氮化物半导体发光元件的制作方法

本发明涉及氮化物半导体发光元件。

背景技术：

含氮的III-V族化合物半导体材料(以下称作“氮化物半导体材料”)具备与具有红外区域至紫外区域的波长的光的能量相当的带隙能量。因而，氮化物半导体材料在发出具有红外区域至紫外区域的波长的光的发光元件的材料、或接收具有该区域的波长的光的受光元件的材料等中是有用的。

此外，在氮化物半导体材料中，构成氮化物半导体的原子间的键合力强，绝缘击穿电压高，饱和电子速度大。鉴于这些性质，氮化物半导体材料作为耐高温且高输出的高频晶体管等电子器件的材料也是有用的。而且，由于氮化物半导体材料几乎不会损害环境，因此作为易于处理的材料也备受关注。

在利用了这种氮化物半导体材料的氮化物半导体发光元件中，一般作为发光层而采用量子阱构造。若向作为发光层而采用了量子阱构造的氮化物半导体发光元件施加电压，则在构成发光层的量子阱层中电子和空穴再结合，由此产生光。具有量子阱构造的发光层既可以由单量子阱(Single Quantum Well；SQW)构造构成，也可以由量子阱层和势垒层交替层叠的多量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)构造构成。

一般，作为量子阱层而采用InGaN层，作为势垒层而采用GaN层。由此，例如能够制作发光峰值波长约为450nm的蓝色LED(Light Emitting Device：发光装置)。此外，能够组合该蓝色LED和黄色荧光体来制作白色LED。

作为氮化物半导体发光元件中所含的n型氮化物半导体层，一般采用GaN层或InGaN层。作为n型氮化物半导体层的功能，认为除了具有与n侧电极接触的接触层这一功能之外，还具有作为缓和电流注入层或发光层的应变的层的功能、或作为制作V字型的凹坑构造的层的功能。但是，关于n型氮化物半导体层的这些功能给氮化物半导体发光元件的特性带来的作用却完全没有阐明。

例如，在专利文献1(日本特开平11-330554号公报)中记载了如下的氮化物半导体元件，即，在活性层之下具备具有含In的氮化物半导体层的n侧多层膜层。在专利文献1中，记载了上述的n侧多层膜层进行某些作用使得发光元件的输出提升，还记载了作为其理由推测为使得活性层的结晶性提升的缘故但详情却不明。

此外，在专利文献2(日本特开平8-23124号公报)中记载了：如果载流子浓度大的第二n型层与第一n型层相接地形成于活性层侧，则能够从活性层获得均匀的面发光，从而能够实现光输出提升了的元件。

其中，已知在氮化物半导体发光元件中形成有被称作V凹坑(V pit，V-shaped pit、剖面为V字状的凹部)、V缺陷(V defect)、或倒六角锥缺陷(inverted hexagonal pyramid defect)等的形状的凹坑构造。

在专利文献3(日本特开2013-187484号公报)中记载了如下的氮化物半导体发光元件，即，依次层叠n型氮化物半导体层、V凹坑产生层、中间层、多量子阱发光层和p型氮化物半导体层。在专利文献3中记载了如下内容，即，如果多层构造体(在多层构造体中层叠有带隙能量不同的多个氮化物半导体层)被设置在V凹坑产生层与中间层之间，则能够防止以高温以及大电流进行动作时的发光效率的下降，能够降低ESD(Electrostatic Discharge：静电放电)所引起的不良率。

此外，在非专利文献1中报告了由MQW构造构成的发光层中的V凹坑的作用。在非专利文献1中，若在由MQW构造构成的发光层存在V凹坑，则V凹坑的斜面中的量子阱层的宽度变窄，因此可妨碍注入量子阱层的电子以及空穴到达贯通位错，其结果，可抑制发光层中的不发光再结合。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-330554号公报

专利文献2：日本特开平8-23124号公报

专利文献3：日本特开2013-187484号公报

非专利文献

非专利文献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)

技术实现要素：

发明要解决的课题

如果利用含In的n型氮化物半导体层来制造氮化物半导体发光元件，则虽然理由不明确但能够提高光输出。然而，In的原料昂贵，此外，氮化物半导体层的层叠构造变得复杂。因而，氮化物半导体发光元件的生产率有时会下降，此外，氮化物半导体发光元件的成本有时会上升。

另一方面，如果利用不含In的n型氮化物半导体层，则能够比较简便地制造氮化物半导体发光元件。但是，光输出下降。尤其是，在以高温或大电流进行动作时，发光效率下降，因此光输出的下降较为显著。因而，例如，在将氮化物半导体发光元件用于照明用途等的情况下，存在较之于刚点亮之后的光输出而在点亮后经过了时间之后的光输出将大幅下降等的问题。

此外，例如，若利用含In的n型氮化物半导体层来制造发光峰值波长存在于360nm～420nm等短波长的波长区域内的发光元件，则该n型氮化物半导体层会作为吸收来自发光层的光的光吸收层来发挥功能。因而，即便在室温下进行动作时，也有时会招致光输出的下降。

本发明的目的在于，在室温下进行动作时和高温下进行动作时(在本说明书中也包括由于大电流或大电流密度下的动作而使得氮化物半导体发光元件的动作温度成为高温的情况)均提高氮化物半导体发光元件的光输出。

用于解决课题的手段

本发明的氮化物半导体发光元件具备：基板；和在基板之上依次设置的n型氮化物半导体层、包含单量子阱构造或多量子阱构造的发光层、以及p型氮化物半导体层。n型氮化物半导体层具有在从基板侧朝向发光层侧的方向上依次设置的第一n型氮化物半导体层、第二n型氮化物半导体层、以及第三n型氮化物半导体层。第二n型氮化物半导体层的n型掺杂剂浓度比第一n型氮化物半导体层的n型掺杂剂浓度低。第三n型氮化物半导体层的n型掺杂剂浓度比第二n型氮化物半导体层的n型掺杂剂浓度高。在第二n型氮化物半导体层、第三n型氮化物半导体层和发光层中，局部形成有V凹坑构造。V凹坑构造的开始点的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层内。

优选的是，发光层的下表面处的V凹坑构造的直径为40nm以上且80nm以下。

优选的是，V凹坑构造的开始点的平均位置与第二n型氮化物半导体层的下表面相距30nm以上。

优选的是，第三n型氮化物半导体层由GaN或AlGaN构成。

发明效果

在本发明中，在室温下进行动作时和高温下进行动作时均能够提高氮化物半导体发光元件的光输出。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件的剖视图。

图2是表示实施例的结果的图表。

具体实施方式

以下，利用附图来说明本发明。另外，在本发明的附图中，相同的参照符号表征相同的部分或相应的部分。此外，关于长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系，为使附图清晰化和简单化可适当变更，并非表征实际的尺寸关系。以下，在定义本说明书中的术语之后，对本发明进行说明。

(本说明书中的术语的定义)

“势垒层”是指发光层中被量子阱层夹着的层。未被量子阱层夹着的势垒层记载为“最初的势垒层”或“最后的势垒层”，使得记载与被量子阱层夹着的层相异。

利用到“掺杂剂浓度”、和作为伴随着n型掺杂剂或p型掺杂剂的掺杂而产生的电子或空穴的浓度的“载流子浓度”。关于“掺杂剂浓度”和“载流子浓度”之间的关系将后述。

“载气”是指III族原料气体、V族原料气体以及掺杂剂原料气体以外的气体。构成载气的原子不被取入到氮化物半导体层等中。

“未掺杂”是指不有意地掺入掺杂剂(n型掺杂剂或p型掺杂剂)。因而，“未掺杂层”由于来自与该未掺杂层邻接的层的掺杂剂的扩散而有时会包含掺杂剂。

“n型氮化物半导体层”也可包含实际应用上不会妨碍到电子流动这种程度的厚度的低载流子浓度的p型层或未掺杂层。“实际应用上不会妨碍到…程度”指氮化物半导体发光元件的动作电压为实际应用上的水平。

“p型氮化物半导体层”也可包含实际应用上不会妨碍到空穴流动这种程度的厚度的低载流子浓度的n型层或未掺杂层。“实际应用上不会妨碍到”指氮化物半导体发光元件的动作电压为实际应用上的水平。

“AlGaN”这一记载是指作为原子而含Al、Ga以及N，对于其组成而并不特别限定。关于“InGaN”、“AlGaInN”以及“AlON”这样的各记载也是相同的。

“氮化物半导体”是指在理想情况下氮(N)和其他元素(例如Al、Ga或In)的原子数比为1∶1。但是，在“氮化物半导体”中也包含含有掺杂剂的氮化物半导体，此外，也包含上述的原子数比不同于1∶1的情况。此外，即便是记载为“Al_xGa_1-xN”的情况，也并非是仅包含氮(N)和其他元素(Al、Ga)的原子数比为1∶1的情况，也包含其原子数比不同于1∶1的情况。

氮化物半导体的带隙能量Eg(单位为eV)与In或Al的混晶比x，假定满足Joachim Piprek et.al，“Semiconductor Optoelectric Devices”，Academic Press，2003，p.191所记载的以下的式(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)。

[氮化物半导体发光元件的构成]

图1是本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件的剖视图。氮化物半导体发光元件具备：基板1；和在基板1之上依次设置的缓冲层3、基底层5、n型氮化物半导体层7、发光层15以及p型氮化物半导体层17。n型氮化物半导体层7具有在从基板1侧朝向发光层15的方向上依次设置的第一n型氮化物半导体层9、第二n型氮化物半导体层11以及第三n型氮化物半导体层13。在第二n型氮化物半导体层11、第三n型氮化物半导体层13和发光层15中，局部形成有V凹坑构造27。

在p型氮化物半导体层17之上设置有透明电极层19，在透明电极层19之上设置有p侧电极21。此外，在第一n型氮化物半导体层9的露出面设置有n侧电极23。氮化物半导体发光元件的表面虽然被透明绝缘层25覆盖，但p侧电极21的上表面的一部分以及n侧电极23的上表面的一部分从透明绝缘层25露出。

<基板>

作为基板1，例如能够利用由蓝宝石、GaN、SiC、Si或ZnO等构成的基板。基板1的厚度并不特别限定。在n型氮化物半导体层7等氮化物半导体层生长时的基板1的厚度优选为900μm以上且1300μm以下，在氮化物半导体发光元件使用时的基板1的厚度优选为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状。凸部以及凹部的各形状并不特别限定，上表面1A上的凸部以及凹部的各配置并不特别限定。例如，凸部优选在上表面1A上设置于成为大致等边三角形的顶点的位置。相邻的凸部的顶点的间隔优选为1μm以上且5μm以下。上表面1A处的凸部的形状优选为大致圆形。在凸部的纵向剖面形状为梯形的情况下，梯形的顶点优选为带有圆角。另外，上表面1A的至少一部分可以平坦。

另外，基板1可以在氮化物半导体层向基板1的上表面1A生长之后被去除。即，本实施方式的氮化物半导体发光元件可以不具备基板1。

<缓冲层>

作为缓冲层3，例如能够利用AlON层(O相对于N的比率为几原子％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)表征的氮化物半导体材料所构成的层等。

在构成缓冲层3的AlON层中，优选N的极少一部分(0.5原子％以上且2原子％以下)被置换为氧。在此情况下，由于缓冲层3形成为在基板1的生长面的法线方向上伸长，因此能够获得由晶粒一致的柱状结晶的集合体构成的缓冲层3。

作为缓冲层3，优选利用通过公知的溅射法而形成的AlON层。由此，能提高基底层5的结晶质量。根据通过X射线摇摆曲线衍射法而测定出的衍射强度曲线呈现的峰值的半值宽度，能够确认基底层5的结晶质量。

作为缓冲层3，例如可以利用在500℃程度的低温下通过MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：金属有机化学气相沉积)法而形成的GaN层。

这种缓冲层3的厚度并不特别限定，但优选为3nm以上且100nm以下，更优选为5nm以上且50nm以下。

<基底层>

作为基底层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)表征的氮化物半导体材料所构成的层等。

作为基底层5，优选作为III族元素而利用含Ga的氮化物半导体层。由此，能够不会继承由柱状结晶的集合体构成的缓冲层3中的结晶缺陷(位错等)地形成基底层5。

基底层5可以为未掺杂层，也可以为n型层。例如，在基底层5中，可以在1×10¹⁶/cm³以上且1×10²⁰/cm³以下的范围内掺入n型掺杂剂。在此，作为n型掺杂剂，例如能够利用Si、Ge以及Sn之中的至少一者，优选利用Si。在作为n型掺杂剂而利用了Si的情况下，作为n型掺杂剂原料气体优选利用硅烷或乙硅烷。n型掺杂剂的材料以及n型掺杂剂原料气体的材料对于后述的n型氮化物半导体层也是相同的。

如果尽量增厚基底层5的厚度，则基底层5中的缺陷会减少，但伴随着基板1和基底层5的热膨胀率的差异而存在晶片(在基板的上表面形成有氮化物半导体层的结构)的翘曲变大的问题。此外，若将基底层5的厚度增厚至某种程度以上，则基底层5中的缺陷减少这一效果会饱和。鉴于这些内容，基底层5的厚度优选为1μm以上且8μm以下，更优选为3μm以上且5μm以下。

<n型氮化物半导体层>

<第一n型氮化物半导体层>

作为第一n型氮化物半导体层9，例如能够利用在以通式Al_x1Ga_y1In_z1N(0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤z1≤1，x1+y1+z1≠0)表征的氮化物半导体材料所构成的层中掺入了n型掺杂剂而成的层。优选的是，利用在以通式Al_x1Ga_1-x1N(0≤x1≤1，优选为0≤x1≤0.5，更优选为0≤x1≤0.1)表征的氮化物半导体材料所构成的层中掺入了n型掺杂剂而成的层。

第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度优选为2×10¹⁸/cm³以上。由此，在大电流密度下进行动作时也能够提高氮化物半导体发光元件的发光效率。更优选的是，第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度为5×10¹⁸/cm³以上且5×10¹⁹/cm³以下。

此外，第一n型氮化物半导体层9兼作与n侧电极23接触的接触层。因而，在第一n型氮化物半导体层9之中作为与n侧电极23接触的接触层发挥功能的部分中，优选n型掺杂剂浓度为1×10¹⁸/cm³以上。

如果第一n型氮化物半导体层9的厚度变厚，虽然第一n型氮化物半导体层9的电阻变低，但会招致氮化物半导体发光元件的制造成本的上升。如果考虑该情况，则第一n型氮化物半导体层9的厚度优选为1μm以上且10μm以下，但并不限定于该范围。

第一n型氮化物半导体层9可以是单层，也可以具有层叠组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同的2层以上的层而构成的层叠构造。在第一n型氮化物半导体层9具有上述的层叠构造的情况下，在构成第一n型氮化物半导体层9的层的至少1层中组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同于其他层即可。在第一n型氮化物半导体层9具有上述的层叠构造的情况下，可以在构成第一n型氮化物半导体层9的所有层中厚度均相同，也可以在构成第一n型氮化物半导体层9的层中的至少1层之中厚度不同于其他层。

在第一n型氮化物半导体层9具有上述的层叠构造的情况下，第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度，通过构成第一n型氮化物半导体层9的层各自包含的n型掺杂剂量的合计除以第一n型氮化物半导体层9的体积来求出。

<第二n型氮化物半导体层>

作为第二n型氮化物半导体层11，例如能够利用在以通式Al_x2Ga_y2In_z2N(0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤z2≤1，x2+y2+z2≠0)表征的氮化物半导体材料所构成的层中掺入了n型掺杂剂而成的层。优选的是，利用在以通式Al_x2Ga_1-x2N(0≤x2≤1，优选为0≤x2≤0.3，更优选为0≤x2≤0.1)表征的氮化物半导体材料所构成的层或以通式In_z2Ga_1-z2N(0≤z2≤1，优选为0≤z2≤0.3，更优选为0≤z2≤0.1)表征的氮化物半导体材料所构成的层中掺入了n型掺杂剂而成的层。

第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度优选比第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度低，更优选为1×10¹⁹/cm³以下。另外，第二n型氮化物半导体层11可以为未掺杂层。

第二n型氮化物半导体层11的厚度并不特别限定，但优选为50nm以上且500nm以下。

第二n型氮化物半导体层11可以是单层，也可以具有层叠组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同的2层以上的层而构成的层叠构造。在第二n型氮化物半导体层11具有上述的层叠构造的情况下，在构成第二n型氮化物半导体层11的层的至少1层中组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同于其他层即可。在第二n型氮化物半导体层11具有上述的层叠构造的情况下，可以在构成第二n型氮化物半导体层11的所有层中厚度均相同，也可以在构成第二n型氮化物半导体层11的层中的至少1层之中厚度不同于其他层。

在第二n型氮化物半导体层11具有上述的层叠构造的情况下，第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度，通过构成第二n型氮化物半导体层11的层各自包含的n型掺杂剂量的合计除以第二n型氮化物半导体层11的体积来求出。

<第三n型氮化物半导体层>

作为第三n型氮化物半导体层13，例如能够利用在以通式Al_x3Ga_y3In_z3N(0≤x3≤1，0≤y3≤1，0≤z3≤1，x3+y3+z3≠0)表征的氮化物半导体材料所构成的层中掺入了n型掺杂剂而成的层。优选的是，利用在包含Ga以及Al之中的至少一者的氮化物半导体材料(例如GaN或AlGaN)所构成的层中掺入了n型掺杂剂而成的层。

第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度优选比第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度高，更优选为第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度的2倍以上。例如，第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度优选为2×10¹⁸/cm³以上且2×10¹⁹/cm³以下。

第三n型氮化物半导体层13的厚度优选大于0nm且为100nm以下，更优选为5nm以上且100nm以下。如果第三n型氮化物半导体层13的厚度为5nm以上，则能够使得驱动电压下降。如果第三n型氮化物半导体层13的厚度为100nm以下，则在施加反向电压时耗尽层也会在第三n型氮化物半导体层13中扩展，因此能够防止静电耐压的下降。

第三n型氮化物半导体层13可以是单层，也可以具有层叠组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同的2层以上的层而构成的层叠构造。在第三n型氮化物半导体层13具有上述的层叠构造的情况下，在构成第三n型氮化物半导体层13的层的至少1层中组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同于其他层即可。在第三n型氮化物半导体层13具有上述的层叠构造的情况下，可以在构成第三n型氮化物半导体层13的所有层中厚度均相同，也可以在构成第三n型氮化物半导体层13的层中的至少1层之中厚度不同于其他层。

在第三n型氮化物半导体层13具有上述的层叠构造的情况下，第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度，通过构成第三n型氮化物半导体层13的层各自包含的n型掺杂剂量的合计除以第三n型氮化物半导体层13的体积来求出。

<n型氮化物半导体层7中的组成(In)>

在发光层15的发光峰值波长为360nm以上且420nm以下的情况下，优选n型氮化物半导体层7不含In。如果n型氮化物半导体层7不含In，则能够防止在360nm以上且420nm以下的波长范围内具有发光峰值波长的光被n型氮化物半导体层7吸收。由此，即便是发光层15发出在360nm以上且420nm以下的波长范围内具有发光峰值波长的光的情况，也能够将光的取出效率维持得较高，因此能够将光输出维持得较高。

“n型氮化物半导体层7不含In”，是指构成第一n型氮化物半导体层9的氮化物半导体材料以通式Al_x1Ga_y1N(0≤x1≤1，0≤y1≤1，x1+y1≠0)来表征，构成第二n型氮化物半导体层11的氮化物半导体材料以通式Al_x2Ga_y2N(0≤x2≤1，0≤y2≤1，x2+y2≠0)来表征，构成第三n型氮化物半导体层13的氮化物半导体材料以通式Al_x3Ga_y3N(0≤x3≤1，0≤y3≤1，x3+y3≠0)来表征的情况。

<n型氮化物半导体层7中的n型掺杂剂浓度>

如上所述，第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度比第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度低，第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度比第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度高。

如果第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度比第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度低，则ESD耐性会提升，此外，泄漏类不良(由于产生泄漏电流而发生的不良)会降低。由此，氮化物半导体发光元件的制造成品率得以提升。

如果第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度比第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度高，则电子注入效率变高，因此动作电压会降低。此外，由于光输出变高，因此电力效率变高。

第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度可以高于第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度，也可以低于第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度。

<发光层>

发光层15可以包含SQW构造，也可以包含MQW构造。以下，示出发光层15由MQW构造构成的情况。

由MQW构造构成的发光层15具有：量子阱层、势垒层、最初的势垒层、和最后的势垒层。最初的势垒层被设置于第三n型氮化物半导体层13的上表面13A，最后的势垒层与p型氮化物半导体层17相接，量子阱层被势垒层夹着。

另外，在势垒层与量子阱层之间，可以设置1层以上的与势垒层以及量子阱层不同的另一半导体层。此外，发光层15的一个周期的长度(1个势垒层的厚度和1个量子阱层的厚度的合计)优选为5nm以上且100nm以下。

(量子阱层)

作为量子阱层，例如能够分别独立地利用以通式Al_c1Ga_d1In_(1-c1-d1)N(0≤c1＜1，0＜d1≤1)表征的氮化物半导体材料所构成的层。优选的是，利用不含Al的通式In_e1Ga_(1-e1)N(0＜e1≤1)表征的氮化物半导体材料所构成的层。能够通过变更量子阱层的In的组成来变更量子阱层的带隙能量。例如，在使得发出波长为375nm以下的紫外光的情况下，需要增大发光层的带隙能量。在此情况下，优选量子阱层含Al。

优选多个量子阱层之中位于n型氮化物半导体层7侧的几个量子阱层包含n型掺杂剂。由此，能够使得氮化物半导体发光元件的驱动电压下降。

优选量子阱层的各自的厚度为1nm以上且7nm以下。如果各量子阱层的厚度为1nm以上且7nm以下，则能够提高在大电流密度下进行动作时的氮化物半导体发光元件的发光效率。

在多个量子阱层中，优选量子阱层的厚度彼此相同。在多个量子阱层中，如果量子阱层的厚度彼此相同，则量子阱层的量子能级变得相同，因此由于量子阱层中的电子和空穴的再结合而产生的光的波长变得相同。由此，氮化物半导体发光元件的发光光谱呈现的峰值的宽度变窄。

另一方面，在多个量子阱层中，量子阱层的厚度以及组成之中的至少一者有意不同的情况下，氮化物半导体发光元件的发光光谱呈现的峰值的宽度变宽。优选配合氮化物半导体发光元件的用途来决定是否使得量子阱层的厚度或组成彼此相同。

发光层15包含的量子阱层的层数并不特别限定，但优选为1层以上且20层以下，更优选为3层以上且15层以下，进一步优选为4层以上且12层以下。

(势垒层、最初的势垒层、最后的势垒层)

作为势垒层，分别能够利用带隙能量比构成量子阱层的氮化物半导体材料大的氮化物半导体材料。作为势垒层，能够分别独立地利用以通式Al_fGa_gIn_(1-f-g)N(0≤f＜1，0＜g≤1)表征的氮化物半导体材料所构成的层。优选的是，利用含Al的通式Al_hGa_(1-h)N(0＜h≤1)表征的氮化物半导体材料所构成的层。更优选的是，利用含Ga以及Al的通式Al_hGa_(1-h)N(0＜h＜1)表征的氮化物半导体材料所构成的层。可以说，对于最初的势垒层的组成以及最后的势垒层的组成也是同样的。

势垒层以及最初的势垒层可以是未掺杂层，势垒层以及最初的势垒层各自中的n型掺杂剂浓度并不特别限定，优选根据需要来适当设定。作为一例，多个势垒层之中，在位于n型氮化物半导体层7侧的势垒层中，掺入了n型掺杂剂，在位于p型氮化物半导体层17侧的势垒层中，掺入了浓度比位于n型氮化物半导体层7侧的势垒层低的n型掺杂剂，或者不掺入(未掺杂)n型掺杂剂。

另外，在势垒层、最初的势垒层以及最后的势垒层中，在p型氮化物半导体层17生长时有时p型掺杂剂会发生热扩散而被掺杂在其中。

势垒层的各自的厚度并不特别限定，优选为1nm以上且10nm以下，更优选为3nm以上且7nm以下。如果势垒层的厚度变小，则动作电压变低。但是，若势垒层的厚度不足1nm，则在大电流密度下进行动作时有时发光效率会下降。最初的势垒层的厚度并不特别限定，优选为1nm以上且10nm以下。最后的势垒层的厚度并不特别限定，优选为1nm以上且40nm以下。

<V凹坑构造>

“V凹坑构造27”是指：起因于贯通位错而产生的、具有从第二n型氮化物半导体层11的内部朝向发光层15的上表面(位于p型氮化物半导体层17侧的发光层15的面)15A而直径扩大的形状的结晶缺陷。如上所述，在第二n型氮化物半导体层11、第三n型氮化物半导体层13和发光层15中局部形成有该V凹坑构造27。

“在第二n型氮化物半导体层11、第三n型氮化物半导体层13和发光层15中局部形成有V凹坑构造27”是指：在发光层15的上表面15A散布了具有从第二n型氮化物半导体层11的内部朝向发光层15的上表面15A而直径扩大的形状的V凹坑构造27，优选在发光层15的上表面15A以面密度为1×10⁸/cm²以下来形成，更优选在发光层15的上表面15A以面密度为5×10⁷/cm²以下来形成。例如，如果通过原子间力显微镜(AFM：Atomic Force Microscope)来观察发光层15的上表面15A，则能够求出发光层15的上表面15A处的V凹坑构造27的面密度。

V凹坑构造27的开始点27C的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层11内。“V凹坑构造27的开始点27C”是在使得构成V凹坑构造27的侧面向第一n型氮化物半导体层9侧延长时呈现的交点，在图1所示的情况下是指V凹坑构造27之中位于最靠第一n型氮化物半导体层9侧的部位。“V凹坑构造27的开始点27C的平均位置”是指：在氮化物半导体发光元件的厚度方向上对V凹坑构造27的开始点27C进行平均化而获得的位置。

如果V凹坑构造27的开始点27C的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层11内，则能够使得发光层15的下表面(与第三n型氮化物半导体层13相接的发光层15的面)15B处的V凹坑构造27的直径r(以下仅记为“V凹坑构造27的直径r”)处于40nm以上且80nm以下。

如果V凹坑构造27的直径r为40nm以上，则能够确保V凹坑构造27的大小，因此能够防止在存在于V凹坑构造27内的贯通位错处电子或空穴被捕获，由此，能够防止在贯通位错产生不发光再结合。由此，无论在室温下进行动作时还是在高温下进行动作时，均能够提高发光效率，因此能够提高光输出。尤其在高温下进行动作时变得显著。

详细而言，若变成高温，则电子或空穴的移动变得活跃，因此电子或空穴到达贯通位错的概率变高。因而，易于在贯通位错产生不发光再结合。但是，如果V凹坑构造27的直径r为40nm以上，则在存在于V凹坑构造27内的贯通位错处电子或空穴不易被捕获。由此，能够防止在贯通位错产生不发光再结合。

如果V凹坑构造27的直径r为80nm以下，则能够维持V凹坑构造27的周围处的第二n型氮化物半导体层11的上表面(位于第三n型氮化物半导体层13侧的第二n型氮化物半导体层11的面)11A的平坦性，此外，能够维持V凹坑构造27的周围处的第三n型氮化物半导体层13的上表面(位于发光层15侧的第三n型氮化物半导体层13的面)13A的平坦性。由此，能够防止在发光层15中产生结晶缺陷。如此一来，如果V凹坑构造27的直径r为80nm以下，则能够防止起因于形成有V凹坑构造27而使得发光效率下降。即，能够不依赖于氮化物半导体发光元件的动作温度地提高发光效率。由此，无论在室温下进行动作时还是在高温下进行动作时均能够提高光输出。

如以上，如果V凹坑构造27的开始点27C的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层11内，则能够使得V凹坑构造27的直径r处于40nm以上且80nm以下，由此，在室温下进行动作时和高温下进行动作时均能够提高氮化物半导体发光元件的光输出。更优选的是，V凹坑构造27的直径r为45nm以上且75nm以下。在此，根据氮化物半导体发光元件的剖面TEM(Transmission Electron Microscope：透射型电子显微镜)图像，能够确认V凹坑构造27的开始点27C的平均位置，此外，能够求出V凹坑构造27的直径r。在存在两个以上的V凹坑构造27的情况下，V凹坑构造27的直径r成为求出的直径的平均值。

另外，在V凹坑构造27的开始点27C的平均位置存在于第三n型氮化物半导体层13内的情况下，V凹坑构造27的直径r易于小于40nm。此外，在V凹坑构造27的开始点27C的平均位置存在于第一n型氮化物半导体层11内的情况下，V凹坑构造27的直径r易于超过80nm。

如果将第二n型氮化物半导体层11的生长条件以及第三n型氮化物半导体层13的生长条件之中的至少一者设为适宜的条件，则V凹坑构造27的开始点27C的平均位置会存在于第二n型氮化物半导体层11内。由此，能够使得V凹坑构造27的直径r处于40nm以上且80nm以下。

在第二n型氮化物半导体层11生长时，认为若基板1的温度低或生长速度快则易于形成V凹坑构造27的开始点27C，并且认为若基板1的温度高或生长速度慢则难以形成V凹坑构造27的开始点27C。认为若第二n型氮化物半导体层11的厚度大则V凹坑构造27的直径r变大，并且认为若第二n型氮化物半导体层11的厚度小则V凹坑构造27的直径r变小。

具体而言，在第二n型氮化物半导体层11生长时，将基板1的温度优选设定为600℃以上且1000℃以下，更优选设定为650℃以上且950℃以下。此外，在第二n型氮化物半导体层11生长时，将第二n型氮化物半导体层11的生长速度优选设定为50nm/h以上且1000nm/h以下，更优选设定为50nm/h以上且500nm/h以下。此外，将第二n型氮化物半导体层11的厚度优选设为5nm以上且1000nm以下，更优选设为10nm以上且500nm以下。例如，优选的是，将基板1的温度设为840℃以上且870℃以下，并且，将第二n型氮化物半导体层11的生长速度设为130nm/h以上且200nm/h以下。此外，优选的是，将基板1的温度设为800℃以上且840℃以下，并且，将第二n型氮化物半导体层11的生长速度设为50nm/h以上且130nm/h以下。此外，在将基板1的温度设定为850℃并以150nm/h的生长速度使第二n型氮化物半导体层11生长的情况下，优选使第二n型氮化物半导体层11生长直至厚度成为50nm以上且300nm以下为止。

在第三n型氮化物半导体层13生长时，认为若基板1的温度低或生长速度快则易于进行V凹坑构造27的形成，并且认为若基板1的温度高或生长速度慢则难以进行V凹坑构造27的形成。认为若第三n型氮化物半导体层13的厚度大则V凹坑构造27的直径r变大，并且认为若第三n型氮化物半导体层13的厚度小则V凹坑构造27的直径r变小。

具体而言，在第三n型氮化物半导体层13生长时，将基板1的温度优选设定为600℃以上且1000℃以下，更优选设定为650℃以上且950℃以下。此外，在第三n型氮化物半导体层13生长时，将第三n型氮化物半导体层13的生长速度优选设定为50nm/h以上且1000nm/h以下，更优选设定为50nm/h以上且500nm/h以下。此外，将第三n型氮化物半导体层13的厚度优选设定为1nm以上且50nm以下，更优选设定为1nm以上且30nm以下。例如，优选的是，将基板1的温度设为840℃以上且870℃以下，并且，将第三n型氮化物半导体层13的生长速度设为130nm/h以上且200nm/h以下。此外，优选的是，将基板1的温度设为800℃以上且840℃以下，并且，将第三n型氮化物半导体层13的生长速度设为50nm/h以上且130nm/h以下。此外，在将基板1的温度设定为850℃并以150nm/h的生长速度使第三n型氮化物半导体层13生长的情况下，优选使第三n型氮化物半导体层13生长直至厚度成为5nm以上且25nm以下为止。

优选的是，V凹坑构造27的开始点27C的平均位置与第二n型氮化物半导体层11的下表面(与第一n型氮化物半导体层9相接的第二n型氮化物半导体层11的面)11B相距30nm以上。换言之，优选的是，图1所示的距离d为30nm以上。由此，V凹坑构造27的直径r易于成为40nm以上且80nm以下。由此，在室温下进行动作时和高温下进行动作时均能够容易地提高氮化物半导体发光元件的光输出。更优选的是，图1所示的距离d为30nm以上且1000nm以下。另外，能够根据氮化物半导体发光元件的剖面TEM图像来求出图1所示的距离d。

如果将第二n型氮化物半导体层11的生长条件之中的至少一者设为适宜的条件，则图1所示的距离d成为30nm以上。例如，在第二n型氮化物半导体层11生长时，将基板1的温度优选设定为600℃以上且1000℃以下，更优选设定为650℃以上且950℃以下。此外，在第二n型氮化物半导体层11生长时，将第二n型氮化物半导体层11的生长速度优选设定为50nm/h以上且1000nm/h以下，更优选设定为50nm/h以上且500nm/h以下。

<p型氮化物半导体层>

作为p型氮化物半导体层17，例如能够利用在以通式Al_x4Ga_y4In_z4N(0≤x4≤1，0≤y4≤1，0≤z4≤1，x4+y4+z4≠0)表征的氮化物半导体材料所构成的层中掺入了p型掺杂剂而成的层。优选的是，利用在以通式Al_x4Ga_(1-x4)N(0＜x4≤0.4，优选为0.1≤x4≤0.3)表征的氮化物半导体材料所构成的层中掺入了p型掺杂剂而成的层。

p型氮化物半导体层17的p型掺杂剂浓度优选为1×10¹⁸/cm³以上，更优选为2×10¹⁸/cm³以上且2×10²¹/cm³以下。另外，作为p型掺杂剂，优选利用镁。

p型氮化物半导体层17的厚度并不特别限定，优选为50nm以上且300nm以下。如果p型氮化物半导体层17的厚度为300nm以下，则能够缩短p型氮化物半导体层17在生长时的加热时间。由此，能够防止p型掺杂剂从p型氮化物半导体层17向发光层15扩散。

p型氮化物半导体层17可以是单层，也可以具有层叠组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同的2层以上的层而构成的层叠构造。在p型氮化物半导体层17具有上述的层叠构造的情况下，在构成p型氮化物半导体层17的层的至少1层中组成以及掺杂剂浓度之中的至少一者不同于其他层即可。在p型氮化物半导体层17具有上述的层叠构造的情况下，可以在构成p型氮化物半导体层17的所有层中厚度均相同，也可以在构成p型氮化物半导体层17的层中的至少1层之中厚度不同于其他层。

此外，p型氮化物半导体层17由于与第三n型氮化物半导体层13一起夹着发光层15，因此作为p型包层来发挥功能。

<n侧电极、p侧电极、透明电极层、透明绝缘层>

透明电极层19、p侧电极21以及n侧电极23是用于向氮化物半导体发光元件供给电力的电极。p侧电极21以及n侧电极23分别可以由焊盘电极构成，也可以构成为以扩散电流为目的的分支电极与焊盘电极连接。

透明电极层19例如优选由ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)或IZO(Indium Zinc Oxide：氧化铟锌)等构成，优选具有20nm以上且200nm以下的厚度。

p侧电极21以及n侧电极23例如优选构成为依次层叠有镍层、铝层、钛层以及金层。但是，在p侧电极21和n侧电极23中，构成既可以相同也可以不同。p侧电极21以及n侧电极23的各自的厚度并不特别限定，但如果假定对p侧电极21以及n侧电极23分别进行引线接合，则优选为1μm以上。

在p侧电极21之下，优选在透明电极层19之下，优选设置有用于防止电流注入p侧电极21的正下方的绝缘层。由此，被p侧电极21遮挡的光量减少，因此能够提高光取出效率。

作为透明绝缘层25，例如能够利用SiO₂膜。但是，透明绝缘层25的材料并不限定于SiO₂。

<载流子浓度与掺杂剂浓度之间的关系>

载流子浓度是指电子或空穴的浓度，不只是由n型掺杂剂的量或p型掺杂剂的量来决定的。这种载流子浓度是基于氮化物半导体发光元件的电压-电容特性的结果来计算的，指的是未注入电流的状态下的载流子浓度，是进行了离子化的杂质、进行了施主化的结晶缺陷以及进行了受主化的结晶缺陷所产生的载流子的合计。

由于n型掺杂剂(例如Si)的活性化率高，因此能够认为n型载流子浓度与n型掺杂剂浓度大致相同。此外，n型掺杂剂浓度能够通过SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy；二次离子质量分析)测定深度方向的浓度分布来容易地求出。进而，掺杂剂浓度的相对关系(比率)与载流子浓度的相对关系(比率)大致相同。鉴于这些内容，在本发明中，实际利用的是容易测定的掺杂剂浓度。

[氮化物半导体发光元件的制造]

以下示出本实施方式的氮化物半导体发光元件的制造方法的一例。首先，通过溅射法或MOCVD法，在基板1的上表面1A形成缓冲层3。

然后，通过MOCVD法、MBE法或VPE法，在缓冲层3之上依次形成基底层5、n型氮化物半导体层7、发光层15以及p型氮化物半导体层17。

形成基底层5时的基板1的温度优选为800℃以上且1250℃以下。由此，能够形成结晶缺陷少且结晶质量优异的基底层5。更优选的是，形成基底层5时的基板1的温度为900℃以上且1150℃以下。

可以在形成第一n型氮化物半导体层9时，使第一n型氮化物半导体层9的一部分生长之后，将形成有第一n型氮化物半导体层9的一部分的基板1从生长炉之中暂时取出，然后在其他炉中使第一n型氮化物半导体层9的剩余部分生长。

关于第二n型氮化物半导体层11的生长条件以及第三n型氮化物半导体层13的生长条件，如上所述。

另外，在通过MOCVD法形成基底层5、n型氮化物半导体层7、发光层15以及p型氮化物半导体层17的情况下，作为Ga原料气体，能够利用TMG(三甲基镓)或TEG(三乙基镓)。作为A1原料气体，能够利用TMA(三甲基铝)或TEA(三乙基铝)。作为In原料气体，能够利用TMI(三甲基铟)或TEI(三乙基铟)。作为N原料气体，能够利用DMHy(二甲基肼)等有机氮化合物或NH₃。在作为n型掺杂剂而利用Si的情况下，作为n型掺杂剂原料气体，能够利用SiH₄、Si₂H₆或有机Si。在作为p型掺杂剂而利用Mg的情况下，作为p型掺杂剂原料气体，能够利用Cp₂Mg。

接下来，对p型氮化物半导体层17、发光层15、第三n型氮化物半导体层13、第二n型氮化物半导体层11以及第一n型氮化物半导体层9的一部分进行蚀刻，使得第一n型氮化物半导体层9的一部分露出。在通过该蚀刻而露出的第一n型氮化物半导体层9的上表面，形成n侧电极23。此外，在p型氮化物半导体层17的上表面，依次形成透明电极层19和p侧电极21。之后，由透明绝缘层25对透明电极层19的上表面和通过上述的蚀刻而露出的各层的侧面进行覆盖，使得p侧电极21以及n侧电极23的各上表面露出。由此，可获得本实施方式的氮化物半导体发光元件。

[实施方式的总括]

图1所示的氮化物半导体发光元件具备：基板1；和在基板1之上依次设置的n型氮化物半导体层7、包含单量子阱构造或多量子阱构造的发光层15、以及p型氮化物半导体层17。n型氮化物半导体层7具有在从基板1侧朝向发光层15侧的方向上依次设置的第一n型氮化物半导体层9、第二n型氮化物半导体层11以及第三n型氮化物半导体层13。第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度比第一n型氮化物半导体层9的n型掺杂剂浓度低。第三n型氮化物半导体层13的n型掺杂剂浓度比第二n型氮化物半导体层11的n型掺杂剂浓度高。在第二n型氮化物半导体层11、第三n型氮化物半导体层13和发光层15中，局部形成有V凹坑构造27。V凹坑构造27的开始点27C的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层11内。由此，在室温下进行动作时和高温下进行动作时均能够提高氮化物半导体发光元件的光输出。

优选的是，发光层15的下表面15B处的V凹坑构造27的直径r为40nm以上且80nm以下。由此，在室温下进行动作时和高温下进行动作时均能够容易地提高氮化物半导体发光元件的光输出。

优选的是，V凹坑构造27的开始点27C的平均位置与第二n型氮化物半导体层11的下表面11B相距30nm以上。由此，在室温下进行动作时和高温下进行动作时均能够容易地提高氮化物半导体发光元件的光输出。

优选的是，第三n型氮化物半导体层13由GaN或AlGaN构成。由此，即便是发光层15发出在360nm以上且420nm以下的波长范围内具有发光峰值波长的光的情况，也能够将光的取出效率维持得较高。

实施例

以下，列举实施例来更详细地说明本发明，但本发明并不限定于这些内容。

[实施例1、2以及比较例1～5]

<实施例1>

准备在上表面形成有由凸部以及凹部构成的凹凸的蓝宝石基板(直径为100mm的基板)。凸部在蓝宝石基板的上表面设置于成为大致等边三角形的顶点的位置，相邻的凸部的顶点的间隔为2μm，凸部的高度为0.6μm程度。此外，蓝宝石基板的上表面处的凸部的形状为大致圆形(直径为1.2μm)。

然后，对蓝宝石基板的上表面进行了RCA清洗。将RCA清洗后的蓝宝石基板配置于腔室内之后，将N₂、O₂和Ar导入腔室内，将蓝宝石基板加热至650℃。通过溅射Al靶材的反应性溅射法，在蓝宝石基板的上表面形成了由AlON结晶构成的缓冲层(厚度为35nm)。上述的AlON结晶在蓝宝石基板的上表面的法线方向上伸长，由晶粒一致的柱状结晶的集合体构成。

接下来，将形成有缓冲层的蓝宝石基板放入第一MOCVD装置内。通过MOCVD法，在缓冲层的上表面使由未掺杂的GaN构成的基底层(厚度为3.8μm)生长，接着使由掺入Si的n型GaN构成的第一n型氮化物半导体层(厚度为3μm，n型掺杂剂浓度为1×10¹⁹/cm³)生长。

接下来，从第一MOCVD装置取出蓝宝石基板并放入第二MOCVD装置内。将蓝宝石基板的温度设定为850℃，使n型GaN层(厚度为74nm，n型掺杂剂浓度为7×10¹⁷/cm³)生长，接着使未掺杂的GaN层(厚度为64nm)生长。由此，形成了由n型GaN层和未掺杂的GaN层构成的第二n型氮化物半导体层(n型掺杂剂浓度为5.4×10¹⁷/cm³)。n型GaN层以及未掺杂的GaN层的生长速度分别为145nm/h。

接下来，以将蓝宝石基板的温度保持在850℃的状态使由掺入Si的n型GaN构成的第三n型氮化物半导体层(厚度为20nm，n型掺杂剂浓度为1.1×10¹⁹/cm³)生长。第三n型氮化物半导体层的生长速度为145nm/h。

接下来，将蓝宝石基板的温度降低至670℃使发光层生长。具体而言，使由未掺杂的GaN构成的势垒层(厚度为4nm)和由未掺杂的In_0.2Ga_0.8N构成的量子阱层(厚度为3.4nm)各一层地交替生长。在第三n型氮化物半导体层的上表面形成了最初的势垒层(厚度为4nm)。在发光层的最上部形成了最后的势垒层(厚度为8nm)。

接下来，将蓝宝石基板的温度提升至1200℃。在最后的势垒层的上表面，使由p型Al_0.2Ga_0.8N层以及p型GaN层构成的p型氮化物半导体层生长。为使p型氮化物半导体层的p型掺杂剂浓度最终变为作为目标的p型掺杂剂浓度，使p型掺杂剂原料气体的流量适当变化。

另外，在使氮化物半导体层进行MOCVD生长时，作为Ga原料气体而利用了TMG(三甲基镓)，作为Al原料气体而利用了TMA(三甲基铝)，作为In原料气体而利用了TMI(三甲基铟)，作为N原料气体而利用了NH₃。此外，作为n型掺杂剂原料气体而利用了SiH₄，作为p型掺杂剂原料气体而利用了Cp₂Mg。

接下来，对p型氮化物半导体层、发光层、第三n型氮化物半导体层、第二n型氮化物半导体层以及第一n型氮化物半导体层的一部分进行了蚀刻，使得第一n型氮化物半导体层的一部分露出。在通过该蚀刻而露出的第一n型氮化物半导体层的上表面，形成了由Au构成的n侧电极。在p型氮化物半导体层的上表面，依次形成了由ITO构成的透明电极层和由Au构成的p侧电极。之后，按照使p侧电极以及n侧电极的各上表面露出的方式，由SiO₂所构成的透明绝缘层对透明电极层的上表面和通过上述的蚀刻而露出的各层的侧面进行覆盖。

接下来，将蓝宝石基板分割为620×680μm尺寸，将得到的芯片安装于表面安装型封装件。通过引线接合法而将p侧电极以及n侧电极连接至表面安装型封装件的电极，并用树脂对芯片进行了密封。如此一来，获得了实施例1的氮化物半导体发光元件。

使得到的氮化物半导体发光元件以120mA的电流动作，测定出室温(25℃)以及高温(80℃)下的光输出。本实施例的氮化物半导体发光元件的光输出，在25℃下为161mW，在80℃下为159mW。本实施例的氮化物半导体发光元件的发光峰值波长约为450nm。

另外，按照上述的方法形成了第三n型氮化物半导体层之后，在不使发光层生长的情况下确认了V凹坑构造的大小以及位置。具体而言，在第三n型氮化物半导体层生长结束后立即降低蓝宝石基板的温度，并从第二MOCVD装置取出了该蓝宝石基板。通过AFM观察第三n型氮化物半导体层的上表面时，确认出在第三n型氮化物半导体层的上表面以面密度4×10⁷/cm²形成了V凹坑构造。通过AFM确认出V凹坑构造的直径r为49nm。通过剖面TEM确认出V凹坑构造的开始点的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层内。

<实施例2>

在第二n型氮化物半导体层以及第三n型氮化物半导体层生长时，将蓝宝石基板的温度设为830℃，将生长速度设为100nm/h。除了这两点之外，按照上述实施例1所记载的方法，制作出实施例2的氮化物半导体发光元件。

使得到的氮化物半导体发光元件以120mA的电流动作，测定出室温(25℃)以及高温(80℃)下的光输出。本实施例的氮化物半导体发光元件的光输出，在25℃下为163mW，在80℃下为160mW。本实施例的氮化物半导体发光元件的发光峰值波长约为450nm。

另外，按照上述实施例1所记载的方法，确认出V凹坑构造的大小以及位置。确认出在第三n型氮化物半导体层的上表面以面密度5×10⁷/cm²形成了V凹坑构造。确认出V凹坑构造的直径r为74nm。确认出V凹坑构造的开始点的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层内。

<比较例1～5>

在第二n型氮化物半导体层以及第三n型氮化物半导体层生长时，将蓝宝石基板的温度设为表1所示的温度，将生长速度设为表1所示的速度。除了这两点之外，按照与上述实施例1同样的方法，制作出比较例1～5的氮化物半导体发光元件。

按照上述实施例1所记载的方法，测定25℃以及80℃下的氮化物半导体发光元件的光输出，求出第三n型氮化物半导体层的上表面处的V凹坑构造的面密度，并求出V凹坑构造的直径r。此外，确认出V凹坑构造的开始点的平均位置。

<结果和考察>

在表1以及图2中示出结果。另外，在表1以及后述的表2中，“距离d(nm)^*11”是指图1所示的距离d，即，是指V凹坑构造的开始点的平均位置与第二n型氮化物半导体层的下表面之间的距离。在图2、表1以及后述的表2中，V凹坑构造的直径r为0nm是指未形成V凹坑构造。

[表1]

在比较例1～3中，V凹坑构造的直径r大于80nm。此外，25℃下的光输出以及80℃下的光输出均低于实施例1以及2。

在比较例4以及比较例5中，V凹坑构造的直径r为0nm，未形成V凹坑构造。此外，25℃下的光输出以及80℃下的光输出均低于实施例1以及2。尤其是，80℃下的光输出比实施例1以及2明显下降。

另一方面，在实施例1以及2中，V凹坑构造的直径r为40nm以上且80nm以下。此外，25℃下的光输出以及80℃下的光输出均成为160mW程度。

根据以上的结果，如果V凹坑构造的直径r为40nm以上且80nm以下，则25℃下的光输出以及80℃下的光输出均能够提高(图2)。并且，可知在第二n型氮化物半导体层以及第三n型氮化物半导体层生长时，如果使蓝宝石基板的温度和生长速度最适化，则V凹坑构造的开始点的平均位置存在于第二n型氮化物半导体层内，由此能够使得V凹坑构造的直径r变为40nm以上且80nm以下。

[实施例3以及比较例6～10]

<实施例3>

按照上述实施例1所记载的方法还形成了第三n型氮化物半导体层。然后，将蓝宝石基板的温度降低至710℃使发光层生长。具体而言，使由未掺杂的Al_0.05Ga_0.95N构成的势垒层(厚度为4nm)和由未掺杂的In_0.08Ga_0.82N构成的量子阱层(厚度为3.4nm)各一层地交替生长。在第三n型氮化物半导体层的上表面形成了最初的势垒层(厚度为4nm)。在发光层的最上部形成了最后的势垒层(厚度为4nm)。

接下来，将蓝宝石基板的温度提升至1200℃，按照上述实施例1所记载的方法使p型氮化物半导体层生长。从第二MOCVD装置取出形成有p型氮化物半导体层的蓝宝石基板之后，按照上述实施例1所记载的方法将蓝宝石基板分割为440×530μm尺寸。按照上述实施例1所记载的方法用树脂对得到的芯片进行密封从而得到实施例3的氮化物半导体发光元件。

在按照上述实施例1所记载的方法来测定25℃以及80℃下的氮化物半导体发光元件的光输出时，在25℃下为69mW，在80℃下为65mW。此外，本实施例的氮化物半导体发光元件的发光峰值波长约为405nm。

按照上述实施例1所记载的方法来求出第三n型氮化物半导体层的上表面处的V凹坑构造的面密度，并求出V凹坑构造的直径r，确认出V凹坑构造的开始点的平均位置。其结果，获得与上述实施例1以及2同样的结果。

<比较例6～10>

在第二n型氮化物半导体层以及第三n型氮化物半导体层生长时，将蓝宝石基板的温度设为表2所示的温度，将生长速度设为表2所示的速度。除了这两点之外，按照与上述实施例3同样的方法，制作出比较例6～10的氮化物半导体发光元件。得到的氮化物半导体发光元件的发光峰值波长约为405nm。

按照上述实施例1所记载的方法，测定25℃以及80℃下的氮化物半导体发光元件的光输出，求出第三n型氮化物半导体层的上表面处的V凹坑构造的面密度，并求出V凹坑构造的直径r，确认出V凹坑构造的开始点的平均位置。其结果，获得与比较例1～5同样的结果。

<结果和考察>

在表2中示出结果。

[表2]

如表2所示，即便氮化物半导体发光元件的发光峰值波长约为405nm，如果V凹坑构造的直径r为40nm以上且80nm以下，则25℃下的光输出以及80℃下的光输出均能够提高。如以上可知，如果不依赖于氮化物半导体发光元件的发光峰值波长的值而V凹坑构造的直径r为40nm以上且80nm以下，则25℃下的光输出以及80℃下的光输出均能够提高。

应认为本次公开的实施方式以及实施例在所有方面均为例示，并非限制性。本发明的范围并非由上述的说明来表示而由要求保护的范围来表示，旨在包含与要求保护的范围等同的意思以及范围内的所有变更。

符号说明

1基板；1A，11A，13A，15A上表面；3缓冲层；5基底层；7n型氮化物半导体层；9第一n型氮化物半导体层；11第二n型氮化物半导体层；11B，15B下表面；13第三n型氮化物半导体层；15发光层；17p型氮化物半导体层；19透明电极层；21p侧电极；23n侧电极；25透明绝缘层；27V凹坑构造；27C开始点。