(57)【要約】      （修正有）【課題】発光効率を高めることができる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＮ系半導体層１２，１３，１４上に、発光層１７よりも小なるＩｎ組成のＩｎＧａＮ結晶を含む第１のＩｎＧａＮ層１５と、発光層よりも大なるＩｎ組成を有し且つ第１のＩｎＧａＮ層側から発光層側に向けてインジウム組成が減少しているＩｎＧａＮ結晶を含む第２のＩｎＧａＮ層１６とが順に積層されており、この第２のＩｎＧａＮ層上に発光層が形成されている。【選択図】図１
2014116542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１のＧａＮ系半導体層と、
ＩｎＧａＮ結晶からなる第１の井戸層と、前記第１の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第１の障壁層とが交互に繰り返し積層され、前記第１のＧａＮ系半導体層上に形成された第１のＩｎＧａＮ層と、
前記第１のＩｎＧａＮ層上に形成された第２のＩｎＧａＮ層と、
前記第１の井戸層よりも大なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶からなる第２の井戸層と、前記第２の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第２の障壁層とが交互に繰り返し積層され、前記第２のＩｎＧａＮ層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された、第１導電型とは反対導電型の第２導電型の第２のＧａＮ系半導体層と、を有し、
前記第２のＩｎＧａＮ層は、前記第１のＩｎＧａＮ層との界面において前記第２の井戸層よりも大なるインジウム組成を有し、且つ前記第１のＩｎＧａＮ層側から前記発光層側に向けてインジウム組成が減少しているＩｎＧａＮ結晶からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２のＩｎＧａＮ層は、夫々異なるインジウム組成を有するｎ層（ｎは２以上の整数）のＩｎＧａＮ結晶層が積層された構造を有し、
前記ｎ層のＩｎＧａＮ結晶層の各々は、前記発光層に近い位置に配置されているものほど小なるインジウム組成を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第２のＩｎＧａＮ層は、前記発光層との界面において前記第２の井戸層と同じインジウム組成を有す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】
基板上に第１導電型の第１のＧａＮ系半導体層を形成する工程と、
前記第１のＧａＮ系半導体層上に、ＩｎＧａＮ結晶からなる第１の井戸層と、前記第１の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第１の障壁層とが交互に繰り返し積層されてなる第１のＩｎＧａＮ層を形成する工程と、
前記第１のＩｎＧａＮ層上に、前記第１のＩｎＧａＮ層との界面において前記第２の井戸層よりも大なるインジウム組成を有し、且つ前記第１のＩｎＧａＮ層から離間した領域ほどインジウム組成が減少しているＩｎＧａＮ結晶からなる第２のＩｎＧａＮ層を形成する工程と、
前記第２のＩｎＧａＮ層上に、前記第１の井戸層よりも大なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶からなる第２の井戸層と、前記第２の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第２の障壁層とが交互に繰り返し積層されてなる発光層を形成する工程と、
前記発光層上に、前記第１導電型とは反対導電型の第２導電型の第２のＧａＮ系半導体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記発光層に近い位置に配置されているものほど小なるインジウム組成を有するｎ層（ｎは２以上の整数）のＩｎＧａＮ結晶層を積層したものを前記第２のＩｎＧａＮ層として形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記発光層との界面における前記第２のＩｎＧａＮ層のインジウム組成が、前記第２の井戸層のインジウム組成と同一であるように前記第２のＩｎＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体の発光層を有する半導体発光素子が研究されている。かかる半導体発光素子は、ｐ型のＧａＮ系半導体層とｎ型のＧａＮ系半導体層との間に、ＩｎＧａＮ（インジウム窒化ガリウム）からなる発光層（活性層とも称する）を挟んだ構造を有する。
【０００３】
また、このような半導体発光素子の発光効率を上げるべく、上記した発光層のＩｎ（インジウム）の組成より大なるＩｎ組成を有するＩｎＧａＮ層を、発光層及びｎ型ＧａＮ層間に設けることにより、外部量子効率を高めるようにした技術が提案されている。また、このようなＩｎＧａＮ層として、Ｉｎ組成が大なる層と、Ｉｎ組成が小なる層とを交互に繰り返し積層した構造を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、かかる構成をもってしても、外部量子効率を十分に高めることができず、高い発光効率を得ることが出来ないという問題があった。
【０００５】
更に、現在、このような半導体発光素子に生じるドループ（Ｄｒｏｏｐ）現象、つまり半導体発光素子に注入する電流を増加するにつれて発光効率が低下してしまうというドループ率の低下を抑制する技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−８８４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、外部量子効率を高めると共にドループ率を抑制させた発光効率の高い半導体発光素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体発光素子は、第１導電型の第１のＧａＮ系半導体層と、ＩｎＧａＮ結晶からなる第１の井戸層と、前記第１の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第１の障壁層とが交互に繰り返し積層され、前記第１のＧａＮ系半導体層上に形成された第１のＩｎＧａＮ層と、前記第１のＩｎＧａＮ層上に形成された第２のＩｎＧａＮ層と、前記第１の井戸層よりも大なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶からなる第２の井戸層と、前記第２の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第２の障壁層とが交互に繰り返し積層され、前記第２のＩｎＧａＮ層上に形成された発光層と、前記発光層上に形成された、第１導電型とは反対導電型の第２導電型の第２のＧａＮ系半導体層と、を有し、前記第２のＩｎＧａＮ層は、前記第１のＩｎＧａＮ層との界面において前記第２の井戸層よりも大なるインジウム組成を有し、且つ前記第１のＩｎＧａＮ層側から前記発光層側に向けてインジウム組成が減少しているＩｎＧａＮ結晶からなることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上に第１導電型の第１のＧａＮ系半導体層を形成する工程と、前記第１のＧａＮ系半導体層上に、ＩｎＧａＮ結晶からなる第１の井戸層と、前記第１の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第１の障壁層とが交互に繰り返し積層されてなる第１のＩｎＧａＮ層を形成する工程と、前記第１のＩｎＧａＮ層上に、前記第１のＩｎＧａＮ層との界面において前記第２の井戸層よりも大なるインジウム組成を有し、且つ前記第１のＩｎＧａＮ層から離間した領域ほどインジウム組成が減少しているＩｎＧａＮ結晶からなる第２のＩｎＧａＮ層を形成する工程と、前記第２のＩｎＧａＮ層上に、前記第１の井戸層よりも大なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶からなる第２の井戸層と、前記第２の井戸層よりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第２の障壁層とが交互に繰り返し積層されてなる発光層を形成する工程と、前記発光層上に、前記第１導電型とは反対導電型の第２導電型の第２のＧａＮ系半導体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体発光素子では、ＧａＮ系半導体層上に、発光層よりもＩｎ組成の小さいＩｎＧａＮ結晶膜を含む第１のＩｎＧａＮ層と、発光層よりもＩｎ組成の大きなＩｎＧａＮ結晶膜を含む第２のＩｎＧａＮ層とを順に積層し、この第２のＩｎＧａＮ層上に発光層を設けるようにしている。
【００１１】
このように、発光層よりもＩｎ組成の大きな第２のＩｎＧａＮ層を設けたことにより、半導体発光素子内での外部量子効率を高め、且つドループ率を低下させることが可能となる。更に、かかる第２のＩｎＧａＮ層及びＧａＮ系半導体層間に、発光層よりもＩｎ組成の小さな第１のＩｎＧａＮ層を設けることにより、第１及び第２のＩｎＧａＮ層同士の格子定数の差、並びに第２のＩｎＧａＮ層及び発光層同士の格子定数の差を共に少なくしている。これにより、格子不整合に伴う格子欠陥が抑制されるので、格子欠陥に起因する外部量子効率の低下及びドループ率の増大が抑えられる。
【００１２】
よって、本発明によれば、外部量子効率を高め且つドループ率を抑えた発光効率の高い半導体発光素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図２】第１のＩｎＧａＮ層１５、第２のＩｎＧａＮ層１６及び発光層１７各々の断面構造を示す断面図である。
【図３】図２（ａ）に示す構造を採用した場合における、第１のＩｎＧａＮ層１５、第２のＩｎＧａＮ層１６及び発光層１７各々でのエネルギーバンドを示すエネルギーバンド図である。
【図４】図２（ｂ）に示す構造を採用した場合における、第１のＩｎＧａＮ層１５、第２のＩｎＧａＮ層１６及び発光層１７各々でのエネルギーバンドを示すエネルギーバンド図である。
【図５】半導体発光素子の製造手順を示すフロー図である。
【図６】ＳＩＭＳ分析によって測定された、第１のＩｎＧａＮ層１５、第２のＩｎＧａＮ層１６、及び発光層１７各々内でのＩｎ組成を示すＩｎ組成分布図である。
【図７】第２のＩｎＧａＮ層１６のＩｎ組成と、外部量子効率及びドループ率との対向関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る半導体発光素子の断面の一部を示す断面図である。図１に示すように、かかる半導体発光素子は、結晶成長基板としてのサファイア（ＳｉＣ）基板１１上に、低温バッファ層１２、高温バッファ層１３、ｎ−ＧａＮ層１４、第１のＩｎＧａＮ層１５、第２のＩｎＧａＮ層１６、発光層１７、ｐ−ＡｌＧａＮ層１８、及びｐ−ＧａＮ層１９を積層させた構造を有する。
【００１６】
低温バッファ層１２は、サファイア基板１１上に形成されており、ＧａＮ結晶からなる層厚約２０ｎｍの層である。高温バッファ層１３は、低温バッファ層１２上に形成されており、ＧａＮ結晶からなる層厚約２μｍの層である。
【００１７】
ｎ−ＧａＮ層１４は、高温バッファ層１３上に形成されており、ＧａＮ系半導体結晶からなる層厚約４μｍのｎ型の半導体層である。
【００１８】
第１のＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１５は、ｎ−ＧａＮ層１４上に形成されている。第１のＩｎＧａＮ層１５は、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示すように、ＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶からなる井戸層１５ａと、井戸層１５ａよりもＩｎ組成の小さいＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶又はＧａＮ結晶からなる障壁層１５ｂとが、交互に繰り返し積層されてなる層である。この際、例えば図３又は図４のエネルギーバンド図に示すように、第１のＩｎＧａＮ層１５における井戸層１５ａ及び障壁層１５ｂ各々の層厚は例えば同一の層厚Ｄ１（例えば４ｎｍ）であり、井戸層１５ａのＩｎ組成はＸ１（例えば０．１）である。
【００１９】
第２のＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１６は、第１のＩｎＧａＮ層１５上に形成されており、第１のＩｎＧａＮ層１５のＩｎ組成Ｘ１よりも大なるＩｎ組成（Ｘ）を有するＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶からなる。この際、例えば図３に示すように、第２のＩｎＧａＮ層１６の層厚は１６ｎｍ以下の層厚Ｄ２（例えば７ｎｍ）であり、この層厚Ｄ２内において、Ｉｎ組成が、第１のＩｎＧａＮ層１５側から発光層１７に向けて徐々に減少している。すなわち、図３に示すように、第２のＩｎＧａＮ層１６内において、第１のＩｎＧａＮ層１５との界面でのＩｎ組成はＸ２（例えば０．３）であり、発光層１７との界面でのＩｎ組成はこのＸ２よりも小さく且つＸ１よりも大きいＸ３（例えば０．２）である。そして、図３に示すように、第１のＩｎＧａＮ層１５側から発光層１７側に向けて、そのＩｎ組成が徐々にＸ２からＸ３に減少しているのである。
【００２０】
発光層１７は、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示すように、ＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶からなる井戸層１７ａと、井戸層１７ａよりもＩｎ組成の小さいＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶又はＧａＮ結晶からなる障壁層１７ｂと、が交互に繰り返し積層されてなる、いわゆる多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）を有する層である。この際、例えば図３又は図４に示すように、発光層１７における井戸層１７ａの層厚は、第１のＩｎＧａＮ層１５の井戸層１５ａ及び障壁層１５ｂ各々の層厚Ｄ１よりも小なる層厚Ｄ３（例えば３ｎｍ）である。更に、発光層１７における障壁層１７ｂの層厚は、井戸層１５ａ及び障壁層１５ｂ各々の層厚Ｄ１よりも大なる層厚Ｄ４（例えば５ｎｍ）である。また、図３又は図４に示すように、井戸層１７ａのＩｎ組成Ｘ３（例えば０．２）は、第１のＩｎＧａＮ層１５のＩｎ組成Ｘ１よりも大であり、且つ第２のＩｎＧａＮ層１６のＩｎ組成Ｘ２よりも小である。尚、発光層１７の井戸層１７ａ及び障壁層１７ｂのＩｎ組成、及び層厚は、所望とする発光波長に応じて適宜設定されるものである。
【００２１】
ｐ−ＡｌＧａＮ層１８は、発光層１７上に形成されており、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）半導体結晶からなる層厚約２０ｎｍのｐ型の半導体層である。ｐ−ＧａＮ層１９は、ｐ−ＡｌＧａＮ層１８上に形成されており、ＧａＮ系半導体結晶からなる層厚約１００ｎｍのｐ型の半導体層である。
【００２２】
上記した半導体発光素子は、例えば有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと称する）法によって製造される。図５は、ＭＯＣＶＤ装置（図示せぬ）による半導体発光素子の製造手順を示すフロー図である。
【００２３】
図５において、ＭＯＣＶＤ装置は、リアクタ（図示せぬ）内にサファイア基板１１が設置されると、先ず、基板１１の温度（成長温度）を約１１００℃に調整した状態で１０分間に亘りアニール処理を行う。そして、基板１１の温度が約５００℃に調整され、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアンモニア（ＮＨ３）からなる原料ガスがリアクタ内に供給される。これにより、ＧａＮ結晶からなる、例えば層厚約２０ｎｍの低温バッファ層１２が形成される（低温バッファ層形成工程Ｓ１）。
【００２４】
次に、基板１１の温度が約１１００℃に調整され、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスが引き続きリアクタ内に供給される。これにより、ＧａＮ結晶からなる、例えば層厚約２μｍの高温バッファ層１３が低温バッファ層１２上に形成される（高温バッファ層形成工程Ｓ２）。
【００２５】
次に、基板１１の温度が約１０００〜１２００℃に調整され、シラン（ＳｉＨ４）を含むドーパントガスと、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスとがリアクタ内に供給される。これにより、シリコン濃度８×１０１９ｃｍ-3を有する、ｎ型のＧａＮ系半導体結晶からなる層厚約４μｍのｎ−ＧａＮ層１４が高温バッファ層１３上に形成される（ｎ−ＧａＮ層形成工程Ｓ３）。
【００２６】
次に、基板１１の温度が約８００〜９００℃に調整され、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスがリアクタ内に供給される。これにより、Ｉｎ組成が０．１のＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶からなる井戸層１５ａがｎ−ＧａＮ層１４上に形成される。引き続き、ＴＭＩの供給を停止し、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスを用いてＧａＮ結晶からなる障壁層１５ｂを井戸層１５ａ上に形成させる。上述した井戸層１５ａ及び障壁層１５ｂを形成する一連の処理を複数回に亘り繰り返し実行することにより、Ｉｎ組成Ｘが０．１の井戸層１５ａを含む第１のＩｎＧａＮ層１５を、ｎ−ＧａＮ層１４上に形成する（第１のＩｎＧａＮ層形成工程Ｓ４）。
【００２７】
次に、基板１１の温度を約８００〜９００℃に維持したまま、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスをリアクタ内に供給し、第１のＩｎＧａＮ層１５上にＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶を成長させる。この際、かかるＩｎＧａＮ結晶の成長過程において、ＴＭＩの供給量を時間経過につれて徐々に減少させる。これにより、第１のＩｎＧａＮ層１５の表面から上方向への結晶成長につれてＩｎ組成（Ｘ）が０．３から徐々に減少して０．２の状態に到るＩｎＧａＮ結晶からなる第２のＩｎＧａＮ層１６を、第１のＩｎＧａＮ層１５上に形成する。つまり、第１のＩｎＧａＮ層１５上に、このＩｎＧａＮ層１５よりも大なるＩｎ組成を有し、且つＩｎＧａＮ層１５から離間した領域ほどＩｎ組成が減少している第２のＩｎＧａＮ層１６を形成するのである（第２のＩｎＧａＮ層形成工程Ｓ５）。
【００２８】
次に、基板１１の温度を約８００〜９００℃に維持したまま、先ず、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、ＴＭＩ及びＮＨ３からなる原料ガスをリアクタ内に供給することにより、Ｉｎ組成（Ｘ）が０．２のＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶からなる井戸層１７ａが形成される。引き続き、ＴＭＩの供給を停止して、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスを用いることにより、井戸層１７ａ上に、ＧａＮ結晶からなる障壁層１７ｂを形成する。上述した井戸層１７ａ及び障壁層１７ｂを形成する一連の処理を複数回に亘り繰り返し実行することにより、Ｉｎ組成が０．２の井戸層１７ａ及び障壁層１７ｂが交互に積層されてなる、いわゆる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する発光層１７を、第２のＩｎＧａＮ層１６上に形成する（発光層形成工程Ｓ６）。
【００２９】
次に、基板１１の温度を約８００〜９００℃に維持したまま、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を含むドーパントガスと、ＴＭＧ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びＮＨ３からなる原料ガスと、がリアクタ内に供給される。これによりＭｇがドープされたｐ型のＡｌＧａＮ半導体結晶からなるｐ−ＡｌＧａＮ層１８が発光層１７上に形成される（ｐ−ＡｌＧａＮ層形成工程Ｓ７）。
【００３０】
次に、ＴＭＡの供給を停止し、Ｃｐ２Ｍｇを含むドーパントガスと、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスとを用いて、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＮ系半導体結晶からなる層厚約１００ｎｍのｐ−ＧａＮ層１９をｐ−ＡｌＧａＮ層１８上に形成する（ｐ−ＧａＮ層形成工程Ｓ８）。
【００３１】
図６は、ＳＩＭＳ（secondary-ion mass spectrometry）分析によって測定した、上記第１のＩｎＧａＮ層１５、第２のＩｎＧａＮ層１６、及び発光層１７各々内でのＩｎ組成分布（深さ方向のＳＩＭＳプロファイル）を示す図である。尚、図６に示されるＩｎ組成分布は、深さ方向における各層（１５〜１７）内でのＩｎ組成の分布を表すものである。
【００３２】
ここで、図６に示すように、第１のＩｎＧａＮ層１５内では、第２のＩｎＧａＮ層１６に近い領域ほどＩｎ組成が大きくなっているが、これは測定法によるものであり、その分析時において、下層であるｎ−ＧａＮ層１４からの信号により、ＩｎＧａＮ層１５でのＩｎに対応した信号成分がマスクされている。実際には、Ｉｎ組成は層の深さ方向において周期的に変化している。
【００３３】
また、第２のＩｎＧａＮ層１６内では、図６に示すように、第１のＩｎＧａＮ層１５に隣接する領域で最大のＩｎ組成Ｘ２となり、発光層１７に近い領域ほどそのＩｎ組成が減少する。その結果、第２のＩｎＧａＮ層１６内における発光層１７に隣接する領域（界面）ではＩｎ組成がＸ３（Ｘ１＜Ｘ３＜Ｘ２）となる。すなわち、第２のＩｎＧａＮ層１６における発光層１７との界面でのＩｎ組成は、発光層１７の井戸層１７ａのＩｎ組成Ｘ３と同じであることが好ましい。
【００３４】
以上のように、本発明に係る半導体発光素子は、第１導電型の第１のＧａＮ系半導体層としてのｎ−ＧａＮ層１４上に、第１のＩｎＧａＮ層１５、第２のＩｎＧａＮ層１６、発光層１７、及び第１導電型とは反対導電型の第２導電型の第２のＧａＮ系半導体層（１８、１９）を順に積層した構造を有するものである。この際、第１のＩｎＧａＮ層１５は、ＩｎＧａＮ結晶からなる第１の井戸層としての井戸層１５ａと、この井戸層１５ａよりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第１の障壁層としての障壁層１５ｂとが交互に繰り返し積層された構造を有する。発光層１７は、上記した井戸層１５ａよりも大なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶からなる第２の井戸層としての井戸層１７ａと、この井戸層１７ａよりも小なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮ結晶又はＧａＮ結晶からなる第２の障壁層としての障壁層１７ｂとが交互に繰り返し積層された構造を有する。第２のＩｎＧａＮ層１６は、第１のＩｎＧａＮ層１５との界面において発光層１７の井戸層１７ａよりも大なるインジウム組成を有し、且つ第１のＩｎＧａＮ層１５側から発光層１７側に向けてインジウム組成が減少しているＩｎＧａＮ結晶から構成されている。
【００３５】
よって、発光層１７よりもＩｎ組成が大きい第２のＩｎＧａＮ層１６を設けることにより、外部量子効率が高くなり、且つドループ率を低下させることが可能となる。なお、第２のＩｎＧａＮ層１６を直接、ｎ−ＧａＮ層１４上に形成した場合には、第２のＩｎＧａＮ層１６の格子定数とｎ−ＧａＮ層１４の格子定数との差により、格子不整合に伴う格子欠陥が生じる。よって、この格子欠陥により、外部量子効率の低下及びドループ率の増加を招く虞が生じる。
【００３６】
そこで、図１に示す本実施例の半導体発光素子では、ｎ−ＧａＮ層１４及び第２のＩｎＧａＮ層１６間に、発光層１７の井戸層１７ａよりも小さなＩｎ組成を有する井戸層１５ａと障壁層１５ｂとからなる第１のＩｎＧａＮ層１５を設けることにより、第１のＩｎＧａＮ層１５及び第２のＩｎＧａＮ層１６間の格子定数の差、並びに第２のＩｎＧａＮ層１６及び発光層１７間の格子定数の差を少なくしている。
【００３７】
これにより、格子不整合に伴う格子欠陥が抑制され、かかる格子欠陥に起因する外部量子効率の低下及びドループ率の増大が抑えられる。よって、半導体発光素子の発光効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
図７（ａ）は、第２のＩｎＧａＮ層１６のＩｎ組成と、外部量子効率との対応関係を示す図である。ここで、変化させているのは第１のＩｎＧａＮ層１５との界面での値であり、他の値は図２（ａ）の場合と同様である。尚、図７（ａ）において、実線は、電流密度Ｊ＝３５Ａ／ｃｍ２でのＩｎ組成に対する外部量子効率を表しており、破線は、電流密度Ｊ＝７０Ａ／ｃｍ２でのＩｎ組成に対する外部量子効率を表している。
【００３９】
また、図７（ｂ）は、第２のＩｎＧａＮ層１６のＩｎ組成と、ドループ率との対応関係を示す図である。図７（ｂ）において、実線は、電流密度Ｊ＝３５Ａ／ｃｍ２の電流を供給した場合でのＩｎ組成に対するドループ率を表しており、破線は、電流密度Ｊ＝７０Ａ／ｃｍ２の電流を供給した場合でのＩｎ組成に対するドループ率を表すものである。尚、図７（ｂ）の実線に示すドループ率とは、外部量子効率が最大となる電流密度での外部量子効率を１００％とした場合に、電流密度Ｊ＝３５Ａ／ｃｍ２の電流を供給した際に得られた外部量子効率の低下率を示すものである。一方、図７（ｂ）の破線に示すドループ率とは、外部量子効率が最大となる電流密度での外部量子効率を１００％とした場合に、電流密度Ｊ＝７０Ａ／ｃｍ２の際に得られた外部量子効率の低下率を示すものである。
【００４０】
よって、図７（ａ）及び図７（ｂ）により、第２のＩｎＧａＮ層１６のＩｎ組成の増加に伴って外部量子効率が増加し、ドループ率が低下することが確認された。特に、図７（ａ）及び図７（ｂ）により、第２のＩｎＧａＮ層１６の界面では、発光層１７の井戸層１７ａのＩｎ組成（Ｘ＝０．２）よりも大なるＩｎ組成とすることにより、外部量子効率及びドループ率が共に改善されることが確認された。
【００４１】
尚、第２のＩｎＧａＮ層１６としては、図２（ａ）に示すような単一の層に代えて、図２（ｂ）に示すような、夫々が異なるＩｎ組成（Ｘ）を有するＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶層１６ａ〜１６ｆが積層された構造を採用しても良い。ここで、第２のＩｎＧａＮ層１６として図２（ｂ）に示す構造を採用した場合には、例えば、図４に示すように、第１のＩｎＧａＮ層１５に隣接するＩｎＧａＮ結晶層１６ａのＩｎ組成はＸ２であり、発光層１７に隣接するＩｎＧａＮ結晶層１６ｆのＩｎ組成はＸ３である。そして、図４に示すように、ＩｎＧａＮ結晶層１６ａ〜１６ｆ各々のＩｎ組成が、１６a、１６b、１６c、１６d、１６e、１６fの順に段階的にＸ３からＸ２に減少しているのである。尚、図２（ｂ）では、６層のＩｎＧａＮ結晶層１６ａ〜１６ｆによって第２のＩｎＧａＮ層１６を構築するようにしているが、その積層数は６つに限定されない。要するに、発光層１７に近い位置に形成されているＩｎＧａＮ結晶層ほどＩｎ組成が小さくなるＩｎＧａＮ結晶層１６ａ〜１６ｎ（ｎは２以上の整数）で第２のＩｎＧａＮ層１６が構成されていれば良いのである。
【００４２】
上記した構成によっても同様に、外部量子効率を高めると共にドループ率を抑制させた発光効率の高い半導体発光素子を提供することが可能となる。
【００４３】
また、上述したＩｎ組成（Ｘ）の値、各層の層厚及び層数等は例示に過ぎず、適宜改変しても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１１  サファイア基板
１２  低温バッファ層
１３  高温バッファ層
１４  ｎ−ＧａＮ層
１５  第１のＩｎＧａＮ層
１６  第２のＩｎＧａＮ層
１７  発光層
１８  ｐ−ＡｌＧａＮ層
１９  ｐ−ＧａＮ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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