのため、第２ｎ側層１３１と、第１ｐ側層１１４との間に電流を流すために、中間層１２０によるトンネル効果を利用する。第１ｐ側層１１４の価電子帯に存在する電子を、第２ｎ側層１３１の伝導帯にトンネリングさせることで電流を流す。

【0048】

このようなトンネル効果を得るために、前述したように、中間層１２０は、第１ｎ側層１１２および第２ｎ側層１３１のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型半導体層を含む。例えば、この中間層１２０におけるｎ型半導体層と第１ｐ側層１１４とにより、ｐｎ接合を形成してもよい。また、例えば、中間層１２０は、この中間層１２０におけるｎ型半導体層よりも下方に、第１ｐ側層１１４のｐ型不純物濃度よりも高いｐ型不純物濃度を有するｐ型半導体層をさらに含んでいてもよい。中間層１２０が上記したｎ型半導体層およびｐ型半導体層を含む場合、中間層１２０におけるｎ型半導体層とｐ型半導体層とにより、ｐｎ接合を形成してもよい。ｐｎ接合を形成する半導体層に含まれる各導電型不純物の濃度を高くすることで、ｐｎ接合により形成される空乏層の幅を狭くすることができる。そして、空乏層の幅が狭いほど、電圧印加時に、第１ｐ側層１１４の価電子帯に存在する電子が、空乏層をトンネリングし、第２ｎ側層１３１の伝導帯に移動しやすくなる。

【0049】

上述した実施形態では、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値が、２５％以上３５％以下である例を説明したが、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値を、例えば、８％以上２５％以下としてもよい。この場合は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値を、例えば、３％以上７％以下としてもよい。これにより、第１ｐ側層１１４から第１活性層１１３への正孔の注入効率をさらに向上できる。この場合、第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値、及び第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値よりも高い。

【0050】

次に、発光素子１０の製造方法を説明する。
図３は、本実施形態に係る発光素子１０の製造方法を示すフローチャートである。
図４Ａは、図３の第１ｐ側層１１４を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。
図４Ｂは、図３の第２ｐ側層１３３を形成する工程の詳細を示すフローチャートである。
図５は、本実施形態に係る発光素子１０の製造過程を説明するための断面図である。
図６は、本実施形態に係る発光素子１０の製造過程を説明するための断面図である。
図７は、本実施形態に係る発光素子１０の製造過程を説明するための断面図である。
図８は、本実施形態に係る発光素子１０の製造過程を説明するための断面図である。

【0051】

発光素子１０の製造方法を、図３を参照して概説する。発光素子１０の製造方法は、第１発光部１１０を形成する工程Ｓ１と、中間層１２０を形成する工程Ｓ２と、第２発光部１３０を形成する工程Ｓ３と、ｎ側電極１３およびｐ側電極１４を形成する工程Ｓ４と、を備える。

【0052】

半導体構造体１２に含まれる第１発光部１１０、中間層１２０、および第２発光部１３０は、例えば、圧力および温度の調整が可能な炉内において、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法により形成される。具体的には、半導体構造体１２は、炉内にキャリアガスおよび原料ガスを供給することで形成される。

【0053】

キャリアガスとしては、例えば、水素（Ｈ_２）ガスまたは窒素（Ｎ_２）ガス等を用いることができる。

【0054】

原料ガスは、形成する半導体層に応じて適宜選択される。Ｇａを含む半導体層を形成する場合は、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスまたはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガス等のＧａを含む原料ガスが用いられる。Ｎを含む半導体層を形成する場合は、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）ガス等のＮを含む原料ガスが用いられる。Ａｌを含む半導体層を形成する場合は、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス等のＡｌを含む原料ガスが用いられる。Ｉｎを含む半導体層を形成する場合は、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等のＩｎを含む原料ガスが用いられる。Ｓｉを含む半導体層を形成する場合は、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス等のＳｉを含むガスが用いられる。Ｍｇを含む半導体層を形成する場合は、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガス等のＭｇを含む原料ガスが用いられる。なお、以下において、炉内に、一の元素を含む原料ガスおよび他の元素を含む原料ガスを供給することを、単に「一の元素および他の元素を含む原料ガスを供給する」ともいう。以下、各工程について詳述する。

【0055】

先ず、第１発光部１１０を形成する工程Ｓ１を行う。
第１発光部１１０を形成する工程Ｓ１は、下地層１１１を形成する工程Ｓ１１と、第１ｎ側層１１２を形成する工程Ｓ１２と、第１活性層１１３を形成する工程Ｓ１３と、第１ｐ側層１１４を形成する工程Ｓ１４と、を含む。

【0056】

下地層１１１を形成する工程Ｓ１１においては、炉内に、下地層１１１に対応するキャリアガスおよび原料ガスを供給する。これにより、下地層１１１を基板１１上に形成する。

【0057】

第１ｎ側層１１２を形成する工程Ｓ１２においては、炉内に、第１ｎ側層１１２に対応するキャリアガスおよび原料ガスを供給する。これにより、第１ｎ側層１１２を下地層１１１上に形成する。

【0058】

第１活性層１１３を形成する工程Ｓ１３は、炉内に、第１活性層１１３に対応するキャリアガスおよび原料ガスを供給する。これにより、第１活性層１１３を第１ｎ側層１１２上に形成する。

【0059】

第１ｐ側層１１４を形成する工程Ｓ１４は、図４Ａに示すように、第１層１１４ａを形成する工程Ｓ１４ａと、第５層１１４ｂを形成する工程Ｓ１４ｂと、第２層１１４ｃを形成する工程Ｓ１４ｃと、第６層１１４ｄを形成する工程Ｓ１４ｄと、第７層１１４ｅを形成する工程Ｓ１４ｅと、を有する。

【0060】

第１層１１４ａを形成する工程Ｓ１４ａでは、例えば、炉内に、Ａｌ、Ｇａ、およびＮを含む原料ガスと、ｐ型不純物であるＭｇを含む原料ガスとを供給する。これにより、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む第１層１１４ａを第１活性層１１３上に形成する。

【0061】

第５層１１４ｂを形成する工程Ｓ１４ｂでは、例えば、炉内に、Ａｌ、Ｇａ、およびＮを含む原料ガスを供給する。この際、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含む原料ガスは供給しない。これにより、アンドープのＡｌＧａＮを含む第５層１１４ｂを第１層１１４ａ上に形成する。

【0062】

本実施形態では、第５層１１４ｂを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第５層１１４ｂを形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＮを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第５層１１４ｂを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量と概ね同じである。これにより、第５層１１４ｂにおけるＡｌの組成比の値が、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値と概ね同じとなる。

【0063】

第２層１１４ｃを形成する工程Ｓ１４ｃでは、例えば、炉内に、Ａｌ、Ｇａ、およびＮを含む原料ガスと、ｐ型不純物であるＭｇを含む原料ガスとを供給する。これにより、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む第２層１１４ｃを第５層１１４ｂ上に形成する。

【0064】

本実施形態では、第２層１１４ｃを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第２層１１４ｃを形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＮを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第２層１１４ｃを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量よりも多い。これにより、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値を、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高くできる。

【0065】

さらに、本実施形態では、第２層１１４ｃを形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量よりも少ない。これにより、第２ｐ型不純物濃度を、第１ｐ型不純物濃度よりも低くできる。

【0066】

第６層１１４ｄを形成する工程Ｓ１４ｄでは、例えば、炉内に、ＧａおよびＮを含む原料ガスを供給する。この際、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含む原料ガスは供給しない。これにより、アンドープのＧａＮを含む第６層１１４ｄを第２層１１４ｃ上に形成する。

【0067】

第７層１１４ｅを形成する工程Ｓ１４ｅでは、例えば、アンドープの半導体層と、ｐ型半導体層と、を形成する。アンドープの半導体層は、炉内に、ＧａおよびＮを含む原料ガスを供給し、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含む原料ガスは供給しないことで形成する。ｐ型半導体層は、炉内に、ＧａおよびＮを含む原料ガスと、ｐ型不純物であるＭｇを含む原料ガスと、を供給することで形成する。

【0068】

以上により、図５に示すように、下地層１１１、第１ｎ側層１１２、第１活性層１１３、および第１ｐ側層１１４を含む第１発光部１１０を、基板１１上に形成する。

【0069】

次に、中間層１２０を形成する工程Ｓ２を行う。
中間層１２０を形成する工程Ｓ２では、例えば、炉内に、キャリアガスと、ＧａおよびＮを含む原料ガスと、ｎ型不純物であるＳｉを含む原料ガスとを供給する。これにより、図６に示すように、中間層１２０を第１発光部１１０上に形成する。なお、中間層１２０は、ＭＯＣＶＤ法ではなく、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法で形成してもよい。

【0070】

次に、第２発光部１３０を形成する工程Ｓ３を行う。
第２発光部１３０を形成する工程Ｓ３は、図３に示すように、第２ｎ側層１３１を形成する工程Ｓ３１と、第２活性層１３２を形成する工程Ｓ３２と、第２ｐ側層１３３を形成する工程Ｓ３３と、を含む。

【0071】

第２ｎ側層１３１を形成する工程Ｓ３１においては、炉内に、第２ｎ側層１３１に対応するキャリアガスおよび原料ガスを供給する。これにより、第２ｎ側層１３１を中間層１２０上に形成する。

【0072】

第２活性層１３２を形成する工程Ｓ３２は、炉内に、第２活性層１３２に対応するキャリアガスおよび原料ガスを供給する。これにより、第２活性層１３２を第２ｎ側層１３１上に形成する。

【0073】

第２ｐ側層１３３を形成する工程Ｓ３３は、図４Ｂに示すように、第３層１３３ａを形成する工程Ｓ３３ａと、第８層１３３ｂを形成する工程Ｓ３３ｂと、第４層１３３ｃを形成する工程Ｓ３３ｃと、第９層１３３ｄを形成する工程Ｓ３３ｄと、第１０層１３３ｅを形成する工程Ｓ３３ｅと、を有する。

【0074】

第３層１３３ａを形成する工程Ｓ３３ａでは、例えば、炉内に、Ａｌ、Ｇａ、およびＮを含む原料ガスと、ｐ型不純物であるＭｇを含む原料ガスとを供給する。これにより、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む第３層１３３ａを第２活性層１３２上に形成する。

【0075】

本実施形態では、第３層１３３ａを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第３層１３３ａを形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＮを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第３層１３３ａを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量よりも少ない。これにより、第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値が、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも低くなる。

【0076】

また、本実施形態では、第３層１３３ａを形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量が、第１層１１４ａを形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量よりも多い。そのため、第３ｐ型不純物濃度を第１ｐ型不純物濃度よりも高くできる。

【0077】

第８層１３３ｂを形成する工程Ｓ３３ｂでは、例えば、炉内に、Ａｌ、Ｇａ、およびＮを含む原料ガスを供給する。この際、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含む原料ガスは供給しない。これにより、アンドープのＡｌＧａＮを含む第８層１３３ｂを第３層１３３ａ上に形成する。

【0078】

本実施形態では、第８層１３３ｂを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第３層１３３ａを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第８層１３３ｂを形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第３層１３３ａを形成する際のＮを含む原料ガスの流量と概ね同じである。第８層１３３ｂを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第３層１３３ａを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量と同じである。これにより、第８層１３３ｂにおけるＡｌの組成比の値が、第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値と概ね同じとなる。

【0079】

第４層１３３ｃを形成する工程Ｓ３３ｃでは、例えば、炉内に、Ａｌ、Ｇａ、およびＮを含む原料ガスと、ｐ型不純物であるＭｇを含む原料ガスとを供給する。これにより、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む第４層１３３ｃを第８層１３３ｂ上に形成する。

【0080】

本実施形態では、第４層１３３ｃを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と同じである。第４層１３３ｃを形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＮを含む原料ガスの流量と同じである。第４層１３３ｃを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第１層１１４ａを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量よりも多く、第２層１１４ｃを形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量よりも少ない。これにより、第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値を、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高く、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値よりも低くできる。

【0081】

さらに、本実施形態では、第４層１３３ｃを形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量は、第３層１３３ａを形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量よりも少なく、第２層１１４ｃを形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量よりも多い。これにより、第４ｐ型不純物濃度を、第３ｐ型不純物濃度よりも低く、第２ｐ型不純物濃度よりも高くできる。

【0082】

第９層１３３ｄを形成する工程Ｓ３３ｄでは、例えば、炉内に、ＧａおよびＮを含む原料ガスを供給する。この際、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含む原料ガスは供給しない。これにより、アンドープのＧａＮを含む第９層１３３ｄを第４層１３３ｃ上に形成する。ただし、この際、Ｍｇ等のｐ型不純物を含む原料ガスを供給してもよい。

【0083】

第１０層１３３ｅを形成する工程Ｓ３３ｅでは、例えば、アンドープの半導体層と、ｐ型半導体層と、を形成する。アンドープの半導体層は、炉内に、ＧａおよびＮを含む原料ガスを供給し、ｎ型不純物およびｐ型不純物を含む原料ガスは供給しないことで形成される。ｐ型半導体層は、炉内に、ＧａおよびＮを含む原料ガスと、ｐ型不純物であるＭｇを含む原料ガスと、を供給することで形成される。

【0084】

以上により、図７に示すように、第２ｎ側層１３１、第２活性層１３２、および第２ｐ側層１３３を含む第２発光部１３０を、中間層１２０上に形成する。

【0085】

次に、ｎ側電極１３およびｐ側電極１４を形成する工程Ｓ４を行う。
ｎ側電極１３およびｐ側電極１４を形成する工程Ｓ４では、先ず、図８に示すように、半導体構造体１２の一部を除去して、第１ｎ側層１１２の第１面１１２ｓ１および第３面１１２ｓ３を、第１活性層１１３、第１ｐ側層１１４、中間層１２０、および第２発光部１３０から露出させる。半導体構造体１２の一部は、例えば、レジストを用いて選択的にエッチングすることにより除去することができる。

【0086】

次に、露出した第１面１１２ｓ１の上にｎ側電極１３を形成する。また、第２ｐ側層１３３上にｐ側電極１４を形成する。ｎ側電極１３およびｐ側電極１４は、例えば、スパッタリング法または蒸着法により形成することができる。

【0087】

以上により、発光素子１０を得ることができる。ただし、発光素子１０の製造方法は、上記の方法に限定されない。例えば、発光素子１０の製造方法は、下地層１１１を形成する工程Ｓ１１を含まず、基板１１上に第１ｎ側層１１２が直接形成されてもよい。

【0088】

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態に係る発光素子１０は、第１発光部１１０と、中間層１２０と、第２発光部１３０と、を備える。第１発光部１１０は、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第１ｎ側層１１２と、第１活性層１１３と、第１ｐ側層１１４と、を含む。中間層１２０は、第１発光部１１０の上方に配置され、ｎ型不純物を含む窒化物半導体からなる。第２発光部１３０は、中間層１２０の上方に配置される。第２発光部１３０は、下方から上方に向かって順に、それぞれが窒化物半導体からなる、第２ｎ側層１３１と、第２活性層１３２と、第２ｐ側層１３３と、を含む。中間層１２０のｎ型不純物濃度は、第１ｎ側層１１２のｎ型不純物濃度よりも高い。第１ｐ側層１１４は、ＡｌおよびＧａを含み、第１ｐ型不純物濃度を有する第１層１１４ａと、第１層１１４ａよりも上方に配置され、ＡｌおよびＧａを含み、第２ｐ型不純物濃度を有する第２層１１４ｃと、を有する。第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高い。第２ｐ型不純物濃度は、第１ｐ型不純物濃度よりも低い。

【0089】

このように第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高いため、第２層１１４ｃを電子ブロック層として機能させつつ、第１ｐ側層１１４から第１活性層１１３への正孔の注入効率を向上できる。さらに、第２ｐ型不純物濃度は、第１ｐ型不純物濃度よりも低いため、第１ｐ側層１１４から中間層１２０側に拡散するｐ型不純物の量を低減することができる。これにより、第２ｐ型不純物濃度よりも高い第１ｐ型不純物濃度の第１ｐ側層１１４から第１活性層１１３への正孔の注入効率を向上できる。以上により、発光素子１０の順方向電圧Ｖｆを低減できる。

【0090】

また、第２ｐ側層１３３は、ＡｌおよびＧａを含み、第３ｐ型不純物濃度を有する第３層１３３ａと、第３層１３３ａよりも上方に配置され、ＡｌおよびＧａを含み、第４ｐ型不純物濃度を有する第４層１３３ｃと、を有する。第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値は、第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値よりも高い。第４ｐ型不純物濃度は、第３ｐ型不純物濃度よりも低い。このように第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値は、第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値よりも高いため、第４層１３３ｃを電子ブロック層として機能させつつ、第３層１３３ａから第２活性層１３２への正孔の注入効率を向上できる。さらに、第３ｐ型不純物濃度が第４ｐ型不純物濃度よりも高いため、第２ｐ側層１３３から第２活性層１３２への正孔の注入効率を向上できる。また、例えば１００℃以上の高温下で発光素子１０を駆動する場合に、発光素子１０の出力が低下することを低減できる。

【0091】

また、第４層１３３ｃにおけるＡｌの組成比の値は、第２層１１４ｃにおけるＡｌの組成比の値よりも低く、第３層１３３ａにおけるＡｌの組成比の値は、第１層１１４ａにおけるＡｌの組成比の値よりも低い。これにより、第２活性層１３２に正孔が供給されやすくなり、順方向電圧Ｖｆを低減できる。

【0092】

また、第１ｐ型不純物濃度は、第３ｐ型不純物濃度よりも低く、第２ｐ型不純物濃度は、第４ｐ型不純物濃度よりも低い。そのため、第１ｐ側層１１４から中間層１２０に拡散するｐ型不純物の量を低減しつつ、第２ｐ側層１３３から第２活性層１３２への正孔の注入効率を向上できる。

【0093】

＜実施例＞
次に、実施例および参考例について説明する。
参考例および実施例１～３に係る発光素子を作成した。参考例および実施例１～３に係る発光素子は、それぞれ、図１に示す発光素子１０と同様の層構造を有する。参考例および実施例１～３に係る発光素子は、それぞれ、下記の表に示すＡｌを含む原料ガスの流量およびＭｇを含む原料ガスの流量で、第１ｐ側層の第１層、第５層、および第２層と、第２ｐ側層の第３層、第８層、および第４層を形成し、その他の層の形成方法が共通するように作成した。

【0094】

【表1】

【0095】

なお、上記の表において、流量Ｆ２は、流量Ｆ１よりも多い。以下、参考例および実施例１～３に係る発光素子の製造方法について詳述する。

【0096】

先ず、サファイアからなる基板上に、アンドープのＧａＮ層を含む厚み約５μｍの下地層を形成した。

【0097】

次に、下地層上に、ＳｉがドープされたＧａＮ層と、アンドープのＧａＮ層とを含む厚み約５．５μｍの第１ｎ側層を形成した。

【0098】

次に、第１ｎ側層上に、アンドープのＧａＮ層を含む複数の障壁層と、アンドープのＩｎＧａＮ層を含む複数の井戸層と、を含む厚み約５０ｎｍの第１活性層を形成した。第１活性層は、障壁層と井戸層のペアを７組含むように形成した。

【0099】

次に、第１活性層上に、第１層、第５層、第２層、第６層、および第７層を含む第１ｐ側層を形成した。

【0100】

第１層は、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層を含む。第１層の厚みは、約５ｎｍである。参考例および実施例１～３においては、第１層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量を概ね同じ流量とし、第１層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量を概ね同じ流量とした。また、参考例および実施例１～３のいずれにおいても、第１層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、概ね同じ流量Ｆ１とした。

【0101】

参考例においては、第１層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量を流量Ｆ３とした。実施例１～３においては、それぞれ、第１層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ３の１．２５倍の流量とした。

【0102】

第５層は、アンドープのＡｌＧａＮを含む。第５層の厚みは、約２ｎｍである。参考例および実施例１～３においては、第５層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第１層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と概ね同じとし、第５層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第１層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量と概ね同じとし、第５層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第１層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量と概ね同じとした。したがって、参考例および実施例１～３のいずれにおいても、第５層におけるＡｌの組成比の値は、第１層におけるＡｌの組成比の値と概ね同じである。

【0103】

第２層は、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む。第２層の厚みは、約５ｎｍである。参考例および実施例１～３においては、第２層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第１層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と同じとし、第２層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第１層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量と同じとした。また、参考例および実施例１～３のいずれにおいても、第２層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ１より多い流量Ｆ２とした。したがって、参考例および実施例１～３のいずれにおいても、第２層におけるＡｌの組成比の値は、第１層におけるＡｌの組成比の値よりも高い。

【0104】

また、参考例においては、第２層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量を、第１層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量と同じ流量Ｆ３とした。したがって、参考例では、第２ｐ型不純物濃度は、第１ｐ型不純物濃度と概ね同じである。

【0105】

実施例１～３においては、第２層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量を、流量Ｆ３の０．５倍の流量とした。したがって、実施例１～３では、第２ｐ型不純物濃度は、第１ｐ型不純物濃度よりも低い。

【0106】

第６層は、アンドープのＧａＮを含む。第６層の厚みは、約３ｎｍである。

【0107】

第７層は、アンドープのＧａＮと、ＭｇがドープされたＧａＮと、を含む。第７層の厚みは、約７０ｎｍである。

【0108】

次に、第１ｐ側層上に、ＳｉがドープされたＧａＮ層を含む厚み約１４０ｎｍの中間層を形成した。

【0109】

次に、中間層上に、複数のＳｉがドープされたＩｎＧａＮ層と、複数のＳｉがドープされたＧａＮ層とを含む厚み約５６ｎｍの第２ｎ側層を形成した。

【0110】

次に、第２ｎ側層上に、アンドープのＧａＮからなる複数の障壁層と、アンドープのＩｎＧａＮからなる複数の井戸層と、を含む厚み約５０ｎｍの第２活性層を形成した。第２活性層は、障壁層と井戸層のペアを７組含むように形成した。

【0111】

次に、第２活性層上に、第３層、第８層、第４層、第９層、および第１０層を含む第２ｐ側層を形成した。

【0112】

第３層は、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む。第３層の厚みは、約５ｎｍである。参考例および実施例１～３においては、第３層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量を、第１層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と概ね同じとし、第３層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量を、第１層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量と概ね同じとした。

【0113】

また、参考例、実施例１、および実施例２においては、第３層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第１層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量と同じ流量Ｆ１とした。したがって、参考例、実施例１および実施例２では、第３層におけるＡｌの組成比の値は、第１層におけるＡｌの組成比の値と概ね同じである。

【0114】

実施例３においては、第３層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ１の０．７５倍とした。すなわち、実施例３では、第３層におけるＡｌの組成比の値が、第１層におけるＡｌの組成比の値よりも低い。

【0115】

また、参考例においては、第３層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量を、第１層を形成する際のＭｇを原料ガスの流量と同じ流量Ｆ３とした。実施例１および実施例３においては、第３層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ３の１．２５倍の流量とした。すなわち、参考例、実施例１、および実施例３においては、第３ｐ型不純物濃度が、第１ｐ型不純物濃度と概ね同じである。

【0116】

実施例２においては、第３層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ３の１．５倍の流量とした。すなわち、実施例２においては、第３ｐ型不純物濃度が、第１ｐ型不純物濃度よりも高い。

【0117】

第８層は、アンドープのＡｌＧａＮを含む。第８層の厚みは、約２ｎｍである。参考例および実施例１～３においては、第８層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第３層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と概ね同じとし、第８層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第３層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量と概ね同じとし、第８層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第３層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量と概ね同じとした。したがって、参考例および実施例１～３のいずれにおいても、第８層におけるＡｌの組成比の値は、第３層におけるＡｌの組成比の値と概ね同じである。

【0118】

第４層は、ＭｇがドープされたＡｌＧａＮを含む。第４層の厚みは、約５ｎｍである。参考例および実施例１～３においては、第４層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量は、第３層を形成する際のＧａを含む原料ガスの流量と同じとし、第４層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量は、第３層を形成する際のＮを含む原料ガスの流量と同じとした。

【0119】

また、参考例、実施例１および実施例２においては、第４層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、第３層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量Ｆ１よりも多く、第２層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量と同じ流量Ｆ２とした。したがって、参考例、実施例１および実施例２においては、第４層におけるＡｌの組成比の値は、第３層におけるＡｌの組成比の値よりも高く、第２層におけるＡｌの組成比の値と概ね同じである。

【0120】

実施例３においては、第４層を形成する際のＡｌを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ２の０．７５倍とした。したがって、実施例３においては、第４層におけるＡｌの組成比の値は、第３層におけるＡｌの組成比の値よりも高く、第２層におけるＡｌの組成比の値よりも低い。

【0121】

また、参考例においては、第４層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量を、第１層、第２層、および第３層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量と概ね同じ流量Ｆ３とした。したがって、参考例においては、第４ｐ型不純物濃度は、第２ｐ型不純物濃度および第３ｐ型不純物濃度と概ね同じである。

【0122】

実施例１および実施例３においては、第４層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ３の０．５倍の流量とした。したがって、実施例１および実施例３においては、第４ｐ型不純物濃度は、第２ｐ型不純物濃度と概ね同じであり、第３ｐ型不純物濃度よりも低い。

【0123】

実施例２においては、第４層を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量は、流量Ｆ３の１．５倍の流量とした。すなわち、実施例２においては、第４ｐ型不純物濃度は、第２ｐ型不純物濃度よりも高く、第３ｐ型不純物濃度と概ね同じである。

【0124】

第９層は、アンドープのＧａＮ層を含む。第９層の厚みは、約３ｎｍである。

【0125】

第１０層は、アンドープのＧａＮ層と、ＭｇがドープされたＧａＮ層と、を含む。第１０層の厚みは、約１００ｎｍである。

【0126】

次に、第１ｎ側層、第１活性層、第１ｐ側層、中間層、第２ｎ側層、第２活性層、および第２ｐ側層の一部を除去して、露出した第１ｎ側層上にｎ側電極を形成し、第２ｐ側層上にｐ側電極を形成した。

【0127】

図９Ａは、参考例および実施例１～３に係る発光素子の各順方向電圧Ｖｆを正規化した値Ｖｆ／Ｖｆｒｅｆを示すグラフである。
図９Ｂは、参考例および実施例１～３に係る発光素子の各出力Ｐｏを正規化した値Ｐｏ／Ｐｏｒｅｆを示すグラフである。
作成した参考例および実施例１～３に係る発光素子の順方向電圧Ｖｆをそれぞれ測定した。その結果を図９Ａに示す。なお、図９Ａの縦軸は、参考例における順方向電圧Ｖｆを基準となる順方向電圧Ｖｆｒｅｆとし、測定した各順方向電圧Ｖｆを基準となる順方向電圧Ｖｆｒｅｆで除算することにより、正規化した値である。

【0128】

同様に、作成した参考例および実施例１～３に係る発光素子の出力Ｐｏをそれぞれ測定した。その結果を図９Ｂに示す。なお、図９Ｂの縦軸は、参考例における出力Ｐｏを基準となる出力Ｐｏｒｅｆとし、測定した各出力Ｐｏを基準となる出力Ｐｏｒｅｆで除算することにより、正規化した値である。

【0129】

実施例１の順方向電圧Ｖｆは、参考例の順方向電圧Ｖｆより低く、実施例１の出力Ｐｏは、参考例の出力Ｐｏよりも高い。実施例１は、第２ｐ型不純物濃度が第１ｐ型不純物濃度よりも低く、第４ｐ型不純物濃度が第３ｐ型不純物濃度よりも低い点において、参考例と相違する。実施例１では、第２ｐ型不純物濃度を第１ｐ型不純物濃度よりも低くすることで、第１ｐ側層から中間層１２０側に拡散するＭｇの量を低減することができる。これにより、第２ｐ型不純物濃度よりも高い第１ｐ型不純物濃度の第１ｐ側層から第１活性層への正孔の注入効率を向上できたと考えられる。また、第３ｐ型不純物濃度を第４ｐ型不純物濃度よりも高くすることで、第２ｐ側層から第２活性層への正孔の注入効率を向上できたと考えられる。そのため、順方向電圧Ｖｆを低減し、出力Ｐｏを向上できたと考えられる。したがって、第２ｐ型不純物濃度が第１ｐ型不純物濃度よりも低く、第４ｐ型不純物濃度が第３ｐ型不純物濃度よりも低いことが好ましい。

【0130】

また、実施例２の順方向電圧Ｖｆは、実施例１の順方向電圧Ｖｆより低く、実施例２の出力Ｐｏは、実施例１の出力Ｐｏよりも高い。実施例２においては、第３ｐ型不純物濃度が第１ｐ型不純物濃度よりも高く、第４ｐ型不純物濃度が第２ｐ型不純物濃度よりも高い点において、実施例１と相違する。実施例２においては、第３ｐ型不純物濃度を第１ｐ型不純物濃度よりも高く、第４ｐ型不純物濃度を第２ｐ型不純物濃度よりも高くしたことで、第１ｐ側層から中間層側に拡散するＭｇの量を低減しつつ、第２ｐ側層から第２活性層への正孔の注入効率を向上できたと考えられる。そのため、順方向電圧Ｖｆを低減し、出力Ｐｏを向上できたと考えられる。したがって、第３ｐ型不純物濃度が第１ｐ型不純物濃度よりも高く、第４ｐ型不純物濃度が第２ｐ型不純物濃度よりも高いことが好ましい。

【0131】

また、実施例３の順方向電圧Ｖｆは、実施例１の順方向電圧Ｖｆより低く、実施例３の出力Ｐｏは、実施例１の出力Ｐｏよりも高い。実施例３は、第３層のＡｌの組成比の値が第１層のＡｌの組成比の値よりも低く、第４層のＡｌの組成比の値が第２層のＡｌの組成比の値よりも低い点において、実施例１と相違する。これにより、実施例３においては、第２活性層に正孔が供給されやすくなり、順方向電圧Ｖｆを低減できたと考えられる。したがって、第３層のＡｌの組成比の値が第１層のＡｌの組成比の値よりも低く、第４層のＡｌの組成比の値が第２層のＡｌの組成比の値よりも低いことが好ましい。

【符号の説明】

【0132】

１０ ：発光素子
１１ ：基板
１２ ：半導体構造体
１３ ：ｎ側電極
１４ ：ｐ側電極
１１０ ：第１発光部
１１１ ：下地層
１１２ ：第１ｎ側層
１１２ｓ１ ：第１面
１１２ｓ２ ：第２面
１１２ｓ３ ：第３面
１１３ ：第１活性層
１１４ ：第１ｐ側層
１１４ａ ：第１層
１１４ｂ ：第５層
１１４ｃ ：第２層
１１４ｄ ：第６層
１１４ｅ ：第７層
１２０ ：中間層
１３０ ：第２発光部
１３１ ：第２ｎ側層
１３２ ：第２活性層
１３３ ：第２ｐ側層
１３３ａ ：第３層
１３３ｂ ：第８層
１３３ｃ ：第４層
１３３ｄ ：第９層
１３３ｅ ：第１０層

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】