特許 7141425 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-13

(45)【発行日】2022-09-22

(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20220914BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20220914BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20220914BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20220914BHJP

【ＦＩ】

H01L33/32

H01S5/343 610

H01L21/205

C23C16/34

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020079137

(22)【出願日】2020-04-28

(62)【分割の表示】P 2019144676の分割

【原出願日】2019-08-06

(65)【公開番号】P2021027324

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2021-02-15

(73)【特許権者】

【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】特許業務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】稲津 哲彦

(72)【発明者】

【氏名】ペルノ シリル

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１０３５０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１２５４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３９１５５３４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３２２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０５７１４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１４９５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１１１５９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０４９９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８７５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１３７２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１７１１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７７８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８０９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１１２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１８１０４４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＡｌＧａＮ系の障壁層及び前記障壁層のＡｌ組成比よりも小さいＡｌ組成比を有する井戸層を含む活性層と、
前記活性層の上側に位置するｐ型コンタクト層と、
前記活性層及び前記ｐ型コンタクト層の間に位置する電子ブロック積層体と、
前記活性層の下側に位置するｎ型クラッド層と、
を備え、
前記電子ブロック積層体は、
前記活性層側に位置し、前記障壁層のＡｌ組成比よりも大きく、前記活性層側の一端から前記ｐ型コンタクト層側の他端に亘って一定値であるＡｌ組成比を有する第１の電子ブロック層と、
前記ｐ型コンタクト層側に位置し、前記障壁層のＡｌ組成比よりも小さく、前記第１の電子ブロック層側の一端から前記ｐ型コンタクト層側の他端に亘って一定値であるＡｌ組成比を有する第２の電子ブロック層と、
を備え、
前記第２の電子ブロック層及び前記ｐ型コンタクト層の間に、前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比よりも小さく、前記井戸層のＡｌ組成比よりも大きいＡｌ組成比を有するｐ型のＡｌＧａＮにより形成されたｐ型クラッド層をさらに備え、
前記電子ブロック積層体の上側に位置する各半導体層のＡｌ組成比は、前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比よりも小さく、
前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層のＡｌ組成比よりも大きい、
窒化物半導体発光素子。

【請求項2】

前記ｐ型クラッド層のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層のＡｌ組成比よりも小さい、
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項3】

前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比と前記ｐ型クラッド層のＡｌ組成比との差は、前記ｐ型クラッド層のＡｌ組成比と前記井戸層のＡｌ組成比との差よりも大きい、
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の電子ブロック層は、前記第１の電子ブロック層の膜厚よりも大きい膜厚を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項5】

前記第２の電子ブロック層は、前記第１の電子ブロック層の膜厚の５倍以上２０倍以下の膜厚を有する、
請求項４に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項6】

前記ｐ型クラッド層は、膜厚の方向において傾斜するＡｌ組成比を有する、
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項7】

前記第１の電子ブロック層のＡｌ組成比は、８０％以上であり、
前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比は、４０％以上９０％以下である、
請求項１から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】

近年、紫外光を出力する発光ダイオードやレーザダイオード等の窒化物半導体発光素子が実用化されており、発光出力の向上を可能とする窒化物半導体発光素子の開発が進められている（特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に記載の発光素子は、ＩＩＩ族窒化物単結晶上に形成され、障壁層と井戸層とからなる多重量子井戸層を備え、当該障壁層のうちｐ型のＩＩＩ族窒化物層側に位置するファイナルバリア層の厚さを２ｎｍから１０ｎｍとし、当該井戸層の厚さをそれぞれ２ｎｍ以下とするように調整されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５６４１１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の発光素子のように、ファイナルバリア層及び井戸層の膜厚を最適化するような施策を施してもなお、十分な発光強度を得られない場合があり、発光強度の向上について更なる改良の余地が残されている。

【0006】

そこで、本発明は、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】

【0007】

本発明は、上記課題を解決することを目的として、ＡｌＧａＮ系の障壁層及び前記障壁層のＡｌ組成比よりも小さいＡｌ組成比を有する井戸層を含む活性層と、前記活性層の上側に位置するｐ型コンタクト層と、前記活性層及び前記ｐ型コンタクト層の間に位置する電子ブロック積層体と、前記活性層の下側に位置するｎ型クラッド層と、を備え、前記電子ブロック積層体は、前記活性層側に位置し、前記障壁層のＡｌ組成比よりも大きく、前記活性層側の一端から前記ｐ型コンタクト層側の他端に亘って一定値であるＡｌ組成比を有する第１の電子ブロック層と、前記ｐ型コンタクト層側に位置し、前記障壁層のＡｌ組成比よりも小さく、前記第１の電子ブロック層側の一端から前記ｐ型コンタクト層側の他端に亘って一定値であるＡｌ組成比を有する第２の電子ブロック層と、を備え、前記第２の電子ブロック層及び前記ｐ型コンタクト層の間に、前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比よりも小さく、前記井戸層のＡｌ組成比よりも大きいＡｌ組成比を有するｐ型のＡｌＧａＮにより形成されたｐ型クラッド層をさらに備え、前記電子ブロック積層体の上側に位置する各半導体層のＡｌ組成比は、前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比よりも小さく、前記第２の電子ブロック層のＡｌ組成比は、前記ｎ型クラッド層のＡｌ組成比よりも大きい、窒化物半導体発光素子を提供する。

【発明の効果】

【0008】

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できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を構成する半導体層のＡｌ組成比の一例を模式的に示す図である。

【図3】本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図4】本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を構成する半導体層のＡｌ組成比の一例を模式的に示す図である。

【図5】本発明の第３の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を構成する半導体層のＡｌ組成比の一例を模式的に示す図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る発光素子の発光出力の測定結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施の形態について、図面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。また、図１及び図３に示す各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体発光素子の寸法比と一致するものではない。

【0011】

［第１の実施の形態］
（窒化物半導体発光素子の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成の一例を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示す窒化物半導体発光素子を構成する半導体層のＡｌ組成比（「ＡｌＮモル分率」ともいう）の一例を模式的に示す図である。この窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう）には、例えば、レーザダイオードや発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が含まれる。本実施の形態では、発光素子１として、中心波長が２５０ｎｍ～３６０ｎｍの紫外光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）を例に挙げて説明する。

【0012】

図１に示すように、発光素子１は、基板１１と、バッファ層１２と、ｎ型クラッド層３０と、活性層５０と、複数の電子ブロック層が積層された電子ブロック積層体６０と、ｐ型コンタクト層８０と、ｎ側電極９０と、ｐ側電極９２と、を含んで構成されている。

【0013】

活性層５０は、ｎ型クラッド層３０側に位置する障壁層５２ａを含む３つの障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、電子ブロック積層体６０に位置する井戸層５４ｃを含む３つの井戸層５４ａ，５４ｂ，５４ｃと、を備えている。電子ブロック積層体６０は、第１の電子ブロック層６１と、第２の電子ブロック層６２と、順に積層した構造を含んでいる。なお、以下の説明において、３つの障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃを総称する場合は、「障壁層５２」ともいい、３つの井戸層５４ａ，５４ｂ，５４ｃを総称する場合は、「井戸層５４」ともいう。

【0014】

発光素子１を構成する半導体には、例えば、Ａｌ_ｒＧａ_ｓＩｎ_{１－ｒ－ｓ}Ｎ（０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０≦ｒ＋ｓ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系のIII族窒化物半導体を用いることができる。また、これらのIII族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置き換えても良く、また、Ｎの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、又はビスマス（Ｂｉ）等で置き換えても良い。以下、各構成要素について説明する。

【0015】

（１）基板１１
基板１１は、発光素子１が発する紫外光に対して透光性を有する基板である。基板１１には、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）により形成されたサファイア基板が用いられる。なお、基板１１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成されたＡｌＮ単結晶基板でもよい。

【0016】

（２）バッファ層１２
バッファ層１２は、基板１１上に形成されている。バッファ層１２は、ＡｌＮにより形成されたＡｌＮ層である。バッファ層１２は、１．０μｍから４．５μｍ程度の膜厚を有する。バッファ層１２の構造は、単層でも多層構造でもよい。なお、基板１１がＡｌＮ単結晶基板の場合、バッファ層１２は、必ずしも設けなくてもよい。バッファ層１２上にＡｌＧａＮにより形成されたアンドープのＡｌＧａＮ層を設けてもよい。

【0017】

（３）ｎ型クラッド層３０
ｎ型クラッド層３０は、バッファ層１２上に形成されている。ｎ型クラッド層３０は、ｎ型ＡｌＧａＮにより形成された層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌＧａＮ層である。なお、ｎ型の不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、又はテルル（Ｔｅ）等を用いてよい。ｎ型クラッド層３０は、１μｍから４μｍ程度の膜厚を有し、例えば、２μｍから３μｍ程度の膜厚を有している。

【0018】

また、ｎ型クラッド層３０を形成するｎ型ＡｌＧａＮのＡｌ組成比は、井戸層を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比よりも大きい。発光素子がフリップチップタイプで実装された構成、つまり活性層５０から出射された光をｎ型クラッド層３０側から取り出す構成の場合に、該出射された光がｎ型クラッド層３０で吸収されて光の取り出し効率が低下してしまうことを抑制するためである。なお、ｎ型クラッド層３０の構造は、単層でもよく、多層構造でもよい。

【0019】

（４）活性層５０
活性層５０は、ｎ型クラッド層３０上に形成されている。本実施の形態では、活性層５０は、３層の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、及び３層の井戸層５４ａ，５４ｂ，５４ｃを交互に積層した量子井戸構造を有している。

【0020】

障壁層５２は、例えば、３ｎｍから５０ｎｍ程度の範囲の膜厚を有する。また、井戸層５４は、例えば、１ｎｍから５ｎｍ程度の範囲の膜厚を有する。障壁層５２及び井戸層５４の数は３つに限定されるものではなく、障壁層５２及び井戸層５４はそれぞれ１つずつ設けてもよく、２ずつ設けてもよく、４つ以上設けてもよい。ここで、障壁層５２及び井戸層５４がそれぞれ１つずつ設けられた構成を、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Single Quantum Well）ともいい、複数設けられた構成を、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）ともいう。

【0021】

図２に示すように、障壁層５２ａは、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮを含んで形成され、井戸層５４は、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮを含んで形成されている（０≦ｘ≦１、０≦ａ≦１、ａ＜ｘ）。ここで、ｘは、障壁層５２を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比（以下、「障壁層５２のＡｌ組成比」ともいう）であり、ａは、井戸層５４を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比（以下、「井戸層５４のＡｌ組成比」ともいう）である。

【0022】

また、障壁層５２のＡｌ組成比ｘ及び井戸層５４のＡｌ組成比ａはそれぞれ、活性層５０が波長３６０ｎｍ以下の紫外光を出力できるようにするために活性層５０内のバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように適宜調整される。

【0023】

（５）電子ブロック積層体６０
電子ブロック積層体６０は、活性層５０上に形成されている。電子ブロック積層体６０は、ｐ型コンタクト層８０側への電子の流出を抑制する役割を担う層である。電子ブロック積層体６０は、活性層５０側に位置する第１の電子ブロック層６１と、この第１の電子ブロック層６１上に位置する第２の電子ブロック層６２と、を積層した構造を含んでいる。

【0024】

第１の電子ブロック層６１及び第２の電子ブロック層６２はともに、ｐ型ＡｌＧａＮにより形成された層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌＧａＮ層である。なお、ｐ型の不純物としては、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。なお、電子ブロック層６１は、アンドープでもよい。

【0025】

具体的には、第１の電子ブロック層６１は、Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮを含んで構成され、第２の電子ブロック層６２は、Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙＮを含んで構成されている（０≦ｂ≦１、０≦ｙ≦１）。ここで、ｂは、第１の電子ブロック層６１を形成するｐ型ＡｌＧａＮのＡｌ組成比（以下、「第１の電子ブロック層６１のＡｌ組成比」ともいう）であり、ｙは、第２の電子ブロック層６２を形成するｐ型ＡｌＧａＮのＡｌ組成比（以下、「第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比」ともいう）である。Ａｌ組成比が低い第２の電子ブロック層６２を第１の電子ブロック層６１よりも活性層５０側に配置にした場合、Ａｌ組成比が高い第１の電子ブロック層６１の位置までオーバーフローする電子の存在確率が向上することになる。そのため、井戸層５４中の電子の存在確率が減ることとなり、その分発光効率が低下する。よって、井戸層５４での電子の存在確率を向上させ発光効率を高めるために、Ａｌ組成比が高い第１の電子ブロック層６１が活性層５０側に設けられる。

【0026】

図２に示すように、第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比ｙは、第１の電子ブロック層６１のＡｌ組成比ｂよりも小さい（ｙ＜ｂ）。電子ブロック積層体６０を第１の電子ブロック層６１と第２の電子ブロック層６２とを含む複数の層で構成し、第１の電子ブロック層６１のＡｌ組成比ｂを第２の電子ブロック層６２よりも高くすることにより上述した電子ブロック積層体６０の機能、すなわちｐ型コンタクト層８０側への電子の流出を抑制する機能を向上させることができる。

【0027】

また、第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比ｙを第１の電子ブロック層６１よりも低くすることにより、電子ブロック積層体６０全体としてＡｌ組成比を高くすることによって生じ得る抵抗の増加を抑制することができる。すなわち、電子ブロック積層体６０をＡｌ組成比の異なる２層で構成し、その組成比及び層厚を調整することにより、電子の流出を抑制することと抵抗の増加を抑制することとを両立させることができる。

【0028】

また、上述のように第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比ｙを一定の値（一例として、第１の電子ブロック層６１のＡｌ組成比ｂ）よりも小さくすることによって、Ａｌ組成比が高い場合にＭｇ等の不純物がドープされにくくなることによって生じ得る発光効率の低下を抑制することができる。

【0029】

また、図２に示すように、第１の電子ブロック層６１のＡｌ組成比ｂは、障壁層５２のＡｌ組成比ｘよりも大きい（すなわち、ｘ＜ｂ）。第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比ｙは、障壁層５２のＡｌ組成比ｘよりも小さく（すなわち、ｙ＜ｘ）、井戸層５４のＡｌ組成比ａよりも大きい（すなわち、ａ＜ｙ）。以上をまとめると、各Ａｌ組成比ａ，ｂ，ｘ，ｙは、ａ＜ｙ＜ｘ＜ｂの関係を満たしている。以下の表１に各Ａｌ組成比ａ，ｂ，ｘ，ｙの具体例をまとめる。

【0030】

【表1】

【0031】

第２の電子ブロック層６２の膜厚は、第１の電子ブロック層６１の膜厚よりも厚い。第２の電子ブロック層６２は、例えば、第１の電子ブロック層６１の膜厚の５倍以上２０倍以下の膜厚を有している。一例として、第１の電子ブロック層６１は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚を有し、第２の電子ブロック層６２は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚を有する。

【0032】

電子ブロック層は、Ａｌ組成比が高ければ高いほど、あるいは、膜厚が厚いほど電子の流出する機能を向上させることができるが、Ａｌ組成比が高い層の膜厚を厚くすると、発光素子１の電気抵抗が大きくなる虞がある。しかしながら、上述のように、Ａｌ組成比が低い第２の電子ブロック層６２の膜厚を、Ａｌ組成比が高い第１の電子ブロック層６１の膜厚よりも厚くすれば、Ａｌ組成比が高い第１の電子ブロック層６１を薄く積層させつつ、電子ブロック積層体６０全体の膜厚を一定以上に保つことができる。したがって、第２の電子ブロック層６２の膜厚を第１の電子ブロック層６１の膜厚よりも厚くすれば、電子ブロック積層体６０の電気抵抗の上昇を抑えつつ、電子の流出を抑制する機能を向上させることができる。

【0033】

（６）ｐ型コンタクト層８０
ｐ型コンタクト層８０は、電子ブロック積層体６０上、具体的には第２の電子ブロック層６２上に形成されている。ｐ型コンタクト層８０は、例えば、Ｍｇ等の不純物が高濃度にドープされた、例えば、１０％以下のＡｌ組成比を有するｐ型ＡｌＧａＮにより形成された層である。好ましくは、ｐ型コンタクト層８０は、ｐ型のＧａＮにより形成されたｐ型ＧａＮ層である。

【0034】

（７）ｎ側電極９０
ｎ側電極９０は、ｎ型クラッド層３０の一部の領域上に形成されている。ｎ側電極９０は、例えば、ｎ型クラッド層３０上に順にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。

【0035】

（８）ｐ側電極９２
ｐ側電極９２は、ｐ型コンタクト層８０上に形成されている。ｐ側電極９２は、例えば、ｐ型コンタクト層８０上に順に積層されるニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の多層膜で形成される。

【0036】

（発光素子１の製造方法）
次に、発光素子１の製造方法について説明する。まず、基板１１上にバッファ層１２を高温成長させる。次に、このバッファ層１２上にｎ型クラッド層３０、活性層５０、電子ブロック積層体６０及びｐ型コンタクト層８０を順に積層して、所定の直径（例えば、５０ｍｍ程度）を有する円板状の窒化物半導体積層体（「ウエハ」又は「ウェハ」ともいう）を形成する。

【0037】

これらｎ型クラッド層３０、活性層５０、電子ブロック積層体６０及びｐ型コンタクト層８０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してよい。

【0038】

次に、ｐ型コンタクト層８０上にマスクを形成し、活性層５０、電子ブロック積層体６０及びｐ型コンタクト層８０においてマスクが形成されていないぞれぞれの露出領域を除去する。活性層５０、電子ブロック積層体６０及びｐ型コンタクト層８０の除去は、例えば、プラズマエッチングにより行ってよい。

【0039】

ｎ型クラッド層３０の露出面３０ａ（図１参照）上にｎ側電極９０を形成し、マスクを除去したｐ型コンタクト層８０上にｐ側電極９２を形成する。ｎ側電極９０及びｐ側電極９２は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成してよい。このウエハを所定の寸法に切り分けることにより、図１に示す発光素子１が形成される。

【0040】

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子１の構成の一例を概略的に示す断面図である。図４は、図３に示す発光素子１を構成する半導体層のＡｌ組成比の一例を模式的に示す図である。第２の実施の形態に係る発光素子１は、ｐ型クラッド層７０を有する点で第１の実施の形態の発光素子１と相違する。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

【0041】

本実施の形態に係る発光素子１は、上述した第１の実施の形態に係る発光素子１の構成に加えて、電子ブロック積層体６０とｐ型コンタクト層８０との間に位置するｐ型クラッド層７０をさらに備えている。ｐ型クラッド層７０は、１０ｎｍ～１０００ｎｍ程度の膜厚を有し、例えば、２０ｎｍ～８００ｎｍ程度の膜厚を有する。ｐ型クラッド層７０は、ｐ型ＡｌＧａＮにより形成された層である。

【0042】

具体的には、ｐ型クラッド層７０は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮを含んで構成されている（０≦ｚ≦１）。ここで、ｚは、ｐ型クラッド層７０を形成するｐ型ＡｌＧａＮのＡｌ組成比（以下、「ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比」ともいう）である。

【0043】

図４に示すように、ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚは、第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比ｙ以下であり（すなわち、ｚ≦ｙ）、かつ、井戸層５４のＡｌ組成比ａよりも大きい（すなわち、ａ＜ｚ）。以上をまとめると、各Ａｌ組成比ａ，ｂ，ｘ，ｙ，ｚは、ａ＜ｚ≦ｙ＜ｘ＜ｂの関係を満たしている。なお、一例として、ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚは、０％以上７０％以下である。

【0044】

第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比ｙよりも小さいＡｌ組成比ｚを有するｐ型クラッド層７０をさらに設けることにより、Ａｌ組成比を高くすることによって生じ得る抵抗の増加を抑制する機能をさらに高めることができる。

【0045】

［第３の実施の形態］
図５は、第３の実施の形態に係る発光素子１を構成する半導体層のＡｌ組成比の一例を模式的に示す図である。第３の実施の形態に係る発光素子１は、Ａｌ組成比が膜厚の方向において傾斜するｐ型クラッド層７０を有する点で第１の実施の形態の発光素子１と相違する。以下、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、第３の実施の形態に係る発光素子１の構成は、図３に示した第２の実施の形態に係る発光素子１と実質的に同一であるため、その詳細な説明は省略する。

【0046】

本実施の形態に係る発光素子１は、上述した第１の実施の形態に係る発光素子１の構成に加えて、電子ブロック積層体６０とｐ型コンタクト層８０との間に位置するｐ型クラッド層７０をさらに備えている。ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚは、ｐ型コンタクト層８０に向かうに連れて減少する。Ａｌ組成比ｚの傾斜率（ｐ型コンタクト層８０側に向かう方向における減少率）は、０．０２５／ｎｍ以上０．２０／ｎｍ以下（すなわち、２．５％／ｎｍ以上２０％／ｎｍ以下）である。

【0047】

なお、ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚは、必ずしも図５に示すように、直線的に減少しなくてもよく、例えば、階段状に段階的に減少してもよく、あるいは、曲線（例えば、二次関数的な曲線や指数関数的な曲線等）状に減少してもよい。ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚが曲線状に減少する場合、ｐ型コンタクト層８０のＡｌ組成比と滑らかに接続するように、ｐ型コンタクト層８０に向かうに連れてＡｌ組成比の減少率が小さくなるようにすることが好ましい。

【0048】

また、Ａｌ組成比が傾斜している場合、上述したＡｌ組成比に係る関係式（すなわち、ａ＜ｚ≦ｙ＜ｘ＜ｂ）は、ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚの最大値に対して成立する。ここで、ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚの最大値とは、ｐ型クラッド層７０の第２の電子ブロック層６２側のＡｌ組成比をいう。換言すれば、ｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比の最小値（つまり、ｐ型クラッド層７０のお型コンタクト層８０側のＡｌ組成比）は、井戸層のＡｌ組成比ａよりも小さくてもよい。なお、ｐクラッド層７０と第２の電子ブロック層６２との間でＡｌ組成比ｚが不連続であってもよい（ｚ＜ｙ）。

【0049】

以上のようにｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比ｚを厚さ方向において傾斜させることにより、ｐ型コンタクト層８０のＡｌ組成比とｐ型クラッド層７０のＡｌ組成比との間の段差が低減されるため、Ａｌ組成比が不連続となる箇所で格子不整合により生じる転位の発生を抑制することがさらにできると考えられる。

【0050】

（発光出力）
図６は、上述した実施の形態に係る発光素子１の発光出力の測定結果の一例を示す図である。横軸の「実施例１」は、第１の実施の形態に係る発光素子１の測定結果を示し、「実施例２」は、第２の実施の形態に係る発光素子１の測定結果を示し、「実施例３」は、第３の実施の形態に係る発光素子１の測定結果を示している。発光出力は、種々の公知の方法で測定することが可能であるが、本実施例では、一例として、上述したｎ側電極９０及びｐ側電極９２の間に一定の電流（例えば、１００ｍＡ）を流し、発光素子１の下側に設置した光検出器により測定した。

【0051】

図６に示すように、実施例１では、中心波長２７９ｎｍでの光出力が７．２ｘ１０^３μＷであった。また、実施例２では、中心波長２７５ｎｍでの光出力が７．６ｘ１０^３μＷであった。さらに、実施例３では、中心波長２８２ｎｍでの光出力が８．６ｘ１０^３μＷであった。この測定結果により、第２の電子ブロック層６２のＡｌ組成比ｙよりも小さいＡｌ組成比ｚを有するｐ型クラッド層７０や、傾斜するＡｌ組成比ｚを有するｐ型クラッド層７０を設けることにより、発光出力がさらに向上することが確認された。

【0052】

（実施形態のまとめ）
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。

【0053】

［１］ＡｌＧａＮ系の障壁層（５２）を含む活性層（５０）と、前記活性層（５０）の上側に位置するｐ型コンタクト層（８０）と、前記活性層（５０）及び前記ｐ型コンタクト層（８０）の間に位置する電子ブロック積層体（６０）と、を備え、前記電子ブロック積層体（６０）は、前記活性層（５０）側に位置し、前記障壁層（５２）のＡｌ組成比よりも大きく、前記活性層側の一端から前記ｐ型コンタクト層側の他端に亘って一定値であるＡｌ組成比を有する第１の電子ブロック層（６１）と、前記ｐ型コンタクト層（８０）側に位置し、前記障壁層（５２）のＡｌ組成比よりも小さく、前記第１の電子ブロック層側の一端から前記ｐ型コンタクト層側の他端に亘って一定値であるＡｌ組成比を有する第２の電子ブロック層（６２）と、を備える、窒化物半導体発光素子（１）。
［２］前記活性層（５０）は、前記障壁層（５２）のＡｌ組成比よりも小さいＡｌ組成比を有する井戸層（５４）をさらに備え、前記第２の電子ブロック層（６２）のＡｌ組成比は、前記井戸層（５４）のＡｌ組成比よりも大きい、前記［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［３］前記第２の電子ブロック層（６２）は、前記第１の電子ブロック層（６１）の膜厚よりも大きい膜厚を有する、前記［１］又は［２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［４］前記第２の電子ブロック層（６２）及び前記ｐ型コンタクト層（８０）の間に、前記第２の電子ブロック層（６２）のＡｌ組成比よりも小さく、前記井戸層（５４）のＡｌ組成比よりも大きいＡｌ組成比を有するｐ型のＡｌＧａＮにより形成されたｐ型クラッド層（７０）をさらに備える、前記［１］から［３］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［５］前記ｐ型クラッド層（７０）は、膜厚の方向において傾斜するＡｌ組成比を有する、前記［４］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［６］前記第１の電子ブロック層（６１）のＡｌ組成比は、８０％以上であり、前記第２の電子ブロック層（６２）のＡｌ組成比は、４０％以上９０％以下である、前記［１］から［５］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。

【符号の説明】

【0054】

１…窒化物半導体発光素子（発光素子）
１１…基板
１２…バッファ層
３０…ｎ型クラッド層
３０ａ…露出面
５０…活性層
５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…障壁層
５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ…井戸層
６０…電子ブロック積層体
６１…第１の電子ブロック層
６２…第２の電子ブロック層
７０…ｐ型クラッド層
８０…ｐ型コンタクト層
９０…ｎ側電極
９２…ｐ側電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】