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(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】P2023008449
(43)【公開日】2023-01-19
(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/06 20100101AFI20230112BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20230112BHJP
H01L 33/14 20100101ALI20230112BHJP
【ＦＩ】
H01L33/06
H01L33/32
H01L33/14
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021112014
(22)【出願日】2021-07-06
(71)【出願人】
【識別番号】000226242
【氏名又は名称】日機装株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002583
【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松倉 勇介
(72)【発明者】
【氏名】ペルノ シリル
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA04
5F241CA04
5F241CA05
5F241CA13
5F241CA22
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA66
5F241CA74
5F241CB05
5F241CB11
(57)【要約】
【課題】発光出力を向上させることができる窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光素子は、少なくとも１つの井戸層を備える活性層と、活性層の一方側に位置するｐ型半導体層と、活性層とｐ型半導体層との間に位置する電子ブロック積層体と、を備える。電子ブロック積層体は、第１電子ブロック層と、第１電子ブロック層よりもｐ型半導体層側に位置するとともに、第１電子ブロック層よりもＡｌ組成比が小さい第２電子ブロック層とを有する。活性層における井戸層の総数をＮとし、第１電子ブロック層の膜厚を膜厚ｄ［ｎｍ］とし、第２電子ブロック層のＡｌ組成比をＡｌ組成比ｘ［％］としたとき、第１電子ブロック層の膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす。
【選択図】図３
【解決手段】窒化物半導体発光素子は、少なくとも１つの井戸層を備える活性層と、活性層の一方側に位置するｐ型半導体層と、活性層とｐ型半導体層との間に位置する電子ブロック積層体と、を備える。電子ブロック積層体は、第１電子ブロック層と、第１電子ブロック層よりもｐ型半導体層側に位置するとともに、第１電子ブロック層よりもＡｌ組成比が小さい第２電子ブロック層とを有する。活性層における井戸層の総数をＮとし、第１電子ブロック層の膜厚を膜厚ｄ［ｎｍ］とし、第２電子ブロック層のＡｌ組成比をＡｌ組成比ｘ［％］としたとき、第１電子ブロック層の膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの井戸層を備える活性層と、
前記活性層の一方側に位置するｐ型半導体層と、
前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に位置する電子ブロック積層体と、を備え、
前記電子ブロック積層体は、第１電子ブロック層と、前記第１電子ブロック層よりも前記ｐ型半導体層側に位置するとともに、前記第１電子ブロック層よりもＡｌ組成比が小さい第２電子ブロック層とを有し、
前記活性層における前記井戸層の総数をＮとし、前記第１電子ブロック層の膜厚を膜厚ｄ［ｎｍ］とし、前記第２電子ブロック層のＡｌ組成比をＡｌ組成比ｘ［％］としたとき、前記第１電子ブロック層の前記膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、前記第２電子ブロック層の前記Ａｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす、
窒化物半導体発光素子。
前記活性層の一方側に位置するｐ型半導体層と、
前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に位置する電子ブロック積層体と、を備え、
前記電子ブロック積層体は、第１電子ブロック層と、前記第１電子ブロック層よりも前記ｐ型半導体層側に位置するとともに、前記第１電子ブロック層よりもＡｌ組成比が小さい第２電子ブロック層とを有し、
前記活性層における前記井戸層の総数をＮとし、前記第１電子ブロック層の膜厚を膜厚ｄ［ｎｍ］とし、前記第２電子ブロック層のＡｌ組成比をＡｌ組成比ｘ［％］としたとき、前記第１電子ブロック層の前記膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、前記第２電子ブロック層の前記Ａｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす、
窒化物半導体発光素子。
【請求項2】
前記活性層は、複数の前記井戸層を有し、
前記複数の井戸層のうち、前記ｐ型半導体層から最も遠い位置に形成された井戸層を最遠井戸層としたとき、前記最遠井戸層の膜厚が、前記複数の井戸層のうちの前記最遠井戸層以外の井戸層のそれぞれの膜厚よりも１ｎｍ以上大きく、かつ、前記最遠井戸層のＡｌ組成比が、前記複数の井戸層のうちの前記最遠井戸層以外の井戸層のそれぞれのＡｌ組成比よりも２％以上大きい、
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
前記複数の井戸層のうち、前記ｐ型半導体層から最も遠い位置に形成された井戸層を最遠井戸層としたとき、前記最遠井戸層の膜厚が、前記複数の井戸層のうちの前記最遠井戸層以外の井戸層のそれぞれの膜厚よりも１ｎｍ以上大きく、かつ、前記最遠井戸層のＡｌ組成比が、前記複数の井戸層のうちの前記最遠井戸層以外の井戸層のそれぞれのＡｌ組成比よりも２％以上大きい、
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項3】
前記井戸層の前記総数Ｎは３であり、
前記第１電子ブロック層の前記膜厚ｄは、１．７ｎｍ以上２．１ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
前記第１電子ブロック層の前記膜厚ｄは、１．７ｎｍ以上２．１ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項4】
前記第２電子ブロック層の前記Ａｌ組成比ｘは、６５％以上７５％以下である、
請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項5】
前記井戸層の前記総数Ｎは１であり、
前記第１電子ブロック層の前記膜厚ｄは、１．３ｎｍ以上１．８ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
前記第１電子ブロック層の前記膜厚ｄは、１．３ｎｍ以上１．８ｎｍ以下である、
請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項6】
前記第２電子ブロック層の前記Ａｌ組成比ｘは、５５％以上６５％以下である、
請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項7】
前記第１電子ブロック層のＡｌ組成比は、８０％以上であり、
前記第２電子ブロック層の膜厚は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
前記第２電子ブロック層の膜厚は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【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する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、活性層上に配された第１の電子ブロック層と、第１の電子ブロック層上に配された第２の電子ブロック層とを備える窒化物半導体発光素子が開示されている。第２の電子ブロック層は、第１の電子ブロック層よりもＡｌ組成比が小さくなるよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－０２７１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子においては、発光出力を向上させる観点から改善の余地がある。
【0005】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、発光出力を向上させることができる窒化物半導体発光素子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】
本発明は、前記の目的を達成するため、少なくとも１つの井戸層を備える活性層と、前記活性層の一方側に位置するｐ型半導体層と、前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に位置する電子ブロック積層体と、を備え、前記電子ブロック積層体は、第１電子ブロック層と、前記第１電子ブロック層よりも前記ｐ型半導体層側に位置するとともに、前記第１電子ブロック層よりもＡｌ組成比が小さい第２電子ブロック層とを有し、前記活性層における前記井戸層の総数をＮとし、前記第１電子ブロック層の膜厚を膜厚ｄ［ｎｍ］とし、前記第２電子ブロック層のＡｌ組成比をＡｌ組成比ｘ［％］としたとき、前記第１電子ブロック層の前記膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、前記第２電子ブロック層の前記Ａｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす、窒化物半導体発光素子を提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、発光出力を向上させることができる窒化物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１の実施の形態における、窒化物半導体発光素子の構成を概略的に示す模式図である。
【図2】第２の実施の形態における、窒化物半導体発光素子の構成を概略的に示す模式図である。
【図3】実験例１における、各試料の第１電子ブロック層の膜厚ｄと発光出力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【0010】
（窒化物半導体発光素子１）
図１は、本形態における窒化物半導体発光素子１の構成を概略的に示す模式図である。なお、図１において、窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう。）の各層の積層方向の寸法比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。
図１は、本形態における窒化物半導体発光素子１の構成を概略的に示す模式図である。なお、図１において、窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう。）の各層の積層方向の寸法比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。
【0011】
本形態の発光素子１は、単一量子井戸構造の井戸層６２を備える発光素子１である。発光素子１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又は半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を構成するものである。本形態において、発光素子１は、紫外領域の波長の光を発する発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を構成するものである。特に、本形態の発光素子１は、中心波長が２００ｎｍ以上３６５ｎｍ以下の深紫外光を発する深紫外ＬＥＤを構成するものである。本形態の発光素子１は、例えば殺菌（例えば空気浄化、浄水等）、医療（例えば光線治療、計測・分析等）、ＵＶキュアリング等の分野において用いることができる。
【0012】
発光素子１は、基板２上に、バッファ層３、ｎ型クラッド層４、組成傾斜層５、活性層６、電子ブロック積層体７、及びｐ型半導体層８を順次備える。基板２上の各層は、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）等の周知のエピタキシャル成長法を用いて形成することができる。また、発光素子１は、ｎ型クラッド層４上に設けられたｎ側電極１１と、ｐ型半導体層８上に設けられたｐ側電極１２とを備える。
【0013】
以下において、基板２、バッファ層３、ｎ型クラッド層４、組成傾斜層５、活性層６、電子ブロック積層体７、及びｐ型半導体層８の積層方向（図１の上下方向）を上下方向という。また、基板２に対して発光素子１の各層が積層された側（すなわち図１の上側）を上側といい、その反対側（すなわち図１の下側）を下側という。上下の表現は便宜的なものであり、例えば発光素子１の使用時における、鉛直方向に対する発光素子１の姿勢を限定するものではない。本形態において、発光素子１を構成する各層は、上下方向に厚みを有する。
【0014】
発光素子１を構成する半導体としては、例えば、ＡｌａＧａｂＩｎ１－ａ－ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）にて表される２～４元系のＩＩＩ族窒化物半導体を用いることができる。なお、深紫外ＬＥＤにおいては、インジウムを含まない窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体が用いられることが多い。ここで、「ＡｌＧａＮ」は、ＩＩＩ族元素の組成（すなわちアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の合計の組成）と窒素（Ｎ）の組成との比が１：１であり、アルミニウムの組成比とガリウムの組成比とを任意とした３元混晶である。また、これらのIII族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等に置き換えてもよい。また、窒素の一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置き換えてもよい。以下、発光素子１の各構成要素について説明する。
【0015】
（基板２）
基板２は、活性層６が発する光（本形態においては深紫外光）を透過する材料からなる。基板２は、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。また、基板２として、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板又は窒化アルミニウムガリウム基板等を用いてもよい。
基板２は、活性層６が発する光（本形態においては深紫外光）を透過する材料からなる。基板２は、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。また、基板２として、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板又は窒化アルミニウムガリウム基板等を用いてもよい。
【0016】
（バッファ層３）
バッファ層３は、基板２上に形成されている。本形態において、バッファ層３は、窒化アルミニウムにより形成されている。なお、基板２が窒化アルミニウム基板又は窒化アルミニウムガリウム基板である場合、バッファ層３は必ずしも設けなくてもよい。
バッファ層３は、基板２上に形成されている。本形態において、バッファ層３は、窒化アルミニウムにより形成されている。なお、基板２が窒化アルミニウム基板又は窒化アルミニウムガリウム基板である場合、バッファ層３は必ずしも設けなくてもよい。
【0017】
（ｎ型クラッド層４）
ｎ型クラッド層４は、バッファ層３上に形成されている。ｎ型クラッド層４は、例えば、ｎ型不純物がドープされたＡｌｑＧａ１－ｑＮ（０≦ｑ≦１）からなる。組成ＡｌｑＧａ１－ｑＮの下付きのｑは、Ａｌ組成比（ＡｌＮモル分率ともいう。）を示している。ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比ｑは、例えば２０％以上であり、２５％以上７０％以下とすることが好ましい。本形態のように、井戸層６２が単一量子井戸構造となるよう形成されている場合、ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比は、４０％以上６０％以下とすることがより好ましい。
ｎ型クラッド層４は、バッファ層３上に形成されている。ｎ型クラッド層４は、例えば、ｎ型不純物がドープされたＡｌｑＧａ１－ｑＮ（０≦ｑ≦１）からなる。組成ＡｌｑＧａ１－ｑＮの下付きのｑは、Ａｌ組成比（ＡｌＮモル分率ともいう。）を示している。ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比ｑは、例えば２０％以上であり、２５％以上７０％以下とすることが好ましい。本形態のように、井戸層６２が単一量子井戸構造となるよう形成されている場合、ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比は、４０％以上６０％以下とすることがより好ましい。
【0018】
ｎ型クラッド層４は、１μｍ以上４μｍ以下の膜厚を有する。活性層６が単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）である場合、ｎ型クラッド層４の膜厚は３μｍ程度が好ましい。活性層６が単一量子井戸構造である場合、格子緩和したｎ型クラッド層４とすることが好ましいところ、ｎ型クラッド層４の膜厚が一定値以上である場合、ｎ型クラッド層４が格子緩和しやすくなる。また、活性層６が多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）である場合、ｎ型クラッド層４の膜厚は２μｍ程度が好ましい。活性層６が多重量子井戸構造である場合、コヒーレント成長したｎ型クラッド層４とすることが好ましいところ、ｎ型クラッド層４の膜厚が一定値以下である場合、コヒーレント成長を促しやすくなる。ｎ型クラッド層４は、単層構造でもよく、複数層構造でもよい。また、本形態において、ｎ型クラッド層４にドーピングするｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を用いた。ｎ型クラッド層４以外の、ｎ型不純物を含む半導体層においても同様である。なお、ｎ型不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）又はテルル（Ｔｅ）等を用いてもよい。
【0019】
（組成傾斜層５）
組成傾斜層５は、ｎ型クラッド層４上に形成されている。組成傾斜層５は、ＡｌｒＧａ１－ｒＮ（０＜ｒ≦１）からなる。組成傾斜層５の上下方向の各位置におけるＡｌ組成比は、上側の位置程大きくなっている。なお、組成傾斜層５は、上下方向の極一部の領域（例えば組成傾斜層５の上下方向の全体の５％以下の領域）に、上側に向かうにつれてＡｌ組成比が大きくならない領域を含んでいてもよい。
組成傾斜層５は、ｎ型クラッド層４上に形成されている。組成傾斜層５は、ＡｌｒＧａ１－ｒＮ（０＜ｒ≦１）からなる。組成傾斜層５の上下方向の各位置におけるＡｌ組成比は、上側の位置程大きくなっている。なお、組成傾斜層５は、上下方向の極一部の領域（例えば組成傾斜層５の上下方向の全体の５％以下の領域）に、上側に向かうにつれてＡｌ組成比が大きくならない領域を含んでいてもよい。
【0020】
組成傾斜層５は、その下端部のＡｌ組成比がｎ型クラッド層４のＡｌ組成比と略同一（例えば差が５％以内）であり、その上端部のＡｌ組成比が第１障壁層６１１のＡｌ組成比と略同一（例えば差が５％以内）であることが好ましい。組成傾斜層５を設けることにより、組成傾斜層５の上下に隣り合う第１障壁層６１１とｎ型クラッド層４との間において、Ａｌ組成比が急変することを防止することができる。これにより、格子不整合に起因する転位の発生を抑制することができる。その結果、活性層６における電子と正孔との非発光性再結合率が低くなり、活性層６から発される光が増える。組成傾斜層５の膜厚は、例えば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることができる。本形態において、組成傾斜層５には、ｎ型不純物としてのシリコンが含まれているが、これに限られない。
【0021】
（活性層６）
活性層６は、組成傾斜層５上に形成されている。本形態において、活性層６は、単一量子井戸構造となるよう形成されている。活性層６は、ｎ型クラッド層４側から順に、第１障壁層６１１、第２障壁層６１２及び井戸層６２を備える。なお、以後、第１障壁層６１１及び第２障壁層６１２を特に区別しない場合は、単に「障壁層６１」という。
活性層６は、組成傾斜層５上に形成されている。本形態において、活性層６は、単一量子井戸構造となるよう形成されている。活性層６は、ｎ型クラッド層４側から順に、第１障壁層６１１、第２障壁層６１２及び井戸層６２を備える。なお、以後、第１障壁層６１１及び第２障壁層６１２を特に区別しない場合は、単に「障壁層６１」という。
【0022】
第１障壁層６１１は、Ａｌｓ１Ｇａ１－ｓ１Ｎ（０＜ｓ１≦１）からなる。本形態において、第１障壁層６１１のＡｌ組成比ｓ１は１００％である。すなわち、本形態において、第１障壁層６１１はＡｌＮからなる。第１障壁層６１１は、井戸層６２への所定エネルギー以下の電子注入を抑制する役割を有する。第１障壁層６１１は、例えば１．０ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の膜厚を有する。
【0023】
第２障壁層６１２は、Ａｌｓ２Ｇａ１－ｓ２Ｎ（０＜ｓ２≦１）からなる。第２障壁層６１２のＡｌ組成比ｓ２は、井戸層６２の後述のＡｌ組成比ｔと第１障壁層６１１のＡｌ組成比ｓ１との間のＡｌ組成比とすることができる。第２障壁層６１２のＡｌ組成比ｓ２は、例えば５５％以上７５％以下とすることができる。第２障壁層６１２は、例えば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の膜厚を有する。
【0024】
井戸層６２は、ＡｌｔＧａ１－ｔＮ（０≦ｔ＜１）からなる。井戸層６２のＡｌ組成比ｔは、各障壁層６１のＡｌ組成比ｓ１，ｓ２のそれぞれよりも小さい。本形態において、井戸層６２のＡｌ組成比ｔは、１０％以上３０％以下である。井戸層６２は、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚を有することが好ましく、特に２ｎｍ以上４ｎｍ以下の膜厚を有することが好ましい。
【0025】
本形態において、第１障壁層６１１、第２障壁層６１２、及び井戸層６２のそれぞれには、ｎ型不純物としてのシリコンが含まれている。活性層６における上下方向の各位置のシリコン濃度は、第１障壁層６１１又は第２障壁層６１２において最大値となる。当該最大値は、組成傾斜層５における上下方向の各位置のシリコン濃度よりも大きい。なお、例えば第１障壁層６１１、第２障壁層６１２、及び井戸層６２の少なくとも１つをアンドープの層とすることも可能である。
【0026】
活性層６は、単一量子井戸構造内で電子及び正孔を再結合させて所定の波長の光を発生させる。本形態においては、活性層６は、波長３６５ｎｍ以下の深紫外光を出力するために、バンドギャップが３．４ｅＶ以上となるよう構成されている。特に本形態において、活性層６は、中心波長が２００ｎｍ以上３６５ｎｍ以下の深紫外光を発生することができるよう構成されている。さらに、本形態のように活性層６が単一量子井戸構造である場合は、発光出力向上の観点から、活性層６が発する紫外光の中心波長は、２９５ｎｍ以上３６５ｎｍ以下であることが好ましい。
【0027】
（電子ブロック積層体７）
電子ブロック積層体７は、活性層６からｐ型半導体層８側へ電子がリークするオーバーフロー現象の発生を抑制すること（以後、電子ブロック効果ともいう）によって活性層６への電子注入効率を向上させる役割を有する。電子ブロック層は、下側から順に、第１電子ブロック層７１と第２電子ブロック層７２とを積層した積層構造を有する。以後、第１電子ブロック層７１と第２電子ブロック層７２とを特に区別しない場合は、単に「電子ブロック層」という。電子ブロック層は、活性層６上に形成される層のうち、Ａｌ組成比が５０％以上となる層である。
電子ブロック積層体７は、活性層６からｐ型半導体層８側へ電子がリークするオーバーフロー現象の発生を抑制すること（以後、電子ブロック効果ともいう）によって活性層６への電子注入効率を向上させる役割を有する。電子ブロック層は、下側から順に、第１電子ブロック層７１と第２電子ブロック層７２とを積層した積層構造を有する。以後、第１電子ブロック層７１と第２電子ブロック層７２とを特に区別しない場合は、単に「電子ブロック層」という。電子ブロック層は、活性層６上に形成される層のうち、Ａｌ組成比が５０％以上となる層である。
【0028】
第１電子ブロック層７１は、活性層６（本形態においては井戸層６２）上に設けられている。第１電子ブロック層７１は、例えばＡｌｕＧａ１－ｕＮ（０＜ｕ≦１）からなる。第１電子ブロック層７１のＡｌ組成比ｕは、例えば８０％以上１００％以下とすることが好ましく、９０％以上１００％以下とすることがさらに好ましい。Ａｌ組成比が大きいほど電子の通過を抑制する電子ブロック効果が高い。そこで、Ａｌ組成比の大きい第１電子ブロック層７１を活性層６に隣接する位置に形成することにより、活性層６に近い位置において高い電子ブロック効果が得られ、井戸層６２における電子の存在確率を確保しやすい。
【0029】
第１電子ブロック層７１の膜厚は、１．０ｎｍ以上２．２ｎｍ以下である。第１電子ブロック層７１の膜厚は、井戸層６２の膜厚よりも小さいことが好ましい。Ａｌ組成比が大きい半導体層ほど電気抵抗値が大きくなるため、Ａｌ組成比ｕが極めて大きい第１電子ブロック層７１の膜厚を大きくし過ぎると発光素子１全体の電気抵抗値の過度な上昇を招く。そのため、第１電子ブロック層７１の膜厚はある程度小さくすることが好ましい。一方、第１電子ブロック層７１の膜厚を小さくすると、トンネル効果によって電子が第１電子ブロック層７１を下側から上側にすり抜ける確率が増大し得る。そこで、本形態の発光素子１においては、第１電子ブロック層７１上に第２電子ブロック層７２が形成されており、これにより、電子ブロック積層体７を電子がすり抜けることを抑制している。
【0030】
第２電子ブロック層７２は、例えばＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる。第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘは、第１電子ブロック層７１のＡｌ組成比ｕよりも小さい。本形態において、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘは、５０％以上７０％以下である。詳細は後述するが、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘを５０％以上７０％以下とし、かつ、前述のごとく第１電子ブロック層７１の膜厚を１．０ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とすることにより、発光素子１の発光出力の向上が図られる。第２電子ブロック層７２の膜厚は、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができ、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましい。第２電子ブロック層７２の膜厚は、井戸層６２の膜厚及び第１電子ブロック層７１の膜厚のそれぞれよりも大きい。
【0031】
各電子ブロック層は、アンドープの層、ｎ型不純物を含有する層、ｐ型不純物を含有する層、又はｎ型不純物及びｐ型不純物の双方を含有する層とすることができる。ｐ型不純物としては、マグネシウム（Ｍｇ）を用いることができるが、マグネシウム以外にも、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）又は炭素（Ｃ）等を用いてもよい。各電子ブロック層が不純物を含有する場合において、各電子ブロック層が含有する不純物は、各電子ブロック層の全体に含まれていてもよいし、各電子ブロック層の一部に含まれていてもよい。
【0032】
（ｐ型半導体層８）
ｐ型半導体層８は、第２電子ブロック層７２上に形成されている。ｐ型半導体層８は、Ａｌ組成比が５０％未満の半導体層である。本形態において、ｐ型半導体層８は、ｐ型コンタクト層８１からなる。ｐ型コンタクト層８１は、ｐ側電極１２が接続された層であり、ｐ型不純物が高濃度にドープされたＡｌｕＧａ１－ｕＮ（０≦ｕ≦１）からなる。本形態において、ｐ型不純物としてマグネシウムを用いた。なお、ｐ型不純物としては、亜鉛、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、又は炭素等を用いてもよい。ｐ型コンタクト層８１は、ｐ側電極１２とのオーミックコンタクトを実現すべくＡｌ組成比が低くなるよう構成されており、かかる観点からｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）により形成することが好ましい。
ｐ型半導体層８は、第２電子ブロック層７２上に形成されている。ｐ型半導体層８は、Ａｌ組成比が５０％未満の半導体層である。本形態において、ｐ型半導体層８は、ｐ型コンタクト層８１からなる。ｐ型コンタクト層８１は、ｐ側電極１２が接続された層であり、ｐ型不純物が高濃度にドープされたＡｌｕＧａ１－ｕＮ（０≦ｕ≦１）からなる。本形態において、ｐ型不純物としてマグネシウムを用いた。なお、ｐ型不純物としては、亜鉛、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、又は炭素等を用いてもよい。ｐ型コンタクト層８１は、ｐ側電極１２とのオーミックコンタクトを実現すべくＡｌ組成比が低くなるよう構成されており、かかる観点からｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）により形成することが好ましい。
【0033】
（ｎ側電極１１）
ｎ側電極１１は、ｎ型クラッド層４において上側に露出した面上に形成されている。ｎ側電極１１は、例えば、ｎ型クラッド層４の上にチタン（Ｔｉ）、アルミニウム、チタン、金（Ａｕ）が順に積層された多層膜とすることができる。
ｎ側電極１１は、ｎ型クラッド層４において上側に露出した面上に形成されている。ｎ側電極１１は、例えば、ｎ型クラッド層４の上にチタン（Ｔｉ）、アルミニウム、チタン、金（Ａｕ）が順に積層された多層膜とすることができる。
【0034】
（ｐ側電極１２）
ｐ側電極１２は、ｐ型コンタクト層８１上に形成されている。ｐ側電極１２は、例えば、ｐ型コンタクト層８１の上にニッケル（Ｎｉ）、金が順に積層された多層膜とすることができる。
ｐ側電極１２は、ｐ型コンタクト層８１上に形成されている。ｐ側電極１２は、例えば、ｐ型コンタクト層８１の上にニッケル（Ｎｉ）、金が順に積層された多層膜とすることができる。
【0035】
本形態において、発光素子１は、図示しないパッケージ基板にフリップチップ実装される。すなわち、発光素子１は、上下方向におけるｎ側電極１１及びｐ側電極１２が設けられた側をパッケージ基板側に向け、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２のそれぞれが、金バンプ等を介してパッケージ基板に実装される。フリップチップ実装された発光素子１は、基板２側（すなわち下側）から光が取り出される。なお、これに限られず、発光素子１は、ワイヤボンディング等によりパッケージ基板に実装されてもよい。また、本形態において、発光素子１は、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２の双方が発光素子１における上側に設けられた、いわゆる横型の発光素子としたが、これに限られず、縦型の発光素子であってもよい。縦型の発光素子は、ｎ側電極とｐ側電極とによって活性層がサンドイッチされた発光素子である。なお、発光素子を縦型とする場合、基板及びバッファ層は、レーザーリフトオフ等により除去することが好ましい。
【0036】
（第１電子ブロック層７１の膜厚と第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比について）
各電子ブロック層は、膜厚及びＡｌ組成比のそれぞれが大きくなるほど、電子ブロック効果が大きくなり、井戸層６２における電子の存在確率を上昇させることができる。しかしながら、１つの井戸層６２に注入することができる電子の数には限界がある。そのため、単に電子ブロック層の膜厚及びＡｌ組成比のそれぞれを大きくすれば高い発光出力が得られる訳ではない。後述の実験例１で裏付けられるように、活性層６における井戸層６２の総数によって、第１電子ブロック層７１の膜厚、及び第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比の適切な値が異なる。
各電子ブロック層は、膜厚及びＡｌ組成比のそれぞれが大きくなるほど、電子ブロック効果が大きくなり、井戸層６２における電子の存在確率を上昇させることができる。しかしながら、１つの井戸層６２に注入することができる電子の数には限界がある。そのため、単に電子ブロック層の膜厚及びＡｌ組成比のそれぞれを大きくすれば高い発光出力が得られる訳ではない。後述の実験例１で裏付けられるように、活性層６における井戸層６２の総数によって、第１電子ブロック層７１の膜厚、及び第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比の適切な値が異なる。
【0037】
ここで、活性層６における井戸層６２の総数をＮとし、第１電子ブロック層７１の膜厚を膜厚ｄ［ｎｍ］とし、前述のごとく第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比をｘ［％］とする。このとき、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たすことにより、発光素子１において高い発光出力が得られる。つまり、活性層６における井戸層６２の総数Ｎが多いほど、適切な第１電子ブロック層７１の膜厚ｄ及び第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが大きくなる。本形態においては、活性層６における井戸層６２の総数Ｎが１であるため、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄは、１．０≦ｄ≦２．２の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘは、５０≦ｘ≦７０の関係を満たす。これらの数値範囲については、後述の実験例にて裏付けられる。
【0038】
また、発光素子１の発光出力向上の観点から、活性層６における井戸層６２の総数Ｎは、５以下が好ましく、４以下がより好ましい。特に、後述の第２の実施の形態のように、井戸層６２の総数Ｎは３であることが一層好ましい。
【0039】
また、発光素子１の発光出力向上の観点から、井戸層６２の総数Ｎに応じて、ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比を調整することが好ましい。具体的には、ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比は、（５Ｎ＋７５）／２［％］以上（５Ｎ＋１１５）／２［％］以下とすることが好ましい。すなわち、例えばＮ＝１の場合、ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比は、４０％以上６０％以下が好ましく、例えばＮ＝３の場合、ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比は、４５％以上６５％以下が好ましい。井戸層６２の総数Ｎが大きい多重量子井戸構造の場合、ｎ型クラッド層４の膜厚を小さくしてｎ型クラッド層４をコヒーレント成長させることが好ましい。一方、井戸層６２の総数Ｎが小さい場合、ｎ型クラッド層４の膜厚を大きくしてｎ型クラッド層４を格子緩和させることが好ましい。
【0040】
（第１の実施の形態の作用及び効果）
本形態において、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす。本形態においては、井戸層６２の総数Ｎが１であり、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、１．０≦ｄ≦２．２の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、５０≦ｘ≦７０の関係を満たす。これにより、発光素子１において、高い発光出力が得られる。なお、数値については後述の実験例にて裏付けられる。
本形態において、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす。本形態においては、井戸層６２の総数Ｎが１であり、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、１．０≦ｄ≦２．２の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、５０≦ｘ≦７０の関係を満たす。これにより、発光素子１において、高い発光出力が得られる。なお、数値については後述の実験例にて裏付けられる。
【0041】
以上のごとく、本形態によれば、発光出力を向上させることができる窒化物半導体発光素子を提供することができる。
【0042】
［第２の実施の形態］
本形態は、多重量子井戸構造の活性層６を備える発光素子１の形態である。図２は、本形態における、発光素子１の構成を概略的に示す模式図である。
本形態は、多重量子井戸構造の活性層６を備える発光素子１の形態である。図２は、本形態における、発光素子１の構成を概略的に示す模式図である。
【0043】
活性層６は、障壁層６１と井戸層６２とを３つずつ有し、障壁層６１と井戸層６２とが交互に積層されている。活性層６においては、下端に障壁層６１が位置しており、上端に井戸層６２が位置している。
【0044】
各障壁層６１は、ＡｌｖＧａ１－ｖＮ（０＜ｖ≦１）からなる。各障壁層６１のＡｌ組成比は、７５％以上９５％以下であることが好ましい。また、各障壁層６１は、２ｎｍ以上１２ｎｍ以下の膜厚を有する。
【0045】
３つの井戸層６２は、ｐ型半導体層８から最も遠い位置に形成された井戸層６２である最下井戸層６２１（最遠井戸層ともいう。）と、最下井戸層６２１以外の２つの井戸層６２である上側井戸層６２２とで構成が異なっている。すなわち、最下井戸層６２１の膜厚は、２つの上側井戸層６２２のそれぞれの膜厚よりも１ｎｍ以上大きく、かつ、最下井戸層６２１のＡｌ組成比は、２つの上側井戸層６２２のそれぞれのＡｌ組成比よりも２％以上大きい。本形態において、上側井戸層６２２は、２ｎｍ以上４ｎｍ以下の膜厚を有するとともに２５％以上４５％以下のＡｌ組成比を有し、最下井戸層６２１は、４ｎｍ以上６ｎｍ以下の膜厚を有するとともに３５％以上５５％以下のＡｌ組成比を有する。最下井戸層６２１の膜厚と各上側井戸層６２２との膜厚の差は、２ｎｍ以上４ｎｍ以下とすることができる。最下井戸層６２１の膜厚は、上側井戸層６２２の膜厚の２倍以上３倍以下とすることができる。また、最下井戸層６２１のＡｌ組成比と各上側井戸層６２２のＡｌ組成比との差は、１０％以上３０％以下とすることができる。最下井戸層６２１のＡｌ組成比は、上側井戸層６２２のＡｌ組成比の１．４倍以上２．２倍以下とすることができる。
【0046】
最下井戸層６２１のＡｌ組成比を、他の井戸層６２（すなわち上側井戸層６２２）のＡｌ組成比よりも大きくすることにより、最下井戸層６２１の結晶性が向上する。これは、最下井戸層６２１とｎ型クラッド層４とのＡｌ組成比の差が小さくなるためである。最下井戸層６２１の結晶性が向上することにより、最下井戸層６２１から上側に転位が伝搬することが抑制される。
【0047】
さらに、最下井戸層６２１の結晶性が向上することにより、最下井戸層６２１上に形成される活性層６の各層の結晶性も向上する。これにより、活性層６におけるキャリアの移動度が向上し、出力光の発光強度が向上する。かかる効果は、最下井戸層６２１の膜厚が大きくなるほど顕著であるが、発光素子１全体の電気抵抗値が増加することを抑制する観点から最下井戸層６２１の膜厚は所定値以下となるよう設計される。なお、複数の井戸層６２は、例えば下側の井戸層６２ほどＡｌ組成比が大きくなるよう構成されていてもよい。
【0048】
また、例えば最下井戸層６２１にｎ型不純物としてのシリコンがドープされていてもよい。これにより、活性層６中におけるＶピットの形成を誘発し、当該Ｖピットがｎ型クラッド層４側からの転位の進展を止める役割を果たす。なお、上側井戸層６２２にもシリコン等のｎ型不純物が含まれていてもよい。
【0049】
本形態のように活性層６が多重量子井戸構造である場合、発光出力向上の観点から、活性層６が発する紫外光の中心波長は、２５０ｎｍ以上２９５ｎｍ以下であることが好ましい。
【0050】
また、第１の実施の形態と同様、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄは、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘは、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす。つまり、本形態において井戸層６２の総数Ｎは３であるため、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄは、１．２ｎｍ以上２．６ｎｍ以下であり、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘは、７０％以上９０％以下である。これにより、発光素子１の発光出力を向上させることができる。これらの数値については後述する実験例において裏付けられる。
【0051】
また、最下井戸層６２１の膜厚を上側井戸層６２２の膜厚よりも大きくすることにより、最下井戸層６２１が平坦化し、最下井戸層６２１上に形成される活性層６の各層の平坦性も向上する。これにより、活性層６の各層においてＡｌ組成比のばらつきが生じることを抑制でき、出力光の単色性を向上させることができる。さらに、活性層６上に形成される各電子ブロック層の平坦性も向上する。これにより、各電子ブロック層の膜厚を均一化することができる。それゆえ、電子ブロック効果が上下方向に直交する面方向の位置によって変動することを防止することができる。その結果、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄ及び第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘを前述のように調整したことによる発光出力向上の効果がより一層得られやすい。
【0052】
また、井戸層６２の総数Ｎが３である場合、ｎ型クラッド層４のＡｌ組成比は、４５％以上６５％以下が好ましい。
【0053】
その他は、第１の実施の形態と同様である。
なお、第２の実施の形態以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
なお、第２の実施の形態以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【0054】
（第２の実施の形態の作用及び効果）
本形態においても、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす。本形態においては、井戸層６２の総数Ｎが３であり、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、１．２≦ｄ≦２．６の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、７０≦ｘ≦９０の関係を満たす。これにより、発光素子１において、高い発光出力が得られる。なお、数値については後述の実験例にて裏付けられる。
本形態においても、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす。本形態においては、井戸層６２の総数Ｎが３であり、第１電子ブロック層７１の膜厚ｄが、１．２≦ｄ≦２．６の関係を満たし、かつ、第２電子ブロック層７２のＡｌ組成比ｘが、７０≦ｘ≦９０の関係を満たす。これにより、発光素子１において、高い発光出力が得られる。なお、数値については後述の実験例にて裏付けられる。
【0055】
また、最下井戸層６２１の膜厚は、各上側井戸層６２２の膜厚よりも１ｎｍ以上大きく、かつ、最下井戸層６２１のＡｌ組成比は、各上側井戸層６２２のＡｌ組成比よりも２％以上大きい。これにより、活性層６を構成する各層の結晶性及び平坦性が向上し、発光素子１の発光出力及び単色性の向上を図ることができる。
【0056】
（実験例１）
本実験例は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）の発光素子において第１電子ブロック層の膜厚ｄを種々変更した試料１～試料４と、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）の発光素子において第１電子ブロック層の膜厚ｄを種々変更した試料５～試料１２とにおいて、発光出力を測定した例である。試料１～試料４は、第１の実施の形態と基本構造が同じ発光素子であり、試料５～試料１２は、第２の実施の形態と基本構造が同じ発光素子である。単一量子井戸構造の発光素子である試料１～試料４のそれぞれの詳細構造を表１に示し、多重量子井戸構造の発光素子である試料５～試料１２のそれぞれの詳細構造を表２に示す。表２における「３ＱＷ」は、井戸層が３つの場合の多重量子井戸構造を意味している。
本実験例は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）の発光素子において第１電子ブロック層の膜厚ｄを種々変更した試料１～試料４と、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）の発光素子において第１電子ブロック層の膜厚ｄを種々変更した試料５～試料１２とにおいて、発光出力を測定した例である。試料１～試料４は、第１の実施の形態と基本構造が同じ発光素子であり、試料５～試料１２は、第２の実施の形態と基本構造が同じ発光素子である。単一量子井戸構造の発光素子である試料１～試料４のそれぞれの詳細構造を表１に示し、多重量子井戸構造の発光素子である試料５～試料１２のそれぞれの詳細構造を表２に示す。表２における「３ＱＷ」は、井戸層が３つの場合の多重量子井戸構造を意味している。
【0057】
【表1】
【0058】
【表2】
【0059】
表１及び表２に記載の各層の膜厚は、透過型電子顕微鏡によって測定したものである。また、表１及び表２に記載の各層のＡｌ組成比は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定したＡｌの２次イオン強度から推定した値である。表１において、第１電子ブロック層の膜厚１．０－２．３［ｎｍ］とは、試料１～試料４において第１電子ブロック層の膜厚を１．０ｎｍ以上２．３ｎｍ以下の範囲で種々変更していることを意味している。表２において、第１電子ブロック層の膜厚１．４－３．０［ｎｍ］とは、試料５～試料１２において第１電子ブロック層の膜厚を１．４ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の範囲において種々変更していることを意味している。また、表１及び表２における組成傾斜層の欄は、組成傾斜層の上下方向の各位置のＡｌ組成比が、下端から上端までにかけて、５５％から８５％まで変動していることを表している。
【0060】
単一量子井戸構造の試料１～試料４において、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘは、５０％以上７０％以下の値である。多重量子井戸構造（Ｎ＝３）の試料５～試料１２において、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘは、７０％以上９０％以下の値である。つまり、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘは、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たしている。
【0061】
本実験例においては、試料１～試料１２のそれぞれの発光出力を測定した。各試料の発光出力は、オンウエハの状態の各試料に２０ｍＡの電流を流したときの発光出力である。発光出力は、試料１～試料１２のそれぞれの下側に設置した光検出器によって測定した。表３に、試料１～試料１２における、井戸層の総数Ｎ、第１電子ブロック層の膜厚ｄ、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘ、発光波長及び発光出力を示す。発光出力の測定値の単位は任意単位［ａ．ｕ．］としている。
【0062】
【表3】
【0063】
また、各試料の第１電子ブロック層の膜厚ｄと発光出力との関係を図３に表している。図３において、井戸層の総数Ｎが１である試料１～試料４の結果を丸記号でプロットしており、井戸層の総数Ｎが３である試料５～試料１２の結果を菱形記号でプロットしている。また、図３には、丸プロットの近似曲線と菱形プロットの近似曲線とを表している。
【0064】
表３及び図３から分かるように、井戸層の総数Ｎが１の場合、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘが５０％以上７０％以下を満たす前提で、第１電子ブロック層の膜厚ｄが１．０ｎｍ以上２．２ｎｍ以下を満たす試料１～試料３において高い発光出力が得られている。一方、井戸層の総数Ｎが１の場合、第１電子ブロック層の膜厚ｄが１．０ｎｍ以上２．２ｎｍ以下の数値範囲から外れている試料４においては、発光出力が小さくなっていることが分かる。すなわち、井戸層の総数Ｎが１の場合、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘが５０％以上７０％以下を満たし、かつ第１電子ブロック層の膜厚ｄが１．０≦ｄ≦２．２を満たすことが好ましい。また、井戸層の総数Ｎが１の場合、第１電子ブロック層の膜厚ｄは、１．１≦ｄ≦２．１を満たすことが好ましく、１．２≦ｄ≦２．０を満たすことがより好ましく、１．３≦ｄ≦１．８を満たすことがさらに好ましい。また、井戸層の総数Ｎが１の場合、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘは、５５％以上６５％以下が好ましく、６０％以上６５％以下がより好ましい。
【0065】
また、表３及び図３から分かるように、井戸層の総数Ｎが３の場合、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘが７０％以上９０％以下を満たす前提で、第１電子ブロック層の膜厚ｄが１．２ｎｍ以上２．６ｎｍ以下を満たす試料６～試料１１において高い発光出力が得られている。一方、井戸層の総数Ｎが３の場合、第１電子ブロック層の膜厚ｄが１．２ｎｍ以上２．６ｎｍ以下の数値範囲から外れている試料５及び試料１２においては、発光出力が小さくなっていることが分かる。すなわち、井戸層の総数Ｎが３の場合、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘが７０％以上９０％以下を満たし、かつ第１電子ブロック層の膜厚ｄが１．２≦ｄ≦２．６を満たすことが好ましい。また、井戸層の総数Ｎが３の場合、第１電子ブロック層の膜厚ｄは、１．３≦ｄ≦２．５を満たすことが好ましく、１．５≦ｄ≦２．４を満たすことがより好ましく、１．７≦ｄ≦２．１を満たすことがさらに好ましい。また、井戸層の総数Ｎが３の場合、第２電子ブロック層のＡｌ組成比ｘは、７０％以上８０％以下が好ましく、７０％以上７５％以下がより好ましい。
【0066】
（実験例２）
本実験例は、第２の実施の形態のように、最下井戸層（最遠井戸層）の膜厚を各上側井戸層の膜厚よりも１ｎｍ以上大きくし、かつ、最下井戸層のＡｌ組成比を各上側井戸層のＡｌ組成比よりも２％以上大きくすることにより、発光出力が向上することを示す実験例である。
本実験例は、第２の実施の形態のように、最下井戸層（最遠井戸層）の膜厚を各上側井戸層の膜厚よりも１ｎｍ以上大きくし、かつ、最下井戸層のＡｌ組成比を各上側井戸層のＡｌ組成比よりも２％以上大きくすることにより、発光出力が向上することを示す実験例である。
【0067】
本実験例においては、最下井戸層の膜厚を各上側井戸層の膜厚よりも１ｎｍ以上大きくし、かつ、最下井戸層のＡｌ組成比を各上側井戸層のＡｌ組成比よりも２％以上大きくした第２の実施の形態と同様の構成を有する実施例に係る発光素子を準備した。さらに、すべての井戸層において膜厚を同じにするとともにＡｌ組成比を同じにした比較例に係る発光素子を準備した。実施例に係る発光素子は、基本構造が前述の実験例１における試料５～試料１４と同様であり、第１電子ブロック層の膜厚ｄが１．９±０．２ｎｍである。比較例に係る発光素子は、すべての井戸層のそれぞれにおいて膜厚を３±１ｎｍ、Ａｌ組成比を３５±１０％とし、かつ、実施例の発光素子に存在する組成傾斜層を省略した点以外は、実施例と同様である。実施例の各層の膜厚及びＡｌ組成比を表４に、比較例の各層の膜厚及びＡｌ組成比を表５に示す。
【0068】
【表4】
【0069】
【表5】
【0070】
そして、各試料において、実験例１と同様に発光出力を測定した。結果、実施例に係る発光素子の発光出力の測定結果は１．２９［ａ．ｕ．］であり、比較例に係る発光素子の発光出力の測定結果は０．５６［ａ．ｕ．］であった。つまり、最下井戸層の膜厚を各上側井戸層の膜厚よりも１ｎｍ以上大きくし、かつ、最下井戸層のＡｌ組成比を各上側井戸層のＡｌ組成比よりも２％以上大きくすることにより、発光出力が向上することが分かる。
【0071】
（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【0072】
［１］本発明の第１の実施態様は、少なくとも１つの井戸層（６２）を備える活性層（６）と、前記活性層（６）の一方側に位置するｐ型半導体層（８）と、前記活性層（６）と前記ｐ型半導体層（８）との間に位置する電子ブロック積層体（７）と、を備え、前記電子ブロック積層体（７）は、第１電子ブロック層（７１）と、前記第１電子ブロック層（７１）よりも前記ｐ型半導体層（８）側に位置するとともに、前記第１電子ブロック層（７１）よりもＡｌ組成比が小さい第２電子ブロック層（７２）とを有し、前記活性層（６）における前記井戸層（６２）の総数をＮとし、前記第１電子ブロック層（７１）の膜厚を膜厚ｄ［ｎｍ］とし、前記第２電子ブロック層（７２）のＡｌ組成比をＡｌ組成比ｘ［％］としたとき、前記第１電子ブロック層（７１）の前記膜厚ｄが、０．１Ｎ＋０．９≦ｄ≦０．２Ｎ＋２．０の関係を満たし、かつ、前記第２電子ブロック層（７２）の前記Ａｌ組成比ｘが、１０Ｎ＋４０≦ｘ≦１０Ｎ＋６０の関係を満たす、窒化物半導体発光素子（１）である。
これにより、窒化物半導体発光素子において、高い発光素子が得られる。
これにより、窒化物半導体発光素子において、高い発光素子が得られる。
【0073】
［２］本発明の第２の実施態様は、第１の実施態様において、前記活性層（６）が、複数の前記井戸層（６２）を有し、前記複数の井戸層（６２）のうち、前記ｐ型半導体層（８）から最も遠い位置に形成された井戸層（６２）を最遠井戸層（６２１）としたとき、前記最遠井戸層（６２１）の膜厚が、前記複数の井戸層（６２）のうちの前記最遠井戸層（６２１）以外の井戸層（６２）のそれぞれの膜厚よりも１ｎｍ以上大きく、かつ、前記最遠井戸層（６２１）のＡｌ組成比が、前記複数の井戸層（６２）のうちの前記最遠井戸層（６２１）以外の井戸層（６２）のそれぞれのＡｌ組成比よりも２％以上大きいことである。
これにより、活性層を構成する各層の結晶性及び平坦性が向上し、窒化物半導体発光素子の発光出力及び単色性の向上を図ることができる。
これにより、活性層を構成する各層の結晶性及び平坦性が向上し、窒化物半導体発光素子の発光出力及び単色性の向上を図ることができる。
【0074】
［３］本発明の第３の実施態様は、第１又は第２の実施態様において、前記井戸層（６２）の前記総数Ｎが３であり、前記第１電子ブロック層（７１）の前記膜厚ｄが、１．７ｎｍ以上２．１ｎｍ以下であることである。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
【0075】
［４］本発明の第４の実施態様は、第３の実施態様において、前記第２電子ブロック層（７２）の前記Ａｌ組成比ｘが、６５％以上７５％以下であることである。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
【0076】
［５］本発明の第５の実施態様は、第１又は第２の実施態様において、前記井戸層（６２）の前記総数Ｎが１であり、前記第１電子ブロック層（７１）の前記膜厚ｄが、１．３ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であることである。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
【0077】
［６］本発明の第６の実施態様は、第５の実施態様において、前記第２電子ブロック層（７２）の前記Ａｌ組成比ｘが、５５％以上６５％以下であることである。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
【0078】
［７］本発明の第７の実施態様は、第１乃至第６のいずれか１つの実施態様において、前記第１電子ブロック層（７１）のＡｌ組成比は、８０％以上であり、前記第２電子ブロック層（７２）の膜厚は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることである。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
これにより、窒化物半導体発光素子において、より高い発光素子が得られる。
【0079】
（付記）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、前述した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、前述した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【0080】
１…窒化物半導体発光素子
６…活性層
６２…井戸層
６２１…最下井戸層（最遠井戸層）
７…電子ブロック積層体
７１…第１電子ブロック層
７２…第２電子ブロック層
８…ｐ型半導体層
６…活性層
６２…井戸層
６２１…最下井戸層（最遠井戸層）
７…電子ブロック積層体
７１…第１電子ブロック層
７２…第２電子ブロック層
８…ｐ型半導体層
【図1】
【図2】
【図3】