(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】2024-09-25
(45)【発行日】2024-10-03
(54)【発明の名称】窒化物半導体紫外線発光素子
(51)【国際特許分類】
H01L 33/18 20100101AFI20240926BHJP
H01L 33/22 20100101ALI20240926BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20240926BHJP
【ＦＩ】
H01L33/18
H01L33/22
H01L33/32
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022558606
(86)(22)【出願日】2020-10-26
(86)【国際出願番号】 JP2020040069
(87)【国際公開番号】W WO2022091173
(87)【国際公開日】2022-05-05
【審査請求日】2023-09-29
(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】100114476
【弁理士】
【氏名又は名称】政木 良文
(72)【発明者】
【氏名】平野 光
(72)【発明者】
【氏名】長澤 陽祐
【審査官】大西 孝宣
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１２０１１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１５９２６５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－１１３７４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１０３２８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】KOJIMA, K. et al.，Carrier localization structure combined with current micropaths in AlGaN quantum wells grown on an AlN template with macrosteps，Applied Physics Letters，AIP Publishing，2019年01月07日，Vol.114，011102，https://doi.org/10.1063/1.5063735
【文献】SHI, Hengzhi et al.，Performance improvements of AlGaN-based deep-ultraviolet light-emitting diodes with specifically designed irregular sawtooth hole and electron blocking layers，Optics Communications，Vol.441，2019年02月27日，p.149-154，https://doi.org/10.1016/j.optcom.2019.02.054
【文献】NAGASAWA, Yosuke et al.，Comparison of AlxGa1-xN multiple quantum wells designed for 265 and 285 nm deep-ultraviolet LEDs grown on AlN templates having macrosteps，Applied Physics Express，日本，The Japan Society of Applied Physics，2019年06月04日，Vol.12，064009，https://doi.org/10.7567/1882-0786/ab21a9
(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】
ウルツ鉱構造のＡｌＧａＮ系半導体からなるｎ型層、活性層、及びｐ型層が上下方向に積層された発光素子構造部を備えてなる窒化物半導体紫外線発光素子であって、前記ｎ型層がｎ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記ｐ型層の間に配置された前記活性層が、ＡｌＧａＮ系半導体で構成された１層以上の井戸層を含む量子井戸構造を有し、
前記ｐ型層がｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記活性層と前記ｐ型層内の各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であり、
前記活性層内の各半導体層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
前記ｎ型層が、前記ｎ型層内で一様に分散して存在する局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域と、前記層状領域以外のｎ型本体領域とを有し、
前記ｎ型層の上面と直交する第１平面上での前記層状領域の各延伸方向が、前記ｎ型層の前記上面と前記第１平面との交線に対して傾斜している部分を有し、
整数ｎが５、６、または７であって、
前記層状領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含むＧａ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型本体領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にあり、
前記井戸層の前記傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に前記井戸層の前記テラス領域のＡｌＮモル分率より低いＧａ富化井戸領域が存在することを特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項2】
前記ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．９）／１２以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項3】
前記ｐ型層が、前記ｐ型層内の最下層として、前記１層以上の井戸層の最上層の上面側に形成された電子ブロック層を有し、前記電子ブロック層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
整数ｍが８、９、または１０であって、
前記電子ブロック層の前記傾斜領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域が存在し、
前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項4】
前記電子ブロック層の前記テラス領域内に、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ＥＢ領域が存在し、整数ｍが８または９のとき、
前記Ａｌ富化ＥＢ領域が、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含み、
前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項5】
前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．９）／１２以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項6】
前記活性層が、２層以上の前記井戸層を含む多重量子井戸構造を有し、２層の前記井戸層間にＡｌＧａＮ系半導体で構成されたバリア層が存在することを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項7】
前記バリア層が、ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域とをそれぞれ有し、前記バリア層の前記傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に前記バリア層の前記テラス領域のＡｌＮモル分率より低いＧａ富化バリア領域が存在することを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【請求項8】
サファイア基板を含む下地部を、さらに備え、前記サファイア基板は、（０００１）面に対して所定の角度だけ傾斜した主面を有し、当該主面の上方に前記発光素子構造部が形成されており、
少なくとも前記サファイア基板の前記主面から前記活性層の表面までの各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の窒化物半導体紫外線発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウルツ鉱構造のＡｌＧａＮ系半導体からなるｎ型層、活性層、及びｐ型層が上下方向に積層された発光素子構造部を備えてなる窒化物半導体紫外線発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、窒化物半導体発光素子は、サファイア等の基板上にエピタキシャル成長により複数の窒化物半導体層からなる発光素子構造を形成したものが多数存在する。窒化物半導体層は、一般式Ａｌ１－ｘ－ｙＧａｘＩｎｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される。
【0003】
発光ダイオードの発光素子構造は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の２つのクラッド層の間に、窒化物半導体層よりなる活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有している。活性層がＡｌＧａＮ系半導体の場合、ＡｌＮモル分率（Ａｌ組成比とも言う）を調整することにより、バンドギャップエネルギを、ＧａＮとＡｌＮが取り得るバンドギャップエネルギ（約３．４ｅＶと約６．２ｅＶ）を夫々下限及び上限とする範囲内で調整でき、発光波長が約２００ｎｍから約３６５ｎｍまでの紫外線発光素子が得られる。具体的には、ｐ型窒化物半導体層からｎ型窒化物半導体層に向けて順方向電流を流すことで、活性層においてキャリア（電子及び正孔）の再結合による上記バンドギャップエネルギに応じた発光が生じる。当該順方向電流を外部から供給するために、ｐ型窒化物半導体層上にｐ電極が、ｎ型窒化物半導体層上にｎ電極が、夫々設けられている。
【0004】
活性層がＡｌＧａＮ系半導体の場合、活性層を挟むｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層は、活性層より高ＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ系半導体で構成される。しかし、高ＡｌＮモル分率のｐ型窒化物半導体層は、ｐ電極と良好なオーミック接触を形成することが困難なため、ｐ型窒化物半導体層の最上層に低ＡｌＮモル分率のｐ型ＡｌＧａＮ系半導体（具体的にはｐ－ＧａＮ）からなるｐ電極と良好なオーミック接触可能なｐ型コンタクト層を形成することが一般的に行われている。このｐ型コンタクト層は、ＡｌＮモル分率が活性層を構成するＡｌＧａＮ系半導体より小さいため、活性層からｐ型窒化物半導体層側に向けて出射された紫外線は該ｐ型コンタクト層で吸収され、素子外部に有効に取り出すことができない。このため、活性層がＡｌＧａＮ系半導体の一般的な紫外線発光ダイオードは、図２２に模式的に示すような素子構造を採用し、活性層からｎ型窒化物半導体層側に向けて出射された紫外線を素子外部に有効に取り出している（例えば、下記の特許文献１及び２等参照）。
【0005】
図２２に示すように、一般的な紫外線発光ダイオードは、サファイア基板等の基板１００上にＡｌＧａＮ系半導体層１０１（例えば、ＡｌＮ層）を堆積して形成されたテンプレート１０２上に、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層１０３、活性層１０４、ｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層１０５、及び、ｐ型コンタクト層１０６を順番に堆積し、活性層１０４とｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層１０５とｐ型コンタクト層１０６の一部を、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層１０３が露出するまでエッチング除去し、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層１０３の露出面にｎ電極１０７を、ｐ型コンタクト層１０６の表面にｐ電極１０８を夫々形成して構成される。
【0006】
また、活性層内でのキャリア再結合による発光効率（内部量子効率）を高めるために、活性層を多重量子井戸構造とすること、活性層上に電子ブロック層を設けること等が実施されている。
【0007】
一方、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層で構成されるクラッド層内においてＧａの偏析（Ｇａの質量移動に伴う偏析）による組成変調が生じ、クラッド層表面に対して斜め方向に延伸する局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域が形成されることが報告されている（例えば、下記の特許文献３、非特許文献１，２等参照）。局所的にＡｌＮモル分率の低いＡｌＧａＮ系半導体層はバンドギャップエネルギも局所的に小さくなるため、特許文献３では、当該クラッド層内のキャリアが層状領域に局在化し易くなり、活性層に対して低抵抗の電流経路を提供することができ、紫外線発光ダイオードの発光効率の向上が図れることが報告されている。層状領域の上記特徴は、図２３に示す従来の窒化物半導体紫外線発光素子のｎ型クラッド層から電子ブロック層までの半導体層の高角散乱環状暗視野（ＨＡＡＤＦ）－ＳＴＥＭ像においても確認される。ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像は、原子量に比例したコントラストが得られ、重い元素は明るく表示される。よって、ＡｌＮモル分率の低い領域は、相対的に明るく表示される。ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像は、通常のＳＴＥＭ像（明視野像）よりＡｌＮモル分率の差の観察には適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】国際公開第２０１４／１７８２８８号公報
【文献】国際公開第２０１６／１５７５１８号公報
【文献】国際公開第２０１９／１５９２６５号公報
【非特許文献】
【0009】
【文献】Y. Nagasawa, et al., "Comparison of AlxGa1-xNmultiple quantum wells designed for 265 and 285nm deep-ultraviolet LEDs grown on AlN templates having macrosteps", Applied Physics Express 12, 064009 (2019)
【文献】K. Kojima, et al., "Carrier localization structure combined with current micropaths in AlGaN quantum wells grown on an AlN template with macrosteps", Applied Physics letter 114, 011102 (2019)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ＡｌＧａＮ系半導体で構成される紫外線発光素子は、サファイア基板等の基板上に、例えば、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法によって作製される。しかしながら、紫外線発光素子を生産する場合、紫外線発光素子の特性（発光波長、ウォールプラグ効率、順方向バイアス等の特性）は、結晶成長装置のドリフトの影響を受けて変動するため、安定した歩留まりでの生産は必ずしも容易ではない。
【0011】
結晶成長装置のドリフトは、トレーやチャンバの壁等の付着物が原因で、結晶成長部位の実効温度が変化すること等に起因して生じる。このため、ドリフトを抑制するために、従来は、成長履歴を検討して、経験者が設定温度や原料ガスの組成を微妙に変化させる、或いは、一定期間の成長スケジュールを固定して、清掃等のメンテナンスも一定期間で同じように実施する等の工夫をしているが、ドリフトを完全に排除をすることは難しい。
【0012】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、結晶成長装置のドリフト等に起因する特性変動の抑制された安定的に生産可能な窒化物半導体紫外線発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、上記目的を達成するために、ウルツ鉱構造のＡｌＧａＮ系半導体からなるｎ型層、活性層、及びｐ型層が上下方向に積層された発光素子構造部を備えてなる窒化物半導体紫外線発光素子であって、
前記ｎ型層がｎ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記ｐ型層の間に配置された前記活性層が、ＡｌＧａＮ系半導体で構成された１層以上の井戸層を含む量子井戸構造を有し、
前記ｐ型層がｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記活性層と前記ｐ型層内の各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であり、
前記活性層内の各半導体層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
前記ｎ型層が、前記ｎ型層内で一様に分散して存在する局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域と、前記層状領域以外のｎ型本体領域とを有し、
前記ｎ型層の上面と直交する第１平面上での前記層状領域の各延伸方向が、前記ｎ型層の前記上面と前記第１平面との交線に対して傾斜している部分を有し、
整数ｎが５、６、７、または８であって、
前記層状領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含むＧａ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型本体領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にあり、
前記井戸層の前記傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に前記井戸層の前記テラス領域のＡｌＮモル分率より低いＧａ富化井戸領域が存在することを第１の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
前記ｎ型層がｎ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記ｐ型層の間に配置された前記活性層が、ＡｌＧａＮ系半導体で構成された１層以上の井戸層を含む量子井戸構造を有し、
前記ｐ型層がｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記活性層と前記ｐ型層内の各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であり、
前記活性層内の各半導体層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
前記ｎ型層が、前記ｎ型層内で一様に分散して存在する局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域と、前記層状領域以外のｎ型本体領域とを有し、
前記ｎ型層の上面と直交する第１平面上での前記層状領域の各延伸方向が、前記ｎ型層の前記上面と前記第１平面との交線に対して傾斜している部分を有し、
整数ｎが５、６、７、または８であって、
前記層状領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含むＧａ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型本体領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にあり、
前記井戸層の前記傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に前記井戸層の前記テラス領域のＡｌＮモル分率より低いＧａ富化井戸領域が存在することを第１の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
【0014】
尚、ＡｌＧａＮ系半導体とは、一般式Ａｌ１－ｘＧａｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるが、バンドギャップエネルギがＧａＮとＡｌＮが取り得るバンドギャップエネルギを夫々下限及び上限とする範囲内であれば、ＢまたはＩｎ等の３族元素またはＰ等の５族元素等の不純物を微量に含んでいてもよい。また、ＧａＮ系半導体とは、基本的にＧａとＮで構成される窒化物半導体であるが、Ａｌ、ＢまたはＩｎ等の３族元素またはＰ等の５族元素等の不純物を微量に含んでいてもよい。また、ＡｌＮ系半導体とは、基本的にＡｌとＮで構成される窒化物半導体であるが、Ｇａ、ＢまたはＩｎ等の３族元素またはＰ等の５族元素等の不純物を微量に含んでいてもよい。従って、本願では、ＧａＮ系半導体及びＡｌＮ系半導体は、それぞれＡｌＧａＮ系半導体の一部である。
【0015】
更に、ｎ型またはｐ型ＡｌＧａＮ系半導体は、ドナーまたはアクセプタ不純物としてＳｉまたはＭｇ等がドーピングされたＡｌＧａＮ系半導体である。本願では、ｐ型及びｎ型と明記されていないＡｌＧａＮ系半導体は、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体を意味するが、アンドープであっても、不可避的に混入する程度の微量のドナーまたはアクセプタ不純物は含まれ得る。また、第１平面は、前記ｎ型層の製造過程で具体的に形成された露出面や他の半導体層との境界面ではなく、前記ｎ型層内を上下方向に平行に延伸する仮想的な平面である。更に、本明細書において、ＡｌＧａＮ系半導体層、ＧａＮ系半導体層、及びＡｌＮ系半導体層は、それぞれ、ＡｌＧａＮ系半導体、ＧａＮ系半導体、及びＡｌＮ系半導体で構成された半導体層である。
【0016】
上記第１の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、以下に説明するように、ｎ型層内のＧａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域にそれぞれ形成される後述するＡｌＧａＮ組成比が整数比の準安定ＡｌＧａＮを利用することで、結晶成長装置のドリフト等に起因する特性変動が抑制され、所期の発光特性を有する窒化物半導体紫外線発光素子を安定的に生産できることが期待される。
【0017】
先ず、ＡｌＧａＮ組成比が所定の整数比で表される「準安定ＡｌＧａＮ」について説明する。
【0018】
通常、ＡｌＧａＮ等の三元混晶は、ランダムに３族元素（ＡｌとＧａ）が混合している結晶状態であり、「ランダム・ノンユニフォーミティ（ｒａｎｄｏｍ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）」で近似的に説明される。しかし、Ａｌの共有結合半径とＧａの共有結合半径が異なるため、結晶構造中においてＡｌとＧａの原子配列の対称性が高いほうが、一般的に安定な構造となる。
【0019】
ウルツ鉱構造のＡｌＧａＮ系半導体は、対称性のないランダム配列と安定な対称配列の２種類の配列が存在し得る。ここで、一定の比率で、対称配列が支配的となる状態が現れる。後述するＡｌＧａＮ組成比（ＡｌとＧａとＮの組成比）が所定の整数比で表される「準安定ＡｌＧａＮ」において、ＡｌとＧａの周期的な対称配列構造が発現する。
【0020】
当該周期的な対称配列構造では、結晶成長面へのＧａ供給量が僅かに増減しても、対称性が高いためにエネルギ的に若干安定な混晶モル分率となり、質量移動（ｍａｓｓ ｔｒ
ａｎｓｆｅｒ）し易いＧａが極端に増える場所の増殖を防ぐことができる。つまり、ｎ型層内のＧａ富化ｎ型領域に形成される「準安定ＡｌＧａＮ」の性質を利用することで、ＡｌＧａＮ系半導体として、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動が生じても、後述するように活性層に対して低抵抗の電流経路を提供する層状領域における混晶モル分率の変動が局所的に抑制される。この結果、ｎ型層から活性層内への安定したキャリア供給が実現でき、デバイス特性の変動が抑制される結果、所期の特性を奏する窒化物半導体紫外線発光素子を安定的に生産できることが期待される。
ａｎｓｆｅｒ）し易いＧａが極端に増える場所の増殖を防ぐことができる。つまり、ｎ型層内のＧａ富化ｎ型領域に形成される「準安定ＡｌＧａＮ」の性質を利用することで、ＡｌＧａＮ系半導体として、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動が生じても、後述するように活性層に対して低抵抗の電流経路を提供する層状領域における混晶モル分率の変動が局所的に抑制される。この結果、ｎ型層から活性層内への安定したキャリア供給が実現でき、デバイス特性の変動が抑制される結果、所期の特性を奏する窒化物半導体紫外線発光素子を安定的に生産できることが期待される。
【0021】
次に、ＡｌとＧａが（０００１）面内で周期的な対称配列となり得るＡｌＧａＮ組成比について説明する。
【0022】
図１に、ＡｌＧａＮのｃ軸方向に１ユニットセル（２単原子層）の模式図を示す。図１において、白丸は３族元素の原子（Ａｌ，Ｇａ）が位置するサイトを示し、黒丸は５族元素の原子（Ｎ）が位置するサイトを示している。
【0023】
図１において六角形で示される３族元素のサイト面（Ａ３面、Ｂ３面）、及び、５族元素のサイト面（Ａ５面、Ｂ５面）は、何れも（０００１）面に平行である。Ａ３面とＡ５面（総称してＡ面）の各サイトには、六角形の各頂点に６つ、六角形の中心に１つのサイトが存在する。Ｂ３面とＢ５面（総称してＢ面）についても同様であるが、図１では、Ｂ面の六角形内に存在する３つのサイトだけを図示している。Ａ面の各サイトはｃ軸方向に重なっており、Ｂ面の各サイトはｃ軸方向に重なっている。しかし、Ｂ５面の１つのサイトの原子（Ｎ）は、Ｂ５面の上側に位置するＡ３面の３つのサイトの原子（Ａｌ，Ｇａ）と、Ｂ５面の下側に位置するＢ３面の１つのサイトの原子（Ａｌ，Ｇａ）と４配位結合を形成し、Ｂ３面の１つのサイトの原子（Ａｌ，Ｇａ）は、Ｂ３面の上側に位置するＢ５面の１つのサイトの原子（Ｎ）と、Ｂ３面の下側に位置するＡ５面の３つのサイトの原子（Ｎ）と４配位結合を形成しているため、図１に示すように、Ａ面の各サイトは、Ｂ面の各サイトとはｃ軸方向に重なっていない。
【0024】
図２は、Ａ面の各サイトとＢ面の各サイトとの間の位置関係を、ｃ軸方向から見た平面図として図示したものである。Ａ面及びＢ面ともに、六角形の６つの各頂点は、隣接する他の２つの六角形により共有され、中心のサイトは他の六角形とは共有されないため、１つの六角形内には、実質的に３原子分のサイトが存在する。従って、１ユニットセル当たり、３族元素の原子（Ａｌ，Ｇａ）のサイトが６つ、５族元素の原子（Ｎ）のサイトが６つ存在する。従って、ＧａＮとＡｌＮを除く整数比で表されるＡｌＧａＮ組成比としては、以下の５つのケースが存在する。
１）Ａｌ１Ｇａ５Ｎ６、
２）Ａｌ２Ｇａ４Ｎ６（＝Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３）、
３）Ａｌ３Ｇａ３Ｎ６（＝Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２）、
４）Ａｌ４Ｇａ２Ｎ６（＝Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３）、
５）Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６。
１）Ａｌ１Ｇａ５Ｎ６、
２）Ａｌ２Ｇａ４Ｎ６（＝Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３）、
３）Ａｌ３Ｇａ３Ｎ６（＝Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２）、
４）Ａｌ４Ｇａ２Ｎ６（＝Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３）、
５）Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６。
【0025】
図３に、上記５つの組み合わせの３族元素のＡ３面とＢ３面を模式的に示す。Ｇａが黒丸、Ａｌが白丸で示されている。
【0026】
図３（Ａ）に示すＡｌ１Ｇａ５Ｎ６の場合、Ａ３面の６つの頂点サイトとＢ３面の６つの頂点サイトと１つの中心サイトにＧａが位置し、Ａ３面の１つの中心サイトにＡｌが位置している。
【0027】
図３（Ｂ）に示すＡｌ１Ｇａ２Ｎ３の場合、Ａ３面及びＢ３面の３つの頂点サイトと１つの中心サイトにＧａが位置し、Ａ３面及びＢ３面の３つの頂点サイトにＡｌが位置している。
【0028】
図３（Ｃ）に示すＡｌ１Ｇａ１Ｎ２の場合、Ａ３面の３つの頂点サイトと１つの中心サイトとＢ３面の３つの頂点サイトにＧａが位置し、Ａ３面の３つの頂点サイトとＢ３面の３つの頂点サイトと１つの中心サイトにＡｌが位置している。
【0029】
図３（Ｄ）に示すＡｌ２Ｇａ１Ｎ３の場合、Ａ３面及びＢ３面の３つの頂点サイトにＧａが位置し、Ａ３面及びＢ３面の３つの頂点サイトと１つの中心サイトにＡｌが位置している。これは、図３（Ｂ）に示すＡｌ１Ｇａ２Ｎ３の場合のＡｌとＧａの位置を入れ替えたものに等しい。
【0030】
図３（Ｅ）に示すＡｌ５Ｇａ１Ｎ６の場合、Ａ３面の１つの中心サイトにＧａが位置し、Ａ３面の６つの頂点サイトとＢ３面の６つの頂点サイトと１つの中心サイトにＡｌが位置している。これは、図３（Ａ）に示すＡｌ１Ｇａ５Ｎ６の場合のＡｌとＧａの位置を入れ替えたものに等しい。
【0031】
図３（Ａ）～（Ｅ）の各図において、六角形の６つの頂点の何れか１つに中心が移動した別の六角形を想定すると、Ａ３面の６つの頂点サイトにＡｌまたはＧａが位置していることと、Ａ３面の３つの頂点サイトと１つの中心サイトにＡｌまたはＧａが位置していることと等価であり、Ａ３面の１つの中心サイトにＡｌまたはＧａが位置していることは、Ａ３面の３つの頂点サイトにＡｌまたはＧａが位置していることと等価であることが分かる。Ｂ３面についても同様である。また、図３（Ａ），（Ｃ）及び（Ｅ）の各図において、Ａ３面とＢ３面は入れ替わってもよい。
【0032】
図３（Ａ）～（Ｅ）の各図において、Ａ３面とＢ３面の何れにおいても、ＡｌとＧａの原子配列は対称性が維持されている。また、六角形の中心を移動させても、ＡｌとＧａの原子配列は対称性が維持されている。
【0033】
更に、図３（Ａ）～（Ｅ）のＡ３面とＢ３面において、六角形のサイト面をハニカム状に繰り返して配置すると、（０００１）面に平行な方向、例えば、［１１－２０］方向、［１０－１０］方向に各サイトを見ると、ＡｌとＧａが周期的に繰り返されて位置しているか、ＡｌとＧａの何れか一方が連続して位置している状態が出現する。従って、何れも、周期的で対称的な原子配列となることが分かる。
【0034】
ここで、上記１）～５）のＡｌＧａＮ組成比に対応するＡｌＮモル分率ｘ１（ｘ１＝１／６，１／３，１／２，２／３，５／６）のＡｌｘ１Ｇａ１－ｘ１Ｎを、説明の便宜上、「第１の準安定ＡｌＧａＮ」と称する。第１の準安定ＡｌＧａＮは、ＡｌとＧａの原子配列が周期的な対称配列となり、エネルギ的に安定なＡｌＧａＮとなる。
【0035】
次に、図１に示す六角形で示されるサイト面を２ユニットセル（４単原子層）に拡張すると、３族元素のサイト面（Ａ３面、Ｂ３面）と５族元素のサイト面（Ａ５面、Ｂ５面）がそれぞれ２面ずつ存在することになり、２ユニットセル当たり、３族元素の原子（Ａｌ，Ｇａ）のサイトが１２個、５族元素の原子（Ｎ）のサイトが１２個存在することになる。従って、ＧａＮとＡｌＮを除く整数比で表されるＡｌＧａＮ組成比としては、上記１）～５）のＡｌＧａＮ組成比以外に、以下の６つの組み合わせが存在する。
６） Ａｌ１Ｇａ１１Ｎ１２（＝ＧａＮ＋Ａｌ１Ｇａ５Ｎ６）、
７） Ａｌ３Ｇａ９Ｎ１２（＝Ａｌ１Ｇａ３Ｎ４＝Ａｌ１Ｇａ５Ｎ６＋Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３）、
８） Ａｌ５Ｇａ７Ｎ１２（＝Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３＋Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２）、
９） Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２（＝Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２＋Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３）、
１０）Ａｌ９Ｇａ３Ｎ１２（＝Ａｌ３Ｇａ１Ｎ４＝Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３＋Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６）、
１１）Ａｌ１１Ｇａ１Ｎ１２（＝Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６＋ＡｌＮ）。
６） Ａｌ１Ｇａ１１Ｎ１２（＝ＧａＮ＋Ａｌ１Ｇａ５Ｎ６）、
７） Ａｌ３Ｇａ９Ｎ１２（＝Ａｌ１Ｇａ３Ｎ４＝Ａｌ１Ｇａ５Ｎ６＋Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３）、
８） Ａｌ５Ｇａ７Ｎ１２（＝Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３＋Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２）、
９） Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２（＝Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２＋Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３）、
１０）Ａｌ９Ｇａ３Ｎ１２（＝Ａｌ３Ｇａ１Ｎ４＝Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３＋Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６）、
１１）Ａｌ１１Ｇａ１Ｎ１２（＝Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６＋ＡｌＮ）。
【0036】
しかし、これら６）～１１）の６つのＡｌＧａＮ組成比は、その前後に位置する第１の準安定ＡｌＧａＮ、ＧａＮ及びＡｌＮの内の２つのＡｌＧａＮ組成比を組み合わせたものとなるため、ｃ軸方向の対称性が乱れる可能性が高いため、第１の準安定ＡｌＧａＮより安定度は低下するが、Ａ３面及びＢ３面内でのＡｌとＧａの原子配列の対称性は、第１の準安定ＡｌＧａＮと同じであるので、ランダムな非対称配列状態のＡｌＧａＮよりは安定度は高い。ここで、上記６）～１１）のＡｌＧａＮ組成比に対応するＡｌＮモル分率ｘ２（ｘ２＝１／１２，１／４，５／１２，７／１２，３／４，１１／１２）のＡｌｘ２Ｇａ１－ｘ２Ｎを、説明の便宜上、「第２の準安定ＡｌＧａＮ」と称する。以上より、第１及び第２の準安定ＡｌＧａＮは、結晶構造中におけるＡｌとＧａの原子配列の対称性により安定な構造となる。以下、第１及び第２の準安定ＡｌＧａＮを「準安定ＡｌＧａＮ」と総称する。
【0037】
ここで、上記１）～１１）の１１通りの準安定ＡｌＧａＮの整数比で表されるＡｌＧａＮ組成比は、整数ｎ（ｎ＝１～１１）を用いて一般化すると、ＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２と表され、ＡｌＮモル分率はｎ／１２となる。整数ｎが偶数の１）～５）が、第１の準安定ＡｌＧａＮで、整数ｎが奇数の６）～１１）が、第２の準安定ＡｌＧａＮである。尚、ＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２のＡｌＮモル分率は、分数で表記するとｎ／１２となるが、百分率で表記すると、小数点以下に端数が生じる。従って、以下では、説明の便宜上、分数表示で１／１２、２／１２（＝１／６）、４／１２（＝１／３）、５／１２、７／１２、８／１２（＝２／３）、１０／１２（＝５／６）、１１／１２となる８つのＡｌＮモル分率は、近似的に、８．３％、１６．７％、３３．３％、４１．７％、５８．３％、６６．７％、８３．３％、９１．７％と表記する。
【0038】
ＡｌＧａＮを一定の結晶品質を維持して成長させるには、１０００℃以上の高温で結晶成長を行う必要がある。しかしながら、Ｇａは、結晶表面のサイトに原子が到達した後も、１０００℃以上では動き回ることが想定される。一方、Ａｌは、Ｇａと異なり、表面に吸着し易く、サイトに入った後の移動も、多少は動くと考えられるが制限が強い。
【0039】
従って、準安定ＡｌＧａＮであっても、上記１）のＡｌ１Ｇａ５Ｎ６、上記６）のＡｌ１Ｇａ１１Ｎ１２、及び、上記７）のＡｌ１Ｇａ３Ｎ４は、何れもＡｌＮモル分率が２５％以下で、Ｇａの組成比が高いため、１０００℃付近の成長温度では、Ｇａの移動が激しく、原子配列の対称性が乱れ、ＡｌとＧａの原子配列はランダムな状態に近くなり、上述の安定度が、他の準安定ＡｌＧａＮと比べて低下すると考えられる。
【0040】
次に、「Ｇａ富化ｎ型領域」と「Ａｌ富化ｎ型領域」について説明する。上記第１の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子においては、ｎ型層と活性層とｐ型層内の各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であるため、ｎ型層内では、質量移動し易いＧａは、ｎ型本体領域のテラス上を移動して、隣接するテラス間の境界領域に集中することで、ｎ型本体領域に比べてＡｌＮモル分率の低い領域が形成される。当該境界領域が、ｎ型層のｎ型ＡｌＧａＮ層のエピタキシャル成長とともに、（０００１）面に対して斜め上方に向かって延伸することで、局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域がｎ型層内で一様に分散して形成される。
【0041】
ここで、ｎ型本体領域から層状領域内へのＧａの質量移動に伴い、層状領域内のＡｌＮモル分率は低下し、層状領域内へのＧａの質量移動量（以降、Ｇａ供給量とも称す）が十分に大きいと、層状領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２のｎ型の準安定ＡｌＧａＮを含むＧａ富化ｎ型領域が形成される。当該準安定ＡｌＧａＮのＡｌＮモル分率は、ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａより低い直近のＡｌＮモル分率（ｎ／１２）となる。更に、Ｇａ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１
２である準安定ＡｌＧａＮが存在することで、Ｇａ富化ｎ型領域内へのＧａ供給量の変動、及び、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａの変動が、当該準安定ＡｌＧａＮにおいて吸収される。つまり、Ｇａ富化ｎ型領域内において、Ｇａ供給量が増加、或いは、ＡｌＮモル分率Ｘｎａが低下すると準安定ＡｌＧａＮが増加し、Ｇａ供給量が減少、或いは、ＡｌＮモル分率Ｘｎａが上昇すると準安定ＡｌＧａＮが減少し、結果として、Ｇａ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率の変動が抑制される。
【0042】
井戸層からの発光がｎ型層を透過して外部に取り出される一般的な実施態様では、Ｇａ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率は、通常、井戸層の傾斜領域内に形成されるＧａ富化井戸領域のＡｌＮモル分率より、８．３％以上、好ましくは、１６％以上高くなるように設定されている。従って、結晶成長装置のドリフト等に起因するＧａ供給量の変動によるＧａ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率の大幅な低下が抑制されることで、井戸層からの発光がＧａ富化ｎ型領域において吸収され発光効率が低下するのが抑制される。
【0043】
一方、ｎ型層内のｎ型本体領域では、層状領域内へＧａが質量移動することで、ｎ型本体領域内の層状領域に隣接する端縁部またはその近傍（以下、両者を纏めて単に「端縁部」と称す）に、ＡｌＮモル分率がｎ型本体領域内の平均的なＡｌＮモル分率より高いＡｌ富化ｎ型領域が形成される。ここで、Ｇａ富化ｎ型領域内へのＧａ供給量の増加またはＡｌＮモル分率Ｘｎａの上昇に応じて、Ａｌ富化ｎ型領域のＡｌＮモル分率は増加する。ここで、Ｇａ富化ｎ型領域は、ｎ型層内のｎ型本体領域と比較して狭い層状領域に形成されるため、また、層状領域内へのＧａの質量移動は当該層状領域を挟む両側のｎ型本体領域から生じるため、ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａを基準として、層状領域内へのＧａの質量移動量に対するＧａ富化ｎ型領域内でのＡｌＮモル分率の低下幅は、Ａｌ富化ｎ型領域内でのＡｌＮモル分率の増加幅より大きくなる。
【0044】
従って、ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる好適な範囲内にあると、層状領域内へのＧａ供給量が十分に大きいと、Ｇａ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成されるとともに、Ａｌ富化ｎ型領域内において、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成される。Ａｌ富化ｎ型領域内において、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが存在することで、Ｇａ富化ｎ型領域内へのＧａ供給量の変動、及び、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａの変動が、Ａｌ富化ｎ型領域内に存在する当該準安定ＡｌＧａＮにおいても吸収される。つまり、ｎ型本体領域内の層状領域に隣接するＡｌ富化ｎ型領域内にエネルギ的に安定な準安定ＡｌＧａＮが存在することで、ｎ型本体領域からＡｌ富化ｎ型領域を経由した層状領域内への過剰なＧａの質量移動が抑制され、上述したＧａ供給量の変動によるＧａ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率の大幅な低下が抑制される。
【0045】
ここで、上述したように、ｎ型層内において局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域は、キャリアが局在化し易くなるため、活性層に対して低抵抗の電流経路を提供することができる。また、活性層においても、井戸層の傾斜領域内に存在する局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化井戸領域においてキャリアが局在化し易くなっており、井戸層の傾斜領域がｎ型層の層状領域の延長上に位置するため、層状領域を介して井戸層のＧａ富化井戸領域に対して効率的にキャリアを供給することができる。従って、層状領域のＧａ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成され、ｎ型本体領域のＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成されることで、Ｇａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域の間のＡｌＮモル分率差として、安定的に１２分の１（約８．３３％）が確保され、上記キャリアの局在化による低抵抗の電流経路の提供がより安定的に実現される。結果として、窒化物半導体紫外線発光素子の特性変動の抑制が図れる。
【0046】
しかし、ＡｌＧａＮの結晶成長においては、通常、ランダムな非対称配列の状態と、規則的な対称配列の状態が混在し得るため、ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、上記好適な範囲内ではなく、ｎ／１２≦Ｘｎａ≦（ｎ＋０．５）／１２となる範囲内にあり、Ｇａ供給量が過剰に増加すると、Ｇａ富化ｎ型領域内には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成されるとともに、ＡｌＮモル分率がｎ／１２より低いランダムな非対称配列の非準安定ＡｌＧａＮが形成され得る。更に、ＡｌＮモル分率Ｘｎａが、ｎ／１２≦Ｘｎａ≦（ｎ＋０．５）／１２となる範囲内にあって、Ｇａ供給量が十分に大きくなければ、Ａｌ富化ｎ型領域内にはＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎ
＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成されず、Ｇａ供給量の変動とともに、Ａｌ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率も変動し得る。
【0047】
従って、ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、ｎ／１２≦Ｘｎａ≦（ｎ＋０．５）／１２となる範囲内にある場合は、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にある場合と比較して、Ｇａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域の間のＡｌＮモル分率差が、安定的に１２分の１（約８．３３％）とはならずに、変動し易くなるため、層状領域内へのキャリアの局在化の程度が低下し、キャリアが層状領域からｎ型本体領域へ広がる場合が生じ得る。更に、ＡｌＮモル分率がｎ／１２より低いランダムな非対称配列の非準安定ＡｌＧａＮが形成されると、井戸層からの発光がＧａ富化ｎ型領域において吸収され発光効率が低下する。結果として、窒化物半導体紫外線発光素子の特性変動の抑制が十分に図れない可能性がある。
【0048】
更に、上記第１の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子は、前記ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．９）／１２以下であることが好ましい。
【0049】
上記好適な実施態様によれば、層状領域のＧａ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮがより安定的に形成され、ｎ型本体領域のＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮがより安定的に形成されるようになる。
【0050】
更に、本発明は、上記第１の特徴に加えて、前記ｐ型層が、前記ｐ型層内の最下層として、前記１層以上の井戸層の最上層の上面側に形成された電子ブロック層を有し、
前記電子ブロック層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
整数ｍが８、９、または１０であって、
前記電子ブロック層の前記傾斜領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２ －ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域が存在し、
前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあることを第２の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
前記電子ブロック層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
整数ｍが８、９、または１０であって、
前記電子ブロック層の前記傾斜領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２ －ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域が存在し、
前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあることを第２の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
【0051】
ここで、電子ブロック層の傾斜領域内にＧａ富化ＥＢ領域が形成されていない場合の課題について説明する。
【0052】
井戸層内におけるキャリア（電子及び正孔）の再結合による発光効率の向上を図るためには、井戸層内へのｎ型層側からのキャリア（電子）の注入と、ｐ型層側からのキャリア（正孔）の注入の両方が効率的に行われる必要がある。一般的に、ｎ型層側からの井戸層内へのキャリア（電子）の注入効率を高めるため、ｎ型クラッド層や量子バリア層のＡｌＮモル分率より高い通常８０％以上のＡｌＮモル分率の電子ブロック層が、活性層の最もｐ型層寄りの井戸層のｐ型層側に設けられている。
【0053】
電子ブロック層内においても、井戸層と同様に、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成されるため、隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域が形成される。しかしながら、一般的に、電子ブロック層のＡｌＮモル分率が極めて高いため、ｎ型クラッド層及び井戸層内で生じているＧａの偏析による組成変調が電子ブロック層内では生じ難くなっており、電子ブロック層内のＡｌＮモル分率は傾斜領域とテラス領域の間で差が生じ難い。一例として、図２３に示す従来の窒化物半導体紫外線発光素子のＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像では、ｎ型クラッド層及び井戸層内でＧａの偏析による組成変調が生じて、ｎ型クラッド層の層状領域及び井戸層の傾斜領域においてＡｌＮモル分率の低下が生じていることが確認できるが、電子ブロック層内でＧａの偏析による組成変調が生じて、電子ブロック層の傾斜領域においてＡｌＮモル分率の低下が生じていることは確認できない。
【0054】
更に、井戸層及び電子ブロック層の当該傾斜領域の膜厚は、ステップフロー成長におけるテラスエッジの側面の横方向への成長に伴い、井戸層及び電子ブロック層の各上面のテラスが、各下面のテラスに対して横方向に移動するため、傾斜領域以外のテラス領域の膜厚より厚くなる。
【0055】
電子ブロック層内に形成される傾斜領域において、Ｇａの偏析による組成変調が生じず、井戸層のような局所的なＡｌＮモル分率の低下が生じないこと、及び、膜厚がテラス領域より厚くなっていることが、ｐ型層側から井戸層内へのキャリア（正孔）の効率的な注入の阻害要因となり得る。この点を、図４を用いて模式的に説明する。
【0056】
ｐ電極とｎ電極間にフォーワードバイアスが印加されると、図４に模式的に示すように、ｐ型コンタクト層（ｐ－ＧａＮ）から電子ブロック層（ＥＢ）内に、正孔（ｈ＋）が注入されるが、上述のように、電子ブロック層内では、傾斜領域のＡｌＮモル分率は局所的に低下しておらず、キャリア（正孔）の局在化は誘発されず、逆に、傾斜領域の膜厚が厚いため、電気抵抗が高く正孔の通過が阻害されるため、電子ブロック層内に注入された正孔は、テラス領域から井戸層内のテラス領域に到達する。一方、電子（ｅ－）は、ｎ型クラッド層側から層状領域を経由して、井戸層（ＱＷ）内の傾斜領域に到達する。電子と正孔が、井戸層の傾斜領域内の局在中心（図中、☆（星印）で図示）で発光再結合するには、井戸層内のテラス領域に到達した正孔が、傾斜領域まで拡散して到達する必要がある。しかし、正孔の拡散長は電子より短く、傾斜領域まで拡散して到達する正孔の量は限られており、井戸層内のテラス領域に到達した正孔は、一部がテラス領域内を拡散中に、点欠陥であるＡｌ空孔等の非発光再結合中心（図中、●（黒丸）で図示）に捕獲され非発光再結合するため、内部量子効率が低下するという問題がある。
【0057】
更に、ピーク発光波長が約２８５ｎｍ以上の窒化物半導体紫外線発光素子では、約２８５ｎｍ未満の場合と比較して、井戸層を構成するＡｌＧａＮ系半導体のＡｌＮモル分率が低いため、相対的に点欠陥となるＡｌ空孔が少なくなっており、井戸層内のテラス領域に到達した正孔は、傾斜領域よりＡｌＮモル分率の高いテラス領域内で発光再結合して、傾斜領域より短波長での発光が生じるという問題が生じる。具体的には、発光スペクトルにおいて波長の異なる２つの発光ピークが１つのピークに合成されず分離して現れるというダブルピーク発光が生じ、歩留まり低下の要因となる。
【0058】
従って、上記第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、電子ブロック層の傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に低いＧａ富化ＥＢ領域が存在し、Ｇａ富化ＥＢ領域内でキャリア（正孔）の局在化が生じ得るため、図５に模式的に示すように、電子ブロック層（ＥＢ）内に注入される正孔（ｈ＋）は、傾斜領域ＩＡ内にも直接注入され得る。そして、電子ブロック層の傾斜領域ＩＡ内に直接注入され、テラス領域ＴＡ内を拡散せずに井戸層（ＱＷ）の傾斜領域ＩＡ内の発光再結合の局在中心（図中、☆（星印）で図示）に到達する正孔の量が大幅に増加する。この結果、電子ブロック層の傾斜領域内に直接注入され、テラス領域内を拡散せずに発光再結合の局在中心である井戸層の傾斜領域内に到達する正孔の量が大幅に増加し、電子ブロック層の傾斜領域内にＧａ富化ＥＢ領域が形成されていない場合に生じる内部量子効率の低下、及び、ダブル発光ピークの発生を抑制することができる。尚、図５中の●（黒丸）は、図４と同様、非発光再結合中心を示している。
【0059】
更に、上記第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、電子ブロック層内のＧａ富化ＥＢ領域に形成されるＡｌＧａＮ組成比が整数比の準安定ＡｌＧａＮを利用することで、ｎ型層内のＧａ富化ｎ型領域にＡｌＧａＮ組成比が整数比の準安定ＡｌＧａＮが形成される場合と同様に、結晶成長装置のドリフト等に起因する特性変動が抑制され、所期の発光特性を有する窒化物半導体紫外線発光素子を安定的に生産できることが期待される。
【0060】
更に、上記第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあるので、Ｇａ富化ＥＢ領域に形成されるＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２（ｍ＝８～１０）のＡｌＧａＮ組成比に応じて、電子ブロック層内において、テラス領域とＧａ富化ＥＢ領域間のＡｌＮモル分率差を約２％以上確保して、テラス領域のＡｌＮモル分率の設定範囲を調整することができる。従って、ｐ型層内のキャリア（正孔）は、電子ブロック層内においてテラス領域よりバンドギャップエネルギの小さいＧａ富化ＥＢ領域を含む傾斜領域内に、より安定的に局在化し、電子ブロック層内において電流は優先的にＧａ富化ＥＢ領域を安定的に流れることができ、窒化物半導体紫外線発光素子の特性変動の抑制が図れる。
【0061】
更に、本発明は、上記第２の特徴に加えて、前記電子ブロック層の前記テラス領域内に、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ＥＢ領域が存在し、
整数ｍが８または９のとき、前記Ａｌ富化ＥＢ領域が、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含み、前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあることを第３の特徴とする。
整数ｍが８または９のとき、前記Ａｌ富化ＥＢ領域が、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含み、前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあることを第３の特徴とする。
【0062】
上記第３の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、電子ブロック層内のＧａ富化ＥＢ領域とＡｌ富化ＥＢ領域にそれぞれ形成されるＡｌＧａＮ組成比が整数比の準安定ＡｌＧａＮを利用することで、ｎ型層内のＧａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域にＡｌＧａＮ組成比が整数比の準安定ＡｌＧａＮがそれぞれ形成される場合と同様に、結晶成長装置のドリフト等に起因する特性変動が抑制され、所期の発光特性を有する窒化物半導体紫外線発光素子をより安定的に生産できることが期待される。
【0063】
更に、上記第２または第３の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子は、前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．９）／１２以下であることが好ましい。
【0064】
上記好適な実施態様によれば、上記第２または第３の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、電子ブロック層の傾斜領域のＧａ富化ＥＢ領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが、より安定的に形成され、上記第３の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、電子ブロック層のテラス領域のＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２である準安定ＡｌＧａＮがより安定的に形成されるようになる。
【0065】
更に、本発明は、ウルツ鉱構造のＡｌＧａＮ系半導体からなるｎ型層、活性層、及びｐ型層が上下方向に積層された発光素子構造部を備えてなる窒化物半導体紫外線発光素子であって、
前記ｎ型層がｎ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記ｐ型層の間に配置された前記活性層が、ＡｌＧａＮ系半導体で構成された１層以上の井戸層を含む量子井戸構造を有し、
前記ｐ型層がｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記活性層と前記ｐ型層内の各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であり、
前記活性層内の各半導体層及び前記電子ブロック層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
前記ｎ型層が、前記ｎ型層内で一様に分散して存在する局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域と、前記層状領域以外のｎ型本体領域とを有し、
前記ｎ型層の上面と直交する第１平面上での前記層状領域の各延伸方向が、前記ｎ型層の前記上面と前記第１平面との交線に対して傾斜している部分を有し、
前記ｐ型層が、前記ｐ型層内の最下層として、前記１層以上の井戸層の最上層の上面側に形成された電子ブロック層を有し、
整数ｍが８または９であって、
前記電子ブロック層の前記傾斜領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２ －ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域が存在し、
前記電子ブロック層の前記テラス領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ＥＢ領域が存在し、
前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあり、
前記井戸層の前記傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に前記井戸層の前記テラス領域のＡｌＮモル分率より低いＧａ富化井戸領域が存在することを第４の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
前記ｎ型層がｎ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記ｐ型層の間に配置された前記活性層が、ＡｌＧａＮ系半導体で構成された１層以上の井戸層を含む量子井戸構造を有し、
前記ｐ型層がｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、
前記ｎ型層と前記活性層と前記ｐ型層内の各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であり、
前記活性層内の各半導体層及び前記電子ブロック層が、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域をそれぞれ有し、
前記ｎ型層が、前記ｎ型層内で一様に分散して存在する局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域と、前記層状領域以外のｎ型本体領域とを有し、
前記ｎ型層の上面と直交する第１平面上での前記層状領域の各延伸方向が、前記ｎ型層の前記上面と前記第１平面との交線に対して傾斜している部分を有し、
前記ｐ型層が、前記ｐ型層内の最下層として、前記１層以上の井戸層の最上層の上面側に形成された電子ブロック層を有し、
整数ｍが８または９であって、
前記電子ブロック層の前記傾斜領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２ －ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域が存在し、
前記電子ブロック層の前記テラス領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２となっているｐ型ＡｌＧａＮ領域を含む、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ＥＢ領域が存在し、
前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内にあり、
前記井戸層の前記傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に前記井戸層の前記テラス領域のＡｌＮモル分率より低いＧａ富化井戸領域が存在することを第４の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
【0066】
上記第４の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、上記第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子と同様に、電子ブロック層の傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に低いＧａ富化ＥＢ領域が存在し、Ｇａ富化ＥＢ領域内でキャリア（正孔）の局在化が生じ得るため、電子ブロック層内に注入される正孔は、傾斜領域内にも直接注入され得る。この結果、電子ブロック層の傾斜領域内に直接注入され、テラス領域内を拡散せずに発光再結合の局在中心である井戸層の傾斜領域内に到達する正孔の量が大幅に増加し、電子ブロック層の傾斜領域内にＧａ富化ＥＢ領域が形成されていない場合に生じる内部量子効率の低下、及び、ダブル発光ピークの発生を抑制することができる。
【0067】
更に、上記第４の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、電子ブロック層内において、傾斜領域へＧａが質量移動することで、傾斜領域内にＧａ富化ＥＢ領域が形成されるとともに、テラス領域内の傾斜領域に隣接する端縁部に、ＡｌＮモル分率がテラス領域内の平均的なＡｌＮモル分率より高いＡｌ富化ＥＢ領域が形成される。そして、電子ブロック層内のＧａ富化ＥＢ領域とＡｌ富化ＥＢ領域にそれぞれ形成されるＡｌＧａＮ組成比が整数比の準安定ＡｌＧａＮを利用することで、上記第１の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子においてｎ型層内のＧａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域にＡｌＧａＮ組成比が整数比の準安定ＡｌＧａＮがそれぞれ形成される場合と同様に、結晶成長装置のドリフト等に起因する特性変動が抑制され、所期の発光特性を有する窒化物半導体紫外線発光素子を安定的に生産できることが期待される。
【0068】
更に、上記第４の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる好適な範囲内にあるため、傾斜領域内へのＧａ供給量が十分に大きいと、Ｇａ富化ＥＢ領域内に、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成されるとともに、Ａｌ富化ＥＢ領域内において、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎ＋１Ｇａ１１－
ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが形成される。Ａｌ富化ＥＢ領域内において、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが存在することで、Ｇａ富化ＥＢ領域内へのＧａ供給量の変動、及び、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａの変動が、Ａｌ富化ＥＢ領域内に存在する当該準安定ＡｌＧａＮにおいても吸収される。つまり、電子ブロック層の傾斜領域に隣接するＡｌ富化ＥＢ領域内にエネルギ的に安定な準安定ＡｌＧａＮが存在することで、テラス領域からＡｌ富化ＥＢ領域を経由した傾斜領域内への過剰なＧａの質量移動が抑制され、Ｇａ供給量の変動によるＧａ富化ＥＢ領域内のＡｌＮモル分率の大幅な低下が抑制される。
【0069】
更に、上記第４の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子は、前記電子ブロック層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．９）／１２以下であることが好ましい。
【0070】
上記好適な実施態様によれば、電子ブロック層の傾斜領域のＧａ富化ＥＢ領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが、より安定的に形成され、テラス領域の傾斜領域に隣接する端縁部のＡｌ富化ＥＢ領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２である準安定ＡｌＧａＮがより安定的に形成されるようになる。
【0071】
更に、本発明は、上記第４の特徴に加えて、整数ｎが５、６、７、または８であって、
前記層状領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含むＧａ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．２４）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にあることを第５の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
前記層状領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域を含むＧａ富化ｎ型領域が存在し、
前記ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．２４）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にあることを第５の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
【0072】
上記第５の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、ｎ型本体領域から層状領域内へのＧａの質量移動に伴い、層状領域内のＡｌＮモル分率は低下し、層状領域内へのＧａの質量移動量が十分に大きいと、層状領域内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２のｎ型ＡｌＧａＮ領域を含むＧａ富化ｎ型領域が形成される。当該準安定ＡｌＧａＮのＡｌＮモル分率は、ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａより低い直近のＡｌＮモル分率（ｎ／１２）となる。更に、Ｇａ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２である準安定ＡｌＧａＮが存在することで、Ｇａ富化ｎ型領域内へのＧａ供給量の変動、及び、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａの変動が、当該準安定ＡｌＧａＮにおいて吸収される。つまり、Ｇａ富化ｎ型領域内において、Ｇａ供給量が増加、或いは、ＡｌＮモル分率Ｘｎａが低下すると準安定ＡｌＧａＮが増加し、Ｇａ供給量が減少、或いは、ＡｌＮモル分率Ｘｎａが上昇すると準安定ＡｌＧａＮが減少し、結果として、Ｇａ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率の変動が抑制される。
【0073】
更に、上記第５の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、ｎ型層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．２４）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にあるので、Ｇａ富化ｎ型領域に形成されるＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）のＡｌＧａＮ組成比に応じて、ｎ型層内において、層状領域とｎ型本体領域間のＡｌＮモル分率差を約２％以上確保して、ｎ型本体領域のＡｌＮモル分率の設定範囲を調整することができる。従って、ｎ型層内のキャリア（電子）は、ｎ型層内においてｎ型本体領域よりバンドギャップエネルギの小さいＧａ富化ｎ型領域を含む層状領域内に、より安定的に局在化し、ｎ型層内において電流は優先的にＧａ富化ｎ型領域を安定的に流れることができ、窒化物半導体紫外線発光素子の特性変動の抑制が図れる。
【0074】
更に、本発明は、上記第１乃至第５の何れかの特徴に加えて、前記活性層が、２層以上の前記井戸層を含む多重量子井戸構造を有し、２層の前記井戸層間にＡｌＧａＮ系半導体で構成されたバリア層が存在することを第６の特徴とする窒化物半導体紫外線発光素子を提供する。
【0075】
上記第６の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、活性層が多重量子井戸構造となり、井戸層が１層だけの場合に比べて発光効率の向上が期待できる。
【0076】
更に、上記第６の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子において、前記バリア層が、ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、前記多段状のテラスの隣接するテラス間を連結する（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域と、前記傾斜領域以外のテラス領域とをそれぞれ有し、前記バリア層の前記傾斜領域内に、ＡｌＮモル分率が局所的に前記バリア層の前記テラス領域のＡｌＮモル分率より低いＧａ富化バリア領域が存在することが好ましい。
【0077】
上記好適な実施態様により、バリア層においても、ｎ型層のＧａ富化ｎ型領域及び井戸層のＧａ富化井戸領域と同様に、Ｇａ富化バリア領域においてキャリアの局在化が生じ得る。従って、ｎ型層から井戸層において発光の集中している隣接するテラス間の傾斜領域内のＧａ富化井戸領域に向けてキャリア（電子）を供給する際に、ｎ型層のＧａ富化ｎ型領域とバリア層のＧａ富化バリア領域を経由して、効率的に行うことができる。
【0078】
上記第６の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の上記好適な実施態様において、
整数ｊが６、７、８、９、または１０であって、
前記Ｇａ富化バリア領域が、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｊＧａ１２－ｊＮ１２となっているＡｌＧａＮ領域を含み、前記バリア層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａが、（ｊ＋０．２４）／１２≦Ｘｂａ＜（ｊ＋１）／１２となる範囲内にあることが更に好ましい。
整数ｊが６、７、８、９、または１０であって、
前記Ｇａ富化バリア領域が、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｊＧａ１２－ｊＮ１２となっているＡｌＧａＮ領域を含み、前記バリア層の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａが、（ｊ＋０．２４）／１２≦Ｘｂａ＜（ｊ＋１）／１２となる範囲内にあることが更に好ましい。
【0079】
上記好適な実施態様により、結晶成長装置のドリフト等に起因するバリア層内での混晶モル分率の変動が抑制され、バリア層内においてキャリアの局在化が起こる傾斜領域が、整数ｊに対応するＡｌＮモル分率で安定的に形成される。
【0080】
更に、上記第１乃至第６の何れかの特徴の窒化物半導体紫外線発光素子は、サファイア基板を含む下地部を、さらに備え、前記サファイア基板は、（０００１）面に対して所定の角度だけ傾斜した主面を有し、当該主面の上方に前記発光素子構造部が形成されており、少なくとも前記サファイア基板の前記主面から前記活性層の表面までの各半導体層が、（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有するエピタキシャル成長層であることが好ましい。
【0081】
上記好適な実施態様により、オフ角を有するサファイア基板を用いて、サファイア基板の主面から活性層の表面までの各層の表面に多段状のテラスが表出するようにエピタキシャル成長を行うことができ、上記各特徴の窒化物半導体紫外線発光素子を実現できる。
【0082】
上記第１乃至第６の何れか特徴の窒化物半導体紫外線発光素子おいて、
整数ｋが３、４、５、６、または７で、且つ、整数ｎに対して、ｋ≦ｎ－１であり、
前記Ｇａ富化井戸領域が、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２となっているＡｌＧａＮ領域を含むことが更に好ましい。
整数ｋが３、４、５、６、または７で、且つ、整数ｎに対して、ｋ≦ｎ－１であり、
前記Ｇａ富化井戸領域が、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２となっているＡｌＧａＮ領域を含むことが更に好ましい。
【0083】
上記好適な実施態様により、結晶成長装置のドリフト等に起因する井戸層内での混晶モル分率の変動が抑制され、井戸層内においてキャリアの局在化が起こる傾斜領域が、ピーク発光波長の目標値に応じて決定される整数ｋに対応するＡｌＮモル分率で安定的に形成される。
【発明の効果】
【0084】
上記何れかの特徴の窒化物半導体紫外線発光素子によれば、結晶成長装置のドリフト等に起因する特性変動の抑制された所期の発光特性を有する窒化物半導体紫外線発光素子を安定的に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0085】
【図1】ＡｌＧａＮのウルツ鉱結晶構造を模式的に示す図。
【図3】整数比で表されるＡｌＧａＮ組成比の５つの組み合わせのそれぞれにおけるＡ３面とＢ３面でのＡｌとＧａの配置を模式的に示す図。
【図4】従来の窒化物半導体紫外線発光素子の井戸層及び電子ブロック層内でのキャリアの挙動を模式的に説明する図。
【図5】本発明の第２の特徴の窒化物半導体紫外線発光素子の井戸層及び電子ブロック層内でのキャリアの挙動を模式的に説明する図。
【図6】第１乃至第３実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例を模式的に示した要部断面図。
【図7】ｎ型クラッド層内でのＧａの質量移動に伴うＧａ富化ｎ型領域及びＡｌ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率の変化を模式的に示す図。
【図9】Ｇａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率が５０％の場合における、ＡｌＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層からなる量子井戸構造の発光波長と、井戸層の膜厚及びバリア層のＡｌＮモル分率との関係を示すグラフ。
【図10】Ｇａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率が４１．７％の場合における、ＡｌＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層からなる量子井戸構造の発光波長と、井戸層の膜厚及びバリア層のＡｌＮモル分率との関係を示すグラフ。
【図11】Ｇａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率が３３．３％の場合における、ＡｌＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層からなる量子井戸構造の発光波長と、井戸層の膜厚及びバリア層のＡｌＮモル分率との関係を示すグラフ。
【図12】ＧａＮ井戸層とＡｌＧａＮバリア層からなる量子井戸構造の発光波長と、井戸層の膜厚及びバリア層のＡｌＮモル分率との関係を示すグラフ。
【図14】試料片ＡのＣＬ法によるＡｌＮモル分率の測定断面の主要部を示すＳＥＭ像。
【図15】試料片ＢのＣＬ法によるＡｌＮモル分率の測定断面の主要部を示すＳＥＭ像。
【図19】第４実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の構造の一例を模式的に示した要部断面図。
【図21】第４実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子の井戸層、電子ブロック層、及び、ｐ型クラッド層内でのキャリアの挙動を模式的に説明する図。
【図22】一般的な紫外線発光ダイオードの素子構造の一例を模式的に示した要部断面図。
【図23】従来の窒化物半導体紫外線発光素子のｎ型クラッド層、活性層、及び、電子ブロック層内の断面構造を示すＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像。
【発明を実施するための形態】
【0086】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体紫外線発光素子（以下、単に「発光素子」と略称する。）につき、図面に基づいて説明する。尚、以下の説明で使用する図面の模式図では、説明の理解の容易のために、要部を強調して発明内容を模式的に示しているため、各部の寸法比は必ずしも実際の素子と同じ寸法比とはなっていない。以下、本実施形態では、発光素子が発光ダイオードの場合を想定して説明する。
【0087】
［第１実施形態］
＜発光素子の素子構造＞
図６に示すように、第１実施形態の発光素子１は、サファイア基板１１を含む下地部１０と、複数のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、及び、ｎ電極２７を含む発光素子構造部２０とを備える。発光素子１は、発光素子構造部２０側（図６における図中上側）を実装用の基台（サブマウント等）に向けて実装される（フリップチップ実装される）ものであり、光の取出方向は下地部１０側（図６における図中下側）である。尚、本明細書では、説明の便宜上、サファイア基板１１の主面１１ａ（または、下地部１０及び各ＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４の上面）に垂直な方向を「上下方向」（または、「縦方向」）と称し、下地部１０から発光素子構造部２０に向かう方向を上方向、その逆を下方向とする。また、上下方向に平行な平面を「第１平面」と称す。更に、サファイア基板１１の主面１１ａ（または、下地部１０及び各ＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４の上面）に平行な平面を「第２平面」と称し、該第２平面に平行な方向を「横方向」と称す。
＜発光素子の素子構造＞
図６に示すように、第１実施形態の発光素子１は、サファイア基板１１を含む下地部１０と、複数のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、及び、ｎ電極２７を含む発光素子構造部２０とを備える。発光素子１は、発光素子構造部２０側（図６における図中上側）を実装用の基台（サブマウント等）に向けて実装される（フリップチップ実装される）ものであり、光の取出方向は下地部１０側（図６における図中下側）である。尚、本明細書では、説明の便宜上、サファイア基板１１の主面１１ａ（または、下地部１０及び各ＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４の上面）に垂直な方向を「上下方向」（または、「縦方向」）と称し、下地部１０から発光素子構造部２０に向かう方向を上方向、その逆を下方向とする。また、上下方向に平行な平面を「第１平面」と称す。更に、サファイア基板１１の主面１１ａ（または、下地部１０及び各ＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４の上面）に平行な平面を「第２平面」と称し、該第２平面に平行な方向を「横方向」と称す。
【0088】
下地部１０は、サファイア基板１１と、サファイア基板１１の主面１１ａ上に直接形成されたＡｌＮ層１２を備えて構成される。サファイア基板１１は、主面１１ａが（０００１）面に対して一定の範囲内（例えば、０度から６度程度まで）の角度（オフ角）で傾斜し、主面１１ａ上に多段状のテラスが表出している微傾斜基板である。
【0089】
ＡｌＮ層１２は、サファイア基板１１の主面からエピタキシャル成長したＡｌＮ結晶で構成され、このＡｌＮ結晶はサファイア基板１１の主面１１ａに対してエピタキシャルな結晶方位関係を有している。具体的には、例えば、サファイア基板１１のＣ軸方向（＜０００１＞方向）とＡｌＮ結晶のＣ軸方向が揃うように、ＡｌＮ結晶が成長する。尚、ＡｌＮ層１２を構成するＡｌＮ結晶は、微量のＧａやその他の不純物を含んでいてもよいＡｌＮ系半導体層であってもよい。本実施形態では、ＡｌＮ層１２の膜厚として、２μｍ～３μｍ程度を想定している。尚、下地部１０の構造及び使用する基板等は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、ＡｌＮ層１２とＡｌＧａＮ系半導体層２１の間に、ＡｌＮモル分率が当該ＡｌＧａＮ系半導体層２１のＡｌＮモル分率以上のＡｌＧａＮ系半導体層を備えていてもよい。
【0090】
発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４は、下地部１０側から順に、ｎ型クラッド層２１（ｎ型層）、活性層２２、電子ブロック層２３（ｐ型層）、及び、ｐ型コンタクト層２４（ｐ型層）を順にエピタキシャル成長させて積層した構造を備えている。
【0091】
本実施形態では、サファイア基板１１の主面１１ａから順番にエピタキシャル成長した下地部１０のＡｌＮ層１２、及び、発光素子構造部２０のｎ型クラッド層２１と活性層２２内の各半導体層と電子ブロック層２３は、サファイア基板１１の主面１１ａに由来する（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有する。尚、ｐ型層のｐ型コンタクト層２４については、電子ブロック層２３上にエピタキシャル成長により形成されるため、同様の多段状のテラスが形成され得るが、必ずしも同様の多段状のテラスが形成された表面を有していなくてもよい。
【0092】
尚、図６に示すように、発光素子構造部２０の内、活性層２２、電子ブロック層２３、及び、ｐ型コンタクト層２４は、ｎ型クラッド層２１の上面の第２領域Ｒ２上に積層された部分が、エッチング等によって除去され、ｎ型クラッド層２１の上面の第１領域Ｒ１上に形成されている。そして、ｎ型クラッド層２１の上面は、第１領域Ｒ１を除く第２領域Ｒ２において露出している。ｎ型クラッド層２１の上面は、図６に模式的に示すように、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２間で高さが異なっている場合があり、その場合は、ｎ型クラッド層２１の上面は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２において個別に規定される。
【0093】
ｎ型クラッド層２１は、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、ｎ型クラッド層２１内に、ｎ型クラッド層２１内で局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域２１ａが一様に分散して存在する。層状領域２１ａは、背景技術の欄で上述したように、バンドギャップエネルギが局所的に小さくなるため、キャリアが局在化し易くなり、低抵抗の電流経路として機能する。当該層状領域２１ａには、上述したように、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域（つまり、ＡｌＮモル分率が１２分のｎ（ｎ／１２）のｎ型の準安定ＡｌＧａＮ）を含むＧａ富化ｎ型領域が、支配的に存在する。但し、本実施形態では、整数ｎは５、６、７、または８である。つまり、Ｇａ富化ｎ型領域に含まれるｎ型の準安定ＡｌＧａＮは、Ａｌ５Ｇａ７Ｎ１２とＡｌ１Ｇａ１Ｎ２とＡｌ７Ｇａ５Ｎ１２とＡｌ２Ｇａ１Ｎ３の４種類であり、ＡｌＮモル分率は、それぞれ、４１．７％（１２分の５）、５０％（２分の１）、５８．３％（１２分の７）、６６．７％（３分の２）である。図６では、層状領域２１ａ内においてＧａ富化ｎ型領域が支配的に存在している一例として、層状領域２１ａが全てＧａ富化ｎ型領域となっている場合を模式的に示している。ｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａ以外の領域を、ｎ型本体領域２１ｂと称す。
【0094】
図６には、図示されていないが、Ｇａ富化ｎ型領域を含む層状領域２１ａは、ｎ型本体領域２１ｂからのＧａの質量移動によって形成されるため、ｎ型本体領域２１ｂには、特に、層状領域２１ａを挟んだ両側の端縁部に、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ｎ型領域が形成される。更に、本実施形態では、Ａｌ富化ｎ型領域に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっているｎ型ＡｌＧａＮ領域（つまり、ＡｌＮモル分率が１２分の（ｎ＋１）のｎ型の準安定ＡｌＧａＮ）が存在する。つまり、Ａｌ富化ｎ型領域に存在するｎ型の準安定ＡｌＧａＮのＡｌＮモル分率は、Ｇａ富化ｎ型領域に存在するｎ型の準安定ＡｌＧａＮのＡｌＮモル分率より、１２分の１（約８．３％）高い。以下において、説明を簡潔にするために、Ｇａ富化ｎ型領域内に存在するＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっている準安定ＡｌＧａＮのｎ型ＡｌＧａＮ領域を、便宜的に「第１準安定ｎ型領域」と称し、Ａｌ富化ｎ型領域内に存在するＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっている準安定ＡｌＧａＮのｎ型ＡｌＧａＮ領域を、便宜的に「第２準安定ｎ型領域」と称する。
【0095】
本実施形態では、ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａは、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内に、より好ましくは、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ≦（ｎ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されている。
【0096】
ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａは、後述するように、ｎ型クラッド層２１の成膜時にＡｌＮモル分率の目標値として使用される。また、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａは、ｎ型クラッド層２１の成膜時に形成される多段状のテラス及び当該テラス間を連絡する境界領域がそれぞれ横方向に複数含まれる広い範囲内において、例えば、ラザフォード後方散乱（ＲＢＳ）分析法によるｎ型クラッド層２１内のＡｌとＧａの組成分析により測定できる。ＲＢＳ分析法では、例えば、Ｈｅ２＋イオンビーム（ビーム径：２．２ｍｍ）を加速電圧２．３ＭｅＶで、試料のｎ型クラッド層２１の上面側より垂直に照射するが、垂直方向の測定範囲が３００ｎｍ程度と大きいため、分析対象の膜厚は、３００ｎｍより大きい必要がある。従って、膜厚が３００ｎｍ未満のｎ型クラッド層２１以外の半導体層に対しては、平均的なＡｌＮモル分率は、後述するエネルギ分散型Ｘ線分光法（断面ＴＥＭ－ＥＤＸ）、または、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により複数の領域に分けて測定したＡｌＮモル分率の平均値を求めることになる。
【0097】
上述したように、ｎ型本体領域２１ｂから層状領域２１ａ内へのＧａの質量移動量に対するＧａ富化ｎ型領域内でのＡｌＮモル分率の低下幅（平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａを基準として）は、Ａｌ富化ｎ型領域内でのＡｌＮモル分率の増加幅より大きくなる。よって、図７の左側部分に模式的に示すように、ＡｌＮモル分率Ｘｎａを、Ｇａ富化ｎ型領域内の第１準安定ｎ型領域のＡｌＮモル分率（Ｘｎ０＝ｎ／１２）とＡｌ富化ｎ型領域の第２準安定ｎ型領域のＡｌＮモル分率（Ｘｎ１＝（ｎ＋１）／１２）の平均値（（ｎ＋０．５）／１２）より高く設定することで、Ｇａの質量移動量に応じて、Ｇａ富化ｎ型領域内とＡｌ富化ｎ型領域内に、ＡｌＮモル分率が１２分の１だけ異なる２種類の準安定ｎ型領域が各別に安定的に形成され得る。ここで、図７の右側部分に模式的に示すように、ＡｌＮモル分率Ｘｎａを、上記平均値（（ｎ＋０．５）／１２）より低く設定すると、Ｇａの質量移動量が過剰に増加した場合、層状領域２１ａ内においては、ＡｌＮモル分率Ｘｎ０（＝ｎ／１２）の第１準安定ｎ型領域の他、更にＡｌＮモル分率の低い非準安定ＡｌＧａＮが形成され得る。更に、Ｇａの質量移動量が十分でない場合、Ａｌ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率は、第２準安定ｎ型領域のＡｌＮモル分率Ｘｎ１（＝（ｎ＋１）／１２）まで到達し得ない。
【0098】
Ａｌ富化ｎ型領域を除くｎ型本体領域２１ｂの平均的なＡｌＮモル分率は、ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａと略同じと考えられる。従って、ＡｌＮモル分率がｎ／１２の第１準安定ｎ型領域が支配的に存在するＧａ富化ｎ型領域のＡｌＮモル分率とｎ型本体領域２１ｂの平均的なＡｌＮモル分率との差は、１／２４（約４．１７％）以上となるため、キャリアの局在化の効果は安定的に発揮され得る。
【0099】
Ｇａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ｎ型領域で構成することにより、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動が抑制され、ｎ型クラッド層２１内においてキャリアの局在化が起こるＧａ富化ｎ型領域が、使用する第１準安定ｎ型領域に対応するＡｌＮモル分率で安定的に形成される。この結果、ｎ型クラッド層２１内において、電流は優先的にＧａ富化ｎ型領域を安定的に流れることができ、更に、発光素子１の特性変動の抑制が図れる。
【0100】
本実施形態では、ｎ型クラッド層２１の膜厚として、一般的な窒化物半導体紫外線発光素子で採用されている膜厚と同様に、１μｍ～２μｍ程度を想定しているが、当該膜厚は、２μｍ～４μｍ程度であってもよい。
【0101】
ｎ型クラッド層２１の層状領域２１ａは、図６中において、１つの層が２重線で模式的に示されているように、複数層が上下方向に離間して存在する。また、上下方向に平行な１つの第１平面（例えば、図６に示されている断面）で、層状領域２１ａの少なくとも一部の延伸方向が横方向（第１平面と第２平面との交線の延伸方向）に対して傾斜している。層状領域２１ａの上記特徴は、図２３に示す従来の窒化物半導体紫外線発光素子のｎ型クラッド層のＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像においても確認される。
【0102】
尚、図６に示す第１平面上では、層状領域２１ａの各層は、模式的に平行な線（２重線）で図示されているが、該延伸方向と横方向の成す傾斜角は、各層状領域２１ａ間で、必ずしも同じではなく、同じ層状領域２１ａ内でも位置によって変化し得るため、第１平面上の層状領域２１ａは必ずしも直線状に延伸しているとは限らない。また、該傾斜角は、第１平面の向きによっても変化する。従って、層状領域２１ａの一部が、第１平面上において、他の層状領域２１ａと交差、または、他の層状領域２１ａから分岐することもあり得る。
【0103】
また、層状領域２１ａは、図６中の第１平面上では、夫々、１本の線（２重線）で示されているが、該第１平面に垂直な方向にも、第２平面に平行または傾斜して延伸しており、２次元的な広がりを有している。従って、複数の層状領域２１ａは、ｎ型クラッド層２１内の複数の第２平面上では、縞状に存在する。
【0104】
層状領域２１ａは、上述のように、ｎ型クラッド層２１内において局所的にＡｌＮモル分率の低い領域である。つまり、層状領域２１ａのＡｌＮモル分率が、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌＮモル分率に対して相対的に低くなっている。また、層状領域２１ａとｎ型本体領域２１ｂの境界近傍において、両領域のＡｌＮモル分率が漸近的に連続している場合、両領域間の境界は明確に規定できない。
【0105】
ｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａのＡｌＮモル分率、つまり、Ｇａ富化ｎ型領域内の第１準安定ｎ型領域のＡｌＮモル分率（ｎ／１２）、より具体的には、整数ｎを５、６、７、または８の何れとするかは、後述するように、井戸層２２０内のＡｌＮモル分率に応じて設定され、井戸層２２０内のＡｌＮモル分率は、ピーク発光波長の目標値に応じて設定される。
【0106】
活性層２２は、ＡｌＧａＮ系半導体またはＧａＮ系半導体で構成される２層以上の井戸層２２０と、ＡｌＧａＮ系半導体またはＡｌＮ系半導体で構成される１層以上のバリア層２２１を交互に積層した多重量子井戸構造を備える。最下層の井戸層２２０とｎ型クラッド層２１の間には、バリア層２２１を必ずしも設ける必要はない。また、本実施形態では、最上層の井戸層２２０と電子ブロック層２３の間には、バリア層２２１を設けていないが、好ましい一実施態様として、バリア層２２１より薄膜でＡｌＮモル分率の高いＡｌＧａＮ層またはＡｌＮ層を設けても構わない。
【0107】
電子ブロック層２３は、ｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成される。ｐ型コンタクト層２４は、ｐ型ＡｌＧａＮ系半導体またはｐ型ＧａＮ系半導体で構成される。ｐ型コンタクト層２４は、典型的にはｐ－ＧａＮで構成される。
【0108】
図８に、活性層２２における井戸層２２０及びバリア層２２１の積層構造（多重量子井戸構造）の一例を模式的に示す。図８では、井戸層２２０が３層でバリア層２２１が２層の場合を例示する。最上層の井戸層２２０は電子ブロック層２３と上側のバリア層２２１の間に、中間の井戸層２２０は上側と下側のバリア層２２１の間に、最下層の井戸層２２０は下側のバリア層２２１とｎ型クラッド層２１の間に、それぞれ位置している。
【0109】
図８に示される井戸層２２０、バリア層２２１、及び、電子ブロック層２３におけるテラスＴが多段状に成長する構造は、上記非特許文献１及び２に開示されているように、公知の構造である。各層において横方向に隣接するテラスＴ間には、上述したように、（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域ＩＡが形成されている。傾斜領域ＩＡ以外の上下がテラスＴで挟まれた領域を、テラス領域ＴＡと称す。本実施形態では、１つのテラスＴの奥行（隣接する傾斜領域ＩＡ間の距離）は数１０ｎｍ～数１００ｎｍが想定される。従って、傾斜領域ＩＡ内に階段状に表出する（０００１）面は、多段状のテラスＴのテラス面とは区別される。
【0110】
図８に模式的に示すように、電子ブロック層２３において、傾斜領域ＩＡ内にテラス領域ＴＡよりＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域２３ａが形成されている。井戸層２２０がＡｌＧａＮ系半導体で構成され、ＡｌＮモル分率が０％でない場合は、井戸層２２０の各層において、傾斜領域ＩＡ内にテラス領域ＴＡよりＡｌＮモル分率の低いＧａ富化井戸領域２２０ａが形成されている。バリア層２２１がＡｌＧａＮ系半導体で構成され、ＡｌＮモル分率が１００％でない場合は、バリア層２２１の各層においても、電子ブロック層２３及び井戸層２２０と同様に、傾斜領域ＩＡ内にテラス領域ＴＡよりＡｌＮモル分率の低いＧａ富化バリア領域２２１ａが形成されている。電子ブロック層２３、井戸層２２０、及び、バリア層２２１の各層において、テラス領域ＴＡから傾斜領域ＩＡへのＧａの質量移動により、それぞれの傾斜領域ＩＡ内に、局所的にＡｌＮモル分率の低い、Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａ、Ｇａ富化井戸領域２２０ａ、及び、Ｇａ富化バリア領域２２１ａが形成されている。
【0111】
つまり、ｎ型クラッド層２１では、局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域２１ａにおいて、キャリアが局在化し易くなっており、活性層２２では、井戸層２２０の傾斜領域ＩＡ内に存在する局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化井戸領域２２０ａにおいて、バリア層２２１の傾斜領域ＩＡ内に存在する局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化バリア領域２２１ａにおいて、それぞれキャリアが局在化し易くなっており、電子ブロック層２３では、傾斜領域ＩＡ内に存在する局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域２３ａにおいて、キャリアが局在化し易くなっている。従って、ｎ型クラッド層２１側からは層状領域２１ａを介して、電子ブロック層２３側からはＧａ富化ＥＢ領域２３ａを介して、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａに対してそれぞれ効率的にキャリアを供給することができ、井戸層２２０内におけるキャリア（電子及び正孔）の再結合による発光効率の向上が図れる素子構造となっている。
【0112】
更に、図８では図示されていないが、好ましい一実施態様として、電子ブロック層２３において、傾斜領域ＩＡに隣接するテラス領域ＴＡの端縁部に、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａを基準として、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ＥＢ領域が形成されている。
【0113】
更に、図８では図示されていないが、好ましい一実施態様として、バリア層２２１がＡｌＧａＮ系半導体で構成され、ＡｌＮモル分率が１００％でない場合は、バリア層２２１の各層においても、電子ブロック層２３と同様に、傾斜領域ＩＡに隣接するテラス領域ＴＡの端縁部に、バリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａを基準として、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化バリア領域が形成されている。
【0114】
電子ブロック層２３及びバリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａ及びＸｂａは、後述するように、電子ブロック層２３及びバリア層２２１の各成膜時にＡｌＮモル分率の目標値として使用される。
【0115】
本実施形態では、電子ブロック層２３の膜厚は、テラス領域ＴＡ及び傾斜領域ＩＡを含めて、例えば、１５ｎｍ～３０ｎｍの範囲内（最適値は約２０ｎｍ）で設定されている。井戸層２２０の膜厚は、テラス領域ＴＡ及び傾斜領域ＩＡを含めて、例えば、１．５ユニットセル～７ユニットセルの範囲内で発光素子１のピーク発光波長の目標値に応じて設定されている。また、バリア層２２１の膜厚は、テラス領域ＴＡ及び傾斜領域ＩＡを含めて、例えば、６ｎｍ～８ｎｍの範囲内で設定されている。
【0116】
井戸層２２０がＡｌＧａＮ系半導体で構成され、ＡｌＮモル分率が０％でない場合は、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率は、発光素子１のピーク発光波長の目標値に応じて設定されている。好ましい一実施態様として、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａには、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２となっている準安定ＡｌＧａＮからなる準安定井戸領域が形成されている。但し、整数ｋは３、４、５、６、または７であり、ピーク発光波長の目標値に応じて決定される。つまり、Ｇａ富化井戸領域２２０ａ内に存在する準安定井戸領域は、Ａｌ１Ｇａ３Ｎ４、Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３、Ａｌ５Ｇａ７Ｎ１２、Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２、Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２の５種類であり、ＡｌＮモル分率は、それぞれ、２５％（４分の１）３３．３％（３分の１）、４１．７％（１２分の５）、５０％（２分の１）、５８．３％（１２分の７）である。尚、一実施態様として、Ｇａ富化井戸領域２２０ａ内に準安定井戸領域が支配的に存在していることが好ましいが、Ｇａ富化井戸領域２２０ａ内には、ＡｌＮモル分率が、準安定井戸領域と井戸層２２０のテラス領域ＴＡの各ＡｌＮモル分率の中間的なＡｌＮモル分率となっている領域が含まれていても良く、斯かる場合においても、井戸層２２０の傾斜領域ＩＡ内においてキャリアの局在化は生じ得る。
【0117】
上記好ましい一実施態様において、Ｇａ富化井戸領域２２０ａを安定度の高い準安定井戸領域で構成することにより、ｎ型クラッド層２１内のＧａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ｎ型領域で構成することによる効果とともに、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動が井戸層２２０内においても抑制され、井戸層２２０内においてキャリアの局在化が起こるＧａ富化井戸領域２２０ａが、使用する準安定井戸領域に対応するＡｌＮモル分率で安定的に形成される。この結果、井戸層２２０内において、電流は優先的にＧａ富化井戸領域を安定的に流れることができ、更に、発光素子１の特性変動の抑制が図れる。
【0118】
井戸層２２０がＧａＮ系半導体で構成され、ＡｌＮモル分率が０％である場合は、井戸層２２０に隣接するバリア層、電子ブロック層２３、及び、ｎ型クラッド層２１のＡｌＮモル分率、及び、井戸層２２０の膜厚が、発光素子１のピーク発光波長の目標値に応じて設定されている。
【0119】
図９、図１０及び図１１は、井戸層２２０及びバリア層２２１がＡｌＧａＮで構成された量子井戸構造モデルに対して、井戸層の膜厚を３ＭＬ（単原子層）～１４ＭＬ（１．５ユニットセル～７ユニットセル）または４ＭＬ～１４ＭＬ（２ユニットセル～７ユニットセル）の範囲内で変化させて得られる発光波長のシミュレーション結果（ピーク発光波長に相当）をグラフ化したものである。上記シミュレーションの条件として、図９では、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率を、準安定井戸領域のＡｌＮモル分率である５０％（２分の１）とし、図１０では、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率を、準安定井戸領域のＡｌＮモル分率である４１．７％（１２分の５）とし、図１１では、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率を、準安定井戸領域のＡｌＮモル分率である３３．３％（３分の１）とし、図９～図１１のそれぞれにおいて、バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａのＡｌＮモル分率を、６６．７％（３分の２）、７５％（４分の３）、及び、８３．３％（６分の５）の３通りとした。図９～図１１に示すシミュレーション結果では、井戸層２２０における紫外線発光が、傾斜領域ＩＡで顕著に発生することを想定している。このため、井戸層２２０の膜厚条件は、当該傾斜領域ＩＡにおいて満足することが重要である。
【0120】
図９～図１１より、井戸層２２０の膜厚が３ＭＬ～１４ＭＬの範囲内では、井戸層２２０の膜厚が小さくなるほど、井戸層２２０への量子閉じ込め効果が大きくなり、発光波長が短波長化していること、更に、バリア層２２１のＡｌＮモル分率が大きくなるほど、井戸層２２０の膜厚の変化に対する発光波長の変化の程度が大きくなることが分かる。また、図９より、Ｇａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率が５０％の場合、井戸層２２０の膜厚及びバリア層２２１のＡｌＮモル分率の上記範囲内において、発光波長が、概ね２４６ｎｍ～２９５ｎｍの範囲で変化することが分かる。図１０より、Ｇａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率が４１．７％の場合、井戸層２２０の膜厚及びバリア層２２１のＡｌＮモル分率の上記範囲内において、発光波長が、概ね２４９ｎｍ～３１１ｎｍの範囲で変化することが分かる。図１１より、Ｇａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率が３３．３％の場合、井戸層２２０の膜厚及びバリア層２２１のＡｌＮモル分率の上記範囲内において、発光波長が、概ね２６１ｎｍ～３２８ｎｍの範囲で変化することが分かる。更に、バリア層２２１をＡｌＮ（ＡｌＮモル分率＝１００％）で構成すると、発光波長を更に拡張することができる。
【0121】
図９～図１１より、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａにＡｌＧａＮ組成比がＡｌ１Ｇａ１Ｎ２またはＡｌ５Ｇａ７Ｎ１２またはＡｌ１Ｇａ２Ｎ３となっている準安定井戸領域が形成され、当該準安定井戸領域のＡｌＮモル分率に応じて、井戸層２２０の膜厚を３ＭＬ～１４ＭＬの範囲内において、及び、バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａのＡｌＮモル分率を６６．７％～１００％の範囲内において、それぞれ調整することで、ピーク発光波長を、２４６ｎｍ～３２８ｎｍの範囲内に設定可能であることが分かる。
【0122】
図１２は、井戸層がＧａＮで、バリア層がＡｌＧａＮまたはＡｌＮで構成された量子井戸構造モデルに対して、バリア層のＡｌＮモル分率が６６．７％（ＡｌＧａＮ）と、１００％（ＡｌＮ）の２通りについて、井戸層の膜厚を４ＭＬ～１０ＭＬの範囲内で変化させて得られる発光波長のシミュレーション結果（ピーク発光波長に相当）をグラフ化したものである。図１２より、当該範囲内において、発光波長が、概ね２７０ｎｍ～３２５ｎｍの範囲で変化することが分かる。従って、井戸層がＧａＮ（ＡｌＮモル分率＝０％）で構成された場合でも、井戸層２２０の膜厚を４ＭＬ～１０ＭＬの範囲内において、及び、バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａのＡｌＮモル分率を６６．７％～１００％の範囲内において、それぞれ調整することで、ピーク発光波長を、２７０ｎｍ～３２５ｎｍの範囲内に設定可能であることが分かる。
【0123】
図１２より、ピーク発光波長の目標値が、２７０ｎｍ～３２５ｎｍの範囲内であれば、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａに形成される準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比として、図９～図１１で示したＡｌ１Ｇａ１Ｎ２、Ａｌ５Ｇａ７Ｎ１２、及び、Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３以外に、Ａｌ１Ｇａ３Ｎ４（ＡｌＮモル分率が２５％（４分の１））、または、Ａｌ１Ｇａ５Ｎ６（ＡｌＮモル分率が１６．７％（６分の１））も選択可能であることが分かる。この場合、準安定井戸領域のＡｌＮモル分率を、３３．３％から、８．３３％（１２分の１）ずつ低下させるので、バリア層２２１のＡｌＮモル分率も、ピーク発光波長の目標値に適合する範囲内で、６６．７％より低い、例えば、５８．３％または５０％に設定することが可能である。
【0124】
更に、図９～図１１より、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比が、Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２、Ａｌ５Ｇａ７Ｎ１２、及び、Ａｌ１Ｇａ２Ｎ３以外に、Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２であっても、ＡｌＮモル分率が約８．３３％だけ高くなることに応じて、ピーク発光波長が短波長化することが分かる。よって、ピーク発光波長の目標値が、例えば、２５０ｎｍより短い場合等には、Ｇａ富化井戸領域２２０ａに形成される準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比として、Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２（ＡｌＮモル分率が５８．３％（１２分の７））も設定可能である。
【0125】
また、井戸層２２０がＡｌＧａＮ系半導体で構成され、ＡｌＮモル分率が０％でない場合、井戸層２２０の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｗａは、一例として、Ｇａ富化井戸領域２２０ａにＡｌＮモル分率Ｘｗ０の準安定井戸領域を形成する場合は、概ね、Ｘｗ０＋２％～Ｘｗ０＋３％の範囲内に調整されているのが好ましい。当該好ましい実施態様により、井戸層２２０における準安定井戸領域とテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差は、傾斜領域ＩＡとテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差に起因するダブル発光ピークの発生を抑制し得る４％以下となる。尚、井戸層２２０の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｗａは、Ｘｗ０＋２％～Ｘｗ０＋３％の範囲外であっても、井戸層２２０の傾斜領域ＩＡ内に、局所的にＡｌＮモル分率の低いＧａ富化井戸領域２２０ａが形成される限りにおいて、ピーク発光波長の目標値に応じた当該Ｇａ富化井戸領域２２０ａ内のＡｌＮモル分率をＸｗ１％として、Ｘｗ１＋２％～Ｘｗ１＋３％の範囲内となる任意の値に設定し得る。
【0126】
井戸層２２０の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｗａは、後述するように、井戸層２２０の成膜時にＡｌＮモル分率の目標値として使用される。
【0127】
ｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａのＡｌＮモル分率は、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａ内のＡｌＮモル分率より、８．３％以上、好ましくは、１６％以上高くなるように設定されている。
【0128】
好ましい一実施態様として、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａ内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２（ｋ＝３～７）の準安定井戸領域が支配的に存在し、ｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａ内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）の第１準安定ｎ型領域が支配的に存在している場合、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比と第１準安定ｎ型領域のＡｌＧａＮ組成比の間の可能な組み合わせは、ｎ≧ｋ＋１となる組み合わせにおいて、上記条件（層状領域２１ａとＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率差が８．３％以上）を満足する組み合わせとなっている。従って、上記好ましい一実施態様では、整数ｋと整数ｎの可能な組み合わせは、（ｋ＝３～４：ｎ＝５～８）、（ｋ＝５：ｎ＝６～８）、（ｋ＝６：ｎ＝７～８）、（ｋ＝７：ｎ＝８）となる。
【0129】
バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａのＡｌＮモル分率は、上述したように、発光素子１のピーク発光波長の目標値に応じて、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率、及び、井戸層２２０の膜厚とともに、例えば、５０％～１００％の範囲内で調整される。更に、好ましい一実施態様として、バリア層２２１がＡｌＧａＮ系半導体（ＡｌＮ系半導体を除く）で構成されている場合において、バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａには、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｊＧａ１２－ｊＮ１２となっている準安定ＡｌＧａＮからなる準安定バリア領域が形成されている。但し、整数ｊは６、７、８、９、または１０であり、ピーク発光波長の目標値に応じて決定される。つまり、Ｇａ富化バリア領域２２１ａ内に存在する準安定バリア領域は、Ａｌ１Ｇａ１Ｎ２、Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２、Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３、Ａｌ３Ｇａ１Ｎ４、Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６の５種類であり、ＡｌＮモル分率は、それぞれ、５０％（２分の１）、５８．３％（１２分の７）、６６．７％（３分の２）、７５％（４分の３）、８３．３％（６分の５）である。
【0130】
また、バリア層２２１がＡｌＧａＮ系半導体（ＡｌＮ系半導体を除く）で構成されている場合において、バリア層２２１のテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率は、概ね５１％～９０％の範囲内において、Ｇａ富化バリア領域２２１ａのＡｌＮモル分率より、１％以上、好ましくは２％以上、より好ましくは４％以上、高くなるように設定される。Ｇａ富化バリア領域２２１ａにおけるキャリアの局在化の効果を十分に確保するために、バリア層２２１内のＧａ富化バリア領域２２１ａとテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差を４～５％以上とするのが好ましいが、１～２％程度でも、キャリアの局在化の効果は期待し得る。
【0131】
バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａ内に、上記ＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｊＧａ１２－ｊＮ１２，ｊ＝６～１０）でＡｌＮモル分率がＸｂ０（＝ｊ／１２）の準安定バリア領域が形成されている場合において、バリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａは、（ｊ＋０．２４）／１２≦Ｘｂａ＜（ｊ＋１）／１２となる範囲内に調整されるのが好ましい。バリア層２２１のテラス領域ＴＡの平均的なＡｌＮモル分率（Ａｌ富化バリア領域が形成されている場合はＡｌ富化バリア領域を除く）は、バリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａと略同じと考えられる。従って、バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａとテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差として約２％以上が確保される。更に好ましくは、ＡｌＮモル分率Ｘｂａの上記調整範囲の上限である（ｊ＋１）／１２は、（ｊ＋０．９）／１２に下げることで、Ｇａ富化バリア領域２２１ａ内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｊＧａ１２－ｊＮ１２である準安定バリア領域が、より安定的に形成される。
【0132】
更に、バリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａは、（ｊ＋０．５）／１２＜Ｘｂａ＜（ｊ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内に、より好ましくは、（ｊ＋０．５）／１２＜Ｘｂａ≦（ｊ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されるのが好ましい。これにより、Ｇａ富化バリア領域２２１ａ内に、ＡｌＮモル分率Ｘｂ０（＝ｊ／１２）の準安定バリア領域よりＡｌＮモル分率の低い非準安定ＡｌＧａＮが形成されるのが抑制され、傾斜領域ＩＡにおける井戸層２２０とバリア層２２１間の所定のＡｌＮモル分率差をより安定的に確保できる。
【0133】
尚、バリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａは、（ｊ＋０．２４）／１２≦Ｘｂａ＜（ｊ＋１）／１２となる範囲から外れていても、バリア層２２１の傾斜領域ＩＡ内にキャリアの局在化が可能なＧａ富化バリア領域２２１ａが形成される限りにおいて、概ね５１％～９０％の範囲内において、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａ内のＡｌＮモル分率に応じた任意の値を取り得る。
【0134】
上記好ましい一実施態様において、Ｇａ富化バリア領域２２１ａを安定度の高い準安定バリア領域で構成することにより、ｎ型クラッド層２１内のＧａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ｎ型領域で構成することによる効果とともに、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動がバリア層２２１内においても抑制され、バリア層２２１内においてキャリアの局在化が起こるＧａ富化バリア領域２２１ａが、使用する準安定バリア領域に対応するＡｌＮモル分率で安定的に形成される。この結果、バリア層２２１内において、電流は優先的にＧａ富化バリア領域を安定的に流れることができ、更に、発光素子１の特性変動の抑制が図れる。
【0135】
電子ブロック層２３のテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率は、概ね６９％～９０％の範囲内で、井戸層２２０のテラス領域のＡｌＮモル分率より２０％以上、好ましくは２５％以上、更に好ましくは３０％以上高くなるように設定されている。更に、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａのＡｌＮモル分率は、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率より２０％以上、好ましくは２５％以上、更に好ましくは３０％以上高くなるように設定されている。
【0136】
好ましい一実施態様として、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａ内に、ピーク発光波長の目標値に応じて、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２（ｋ＝３～７）の準安定井戸領域が支配的に存在しているのと同様に、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率が準安定井戸領域のＡｌＮモル分率より２０％以上高い、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第１準安定ＥＢ領域が支配的に存在している。但し、整数ｍは８、９、または１０である。つまり、Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａ内に存在する第１準安定ＥＢ領域は、Ａｌ２Ｇａ１Ｎ３、Ａｌ３Ｇａ１Ｎ４、Ａｌ５Ｇａ１Ｎ６の３種類であり、ＡｌＮモル分率は、それぞれ、６６．７％（３分の２）、７５％（４分の３）、８３．３％（６分の５）である。
【0137】
この場合、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２，ｋ＝３～７）と第１準安定ＥＢ領域のＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２，ｍ＝８～１０）の間の組み合わせは、ｍ＞ｋ＋２となる組み合わせにおいて、上記条件（Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａとＧａ富化井戸領域２２０ａのＡｌＮモル分率差が２０％以上）を満足する組み合わせとなっている。従って、上記好ましい一実施態様では、整数ｋと整数ｍの組み合わせの内、（ｋ＝６，ｍ＝８）、（ｋ＝７，ｍ＝９）、及び（ｋ＝７，ｍ＝８）は、上記条件を満足せず除外される。
【0138】
電子ブロック層２３のテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率は、概ね６９％～９０％の範囲内で、Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａのＡｌＮモル分率より、１％以上、好ましくは２％以上、より好ましくは４％以上、高くなるように設定される。Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａにおけるキャリアの局在化の効果を十分に確保するために、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａとテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差を４～５％以上とするのが好ましいが、１～２％程度でも、キャリアの局在化の効果は期待し得る。
【0139】
好ましい一実施態様として、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、上記ＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２，ｍ＝８～１０）でＡｌＮモル分率がＸｅ０（＝ｍ／１２）の第１準安定ＥＢ領域が形成されている場合において、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａは、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内に調整されるのが好ましい。電子ブロック層２３のテラス領域ＴＡの平均的なＡｌＮモル分率（Ａｌ富化ＥＢ領域が形成されている場合はＡｌ富化ＥＢ領域を除く）は、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａと略同じと考えられる。従って、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａとテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差として約２％以上が確保される。更に好ましくは、ＡｌＮモル分率Ｘｅａの上記調整範囲の上限である（ｍ＋１）／１２は、（ｍ＋０．９）／１２に下げることで、Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａ内にＡｌＧａＮ組成比がＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２である第１準安定ＥＢ領域が、より安定的に形成される。
【0140】
尚、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａは、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲から外れていても、電子ブロック層２３の傾斜領域ＩＡ内にキャリアの局在化が可能なＧａ富化ＥＢ領域２３ａが形成される限りにおいて、概ね６９％～９０％の範囲内において、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａ内のＡｌＮモル分率に応じた任意の値を取り得る。
【0141】
上記好ましい一実施態様において、Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａを安定度の高い第１準安定ＥＢ領域で構成することにより、ｎ型クラッド層２１内のＧａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ｎ型領域で構成することによる効果とともに、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動が電子ブロック層２３内においても抑制され、電子ブロック層２３内においてキャリアの局在化が起こるＧａ富化ＥＢ領域２３ａが、使用する第１準安定ＥＢ領域に対応するＡｌＮモル分率で安定的に形成される。この結果、電子ブロック層２３内において、電流は優先的にＧａ富化ＥＢ領域２３ａを安定的に流れることができ、更に、発光素子１の特性変動の抑制が図れる。
【0142】
ｐ電極２６は、例えばＮｉ／Ａｕ等の多層金属膜で構成され、ｐ型コンタクト層２４の上面に形成される。ｎ電極２７は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ等の多層金属膜で構成され、ｎ型クラッド層２１の第２領域Ｒ２内の露出面上の一部の領域に形成される。尚、ｐ電極２６及びｎ電極２７は、上述の多層金属膜に限定されるものではなく、各電極を構成する金属、積層数、積層順などの電極構造は適宜変更してもよい。図１３に、ｐ電極２６とｎ電極２７の発光素子１の上側から見た形状の一例を示す。図１３において、ｐ電極２６とｎ電極２７の間に存在する線ＢＬは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の境界線を示しており、活性層２２、電子ブロック層２３、及び、ｐ型コンタクト層２４の外周側壁面と一致する。
【0143】
本実施形態では、図１３に示すように、第１領域Ｒ１及びｐ電極２６の平面視形状は、一例として、櫛形形状のものを採用しているが、第１領域Ｒ１及びｐ電極２６の平面視形状及び配置等は、図１３の例示に限定されるものではない。
【0144】
ｐ電極２６とｎ電極２７間に順方向バイアスを印加すると、ｐ電極２６から活性層２２に向けて正孔が供給され、ｎ電極２７から活性層２２に向けて電子が供給され、供給された正孔及び電子の夫々が活性層２２に到達して再結合することで発光する。また、これにより、ｐ電極２６とｎ電極２７間に順方向電流が流れる。
【0145】
＜発光素子の製造方法＞
次に、図６に例示した発光素子１の製造方法の一例について説明する。
次に、図６に例示した発光素子１の製造方法の一例について説明する。
【0146】
先ず、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、下地部１０に含まれるＡｌＮ層１２及び発光素子構造部２０に含まれる窒化物半導体層２１～２４を、サファイア基板１１上に順番にエピタキシャル成長させて積層する。このとき、ｎ型クラッド層２１にはドナー不純物として例えばＳｉをドーピングし、電子ブロック層２３、及び、ｐ型コンタクト層２４にはアクセプタ不純物として例えばＭｇをドーピングする。
【0147】
本実施形態では、少なくともＡｌＮ層１２、ｎ型クラッド層２１、活性層２２（井戸層２２０、バリア層２２１）、及び、電子ブロック層２３の各表面に（０００１）面に平行な多段状のテラスを表出させるために、サファイア基板１１は、主面１１ａが（０００１）面に対して一定の範囲内（例えば、０度から６度程度まで）の角度（オフ角）で傾斜し、主面１１ａ上に多段状のテラスが表出している微傾斜基板を使用する。
【0148】
斯かるエピタキシャル成長の条件として、上述の微傾斜基板の（０００１）サファイア基板１１の使用に加えて、例えば、多段状のテラスが表出し易い成長速度（具体的に例えば、成長温度、原料ガスやキャリアガスの供給量や流速等の諸条件を適宜設定することで、当該成長速度を達成する）等が挙げられる。尚、これらの諸条件は、成膜装置の種類や構造によって異なり得るため、成膜装置において実際に幾つかの試料を作製して、これらの条件を特定すればよい。
【0149】
ｎ型クラッド層２１の成長条件として、成長開始直後に、ＡｌＮ層１２の上面に形成された多段状のテラス間の段差部（傾斜領域）にＧａの質量移動によって層状領域２１ａの成長開始点が形成され、引き続き、ｎ型クラッド層２１のエピタキシャル成長に伴い、層状領域２１ａが、Ｇａの質量移動に伴う偏析によって斜め上方に向かって成長できるように、成長温度、成長圧力、及び、ドナー不純物濃度が選択される。
【0150】
具体的には、成長温度としては、Ｇａの質量移動の生じ易い１０５０℃以上で、良好なｎ型ＡｌＧａＮが調製可能な１１５０℃以下が好ましい。また、成長温度が１１７０℃を超える成長温度は、Ｇａの質量移動が過剰となり、第１の準安定ＡｌＧａＮといえども、ＡｌＮモル分率がランダムに変動し易くなるため、ＡｌＮモル分率が４１．７％～７５％のｎ型の準安定ＡｌＧａＮである第１及び第２準安定ｎ型領域は安定的に形成し辛くなり、好ましくない。成長圧力としては、７５Ｔｏｒｒ以下が良好なＡｌＧａＮの成長条件として好ましく、成膜装置の制御限界として１０Ｔｏｒｒ以上が現実的であり好ましい。ドナー不純物濃度は、１×１０１８～５×１０１８ｃｍ－３程度が好ましい。尚、上記成長温度及び成長圧力等は、一例であって、使用する成膜装置に応じて適宜最適な条件を特定すればよい。
【0151】
有機金属化合物気相成長法で使用する原料ガス（トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、アンモニアガス）やキャリアガスの供給量及び流速は、ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａを目標値として設定される。
【0152】
ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａは、Ｇａ富化ｎ型領域内に存在する第１準安定ｎ型領域のＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）である場合、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内に、より好ましくは、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ≦（ｎ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に設定する。
【0153】
本実施形態では、上述の適切なＧａの質量移動を得るための成長条件は、上記第１または第２の好適な範囲内のＡｌＮモル分率Ｘｎａに応じて、Ｇａ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２となっている第１準安定ｎ型領域が安定的に形成され、Ａｌ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１
－ｎＮ１２となっている第２準安定ｎ型領域が安定的に形成されるように調整される。尚、ＡｌＮモル分率Ｘｎａが上記第２の好適な範囲内であれば、Ｇａ富化ｎ型領域及びＡｌ富化ｎ型領域内に上記ＡｌＧａＮ組成比の第１及び第２準安定ｎ型領域が、より安定的に形成され易くなる。
【0154】
層状領域２１ａ内には、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）の第１準安定ｎ型領域が安定的に存在し、第１準安定ｎ型領域のＡｌＮモル分率（ｎ／１２）とｎ型本体領域２１ｂの平均的なＡｌＮモル分率（≒Ｘｎａ）との差は、上述したように安定的に１／２４（約４．１７％）以上が確保されるため、ｎ型クラッド層２１内のキャリアは、ｎ型本体領域２１ｂよりバンドギャップエネルギの小さい層状領域２１ａ内に局在化する。
【0155】
尚、ドナー不純物濃度は、ｎ型クラッド層２１の膜厚に対して、必ずしも上下方向に均一に制御する必要はない。例えば、ｎ型クラッド層２１内の所定の薄い膜厚部分の不純物濃度が、上記設定濃度より低く、例えば、１×１０１８ｃｍ－３未満、更に好ましくは、１×１０１７ｃｍ－３以下に制御された低不純物濃度層であってもよい。当該低不純物濃度層の膜厚としては、０ｎｍより大きく２００ｎｍ以下程度が好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度がより好ましく、更に、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度がより好ましい。また、当該低不純物濃度層のドナー不純物濃度は、上記設定濃度より低ければよく、アンドープ層（０ｃｍ－３）が一部に含まれていてもよい。更に、該低不純物濃度層の一部または全部は、ｎ型クラッド層２１の上面から下方側に１００ｎｍ以内の深さの上層域に存在することが好ましい。
【0156】
上記要領で、層状領域２１ａとｎ型本体領域２１ｂを有するｎ型クラッド層２１が形成されると、ｎ型クラッド層２１の上面の全面に、引き続き、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等の周知のエピタキシャル成長法により、活性層２２（井戸層２２０、バリア層２２１）、電子ブロック層２３、及び、ｐ型コンタクト層２４等を形成する。
【0157】
電子ブロック層２３のアクセプタ不純物濃度は、一例として、１．０×１０１６～１．０×１０１８ｃｍ－３程度が好ましく、ｐ型コンタクト層２４のアクセプタ不純物濃度は、一例として、１．０×１０１８～１．０×１０２０ｃｍ－３程度が好ましい。尚、アクセプタ不純物濃度は、電子ブロック層２３及びｐ型コンタクト層２４の各膜厚に対して、必ずしも上下方向に均一に制御する必要はない。
【0158】
活性層２２の形成において、ｎ型クラッド層２１と同様の要領で、上述した多段状のテラスが表出し易い成長条件で、井戸層２２０の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｗａを目標値として井戸層２２０を成長させ、更に、バリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａを目標値として、バリア層２２１を成長させる。
【0159】
井戸層２２０の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｗａは、Ｇａ富化井戸領域２２０ａにＡｌＮモル分率Ｘｗ０の準安定井戸領域を形成する場合は、概ね、Ｘｗ０＋２％～Ｘｗ０＋３％の範囲内に設定する。
【0160】
更に、バリア層２２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｂａは、Ｇａ富化バリア領域２２１ａ内にＡｌＮモル分率Ｘｂ０の準安定バリア領域を形成する場合は、Ｘｂ０＋２％≦Ｘｂａ＜Ｘｂ０＋８．３３％となる範囲内に設定する。
【0161】
電子ブロック層２３の形成において、ｎ型クラッド層２１と同様の要領で、上述した多段状のテラスが表出し易い成長条件で、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａを目標値として電子ブロック層２３を成長させる。
【0162】
電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａは、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率Ｘｅ０の第１準安定ＥＢ領域を形成する場合は、Ｘｅ０＋２％≦Ｘｅａ＜Ｘｅ０＋８．３３％となる範囲内に設定する。
【0163】
本実施形態では、活性層２２（井戸層２２０、バリア層２２１）、電子ブロック層２３、及び、ｐ型コンタクト層の成長温度は、ｎ型クラッド層２１の成長温度をＴ１、活性層２２の成長温度をＴ２、電子ブロック層２３の成長温度をＴ３、ｐ型コンタクト層の成長温度をＴ４とした場合、上述の好ましい温度範囲内（１０５０℃～１１７０℃）において、以下の式（１）及び（２）に示す関係を満足していることが好ましい。
Ｔ３≧Ｔ２ （１）
Ｔ３＞Ｔ１＞Ｔ４ （２）
Ｔ３≧Ｔ２ （１）
Ｔ３＞Ｔ１＞Ｔ４ （２）
【0164】
更に、上記式（１）の関係は、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内の第１準安定ＥＢ領域のＡｌＮモル分率が８３．３％または７５％の場合は、下記の式（１Ａ）とするのが好ましく、第１準安定ＥＢ領域のＡｌＮモル分率が６６．７％の場合は、下記の式（１Ｂ）とするのが好ましい。これは、第１準安定ＥＢ領域のＡｌＮモル分率が高くなると、Ｇａの質量移動を促進させるのに、より高温の成長温度が必要となるためである。
Ｔ３≧Ｔ２＋５０℃ （１Ａ）
Ｔ２＋５０℃＞Ｔ３≧Ｔ２ （１Ｂ）
Ｔ３≧Ｔ２＋５０℃ （１Ａ）
Ｔ２＋５０℃＞Ｔ３≧Ｔ２ （１Ｂ）
【0165】
更に、電子ブロック層２３の成長温度Ｔ３は、第１準安定ＥＢ領域のＡｌＮモル分率が８３．３％の場合は、１１５０℃以上が好ましく、第１準安定ＥＢ領域のＡｌＮモル分率が７５％または６６．７％の場合は、１１００℃以上が好ましく、更に、１１００℃より高温がより好ましい。尚、上記各温度は一例であり、例えば、窒素原料ガスの流量を増加し、成長速度を低下させることで、上記１１５０℃及び１１００℃を、それぞれ、１１００℃及び１０５０℃にまで低減することが可能である。
【0166】
尚、電子ブロック層２３の成長温度Ｔ３を活性層２２の成長温度Ｔ２から上げる場合、当該成長温度の遷移過程において、その下方に位置する井戸層２２０内でＧａＮの分解が生じて、当該ＧａＮの分解に起因して発光素子１の特性が悪化する可能性がある。従って、当該ＧａＮの分解を抑制するために、最上層の井戸層２２０と電子ブロック層２３の間に、上記ＧａＮの分解を防止するために、バリア層２２１より薄膜（例えば、３ｎｍ以下、好ましくは、２ｎｍ以下）でバリア層２２１及び電子ブロック層２３よりＡｌＮモル分率の高いＡｌＧａＮ層またはＡｌＮ層を形成するのが好ましい。
【0167】
電子ブロック層２３のＧａの質量移動を促進させるための成長温度以外の成長条件の一例として、成長温度Ｔ３が１１５０℃の場合、原料ガスの流量比（Ｖ／ＩＩＩ）を５０００～６０００、成長速度を約１５０ｎｍ／ｈとするのが好ましい。
【0168】
ｎ型クラッド層２１、活性層２２（井戸層２２０、バリア層２２１）、電子ブロック層２３、及び、ｐ型コンタクト層の成長温度Ｔ１～Ｔ４の上記式（１Ａ）及び（２）を満足する一例を以下に示す。
Ｔ１＝Ｔ２＝１０８０℃、Ｔ３＝１１５０℃、Ｔ４＝９８０℃
Ｔ１＝Ｔ２＝１０８０℃、Ｔ３＝１１５０℃、Ｔ４＝９８０℃
【0169】
上記成長温度Ｔ１～Ｔ４の一例は、以下に示すｎ型クラッド層２１の層状領域２１ａ内の第１準安定ｎ型領域のＡｌＮモル分率Ｘｎ０、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａ内の準安定井戸領域のＡｌＮモル分率Ｘｗ０、バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａ内の準安定バリア領域のＡｌＮモル分率Ｘｂ０、及び、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内の第１準安定ＥＢ領域のＡｌＮモル分率Ｘｅ０に対して、適用され得る。
Ｘｎ０＝４１．７％、５０％、５８．３％、６６．７％
Ｘｗ０＝０％、２５％、３３．３％、４１．７％、５０％、５８．３％
Ｘｂ０＝５０％、５８．３％、６６．７％、７５％、８３．３％
Ｘｅ０＝６６．７％、７５％、８３．３％
Ｘｎ０＝４１．７％、５０％、５８．３％、６６．７％
Ｘｗ０＝０％、２５％、３３．３％、４１．７％、５０％、５８．３％
Ｘｂ０＝５０％、５８．３％、６６．７％、７５％、８３．３％
Ｘｅ０＝６６．７％、７５％、８３．３％
【0170】
上記要領で、ｎ型クラッド層２１の上面の全面に、活性層２２（井戸層２２０、バリア層２２１）、電子ブロック層２３、及び、ｐ型コンタクト層２４等が形成されると、次に、反応性イオンエッチング等の周知のエッチング法により、窒化物半導体層２１～２４の第２領域Ｒ２を、ｎ型クラッド層２１の上面が露出するまで選択的にエッチングして、ｎ型クラッド層２１の上面の第２領域Ｒ２部分を露出させる。そして、電子ビーム蒸着法などの周知の成膜法により、エッチングされていない第１領域Ｒ１内のｐ型コンタクト層２４上にｐ電極２６を形成するとともに、エッチングされた第２領域Ｒ２内のｎ型クラッド層２１上にｎ電極２７を形成する。尚、ｐ電極２６及びｎ電極２７の一方または両方の形成後に、ＲＴＡ（瞬間熱アニール）等の周知の熱処理方法により熱処理を行ってもよい。
【0171】
尚、発光素子１は、一例として、サブマウント等の基台にフリップチップ実装された後、シリコーン樹脂や非晶質フッ素樹脂等の所定の樹脂（例えば、レンズ形状の樹脂）によって封止された状態で使用され得る。
【0172】
上記要領で作製された発光素子１のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４の断面構造は、第２領域Ｒ２のエッチング及びｐ電極２６とｎ電極２７の形成前の試料を作製し、該資料の上面に垂直（または略垂直）な断面を有する試料片を収束イオンビーム（ＦＩＢ）で加工し、該試料片のＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像により観察することができる。
【0173】
更に、ＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４中の特定の半導体層内の組成分析は、上記試料片を用いて、エネルギ分散型Ｘ線分光法（断面ＴＥＭ－ＥＤＸ）、または、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法で行うことができる。断面ＴＥＭ－ＥＤＸによる組成分析については、説明を省略するが、本願発明者の先行する別出願（ＰＣＴ／ＪＰ２０２０／０２３０５０、ＰＣＴ／ＪＰ２０２０／０２４８２８、ＰＣＴ／ＪＰ２０２０／０２６５５８、ＰＣＴ／ＪＰ２０２０／０３１６２０）の明細書中に詳細な説明がなされている。
【0174】
＜ｎ型クラッド層の組成分析結果＞
次に、ｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａとｎ型本体領域２１ｂのＡｌＮモル分率の測定をＣＬ（カソードルミネッセンス）法で行った結果を説明する。
次に、ｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａとｎ型本体領域２１ｂのＡｌＮモル分率の測定をＣＬ（カソードルミネッセンス）法で行った結果を説明する。
【0175】
ｎ型クラッド層２１の組成分析用に２種類の試料を作製し、各試料からｎ型クラッド層２１の上面に垂直（または略垂直）な断面を有する試料片を収束イオンビーム（ＦＩＢ）で加工して、測定用の２つの試料片Ａ及びＢを作製した。
【0176】
試料片Ａの試料は、上述したｎ型クラッド層２１等の作製要領に従って、上述のサファイア基板１１とＡｌＮ層１２からなる下地部１０上に、ｎ型クラッド層２１と、ｎ型クラッド層２１より高ＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ層と、試料表面保護用のＡｌＧａＮ層と、保護用樹脂膜を順番に堆積して作製した。尚、該試料の作製においては、主面が（０００１）面に対してオフ角を有するサファイア基板１１を用いてＡｌＮ層１２の表面に多段状のテラスが表出した下地部１０を使用した。尚、該試料の作製において、ｎ型クラッド層２１の膜厚は約３．１μｍとし、ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（目標値）を６３％とした。ＡｌＮモル分率ＸｎａのＲＢＳ分析法による測定値も６３％である。更に、ドナー不純物濃度が約３×１０１８ｃｍ－３となるように、ドナー不純物（Ｓｉ）の注入量を制御した。
【0177】
試料片Ｂの試料は、上述したｎ型クラッド層２１等の作製要領に従って、上述のサファイア基板１１とＡｌＮ層１２からなる下地部１０上に、ｎ型クラッド層２１と、活性層２２と、ｎ型クラッド層２１より高ＡｌＮモル分率のＡｌＧａＮ層と、試料表面保護用のＡｌＧａＮ層と、保護用樹脂膜を順番に堆積して作製した。尚、該試料の作製においては、主面が（０００１）面に対してオフ角を有するサファイア基板１１を用いてＡｌＮ層１２の表面に多段状のテラスが表出した下地部１０を使用した。尚、該試料の作製において、ｎ型クラッド層２１の膜厚は約２．６μｍとし、下側の膜厚約１μｍに対して、ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（目標値）を５５％とし、上側の膜厚約１．６μｍに対して、ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（目標値）を４３％とした。ＡｌＮモル分率ＸｎａのＲＢＳ分析法による測定値も、下側は５５％で、上側は４３％である。更に、上側及び下側とも、ドナー不純物濃度が約３×１０１８ｃｍ－３となるように、ドナー不純物（Ｓｉ）の注入量を制御した。
【0178】
【0179】
試料片Ａの測定範囲（測定用に照射した電子ビームの入射点の範囲）は、Ｘ方向（第２平面に平行な横方向）とＹ方向（第２平面と直交する縦方向）にそれぞれ６．２５μｍと３．２μｍで、１２１メッシュ×６０メッシュの格子状に電子ビームの入射点が設定されている。メッシュ間隔は、Ｘ方向が約５２ｎｍで、Ｙ方向が約５３ｎｍである。試料片Ｂの測定範囲は、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ６．２５μｍと４．６μｍで、１２５メッシュと９３メッシュの格子状に電子ビームの入射点が設定されている。メッシュ間隔は、Ｘ方向及びＹ方向とも５０ｎｍである。尚、図１４に示す試料片Ａの測定断面上の主要部は、上記測定範囲（６．２５μｍ×３．２μｍ）の一部の正方領域（３．２μｍ×３．２μｍ）を示している。また、図１５に示す試料片Ｂの測定断面上の主要部は、上記測定範囲（６．２５μｍ×４．６μｍ）の一部の正方領域（３．２５μｍ×３．２５μｍ）を示している。
【0180】
図１４及び図１５に示す試料片Ａと試料片Ｂの各測定範囲中に記されたＹ値（Ｙ座標）は、各測定範囲の上端から数えたメッシュ数を表しており、各図の上端がＹ＝０である。図１４では、Ｙ＝３とＹ＝５８が、それぞれｎ型クラッド層２１の上端と下端に相当する。図１５では、Ｙ＝７とＹ＝５８が、それぞれｎ型クラッド層２１の上端と下端に相当する。
【0181】
試料片Ａと試料片Ｂの各測定範囲内の格子状の電子ビームの入射点に、ビーム径５０ｎｍ（直径）の電子ビームを１回ずつ照射して、各入射点におけるＣＬスペクトルを測定した。
【0182】
図１６は、試料片ＡのＹ＝７、Ｙ＝１５、Ｙ＝３０、Ｙ＝４３、Ｙ＝５６の５つのＹ座標のそれぞれにおいて、Ｘ方向に走査して得られた１２１個のＣＬスペクトルに対して、下記の要領で導出した第１ＣＬスペクトル（実線）と第２ＣＬスペクトル（破線）を示す。５つのＹ座標の第１及び第２ＣＬスペクトルは、縦軸方向にそれぞれの原点をずらして、同じグラフ上で相互に識別可能に表示されている。図１６の縦軸は、発光強度（任意単位）を示しており、更に、一部のＹ座標（Ｙ＝３０，４３，５６）の発光強度は２倍にして見易くしている。図１６の横軸は、波長（ｎｍ）を示している。
【0183】
図１６に示す各Ｙ座標の第１ＣＬスペクトルは、同じＹ座標のＣＬスペクトルの中から、発光強度のピークが、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（６３％）より長波長側の同じ波長付近にシフトしているＣＬスペクトルを６～７点以上を抽出し、抽出されたＣＬスペクトルを平均して算出した。また、図１６に示す各Ｙ座標の第２ＣＬスペクトルは、同じＹ座標のＣＬスペクトルの中から、発光強度のピークが、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（６３％）より短波長側の同じ波長付近にシフトしているＣＬスペクトルを６～７点以上を抽出し、抽出されたＣＬスペクトルを平均して算出した。
【0184】
図１７は、試料片Ｂの下側部分のＹ＝４２、Ｙ＝４５、Ｙ＝５０、Ｙ＝５５の４つのＹ座標のそれぞれにおいて、Ｘ方向に走査して得られた１２５個のＣＬスペクトルに対して、下記の要領で導出した第３ＣＬスペクトル（実線）と第４ＣＬスペクトル（破線）を示す。４つのＹ座標の第３及び第４ＣＬスペクトルは、縦軸方向にそれぞれの原点をずらして、同じグラフ上で相互に識別可能に表示されている。図１７の縦軸は、発光強度（任意単位）を示している。図１７の横軸は、波長（ｎｍ）を示している。
【0185】
図１７に示す各Ｙ座標の第３ＣＬスペクトルは、同じＹ座標のＣＬスペクトルの中から、発光強度のピークが、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（５５％）より長波長側の同じ波長付近にシフトしているＣＬスペクトルを６～７点以上を抽出し、抽出されたＣＬスペクトルを平均して算出した。また、図１７に示す各Ｙ座標の第４ＣＬスペクトルは、同じＹ座標のＣＬスペクトルの中から、発光強度のピークが、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（５５％）より短波長側の同じ波長付近にシフトしているＣＬスペクトルを６～７点以上を抽出し、抽出されたＣＬスペクトルを平均して算出した。
【0186】
図１８は、試料片Ｂの上側部分のＹ＝１０、Ｙ＝１５、Ｙ＝２０、Ｙ＝２７、Ｙ＝３５の５つのＹ座標のそれぞれにおいて、Ｘ方向に走査して得られた１２５個のＣＬスペクトルに対して、下記の要領で導出した第５ＣＬスペクトル（実線）と第６ＣＬスペクトル（破線）を示す。５つのＹ座標の第５及び第６ＣＬスペクトルは、縦軸方向にそれぞれの原点をずらして、同じグラフ上で相互に識別可能に表示されている。図１８の縦軸は、発光強度（任意単位）を示している。図１８の横軸は、波長（ｎｍ）を示している。
【0187】
図１８に示す各Ｙ座標の第５ＣＬスペクトルは、同じＹ座標のＣＬスペクトルの中から、発光強度のピークが、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（４３％）より長波長側の同じ波長付近にシフトしているＣＬスペクトルを６～７点以上を抽出し、抽出されたＣＬスペクトルを平均して算出した。また、図１８に示す各Ｙ座標の第６ＣＬスペクトルは、同じＹ座標のＣＬスペクトルの中から、発光強度のピークが、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（４３％）より短波長側の同じ波長付近にシフトしているＣＬスペクトルを６～７点以上を抽出し、抽出されたＣＬスペクトルを平均して算出した。
【0188】
電子ビームのビーム径が５０ｎｍ（直径）であり、層状領域２１ａの延伸方向に垂直な断面での幅が平均的に約２０ｎｍ程度であるので、１つの入射点における電子ビームの照射範囲内に、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域が存在する場合には、層状領域２１ａに隣接するｎ型本体領域２１ｂの端縁部にＡｌ富化ｎ型領域が存在し得る。
【0189】
従って、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａより長波長側にシフトしている第１、第３、及び第５ＣＬスペクトルは、電子ビームの照射範囲内にＧａ富化ｎ型領域が存在するＣＬスペクトルであり、その発光強度のピークは、Ｇａ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率に対応する波長付近に位置する。更に、ビーム径が５０ｎｍの該照射範囲内にはＡｌ富化ｎ型領域が存在し得るため、Ａｌ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率に対応する波長付近に発光強度の第２のピークが位置する場合もあり得る。
【0190】
また、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａより短波長側にシフトしている第２、第４、及び第６ＣＬスペクトルは、電子ビームの照射範囲内にＧａ富化ｎ型領域は存在せず、Ａｌ富化ｎ型領域が存在するＣＬスペクトルであり、その発光強度のピークは、Ａｌ富化ｎ型領域内のＡｌＮモル分率に対応する波長付近に位置する。
【0191】
試料片Ａのｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（＝６３％）は、整数ｎが７の場合における、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、及び、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ≦（ｎ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されている。従って、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ７Ｇａ５Ｎ１２の第１準安定ｎ型領域（ＡｌＮモル分率は５８．３％、波長に換算すると約２６６ｎｍ）が存在し、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ２Ｇａ１Ｎ３の第２準安定ｎ型領域（ＡｌＮモル分率は６６．７％、波長に換算すると約２５３ｎｍ）が存在する。
【0192】
図１６に示す５つのＹ座標（Ｙ＝７，１５，３０，４３，５６）の第１ＣＬスペクトルの発光強度のピークは、約２６４ｎｍ～約２６７ｎｍの範囲内にあり、何れも約２６６ｎｍ付近に位置しており、各Ｙ座標において、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ７Ｇａ５Ｎ１２である第１準安定ｎ型領域が存在していることが分かる。更に、図１６に示す上記５つのＹ座標の第２ＣＬスペクトルの発光強度のピークは、約２５２ｎｍ～約２５５ｎｍの範囲内にあり、何れも約２５３ｎｍ付近に位置しており、各Ｙ座標において、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ２Ｇａ１Ｎ３である第２準安定ｎ型領域が存在していることが分かる。
【0193】
試料片Ｂのｎ型クラッド層２１の膜厚約１μｍの下側部分の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（＝５５％）は、整数ｎが６の場合における、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、及び、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ≦（ｎ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されている。従って、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ１Ｇａ１Ｎ２の第１準安定ｎ型領域（ＡｌＮモル分率は５０％、波長に換算すると約２７９ｎｍ）が存在し、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ７Ｇａ５Ｎ１２の第２準安定ｎ型領域（ＡｌＮモル分率は５８．３％、波長に換算すると約２６６ｎｍ）が存在する。
【0194】
図１７に示す４つのＹ座標（Ｙ＝４２，４５，５０，５５）の第３ＣＬスペクトルの発光強度のピークは、約２７６ｎｍ～約２７９ｎｍの範囲内にあり、何れも約２７９ｎｍ付近に位置しており、各Ｙ座標において、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ１Ｇａ１Ｎ２である第１準安定ｎ型領域が存在していることが分かる。更に、図１７に示す上記４つのＹ座標の第４ＣＬスペクトルの発光強度のピークは、約２６５ｎｍ～約２６７ｎｍの範囲内にあり、何れも約２６６ｎｍ付近に位置しており、各Ｙ座標において、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ７Ｇａ５Ｎ１２である第２準安定ｎ型領域が存在していることが分かる。
【0195】
試料片Ｂのｎ型クラッド層２１の膜厚約１．６μｍの上側部分の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａ（＝４３％）は、整数ｎが５の場合における、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、及び、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ≦（ｎ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内には調整されておらず、ｎ／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋０．５）／１２の範囲内に調整されている。このため、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ５Ｇａ７Ｎ１２の第１準安定ｎ型領域（ＡｌＮモル分率は４１．７％、波長に換算すると約２９３ｎｍ）は存在し得るが、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ１Ｇａ１Ｎ２の第２準安定ｎ型領域（ＡｌＮモル分率は５０％となり、波長に換算すると約２７９ｎｍ）が存在する可能性は低い。
【0196】
図１８に示す５つのＹ座標（Ｙ＝１０，１５，２０，２７，３５）の第５ＣＬスペクトルの発光強度のピークは、約２９１ｎｍ～約２９３ｎｍの範囲内にあり、何れも約２９３ｎｍ付近に位置しており、各Ｙ座標において、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ５Ｇａ７Ｎ１２である第１準安定ｎ型領域が存在していることが分かる。更に、図１８に示す上記５つのＹ座標の第２ＣＬスペクトルの発光強度のピークは、約２８３ｎｍ～約２８５ｎｍの範囲内にあり、５つのＹ座標の全てにおいて、約２７９ｎｍより高波長側に位置しており、各Ｙ座標において、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌ１Ｇａ１Ｎ２の第２準安定ｎ型領域は支配的には存在していないと考えられる。これは、図７の右側部分に模式的に示したケースに相当している。
【0197】
以上より、試料片Ａ（整数ｎ＝７、Ｘｎａ＝６３％）及び試料片Ｂの下側部分（整数ｎ＝６、Ｘｎａ＝５５％）は、何れも、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、及び、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ≦（ｎ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されており、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域とｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２とＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっている第１及び第２準安定ｎ型領域が存在しており、第１実施形態の発光素子１の素子構造を備えている。
【0198】
一方、試料片Ｂの上側部分（整数ｎ＝５、Ｘｎａ＝４３％）は、平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａが、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、及び、（ｎ＋０．５）／１２＜Ｘｎａ≦（ｎ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されておらず、その結果、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域内にＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっている第２準安定ｎ型領域が支配的に存在していない点で、第１実施形態の発光素子１の素子構造とは違っている。
【0199】
［第２実施形態］
第１実施形態の発光素子１では、好ましい一実施態様として、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率が準安定井戸領域のＡｌＮモル分率より２０％以上高い、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２（ｍ＝８～１０）となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第１準安定ＥＢ領域が支配的に存在し、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａは、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内に調整されている場合を説明した。更に、好ましい一実施態様として、電子ブロック層２３において、傾斜領域ＩＡに隣接するテラス領域ＴＡの端縁部に、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａを基準として、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ＥＢ領域が形成されている場合を説明した。
第１実施形態の発光素子１では、好ましい一実施態様として、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率が準安定井戸領域のＡｌＮモル分率より２０％以上高い、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２（ｍ＝８～１０）となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第１準安定ＥＢ領域が支配的に存在し、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａは、（ｍ＋０．２４）／１２≦Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる範囲内に調整されている場合を説明した。更に、好ましい一実施態様として、電子ブロック層２３において、傾斜領域ＩＡに隣接するテラス領域ＴＡの端縁部に、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａを基準として、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ＥＢ領域が形成されている場合を説明した。
【0200】
第２実施形態の発光素子１では、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率が準安定井戸領域のＡｌＮモル分率より２０％以上高い、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第１準安定ＥＢ領域が支配的に存在するとともに、電子ブロック層２３のＡｌ富化ＥＢ領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１－ｍＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第２準安定ＥＢ領域が支配的に存在する。この場合、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａの調整範囲は、上記第１実施形態で説明した範囲より狭くなり、ＡｌＮモル分率Ｘｅａは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、より好ましくは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ≦（ｍ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整される。但し、整数ｍは８または９である。
【0201】
従って、第２実施形態では、発光装置１の製造方法において、第１実施形態で説明した要領で、ＭＯＶＰＥ法により、サファイア基板１１上に活性層２２まで成膜した後、電子ブロック層２３を、原料ガスやキャリアガスの供給量及び流速を、ＡｌＮモル分率Ｘｅａを目標値として設定して成膜する。電子ブロック層２３の成長温度については、基本的に、第１実施形態で説明した通りであり、ＡｌＮモル分率Ｘｅａが、第１実施形態より高めに設定されているため、必要に応じて、第１実施形態で例示した温度範囲内で調整を行えば良い。
【0202】
整数ｍが１０の場合、Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａ内には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ５Ｇａ１Ｎ６となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮが第１準安定ＥＢ領域として安定的に存在し得るが、Ａｌ富化ＥＢ領域内には、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ１１Ｇａ１Ｎ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮは、安定的に存在するのが困難である。その理由は、ＡｌＧａＮ組成比がＡｌ１１Ｇａ１Ｎ１２の場合、ＡｌＮモル分率が９１．７％（１２分の１１）と極めて高く、移動し易いＧａが対称配列となるサイトに入るまでに、量的に多いＡｌがランダムにサイトに入ることで、ＡｌとＧａの原子配列が対称配列とならない可能性が高くなり、ＡｌとＧａの原子配列はランダムな状態に近くなり、準安定ＡｌＧａＮとしての安定度が低下するためである。
【0203】
整数ｍが８または９であるため、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２（ｋ＝３～７））と第１準安定ＥＢ領域のＡｌＧａＮ組成比（Ａｌ
ｍ
Ｇａ
１２－ｍ
Ｎ
１２
）の間の組み合わせは、第１実施形態で説明したｍ＞ｋ＋２となる条件を当てはめると、ｋ＝７との組み合わせは、好適な組み合わせとはならない。
【0204】
第２実施形態では、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比から、Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２（ＡｌＮモル分率＝５８．３％）は除外されるが、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２（ｋ＝３～６））とｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａ内の第１準安定ｎ型領域のＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）との間の第１実施形態で説明した関係（ｎ≧ｋ＋１）は、そのまま維持される。
【0205】
本第２実施形態では、Ｇａ富化ＥＢ領域２３ａとＡｌ富化ＥＢ領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ＥＢ領域で構成することにより、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動がより一層抑制され、電子ブロック層２３内においてキャリアの局在化が起こるＧａ富化ＥＢ領域２３ａが、使用する第１準安定ＥＢ領域に対応するＡｌＮモル分率でより安定的に形成される。この結果、電子ブロック層２３内において、電流は優先的にＧａ富化ＥＢ領域２３ａを安定的に流れることができ、発光素子１の特性変動の抑制が更に図れる。
【0206】
第２実施形態の発光素子１における下地部１０、及び、発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、ｎ電極２７は、電子ブロック層２３のＡｌ富化ＥＢ領域内に第２準安定ＥＢ領域が支配的に存在している点、及び、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、より好ましくは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ≦（ｍ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されている点を除いて、第１実施形態の発光素子１の下地部１０及び発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、ｎ電極２７と同じであるため、重複する説明は省略する。
【0207】
［第３実施形態］
第３実施形態の発光素子１は、第２実施形態の発光素子１と同様、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率が準安定井戸領域のＡｌＮモル分率より２０％以上高い、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第１準安定ＥＢ領域が支配的に存在するとともに、電子ブロック層２３のＡｌ富化ＥＢ領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１ －ｍＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第２準安定ＥＢ領域が支配的に存在する。更に、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａの調整範囲は、上記第１実施形態で説明した範囲より狭くなり、ＡｌＮモル分率Ｘｅａは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、より好ましくは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ≦（ｍ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整される。但し、整数ｍは８または９である。
第３実施形態の発光素子１は、第２実施形態の発光素子１と同様、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率が準安定井戸領域のＡｌＮモル分率より２０％以上高い、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第１準安定ＥＢ領域が支配的に存在するとともに、電子ブロック層２３のＡｌ富化ＥＢ領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍ＋１Ｇａ１１ －ｍＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第２準安定ＥＢ領域が支配的に存在する。更に、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａの調整範囲は、上記第１実施形態で説明した範囲より狭くなり、ＡｌＮモル分率Ｘｅａは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、より好ましくは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ≦（ｍ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整される。但し、整数ｍは８または９である。
【0208】
従って、第３実施形態では、発光装置１の製造方法において、第１実施形態で説明した要領で、ＭＯＶＰＥ法により、サファイア基板１１上に活性層２２まで成膜した後、電子ブロック層２３を、原料ガスやキャリアガスの供給量及び流速を、ＡｌＮモル分率Ｘｅａを目標値として設定して成膜する。電子ブロック層２３の成長温度については、基本的に、第１実施形態で説明した通りであり、ＡｌＮモル分率Ｘｅａが、第１実施形態より高めに設定されているため、必要に応じて、第１実施形態で例示した温度範囲内で調整を行えば良い。
【0209】
更に、第２実施形態で説明したように、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２（ｋ＝３～７））と第１準安定ＥＢ領域（ＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２）のＡｌＧａＮ組成比の間の組み合わせは、整数ｍが８または９であるため、ｋ＝７との組み合わせは、好適な組み合わせとはならない。更に、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比から、Ａｌ７Ｇａ５Ｎ１２（ＡｌＮモル分率＝５８．３％）は除外されるが、準安定井戸領域のＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｋＧａ１２－ｋＮ１２（ｋ＝３～６））とｎ型クラッド層２１内の層状領域２１ａ内の第１準安定ｎ型領域のＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）との間の第１実施形態で説明した関係（ｎ≧ｋ＋１）は、そのまま維持される。
【0210】
第３実施形態の発光素子１では、第１及び第２実施形態の発光素子１と同様、ｎ型クラッド層２１は、ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成され、ｎ型クラッド層２１内に、ｎ型クラッド層２１内で局所的にＡｌＮモル分率の低い層状領域２１ａが一様に分散して存在する。従って、層状領域２１ａは、背景技術の欄で上述したように、バンドギャップエネルギが局所的に小さくなるため、キャリアが局在化し易くなり、低抵抗の電流経路として機能する。
【0211】
しかし、第３実施形態の発光素子１では、第１及び第２実施形態の発光素子１とは異なり、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１
２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）となっている第１準安定ｎ型領域が存在していること、ｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１
１－ｎＮ１２となっている第２準安定ｎ型領域が存在していること、及び、ｎ型本体領域２１ｂ内にＡｌ富化ｎ型領域が形成されていることは、必ずしも要しない。但し、好ましい一実施態様として、層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）となっている第１準安定ｎ型領域が存在していて良く、及び／または、ｎ型本体領域２１ｂ内にＡｌ富化ｎ型領域が形成されていても良い。
【0212】
層状領域２１ａのＧａ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎＧａ１２
－ｎＮ１２（ｎ＝５～８）となっている第１準安定ｎ型領域が存在する場合、ｎ型クラッド層２１の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｎａは、（ｎ＋０．２４）／１２＜Ｘｎａ＜（ｎ＋１）／１２となる範囲内にあることが好ましい。
【0213】
つまり、第３実施形態の発光素子１では、第１及び第２実施形態の発光素子１と同様、キャリアの局在化は、ｎ型クラッド層２１の層状領域２１ａ、井戸層２２０のＧａ富化井戸領域２２０ａ、バリア層２２１のＧａ富化バリア領域２２１ａ、及び、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａにおいて、それぞれ生じ易くなっている。
【0214】
一方、結晶成長装置のドリフト等に起因する発光素子１の特性変動の抑制に関しては、第１実施形態の発光素子１では、ｎ型クラッド層２１内のＧａ富化ｎ型領域とＡｌ富化ｎ型領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ｎ型領域で構成することにより、主として、ｎ型クラッド層２１内において混晶モル分率の変動抑制を強化していたのに対して、第３実施形態の発光素子１では、電子ブロック層２３内のＧａ富化ＥＢ領域２３ａとＡｌ富化ＥＢ領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ＥＢ領域で構成することにより、主として、電子ブロック層２３内において混晶モル分率の変動抑制を強化している。尚、第２実施形態の発光素子１では、ｎ型クラッド層２１内及び電子ブロック層２３内の両方において混晶モル分率の変動抑制を強化している。
【0215】
第３実施形態の発光素子１における下地部１０、及び、発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、ｎ電極２７は、ｎ型クラッド層２１のｎ型本体領域２１ｂのＡｌ富化ｎ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｎ＋１Ｇａ１１－ｎＮ１２となっている第２準安定ｎ型領域が支配的に存在していない点、電子ブロック層２３のＡｌ富化ＥＢ領域内に第２準安定ＥＢ領域が支配的に存在している点、及び、電子ブロック層２３の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｅａが、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ＜（ｍ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、より好ましくは、（ｍ＋０．５）／１２＜Ｘｅａ≦（ｍ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整されている点等を除いて、第１実施形態の発光素子１の下地部１０及び発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、ｎ電極２７と同じであるため、重複する説明は省略する。
【0216】
［第４実施形態］
第１乃至第３実施形態の発光素子１では、発光素子構造部２０を構成するｐ型層は、電子ブロック層２３とｐ型コンタクト層２４の２層であったが、第４実施形態の発光素子２では、ｐ型層が、電子ブロック層２３とｐ型コンタクト層２４の間に１層以上のｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成されたｐ型クラッド層２５を有する。
第１乃至第３実施形態の発光素子１では、発光素子構造部２０を構成するｐ型層は、電子ブロック層２３とｐ型コンタクト層２４の２層であったが、第４実施形態の発光素子２では、ｐ型層が、電子ブロック層２３とｐ型コンタクト層２４の間に１層以上のｐ型ＡｌＧａＮ系半導体で構成されたｐ型クラッド層２５を有する。
【0217】
従って、第４実施形態では、図１９に示すように、発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２５は、下地部１０側から順に、ｎ型クラッド層２１（ｎ型層）、活性層２２、電子ブロック層２３（ｐ型層）、ｐ型クラッド層２５（ｐ型層）、及び、ｐ型コンタクト層２４（ｐ型層）を順にエピタキシャル成長させて積層した構造を備える。
【0218】
第４実施形態の発光素子２における下地部１０、及び、発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、ｎ電極２７は、第１乃至第３実施形態の何れかの発光素子１の下地部１０及び発光素子構造部２０のＡｌＧａＮ系半導体層２１～２４、ｐ電極２６、ｎ電極２７と同じであるので、重複する説明は省略する。
【0219】
ｐ型クラッド層２５は、サファイア基板１１の主面１１ａから順番にエピタキシャル成長した下地部１０のＡｌＮ層１２、及び、発光素子構造部２０のｎ型クラッド層２１と活性層２２内の各半導体層と電子ブロック層２３と同様に、サファイア基板１１の主面１１ａに由来する（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有する。
【0220】
図２０に、活性層２２における井戸層２２０及びバリア層２２１の積層構造（多重量子井戸構造）の一例を模式的に示す。図２０では、第１実施形態において図８を用いて説明した積層構造の電子ブロック層２３の上に、ｐ型クラッド層２５が形成されている。
【0221】
ｐ型クラッド層２５においても、横方向に隣接するテラスＴ間には、上述したように、（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域ＩＡが形成されている。傾斜領域ＩＡ以外の上下がテラスＴで挟まれた領域を、テラス領域ＴＡと称す。ｐ型クラッド層２５の膜厚は、テラス領域ＴＡ及び傾斜領域ＩＡを含めて、例えば、２０ｎｍ～２００ｎｍの範囲内に調整されている。
【0222】
図２０に模式的に示すように、ｐ型クラッド層２５において、テラス領域ＴＡから傾斜領域ＩＡへのＧａの質量移動により、傾斜領域ＩＡ内にテラス領域ＴＡよりＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ｐ型領域２５ａが形成されている。
【0223】
ｐ型クラッド層２５のテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率は、５１％以上、電子ブロック層２３のテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率未満の範囲内に設定されている。更に、ｐ型クラッド層２５のＧａ富化ｐ型領域２５ａのＡｌＮモル分率は、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａのＡｌＮモル分率未満となるように設定されている。
【0224】
更に、ｐ型クラッド層２５のテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率は、上記範囲内において、Ｇａ富化ｐ型領域２５ａのＡｌＮモル分率より、１％以上、好ましくは２％以上、より好ましくは４％以上、高くなるように設定される。Ｇａ富化ｐ型領域２５ａにおけるキャリアの局在化の効果を十分に確保するために、ｐ型クラッド層２５のＧａ富化ｐ型領域２５ａとテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差を４～５％以上とするのが好ましいが、１～２％程度でも、キャリアの局在化の効果は期待し得る。
【0225】
好ましい一実施態様として、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内に、ＡｌＮモル分率が準安定井戸領域のＡｌＮモル分率より２０％以上高い、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｍＧａ１２－ｍＮ１２でＡｌＮモル分率がＸｅ０（＝ｍ／１２）であるｐ型の準安定ＡｌＧａＮで構成された第１準安定ＥＢ領域が支配的に存在しているのと同様に、ｐ型クラッド層２５のＧａ富化ｐ型領域２５ａ内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｉＧａ１２－ｉＮ１２で、ＡｌＮモル分率がＸｐ０（＝ｉ／１２）であって、且つ、電子ブロック層２３の第１準安定ＥＢ領域のＡｌＮモル分率Ｘｅ０未満であるｐ型の準安定ＡｌＧａＮで構成された第１準安定ｐ型領域が支配的に存在する。電子ブロック層２３が、第１実施形態の発光素子１の電子ブロック層２３と同じである場合は、整数ｍは８、９、または１０であり、第２または第３実施形態の発光素子１の電子ブロック層２３と同じである場合は、整数ｍは８または９である。整数ｉは、６、７、または８であり、且つ、ｉ＜ｍを満足する。従って、整数ｍが８の場合は、整数ｉは６または７である。
【0226】
更に、好ましい一実施態様として、ｐ型クラッド層２５のＧａ富化ｐ型領域２５ａ内に、上記ＡｌＧａＮ組成比（ＡｌｉＧａ１２－ｉＮ１２，ｉ＝６～８）でＡｌＮモル分率がＸｐ０（＝ｉ／１２）の第１準安定ｐ型領域が形成されている場合において、ｐ型クラッド層２５の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｐａは、（ｉ＋０．２４）／１２≦Ｘｐａ＜（ｉ＋１）／１２となる範囲内に調整されるのが好ましい。ｐ型クラッド層２５のテラス領域ＴＡの平均的なＡｌＮモル分率（後述するＡｌ富化ｐ型領域が形成されている場合はＡｌ富化ｐ型領域を除く）は、ｐ型クラッド層２５の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｐａと略同じと考えられる。従って、ｐ型クラッド層２５のＧａ富化ｐ型領域２５ａとテラス領域ＴＡのＡｌＮモル分率差として約２％以上が確保される。尚、ｐ型クラッド層２５の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｐａは、（ｉ＋０．２４）／１２≦Ｘｐａ＜（ｉ＋１）／１２となる範囲から外れていても、ｐ型クラッド層２５の傾斜領域ＩＡ内にキャリアの局在化が可能なＧａ富化ｐ型領域２５ａが形成される限りにおいて、概ね５１％～７５％の範囲内において、電子ブロック層２３のＧａ富化ＥＢ領域２３ａ内のＡｌＮモル分率Ｘｅ０に応じた任意の値を取り得る。
【0227】
次に、ｐ型クラッド層２５の成長方法について簡単に説明する。ｐ型クラッド層２５の形成において、第１実施形態で説明したｎ型クラッド層２１及び電子ブロック層２３と同様の要領で、上述した多段状のテラスが表出し易い成長条件で、ｐ型クラッド層２５の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｐａを目標値としてｐ型クラッド層２５を成長させる。
【0228】
ｐ型クラッド層２５の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｐａは、ｐ型クラッド層２５のＧａ富化ｐ型領域２５ａ内に、ＡｌＮモル分率Ｘｐ０の第１準安定ｐ型領域を形成する場合は、Ｘｐ０＋２％≦Ｘｐａ＜Ｘｐ０＋８．３３％となる範囲内に設定する。
【0229】
第４実施形態では、ｐ型クラッド層２５の成長温度をＴ５とした場合、電子ブロック層２３の成長温度Ｔ３とｐ型コンタクト層の成長温度Ｔ４との間の関係は、例えば、１０５０℃～１１７０℃の範囲内において、以下の式（３）に示す関係を満足していることが好ましい。
Ｔ３＞Ｔ５＞Ｔ４ （３）
Ｔ３＞Ｔ５＞Ｔ４ （３）
【0230】
更に、ｐ型クラッド層２５の成長温度Ｔ５は、第１準安定ｐ型領域のＡｌＮモル分率Ｘｐ０が６６．７％の場合は、１１００℃以上が好ましく、第１準安定ｐ型領域のＡｌＮモル分率Ｘｐ０が５８．３％または５０％の場合は、１０５０℃以上が好ましい。
【0231】
ｐ型クラッド層２５のＧａの質量移動を促進させるための成長温度以外の成長条件の一例として、成長温度Ｔ５が１０８０℃の場合、原料ガスの流量比（Ｖ／ＩＩＩ）を１０００～６０００、成長速度を約１００ｎｍ／ｈとするのが好ましい。
【0232】
ｎ型クラッド層２１、活性層２２（井戸層２２０、バリア層２２１）、電子ブロック層２３、ｐ型コンタクト層２４、及び、ｐ型クラッド層２５の成長温度Ｔ１～Ｔ５の上記式（１Ａ）、（２）及び（３）を満足する一例を以下に示す。
Ｔ１＝Ｔ２＝１０８０℃、Ｔ３＝１１５０℃、Ｔ４＝９８０℃、Ｔ５＝１０８０℃
Ｔ１＝Ｔ２＝１０８０℃、Ｔ３＝１１５０℃、Ｔ４＝９８０℃、Ｔ５＝１０８０℃
【0233】
上記成長温度Ｔ５の一例は、以下に示すｐ型クラッド層２５のＧａ富化ｐ型領域２５ａ内の第１準安定ｐ型領域のＡｌＮモル分率Ｘｐ０に対して、適用され得る。
Ｘｐ０＝５０％、５８．３％、６６．７％
Ｘｐ０＝５０％、５８．３％、６６．７％
【0234】
ｐ型クラッド層２５のアクセプタ不純物濃度は、一例として、１．０×１０１６～１．０×１０１８ｃｍ－３程度が好ましい。尚、アクセプタ不純物濃度は、ｐ型クラッド層２５の膜厚に対して、必ずしも上下方向に均一に制御する必要はない。
【0235】
更に、ｐ型クラッド層２５の好ましい一実施態様として、ｐ型クラッド層２５において、傾斜領域ＩＡに隣接するテラス領域ＴＡの端縁部に、ｐ型クラッド層２５の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｐａを基準として、局所的にＡｌＮモル分率の高いＡｌ富化ｐ型領域が形成されていても良い。
【0236】
更に、ｐ型クラッド層２５の好ましい一実施態様として、ｐ型クラッド層２５のテラス領域ＴＡにＡｌ富化ｐ型領域が形成されている場合、Ｇａ富化ｐ型領域２５ａ内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｉＧａ１２－ｉＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第１準安定ｐ型領域が支配的に存在するとともに、Ａｌ富化ｐ型領域内に、ＡｌＧａＮ組成比が整数比のＡｌｉ＋１Ｇａ１１－ｉＮ１２となっているｐ型の準安定ＡｌＧａＮからなる第２準安定ｐ型領域が支配的に存在する。この場合、ｐ型クラッド層２５の平均的なＡｌＮモル分率Ｘｐａの調整範囲は、上述した好ましい範囲（下限が（ｉ＋０．２４）／１２）より狭くなり、ＡｌＮモル分率Ｘｐａは、（ｉ＋０．５）／１２＜Ｘｐａ＜（ｉ＋１）／１２となる第１の好適な範囲内、より好ましくは、（ｉ＋０．５）／１２＜Ｘｐａ≦（ｉ＋０．９）／１２となる第２の好適な範囲内に調整される。
【0237】
上記好ましい一実施態様では、Ｇａ富化ｐ型領域２５ａとＡｌ富化ｐ型領域をそれぞれ安定度の高い第１及び第２準安定ｐ型領域で構成することにより、結晶成長装置のドリフト等に起因する混晶モル分率の変動がより一層抑制され、ｐ型クラッド層２５内においてキャリアの局在化が起こるＧａ富化ｐ型領域２５ａが、使用する第１準安定ｐ型領域に対応するＡｌＮモル分率でより安定的に形成される。この結果、ｐ型クラッド層２５内において、電流は優先的にＧａ富化ｐ型領域２５ａを安定的に流れることができ、更に、発光素子１の特性変動の抑制が図れる。
【0238】
以上詳細に説明した第４実施形態の発光素子１は、電子ブロック層２３とｐ型クラッド層２５が、サファイア基板１１の主面１１ａに由来する（０００１）面に平行な多段状のテラスが形成された表面を有し、横方向に隣接するテラスＴ間に、（０００１）面に対して傾斜した傾斜領域ＩＡが形成され、電子ブロック層２３の傾斜領域ＩＡ内にテラス領域ＴＡよりＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ＥＢ領域２３ａが形成され、更に、ｐ型クラッド層２５の傾斜領域ＩＡ内にテラス領域ＴＡよりＡｌＮモル分率の低いＧａ富化ｐ型領域２５ａが形成されていることを特徴とする。
【0239】
当該特徴により、第４実施形態の発光素子２は、Ｇａ富化ｐ型領域２５ａ内でキャリア（正孔）の局在化が生じ得るため、図２１に模式的に示すように、ｐ型クラッド層２５（ｐ－ｃｌａｄ）内に注入される正孔（ｈ＋）は、傾斜領域ＩＡ内に直接注入されるか、或いは、テラス領域ＴＡ内を拡散して傾斜領域ＩＡ内に到達し得る。更に、第１Ｇａ富化領域２３ａ内でもキャリア（正孔）の局在化が生じ得るため、電子ブロック層２３内に注入される正孔は、ｐ型クラッド層２５の傾斜領域ＩＡから、電子ブロック層２３の傾斜領域ＩＡ内にも直接注入され得る。従って、ｐ型クラッド層２５が無ければ、ｐ型コンタクト層２４から薄膜の電子ブロック層２３のテラス領域ＴＡに注入され、そのまま井戸層２２のテラス領域ＴＡに到達する正孔の一部を、ｐ型クラッド層２５のテラス領域ＴＡから傾斜領域ＩＡ内に誘導し、電子ブロック層２３の傾斜領域ＩＡを経由して、井戸層２２の傾斜領域ＩＡ内に到達させることができる。結果として、内部量子効率の低下、及び、ダブル発光ピークの発生を更に抑制することができる。尚、図２１中において、図５と同様、☆（星印）は井戸層の傾斜領域ＩＡ内の局在中心を、●（黒丸）は非発光再結合中心を、それぞれ示している。
【0240】
［別実施形態］
以下に、上記第１乃至第４実施形態の変形例について説明する。
以下に、上記第１乃至第４実施形態の変形例について説明する。
【0241】
（１）上記第１乃至第４実施形態では、活性層２２は、ＡｌＧａＮ系半導体で構成される２層以上の井戸層２２０と、ＡｌＧａＮ系半導体またはＡｌＮ系半導体で構成される１層以上のバリア層２２１を交互に積層した多重量子井戸構造で構成されている場合を想定したが、活性層２２は、井戸層２２０が１層だけの単一量子井戸構造であり、バリア層２２１（量子バリア層）を備えない構成としても良い。斯かる単一量子井戸構造に対しても、上記各実施形態で採用したｎ型クラッド層２１、電子ブロック層２３等による効果は同様に奏し得ることは明らかである。
【0242】
（２）上記各実施形態では、ｎ型クラッド層２１の成長条件の一例として、有機金属化合物気相成長法で使用する原料ガスやキャリアガスの供給量及び流速は、ｎ型クラッド層２１を構成するｎ型ＡｌＧａＮ層全体の平均的なＡｌＮモル分率に応じて設定されると説明した。つまり、ｎ型クラッド層２１全体の平均的なＡｌＮモル分率が、上下方向に一定値に設定されている場合は、上記原料ガス等の供給量及び流速は一定に制御される場合を想定した。しかし、上記原料ガス等の供給量及び流速は必ずしも一定に制御されなくてもよい。
【0243】
（３）上記各実施形態では、第１領域Ｒ１及びｐ電極２６の平面視形状は、一例として、櫛形形状のものを採用したが、該平面視形状は、櫛形形状に限定されるものではない。また、第１領域Ｒ１が複数存在して、夫々が、１つの第２領域Ｒ２に囲まれている平面視形状であってもよい。
【0244】
（４）上記各実施形態では、主面が（０００１）面に対してオフ角を有するサファイア基板１１を用いてＡｌＮ層１２の表面に多段状のテラスが表出した下地部１０を使用する場合を例示したが、当該オフ角の大きさや、オフ角を設ける方向（具体的には、（０００１）面を傾ける方向であり、例えばｍ軸方向やａ軸方向等）は、ＡｌＮ層１２の表面に多段状のテラスが表出して、層状領域２１ａの成長開始点が形成される限りにおいて、任意に決定してもよい。
【0245】
（５）上記各実施形態では、発光素子１として、図１に例示するように、サファイア基板１１を含む下地部１０を備える発光素子１を例示しているが、サファイア基板１１（更には、下地部１０に含まれる一部または全部の層）をリフトオフ等により除去してもよい。更に、下地部１０を構成する基板は、サファイア基板に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【0246】
本発明は、ウルツ鉱構造のＡｌＧａＮ系半導体からなるｎ型層、活性層、及びｐ型層が上下方向に積層された発光素子構造部を備えてなる窒化物半導体紫外線発光素子に利用可能である。
【符号の説明】
【0247】
１，２： 窒化物半導体紫外線発光素子
１０： 下地部
１１： サファイア基板
１１ａ： サファイア基板の主面
１２： ＡｌＮ層
２０： 発光素子構造部
２１： ｎ型クラッド層（ｎ型層）
２１ａ： 層状領域（ｎ型層）
２１ｂ： ｎ型本体領域（ｎ型層）
２２： 活性層
２２０： 井戸層
２２０ａ： Ｇａ富化井戸領域
２２１： バリア層
２２１ａ： Ｇａ富化バリア領域
２３： 電子ブロック層（ｐ型層）
２３ａ： Ｇａ富化ＥＢ領域
２４： ｐ型コンタクト層（ｐ型層）
２５： ｐ型クラッド層（ｐ型層）
２５ａ： Ｇａ富化ｐ型領域
２６： ｐ電極
２７： ｎ電極
１００： 基板
１０１： ＡｌＧａＮ系半導体層
１０２： テンプレート
１０３： ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層
１０４： 活性層
１０５： ｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層
１０６： ｐ型コンタクト層
１０７： ｎ電極
１０８： ｐ電極
ＢＬ： 第１領域と第２領域の境界線
ＩＡ： 傾斜領域
Ｒ１： 第１領域
Ｒ２： 第２領域
Ｔ： テラス
ＴＡ： テラス領域
１０： 下地部
１１： サファイア基板
１１ａ： サファイア基板の主面
１２： ＡｌＮ層
２０： 発光素子構造部
２１： ｎ型クラッド層（ｎ型層）
２１ａ： 層状領域（ｎ型層）
２１ｂ： ｎ型本体領域（ｎ型層）
２２： 活性層
２２０： 井戸層
２２０ａ： Ｇａ富化井戸領域
２２１： バリア層
２２１ａ： Ｇａ富化バリア領域
２３： 電子ブロック層（ｐ型層）
２３ａ： Ｇａ富化ＥＢ領域
２４： ｐ型コンタクト層（ｐ型層）
２５： ｐ型クラッド層（ｐ型層）
２５ａ： Ｇａ富化ｐ型領域
２６： ｐ電極
２７： ｎ電極
１００： 基板
１０１： ＡｌＧａＮ系半導体層
１０２： テンプレート
１０３： ｎ型ＡｌＧａＮ系半導体層
１０４： 活性層
１０５： ｐ型ＡｌＧａＮ系半導体層
１０６： ｐ型コンタクト層
１０７： ｎ電極
１０８： ｐ電極
ＢＬ： 第１領域と第２領域の境界線
ＩＡ： 傾斜領域
Ｒ１： 第１領域
Ｒ２： 第２領域
Ｔ： テラス
ＴＡ： テラス領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】