氮化物半導體發光元件的制作方法

本發明涉及氮化物半導體發光元件。

背景技術：

含氮的III-V族化合物半導體材料(以下稱作“氮化物半導體材料”)具備與具有紅外區域至紫外區域的波長的光的能量相當的帶隙能量。因而，氮化物半導體材料在發出具有紅外區域至紫外區域的波長的光的發光元件的材料、或接收具有該區域的波長的光的受光元件的材料等中是有用的。

此外，在氮化物半導體材料中，構成氮化物半導體的原子間的鍵合力強，絕緣擊穿電壓高，飽和電子速度大。鑒于這些性質，氮化物半導體材料作為耐高溫且高輸出的高頻晶體管等電子器件的材料也是有用的。而且，由于氮化物半導體材料幾乎不會損害環境，因此作為易于處理的材料也備受關注。

在利用了這種氮化物半導體材料的氮化物半導體發光元件中，一般作為發光層而采用量子阱構造。若向作為發光層而采用了量子阱構造的氮化物半導體發光元件施加電壓，則在構成發光層的量子阱層中電子和空穴再結合，由此產生光。具有量子阱構造的發光層既可以由單量子阱(Single Quantum Well；SQW)構造構成，也可以由量子阱層和勢壘層交替層疊的多量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)構造構成。

一般，作為量子阱層而采用InGaN層，作為勢壘層而采用GaN層。由此，例如能夠制作發光峰值波長約為450nm的藍色LED(Light Emitting Device：發光裝置)。此外，能夠組合該藍色LED和黃色熒光體來制作白色LED。

作為氮化物半導體發光元件中所含的n型氮化物半導體層，一般采用GaN層或InGaN層。作為n型氮化物半導體層的功能，認為除了具有與n側電極接觸的接觸層這一功能之外，還具有作為緩和電流注入層或發光層的應變的層的功能、或作為制作V字型的凹坑構造的層的功能。但是，關于n型氮化物半導體層的這些功能給氮化物半導體發光元件的特性帶來的作用卻完全沒有闡明。

例如，在專利文獻1(日本特開平11-330554號公報)中記載了如下的氮化物半導體元件，即，在活性層之下具備具有含In的氮化物半導體層的n側多層膜層。在專利文獻1中，記載了上述的n側多層膜層進行某些作用使得發光元件的輸出提升，還記載了作為其理由推測為使得活性層的結晶性提升的緣故但詳情卻不明。

此外，在專利文獻2(日本特開平8-23124號公報)中記載了：如果載流子濃度大的第二n型層與第一n型層相接地形成于活性層側，則能夠從活性層獲得均勻的面發光，從而能夠實現光輸出提升了的元件。

其中，已知在氮化物半導體發光元件中形成有被稱作V凹坑(V pit，V-shaped pit、剖面為V字狀的凹部)、V缺陷(V defect)、或倒六角錐缺陷(inverted hexagonal pyramid defect)等的形狀的凹坑構造。

在專利文獻3(日本特開2013-187484號公報)中記載了如下的氮化物半導體發光元件，即，依次層疊n型氮化物半導體層、V凹坑產生層、中間層、多量子阱發光層和p型氮化物半導體層。在專利文獻3中記載了如下內容，即，如果多層構造體(在多層構造體中層疊有帶隙能量不同的多個氮化物半導體層)被設置在V凹坑產生層與中間層之間，則能夠防止以高溫以及大電流進行動作時的發光效率的下降，能夠降低ESD(Electrostatic Discharge：靜電放電)所引起的不良率。

此外，在非專利文獻1中報告了由MQW構造構成的發光層中的V凹坑的作用。在非專利文獻1中，若在由MQW構造構成的發光層存在V凹坑，則V凹坑的斜面中的量子阱層的寬度變窄，因此可妨礙注入量子阱層的電子以及空穴到達貫通位錯，其結果，可抑制發光層中的不發光再結合。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平11-330554號公報

專利文獻2：日本特開平8-23124號公報

專利文獻3：日本特開2013-187484號公報

非專利文獻

非專利文獻1：A.Hangleiter，F.Hitzel，C.Netzel，D.Fuhrmann，U.Rossow，G.Ade，and P.Hinze，“Suppression of Nonradiative Recombination by V-Shaped Pits in GaInN/GaN Quantum Wells Produces a Large Increase in the Light Emission Efficiency”，Physical Review Letters95，127402(2005)

技術實現要素：

發明要解決的課題

如果利用含In的n型氮化物半導體層來制造氮化物半導體發光元件，則雖然理由不明確但能夠提高光輸出。然而，In的原料昂貴，此外，氮化物半導體層的層疊構造變得復雜。因而，氮化物半導體發光元件的生產率有時會下降，此外，氮化物半導體發光元件的成本有時會上升。

另一方面，如果利用不含In的n型氮化物半導體層，則能夠比較簡便地制造氮化物半導體發光元件。但是，光輸出下降。尤其是，在以高溫或大電流進行動作時，發光效率下降，因此光輸出的下降較為顯著。因而，例如，在將氮化物半導體發光元件用于照明用途等的情況下，存在較之于剛點亮之后的光輸出而在點亮后經過了時間之后的光輸出將大幅下降等的問題。

此外，例如，若利用含In的n型氮化物半導體層來制造發光峰值波長存在于360nm～420nm等短波長的波長區域內的發光元件，則該n型氮化物半導體層會作為吸收來自發光層的光的光吸收層來發揮功能。因而，即便在室溫下進行動作時，也有時會招致光輸出的下降。

本發明的目的在于，在室溫下進行動作時和高溫下進行動作時(在本說明書中也包括由于大電流或大電流密度下的動作而使得氮化物半導體發光元件的動作溫度成為高溫的情況)均提高氮化物半導體發光元件的光輸出。

用于解決課題的手段

本發明的氮化物半導體發光元件具備：基板；和在基板之上依次設置的n型氮化物半導體層、包含單量子阱構造或多量子阱構造的發光層、以及p型氮化物半導體層。n型氮化物半導體層具有在從基板側朝向發光層側的方向上依次設置的第一n型氮化物半導體層、第二n型氮化物半導體層、以及第三n型氮化物半導體層。第二n型氮化物半導體層的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導體層的n型摻雜劑濃度低。第三n型氮化物半導體層的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導體層的n型摻雜劑濃度高。在第二n型氮化物半導體層、第三n型氮化物半導體層和發光層中，局部形成有V凹坑構造。V凹坑構造的開始點的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層內。

優選的是，發光層的下表面處的V凹坑構造的直徑為40nm以上且80nm以下。

優選的是，V凹坑構造的開始點的平均位置與第二n型氮化物半導體層的下表面相距30nm以上。

優選的是，第三n型氮化物半導體層由GaN或AlGaN構成。

發明效果

在本發明中，在室溫下進行動作時和高溫下進行動作時均能夠提高氮化物半導體發光元件的光輸出。

附圖說明

圖1是本發明的一實施方式的氮化物半導體發光元件的剖視圖。

圖2是表示實施例的結果的圖表。

具體實施方式

以下，利用附圖來說明本發明。另外，在本發明的附圖中，相同的參照符號表征相同的部分或相應的部分。此外，關于長度、寬度、厚度、深度等尺寸關系，為使附圖清晰化和簡單化可適當變更，并非表征實際的尺寸關系。以下，在定義本說明書中的術語之后，對本發明進行說明。

(本說明書中的術語的定義)

“勢壘層”是指發光層中被量子阱層夾著的層。未被量子阱層夾著的勢壘層記載為“最初的勢壘層”或“最后的勢壘層”，使得記載與被量子阱層夾著的層相異。

利用到“摻雜劑濃度”、和作為伴隨著n型摻雜劑或p型摻雜劑的摻雜而產生的電子或空穴的濃度的“載流子濃度”。關于“摻雜劑濃度”和“載流子濃度”之間的關系將后述。

“載氣”是指III族原料氣體、V族原料氣體以及摻雜劑原料氣體以外的氣體。構成載氣的原子不被取入到氮化物半導體層等中。

“未摻雜”是指不有意地摻入摻雜劑(n型摻雜劑或p型摻雜劑)。因而，“未摻雜層”由于來自與該未摻雜層鄰接的層的摻雜劑的擴散而有時會包含摻雜劑。

“n型氮化物半導體層”也可包含實際應用上不會妨礙到電子流動這種程度的厚度的低載流子濃度的p型層或未摻雜層。“實際應用上不會妨礙到…程度”指氮化物半導體發光元件的動作電壓為實際應用上的水平。

“p型氮化物半導體層”也可包含實際應用上不會妨礙到空穴流動這種程度的厚度的低載流子濃度的n型層或未摻雜層。“實際應用上不會妨礙到”指氮化物半導體發光元件的動作電壓為實際應用上的水平。

“AlGaN”這一記載是指作為原子而含Al、Ga以及N，對于其組成而并不特別限定。關于“InGaN”、“AlGaInN”以及“AlON”這樣的各記載也是相同的。

“氮化物半導體”是指在理想情況下氮(N)和其他元素(例如Al、Ga或In)的原子數比為1∶1。但是，在“氮化物半導體”中也包含含有摻雜劑的氮化物半導體，此外，也包含上述的原子數比不同于1∶1的情況。此外，即便是記載為“Al_xGa_1-xN”的情況，也并非是僅包含氮(N)和其他元素(Al、Ga)的原子數比為1∶1的情況，也包含其原子數比不同于1∶1的情況。

氮化物半導體的帶隙能量Eg(單位為eV)與In或Al的混晶比x，假定滿足Joachim Piprek et.al，“Semiconductor Optoelectric Devices”，Academic Press，2003，p.191所記載的以下的式(I)以及(II)。

Eg(In_xGa_1-xN)＝1.89x+3.42(1-x)-3.8(1-x)

…式(I)

Eg(Al_xGa_1-xN)＝6.28x+3.42(1-x)-1.3(1-x)

…式(II)。

[氮化物半導體發光元件的構成]

圖1是本發明的一實施方式的氮化物半導體發光元件的剖視圖。氮化物半導體發光元件具備：基板1；和在基板1之上依次設置的緩沖層3、基底層5、n型氮化物半導體層7、發光層15以及p型氮化物半導體層17。n型氮化物半導體層7具有在從基板1側朝向發光層15的方向上依次設置的第一n型氮化物半導體層9、第二n型氮化物半導體層11以及第三n型氮化物半導體層13。在第二n型氮化物半導體層11、第三n型氮化物半導體層13和發光層15中，局部形成有V凹坑構造27。

在p型氮化物半導體層17之上設置有透明電極層19，在透明電極層19之上設置有p側電極21。此外，在第一n型氮化物半導體層9的露出面設置有n側電極23。氮化物半導體發光元件的表面雖然被透明絕緣層25覆蓋，但p側電極21的上表面的一部分以及n側電極23的上表面的一部分從透明絕緣層25露出。

<基板>

作為基板1，例如能夠利用由藍寶石、GaN、SiC、Si或ZnO等構成的基板。基板1的厚度并不特別限定。在n型氮化物半導體層7等氮化物半導體層生長時的基板1的厚度優選為900μm以上且1300μm以下，在氮化物半導體發光元件使用時的基板1的厚度優選為50μm以上且300μm以下。

在基板1的上表面1A，也可以形成有具有凸部和凹部的凹凸形狀。凸部以及凹部的各形狀并不特別限定，上表面1A上的凸部以及凹部的各配置并不特別限定。例如，凸部優選在上表面1A上設置于成為大致等邊三角形的頂點的位置。相鄰的凸部的頂點的間隔優選為1μm以上且5μm以下。上表面1A處的凸部的形狀優選為大致圓形。在凸部的縱向剖面形狀為梯形的情況下，梯形的頂點優選為帶有圓角。另外，上表面1A的至少一部分可以平坦。

另外，基板1可以在氮化物半導體層向基板1的上表面1A生長之后被去除。即，本實施方式的氮化物半導體發光元件可以不具備基板1。

<緩沖層>

作為緩沖層3，例如能夠利用AlON層(O相對于N的比率為幾原子％程度)或以通式Al_s0Ga_t0O_u0N_1-u0(0≤s0≤1，0≤t0≤1，0≤u0≤1，s0+t0+u0≠0)表征的氮化物半導體材料所構成的層等。

在構成緩沖層3的AlON層中，優選N的極少一部分(0.5原子％以上且2原子％以下)被置換為氧。在此情況下，由于緩沖層3形成為在基板1的生長面的法線方向上伸長，因此能夠獲得由晶粒一致的柱狀結晶的集合體構成的緩沖層3。

作為緩沖層3，優選利用通過公知的濺射法而形成的AlON層。由此，能提高基底層5的結晶質量。根據通過X射線搖擺曲線衍射法而測定出的衍射強度曲線呈現的峰值的半值寬度，能夠確認基底層5的結晶質量。

作為緩沖層3，例如可以利用在500℃程度的低溫下通過MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金屬有機化學氣相沉積)法而形成的GaN層。

這種緩沖層3的厚度并不特別限定，但優選為3nm以上且100nm以下，更優選為5nm以上且50nm以下。

<基底層>

作為基底層5，例如能利用以通式Al_x0Ga_y0In_z0N(0≤x0≤1，0≤y0≤1，0≤z0≤1，x0+y0+z0≠0)表征的氮化物半導體材料所構成的層等。

作為基底層5，優選作為III族元素而利用含Ga的氮化物半導體層。由此，能夠不會繼承由柱狀結晶的集合體構成的緩沖層3中的結晶缺陷(位錯等)地形成基底層5。

基底層5可以為未摻雜層，也可以為n型層。例如，在基底層5中，可以在1×10¹⁶/cm³以上且1×10²⁰/cm³以下的范圍內摻入n型摻雜劑。在此，作為n型摻雜劑，例如能夠利用Si、Ge以及Sn之中的至少一者，優選利用Si。在作為n型摻雜劑而利用了Si的情況下，作為n型摻雜劑原料氣體優選利用硅烷或乙硅烷。n型摻雜劑的材料以及n型摻雜劑原料氣體的材料對于后述的n型氮化物半導體層也是相同的。

如果盡量增厚基底層5的厚度，則基底層5中的缺陷會減少，但伴隨著基板1和基底層5的熱膨脹率的差異而存在晶片(在基板的上表面形成有氮化物半導體層的結構)的翹曲變大的問題。此外，若將基底層5的厚度增厚至某種程度以上，則基底層5中的缺陷減少這一效果會飽和。鑒于這些內容，基底層5的厚度優選為1μm以上且8μm以下，更優選為3μm以上且5μm以下。

<n型氮化物半導體層>

<第一n型氮化物半導體層>

作為第一n型氮化物半導體層9，例如能夠利用在以通式Al_x1Ga_y1In_z1N(0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤z1≤1，x1+y1+z1≠0)表征的氮化物半導體材料所構成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。優選的是，利用在以通式Al_x1Ga_1-x1N(0≤x1≤1，優選為0≤x1≤0.5，更優選為0≤x1≤0.1)表征的氮化物半導體材料所構成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。

第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度優選為2×10¹⁸/cm³以上。由此，在大電流密度下進行動作時也能夠提高氮化物半導體發光元件的發光效率。更優選的是，第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度為5×10¹⁸/cm³以上且5×10¹⁹/cm³以下。

此外，第一n型氮化物半導體層9兼作與n側電極23接觸的接觸層。因而，在第一n型氮化物半導體層9之中作為與n側電極23接觸的接觸層發揮功能的部分中，優選n型摻雜劑濃度為1×10¹⁸/cm³以上。

如果第一n型氮化物半導體層9的厚度變厚，雖然第一n型氮化物半導體層9的電阻變低，但會招致氮化物半導體發光元件的制造成本的上升。如果考慮該情況，則第一n型氮化物半導體層9的厚度優選為1μm以上且10μm以下，但并不限定于該范圍。

第一n型氮化物半導體層9可以是單層，也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構成的層疊構造。在第一n型氮化物半導體層9具有上述的層疊構造的情況下，在構成第一n型氮化物半導體層9的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在第一n型氮化物半導體層9具有上述的層疊構造的情況下，可以在構成第一n型氮化物半導體層9的所有層中厚度均相同，也可以在構成第一n型氮化物半導體層9的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。

在第一n型氮化物半導體層9具有上述的層疊構造的情況下，第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度，通過構成第一n型氮化物半導體層9的層各自包含的n型摻雜劑量的合計除以第一n型氮化物半導體層9的體積來求出。

<第二n型氮化物半導體層>

作為第二n型氮化物半導體層11，例如能夠利用在以通式Al_x2Ga_y2In_z2N(0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤z2≤1，x2+y2+z2≠0)表征的氮化物半導體材料所構成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。優選的是，利用在以通式Al_x2Ga_1-x2N(0≤x2≤1，優選為0≤x2≤0.3，更優選為0≤x2≤0.1)表征的氮化物半導體材料所構成的層或以通式In_z2Ga_1-z2N(0≤z2≤1，優選為0≤z2≤0.3，更優選為0≤z2≤0.1)表征的氮化物半導體材料所構成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。

第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度優選比第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度低，更優選為1×10¹⁹/cm³以下。另外，第二n型氮化物半導體層11可以為未摻雜層。

第二n型氮化物半導體層11的厚度并不特別限定，但優選為50nm以上且500nm以下。

第二n型氮化物半導體層11可以是單層，也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構成的層疊構造。在第二n型氮化物半導體層11具有上述的層疊構造的情況下，在構成第二n型氮化物半導體層11的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在第二n型氮化物半導體層11具有上述的層疊構造的情況下，可以在構成第二n型氮化物半導體層11的所有層中厚度均相同，也可以在構成第二n型氮化物半導體層11的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。

在第二n型氮化物半導體層11具有上述的層疊構造的情況下，第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度，通過構成第二n型氮化物半導體層11的層各自包含的n型摻雜劑量的合計除以第二n型氮化物半導體層11的體積來求出。

<第三n型氮化物半導體層>

作為第三n型氮化物半導體層13，例如能夠利用在以通式Al_x3Ga_y3In_z3N(0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤z3≤1，x3+y3+z3≠0)表征的氮化物半導體材料所構成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。優選的是，利用在包含Ga以及Al之中的至少一者的氮化物半導體材料(例如GaN或AlGaN)所構成的層中摻入了n型摻雜劑而成的層。

第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度優選比第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度高，更優選為第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度的2倍以上。例如，第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度優選為2×10¹⁸/cm³以上且2×10¹⁹/cm³以下。

第三n型氮化物半導體層13的厚度優選大于0nm且為100nm以下，更優選為5nm以上且100nm以下。如果第三n型氮化物半導體層13的厚度為5nm以上，則能夠使得驅動電壓下降。如果第三n型氮化物半導體層13的厚度為100nm以下，則在施加反向電壓時耗盡層也會在第三n型氮化物半導體層13中擴展，因此能夠防止靜電耐壓的下降。

第三n型氮化物半導體層13可以是單層，也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構成的層疊構造。在第三n型氮化物半導體層13具有上述的層疊構造的情況下，在構成第三n型氮化物半導體層13的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在第三n型氮化物半導體層13具有上述的層疊構造的情況下，可以在構成第三n型氮化物半導體層13的所有層中厚度均相同，也可以在構成第三n型氮化物半導體層13的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。

在第三n型氮化物半導體層13具有上述的層疊構造的情況下，第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度，通過構成第三n型氮化物半導體層13的層各自包含的n型摻雜劑量的合計除以第三n型氮化物半導體層13的體積來求出。

<n型氮化物半導體層7中的組成(In)>

在發光層15的發光峰值波長為360nm以上且420nm以下的情況下，優選n型氮化物半導體層7不含In。如果n型氮化物半導體層7不含In，則能夠防止在360nm以上且420nm以下的波長范圍內具有發光峰值波長的光被n型氮化物半導體層7吸收。由此，即便是發光層15發出在360nm以上且420nm以下的波長范圍內具有發光峰值波長的光的情況，也能夠將光的取出效率維持得較高，因此能夠將光輸出維持得較高。

“n型氮化物半導體層7不含In”，是指構成第一n型氮化物半導體層9的氮化物半導體材料以通式Al_x1Ga_y1N(0≤x1≤1，0≤y1≤1，x1+y1≠0)來表征，構成第二n型氮化物半導體層11的氮化物半導體材料以通式Al_x2Ga_y2N(0≤x2≤1，0≤y2≤1，x2+y2≠0)來表征，構成第三n型氮化物半導體層13的氮化物半導體材料以通式Al_x3Ga_y3N(0≤x3≤1，0≤y3≤1，x3+y3≠0)來表征的情況。

<n型氮化物半導體層7中的n型摻雜劑濃度>

如上所述，第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度低，第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度高。

如果第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度低，則ESD耐性會提升，此外，泄漏類不良(由于產生泄漏電流而發生的不良)會降低。由此，氮化物半導體發光元件的制造成品率得以提升。

如果第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度高，則電子注入效率變高，因此動作電壓會降低。此外，由于光輸出變高，因此電力效率變高。

第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度可以高于第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度，也可以低于第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度。

<發光層>

發光層15可以包含SQW構造，也可以包含MQW構造。以下，示出發光層15由MQW構造構成的情況。

由MQW構造構成的發光層15具有：量子阱層、勢壘層、最初的勢壘層、和最后的勢壘層。最初的勢壘層被設置于第三n型氮化物半導體層13的上表面13A，最后的勢壘層與p型氮化物半導體層17相接，量子阱層被勢壘層夾著。

另外，在勢壘層與量子阱層之間，可以設置1層以上的與勢壘層以及量子阱層不同的另一半導體層。此外，發光層15的一個周期的長度(1個勢壘層的厚度和1個量子阱層的厚度的合計)優選為5nm以上且100nm以下。

(量子阱層)

作為量子阱層，例如能夠分別獨立地利用以通式Al_c1Ga_d1In_(1-c1-d1)N(0≤c1＜1，0＜d1≤1)表征的氮化物半導體材料所構成的層。優選的是，利用不含Al的通式In_e1Ga_(1-e1)N(0＜e1≤1)表征的氮化物半導體材料所構成的層。能夠通過變更量子阱層的In的組成來變更量子阱層的帶隙能量。例如，在使得發出波長為375nm以下的紫外光的情況下，需要增大發光層的帶隙能量。在此情況下，優選量子阱層含Al。

優選多個量子阱層之中位于n型氮化物半導體層7側的幾個量子阱層包含n型摻雜劑。由此，能夠使得氮化物半導體發光元件的驅動電壓下降。

優選量子阱層的各自的厚度為1nm以上且7nm以下。如果各量子阱層的厚度為1nm以上且7nm以下，則能夠提高在大電流密度下進行動作時的氮化物半導體發光元件的發光效率。

在多個量子阱層中，優選量子阱層的厚度彼此相同。在多個量子阱層中，如果量子阱層的厚度彼此相同，則量子阱層的量子能級變得相同，因此由于量子阱層中的電子和空穴的再結合而產生的光的波長變得相同。由此，氮化物半導體發光元件的發光光譜呈現的峰值的寬度變窄。

另一方面，在多個量子阱層中，量子阱層的厚度以及組成之中的至少一者有意不同的情況下，氮化物半導體發光元件的發光光譜呈現的峰值的寬度變寬。優選配合氮化物半導體發光元件的用途來決定是否使得量子阱層的厚度或組成彼此相同。

發光層15包含的量子阱層的層數并不特別限定，但優選為1層以上且20層以下，更優選為3層以上且15層以下，進一步優選為4層以上且12層以下。

(勢壘層、最初的勢壘層、最后的勢壘層)

作為勢壘層，分別能夠利用帶隙能量比構成量子阱層的氮化物半導體材料大的氮化物半導體材料。作為勢壘層，能夠分別獨立地利用以通式Al_fGa_gIn_(1-f-g)N(0≤f＜1，0＜g≤1)表征的氮化物半導體材料所構成的層。優選的是，利用含Al的通式Al_hGa_(1-h)N(0＜h≤1)表征的氮化物半導體材料所構成的層。更優選的是，利用含Ga以及Al的通式Al_hGa_(1-h)N(0＜h＜1)表征的氮化物半導體材料所構成的層。可以說，對于最初的勢壘層的組成以及最后的勢壘層的組成也是同樣的。

勢壘層以及最初的勢壘層可以是未摻雜層，勢壘層以及最初的勢壘層各自中的n型摻雜劑濃度并不特別限定，優選根據需要來適當設定。作為一例，多個勢壘層之中，在位于n型氮化物半導體層7側的勢壘層中，摻入了n型摻雜劑，在位于p型氮化物半導體層17側的勢壘層中，摻入了濃度比位于n型氮化物半導體層7側的勢壘層低的n型摻雜劑，或者不摻入(未摻雜)n型摻雜劑。

另外，在勢壘層、最初的勢壘層以及最后的勢壘層中，在p型氮化物半導體層17生長時有時p型摻雜劑會發生熱擴散而被摻雜在其中。

勢壘層的各自的厚度并不特別限定，優選為1nm以上且10nm以下，更優選為3nm以上且7nm以下。如果勢壘層的厚度變小，則動作電壓變低。但是，若勢壘層的厚度不足1nm，則在大電流密度下進行動作時有時發光效率會下降。最初的勢壘層的厚度并不特別限定，優選為1nm以上且10nm以下。最后的勢壘層的厚度并不特別限定，優選為1nm以上且40nm以下。

<V凹坑構造>

“V凹坑構造27”是指：起因于貫通位錯而產生的、具有從第二n型氮化物半導體層11的內部朝向發光層15的上表面(位于p型氮化物半導體層17側的發光層15的面)15A而直徑擴大的形狀的結晶缺陷。如上所述，在第二n型氮化物半導體層11、第三n型氮化物半導體層13和發光層15中局部形成有該V凹坑構造27。

“在第二n型氮化物半導體層11、第三n型氮化物半導體層13和發光層15中局部形成有V凹坑構造27”是指：在發光層15的上表面15A散布了具有從第二n型氮化物半導體層11的內部朝向發光層15的上表面15A而直徑擴大的形狀的V凹坑構造27，優選在發光層15的上表面15A以面密度為1×10⁸/cm²以下來形成，更優選在發光層15的上表面15A以面密度為5×10⁷/cm²以下來形成。例如，如果通過原子間力顯微鏡(AFM：Atomic Force Microscope)來觀察發光層15的上表面15A，則能夠求出發光層15的上表面15A處的V凹坑構造27的面密度。

V凹坑構造27的開始點27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層11內。“V凹坑構造27的開始點27C”是在使得構成V凹坑構造27的側面向第一n型氮化物半導體層9側延長時呈現的交點，在圖1所示的情況下是指V凹坑構造27之中位于最靠第一n型氮化物半導體層9側的部位。“V凹坑構造27的開始點27C的平均位置”是指：在氮化物半導體發光元件的厚度方向上對V凹坑構造27的開始點27C進行平均化而獲得的位置。

如果V凹坑構造27的開始點27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層11內，則能夠使得發光層15的下表面(與第三n型氮化物半導體層13相接的發光層15的面)15B處的V凹坑構造27的直徑r(以下僅記為“V凹坑構造27的直徑r”)處于40nm以上且80nm以下。

如果V凹坑構造27的直徑r為40nm以上，則能夠確保V凹坑構造27的大小，因此能夠防止在存在于V凹坑構造27內的貫通位錯處電子或空穴被捕獲，由此，能夠防止在貫通位錯產生不發光再結合。由此，無論在室溫下進行動作時還是在高溫下進行動作時，均能夠提高發光效率，因此能夠提高光輸出。尤其在高溫下進行動作時變得顯著。

詳細而言，若變成高溫，則電子或空穴的移動變得活躍，因此電子或空穴到達貫通位錯的概率變高。因而，易于在貫通位錯產生不發光再結合。但是，如果V凹坑構造27的直徑r為40nm以上，則在存在于V凹坑構造27內的貫通位錯處電子或空穴不易被捕獲。由此，能夠防止在貫通位錯產生不發光再結合。

如果V凹坑構造27的直徑r為80nm以下，則能夠維持V凹坑構造27的周圍處的第二n型氮化物半導體層11的上表面(位于第三n型氮化物半導體層13側的第二n型氮化物半導體層11的面)11A的平坦性，此外，能夠維持V凹坑構造27的周圍處的第三n型氮化物半導體層13的上表面(位于發光層15側的第三n型氮化物半導體層13的面)13A的平坦性。由此，能夠防止在發光層15中產生結晶缺陷。如此一來，如果V凹坑構造27的直徑r為80nm以下，則能夠防止起因于形成有V凹坑構造27而使得發光效率下降。即，能夠不依賴于氮化物半導體發光元件的動作溫度地提高發光效率。由此，無論在室溫下進行動作時還是在高溫下進行動作時均能夠提高光輸出。

如以上，如果V凹坑構造27的開始點27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層11內，則能夠使得V凹坑構造27的直徑r處于40nm以上且80nm以下，由此，在室溫下進行動作時和高溫下進行動作時均能夠提高氮化物半導體發光元件的光輸出。更優選的是，V凹坑構造27的直徑r為45nm以上且75nm以下。在此，根據氮化物半導體發光元件的剖面TEM(Transmission Electron Microscope：透射型電子顯微鏡)圖像，能夠確認V凹坑構造27的開始點27C的平均位置，此外，能夠求出V凹坑構造27的直徑r。在存在兩個以上的V凹坑構造27的情況下，V凹坑構造27的直徑r成為求出的直徑的平均值。

另外，在V凹坑構造27的開始點27C的平均位置存在于第三n型氮化物半導體層13內的情況下，V凹坑構造27的直徑r易于小于40nm。此外，在V凹坑構造27的開始點27C的平均位置存在于第一n型氮化物半導體層11內的情況下，V凹坑構造27的直徑r易于超過80nm。

如果將第二n型氮化物半導體層11的生長條件以及第三n型氮化物半導體層13的生長條件之中的至少一者設為適宜的條件，則V凹坑構造27的開始點27C的平均位置會存在于第二n型氮化物半導體層11內。由此，能夠使得V凹坑構造27的直徑r處于40nm以上且80nm以下。

在第二n型氮化物半導體層11生長時，認為若基板1的溫度低或生長速度快則易于形成V凹坑構造27的開始點27C，并且認為若基板1的溫度高或生長速度慢則難以形成V凹坑構造27的開始點27C。認為若第二n型氮化物半導體層11的厚度大則V凹坑構造27的直徑r變大，并且認為若第二n型氮化物半導體層11的厚度小則V凹坑構造27的直徑r變小。

具體而言，在第二n型氮化物半導體層11生長時，將基板1的溫度優選設定為600℃以上且1000℃以下，更優選設定為650℃以上且950℃以下。此外，在第二n型氮化物半導體層11生長時，將第二n型氮化物半導體層11的生長速度優選設定為50nm/h以上且1000nm/h以下，更優選設定為50nm/h以上且500nm/h以下。此外，將第二n型氮化物半導體層11的厚度優選設為5nm以上且1000nm以下，更優選設為10nm以上且500nm以下。例如，優選的是，將基板1的溫度設為840℃以上且870℃以下，并且，將第二n型氮化物半導體層11的生長速度設為130nm/h以上且200nm/h以下。此外，優選的是，將基板1的溫度設為800℃以上且840℃以下，并且，將第二n型氮化物半導體層11的生長速度設為50nm/h以上且130nm/h以下。此外，在將基板1的溫度設定為850℃并以150nm/h的生長速度使第二n型氮化物半導體層11生長的情況下，優選使第二n型氮化物半導體層11生長直至厚度成為50nm以上且300nm以下為止。

在第三n型氮化物半導體層13生長時，認為若基板1的溫度低或生長速度快則易于進行V凹坑構造27的形成，并且認為若基板1的溫度高或生長速度慢則難以進行V凹坑構造27的形成。認為若第三n型氮化物半導體層13的厚度大則V凹坑構造27的直徑r變大，并且認為若第三n型氮化物半導體層13的厚度小則V凹坑構造27的直徑r變小。

具體而言，在第三n型氮化物半導體層13生長時，將基板1的溫度優選設定為600℃以上且1000℃以下，更優選設定為650℃以上且950℃以下。此外，在第三n型氮化物半導體層13生長時，將第三n型氮化物半導體層13的生長速度優選設定為50nm/h以上且1000nm/h以下，更優選設定為50nm/h以上且500nm/h以下。此外，將第三n型氮化物半導體層13的厚度優選設定為1nm以上且50nm以下，更優選設定為1nm以上且30nm以下。例如，優選的是，將基板1的溫度設為840℃以上且870℃以下，并且，將第三n型氮化物半導體層13的生長速度設為130nm/h以上且200nm/h以下。此外，優選的是，將基板1的溫度設為800℃以上且840℃以下，并且，將第三n型氮化物半導體層13的生長速度設為50nm/h以上且130nm/h以下。此外，在將基板1的溫度設定為850℃并以150nm/h的生長速度使第三n型氮化物半導體層13生長的情況下，優選使第三n型氮化物半導體層13生長直至厚度成為5nm以上且25nm以下為止。

優選的是，V凹坑構造27的開始點27C的平均位置與第二n型氮化物半導體層11的下表面(與第一n型氮化物半導體層9相接的第二n型氮化物半導體層11的面)11B相距30nm以上。換言之，優選的是，圖1所示的距離d為30nm以上。由此，V凹坑構造27的直徑r易于成為40nm以上且80nm以下。由此，在室溫下進行動作時和高溫下進行動作時均能夠容易地提高氮化物半導體發光元件的光輸出。更優選的是，圖1所示的距離d為30nm以上且1000nm以下。另外，能夠根據氮化物半導體發光元件的剖面TEM圖像來求出圖1所示的距離d。

如果將第二n型氮化物半導體層11的生長條件之中的至少一者設為適宜的條件，則圖1所示的距離d成為30nm以上。例如，在第二n型氮化物半導體層11生長時，將基板1的溫度優選設定為600℃以上且1000℃以下，更優選設定為650℃以上且950℃以下。此外，在第二n型氮化物半導體層11生長時，將第二n型氮化物半導體層11的生長速度優選設定為50nm/h以上且1000nm/h以下，更優選設定為50nm/h以上且500nm/h以下。

<p型氮化物半導體層>

作為p型氮化物半導體層17，例如能夠利用在以通式Al_x4Ga_y4In_z4N(0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤z4≤1，x4+y4+z4≠0)表征的氮化物半導體材料所構成的層中摻入了p型摻雜劑而成的層。優選的是，利用在以通式Al_x4Ga_(1-x4)N(0＜x4≤0.4，優選為0.1≤x4≤0.3)表征的氮化物半導體材料所構成的層中摻入了p型摻雜劑而成的層。

p型氮化物半導體層17的p型摻雜劑濃度優選為1×10¹⁸/cm³以上，更優選為2×10¹⁸/cm³以上且2×10²¹/cm³以下。另外，作為p型摻雜劑，優選利用鎂。

p型氮化物半導體層17的厚度并不特別限定，優選為50nm以上且300nm以下。如果p型氮化物半導體層17的厚度為300nm以下，則能夠縮短p型氮化物半導體層17在生長時的加熱時間。由此，能夠防止p型摻雜劑從p型氮化物半導體層17向發光層15擴散。

p型氮化物半導體層17可以是單層，也可以具有層疊組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同的2層以上的層而構成的層疊構造。在p型氮化物半導體層17具有上述的層疊構造的情況下，在構成p型氮化物半導體層17的層的至少1層中組成以及摻雜劑濃度之中的至少一者不同于其他層即可。在p型氮化物半導體層17具有上述的層疊構造的情況下，可以在構成p型氮化物半導體層17的所有層中厚度均相同，也可以在構成p型氮化物半導體層17的層中的至少1層之中厚度不同于其他層。

此外，p型氮化物半導體層17由于與第三n型氮化物半導體層13一起夾著發光層15，因此作為p型包層來發揮功能。

<n側電極、p側電極、透明電極層、透明絕緣層>

透明電極層19、p側電極21以及n側電極23是用于向氮化物半導體發光元件供給電力的電極。p側電極21以及n側電極23分別可以由焊盤電極構成，也可以構成為以擴散電流為目的的分支電極與焊盤電極連接。

透明電極層19例如優選由ITO(Indium Tin Oxide：氧化銦錫)或IZO(Indium Zinc Oxide：氧化銦鋅)等構成，優選具有20nm以上且200nm以下的厚度。

p側電極21以及n側電極23例如優選構成為依次層疊有鎳層、鋁層、鈦層以及金層。但是，在p側電極21和n側電極23中，構成既可以相同也可以不同。p側電極21以及n側電極23的各自的厚度并不特別限定，但如果假定對p側電極21以及n側電極23分別進行引線接合，則優選為1μm以上。

在p側電極21之下，優選在透明電極層19之下，優選設置有用于防止電流注入p側電極21的正下方的絕緣層。由此，被p側電極21遮擋的光量減少，因此能夠提高光取出效率。

作為透明絕緣層25，例如能夠利用SiO₂膜。但是，透明絕緣層25的材料并不限定于SiO₂。

<載流子濃度與摻雜劑濃度之間的關系>

載流子濃度是指電子或空穴的濃度，不只是由n型摻雜劑的量或p型摻雜劑的量來決定的。這種載流子濃度是基于氮化物半導體發光元件的電壓-電容特性的結果來計算的，指的是未注入電流的狀態下的載流子濃度，是進行了離子化的雜質、進行了施主化的結晶缺陷以及進行了受主化的結晶缺陷所產生的載流子的合計。

由于n型摻雜劑(例如Si)的活性化率高，因此能夠認為n型載流子濃度與n型摻雜劑濃度大致相同。此外，n型摻雜劑濃度能夠通過SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy；二次離子質量分析)測定深度方向的濃度分布來容易地求出。進而，摻雜劑濃度的相對關系(比率)與載流子濃度的相對關系(比率)大致相同。鑒于這些內容，在本發明中，實際利用的是容易測定的摻雜劑濃度。

[氮化物半導體發光元件的制造]

以下示出本實施方式的氮化物半導體發光元件的制造方法的一例。首先，通過濺射法或MOCVD法，在基板1的上表面1A形成緩沖層3。

然后，通過MOCVD法、MBE法或VPE法，在緩沖層3之上依次形成基底層5、n型氮化物半導體層7、發光層15以及p型氮化物半導體層17。

形成基底層5時的基板1的溫度優選為800℃以上且1250℃以下。由此，能夠形成結晶缺陷少且結晶質量優異的基底層5。更優選的是，形成基底層5時的基板1的溫度為900℃以上且1150℃以下。

可以在形成第一n型氮化物半導體層9時，使第一n型氮化物半導體層9的一部分生長之后，將形成有第一n型氮化物半導體層9的一部分的基板1從生長爐之中暫時取出，然后在其他爐中使第一n型氮化物半導體層9的剩余部分生長。

關于第二n型氮化物半導體層11的生長條件以及第三n型氮化物半導體層13的生長條件，如上所述。

另外，在通過MOCVD法形成基底層5、n型氮化物半導體層7、發光層15以及p型氮化物半導體層17的情況下，作為Ga原料氣體，能夠利用TMG(三甲基鎵)或TEG(三乙基鎵)。作為A1原料氣體，能夠利用TMA(三甲基鋁)或TEA(三乙基鋁)。作為In原料氣體，能夠利用TMI(三甲基銦)或TEI(三乙基銦)。作為N原料氣體，能夠利用DMHy(二甲基肼)等有機氮化合物或NH₃。在作為n型摻雜劑而利用Si的情況下，作為n型摻雜劑原料氣體，能夠利用SiH₄、Si₂H₆或有機Si。在作為p型摻雜劑而利用Mg的情況下，作為p型摻雜劑原料氣體，能夠利用Cp₂Mg。

接下來，對p型氮化物半導體層17、發光層15、第三n型氮化物半導體層13、第二n型氮化物半導體層11以及第一n型氮化物半導體層9的一部分進行蝕刻，使得第一n型氮化物半導體層9的一部分露出。在通過該蝕刻而露出的第一n型氮化物半導體層9的上表面，形成n側電極23。此外，在p型氮化物半導體層17的上表面，依次形成透明電極層19和p側電極21。之后，由透明絕緣層25對透明電極層19的上表面和通過上述的蝕刻而露出的各層的側面進行覆蓋，使得p側電極21以及n側電極23的各上表面露出。由此，可獲得本實施方式的氮化物半導體發光元件。

[實施方式的總括]

圖1所示的氮化物半導體發光元件具備：基板1；和在基板1之上依次設置的n型氮化物半導體層7、包含單量子阱構造或多量子阱構造的發光層15、以及p型氮化物半導體層17。n型氮化物半導體層7具有在從基板1側朝向發光層15側的方向上依次設置的第一n型氮化物半導體層9、第二n型氮化物半導體層11以及第三n型氮化物半導體層13。第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度比第一n型氮化物半導體層9的n型摻雜劑濃度低。第三n型氮化物半導體層13的n型摻雜劑濃度比第二n型氮化物半導體層11的n型摻雜劑濃度高。在第二n型氮化物半導體層11、第三n型氮化物半導體層13和發光層15中，局部形成有V凹坑構造27。V凹坑構造27的開始點27C的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層11內。由此，在室溫下進行動作時和高溫下進行動作時均能夠提高氮化物半導體發光元件的光輸出。

優選的是，發光層15的下表面15B處的V凹坑構造27的直徑r為40nm以上且80nm以下。由此，在室溫下進行動作時和高溫下進行動作時均能夠容易地提高氮化物半導體發光元件的光輸出。

優選的是，V凹坑構造27的開始點27C的平均位置與第二n型氮化物半導體層11的下表面11B相距30nm以上。由此，在室溫下進行動作時和高溫下進行動作時均能夠容易地提高氮化物半導體發光元件的光輸出。

優選的是，第三n型氮化物半導體層13由GaN或AlGaN構成。由此，即便是發光層15發出在360nm以上且420nm以下的波長范圍內具有發光峰值波長的光的情況，也能夠將光的取出效率維持得較高。

實施例

以下，列舉實施例來更詳細地說明本發明，但本發明并不限定于這些內容。

[實施例1、2以及比較例1～5]

<實施例1>

準備在上表面形成有由凸部以及凹部構成的凹凸的藍寶石基板(直徑為100mm的基板)。凸部在藍寶石基板的上表面設置于成為大致等邊三角形的頂點的位置，相鄰的凸部的頂點的間隔為2μm，凸部的高度為0.6μm程度。此外，藍寶石基板的上表面處的凸部的形狀為大致圓形(直徑為1.2μm)。

然后，對藍寶石基板的上表面進行了RCA清洗。將RCA清洗后的藍寶石基板配置于腔室內之后，將N₂、O₂和Ar導入腔室內，將藍寶石基板加熱至650℃。通過濺射Al靶材的反應性濺射法，在藍寶石基板的上表面形成了由AlON結晶構成的緩沖層(厚度為35nm)。上述的AlON結晶在藍寶石基板的上表面的法線方向上伸長，由晶粒一致的柱狀結晶的集合體構成。

接下來，將形成有緩沖層的藍寶石基板放入第一MOCVD裝置內。通過MOCVD法，在緩沖層的上表面使由未摻雜的GaN構成的基底層(厚度為3.8μm)生長，接著使由摻入Si的n型GaN構成的第一n型氮化物半導體層(厚度為3μm，n型摻雜劑濃度為1×10¹⁹/cm³)生長。

接下來，從第一MOCVD裝置取出藍寶石基板并放入第二MOCVD裝置內。將藍寶石基板的溫度設定為850℃，使n型GaN層(厚度為74nm，n型摻雜劑濃度為7×10¹⁷/cm³)生長，接著使未摻雜的GaN層(厚度為64nm)生長。由此，形成了由n型GaN層和未摻雜的GaN層構成的第二n型氮化物半導體層(n型摻雜劑濃度為5.4×10¹⁷/cm³)。n型GaN層以及未摻雜的GaN層的生長速度分別為145nm/h。

接下來，以將藍寶石基板的溫度保持在850℃的狀態使由摻入Si的n型GaN構成的第三n型氮化物半導體層(厚度為20nm，n型摻雜劑濃度為1.1×10¹⁹/cm³)生長。第三n型氮化物半導體層的生長速度為145nm/h。

接下來，將藍寶石基板的溫度降低至670℃使發光層生長。具體而言，使由未摻雜的GaN構成的勢壘層(厚度為4nm)和由未摻雜的In_0.2Ga_0.8N構成的量子阱層(厚度為3.4nm)各一層地交替生長。在第三n型氮化物半導體層的上表面形成了最初的勢壘層(厚度為4nm)。在發光層的最上部形成了最后的勢壘層(厚度為8nm)。

接下來，將藍寶石基板的溫度提升至1200℃。在最后的勢壘層的上表面，使由p型Al_0.2Ga_0.8N層以及p型GaN層構成的p型氮化物半導體層生長。為使p型氮化物半導體層的p型摻雜劑濃度最終變為作為目標的p型摻雜劑濃度，使p型摻雜劑原料氣體的流量適當變化。

另外，在使氮化物半導體層進行MOCVD生長時，作為Ga原料氣體而利用了TMG(三甲基鎵)，作為Al原料氣體而利用了TMA(三甲基鋁)，作為In原料氣體而利用了TMI(三甲基銦)，作為N原料氣體而利用了NH₃。此外，作為n型摻雜劑原料氣體而利用了SiH₄，作為p型摻雜劑原料氣體而利用了Cp₂Mg。

接下來，對p型氮化物半導體層、發光層、第三n型氮化物半導體層、第二n型氮化物半導體層以及第一n型氮化物半導體層的一部分進行了蝕刻，使得第一n型氮化物半導體層的一部分露出。在通過該蝕刻而露出的第一n型氮化物半導體層的上表面，形成了由Au構成的n側電極。在p型氮化物半導體層的上表面，依次形成了由ITO構成的透明電極層和由Au構成的p側電極。之后，按照使p側電極以及n側電極的各上表面露出的方式，由SiO₂所構成的透明絕緣層對透明電極層的上表面和通過上述的蝕刻而露出的各層的側面進行覆蓋。

接下來，將藍寶石基板分割為620×680μm尺寸，將得到的芯片安裝于表面安裝型封裝件。通過引線接合法而將p側電極以及n側電極連接至表面安裝型封裝件的電極，并用樹脂對芯片進行了密封。如此一來，獲得了實施例1的氮化物半導體發光元件。

使得到的氮化物半導體發光元件以120mA的電流動作，測定出室溫(25℃)以及高溫(80℃)下的光輸出。本實施例的氮化物半導體發光元件的光輸出，在25℃下為161mW，在80℃下為159mW。本實施例的氮化物半導體發光元件的發光峰值波長約為450nm。

另外，按照上述的方法形成了第三n型氮化物半導體層之后，在不使發光層生長的情況下確認了V凹坑構造的大小以及位置。具體而言，在第三n型氮化物半導體層生長結束后立即降低藍寶石基板的溫度，并從第二MOCVD裝置取出了該藍寶石基板。通過AFM觀察第三n型氮化物半導體層的上表面時，確認出在第三n型氮化物半導體層的上表面以面密度4×10⁷/cm²形成了V凹坑構造。通過AFM確認出V凹坑構造的直徑r為49nm。通過剖面TEM確認出V凹坑構造的開始點的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層內。

<實施例2>

在第二n型氮化物半導體層以及第三n型氮化物半導體層生長時，將藍寶石基板的溫度設為830℃，將生長速度設為100nm/h。除了這兩點之外，按照上述實施例1所記載的方法，制作出實施例2的氮化物半導體發光元件。

使得到的氮化物半導體發光元件以120mA的電流動作，測定出室溫(25℃)以及高溫(80℃)下的光輸出。本實施例的氮化物半導體發光元件的光輸出，在25℃下為163mW，在80℃下為160mW。本實施例的氮化物半導體發光元件的發光峰值波長約為450nm。

另外，按照上述實施例1所記載的方法，確認出V凹坑構造的大小以及位置。確認出在第三n型氮化物半導體層的上表面以面密度5×10⁷/cm²形成了V凹坑構造。確認出V凹坑構造的直徑r為74nm。確認出V凹坑構造的開始點的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層內。

<比較例1～5>

在第二n型氮化物半導體層以及第三n型氮化物半導體層生長時，將藍寶石基板的溫度設為表1所示的溫度，將生長速度設為表1所示的速度。除了這兩點之外，按照與上述實施例1同樣的方法，制作出比較例1～5的氮化物半導體發光元件。

按照上述實施例1所記載的方法，測定25℃以及80℃下的氮化物半導體發光元件的光輸出，求出第三n型氮化物半導體層的上表面處的V凹坑構造的面密度，并求出V凹坑構造的直徑r。此外，確認出V凹坑構造的開始點的平均位置。

<結果和考察>

在表1以及圖2中示出結果。另外，在表1以及后述的表2中，“距離d(nm)^*11”是指圖1所示的距離d，即，是指V凹坑構造的開始點的平均位置與第二n型氮化物半導體層的下表面之間的距離。在圖2、表1以及后述的表2中，V凹坑構造的直徑r為0nm是指未形成V凹坑構造。

[表1]

在比較例1～3中，V凹坑構造的直徑r大于80nm。此外，25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均低于實施例1以及2。

在比較例4以及比較例5中，V凹坑構造的直徑r為0nm，未形成V凹坑構造。此外，25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均低于實施例1以及2。尤其是，80℃下的光輸出比實施例1以及2明顯下降。

另一方面，在實施例1以及2中，V凹坑構造的直徑r為40nm以上且80nm以下。此外，25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均成為160mW程度。

根據以上的結果，如果V凹坑構造的直徑r為40nm以上且80nm以下，則25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均能夠提高(圖2)。并且，可知在第二n型氮化物半導體層以及第三n型氮化物半導體層生長時，如果使藍寶石基板的溫度和生長速度最適化，則V凹坑構造的開始點的平均位置存在于第二n型氮化物半導體層內，由此能夠使得V凹坑構造的直徑r變為40nm以上且80nm以下。

[實施例3以及比較例6～10]

<實施例3>

按照上述實施例1所記載的方法還形成了第三n型氮化物半導體層。然后，將藍寶石基板的溫度降低至710℃使發光層生長。具體而言，使由未摻雜的Al_0.05Ga_0.95N構成的勢壘層(厚度為4nm)和由未摻雜的In_0.08Ga_0.82N構成的量子阱層(厚度為3.4nm)各一層地交替生長。在第三n型氮化物半導體層的上表面形成了最初的勢壘層(厚度為4nm)。在發光層的最上部形成了最后的勢壘層(厚度為4nm)。

接下來，將藍寶石基板的溫度提升至1200℃，按照上述實施例1所記載的方法使p型氮化物半導體層生長。從第二MOCVD裝置取出形成有p型氮化物半導體層的藍寶石基板之后，按照上述實施例1所記載的方法將藍寶石基板分割為440×530μm尺寸。按照上述實施例1所記載的方法用樹脂對得到的芯片進行密封從而得到實施例3的氮化物半導體發光元件。

在按照上述實施例1所記載的方法來測定25℃以及80℃下的氮化物半導體發光元件的光輸出時，在25℃下為69mW，在80℃下為65mW。此外，本實施例的氮化物半導體發光元件的發光峰值波長約為405nm。

按照上述實施例1所記載的方法來求出第三n型氮化物半導體層的上表面處的V凹坑構造的面密度，并求出V凹坑構造的直徑r，確認出V凹坑構造的開始點的平均位置。其結果，獲得與上述實施例1以及2同樣的結果。

<比較例6～10>

在第二n型氮化物半導體層以及第三n型氮化物半導體層生長時，將藍寶石基板的溫度設為表2所示的溫度，將生長速度設為表2所示的速度。除了這兩點之外，按照與上述實施例3同樣的方法，制作出比較例6～10的氮化物半導體發光元件。得到的氮化物半導體發光元件的發光峰值波長約為405nm。

按照上述實施例1所記載的方法，測定25℃以及80℃下的氮化物半導體發光元件的光輸出，求出第三n型氮化物半導體層的上表面處的V凹坑構造的面密度，并求出V凹坑構造的直徑r，確認出V凹坑構造的開始點的平均位置。其結果，獲得與比較例1～5同樣的結果。

<結果和考察>

在表2中示出結果。

[表2]

如表2所示，即便氮化物半導體發光元件的發光峰值波長約為405nm，如果V凹坑構造的直徑r為40nm以上且80nm以下，則25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均能夠提高。如以上可知，如果不依賴于氮化物半導體發光元件的發光峰值波長的值而V凹坑構造的直徑r為40nm以上且80nm以下，則25℃下的光輸出以及80℃下的光輸出均能夠提高。

應認為本次公開的實施方式以及實施例在所有方面均為例示，并非限制性。本發明的范圍并非由上述的說明來表示而由要求保護的范圍來表示，旨在包含與要求保護的范圍等同的意思以及范圍內的所有變更。

符號說明

1基板；1A，11A，13A，15A上表面；3緩沖層；5基底層；7n型氮化物半導體層；9第一n型氮化物半導體層；11第二n型氮化物半導體層；11B，15B下表面；13第三n型氮化物半導體層；15發光層；17p型氮化物半導體層；19透明電極層；21p側電極；23n側電極；25透明絕緣層；27V凹坑構造；27C開始點。