特許 7488456 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】2024-05-14

(45)【発行日】2024-05-22

(54)【発明の名称】発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/06 20100101AFI20240515BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240515BHJP

   H01S 5/343 20060101ALN20240515BHJP

【ＦＩ】

H01L33/06

H01L33/32

H01S5/343 610

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020099551

(22)【出願日】2020-06-08

(65)【公開番号】P2021193708

(43)【公開日】2021-12-23

【審査請求日】2023-05-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】船越 良太

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３６１２４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１０９８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５３０２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６６９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０７７４７３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ側窒化物半導体層と、
ｐ側窒化物半導体層と、
前記ｎ側窒化物半導体層と前記ｐ側窒化物半導体層の間に設けられ、窒化物半導体で形成された井戸層と窒化物半導体で形成された１又は複数の障壁層を含む活性層と、
を備え、
１又は複数の前記障壁層は、前記ｐ側窒化物半導体層の最も近くに位置するｐ側障壁層を含み、
前記ｐ側窒化物半導体層は、前記ｐ側障壁層の側から順に、アンドープの第１層と、前記第１層よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープの第２層と、ｐ型不純物を含み前記ｐ側障壁層よりバンドギャップエネルギーが大きい第３層と、を含み、
前記第１層、前記第２層、及び前記第３層は、窒化物半導体で形成され、
前記第１層の格子定数は前記第２層の格子定数より小さく、
前記第１層の膜厚は、０．３ｎｍ以上、１．５ｎｍ以下であり、
前記第２層の膜厚は、０．３ｎｍ以上、１．５ｎｍ以下であり、
前記第１層は、Ａｌ _ｂ１ Ｇａ _１－ｂ１ Ｎ（０．０１＜ｂ１＜０．１）からなり、
前記第２層は、Ｉｎ _ａ１ Ｇａ _１－ａ１ Ｎ（０＜ａ１＜１）からなる、発光素子。

【請求項2】

前記第１層の膜厚は、前記第２層の膜厚以下である、
請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

前記第１層の膜厚と、前記第２層の膜厚は、前記ｐ側障壁層の膜厚より小さい、請求項１又は２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記ｐ側障壁層は、前記第１層と接している、
請求項１～３のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項5】

前記第１層は、前記第２層と接している、
請求項１～４のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項6】

前記第１層の膜厚は、０．３ｎｍ以上、０．５ｎｍ以下である、
請求項１～５のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項7】

前記第３層は、Ａｌ_ｂ２Ｇａ_１－ｂ２Ｎ（０＜ｂ２＜１、ｂ１＜ｂ２）からなる、
請求項１～６のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項8】

前記井戸層は、Ｉｎ_ａ２Ｇａ_１－ａ２Ｎ（０＜ａ２＜１、ａ１＜ａ２）からなる、
請求項１～７のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項9】

前記ｐ型不純物はマグネシウムである、
請求項１～８のいずれか１項に記載の発光素子。

【請求項10】

前記ｐ側障壁層はアンドープの層である、
請求項１～９のいずれか１項に記載の発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザダイオード、発光ダイオード等の発光素子は、広範な分野にわたって用いられており、用途によっては特性に高い信頼性が求められる。発光素子は、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層の積層体で形成され、ダブルヘテロ接合を有する。順方向に電圧をかけると、ｎ側の半導体層から電子が、ｐ側の半導体層からホールが活性層に流入し、伝導帯へ励起されたキャリアの再結合によって光が自然放出される。

【0003】

III-Ｖ族化合物半導体の場合、ホールを放出するｐ型の不純物として２価の金属イオンが一般的に添加される。窒化物半導体の場合は、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が添加されることが多い。添加されたＭｇがｐ側の半導体層から活性層に拡散すると、発光効率が低下し、素子の信頼性を損なう要因となる。

【0004】

Ｍｇの拡散を抑える層として、活性層のうち最もｐ側半導体層に近接する障壁層の上面に、ｐ型半導体層よりもｐ型不純物濃度の低いＡｌＧａＮからなる保護層を配置する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１９５１６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ｐ側半導体層と活性層の間にＡｌＧａＮ層を配置することで、Ｍｇ等の不純物の拡散が抑制され発光効率の低下を抑制することができるが、素子の順方向電圧が悪化する傾向にある。

【0007】

本発明は、順方向電圧の上昇を抑制しつつ、信頼性を向上することのできる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】

【0008】

本発明の一態様では、発光素子は、ｎ側窒化物半導体層と、
ｐ側窒化物半導体層と、
前記ｎ側窒化物半導体層と前記ｐ側窒化物半導体層の間に設けられ、窒化物半導体で形成された井戸層と窒化物半導体で形成された１又は複数の障壁層を含む活性層と、
を備え、
１又は複数の前記障壁層は、前記ｐ側窒化物半導体層の最も近くに位置するｐ側障壁層を含み、
前記ｐ側窒化物半導体層は、前記ｐ側障壁層の側から順に、アンドープの第１層と、前記第１層よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープの第２層と、ｐ型不純物を含み前記ｐ側障壁層よりバンドギャップエネルギーが大きい第３層と、を含み、
前記第１層、前記第２層、及び前記第３層は、窒化物半導体で形成され、
前記第１層の格子定数は前記第２層の格子定数より小さく、
前記第１層の膜厚は、０．３ｎｍ以上、１．５ｎｍ以下であり、
前記第２層の膜厚は、０．３ｎｍ以上、１．５ｎｍ以下であり、
前記第１層は、Ａｌ _ｂ１ Ｇａ _１－ｂ１ Ｎ（０．０１＜ｂ１＜０．１）からなり、
前記第２層は、Ｉｎ _ａ１ Ｇａ _１－ａ１ Ｎ（０＜ａ１＜１）からなる。

【発明の効果】

【0009】

上記の構成により、順方向電圧の上昇を抑制しつつ、素子の信頼性を向上することができる発光素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の発光素子の断面模式図である。

【図2】実施形態の発光素子の不純物の拡散抑制効果を説明するための模式図である。

【図3】作製したサンプルの光出力の維持率を示す表である。

【図4】図３の光出力の維持率の変化を示すグラフである。

【図5】各サンプルの測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜素子構成＞
図１は、実施形態の発光素子１０の断面模式図である。発光素子１０は、基板１１の上に、ｎ側半導体層１２、活性層１３、及びｐ側半導体層１４を含む積層体２０を有する。積層体２０のうち、破線で囲まれた領域の拡大模式図を併せて図示している。基板１１はその表面に窒化物半導体を成長することのできる任意の基板である。基板１１には、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などを用いることができる。基板１１にサファイア基板やＧａＮ基板を用いる場合、積層体２０はサファイア基板やＧａＮ基板のＣ面上に成長される。

【0012】

積層体２０は、窒化物半導体で形成されている。窒化物半導体は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含む。窒化物半導体は、たとえば、ＧａＮ、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）である。ｎ側半導体層１２には、たとえばＳｉが添加されている。ｎ側半導体層１２の一部は、ｎ側コンタクト層として用いられてもよい。

【0013】

基板１１とｎ側半導体層１２の格子定数が異なる場合は、基板１１とｎ側半導体層１２の間に、格子不整合を緩和するバッファ層が挿入されていてもよい。たとえば、サファイア基板の表面に窒化物半導体であるｎ側半導体層１２を形成するときは、サファイア基板とｎ側半導体層１２の間に、バッファ層としてＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層などを挿入してもよい。バッファ層の厚さは、サファイア基板とｎ側半導体層１２の格子不整合が緩和される厚さであればよい。バッファ層の厚さは、たとえば、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。

【0014】

活性層１３は、ｎ側半導体層１２の上面に配置されている。活性層１３は、井戸層１３１と、１以上の障壁層１３２とを含む。複数の井戸層１３１と複数の障壁層１３２を用いる場合は、井戸層１３１と障壁層１３２が交互に繰り返し配置された多重量子井戸が形成される。この場合、障壁層１３２のうち最もｐ側半導体層１４に近接する層を、「ｐ側障壁層１３２ｐ」と呼ぶ。ｐ側障壁層１３２ｐと第１層１４１との間には井戸層１３１は設けられない。活性層１３は、たとえば、ＩｎＧａＮの井戸層１３１と、ＧａＮの障壁層１３２とが積層された積層構造で形成される。活性層１３から光が放出される。具体的には、活性層１３に順方向電圧が印加されることで活性層１３から光が放出される。

【0015】

障壁層１３２の層数が一層のときは、ｐ側半導体層１４との境界に位置するｐ側障壁層１３２ｐのみを配置してもよい。この場合、ｐ側障壁層１３２ｐとｎ側半導体層１２に挟まれた井戸層１３１にキャリアが閉じ込められてもよい。

【0016】

井戸層１３１は、たとえば、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化物半導体であるＩｎＧａＮで形成される。井戸層１３１の一般式は、たとえば、Ｉｎ_ａＧａ_１－ａＮ（０＜ａ＜１）である。井戸層１３１としてＩｎＧａＮを用いる場合、Ｉｎの混晶比ａは、目的の発光波長の光が放出される混晶比に設定される。たとえば、井戸層１３１のＩｎの混晶比ａを０．０７５以上、０．３２５以下の範囲に設定することで、発光ピーク波長が３８５ｎｍ以上、４６０ｎｍ以下の光を放出させることができる。

【0017】

ｐ側半導体層１４は、ｐ側障壁層１３２ｐの側から順に、アンドープの第１層１４１、アンドープの第２層１４２、及び、ｐ型不純物がドープされた第３層１４３を含む。この明細書及び特許請求の範囲で「アンドープ」の層というときは、半導体層を成長するときに不純物を添加するための原料ガスを供給しないで成長させた層を意味する。したがって、最終製品として不可避的に混入する不純物を含む場合も、成膜時に不純物元素が導入されていない層は「アンドープ」の層となる。たとえば、チップ化された素子のアンドープの層に、５×１０^１７／ｃｍ^３以下の不純物が混入していてもよい。ｐ側半導体層１４は、第３層１４３上に、ｐ型不純物を含むｐ側コンタクト層を有する。

【0018】

ｐ側半導体層１４の第１層１４１、第２層１４２、及び第３層１４３はいずれも窒化物半導体で形成されている。第３層１４３は、ｐ型不純物を含む。ｐ型不純物として、Ｍｇ、亜鉛（Ｚｎ）、炭素（Ｃ）等を含んでもよい。この例では、第３層１４３にｐ型不純物としてＭｇが添加される。第３層１４３は、ｐ側障壁層１３２ｐよりも広いバンドギャップを有する。

【0019】

ｐ側半導体層１４の第１層１４１と第２層１４２は、活性層１３と第３層１４３の間に位置する。第１層１４１は、ｐ側障壁層１３２ｐと接することが好ましい。第１層１４１のバンドギャップエネルギーは、第２層１４２のバンドギャップエネルギーよりも大きく、かつ、第１層１４１の格子定数は第２層１４２の格子定数よりも小さい。第１層１４１を設けることで、第３層１４３から活性層１３へのｐ型不純物の拡散を抑制することができる。ここで、第１層１４１及び第２層１４２の格子定数とは、基板１１の表面に成長された窒化物半導体層のａ軸方向における格子定数である。

【0020】

第２層１４２を、第１層１４１よりもバンドギャップエネルギーの小さい材料で形成することで、第３層１４３から活性層１３へのホールの移動を促進し、第１層１４１を形成したことによる順方向電圧Ｖｆ（以下、単に「Ｖｆ」とする）の上昇を緩和する。

【0021】

第１層１４１の膜厚は、第２層１４２の膜厚以下であることが好ましく、第２層１４２の膜厚よりも薄いことがより好ましい。第２層１４２よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１層１４１を薄く形成することで、Ｖｆの上昇を抑制しつつ、第２層１４２によるＶｆの上昇を緩和する効果を効率よく得ることができる。また、第２層１４２を厚く形成することで、第３層１４３と第１層１４１との間の距離を大きくし、第３層１４３から第１層１４１へのｐ型不純物の拡散をさらに抑制できる。第２層１４２の膜厚は、たとえば、０．３ｎｍ以上１．５ｎｍ以下であることが好ましい。

【0022】

ｐ側半導体層１４の第１層１４１及び第３層１４３は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）を含む窒化物半導体のＡｌＧａＮで形成される。第１層１４１及び第３層１４３の一般式は、例えば、Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ（０＜ｂ＜１）である。第１層１４１のＡｌの混晶比ｂ１、第３層１４３のＡｌの混晶比ｂ２とした場合、混晶比ｂ１は混晶比ｂ２よりも小さい（ｂ１＜ｂ２）。

【0023】

第１層１４１として、ＡｌＧａＮを用いる場合、Ａｌの混晶比ｂ１を大きくし格子定数をなるべく小さくする方がよい。しかしながら、Ａｌの混晶比ｂが大きいＡｌＧａＮは、バンドギャップエネルギーが大きくなる傾向があり、活性層１３に注入されるホールに対する障壁が高くなってＶｆが増大する。そのため、第１層１４１のＡｌの混晶比ｂ１は、ｐ型不純物の拡散を抑制できる程度に格子定数が小さく、かつバンドギャップエネルギーが大きくなることによるＶｆの上昇が抑制される範囲に設定されることが好ましい。第１層１４１のＡｌの混晶比ｂ１は、たとえば、０．０１以上、０．１以下とすることが好ましく、０．０３以上、０．０７以下とすることがさらに好ましい。第１層１４１のＡｌの混晶比ｂ１は、たとえば、０．０５程度とする。

【0024】

第３層１４３としてＡｌＧａＮを用いる場合、Ａｌの混晶比ｂ２は、たとえば、０．１５以上、０．２５以下とすることが好ましい。第３層１４３のＡｌの混晶比ｂ２は、たとえば、０．２程度とする。

【0025】

ｐ側半導体層１４の第２層１４２と井戸層１３１は、たとえば、インジウム（Ｉｎ）を含むＩｎＧａＮで形成される。第２層１４２および井戸層１３１として、Ｉｎ_ａＧａ_１－ａＮ（０＜ａ＜１）を用いる場合、第２層１４２のＩｎの混晶比ａ１は、井戸層１３１のインジウムのＩｎの混晶比ａ２よりも小さい（ａ１＜ａ２）。これは、第２層１４２が井戸層として機能することを抑制するためである。第２層１４２は、ｐ側半導体層１４からのホールの移動を促進させ、第１層１４１の形成によるＶｆの上昇を緩和するための層である。したがって、第２層１４２のバンドギャップエネルギーは、井戸層として機能しない程度に大きく設定されるが、Ｖｆの上昇を抑制できる程度に第１層１４１のバンドギャップエネルギーよりも小さく設定されることが好ましい。第２層１４２のＩｎの混晶比ａ１は、たとえば、０．０５である。

【0026】

上記の構成で、ｎ側半導体層１２は、たとえばアンドープのＧａＮやＳｉドープのＧａＮで形成された半導体層を含む。ｎ側コンタクト層はＳｉドープのＧａＮで形成される。ｐ側半導体層１４の第３層１４３は、たとえばＭｇドープのＡｌＧａＮで形成される。ｐ側コンタクト層は、たとえば、ＭｇドープのＧａＮで形成される。

【0027】

ｎ側半導体層１２の一部は、活性層１３及びｐ側半導体層１４から露出し、露出されたｎ側半導体層１２上にｎ側電極１８が形成されている。ｐ側半導体層１４上には、ｐ側電極１７が形成されている。ｐ側電極１７及びｎ側電極１８は、積層体２０に電気的に接続され、ｐ側電極１７とｎ側電極１８の間に電圧を印加することで活性層１３から光が放出される。

【0028】

図２を参照して、図１の発光素子１０の構成による効果を説明する。発光素子１０は、活性層１３のうち、ｐ側半導体層１４に最も近い側に位置するｐ側障壁層１３２ｐを有する。そして、ｐ側半導体層１４は、ｐ側障壁層１３２ｐの側から順に、第１層１４１、第２層１４２、及び第３層１４３が設けられている。図２において、ｐ型不純物をハッチングを付した丸で示し、ｐ型不純物が第３層１４３から第１層１４１に拡散する方向を矢印で示している。

【0029】

活性層１３とｐ側半導体層１４の界面に第１層１４１と第２層１４２が設けられていない場合、第３層１４３に添加されているｐ型不純物が活性層１３に拡散するおそれがある。第３層１４３に添加されているｐ型不純物は、活性層１３にホールを注入して発光効率を高めるために添加されている。ｐ型不純物が活性層１３に拡散すると、活性層１３の結晶性を悪化させる欠陥となり得る。活性層１３に欠陥が存在すると、たとえば、キャリアが発光に寄与せず欠陥にトラップされ、発光素子の発光効率を低下させる要因になる。

【0030】

これに対し、ｐ側障壁層１３２ｐと第３層１４３の界面に、格子定数が比較的小さい第１層１４１を配置することで、第３層１４３の側から活性層１３へのｐ型不純物の拡散を抑制することができる。しかし、格子定数が比較的小さい窒化物半導体はバンドギャップエネルギーが大きくなる傾向があり、ｐ側障壁層１３２ｐと活性層１３との界面にｐ側障壁層１３２ｐよりもバンドギャップエネルギーの大きいアンドープの第１層１４１が挿入されることで、活性層１３に注入されるホールに対する障壁が高くなる。活性層１３に注入されるホールに対する障壁の影響を小さくするために、第１層１４１は、ｐ型不純物の拡散を抑制できる範囲内で、できるだけ薄く形成されることが好ましい。一例として、アンドープのＡｌＧａＮで形成される第１層１４１の厚さは、０．３ｎｍ以上１．５ｎｍ以下であることが好ましく、０．３ｎｍ以上１ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

【0031】

第２層１４２は、活性層１３に注入されるホールに対する障壁を緩和するために、第１層１４１と第３層１４３の間に挿入される。たとえば、第１層１４１をＡｌＧａＮからなる層とし、第２層１４２をＩｎＧａＮからなる層とした場合、第２層１４２のバンドギャップエネルギーは第１層１４１のバンドギャップエネルギーよりも小さい。このような比較的小さいバンドギャップエネルギーを持つ第２層１４２を設けることで、活性層１３に注入されるホールに対する第１層１４１による障壁が低減される。その結果、第２層１４２を形成することで、比較的大きいバンドギャップエネルギーを有する第１層１４１を形成することによるＶｆの上昇を緩和できる。

【0032】

第１層１４１と第２層１４２の配置順序は、ｐ側障壁層１３２ｐに最も近い側にｐ型不純物の拡散を抑制するための第１層１４１を配置し、その次に、Ｖｆの上昇を抑制するための第２層１４２を配置するのが望ましい。第２層１４２の格子定数が比較的大きくなり、第３層１４３からｐ型不純物が第２層１４２に拡散されたとしても、活性層１３へのｐ型不純物の拡散は第１層１４１により抑制される。

【0033】

本実施形態によれば、活性層１３へのｐ型不純物の拡散を抑制して素子の信頼性を改善するとともに、Ｖｆの上昇を抑制することができる。

【0034】

＜素子の評価＞
半導体層の積層構造の異なる複数のサンプルを作製し、各サンプルの特性を測定する。サンプルとして、実施例１のサンプルと、参考例１～参考例４のサンプルとを作製する。以下にそれぞれのサンプルにおける半導体層の積層構造について説明する。

【実施例1】

【0035】

実施例１のサンプルを以下のように作製する。

【0036】

まず、サファイアからなる基板１１の上にｎ側半導体層１２を形成する。ｎ側半導体層１２は、アンドープのＧａＮからなる層及びＳｉドープのＧａＮを含む。ｎ側半導体層１２の総膜厚は、１１μｍ程度とする。

【0037】

次に、ｎ側半導体層１２の上に、ＩｎＧａＮからなる井戸層１３１と、ＧａＮからなる障壁層１３２とを繰り返して積層し、量子井戸構造を備える活性層１３を形成する。複数の障壁層１３２のうち、最後に形成する障壁層１３２がｐ側障壁層１３２ｐである。井戸層１３１の膜厚は、３．４ｎｍ程度とし、障壁層１３２の膜厚は、４ｎｍ程度とする。井戸層１３１のＩｎの混晶比ａ２は、０．１５とする。

【0038】

次に、ｐ側障壁層１３２ｐの上に、アンドープのＡｌＧａＮからなる第１層１４１を形成する。第１層１４１の膜厚は、０．５ｎｍ程度とする。第１層１４１のＡｌの混晶比ｂ１は、０．０５程度とする。

【0039】

次に、第１層１４１の上に、アンドープのＩｎＧａＮからなる第２層１４２を形成する。第１層１４１の膜厚は、０．５ｎｍ程度とする。また第２層１４２のｌｎの混晶比ａ１は、０．０５程度とする。

【0040】

次に、第２層１４２の上に、ＡｌＧａＮからなる第３層１４３を形成する。第３層１４３は、ｐ型不純物としてＭｇがドープされている。第３層１４３の膜厚は、３００ｎｍ程度とする。第３層１４３のＭｇの不純物濃度は、１×１０^１９～３×１０^１９／ｃｍ^３程度とする。第３層１４３のＡｌの混晶比ｂ２は、０．２程度とする。

【0041】

その後、第３層１４３の上にアンドープのＧａＮからなる層、及びＭｇドープのＧａＮからなる層を形成し、活性層１３の上に第１層１４１、第２層１４２、及び第３層１４３を含むｐ側半導体層１４を形成する。ｐ側半導体層１４の総膜厚は、０．１μｍ程度とする。

【0042】

以上のように、ｎ側半導体層１２と、活性層１３と、ｐ側半導体層１４とを含む積層体２０を形成したサンプルを実施例１のサンプルとする。

【0043】

＜参考例１＞
参考例１のサンプルは、実施例１のサンプルにおける第１層１４１及び第２層１４２を形成しないこと以外は、実施例１のサンプルと同様にして作製する。

【0044】

＜参考例２＞
参考例２のサンプルは、実施例１のサンプルにおける第１層１４１を形成しないこと以外は、実施例１のサンプルと同様にして作製する。

【0045】

＜参考例３＞
参考例３のサンプルは、実施例１のサンプルにおける第２層１４２を形成しないこと以外は、実施例１のサンプルと同様にして作製する。

【0046】

＜参考例４＞
参考例４のサンプルは、実施例１のサンプルにおける第１層１４１と第２層１４２の配置順序を逆にしたこと以外は、実施例１のサンプルと同様にして作製する。

【0047】

実施例１及び参考例１～４のサンプルに対して２０００ｍＡの電流を注入し続け、１時間～３００時間の間の経過時間における各サンプルの光出力を測定する。光出力の測定時において、各サンプルはいずれもチップ化した状態で行う。各サンプルで１時間経過後の光出力を初期値として測定し、これを１００％とする。そして、２０時間経過後、１６０時間経過後、及び３００時間経過後にそれぞれ光出力を測定し、測定した光出力の上記初期値に対する割合である光出力の維持率を計算する。

【0048】

図３は、各サンプルの各経過時間における光出力の維持率を示す表である。図４は、図３の維持率を折れ線グラフにした図である。図４において、実施例１の維持率は黒の三角で示されている。参考例１の維持率は黒丸で示されている。参考例２の維持率は白のひし形で示されている。参考例３の維持率は白の四角で示されている。参考例４の維持率は黒のひし形で示されている。

【0049】

実施例１のサンプルと、第１層１４１のみを形成した参考例３は、３００時間経過後も９８．６％程度の光出力が維持されている。これは、活性層１３に隣接してＡｌＧａＮ層を配置することで活性層１３へのｐ型不純物の拡散が抑制され、発光効率が高く保たれているためと考えられる。

【0050】

これに対し、第２層１４２のみを形成した参考例２では、２０時間を超えたあたりから徐々に光出力が低下する。第１層１４１と第２層１４２の配置順序を入れ替えた参考例４では、光出力が低下し始めるのが速く、３００時間経過時点では、参考例２と同程度に光出力が低下している。このことから、参考例２及び参考例４のように、ｐ側障壁層１３２ｐに近い位置にＩｎＧａＮ層を配置しても、活性層へのｐ型不純物の拡散を効果的に抑制するのが難しく、参考例１よりも発光効率が低下していることが推測される。光出力の維持率の観点からは、実施例１と、ＡｌＧａＮ層のみを形成した参考例３が高い光出力の維持率を示す。ただし、Ｖｆ上昇の抑制を考えると、後述する特性検査の結果から、参考例３のようにＡｌＧａＮ層のみを形成するだけでは不十分である。

【0051】

図５は、ウエハ状態（チップ化前の状態）での特性検査の結果を示す。この特性検査において、上述した実施例１、参考例１、及び参考例３に加えて、実施例２と参考例５についても測定する。参考例５は、参考例３の第１層１４１の厚さを１．０ｎｍに変えたこと以外は、参考例３と同様に作製する。実施例２は、第２層１４２の厚さを１．０ｎｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にして作製する。

【0052】

測定項目のうち、Ｖｆ［Ｖ］は、ウエハ状態における複数のサンプルの順方向電圧を測定し、それらの測定値を平均した平均値である。Ｐｏ［ｍＷ］は、常温（２５℃）において、１０００ｍＡの電流で駆動させたときの光出力を示す。

【0053】

ｐ側障壁層１３２ｐと第３層１４３の間に第１層１４１のみを形成した参考例３と参考例５では、参考例１と比較してＶｆが増大している。このことから、ｐ側障壁層１３２ｐと第３層１４３との間に第１層１４１のみを形成した場合、Ｖｆが増大することがわかる。第１層１４１の厚さが１．０ｎｍの参考例５は、第１層１４１の厚さが０．５ｎｍの参考例３のＶｆの値よりも大きくなっている。この結果から、第１層１４１の厚さを厚くするとＶｆが上昇する傾向があることがわかる。

【0054】

これに対し、実施例１、及び実施例２では、参考例３及び参考例５と比較してＶｆが減少している。これは、第２層１４２を形成したことで活性層１３へのホールの移動が促進されたためであると考えられる。また、実施例１及び実施例２の結果から、第１層１４１及び第２層１４２を併せて用いる場合は、第１層１４１の膜厚よりも第２層１４２の膜厚を厚くすることで、高い光出力が得られていることがわかる。これは、第２層１４２によるホールに対する障壁を小さくする効果が得られやすくなり、Ｖｆの上昇が抑制されていると推測される。

【0055】

図３～図５の結果から、第１層１４１のみを形成した参考例３、及び参考例５では、光出力の維持率が改善されるが、Ｖｆが高くなる。実施例１、及び実施例２のように、ｐ側障壁層１３２ｐの側から順に第１層１４１と第２層１４２を形成することで、第１層１４１によるＶｆの上昇を抑制しつつ、高い光出力の維持率を得ることができる。参考例４のように、第１層１４１と第２層１４２の配置順序を逆にすると、時間の経過につれて光出力の維持率が低下し、信頼性が低下する傾向にあることがわかる。

【0056】

以上説明したように、実施形態では活性層とｐ側半導体層の間に、活性層の最もｐ側の障壁層から順に第１層１４１と第２層１４２を配置することで、Ｖｆの上昇を抑制しつつ、素子の信頼性を向上させることができる。

【0057】

上述した実施形態は本発明の一例であって、種々の変形、置換が可能である。窒化物半導体として、２元、または３元の化合物だけではなく、ＡｌＩｎＧａＮ等の４元化合物を用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0058】

実施形態の発光素子１０は、車載光源、照明用光源、各種インジケータ用光源、ディスプレイ光源、バックライト用光源、センサ光源、信号機など、種々の光源に使用可能である。

【符号の説明】

【0059】

１０ 発光素子
１１ 基板
１２ ｎ側半導体層
１３ 活性層
１３１ 井戸層
１３２ 障壁層
１３２ｐ ｐ側障壁層
１４ ｐ側半導体層
１４１ 第１層
１４２ 第２層
１４３ 第３層
２０ 積層体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】