(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層と
を含み、
前記発光層は、
ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された４層以上の井戸層と、
前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、４層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される５層以上の障壁層とを備え、
４層以上の前記井戸層は、
前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、
前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する複数のｐ側井戸層と
を有し、
５層以上の前記障壁層は、
前記ｐ型半導体層に最も近い側に設けられる単数のｐ側障壁層と、
前記ｎ型半導体層に近い側から前記ｐ側障壁層に至るまでの間に設けられる複数のｎ側障壁層と
を有し、
前記ｐ側障壁層の厚さが、複数の前記ｎ側障壁層のそれぞれの厚さよりも大きく設定されるとともに、複数の前記ｎ側井戸層のそれぞれの厚さよりも大きく且つ複数の前記ｐ側井戸層のそれぞれの厚さよりも小さく設定されること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
複数の前記ｎ側障壁層のそれぞれの厚さが、複数の前記ｎ側井戸層のそれぞれの厚さよりも小さく設定されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
４層以上の前記井戸層のうち前記ｐ側井戸層は２層であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
２層の前記ｐ側井戸層は、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さに設定されるとともに共通の組成を有することを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
５層以上の前記障壁層がそれぞれＧａＮで構成されるとともに、４層以上の前記井戸層がそれぞれＧａＩｎＮで構成され、
前記井戸層の前記ｐ側井戸層におけるＩｎの濃度が、当該井戸層の前記ｎ側井戸層におけるＩｎの濃度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項６】
第１配線および第２配線が形成された基部と、当該基部に取り付けられ且つ当該第１配線および当該第２配線と電気的に接続され、当該第１配線および当該第２配線を介した通電により発光する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子は、
ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層と前記第１配線とを電気的に接続するためのｐ側電極と、
前記ｎ型半導体層と前記第２配線とを電気的に接続するためのｎ側電極と
を含み、
前記発光層は、
ＩＩＩ族窒化物半導体族窒化物半導体で構成された４層以上の井戸層と、
前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、４層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される５層以上の障壁層とを備え、
４層以上の前記井戸層は、
前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、
前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する複数のｐ側井戸層と
を有し、
５層以上の前記障壁層は、
前記ｐ型半導体層に最も近い側に設けられる単数のｐ側障壁層と、
前記ｎ型半導体層に近い側から前記ｐ側障壁層に至るまでの間に設けられる複数のｎ側障壁層と
を有し、
５層以上の前記障壁層のうち前記ｐ側障壁層の厚さが、複数の前記ｎ側障壁層のそれぞれの厚さよりも大きく設定されるとともに、複数の前記ｎ側井戸層のそれぞれの厚さよりも大きく且つ複数の前記ｐ側井戸層のそれぞれの厚さよりも小さく設定されること
を特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子、半導体発光素子を備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、一般に、キャリアとしての電子（エレクトロン）を生成するためのｎ型不純物を含有するｎ型のＩＩＩ族窒化物半導体層と、キャリアとしての正孔（ホール）を生成するためのｐ型不純物を含有するｐ型のＩＩＩ族窒化物半導体層との間に、ＩＩＩ族窒化物半導体を含む発光層を配置して形成されている。そして、この種の半導体発光素子では、複数の井戸層と複数の障壁層とを交互に積層してなる多重量子井戸構造にて、発光層を構成することが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２２８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、多重量子井戸構造を有する発光層を設けた、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子においても、発光層における複数の井戸層内で再結合できない正孔あるいは電子が数多く存在する場合には、半導体発光素子における発光効率が低下することがあった。
【０００５】
また、半導体発光素子が設置される環境温度が上昇すると、再結合における非発光結合の割合が増加することに伴い、半導体発光素子における発光効率がさらに低下することがあった。特に、電流密度の大きい条件下では、発光効率の低下が顕著となる。
【０００６】
本発明は、半導体発光素子から出力される光の波長の単一性を維持しつつ、環境温度の上昇に伴う発光効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体発光素子は、ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層とを含み、前記発光層は、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された４層以上の井戸層と、前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、４層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される５層以上の障壁層とを備え、４層以上の前記井戸層は、前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する複数のｐ側井戸層とを有し、５層以上の前記障壁層は、前記ｐ型半導体層に最も近い側に設けられる単数のｐ側障壁層と、前記ｎ型半導体層に近い側から前記ｐ側障壁層に至るまでの間に設けられる複数のｎ側障壁層とを有し、前記ｐ側障壁層の厚さが、複数の前記ｎ側障壁層のそれぞれの厚さよりも大きく設定されるとともに、複数の前記ｎ側井戸層のそれぞれの厚さよりも大きく且つ複数の前記ｐ側井戸層のそれぞれの厚さよりも小さく設定されることを特徴とする。
【０００８】
このような半導体発光素子において、複数の前記ｎ側障壁層のそれぞれの厚さが、複数の前記ｎ側井戸層のそれぞれの厚さよりも小さく設定されることを特徴とすることができる。
また、４層以上の前記井戸層のうち前記ｐ側井戸層は２層であることを特徴とすることができる。
さらに、２層の前記ｐ側井戸層は、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さに設定されるとともに共通の組成を有することを特徴とすることができる。
さらにまた、５層以上の前記障壁層がそれぞれＧａＮで構成されるとともに、４層以上の前記井戸層がそれぞれＧａＩｎＮで構成され、前記井戸層の前記ｐ側井戸層におけるＩｎの濃度が、当該井戸層の前記ｎ側井戸層におけるＩｎの濃度よりも低いことを特徴とすることができる。
【０００９】
また、本発明の発光装置は、第１配線および第２配線が形成された基部と、当該基部に取り付けられ且つ当該第１配線および当該第２配線と電気的に接続され、当該第１配線および当該第２配線を介した通電により発光する半導体発光素子とを備え、前記半導体発光素子は、ｎ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層に積層され、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、前記発光層に積層され、ｐ型不純物を含有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成されるｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層と前記第１配線とを電気的に接続するためのｐ側電極と、前記ｎ型半導体層と前記第２配線とを電気的に接続するためのｎ側電極とを含み、前記発光層は、ＩＩＩ族窒化物半導体族窒化物半導体で構成された４層以上の井戸層と、前記井戸層よりもバンドギャップが大きいＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、４層以上の当該井戸層のそれぞれを両側から挟み込むとともに、前記ｎ型半導体層との境界部にて当該ｎ型半導体層と接続され且つ前記ｐ型半導体層との境界部にて当該ｐ型半導体層と接続される５層以上の障壁層とを備え、４層以上の前記井戸層は、前記ｎ型半導体層に近い側から順に複数設けられ、それぞれが第１の厚さに設定されることで共通の波長の光を出力する複数のｎ側井戸層と、前記ｐ型半導体層に近い側から前記ｎ側井戸層に至るまでの間に複数設けられ、それぞれが前記第１の厚さよりも大きい厚さに設定されるとともに前記ｎ側井戸層とは異なる組成を有することで、それぞれが前記共通の波長の光を出力する複数のｐ側井戸層とを有し、５層以上の前記障壁層は、前記ｐ型半導体層に最も近い側に設けられる単数のｐ側障壁層と、前記ｎ型半導体層に近い側から前記ｐ側障壁層に至るまでの間に設けられる複数のｎ側障壁層とを有し、５層以上の前記障壁層のうち前記ｐ側障壁層の厚さが、複数の前記ｎ側障壁層のそれぞれの厚さよりも大きく設定されるとともに、複数の前記ｎ側井戸層のそれぞれの厚さよりも大きく且つ複数の前記ｐ側井戸層のそれぞれの厚さよりも小さく設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体発光素子から出力される光の波長の単一性を維持しつつ、環境温度の上昇に伴う発光効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態が適用される半導体発光素子の上面図の一例である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】半導体発光素子における発光層周辺の拡大断面図である。
【図４】半導体発光素子を搭載した発光装置の構成の一例を示す図である。
【図５】各半導体発光素子が設置される環境温度と、各半導体発光素子に対し順方向電流として５０ｍＡを流したときの発光出力との関係を示したグラフ図である。
【図６】各半導体発光素子が設置される環境温度と、各半導体発光素子に対し順方向電流として１２０ｍＡを流したときの発光出力との関係を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の半導体発光素子等の寸法とは異なっている場合がある。
【００１３】
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の上面図の一例であり、図２は、図１に示す半導体発光素子１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
（半導体発光素子）
この半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とをさらに備える。ここで、ｎ型半導体層１４０は、下地層１３０上に積層されるｎコンタクト層１４１と、ｎコンタクト層１４１上に積層されるとともに発光層１５０の積層対象となるｎクラッド層１４２とを有している。一方、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０上に積層されるｐクラッド層１６１と、ｐクラッド層１６１上に積層されるｐコンタクト層１６２とを有している。なお、以下の説明では、必要に応じて、これら中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶことがある。
【００１４】
さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０（より具体的にはｐコンタクト層１６２）上に積層される透明導電層１７０と、この透明導電層１７０上の一部に積層されるｐ側電極３００と、ｐ型半導体層１６０と透明導電層１７０との間に配置される透明絶縁層１９０とを有する。ここで、ｐ側電極３００は、その端部から透明導電層１７０の上面に沿って線状に形成された延伸部３１０を含んでいる。また、透明絶縁層１９０は、図２に示す断面図において、延伸部３１０を含むｐ側電極３００の下方に相当する位置に配置されている。
さらにまた、半導体発光素子１は、積層半導体層１００のうち、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出した、ｎ型半導体層１４０の半導体露出面１４０ａ上の一部に積層されるｎ側電極４００を有する。なお、半導体露出面１４０ａにおいては、ｎ型半導体層１４０におけるｎコンタクト層１４１が露出している。
【００１５】
そして、半導体発光素子１は、透明導電層１７０のうちｐ側電極３００が取り付けられていない領域およびｐ側電極３００のうちの一部を除く領域と、半導体露出面１４０ａのうちｎ側電極４００が取り付けられていない領域およびｎ側電極４００のうちの一部を除く領域とを覆うように積層される保護層１８０をさらに備えている。なお、保護層１８０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出した、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の壁面も覆っている。
【００１６】
この半導体発光素子１においては、ｐ側電極３００を正極とするとともにｎ側電極４００を負極とし、ｐ側電極３００からｎ側電極４００に向かう電流を流すことで、発光層１５０を発光させるようになっている。
なお、本実施の形態の半導体発光素子１は、発光層１５０から出力される光をｐ側電極３００およびｎ側電極４００が形成される側から取り出す、フェイスアップ型の発光ダイオードである。
【００１７】
次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明を行う。
ここで、図３は、半導体発光素子１における発光層１５０周辺の拡大断面図である。以下では、図１および図２に加えて図３も参照しつつ、半導体発光素子１の構成について説明を行う。
なお、以下の説明においては、ＩＩＩ族窒化物半導体の一例としてのＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮに関し、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
【００１８】
＜基板＞
基板１１０としては、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記基板材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。基板１１０としてサファイア基板を用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
さらに、本発明において使用される基板１１０としては、例えば特開２００９−１２３７１７号公報に記載の加工基板（サファイア単結晶のＣ面からなる平面と、当該平面と非平行な複数の凸部とからなる表面とする基板など）も、好ましく適用することができる。
【００１９】
＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図２に示すように、基板１１０上に、中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子（エレクトロン）をキャリアとするものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔（ホール）をキャリアとするものである。
以下、積層半導体層１００を構成する各層について、順次説明する。
【００２０】
［中間層］
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、特にＣ面を主面とするサファイアで基板１１０を構成した場合には、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層１２０の形成を行うことが好ましいが、必ずしも行わなくても良い。
【００２１】
中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ１０ｎｍ〜５００ｎｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが１０ｎｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが５００ｎｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
【００２２】
また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。そして、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
【００２３】
また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶（多結晶）とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
なお、中間層１２０は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。
【００２４】
［下地層］
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の厚さは１００ｎｍ以上が好ましく、より好ましくは５００ｎｍ以上であり、１０００ｎｍ（１μｍ）以上が最も好ましい。この厚さ以上にした方が、結晶性の良好な下地層１３０を得やすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０には不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、下地層１３０においてｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物（ｐ型不純物）あるいはドナー不純物（ｎ型不純物）を添加することができる。
【００２５】
［ｎ型半導体層］
電子をキャリアとするｎ型半導体層１４０は、上述したように、下地層１３０上に積層されるｎコンタクト層１４１と、ｎコンタクト層１４１上に積層されるとともに発光層１５０の積層対象となるｎクラッド層１４２とを備えている。なお、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
【００２６】
ｎコンタクト層１４１は、ｎ側電極４００を設けるための層である。ｎコンタクト層１４１としては、ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
【００２７】
また、ｎコンタクト層１４１にはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、ｎ側電極４００との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
【００２８】
ｎコンタクト層１４１の膜厚は、５００ｎｍ〜５０００ｎｍ（５μｍ）とされることが好ましく、１０００ｎｍ（１μｍ）〜４０００ｎｍ（４μｍ）の範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４１の膜厚が上記範囲にあると、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶性が良好に維持される。
【００２９】
ｎクラッド層１４２は、発光層１５０へのキャリア（ここでは電子）の注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層であり、本実施の形態では、超格子構造を含む層として構成されている。
より具体的に説明すると、ｎクラッド層１４２は、例えば図３に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１０ｎｍ以下の膜厚を有するｎ第１クラッド層１４２１と、このｎ第１クラッド層１４２１とは組成が異なるＩＩＩ族窒化物半導体からなり、１０ｎｍ以下の膜厚を有するｎ第２クラッド層１４２２とが交互に積層された構造を有している。そして、ｎクラッド層１４２は、２つのｎ第１クラッド層１４２１で１つのｎ第２クラッド層１４２２を挟み込む構造を有しており、ｎコンタクト層１４１と接する側および発光層１５０と接する側は、それぞれ、ｎ第１クラッド層１４２１となっている。なお、この例において、ｎ第１クラッド層１４２１の厚さおよびｎ第２クラッド層１４２２の厚さは、それぞれ２ｎｍに設定されている。
【００３０】
ここで、図３は、ｎクラッド層１４２を、３つのｎ第１クラッド層１４２１と２つのｎ第２クラッド層１４２２とを含む５層で構成した場合を例示している。ただし、これはあくまでも例示に過ぎず、ｎクラッド層１４２を、例えば、１１個のｎ第１クラッド層１４２１と１０個のｎ第２クラッド層１４２２とを含む２１層で構成することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、ｎ第１クラッド層１４２１をＧａＩｎＮで、ｎ第２クラッド層１４２２をＧａＮで、それぞれ構成している。ここで、ＧａＩｎＮを含むｎクラッド層１４２を形成する場合には、ｎ第１クラッド層１４２１を構成するＧａＩｎＮを、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きいものとすることが望ましい。そして、ｎ第１クラッド層１４２１を構成するＧａＩｎＮにおけるＩｎ組成は、０．５原子％〜３．０原子％の範囲が望ましい。また、上述した構成に代えて、ｎ第１クラッド層１４２１をＡｌＧａＮで、ｎ第２クラッド層１４２２をＧａＮで、それぞれ構成してもかまわない。
【００３２】
ｎクラッド層１４２の全体の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。ｎクラッド層１４２のｎ型不純物濃度は１．５×１０17〜１．５×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１．５×１０18〜１．５×１０19／ｃｍ3である。ｎ型不純物濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および半導体発光素子１の動作電圧低減の点で好ましい。
【００３３】
［発光層］
本実施の形態の発光層１５０は、障壁層と井戸層とを交互に積層した、所謂多重量子井戸構造を有している。より具体的に説明すると、この発光層１５０は、図３に示すように、ｎクラッド層１４２（ｎ第１クラッド層１４２１）上に積層される第１障壁層１５１ａと、第１障壁層１５１ａ上に積層される第１井戸層１５２ａと、第１井戸層１５２ａ上に積層される第２障壁層１５１ｂと、第２障壁層１５１ｂ上に積層される第２井戸層１５２ｂと、第２井戸層１５２ｂ上に積層される第３障壁層１５１ｃと、第３障壁層１５１ｃ上に積層される第３井戸層１５２ｃと、第３井戸層１５２ｃ上に積層される第４障壁層１５１ｄと、第４障壁層１５１ｄ上に積層される第４井戸層１５２ｄと、第４井戸層１５２ｄ上に積層される第５障壁層１５１ｅと、第５障壁層１５１ｅ上に積層される第５井戸層１５２ｅと、第５井戸層１５２ｅ上に積層される第６障壁層１５１ｆと、第６障壁層１５１ｆ上に積層される第６井戸層１５２ｆと、第６井戸層１５２ｆ上に積層される第７障壁層１５１ｇと、第７障壁層１５１ｇ上に積層される第７井戸層１５２ｇと、第７井戸層１５２ｇ上に積層されるとともにｐクラッド層１６１の積層対象となる第８障壁層１５１ｈとを備えている。
【００３４】
このように、本実施の形態の発光層１５０は、８つの障壁層（第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈ）と７つの井戸層（第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇ）とを含む１５層で構成されている。また、この発光層１５０は、２つの障壁層によって１つの井戸層を挟み込んだ構造となっている。そして、発光層１５０のうち、ｎ型半導体層１４０（ｎクラッド層１４２）と接する側には第１障壁層１５１ａが位置し、ｐ型半導体層１６０（ｐクラッド層１６１）と接する側には第８障壁層１５１ｈが位置している。
【００３５】
なお、以下の説明においては、発光層１５０のうち、第１障壁層１５１ａ、第２障壁層１５１ｂ、第３障壁層１５１ｃ、第４障壁層１５１ｄ、第５障壁層１５１ｅ、第６障壁層１５１ｆ、第７障壁層１５１ｇおよび第８障壁層１５１ｈを、まとめて障壁層１５１と呼ぶことがある。また、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈのうち、最もｐ型半導体層１６０に近い層（この例では第８障壁層１５１ｈ）を『最終障壁層』と呼ぶことがある。
【００３６】
一方、以下の説明においては、発光層１５０のうち、第１井戸層１５２ａ、第２井戸層１５２ｂ、第３井戸層１５２ｃ、第４井戸層１５２ｄ、第５井戸層１５２ｅ、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇを、まとめて井戸層１５２と呼ぶことがある。また、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、最もｐ型半導体層１６０に近い層（この例では第７井戸層１５２ｇ）を『最終井戸層』、最終井戸層の次にｐ型半導体層１６０に近い層（この例では第６井戸層１５２ｆ）を『準最終井戸層』、と呼ぶことがある。
【００３７】
ではまず、障壁層１５１を構成する各層の厚さおよび層間の厚さの関係について説明を行う。
障壁層１５１において、第１障壁層１５１ａの厚さを第１障壁厚さｔ１ａ、第２障壁層１５１ｂの厚さを第２障壁厚さｔ１ｂ、第３障壁層１５１ｃの厚さを第３障壁厚さｔ１ｃ、第４障壁層１５１ｄの厚さを第４障壁厚さｔ１ｄ、第５障壁層１５１ｅの厚さを第５障壁厚さｔ１ｅ、第６障壁層１５１ｆの厚さを第６障壁厚さｔ１ｆ、第７障壁層１５１ｇの厚さを第７障壁厚さｔ１ｇ、第８障壁層１５１ｈの厚さを第８障壁厚さｔ１ｈとする。この例では、第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈのうち、最もｎ型半導体層１４０に近い側に位置する第１障壁層１５１ａおよび第１障壁層１５１ａに続く第２障壁層１５１ｂ〜第７障壁層１５１ｇが、共通の厚さ（以下では、基準障壁厚さｔ１ｓｔｄと呼ぶ）に設定されている（ｔ１ａ＝ｔ１ｂ＝ｔ１ｃ＝ｔ１ｄ＝ｔ１ｅ＝ｔ１ｆ＝ｔ１ｇ＝ｔ１ｓｔｄ）。一方、第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈのうち、最もｐ型半導体層１６０に近い側に位置する第８障壁層１５１ｈは、基準障壁厚さｔ１ｓよりも大きい厚さ（以下では、最大障壁厚さｔ１ｍａｘと呼ぶ）に設定されている（ｔ１ｓ＜ｔ１ｈ＝ｔ１ｍａｘ）。
【００３８】
なお、この例においては、基準障壁厚さｔ１ｓｔｄが２．５ｎｍに、また、最大障壁厚さｔ１ｍａｘが４．０ｎｍに、それぞれ設定されている。したがって、障壁層１５１全体の厚さである全障壁厚さｔ１（＝ｔ１ａ＋ｔ１ｂ＋ｔ１ｃ＋ｔ１ｄ＋ｔ１ｅ＋ｔ１ｆ＋ｔ１ｇ＋ｔ１ｈ）は、２１．５ｎｍとなっている。
【００３９】
また、以下の説明においては、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈのうち、基準障壁厚さｔ１ｓｔｄに設定される層（この例では第１障壁層１５１ａ〜第７障壁層１５１ｇ）を、『基準厚障壁層』と呼ぶことがある。さらに、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈのうち、最大障壁厚さｔ１ｍａｘに設定される層（この例では第８障壁層１５１ｈ）を、『最大厚障壁層』と呼ぶことがある。
【００４０】
続いて、井戸層１５２を構成する各層の厚さおよび層間の厚さの関係について説明を行う。
井戸層１５２において、第１井戸層１５２ａの厚さを第１井戸厚さｔ２ａ、第２井戸層１５２ｂの厚さを第２井戸厚さｔ２ｂ、第３井戸層１５２ｃの厚さを第３井戸厚さｔ２ｃ、第４井戸層１５２ｄの厚さを第４井戸厚さｔ２ｄ、第５井戸層１５２ｅの厚さを第５井戸厚さｔ２ｅ、第６井戸層１５２ｆの厚さを第６井戸厚さｔ２ｆ、第７井戸層１５２ｇの厚さを第７井戸厚さｔ２ｇとする。この例では、第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、最もｎ型半導体層１４０に近い側に位置する第１井戸層１５２ａおよび第１井戸層１５２ａに続く第２井戸層１５２ｂ〜第５井戸層１５２ｅが、共通の厚さ（以下では、基準井戸厚さｔ２ｓｔｄと呼ぶ）に設定されている（ｔ２ａ＝ｔ２ｂ＝ｔ２ｃ＝ｔ２ｄ＝ｔ２ｅ＝ｔ２ｓｔｄ）。一方、第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、最もｐ型半導体層１６０に近い側に位置する第６井戸層１５２ｆおよびこれに続く第５井戸層１５２ｅは、基準井戸厚さｔ２ｓｔｄよりも大きい厚さ（以下では、最大井戸厚さｔ２ｍａｘと呼ぶ）に設定されている。特に、この例においては、第５井戸層１５２ｅの第５井戸厚さｔ２ｅと、第６井戸層１５２ｆの第６井戸厚さｔ２ｆとが、同じ大きさとなっている（ｔ２ｓｔｄ＜ｔ２ｅ＝ｔ２ｆ＝t２ｍａｘ）。
【００４１】
なお、この例においては、基準井戸厚さｔ２ｓｔｄが３．５ｎｍに、また、最大井戸厚さｔ２ｍａｘが４．１ｎｍに、それぞれ設定されている。したがって、井戸層１５２全体の厚さである全井戸厚さt２（＝ｔ２ａ＋ｔ２ｂ＋ｔ２ｃ＋ｔ２ｄ＋ｔ２ｅ＋ｔ２ｆ＋ｔ２ｇ）は、２５．７ｎｍとなっている。さらに、この例では、障壁層１５１における基準障壁厚さｔ１ｓｔｄに比べて、井戸層１５２における基準井戸厚さｔ２ｓｔｄが、より大きな厚さに設定されている。
【００４２】
また、以下の説明においては、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、基準井戸厚さｔ２ｓｔｄに設定される層（この例では第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅ）を、『基準厚井戸層』と呼ぶことがある。さらに、以下の説明では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、最大井戸厚さｔ２ｍａｘに設定される層（この例では第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇ）を、『最大厚井戸層』と呼ぶことがある。なお、図３に示す例では存在していないが、基準厚井戸層と最大厚井戸層との間に、基準井戸厚さｔ２ｓｔｄよりも大きく且つ最大井戸厚さｔ２ｍａｘよりも小さい『準最大井戸厚さ』に設定された、１以上の井戸層が存在していてもよい。この場合において、準最大井戸厚さに設定される層を『準最大厚井戸層』と呼ぶことがある。
【００４３】
ここで、本実施の形態では、基準厚井戸層である第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅが、ｎ側井戸層としての機能を有しており、最大厚井戸層である第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇが、ｐ側井戸層としての機能を有している。
【００４４】
今度は、障壁層１５１を構成する各層の組成および層間の組成の関係について説明を行う。
障壁層１５１において、基準障壁厚さｔ１ｓｔｄに設定された第１障壁層１５１ａ〜第７障壁層１５１ｇ、そして、最大障壁厚さｔ１ｍａｘに設定された第８障壁層１５１ｈは、それぞれ、ＧａＮで構成されている。すなわち、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈは、その厚さに関わらず（基準厚障壁層であるか最大厚障壁層であるかに関わらず）、共通の組成を有している。
【００４５】
続いて、井戸層１５２を構成する各層の組成および層間の組成の関係について説明を行う。
井戸層１５２において、基準井戸厚さｔ２ｓｔｄに設定された第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅは、それぞれ、Ｇａ１−ｙＩｎｙＮ（０＜ｙ＜０．４）で構成される。すなわち、基準厚井戸層である第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅは、共通の基準井戸厚さｔ２ｓｔｄを有するとともに、共通の組成を有している。
一方、井戸層１５２において、最大井戸厚さｔ２ｍａｘに設定された第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇは、Ｇａ１−ｚＩｎｚＮ（ｚ＜ｙ＜０．４）で構成される。すなわち、最大厚井戸層である第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇは、基準厚井戸層である第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅとは、異なる厚さ且つ異なる組成を有している。より具体的に説明すると、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇは、それぞれ、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅにおける共通の基準井戸厚さｔ２ｓｔｄよりも大きい最大井戸厚さｔ２ｍａｘを有するとともに、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅに比べてＩｎの比率が低減された共通の組成を有している。
【００４６】
ここで、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅ（基準厚井戸層）を構成するＧａ１−ｙＩｎｙＮ（０＜ｙ＜０．４）におけるｙの大きさ、および、第６井戸層１５２ｆ〜第７井戸層１５２ｇ（最大厚井戸層）を構成するＧａ１−ｚＩｎｚＮ（ｚ＜ｙ＜０．４）におけるｚの大きさは、半導体発光素子１の目標発光波長（共通の波長に対応）によって決まる。本実施の形態では、基準厚井戸層である第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅおよび最大厚井戸層である第６井戸層１５２ｆ〜第７井戸層１５２ｇの両者が、共通の波長の光を出力するべく構成されている。ここで、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅと第６井戸層１５２ｆ〜第７井戸層１５２ｇとで厚さを異ならせているのは、膜厚が１０ｎｍ未満の量子サイズ領域になると、量子閉じ込めシュタルク効果の影響が無視できなくなり、膜を構成するＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーだけでなく、その厚さも、発光波長を決める要因となるためである。
【００４７】
［ｐ型半導体層］
正孔をキャリアとするｐ型半導体層１６０は、発光層１５０上に積層されるｐクラッド層１６１と、ｐクラッド層１６１上に積層されるとともに透明導電層１７０の積層対象となるｐコンタクト層１６２とを備えている。ただし、ｐコンタクト層１６２がｐクラッド層１６１を兼ねることも可能である。
【００４８】
ｐクラッド層１６１は、発光層１５０へのキャリア（ここでは正孔）の注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。ｐクラッド層１６１としては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であって、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）を用いることができる。
【００４９】
ｐクラッド層１６１が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６１の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６１におけるｐ型不純物の濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐクラッド層１６１におけるｐ型不純物濃度が上記範囲であると、ｐクラッド層１６１およびｐクラッド層１６１の上に積層されるｐコンタクト層１６２の両者における結晶性の低下を抑制できる点で好ましい。
また、ｐクラッド層１６１は、上述したｎクラッド層１４２と同様に超格子構造としてもよく、この場合には、組成比が異なるＡｌＧａＮと他のＡｌＧａＮとの交互構造または組成が異なるＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
【００５０】
ｐコンタクト層１６２は、透明導電層１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６２は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および透明導電層１７０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐコンタクト層１６２におけるｐ型不純物の濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜５×１０20／ｃｍ3である。ｐコンタクト層１６２におけるｐ型不純物濃度が上記範囲であると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐクラッド層１６１およびｐコンタクト層１６２におけるｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇを用いることができる。
ｐコンタクト層１６２の膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１６２の膜厚がこの範囲であると、半導体発光素子１における発光出力の低下が抑制される点で好ましい。
【００５１】
＜透明絶縁層＞
図２に示すように、ｐ型半導体層１６０の上の一部に透明絶縁層１９０が積層されている。図１に示すように、半導体発光素子１を平面視したときに、延伸部３１０を含むｐ側電極３００の下方に位置する部分に透明絶縁層１９０を形成する。これは、不透明なｐ側電極３００の下方に位置する発光層１５０に電流供給をしにくくし、ｐ側電極３００の下方以外の発光層１５０にも電流を流しやすくすることで、発光効率を高めることを目的とするものである。本実施の形態の発光層１５０は、電流密度が大きな領域で効果が大きいため、好ましい組み合わせである。ただし、このような形状に限定されるわけでなく、透明導電層１７０の上に透明絶縁層１９０を設けてもよい。また、透明絶縁層１９０の形成位置は、ｐ側電極３００の下方に限定されるものではなく、隙間を開けた格子状や樹形状の形状を有していてよい。なお、透明絶縁層１９０の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００５２】
以上のことから、透明絶縁層１９０を構成する材料としては、少なくとも発光層１５０の発光波長に対して透明であり、ｐコンタクト層１６２と透明絶縁層１９０との界面において反射が大きくなる低屈折率の材料が望ましい。透明絶縁層１９０の電気特性は、絶縁性が好適であるが、ｐコンタクト層１６２との接触抵抗が透明導電層１７０に対して高い材質であれば、必ずしも絶縁体でなくてもよい。そして、透明絶縁層１９０を構成する透明、低屈折率且つ絶縁性の材料としては、例えば、ＳiＯ２（二酸化珪素）、ＳｉＮ（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、酸化チタン等の金属酸化物、窒化物が挙げられる。また、これらの層の多層膜にして反射率を高めた構造も好ましい。
透明絶縁層１９０の厚さは、絶縁性の確保と界面に於ける反射のための厚さより厚く、作成上、コストアップ、透明導電層１７０の断線の可能性をなくす厚さ以下にすることが望ましい。具体的には、２０ｎｍ〜５００ｎｍ、より望ましくは、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００５３】
＜透明導電層＞
図２に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には透明導電層１７０が積層されている。
図１に示すように、半導体発光素子１を平面視したときに、透明導電層１７０（例えば図１に破線で示す）は、ｎ側電極４００を形成するためにエッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面のほぼ全面を覆うように形成されている。しかし、このような形状に限定されるわけでなく、透明導電層１７０を、隙間を開けた格子状や樹形状に形成してもよい。なお、透明導電層１７０の構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００５４】
透明導電層１７０は、ｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものであることが好ましい。また、本実施の形態の半導体発光素子１では、発光層１５０からの光をｐ側電極３００が形成された側に取り出すことから、透明導電層１７０は発光層１５０から出射される光に対する透過性に優れたものであることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明導電層１７０は優れた導電性を有したものであることが好ましい。
【００５５】
以上のことから、透明導電層１７０を構成する材料としては、少なくともＩｎを含む導電性の酸化物からなる透光性の導電性材料を用いることが好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ2Ｏ3−ＣｅＯ2））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などの不純物が添加されていてもかまわない。
【００５６】
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、透明導電層１７０を形成できる。また、透明導電層１７０を形成した後に、透明導電層１７０の透明化を目的とした熱処理を施す場合もある。
【００５７】
本実施の形態において、透明導電層１７０は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ2Ｏ3結晶を含む透明材料（例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯを透明導電層１７０として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。透明導電層１７０の厚さは、特に制限されないが、例えば１０〜５００ｎｍの範囲であればよい。
【００５８】
＜保護層＞
保護層１８０は、半導体発光素子１の内部への水分等の進入を抑制するために設けられている。また、本実施の形態では、発光層１５０からの光を、保護層１８０を介して取り出すことから、保護層１８０は発光層１５０から出射される光に対する透過性に優れたものであることが望ましい。そこで、本実施の形態では、保護層１８０をＳｉＯ2で構成している。ただし、保護層１８０を構成する材料についてはこれに限られるものではなく、ＳｉＯ2に代えて、ＴｉＯ2  、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等を用いることができる。
【００５９】
＜ｐ側電極＞
ｐ側電極３００は、複数種の金属層を積層して構成されている。本実施の形態のｐ側電極３００は、所謂ボンディングパッドを兼ねており、外部に露出する面に図示しないボンディングワイヤが接続される。
【００６０】
ｐ側電極３００は、透明導電層１７０上であれば、どこへでも形成することができる。例えば、ｎ側電極４００から遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心となる位置に形成してもよい。しかし、あまりにもｎ側電極４００に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にボンディングワイヤ間、ボンディングボール間で短絡が生じやすくなるため好ましくない。
なお、この例では、図１に示すように平面視したときに、ｐ側電極３００が円形状を呈するようになっているが、このような形状に限定されるわけではなく、例えば、多角形状など任意の形状を選択することができる。
また、発光層１５０に対し均一に電流を供給するために、この例では、ｐ側電極３００に、細線形状の延伸部３１０を設けている。延伸部３１０は、発光層１５０の大きさや形状に応じて、長さ、太さ、本数など、好適な形状を設計できる。
【００６１】
＜ｎ側電極＞
ｎ側電極４００は、ｐ側電極３００と同様に、複数種の金属層を積層して構成されている。本実施の形態のｎ側電極４００は、所謂ボンディングパッドを兼ねており、外部に露出する面に図示しないボンディングワイヤが接続される。
【００６２】
なお、この例では、図１に示すように平面視したときに、ｎ側電極４００が、かまぼこ形状を呈するようになっているが、上述したｐ側電極３００と同様、例えば、円形状や多角形状など任意の形状を選択することができる。
そして、上述したｐ側電極３００と同様の観点からすれば、発光層１５０に対し均一に電流を供給するために、ｎ側電極４００にも細線形状の延伸部を設けることが望ましい。こちら側の延伸部も、発光層１５０の大きさや形状に応じて、長さ、太さ、本数など、好適な形状を設計できる。
【００６３】
（発光装置）
図４は、上述した半導体発光素子１を搭載した発光装置３０の構成の一例を示す図である。ここで、図４（ａ）は発光装置３０の上面図を示しており、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ断面図である。なお、図４に示す発光装置３０は、「発光チップ」あるいは「ランプ」と呼ばれることもある。
【００６４】
この発光装置３０は、一方の側に凹部３１ａが形成された筐体３１と、筐体３１に形成されたリードフレームからなるｐリード部３２およびｎリード部３３と、凹部３１ａの底面に取り付けられた半導体発光素子１と、凹部３１ａを覆うように設けられた封止部３４とを備えている。なお、図４（ａ）においては、封止部３４の記載を省略している。
【００６５】
基部の一例としての筐体３１は、第１配線の一例としてのｐリード部３２および第２配線の一例としてのｎリード部３３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
【００６６】
ｐリード部３２およびｎリード部３３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一部が、凹部３１ａの底面に露出するようになっている。また、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一端部側は筐体３１の外側に露出し、且つ、筐体３１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。
【００６７】
また、半導体発光素子１は、基板１１０（図２参照）を介して、凹部３１ａにおける底部の中央部に、接着等によって取り付けられている。さらに、ｐリード部３２と半導体発光素子１におけるｐ側電極３００（図１参照）とが、図示しないボンディングワイヤによって電気的に接続されており、ｎリード部３３と半導体発光素子１におけるｎ側電極４００（図１参照）とが、図示しないボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
【００６８】
そして、封止部３４は、可視領域の波長において光透過率が高い透明樹脂にて構成される。封止部３４を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部３４を構成する透明樹脂に、半導体発光素子１から出射される光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。また、封止部３４として、蛍光体を含有しない透明樹脂を用いてもかまわない。
【００６９】
なお、本実施の形態の発光装置３０を組み込んだバックライト、携帯電話機、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話機、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。また、半導体発光素子１を備えた発光装置３０の構成は、図４に示すものに限られるわけではなく、例えば砲弾型と呼ばれるパッケージ構成を採用したものであってもよい。
【００７０】
では、図４に示す発光装置３０の発光動作について、図１〜図４を参照しつつ説明する。
発光装置３０に設けられたｐリード部３２およびｎリード部３３を介して、半導体発光素子１にｐ側電極３００を高電位とし且つｎ側電極４００を低電位とする電圧（順方向電圧ＶＦ）をかけると、半導体発光素子１では、ｐ側電極３００からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介してｎ側電極４００に向かう電流（順方向電流ＩＦ）が流れ、発光層１５０から目標波長の光（この例では青色光）が出力される。
【００７１】
そして、発光層１５０から出力された光は、半導体発光素子１の外部に出力され、その一部が、封止部３４に含まれる蛍光体によって他色（赤色および緑色）に変換される。その後、青色光、緑色光および赤色光を含む光は、直接あるいは筐体３１の凹部３１ａに設けられた内壁面にて反射した後、封止部３４の上面から発光装置３０の外部に出力される。
【００７２】
この間、半導体発光素子１では、次のようにして光の出力が行われる。
まず、ｐ側電極３００からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介してｎ側電極４００に向かう順方向電流ＩＦが流れる。このとき、ｐ型半導体層１６０から発光層１５０に向けてキャリアとしての正孔が供給され、ｎ型半導体層１４０から発光層１５０に向けてキャリアとしての電子が供給される。
【００７３】
すると、発光層１５０においては、第８障壁層１５１ｈから第１障壁層１５１ａに向かって正孔が移動し、且つ、第１障壁層１５１ａから第８障壁層１５１ｈに向かって電子が移動する。そして、発光層１５０内を移動する正孔および電子は、第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのそれぞれにおいて閉じ込められるとともに再結合する。この再結合には、発光を伴う発光再結合と、発光を伴わない非発光再結合とがあり、発光再結合した正孔および電子によって光（この例では青色光）が出力される。
【００７４】
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体では、電子の移動度に比べて正孔の移動度が低いことが知られている。このため、発光層１５０の井戸層１５２における正孔の分布は、ｐ型半導体層１６０に近い（ｎ型半導体層１４０から最も遠い）第７井戸層１５２ｇにおいて最も高く、ｐ型半導体層１６０から遠ざかる（ｎ型半導体層１４０に近づく）第６井戸層１５２ｆ〜第１井戸層１５２ａにおいて順次低下する。一方、発光層１５０の井戸層１５２における電子の分布は、ｎ型半導体層１４０に最も近い（ｐ型半導体層１６０から最も遠い）第１井戸層１５２ａからｐ型半導体層１６０に最も近い（ｎ型半導体層１４０から最も遠い）第７井戸層１５２ｇに至る各層（第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇ）において、大きくは変わらない。
【００７５】
したがって、上述した再結合のプロセスは、ｐ型半導体層１６０に最も近い第７井戸層１５２ｇにおいて最も生じやすく、ｎ型半導体層１４０に最も近い第１井戸層１５２ａにおいて最も生じにくいことになる。
また、正孔に比べて移動度が高い電子の一部は、発光層１５０（井戸層１５２）内で正孔と再結合することなく、そのままｐ型半導体層１６０まで到達してしまうことがある。このような現象は、「オーバーフロー」と呼ばれる。
【００７６】
本実施の形態では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、ｐ型半導体層１６０に最も近い第７井戸層１５２ｇ（最終井戸層）の第７井戸厚さｔ２ｇおよびｐ型半導体層１６０に次に近い第６井戸層１５２ｆ（準最終井戸層）の第６井戸厚さｔ２ｆを、残りの第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅの第１井戸厚さｔ２ａ〜第５井戸厚さｔ２ｅ（基準井戸厚さｔ２ｓｔｄ）よりも厚い最大井戸厚さｔ２ｍａｘとした。これにより、第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇの各層をすべて基準井戸厚さｔ２ｓｔｄとした場合に比べて、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇに存在する正孔の量を増加させることができる。したがって、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇの両者において正孔と電子とが再結合する量を増やすことができ、上述した電子のオーバーフローを抑制することができる。その結果、このような構成を有しない場合と比較して、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇにおいて発光再結合する正孔および電子の量を増加させることが可能となる。以上により、半導体発光素子１における発光効率を向上させること、ひいては、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏを増大させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態の構成を採用した場合、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、ｐ型半導体層１６０に最も近い第７井戸層１５２ｇ（最終井戸層）のみを最大井戸厚さｔ２ｍａｘとし、且つ、他の第１井戸層１５２ａ〜第６井戸層１５２ｆのそれぞれを基準井戸厚さｔ２ｓｔｄとした場合に比べて、半導体発光素子１が置かれる環境温度に対する、発光出力Ｐｏの変動を抑制しやすくなる。より具体的に説明すると、本実施の形態の構成を採用することにより、半導体発光素子１が置かれる環境温度の上昇に伴う、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏの低下を抑制することができる。
【００７８】
また、本実施の形態では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、ｎ型半導体層１４０に最も近い第１井戸層１５２ａの第１井戸厚さｔ２ａおよび第１井戸層１５２ａに続く第２井戸層１５２ｂ〜第５井戸層１５２ｅの第２井戸厚さｔ２ｂ〜第５井戸厚さｔ２ｅを、第６井戸層１５２ｆの第６井戸厚さｔ２ｆおよび第７井戸層１５２ｇの第７井戸厚さｔ２ｇよりも小さくするとともに、共通（一定）の基準井戸厚さｔ２ｓｔｄとした。これにより、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅの第１井戸厚さｔ２ａ〜第５井戸厚さｔ２ｅを共通にしなかった場合と比較して、半導体発光素子１の製造プロセスを簡単にすることができる。また、井戸層１５２のうち最後の方に積層される、最大厚井戸層である第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇの結晶性の低下を抑制することができる。
【００７９】
また、井戸層１５２にＧａＩｎＮを使用する場合には、井戸層１５２のうち最後の方に積層される準最終井戸層（この例では第６井戸層１５２ｆ）および最終井戸層（この例では第７井戸層１５２ｇ）の結晶性が低下しやすくなる。これは、ＧａＩｎＮにおいて、Ｇａに対し微量添加されるＩｎが、結晶中に入りにくいことによる。この例では、第６井戸層１５２ｆよりも前に積層される第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅの厚さを共通にするとともに、その組成も共通にしていることから、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇにおける結晶性の低下を抑制することができる。そして、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇにおける結晶性の低下を抑制できることに伴い、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇにおける非発光再結合の発生を抑制すること、換言すれば、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇでの再結合に占める発光再結合の割合を高めることができるようになる。その結果として、半導体発光素子１における発光効率を向上させること、ひいては、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏを増大させることができる。
【００８０】
さらに、本実施の形態では、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのうち、最大厚井戸層となる第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇにおけるＩＩＩ族窒化物半導体の組成を、基準厚井戸層となる第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅのそれぞれにおけるＩＩＩ族窒化物半導体の組成と異ならせるようにした。より具体的に説明すると、本実施の形態では、第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇをそれぞれＧａＩｎＮで構成するとともに、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇにおけるＩｎ濃度を、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅのそれぞれにおけるＩｎ濃度よりも低下させるようにした。このようなＩｎ濃度の設定を行うことによっても、最大厚井戸層である第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇにおける結晶性の低下を抑制することができる。
【００８１】
第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇを共通の組成とし、且つ、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅのそれぞれよりも第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇのそれぞれを厚くした場合、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅから出力される光の波長（共通の波長）に比べて、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇから出力される光の波長は、上述した量子閉じ込めシュタルク効果によって長波長側にシフト（レッドシフト）することになる。これに対し、本実施の形態では、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅの組成（共通の組成）に対し、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇの組成を、Ｉｎを低減することに伴って短波長側にシフト（ブルーシフト）させ、第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅから出力される光の波長と、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇから出力される光の波長とを揃えるようにした。したがって、この構成を採用しない場合と比較して、半導体発光素子１における発光波長の単色性の低下を抑制しつつ、その発光効率およびその発光出力Ｐｏを向上させることができる。特に、順方向電流ＩＦを大きくした高電流密度の領域において、発光出力Ｐｏが大きく向上する。
【００８２】
さらにまた、本実施の形態では、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈのうち、最終井戸層となる第７井戸層１５２ｇに対しｐ型半導体層１６０側に隣接する第８障壁層１５１ｈ（最終障壁層）の第８障壁厚さｔ１ｈを、残りの第１障壁層１５１１〜第７障壁層１５１７の基準障壁厚さｔ１ｓｔｄよりも厚い最大障壁厚さｔ１ｍａｘとした。これにより、第８障壁層１５１ｈの第８障壁厚さｔ１ｈを基準障壁厚さｔ１ｓｔｄと同じにした場合と比べて、半導体発光素子１が置かれる環境温度に対する、発光出力Ｐｏの変動を抑制しやすくなる。より具体的に説明すると、上述した構成を採用することにより、半導体発光素子１が置かれる環境温度の上昇に伴う、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏの低下を抑制することができる。
【００８３】
そして、本実施の形態では、ｎ型半導体層１４０を構成するｎクラッド層１４２すなわち発光層１５０の積層対象となる層を、複数のｎ第１クラッド層１４２１および複数のｎ第２クラッド層１４２２を含む超格子構造で構成するようにした。ｎクラッド層１４２を超格子構造とすると、ｎクラッド層１４２の積層対象となるｎコンタクト層１４１における結晶欠陥が、上層（ここでは発光層１５０）に伝播されにくくなる。したがって、本構成を採用しない場合と比較して、超格子構造を有するｎクラッド層１４２の上に積層される発光層１５０（この例では８層構成の障壁層１５１と７層構成の井戸層１５２とを含む量子井戸構造）の結晶性が、より良好なものとなる。それゆえ、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのそれぞれにおける非発光再結合の発生を抑制すること、換言すれば、第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇのそれぞれでの再結合に占める発光再結合の割合を高めることができるようになる。その結果として、半導体発光素子１における発光効率を向上させること、ひいては、半導体発光素子１からの発光出力Ｐｏを増大させることができる。
【００８４】
なお、ここでは、障壁層１５１における第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈをＧａＮで構成するとともに、井戸層１５２における第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇをＧａＩｎＮで構成しているが、これに限られるものではない。すなわち、障壁層１５１および井戸層１５２の両者をそれぞれＩＩＩ族窒化物半導体で構成するとともに、障壁層１５１として用いるＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーを、井戸層１５２として用いるＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギーよりも大きくするものであればよい。ここで、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇをＧａＩｎＮで構成する場合においては、障壁層１５１を構成する第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈとして、例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜０．３）を用いることもできる。
【００８５】
また、ここでは、障壁層１５１を８層構成（第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈ）にするとともに、井戸層１５２を７層構成（第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇ）とする場合を例に説明を行ったが、これに限られるものではない。本発明は、障壁層１５１を５層構成（第１障壁層１５１ａ〜第５障壁層１５１ｅ）とするとともに井戸層１５２を４層構成（第１井戸層１５２ａ〜第４井戸層１５２ｄ）とし、第１井戸層１５２ａおよび第２井戸層１５２ｂを基準厚井戸層に設定するとともに第３井戸層１５２ｃおよび第４井戸層１５２ｄを基準厚井戸層よりも厚い層（例えば最大厚井戸層）に設定した場合が、最小構成となる。
【００８６】
さらに、ここでは、最終井戸層（第７井戸層１５２ｇ）および準最終井戸層（第６井戸層１５２ｆ）の２層を最大厚井戸層とする場合を例に説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば、最終井戸層（第７井戸層１５２ｇ）を最大厚井戸層とし且つ準最終井戸層（第６井戸層１５２ｆ）を準最大厚井戸層としてもかまわない。また、ｎ型半導体層１４０に近い側に基準厚井戸層が２層以上存在するのであれば、ｐ型半導体層１６０に近い側に３層以上の最大厚井戸層が存在していてもかまわない。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者は、発光層１５０における障壁層１５１および井戸層１５２の厚さおよび組成の関係を種々異ならせた半導体発光素子１の作成を行い、以下に説明する各種評価を行った。
【００８８】
ここで、表１は、実施例１、２および比較例１、２に係る半導体発光素子１の構成を示している。そして、表１には、各半導体発光素子１において、障壁層１５１を構成する各層のそれぞれにおける厚さ（ｎｍ）および組成、井戸層１５２を構成する各層のそれぞれにおける厚さ（ｎｍ）および組成、障壁層１５１全体の厚さである全障壁層厚さｔ１（表中には総厚さ（ｎｍ）と記す）、そして、井戸層１５２全体の厚さである全井戸層厚さｔ２（表中には総厚さ（ｎｍ）と記す）を示している。
【００８９】
なお、各実施例および各比較例のそれぞれにおいて、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、ｐ型半導体層１６０、透明導電層１７０、保護層１８０、透明絶縁層１９０、ｐ側電極３００およびｎ側電極４００の構成は、共通なものとした。また、上記実施の形態で説明した半導体発光素子１は、表１に示す実施例１に対応している。
【００９０】
【表１】
0005888133.tif 000002
【００９１】
ここで、表１に示す組成Ａ〜組成Ｄは、次の通りである。
【００９２】
【数１】
0005888133.tif 000003
【００９３】
次に、各実施例（実施例１、２）および各比較例（比較例１、２）の共通点および相違点について説明する。
【００９４】
まず、実施例１、２および比較例１、２に示す半導体発光素子１は、障壁層１５１が第１障壁層１５１ａ〜第８障壁層１５１ｈ（８層）を含み、且つ、井戸層１５２が第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇ（７層）を含む、１５層構成の発光層１５０を有している点で共通する。また、実施例１、２および比較例１、２は、障壁層１５１における最終障壁層である第８障壁層１５１ｈが最大厚障壁層となっており、障壁層１５１における第８障壁層１５１ｈ以外の第１障壁層１５１ａ〜第７障壁層１５１ｇがすべて基準厚障壁層となっている点で共通する。さらに、実施例１、２および比較例１、２は、発光層１５０における井戸層１５２において、第６井戸層１５２ｆおよび第７井戸層１５２ｇ以外の第１井戸層１５２ａ〜第５井戸層１５２ｅがすべて基準厚井戸層となっている点で共通する。
【００９５】
次に、実施例１と実施例２とは、発光層１５０における井戸層１５２において、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇが最大厚井戸層となっている点で共通する。ただし、実施例１では、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが最大厚井戸層となっているのに対し、実施例２では、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが準最大厚井戸層となっている点で相違する。
【００９６】
続いて、実施例１と比較例１とは、発光層１５０における井戸層１５２において、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇが最大厚井戸層となっている点で共通する。ただし、実施例１では、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが最大厚井戸層となっているのに対し、比較例１では、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが基準厚井戸層となっている点で相違する。
【００９７】
また、実施例１と比較例２とは、実施例１では、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇおよび準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆがそれぞれ最大厚井戸層となっているのに対し、比較例２では、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇおよび準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆがそれぞれ基準厚井戸層となっている点で相違する。
【００９８】
さらに、実施例２と比較例１とは、発光層１５０における井戸層１５２において、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇが最大厚井戸層となっている点で共通する。ただし、実施例２では、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが準最大厚井戸層となっているのに対し、比較例１では、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが基準厚井戸層となっている点で相違する。
【００９９】
さらにまた、実施例２と比較例２とは、実施例２では、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇが最大厚井戸層となり、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが準最大厚井戸層となっているのに対し、比較例２では、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇおよび準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆがそれぞれ基準厚井戸層となっている点で相違する。
【０１００】
そして、比較例１と比較例２とは、準最終井戸層である第６井戸層１５２ｆが基準厚井戸層となっている点で共通する。ただし、比較例１では、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇが最大厚井戸層となっているのに対し、比較例２では、最終井戸層である第７井戸層１５２ｇが基準厚井戸層となっている点で相違する。
【０１０１】
では、評価手法および評価結果について説明を行う。
図５は、各半導体発光素子１が設置される環境温度（℃）と、各半導体発光素子１に対し順方向電流ＩＦとして５０ｍＡを流したときの発光出力Ｐｏ（図中にはＰｏ５０と記す）との関係を示したグラフ図である。ここで、図５における縦軸は、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇをすべて基準厚井戸層に設定した比較例２において、環境温度が２５℃のときの結果を基準とし、他の結果を規格化した規格化発光出力（図中には規格化発光出力Ｐｏ５０／Ｐｏ５０（比較例２−２５℃）と記し、以下では『第１規格化発光出力』と称する）となっている。
【０１０２】
図６は、各半導体発光素子１が設置される環境温度（℃）と、各半導体発光素子１に対し順方向電流ＩＦとして１２０ｍＡを流したときの発光出力Ｐｏ（図中にはＰｏ１２０と記す）との関係を示したグラフ図である。ここで、図６における縦軸は、井戸層１５２を構成する第１井戸層１５２ａ〜第７井戸層１５２ｇをすべて基準厚井戸層に設定した比較例２において、環境温度が２５℃のときの結果を基準とし、他の結果を規格化した規格化発光出力（図中には規格化発光出力Ｐｏ１２０／Ｐｏ１２０（比較例２−２５℃）と記し、以下では『第２規格化発光出力』と称する）となっている。
【０１０３】
なお、この例においては、図５および図６の両者において、各実施例および各比較例がそれぞれ同じ傾向を示していることから、以下では、両方の結果についてまとめて説明を行う。
【０１０４】
実施例１では、２５℃における第１規格化発光出力よりも８０℃における第１規格化発光出力の方が高くなっており、２５℃における第２規格化発光出力よりも８０℃における第２規格化発光出力の方が高くなっている。また、実施例１において、１２０℃における第１規格化発光出力は、８０℃における第１規格化発光出力よりも低下するものの、２５℃における第１規格化発光出力よりも高い状態を維持できている。これに対し、実施例１において、１２０℃における第２規格化発光出力は、８０℃における第２規格化発光出力よりも低下し、且つ、２５℃における第２規格化発光出力よりも若干低い状態になっている。さらに、実施例１において、１４０℃における第１規格化発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第１規格化発光出力よりも低下しており、１４０℃における第２規格発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第２規格化発光出力よりも低下している。
【０１０５】
実施例２では、実施例１と同様、２５℃における第１規格化発光出力よりも８０℃における第１規格化発光出力の方が高くなっており、２５℃における第２規格化発光出力よりも８０℃における第２規格化発光出力の方が高くなっている。また、実施例２において、１２０℃における第１規格化発光出力は、２５℃および８０℃における第１規格化発光出力よりも低下しており、１２０℃における第２規格化発光出力は、２５℃および８０℃における第１規格化発光出力よりも低下している。さらに、実施例２において、１４０℃における第１規格化発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第１規格化発光出力よりも低下しており、１４０℃における第２規格化発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第２規格化発光出力よりも低下している。
【０１０６】
比較例１では、２５℃における第１規格化発光出力よりも８０℃における第１規格化発光出力の方が低くなっており、２５℃における第２規格化発光出力よりも８０℃における第２規格化発光出力の方が低くなっている。また、比較例１において、１２０℃における第１規格化発光出力は、８０℃における第１規格化発光出力よりも低下しており、１２０℃における第２規格化発光出力は、８０℃における第２規格化発光出力よりも低下している。さらに、比較例１において、１４０℃における第１規格化発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第１規格化発光出力よりも低下しており、１４０℃における第２規格化発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第２規格化発光出力よりも低下している。
【０１０７】
比較例２では、２５℃における第１規格化発光出力よりも８０℃における第１規格化発光出力の方が高くなっており、２５℃における第２規格化発光出力よりも８０℃における第２規格化発光出力の方が高くなっている。また、比較例２において、１２０℃における第１規格発光出力は、８０℃における第１規格化発光出力よりも低下しており、１２０℃における第２規格化発光出力は、８０℃における第２規格化発光出力よりも低下している。さらに、比較例２において、１４０℃における第１規格化発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第１規格化発光出力よりも低下しており、１４０℃における第２規格化発光出力は、２５℃、８０℃および１２０℃のそれぞれにおける第２規格化発光出力よりも低下している。
【０１０８】
ここで、実施例１および実施例２と比較例１とを比較すると、実施例１および実施例２では、環境温度が８０℃以上１４０℃以下となる範囲において、比較例１よりも発光出力が高くなっている。
また、実施例１および実施例２と比較例２とを比較すると、実施例１および実施例２では、環境温度が２５℃以上１４０℃以下となる範囲において、比較例２よりも発光出力が高くなっている。
さらに、実施例１と実施例２とを比較すると、実施例１では、環境温度が８０℃以上１４０℃以下となる範囲において、実施例２よりも発光出力が高くなっている。
【０１０９】
半導体発光素子の用途として、近年、特に大きな電流密度で使用される用途（例えば照明等）が拡大している。これらの用途では、大電流の通電により発光素子の自己発熱が増加するため環境温度が上昇し、６０℃以上になることが多い。また、半導体発光素子は、環境温度上昇に伴って非発光結合する電子および正孔の量が増加することに起因して、その発光効率が低下することが知られている。
【０１１０】
例えば実施例１のように最終井戸層および準最終井戸層の両者を最大厚井戸層とすること、あるいは、例えば実施例２のように最終井戸層を最大厚井戸層とし且つ準最終井戸層を準最大厚井戸層とすることにより、比較例２のように最終井戸層までをすべて基準厚井戸層とした場合と比べて、環境温度にかかわらず発光出力を向上させることが可能になる。
【０１１１】
また、例えば実施例１のように最終井戸層および準最終井戸層の両者を最大厚井戸層とすること、あるいは、例えば実施例２のように最終井戸層を最大厚井戸層とし且つ準最終井戸層を準最大厚井戸層とすることにより、比較例１のように最終井戸層のみを最大厚井戸層とした場合と比べて、環境温度の上昇に伴う発光出力の低下を抑制することが可能になる。
【０１１２】
そして、実施例１あるいは実施例２に記載の構成を採用した場合は、低電流領域（ＩＦ＝５０ｍＡ）だけでなく大電流領域（ＩＦ＝１２０ｍＡ）においても、環境温度の上昇に伴う発光出力の低下を抑制することができるようになる。
【０１１３】
さらに、例えば実施例１のように最終井戸層および準最終井戸層の両者を最大厚井戸層とすることにより、例えば実施例２のように最終井戸層を最大厚井戸層とし且つ準最終井戸層を準最大厚井戸層とした場合と比べて、環境温度の上昇に伴う発光出力の低下をさらに抑制することが可能になる。
【符号の説明】
【０１１４】
１…半導体発光素子、３０…発光装置、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４１…ｎコンタクト層、１４２…ｎクラッド層、１４２１…ｎ第１クラッド層、１４２２…ｎ第２クラッド層、１５０…発光層、１５１…障壁層、１５１ａ…第１障壁層、１５１ｂ…第２障壁層、１５１ｃ…第３障壁層、１５１ｄ…第４障壁層、１５１ｅ…第５障壁層、１５１ｆ…第６障壁層、１５１ｇ…第７障壁層、１５１ｈ…第８障壁層、１５２…井戸層、１５２ａ…第１井戸層、１５２ｂ…第２井戸層、１５２ｃ…第３井戸層、１５２ｄ…第４井戸層、１５２ｅ…第５井戸層、１５２ｆ…第６井戸層、１５２ｇ…第７井戸層、１６０…ｐ型半導体層、１６１…ｐクラッド層、１６２…ｐコンタクト層、１７０…透明導電層、１８０…保護層、１９０…透明絶縁層、３００…ｐ側電極、３１０…延伸部、４００…ｎ側電極
【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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