(57)【要約】【課題】半導体発光素子の外部量子効率を向上させる。【解決手段】半導体発光素子１０は、基板上に設けられるｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層２４と、ｎ型クラッド層２４上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の障壁層３６と、障壁層３６上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の井戸層３８とを含む活性層２６と、活性層２６上に設けられるｐ型半導体層と、を備える。活性層２６は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を発し、ｎ型クラッド層２４の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、障壁層３６のＡｌＮのモル分率より小さく、井戸層３８のＡｌＮのモル分率より大きい。【選択図】図２
2018125429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられるｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の障壁層と、前記障壁層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の井戸層とを含む活性層と、
前記活性層上に設けられるｐ型半導体層と、を備え、
前記活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を発し、
前記ｎ型クラッド層の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、前記障壁層のＡｌＮのモル分率より小さく、前記井戸層のＡｌＮのモル分率より大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率は、４０％以上であり、
前記障壁層のＡｌＮのモル分率は、５５％以上であ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ｎ型クラッド層と前記障壁層のＡｌＮのモル分率の差は、１０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率をｘ、前記障壁層のＡｌＮのモル分率をｙとした場合に、ｙ≧１．５ｘ−０．１５の関係を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ型半導体層は、前記ｎ型クラッド層よりもＡｌＮのモル分率が大きいｐ型ＡｌＧａＮ系半導体のｐ型クラッド層を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、深紫外光を出力する半導体発光素子の開発が進められている。波長３６０ｎｍ以下の深紫外光用の発光素子は、基板上に順に積層される窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系のｎ型クラッド層、量子井戸構造の活性層、ｐ型クラッド層を有する。発光波長は活性層のバンドギャップエネルギで定まり、各クラッド層を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＮのＡｌＮモル分率ｘは、活性層より大きく設定される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５９４５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
深紫外光用の発光素子では、基板の光取出面を通じて出力される深紫外光の外部量子効率が数％程度と低く、発光波長を短波長化するにつれて外部量子効率がより低くなることが知られており、外部量子効率のさらなる向上が求められている。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、半導体発光素子の外部量子効率を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の半導体発光素子は、基板上に設けられるｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の障壁層と、障壁層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の井戸層とを含む活性層と、活性層上に設けられるｐ型半導体層と、を備える。活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を発し、ｎ型クラッド層の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、障壁層のＡｌＮのモル分率より小さく、井戸層のＡｌＮのモル分率より大きい。
【０００７】
この態様によると、障壁層よりもｎ型クラッド層のＡｌＮモル分率を小さくすることにより、基板からの光取出効率を向上できる。ＡｌＧａＮを用いる深紫外発光素子では、ＡｌＮ組成比によりＡｌＧａＮ結晶の光学特性が変化し、その特有の偏光特性に起因して光取出効率が低下する。特に、ＡｌＮ組成比を高めるとｎ型クラッド層と活性層の界面に沿った方向に伝搬する光成分が増加し、活性層の界面と交差する方向に伝搬して基板の光取出面から外部に取り出し可能となる光量が低下してしまう。本態様によれば、ｎ型クラッド層のＡｌＮモル分率を小さくすることで、活性層に歪みを生じさせ、活性層の界面と交差する方向に伝搬して基板の光取出面から出力される光成分を増加させることができる。これにより、半導体発光素子の外部量子効率を向上させることができる。
【０００８】
ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率は、４０％以上であり、障壁層のＡｌＮのモル分率は、５５％以上であってもよい。
【０００９】
ｎ型クラッド層と障壁層のＡｌＮのモル分率の差は、１０％以上であってもよい。
【００１０】
ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率をｘ、障壁層のＡｌＮのモル分率をｙとした場合に、ｙ≧１．５ｘ−０．１５の関係を満たしてもよい。
【００１１】
ｐ型半導体層は、ｎ型クラッド層よりもＡｌＮのモル分率が大きいｐ型ＡｌＧａＮ系半導体のｐ型クラッド層を含んでもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、深紫外用の半導体発光素子の外部量子効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】半導体発光素子のエネルギーバンドを模式的に示す図である。
【図３】実施例および比較例に係る半導体発光素子のｎクラッド層および障壁層のＡｌＮ比率と発光強度をまとめた図である。
【図４】実施例および比較例に係る半導体発光素子のｎクラッド層および障壁層のＡｌＮ比率と発光強度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。
【００１５】
図１は、実施の形態に係る半導体発光素子１０の構成を概略的に示す断面図である。半導体発光素子１０は、中心波長λが２００ｎｍ以上３６０ｎｍ以下となる「深紫外光」を発するように構成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。このような波長の深紫外光を出力するため、半導体発光素子１０は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に、中心波長λが約２４０ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外光を発する場合について示す。
【００１６】
本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、主に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成で表すことができ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含むものとする。
【００１７】
また「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＡｌＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、主にＧａＮやＩｎＧａＮが含まれ、これらに微量のＡｌＮを含有する材料も含まれる。同様に、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＧａＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、主にＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれ、これらに微量のＧａＮが含有される材料も含まれる。
【００１８】
半導体発光素子１０は、基板２０と、バッファ層２２と、ｎ型クラッド層２４と、活性層２６と、電子ブロック層２８と、ｐ型クラッド層３０と、ｐ側電極３２と、ｎ側電極３４と、を有する。
【００１９】
基板２０は、半導体発光素子１０が発する深紫外光に対して透光性を有する基板であり、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。基板２０は、第１主面２０ａと、第１主面２０ａの反対側の第２主面２０ｂを有する。第１主面２０ａは、バッファ層２２より上の各層を成長させるための結晶成長面となる一主面である。第２主面２０ｂは、活性層２６が発する深紫外光を外部に取り出すための光取出面となる一主面である。変形例において、基板２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよいし、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板であってもよい。
【００２０】
バッファ層２２は、基板２０の第１主面２０ａの上に形成される。バッファ層２２は、ｎ型クラッド層２４より上の各層を形成するための下地層（テンプレート層）である。バッファ層２２は、例えば、アンドープのＡｌＮ層であり、具体的には高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ−ＡｌＮ；High Temparature AlN）層である。バッファ層２２は、ＡｌＮ層上に形成されるアンドープのＡｌＧａＮ層を含んでもよい。変形例において、基板２０がＡｌＮ基板またはＡｌＧａＮ基板である場合、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＧａＮ層のみで構成されてもよい。つまり、バッファ層２２は、アンドープのＡｌＮ層およびＡｌＧａＮ層の少なくとも一方を含む。
【００２１】
ｎ型クラッド層２４は、バッファ層２２の上に形成される。ｎ型クラッド層２４は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層２４は、活性層２６が発する深紫外光を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が３０％以上、好ましくは、４０％以上または５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層２４は、１μｍ〜３μｍ程度の厚さを有し、例えば、２μｍ程度の厚さを有する。
【００２２】
活性層２６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で構成され、ｎ型クラッド層２４と電子ブロック層２８の間に挟まれてダブルへテロ接合構造を形成する。活性層２６は、単層または多層の量子井戸構造を有し、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される障壁層（バリア層）と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層の積層体で構成される。活性層２６は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成され、例えば、波長３１０ｎｍ以下の深紫外光を出力できるようにＡｌＮ組成比が選択される。活性層２６は、ｎ型クラッド層２４の上に形成されるが、ｎ型クラッド層２４の全面に形成されず、ｎ型クラッド層２４の一部領域上にのみ形成される。つまり、ｎ型クラッド層２４の露出面２４ａの上には活性層２６が設けられない。
【００２３】
電子ブロック層２８は、活性層２６の上に形成される。電子ブロック層２８は、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ＡｌＮのモル分率が８０％以上、好ましくは、９０％以上となるように形成される。電子ブロック層２８は、実質的にＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層２８は、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２ｎｍ〜５ｎｍ程度の厚さを有する。なお、電子ブロック層２８は、アンドープ層ではなく、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされるｐ型層であってもよい。
【００２４】
ｐ型クラッド層３０は、電子ブロック層２８の上に形成されるｐ型半導体層である。ｐ型クラッド層３０は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３０は、３００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２５】
ｐ側電極３２は、ｐ型クラッド層３０の上に形成される。ｐ側電極３２は、ｐ型クラッド層３０の上に順に積層されるニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の多層膜で形成される。ｎ側電極３４は、ｎ型クラッド層２４の一部領域である露出面２４ａの上に形成される。ｎ側電極３４は、ｎ型クラッド層２４の上に順にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。
【００２６】
図２は、半導体発光素子１０のエネルギーバンドを模式的に示す図であり、ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８およびｐ型クラッド層３０の伝導帯下端のエネルギー準位を模式的に示している。グラフの縦軸は、エネルギー（ｅＶ）であり、グラフの横軸は、半導体発光素子１０の積層方向（ｚ方向）の位置である。図２は、半導体発光素子１０を通電させていない状態、つまり、ｎ型クラッド層２４、活性層２６、電子ブロック層２８およびｐ型クラッド層３０に電圧を印加していない状態のエネルギーを示す。
【００２７】
図示する例において、活性層２６は、障壁層３６および井戸層３８を交互に３回積層させた量子井戸で構成され、三層の障壁層３６および三層の井戸層３８を含む。なお、活性層２６の量子井戸の積層数はこれに限られず、積層が２回以下の量子井戸であってもよいし、積層が４回以上１０回以下の量子井戸であってもよい。
【００２８】
図示されるように、ｎ型クラッド層２４の伝導帯下端のエネルギーＥ１は、障壁層３６の伝導帯のエネルギーＥ２よりも小さく、井戸層３８の伝導帯下端のエネルギーＥ３よりも大きい。また、電子ブロック層２８の伝導帯下端のエネルギーＥ４は、障壁層３６の伝導帯下端のエネルギーＥ２よりも大きい。ｐ型クラッド層３０の伝導帯下端のエネルギーは、電子ブロック層２８のエネルギーＥ４より小さく、例えば、障壁層３６のエネルギーＥ２と同程度である。なお、ｐ型クラッド層３０の伝導帯下端のエネルギーは、障壁層３６のエネルギーＥ２より小さくてもよいし、障壁層３６のエネルギーＥ２より大きくてもよい。
【００２９】
各層の伝導帯のエネルギーは、各層のバンドギャップの大きさに対応する。したがって、ｎ型クラッド層２４のバンドギャップは、障壁層３６のバンドギャップよりも小さく、井戸層３８のバンドギャップよりも大きい。また、電子ブロック層２８のバンドギャップは、障壁層３６のバンドギャップよりも大きい。ｐ型クラッド層３０のバンドギャップは、電子ブロック層２８のバンドギャップより小さく、障壁層３６のバンドギャップと同程度である。なお、ｐ型クラッド層３０のバンドギャップは、障壁層３６のバンドギャップより小さくてもよいし、障壁層３６のバンドギャップより大きくてもよい。
【００３０】
各層のバンドギャップの大きさは、各層を構成するＡｌＧａＮ系半導体材料またはＡｌＮ系半導体材料のＡｌＮのモル分率を変えることにより調整できる。具体的には、ＡｌＮのモル分率を大きくすることで、ＡｌＧａＮ系半導体材料またはＡｌＮ系半導体材料のバンドギャップを大きくできる。ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率は、障壁層３６のＡｌＮモル分率よりも小さく、井戸層３８のＡｌＮモル分率より大きい。電子ブロック層２８のＡｌＮモル分率は、障壁層３６のＡｌＮモル分率より大きい。ｐ型クラッド層３０のＡｌＮモル分率は、障壁層３６のＡｌＮモル分率と同程度である。したがって、ｐ型クラッド層３０のＡｌＮモル分率は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率より大きい。
【００３１】
波長３６０ｎｍ以下の深紫外光、特に波長３００ｎｍ以下の深紫外光を出力する場合、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率は４０％以上であり、障壁層３６のＡｌＮモル分率は５５％以上である。一方、井戸層３８のＡｌＮモル分率は５０％以下である。電子ブロック層２８のＡｌＮモル分率は９０％以上であり、ｐ型クラッド層３０のＡｌＮモル分率は６０％以上である。
【００３２】
本実施の形態によれば、障壁層３６よりもｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を小さくすることで、半導体発光素子１０の外部取出効率を向上させることができる。深紫外光用の半導体発光素子は外部取出効率が数％程度と低く、その原因の一つとしてＩｎＧａＮ系発光素子と比べて光取出効率が低いことが課題視されている。光取出効率を決める要因として、光取出面における界面構造、発光素子の各層の屈折率差、活性層で生成される光の偏光モードなどが挙げられる。とりわけ高ＡｌＮ組成のＡｌＧａＮでは、伝導帯との光学遷移がＴＭモードの支配的な状態となる。ＴＭモードは、ｎ型クラッド層と活性層の界面に沿った方向に伝搬するモードであり、光取出面となる基板に向けて伝搬させて取り出すことが難しい。その結果、高ＡｌＮ組成のＡｌＧａＮでは、光取出面となる基板から外部に取り出し可能な光量が低下してしまう。
【００３３】
一方、本実施の形態によれば、ｎ型クラッド層２４よりも障壁層３６のＡｌＮ組成を大きくすることで、活性層２６に歪みを生じさせることができる。つまり、障壁層３６のＡｌＮ組成をｎ型クラッド層２４や障壁層３６より高くすることで、ｎ型クラッド層２４、障壁層３６、井戸層３８の順に段階的にＡｌＮ組成を小さくする場合と比較して、活性層２６に歪みを生じさせやすくできる。活性層２６に歪みをかけることで、活性層２６にて生成されるＴＭモードの光の少なくとも一部を基板に向かう方向にし、基板から外部に取り出すことができる。これにより、半導体発光素子１０の光取出効率を改善して、外部量子効率を向上させることができる。
【００３４】
従来では、ｎ型クラッド層２４から活性層２６（障壁層３６および井戸層３８）への電子輸送の妨げとならないように、ｎ型クラッド層２４のバンドギャップを障壁層３６と同じとする、または、障壁層３６以下とするのが通例である。しかしながら、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を障壁層３６以上とした場合、必然的にｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率が大きくなってバンドギャップが増加するため、ｎ型クラッド層２４の抵抗率が増加につながる。高ＡｌＮ組成のＡｌＧａＮ系半導体材料は、ドーパン濃度を上げてもキャリア濃度が増加しにくい傾向にあり、キャリア濃度の増加による抵抗率減少の効果が得られにくい。一方、本実施の形態によれば、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮ組成を低くしてｎ型クラッド層２４の抵抗率を下げることができる。これにより、半導体発光素子１０の順方向電圧を低減させ、より低い電圧で半導体発光素子１０を動作させることができる。
【００３５】
以下、本実施の形態が奏する効果について実施例および比較例を挙げながら説明する。図３は、実施例および比較例に係る半導体発光素子１０のｎ型クラッド層２４および障壁層３６のＡｌＮ比率と発光強度をまとめた図である。図３では、ｎ型クラッド層２４および障壁層３６のＡｌＮ比率を変化させて半導体発光素子１０を製造し、所定の電流値を流したときの半導体発光素子１０の発光波長および発光強度を示している。
【００３６】
実施例１は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を５５％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を８７％とした。発光波長２７０ｎｍおよび発光強度５．６ｍＷが得られた。
実施例２は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を６１％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を８７％とした。発光波長２６６ｎｍおよび発光強度５．１ｍＷが得られた。
実施例３は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を４７％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を７６％とした。発光波長２８６ｎｍおよび発光強度５．４ｍＷが得られた。
実施例４は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を４８％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６９％とした。発光波長２８４ｎｍおよび発光強度４．３ｍＷが得られた。
実施例５は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を５０％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６９％とした。発光波長２８４ｎｍおよび発光強度４．４ｍＷが得られた。
実施例６は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を５５％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６９％とした。発光波長２８０ｎｍおよび発光強度４．３ｍＷが得られた。
実施例７は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を４７％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６６％とした。発光波長２８４ｎｍおよび発光強度４．４ｍＷが得られた。
実施例８は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を４８％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６０％とした。発光波長２８７ｎｍおよび発光強度５．６ｍＷが得られた。
実施例９は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を４９％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６０％とした。発光波長２８６ｎｍおよび発光強度５．６ｍＷが得られた。
【００３７】
比較例１は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を６１％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を７７％とした。発光波長２６４ｎｍおよび発光強度３．２ｍＷが得られた。
比較例２は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を５０％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６０％とした。発光波長２８２ｎｍおよび発光強度３．９ｍＷが得られた。
比較例３は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を５１％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６０％とした。発光波長２９０ｎｍおよび発光強度３．５ｍＷが得られた。
比較例４は、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率を５８％とし、障壁層３６のＡｌＮモル分率を６０％とした。発光波長２７４ｎｍおよび発光強度１．５ｍＷが得られた。
【００３８】
以上より、発光波長２６０ｎｍ〜２９０ｎｍの範囲において、実施例１〜９では４ｍＷ以上の発光強度が得られたのに対し、比較例１〜５では４ｍＷ未満の発光強度しか得られない結果となった。
【００３９】
図４は、実施例および比較例に係る半導体発光素子１０のｎ型クラッド層２４および障壁層３６のＡｌＮ比率と発光強度の関係を示すグラフである。図４では、４ｍＷ以上の発光強度が得られた実施例を丸印（○）でプロットし、４ｍＷ未満の発光強度しか得らない比較例を三角印（△）でプロットしている。グラフから、グラフの左上の範囲、つまり、障壁層３６よりｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率が低い領域にて発光強度を向上させることができると言える。また、グラフ上の破線（ｙ＝１．５ｘ−０．１５）より左上の領域において、高発光強度を実現できていることが分かる。したがって、ｎ型クラッド層２４のＡｌＮモル分率をｘ、障壁層３６のＡｌＮモル分率をｙとしたときに、ｙ≧１．５ｘ−０．１５を満たすようにＡｌＮモル分率を選択することで、光取出効率の高い深紫外用の半導体発光素子１０を実現できる。
【００４０】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００４１】
１０…半導体発光素子、２０…基板、２４…ｎ型クラッド層、２６…活性層、２８…電子ブロック層、３０…ｐ型クラッド層、３６…障壁層、３８…井戸層。
【図１】
2018125429.tif 000003
【図２】
2018125429.tif 000004
【図３】
2018125429.tif 000005
【図４】
2018125429.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月23日(2018.2.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられるｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の障壁層と、前記障壁層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の井戸層とを含む活性層と、
前記活性層上に設けられるｐ型半導体層と、を備え、
前記活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を発し、
前記ｎ型クラッド層の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、前記障壁層のＡｌＮのモル分率より小さく、前記井戸層のＡｌＮのモル分率より大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率は、４０％以上であり、
前記障壁層のＡｌＮのモル分率は、５５％以上であ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ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率は、５５％以下であり、
前記障壁層のＡｌＮのモル分率は、６０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｎ型クラッド層と前記障壁層のＡｌＮのモル分率の差は、１０％以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率をｘ、前記障壁層のＡｌＮのモル分率をｙとした場合に、ｙ≧１．５ｘ−０．１５の関係を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型半導体層は、前記ｎ型クラッド層よりもＡｌＮのモル分率が大きいｐ型ＡｌＧａＮ系半導体のｐ型クラッド層を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月25日(2018.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられるｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の障壁層と、前記障壁層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の井戸層とを含む活性層と、
前記活性層上に設けられるｐ型半導体層と、を備え、
前記活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を発し、
前記ｎ型クラッド層の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、前記障壁層のＡｌＮのモル分率より小さく、前記井戸層のＡｌＮのモル分率よりも大きく、
前記ｎ型クラッド層と前記障壁層のＡｌＮのモル分率の差は、１０％以上であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型クラッド層の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、５５％以下であり、
前記障壁層のＡｌＮのモル分率は、６６％以上であ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ｎ型クラッド層の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、５０％以下であり、
前記障壁層のＡｌＮのモル分率は、６０％以上であ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４】
前記ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率をｘ、前記障壁層のＡｌＮのモル分率をｙとした場合に、ｙ≧１．５ｘ−０．１５の関係を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
基板上に設けられるｎ型ＡｌＧａＮ系半導体材料のｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の障壁層と、前記障壁層上に設けられるＡｌＧａＮ系半導体材料の井戸層とを含む活性層と、
前記活性層上に設けられるｐ型半導体層と、を備え、
前記活性層は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を発し、
前記ｎ型クラッド層の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のモル分率は、前記障壁層のＡｌＮのモル分率より小さく、前記井戸層のＡｌＮのモル分率よりも大きく、
前記ｎ型クラッド層のＡｌＮのモル分率をｘ、前記障壁層のＡｌＮのモル分率をｙとした場合に、ｙ≧１．５ｘ−０．１５の関係を満たすことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型半導体層は、前記ｎ型クラッド層よりもＡｌＮのモル分率が大きいｐ型ＡｌＧａＮ系半導体のｐ型クラッド層を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。