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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-15
(45)【発行日】2022-08-23
(54)【発明の名称】半導体発光素子およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/22 20100101AFI20220816BHJP
H01L 33/12 20100101ALI20220816BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20220816BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20220816BHJP
【ＦＩ】
H01L33/22
H01L33/12
H01L21/205
C23C14/06 A
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019539022
(86)(22)【出願日】2018-07-06
(86)【国際出願番号】 JP2018025731
(87)【国際公開番号】W WO2019044173
(87)【国際公開日】2019-03-07
【審査請求日】2021-05-27
(31)【優先権主張番号】P 2017167131
(32)【優先日】2017-08-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】303058328
【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社
(73)【特許権者】
【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】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】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(72)【発明者】
【氏名】平松 亮介
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 敦也
(72)【発明者】
【氏名】平林 英明
(72)【発明者】
【氏名】上山 智
【審査官】吉岡 一也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－０７２１４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０４３２８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５０６４３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０２２４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１０８４２２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－３２４５１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５４４１１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下の半導体発光素子において、前記半導体発光素子は、
反射層と、
前記反射層の上に設けられた基板と、
前記基板の上に設けられた半導体層と、
を含む積層構造を具備し、
前記基板の前記半導体層側の表面には、凹凸構造が設けられ、
前記半導体層は、厚さ１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の窒化アルミニウムからなるバッファ層を有し、
前記バッファ層は酸素を含有し、
前記バッファ層の深さ３ｎｍにおける酸素濃度をＯ３ｎｍ（ａｔ％）とし、深さ８ｎｍにおける酸素濃度をＯ８ｎｍ（ａｔ％）としたとき、０．０１≦Ｏ８ｎｍ／Ｏ３ｎｍ≦０．５であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項2】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。【請求項3】
前記半導体層は、前記バッファ層の上に位置するｎ形半導体層を有し、前記ｎ形半導体層の少なくとも一部は、ＡｌＧａＮ層であることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項4】
前記半導体層は、前記ｎ形半導体層の上に位置する活性層を有し、前記活性層の少なくとも一部は、ＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層の積層構造であることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項5】
前記半導体層は、前記バッファ層と前記活性層との間に設けられた緩和層をさらに有し、前記緩和層は、ＩｎおよびＡｌの少なくともいずれかを含有することを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項6】
前記緩和層は、ＩｎＡｌＧａＮ層、または
ＩｎＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが交互に設けられた超格子構造、
を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項7】
前記バッファ層のＸ線回折測定における（０００２）面の半値幅が３５０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。【請求項8】
前記発光ピーク波長は、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。【請求項9】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造法方法において、前記バッファ層を、スパッタリング法で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項10】
前記スパッタリング法は、前記基板の温度を４００℃以上８００℃以下とし、１×１０－４Ｐａ以下の真空中で行うことを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。【請求項11】
前記バッファ層を形成後に、不活性ガス雰囲気中かつ１２００℃以上１８００℃以下で前記バッファ層を熱処理することを特徴とする請求項９ないし請求項１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
後述する実施形態は、半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
環境問題や省エネルギーの観点から、新たな光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子の開発が積極的に行われている。このような半導体発光素子に使用される半導体としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの窒化ガリウム系のものが注目されている。また、窒化ガリウム系の半導体を用いた半導体発光素子においては、発光強度や発光効率の向上、長寿命化などの特性の改善を目的とした開発が進められている。例えば、特許文献１では、窒化ガリウム系の半導体層の結晶品質を向上させるために、半導体層を、均一な酸素濃度分布を有するＡｌＮバッファ緩衝層の上に形成することが開示されている。
【0003】
一方、より自然な白色を実現するために、青紫色の光を発する半導体発光素子が着目されている。この半導体発光素子は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下であり、従来の青色の光を発する半導体発光素子に比べて、発光ピーク波長が短い。発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下の半導体発光素子においては、従来の半導体発光素子に比べ、発光強度等の特性を改善できる技術の開発が未だ十分では無い。このため、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下の半導体発光素子について、発光強度等の特性を改善できる技術の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表２０１６－５１８６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下であり、発光強度を向上できる半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態に係る半導体発光素子は、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下である。前記半導体発光素子は、反射層と、前記反射層の上に設けられた基板と、前記基板の上に設けられた半導体層と、を含む積層構造を具備する。前記基板の前記半導体層側の表面には、凹凸構造が設けられる。前記半導体層は、厚さ１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の窒化アルミニウムからなるバッファ層を有する。前記バッファ層は酸素を含有し、前記バッファ層の深さ３ｎｍにおける酸素濃度をＯ３ｎｍ（ａｔ％）とし、深さ８ｎｍにおける酸素濃度をＯ８ｎｍ（ａｔ％）としたとき、０．０１≦Ｏ８ｎｍ／Ｏ３ｎｍ≦０．５であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、本発明の各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。本願明細書と各図において、既に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。
以下の説明では、上下の方向を用いて実施形態を説明するが、これらの方向は相対的なものであり、鉛直方向に限定されるものではない。また、本明細書では、Ａ層とＢ層の積層構造をＡ／Ｂと表すが、これはＡ層がＢ層の上に設けられることを示す。
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。本願明細書と各図において、既に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。
以下の説明では、上下の方向を用いて実施形態を説明するが、これらの方向は相対的なものであり、鉛直方向に限定されるものではない。また、本明細書では、Ａ層とＢ層の積層構造をＡ／Ｂと表すが、これはＡ層がＢ層の上に設けられることを示す。
【0009】
図１は、実施形態に係る半導体発光素子１を模式的に表す断面図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子１の一部を拡大した断面図である。
実施形態に係る半導体発光素子１は、図１に表したように、基板２、半導体層３、反射層４、電極５、および電極６を具備する。図１に表した例では、半導体発光素子１は、透光電極７をさらに具備し、実装基板８の上に実装されている。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子１の一部を拡大した断面図である。
実施形態に係る半導体発光素子１は、図１に表したように、基板２、半導体層３、反射層４、電極５、および電極６を具備する。図１に表した例では、半導体発光素子１は、透光電極７をさらに具備し、実装基板８の上に実装されている。
【0010】
（基板２）
基板２の主成分は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮ、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ、Ｓｉオンダイヤモンド、ＺｎＯ、ＬｉＡｌＯ２、ＭｇＯ、ＧａＡｓ、Ｃｕ（銅）、およびＷ（タングステン）からなる群より選択された少なくとも１つである。コスト及び特性の観点から、基板２は、サファイア基板であることが望ましい。サファイア基板は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板の一種である。基板２の表面側または裏面側の少なくとも一方には、微細な凹凸構造が設けられる。図２（ａ）に、この凹凸構造の一例を示す。図２（ａ）に表した例では、基板２の表面側（半導体層３を形成した側）に凹凸構造が設けられている。凹凸構造を設けることにより、この凹凸構造でより多くの光が反射されるようになる。活性層３４（後述する）から放射された光は、半導体発光素子１の外に出る光と、半導体発光素子１の内部に向かう光と、がある。半導体発光素子１の内部に向かう光を凹凸構造で反射させ、より多くの光が半導体発光素子１の外に出るようにすることで、半導体発光素子１の発光強度および発光効率を向上させることができる。
凹凸構造の一例として、基板２の表面に凸部が設けられているが好ましい。凸部は、例えば、円錐形状や多角錐形状である。凸部は、上下方向と交差する断面における形状が、三角形や台形などの多角形であることが好ましい。なお、上下方向とは、基板２と電極５または電極６とを結ぶ方向のことである。また、凸部が斜面を有することにより反射効果を向上させることができる。凸部は、上下方向に対して垂直な方向（以下では、面内方向という）に沿って、周期的に設けられることが好ましい。表面および裏面の少なくとも一方に凹凸構造が周期的に設けられたサファイア基板は、Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ（ＰＳＳ）と呼ばれている。凹凸構造としては、凸部の直径が０．５μｍ以上５μｍ以下、凸部の高さが０．５μｍ以上５μｍ以下、ピッチが０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲内であることが好ましい。ピッチとは、隣り合う凸部の頂点間の距離である。凸部の先端が平面形状（凸部の断面が台形）の場合、先端の平面の中心間の距離をピッチとする。凸部のサイズを上記範囲内とすることで、凹凸構造における反射の効果や光取出し効果を十分に向上させることができる。
基板２の主成分は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮ、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ、Ｓｉオンダイヤモンド、ＺｎＯ、ＬｉＡｌＯ２、ＭｇＯ、ＧａＡｓ、Ｃｕ（銅）、およびＷ（タングステン）からなる群より選択された少なくとも１つである。コスト及び特性の観点から、基板２は、サファイア基板であることが望ましい。サファイア基板は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板の一種である。基板２の表面側または裏面側の少なくとも一方には、微細な凹凸構造が設けられる。図２（ａ）に、この凹凸構造の一例を示す。図２（ａ）に表した例では、基板２の表面側（半導体層３を形成した側）に凹凸構造が設けられている。凹凸構造を設けることにより、この凹凸構造でより多くの光が反射されるようになる。活性層３４（後述する）から放射された光は、半導体発光素子１の外に出る光と、半導体発光素子１の内部に向かう光と、がある。半導体発光素子１の内部に向かう光を凹凸構造で反射させ、より多くの光が半導体発光素子１の外に出るようにすることで、半導体発光素子１の発光強度および発光効率を向上させることができる。
凹凸構造の一例として、基板２の表面に凸部が設けられているが好ましい。凸部は、例えば、円錐形状や多角錐形状である。凸部は、上下方向と交差する断面における形状が、三角形や台形などの多角形であることが好ましい。なお、上下方向とは、基板２と電極５または電極６とを結ぶ方向のことである。また、凸部が斜面を有することにより反射効果を向上させることができる。凸部は、上下方向に対して垂直な方向（以下では、面内方向という）に沿って、周期的に設けられることが好ましい。表面および裏面の少なくとも一方に凹凸構造が周期的に設けられたサファイア基板は、Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ（ＰＳＳ）と呼ばれている。凹凸構造としては、凸部の直径が０．５μｍ以上５μｍ以下、凸部の高さが０．５μｍ以上５μｍ以下、ピッチが０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲内であることが好ましい。ピッチとは、隣り合う凸部の頂点間の距離である。凸部の先端が平面形状（凸部の断面が台形）の場合、先端の平面の中心間の距離をピッチとする。凸部のサイズを上記範囲内とすることで、凹凸構造における反射の効果や光取出し効果を十分に向上させることができる。
【0011】
（半導体層３）
半導体層３は、基板２の表面側に設けられる。半導体層３は、例えば図１に表したように、バッファ層３１、ｎ形半導体層３２、緩和層３３、活性層（発光層）３４、およびｐ形半導体層３５を有することが好ましい。
半導体層３は、基板２の表面側に設けられる。半導体層３は、例えば図１に表したように、バッファ層３１、ｎ形半導体層３２、緩和層３３、活性層（発光層）３４、およびｐ形半導体層３５を有することが好ましい。
【0012】
バッファ層３１は、その上に設ける活性層３４等の半導体層の結晶性を向上させるために設けられる。バッファ層３１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系の材料を含むことが好ましい。図２（ａ）に表したように、バッファ層３１は、例えば、基板２の表面の凹凸構造に沿って設けられる。すなわちこの例では、バッファ層３１は、面内方向に沿う平坦部３１Ａと、凹凸構造の傾斜面に設けられた傾斜部３１Ｂと、を有する。バッファ層３１の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の領域Ｒを拡大したものである。バッファ層３１の厚さＴは、図２（ｂ）に表したように、平坦部３１Ａの上下方向における寸法を測定することで求めることができる。または、バッファ層３１の厚さは、凹凸構造の傾斜面の法線方向における傾斜部３１Ｂの寸法を測定することで求めても良い。
【0013】
ｎ形半導体層３２としては、例えば、ｎ形クラッド層などが挙げられる。ｎ形クラッド層としては、ＳｉがドープされたＧａＮ層などが挙げられる。
発明者らは、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下であり、光を高効率で放射でき、かつ発光面が均一な半導体発光素子を得るために、ｎ形クラッド層の少なくとも一部にＡｌを含有させることが有効であることを見出した。特に、ｎ形クラッド層全体にＡｌを含有させることにより、高濃度のＳｉをｎ形クラッド層にドープさせることが可能となり、ドーパント濃度の増加によりｎ形クラッド層を低抵抗化することができる。なお、高濃度のＳｉとしては、８×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｍ／ｃｍ３以下が挙げられる。また、Ｓｉ濃度は、ＳＩＭＳ分析により検出できる。
その他に、ｎ形クラッド層の一部にＧａＮより高抵抗のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．０５≦ｘ≦０．１５）層を挿入することにより、ｎ形クラッド層全体の電流の広がりを均一化させることができる。なお、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層中の成分比は、ＴＥＭ－ＥＤＸの分析結果から確認することができる。
このように、ｎ形クラッド層にＡｌを含有させることで、高効率かつ発光面が均一な半導体発光素子が実現できる。
ｎ形クラッド層中のＡｌの濃度は、１ａｔ％以上１５ａｔ％が好ましい。より好ましくは、ｎ形クラッド層中のＡｌの濃度は、１ａｔ％以上６ａｔ％以下である。また、ｎ形半導体層３２が高抵抗のＡｌＧａＮ層を有する場合、ｎ形半導体層３２におけるＡｌの濃度は５ａｔ％以上１５ａｔ％以下が好ましい。ＡｌＧａＮ層の厚さは、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましい。
また、バッファ層３１とｎ形半導体層３２の間に、不純物が添加されていないＧａＮ層を設けても良いものとする。
発明者らは、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下であり、光を高効率で放射でき、かつ発光面が均一な半導体発光素子を得るために、ｎ形クラッド層の少なくとも一部にＡｌを含有させることが有効であることを見出した。特に、ｎ形クラッド層全体にＡｌを含有させることにより、高濃度のＳｉをｎ形クラッド層にドープさせることが可能となり、ドーパント濃度の増加によりｎ形クラッド層を低抵抗化することができる。なお、高濃度のＳｉとしては、８×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｍ／ｃｍ３以下が挙げられる。また、Ｓｉ濃度は、ＳＩＭＳ分析により検出できる。
その他に、ｎ形クラッド層の一部にＧａＮより高抵抗のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．０５≦ｘ≦０．１５）層を挿入することにより、ｎ形クラッド層全体の電流の広がりを均一化させることができる。なお、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層中の成分比は、ＴＥＭ－ＥＤＸの分析結果から確認することができる。
このように、ｎ形クラッド層にＡｌを含有させることで、高効率かつ発光面が均一な半導体発光素子が実現できる。
ｎ形クラッド層中のＡｌの濃度は、１ａｔ％以上１５ａｔ％が好ましい。より好ましくは、ｎ形クラッド層中のＡｌの濃度は、１ａｔ％以上６ａｔ％以下である。また、ｎ形半導体層３２が高抵抗のＡｌＧａＮ層を有する場合、ｎ形半導体層３２におけるＡｌの濃度は５ａｔ％以上１５ａｔ％以下が好ましい。ＡｌＧａＮ層の厚さは、２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましい。
また、バッファ層３１とｎ形半導体層３２の間に、不純物が添加されていないＧａＮ層を設けても良いものとする。
【0014】
活性層３４は、発光層として機能する。活性層３４としては、例えば、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、またはそれらを重ね合わせた積層構造などが挙げられる。例えば、活性層３４の少なくとも一部は、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１－ｘ１－ｙ１Ｎ（０＜ｘ１≦０．１５、０≦ｙ１≦０．２）層と、Ａｌｙ２Ｇａ１－ｙ２Ｎ（０≦ｙ２≦０．２）層と、の積層構造である。青色半導体発光素子よりも発光波長の短い、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下の半導体発光素子を得るためには、活性層３４に、Ａｌを含有させることが好ましい。活性層３４におけるＡｌの濃度は、５ａｔ％以上１０ａｔ％以下が好ましい。
「活性層３４におけるＡｌ濃度」とは、単一層におけるＡｌ濃度を意味する。活性層３４が積層構造を有する場合、「活性層３４におけるＡｌ濃度」とは、当該積層構造に含まれ、Ａｌを含有している単一層中のＡｌ濃度を指す。Ａｌを含有した単一層としては、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層などが挙げられる。また、「単一層」とは、同一組成の結晶相である層を指す。
活性層３４におけるＡｌ濃度の確認は、例えば以下の方法により行われる。活性層３４を含む領域に対して、ＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析を実施する。これにより、各層の組成や位置を把握する。単一層の組成や位置を把握した後に、（Ｓ）ＴＥＭ［（走査）透過電子顕微鏡((Scanning) Transmission Electron Microscope)］－ＥＤＸ［エネルギー分散型X線分析(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)］で線分析を実施する。線分析は半導体構造の上下方向について実施する。ＥＤＸで検出されたＡｌの検出値から、Ａｌの濃度を算出する。積層構造の場合、複数のＡｌのピーク値の平均値をＡｌ濃度とする。平均値は、Ａｌの最大検出値から７０％強度以内の平均値をＡｌの含有量（濃度）とする。例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ単一層の場合、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１（ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）と表現され、Ａｌ濃度はｙの値である。
ＳＩＭＳ分析は、例えば、アメテック株式会社製、CAMECA IMS-7fを用いて実施することができる。測定条件は、例えば以下の通りである。
一次イオン種：Ｃｓ＋
一次加速電圧：３．０ｋＶ
検出領域：３０（μｍφ）
ＳＴＥＭ－ＥＤＸによる分析は、例えば、日本電子製JEM-ARM200Fを用いて行うことができる。分析を行う際の条件は、例えば以下の通りである。
加速電圧:２００ｋＶ
ビーム径:約０．１ｎｍφ
Ｘ線取出角:２１．９°
立体角:０．９８ｓｒ
総合倍率:１６，０００～１，６００，０００倍
取込点数:３００点
ＳＴＥＭの走査速度：１測定点／ｓｅｃ
「活性層３４におけるＡｌ濃度」とは、単一層におけるＡｌ濃度を意味する。活性層３４が積層構造を有する場合、「活性層３４におけるＡｌ濃度」とは、当該積層構造に含まれ、Ａｌを含有している単一層中のＡｌ濃度を指す。Ａｌを含有した単一層としては、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層などが挙げられる。また、「単一層」とは、同一組成の結晶相である層を指す。
活性層３４におけるＡｌ濃度の確認は、例えば以下の方法により行われる。活性層３４を含む領域に対して、ＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析を実施する。これにより、各層の組成や位置を把握する。単一層の組成や位置を把握した後に、（Ｓ）ＴＥＭ［（走査）透過電子顕微鏡((Scanning) Transmission Electron Microscope)］－ＥＤＸ［エネルギー分散型X線分析(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)］で線分析を実施する。線分析は半導体構造の上下方向について実施する。ＥＤＸで検出されたＡｌの検出値から、Ａｌの濃度を算出する。積層構造の場合、複数のＡｌのピーク値の平均値をＡｌ濃度とする。平均値は、Ａｌの最大検出値から７０％強度以内の平均値をＡｌの含有量（濃度）とする。例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ単一層の場合、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１（ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）と表現され、Ａｌ濃度はｙの値である。
ＳＩＭＳ分析は、例えば、アメテック株式会社製、CAMECA IMS-7fを用いて実施することができる。測定条件は、例えば以下の通りである。
一次イオン種：Ｃｓ＋
一次加速電圧：３．０ｋＶ
検出領域：３０（μｍφ）
ＳＴＥＭ－ＥＤＸによる分析は、例えば、日本電子製JEM-ARM200Fを用いて行うことができる。分析を行う際の条件は、例えば以下の通りである。
加速電圧:２００ｋＶ
ビーム径:約０．１ｎｍφ
Ｘ線取出角:２１．９°
立体角:０．９８ｓｒ
総合倍率:１６，０００～１，６００，０００倍
取込点数:３００点
ＳＴＥＭの走査速度：１測定点／ｓｅｃ
【0015】
緩和層３３は、ｎ形半導体層３２と活性層３４との間に設けることができる。緩和層３３を設けることにより、活性層３４における結晶のひずみを緩和させ、活性層３４の結晶性を向上させることができる。緩和層３３としては、ＩｎＧａＮ層、ＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、またはそれらを積層させた超格子層、などが挙げられる。緩和層３３は、例えば、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１－ｘ３－ｙ３Ｎ（０＜ｘ３≦０．０５、０≦ｙ３≦０．０８）層である。または、緩和層３３は、Ｉｎｘ４Ａｌｙ４Ｇａ１－ｘ４－ｙ４Ｎ（０＜ｘ４≦０．０８、０≦ｙ４≦０．０８）とＡｌｙ５Ｇａ１－ｙ５Ｎ（０≦ｙ５≦０．０８）とを交互に積層させた超格子構造を有する。活性層３４にＡｌを含有させた場合は、緩和層３３と活性層３４との間の格子のマッチングを向上させるために、緩和層３３にもＡｌを含有させることが好ましい。
【0016】
ｐ形半導体層３５としては、ｐ形コンタクト層、ｐ形クラッド層、またはｐ形コンタクト層とｐ形クラッド層を組み合わせた層、などが挙げられる。ｐ形コンタクト層としては、不純物元素をドープしたＧａＮ層、などが挙げられる。この不純物元素としては、Ｍｇ（マグネシウム）などが挙げられる。ｐ形クラッド層としては、不純物元素をドープしたＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層などが挙げられる。
【0017】
上記のように半導体層３は、多層構造を有している。ｎ形半導体層３２では、キャリアが電子、ｐ形半導体層３５では、キャリアが正孔である。ｐｎ接合部で電子と正孔がぶつかって消滅することにより再結合が起きる。再結合の際に、電子が有するエネルギーと正孔が有するエネルギーの差に相当するエネルギーが光として放出される。半導体層３では、ｐ形半導体層３５とｎ形半導体層３２を直接接合せずに間に別の層を設けた多層構造とすることにより、電子と正孔を効率よく溜めることができる。これにより発光効率を向上させることができる。
【0018】
（反射層４）
反射層４は、基板２の裏面側に設けられる。基板２の裏面側とは、基板２に対して半導体層３が設けられている側の面と反対側の面である。反射層４としては、第１誘電体層と第２誘電体層を交互に積層した構造を有する多層反射層、金属反射層、またはその両方が用いられることが好ましい。両方を用いる場合には、多層反射層が金属反射層の上に設けられ、基板２が多層反射層の上に設けられる。多層半反射層の第１誘電体層は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化珪素、酸化ニオブ、または酸化タンタルなどからなる。第２誘電体層は、酸化珪素、フッ化マグネシウム、またはフッ化カルシウムなどからなる。これらの層は、スパッタリングなどの薄膜形成技術により成膜することができる。金属反射層は、Ａｕ、Ａｇ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分として含むことが好ましい。例えば、金属反射層は、Ａｕ単体、Ａｕ合金、Ａｇ単体、Ａｇ合金、Ａｌ単体、またはＡｌ合金を主成分として含む。Ａｇ合金としては、例えば、ＡｇＰｄＣｕ合金が挙げられる。３８０～４２５ｎｍの波長を有する光に対する反射率は、Ａｇ単体、Ａｇ合金、Ａｌ単体、およびＡｌ合金が、Ａｕ単体およびＡｕ合金に比べて高いため、好ましい。また、ＡｇおよびＡｌは、Ａｕに比べて安いため、好ましい。
反射層４は、基板２の裏面側に設けられる。基板２の裏面側とは、基板２に対して半導体層３が設けられている側の面と反対側の面である。反射層４としては、第１誘電体層と第２誘電体層を交互に積層した構造を有する多層反射層、金属反射層、またはその両方が用いられることが好ましい。両方を用いる場合には、多層反射層が金属反射層の上に設けられ、基板２が多層反射層の上に設けられる。多層半反射層の第１誘電体層は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化珪素、酸化ニオブ、または酸化タンタルなどからなる。第２誘電体層は、酸化珪素、フッ化マグネシウム、またはフッ化カルシウムなどからなる。これらの層は、スパッタリングなどの薄膜形成技術により成膜することができる。金属反射層は、Ａｕ、Ａｇ、およびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分として含むことが好ましい。例えば、金属反射層は、Ａｕ単体、Ａｕ合金、Ａｇ単体、Ａｇ合金、Ａｌ単体、またはＡｌ合金を主成分として含む。Ａｇ合金としては、例えば、ＡｇＰｄＣｕ合金が挙げられる。３８０～４２５ｎｍの波長を有する光に対する反射率は、Ａｇ単体、Ａｇ合金、Ａｌ単体、およびＡｌ合金が、Ａｕ単体およびＡｕ合金に比べて高いため、好ましい。また、ＡｇおよびＡｌは、Ａｕに比べて安いため、好ましい。
【0019】
（電極５、電極６）
電極５および電極６は、半導体層３の上に設けられる。図１では、電極５はｐパッド電極、電極６はｎパッド電極として機能する。
電極５および電極６は、ワイヤボンディング等により他の構成要素と電気的に接続することができる。電極５および電極６としては、Ａｕ層、Ａｕ合金層、Ａｕ／Ｔｉ積層構造、Ａｕ／Ｐｄ積層構造、Ａｕ／Ａｌ積層構造、Ｎｉ／Ｐｄ積層構造、Ａｕ／Ｎｉ積層構造、などが挙げられる。これらは、ボンディングワイヤとの密着性が良いため、電極５および電極６として好適である。
電極５および電極６は、半導体層３の上に設けられる。図１では、電極５はｐパッド電極、電極６はｎパッド電極として機能する。
電極５および電極６は、ワイヤボンディング等により他の構成要素と電気的に接続することができる。電極５および電極６としては、Ａｕ層、Ａｕ合金層、Ａｕ／Ｔｉ積層構造、Ａｕ／Ｐｄ積層構造、Ａｕ／Ａｌ積層構造、Ｎｉ／Ｐｄ積層構造、Ａｕ／Ｎｉ積層構造、などが挙げられる。これらは、ボンディングワイヤとの密着性が良いため、電極５および電極６として好適である。
【0020】
（透光電極７）
透光電極７は、半導体層３と電極５との間および半導体層３と電極６との間の少なくとも一方に設けることができる。図１に表した例では、半導体層３と電極５の間に透光電極７が設けられている。透光電極７は、半導体層３と電極６の間に設けられても良い。透光電極７は、光を透過する。透光電極７としては、インジウム－錫－酸化物（Indium Tin Oxide:ITO）層、インジウム－亜鉛－酸化物（Indium Zinc Oxide:IZO）層、酸化亜鉛層、酸化錫層、などが挙げられる。
透光電極７は、半導体層３と電極５との間および半導体層３と電極６との間の少なくとも一方に設けることができる。図１に表した例では、半導体層３と電極５の間に透光電極７が設けられている。透光電極７は、半導体層３と電極６の間に設けられても良い。透光電極７は、光を透過する。透光電極７としては、インジウム－錫－酸化物（Indium Tin Oxide:ITO）層、インジウム－亜鉛－酸化物（Indium Zinc Oxide:IZO）層、酸化亜鉛層、酸化錫層、などが挙げられる。
【0021】
（実装基板８）
実装基板８は、半導体発光素子１を実装するための基板である。実装基板８は、半導体層３を成長させるための基板２とは区別される。半導体層３から放射される光を効率よく反射するために、実装基板８の反射率が高いことが好ましい。また、半導体発光素子１を使用した発光装置の輝度をより高めることが要求されている。そのため、高出力型の発光装置は、投入電力が大きいことやジャンクション温度が高くなるといった特徴を有しており、実装基板８の放熱性が高いことが要求される。これらの観点から、実装基板８としては、金属基板が挙げられる。金属基板としては、Ａｌ板が好ましい。銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で被覆されたセラミックス基板も有効である。セラミックス基板としては、窒化珪素基板や窒化アルミニウム基板、酸化アルミニウム基板が好ましい。実装基板８上に半導体発光素子１を実装する際は、直接実装しても良いし、接着剤層などを介して実装しても良い。
実装基板８は、半導体発光素子１を実装するための基板である。実装基板８は、半導体層３を成長させるための基板２とは区別される。半導体層３から放射される光を効率よく反射するために、実装基板８の反射率が高いことが好ましい。また、半導体発光素子１を使用した発光装置の輝度をより高めることが要求されている。そのため、高出力型の発光装置は、投入電力が大きいことやジャンクション温度が高くなるといった特徴を有しており、実装基板８の放熱性が高いことが要求される。これらの観点から、実装基板８としては、金属基板が挙げられる。金属基板としては、Ａｌ板が好ましい。銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で被覆されたセラミックス基板も有効である。セラミックス基板としては、窒化珪素基板や窒化アルミニウム基板、酸化アルミニウム基板が好ましい。実装基板８上に半導体発光素子１を実装する際は、直接実装しても良いし、接着剤層などを介して実装しても良い。
【0022】
本実施形態の効果を説明する。
上述したように実施形態に係る半導体発光素子１の発光ピーク波長は、３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下であり、従来の青色半導体発光素子よりも短波長である。このような半導体発光素子１において、半導体層３は、ＡｌＮからなるバッファ層３１を有する。半導体層３がバッファ層３１を有することで、ｎ形半導体層３２や、活性層３４、ｐ形半導体層３５の結晶性が向上し、半導体発光素子１の発光強度を向上させることができる。また、半導体層３が、ＰＳＳなどの表面に凹凸構造を有する基板２の上に設けられることで、半導体発光素子１の発光効率をさらに向上させることが可能である。
さらに、発明者らは、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下の半導体発光素子１において、ｎ形半導体層３２にＡｌを含有させることで、ｎ形半導体層３２を低抵抗化し、面内方向における発光の均一性を向上させ、半導体発光素子１の寿命を延ばせることを見出した。
一方で、ｎ形半導体層３２にＡｌを含有させる場合、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性が低下し、半導体発光素子の発光強度および発光効率が低下することが分かった。
上述したように実施形態に係る半導体発光素子１の発光ピーク波長は、３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下であり、従来の青色半導体発光素子よりも短波長である。このような半導体発光素子１において、半導体層３は、ＡｌＮからなるバッファ層３１を有する。半導体層３がバッファ層３１を有することで、ｎ形半導体層３２や、活性層３４、ｐ形半導体層３５の結晶性が向上し、半導体発光素子１の発光強度を向上させることができる。また、半導体層３が、ＰＳＳなどの表面に凹凸構造を有する基板２の上に設けられることで、半導体発光素子１の発光効率をさらに向上させることが可能である。
さらに、発明者らは、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下の半導体発光素子１において、ｎ形半導体層３２にＡｌを含有させることで、ｎ形半導体層３２を低抵抗化し、面内方向における発光の均一性を向上させ、半導体発光素子１の寿命を延ばせることを見出した。
一方で、ｎ形半導体層３２にＡｌを含有させる場合、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性が低下し、半導体発光素子の発光強度および発光効率が低下することが分かった。
【0023】
発明者らは、この課題を解決するべく実験を行った結果、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性を向上でき、半導体発光素子の発光強度を向上できるバッファ層３１を見出した。このバッファ層３１は、窒化アルミニウムからなり、ｎ形半導体層３２側における酸素濃度と内部側における酸素濃度とが異なることを特徴とする。具体的には、このバッファ層３１は、深さ３ｎｍにおける酸素濃度をＯ３ｎｍ（ａｔ％）、深さ８ｎｍにおける酸素濃度をＯ８ｎｍ（ａｔ％）としたとき、０．０１≦Ｏ８ｎｍ／Ｏ３ｎｍ≦０．５である。
【0024】
バッファ層３１を用いることにより、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性を向上できる。この理由は、以下のように考えられる。
ＧａＮ系の半導体層の格子定数は３．１８９～３．５４５程度であり、ＡｌＮからなるバッファ層の格子定数は３．１１１程度である。基板２にＰＳＳを用いた場合、その格子定数は４．７５８程度である。ＧａＮ系の半導体層にＡｌを含有させると、格子定数が小さくなり、基板２との間の格子ミスマッチが大きくなる。この結果、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性が低下し、半導体発光素子の特性も低下する。
しかしながら、実施形態に係る半導体発光素子１では、窒化アルミニウムからなるバッファ層３１が酸素を含有する。バッファ層３１が酸素を含有することで、バッファ層３１の格子定数を大きくすることができる。例えば、バッファ層３１に酸素を２０ａｔ％以下含有させると、バッファ層３１の格子定数は３．１１１～３．４４０程度になる。この結果、バッファ層３１とｎ形半導体層３２との間の格子ミスマッチを低減し、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性を向上させることができる。また、サファイア基板の格子定数は、４．７５８程度である。基板２がサファイア基板である場合、バッファ層３１の格子定数を大きくすることで、基板２とバッファ層３１との間の格子ミスマッチも低減し、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性をさらに向上させることができる。これにより、半導体発光素子の発光特性を向上させることができると考えられる。
あるいは、ＰＳＳのような表面に微細な凹凸構造を有する基板２の上に、半導体層３を成長させる場合において、酸素濃度分布を有する窒化アルミニウムからなるバッファ層３１が適していたことなどが考えられる。
ＧａＮ系の半導体層の格子定数は３．１８９～３．５４５程度であり、ＡｌＮからなるバッファ層の格子定数は３．１１１程度である。基板２にＰＳＳを用いた場合、その格子定数は４．７５８程度である。ＧａＮ系の半導体層にＡｌを含有させると、格子定数が小さくなり、基板２との間の格子ミスマッチが大きくなる。この結果、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性が低下し、半導体発光素子の特性も低下する。
しかしながら、実施形態に係る半導体発光素子１では、窒化アルミニウムからなるバッファ層３１が酸素を含有する。バッファ層３１が酸素を含有することで、バッファ層３１の格子定数を大きくすることができる。例えば、バッファ層３１に酸素を２０ａｔ％以下含有させると、バッファ層３１の格子定数は３．１１１～３．４４０程度になる。この結果、バッファ層３１とｎ形半導体層３２との間の格子ミスマッチを低減し、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性を向上させることができる。また、サファイア基板の格子定数は、４．７５８程度である。基板２がサファイア基板である場合、バッファ層３１の格子定数を大きくすることで、基板２とバッファ層３１との間の格子ミスマッチも低減し、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性をさらに向上させることができる。これにより、半導体発光素子の発光特性を向上させることができると考えられる。
あるいは、ＰＳＳのような表面に微細な凹凸構造を有する基板２の上に、半導体層３を成長させる場合において、酸素濃度分布を有する窒化アルミニウムからなるバッファ層３１が適していたことなどが考えられる。
【0025】
また、窒化アルミニウムからなるバッファ層３１に酸素を含有させると、バッファ層３１の放熱性が低下するが、本実施形態では、バッファ層３１における酸素濃度が、０．０１≦Ｏ８ｎｍ／Ｏ３ｎｍ≦０．５を満たす。すなわち、バッファ層３１の表面（ｎ形半導体層３２側の面）から深い部分では、バッファ層３１のより表面側の領域に比べて、酸素濃度が減少している。従って、本実施形態によれば、バッファ層３１における放熱性の低下を抑制しつつ、ｎ形半導体層３２、活性層３４、およびｐ形半導体層３５の結晶性を向上させることができる。また、Ｏ８ｎｍおよびＯ３ｎｍが、それぞれ２０ａｔ％以下であることで、バッファ層３１における放熱性の低下をより抑制することができる。
【0026】
以上の通り、本実施形態によれば、バッファ層３１による発光強度向上および放熱性改善、Ａｌを含有したｎ形半導体層３２による発光の均一性向上や半導体発光素子１の長寿命化、周辺回路の長寿命化を実現することが可能になる。
【0027】
本実施形態に係る半導体発光素子１においては、さらに、その他に緩和層３３や活性層３４にもＡｌが含有されていることが好ましい。緩和層３３および活性層３４にＡｌが含有されることで、緩和層３３および活性層３４の結晶性を向上させることができる。また、活性層３４がＡｌを含有することで、活性層３４から放射される光の波長を短くし、例えば、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下、さらには４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下である半導体発光素子１を得ることができる。半導体発光素子１における発光ピーク波長を短くし、かつ活性層３４の結晶性を向上させるためには、活性層３４におけるＡｌの濃度が５ａｔ％以上１０ａｔ％以下であることが好ましい。
【0028】
本実施形態の半導体発光素子１に用いられるバッファ層３１の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。より好ましくは、バッファ層３１の厚さは、１２ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。また、発明者らの鋭意検討の結果、バッファ層３１の厚さをＡ、ｎ形半導体層３２と緩和層３３の厚さの総和をＢ、としたとき、０．００３≦Ａ／Ｂ≦１．０、を満たすことが好ましい。また、活性層３４の厚さをＣとしたとき、０．０９≦Ａ／Ｃ≦２．９、を満たすことが好ましい。上記の条件を満たすことにより格子定数のマッチングが良好となり、結晶性の良好な活性層３４を得られることが分かった。
なお、ｎ形半導体層３２の厚さは、ＧａＮ層中のＳｉ分布をＳＩＭＳ分析する。Ｓｉが検出される領域をｎ形半導体層３２の厚さとする。
なお、ｎ形半導体層３２の厚さは、ＧａＮ層中のＳｉ分布をＳＩＭＳ分析する。Ｓｉが検出される領域をｎ形半導体層３２の厚さとする。
【0029】
また、バッファ層３１のＸ線回折測定における（０００２）面の半値幅が３５０ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。半値幅が小さいということは結晶性の良いバッファ層３１を示すものである。また、半値幅により、チルト（結晶軸の傾き）分布を評価できる。
また、半導体発光素子１（半導体層３積層後のチップ）のＸ線回折測定における（０００２）面の半値幅は２００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。また、半導体発光素子１のＸ線回折測定における（１０－１２）面の半値幅は２５０ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。これは、半導体発光素子１の半導体層３の結晶性が良いことを示している。半値幅により、半導体層（ＬＥＤ構造）のチルト（結晶軸の傾き）分布と、ツイスト（結晶軸の回転）分布を評価できる。
半値幅の最適化は半導体層３が最適化され、前述の格子ミスマッチが改善されていることを示している。また、ａｒｃｓｅｃとはａｒｃｓｅｃｏｎｄの略称である。
また、半導体発光素子１（半導体層３積層後のチップ）のＸ線回折測定における（０００２）面の半値幅は２００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。また、半導体発光素子１のＸ線回折測定における（１０－１２）面の半値幅は２５０ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましい。これは、半導体発光素子１の半導体層３の結晶性が良いことを示している。半値幅により、半導体層（ＬＥＤ構造）のチルト（結晶軸の傾き）分布と、ツイスト（結晶軸の回転）分布を評価できる。
半値幅の最適化は半導体層３が最適化され、前述の格子ミスマッチが改善されていることを示している。また、ａｒｃｓｅｃとはａｒｃｓｅｃｏｎｄの略称である。
【0030】
半導体発光素子の分析方法の一例について説明する。
半導体発光素子は、例えば、（Ｓ）ＴＥＭ－ＥＤＸを用いて分析を行うことができる。
まず、試料の前処理として、ＦＩＢ（集束イオンビーム）法(μ-サンプリング法)などの手法により、薄片化を行う。具体的には、半導体発光素子を厚さ方向（上下方向）に沿って切断する。この処理は、半導体発光素子を樹脂に包埋して行う。
半導体発光素子は、例えば、（Ｓ）ＴＥＭ－ＥＤＸを用いて分析を行うことができる。
まず、試料の前処理として、ＦＩＢ（集束イオンビーム）法(μ-サンプリング法)などの手法により、薄片化を行う。具体的には、半導体発光素子を厚さ方向（上下方向）に沿って切断する。この処理は、半導体発光素子を樹脂に包埋して行う。
【0031】
基板の上に形成されたバッファ層は、例えば図２（ａ）に表したように、基板表面の凹凸構造に沿って設けられる。この場合、ＳＴＥＭでバッファ層の平坦部を観察する。ＥＤＸにて、図２（ｂ）に表したように、平坦部と他の半導体層（例えばｎ形半導体層）との界面（バッファ層の表面）から深さ３ｎｍと８ｎｍの部分の点分析を行う。または、点分析の変わりに、深さ３ｎｍと８ｎｍを含む線分析を行っても良い。分析の結果から、平坦部の表面から３ｎｍの位置における酸素濃度Ｏ３ｎｍ（ａｔ％）と、８ｎｍの位置における酸素濃度Ｏ８ｎｍ（ａｔ％）と、を求め、Ｏ８ｎｍ／Ｏ３ｎｍを算出する。
【0032】
このＳＴＥＭ－ＥＤＸによる分析は、例えば、日本電子製JEM-ARM200Fを用いて行うことができる。分析を行う際の条件は、例えば以下の通りである。
加速電圧:２００ｋＶ
ビーム径:約０．１ｎｍφ
Ｘ線取出角:２１．９°
立体角:０．９８ｓｒ
総合倍率:１６，０００～１，６００，０００倍
取込点数:３００点
ＳＴＥＭの走査速度：１測定点／ｓｅｃ
加速電圧:２００ｋＶ
ビーム径:約０．１ｎｍφ
Ｘ線取出角:２１．９°
立体角:０．９８ｓｒ
総合倍率:１６，０００～１，６００，０００倍
取込点数:３００点
ＳＴＥＭの走査速度：１測定点／ｓｅｃ
【0033】
活性層、緩和層、ｎ形半導体層を構成しているＧａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｎなどの元素はＳＴＥＭ－ＥＤＸで確認することができる。ＳＴＥＭ－ＥＤＸで確認する前に、ＳＴＥＭ観察によるコントラスト等から半導体構造中の各層の位置を把握する。この際に、あらかじめＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）などを実施しておけば、より活性層の構造や位置の把握が容易となる。また、ｎ形半導体層中に存在するＳｉ元素は、ＳＩＭＳ分析により確認する。各層について、ＳＴＥＭ－ＥＤＸで線分析を実施する。線分析は半導体構造の上下方向について実施する。
【0034】
活性層が複数の層からなる積層構造を有する場合、ＳＴＥＭで活性層と推測される箇所について線分析を実施する。検出された、複数のＩｎのピーク値の平均値および複数のＡｌのピーク値の平均値を、それぞれ、活性層におけるＩｎおよびＡｌの含有量とする。活性層が単層からなる場合、Ｉｎの最大検出値から８０％強度以内の平均値を、活性層におけるＩｎの含有量とし、Ａｌの最大検出値から７０％強度以内の平均値を、活性層におけるＡｌの含有量とする。
緩和層が複数の層を含む積層構造を有する場合、ＳＴＥＭで緩和層と推測される箇所から検出された、複数のＩｎのピーク値の平均値および複数のＡｌのピーク値の平均値を、それぞれ、緩和層におけるＩｎおよびＡｌの含有量とする。緩和層が単層からなる場合、Ｉｎの最大検出値から５０％強度以内の平均値を、緩和層におけるＩｎの含有量とし、Ａｌの最大検出値から５０％強度以内の平均値を、緩和層におけるＡｌの含有量とする。
ｎ形半導体層については、ＳＴＥＭでｎ形半導体層と推測される箇所から検出されたＡｌの平均値を、ｎ形半導体層におけるＡｌの含有量とする。ｎ形半導体層全体にＡｌが含有されている場合は、最大検出値から３５％強度以内の平均値を、ｎ形半導体層におけるＡｌの含有量とする。ｎ形半導体層の一部がＡｌＧａＮ層である場合は、Ａｌの最大検出値から６０％強度以内の平均値を、ＡｌＧａＮ層におけるＡｌの含有量の組成比とする。また、上述した方法で求めたＡｌ（アルミニウム）およびＩｎ（インジウム）の含有量と、ＳＴＥＭ－ＥＤＸで検出された各層における全元素の強度比（Ｃｏｕｎｔ数）と、を用いて、各層におけるそれぞれの元素の濃度（ａｔ％）を算出することができる。
緩和層が複数の層を含む積層構造を有する場合、ＳＴＥＭで緩和層と推測される箇所から検出された、複数のＩｎのピーク値の平均値および複数のＡｌのピーク値の平均値を、それぞれ、緩和層におけるＩｎおよびＡｌの含有量とする。緩和層が単層からなる場合、Ｉｎの最大検出値から５０％強度以内の平均値を、緩和層におけるＩｎの含有量とし、Ａｌの最大検出値から５０％強度以内の平均値を、緩和層におけるＡｌの含有量とする。
ｎ形半導体層については、ＳＴＥＭでｎ形半導体層と推測される箇所から検出されたＡｌの平均値を、ｎ形半導体層におけるＡｌの含有量とする。ｎ形半導体層全体にＡｌが含有されている場合は、最大検出値から３５％強度以内の平均値を、ｎ形半導体層におけるＡｌの含有量とする。ｎ形半導体層の一部がＡｌＧａＮ層である場合は、Ａｌの最大検出値から６０％強度以内の平均値を、ＡｌＧａＮ層におけるＡｌの含有量の組成比とする。また、上述した方法で求めたＡｌ（アルミニウム）およびＩｎ（インジウム）の含有量と、ＳＴＥＭ－ＥＤＸで検出された各層における全元素の強度比（Ｃｏｕｎｔ数）と、を用いて、各層におけるそれぞれの元素の濃度（ａｔ％）を算出することができる。
【0035】
半導体発光素子の分析は、ＳＩＭＳ［二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry)］を用いて行っても良い。
ＳＩＭＳを用いた場合、例えば、Ｉｎが含まれる層が２つ検出される。この場合、上の層が活性層であり、下の層が緩和層と判定できる。緩和層が設けられていない場合、Ｉｎが含まれる層が１つ検出される。その層は、活性層と判定できる。フェイスアップ型構造ＬＥＤの場合、ｐ形半導体層は、活性層より上に設けられる。ｎ形半導体層は、活性層よりも下に位置する。緩和層が設けられている場合、ｎ形半導体層は、緩和層よりも下に位置する。ｐ形半導体層からは、Ｍｇなどのｐ形不純物が検出され、ｎ形半導体層からは、Ｓｉなどのｎ形不純物が検出される。従って、活性層の位置と、これらの不純物の検出結果から、ｎ形半導体層およびｐ形半導体層の位置をそれぞれ特定することができる。バッファ層は、ｎ形半導体層よりも下に位置する。バッファ層の位置は、ＬＥＤ構造の断面ＳＴＥＭ観察によるＨＡＡＤＦ(high-angle annular dark-field)象のコントラスト、及び、ＳＴＥＭ－ＥＤＸによる元素分析結果から特定することができる。
ＳＩＭＳを用いた場合、例えば、Ｉｎが含まれる層が２つ検出される。この場合、上の層が活性層であり、下の層が緩和層と判定できる。緩和層が設けられていない場合、Ｉｎが含まれる層が１つ検出される。その層は、活性層と判定できる。フェイスアップ型構造ＬＥＤの場合、ｐ形半導体層は、活性層より上に設けられる。ｎ形半導体層は、活性層よりも下に位置する。緩和層が設けられている場合、ｎ形半導体層は、緩和層よりも下に位置する。ｐ形半導体層からは、Ｍｇなどのｐ形不純物が検出され、ｎ形半導体層からは、Ｓｉなどのｎ形不純物が検出される。従って、活性層の位置と、これらの不純物の検出結果から、ｎ形半導体層およびｐ形半導体層の位置をそれぞれ特定することができる。バッファ層は、ｎ形半導体層よりも下に位置する。バッファ層の位置は、ＬＥＤ構造の断面ＳＴＥＭ観察によるＨＡＡＤＦ(high-angle annular dark-field)象のコントラスト、及び、ＳＴＥＭ－ＥＤＸによる元素分析結果から特定することができる。
【0036】
このＳＩＭＳは、例えば、アメテック株式会社製、CAMECA IMS-7fを用いて実施することができる。測定条件は、例えば、以下のものとすることができる。
一次イオン種：Ｃｓ＋
一次加速電圧：３．０ｋＶ
検出領域：３０（μｍφ）
一次イオン種：Ｃｓ＋
一次加速電圧：３．０ｋＶ
検出領域：３０（μｍφ）
【0037】
また、Ｘ線回折（X‐ray diffraction：ＸＲＤ）の測定方法は次の通りである。まず、バッファ層の半値幅の測定は、基板２上にバッファ層３１を設けたウェーハまたは半導体発光素子（バッファ層３１上に他の半導体層を積層した後のチップ）を用いて行うものとする。ＸＲＤは例えば株式会社リガク製、SmartLabを用いて実施することができる。測定条件は例えば以下のものとする。
管電圧：４５ｋＶ
管電流：２００ｍＡ
波長単色性：Ｋα１（Ｃｕターゲット）
入射・受光スリット幅：１ｍｍ
管電圧：４５ｋＶ
管電流：２００ｍＡ
波長単色性：Ｋα１（Ｃｕターゲット）
入射・受光スリット幅：１ｍｍ
【0038】
また、半導体発光素子（ＬＥＤ構造全体）のＸＲＤ測定は、ＬＥＤ構造まで積層した後のチップを用いて行うものとする。ＸＲＤは例えば株式会社リガク製、SmartLabを用いて実施することができる。測定条件は例えば以下のものとする。
管電圧：４５ｋＶ
管電流：２００ｍＡ
波長単色性：Ｋα１（Ｃｕターゲット）
入射・受光スリット幅：０．１ｍｍ
管電圧：４５ｋＶ
管電流：２００ｍＡ
波長単色性：Ｋα１（Ｃｕターゲット）
入射・受光スリット幅：０．１ｍｍ
【0039】
以下で、実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法の一例を説明する。
まず、表面に微細な凹凸構造を有する基板２を用意する。基板２の表面上に、バッファ層３１を形成する。バッファ層３１は、例えば、酸素を含有するＡｌＮターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。ＡｌＮターゲットにおける酸素の含有量は、例えば、１０ｗｔｐｐｍ以上１００ｗｔｐｐｍ以下である。
例えば、初めに酸素含有量が相対的に少ないＡｌＮターゲットを用いてＡｌＮを成膜し、次に酸素含有量が相対的に多いＡｌＮターゲットを用いてＡｌＮを成膜することで、厚さ方向において酸素の濃度分布を有するバッファ層３１が形成される。または、初めに酸素を含有するＡｌＮターゲットを用いてＡｌＮを成膜し、次にこのＡｌＮターゲットをスパッタリングしつつ成膜空間に酸素を導入することで、厚さ方向において酸素の濃度分布を有するバッファ層３１が形成される。
スパッタリングを行う際、基板２の温度は、４００℃以上８００℃以下が好ましい。また、スパッタリングは、１．０×１０－４Ｐａ以下の真空中で行われることが好ましい。１．０×１０－４Ｐａ以下の真空中でスパッタリングすることで、バッファ層３１中に混入する酸素量を低減し、バッファ層３１の厚さ方向における酸素の濃度分布を大きくすることができる。ＡｌＮターゲットをスパッタリングする際のスパッタリング装置の出力は、１５０Ｗ以上４００Ｗ以下が好ましい。この他に、バッファ層３１は、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD）法や物理蒸着（Physical Vapor Deposition:PVD）法などを用いて形成しても良い。
このバッファ層３１は、窒素などの不活性ガス雰囲気中において、１２００℃以上１８００℃以下で熱処理されることが好ましい。熱処理により、バッファ層３１の結晶性が向上する。また、バッファ層３１の結晶性が向上することで、バッファ層３１の内部に含有されていた酸素が、バッファ層３１の外部に向けて移動し、バッファ層３１の厚さ方向における酸素の濃度分布を大きくすることができる。
まず、表面に微細な凹凸構造を有する基板２を用意する。基板２の表面上に、バッファ層３１を形成する。バッファ層３１は、例えば、酸素を含有するＡｌＮターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。ＡｌＮターゲットにおける酸素の含有量は、例えば、１０ｗｔｐｐｍ以上１００ｗｔｐｐｍ以下である。
例えば、初めに酸素含有量が相対的に少ないＡｌＮターゲットを用いてＡｌＮを成膜し、次に酸素含有量が相対的に多いＡｌＮターゲットを用いてＡｌＮを成膜することで、厚さ方向において酸素の濃度分布を有するバッファ層３１が形成される。または、初めに酸素を含有するＡｌＮターゲットを用いてＡｌＮを成膜し、次にこのＡｌＮターゲットをスパッタリングしつつ成膜空間に酸素を導入することで、厚さ方向において酸素の濃度分布を有するバッファ層３１が形成される。
スパッタリングを行う際、基板２の温度は、４００℃以上８００℃以下が好ましい。また、スパッタリングは、１．０×１０－４Ｐａ以下の真空中で行われることが好ましい。１．０×１０－４Ｐａ以下の真空中でスパッタリングすることで、バッファ層３１中に混入する酸素量を低減し、バッファ層３１の厚さ方向における酸素の濃度分布を大きくすることができる。ＡｌＮターゲットをスパッタリングする際のスパッタリング装置の出力は、１５０Ｗ以上４００Ｗ以下が好ましい。この他に、バッファ層３１は、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD）法や物理蒸着（Physical Vapor Deposition:PVD）法などを用いて形成しても良い。
このバッファ層３１は、窒素などの不活性ガス雰囲気中において、１２００℃以上１８００℃以下で熱処理されることが好ましい。熱処理により、バッファ層３１の結晶性が向上する。また、バッファ層３１の結晶性が向上することで、バッファ層３１の内部に含有されていた酸素が、バッファ層３１の外部に向けて移動し、バッファ層３１の厚さ方向における酸素の濃度分布を大きくすることができる。
【0040】
続いて、バッファ層３１の上に、ｎ形半導体層３２、緩和層３３、活性層３４、およびｐ形半導体層３５を順次形成し、半導体層３を形成する。半導体層３の各層の形成方法は、有機金属気相成長（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE）法であることが好ましい。ＭＯＶＰＥ法は、複数の有機金属ガスを反応させて目的とする半導体層を形成する方法である。ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなど様々な半導体層を形成することができる。Ｇａの原料となる有機金属ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）が挙げられる。Ａｌの原料となる有機金属ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）が挙げられる。Ｉｎの原料となる有機金属ガスとしては、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）が挙げられる。ＭＯＶＰＥ装置内で加熱した基板２上に有機金属ガスを供給し、半導体層３の各層を順次成長させていくことができる。必要に応じて、成長中の層に不純物元素をドープしても良い。
【0041】
半導体層３を形成した後、電極５（ｐパット電極）および電極６（ｎパット電極）を形成する。必要に応じて、半導体層３とこれらの電極との間に透光電極７を形成しても良い。電極５および電極６は、例えばスパッタリングや電子ビーム（Electron Beam:EB）蒸着により形成することができる。透光電極７は、例えばスパッタリングにより形成することができる。
【0042】
反射層４は、例えば、基板２の裏面側に、前述した第１誘電体層と第２誘電体層を交互に積層することで形成される。これらの誘電体層は、例えば、物理蒸着法により形成することができる。物理蒸着法としては、真空蒸着、分子線蒸着（ＭＢＥ）、イオンプレーティング、イオンビーム蒸着、スパッタリングなどが挙げられる。イオンビームアシスト蒸着（Ion-beam Assisted Deposition:IAD）も有用である。ＩＡＤ法は、真空蒸着中にイオン銃でガスイオンを照射し、緻密な膜を形成する方法である。ガスイオンを照射する際に、同量の電子を飛ばして中和することも有効である。ＩＡＤ法を用いることにより、緻密で平坦な多層膜を形成することができる。反射層４は、基板２側に第１誘電体層を設けて、以下、第２誘電体層と第１誘電体層を交互に成膜することにより形成される。
必要に応じて、反射層４の下に金属反射層をさらに形成しても良い。金属反射層は、例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着により形成することができる。
必要に応じて、反射層４の下に金属反射層をさらに形成しても良い。金属反射層は、例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着により形成することができる。
【0043】
以上の工程で作製された半導体発光素子１に対し、必要に応じて、半導体層３または半導体発光素子１全体を覆う保護層を形成してもよい。
次に、実装基板８に、半導体発光素子１を実装する。実装工程では、反射層４と実装基板８との間の密着性が不十分な場合、これらの間に接着層を設けても良い。半導体発光素子１は、実装基板８の上にフリップチップ実装されても良い。
次に、実装基板８に、半導体発光素子１を実装する。実装工程では、反射層４と実装基板８との間の密着性が不十分な場合、これらの間に接着層を設けても良い。半導体発光素子１は、実装基板８の上にフリップチップ実装されても良い。
【0044】
（実施例）
本発明の実施例に係る半導体発光素子および比較例に係る半導体発光素子を説明する。
実施例および比較例に係る半導体発光素子は、以下のように作製した。
基板２として、ＰＳＳを用いる。すなわち、基板２は、表面に微細な凹凸構造を有するサファイア基板である。基板２を６００℃に加熱し、基板２の表面側に、１×１０－５Ｐａの雰囲気中でスパッタリング法によりＡｌＮバッファ層を設ける。このＡｌＮバッファ層は、Ｎ２雰囲気中で、１５５０℃で１時間アニール処理を実施した。ＡｌＮバッファ層の酸素量および厚さに関しては、表１に示した値が得られるように、各工程の条件を制御した。また、スパッタリングには、ＡｌＮスパッタリングターゲット（酸素含有量３０ｗｔｐｐｍ）を用いた。
ＡｌＮバッファ層の上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下となるように、ｎ形半導体層、緩和層、活性層、およびｐ形半導体層を設けた。ｎ形半導体層、緩和層、および活性層のそれぞれの組成および厚さは、表１に示した通りである。ｐ形半導体層は、全ての実施例および比較例において、ｐ－ＧａＮ（Ｍｇ濃度:２．５×１０１ｃｍ－３）／ｐ－Ａｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎ（Ｍｇ濃度：３．０×１０１９ｃｍ－３）の積層構造とした。
なお、比較例１は、スパッタリング時に酸素含有雰囲気とすることにより、ＡｌＮバッファ層の深さ方向における酸素分布を変えたものである。また、比較例２は、Ａｌスパッタリングターゲットを酸素含有雰囲気中でスパッタリングすることにより、ＡｌＮバッファ層の深さ方向における酸素分布を均一にしたものである。
また、緩和層と活性層においては、積層構造中の各単層の組成および膜厚の上限から下限の範囲を、「～」を用いて示している。各層の組成および膜厚は、前述に記載した方法で測定した。また、実施例１および実施例２のｎ形半導体層は、Ｓｉ濃度が８×１０１８～５×１０１９ａｔｍ／ｃｍ３の範囲内であった。
本発明の実施例に係る半導体発光素子および比較例に係る半導体発光素子を説明する。
実施例および比較例に係る半導体発光素子は、以下のように作製した。
基板２として、ＰＳＳを用いる。すなわち、基板２は、表面に微細な凹凸構造を有するサファイア基板である。基板２を６００℃に加熱し、基板２の表面側に、１×１０－５Ｐａの雰囲気中でスパッタリング法によりＡｌＮバッファ層を設ける。このＡｌＮバッファ層は、Ｎ２雰囲気中で、１５５０℃で１時間アニール処理を実施した。ＡｌＮバッファ層の酸素量および厚さに関しては、表１に示した値が得られるように、各工程の条件を制御した。また、スパッタリングには、ＡｌＮスパッタリングターゲット（酸素含有量３０ｗｔｐｐｍ）を用いた。
ＡｌＮバッファ層の上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、発光ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２５ｎｍ以下となるように、ｎ形半導体層、緩和層、活性層、およびｐ形半導体層を設けた。ｎ形半導体層、緩和層、および活性層のそれぞれの組成および厚さは、表１に示した通りである。ｐ形半導体層は、全ての実施例および比較例において、ｐ－ＧａＮ（Ｍｇ濃度:２．５×１０１ｃｍ－３）／ｐ－Ａｌ０．１７Ｇａ０．８３Ｎ（Ｍｇ濃度：３．０×１０１９ｃｍ－３）の積層構造とした。
なお、比較例１は、スパッタリング時に酸素含有雰囲気とすることにより、ＡｌＮバッファ層の深さ方向における酸素分布を変えたものである。また、比較例２は、Ａｌスパッタリングターゲットを酸素含有雰囲気中でスパッタリングすることにより、ＡｌＮバッファ層の深さ方向における酸素分布を均一にしたものである。
また、緩和層と活性層においては、積層構造中の各単層の組成および膜厚の上限から下限の範囲を、「～」を用いて示している。各層の組成および膜厚は、前述に記載した方法で測定した。また、実施例１および実施例２のｎ形半導体層は、Ｓｉ濃度が８×１０１８～５×１０１９ａｔｍ／ｃｍ３の範囲内であった。
【表1】
【0045】
実施例および比較例に係る半導体発光素子の作製において、ｎ形半導体層、緩和層、活性層、およびｐ形半導体層を設ける前に、ＡｌＮバッファ層のＸ線回折（ＸＲＤ）測定を実施し、半値幅を求めた。さらに、ｎ形半導体層、緩和層、活性層、およびｐ形半導体層を設けた後に、ＸＲＤ装置で（０００２）面、（１０－１２）面に対してωスキャン測定を実施し、半値幅を求めた。それぞれの半値幅を表２に示す。
【表2】
【0046】
表から分かる通り、実施例に係る半導体発光素子において、バッファ層の（０００２）面の半値幅は３５０ａｒｃｓｅｃ以下であった。また、実施例に係る半導体発光素子において、（０００２）面の半値幅は２００ａｒｃｓｅｃ以下であった。また、実施例において、（１０－１２）面の半値幅は２５０ａｒｃｓｅｃ以下であった。いずれも半値幅が小さくなっており、結晶性が改善されていることが分かる。
半導体層を形成した後、透光電極としてＩＴＯ、電極としてのＡｕ／Ｔｉ、および反射層としてのＡｇＰｄＣｕ層を順次設けて半導体発光素子を作製した。作製した各半導体発光素子の発光効率を求めた。発光効率の測定方法は、以下の通りである。
作製した半導体発光素子をチップ化する。各半導体発光素子のチップサイズは、全て０．１８ｍｍ２とした。銀ペーストや半田、透明な接着剤などを使用して各半導体発光素子を実装基板上に固定する。金ワイヤーなどを用いて各半導体発光素子を実装基板と導通させる。実装した半導体発光素子を、積分球を有する全光束測定システム（大塚電子製ＭＣＰＤ９８００）を用いて、全光束測定を実施した。得られた結果から、半導体発光素子の外部量子効率を算出した。その後、各半導体発光素子の発光強度の対比を行った。対比は比較例１の半導体発光素子の外部量子効率を１００とした際の相対的な効率値として記載した。さらに発光素子のジャンクション温度ＴｊをＶｆ測定法にて測定した。具体的には、１ｍＡを供給しながら、半導体発光素子の周囲の温度を変化させた時のそれぞれのＶｆ値を測定し、Ｖｆの温度依存性を把握した。これを用いて、半導体発光素子の周囲を一定温度（室温）にして３５Ａ／ｃｍ２の電流を供給し、半導体発光素子において発熱が起こる状態にした時のＶｆ値から、Ｔｊを算出した。その後、各半導体発光素子のＴｊの対比を行った。対比は比較例１の半導体発光素子のＴｊを１００とした際の相対的な値として記載した。結果を以下の表３に示す。
半導体層を形成した後、透光電極としてＩＴＯ、電極としてのＡｕ／Ｔｉ、および反射層としてのＡｇＰｄＣｕ層を順次設けて半導体発光素子を作製した。作製した各半導体発光素子の発光効率を求めた。発光効率の測定方法は、以下の通りである。
作製した半導体発光素子をチップ化する。各半導体発光素子のチップサイズは、全て０．１８ｍｍ２とした。銀ペーストや半田、透明な接着剤などを使用して各半導体発光素子を実装基板上に固定する。金ワイヤーなどを用いて各半導体発光素子を実装基板と導通させる。実装した半導体発光素子を、積分球を有する全光束測定システム（大塚電子製ＭＣＰＤ９８００）を用いて、全光束測定を実施した。得られた結果から、半導体発光素子の外部量子効率を算出した。その後、各半導体発光素子の発光強度の対比を行った。対比は比較例１の半導体発光素子の外部量子効率を１００とした際の相対的な効率値として記載した。さらに発光素子のジャンクション温度ＴｊをＶｆ測定法にて測定した。具体的には、１ｍＡを供給しながら、半導体発光素子の周囲の温度を変化させた時のそれぞれのＶｆ値を測定し、Ｖｆの温度依存性を把握した。これを用いて、半導体発光素子の周囲を一定温度（室温）にして３５Ａ／ｃｍ２の電流を供給し、半導体発光素子において発熱が起こる状態にした時のＶｆ値から、Ｔｊを算出した。その後、各半導体発光素子のＴｊの対比を行った。対比は比較例１の半導体発光素子のＴｊを１００とした際の相対的な値として記載した。結果を以下の表３に示す。
【表3】
【0047】
表３に示した結果から、実施例に係る半導体発光素子は、比較例に係る半導体発光素子に比べて、ピーク波長３８０～４２５ｎｍの範囲で相対効率が高く、相対ジャンクション温度も下げることができた。これは、実施例に係る半導体発光素子が、比較例に係る半導体発光素子に比べて、発光効率が高く、長時間の点灯により適していることを示している。
また、表２に示した結果から、実施例に係る半導体発光素子は、バッファ層における（０００２）面の半値幅が３５０ａｒｃ．ｓｅｃ．以下であり、比較例に係る半導体発光素子に比べて、半導体層３の結晶性が高いことが分かる。
また、実施例３と実施例５を比べると、実施例３の方が相対効率、相対ジャンクション温度が改善されていた。これは、実施例３の緩和層中にＡｌを含有したＡｌＧａＮ層を用いているためである。
また、実施例１および実施例３において、相対効率および相対ジャンクション温度の良い結果が得られている。これは、実施例１および実施例３のＡｌＮバッファ層の（０００２）面の半値幅、半導体層積層後の（０００２）面の半値幅、（１０－１２）面の半値幅が小さいためである。ＡｌＮバッファ層の酸素分布を制御した上で半値幅を制御することの効果が確認できた。
また、表２に示した結果から、実施例に係る半導体発光素子は、バッファ層における（０００２）面の半値幅が３５０ａｒｃ．ｓｅｃ．以下であり、比較例に係る半導体発光素子に比べて、半導体層３の結晶性が高いことが分かる。
また、実施例３と実施例５を比べると、実施例３の方が相対効率、相対ジャンクション温度が改善されていた。これは、実施例３の緩和層中にＡｌを含有したＡｌＧａＮ層を用いているためである。
また、実施例１および実施例３において、相対効率および相対ジャンクション温度の良い結果が得られている。これは、実施例１および実施例３のＡｌＮバッファ層の（０００２）面の半値幅、半導体層積層後の（０００２）面の半値幅、（１０－１２）面の半値幅が小さいためである。ＡｌＮバッファ層の酸素分布を制御した上で半値幅を制御することの効果が確認できた。
【0048】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【図1】
【図2】