特許 7216776 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法

(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】2023-01-24

(45)【発行日】2023-02-01

(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/12 20100101AFI20230125BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20230125BHJP

【ＦＩ】

H01L33/12

H01L33/32

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021122199

(22)【出願日】2021-07-27

(62)【分割の表示】P 2017208306の分割

【原出願日】2017-10-27

(65)【公開番号】P2021170668

(43)【公開日】2021-10-28

【審査請求日】2021-07-30

(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】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松倉 勇介

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００８３９９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０３５５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０６８１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１１５６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００９０８０１（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００１５８５０（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６５２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／００２４１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１２８１０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層と
を含む窒化物半導体発光素子であって、
前記下地構造部は、前記基板上にＡｌＮにより形成されたバッファ層を有し、
前記ｎ型クラッド層は、
前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層と、
前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比以下の第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層と
を備え、
前記ｎ型クラッド層は、前記緩衝層上に位置して、前記第３のＡｌ組成比よりも小さい第４のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層をさらに含み、
前記第４のＡｌＧａＮ層は、最も上側に位置する前記第３のＡｌＧａＮ層に接している、
窒化物半導体発光素子。

【請求項2】

基板を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層と
を含む窒化物半導体発光素子であって、
前記下地構造部は、前記基板上にＡｌＮにより形成されたバッファ層を有し、
前記ｎ型クラッド層は、
前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層と、
前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比よりも小さい第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層と
を備え、
前記第２のＡｌＧａＮ層は、前記第１のＡｌＧａＮ層上に形成されており、
最も下側に位置する前記第２のＡｌＧａＮ層は、前記第１のＡｌＧａＮ層に接している、
窒化物半導体発光素子。

【請求項3】

前記ｎ型クラッド層は、前記緩衝層上に位置して、前記第３のＡｌ組成比以下の第４のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層をさらに含む、
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４のＡｌＧａＮ層は、２．０マイクロメートル以下の厚さを有する、
請求項１又は３に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項5】

前記第４のＡｌ組成比は、前記第３のＡｌ組成比と等しい値である、
請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項6】

前記緩衝層は、
複数の前記第２のＡｌＧａＮ層と、複数の前記第３のＡｌＧａＮ層とを、前記第１のＡｌＧａＮ層側から前記多重量子井戸層側に向かってこの順に交互にＬ層ずつ積層してなる多重層を含む、
請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項7】

前記第２のＡｌ組成比は、前記第１のＡｌ組成比と等しい値である、
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項8】

前記第３のＡｌＧａＮ層は、前記第２のＡｌＧａＮ層の厚さよりも大きい厚さを有する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項9】

前記第１のＡｌＧａＮ層は、１．５マイクロメートル以下の厚さを有する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項10】

前記緩衝層は、４．０マイクロメートル以下の厚さを有する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項11】

基板及び前記基板上に位置するＡｌＮにより形成されたバッファ層を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層を形成する工程と
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｎ型クラッド層を形成する工程は、
前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第１のＡｌＧａＮ層を形成する工程と、
前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比以下の第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層を形成する工程と、を備え、
前記ｎ型クラッド層を形成する工程は、前記緩衝層上に位置して、前記第３のＡｌ組成比以下の第４のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層を形成する工程をさらに備え、
前記第４のＡｌＧａＮ層を形成する工程においては、前記第４のＡｌＧａＮ層が、最も上側に位置する前記第３のＡｌＧａＮ層に接するよう形成される、
窒化物半導体発光素子の製造方法。

【請求項12】

基板及び前記基板上に位置するＡｌＮにより形成されたバッファ層を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層を形成する工程と
を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｎ型クラッド層を形成する工程は、
前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第１のＡｌＧａＮ層を形成する工程と、
前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比よりも小さい第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層を形成する工程と、を備え、
前記ｎ型クラッド層を形成する工程においては、前記第１のＡｌＧａＮ層上に前記第２のＡｌＧａＮ層が形成されるとともに、最も下側に位置する前記第２のＡｌＧａＮ層が、前記第１のＡｌＧａＮ層に接するよう形成される、
窒化物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】

本発明は、窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

【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提供されており、発光強度を向上させた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。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４２９１９６０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は、窒化物半導体基板上に、活性層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を有する窒化物半導体発光素子において、該活性層は、井戸層の全積層数が２以下である、障壁層と井戸層とからなる量子井戸構造であり、ｎ型クラッド層と活性層との間、およびｐ型クラッド層と活性層との間の両方にはＡｌ_ｃＧａ_1-ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる第２の窒化物半導体層を有し、さらに前記活性層と第２の窒化物半導体層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、該第１の窒化物半導体層は、Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）を含む多層膜構造であり、前記活性層とｐ側の第１の窒化物半導体層の間には、Ａｌ_γＧａ_1-γＮ（０＜γ＜１）からなる電子閉じ込め層を有し、前記活性層は２層以上の障壁層を有し、最もｐ型層側に位置する障壁層は、活性層内で最もｐ側に形成され、ｎ型不純物を実質的に含まず、ｐ型不純物を含み、他の障壁層はアンドープ若しくはｎ型不純物を含み、前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層が、Ａｌ_ｂＧａ_1-ｂＮ（０．０５＜ｂ＜１）とＧａＮの超格子からなることを特徴とする。

【0005】

ところで、窒化物半導体発光素子の表面の平坦性を向上するためには、超格子の積層数を多くすることが好ましい。しかしながら、超格子の積層数が多くなるにつれ、窒化物半導体発光素子の素材であるウエハの反りが大きくなり、発光素子の加工に支障が生じる虞がある。

【0006】

そこで、本発明は、窒化物半導体発光素子の素材であるウエハの反りを抑制し発光素子の加工に支障を生じにくくさせることができる窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法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、基板を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層とを含む窒化物半導体発光素子であって、前記下地構造部は、前記基板上にＡｌＮにより形成されたバッファ層を有し、前記ｎ型クラッド層は、前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層と、前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比以下の第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層とを備え、前記ｎ型クラッド層は、前記緩衝層上に位置して、前記第３のＡｌ組成比よりも小さい第４のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層をさらに含み、前記第４のＡｌＧａＮ層は、最も上側に位置する前記第３のＡｌＧａＮ層に接している、窒化物半導体発光素子を提供する。

【0008】

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、基板を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層とを含む窒化物半導体発光素子であって、前記下地構造部は、前記基板上にＡｌＮにより形成されたバッファ層を有し、前記ｎ型クラッド層は、前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層と、前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比よりも小さい第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層とを備え、前記第２のＡｌＧａＮ層は、前記第１のＡｌＧａＮ層上に形成されており、最も下側に位置する前記第２のＡｌＧａＮ層は、前記第１のＡｌＧａＮ層に接している、窒化物半導体発光素子を提供する。

【0009】

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、基板及び前記基板上に位置するＡｌＮにより形成されたバッファ層を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層を形成する工程とを含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記ｎ型クラッド層を形成する工程は、前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第１のＡｌＧａＮ層を形成する工程と、前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比以下の第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層を形成する工程と、を備え、前記ｎ型クラッド層を形成する工程は、前記緩衝層上に位置して、前記第３のＡｌ組成比以下の第４のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層を形成する工程をさらに備え、前記第４のＡｌＧａＮ層を形成する工程においては、前記第４のＡｌＧａＮ層が、最も上側に位置する前記第３のＡｌＧａＮ層に接するよう形成される、窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。

【0010】

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、基板及び前記基板上に位置するＡｌＮにより形成されたバッファ層を含む下地構造部上に位置するｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層上に位置する、複数の障壁層と複数の井戸層とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層を形成する工程とを含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、前記ｎ型クラッド層を形成する工程は、前記下地構造部側に位置して、前記バッファ層のＡｌ組成比よりも小さい第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第１のＡｌＧａＮ層を形成する工程と、前記第１のＡｌＧａＮ層及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比よりも小さい第２のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層と、前記第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層とが交互に積層された緩衝層を形成する工程と、を備え、前記ｎ型クラッド層を形成する工程においては、前記第１のＡｌＧａＮ層上に前記第２のＡｌＧａＮ層が形成されるとともに、最も下側に位置する前記第２のＡｌＧａＮ層が、前記第１のＡｌＧａＮ層に接するよう形成される、窒化物半導体発光素子の製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ウエハの反りを抑制して発光素子の加工に支障を生じにくくさせることができる窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】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を概略的に示す断面図である。

【図2】図２は、図１に示す発光素子のｎ型クラッド層のＡｌ組成比の一例を模式的に示すグラフである。

【図3】図３は、変形例に係る発光素子のｎ型クラッド層のＡｌ組成比の一例を模式的に示すグラフである。

【図4】図４は、比較例及び実施例に係る発光素子の構成と、測定結果とを示す図である。

【図5】図５は、比較例及び実施例に係る発光素子の素材であるウエハの反り及びウエハの面内発光割合を示すグラフである。

【図6】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子のｎ型クラッド層のＡｌ組成比の一例を模式的に示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［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及び図２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。また、各図面における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。

【0014】

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を概略的に示す断面図である。窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう。）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）である。本実施の形態では、特に、中心波長が２８０ｎｍ～３６０ｎｍの深紫外光を発する発光素子１を例に挙げて説明する。

【0015】

図１に示すように、発光素子１は、基板１０と、バッファ層２２と、ｎ型クラッド層３０と、多重量子井戸層を含む活性層５０と、電子ブロック層６０と、ｐ型クラッド層７０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。

【0016】

発光素子１を構成する半導体には、例えば、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦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）、ビスマス（Ｂｉ）等で置き換えても良い。

【0017】

基板１０は、発光素子１が発する深紫外光に対して透光性を有している。基板１０は、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むサファイア基板である。基板１０には、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板の他に、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板や、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板を用いてもよい。

【0018】

バッファ層２２は、基板１０上に形成されている。バッファ層２２は、ＡｌＮ層を含んで構成されている。基板１０及びバッファ層２２は、下地構造部２を構成する。なお、基板１０がＡｌＮ基板またはＡｌＧａＮ基板である場合、バッファ層２２は必ずしも設けなくてもよい。

【0019】

ｎ型クラッド層３０は、下地構造部２上に形成されている。ｎ型クラッド層３０は、ｎ型のＡｌＧａＮ（以下、単に「ｎ型ＡｌＧａＮ」ともいう。）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を含む層である。なお、ｎ型の不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、炭素（Ｃ）等を用いてもよい。

【0020】

ｎ型クラッド層３０は、下地構造部２上に形成された第１のＡｌＧａＮ層３２と、この第１のＡｌＧａＮ層３２上に形成された緩衝層３４とを備えている。換言すれば、ｎ型クラッド層３０は、ｎ型クラッド層３０内において、下地構造部２側に位置する第１のＡｌＧａＮ層と、第１のＡｌＧａＮ層３２と後述する多重量子井戸層との間に位置する緩衝層３４とを備えている。

【0021】

次に、図２を参照して、第１のＡｌＧａＮ層３２及び緩衝層３４の詳細について説明する。図２は、図１に示す発光素子１のｎ型クラッド層３０のＡｌ組成比の一例を模式的に示すグラフである。なお、Ａｌ組成比には、別の表現として、「ＡｌＮモル分率」（％）を用いてもよい。図２の縦軸は、ｎ型クラッド層３０のＡｌ組成比（％）を示し、横軸は、ｎ型クラッド層３０を構成する第１のＡｌＧａＮ層３２及び緩衝層３４の位置を模式的に示している。図２内の符号「ｔ_１」、「ｔ_２」、「ｔ_３」は、それぞれ、第１のＡｌＧａＮ層３２、第２のＡｌＧａＮ層３４２（後述）、第３のＡｌＧａＮ層３４４（後述）の厚さを示している。

【0022】

図２に示すように、第１のＡｌＧａＮ層３２は、第１のＡｌ組成比ｑを有するＡｌ_ｑＧａ_１－ｑＮ（０＜ｑ≦１）に形成された層である。また、第１のＡｌＧａＮ層３２は、１．５μｍ（マイクロメートル）以下の厚さｔ_１を有している。

【0023】

緩衝層３４は、第１のＡｌ組成比以下のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮにより形成された複数の層が交互に形成された層である。具体的には、緩衝層３４は、第１のＡｌ組成比以下の互いに相違するＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮによりそれぞれ形成された２種類の層３４２，３４４が交互に積層された多重層を含んでいる。より具体的には、緩衝層３４は、２種類の層３４２，３４４が交互にＬ（Ｌは自然数）層ずつ積層してなる多重層を含んでいる。

【0024】

さらにより具体的には、緩衝層３４は、２種類の層３４２，３４４のうち、相対的に大きいＡｌ組成比（以下、「第２のＡｌ組成比ｕ」）を有するＡｌ_ｕＧａ_１－ｕＮ（０＜ｕ≦ｑ≦１）により形成された第２のＡｌＧａＮ層３４２と、相対的に小さいＡｌ組成比（以下、「第３のＡｌ組成比ｖ」）を有するＡｌ_ｖＧａ_１－ｖＮ（０＜ｖ＜ｕ≦ｑ≦１）により形成された第３のＡｌＧａＮ層３４４とを含んでいる。

【0025】

換言すれば、緩衝層３４は、第１のＡｌ組成比以下の第２のＡｌ組成比ｕを有するＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層３４２と、第２のＡｌ組成比よりも小さい第３のＡｌ組成比ｖを有するＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層３４４とを含んでいる。

【0026】

第２のＡｌＧａＮ層３４２は、第１のＡｌＧａＮ層３２上に形成されている。また、第２のＡｌＧａＮ３４２及び第３のＡｌＧａＮ層３４４は、第１のＡｌＧａＮ層３２から後述する多重量子井戸層に向かってこの順に互いに交互にＬ層ずつ積層されている。Ｌは、適宜に選択することができ、例えば、１５、２０、３０等である。

【0027】

好ましくは、緩衝層３４の厚さ（（ｔ_２＋ｔ_３）ｘＬ）は、４．０μｍ以下である。また、好ましくは、第３のＡｌＧａＮ層３４４の厚さｔ_３は、第２のＡｌＧａＮ層３４２の厚さｔ_２よりも大きい。すなわち、ｔ_２及びｔ_３は、ｔ_２＜ｔ_３の関係を有する。個々の第２のＡｌＧａＮ層３４２及び第３のＡｌＧａＮ層３４４それぞれは、厚くても緩衝層３４としての厚さが４．０μｍ以下になる程度に小さい厚さ（例えば、数十ｎｍ）を有する。第２のＡｌＧａＮ層３４２及び第３のＡｌＧａＮ層３４４は、超格子層であってもよい。

【0028】

多重量子井戸層を含む活性層５０は、ｎ型クラッド層３０上に形成されている。活性層５０は、Ａｌ_ｒＧａ_１－ｒＮを含んで構成される多重量子井戸層のｎ型クラッド層３０側の障壁層５２ａ、及び後述する電子ブロック層６０側の障壁層５２ｃを含む３層の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃとＡｌ_ｓＧａ_１－ｓＮを含んで構成される３層の井戸層５４ａ，５４ｂ，５４ｃ（０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＞ｓ）とを交互に積層した多重量子井戸層を含む層である。活性層５０は、波長３６０ｎｍ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以上となるように構成されている。なお、本実施の形態では、活性層５０に障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃ及び井戸層５４ａ，５４ｂ，５４ｃを各３層ずつ設けたが、必ずしも３層に限定されるものではなく、２層以下でもよく、４層以上でもよい。

【0029】

電子ブロック層６０は、活性層５０上に形成されている。電子ブロック層６０は、ｐ型のＡｌＧａＮ（以下、単に「ｐ型ＡｌＧａＮ」ともいう。）により形成されている。電子ブロック層６０は、１ｎｍ～１０ｎｍ程度の厚さを有している。なお、電子ブロック層６０は、ＡｌＮにより形成された層を含んでもよい。また、電子ブロック層６０は、必ずしもｐ型の半導体層に限られず、アンドープの半導体層でもよい。

【0030】

ｐ型クラッド層７０は、電子ブロック層６０上に形成されている。ｐ型クラッド層７０は、ｐ型ＡｌＧａＮにより形成される層であり、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）等を用いてもよい。ｐ型クラッド層７０は、３００ｎｍ～７００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ～６００ｎｍ程度の厚さを有する。

【0031】

ｐ型コンタクト層８０は、ｐ型クラッド層７０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ｐ型のＧａＮ層である。

【0032】

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の上に順にチタン（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。

【0033】

ｐ側電極９２は、ｐ型コンタクト層８０の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の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。

【0034】

（製造方法）
次に、発光素子１の製造方法について説明する。基板１０上にバッファ層２２、ｎ型クラッド層３０、活性層５０、電子ブロック層６０、ｐ型クラッド層７０を、この順に、例えば、温度を段階的に下げながら連続的に高温成長させてウエハを形成する。ウエハは、一例として、例えば、直径約５０ｍｍの円形状の形状を有する。これら層の成長には、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（Halide Vapor Phase Epitaxy：ＮＶＰＥ）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。

【0035】

次に、ｐ型クラッド層７０の上にマスクを形成し、マスクが形成されていない露出領域の活性層５０、電子ブロック層６０、及びｐ型クラッド層７０を除去する。活性層５０、電子ブロック層６０、及びｐ型クラッド層７０の除去は、例えば、プラズマエッチングにより行うことができる。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することができる。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。

【0036】

（実施例）
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る実施例について説明する。図４は、比較例及び実施例に係る発光素子１の構成と、測定結果とを示す図である。図５は、比較例及び実施例に係る発光素子の素材であるウエハの反り及びウエハの面内発光割合を示すグラフである。なお、図４の「ループ数」は、第２のＡｌＧａＮ層３４２及び第３のＡｌＧａＮ層３４４の各層の数Ｌ（「積層数Ｌ」ともいう）を示す。

【0037】

図４に示すように、実施例の発光素子１は、第２のＡｌＧａＮ層３４２及び第３のＡｌＧａＮ層３４４を交互に複数積層させた緩衝層３４を有しているのに対し、比較例の発光素子は、かかる緩衝層３４を有していない点で両者は相違している。

【0038】

具体的に、図４に示すように、実施例１に係る発光素子１は、第１のＡｌ組成比ｑとしてＡｌ組成比３９．３％を有するＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層３２と、第２のＡｌ組成比ｕとして第１のＡｌ組成比ｑと等しいＡｌ組成比３９．３％を有するＡｌＧａＮにより形成された第２のＡｌＧａＮ層３４４と、第３のＡｌ組成比ｖとして第２のＡｌ組成比ｕよりも小さいＡｌ組成比２５．８％を有するＡｌＧａＮにより形成された第３のＡｌＧａＮ層３４４とを含む。

【0039】

実施例１に係る発光素子１は、第２のＡｌＧａＮ層３４２及び第３のＡｌＧａＮ層３４４が交互に２０層ずつ積層した多重層を含む。また、第１のＡｌＧａＮ層３２の厚さｔ_１は、０．２μｍであり、第２のＡｌＧａＮ層３４２の厚さｔ_２は、０．０３５μｍであり、第３のＡｌＧａＮ層３４４の厚さｔ_３は、０．０８５μｍである。すなわち、緩衝層３４の厚さは、略２．４μｍ（（０．０３５＋０．０８５）ｘ２０）である。

【0040】

また、実施例２に係る発光素子１は、上述の実施例１に係る発光素子１と同様のＡｌ組成比を有する第１から第３のＡｌＧａＮ層３２，３４２，３４４を含む。実施例２に係る発光素子１の緩衝層３４の積層数Ｌは、１５である。また、第１のＡｌＧａＮ層３２の厚さｔ_１は、０．４μｍであり、第２のＡｌＧａＮ層３４２の厚さｔ_２は、０．０３５μｍであり、第３のＡｌＧａＮ層３４４の厚さｔ_３は、０．１１μｍである。すなわち、緩衝層３４の厚さは、略２．１８μｍ（（０．０３５＋０．１１）ｘ１５）である。

【0041】

上記の実施例１及び２に対して、比較例に係る発光素子は、第１のＡｌＧａＮ層３２に相当する層を含んでいない。また、積層数は、１である。また、第２のＡｌＧａＮ層３４２の厚さｔ_２は、１μｍであり、第３のＡｌＧａＮ層３４４の厚さｔ_３は、２μｍである。

【0042】

発光素子の素材であるウエハの反り及びウエハの面内発光割合に関する結果を、図４及び図５を参照して説明する。図５の記号Ａは、後述する面内発光割合（左軸参照）を示し、記号Ｂは、ウエハの反り（右軸参照）を示す。図４及び図５に示すように、ウエハの反りは、比較例では、１６０ｋｍ^－１であったのに対し、実施例１では、７７ｋｍ^－１まで抑制され、実施例２では、８９ｋｍ^－１まで抑制された。

【0043】

また、ウエハの反りが抑制されたことに伴い、一つのウエハから取得できる発光素子の総数に対して、所定の発光強度以上の強度で発光する発光素子の数の割合（以下、「面内発光割合」ともいう。）は、比較例では、１６％であったのに対し、実施例１では、５５％に向上し、実施例２では、５２％に向上した。なお、本実施例では、所定の発光強度を４．２ｍＷとした。

【0044】

このように、実施例１の発光素子１の反りは、比較例の発光素子の反りの約４８％に抑えられ、実施例２の発光素子１の反りは、比較例の発光素子の反りの約５６％に抑えられた。また、実施例１の発光素子１の面内発光割合は、比較例の発光素子の面内発光割合の約３．８倍となり、実施例２の発光素子１の面内発光割合は、比較例の発光素子の面内発光割合の約３．２倍となった。以上のように、本発明により、発光素子１の反りが抑制され、発光強度の面内部分のバラツキが上昇することが明らかになった。これにより、発光素子の加工に支障を生じにくくさせることができるとともに、発光素子の歩留まりの低下を抑制することができる。

【0045】

＜変形例＞
図３は、変形例に係る発光素子のｎ型クラッド層のＡｌ組成比の一例を模式的に示すグラフである。図３に示すように、第２のＡｌ組成比ｕは、第１のＡｌ組成比ｑと等しい値になるようにしてもよい。

【0046】

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子１のｎ型クラッド層のＡｌ組成比の変形例を模式的に示すグラフである。第２の実施の形態に係る発光素子１は、後述する第４のＡｌＧａＮ層３６を備える点で、第１の実施の形態に係る発光素子１と相違する。以下、第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略するとともに、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

【0047】

図６に示すように、発光素子１のｎ型クラッド層３０は、緩衝層３４上に位置する第４のＡｌＧａＮ層３６をさらに備える。第４のＡｌＧａＮ層３６は、第３のＡｌ組成比ｖ以下の第４のＡｌ組成比ｗを有するＡｌ_ｗＧａ_１－ｗＮ（０＜ｗ≦ｖ＜ｕ≦ｑ≦１）により形成されている。

【0048】

第４のＡｌＧａＮ層３６は、２．０μｍ以下の厚さｔ_４を有している。すなわち、ｔ_４は、０≦ｔ_４≦２．０μｍの範囲の値をとり得る。

【0049】

なお、図示はしないが、第４のＡｌ組成比ｗは、第３のＡｌ組成比ｖと等しい値となるようにしてもよい。

【0050】

以上のようにしても、第１の実施の形態に係る発光素子１と同様に、ウエハの反りを抑制することができる。また、発光強度の面内分布を向上させることができる。この結果、発光素子の加工に支障を生じにくくさせることができるとともに、発光素子の歩留まりの低下を抑制することができる。

【0051】

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態及びその変形例並びに第２の実施の形態に係る発光素子１では、ｎ型クラッド層３０が、下地構造部２側に位置して、第１のＡｌ組成比を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層３２と、第１のＡｌＧａＮ層３２及び多重量子井戸層の間に位置して、第１のＡｌ組成比以下のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮにより形成された複数の層３４２，３４４が交互に積層された緩衝層３４とを有している。これにより、発光素子１の素材であるウエハの反りが抑制され、発光強度の面内分布を向上させることが可能となる。

【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］基板（１０）を含む下地構造部（２）上に位置するｎ型ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層（３０）と、前記ｎ型クラッド層（３０）上に位置する、複数の障壁層（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と複数の井戸層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層とを含む窒化物半導体発光素子（１）であって、前記ｎ型クラッド層（３０）は、前記下地構造部（２）側に位置して、第１のＡｌ組成比（ｑ）を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層（３２）と、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比（ｑ）以下の第２のＡｌ組成比（ｕ）を有するＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層（３４２）と、前記第２のＡｌ組成比（ｕ）よりも小さい第３のＡｌ組成比（ｖ）を有するＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層（３４４）とが交互に積層された緩衝層（３４）とを備え、前記ｎ型クラッド層（３０）は、前記緩衝層（３４）上に位置して、前記第３のＡｌ組成比（ｖ）以下の第４のＡｌ組成比（ｗ）を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層（３６）をさらに含む、窒化物半導体発光素子（１）。
［２］前記第２のＡｌＧａＮ層（３４２）は、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）上に形成されている、前記［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［３］基板（１０）を含む下地構造部（２）上に位置するｎ型ＡｌＧａＮにより形成されたｎ型クラッド層（３０）と、前記ｎ型クラッド層（３０）上に位置する、複数の障壁層（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と複数の井戸層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層とを含む窒化物半導体発光素子（１）であって、前記ｎ型クラッド層（３０）は、前記下地構造部（２）側に位置して、第１のＡｌ組成比（ｑ）を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のＡｌＧａＮ層（３２）と、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比（ｑ）よりも小さい第２のＡｌ組成比（ｕ）を有するＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層（３４２）と、前記第２のＡｌ組成比（ｕ）よりも小さい第３のＡｌ組成比（ｖ）を有するＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層（３４４）とが交互に積層された緩衝層（３４）とを備え、前記第２のＡｌＧａＮ層（３４２）は、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）上に形成されている、窒化物半導体発光素子（１）。
［４］前記ｎ型クラッド層（３０）は、前記緩衝層（３４）上に位置して、前記第３のＡｌ組成比（ｖ）以下の第４のＡｌ組成比（ｗ）を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層（３６）をさらに含む、前記［３］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［５］前記第４のＡｌＧａＮ層（３６）は、２．０マイクロメートル以下の厚さ（ｔ_４）を有する、前記［１］，［２］及び［４］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［６］前記第４のＡｌ組成比（ｗ）は、前記第３のＡｌ組成比（ｖ）と等しい値である、前記［１］，［２］，［４］及び［５］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［７］前記緩衝層（３４）は、複数の前記第２のＡｌＧａＮ層（３４２）と、複数の前記第３のＡｌＧａＮ層（３４４）とを、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）側から前記多重量子井戸層側に向かってこの順に交互にＬ層ずつ積層してなる多重層を含む、前記［２］から［６］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［８］前記第２のＡｌ組成比（ｕ）は、前記第１のＡｌ組成比（ｑ）と等しい値である、前記［２］から［７］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［９］前記第３のＡｌＧａＮ層（３４４）は、前記第２のＡｌＧａＮ層（３４２）の厚さ（ｔ_２）よりも大きい厚さ（ｔ_３）を有する、前記［１］から［８］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［１０］前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）は、１．５マイクロメートル以下の厚さ（ｔ_１）を有する、前記［１］から［９］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［１１］前記緩衝層（３４）は、４．０マイクロメートル以下の厚さを有する、前記［１］から［１０］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［１２］基板（１０）を含む下地構造部（２）上に位置するｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層（３０）を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層（３０）上に位置する、複数の障壁層（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と複数の井戸層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層を形成する工程とを含む窒化物半導体発光素子（１）の製造方法であって、前記ｎ型クラッド層（３０）を形成する工程は、前記下地構造部（２）側に位置して、第１のＡｌ組成比（ｑ）を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第１のＡｌＧａＮ層（３２）を形成する工程と、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比（ｑ）以下の第２のＡｌ組成比（ｕ）を有するＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層（３４２）と、前記第２のＡｌ組成比（ｕ）よりも小さい第３のＡｌ組成比（ｖ）を有するＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層（３４４）とが交互に積層された緩衝層（３４）を形成する工程と、を備え、前記ｎ型クラッド層（３０）を形成する工程は、前記緩衝層（３４）上に位置して、前記第３のＡｌ組成比（ｖ）以下の第４のＡｌ組成比（ｗ）を有するｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第４のＡｌＧａＮ層（３６）を形成する工程をさらに備える、窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。
［１３］基板（１０）を含む下地構造部（２）上に位置するｎ型ＡｌＧａＮを有するｎ型クラッド層（３０）を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層（３０）上に位置する、複数の障壁層（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と複数の井戸層（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ）とをこの順に交互に積層してなる多重量子井戸層を形成する工程とを含む窒化物半導体発光素子（１）の製造方法であって、前記ｎ型クラッド層（３０）を形成する工程は、前記下地構造部（２）側に位置して、第１のＡｌ組成比（ｑ）を有するｎ型ＡｌＧａＮを含む第１のＡｌＧａＮ層（３２）を形成する工程と、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）及び前記多重量子井戸層の間に位置して、前記第１のＡｌ組成比（ｑ）よりも小さい第２のＡｌ組成比（ｕ）を有するＡｌＧａＮを含む第２のＡｌＧａＮ層（３４２）と、前記第２のＡｌ組成比（ｕ）よりも小さい第３のＡｌ組成比（ｖ）を有するＡｌＧａＮを含む第３のＡｌＧａＮ層（３４４）とが交互に積層された緩衝層（３４）を形成する工程と、を備え、前記ｎ型クラッド層（３０）を形成する工程においては、前記第１のＡｌＧａＮ層（３２）上に前記第２のＡｌＧａＮ層（３４２）が形成される、窒化物半導体発光素子（１）の製造方法。

【符号の説明】

【0054】

１…窒化物半導体発光素子（発光素子）
２…下地構造部
１０…基板
２２…バッファ層
３０…ｎ型クラッド層
３０ａ…露出面
３２…第１のＡｌＧａＮ層
３４…緩衝層
３４２…第２のＡｌＧａＮ層
３４４…第３のＡｌＧａＮ層
３６…第４のＡｌＧａＮ層
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
Ｌ…積層数
ｔ_１…第１のＡｌＧａＮ層の厚さ
ｔ_２…第２のＡｌＧａＮ層の厚さ
ｔ_３…第３のＡｌＧａＮ層の厚さ
ｔ_４…第４のＡｌＧａＮ層の厚さ
ｑ…第１のＡｌ組成比
ｕ…第２のＡｌ組成比
ｖ…第３のＡｌ組成比
ｗ…第４のＡｌ組成比

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】