特開 2024-135643 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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135643

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/14 20100101AFI20240927BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L33/14

H01L33/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046430

(22)【出願日】2023-03-23

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「紫外レーザの作製および評価」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】599002043

【氏名又は名称】学校法人 名城大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩谷 素顕

(72)【発明者】

【氏名】岩山 章

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 亮太

(72)【発明者】

【氏名】西林 到真

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA24

5F241CA05

5F241CA40

5F241CA60

5F241CA65

5F241CA74

5F241CA92

(57)【要約】

【課題】オーミック特性に近い特性を有す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１は、積層方向Ｌの一方側が露出面Ｅsとして形成される第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂと、露出面Ｅsに積層されるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeと、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂを挟みＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeと反対側に積層される第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃと、を備え、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率は、第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＣのＡｌＮのモル分率よりも小さい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層方向の一方側が露出面として形成される第１層と、
前記露出面に積層される電極と、
前記第１層を挟み前記電極と反対側に積層される第２層と、
を備え、
前記第１層のＡｌＮのモル分率は、前記第２層のＡｌＮのモル分率よりも小さい、窒化物半導体発光素子。

【請求項2】

前記第１層のＡｌＮのモル分率は、０．４２以下である、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項3】

前記積層方向における前記第１層の厚みは、前記積層方向における前記第２層の厚みよりも薄い、請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項4】

前記第１層は、ＡｌＮのモル分率が０．４２以下の第１ＡｌＮ組成層と、ＡｌＮのモル分率が０．４２よりも大きい第２ＡｌＮ組成層と、が前記積層方向に交互に積層されている、請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項5】

前記第１層の前記露出面は、凹凸状に形成されている、請求項４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ものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、紫外光のレーザ発振が可能な窒化物半導体素子が開示されている。このものは、上部ガイド層の表面に組成傾斜層及びｐ型半導体層をこの順に積層して結晶成長しており、上部ガイド層に近いｐ型半導体層の部位に、活性層から表面側に向かう電子をブロックする機能を付与している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１８４４５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＧａＮ系発光デバイスでは、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）技術によりサファイア基板からＧａＮ系窒化物半導体結晶を剥離して、その裏面（窒素極性面）にｎ電極を形成することによって縦方向（積層方向）に電流を流し得る薄膜構造のデバイスを作製する方法がある。この方法を利用してＡｌＧａＮ系窒化物半導体結晶で縦方向に電流を流し得るデバイスを作製した。この構造のデバイスは、支持体にｐ電極及びパッド電極を表面に形成したＡｌＧａＮ系窒化物半導体結晶をＡｕＳｎ等の金属で支持基板に共晶接合した後、ＬＬＯ技術を用いサファイア基板から剥離する。そして、剥離して露出した露出面にｎ電極を形成する。ｎ電極形成後の熱処理温度は、結晶にクラックが生じないようにするため、あまり高温にすることができず、せいぜい３００℃程度である。窒素極性のＡｌＧａＮのｎ電極として、ＡｌＧａＮ系の金属極性面で実績があるＶ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極、ＧａＮ系デバイスにおいて金属極性面又は窒素極性面のＧａＮにノンアロイでオーミック特性が得られるＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極で検討を行った。その結果、熱処理温度３００℃までの制約条件の中では、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を用いた場合、最もよい結果が得られたが、その特性は、ショットキー特性であった。このため、オーミック特性とするべく、さらなる改善が望まれている。オーミック特性とは、電流－電圧特性が概ね線形状の特性を示すことを意味する。ショットキー特性とは、ある電圧値を境にして電流値が変化する度合いが大きく変化する特性を示すことを意味する。

【0005】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、オーミック特性に近い特性を有する窒化物半導体発光素子を提供することを解決すべき課題としている。

【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、
積層方向の一方側が露出面として形成される第１層と、
前記露出面に積層される電極と、
前記第１層を挟み前記電極と反対側に積層される第２層と、
を備え、
前記第１層のＡｌＮのモル分率は、前記第２層のＡｌＮのモル分率よりも小さい。

【0007】

この構成によれば、印加する電圧が小さくても良好に電流が流れる特性（オーミック特性）に近づけることができ、消費電力を抑えつつ良好に発光することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１の窒化物半導体発光素子の構造を示す模式図である。

【図2】ＬＬＯを実行する前の窒化物半導体発光素子の構造を示す模式図である。

【図3】（Ａ）は、実施例１の窒化物半導体発光素子を化学的機械的研磨して第１ｎ－ＡｌＧａＮ層の露出面を露出させた状態を示し、（Ｂ）は、露出面にＳｉＯ₂層を積層して、露出面の中央部を露出させた状態を示し、（Ｃ）は、露出面に突部を形成した状態を示し、（Ｄ）は、突部を形成した露出面にｎ電極を設けた状態を示す。

【図4】実施例１、比較例１、２のサンプルにおいてＡｌＮのモル分率に対する立ち上がり電圧、及び微分抵抗値を示すグラフである。

【図5】実施例１、比較例１、２のサンプルにおける電流－電圧特性を示すグラフである。

【図6】実施例２の窒化物半導体発光素子の構造を示す部分拡大模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明における好ましい実施の形態を説明する。

【0010】

本発明の窒化物半導体発光素子において、第１層のＡｌＮのモル分率は、０．４２以下であり得る。この場合、印加する電圧が小さくても良好に電流が流れ易くすることができる。言い換えると、電流－電圧特性をオーミック特性に近づけることができる。

【0011】

本発明の窒化物半導体発光素子の積層方向における第１層の厚みは、積層方向における第２層の厚みよりも薄くし得る。この場合、第１層の厚みを第２層の厚みよりも抑えるので、第１層による素子へのストレスを低減することができる。

【0012】

本発明の窒化物半導体発光素子の第１層は、ＡｌＮのモル分率が０．４２以下の第１ＡｌＮ組成層と、ＡｌＮのモル分率が０．４２よりも大きい第２ＡｌＮ組成層と、が積層方向に交互に積層され得る。この場合、第１層による素子へのストレスをより良好に低減することができる。

【0013】

本発明の窒化物半導体発光素子の第１層の露出面は、凹凸状に形成され得る。この場合、ＡｌＮのモル分率が０．４２以下の第１ＡｌＮ組成層を確実に露出させてこの層に電極を接触させることができる。

【0014】

次に、本発明の窒化物半導体発光素子を具体化した実施例１について、図面を参照しつつ説明する。

【0015】

＜実施例１＞
実施例１の窒化物半導体発光素子１は、図１に示すように、第１層である第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂ、第２層である第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃ、第１ガイド層１３Ａ、二重量子井戸活性層１３Ｂ、ガイド層である第２ガイド層１３Ｃ、電子ブロック層１４、クラッド層１５、ｐ－ＡｌＧａＮ層１６、ｐ－ＧａＮ層１７、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｐe、及びＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeを備えている。実施例１の窒化物半導体発光素子１は、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて積層して結晶成長する。窒化物半導体発光素子１は、ＵＶ－Ｂの波長域の紫外線をレーザ発振する紫外半導体レーザ素子である。

【0016】

［窒化物半導体発光素子の製造手順について］
次に、窒化物半導体発光素子１の製造手順について説明する。先ず、Ｃ面（（０００１）面）が表面（表は図２における上側である、以下同じ）のサファイア基板１０Ａを用意する。そして、サファイア基板１０Ａの表面に、スパッタ法を用いて第１ＡｌＮ層１０Ｂを積層する。第１ＡｌＮ層１０Ｂの厚みは４５０ｎｍである。第１ＡｌＮ層１０Ｂを積層したところで、Ｎ₂（窒素）雰囲気中で１７００℃、３時間アニールを行う。こうして、サファイア基板１０Ａ、及び第１ＡｌＮ層１０Ｂを有するスパッタ法を用いたＡｌＮテンプレート基板１０を作製する。その後、ＭＯＶＰＥ法を用いて層構造を形成する。

【0017】

ＭＯＶＰＥ法を実行することができる反応炉（以下、単に、反応炉ともいう）内にＡｌＮテンプレート基板１０を配置し、ＡｌＮテンプレート基板１０の表面（第１ＡｌＮ層１０Ｂの表面）にＮ（窒素）原料であるＮＨ₃（アンモニア）を流しながら（以下、供給は停止しない）、Ｈ₂（水素）雰囲気中で、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１２００℃まで昇温した後、１０分間保持する。

【0018】

次に、第１ＡｌＮ層１０Ｂの表面に第２ＡｌＮ層１１を積層して結晶成長する。第２ＡｌＮ層１１の厚みは１５５０ｎｍである。第２ＡｌＮ層１１は、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１２００℃にした状態で、Ａｌ（アルミニウム）原料のＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を反応炉内に供給して形成する。第１ＡｌＮ層１０Ｂと第２ＡｌＮ層１１との厚みの合計は２０００ｎｍである。

【0019】

次に、第２ＡｌＮ層１１の表面に積層方向Ｌに柱状をなして延びる複数の凸部１１Ａを形成する凸部形成工程を実行する。具体的には、第２ＡｌＮ層１１の表面にスパッタ装置を用いてＳｉＯ₂層を４２０ｎｍ積層させる。そして、ＳｉＯ₂層の表面にナノインプリント用樹脂を塗布して樹脂膜を形成した後に、ナノインプリント装置を用いて、ピッチ１０００ｎｍ、外径５００ｎｍの微細なパターンを樹脂膜に形成する。そして、ＩＣＰ装置を用いて、ＳｉＯ₂層をＣＦ₄ガスにて誘導結合プラズマエッチングを実行し、続いて、バッファードフッ酸を用いて、ＳｉＯ₂層の残渣を除去する。そして、Ｃｌ₂ガスを用いて、第２ＡｌＮ層１１の表面側を３００ｎｍの深さになるように誘導結合プラズマエッチングを施す。その後、マスクとして利用したＳｉＯ₂層及びレジスト膜をフッ酸を用いて除去する。こうして、凸部形成工程を実行する。

【0020】

次に、凸部１１Ａを形成した第２ＡｌＮ層１１の表面にｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａを積層して結晶成長させる。具体的には、凸部１１Ａを形成したＡｌＮテンプレート基板１０を再び反応炉に配置する。そして、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１２００℃まで昇温し、所定の温度に達したら、ＡｌＮのモル分率が０．６８になるようにＨ₂、Ｇａ（ガリウム）の原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ、ＮＨ₃を反応炉内に供給する。ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａの厚みは、３μｍである。ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａの厚みを３μｍにすることによって、凸部１１Ａが形成された第２ＡｌＮ層１１の表面を埋め込んで平坦化させることができる。ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａには、ＳｉやＭｇ等の不純物を添加していないが、ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａに変えて、Ｓｉなどをドーピングしたｎ－ＡｌＧａＮ層としても良い。ここで、ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａの厚みは、凸部１１Ａの基端からｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａの表面までの寸法である。

【0021】

次に、ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａの表面に、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂを積層して結晶成長させる。具体的には、Ｈ₂、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＮＨ₃の反応炉内への供給を継続しつつ、ＳｉＨ₄を反応炉内に供給する。第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢにおけるＳｉの添加濃度は６×１０¹⁸ｃｍ^-3になるように原料の供給流量を調整する。第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの厚みは、例えば１μｍである。第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの厚みは、１μｍ以上、２μｍ以下が好ましい。第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率は、０．４２である。

【0022】

次に、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの表面に第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃを積層して結晶成長させる。第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＣにおけるＳｉの添加濃度は第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂと同様である。第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃの厚みは、例えば３μｍである。つまり、積層方向Ｌにおける第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの厚みは、積層方向Ｌにおける第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃの厚みよりも薄い。第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＣのＡｌＮのモル分率は、０．６２になるように原料の供給流量を調整する。つまり、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率は、第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＣのＡｌＮのモル分率よりも小さい。

【0023】

次に、第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃの表面に第１ガイド層１３Ａ、及び二重量子井戸活性層１３Ｂをこの順に積層して結晶成長させる。具体的には、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を１０５０℃まで降温する。そして、ＴＭＧａからＴＥＧａ（トリエチルガリウム）に切り替える。そして、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度が所定の温度に達したら、５０ｎｍの厚みの第１ガイド層１３Ａ（ＡｌＮのモル分率は、０．４５）、４ｎｍの厚みの井戸層（ＡｌＮのモル分率は、０．３５）及び８ｎｍの厚みの障壁層（ＡｌＮのモル分率は、０．４５）が２組積層された二重量子井戸活性層１３Ｂを積層させる。

【0024】

次に、ＡｌＮテンプレート基板１０の温度を、二重量子井戸活性層１３Ｂを積層した条件に保持しつつ、活性層である二重量子井戸活性層１３Ｂの表面に第２ガイド層１３Ｃを積層して結晶成長させる。第２ガイド層１３ＣにおけるＡｌＮのモル分率が０．４５となるように、反応炉内への原料の供給流量を調整する。第２ガイド層１３Ｃの厚みは、５５ｎｍである。こうして、第２ガイド層１３Ｃ（ＡｌＮのモル分率は、０．４５）を積層させる。

【0025】

次に、二重量子井戸活性層１３Ｂ側からの電子の流れを阻止する電子ブロック層１４を第２ガイド層１３Ｃの表面に積層して結晶成長させる。具体的には、反応炉内へＩＩＩ属原料のみ供給し、所定時間保持する。電子ブロック層１４におけるＡｌＮのモル分率が０．９となるように、反応炉内への原料の供給流量を調整する。このとき供給するＩＩＩ属原料は、ＴＭＧａ、及びＴＭＡｌである。こうして、第２ガイド層１３Ｃの表面に、５ｎｍの厚みの電子ブロック層１４（ＡｌＮのモル分率は、０．９）を積層させる。

【0026】

次に、電子ブロック層１４の表面にクラッド層１５を積層して結晶成長させる。具体的には、クラッド層１５におけるＡｌＮのモル分率が０．９になるように、反応炉内への原料の供給流量を調整する。そして、所定時間かけてＡｌＮのモル分率を０．９から０．６に徐々に変化させるように、反応炉内への原料の供給流量を調整する。こうして、電子ブロック層１４の表面に３２０ｎｍの厚みのクラッド層１５を積層させる。こうして積層されたクラッド層１５のＡｌＮのモル分率は、二重量子井戸活性層１３Ｂから積層方向Ｌに離れる向きに小さくなるように組成傾斜している。

【0027】

次に、クラッド層１５の表面に、ｐ－ＡｌＧａＮ層１６を積層して結晶成長させる。具体的には、クラッド層１５の結晶成長が完了した後、所定時間かけてＡｌＮのモル分率を０．６から０に徐々に変化させるように、反応炉内への原料の供給流量を調整する。こうして、クラッド層１５の表面に７５ｎｍの厚みのｐ－ＡｌＧａＮ層１６を積層させる。クラッド層１５と、ｐ－ＡｌＧａＮ層１６とは、積層方向Ｌにおける単位厚み当たりのＡｌＮのモル分率の変化の割合が異なっている。

【0028】

次に、ｐ－ＡｌＧａＮ層１６の表面に、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｐeとのコンタクト層として機能するｐ－ＧａＮ層１７を積層して結晶成長させる。そして、ＴＭＧａ、及びＴＭＡｌの反応炉内への供給を停止して、結晶成長を終了させ、Ｈ₂とＮＨ₃を反応炉内に流しながら室温までＡｌＮテンプレート基板１０の温度を降温する。ＡｌＮテンプレート基板１０の温度が室温になった後、反応炉のパージを十分行い、ＡｌＮテンプレート基板１０を反応炉から取り出す。

【0029】

次に、ｐ－ＧａＮ層１７の表面に、レジスト膜でｐ電極パターンを形成した後、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ（１０ｎｍ／１０ｎｍ／４０ｎｍ）を順次蒸着してリフトオフした後、酸素雰囲気中で７００℃、１分の熱処理を施すことにより、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｐeを形成する。そして、レジスト膜でパッド電極パターンを形成した後、Ｔｉ／Ａｕ（５０ｎｍ／８００ｎｍ）を蒸着してリフトオフすることにより、パッド電極（図示せず）を形成する。

【0030】

次に、サファイア基板裏面に鏡面研磨を施した後、窒化物半導体発光素子をパッド電極でＡｕＳｎにて支持基板に貼り付ける。その後、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）を実行して、ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａを第２ＡｌＮ層１１から剥離する。具体的には、支持基板と接合した窒化物半導体発光素子１の裏面側（すなわち、サファイア基板１０Ａの裏面側）から、波長２５７ｎｍ、エネルギー密度０．５３Ｊ／ｃｍ²のレーザ光を裏面全体に満遍なく照射する。これにより、ｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａを第２ＡｌＮ層１１から剥離することができる。

【0031】

次に、図３（Ａ）に示すように、第２ＡｌＮ層１１から剥離して露出したｕ－ＡｌＧａＮ層１２Ａの露出面を化学的機械的研磨して、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂを露出面Ｅsとして露出させる。第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂは、積層方向Ｌの一方側が露出面Ｅsとして形成されている。露出面Ｅsは、窒素極性面である。次に、露出した第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの露出面Ｅsに、レジストでパターニングした後にスパッタ装置を用いてＳｉＯ₂層１８を４２０ｎｍ積層させリフトオフする。こうして、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの露出面Ｅsの中央部が露出する（図３（Ｂ）参照）。

【0032】

そして、ＳｉＯ₂層１８から露出した第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの露出面Ｅsにｎ電極を形成する。真空蒸着法を用いて、ｎ電極としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeを積層する（図３（Ｄ）参照）。具体的には、レジストでパターニングした後に真空蒸着法を用いてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（５０ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍ）を蒸着しリフトオフする。ｎ電極をリフトオフ法で形成する場合、電極蒸着部は現像液にさらされる。現像液としてＴＭＡＨ２．３８％水溶液を使用する場合、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの露出面Ｅsは、図３（Ｃ）に示すように、凹凸状に形成される。具体的には、露出面Ｅsには、山形状をなした複数の突部Ｃが形成される。積層方向Ｌにおける突部Ｃの寸法は、およそ２００ｎｍである。こうして、図１に示す窒化物半導体発光素子１が完成する。図３（Ｄ）に示すように、第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃは、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂを挟みＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeと反対側に積層されている。

【0033】

次に、こうして完成した窒化物半導体発光素子１の電気的特性を測定した結果について説明する。電気的特性を測定するパターンは、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂとのコンタクト抵抗を測定するテストパターンであるＴＬＭ測定用のパターンとした。窒化物半導体発光素子１と比較するために、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率を０．５１、０．６２とした比較例１、２のサンプルを用意した。比較例１、２のサンプルは、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率を除いて、窒化物半導体発光素子１と同様の構成である。図４、５に示すように、比較例２（ＡｌＮのモル分率０．６２）のサンプルにおいて電流が流れ始める電圧（立ち上がり電圧）は、およそ２．４Ｖであった。比較例１（ＡｌＮのモル分率０．５１）のサンプルにおいて電流が流れ始める電圧（立ち上がり電圧）は、およそ１Ｖであった。窒化物半導体発光素子１（ＡｌＮのモル分率０．４２）において電流が流れ始める電圧（立ち上がり電圧）は、およそ０．２Ｖであった。

【0034】

つまり、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率が小さくなるにつれて電流が流れ始める電圧（立ち上がり電圧）が小さくなり、電流－電圧特性がオーミック特性に近づくことが分かった。図４における第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率の値に対する電流が流れ始める電圧のグラフに着目すると、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率をおよそ０．３８にすると、電流が流れ始める電圧を０Ｖ（すなわち、オーミック特性）にすることができると考えられる。従って、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率を０．４２以下とすることによって、窒化物半導体発光素子１の電流－電圧特性を良好にすることができる。

【0035】

比較例２のサンプルにおける微分抵抗値は、およそ１．０×１０²Ωであった。比較例１のサンプルにおける微分抵抗値は、およそ６．０×１０¹Ωであった。窒化物半導体発光素子１における微分抵抗値は、およそ４．１×１０¹Ωであった。つまり、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率が小さくなるにつれて微分抵抗値が小さくなることが分かった。

【0036】

次に、上記実施例における作用を説明する。
窒化物半導体発光素子１は、積層方向Ｌの一方側が露出面Ｅsとして形成される第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂと、露出面Ｅsに積層されるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeと、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂを挟みＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeと反対側に積層される第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃと、を備え、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率は、第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＣのＡｌＮのモル分率よりも小さい。この構成によれば、印加する電圧が小さくても良好に電流が流れる特性（オーミック特性）に近づけることができ、消費電力を抑えつつ良好に発光することができる。

【0037】

窒化物半導体発光素子１において、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２ＢのＡｌＮのモル分率は、０．４２以下である。この場合、印加する電圧が小さくても良好に電流が流れ易くすることができる。言い換えると、電流－電圧特性をオーミック特性に近づけることができる。

【0038】

窒化物半導体発光素子１の積層方向Ｌにおける第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの厚みは、積層方向Ｌにおける第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃの厚みよりも薄い。この場合、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂの厚みを第２ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｃの厚みよりも抑えるので、ＡｌＮのモル分率が小さい第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１２Ｂによる素子へのストレスを低減することができる。

【0039】

＜実施例２＞
次に、実施例２に係る窒化物半導体発光素子２について図６を参照しつつ説明する。実施例２に係る窒化物半導体発光素子２は、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂが、互いにＡｌＮのモル分率が異なる第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅが積層方向Ｌに交互に積層されている点が実施例１と異なる。実施例１と同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

【0040】

図６に示すように、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂは、第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅを有している。第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅは、ＡｌＧａＮで形成されている。第１ＡｌＮ組成層１１２ＤのＡｌＮのモル分率は、０．４２以下の０．３である。第２ＡｌＮ組成層１１２ＥのＡｌＮのモル分率は、０．４２よりも大きい０．６２である。第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅは、積層方向Ｌに交互に複数積層されている。第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅの各々の厚みは、例えば２５ｎｍである。第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅが積層される数は、例えば４０層である。第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅは、所謂、超格子構造である。

【0041】

実施例１と同様に、第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂを化学的機械的研磨によって露出させた露出面ＥsにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeを設ける場合、露出面Ｅsに対して現像液であるＴＭＡＨ水溶液（２．３８％）にさらされてエッチングされている。この場合、露出した第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂの露出面Ｅsには、山形状をなした複数の突部Ｃが形成される。各突部Ｃの斜面に着目すると、第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅの両方が共に露出した状態である。これにより、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeと、第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄ及び第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅと、を確実に接触させることができる。低ＡｌＮモル分率層である第１ＡｌＮ組成層１１２ＤにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeが接触することで、より良好に電流を流すことができる。

【0042】

窒化物半導体発光素子２の第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂは、ＡｌＮのモル分率が０．４２以下の第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄと、ＡｌＮのモル分率が０．４２よりも大きい第２ＡｌＮ組成層１１２Ｅと、が積層方向Ｌに交互に積層されている。この場合、第１層による素子へのストレスをより良好に低減することができる。

【0043】

窒化物半導体発光素子２の第１ｎ－ＡｌＧａＮ層１１２Ｂの露出面Ｅsは、凹凸状に形成されている。この場合、ＡｌＮのモル分率が０．４２以下の第１ＡｌＮ組成層１１２Ｄを確実に露出させ、この層にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極Ｎeを接触させることができる。

【0044】

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１では、ｎ型不純物としてＳｉを添加しているが、これに限らず、ｎ型不純物である、Ｇｅ、Ｔｅ等であっても良い。また、ｐ型不純物としてＭｇ、Ｚｎ，Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａ等を添加してもよい。
（２）実施例１ではサファイア基板を使用しているが、ＡｌＮ基板等の他の基板にＡｌＮ層を積層して結晶成長しても良い。
（３）実施例１では、スパッタで作製したＡｌＮ層を含めているが、スパッタに変えて、ＭＯＶＰＥ成長のＡｌＮ層のみでも良い。
（４）実施例１とは異なり、露出面を凹凸状に形成せずにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を設けてもよい。
（５）窒化物半導体を用いた発光ダイオードに本発明を適用してもよい。
（６）露出面をＫＯＨ水溶液等のアルカリ性の液体でエッチングしてもよい。
（７）第１ＡｌＮ組成層及び第２ＡｌＮ組成層が積層される数は、４０層に限らない。また、第１ＡｌＮ組成層及び第２ＡｌＮ組成層の厚みは、２５ｎｍに限らない。

【符号の説明】

【0045】

１…窒化物半導体発光素子
１２Ｂ，１１２Ｂ…第１ｎ－ＡｌＧａＮ層（第１層）
１２Ｃ…第２ｎ－ＡｌＧａＮ層（第２層）
１１２Ｄ…第１ＡｌＮ組成層
１１２Ｅ…第２ＡｌＮ組成層
Ｅs…露出面
Ｌ…積層方向
Ｎe…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極（電極）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】