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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】P2024158778
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】窒化物半導体素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/32 20100101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
H01L33/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023074298
(22)【出願日】2023-04-28
(71)【出願人】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】奥秋 裕介
(72)【発明者】
【氏名】小林 敬嗣
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 恒輔
(72)【発明者】
【氏名】李 太起
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA03
5F241AA40
5F241AA44
5F241CA05
5F241CA40
5F241CA57
5F241CA60
5F241CA65
(57)【要約】
【課題】腐食の進行を抑制することが可能な窒化物半導体素子を提供する。
【解決手段】窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有する。第１導電型半導体層の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５である。
【選択図】図１
【解決手段】窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有する。第１導電型半導体層の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有し、
前記第１導電型半導体層の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
０．５＜β＜１５である窒化物半導体素子。
前記第１導電型半導体層の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
０．５＜β＜１５である窒化物半導体素子。
【請求項2】
前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
０．５＜β＜１０である請求項１に記載の窒化物半導体素子。
０．５＜β＜１０である請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項3】
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜６００、
０．５＜β＜１０、
β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす請求項１に記載の窒化物半導体素子。
９６＜α＜６００、
０．５＜β＜１０、
β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項4】
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜２００、
０．５＜β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす請求項１に記載の窒化物半導体素子。
９６＜α＜２００、
０．５＜β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項5】
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜２００、
４≦β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす請求項１に記載の窒化物半導体素子。
９６＜α＜２００、
４≦β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項6】
当該窒化物半導体素子は発光素子である請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項7】
前記第１導電型半導体層上に発光層を有する請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項8】
前記発光層の発光波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項9】
前記発光層の一部に、膜組成がＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．７≦ｘ≦１）である量子井戸層を有する請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項10】
前記第１導電型半導体層の導電型はｎ型である請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【0002】
窒化物半導体素子としてサファイア基板上にIII族窒化物であるＡｌＧａＮを成長させる方法が、非特許文献１で開示されている。また、発光素子に関する従来技術として、例えば特許文献１から３に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６６２１９９０号
【特許文献2】特開２０２２－１１７２９９号公報
【特許文献3】特開２０２０－１５５０２５２号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， １２， ０１２００８， ２０１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の課題は、窒化物半導体素子の長期的な信頼性保持の観点から、腐食の進行を抑制することが可能な窒化物半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様においては、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有し、前記第１導電型半導体層の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５である窒化物半導体素子を提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、腐食の進行を抑制することが可能な窒化物半導体素子を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0010】
以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
【0011】
以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、後述のＡｌＮ基板１の表面（すなわち、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３の被形成面）に平行な方向である。Ｚ軸方向は、ＡｌＮ基板１の厚さ方向であり、ＡｌＮ基板１の表面の法線方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
【0012】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有する。以降の説明では、第１導電型半導体層をＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）と呼称する。第１導電型半導体層、すなわち、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５である。
第１実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有する。以降の説明では、第１導電型半導体層をＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）と呼称する。第１導電型半導体層、すなわち、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５である。
【0013】
本発明者らは、高温・高湿条件下で、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮの腐食性に関して鋭意検討した。その結果、ＡｌｘＧａ１－ｘＮにおけるＡｌ組成が高くなると腐食が発生し易くなる傾向があることを発見した。例えば、ｎ型の（以下、ｎ－）Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎを用いた窒化物半導体素子では腐食が発生しない高温・高湿条件下であっても、Ａｌ組成が高いｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を用いた窒化物半導体素子では腐食が発生することを発見した。
【0014】
また、本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の腐食性と、ＡｌＮ基板上に配置されたｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］との間には相関があることを見出した。本発明者らは、上記の膜厚βが０．５［μｍ］未満であるとｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）が腐食し易く、膜厚βが０．５［μｍ］以上であるとＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）が腐食し難いことを発見した。
【0015】
また、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）は、例えばＭＯＣＶＤ装置で成膜することができる。ＭＯＣＶＤ装置は、ＡｌＮ基板を保持するサセプタと、サセプタで保持されたＡｌＮ基板に原料ガスを供給するシャワーヘッドとを備える。本発明者は、ＡｌＮ基板上に成膜されるｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］を適切な値に設定することで、シャワーヘッドの詰まりや、サセプタ上のパーティクル堆積を抑制できることを発見した。例えば、膜厚βが１５［μｍ］未満であると、シャワーヘッドの詰まりや、サセプタ上のパーティクル堆積を抑制できることを発見した。
【0016】
以上の発見から、第１実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］を、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５の範囲の値にすることにより、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の腐食の進行を抑制することができる。これにより、窒化物半導体素子の長期的な信頼性向上を図ることができる。また、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を成膜する装置のシャワーヘッドの詰まりや、サセプタ上のパーティクル堆積を抑制できる。これにより、成膜装置のメンテナンス頻度を低減することができるので、窒化物半導体素子の製造コストの低減を図ることができる。
【0017】
＜実施形態２＞
第２実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１０である。
第２実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１０である。
【0018】
本発明者らは、ＡｌＮ基板上のＡｌｘＧａ１－ｘＮ上に配置された、多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造、すなわち発光層の格子緩和に関して鋭意検討した。その結果、ＡｌｘＧａ１－ｘＮの膜厚を適切な範囲に設定することで、ＭＱＷ構造の格子緩和を抑制することができることを発見した。
【0019】
例えば、ｎ－Ａｌ０．８７Ｇａ０．１３Ｎを用いた窒化物半導体素子では、ｎ－Ａｌ０．８７Ｇａ０．１３Ｎの膜厚が１０［μｍ］以上になると、ｎ－Ａｌ０．８７Ｇａ０．１３Ｎは格子緩和しないが、その上に配置されるＭＱＷ構造（発光層）ではＡｌＮの格子定数から３０％緩和されることを発見した。ＭＱＷ構造において格子緩和が生じると、例えば貫通転位密度が増え、発光効率が低下する可能性がある。
【0020】
また、本発明者らは、ｎ－Ａｌ０．８７Ｇａ０．１３Ｎの膜厚が０．５［μｍ］、３［μｍ］の場合はいずれも、ｎ－Ａｌ０．８７Ｇａ０．１３Ｎは格子緩和せず、その上に配置されるＭＱＷ構造も格子緩和しないことを発見した。ｎ－ＡｌＧａＮの膜厚を適切な範囲に設定することで、ＭＱＷの格子緩和を抑制することができることを発見した。
【0021】
以上の発見から、第２実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］を、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１０の範囲の値にすることにより、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）上に配置されるＭＱＷ構造の格子緩和を抑制することができる。これにより、例えば、ＭＱＷ構造（発光層）の貫通転位密度を１ｅ７／ｃｍ２より小さい値にすることができ、発光効率の低下を抑制することができる。
【0022】
また、第２実施形態に係る窒化物半導体素子の少なくとも一部の領域において、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］の範囲は、第１実施形態に記載された範囲を満たす。このため、第２実施形態に係る窒化物半導体素子は、第１実施形態の効果（腐食の進行抑制、パーティクルの堆積抑制）も奏する。
【0023】
＜実施形態３＞
第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜６００、０．５＜β＜１０、β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす。
第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜６００、０．５＜β＜１０、β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす。
【0024】
本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮを有する窒化物半導体素子の製造工程のうち、特にダイシングなどの後工程で、真空チャック等でウエハを固定したときに、ウエハに割れが生じ易いことを発見した。ＡｌＮ基板を用いた格子歪系の窒化物半導体素子では、例えば光取り出し効率を向上させるため、ＡｌＮ基板を薄くする必要がある。しかし、光取り出し効率を向上させ、出力を向上させるためにウエハ（ＡｌＮ基板）の裏面を研削・研磨して薄くすると、ウエハ反りが顕著になる傾向がある。反りが生じたウエハを真空チャック等で固定するとウエハ割れが生じ易い。
【0025】
そこで、本発明者らは、ＡｌＮ基板を用いた窒化物半導体素子のウエハ反りとウエハ割れとが生じる条件に関して、鋭意検討した。その結果、ウエハ（ＡｌＮ基板）の厚さが１００［μｍ］以下で、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が２［μｍ］以下の場合に、ウエハに激しい反りが生じることを発見した。ウエハ（ＡｌＮ基板）の厚さとＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚をそれぞれ適切な値に設定することで、ダイシングなどの後工程でのウエハ割れを防ぐことができることを発見した。
【0026】
以上の発見から、第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］を、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜６００、０．５＜β＜１０、β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす範囲の値に設定することで、ダイシングなどの後工程でウエハ（ＡｌＮ基板）割れを防ぐことができる。
【0027】
また、第３実施形態に係る窒化物半導体素子の少なくとも一部の領域において、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］の範囲は、第２実施形態に記載された範囲を満たす。このため、第３実施形態に係る窒化物半導体素子は、第１、第２実施形態の各効果（腐食の進行抑制、パーティクルの堆積抑制、ＭＱＷの格子緩和抑制）も奏する。
【0028】
なお、サファイア基板を用いた格子緩和系では、サファイアが光を透過するのでウエハを研削・研磨して薄くする必要はない。ウエハを研削・研磨して薄くする工程は、ＡｌＮ基板を用いた格子歪系に特有の工程である。
【0029】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜２００、０．５＜β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす。
第４実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜２００、０．５＜β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす。
【0030】
光を透過するサファイア基板と異なり、ＡｌＮ基板は光を吸収する。そのため、光出力（光強度）を向上させるためには、ＡｌＮ基板を研削・研磨して、薄膜化することが必要になる。本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮを有する窒化物半導体素子において、ＡｌＮ基板の厚さと光出力との関係を調査した。その結果、ＡｌＮ基板の厚さが厚くなるほど光出力は低下し、例えば、ＡｌＮ基板の厚さが２００［μｍ］以上になると、ＡｌＮ基板の厚さが０に近い場合と比べて、光出力が半減するという知見を得た（後述の図４参照）。
【0031】
以上から、第４実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］を、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜２００、０．５＜β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす範囲の値にすることにより、光出力の低下を抑制することができる。
【0032】
また、第４実施形態に係る窒化物半導体素子の少なくとも一部の領域において、ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］の各範囲は、第３実施形態に記載された範囲を満たす。このため、第４実施形態に係る窒化物半導体素子は、第１から第３実施形態の各効果（腐食の進行抑制、パーティクルの堆積抑制、ＭＱＷの格子緩和抑制、ウエハの割れ防止）も奏する。
【0033】
＜第５実施形態＞
第５実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜２００、４≦β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす。
第５実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜２００、４≦β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす。
【0034】
ＡｌＮ基板上にＡｌ組成の高いＡｌｘＧａ１－ｘＮを成膜する場合、ＡｌｘＧａ１－ｘＮのシート抵抗は非常に高くなる。窒化物半導体素子を横型の発光素子として用いる場合、シート抵抗が高くなると、窒化物半導体素子全体の抵抗成分が増えるため、窒化物半導体素子を駆動するための駆動電圧が高くなる。またシート抵抗が高くなると、メサ端部に電流が集中しやすくなり、信頼性を低下させるという新たな問題も生じる。シート抵抗は厚膜になるほど小さくなる。シート抵抗を低減するために、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を厚膜化する必要がある。
【0035】
そこで、本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮの膜厚と、窒化物半導体素子の駆動電圧Ｖｆとの関係を調査した。その結果、例えば、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が０．５［μｍ］から４［μｍ］の範囲では、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が増えるにしたがって、窒化物半導体素子の駆動電圧Ｖｆが指数関数的に減衰することを発見した。また、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が４［μｍ］以上になると、膜厚に対する駆動電圧Ｖｆの減衰が極めて小さくなることを発見した（後述の図５参照）。
【0036】
駆動電圧Ｖｆの低減を考慮すると、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚は４［μｍ］以上であることが好ましい。
【0037】
以上から、第５実施形態に係る窒化物半導体素子は、ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］を、少なくとも一部の領域において、９６＜α＜２００、４≦β＜０．０２６α＋０．８４８、を全て満たす範囲の値にすることにより、窒化物半導体素子の駆動電圧Ｖｆを低減することができる。
【0038】
また、第５実施形態に係る窒化物半導体素子の少なくとも一部の領域において、ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］の範囲は、第４実施形態に記載された範囲を満たす。このため、第５実施形態に係る窒化物半導体素子は、第１から第４実施形態の各効果（腐食の進行抑制、パーティクルの堆積抑制、ＭＱＷの格子緩和抑制、ウエハの割れ防止、光出力の低下抑制）も奏する。
【0039】
次に、上記第１から第５実施形態の窒化物半導体素子に共通した事項を説明する。
＜基板＞
本実施形態の窒化物半導体素子の基板は、ＡｌＮ基板である。ＡｌＮ基板を用いることにより、その上にＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を結晶性高く配置することが可能である。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］は特に制限されないが、ウエハ割れ防止等の観点から９６［μｍ］以上６００［μｍ］以下であることが好ましい場合があり、さらに出力向上等の観点から９６［μｍ］以上２００［μｍ］以下であることが好ましい場合がある。
＜基板＞
本実施形態の窒化物半導体素子の基板は、ＡｌＮ基板である。ＡｌＮ基板を用いることにより、その上にＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を結晶性高く配置することが可能である。ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］は特に制限されないが、ウエハ割れ防止等の観点から９６［μｍ］以上６００［μｍ］以下であることが好ましい場合があり、さらに出力向上等の観点から９６［μｍ］以上２００［μｍ］以下であることが好ましい場合がある。
【0040】
なお、本実施形態の窒化物半導体素子の説明において、「Ａの上にＢを配置する」とは、Ａの表面上に直接Ｂを配置する形態と、Ａの表面から別の物質を介して間接的にＢを配置する形態の両方を意味する。
【0041】
＜ＨＯＭＯ層＞
本実施形態の窒化物半導体素子は、基板と第１半導体層との間に、基板と同一組成を有するＨＯＭＯ層を備えてもよい。上述したように、本実施形態の窒化物半導体素子において、基板はＡｌＮであるため、ＨＯＭＯ層もＡｌＮで構成される。ＡｌＮで構成されるＨＯＭＯ層（以下、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層）は、例えばエピタキシャル成長法により単結晶に形成される。ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層の厚さは特に制限されないが、例えば１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であり、高い結晶性を実現するという観点から３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。
本実施形態の窒化物半導体素子は、基板と第１半導体層との間に、基板と同一組成を有するＨＯＭＯ層を備えてもよい。上述したように、本実施形態の窒化物半導体素子において、基板はＡｌＮであるため、ＨＯＭＯ層もＡｌＮで構成される。ＡｌＮで構成されるＨＯＭＯ層（以下、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層）は、例えばエピタキシャル成長法により単結晶に形成される。ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層の厚さは特に制限されないが、例えば１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であり、高い結晶性を実現するという観点から３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。
【0042】
＜第１導電型半導体層＞
本実施形態の窒化物半導体素子の第１導電型半導体層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）である。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）は、その上に多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を配置することが可能である。第１導電型とは、ｎ型又はｐ型のことである。第１導電型がｎ型の場合、第２導電型はｐ型となる。第１導電型がｐ型の場合、第２導電型はｎ型となる。
本実施形態の窒化物半導体素子の第１導電型半導体層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）である。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）は、その上に多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を配置することが可能である。第１導電型とは、ｎ型又はｐ型のことである。第１導電型がｎ型の場合、第２導電型はｐ型となる。第１導電型がｐ型の場合、第２導電型はｎ型となる。
【0043】
ｎ型導電性を示す半導体層を得る方法は特に制限されないが、例えばＳｉをｎ型ドーパントとして用いる方法が挙げられる。同様に、ｐ型導電性を示す半導体層を得る方法も特に制限されないが、例えばＭｇをｐ型ドーパントとして用いる方法が挙げられる。特に制限されないが、結晶性や表面平坦性の観点から、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の導電型はｎ型であることが好ましい場合がある。
【0044】
ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］は、腐食防止等の観点から０．５［μｍ］以上１５［μｍ］以下が好ましい場合があり、さらに多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の格子緩和防止等の観点から０．５［μｍ］以上１０［μｍ］以下が好ましい場合があり、さらに駆動電圧向上の観点から４［μｍ］以上が好ましい場合がある。
【0045】
＜多重量子井戸構造＞
本実施形態の窒化物半導体素子は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）上に配置された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を備えてもよい。多重量子井戸構造は、例えば、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が５周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する。
本実施形態の窒化物半導体素子は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）上に配置された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を備えてもよい。多重量子井戸構造は、例えば、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が５周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する。
【0046】
多重量子井戸構造として、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）が５周期以上２００周期以下繰り返した構造を採用することにより、外部量子効率が格段に向上する。
【0047】
一般に、繰り返し構造のうちバンドギャップが小さい方の層は量子井戸層（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ層）と称され、バンドギャップが大きい方はバリア層と称される。
【0048】
膜組成がＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）の繰り返し構造とすることにより、駆動電圧の上昇や格子緩和による結晶性の悪化を抑制しつつ、外部量子効率が向上する。なお、外部量子効率とは、例えば、紫外線発光素子において、紫外線発光素子の外部に放出される単位時間あたりの光量子数と、紫外線発光素子に流れる電流（すなわち、紫外線発光素子を流れる単位時間あたりの電子数）との比で定義される。この比は、例えば百分率（％）で示される。
【0049】
また、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）の繰り返し構造であることによって中心発光波長は２００～２４０ｎｍとなり、波長の短い紫外線を高い外部量子効率で発光することが可能となる。
【0050】
多重量子井戸構造を構成するＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）のそれぞれの厚みは特に制限されないが、内部量子効率の観点からＡｌｘＧａ１－ｘＮ層（０．７≦ｘ≦１）の厚みは０．２５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．２５ｎｍ以上１．５ｎｍ以下であることがより好ましい場合がある。なお、内部量子効率とは、例えば、紫外線発光素子の結晶内部で発生する単位時間あたりの光量子数と、紫外線発光素子に流れる電流（すなわち、紫外線発光素子を流れる単位時間あたりの電子数）との比で定義される。この比は、例えば百分率（％）で示される。
【0051】
ＡｌｙＧａ１－ｙＮ層（ｙ＞ｘ）の膜厚は特に制限されないが、内部量子効率の観点から２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい場合がある。
【0052】
＜電子ブロック層＞
本実施形態の窒化物半導体素子は、電子をブロックして多重量子井戸構造に電子をより注入させるという観点から、多重量子井戸構造と第２導電型半導体層との間に、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）を備えてもよい。ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）は、ｂ＝１、すなわち、ＡｌＮ層であってもよい。ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）は電子ブロック層とも呼ばれる。
本実施形態の窒化物半導体素子は、電子をブロックして多重量子井戸構造に電子をより注入させるという観点から、多重量子井戸構造と第２導電型半導体層との間に、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）を備えてもよい。ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）は、ｂ＝１、すなわち、ＡｌＮ層であってもよい。ＡｌｂＧａ１－ｂＮ層（ｂ＞ｘ）は電子ブロック層とも呼ばれる。
【0053】
＜グレーデッド層＞
本実施形態の窒化物半導体素子は、第２導電型半導体層から多重量子井戸構造への電子あるいは正孔の注入効率を向上させるという観点から、多重量子井戸構造と第２導電型半導体層との間に、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層（ｃは、０．１５以上０．９５以下であり、多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的または段階的に減少する）層を備えていてもよい。このとき、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層のｃは０．１５未満や０．９５を超過する範囲を含むことを妨げるものではない。例えば、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層のｃは、０以上１以下であり、多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的又は段階的に減少するものであってもよい。このような場合も、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層のｃは０．１５以上０．９５以下において連続的または段階的に減少する構成を含むため、本実施形態のＡｌｃＧａ１－ｃＮ層に含まれる。
本実施形態の窒化物半導体素子は、第２導電型半導体層から多重量子井戸構造への電子あるいは正孔の注入効率を向上させるという観点から、多重量子井戸構造と第２導電型半導体層との間に、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層（ｃは、０．１５以上０．９５以下であり、多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的または段階的に減少する）層を備えていてもよい。このとき、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層のｃは０．１５未満や０．９５を超過する範囲を含むことを妨げるものではない。例えば、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層のｃは、０以上１以下であり、多重量子井戸構造側から第２導電型半導体層側にかけて連続的又は段階的に減少するものであってもよい。このような場合も、ＡｌｃＧａ１－ｃＮ層のｃは０．１５以上０．９５以下において連続的または段階的に減少する構成を含むため、本実施形態のＡｌｃＧａ１－ｃＮ層に含まれる。
【0054】
＜第２導電型半導体層＞
本実施形態の紫外線発光素子は、多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層を備えてもよい。第２導電型半導体層は、多重量子井戸構造上に配置されるものであれば特に制限されない。第２導電型半導体層の具体的な膜組成の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶が挙げられる。電気伝導や接触抵抗の観点から、第２導電型半導体層はｐ－ＡｌＧａＮであることが好ましい場合がある。
本実施形態の紫外線発光素子は、多重量子井戸構造上に配置された第２導電型半導体層を備えてもよい。第２導電型半導体層は、多重量子井戸構造上に配置されるものであれば特に制限されない。第２導電型半導体層の具体的な膜組成の一例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶が挙げられる。電気伝導や接触抵抗の観点から、第２導電型半導体層はｐ－ＡｌＧａＮであることが好ましい場合がある。
【0055】
第２導電型半導体層の厚みは特に制限されないが、高い光出力を実現するという観点から、５ｎｍ以上１１０ｎｍ以下であることが好ましく、さらに１５ｎｍ以上９０ｎｍ以下がより好ましい。
【0056】
＜電極＞
本実施形態の窒化物半導体素子は、多重量子井戸構造に電子および正孔を効率的に注入するために電極を備えていてもよい。電極は特に制限されないが、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）と電気的に接続される第１電極と、第２導電型半導体層と電気的に接続される第２電極であってもよい。電極は物理的に接触する層とオーミック接続となることが好ましい。第１電極、あるいは第２電極にはＡｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔａなどの金属あるいはこれらの混晶が挙げられる。
本実施形態の窒化物半導体素子は、多重量子井戸構造に電子および正孔を効率的に注入するために電極を備えていてもよい。電極は特に制限されないが、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）と電気的に接続される第１電極と、第２導電型半導体層と電気的に接続される第２電極であってもよい。電極は物理的に接触する層とオーミック接続となることが好ましい。第１電極、あるいは第２電極にはＡｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖａ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔａなどの金属あるいはこれらの混晶が挙げられる。
【0057】
＜発光波長＞
本実施形態の窒化物半導体素子は、発光素子に用いてよい。本実施形態の窒化物半導体素子を発光素子として用いる場合は、波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出するものであることが好ましく、中心発光波長が２２０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の光を放出するものであることがより好ましい。波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出するものにするための方法は特に制限されないが、例えば多重量子井戸構造における量子井戸層のＡｌ組成を０．７０以上１．０以下にする方法や多重量子井戸構造における量子井戸層の膜厚を２ｎｍ以下にする方法などが挙げられる。
本実施形態の窒化物半導体素子は、発光素子に用いてよい。本実施形態の窒化物半導体素子を発光素子として用いる場合は、波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出するものであることが好ましく、中心発光波長が２２０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の光を放出するものであることがより好ましい。波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の光を放出するものにするための方法は特に制限されないが、例えば多重量子井戸構造における量子井戸層のＡｌ組成を０．７０以上１．０以下にする方法や多重量子井戸構造における量子井戸層の膜厚を２ｎｍ以下にする方法などが挙げられる。
【0058】
＜絶縁層＞
本実施形態に係る窒化物半導体素子は、信頼性の観点から表面の少なくとも一部が絶縁層で覆われていてもよい。絶縁層の材料としては特に制限されないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられる。
本実施形態に係る窒化物半導体素子は、信頼性の観点から表面の少なくとも一部が絶縁層で覆われていてもよい。絶縁層の材料としては特に制限されないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられる。
【0059】
＜測定方法＞
（膜厚測定）
本実施形態の窒化物半導体素子の各層の膜厚は、基板の主面に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、ＴＥＭ測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、窒化物半導体素子の基板の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、窒化物半導体素子の基板の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板の主面に対して平行な方向において２［μｍ］以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる二層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上記２［μｍ］以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の膜厚を得る。
（膜厚測定）
本実施形態の窒化物半導体素子の各層の膜厚は、基板の主面に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、ＴＥＭ測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、窒化物半導体素子の基板の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、窒化物半導体素子の基板の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板の主面に対して平行な方向において２［μｍ］以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる二層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上記２［μｍ］以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の膜厚を得る。
【0060】
（組成測定）
本実施形態の窒化物半導体素子の各層の組成の測定法として、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：ＲｅｃｉｐｒｏｃＡｌ Ｓｐａｃｅ Ｍａｐｐｉｎｇ）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、Ａｌ組成が得られる。上記回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。
本実施形態の窒化物半導体素子の各層の組成の測定法として、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：ＲｅｃｉｐｒｏｃＡｌ Ｓｐａｃｅ Ｍａｐｐｉｎｇ）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、Ａｌ組成が得られる。上記回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。
【0061】
また、量子井戸層やグレーデッド層などのＸＲＤで十分な反射強度が得られない層については、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ－Ｌｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって測定することができる。
【0062】
ＥＥＬＳでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量２０ｅＶ付近に現れるピークのピーク位置が、各層の組成に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。
【0063】
上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２［μｍ］以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
【0064】
ＥＤＸでは、上述のＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において電子線によって発生する特性Ｘ線を測定・解析する。上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２［μｍ］以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
【0065】
ＸＰＳでは、イオンビームを用いたスパッタエッチングを行いながらＸＰＳ測定を行うことで、深さ方向の評価が可能である。イオンビームには一般的にＡｒ＋が用いられるが、ＸＰＳ装置に搭載されたエッチング用イオン銃で照射できるイオンであれば、例えばＡｒクラスターイオンなどの他のイオン種でもよい。Ａｌ、Ｇａ、ＮのＸＰＳピーク強度を測定・解析して各層のＡｌ組成の深さ方向分布を得る。スパッタエッチングの代わりに、基板の主面に対して垂直な断面が拡大されて露出されるようにレーザダイオードを斜め研磨して、露出断面をＸＰＳで測ってもよい。
【0066】
ＸＰＳだけでなくオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いても各層の組成を測定できる。この場合、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面においてオージェ電子分光法による測定を行うことで、組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するＳＥＭ－ＥＤＸ測定によっても、各層の組成を測定できる。本実施形態の窒化物半導体素子の多重量子井戸構造の繰り返し周期の数は、量子井戸層の数で定義され、上記と同様にＴＥＭ観察により測定することが可能である。
【0067】
（発光波長測定）
本実施形態の窒化物半導体素子の発光波長は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定により測定することが可能である。以下、ＰＬ測定の詳細について説明する。
本実施形態の窒化物半導体素子の発光波長は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定により測定することが可能である。以下、ＰＬ測定の詳細について説明する。
【0068】
ＰＬ測定では、量子井戸層のバンドギャップエネルギーよりも大きなエネルギーを持つレーザ光を、試料表面から４５度程度傾いた角度で照射する。その際に、レンズを用いて試料へ照射するスポット径を小さくしてもよいし、フィルタを用いてレーザ光の強度を変えてもよい。照射されたレーザ光によって、試料の量子井戸層では電子が伝導体に励起され、電子正孔対を生成する。その後、励起された電子は基底状態に戻り、正孔との再結合の過程でバンドギャップに応じた波長の光を発生させる。発生させた光はサンプル直上から取得する。取得した光は回折格子を通すことで光を波長ごとに分解して、試料の発光波長を測定できる。
【0069】
＜具体例１＞
（構造）
図１は、本発明の実施形態の具体例１に係る窒化物半導体素子１００を示す断面図である。図１に示すように、窒化物半導体素子１００は、例えば、ＡｌＮ基板１と、ＡｌＮ基板１上に配置されたホモエピタキシャル層であるＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３と、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５とを備える。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５である。
（構造）
図１は、本発明の実施形態の具体例１に係る窒化物半導体素子１００を示す断面図である。図１に示すように、窒化物半導体素子１００は、例えば、ＡｌＮ基板１と、ＡｌＮ基板１上に配置されたホモエピタキシャル層であるＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３と、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５とを備える。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、０．５＜β＜１５である。
【0070】
ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５の一例として、ｎ型のＡｌ０．８７Ｇａ０．１３Ｎが挙げられる。窒化物半導体素子１００は、例えば発光素子の下地膜に使用される。また、窒化物半導体素子１００は、
発光素子の下地膜に限定されるものではなく、パワー半導体などの下地膜に使用されてもよい。
発光素子の下地膜に限定されるものではなく、パワー半導体などの下地膜に使用されてもよい。
【0071】
ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５はＳｉをドープしたｎ型であることが好ましい。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５は有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いて成膜される。本発明者らは、ＡｌＮ上のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）について、厚さを１５［μｍ］以上にすると、原料ガスを大量に使用することにより、ＭＯＣＶＤ装置のシャワーヘッドの目詰まりや、サセプタ上にパーティクルが生じ堆積するといった不具合が発生するという知見を得た。そこで、本発明者らは、ＡｌＮ上のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）について、厚さ１５［μｍ］が安定に生産できる厚さの上限であると結論付けた。
【0072】
（製造方法）
ＡｌＮ基板１として、厚さが５５０［μｍ］の（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板を用意した。この（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、１３００℃の環境下において、ＮＨ３雰囲気中での５分間のアニールおよびＨ２雰囲気中での５分間のアニールを１セットとして、２セットの処理を行った。
ＡｌＮ基板１として、厚さが５５０［μｍ］の（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板を用意した。この（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、１３００℃の環境下において、ＮＨ３雰囲気中での５分間のアニールおよびＨ２雰囲気中での５分間のアニールを１セットとして、２セットの処理を行った。
【0073】
次に、ＡｌＮ単結晶基板上に、ホモエピタキシャル層であるＡｌＮ層を形成した。このＡｌＮ層が、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３である。ＡｌＮ層は、１２００℃の環境下において５００ｎｍの厚さで形成した。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｎ（窒素）原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。
【0074】
ｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、３５０ｎｍの厚さで形成した。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用いた。以上の工程を経て、図１に示した窒化物半導体素子１００が完成する。
【0075】
＜具体例２＞
（構造）
図２は、本発明の実施形態の具体例２に係る窒化物半導体素子１００Ａを示す断面図である。図２に示すように、窒化物半導体素子１００Ａは、単位素子として、ＡｌＮ基板１上に配置されたホモエピタキシャル層であるＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３と、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３上に配置されたｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の第１領域上に配置されたｎ電極７（第１電極の一例）と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の第２領域上に配置された多重量子井戸構造９と、多重量子井戸構造９上に配置された電子ブロック層１１と、電子ブロック層１１上に配置されたグレーデッド層１３と、ｐ型のグレーデッド層１３上に配置されたｐ型のＧａＮ層１５と、ｐ型のＧａＮ層１５上に配置されたｐ電極１７（第２電極の一例）とを備える。
（構造）
図２は、本発明の実施形態の具体例２に係る窒化物半導体素子１００Ａを示す断面図である。図２に示すように、窒化物半導体素子１００Ａは、単位素子として、ＡｌＮ基板１上に配置されたホモエピタキシャル層であるＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３と、ＡｌＮ＿ＨＯＭＯ層３上に配置されたｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の第１領域上に配置されたｎ電極７（第１電極の一例）と、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の第２領域上に配置された多重量子井戸構造９と、多重量子井戸構造９上に配置された電子ブロック層１１と、電子ブロック層１１上に配置されたグレーデッド層１３と、ｐ型のグレーデッド層１３上に配置されたｐ型のＧａＮ層１５と、ｐ型のＧａＮ層１５上に配置されたｐ電極１７（第２電極の一例）とを備える。
【0076】
窒化物半導体素子１００Ａは、ＡｌＮ基板１上に上記の単位素子を複数備える。例えば、複数の単位素子ＵＤは、互いに同一形状を有する。複数の単位素子ＵＤは、ＡｌＮ基板１の表面１ａに平行な一方向（図２では、紙面の左右方向）に繰り返し配置されている。
【0077】
窒化物半導体素子１００Ａが放出する光の波長は、例えば、２００ｎｍ以上２４０ｎｍ以下であり、ＡｌＮ基板１の裏面１ｂから光を取り出す。光取り出し効率を向上させるために、窒化物半導体素子１００Ａの製造工程では、ウエハレベルでＡｌＮ基板１の裏面１ｂを研削・研磨して、その厚さを例えば１００［μｍ］としている。
【0078】
（製造方法）
ｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）上に２０回の繰り返し周期をもつ多重量子井戸構造９を形成した。多重量子井戸構造９は、量子井戸層（ＡｌｘＧａ１－ｘＮ）とバリア層（ＡｌｙＧａ１－ｙＮ）とを含む。多重量子井戸構造９は、量子井戸層とバリア層が５周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する。この例では、多重量子井戸構造９における量子井戸層とバリア層の繰り返しの周期を２０周期とし、多重量子井戸構造９の膜厚を１３４ｎｍとした。
ｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）上に２０回の繰り返し周期をもつ多重量子井戸構造９を形成した。多重量子井戸構造９は、量子井戸層（ＡｌｘＧａ１－ｘＮ）とバリア層（ＡｌｙＧａ１－ｙＮ）とを含む。多重量子井戸構造９は、量子井戸層とバリア層が５周期以上２００周期以下繰り返し積層した構造を有する。この例では、多重量子井戸構造９における量子井戸層とバリア層の繰り返しの周期を２０周期とし、多重量子井戸構造９の膜厚を１３４ｎｍとした。
【0079】
量子井戸層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮである。量子井戸層の厚さは、１ｎｍ、Ａｌ組成は８２％とした。バリア層は、ＡｌｙＧａ１－ｙＮである。バリア層の厚さは６ｎｍ、Ａｌ組成は９２％とした。ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５と同様に、多重量子井戸構造９における量子井戸層とバリア層の形成条件は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定した。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。なお、繰り返し周期の始めと終わりは量子井戸層である。
【0080】
続いて、繰り返し周期をもつ多重量子井戸構造９上に電子ブロック層１１を形成した。電子ブロック層１１は、ドーパントを含まないＡｌＮ層とした。電子ブロック層１１は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、１０ｎｍの厚さで形成した。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。
【0081】
続いて、電子ブロック層１１上にｐ型のグレーデッド層１３を形成した。ｐ型のグレーデッド層１３は、ＡｌＮ基板１から遠ざかる方向にＡｌ組成が減少する分布をもち、Ａｌ＝０．８５から０．２５まで変化する４０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ層である。
【0082】
ｐ型のグレーデッド層１３の形成条件は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定した。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。
【0083】
続いて、ｐ型のグレーデッド層１３上にｐ型のＧａＮ層１５を形成した。ｐ型のＧａＮ層１５は、第２導電型半導体層（コンタクト層）である。ｐ型のＧａＮ層１５の形成条件は、９５０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、８ｎｍの厚さに形成した。また、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いた。
【0084】
次に、ｐ型のＧａＮ層１５と、ｐ型のグレーデッド層１３と、電子ブロック層１１と、多重量子井戸構造９とをメサ形状にパターニングする。これにより、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５の第１領域を露出させる。また、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５の第２領域上に、メサ形状の積層体を形成する。メサ形状の積層体は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５の第２領域上に、多重量子井戸構造９と、電子ブロック層１１と、ｐ型のグレーデッド層１３と、ｐ型のＧａＮ層１５とをこの順で有する。
【0085】
次に、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）５の第１領域上にｎ電極７を形成するとともに、ｐ型のＧａＮ層１５上にｐ電極１７を形成する。以上の工程を経て、図２に示した窒化物半導体素子１００Ａが完成する。
【0086】
（実施例）
次に、本発明の実施例として、本発明者らが行った実験とその結果を示す。
（１）実験１：腐食性に関して
本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置された、Ａｌ組成が高いｎ型の（ｎ－）ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する素子について、長時間の信頼性試験（室温、１００ｍＡ印加）を行った。その結果、ｎ電極近傍から腐食が進み、オープン（ｏｐｅｎ）不良が発生することが分かった。ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮのＡｌ組成が低い場合、例えばｘ＝０．７ではこのような腐食は起こらない。そのため、Ａｌ組成が高いｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）は腐食をしやすい性質があることが分かった。
次に、本発明の実施例として、本発明者らが行った実験とその結果を示す。
（１）実験１：腐食性に関して
本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置された、Ａｌ組成が高いｎ型の（ｎ－）ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する素子について、長時間の信頼性試験（室温、１００ｍＡ印加）を行った。その結果、ｎ電極近傍から腐食が進み、オープン（ｏｐｅｎ）不良が発生することが分かった。ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮのＡｌ組成が低い場合、例えばｘ＝０．７ではこのような腐食は起こらない。そのため、Ａｌ組成が高いｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）は腐食をしやすい性質があることが分かった。
【0087】
ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚を０．５［μｍ］から１［μｍ］にしたところ、腐食を抑えることに成功した。この結果から、腐食を防止するためには、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚を０．５［μｍ］より厚くすることが好ましく、１［μｍ］以上にすることがより好ましい。
【0088】
なお、腐食有無の判定は、ＳＥＭ－ＥＤＸ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ － Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ）による分析結果に基づいて行った。ＳＥＭ－ＥＤＸによる分析で、ＡｌＧａＮのＮ（窒素）が検出されずＯ（酸素）が検出される場合は、腐食有りと判定した。ＳＥＭ－ＥＤＸによる分析で、ＡｌＧａＮのＮ（窒素）が検出され、Ｏ（酸素）が検出されない場合（または、Ｏの検出強度が十分小さい場合）は、腐食無しと判定した。
【0089】
（２）実験２：格子緩和に関して
本発明者らは、ＡｌＮ基板上のｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を１０［μｍ］以上厚くすると応力がたまり、その上に成膜する多重量子井戸構造で格子緩和が発生することを実験で見出した。本発明者らが見出した、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚と多重量子井戸構造における格子緩和との関係を表１に示す。
本発明者らは、ＡｌＮ基板上のｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を１０［μｍ］以上厚くすると応力がたまり、その上に成膜する多重量子井戸構造で格子緩和が発生することを実験で見出した。本発明者らが見出した、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚と多重量子井戸構造における格子緩和との関係を表１に示す。
【表1】
【0090】
以上の結果から、ＡｌＮ基板上のｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）上に形成される多重量子井戸構造の膜厚は、多重量子井戸構造の格子緩和を抑制する観点から、１０［μｍ］よりも薄くすることが好ましい。
【0091】
格子緩和の測定方法は、次の通りである。窒化物半導体素子の各層の組成の測定法として、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆａｃｔｉｏｎ）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：ＲｅｃｉｐｒｏｃＡｌ Ｓｐａｃｅ Ｍａｐｐｉｎｇ）を用いた。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、Ａｌ組成が得られる。上記回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。
【0092】
（３）実験３：割れ、反りに関して
ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）は応力が強く、ＡｌＮ基板１に反りを生じさせる。ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚を厚くしすぎると、ウエハの反りが界点を越え、ウエハが割れる。本発明者らは、研削実験を行い、ウエハが割れるときのウエハ膜厚とｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）膜厚との関係を見出した。なお、ウエハは、ダイシング前のＡｌＮ基板である。
ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）は応力が強く、ＡｌＮ基板１に反りを生じさせる。ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚を厚くしすぎると、ウエハの反りが界点を越え、ウエハが割れる。本発明者らは、研削実験を行い、ウエハが割れるときのウエハ膜厚とｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）膜厚との関係を見出した。なお、ウエハは、ダイシング前のＡｌＮ基板である。
【0093】
図３は、本発明の実施例に係る実験３（割れ、反りに関して）の結果を示すグラフである。図３の横軸はウエハの厚さα［μｍ］を示し、縦軸はｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］の膜厚を示す。図３に示すように、グラフ中の網掛けで示す領域ではウエハ割れは生じなかった。この網掛けで示す領域は、β＜０．０２６α＋０．８４８、を満たす領域である。
【0094】
ウエハ割れの測定方法は、次の通りである。ウエハ割れの測定方法として、セラミックデッキにワックスでウエハを接着させ、研削後、ワックスを昇温させ、剥がした際に割れがないことで判定した。ウエハ反りで実用上問題になるのはダイシングなどの後工程で、真空チャックなどでウエハを固定したときに割れることである。そこで、ワックスで固定したウエハ（真空チャック等でウエハを固定したときと同様の状況）を研削後に剥がしたとき、ウエハが割れていなければ、後工程において真空チャック等でウエハを固定したときも割れないと判断した。
【0095】
（４）実験４：光出力（光強度）について
本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する発光素子の光出力（光強度）について、シミュレーションを行った。
本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する発光素子の光出力（光強度）について、シミュレーションを行った。
【0096】
図４は、ウエハの厚さ［μｍ］と、光出力との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。ウエハは、ダイシング前のＡｌＮ基板である。図４の横軸はウエハの厚さα［μｍ］を示し、縦軸は光強度を示す。なお、光強度１は、ウエハの厚さを仮想上０（ゼロ）とし、ウエハによる光の減衰がない場合の光強度を意味する。
【0097】
図４に示すように、ウエハの厚さ［μｍ］が大きくなると光出力が低下し、ウエハの厚さが２００［μｍ］以上になると光強度が半減することがわかった。
【0098】
以上の結果から、ウエハの厚さαは、２００［μｍ］未満であることが好ましく、より好ましくは１１０［μｍ］未満である。
【0099】
（５）実験５：駆動電圧について
本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する発光素子の駆動電圧について、シミュレーションを行った。
本発明者らは、ＡｌＮ基板上に配置されたｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）を有する発光素子の駆動電圧について、シミュレーションを行った。
【0100】
図５は、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚［μｍ］と、駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。図５の横軸はｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚β［μｍ］を示し、縦軸は駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を示す。ここでは、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の形状について３つのパターンを用意した。各パターンにそれぞれ１００ｍＡを通電したときの上記関係をシミュレーションした。
【0101】
図５に示すように、いずれのパターンにおいても、ＡｌＮ基板上に配置されたｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が厚くなると、駆動電圧Ｖｆが低下することが分かった。ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が０．５［μｍ］から４［μｍ］の範囲では、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が増えるにしたがって、窒化物半導体素子の駆動電圧Ｖｆが指数関数的に減衰することがわかった。また、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚が４［μｍ］以上になると、膜厚に対する駆動電圧Ｖｆの減衰が極めて小さくなることがわかった。
【0102】
第５実施形態で説明したように、駆動電圧Ｖｆの低減を考慮すると、ｎ－ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）の膜厚は４［μｍ］以上であることが好ましい。
【0103】
＜その他の実施形態＞
上記のように、本開示は実施形態及び具体例、実施例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
上記のように、本開示は実施形態及び具体例、実施例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【0104】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有し、
前記第１導電型半導体層の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
０．５＜β＜１５である窒化物半導体素子。
（２）
前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
０．５＜β＜１０である前記（１）に記載の窒化物半導体素子。
（３）
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜６００、
０．５＜β＜１０、
β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす前記（１）又は（２）に記載の窒化物半導体素子。
（４）
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜２００、
０．５＜β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
（５）
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜２００、
４≦β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
（６）
当該窒化物半導体素子は発光素子である上記（１）から（５）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
（７）
前記第１導電型半導体層上に発光層を有する上記（６）に記載の窒化物半導体素子。
（８）
前記発光層の発光波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である上記（７）に記載の窒化物半導体素子。
（９）
前記発光層の一部に、膜組成がＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．７≦ｘ≦１）である量子井戸層を有する上記（７）又は（８）に記載の窒化物半導体素子。
（１０）
前記第１導電型半導体層の導電型はｎ型である上記（１）から（９）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
（１）
ＡｌＮ基板上に配置されたＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）で形成された第１導電型半導体層を有し、
前記第１導電型半導体層の膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
０．５＜β＜１５である窒化物半導体素子。
（２）
前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
０．５＜β＜１０である前記（１）に記載の窒化物半導体素子。
（３）
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜６００、
０．５＜β＜１０、
β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす前記（１）又は（２）に記載の窒化物半導体素子。
（４）
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜２００、
０．５＜β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
（５）
前記ＡｌＮ基板の厚さα［μｍ］と前記膜厚β［μｍ］は、少なくとも一部の領域において、
９６＜α＜２００、
４≦β＜０．０２６α＋０．８４８、
を全て満たす前記（１）から（４）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
（６）
当該窒化物半導体素子は発光素子である上記（１）から（５）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
（７）
前記第１導電型半導体層上に発光層を有する上記（６）に記載の窒化物半導体素子。
（８）
前記発光層の発光波長が２１５ｎｍ以上２４０ｎｍ以下である上記（７）に記載の窒化物半導体素子。
（９）
前記発光層の一部に、膜組成がＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．７≦ｘ≦１）である量子井戸層を有する上記（７）又は（８）に記載の窒化物半導体素子。
（１０）
前記第１導電型半導体層の導電型はｎ型である上記（１）から（９）のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【符号の説明】
【0105】
１ ＡｌＮ基板
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ ＨＯＭＯ層
５ ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）
７ ｎ電極
９ 多重量子井戸構造
１１ 電子ブロック層
１３ グレーデッド層
１５ ＧａＮ層
１７ ｐ電極
７１、１７１ 延伸部
７２、１７２ 繋ぎ部
１００、１００Ａ、１００Ｂ 窒化物半導体素子
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ ＨＯＭＯ層
５ ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．８≦ｘ≦１）
７ ｎ電極
９ 多重量子井戸構造
１１ 電子ブロック層
１３ グレーデッド層
１５ ＧａＮ層
１７ ｐ電極
７１、１７１ 延伸部
７２、１７２ 繋ぎ部
１００、１００Ａ、１００Ｂ 窒化物半導体素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】