半導体発光素子
【課題】結晶構造が互いに異なる二の半導体層を積層した半導体発光素子の場合、自発分極や格子ひずみ起因のピエゾ分極に起因する分極電荷が生じ、キャリア輸送が阻害されてしまう。従来、不純物濃度を高くすることでキャリアの輸送を円滑としていたが、不純物濃度を高くすることは、不純物による光吸収、活性層への不純物拡散等の半導体発光素子の光学特性及び信頼性に関わり、円滑なキャリア輸送と半導体発光素子の光学特性及び信頼性とを両立することは困難であるという課題があった。そこで、本願発明では不純物濃度を高めることなく、前記二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本願発明は、積層された互いに組成の異なる二の半導体層との間に積層方向に組成が変化するバンドギャップ変化層を配置することとした。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本願発明は、積層された互いに組成の異なる二の半導体層との間に積層方向に組成が変化するバンドギャップ変化層を配置することとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体層を積層して形成される半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子はキャリアの再結合により光を発生させる活性層と呼ばれる半導体層及び活性層を両側から挟み活性層にキャリアを供給するキャリア供給層と呼ばれる半導体層から構成されるダブルヘテロ接合構造を基本構造としている。活性層のバンドギャップにより発光する光の波長が定まるため、活性層は所望の波長の光が得られる材料や構成が選択される。キャリア供給層は活性層にキャリアを供給しやすくするために活性層よりバンドギャップが広くなるように設計され、キャリアの極性をコントロールする不純物が添加されている。
【０００３】
半導体発光素子、特にレーザーダイオードにおいては光強度分布（横モード）の単峰性を向上させ、半導体発光素子と光ピックアップ等の外部機器との結合効率を向上させるために、また、効率よく半導体発光素子を発光させるために活性層の一部にキャリアを集中させて供給することが求められる。従って、電極やキャリア供給層を積層方向と垂直な方向に帯状に形成したストライプ構造とすることも多い（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
従来の半導体発光素子１４０の断面の概念図を図１４に示す。半導体発光素子１４０は活性層の一部にキャリアを集中させて供給するためストライプ形状電極を採用している。ストライプ形状電極とは半導体層に隣接して積層された金属等の電極の形状をマイクロストリップラインのように帯状にした電極である。例えば、半導体発光素子１４０は電極１１、ｎ型基板１２、電子を供給するキャリア供給層としてｎ側第一半導体層２５、ｎ型第二半導体層２７、活性層１４、正孔を供給するキャリア供給層としてｐ側第一半導体層１５、ｐ型第二半導体層１７及びストライプ形状電極１９を積層して構成される。なお、半導体発光素子１４０において、ｎ型第二半導体層２７とｎ型基板１２との間及びｐ型第二半導体層１７とストライプ形状電極１９との間の少なくとも一方に一又は二以上の半導体層が配置されることもある。さらに、活性層１４は活性層１４のｐ側第一半導体層１５の側に電子のキャリアオーバーフローを防ぐ電子バリア層を有することもある。
【特許文献１】特開平０５−０５５６９６号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体発光素子は、図１４に示すように活性層１４に対してｐ型の側においてｐ型第二半導体層１７と活性層１４との間に電気特性を改善する目的や活性層１４で発光した光を閉じ込める目的でｐ側第一半導体層１５を配置することが多い。しかし、ｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７とのＩＩＩ族窒化物系化合物の元素の組成が互いに異なる場合、前記二の半導体層との間には分極特性及び格子定数の違いにより、ｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７との間に自発分極や格子ひずみ起因のピエゾ分極（以下、「自発分極や格子ひずみ起因のピエゾ分極」を「分極」と略記する。）に起因する分極電荷が生ずる。従って、ｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７との間に正の分極電荷が生ずる場合、ストライプ形状電極１９によってｐ型第二半導体層１７に部分的に注入された正孔は前記分極電荷の電場からの斥力を受ける。従って、ｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５への正孔の輸送が阻害され、正孔は正孔の流れ９１のようにｐ側第一半導体層１５内を拡散してしまう。一方、活性層１４のｎ型側においてもｐ型側と同様にｎ型第二半導体層２７と活性層１４との間に電気特性を改善する目的や活性層１４で発光した光を閉じ込める目的でｎ側第一半導体層２５を配置することが多く、ｐ型側の説明と同様に前記分極による負の分極電荷が生ずる場合、電子の輸送が阻害されることになる。
【０００６】
特にＣ軸方向に積層したＩＩＩ族窒化物系化合物のヘテロ構造のヘテロ界面では前記分極電荷が顕著に現れており、不純物濃度を高くすることでキャリアの輸送を円滑としていた。しかし、活性層１４の近傍であるｐ側第一半導体層１５及びｎ側第一半導体層２５の不純物濃度を高くすることは、不純物による光吸収、活性層１４への不純物拡散等の半導体発光素子１４０の光学特性及び信頼性に関わり、円滑なキャリア輸送と半導体発光素子１４０の光学特性及び信頼性とを両立することは困難であるという課題があった。
【０００７】
本願発明は上記課題を解決するためになされたもので、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本願発明は、積層された互いに組成の異なる二の半導体層との間に積層方向に組成が変化するバンドギャップ変化層を配置することとした。
【０００９】
具体的には、本願第一の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１０】
組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物は組成を変化させることでバンドギャップを調整することができる半導体である。従って、前記ＩＩＩ族窒化物系化合物においてｘ及びｙで指定される組成を単調変化させることで、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップを単調変化させることができる。
【００１１】
本願第一の発明では、前記活性層に対して極性がｐ型の側（以下、「極性がｐ型の側」を「ｐ型側」と略記する。）において、前記第二半導体層の組成から前記第一半導体層の組成へ連続的に単調変化する前記バンドギャップ変化層を前記第二半導体層の組成と等しい側を前記第二半導体層に隣接し、且つ前記第一半導体層の組成と等しい側を前記第一半導体層に隣接することで、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ急峻な組成変化を避け、前記第二半導体層から前記第一半導体層へバンドギャップを連続的に単調変化させることができる。従って、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散させることができ、前記分極電荷の電場からの斥力が低減するため、キャリアである正孔は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００１２】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｐ型側の端からｐ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅（以下、「積層方向の幅」を「膜厚」と略記する。）の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００１３】
従って、本願第一の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００１４】
本願第二の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１５】
組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物は組成を変化させることでバンドギャップを調整することができる半導体である。従って、前記組成式において互いに異なる値のｘ及びｙで指定される組成の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜を複数積層させ前記バンドギャップ変化層を構成することで、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップを階段状に単調変化させることができる。
【００１６】
本願第二の発明では、前記活性層に対してｐ型側において前記第二半導体層の組成から前記第一半導体層の組成へ階段状に単調変化する前記バンドギャップ変化層を前記第二半導体層の組成と等しい側を前記第二半導体層に隣接し、且つ前記第一半導体層の組成と等しい側を前記第一半導体層に隣接することで、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ急峻な組成変化を避け、前記第二半導体層から前記第一半導体層へバンドギャップを階段状に単調変化させることができる。従って、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場からの斥力が低減するため、キャリアである正孔は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００１７】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｐ型側の端からｐ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の膜厚の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００１８】
従って、本願第二の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００１９】
本願第一の発明又は本願第二の発明に係る半導体発光素子は、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極をさらに備え、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでメサ状であってもよい。
【００２０】
前記活性層の一部にキャリアを集中させて供給するため半導体発光素子の一部をメサ状に形成（以下、「半導体発光素子の一部をメサ状に形成した部分」を「メサ部」と略記する。）して、キャリアの移動路を狭め、電流を狭搾することもある。
【００２１】
前記メサ部において組成が互いに異なるＩＩＩ族窒化物系化合物を積層した場合、正孔は前記分極電荷の斥力を受け、結晶性の悪いメサ部の側壁付近に集中して移動することになり、円滑な正孔輸送が阻害されることになる。本願発明において前記第一半導体層に至るまでをメサ状とした場合、前記メサ部に前記バンドギャップ変化層が含まれ、前記分極電荷を低減することができるため、正孔はメサ部の中央付近を移動することができ、前記第二半導体層から前記第一半導体層への正孔輸送を円滑とすることができる。
【００２２】
一方、前記メサ部と前記活性層との間において組成が互いに異なるＩＩＩ族窒化物系化合物を積層した場合、正孔は前記分極電荷の斥力を受け、前記メサ部により狭搾され注入された正孔が前記ＩＩＩ族窒化物系化合物内を拡散することになる。本願発明において前記第二半導体層に至るまでをメサ状とした場合、メサ部通過した正孔は前記バンドギャップ変化層による前記分極電荷の低減により前記第二半導体層内で拡散せず、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００２３】
従って、本願第一の発明又は本願第二の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。電子と比較し、有効質量が大きい正孔は結晶性の悪い前記メサ部の側壁付近の影響を受けやすく前記バンドギャップ変化層の効果は大きい。
【００２４】
本願第三の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００２５】
前記活性層に対して極性がｎ型の側（以下、「極性がｎ型の側」を「ｎ型側」と略記する。）においても本願第一の発明の説明と同様に、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場から受ける斥力が低減するため、キャリアである電子は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００２６】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｎ型側の端からｎ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の膜厚の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００２７】
従って、本願第三の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００２８】
本願第四の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００２９】
前記活性層に対してｎ型側においても本願第二の発明の説明と同様に、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場から受ける斥力が低減するため、キャリアである電子は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００３０】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｎ型側の端からｎ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の膜厚の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００３１】
従って、本願第四の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００３２】
本願発明に係る半導体発光素子の前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが望ましい。
【００３３】
前記第一半導体層と前記第二半導体層との間の急峻な組成変化を緩和する目的に挿入される前記バンドギャップ変化層の膜厚は、前記目的達成のために３（ｎｍ）以上であることが求められる。一方、前記バンドギャップ変化層は膜厚に比例し電気抵抗が大きくなるため、前記バンドギャップ変化層の膜厚は１００（ｎｍ）未満が望ましい。
【００３４】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００３５】
本願発明に係る半導体発光素子の前記第二半導体層のバンドギャップは前記第一半導体層のバンドギャップより広いことが好ましい。
【００３６】
前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップを前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップより広くすることで、キャリアにとって前記第二半導体層より前記第一半導体層の方がエネルギー的に安定する。従って、キャリアは前記第二半導体層から前記バンドギャップ変化層を通り、前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００３７】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００３８】
本願発明に係る半導体発光素子は、前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層の積層方向と前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、前記バンドギャップ変化層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及び前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行であることが好ましい。
【００３９】
前記分極電荷が顕著に現れる前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層した場合であっても、前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層を順に積層することで、前記分極電荷は小さくなり、前記第一半導体層から前記第二半導体層へのキャリア輸送を円滑することができる。
【００４０】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００４１】
本願発明に係る半導体発光素子は、前記第一半導体層は前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１であり、前記活性層で発生した光を導波する光ガイド層として機能し、前記第二半導体層は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１の関係であり、前記活性層にキャリアを供給するクラッド層として機能し、且つ前記バンドギャップ変化層は前記組成式において０≦ｘ≦ｍ及びｘ＋ｙ＝１の関係の範囲であり、構造全体として半導体レーザとしての機能を有することが好ましい。
【００４２】
前記第二半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１とする、すなわちＡｌｍＧａ１−ｍＮとし、前記第一半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１とする、すなわちＧａＮとすることで、前記第二半導体層のバンドギャップは前記第一半導体層のバンドギャップより大きくなる。従って、キャリアは前記第二半導体層から前記バンドギャップ変化層を通り、前記第一半導体層へ円滑に移動することができ、前記第二半導体層はキャリアを供給するクラッド層として機能する。
【００４３】
また、前記第一半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＮ又はＩｎＧａＮ化合物とすることで屈折率が小さくなり前記活性層で発生した光は前記第一半導体層で反射する。活性層に対してｐ型側及び／又はｎ型側に前記第一半導体層を配置することで前記活性層で発生した光は前記第一半導体層を導波するとともに誘導放出を促し、前記第一半導体層は光ガイド層として機能する。
【００４４】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動でき、半導体レーザとして機能する半導体発光素子を提供することができる。
【００４５】
本願発明に係る半導体発光素子は、前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、０．５ρ／ｄ≦ｎ≦３ρ／ｄの範囲であることが好ましい。
【００４６】
前記半導体発光素子の電気抵抗を下げるために、前記バンドギャップ変化層には不純物を添加することが好ましい。一方、不純物濃度が高い場合、結晶欠陥が増加するため、半導体発光素子の電気抵抗が上昇し、結晶欠陥に光が吸収される量が増加して半導体発光素子の発光効率が低下することになる。また、不純物としてＭｇを添加した場合、Ｍｇ拡散により半導体発光素子が劣化して信頼性が低下することになる。従って、前記バンドギャップ変化層の不純物濃度は前記の範囲であることが好ましい。
【００４７】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本願発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本願発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
（実施の形態１）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００５１】
本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０１の断面の概念図を図１に示す。半導体発光素子１０１は電極１１、ｎ型基板１２、ｎ型下地層１３、ｎ側第一半導体層２５、ｎ型第二半導体層２７、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７、ｐ型コンタクト層１８及びストライプ形状電極１９を備える。半導体発光素子１０１はｎ型基板１２上に各半導体層を積層しており、活性層１４に対してストライプ形状電極１９の側の半導体層、すなわち活性層１４に対してｐ型側において少なくともｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８をｐ型としている。一方、活性層１４に対して電極１１の側の半導体層、すなわち活性層１４に対してｎ型側において少なくともｎ型第二半導体層２７、ｎ型下地層１３及びｎ型基板１２をｎ型としている。半導体発光素子１０１は電極１１とストライプ形状電極１９とでｎ型基板１２を含む半導体層を挟み込んだ裏面電極型の半導体発光素子である。
【００５２】
電極１１及びストライプ形状電極１９は半導体発光素子１０１に電圧を印加するために配置される。電極と半導体とが接触したときに整流性を生ずれば半導体発光素子としての効率を損なうため、電極１１及びストライプ形状電極１９は半導体とオーム接触できる素材であることが望ましい。さらに、外部の電源等の装置との配線との接触抵抗が小さい素材であることが望ましい。そのため、半導体と接触する素材と配線と接続する素材との間にバッファとなる素材を挟む構造であることが好ましい。例えば、ｎ型半導体と接触する電極１１の素材としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕやＡｌ／Ａｕが例示される。ｐ型半導体と接触するストライプ形状電極１９の素材としては、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ及びＰｔ／Ａｕが例示される。
【００５３】
電極１１はｎ型基板１２との接触抵抗を低減するためにｎ型基板１２のｎ型下地層１３を積層した側と反対側（以下、「ｎ型基板１２のｎ型下地層１３を積層した側と反対側」を「ｎ型基板１２の裏面」と略記する。）全面に積層していることが好ましい。一方、ストライプ形状電極１９は活性層１４の一部にキャリアを集中させて供給するためｐ型コンタクト層１８上に帯状に配置される。
【００５４】
ｎ型基板１２は半導体薄膜で構成される半導体発光素子１０１を物理的に支えるために配置される。半導体発光素子１０１の基板として半導体薄膜が良好に成長する素材が選択される。例えば、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物」と略記する。）を積層させる場合は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）が例示される。
【００５５】
活性層１４は電子及び正孔の再結合により光を発光する層である。活性層１４に採用される素材のバンドギャップにより発光する光の波長が定まる。活性層１４に採用される素材は発光効率の高い直接遷移型の半導体であることが好ましい。ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜を使用することで、組成変更により幅広いバンドギャップを作り出すことができ、所望の波長の半導体発光素子を製造することができる。また、活性層１４はバンドギャップが互いに異なる少なくとも二種類の半導体薄膜を交互に配置させることで、バンドギャップの広い方の半導体薄膜を障壁層とし、バンドギャップの狭い方の半導体薄膜を井戸層とした多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とすることもできる。活性層１４を前記ＭＱＷとすることで特定のエネルギー状態に電子が集中し、小電流でも効率よく発光することが実現できる。ＭＱＷとした場合、前記井戸層のバンドギャップで発光する光の波長が定まる。なお、前記ＭＱＷの両端を障壁層としてもよく、井戸層としてもよい。例えば、前記障壁層として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｑ（０．９５≦ｑ≦１、好ましくは０．９７≦ｑ≦１）、すなわち組成式がＧａｑＩｎ１−ｑＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜と前記井戸層として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｐ（ｐ＜ｑ且つ０．８０≦ｐ≦０．９５、好ましくは０．８５≦ｐ≦０．９）、すなわち組成式がＧａｐＩｎ１−ｐＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜とを組み合わせたＭＱＷが例示される。なお、以下の記載において「組成式がＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａＮ化合物」と略記し、「組成式がＧａｑＩｎ１−ｑＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａｑＩｎ１−ｑＮ化合物」と略記し、「組成式がＧａｐＩｎ１−ｐＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａｐＩｎ１−ｐＮ化合物」と略記する。
【００５６】
前記障壁層の膜厚は５（ｎｍ）以上２０（ｎｍ）以下が好ましく、７（ｎｍ）以上１５（ｎｍ）以下がより好ましい。
【００５７】
前記井戸層の膜厚は１（ｎｍ）以上１０（ｎｍ）以下が好ましく、３（ｎｍ）以上５（ｎｍ）以下がより好ましい。
【００５８】
活性層１４の膜厚のうちＭＱＷの膜厚（前記障壁層と前記井戸層との膜厚の合計）は３８０（ｎｍ）以上４８０（ｎｍ）以下であることが好ましい。
【００５９】
さらに、半導体発光素子の発光に伴う発熱による熱エネルギーを受けた電子が量子井戸の障壁を越えてｐ型側の半導体層へ移動してしまうキャリアオーバーフローという現象を防止するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の電子バリア層を前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に配置してもよい。前記電子バリア層はバンドギャップが広く、伝送帯の底部準位が高いため、前記熱エネルギーを得た電子であっても前記電子バリア層を通過してｐ型側の半導体層へ移動することができない。例えば、前記電子バリア層として前記組成式においてｘ＝ｓ、ｘ＋ｙ＝１（０．１≦ｓ≦０．３、好ましくは０．１５≦ｓ≦０．２５）、すなわち組成式がＡｌｓＧａ１−ｓＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＡｌｓＧａ１−ｓＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｓＧａ１−ｓＮ化合物」と略記する。）薄膜が例示される。前記電子バリア層の膜厚は１０（ｎｍ）以上３０（ｎｍ）以下、好ましくは１５（ｎｍ）以上２５（ｎｍ）以下であることが例示される。キャリアオーバーフローの電子はｐ型の半導体層において、発光に携わらない無効キャリアとなって半導体発光素子の発光効率を低下させるため、活性層１４は前記電子バリア層を有することで無効キャリアを減少させることができ、半導体発光素子の発光効率を高くすることができる。
【００６０】
ｎ型第二半導体層２７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。ｎ型第二半導体層２７は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０１≦ｍ≦０．１５、好ましくは０．０５≦ｍ≦０．１）、ｘ＋ｙ＝１の関係、すなわち組成式がＡｌｍＧａ１−ｍＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＡｌｍＧａ１−ｍＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｍＧａ１−ｍＮ化合物」と略記する。）が例示される。ｎ型第二半導体層２７はキャリア密度を高めるためｎ型不純物、例えばＳｉが添加される。不純物濃度は５×１０１７（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下であることが例示される。ｎ型第二半導体層２７の膜厚は３００（ｎｍ）以上２０００（ｎｍ）以下が好ましく、４００（ｎｍ）以上１２００（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６１】
ｎ側第一半導体層２５はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。活性層１４に不純物が拡散しないようにｎ側第一半導体層２５には不純物は添加されない、又はｎ型第二半導体層２７に添加された不純物の濃度より低い濃度に設計される。また、ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップは活性層１４のバンドギャップより広くかつｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭く設計される。活性層１４が前記ＭＱＷである場合、ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップは前記ＭＱＷを構成する障壁層のバンドギャップより広く、ｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭い。具体的には、ｎ側第一半導体層２５の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１とする、すなわちＧａＮ化合物とすることが例示される。なお、ｎ側第一半導体層２５の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＩｎＮ化合物としてもよい。ｎ側第一半導体層２５の膜厚は２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下が好ましく、５０（ｎｍ）以上１５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６２】
ｐ型第二半導体層１７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。ｐ型第二半導体層１７は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０１≦ｍ≦０．１５、好ましくは０．０５≦ｍ≦０．１）、ｘ＋ｙ＝１の関係、すなわちＡｌｍＧａ１−ｍＮ化合物が例示される。ｐ型第二半導体層１７はキャリア密度を高めるためｐ型不純物、例えばＭｇが添加される。不純物濃度は５×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０２０（ｃｍ−３）以下であることが例示される。ｐ型第二半導体層１７の膜厚は１００（ｎｍ）以上２０００（ｎｍ）以下が好ましく、２００（ｎｍ）以上５００（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６３】
ｐ側第一半導体層１５はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。活性層１４に不純物が拡散しないようにｐ側第一半導体層１５には不純物は添加されない、又はｐ型第二半導体層１７に添加された不純物の濃度より低い濃度に設計される。また、ｐ型第一半導体層１５のバンドギャップは活性層１４のバンドギャップより広く設計される。活性層１４が前記ＭＱＷである場合、ｐ側第一半導体層１５のバンドギャップは前記ＭＱＷを構成する障壁層のバンドギャップより広く、ｐ型第二半導体層１７のバンドギャップより狭い。具体的には、ｐ側第一半導体層１５の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１とする、すなわちＧａＮ化合物とすることが例示される。なお、ｐ側第一半導体層１５の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＩｎＮ化合物としてもよい。ｐ側第一半導体層１５の膜厚は２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下が好ましく、５０（ｎｍ）以上１５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６４】
ｐ側バンドギャップ変化層１６は積層方向に組成が連続的に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｐ側バンドギャップ変化層１６は積層方向においてｐ側バンドギャップ変化層１６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が連続的に単調変化する組成を有する。例えば、ｐ側バンドギャップ変化層１６は、積層方向に対するｐ側バンドギャップ変化層１６の一の側が前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１であるＧａＮ化合物であり、他の側が前記組成式においてｘ＝０．０８及びｙ＝０．９２であるＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であり、前記一の側から前記他の側へ向かって前記組成式においてｘの値が０から０．０８へ連続的に単調変化し且つｙの値がｘ＋ｙ＝１の関係を保ちつつ１から０．９２へ連続的に単調変化する組成を有する。
【００６５】
ｐ側バンドギャップ変化層１６は組成が連続的に単調変化するため、ｐ側バンドギャップ変化層１６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【００６６】
なお、ｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６７】
ｐ側バンドギャップ変化層１６にはｐ型とするためにｐ型不純物を添加してもよい。具体的にはｐ型不純物としてＭｇが例示される。例えば、不純物濃度を１×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下とすることが例示できる。
【００６８】
なお、前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、数１の範囲、すなわち電荷密度ρをバンドギャップ変化層の膜厚ｄで除算した商の５０％以上３００％以下の範囲であることが好ましい。
【数１】
【００６９】
さらに円滑なキャリア輸送のため数２の範囲であることが好ましく、数３の範囲であることがより好ましい。
【数２】
【数３】
【００７０】
ＧａＮ化合物とＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物との間に配置されるバンドギャップ変化層の不純物濃度を以下に例示する。ＧａＮ化合物とＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物との界面に生ずる分極電荷密度はρ＝３×１０１２（ｃｍ−２）である。バンドギャップ変化層の膜厚を１０（ｎｍ）としたとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎは１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが好ましい。
【００７１】
ｐ型コンタクト層１８はストライプ形状電極１９とオーム接触するための半導体層である。例えば、膜厚が１０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下のＧａＮ化合物が例示できる。ｐ型コンタクト層１８がＧａＮ化合物の場合、添加する不純物としてＭｇが例示される。
【００７２】
ｎ型下地層１３はｎ型下地層１３上に積層する半導体の結晶性を向上させることができる。例えば、膜厚１μｍ以上５μｍ以下のＳｉを不純物としてｎ型としたＧａＮ化合物が例示できる。不純物濃度は５×１０１７（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下であることが例示される。
【００７３】
半導体発光素子１０１はｎ型基板１２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。各半導体層を積層する手段は後述する。
【００７４】
ｐ側バンドギャップ変化層１６の前記一の側の組成をｐ側第一半導体層１５の組成と等しくし、前記他の側の組成をｐ型第二半導体層１７の組成と等しくした場合、ｐ側バンドギャップ変化層１６の前記一の側とｐ側第一半導体層１５とを隣接し、及び前記他の側とｐ型第二半導体層１７とを隣接するようにｐ側バンドギャップ変化層１６を積層する。ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７に至るまで組成が連続的に単調変化するため、ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７に至るまでバンドギャップも連続的に単調変化する。例えば、ｐ側第一半導体層１５がＧａＮ化合物であり、ｐ型第二半導体層１７が組成式Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、ｐ側バンドギャップ変化層１６の前記一の側の組成をＧａＮとし、前記他の側の組成をＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎとすることで、ｐ側第一半導体層１５とｐ側バンドギャップ変化層１６との間及びｐ側バンドギャップ変化層１６とｐ型第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなり、ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７に至るまで組成は連続的に単調変化する。
【００７５】
従って、ｐ側第一半導体層１５とｐ側バンドギャップ変化層１６との間及びｐ側バンドギャップ変化層１６とｐ型第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリア輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、正孔はｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５へ円滑に移動することができる。
【００７６】
半導体発光素子１０１の各半導体層は有機金属気相成長法（以下、「有機金属気相成長法」を「ＭＯＣＶＤ法」と略記する。）を利用して積層される。ＭＯＣＶＤ法は原料ガスを反応炉（チャンバ）に導き入れ、チャンバ内に固定され、摂氏６００度から摂氏１１００度に維持された基板上で原料ガスを熱分解して反応させ薄膜をエピタキシャル成長させる方法である。原料ガスの流量及び濃度、反応温度及び時間、希釈ガスの種類等の製造パラメータを制御することで組成や膜厚の異なる半導体層を容易に積層して製造することができる。
【００７７】
ｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜の場合、ＭＯＣＶＤ法はＩＩＩ属元素としてＧａ（ＣＨ３）３（トリメチルガリウム、以下「ＴＭＧ」と略記する。）、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３（トリエチルインジウム、以下「ＴＭＩ」と略記する。）及びＡｌ（ＣＨ３）３（トリメチルアルミニウム、以下「ＴＭＡ」と略記する。）をキャリアガスである水素又は窒素でバブリングさせた蒸気を原料ガスとして使用し、窒化物とするためにアンモニア蒸気を使用する。また、不純物はｐ型ドーパントとしてＣＰ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）又はｎ型ドーパントとしてＳｉＨ４（シラン）も同様に蒸気としてチャンバに導き入れることができる。ＭＯＣＶＤ法はＣＰ２Ｍｇ又はＳｉＨ４、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びアンモニアを所定の混合比で混合した混合ガスの流量ならびに基板温度の製造パラメータで所望のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物を成長させることができる。ＭＯＣＶＤ法はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の膜厚を反応時間で制御することができる。
【００７８】
具体的に、半導体発光素子１０１は以下のように作成される。ｎ形基板１２をチャンバ内に導入し、前記チャンバ内をキャリアガスで置換すると共にｎ形基板１２の温度を６００〜１１００℃程度に昇温する。
【００７９】
以下、原料ガスは水素又は窒素のキャリアガスにてチャンバに導入する。
【００８０】
次いで、ＧａＮ化合物が成長するようにＴＭＧ、アンモニア及びＳｉＨ４の原料ガスを所定の割合で混合した混合ガス（混合ガスＡ）を導入して、所定の時間ｎ型基板１２上で反応させてｎ形下地層１３を積層する。
【００８１】
次いで、ｎ型第二半導体層２７が成長する比率でＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＳｉＨ４の原料ガスを混合した混合ガス（混合ガスＢ）を導入して、所定の時間ｎ型下地層１３上で反応させてｎ型第二半導体層２７を積層する。例えば、ｎ型第二半導体層２７がＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びＳｉＨ４の混合ガスＢを使用する。
【００８２】
同様に、ｎ側第一半導体層２５が成長する比率でＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＳｉＨ４の原料ガスを混合した混合ガス（混合ガスＣ）を導入して、所定の時間ｎ型第二半導体層２７上で反応させてｎ側第一半導体層２５を積層する。なお、不純物を添加しない場合はＳｉＨ４を止めて反応させる。例えば、ｎ側第一半導体層２５がノンドープのＧａＮ化合物である場合、ＴＭＧ及びアンモニアの混合ガスＣを使用する。
【００８３】
同様に、ｎ側第一半導体層２５上に活性層１４を積層する。なお、活性層１４がＭＱＷの場合には製造パラメータを所定の時間毎に切り替えることで前記障壁層と前記井戸層とを交互に積層することができる。さらに、活性層１４が電子バリア層を有する場合には所定の時刻に製造パラメータを切り替えることでＭＱＷのｐ型側の端に電子バリア層を積層できる。
【００８４】
例えば、障壁層がＧａ０．９７Ｉｎ０．０３Ｎ化合物薄膜、井戸層がＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎ化合物薄膜、電子バリア層がＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ化合物からなる活性層１４を積層する場合、まず、ｎ側第一半導体層２５上に井戸層を積層するためＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアの混合ガス（混合ガスＤ）でＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎ化合物薄膜を成長させる。次いで、前記井戸層の上に障壁層を積層するためにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアの混合ガス（混合ガスＥ）でＧａ０．９７Ｉｎ０．０３Ｎ化合物薄膜を成長させる。続いて、再び、混合ガスＤに切り替え、井戸層を積層する。さらに、混合ガスＥに切り替え、障壁層を積層する。同様に混合ガスＤと混合ガスＥとを所定回数切り替えることで所定数の井戸層を形成できる。所定数の井戸層を形成した後、電子バリア層を積層するためにＴＭＧ、ＴＭＡ、ＣＰ２Ｍｇ及びアンモニアの混合ガス（混合ガスＦ）でＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ化合物薄膜を成長させる。
【００８５】
活性層１４を積層した後、ｐ側第一半導体層１５が成長するＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＧ）を導入して、所定の時間活性層１４上で反応させてｐ側第一半導体層１５を積層する。例えば、ｐ側第一半導体層１５がノンドープのＧａＮ化合物である場合、ＴＭＧ及びアンモニアの混合ガスＧを使用する。
【００８６】
次いで、ｐ側第一半導体層１５上にｐ側バンドギャップ変化層１６を積層する。ｐ側バンドギャップ変化層１６を積層するための反応ガスについては後述する。
【００８７】
次いで、ｐ型第二半導体層１７が成長するＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＨ）を導入して、所定の時間ｐ側バンドギャップ１６上で反応させてｐ型第二半導体層１７を積層する。例えば、ｐ型第二半導体層１７がＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇを所定の割合の混合ガスＨを使用する。
【００８８】
ｐ側バンドギャップ変化層１６の成長において、反応時刻に応じて混合ガスＧから混合ガスＨへＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びアンモニアの混合比を連続的に単調変化させることで、ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７まで積層方向に組成が単調変化し、バンドギャップの急峻な変化のない半導体層を得ることができる。また、ＣＰ２Ｍｇを反応ガスに加えることでｐ側バンドギャップ変化層１６をｐ型とすることができる。
【００８９】
ｐ型第二半導体層１７を積層した後、ｐ型コンタクト層１８が成長するＴＭＧ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＩ）を導入して、所定の時間ｐ型第二半導体層１７上で反応させてｐ型コンタクト層１８を積層する。
【００９０】
なお、活性層１４とｐ側第一半導体層１５との界面からｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｐ側第一半導体層１５及びｐ側バンドギャップ変化層１６を積層するように制御する。すなわち混合ガスＦを混合ガスＧへ切り替えた時刻からｐ側バンドギャップ変化層１６の積層時間の半分の時刻になるまでの時間を制御する。従って、ｐ側第一半導体層１５の膜厚は活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離を前記範囲であるように制限される。
【００９１】
なお、ｎ型基板１２に前記ＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させる方法としては、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）を利用してもよい。
【００９２】
ｐ型コンタクト層１８を積層した後、ｐ型コンタクト層１８上にストライプ形状電極１９の素材及びｎ型基板１２の裏面に電極１１の素材を積層する。電極の素材の積層方法としてはスパッタリング法や真空蒸着法を利用できる。
【００９３】
電極の素材を積層した後、ストライプ形状電極１９を形成する。ストライプ形状電極１９を形成する方法としてはリソグラフィ技術とドライエッチングを用いることができる。リソグラフィ技術によりストライプ状のレジストパターンを形成し、ストライプ形状電極１９の素材をストライプ状にエッチングする。ストライプ形状電極１９の素材とｐ型コンタクト層１８、例えばＧａＮ化合物との選択比の高いエッチングガスを用いることでｐ型コンタクト層１８をエッチングストップ層として前記レジストパターンに覆われていないストライプ形状電極１９の素材を良好にエッチングすることができる。続いてレジストを除去することでストライプ形状電極１９を形成することができる。
【００９４】
半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムの概念図を図２に示す。図２において１１ａは電極１１の領域、１２ａはｎ型基板１２の領域、１３ａはｎ型下地層１３の領域、２５ａはｎ側第一半導体層２５の領域、２７ａはｎ型第二半導体層２７の領域、１４ａは活性層１４の領域、１５ａはｐ側第一半導体層１５の領域、１６ａはｐ側バンドギャップ変化層１６の領域、１７ａはｐ型第二半導体層１７の領域、１８ａはｐ型コンタクト層１８の領域及び１９ａはストライプ形状電極１９の領域のバンドギャップを示している。２１は価電子帯のトップ準位、２２は伝導帯の底部準位である。図２のバンドダイヤグラムにおいて半導体発光素子１０１の活性層１４はＭＱＷ構造であり、前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に電子バリア層を有している。活性層１４の領域１４ａにおいて１４ｂは井戸層の領域、１４ｃは障壁層の領域、１４ｄは電子バリア層の領域を示している。なお、図２において電極１１からｎ型基板１２まで及びｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【００９５】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極１１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０１に注入される。
【００９６】
電極１１から注入された電子は多数キャリアが電子であるｎ型のｎ型基板１２、ｎ型下地層１３及びｎ型第二半導体層２７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップはｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭いため、電子は伝導帯の底部準位２２に沿ってエネルギー的に安定するｎ側第一半導体層２５へ移動できる。電子はｎ側第一半導体層２５より狭いバンドギャップの活性層１４の各井戸層に集中する。
【００９７】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は多数キャリアが正孔であるｐ型のｐ型コンタクト層１８、ｐ型第二半導体層１７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｐ側第一半導体層１５のバンドギャップはｐ型第二半導体層１７のバンドギャップより狭く、ｐ側バンドギャップ変化層１６によってｐ側第一半導体層１５の価電子帯のトップ準位２１とｐ型第二半導体層１７の価電子帯のトップ準位２１とはなだらかに接続され、正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定するｐ側第一半導体層１５へ移動できる。ｐ側第一半導体層１５へ移動した正孔はｐ側第一半導体層１５のバンドギャップより狭い活性層１４の各井戸層に集中する。なお、活性層１４のｐ型電子バリア層は広いバンドギャップを有するが、価電子帯のトップ準位２１が高いため、正孔の移動に対する前記電子バリア層の影響は少ない。
【００９８】
活性層１４は活性層１４の各井戸層に集中した前記電子及び前記正孔が再結合することにより量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【００９９】
また、活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離は一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔はｐ型第二半導体層１７、ｐ側バンドギャップ変化層１６内及びｐ側第一半導体層１５内での拡散が減少し、図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１００】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。特に、従来ｐ型の不純物としてＭｇを添加する場合、円滑な正孔輸送をするためには不純物濃度を高める必要があったが、ｐ側バンドギャップ変化層１６により不純物濃度を低減した状態でも円滑な正孔輸送が可能となるため、本願発明の効果は大きい。
【０１０１】
また、前記分極電荷の分散により正孔が受ける斥力が低減するため半導体発光素子１０１の電気抵抗及びビルトイン電圧が低くなり、半導体発光素子１０１の動作電圧を下げることができる。従って、半導体発光素子１０１が半導体レーザの場合にはしきい値電流の低減及び電流対光量のスロープ効率の改善を図ることができ、半導体発光素子１０１がＬＥＤの場合には輝度向上をはかることができる。
【０１０２】
なお、互いに組成の異なる二のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層した場合に最も強く格子ひずみが生じ、前記分極電荷が顕著に現れる。従って、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６及びｐ型第二半導体層１７の積層方向とｐ側第一半導体層１５のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、ｐ側バンドギャップ変化層１６のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及びｐ型第二半導体層１７のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行の場合にｐ側バンドギャップ変化層１６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｐ側バンドギャップ変化層１６はｐ側第一半導体層１５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１０３】
（実施の形態２）
本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１０３の断面の概念図を図３に示す。図３において、図１で用いた符号と同じ符号は半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０３と図１の半導体発光素子１０１との違いは、半導体発光素子１０１は基板の裏面に陰電極を設けた裏面電極型に対し、半導体発光素子１０３は陽電極と陰電極が基板に対して同一の方向にある型である。具体的には、半導体発光素子１０３には半導体発光素子１０１の電極１１及びｎ型基板１２を備えず、ｎ型基板３２及び電極３１を備えたことである。
【０１０４】
ｎ型基板３２は半導体薄膜で構成される半導体発光素子１０３を物理的に支えるために配置される。半導体発光素子１０３の基板として半導体薄膜が良好に成長する素材が選択される。例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物を積層させる場合はサファイヤが例示される。
【０１０５】
電極３１は半導体発光素子１０３に電圧を印加するために配置される。電極３１は図１の電極１１で説明した機能を有し、素材としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕやＡｌ／Ａｕが例示される。
【０１０６】
半導体発光素子１０３は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極１９を形成する。
【０１０７】
続いて、電極３１を形成する箇所の陰電極部Ｍの半導体層を除去するために再度リソグラフィ技術を用いて陽電極部Ｐの上層を覆うレジストパターンを作り、ドライエッチングで陰電極部Ｍのｐ型コンタクト層１８からｎ型下地層１３の膜厚の一部までの半導体層を除去する。ｎ型下地層１３の膜厚の一部までのエッチングなのでエンドポイント、すなわち陰電極部Ｍに残すｎ型下地層１３の膜厚はエッチング時間で制御する。
【０１０８】
陰電極部Ｍを形成した後、ストライプ形状電極１９の形成と同様にして電極３１を形成する。
【０１０９】
半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムの概念図を図４に示す。図４において図２で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムにおいて図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側においてｎ型基板１２の領域１２ａ及び電極１１の領域１１ａがなく、電極３１の領域３１ａが表示されていることである。なお、図４においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１１０】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極３１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０３に注入される。
【０１１１】
電極３１から注入された電子は図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１０３の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１１２】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１０３の活性層１４の各井戸層に集中する。従って、半導体発光素子１０３は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１１３】
また、半導体発光素子１０３は図１の半導体発光素子１０１と同様に活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離が一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔は図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１１４】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１１５】
つまり、半導体発光素子１０３は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、半導体発光素子１０３は半導体発光素子１０１と同様にｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６及びｐ型第二半導体層１７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｐ側バンドギャップ変化層１６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｐ側バンドギャップ変化層１６はｐ側第一半導体層１５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１１７】
（実施の形態３）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【０１１８】
本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０５の断面の概念図を図５に示す。図５において、図１及び図３で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０５と図３の半導体発光素子１０３との違いは、半導体発光素子１０５には半導体発光素子１０３のｐ側バンドギャップ変化層１６を備えず、ｐ側バンドギャップ変化層５６を備えたことである。
【０１１９】
ｐ側バンドギャップ変化層５６は積層方向に組成が階段状に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｐ側バンドギャップ変化層５６は積層方向においてｐ側バンドギャップ変化層５６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が階段状に単調変化する組成を有する。具体的にはｐ側バンドギャップ変化層５６はバンドギャップの異なる複数のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜をバンドギャップの幅の広い順又は狭い順に積層して構成される。例えば、ｐ側バンドギャップ変化層５６は、積層方向の一の側から積層方向の他の側へ向かってそれぞれ膜厚が１０（ｎｍ）のＧａＮ化合物薄膜、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ化合物薄膜、Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ化合物薄膜、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ化合物薄膜及びＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物薄膜を順に積層して構成される。ｐ側バンドギャップ変化層５６のバンドギャップは前記一の側から前記他の側に向かって、最も狭いＧａＮ化合物薄膜のバンドギャップから最も広いＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物薄膜のバンドギャップへ階段状に単調変化する。なお、前記化合物薄膜の組成は不均等に変化させてもよく、前記化合物薄膜の膜厚も不均等であってもよい。
【０１２０】
ｐ側バンドギャップ変化層５６は組成が階段状に単調変化するため、ｐ側バンドギャップ変化層５６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【０１２１】
なお、ｐ側バンドギャップ変化層５６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１２２】
ｐ側バンドギャップ変化層５６にはｐ型とするためにｐ型不純物を添加してもよい。具体的にはｐ型不純物としてＭｇが例示され、不純物濃度ｎは１×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、ｐ側バンドギャップ変化層５６の不純物濃度の範囲は図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明したようにｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びｐ側バンドギャップ変化層５６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【０１２３】
半導体発光素子１０５は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層５６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。ｐ側バンドギャップ変化層５６は所定時間毎に階段状に前記製造パラメータを変更して積層させて作成する。なお、活性層１４とｐ側第一半導体層１５との界面からｐ側バンドギャップ変化層５６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｐ側第一半導体層１５及びｐ側バンドギャップ変化層５６を積層する。
【０１２４】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１２５】
ｐ側バンドギャップ変化層５６の一の側の組成をｐ側第一半導体層１５の組成と等しくし、他の側の組成をｐ型第二半導体層１７の組成と等しくすることで、図１のｐ側バンドギャップ変化層１６の効果と同じ効果を得られる。すなわち、ｐ側バンドギャップ変化層５６の前記一の側とｐ側第一半導体層１５とを隣接し、及び前記他の側とｐ型第二半導体層１７とを隣接するようにｐ側バンドギャップ変化層５６を積層することで、ｐ側第一半導体層１５とｐ側バンドギャップ変化層５６との間及びｐ側バンドギャップ変化層５６とｐ型第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、正孔はｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５へ円滑に移動することができる。
【０１２６】
半導体発光素子１０５のバンドダイヤグラムの概念図を図６に示す。図６において図２又は図４で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図６の半導体発光素子１０５のバンドダイヤグラムにおいて図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｐ型側においてｐ側バンドギャップ変化層１６の領域１６ａがなく、ｐ側バンドギャップ変化層５６の領域５６ａが表示されていることである。なお、図６においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１２７】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０５に注入される。
【０１２８】
電極３１から注入された電子は図２の半導体発光素子１０１のバンドギャップで説明したように半導体発光素子１０５の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１２９】
一方、活性層１４に対してｐ型側において、ｐ側バンドギャップ変化層５６によってｐ側第一半導体層１５の価電子帯のトップ準位２１とｐ型第二半導体層１７の価電子帯のトップ準位２１とは階段状に接続されており、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定するｐ側第一半導体層１５へ移動できる。ｐ側第一半導体層１５へ移動した正孔は図２の半導体発光素子１０１のバンドギャップで説明したように半導体発光素子１０５の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１３０】
従って、半導体発光素子１０５は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１３１】
また、半導体発光素子１０５は図１の半導体発光素子１０１と同様に活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離が一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔は図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１３２】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１３３】
つまり、半導体発光素子１０５は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１３４】
また、半導体発光素子１０５は半導体発光素子１０１と同様にｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層５６及びｐ型第二半導体層１７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｐ側バンドギャップ変化層５６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｐ側バンドギャップ変化層５６はｐ側第一半導体層１５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１３５】
なお、半導体発光素子１０５は図１の半導体発光素子１０１で説明したｎ型基板１２に半導体層を積層することで半導体発光素子１０１と同様に裏面電極型の半導体発光素子とすることができる。
【０１３６】
（実施の形態４）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【０１３７】
本願第三の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０７の断面の概念図を図７に示す。図７において、図１、図３及び図５で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０７と図３の半導体発光素子１０３との違いは、半導体発光素子１０７には半導体発光素子１０３のｐ側バンドギャップ変化層１６を備えず、ｎ側バンドギャップ変化層７６を備えたことである。
【０１３８】
ｎ側バンドギャップ変化層７６は図１のｐ型バンドギャップ変化層１６と同様に積層方向に組成が連続的に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層７６は積層方向においてｎ側バンドギャップ変化層７６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が連続的に単調変化する組成を有する。例えば、ｎ側バンドギャップ変化層７６は、図１で説明したｐ側バンドギャップ変化層１６と同様の組成のＩＩＩ族窒化物系化合物が例示できる。
【０１３９】
ｎ側バンドギャップ変化層７６は組成が連続的に単調変化するため、ｎ側バンドギャップ変化層７６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【０１４０】
なお、ｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１４１】
ｎ側バンドギャップ変化層７６にはｎ型とするためにｎ型不純物を添加してもよい。具体的にはｎ型不純物としてＳｉが例示され、不純物濃度ｎは５×１０１７（ｃｍ−３）以上５×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、ｎ側バンドギャップ変化層７６の不純物濃度の範囲は図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明したようにｎ側第一半導体層２５とｎ型第二半導体層２７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びｎ側バンドギャップ変化層７６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【０１４２】
半導体発光素子１０７は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側バンドギャップ変化層７６、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。なお、活性層１４とｎ側第一半導体層２５との界面からｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｎ側第一半導体層２５及びｎ側バンドギャップ変化層７６を積層する。
【０１４３】
従って、活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離を前記範囲とするため、ｎ側第一半導体層２５の膜厚は２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であることが好ましい。
【０１４４】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１４５】
ｎ側バンドギャップ変化層７６の一の側の組成をｎ側第一半導体層２５の組成と等しくし、他の側の組成をｎ型第二半導体層２７の組成と等しくした場合、図１のｐ側バンドギャップ変化層１６の効果と同じ効果を得られる。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層７６の前記一の側とｎ側第一半導体層２５とを隣接し、及び前記他の側とｎ型半導体層２７とを隣接するようにｎ側バンドギャップ変化層７６を積層することで、ｎ側第一半導体層２５とｎ側バンドギャップ変化層７６との間及びｎ側バンドギャップ変化層７６とｎ型第二半導体層２７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動することができる。
【０１４６】
半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムの概念図を図８に示す。図８において図２、図４及び図６で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図８の半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムにおいて図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｐ型側にｐ側バンドギャップ変化層１６の領域１６ａがなく、活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側にｎ側バンドギャップ変化層７６の領域７６ａが表示されていることである。なお、図８においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１４７】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０７に注入される。
【０１４８】
電極３１から注入された電子は多数キャリアが電子であるｎ型のｎ型下地層１３及びｎ型第二半導体層２７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップはｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭く、ｎ側バンドギャップ変化層７６によってｎ側第一半導体層２５の伝導帯の底部準位２２とｎ型第二半導体層２７の伝導帯の底部準位２２とはなだらかに接続され、電子は伝導帯の底部準位２２に沿ってエネルギー的に安定するｎ側第一半導体層２５へ移動できる。ｎ側第一半導体層２５へ移動した電子はｎ側第一半導体層２５のバンドギャップより狭い活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１４９】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は多数キャリアが正孔であるｐ型のｐ型コンタクト層１８、ｐ型第二半導体層２７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｐ側第一半導体層１５のバンドギャップはｐ型第二半導体層１７のバンドギャップより狭いため、正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定するｐ側第一半導体層１５へ移動できる。正孔はｐ側第一半導体層１５より狭いバンドギャップの活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１５０】
従って、半導体発光素子１０７は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１５１】
また、活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離は一定の範囲にあり、電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動できるため、電極３１により注入された電子は一箇所に集中することなく、図７に示す電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７、ｎ側バンドギャップ変化層７６内及びｎ側第一半導体層２５内を均一に移動することができ、半導体発光素子１０７の電気抵抗を下げることができる。
【０１５２】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１５３】
つまり、半導体発光素子１０７は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１５４】
また、半導体発光素子１０７は半導体発光素子１０１と同様にｎ側第一半導体層２５、ｎ側バンドギャップ変化層７６及びｎ型第二半導体層２７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｎ側バンドギャップ変化層７６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｎ側バンドギャップ変化層７６はｎ側第一半導体層２５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１５５】
なお、半導体発光素子１０７は図１の半導体発光素子１０１で説明したｎ型基板１２に半導体層を積層することで半導体発光素子１０１と同様に裏面電極型の半導体発光素子とすることができる。
【０１５６】
（実施の形態５）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【０１５７】
本願第四の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０９の断面の概念図を図９に示す。図９において、図１、図３、図５及び図７で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０９と図７の半導体発光素子１０７との違いは、半導体発光素子１０９には半導体発光素子１０７のｎ側バンドギャップ変化層７６を備えず、ｎ側バンドギャップ変化層９６を備えたことである。
【０１５８】
ｎ側バンドギャップ変化層９６は積層方向に組成が階段状に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層９６は積層方向においてｎ側バンドギャップ変化層９６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が階段状に単調変化する組成を有する。例えば、ｎ側バンドギャップ変化層９６は、図５で説明したｐ側バンドギャップ変化層５６と同様に構成され、同様の組成のＩＩＩ族窒化物系化合物が例示できる。
【０１５９】
ｎ側バンドギャップ変化層９６は組成が階段状に単調変化するため、ｎ側バンドギャップ変化層９６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【０１６０】
なお、ｎ側バンドギャップ変化層９６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１６１】
ｎ側バンドギャップ変化層９６にはｎ型とするために図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明した不純物濃度の範囲でｎ型不純物を添加してもよい。具体的にはｎ型不純物としてＳｉが例示され、不純物濃度ｎは５×１０１７（ｃｍ−３）以上５×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、ｎ側バンドギャップ変化層９６の不純物濃度の範囲は図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明したようにｎ側第一半導体層２５とｎ型第二半導体層２７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びｎ側バンドギャップ変化層９６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【０１６２】
半導体発光素子１０９は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ側第一半導体層２５、ｎ側バンドギャップ変化層９６、ｎ型第二半導体層２７、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。ｎ側バンドギャップ変化層９６は図５の半導体発光素子１０５で説明したように所定時間毎に階段状に前記製造パラメータを変更して積層させて作成する。なお、活性層１４とｎ側第一半導体層２５との界面からｎ側バンドギャップ変化層９６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｎ側第一半導体層２５及びｎ側バンドギャップ変化層９６を積層する。
【０１６３】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１６４】
ｎ側バンドギャップ変化層９６の一の側の組成をｎ側第一半導体層２５の組成と等しくし、他の側の組成をｎ型第二半導体層２７の組成と等しくした場合、図１のｐ側バンドギャップ変化層１６の効果と同じ効果を得られる。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層９６の前記一の側とｎ側第一半導体層２５とを隣接し、及び前記他の側とｎ型半導体層２７とを隣接するようにｎ側バンドギャップ変化層９６を積層することで、ｎ側第一半導体層２５とｎ側バンドギャップ変化層９６との間及びｎ側バンドギャップ変化層９６とｎ型第二半導体層２７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動することができる。
【０１６５】
半導体発光素子１０９のバンドダイヤグラムの概念図を図１０に示す。図１０において図２、図４、図６及び図８で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図１０の半導体発光素子１０９のバンドダイヤグラムにおいて図７の半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側においてｎ側バンドギャップ変化層７６の領域７６ａがなく、ｎ側バンドギャップ変化層９６の領域９６ａが表示されていることである。なお、図１０においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１６６】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０９に注入される。
【０１６７】
活性層１４に対してｎ型側において、ｎ側バンドギャップ変化層９６によってｎ側第一半導体層２５の伝導帯の底部準位２２とｎ型第二半導体層２７の伝導帯の底部準位２２とは階段状に接続され、電子は伝導帯の底部準位２２に沿ってエネルギー的に安定するｎ側第一半導体層２５へ移動できる。ｎ側第一半導体層２５へ移動した電子は半導体発光素子１０９の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１６８】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は図１の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１０９の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１６９】
従って、半導体発光素子１０５は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１７０】
また、半導体発光素子１０９のｎ側バンドギャップ変化層９６は図７の半導体発光素子１０７のｎ側バンドギャップ変化層７６と同様に活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層９６との積層方向の距離が一定の範囲にあり、電子は電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動でき、半導体発光素子１０９の電気抵抗を下げることができる。
【０１７１】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１７２】
つまり、半導体発光素子１０９は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１７３】
また、半導体発光素子１０９は半導体発光素子１０１と同様にｎ側第一半導体層２５、ｎ側バンドギャップ変化層９６及びｎ型第二半導体層２７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｎ側バンドギャップ変化層９６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｎ側バンドギャップ変化層９６はｎ側第一半導体層２５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１７４】
なお、半導体発光素子１０９は図１の半導体発光素子１０１で説明したｎ型基板１２に半導体層を積層することで半導体発光素子１０１と同様に裏面電極型の半導体発光素子とすることができる。
【０１７５】
（実施の形態６）
本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１１の断面の概念図を図１１に示す。図１１において、図１、図３、図５、図７及び図９で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１１１と図３の半導体発光素子１０３との違いは、半導体発光素子１１１には半導体発光素子１０３のｎ側第一半導体層２５とｎ型第二半導体層２７との間にｎ側バンドギャップ変化層７６を備えたことである。
【０１７６】
半導体発光素子１１１は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側バンドギャップ変化層７６、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。なお、活性層１４とｐ側第一半導体層１５との界面からｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚の中心までの積層方向の距離及び活性層１４とｎ側第一半導体層２５との界面からｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｎ側第一半導体層２５及びｎ側バンドギャップ変化層９６を積層する。
【０１７７】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１７８】
図１の半導体発光素子１０１及び図７の半導体発光素子１０７で説明したようにｐ側バンドギャップ変化層１６及びｎ側バンドギャップ変化層７６を配置したことでキャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、正孔はｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５へ、及び電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動することができる。
【０１７９】
半導体発光素子１１１のバンドダイヤグラムの概念図を図１２に示す。図１２において図２、図４、図６、図８及び図１０で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図１２の半導体発光素子１１１のバンドダイヤグラムにおいて図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側においてｎ側バンドギャップ変化層７６の領域７６ａが表示されていることである。なお、図１２においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１８０】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１１１に注入される。
【０１８１】
電極３１から注入された電子は図８の半導体発光素子１０７のバンドギャップで説明したように半導体発光素子１１１の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１８２】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１１１の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１８３】
従って、半導体発光素子１１１は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１８４】
また、半導体発光素子１１１は図１の半導体発光素子１０１と同様に活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離が一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔は図１１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１８５】
一方、半導体発光素子１１１は図７の半導体発光素子１０７と同様に活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離が一定の範囲にあり、電子は図１１に示す電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動でき、半導体発光素子１１１の電気抵抗を下げることができる。
【０１８６】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１８７】
つまり、半導体発光素子１１１は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１８８】
また、半導体発光素子１１１は半導体発光素子１０１及び半導体発光素子１０７と同様に各半導体層の積層方向と各半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物のＣ軸方向とが平行の場合にｐ側バンドギャップ変化層１６及びｎ側バンドギャップ変化層７６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。
【０１８９】
なお、半導体発光素子１１１においてｐ側バンドギャップ変化層１６の代替として図５で説明したｐ側バンドギャップ変化層５６又は／及びｎ側バンドギャップ変化層７６の代替として図９で説明したｎ側バンドギャップ変化層９６を配置しても同様の効果を得ることができる。
【０１９０】
（実施の形態７）
本実施形態は、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極をさらに備え、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでメサ状であってもよい。
【０１９１】
本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体レーザである半導体発光素子１１３の断面の概念図を図１３に示す。半導体発光素子１１３と図１１の半導体発光素子１１１との違いは、ストライプ形状電極１９からｐ型第一半導体層１５の膜厚の一部までをメサ状に形成し、メサ部８としていることである。図１３において、図１、図３、図５、図７、図９及び図１１で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有するが、半導体発光素子１１３が半導体レーザとして機能するために、積層される半導体層は以下に説明する半導体であることがさらに望ましい。
【０１９２】
ｎ型下地層１３は膜厚１μｍ以上のＳｉを不純物としてｎ型としたＧａＮ化合物であることが望ましい。不純物濃度は３×１０１８（ｃｍ−３）であることが例示される。
【０１９３】
ｎ型第二半導体層２７は活性層１４に電子を供給するクラッド層として機能させるため、膜厚が１０００（ｎｍ）の前記組成式においてｍ＝０．０８、すなわちＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であり、不純物のＳｉ濃度は３×１０１８（ｃｍ−３）であることが望ましい。
【０１９４】
ｎ側第一半導体層２５は活性層１４で発生した光を反射し、導波する光ガイド層として機能させるために膜厚が１００（ｎｍ）のノンドープのＧａＮ化合物又は不純物のＳｉ濃度が１×１０１８（ｃｍ−３）以下の低ドープのＧａＮ化合物であることが望ましい。
【０１９５】
ｎ側バンドギャップ変化層７６はｎ側第一半導体層２５と隣接する側の組成をＧａＮ化合物とし、ｎ型第二半導体層２７と隣接する側の組成をＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物としてｎ側第一半導体層２５と隣接する側からｎ型第二半導体層２７と隣接する側へ向かって、Ａｌの組成が０から０．０８へ連続的に単調変化し且つＧａの組成がｘ＋ｙ＝１の関係を保ちつつ１から０．９２へ連続的に単調変化していることが望ましい。ｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚は１０（ｎｍ）である。また、添加される不純物のＳｉ濃度は１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、３×１０１８（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０１９６】
活性層１４は井戸層を外側に配置したＭＱＷであり、前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に電子バリア層を有する。井戸層は前記組成式においてｐ＝０．８７、すなわちＧａ０．８７Ｉｎ０．１３Ｎ化合物、障壁層は前記組成式においてｑ＝１、すなわちＧａＮ化合物及び前記電子バリア層は前記組成式においてｓ＝０．２、すなわちＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ化合物であることが望ましい。また、前記井戸層の膜厚は３（ｎｍ）、前記障壁層の膜厚は１０（ｎｍ）及び前記電子バリア層の膜厚は２０（ｎｍ）であることが望ましい。前記電子バリア層はｐ型とするために不純物としてＭｇが添加される。不純物濃度は１×１０１９（ｃｍ−３）以上１×１０２０（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、５×１０１９（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０１９７】
ｐ側第一半導体層１５は活性層１４で発生した光を反射し、導波する光ガイド層として機能させるために膜厚が１００（ｎｍ）のノンドープのＧａＮ化合物又は不純物のＭｇ濃度が１×１０１９（ｃｍ−３）以下の低ドープのＧａＮ化合物であることが望ましい。
【０１９８】
ｐ型第二半導体層１７は活性層１４に正孔を供給するクラッド層として機能させるため、膜厚が５００（ｎｍ）の前記組成式においてｍ＝０．０８、すなわちＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であり、不純物のＭｇ濃度は３×１０１９（ｃｍ−３）であることが望ましい。
【０１９９】
ｐ側バンドギャップ変化層１６はｐ側第一半導体層１５と隣接する側の組成をＧａＮ化合物とし、ｐ型第二半導体層１７と隣接する側の組成をＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物としてｐ側第一半導体層１５と隣接する側からｐ型第二半導体層１７と隣接する側へ向かって、Ａｌの組成が０から０．０８へ連続的に単調変化し且つＧａの組成がｘ＋ｙ＝１の関係を保ちつつ１から０．９２へ連続的に単調変化していることが望ましい。ｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚は１０（ｎｍ）である。また、添加される不純物のＭｇ濃度は１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、３×１０１８（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０２００】
ｐ型コンタクト層１８は膜厚が５０（ｎｍ）のＭｇを不純物としてｐ型としたＧａＮ化合物であることが望ましい。
【０２０１】
半導体発光素子１１３は、図１１の半導体発光素子１１１を形成した後、メサ部８を形成する。
【０２０２】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１１３に注入される。
【０２０３】
図１の半導体発光素子１０１で説明したように、ｐ側バンドギャップ変化層１６によりｐ型第二半導体層１７からｐ型第一半導体層１５の間の正孔輸送が円滑になるため、半導体発光素子１１３の正孔は結晶性の良いメサ部８の中央付近を移動することができる。
【０２０４】
また、活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離は一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９及びメサ部８により狭搾され注入された正孔はｐ型第二半導体層１７、ｐ側バンドギャップ変化層１６内及びｐ側第一半導体層１５内での拡散が減少し、図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０２０５】
一方、半導体発光素子１１３は図７の半導体発光素子１０７と同様に活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離が一定の範囲にあり、電子は図１３に示す電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動でき、半導体発光素子１１３の電気抵抗を下げることができる。
【０２０６】
活性層１４に集中した正孔及び電子は再結合してＭＱＷの前記井戸層のバンドギャップで表される波長の光を発生する。ｐ側第一半導体層１５及びｎ側第一半導体層２５はガイド層として前記光を導波し、誘導放出を促す。
【０２０７】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動でき、半導体レーザとして機能する半導体発光素子を提供することができる。
【０２０８】
なお、半導体発光素子１１３において、ｐ側バンドギャップ変化層１６の代替として図５で説明したｐ側バンドギャップ変化層５６又は／及びｎ側バンドギャップ変化層７６の代替として図９で説明したｎ側バンドギャップ変化層９６を配置しても同様の効果を得ることができる。
【０２０９】
なお、半導体発光素子１１３と同様にｐ側第一半導体層１５及びｎ側第一半導体層２５は活性層１４で発生した光を反射させるため活性層１４より屈折率が小さくなるような組成に設計され、活性層１４で発生した光を導波する光ガイド層の機能を有し、ｐ型第二半導体層１７及びｎ型第二半導体層２７は活性層１４にキャリアを供給するクラッド層としての機能を有することで、半導体発光素子１０１、半導体発光素子１０３、半導体発光素子１０５、半導体発光素子１０７、半導体発光素子１０９及び半導体発光素子１１１は構造全体として半導体レーザとして機能する。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
本願発明の半導体発光素子の構成は受光素子として利用することができる。また、トランジスタやダイオード等の電子デバイス、ＨＥＭＴに代表されるような化合物高周波用電子デバイスにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１１】
【図１】本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０１の断面の概念図である。
【図２】本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図３】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１０３の断面の概念図である。
【図４】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図５】本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０５の断面の概念図である。
【図６】本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０５のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図７】本願第三の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０７の断面の概念図である。
【図８】本願第三の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図９】本願第四の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０９の断面の概念図である。
【図１０】本願第四の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０９のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図１１】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１１の断面の概念図である。
【図１２】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１１のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図１３】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１３の断面の概念図である。
【図１４】従来の半導体発光素子１４０の断面の概念図である。
【符号の説明】
【０２１２】
１０１、１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、１４０ 半導体発光素子
８ メサ部
１１、３１ 電極
１２、３２ ｎ型基板
１３ ｎ型下地層
１４ 活性層
１５ ｐ側第一半導体層
１６、５６ ｐ側バンドギャップ変化層
７６、９６ ｎ側バンドギャップ変化層
１７ ｐ型第二半導体層
１８ ｐ型コンタクト層
１９ ストライプ形状電極
２１ 価電子帯のトップ準位
２２ 伝導帯の底部準位
２５ ｎ側第一半導体層
２７ ｎ型第二半導体層
９１ 正孔の流れ
９７ 電子の流れ
１１ａ 電極１１の領域
１２ａ ｎ型基板１２の領域
１３ａ ｎ型下地層１３の領域
１４ａ 活性層１４の領域
１４ｂ 井戸層の領域
１４ｃ 障壁層の領域
１４ｄ 電子バリア層の領域
１５ａ ｐ側第一半導体層１５の領域
１６ａ ｐ側バンドギャップ変化層１６の領域
１７ａ ｐ型第二半導体層１７の領域
１８ａ ｐ型コンタクト層１８の領域
１９ａ ストライプ形状電極１９の領域
２５ａ ｎ側第一半導体層２５の領域
２７ａ ｎ型第二半導体層２７の領域
３１ａ 電極３１の領域
５６ａ ｐ側バンドギャップ変化層５６の領域
７６ａ ｎ側バンドギャップ変化層７６の領域
９６ａ ｎ側バンドギャップ変化層９６の領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体層を積層して形成される半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子はキャリアの再結合により光を発生させる活性層と呼ばれる半導体層及び活性層を両側から挟み活性層にキャリアを供給するキャリア供給層と呼ばれる半導体層から構成されるダブルヘテロ接合構造を基本構造としている。活性層のバンドギャップにより発光する光の波長が定まるため、活性層は所望の波長の光が得られる材料や構成が選択される。キャリア供給層は活性層にキャリアを供給しやすくするために活性層よりバンドギャップが広くなるように設計され、キャリアの極性をコントロールする不純物が添加されている。
【０００３】
半導体発光素子、特にレーザーダイオードにおいては光強度分布（横モード）の単峰性を向上させ、半導体発光素子と光ピックアップ等の外部機器との結合効率を向上させるために、また、効率よく半導体発光素子を発光させるために活性層の一部にキャリアを集中させて供給することが求められる。従って、電極やキャリア供給層を積層方向と垂直な方向に帯状に形成したストライプ構造とすることも多い（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
従来の半導体発光素子１４０の断面の概念図を図１４に示す。半導体発光素子１４０は活性層の一部にキャリアを集中させて供給するためストライプ形状電極を採用している。ストライプ形状電極とは半導体層に隣接して積層された金属等の電極の形状をマイクロストリップラインのように帯状にした電極である。例えば、半導体発光素子１４０は電極１１、ｎ型基板１２、電子を供給するキャリア供給層としてｎ側第一半導体層２５、ｎ型第二半導体層２７、活性層１４、正孔を供給するキャリア供給層としてｐ側第一半導体層１５、ｐ型第二半導体層１７及びストライプ形状電極１９を積層して構成される。なお、半導体発光素子１４０において、ｎ型第二半導体層２７とｎ型基板１２との間及びｐ型第二半導体層１７とストライプ形状電極１９との間の少なくとも一方に一又は二以上の半導体層が配置されることもある。さらに、活性層１４は活性層１４のｐ側第一半導体層１５の側に電子のキャリアオーバーフローを防ぐ電子バリア層を有することもある。
【特許文献１】特開平０５−０５５６９６号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体発光素子は、図１４に示すように活性層１４に対してｐ型の側においてｐ型第二半導体層１７と活性層１４との間に電気特性を改善する目的や活性層１４で発光した光を閉じ込める目的でｐ側第一半導体層１５を配置することが多い。しかし、ｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７とのＩＩＩ族窒化物系化合物の元素の組成が互いに異なる場合、前記二の半導体層との間には分極特性及び格子定数の違いにより、ｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７との間に自発分極や格子ひずみ起因のピエゾ分極（以下、「自発分極や格子ひずみ起因のピエゾ分極」を「分極」と略記する。）に起因する分極電荷が生ずる。従って、ｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７との間に正の分極電荷が生ずる場合、ストライプ形状電極１９によってｐ型第二半導体層１７に部分的に注入された正孔は前記分極電荷の電場からの斥力を受ける。従って、ｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５への正孔の輸送が阻害され、正孔は正孔の流れ９１のようにｐ側第一半導体層１５内を拡散してしまう。一方、活性層１４のｎ型側においてもｐ型側と同様にｎ型第二半導体層２７と活性層１４との間に電気特性を改善する目的や活性層１４で発光した光を閉じ込める目的でｎ側第一半導体層２５を配置することが多く、ｐ型側の説明と同様に前記分極による負の分極電荷が生ずる場合、電子の輸送が阻害されることになる。
【０００６】
特にＣ軸方向に積層したＩＩＩ族窒化物系化合物のヘテロ構造のヘテロ界面では前記分極電荷が顕著に現れており、不純物濃度を高くすることでキャリアの輸送を円滑としていた。しかし、活性層１４の近傍であるｐ側第一半導体層１５及びｎ側第一半導体層２５の不純物濃度を高くすることは、不純物による光吸収、活性層１４への不純物拡散等の半導体発光素子１４０の光学特性及び信頼性に関わり、円滑なキャリア輸送と半導体発光素子１４０の光学特性及び信頼性とを両立することは困難であるという課題があった。
【０００７】
本願発明は上記課題を解決するためになされたもので、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本願発明は、積層された互いに組成の異なる二の半導体層との間に積層方向に組成が変化するバンドギャップ変化層を配置することとした。
【０００９】
具体的には、本願第一の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１０】
組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物は組成を変化させることでバンドギャップを調整することができる半導体である。従って、前記ＩＩＩ族窒化物系化合物においてｘ及びｙで指定される組成を単調変化させることで、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップを単調変化させることができる。
【００１１】
本願第一の発明では、前記活性層に対して極性がｐ型の側（以下、「極性がｐ型の側」を「ｐ型側」と略記する。）において、前記第二半導体層の組成から前記第一半導体層の組成へ連続的に単調変化する前記バンドギャップ変化層を前記第二半導体層の組成と等しい側を前記第二半導体層に隣接し、且つ前記第一半導体層の組成と等しい側を前記第一半導体層に隣接することで、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ急峻な組成変化を避け、前記第二半導体層から前記第一半導体層へバンドギャップを連続的に単調変化させることができる。従って、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散させることができ、前記分極電荷の電場からの斥力が低減するため、キャリアである正孔は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００１２】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｐ型側の端からｐ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅（以下、「積層方向の幅」を「膜厚」と略記する。）の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００１３】
従って、本願第一の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００１４】
本願第二の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１５】
組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物は組成を変化させることでバンドギャップを調整することができる半導体である。従って、前記組成式において互いに異なる値のｘ及びｙで指定される組成の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜を複数積層させ前記バンドギャップ変化層を構成することで、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップを階段状に単調変化させることができる。
【００１６】
本願第二の発明では、前記活性層に対してｐ型側において前記第二半導体層の組成から前記第一半導体層の組成へ階段状に単調変化する前記バンドギャップ変化層を前記第二半導体層の組成と等しい側を前記第二半導体層に隣接し、且つ前記第一半導体層の組成と等しい側を前記第一半導体層に隣接することで、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ急峻な組成変化を避け、前記第二半導体層から前記第一半導体層へバンドギャップを階段状に単調変化させることができる。従って、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場からの斥力が低減するため、キャリアである正孔は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００１７】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｐ型側の端からｐ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の膜厚の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００１８】
従って、本願第二の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００１９】
本願第一の発明又は本願第二の発明に係る半導体発光素子は、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極をさらに備え、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでメサ状であってもよい。
【００２０】
前記活性層の一部にキャリアを集中させて供給するため半導体発光素子の一部をメサ状に形成（以下、「半導体発光素子の一部をメサ状に形成した部分」を「メサ部」と略記する。）して、キャリアの移動路を狭め、電流を狭搾することもある。
【００２１】
前記メサ部において組成が互いに異なるＩＩＩ族窒化物系化合物を積層した場合、正孔は前記分極電荷の斥力を受け、結晶性の悪いメサ部の側壁付近に集中して移動することになり、円滑な正孔輸送が阻害されることになる。本願発明において前記第一半導体層に至るまでをメサ状とした場合、前記メサ部に前記バンドギャップ変化層が含まれ、前記分極電荷を低減することができるため、正孔はメサ部の中央付近を移動することができ、前記第二半導体層から前記第一半導体層への正孔輸送を円滑とすることができる。
【００２２】
一方、前記メサ部と前記活性層との間において組成が互いに異なるＩＩＩ族窒化物系化合物を積層した場合、正孔は前記分極電荷の斥力を受け、前記メサ部により狭搾され注入された正孔が前記ＩＩＩ族窒化物系化合物内を拡散することになる。本願発明において前記第二半導体層に至るまでをメサ状とした場合、メサ部通過した正孔は前記バンドギャップ変化層による前記分極電荷の低減により前記第二半導体層内で拡散せず、前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００２３】
従って、本願第一の発明又は本願第二の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。電子と比較し、有効質量が大きい正孔は結晶性の悪い前記メサ部の側壁付近の影響を受けやすく前記バンドギャップ変化層の効果は大きい。
【００２４】
本願第三の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００２５】
前記活性層に対して極性がｎ型の側（以下、「極性がｎ型の側」を「ｎ型側」と略記する。）においても本願第一の発明の説明と同様に、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場から受ける斥力が低減するため、キャリアである電子は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００２６】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｎ型側の端からｎ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の膜厚の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００２７】
従って、本願第三の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００２８】
本願第四の発明は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００２９】
前記活性層に対してｎ型側においても本願第二の発明の説明と同様に、前記バンドギャップ変化層により前記第二半導体層から前記第一半導体層までの間で前記分極電荷を分散することができ、前記分極電荷の電場から受ける斥力が低減するため、キャリアである電子は前記第二半導体層から前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００３０】
さらに、前記活性層の積層方向の端のうちｎ型側の端からｎ型側の積層方向に３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下の範囲に前記バンドギャップ変化層の膜厚の中心を配置することで、キャリアは前記第二半導体層、前記バンドギャップ変化層、第一半導体層を円滑に移動して前記活性層に到達することができるため、活性層に近い前記第一半導体層に添加する不純物を低減することができる。
【００３１】
従って、本願第四の発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００３２】
本願発明に係る半導体発光素子の前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが望ましい。
【００３３】
前記第一半導体層と前記第二半導体層との間の急峻な組成変化を緩和する目的に挿入される前記バンドギャップ変化層の膜厚は、前記目的達成のために３（ｎｍ）以上であることが求められる。一方、前記バンドギャップ変化層は膜厚に比例し電気抵抗が大きくなるため、前記バンドギャップ変化層の膜厚は１００（ｎｍ）未満が望ましい。
【００３４】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００３５】
本願発明に係る半導体発光素子の前記第二半導体層のバンドギャップは前記第一半導体層のバンドギャップより広いことが好ましい。
【００３６】
前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップを前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップより広くすることで、キャリアにとって前記第二半導体層より前記第一半導体層の方がエネルギー的に安定する。従って、キャリアは前記第二半導体層から前記バンドギャップ変化層を通り、前記第一半導体層へ円滑に移動することができる。
【００３７】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００３８】
本願発明に係る半導体発光素子は、前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層の積層方向と前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、前記バンドギャップ変化層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及び前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行であることが好ましい。
【００３９】
前記分極電荷が顕著に現れる前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層した場合であっても、前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層を順に積層することで、前記分極電荷は小さくなり、前記第一半導体層から前記第二半導体層へのキャリア輸送を円滑することができる。
【００４０】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【００４１】
本願発明に係る半導体発光素子は、前記第一半導体層は前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１であり、前記活性層で発生した光を導波する光ガイド層として機能し、前記第二半導体層は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１の関係であり、前記活性層にキャリアを供給するクラッド層として機能し、且つ前記バンドギャップ変化層は前記組成式において０≦ｘ≦ｍ及びｘ＋ｙ＝１の関係の範囲であり、構造全体として半導体レーザとしての機能を有することが好ましい。
【００４２】
前記第二半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１とする、すなわちＡｌｍＧａ１−ｍＮとし、前記第一半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１とする、すなわちＧａＮとすることで、前記第二半導体層のバンドギャップは前記第一半導体層のバンドギャップより大きくなる。従って、キャリアは前記第二半導体層から前記バンドギャップ変化層を通り、前記第一半導体層へ円滑に移動することができ、前記第二半導体層はキャリアを供給するクラッド層として機能する。
【００４３】
また、前記第一半導体層の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＮ又はＩｎＧａＮ化合物とすることで屈折率が小さくなり前記活性層で発生した光は前記第一半導体層で反射する。活性層に対してｐ型側及び／又はｎ型側に前記第一半導体層を配置することで前記活性層で発生した光は前記第一半導体層を導波するとともに誘導放出を促し、前記第一半導体層は光ガイド層として機能する。
【００４４】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動でき、半導体レーザとして機能する半導体発光素子を提供することができる。
【００４５】
本願発明に係る半導体発光素子は、前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、０．５ρ／ｄ≦ｎ≦３ρ／ｄの範囲であることが好ましい。
【００４６】
前記半導体発光素子の電気抵抗を下げるために、前記バンドギャップ変化層には不純物を添加することが好ましい。一方、不純物濃度が高い場合、結晶欠陥が増加するため、半導体発光素子の電気抵抗が上昇し、結晶欠陥に光が吸収される量が増加して半導体発光素子の発光効率が低下することになる。また、不純物としてＭｇを添加した場合、Ｍｇ拡散により半導体発光素子が劣化して信頼性が低下することになる。従って、前記バンドギャップ変化層の不純物濃度は前記の範囲であることが好ましい。
【００４７】
従って、本願発明は、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本願発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本願発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
（実施の形態１）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【００５１】
本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０１の断面の概念図を図１に示す。半導体発光素子１０１は電極１１、ｎ型基板１２、ｎ型下地層１３、ｎ側第一半導体層２５、ｎ型第二半導体層２７、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７、ｐ型コンタクト層１８及びストライプ形状電極１９を備える。半導体発光素子１０１はｎ型基板１２上に各半導体層を積層しており、活性層１４に対してストライプ形状電極１９の側の半導体層、すなわち活性層１４に対してｐ型側において少なくともｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８をｐ型としている。一方、活性層１４に対して電極１１の側の半導体層、すなわち活性層１４に対してｎ型側において少なくともｎ型第二半導体層２７、ｎ型下地層１３及びｎ型基板１２をｎ型としている。半導体発光素子１０１は電極１１とストライプ形状電極１９とでｎ型基板１２を含む半導体層を挟み込んだ裏面電極型の半導体発光素子である。
【００５２】
電極１１及びストライプ形状電極１９は半導体発光素子１０１に電圧を印加するために配置される。電極と半導体とが接触したときに整流性を生ずれば半導体発光素子としての効率を損なうため、電極１１及びストライプ形状電極１９は半導体とオーム接触できる素材であることが望ましい。さらに、外部の電源等の装置との配線との接触抵抗が小さい素材であることが望ましい。そのため、半導体と接触する素材と配線と接続する素材との間にバッファとなる素材を挟む構造であることが好ましい。例えば、ｎ型半導体と接触する電極１１の素材としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕやＡｌ／Ａｕが例示される。ｐ型半導体と接触するストライプ形状電極１９の素材としては、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ及びＰｔ／Ａｕが例示される。
【００５３】
電極１１はｎ型基板１２との接触抵抗を低減するためにｎ型基板１２のｎ型下地層１３を積層した側と反対側（以下、「ｎ型基板１２のｎ型下地層１３を積層した側と反対側」を「ｎ型基板１２の裏面」と略記する。）全面に積層していることが好ましい。一方、ストライプ形状電極１９は活性層１４の一部にキャリアを集中させて供給するためｐ型コンタクト層１８上に帯状に配置される。
【００５４】
ｎ型基板１２は半導体薄膜で構成される半導体発光素子１０１を物理的に支えるために配置される。半導体発光素子１０１の基板として半導体薄膜が良好に成長する素材が選択される。例えば、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物」と略記する。）を積層させる場合は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）が例示される。
【００５５】
活性層１４は電子及び正孔の再結合により光を発光する層である。活性層１４に採用される素材のバンドギャップにより発光する光の波長が定まる。活性層１４に採用される素材は発光効率の高い直接遷移型の半導体であることが好ましい。ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜を使用することで、組成変更により幅広いバンドギャップを作り出すことができ、所望の波長の半導体発光素子を製造することができる。また、活性層１４はバンドギャップが互いに異なる少なくとも二種類の半導体薄膜を交互に配置させることで、バンドギャップの広い方の半導体薄膜を障壁層とし、バンドギャップの狭い方の半導体薄膜を井戸層とした多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とすることもできる。活性層１４を前記ＭＱＷとすることで特定のエネルギー状態に電子が集中し、小電流でも効率よく発光することが実現できる。ＭＱＷとした場合、前記井戸層のバンドギャップで発光する光の波長が定まる。なお、前記ＭＱＷの両端を障壁層としてもよく、井戸層としてもよい。例えば、前記障壁層として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｑ（０．９５≦ｑ≦１、好ましくは０．９７≦ｑ≦１）、すなわち組成式がＧａｑＩｎ１−ｑＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜と前記井戸層として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｐ（ｐ＜ｑ且つ０．８０≦ｐ≦０．９５、好ましくは０．８５≦ｐ≦０．９）、すなわち組成式がＧａｐＩｎ１−ｐＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物薄膜とを組み合わせたＭＱＷが例示される。なお、以下の記載において「組成式がＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａＮ化合物」と略記し、「組成式がＧａｑＩｎ１−ｑＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａｑＩｎ１−ｑＮ化合物」と略記し、「組成式がＧａｐＩｎ１−ｐＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａｐＩｎ１−ｐＮ化合物」と略記する。
【００５６】
前記障壁層の膜厚は５（ｎｍ）以上２０（ｎｍ）以下が好ましく、７（ｎｍ）以上１５（ｎｍ）以下がより好ましい。
【００５７】
前記井戸層の膜厚は１（ｎｍ）以上１０（ｎｍ）以下が好ましく、３（ｎｍ）以上５（ｎｍ）以下がより好ましい。
【００５８】
活性層１４の膜厚のうちＭＱＷの膜厚（前記障壁層と前記井戸層との膜厚の合計）は３８０（ｎｍ）以上４８０（ｎｍ）以下であることが好ましい。
【００５９】
さらに、半導体発光素子の発光に伴う発熱による熱エネルギーを受けた電子が量子井戸の障壁を越えてｐ型側の半導体層へ移動してしまうキャリアオーバーフローという現象を防止するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の電子バリア層を前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に配置してもよい。前記電子バリア層はバンドギャップが広く、伝送帯の底部準位が高いため、前記熱エネルギーを得た電子であっても前記電子バリア層を通過してｐ型側の半導体層へ移動することができない。例えば、前記電子バリア層として前記組成式においてｘ＝ｓ、ｘ＋ｙ＝１（０．１≦ｓ≦０．３、好ましくは０．１５≦ｓ≦０．２５）、すなわち組成式がＡｌｓＧａ１−ｓＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＡｌｓＧａ１−ｓＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｓＧａ１−ｓＮ化合物」と略記する。）薄膜が例示される。前記電子バリア層の膜厚は１０（ｎｍ）以上３０（ｎｍ）以下、好ましくは１５（ｎｍ）以上２５（ｎｍ）以下であることが例示される。キャリアオーバーフローの電子はｐ型の半導体層において、発光に携わらない無効キャリアとなって半導体発光素子の発光効率を低下させるため、活性層１４は前記電子バリア層を有することで無効キャリアを減少させることができ、半導体発光素子の発光効率を高くすることができる。
【００６０】
ｎ型第二半導体層２７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。ｎ型第二半導体層２７は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０１≦ｍ≦０．１５、好ましくは０．０５≦ｍ≦０．１）、ｘ＋ｙ＝１の関係、すなわち組成式がＡｌｍＧａ１−ｍＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＡｌｍＧａ１−ｍＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＡｌｍＧａ１−ｍＮ化合物」と略記する。）が例示される。ｎ型第二半導体層２７はキャリア密度を高めるためｎ型不純物、例えばＳｉが添加される。不純物濃度は５×１０１７（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下であることが例示される。ｎ型第二半導体層２７の膜厚は３００（ｎｍ）以上２０００（ｎｍ）以下が好ましく、４００（ｎｍ）以上１２００（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６１】
ｎ側第一半導体層２５はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。活性層１４に不純物が拡散しないようにｎ側第一半導体層２５には不純物は添加されない、又はｎ型第二半導体層２７に添加された不純物の濃度より低い濃度に設計される。また、ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップは活性層１４のバンドギャップより広くかつｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭く設計される。活性層１４が前記ＭＱＷである場合、ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップは前記ＭＱＷを構成する障壁層のバンドギャップより広く、ｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭い。具体的には、ｎ側第一半導体層２５の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１とする、すなわちＧａＮ化合物とすることが例示される。なお、ｎ側第一半導体層２５の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＩｎＮ化合物としてもよい。ｎ側第一半導体層２５の膜厚は２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下が好ましく、５０（ｎｍ）以上１５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６２】
ｐ型第二半導体層１７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。ｐ型第二半導体層１７は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０１≦ｍ≦０．１５、好ましくは０．０５≦ｍ≦０．１）、ｘ＋ｙ＝１の関係、すなわちＡｌｍＧａ１−ｍＮ化合物が例示される。ｐ型第二半導体層１７はキャリア密度を高めるためｐ型不純物、例えばＭｇが添加される。不純物濃度は５×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０２０（ｃｍ−３）以下であることが例示される。ｐ型第二半導体層１７の膜厚は１００（ｎｍ）以上２０００（ｎｍ）以下が好ましく、２００（ｎｍ）以上５００（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６３】
ｐ側第一半導体層１５はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。活性層１４に不純物が拡散しないようにｐ側第一半導体層１５には不純物は添加されない、又はｐ型第二半導体層１７に添加された不純物の濃度より低い濃度に設計される。また、ｐ型第一半導体層１５のバンドギャップは活性層１４のバンドギャップより広く設計される。活性層１４が前記ＭＱＷである場合、ｐ側第一半導体層１５のバンドギャップは前記ＭＱＷを構成する障壁層のバンドギャップより広く、ｐ型第二半導体層１７のバンドギャップより狭い。具体的には、ｐ側第一半導体層１５の組成を前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１とする、すなわちＧａＮ化合物とすることが例示される。なお、ｐ側第一半導体層１５の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とする、すなわちＧａＩｎＮ化合物としてもよい。ｐ側第一半導体層１５の膜厚は２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下が好ましく、５０（ｎｍ）以上１５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６４】
ｐ側バンドギャップ変化層１６は積層方向に組成が連続的に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｐ側バンドギャップ変化層１６は積層方向においてｐ側バンドギャップ変化層１６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が連続的に単調変化する組成を有する。例えば、ｐ側バンドギャップ変化層１６は、積層方向に対するｐ側バンドギャップ変化層１６の一の側が前記組成式においてｘ＝０及びｙ＝１であるＧａＮ化合物であり、他の側が前記組成式においてｘ＝０．０８及びｙ＝０．９２であるＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であり、前記一の側から前記他の側へ向かって前記組成式においてｘの値が０から０．０８へ連続的に単調変化し且つｙの値がｘ＋ｙ＝１の関係を保ちつつ１から０．９２へ連続的に単調変化する組成を有する。
【００６５】
ｐ側バンドギャップ変化層１６は組成が連続的に単調変化するため、ｐ側バンドギャップ変化層１６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【００６６】
なお、ｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【００６７】
ｐ側バンドギャップ変化層１６にはｐ型とするためにｐ型不純物を添加してもよい。具体的にはｐ型不純物としてＭｇが例示される。例えば、不純物濃度を１×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下とすることが例示できる。
【００６８】
なお、前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、数１の範囲、すなわち電荷密度ρをバンドギャップ変化層の膜厚ｄで除算した商の５０％以上３００％以下の範囲であることが好ましい。
【数１】
【００６９】
さらに円滑なキャリア輸送のため数２の範囲であることが好ましく、数３の範囲であることがより好ましい。
【数２】
【数３】
【００７０】
ＧａＮ化合物とＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物との間に配置されるバンドギャップ変化層の不純物濃度を以下に例示する。ＧａＮ化合物とＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物との界面に生ずる分極電荷密度はρ＝３×１０１２（ｃｍ−２）である。バンドギャップ変化層の膜厚を１０（ｎｍ）としたとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎは１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが好ましい。
【００７１】
ｐ型コンタクト層１８はストライプ形状電極１９とオーム接触するための半導体層である。例えば、膜厚が１０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下のＧａＮ化合物が例示できる。ｐ型コンタクト層１８がＧａＮ化合物の場合、添加する不純物としてＭｇが例示される。
【００７２】
ｎ型下地層１３はｎ型下地層１３上に積層する半導体の結晶性を向上させることができる。例えば、膜厚１μｍ以上５μｍ以下のＳｉを不純物としてｎ型としたＧａＮ化合物が例示できる。不純物濃度は５×１０１７（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下であることが例示される。
【００７３】
半導体発光素子１０１はｎ型基板１２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。各半導体層を積層する手段は後述する。
【００７４】
ｐ側バンドギャップ変化層１６の前記一の側の組成をｐ側第一半導体層１５の組成と等しくし、前記他の側の組成をｐ型第二半導体層１７の組成と等しくした場合、ｐ側バンドギャップ変化層１６の前記一の側とｐ側第一半導体層１５とを隣接し、及び前記他の側とｐ型第二半導体層１７とを隣接するようにｐ側バンドギャップ変化層１６を積層する。ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７に至るまで組成が連続的に単調変化するため、ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７に至るまでバンドギャップも連続的に単調変化する。例えば、ｐ側第一半導体層１５がＧａＮ化合物であり、ｐ型第二半導体層１７が組成式Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、ｐ側バンドギャップ変化層１６の前記一の側の組成をＧａＮとし、前記他の側の組成をＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎとすることで、ｐ側第一半導体層１５とｐ側バンドギャップ変化層１６との間及びｐ側バンドギャップ変化層１６とｐ型第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなり、ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７に至るまで組成は連続的に単調変化する。
【００７５】
従って、ｐ側第一半導体層１５とｐ側バンドギャップ変化層１６との間及びｐ側バンドギャップ変化層１６とｐ型第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリア輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、正孔はｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５へ円滑に移動することができる。
【００７６】
半導体発光素子１０１の各半導体層は有機金属気相成長法（以下、「有機金属気相成長法」を「ＭＯＣＶＤ法」と略記する。）を利用して積層される。ＭＯＣＶＤ法は原料ガスを反応炉（チャンバ）に導き入れ、チャンバ内に固定され、摂氏６００度から摂氏１１００度に維持された基板上で原料ガスを熱分解して反応させ薄膜をエピタキシャル成長させる方法である。原料ガスの流量及び濃度、反応温度及び時間、希釈ガスの種類等の製造パラメータを制御することで組成や膜厚の異なる半導体層を容易に積層して製造することができる。
【００７７】
ｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜の場合、ＭＯＣＶＤ法はＩＩＩ属元素としてＧａ（ＣＨ３）３（トリメチルガリウム、以下「ＴＭＧ」と略記する。）、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３（トリエチルインジウム、以下「ＴＭＩ」と略記する。）及びＡｌ（ＣＨ３）３（トリメチルアルミニウム、以下「ＴＭＡ」と略記する。）をキャリアガスである水素又は窒素でバブリングさせた蒸気を原料ガスとして使用し、窒化物とするためにアンモニア蒸気を使用する。また、不純物はｐ型ドーパントとしてＣＰ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）又はｎ型ドーパントとしてＳｉＨ４（シラン）も同様に蒸気としてチャンバに導き入れることができる。ＭＯＣＶＤ法はＣＰ２Ｍｇ又はＳｉＨ４、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びアンモニアを所定の混合比で混合した混合ガスの流量ならびに基板温度の製造パラメータで所望のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物を成長させることができる。ＭＯＣＶＤ法はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の膜厚を反応時間で制御することができる。
【００７８】
具体的に、半導体発光素子１０１は以下のように作成される。ｎ形基板１２をチャンバ内に導入し、前記チャンバ内をキャリアガスで置換すると共にｎ形基板１２の温度を６００〜１１００℃程度に昇温する。
【００７９】
以下、原料ガスは水素又は窒素のキャリアガスにてチャンバに導入する。
【００８０】
次いで、ＧａＮ化合物が成長するようにＴＭＧ、アンモニア及びＳｉＨ４の原料ガスを所定の割合で混合した混合ガス（混合ガスＡ）を導入して、所定の時間ｎ型基板１２上で反応させてｎ形下地層１３を積層する。
【００８１】
次いで、ｎ型第二半導体層２７が成長する比率でＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＳｉＨ４の原料ガスを混合した混合ガス（混合ガスＢ）を導入して、所定の時間ｎ型下地層１３上で反応させてｎ型第二半導体層２７を積層する。例えば、ｎ型第二半導体層２７がＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びＳｉＨ４の混合ガスＢを使用する。
【００８２】
同様に、ｎ側第一半導体層２５が成長する比率でＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＳｉＨ４の原料ガスを混合した混合ガス（混合ガスＣ）を導入して、所定の時間ｎ型第二半導体層２７上で反応させてｎ側第一半導体層２５を積層する。なお、不純物を添加しない場合はＳｉＨ４を止めて反応させる。例えば、ｎ側第一半導体層２５がノンドープのＧａＮ化合物である場合、ＴＭＧ及びアンモニアの混合ガスＣを使用する。
【００８３】
同様に、ｎ側第一半導体層２５上に活性層１４を積層する。なお、活性層１４がＭＱＷの場合には製造パラメータを所定の時間毎に切り替えることで前記障壁層と前記井戸層とを交互に積層することができる。さらに、活性層１４が電子バリア層を有する場合には所定の時刻に製造パラメータを切り替えることでＭＱＷのｐ型側の端に電子バリア層を積層できる。
【００８４】
例えば、障壁層がＧａ０．９７Ｉｎ０．０３Ｎ化合物薄膜、井戸層がＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎ化合物薄膜、電子バリア層がＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ化合物からなる活性層１４を積層する場合、まず、ｎ側第一半導体層２５上に井戸層を積層するためＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアの混合ガス（混合ガスＤ）でＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎ化合物薄膜を成長させる。次いで、前記井戸層の上に障壁層を積層するためにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアの混合ガス（混合ガスＥ）でＧａ０．９７Ｉｎ０．０３Ｎ化合物薄膜を成長させる。続いて、再び、混合ガスＤに切り替え、井戸層を積層する。さらに、混合ガスＥに切り替え、障壁層を積層する。同様に混合ガスＤと混合ガスＥとを所定回数切り替えることで所定数の井戸層を形成できる。所定数の井戸層を形成した後、電子バリア層を積層するためにＴＭＧ、ＴＭＡ、ＣＰ２Ｍｇ及びアンモニアの混合ガス（混合ガスＦ）でＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ化合物薄膜を成長させる。
【００８５】
活性層１４を積層した後、ｐ側第一半導体層１５が成長するＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＧ）を導入して、所定の時間活性層１４上で反応させてｐ側第一半導体層１５を積層する。例えば、ｐ側第一半導体層１５がノンドープのＧａＮ化合物である場合、ＴＭＧ及びアンモニアの混合ガスＧを使用する。
【００８６】
次いで、ｐ側第一半導体層１５上にｐ側バンドギャップ変化層１６を積層する。ｐ側バンドギャップ変化層１６を積層するための反応ガスについては後述する。
【００８７】
次いで、ｐ型第二半導体層１７が成長するＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＨ）を導入して、所定の時間ｐ側バンドギャップ１６上で反応させてｐ型第二半導体層１７を積層する。例えば、ｐ型第二半導体層１７がＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物である場合、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇを所定の割合の混合ガスＨを使用する。
【００８８】
ｐ側バンドギャップ変化層１６の成長において、反応時刻に応じて混合ガスＧから混合ガスＨへＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びアンモニアの混合比を連続的に単調変化させることで、ｐ側第一半導体層１５からｐ型第二半導体層１７まで積層方向に組成が単調変化し、バンドギャップの急峻な変化のない半導体層を得ることができる。また、ＣＰ２Ｍｇを反応ガスに加えることでｐ側バンドギャップ変化層１６をｐ型とすることができる。
【００８９】
ｐ型第二半導体層１７を積層した後、ｐ型コンタクト層１８が成長するＴＭＧ、アンモニア及びＣＰ２Ｍｇの混合比の混合ガス（混合ガスＩ）を導入して、所定の時間ｐ型第二半導体層１７上で反応させてｐ型コンタクト層１８を積層する。
【００９０】
なお、活性層１４とｐ側第一半導体層１５との界面からｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｐ側第一半導体層１５及びｐ側バンドギャップ変化層１６を積層するように制御する。すなわち混合ガスＦを混合ガスＧへ切り替えた時刻からｐ側バンドギャップ変化層１６の積層時間の半分の時刻になるまでの時間を制御する。従って、ｐ側第一半導体層１５の膜厚は活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離を前記範囲であるように制限される。
【００９１】
なお、ｎ型基板１２に前記ＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させる方法としては、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）を利用してもよい。
【００９２】
ｐ型コンタクト層１８を積層した後、ｐ型コンタクト層１８上にストライプ形状電極１９の素材及びｎ型基板１２の裏面に電極１１の素材を積層する。電極の素材の積層方法としてはスパッタリング法や真空蒸着法を利用できる。
【００９３】
電極の素材を積層した後、ストライプ形状電極１９を形成する。ストライプ形状電極１９を形成する方法としてはリソグラフィ技術とドライエッチングを用いることができる。リソグラフィ技術によりストライプ状のレジストパターンを形成し、ストライプ形状電極１９の素材をストライプ状にエッチングする。ストライプ形状電極１９の素材とｐ型コンタクト層１８、例えばＧａＮ化合物との選択比の高いエッチングガスを用いることでｐ型コンタクト層１８をエッチングストップ層として前記レジストパターンに覆われていないストライプ形状電極１９の素材を良好にエッチングすることができる。続いてレジストを除去することでストライプ形状電極１９を形成することができる。
【００９４】
半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムの概念図を図２に示す。図２において１１ａは電極１１の領域、１２ａはｎ型基板１２の領域、１３ａはｎ型下地層１３の領域、２５ａはｎ側第一半導体層２５の領域、２７ａはｎ型第二半導体層２７の領域、１４ａは活性層１４の領域、１５ａはｐ側第一半導体層１５の領域、１６ａはｐ側バンドギャップ変化層１６の領域、１７ａはｐ型第二半導体層１７の領域、１８ａはｐ型コンタクト層１８の領域及び１９ａはストライプ形状電極１９の領域のバンドギャップを示している。２１は価電子帯のトップ準位、２２は伝導帯の底部準位である。図２のバンドダイヤグラムにおいて半導体発光素子１０１の活性層１４はＭＱＷ構造であり、前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に電子バリア層を有している。活性層１４の領域１４ａにおいて１４ｂは井戸層の領域、１４ｃは障壁層の領域、１４ｄは電子バリア層の領域を示している。なお、図２において電極１１からｎ型基板１２まで及びｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【００９５】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極１１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０１に注入される。
【００９６】
電極１１から注入された電子は多数キャリアが電子であるｎ型のｎ型基板１２、ｎ型下地層１３及びｎ型第二半導体層２７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップはｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭いため、電子は伝導帯の底部準位２２に沿ってエネルギー的に安定するｎ側第一半導体層２５へ移動できる。電子はｎ側第一半導体層２５より狭いバンドギャップの活性層１４の各井戸層に集中する。
【００９７】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は多数キャリアが正孔であるｐ型のｐ型コンタクト層１８、ｐ型第二半導体層１７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｐ側第一半導体層１５のバンドギャップはｐ型第二半導体層１７のバンドギャップより狭く、ｐ側バンドギャップ変化層１６によってｐ側第一半導体層１５の価電子帯のトップ準位２１とｐ型第二半導体層１７の価電子帯のトップ準位２１とはなだらかに接続され、正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定するｐ側第一半導体層１５へ移動できる。ｐ側第一半導体層１５へ移動した正孔はｐ側第一半導体層１５のバンドギャップより狭い活性層１４の各井戸層に集中する。なお、活性層１４のｐ型電子バリア層は広いバンドギャップを有するが、価電子帯のトップ準位２１が高いため、正孔の移動に対する前記電子バリア層の影響は少ない。
【００９８】
活性層１４は活性層１４の各井戸層に集中した前記電子及び前記正孔が再結合することにより量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【００９９】
また、活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離は一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔はｐ型第二半導体層１７、ｐ側バンドギャップ変化層１６内及びｐ側第一半導体層１５内での拡散が減少し、図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１００】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。特に、従来ｐ型の不純物としてＭｇを添加する場合、円滑な正孔輸送をするためには不純物濃度を高める必要があったが、ｐ側バンドギャップ変化層１６により不純物濃度を低減した状態でも円滑な正孔輸送が可能となるため、本願発明の効果は大きい。
【０１０１】
また、前記分極電荷の分散により正孔が受ける斥力が低減するため半導体発光素子１０１の電気抵抗及びビルトイン電圧が低くなり、半導体発光素子１０１の動作電圧を下げることができる。従って、半導体発光素子１０１が半導体レーザの場合にはしきい値電流の低減及び電流対光量のスロープ効率の改善を図ることができ、半導体発光素子１０１がＬＥＤの場合には輝度向上をはかることができる。
【０１０２】
なお、互いに組成の異なる二のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶をＣ軸方向に揃えて積層した場合に最も強く格子ひずみが生じ、前記分極電荷が顕著に現れる。従って、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６及びｐ型第二半導体層１７の積層方向とｐ側第一半導体層１５のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、ｐ側バンドギャップ変化層１６のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及びｐ型第二半導体層１７のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行の場合にｐ側バンドギャップ変化層１６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｐ側バンドギャップ変化層１６はｐ側第一半導体層１５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１０３】
（実施の形態２）
本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１０３の断面の概念図を図３に示す。図３において、図１で用いた符号と同じ符号は半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０３と図１の半導体発光素子１０１との違いは、半導体発光素子１０１は基板の裏面に陰電極を設けた裏面電極型に対し、半導体発光素子１０３は陽電極と陰電極が基板に対して同一の方向にある型である。具体的には、半導体発光素子１０３には半導体発光素子１０１の電極１１及びｎ型基板１２を備えず、ｎ型基板３２及び電極３１を備えたことである。
【０１０４】
ｎ型基板３２は半導体薄膜で構成される半導体発光素子１０３を物理的に支えるために配置される。半導体発光素子１０３の基板として半導体薄膜が良好に成長する素材が選択される。例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物を積層させる場合はサファイヤが例示される。
【０１０５】
電極３１は半導体発光素子１０３に電圧を印加するために配置される。電極３１は図１の電極１１で説明した機能を有し、素材としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕやＡｌ／Ａｕが例示される。
【０１０６】
半導体発光素子１０３は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極１９を形成する。
【０１０７】
続いて、電極３１を形成する箇所の陰電極部Ｍの半導体層を除去するために再度リソグラフィ技術を用いて陽電極部Ｐの上層を覆うレジストパターンを作り、ドライエッチングで陰電極部Ｍのｐ型コンタクト層１８からｎ型下地層１３の膜厚の一部までの半導体層を除去する。ｎ型下地層１３の膜厚の一部までのエッチングなのでエンドポイント、すなわち陰電極部Ｍに残すｎ型下地層１３の膜厚はエッチング時間で制御する。
【０１０８】
陰電極部Ｍを形成した後、ストライプ形状電極１９の形成と同様にして電極３１を形成する。
【０１０９】
半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムの概念図を図４に示す。図４において図２で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムにおいて図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側においてｎ型基板１２の領域１２ａ及び電極１１の領域１１ａがなく、電極３１の領域３１ａが表示されていることである。なお、図４においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１１０】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極３１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０３に注入される。
【０１１１】
電極３１から注入された電子は図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１０３の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１１２】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１０３の活性層１４の各井戸層に集中する。従って、半導体発光素子１０３は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１１３】
また、半導体発光素子１０３は図１の半導体発光素子１０１と同様に活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離が一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔は図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１１４】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１１５】
つまり、半導体発光素子１０３は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、半導体発光素子１０３は半導体発光素子１０１と同様にｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６及びｐ型第二半導体層１７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｐ側バンドギャップ変化層１６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｐ側バンドギャップ変化層１６はｐ側第一半導体層１５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１１７】
（実施の形態３）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【０１１８】
本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０５の断面の概念図を図５に示す。図５において、図１及び図３で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０５と図３の半導体発光素子１０３との違いは、半導体発光素子１０５には半導体発光素子１０３のｐ側バンドギャップ変化層１６を備えず、ｐ側バンドギャップ変化層５６を備えたことである。
【０１１９】
ｐ側バンドギャップ変化層５６は積層方向に組成が階段状に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｐ側バンドギャップ変化層５６は積層方向においてｐ側バンドギャップ変化層５６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が階段状に単調変化する組成を有する。具体的にはｐ側バンドギャップ変化層５６はバンドギャップの異なる複数のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物薄膜をバンドギャップの幅の広い順又は狭い順に積層して構成される。例えば、ｐ側バンドギャップ変化層５６は、積層方向の一の側から積層方向の他の側へ向かってそれぞれ膜厚が１０（ｎｍ）のＧａＮ化合物薄膜、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ化合物薄膜、Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ化合物薄膜、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ化合物薄膜及びＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物薄膜を順に積層して構成される。ｐ側バンドギャップ変化層５６のバンドギャップは前記一の側から前記他の側に向かって、最も狭いＧａＮ化合物薄膜のバンドギャップから最も広いＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物薄膜のバンドギャップへ階段状に単調変化する。なお、前記化合物薄膜の組成は不均等に変化させてもよく、前記化合物薄膜の膜厚も不均等であってもよい。
【０１２０】
ｐ側バンドギャップ変化層５６は組成が階段状に単調変化するため、ｐ側バンドギャップ変化層５６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【０１２１】
なお、ｐ側バンドギャップ変化層５６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１２２】
ｐ側バンドギャップ変化層５６にはｐ型とするためにｐ型不純物を添加してもよい。具体的にはｐ型不純物としてＭｇが例示され、不純物濃度ｎは１×１０１８（ｃｍ−３）以上１×１０１９（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、ｐ側バンドギャップ変化層５６の不純物濃度の範囲は図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明したようにｐ側第一半導体層１５とｐ型第二半導体層１７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びｐ側バンドギャップ変化層５６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【０１２３】
半導体発光素子１０５は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層５６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。ｐ側バンドギャップ変化層５６は所定時間毎に階段状に前記製造パラメータを変更して積層させて作成する。なお、活性層１４とｐ側第一半導体層１５との界面からｐ側バンドギャップ変化層５６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｐ側第一半導体層１５及びｐ側バンドギャップ変化層５６を積層する。
【０１２４】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１２５】
ｐ側バンドギャップ変化層５６の一の側の組成をｐ側第一半導体層１５の組成と等しくし、他の側の組成をｐ型第二半導体層１７の組成と等しくすることで、図１のｐ側バンドギャップ変化層１６の効果と同じ効果を得られる。すなわち、ｐ側バンドギャップ変化層５６の前記一の側とｐ側第一半導体層１５とを隣接し、及び前記他の側とｐ型第二半導体層１７とを隣接するようにｐ側バンドギャップ変化層５６を積層することで、ｐ側第一半導体層１５とｐ側バンドギャップ変化層５６との間及びｐ側バンドギャップ変化層５６とｐ型第二半導体層１７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、正孔はｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５へ円滑に移動することができる。
【０１２６】
半導体発光素子１０５のバンドダイヤグラムの概念図を図６に示す。図６において図２又は図４で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図６の半導体発光素子１０５のバンドダイヤグラムにおいて図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｐ型側においてｐ側バンドギャップ変化層１６の領域１６ａがなく、ｐ側バンドギャップ変化層５６の領域５６ａが表示されていることである。なお、図６においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１２７】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０５に注入される。
【０１２８】
電極３１から注入された電子は図２の半導体発光素子１０１のバンドギャップで説明したように半導体発光素子１０５の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１２９】
一方、活性層１４に対してｐ型側において、ｐ側バンドギャップ変化層５６によってｐ側第一半導体層１５の価電子帯のトップ準位２１とｐ型第二半導体層１７の価電子帯のトップ準位２１とは階段状に接続されており、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定するｐ側第一半導体層１５へ移動できる。ｐ側第一半導体層１５へ移動した正孔は図２の半導体発光素子１０１のバンドギャップで説明したように半導体発光素子１０５の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１３０】
従って、半導体発光素子１０５は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１３１】
また、半導体発光素子１０５は図１の半導体発光素子１０１と同様に活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離が一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔は図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１３２】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１３３】
つまり、半導体発光素子１０５は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１３４】
また、半導体発光素子１０５は半導体発光素子１０１と同様にｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層５６及びｐ型第二半導体層１７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｐ側バンドギャップ変化層５６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｐ側バンドギャップ変化層５６はｐ側第一半導体層１５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１３５】
なお、半導体発光素子１０５は図１の半導体発光素子１０１で説明したｎ型基板１２に半導体層を積層することで半導体発光素子１０１と同様に裏面電極型の半導体発光素子とすることができる。
【０１３６】
（実施の形態４）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【０１３７】
本願第三の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０７の断面の概念図を図７に示す。図７において、図１、図３及び図５で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０７と図３の半導体発光素子１０３との違いは、半導体発光素子１０７には半導体発光素子１０３のｐ側バンドギャップ変化層１６を備えず、ｎ側バンドギャップ変化層７６を備えたことである。
【０１３８】
ｎ側バンドギャップ変化層７６は図１のｐ型バンドギャップ変化層１６と同様に積層方向に組成が連続的に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層７６は積層方向においてｎ側バンドギャップ変化層７６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が連続的に単調変化する組成を有する。例えば、ｎ側バンドギャップ変化層７６は、図１で説明したｐ側バンドギャップ変化層１６と同様の組成のＩＩＩ族窒化物系化合物が例示できる。
【０１３９】
ｎ側バンドギャップ変化層７６は組成が連続的に単調変化するため、ｎ側バンドギャップ変化層７６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【０１４０】
なお、ｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１４１】
ｎ側バンドギャップ変化層７６にはｎ型とするためにｎ型不純物を添加してもよい。具体的にはｎ型不純物としてＳｉが例示され、不純物濃度ｎは５×１０１７（ｃｍ−３）以上５×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、ｎ側バンドギャップ変化層７６の不純物濃度の範囲は図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明したようにｎ側第一半導体層２５とｎ型第二半導体層２７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びｎ側バンドギャップ変化層７６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【０１４２】
半導体発光素子１０７は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側バンドギャップ変化層７６、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。なお、活性層１４とｎ側第一半導体層２５との界面からｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｎ側第一半導体層２５及びｎ側バンドギャップ変化層７６を積層する。
【０１４３】
従って、活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離を前記範囲とするため、ｎ側第一半導体層２５の膜厚は２０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であることが好ましい。
【０１４４】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１４５】
ｎ側バンドギャップ変化層７６の一の側の組成をｎ側第一半導体層２５の組成と等しくし、他の側の組成をｎ型第二半導体層２７の組成と等しくした場合、図１のｐ側バンドギャップ変化層１６の効果と同じ効果を得られる。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層７６の前記一の側とｎ側第一半導体層２５とを隣接し、及び前記他の側とｎ型半導体層２７とを隣接するようにｎ側バンドギャップ変化層７６を積層することで、ｎ側第一半導体層２５とｎ側バンドギャップ変化層７６との間及びｎ側バンドギャップ変化層７６とｎ型第二半導体層２７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動することができる。
【０１４６】
半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムの概念図を図８に示す。図８において図２、図４及び図６で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図８の半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムにおいて図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｐ型側にｐ側バンドギャップ変化層１６の領域１６ａがなく、活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側にｎ側バンドギャップ変化層７６の領域７６ａが表示されていることである。なお、図８においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１４７】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０７に注入される。
【０１４８】
電極３１から注入された電子は多数キャリアが電子であるｎ型のｎ型下地層１３及びｎ型第二半導体層２７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｎ側第一半導体層２５のバンドギャップはｎ型第二半導体層２７のバンドギャップより狭く、ｎ側バンドギャップ変化層７６によってｎ側第一半導体層２５の伝導帯の底部準位２２とｎ型第二半導体層２７の伝導帯の底部準位２２とはなだらかに接続され、電子は伝導帯の底部準位２２に沿ってエネルギー的に安定するｎ側第一半導体層２５へ移動できる。ｎ側第一半導体層２５へ移動した電子はｎ側第一半導体層２５のバンドギャップより狭い活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１４９】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は多数キャリアが正孔であるｐ型のｐ型コンタクト層１８、ｐ型第二半導体層２７を活性層１４の方向へ円滑に移動することができる。ｐ側第一半導体層１５のバンドギャップはｐ型第二半導体層１７のバンドギャップより狭いため、正孔は価電子帯のトップ準位２１に沿ってエネルギー的に安定するｐ側第一半導体層１５へ移動できる。正孔はｐ側第一半導体層１５より狭いバンドギャップの活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１５０】
従って、半導体発光素子１０７は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１５１】
また、活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離は一定の範囲にあり、電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動できるため、電極３１により注入された電子は一箇所に集中することなく、図７に示す電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７、ｎ側バンドギャップ変化層７６内及びｎ側第一半導体層２５内を均一に移動することができ、半導体発光素子１０７の電気抵抗を下げることができる。
【０１５２】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１５３】
つまり、半導体発光素子１０７は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１５４】
また、半導体発光素子１０７は半導体発光素子１０１と同様にｎ側第一半導体層２５、ｎ側バンドギャップ変化層７６及びｎ型第二半導体層２７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｎ側バンドギャップ変化層７６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｎ側バンドギャップ変化層７６はｎ側第一半導体層２５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１５５】
なお、半導体発光素子１０７は図１の半導体発光素子１０１で説明したｎ型基板１２に半導体層を積層することで半導体発光素子１０１と同様に裏面電極型の半導体発光素子とすることができる。
【０１５６】
（実施の形態５）
本実施形態は、電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、を備える半導体発光素子であって、前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子である。
【０１５７】
本願第四の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０９の断面の概念図を図９に示す。図９において、図１、図３、図５及び図７で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１０９と図７の半導体発光素子１０７との違いは、半導体発光素子１０９には半導体発光素子１０７のｎ側バンドギャップ変化層７６を備えず、ｎ側バンドギャップ変化層９６を備えたことである。
【０１５８】
ｎ側バンドギャップ変化層９６は積層方向に組成が階段状に単調変化するＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の層である。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層９６は積層方向においてｎ側バンドギャップ変化層９６の一の側から他の側へ前記組成式におけるｘ及びｙの値が階段状に単調変化する組成を有する。例えば、ｎ側バンドギャップ変化層９６は、図５で説明したｐ側バンドギャップ変化層５６と同様に構成され、同様の組成のＩＩＩ族窒化物系化合物が例示できる。
【０１５９】
ｎ側バンドギャップ変化層９６は組成が階段状に単調変化するため、ｎ側バンドギャップ変化層９６内において急峻な組成変化による格子ひずみを低減できる。
【０１６０】
なお、ｎ側バンドギャップ変化層９６の膜厚は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることが好ましく、３（ｎｍ）以上５０（ｎｍ）以下であることがより好ましい。
【０１６１】
ｎ側バンドギャップ変化層９６にはｎ型とするために図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明した不純物濃度の範囲でｎ型不純物を添加してもよい。具体的にはｎ型不純物としてＳｉが例示され、不純物濃度ｎは５×１０１７（ｃｍ−３）以上５×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲が例示される。なお、ｎ側バンドギャップ変化層９６の不純物濃度の範囲は図１のｐ側バンドギャップ変化層１６で説明したようにｎ側第一半導体層２５とｎ型第二半導体層２７とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度及びｎ側バンドギャップ変化層９６の積層方向の幅から算出することが好ましい。
【０１６２】
半導体発光素子１０９は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ側第一半導体層２５、ｎ側バンドギャップ変化層９６、ｎ型第二半導体層２７、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。ｎ側バンドギャップ変化層９６は図５の半導体発光素子１０５で説明したように所定時間毎に階段状に前記製造パラメータを変更して積層させて作成する。なお、活性層１４とｎ側第一半導体層２５との界面からｎ側バンドギャップ変化層９６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｎ側第一半導体層２５及びｎ側バンドギャップ変化層９６を積層する。
【０１６３】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１６４】
ｎ側バンドギャップ変化層９６の一の側の組成をｎ側第一半導体層２５の組成と等しくし、他の側の組成をｎ型第二半導体層２７の組成と等しくした場合、図１のｐ側バンドギャップ変化層１６の効果と同じ効果を得られる。すなわち、ｎ側バンドギャップ変化層９６の前記一の側とｎ側第一半導体層２５とを隣接し、及び前記他の側とｎ型半導体層２７とを隣接するようにｎ側バンドギャップ変化層９６を積層することで、ｎ側第一半導体層２５とｎ側バンドギャップ変化層９６との間及びｎ側バンドギャップ変化層９６とｎ型第二半導体層２７との間に急峻な組成の変化がなくなるため、キャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動することができる。
【０１６５】
半導体発光素子１０９のバンドダイヤグラムの概念図を図１０に示す。図１０において図２、図４、図６及び図８で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図１０の半導体発光素子１０９のバンドダイヤグラムにおいて図７の半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側においてｎ側バンドギャップ変化層７６の領域７６ａがなく、ｎ側バンドギャップ変化層９６の領域９６ａが表示されていることである。なお、図１０においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１６６】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１０９に注入される。
【０１６７】
活性層１４に対してｎ型側において、ｎ側バンドギャップ変化層９６によってｎ側第一半導体層２５の伝導帯の底部準位２２とｎ型第二半導体層２７の伝導帯の底部準位２２とは階段状に接続され、電子は伝導帯の底部準位２２に沿ってエネルギー的に安定するｎ側第一半導体層２５へ移動できる。ｎ側第一半導体層２５へ移動した電子は半導体発光素子１０９の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１６８】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は図１の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１０９の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１６９】
従って、半導体発光素子１０５は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１７０】
また、半導体発光素子１０９のｎ側バンドギャップ変化層９６は図７の半導体発光素子１０７のｎ側バンドギャップ変化層７６と同様に活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層９６との積層方向の距離が一定の範囲にあり、電子は電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動でき、半導体発光素子１０９の電気抵抗を下げることができる。
【０１７１】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１７２】
つまり、半導体発光素子１０９は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１７３】
また、半導体発光素子１０９は半導体発光素子１０１と同様にｎ側第一半導体層２５、ｎ側バンドギャップ変化層９６及びｎ型第二半導体層２７においてＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸を揃えて積層した場合にｎ側バンドギャップ変化層９６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。従って、ｎ側バンドギャップ変化層９６はｎ側第一半導体層２５の不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間においてキャリア輸送を円滑にすることができる。
【０１７４】
なお、半導体発光素子１０９は図１の半導体発光素子１０１で説明したｎ型基板１２に半導体層を積層することで半導体発光素子１０１と同様に裏面電極型の半導体発光素子とすることができる。
【０１７５】
（実施の形態６）
本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１１の断面の概念図を図１１に示す。図１１において、図１、図３、図５、図７及び図９で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有する。半導体発光素子１１１と図３の半導体発光素子１０３との違いは、半導体発光素子１１１には半導体発光素子１０３のｎ側第一半導体層２５とｎ型第二半導体層２７との間にｎ側バンドギャップ変化層７６を備えたことである。
【０１７６】
半導体発光素子１１１は以下に説明するように作成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型基板３２上にｎ型下地層１３、ｎ型第二半導体層２７、ｎ側バンドギャップ変化層７６、ｎ側第一半導体層２５、活性層１４、ｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｐ型第二半導体層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。なお、活性層１４とｐ側第一半導体層１５との界面からｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚の中心までの積層方向の距離及び活性層１４とｎ側第一半導体層２５との界面からｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚の中心までの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下、より好ましくは３０（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）以下となるようにｐ側第一半導体層１５、ｐ側バンドギャップ変化層１６、ｎ側第一半導体層２５及びｎ側バンドギャップ変化層９６を積層する。
【０１７７】
続いて、図１の半導体発光素子１０１で説明したようにストライプ形状電極９１を形成する。続いて、図３の半導体発光素子１０３で説明したように陰電極部Ｍを形成して電極３１を形成する。
【０１７８】
図１の半導体発光素子１０１及び図７の半導体発光素子１０７で説明したようにｐ側バンドギャップ変化層１６及びｎ側バンドギャップ変化層７６を配置したことでキャリアの輸送を阻害していた分極電荷を分散させることができ、正孔はｐ型第二半導体層１７からｐ側第一半導体層１５へ、及び電子はｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動することができる。
【０１７９】
半導体発光素子１１１のバンドダイヤグラムの概念図を図１２に示す。図１２において図２、図４、図６、図８及び図１０で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜の領域であり同じ機能を有する。図１２の半導体発光素子１１１のバンドダイヤグラムにおいて図４の半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムと異なる部分は活性層１４の領域１４ａに対してｎ型側においてｎ側バンドギャップ変化層７６の領域７６ａが表示されていることである。なお、図１２においてｐ型コンタクト層１８からストライプ形状電極１９まで及びｎ型下地層１３から電極３１までのバンドギャップの一部を省略して表示している。
【０１８０】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１１１に注入される。
【０１８１】
電極３１から注入された電子は図８の半導体発光素子１０７のバンドギャップで説明したように半導体発光素子１１１の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１８２】
一方、ストライプ形状電極１９から注入された正孔は図２の半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムで説明したように半導体発光素子１１１の活性層１４の各井戸層に集中する。
【０１８３】
従って、半導体発光素子１１１は量子井戸の価電子帯のトップ準位２１と伝導帯の底部準位２２との間で表現されるバンドギャップに応じた波長の光を発光する。
【０１８４】
また、半導体発光素子１１１は図１の半導体発光素子１０１と同様に活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離が一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９により狭搾され注入された正孔は図１１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０１８５】
一方、半導体発光素子１１１は図７の半導体発光素子１０７と同様に活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離が一定の範囲にあり、電子は図１１に示す電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動でき、半導体発光素子１１１の電気抵抗を下げることができる。
【０１８６】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動できる半導体発光素子を提供することができる。
【０１８７】
つまり、半導体発光素子１１１は半導体発光素子１０１と同様にしきい値電流の低減、電流対光量のスロープ効率の改善、輝度向上等の効果を得ることができる。
【０１８８】
また、半導体発光素子１１１は半導体発光素子１０１及び半導体発光素子１０７と同様に各半導体層の積層方向と各半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物のＣ軸方向とが平行の場合にｐ側バンドギャップ変化層１６及びｎ側バンドギャップ変化層７６の効果、すなわち前記分極電荷の分散の効果が最も大きくなる。
【０１８９】
なお、半導体発光素子１１１においてｐ側バンドギャップ変化層１６の代替として図５で説明したｐ側バンドギャップ変化層５６又は／及びｎ側バンドギャップ変化層７６の代替として図９で説明したｎ側バンドギャップ変化層９６を配置しても同様の効果を得ることができる。
【０１９０】
（実施の形態７）
本実施形態は、前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極をさらに備え、前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでメサ状であってもよい。
【０１９１】
本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体レーザである半導体発光素子１１３の断面の概念図を図１３に示す。半導体発光素子１１３と図１１の半導体発光素子１１１との違いは、ストライプ形状電極１９からｐ型第一半導体層１５の膜厚の一部までをメサ状に形成し、メサ部８としていることである。図１３において、図１、図３、図５、図７、図９及び図１１で用いた符号と同じ符号は同じ半導体層であり同じ機能を有するが、半導体発光素子１１３が半導体レーザとして機能するために、積層される半導体層は以下に説明する半導体であることがさらに望ましい。
【０１９２】
ｎ型下地層１３は膜厚１μｍ以上のＳｉを不純物としてｎ型としたＧａＮ化合物であることが望ましい。不純物濃度は３×１０１８（ｃｍ−３）であることが例示される。
【０１９３】
ｎ型第二半導体層２７は活性層１４に電子を供給するクラッド層として機能させるため、膜厚が１０００（ｎｍ）の前記組成式においてｍ＝０．０８、すなわちＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であり、不純物のＳｉ濃度は３×１０１８（ｃｍ−３）であることが望ましい。
【０１９４】
ｎ側第一半導体層２５は活性層１４で発生した光を反射し、導波する光ガイド層として機能させるために膜厚が１００（ｎｍ）のノンドープのＧａＮ化合物又は不純物のＳｉ濃度が１×１０１８（ｃｍ−３）以下の低ドープのＧａＮ化合物であることが望ましい。
【０１９５】
ｎ側バンドギャップ変化層７６はｎ側第一半導体層２５と隣接する側の組成をＧａＮ化合物とし、ｎ型第二半導体層２７と隣接する側の組成をＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物としてｎ側第一半導体層２５と隣接する側からｎ型第二半導体層２７と隣接する側へ向かって、Ａｌの組成が０から０．０８へ連続的に単調変化し且つＧａの組成がｘ＋ｙ＝１の関係を保ちつつ１から０．９２へ連続的に単調変化していることが望ましい。ｎ側バンドギャップ変化層７６の膜厚は１０（ｎｍ）である。また、添加される不純物のＳｉ濃度は１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、３×１０１８（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０１９６】
活性層１４は井戸層を外側に配置したＭＱＷであり、前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に電子バリア層を有する。井戸層は前記組成式においてｐ＝０．８７、すなわちＧａ０．８７Ｉｎ０．１３Ｎ化合物、障壁層は前記組成式においてｑ＝１、すなわちＧａＮ化合物及び前記電子バリア層は前記組成式においてｓ＝０．２、すなわちＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ化合物であることが望ましい。また、前記井戸層の膜厚は３（ｎｍ）、前記障壁層の膜厚は１０（ｎｍ）及び前記電子バリア層の膜厚は２０（ｎｍ）であることが望ましい。前記電子バリア層はｐ型とするために不純物としてＭｇが添加される。不純物濃度は１×１０１９（ｃｍ−３）以上１×１０２０（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、５×１０１９（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０１９７】
ｐ側第一半導体層１５は活性層１４で発生した光を反射し、導波する光ガイド層として機能させるために膜厚が１００（ｎｍ）のノンドープのＧａＮ化合物又は不純物のＭｇ濃度が１×１０１９（ｃｍ−３）以下の低ドープのＧａＮ化合物であることが望ましい。
【０１９８】
ｐ型第二半導体層１７は活性層１４に正孔を供給するクラッド層として機能させるため、膜厚が５００（ｎｍ）の前記組成式においてｍ＝０．０８、すなわちＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物であり、不純物のＭｇ濃度は３×１０１９（ｃｍ−３）であることが望ましい。
【０１９９】
ｐ側バンドギャップ変化層１６はｐ側第一半導体層１５と隣接する側の組成をＧａＮ化合物とし、ｐ型第二半導体層１７と隣接する側の組成をＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ化合物としてｐ側第一半導体層１５と隣接する側からｐ型第二半導体層１７と隣接する側へ向かって、Ａｌの組成が０から０．０８へ連続的に単調変化し且つＧａの組成がｘ＋ｙ＝１の関係を保ちつつ１から０．９２へ連続的に単調変化していることが望ましい。ｐ側バンドギャップ変化層１６の膜厚は１０（ｎｍ）である。また、添加される不純物のＭｇ濃度は１．５×１０１８（ｃｍ−３）以上９×１０１８（ｃｍ−３）以下の範囲であることが例示され、３×１０１８（ｃｍ−３）であることが好ましい。
【０２００】
ｐ型コンタクト層１８は膜厚が５０（ｎｍ）のＭｇを不純物としてｐ型としたＧａＮ化合物であることが望ましい。
【０２０１】
半導体発光素子１１３は、図１１の半導体発光素子１１１を形成した後、メサ部８を形成する。
【０２０２】
ストライプ形状電極１９を陽極として、電極３１を陰極として電圧を印加することで電極１１から電子が、ストライプ形状電極１９から正孔が半導体発光素子１１３に注入される。
【０２０３】
図１の半導体発光素子１０１で説明したように、ｐ側バンドギャップ変化層１６によりｐ型第二半導体層１７からｐ型第一半導体層１５の間の正孔輸送が円滑になるため、半導体発光素子１１３の正孔は結晶性の良いメサ部８の中央付近を移動することができる。
【０２０４】
また、活性層１４とｐ側バンドギャップ変化層１６との積層方向の距離は一定の範囲にあるため、ストライプ形状電極１９及びメサ部８により狭搾され注入された正孔はｐ型第二半導体層１７、ｐ側バンドギャップ変化層１６内及びｐ側第一半導体層１５内での拡散が減少し、図１に示す正孔の流れ９１のように活性層１４のストライプ形状電極１９の直下の部分に集中して到達する。
【０２０５】
一方、半導体発光素子１１３は図７の半導体発光素子１０７と同様に活性層１４とｎ側バンドギャップ変化層７６との積層方向の距離が一定の範囲にあり、電子は図１３に示す電子の流れ９７のようにｎ型第二半導体層２７からｎ側第一半導体層２５へ円滑に移動でき、半導体発光素子１１３の電気抵抗を下げることができる。
【０２０６】
活性層１４に集中した正孔及び電子は再結合してＭＱＷの前記井戸層のバンドギャップで表される波長の光を発生する。ｐ側第一半導体層１５及びｎ側第一半導体層２５はガイド層として前記光を導波し、誘導放出を促す。
【０２０７】
従って、本願発明により、不純物濃度を高めることなく、つまり光学特性及び信頼性の劣化をもたらすことなく互いに組成の異なる二の半導体層との間をキャリアが円滑に移動でき、半導体レーザとして機能する半導体発光素子を提供することができる。
【０２０８】
なお、半導体発光素子１１３において、ｐ側バンドギャップ変化層１６の代替として図５で説明したｐ側バンドギャップ変化層５６又は／及びｎ側バンドギャップ変化層７６の代替として図９で説明したｎ側バンドギャップ変化層９６を配置しても同様の効果を得ることができる。
【０２０９】
なお、半導体発光素子１１３と同様にｐ側第一半導体層１５及びｎ側第一半導体層２５は活性層１４で発生した光を反射させるため活性層１４より屈折率が小さくなるような組成に設計され、活性層１４で発生した光を導波する光ガイド層の機能を有し、ｐ型第二半導体層１７及びｎ型第二半導体層２７は活性層１４にキャリアを供給するクラッド層としての機能を有することで、半導体発光素子１０１、半導体発光素子１０３、半導体発光素子１０５、半導体発光素子１０７、半導体発光素子１０９及び半導体発光素子１１１は構造全体として半導体レーザとして機能する。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
本願発明の半導体発光素子の構成は受光素子として利用することができる。また、トランジスタやダイオード等の電子デバイス、ＨＥＭＴに代表されるような化合物高周波用電子デバイスにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１１】
【図１】本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０１の断面の概念図である。
【図２】本願第一の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０１のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図３】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１０３の断面の概念図である。
【図４】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１０３のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図５】本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０５の断面の概念図である。
【図６】本願第二の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０５のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図７】本願第三の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０７の断面の概念図である。
【図８】本願第三の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０７のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図９】本願第四の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０９の断面の概念図である。
【図１０】本願第四の発明に係る一の実施の形態である半導体発光素子１０９のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図１１】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１１の断面の概念図である。
【図１２】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１１のバンドダイヤグラムの概念図である。
【図１３】本願第一の発明に係る他の実施の形態である半導体発光素子１１３の断面の概念図である。
【図１４】従来の半導体発光素子１４０の断面の概念図である。
【符号の説明】
【０２１２】
１０１、１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、１４０ 半導体発光素子
８ メサ部
１１、３１ 電極
１２、３２ ｎ型基板
１３ ｎ型下地層
１４ 活性層
１５ ｐ側第一半導体層
１６、５６ ｐ側バンドギャップ変化層
７６、９６ ｎ側バンドギャップ変化層
１７ ｐ型第二半導体層
１８ ｐ型コンタクト層
１９ ストライプ形状電極
２１ 価電子帯のトップ準位
２２ 伝導帯の底部準位
２５ ｎ側第一半導体層
２７ ｎ型第二半導体層
９１ 正孔の流れ
９７ 電子の流れ
１１ａ 電極１１の領域
１２ａ ｎ型基板１２の領域
１３ａ ｎ型下地層１３の領域
１４ａ 活性層１４の領域
１４ｂ 井戸層の領域
１４ｃ 障壁層の領域
１４ｄ 電子バリア層の領域
１５ａ ｐ側第一半導体層１５の領域
１６ａ ｐ側バンドギャップ変化層１６の領域
１７ａ ｐ型第二半導体層１７の領域
１８ａ ｐ型コンタクト層１８の領域
１９ａ ストライプ形状電極１９の領域
２５ａ ｎ側第一半導体層２５の領域
２７ａ ｎ型第二半導体層２７の領域
３１ａ 電極３１の領域
５６ａ ｐ側バンドギャップ変化層５６の領域
７６ａ ｎ側バンドギャップ変化層７６の領域
９６ａ ｎ側バンドギャップ変化層９６の領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極をさらに備え、
前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでメサ状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることを特徴とする請求項１から５に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項７】
前記第二半導体層のバンドギャップは前記第一半導体層のバンドギャップより広いことを特徴とする請求項１から６に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項８】
前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層の積層方向と前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、前記バンドギャップ変化層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及び前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行であることを特徴とする請求項１から７に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項９】
前記第一半導体層は前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１であり、前記活性層で発生した光を導波する光ガイド層として機能し、
前記第二半導体層は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１の関係であり、前記活性層にキャリアを供給するクラッド層として機能し、
且つ前記バンドギャップ変化層は前記組成式において０≦ｘ≦ｍ及びｘ＋ｙ＝１の関係の範囲であり、
構造全体として半導体レーザとしての機能を有することを特徴とする請求項１から８に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、０．５ρ／ｄ≦ｎ≦３ρ／ｄの範囲であることを特徴とする請求項１から９に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項１】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｐ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｐ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記第二半導体層の前記バンドギャップ変化層の側と反対の側に外部から電圧を印加するための電極をさらに備え、
前記電極から前記第二半導体層又は前記第一半導体層に至るまでメサ状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が連続的に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ連続的に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
電子と正孔とが再結合することにより光を発生させる活性層と、
前記活性層に対して極性がｎ型の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表され、積層方向に組成が階段状に単調変化するＩＩＩ族窒化物系化合物のバンドギャップ変化層と、
前記バンドギャップ変化層の前記第一半導体層の側と反対の側に隣接して積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第二半導体層と、
を備える半導体発光素子であって、
前記活性層に対して極性がｎ型の側の前記活性層の端から前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅の中心に至るまでの積層方向の距離が３０（ｎｍ）以上２００（ｎｍ）以下であり、
前記バンドギャップ変化層のバンドギャップは、前記第一半導体層に隣接する側の前記第一半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップから前記第二半導体層に隣接する側の前記第二半導体層のバンドギャップと略等しいバンドギャップへ階段状に単調変化することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅は３（ｎｍ）以上１００（ｎｍ）未満であることを特徴とする請求項１から５に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項７】
前記第二半導体層のバンドギャップは前記第一半導体層のバンドギャップより広いことを特徴とする請求項１から６に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項８】
前記第一半導体層、前記バンドギャップ変化層及び前記第二半導体層の積層方向と前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶、前記バンドギャップ変化層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶及び前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物の結晶のＣ軸方向とが平行であることを特徴とする請求項１から７に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項９】
前記第一半導体層は前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１であり、前記活性層で発生した光を導波する光ガイド層として機能し、
前記第二半導体層は前記組成式においてｘ＝ｍ（０．０５≦ｍ≦０．１）及びｘ＋ｙ＝１の関係であり、前記活性層にキャリアを供給するクラッド層として機能し、
且つ前記バンドギャップ変化層は前記組成式において０≦ｘ≦ｍ及びｘ＋ｙ＝１の関係の範囲であり、
構造全体として半導体レーザとしての機能を有することを特徴とする請求項１から８に記載のいずれかの半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第一半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物と前記第二半導体層のＩＩＩ族窒化物系化合物とを隣接した界面に生ずる分極の電荷密度をρ（ｃｍ−２）、前記バンドギャップ変化層の積層方向の幅をｄ（ｃｍ）と表したとき、前記バンドギャップ変化層に添加される不純物の不純物濃度ｎ（ｃｍ−３）は、０．５ρ／ｄ≦ｎ≦３ρ／ｄの範囲であることを特徴とする請求項１から９に記載のいずれかの半導体発光素子。
【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】
【公開番号】特開２００６−３２４２８０（Ｐ２００６−３２４２８０Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４３５０２（Ｐ２００５−１４３５０２）
【出願日】平成１７年５月１７日（２００５．５．１７）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１７日（２００５．５．１７）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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