(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率の半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体を含むｎ形半導体層１０と、ｐ形半導体層２０と、発光部３０と、を含む半導体発光素子において、発光部３０は、ｎ形半導体層１０とｐ形半導体層２０との間に設けられ５３０ｎｍ以上のピーク波長の光を放出する。発光部３０は、ｎ側障壁層ＢＬＮと第１発光層ＥＬ１とを含む。第１発光層ＥＬ１は、ｎ側障壁層ＢＬＮとｐ形半導体層２０との間に設けられた第１障壁層ＢＬ１と、ｎ側障壁層ＢＬＮと第１障壁層ＢＬ１との間においてｎ側障壁層ＢＬＮに接する第１井戸層ＷＬ１と、第１井戸層ＷＬ１と第１障壁層ＢＬ１との間に設けられ、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．１５≦ｘ１≦１）を含む第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１と、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１と第１障壁層ＢＬ１との間に設けられ、Ｉｎｙａ１Ｇａ１−ｙａ１Ｎ（０＜ｙａ１≦０．１）を含む第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を含むｎ形半導体層と、
窒化物半導体を含むｐ形半導体層と、
前記ｎ形半導体層と前記ｐ形半導体層との間に設けられ５３０ナノメートル以上のピーク波長の光を放出する発光部と、
を備え、
前記発光部は、ｎ側障壁層と、第１発光層と、を含み、
前記第１発光層は、
前記ｎ側障壁層と前記ｐ形半導体層との間に設けられた第１障壁層と、
前記ｎ側障壁層と前記第１障壁層との間においてｎ側障壁層に接する第１井戸層と、
前記第１井戸層と前記第１障壁層との間に設けられ、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．１５≦ｘ１≦１）を含む第１ＡｌＧａＮ層と、
前記第１ＡｌＧａＮ層と前記第１障壁層との間に設けられ、Ｉｎｙａ１Ｇａ１−ｙａ１Ｎ（０＜ｙａ１≦０．１）を含む第１ｐ側ＩｎＧａＮ層と、
を含む半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１ＡｌＧａＮ層と前記第１井戸層との間の距離は、２ナノメートル以下である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１ＡｌＧａＮ層は、前記第１井戸層に接する請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｘ１は、０．２５以上であり、前記第１ＡｌＧａＮ層の厚さは、１原子層以上２ナノメートル以下である請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｘ１は、０．３以上であり、前記第１ＡｌＧａＮ層の厚さは、１原子層以上２ナノメートル以下である請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｘ１は、０．２５以上０．６以下であり、
前記ピーク波長は、５７０ナノメートル未満である請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｘ１は、０．３以上０．８以下であり、
前記ピーク波長は、５７０ナノメートル以上６００ナノメートル以下である請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記ｘ１は、０．４以上１以下であり、
前記ピーク波長は、６００ナノメートル以上７５０ナノメートル以下である請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記ｘ１は、０．５以上１以下であり、
前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層の前記第１障壁層側の面は、前記第１ＡｌＧａＮ層の前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層側の面よりも平坦である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記ｘ１は、０．５以上１以下であり、
前記第１障壁層の前記ｐ形半導体層側の面は、前記第１ＡｌＧａＮ層の前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層側の面よりも平坦である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ｘ１は、０．５以上１以下であり、
前記第１発光層の厚さのばらつきは、前記第１ＡｌＧａＮ層の厚さのばらつきよりも小さい請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ｘ１は、０．５以上１以下であり、
前記第１井戸層の厚さのばらつきは、前記ｎ側障壁層と前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層との間の距離のばらつきよりも大きい請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第１ＡｌＧａＮ層は、互いに離間したＡｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎを含む複数の部分を含み、前記複数の部分のうち少なくとも１つの部分は、前記第１井戸層から前記第１障壁層へ向かう第１方向に対して垂直な少なくとも１つの方向において、１０ナノメートル以上２００ナノメートル以下の幅を有する請求項９〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記ｙ１は、０．００２以上０．０５以下であり、前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層の厚さは、１原子層以上２ナノメートル未満である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記ｙ１は、０．００３以上０．０３以下であり、前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層の厚さは、１原子層以上２ナノメートル以下である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第１発光層は、
前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層と第１ＡｌＧａＮ層との間に設けられＩｎｙｂ１Ｇａ１−ｙｂ１Ｎ（０＜ｙｂ１≦０．１）を含む第１ｎ側ＩｎＧａＮ層と、
前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層と前記第１ｎ側ＩｎＧａＮ層との間に設けられＩｎｚａ１Ｇａ１−ｚａ１Ｎ（０≦ｚａ１＜ｙａ１、０≦ｚａ１＜ｙｂ１）を含む第１ｐ側窒化物含有層と、
をさらに含む請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第１ＡｌＧａＮ層は前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層と接する請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第１ＡｌＧａＮ層と前記第１ｎ側ＩｎＧａＮ層とが接する、請求項１６記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
窒化物半導体を含むｎ形半導体層の上に設けられたｎ側障壁層の上に、第１井戸層を第１温度で形成し、
前記第１井戸層の上に、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．１５≦ｘ１≦１）を含む第１ＡｌＧａＮ層を、前記第１温度よりも高い第２温度で形成し、
前記第１ＡｌＧａＮ層の上に、Ｉｎｙａ１Ｇａ１−ｙａ１Ｎ（０＜ｙａ１＜１）を含む第１ｐ側ＩｎＧａＮ層を、前記第１温度よりも高い第３温度で形成し、
前記第１ｐ側ＩｎＧａＮ層の上に、第１障壁層ＢＬを前記第１温度よりも高い第４温度で形成する半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２温度と前記第１温度との差は、５０℃以上であり、
前記第３温度と前記第１温度との差は、５０℃以上であり、
前記第４温度と前記第１温度との差は、５０℃以上である請求項１９記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第２温度は、８６０℃以上８９０℃以下であり、
前記第３温度は、８６０℃以上８９０℃以下である請求項１９または２０記載の半導体発行素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いた半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）は、例えば、表示装置や照明などに用いられている。このような半導体発光素子において、高効率化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、高効率の半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、窒化物半導体を含むｎ形半導体層と、窒化物半導体を含むｐ形半導体層と、発光部と、を含む半導体発光素子が提供される。前記発光部は、前記ｎ形半導体層と前記ｐ形半導体層との間に設けられ５３０ナノメートル以上のピーク波長の光を放出する。前記発光部は、ｎ側障壁層と、第１発光層と、を含む。前記第１発光層は、前記ｎ側障壁層と前記ｐ形半導体層との間に設けられた第１障壁層と、前記ｎ側障壁層と前記第１障壁層との間においてｎ側障壁層に接する第１井戸層と、前記第１井戸層と前記第１障壁層との間に設けられ、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．１５≦ｘ１≦１）を含む第１ＡｌＧａＮ層と、前記第１ＡｌＧａＮ層と前記第１障壁層との間に設けられ、Ｉｎｙａ１Ｇａ１−ｙａ１Ｎ（０＜ｙａ１≦０．１）を含む第１ｐ側ＩｎＧａＮ層と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を示す模式図である。
【図４】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図６】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図７】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図８】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図１０】第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図１１】第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図１２】第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示すフローチャート図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第３の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｆ）は、実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。
【図１５】半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
【図１６】半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図１（ａ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、ｎ形半導体層１０と、ｐ形半導体層２０と、発光部３０と、を含む。
【０００９】
ｎ形半導体層１０及びｐ形半導体層２０は、窒化物半導体を含む。
【００１０】
発光部３０は、ｎ形半導体層１０とｐ形半導体層２０との間に設けられる。発光部３０は、ｎ側障壁層ＢＬＮと、第１発光層ＥＬ１と、を含む。第１発光層ＥＬ１は、ｎ側障壁層ＢＬＮとｐ形半導体層２０との間に設けられる。  
ｎ形半導体層１０からｐ形半導体層２０に向かう方向をＺ軸方向とする。
【００１１】
第１発光層ＥＬ１は、第１障壁層ＢＬ１と、第１井戸層ＷＬ１と、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１と、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１と、を含む。
【００１２】
第１障壁層ＢＬ１は、ｎ側障壁層ＢＬＮとｐ形半導体層２０との間に設けられる。第１井戸層ＷＬ１は、ｎ側障壁層ＢＬＮと第１障壁層ＢＬ１との間においてｎ側障壁層ＢＬＮに接する。第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１は、第１井戸層ＷＬ１と第１障壁層ＢＬ１との間に設けられ、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．１５≦ｘ１≦１）を含む。第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１は、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１と第１障壁層ＢＬ１との間に設けられ、Ｉｎｙａ１Ｇａ１−ｙａ１Ｎ（０＜ｙａ１≦０．１）を含む。
【００１３】
半導体発光素子１１０においては、井戸層ＷＬの数が１である。このように、発光部３０は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構成を有することができる。
【００１４】
図１（ｂ）に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１１１においては、発光部３０は、第２発光層ＥＬ２をさらに含む。第２発光層ＥＬ２は、例えば、第２障壁層ＢＬ２と、第２井戸層ＷＬ２と、第２ＡｌＧａＮ層ＭＬ２と、第２ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ２と、を含む。
【００１５】
第２井戸層ＷＬ２は、第１井戸層ＷＬ１とｎ形半導体層１０との間に設けられる。第２障壁層ＢＬ２は、第１井戸層ＷＬ１と第２井戸層ＷＬ２との間において第１井戸層ＷＬ１に接する。第２ＡｌＧａＮ層ＭＬ２は、第２井戸層ＷＬ２と第２障壁層ＢＬ２との間に設けられ、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０．１５≦ｘ２≦１）を含む。第２ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ２は、第２ＡｌＧａＮ層ＭＬ２と第２障壁層ＢＬ２との間に設けられ、Ｉｎｙａ２Ｇａ１−ｙａ２Ｎ（０＜ｙａ２＜１）を含む。
【００１６】
半導体発光素子１１１においては、複数の井戸層ＷＬが設けられる。このように、発光部３０は、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構成を有することができる。この例では、井戸層ＷＬの数は、例えば、４である。すなわち、発光層ＥＬの数は、４である。本実施形態に係る半導体発光素子において、井戸層ＷＬの数は、任意である。
【００１７】
半導体発光素子１１１においては、発光部３０は、例えば、複数の発光層ＥＬ（第１発光層ＥＬ１〜第ｎ発光層ＥＬｎ）を含む。「ｎ」は、２以上の整数である。
【００１８】
第（ｉ＋１）発光層ＥＬ（ｉ＋１）は、第ｉ発光層ＥＬｉとｎ形半導体層１０との間に設けられるものとする。「ｉ」は、１以上の整数である。
【００１９】
第ｉ発光層ＥＬｉは、第ｉ障壁層ＢＬｉと、第ｉ井戸層ＷＬｉと、第ｉＡｌＧａＮ層ＭＬｉと、第ｉｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａｉを含む。
【００２０】
第（ｉ＋１）井戸層ＷＬ（ｉ＋１）は、第ｉ井戸層ＷＬｉとｎ形半導体層１０との間に設けられる。第（ｉ＋１）障壁層ＢＬ（ｉ＋１）は、第ｉ井戸層ＷＬｉと第（ｉ＋１）井戸層ＷＬ（ｉ＋１）との間において第ｉ井戸層ＷＬｉに接する。第（ｉ＋１）ＡｌＧａＮ層ＭＬ（ｉ＋１）は、第（ｉ＋１）井戸層ＷＬ（ｉ＋１）と第（ｉ＋１）障壁層ＢＬ（ｉ＋１）との間に設けられ、Ａｌｘ（ｉ＋１）Ｇａ１−ｘ（ｉ＋１）Ｎ（０．１５≦ｘ（ｉ＋１）≦１）を含む。第（ｉ＋１）ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ（ｉ＋１）は、第（ｉ＋１）ＡｌＧａＮ層ＭＬ（ｉ＋１）と第（ｉ＋１）障壁層ＢＬ（ｉ＋１）との間に設けられ、Ｉｎｙａ（ｉ＋１）Ｇａ１−ｙ（ｉ＋１）Ｎ（０＜ｙａ（ｉ＋１）≦０．１）を含む。
【００２１】
本願明細書において、第１〜第ｎ障壁層ＢＬ１〜ＢＬｎを総称して障壁層ＢＬと言う場合がある。第１〜第ｎ井戸層ＷＬ１〜ＷＬｎを総称して井戸層ＷＬと言う場合がある。第１〜第ｎＡｌＧａＮ層ＭＬ１〜ＭＬｎを総称してＡｌＧａＮ層ＭＬと言う場合がある。第１〜第ｎｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１〜ＣＬａｎを総称してｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａと言う場合がある。
【００２２】
複数のＡｌＧａＮ層ＭＬにおいてＡｌ組成比（III族中のＡｌ組成比）は、互いに同じでも良く、互いに異なっても良い。任意のＡｌＧａＮ層ＭＬにおいて、Ａｌ組成比ｘは、０．１５≦ｘ≦１に設定される。任意のＡｌＧａＮ層ＭＬにおいて、Ａｌ組成比ｘ（III族中のＡｌ組成比）は、例えば、０．２５以上である。Ａｌ組成比ｘは、例えば、０．３以上である。以下では、説明を簡単にするために、複数のＡｌＧａＮ層ＭＬにおいてＡｌ組成比が同じ（Ａｌ組成比ｘが一定）であるとする。
【００２３】
複数のＡｌＧａＮ層ＭＬのそれぞれの厚さは、互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。任意のＡｌＧａＮ層ＭＬにおいて、その厚さは、例えば、１原子層以上２ｎｍ以下に設定される。
【００２４】
第ｉ井戸層ＷＬｉのバンドギャップエネルギーは、第ｉ障壁層ＢＬｉのバンドギャップエネルギーよりも小さく、ｎ側障壁層ＢＬＮのバンドギャップエネルギーよりも小さい。
【００２５】
井戸層ＷＬには例えばＩｎＧａＮ層が用いられ、障壁層ＢＬにはＧａＮ層が用いられる。障壁層ＢＬにＩｎＧａＮ層が用いられる場合は、障壁層ＢＬにおけるＩｎ組成比（III族中のＩｎ組成比）は、井戸層ＷＬにおけるＩｎ組成比よりも低い。  
井戸層ＷＬにおけるＩｎ組成比は、目的とする発光波長に応じて定められる。井戸層ＷＬにおけるＩｎ組成比は、例えば、０．２以上０．６以下である。
【００２６】
複数のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおいてＩｎ組成比（III族中のＩｎ組成比）は、互いに同じでも良く、互いに異なっても良い。任意のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおいて、Ｉｎ組成比ｙａは、０＜ｙａ≦０．１に設定される。任意のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおいて、Ｉｎ組成比ｙａは、例えば、井戸層ＷＬにおけるＩｎ組成比よりも低い。任意のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおいて、Ｉｎ組成比ｙａは、例えば、０．００２以上０．０５以下である。Ｉｎ組成比ｙａは、例えば、０．００３以上０．０３以下である。以下では、説明を簡単にするために、複数のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおいてＩｎ組成比が同じ（Ｉｎ組成比ｙａが一定）であるとする。複数のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおけるＩｎ組成比は、井戸層ＷＬにおけるＩｎ組成比よりも低い。
【００２７】
複数のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａのそれぞれの厚さは、互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。任意のｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおいて、その厚さは、例えば、１原子層以上２ｎｍ以下に設定される。ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａにおけるＩｎ組成比ｙａが高い場合には、その厚さを薄くすることが好ましい。Ｉｎ組成比ｙａが０．０５以上の場合には、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａの厚さを、例えば、２ｎｍよりも薄くすることが好ましい。
【００２８】
井戸層ＷＬの厚さは、例えば、１．０ナノメートル（ｎｍ）以上５．０ｎｍ以下である。井戸層ＷＬの厚さが１．０ｎｍよりも薄いと、５３０ｎｍよりも長い波長の発光を得ることが難しい。井戸層ＷＬの厚さが５．０ｎｍよりも厚いと、結晶品質の劣化が起き易くなる。さらに、電子と正孔の波動関数の空間的分離が大きくなり、発光強度が弱くなる傾向にある。
【００２９】
障壁層ＢＬの厚さは、例えば３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。障壁層ＢＬの厚さが、３ｎｍよりも薄いと、複数の井戸層ＷＬどうしの間隔が狭まることで、異なる井戸層ＷＬ間の波動関数が干渉する。障壁層ＢＬの厚さが３ｎｍ以上のときに、井戸層ＷＬにおける波動関数の干渉が抑制されるの。障壁層ＢＬの厚さが５０ｎｍよりも厚いと、発光層ＥＬが厚くなりすぎてしまい、動作電圧が高くなる。
【００３０】
半導体発光素子１１０及び半導体発光素子１１１において、第１発光層ＥＬ１は、例えば、第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１と、第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１と、第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１と、をさらに含む。この例では、第１発光層ＥＬ１は、第１中間層ＳＬ１をさらに含む。
【００３１】
半導体発光素子１１１においては、第ｉ発光層ＥＬｉは、第ｉｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂｉと、第ｉｐ側窒化物含有層ＤＬａｉと、第ｉｎ側窒化物含有層ＤＬｂｉと、第ｉ中間層ＳＬｉと、をさらに含む。
【００３２】
本願明細書において、第１〜第ｎｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１〜ＣＬｂｎを総称してｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂと言う場合がある。第１〜第ｎｐ側窒化物含有層ＤＬａ１〜ＤＬａｎを総称してｐ側窒化物含有層ＤＬａと言う場合がある。第１〜第ｎｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１〜ＤＬｂｎを総称してｎ側窒化物含有層ＤＬｂと言う場合がある。第１〜第ｎ中間層ＳＬ１〜ＳＬｎを総称して中間層ＳＬと言う場合がある。ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａとｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂとを総称してＩｎＧａＮ層ＣＬと言う場合がある。ｐ側窒化物含有層ＤＬａとｎ側窒化物含有層ＤＬｂとを総称して窒化物含有層ＤＬと言う場合がある。
【００３３】
ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂは、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａとＡｌＧａＮ層ＭＬとの間に設けられ、ＩｎｙｂＧａ１−ｙｂＮ（０＜ｙｂ≦０．１）を含む。ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂにおけるＩｎ組成比ｙｂは、例えば、井戸層ＷＬにおけるＩｎ組成比よりも低い。
【００３４】
複数のｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂにおいてＩｎ組成比（III族中のＩｎ組成比）は、互いに同じでも良く、互いに異なっても良い。ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂのＩｎ組成比は、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａのＩｎ組成比と同じでもよく、異なってもよい。任意のｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂにおいて、Ｉｎ組成比ｙｂは、０＜ｙｂ≦０．１に設定される。任意のｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂにおいて、Ｉｎ組成比ｙａは、例えば、０．００２以上０．０５以下である。Ｉｎ組成比ｙｂは、例えば、０．００３以上０．０３以下である。以下では、説明を簡単にするために、複数のｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂにおいてＩｎ組成比が同じ（Ｉｎ組成比ｙｂが一定）であり、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａのＩｎ組成比とも同じであるとする。複数のｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂにおけるＩｎ組成比は、井戸層ＷＬにおけるＩｎ組成比よりも低い。
【００３５】
ｐ側窒化物含有層ＤＬａは、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａとｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂとの間に設けられ、ＩｎｚａＧａ１−ｚａＮ（０≦ｚａ＜ｙａ、０≦ｚａ＜ｙｂ）を含む。  
ｎ側窒化物含有層ＤＬｂは、例えば、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂとＡｌＧａＮ層ＭＬとの間に設けられ、ＩｎｚｂＧａ１−ｚｂＮ（０≦ｚｂ＜ｙａ、０≦ｚｂ＜ｙｂ）を含む。
【００３６】
ｐ側窒化物含有層ＤＬａは、例えば、Ｉｎを含まない。ｐ側窒化物含有層ＤＬａは、例えば、ＧａＮである。ｎ側窒化物含有層ＤＬｂは、例えば、Ｉｎを含まない。ｎ側窒化物含有層ＤＬｂは、例えば、ＧａＮである。
【００３７】
中間層ＳＬは、例えば、井戸層ＷＬとＡｌＧａＮ層ＭＬとの間に設けられる。中間層ＳＬの厚さは、例えば、１ｎｍ以下である。中間層ＳＬの厚さは、例えば、０．５ｎｍである。中間層ＳＬは、例えば、設けなくてもよい。その場合、ＡｌＧａＮ層ＭＬを井戸層ＷＬに接して設けてもよい。
【００３８】
発光層ＥＬにおいて、例えば、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａとＡｌＧａＮ層ＭＬとが接していてもよい。この場合、発光層ＥＬは、例えば、ｐ側窒化物含有層ＤＬａ、ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ及びｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂを含まない。成長時間が長いＩｎＧａＮを成長させないので、発光層ＥＬの成長時間が短くなる。  
発光層ＥＬにおいて、例えば、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂとＡｌＧａＮ層ＭＬとが接していてもよい。この場合、発光層ＥＬは、例えば、ｎ側窒化物含有層ＤＬｂを含まない。これにより、成長時間を短くできる。また、原料ガスの切り替え時間によるＡｌの抜けを防止することができる。
【００３９】
図２は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。  図２に表したように、この例では、本実施形態に係る半導体発光素子１１０（半導体発光素子１１１）は、さらに、基板６０と、バッファ層５０と、ｎ側電極７０と、ｐ側電極８０と、を含む。例えば、基板６０と発光部３０との間に、ｎ形半導体層１０が設けられる。バッファ層５０は、例えば、基板６０とｎ形半導体層１０との間に設けられる。
【００４０】
基板６０には、例えばサファイアが用いられる。例えば、基板６０には、サファイア（０００１）基板が用いられる。基板６０には、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板またはＧａＮ基板を用いても良い。
【００４１】
バッファ層５０には、例えば、ＧａＮ層が用いられる。バッファ層５０の上に、例えば、ｎ形半導体層１０、発光部３０及びｐ形半導体層２０がこの順で形成される。基板６０及びバッファ層５０は、必要に応じて設けられ、省略してもよい。バッファ層５０の上に上記の半導体層を形成した後に、基板６０を除去しても良い。
【００４２】
ｎ形半導体層１０は、例えば、第１主面１０ａと第２主面１０ｂとを有する。第１主面１０ａは、例えば、発光部３０側の面である。第２主面１０ｂは、第１主面１０ａの反対側の面である。
【００４３】
この例では、第１主面１０ａ側において、ｎ形半導体層１０の一部が露出している。ｎ側電極７０は、ｎ形半導体層１０の露出する部分において、ｎ形半導体層１０と電気的に接続される。ｎ側電極７０は、例えば、ｎ形半導体層１０の第１主面１０ａ側に配置される。
【００４４】
ｎ形半導体層１０は、第１部分１０ｐと、第２部分１０ｑと、を含む。第２部分１０ｑは、Ｚ軸方向と交差する方向において、第１部分１０ｐと並ぶ。ｐ形半導体層２０は、ｐＺ軸方向において第１部分１０ｐと離間する。第１部分１０ｐとｐ形半導体層２０との間に、発光部３０が配置される。
【００４５】
ｐ側電極８０は、例えば、ｐ形半導体層２０の上に配置される。  
上に設けられる状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の層が挿入される状態も含む。  
この例では、ｐ側電極８０は、第１ｐ側電極部８１と、第２ｐ側電極部８２と、を含む。第２ｐ側電極部８２は、第１ｐ側電極部８１とｐ形半導体層２０との間に設けられる。
【００４６】
この例では、ｐ形半導体層２０は、第１ｐ形層２１と第２ｐ形層２２とを含む。第２ｐ形層２２は、第１ｐ形層２１と発光部３０との間に設けられる。
【００４７】
ｎ側電極７０とｐ側電極８０との間に電圧を印加すると、ｎ形半導体層１０及びｐ形半導体層２０を介して、発光部３０に電流が供給される。発光部３０から光が放出される。
【００４８】
１つの例では、発光部３０から放出される光（発光光）のピーク波長λｐは、例えば、５３０ナノメートル（ｎｍ）以上である。別の例では、発光光のピーク波長λｐは、例えば、５３０ｎｍ以上５７０ｎｍ未満である。別の例では、発光光のピーク波長λｐは、例えば、５７０ｎｍ以上６００ｎｍ未満である。別の例では、発光光のピーク波長λｐは、例えば、６００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である。
【００４９】
このような構成により、高効率が得られる。以下、本実施形態に係る半導体発光素子の構成を構築する基となった実験について説明する。
【００５０】
まず、半導体発光素子１１１の製造方法の例について説明する。
【００５１】
例えば、サファイア（０００１）の基板６０を、１１００℃のサセプタ温度でサーマルクリーニングする。次に、サセプタ温度を５００℃に下げ、基板６０の上に、バッファ層５０となるバッファ膜を成長させる。バッファ膜は、例えば、ＧａＮ膜である。
【００５２】
サセプタ温度を、例えば、１１２０℃まで昇温して、バッファ膜の上にｎ形半導体層１０となるｎ形半導体膜を形成する。ｎ形半導体膜は、例えば、Ｓｉをドープしたｎ形ＧａＮ膜である。
【００５３】
ｎ形半導体膜の上に、ｎ側障壁層ＢＬＮとなるｎ側障壁膜を形成する。ｎ側障壁膜は、例えば、ＳｉをドープしたＧａＮである。ｎ側障壁膜（ｎ側障壁層ＢＬＮ）の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、例えば、１２．５ｎｍである。
【００５４】
その後、サセプタ温度を７００℃以上８００℃以下の範囲に降温して、第１井戸層ＷＬ１となる第１井戸膜を形成する。第１井戸膜は、例えば、ＩｎＧａＮ膜である。第１井戸膜（第１井戸層ＷＬ１）の厚さは、例えば、約３ｎｍである。第１井戸層ＷＬ１のＩｎ組成比は、例えば、約０．２３である。
【００５５】
この例では、第１井戸層ＷＬ１の上に、第１中間層ＳＬ１となる第１中間膜を形成する。第１中間膜（第１中間層ＳＬ１）の形成温度は、例えば、第１井戸層ＷＬ１の形成温度と同じである。第１中間膜は、例えば、ＧａＮ膜である。第１中間膜の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。
【００５６】
次に、サセプタ温度を、例えば、８９０℃に昇温して、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１となる第１ＡｌＧａＮ膜を形成する。第１ＡｌＧａＮ膜（第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１）の厚さは、例えば、１ｎｍである。第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１のＡｌ組成比は、例えば、０．３である。
【００５７】
この例では、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の上に、第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１となる第１ｎ側窒化物含有膜を形成している。第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１は、例えば、ＧａＮである。第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１の厚さは、例えば、１ｎｍである。  
この例では、第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１の上に、第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１となる第１ｎ側ＩｎＧａＮ膜を形成している。第１ｎ側ＩｎＧａＮ膜(第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１）の厚さは、例えば、１ｎｍである。第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１のＩｎ組成比ｙｂは、例えば、０．０１である。
【００５８】
さらに、第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１の上に、第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１となる第１ｐ側窒化物含有膜を形成する。第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１は、例えば、ＧａＮである。第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１の厚さは、例えば、１ｎｍである。  
第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１の上に、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１となる第１ｐ側ＩｎＧａＮ膜を形成する。第１ｐ側ＩｎＧａＮ膜(第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１）の厚さは、例えば、１ｎｍである。第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１のＩｎ組成比ｙａは、例えば、０．０１である。
【００５９】
第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１及び第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１の形成温度は、例えば、８１０℃より高く９０５℃未満である。例えば、８６０℃以上８９０℃以下である。例えば、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の形成温度と同じである。第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１及び第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１の形成温度は、例えば、第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１及び第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１の形成温度と同じである。
【００６０】
第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１の上に、第１障壁層ＢＬ１となる第１障壁膜を形成する。第１障壁膜は、例えば、ＧａＮである。第１障壁膜(第１障壁層ＢＬ１）の厚さは、例えば、第１中間層ＳＬ１、第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１、及び、第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１よりも厚い。第１障壁膜(第１障壁層ＢＬ１）の厚さは、例えば、４ｎｍである。第１障壁層ＢＬの形成温度は、例えば、８９０℃である。  
これにより、第１発光層ＥＬ１が形成される。
【００６１】
上記と同様にして、例えば、第２発光層ＥＬ２〜第４発光層ＥＬ４を形成する。  
これにより、発光部３０が形成される。
【００６２】
発光部３０の上に、例えば、ｐ形半導体層２０を形成する。この例では、発光部３０の上に第２ｐ形層２２となる第２ｐ形膜を形成する。第２ｐ形膜（第２ｐ形層２２）は、例えば、第２濃度でＭｇをドープしたＧａＮである。第２ｐ形層２２の上に、第１ｐ形層２１となる第１ｐ形膜を形成する。第１ｐ形膜（第１ｐ形層２１）は、例えば、第１濃度でＭｇをドープしたＧａＮである。第１濃度は、例えば、第２濃度よりも高い。  
第２ｐ形層２２の形成温度は、例えば、９１０℃である。第１ｐ形層２１の厚さは、例えば、８０ｎｍである。第１ｐ形層２１の形成温度は、例えば、９１０℃である。第１ｐ形層２１の厚さは、例えば、３０ｎｍである。  
これにより、ｐ形半導体層２０が形成される。
【００６３】
これらの各層の成長には、例えば、有機金属気相堆積（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法、及び、有機金属気相成長（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）法などを用いることができる。
【００６４】
各半導体層の形成の際の原料には、以下を用いることができる。  
Ｇａの原料として、例えば、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）及びＴＥＧａ（トリエチルガリウム）などを用いることができる。Ｉｎの原料として、例えば、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）及びＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）などを用いることができる。Ａｌの原料として、例えば、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）などを用いることができる。Ｎの原料として、例えば、ＮＨ３（アンモニア）、ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）及びＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）などを用いることができる。Ｓｉの原料として、例えば、ＳｉＨ４（モノシラン）などを用いることができる。Ｍｇの原料として、例えば、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）などを用いることができる。
【００６５】
その後、ｐ形半導体層２０の一部、発光部３０の一部及びｎ形半導体層１０の一部を、例えば、エッチング加工により除去し、ｎ形半導体層１０の一部を露出させる。  
この露出したｎ形半導体層１０の上に、例えば、ｎ側電極７０を形成する。ｎ側電極７０の形成には、例えば、電子ビーム蒸着法が用いられる。ｎ側電極７０には、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが用いられる。
【００６６】
ｐ形半導体層２０の上に、例えば、ｐ側電極８０が形成される。この例では、ｐ形半導体層２０の上に、第２ｐ側電極部８２となる第２ｐ側電極膜を形成している。第２ｐ側電極膜の形成には、例えば、スパッタ法が用いられる。第２ｐ側電極部８２は、例えば、光透過性の電極である。第２ｐ側電極部８２には、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ及びＮｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含む。例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などが用いられる。例えば、光透過性の薄い金属層を用いても良い。
【００６７】
この例では、第２ｐ側電極部８２の上に、第１ｐ側電極部８１が形成される。第１ｐ側電極膜の形成には、例えば、電子ビーム蒸着法が用いられる。第１ｐ側電極部８１には、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが用いられる。  
これにより、半導体発光素子１１１が形成される。
【００６８】
半導体発光素子１１１の発光層ＥＬのバンド構造の例について説明する。
【００６９】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示する模式図である。  
図３（ａ）は、半導体発光素子１１０（または半導体発光素子１１１）における第１発光層ＥＬ１のエネルギーバンドダイヤグラムの例を示している。図３（ａ）において、横軸は、バンドギャップエネルギーＥｇを表している。縦軸は、第１発光層ＥＬ１の積層方向（Ｚ軸方向）を表している。図３（ｂ）は、第１発光層ＥＬ１の透過型電子顕微鏡写真像である。図３（ｂ）は、半導体発光素子１１０（または半導体発光素子１１１）の断面の像である。
【００７０】
第１井戸層ＷＬ１のバンドギャップエネルギーＥｇは、低い。第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１のバンドギャップエネルギーＥＧは高い。ｎ側障壁層ＢＬＮ及び第１障壁層ＢＬ１のバンドギャップエネルギーＥｇは、第１井戸層ＷＬ１のそれよりも高く、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１のそれよりも低い。第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１及び第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂのバンドギャップエネルギーＥｇは、第１井戸層ＷＬ１のそれよりも高く、第１障壁層ＢＬ１のそれよりも低い。第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１、第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１及び第１中間層ＳＬ１のバンドギャップエネルギーＥｇは、第１井戸層ＷＬ１のそれよりも高く、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１のそれよりも低い。
【００７１】
図３（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１０において、発光層ＥＬ(第１発光層ＥＬ１）は、井戸層ＷＬと、ＡｌＧａＮ層ＭＬと、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂと、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａと、がこの順に並んでいる。この例では、井戸層ＷＬとＡｌＧａＮ層ＭＬとの間に中間層ＳＬが設けられている。また、ＡｌＧａＮ層ＭＬとｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂとの間にｎ側窒化物含有層ＤＬｂが設けられている。さらに、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂとｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａとの間にｐ側窒化物含有層ＤＬａが設けられている。半導体発光素子１１０においては、効率が高い。
【００７２】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子の特性の例について説明する。  
図４は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図４において、横軸はピーク波長λｐ（ｎｍ）であり、縦軸は光出力ＯＰである。光出力ＯＰは、２０ｍＡの電流を流したときの光出力の相対値である。図４では、本実施形態に係る半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂの他に、参考例に係る半導体発光素子１１９ａ及び１１９ｂのデータも示している。
【００７３】
半導体発光素子１１１ａにおいては、第１発光層ＥＬ１の第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１及び第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１の形成温度は、それぞれ、８４０℃である。第２発光層ＥＬ２〜第４発光層ＥＬ４についても同様である。それ以外については、半導体発光素子１１１ａの構成は、半導体発光素子１１１の構成と同じである。
【００７４】
半導体発光素子１１１ｂにおいては、第１発光層ＥＬ１の第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１及び第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１の形成温度は、それぞれ、８９０℃である。第２発光層ＥＬ２〜第４発光層ＥＬ４についても同様である。それ以外については、半導体発光素子１１１ｂの構成は、半導体発光素子１１１の構成と同じである。
【００７５】
一方、半導体発光素子１１９ａの各発光層ＥＬは、井戸層ＷＬと、障壁層ＢＬと、を含む。すなわち、発光層ＥＬは、ＡｌＧａＮ層ＭＬ及びＩｎＧａＮ層ＣＬを含まない。それ以外については、半導体発光素子１１９ａの構成は、半導体発光素子１１１の構成と同じである。
【００７６】
半導体発光素子１１９ｂの各発光層ＥＬは、井戸層ＷＬと、ＡｌＧａＮ層ＭＬと、障壁層ＢＬと、を含む。すなわち、発光層ＥＬは、ＩｎＧａＮ層ＣＬを含まない。それ以外については、半導体発光素子１１９ｂの構成は、半導体発光素子１１１の構成と同じである。
【００７７】
図４に表したように、半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂ、参考例の半導体発光素子１１９ａ及び１１９ｂのそれぞれにおいて、ピーク波長λｐが長くなると光出力ＯＰは低下する。ＡｌＧａＮ層ＭＬ及びＩｎＧａＮ層ＣＬを含まない半導体発光素子１１９ａにおいては、ピーク波長λｐが５２０ｎｍよりも長くなると、光出力ＯＰが顕著に低下する。
【００７８】
発光層ＥＬがＡｌＧａＮ層ＭＬを含む半導体発光素子１１９ｂでは、半導体発光素子１１９ａよりも、光出力ＯＰが高い。これは、発光層ＥＬにＡｌＧａＮ層ＭＬを設けることによって、例えば、量子閉じ込めシュタルク効果による発光効率の低下が抑制されるためである。この効果は、例えば、ピーク波長λｐが５２０ｎｍ以上の場合に顕著である。
【００７９】
一方、本実施形態に係る半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂでは、発光層ＥＬは、ＡｌＧａＮ層ＭＬとＩｎＧａＮ層ＣＬとを含む。半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂは、半導体発光素子１１９ｂよりも光出力ＯＰがさらに高い。すなわち、効率が高い。この効果は、例えば、ピーク波長λｐが５３０ｎｍ以上の場合において特に顕著である。
【００８０】
本実施形態に係る半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂにおいて高い光出力ＯＰが得られるのは、以下によるものと考えられる。  
半導体発光素子において、井戸層ＷＬの格子間隔が他の層に比べて広いため、歪みが生じ、ピエゾ電界が発生する。このピエゾ電界によって、正孔の波動関数と電子の波動関数との重なり積分値が減少し、発光効率が低減する。特に、５３０ｎｍよりも長い長波長の井戸層においては、歪みが大きくなり、この傾向が顕著となる。
【００８１】
第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を設けることで、上述のように量子閉じ込めシュタルク効果による発光効率の低下は抑制される。しかしながら、発光層ＥＬ内にＡｌを含む層（例えば、ＡｌＧａＮ層ＭＬ）を設けると、歪みが導入されてピエゾ電界が発生し易くなると考えられる。
【００８２】
例えば、シュタルク効果を抑制するためには、例えば、第１発光層ＥＬ１において、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１におけるＡｌ組成比ｘ１を、例えば、０．１５以上に高くすることが有効である。しかしながら、この場合には、井戸層ＷＬ１に大きな歪みが生じる。  
この歪みが残ったまま、次の層、例えば、第２発光層ＥＬ２の第２井戸層ＷＬ２を成長させると、第２井戸層ＷＬ２にミスフィット転位が生じることを見出した。
【００８３】
これに対して、半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂでは、第１発光層ＥＬ１内に第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１を設けている。この第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１を設けることで、ミスフィット転位は、例えば、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１中に生じる。例えば、第２井戸層ＷＬ２にミスフィット転位等の欠陥が生じることを抑制できる。それによって、より高い効率を得ることができると考えられる。
【００８４】
一般には、格子不整合を小さくするために、発光層ＥＬ内における平均Ｉｎ組成が低くなるように設計される。これに対して、本実施形態に係る半導体発光素子においては、発光層ＥＬにＩｎを含む層を設けることによって、平均Ｉｎ組成比が高くなったとしても、高い効率が得られることを見出した。
【００８５】
ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ及びｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂの形成温度を、例えば、８６０℃以上８９０℃以下とすることで、より高い効率を得ることができる。これは、例えば、成長中の表面への原料原子の供給が均一化されるためであると考えられる。
【００８６】
半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂにおいては、各発光層ＥＬが、２つの薄いＩｎＧａＮ層ＣＬ（ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ及びｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ）と２つの窒化物含有層ＤＬ（ｐ側窒化物含有層ＤＬａ）を含む。  
各発光層ＥＬが１つのＩｎＧａＮ層ＣＬを含んでいてもよい。一方で、例えば、各発光層ＥＬに含まれるＩｎＧａＮ層ＣＬ及び窒化物含有層ＤＬの数が多くなって、各発光層ＥＬの厚さが厚くなりすぎると、平均Ｉｎ組成が高くなり、むしろ効率が低下する場合がある。各発光層ＥＬに含まれるＩｎＧａＮ層ＣＬの数は、例えば、２つ程度が好ましい。
【００８７】
図３（ａ）に表したように、半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂにおいては、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１及び第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１と、第１井戸層ＷＬ１との間の第１距離ｄ１は、例えば、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１及び第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１と、第２井戸層ＷＬ２との間の第２距離ｄ２よりも長い。第１距離ｄ１が、第２距離ｄ２よりも短くてもよい。第１距離ｄ１と第２距離ｄ２とが同じでもよい。
【００８８】
第１距離ｄ１及び第２距離ｄ２は、例えば、各層（第１中間層ＳＬ１、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１、第１ｎ側窒化物含有層ＤＬｂ１、第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１、第１ｐ側窒化物含有層ＤＬａ１、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１、第１障壁層ＢＬ１）の厚さにより決まる。これらの層のそれぞれの厚さの例については、後述する。
【００８９】
半導体発光素子１１１ａ及び１１１ｂにおいては、第１発光層ＥＬ１〜第４発光層ＥＬ４の全てが、ＡｌＧａＮ層ＭＬ及びＩｎＧａＮ層ＣＬを含む。発光部３０が複数の発光層ＥＬを含む場合には、少なくとも１つの発光層ＥＬにおいて、ＡｌＧａＮ層ＭＬ及びＩｎＧａＮ層ＣＬが設けられる。このとき、ｐ形半導体層２０の近くに位置する発光層ＥＬ（例えば、第１発光層ＥＬ１）に、ＡｌＧａＮ層ＭＬ及びＩｎＧａＮ層ＣＬを設けることが好ましい。ホールの注入効率が高い発光層（ｐ形半導体層２０に近い発光層）において、上記の効果が得られるため、高い効率が得易い。
【００９０】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図５（ａ）は、本実施形態に係る半導体発光素子１１１ｂと参考例に係る半導体発光素子１１９ａの効率Ｅｆｆを表している。図５（ａ）において、横軸は、電流（ｍＡ）である。縦軸は、５５０ｎｍの波長における相対発光効率Ｅｆｆである。  
図５（ｂ）は、本実施形態に係る半導体発光素子１１１ｂと参考例に係る半導体発光素子１１９ｂの効率Ｅｆｆを表している。図５（ａ）において、横軸は、電流（ｍＡ）である。縦軸は、相対光出力ＯＰ（波長は５５０ｎｍ）である。
【００９１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１１ｂにおいては、相対発光効率Ｅｆｆ及び相対光出力ＯＰが、半導体発光素子１１９ｂよりも高い。
【００９２】
図６は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図６は、ＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さｄＭＬを変えたときの相対ＥＬ強度を表している。図６において、横軸は、ＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さｄＭＬ（ｎｍ）である。縦軸は、５５０ｎｍの波長における相対ＥＬ強度Ｉｎｔ１である。図６では、本実施形態に係る半導体発光素子１１２ａ及び１１２ｂの他に、参考例に係る半導体発光素子１１９ｃのデータも示している。
【００９３】
半導体発光素子１１２ａには、半導体発光素子１１１ｂに関して説明した構成が適用されている。半導体発光素子１１２ａの発光層ＥＬに含まれるＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは、０．３である。半導体発光素子１１２ｂは、各ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘが０．１５であること以外は、半導体発光素子１１２ａと同様の構成を有する。半導体発光素子１１９ｃは、各ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘが０であること以外は、半導体発光素子１１２ａと同様の構成を有する。
【００９４】
図６に表したように、発光層ＥＬが、ＡｌＧａＮ層ＭＬを含む場合には、相対ＥＬ強度が高い。
【００９５】
図７は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図７では、各ＩｎＧａＮ層ＣＬの厚さｄＣＬを変えたときの相対ＥＬ強度を表している。図７においては、横軸は、各ＩｎＧａＮ層ＣＬの厚さｄＣＬ（ｎｍ）である。縦軸は、５５０ｎｍの波長における相対ＥＬ強度Ｉｎｔ１である。図７には、本実施形態に係る半導体発光素子１１２ｃ及び１１２ｄの他に、参考例に係る半導体発光素子１１９ｄのデータも示している。
【００９６】
半導体発光素子１１２ｃにおいては、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａのＩｎ組成比ｙａ、及び、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂのＩｎ組成比ｙｂは、それぞれ、０．０１である。それ以外については、半導体発光素子１１１ｂの構成と同じである。半導体発光素子１１２ｄにおいては、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａのＩｎ組成比ｙａ、及び、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂのＩｎ組成比ｙｂが、それぞれ、０．０５である以外は、半導体発光素子１１２ｃの構成と同じである。半導体発光素子１１９ｄにおいては、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａのＩｎ組成比ｙａ、及び、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂのＩｎ組成比ｙｂが、それぞれ、０である以外は、半導体発光素子１１２ｃの構成と同じである。
【００９７】
図７に表したように、ＩｎＧａＮ層ＣＬの厚さ、すなわちｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａの厚さ及びｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂの厚さがそれぞれ、１ｎｍの場合には、発光層ＥＬがＩｎＧａＮ層ＣＬを含まない半導体発光素子１１９ｄよりも相対ＥＬ強度が高い。
【００９８】
半導体発光素子１１２ｃにおいては、ＩｎＧａＮ層ＣＬのＩｎ組成比ｙが０．０１と低い。半導体発光素子１１２ｃにおいては、各ＩｎＧａＮ層ＣＬの厚さがそれぞれ２ｎｍの場合においても、相対ＥＬ強度が高い。
【００９９】
半導体発光素子１１２ｄにおいては、ＩｎＧａＮ層ＣＬのＩｎ組成比ｙが０．０５であり、半導体発光素子１１２ｃよりも高い。半導体発光素子１１２ｄにおいては、各ＩｎＧａＮ層の厚さがそれぞれ２ｎｍと厚い場合には、半導体発光素子１１９ｄよりも相対ＥＬ強度が低い。Ｉｎ組成比ｙが０．０５と高い場合には、各ＩｎＧａＮ層の厚さを２ｎｍ未満とすることが好ましい。
【０１００】
図８は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図８は、本実施形態に係る半導体発光素子１１２ｅにおいて、中間層ＳＬの厚さｄＳＬを変えたときの相対ＥＬ強度を表している。図８においては、横軸は、中間層ＳＬの厚さｄＳＬ（ｎｍ）である。縦軸は、５５０ｎｍの波長における相対ＥＬ強度Ｉｎｔ１である。中間層ＳＬの厚さｄＳＬは、井戸層ＷＬ１とＡｌＧａＮ層ＭＬとの間の距離に相当する。半導体発光素子１１２ｅにおいては、ＡｌＧａＮ層ＭＬにおけるＡｌ組成比ｘは、０．３である。それ以外は、半導体発光素子１１１ｂの構成と同じである。
【０１０１】
図８に表したように、中間層ＳＬの厚さｄＳＬが１ｎｍ以上の場合には、相対ＥＬ強度が低下する。中間層ＳＬの厚さｄＳＬは、例えば、２ｎｍ以下である。中間層ＳＬの厚さｄＳＬは、例えば、１ｎｍ以下が好ましい。中間層ＳＬは、例えば、設けなくてもよい。
【０１０２】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、発光層ＥＬに含まれるＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘを変えたときの発光強度の例を表している。図９（ａ）〜図９（ｄ）においては、横軸は、それぞれピーク波長λｐ（ｎｍ）である。縦軸は、発光強度Ｉｎｔ２である。図９（ａ）〜図９（ｄ）では、ＡｌＧａＮ層ＭＬを含まない半導体発光素子１１９ｅのデータも示している。
【０１０３】
半導体発光素子１１３ａにおいては、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは、０．０９である。それ以外については、半導体発光素子１１１ｂの構成と同じである。  
半導体発光素子１１３ｂにおいては、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘが、０．１３である以外は、半導体発光素子１１３ａの構成と同じである。  
半導体発光素子１１３ｃにおいては、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘが、０．１８である以外は、半導体発光素子１１３ａの構成と同じである。  
半導体発光素子１１３ｄにおいては、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘが、０．３０である以外は、半導体発光素子１１３ａの構成と同じである。
【０１０４】
図９（ａ）〜図９（ｄ）に表したように、Ａｌ組成比ｘが０．０９または０．１３の場合には、半導体発光素子１１９ｅよりも、発光強度が低い。一方、半導体発光素子１１３ｃ及び１１３ｄにおいては、半導体発光素子１１９ｅよりも、発光強度が高い。
【０１０５】
Ａｌ組成比は、例えば、ピーク波長λｐに応じて適切に設定される。例えば、緑色（ピーク波長λｐが例えば５００〜５７０ｎｍ）の場合には、Ａｌ組成比ｘは、０．２５以上０．６以下とする。これにより、高効率が得られる。例えば、黄色（ピーク波長λｐが例えば５７０〜６００ｎｍ）の場合には、Ａｌ組成比ｘは、０．３以上０．８以下とする。これにより、高効率が得られる。例えば、赤色（ピーク波長λｐが例えば６００〜７５０ｎｍ）の場合には、Ａｌ組成比ｘは０．４以上１以下とする。これにより、高効率が得られる。
【０１０６】
図１０は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１０は、半導体発光素子１１４ａにおいて、発光層ＥＬにおける各ＩｎＧａＮ層ＣＬ（ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ及びｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ）におけるＩｎ組成比ｙを変えたときの相対発光強度の例を表している。図１０において、横軸は、各ＩｎＧａＮ層ＣＬにおけるＩｎ組成比ｙである。縦軸は、５５０ｎｍの波長における相対発光強度Ｉｎｔ３である。半導体発光素子１１４ａにおいては、発光層ＥＬに含まれるＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは０．２５である。半導体発光素子１１４ａにおいては、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ及びｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂの厚さは、それぞれ、１ｎｍである。半導体発光素子１１４ａにおいては、それ以外の構成は、半導体発光素子１１１ｂと同じである。
【０１０７】
図１０に表したように、ＩｎＧａＮ層を設けることで相対発光強度が高くなる。各ＩｎＧａＮ層ＣＬにおけるＩｎ組成比ｙが０．１よりも大きい場合には、ＩｎＧａＮ層ＣＬを設けることによる効果が小さくなる。各ＩｎＧａＮ層ＣＬにおけるＩｎ組成比ｙは、例えば、０より大きく０．１以下である。各ＩｎＧａＮ層ＣＬにおけるＩｎ組成比ｙは、例えば、０．００２以上０．０５以下である。各ＩｎＧａＮ層ＣＬにおけるＩｎ組成比ｙは、例えば、０．００３以上０．０３以下である。これにより、高効率が得られる。
【０１０８】
図１１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１１は、半導体発光素子１１４ｂ及び１１４ｃにおいて、発光層ＥＬにおける各ＩｎＧａＮ層ＣＬ（ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ及びｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ）におけるＩｎ組成比ｙを変えたときの相対ＥＬ強度の例を表している。図１１において、横軸は各ＩｎＧａＮ層ＣＬにおけるＩｎ組成比ｙである。縦軸は、５８０ｎｍの波長における相対ＥＬ強度Ｉｎｔ１である。
【０１０９】
半導体発光素子１１４ａ発光層ＥＬに含まれるＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは０．２５である。半導体発光素子１１４ｂにおいては、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａとｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂの厚さの合計は、２ｎｍである。半導体発光素子１１４ｂのそれ以外の構成は、半導体発光素子１１１ｂと同じである。半導体発光素子１１４ｃにおいては、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａとｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂの厚さの合計が３ｎｍである以外は、半導体発光素子１１４ｂと同じである。  
図１１から分かるように、半導体発光素子１１４ｂ及び１１４ｃにおいては、効率が高い。
【０１１０】
本実施形態において、Ａｌ組成比ｘ及びＩｎ組成比ｙは、例えば、エネルギー分散Ｘ線分光法（energy dispersive X-ray spectrometry：ＥＤＸ）などの手法によって測定できる。二次イオン質量分析法（Secondary ion-microprobe mass spectrometer：ＳＩＭＳ）や、Ｘ線回折装置を用いたomega-2theta scanによる構造解析手法も用いることができる。
【０１１１】
ＡｌＧａＮ層ＭＬやＩｎＧａＮ層ＣＬなどの結晶層の厚さは、例えば、結晶層の断面の電子顕微鏡写真像などから求められる。
【０１１２】
ＡｌＧａＮ層ＭＬは、例えば、層状である。ＩｎＧａＮ層ＣＬは、層状でも良く、網目状でも良い。網目状においては、開口部が設けられる。ＩｎＧａＮ層ＣＬが層状の場合には、例えば、上記の高効率化の効果が得易い。ＩｎＧａＮ層ＣＬが網目状の場合には、例えば、高効率化と共に動作電圧の低下の効果が得易い。
【０１１３】
（第２の実施形態）  
本実施形態は、半導体発光素子の製造方法に係る。この製造方法には、例えば、既に説明した半導体発光素子１１１の製造方法などを適用できる。
【０１１４】
図１２は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示するフローチャート図である。  
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、窒化物半導体を含むｎ形半導体層１０の上に設けられたｎ側障壁層ＢＬＮに接して第１井戸層ＷＬ１を形成する工程（ステップＳ１１０）を含む。この工程においては、第１井戸層ＷＬ１を第１温度Ｔ１で形成する。
【０１１５】
本製造方法は、第１井戸層ＷＬ１の上に、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０．１５≦ｘ１≦１）を含む第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を形成する工程（ステップＳ１２０）をさらに含む。この工程においては、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を第２温度Ｔ２で形成する。本製造方法は、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の上に、Ｉｎｙａ１Ｇａ１−ｙａ１Ｎ（０＜ｙａ１≦０．１）を含む第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１を形成する工程（ステップＳ１３０）をさらに含む。この工程においては、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１を第３温度Ｔ３で形成する。本製造方法は、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１の上に、第１障壁層ＢＬを形成する工程（ステップＳ１４０）をさらに含む。この工程においては、第１障壁層ＢＬ１を第４温度Ｔ４で形成する。
【０１１６】
第４温度Ｔ４は、例えば、第１温度Ｔ１よりも高い。第４温度Ｔ４と第１温度Ｔ１との差は、例えば、５０℃以上である。  
第２温度Ｔ２は、例えば、第４温度Ｔ４と同じである。第３温度Ｔ３は、例えば、第４温度Ｔ４と同じである。
【０１１７】
第１温度Ｔ１は、例えば、７００℃以上８００℃以下である。第２温度Ｔ２、第３温度Ｔ３及び第４温度Ｔ４は、例えば、第１温度Ｔ１よりも５０℃以上高い。第２温度Ｔ２、第３温度Ｔ３及び第４温度Ｔ４は、例えば、８１０℃以上９０５℃以下である。第２温度Ｔ２、第３温度Ｔ３及び第４温度Ｔ４は、例えば、８６０℃以上８９０℃以下である。  
本実施形態に係る製造方法によれば、効率が高い半導体発光素子の製造方法が提供できる。
【０１１８】
（第３の実施形態）  
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、第３の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。  
図１３（ａ）は、本実施形態に係る半導体発光素子１１５を例示する模式的断面図である。図１３（ａ）に表したように、半導体発光素子１１５においても、ｎ形半導体層１０、ｐ形半導体層２０及び発光部３０が設けられる。発光部３０において、ｎ側障壁層ＢＬＮ及び発光層ＥＬが設けられる。発光層ＥＬには、井戸層ＷＬ、ＡｌＧａＮ層ＭＬ、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ及び障壁層ＢＬが設けられる。これらの層は、順次積層されている。ｎ形半導体層１０、ｐ形半導体層２０、ｎ側障壁層ＢＬＮ、井戸層ＷＬ、ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ、ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ及び障壁層ＢＬについては、第１の実施形態に関して説明した構成及び材料が適用される。半導体発光素子１１５においては、ＡｌＧａＮ層ＭＬにおけるＡｌ組成比ｘは、０．５≦ｘ≦１である。
【０１１９】
図１３（ｂ）は、発光層ＥＬのＺ軸方向に平行な断面における透過型電子顕微鏡写真像である。  
図１３（ｂ）において、像中で、濃度（明るさ）が高い（暗い）部分が、井戸層ＷＬに対応する。像中で、濃度が低い（明るい）部分が、ＡｌＧａＮ層ＭＬに対応する。第ｉＡｌＧａＮ層ＭＬｉと第（ｉ＋１）井戸層ＷＬ（ｉ＋１）との間において、中程度の濃度の部分が、第ｉ障壁層ＢＬｉ、第ｉｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａｉ及び第ｉｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂｉに対応する（ｉは１以上の整数）。
【０１２０】
井戸層ＷＬには凹凸が形成されており、井戸層ＷＬの厚さは、空間的に変化している。例えば、第ｉ井戸層ＷＬｉの上面ＷＬｕｉ（例えば、第１井戸層ＷＬ１の第１ＡｌＧａＮ層側の面）は凹凸を有している。
【０１２１】
ＡｌＧａＮ層ＭＬにも凹凸があり、ＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さは、空間的にばらついている（厚さの揺らぎを有している）。例えば、第ｉＡｌＧａＮ層ＭＬｉの上面ＭＬｕｉ（例えば、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１側の面）は、凹凸を有している。図１３（ｂ）において、ＡｌＧａＮ層ＭＬに対応する部分の像に、濃淡が観察される。透過型電子顕微鏡写真においては、試料の奥行き方向の平均的な情報が観察される。従って、透過型電子顕微鏡写真における像中の濃淡は、厚さのばらつきを反映している。
【０１２２】
一方、第ｉＩｎＧａＮ層ＣＬｉの上面ＣＬｕｉ（例えば、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１の第１障壁層ＢＬ１側の面）は、面ＭＬｕｉよりも平坦である。ＩｎＧａＮ層ＣＬは、例えば、層状である。
【０１２３】
図１４（ａ）〜図１４（ｆ）は、実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。  
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を形成した後、発光層ＥＬの他の層を形成する前の試料の原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：ＡＦＭ）像である。これらのＡＦＭ像においては、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の表面（Ｚ軸方向に対して垂直な面）がＺ軸方向に沿って観察されている。
【０１２４】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、それぞれ、半導体発光素子１１５ａ、１１５ｂ及び１１２ａに対応する。半導体発光素子１１５ａ及び１１５ｂには、半導体発光素子１１５に関して説明した構成が適用されている。半導体発光素子１１５ａ、１１５ｂ及び１１２ａにおいて、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは、それぞれ、０．９、０．５、０．３である。半導体発光素子１１２ａにおいては、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１は、例えば、ステップフロー成長によって、成膜されている。ＡｌＧａＮ層ＭＬ以外は、半導体発光素子１１５ａ、１１５ｂ及び１１２ａには、同じ構成が適用される。
【０１２５】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）から分かるように、半導体発光素子１１５ａ及び１１５ｂにおいては、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の表面に斑点状の濃淡が観察される。これらの斑点状の濃淡は、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の表面の段差に対応する。段差の大きさ（濃淡）は、成膜における原子ステップ数に応じた数（凹凸の大きさ）に対応する。半導体発光素子１１５ａ及び１１５ｂの第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の表面は、凹凸を有している。半導体発光素子１１５ａにおけるＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さのばらつきの二乗平均平方根（ＲＭＳ：Root_Mean Square）は、例えば、２．２ｎｍ程度である。半導体発光素子１１５ｂにおけるＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さのばらつきのＲＭＳは、例えば、１．６ｎｍ程度である。
【０１２６】
一方、図１４（ｃ）に表した半導体発光素子１１２ａにおいては、像の濃淡が少ない。すなわち、半導体発光素子１１２ａにおける第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の表面は、半導体発光素子１１５ａ及び１１５ｂにおける第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の表面よりも平坦である。半導体発光素子１１２ａにおける第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さのばらつきのＲＭＳは、半導体発光素子１１５ａにおける第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さのばらつきのＲＭＳよりも小さい。例えば、半導体発光素子１１２ａにおける第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さのばらつきのＲＭＳは、０．５ｎｍ程度である。第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さのばらつきのＲＭＳは、例えば、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１のＡｌ組成比ｘ１が０．５以上の場合、大きい。
【０１２７】
図１４（ｄ）〜図１４（ｆ）は、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を形成し、さらにその上に第１発光層ＥＬ１の他の層（第１ｎ側ＩｎＧａＮ層ＣＬｂ１、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１及び第１障壁層ＢＬ１など）を形成した後、第１障壁層ＢＬ１の表面を観察したＡＦＭ像である。  
図１４（ｄ）〜図１４（ｆ）は、それぞれ、半導体発光素子１１５ａ、１１５ｂ及び１１２ａに対応する。
【０１２８】
図１４（ａ）と図１４（ｄ）との比較、及び、図１４（ｂ）と図１４（ｅ）との比較により、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を形成した直後の表面に対して、第１障壁層ＢＬ１の表面は、非常に平坦になっていることが分かる。
【０１２９】
さらに、図１４（ｄ）と図１４（ｆ）との比較、及び、図１４（ｅ）と図１４（ｆ）との比較により、第１障壁層ＢＬ１の平坦性は、半導体発光素子１１５ａ及び１１５ｂの方が、半導体発光素子１１２ａよりも高いことが分かる。
【０１３０】
例えば、図１４（ｄ）及び図１４（ｅ）においては、図１４（ｆ）よりも、濃度の高い点（黒い点）が少ない。これらの点は、例えば、第１障壁層ＢＬ１に生じた穴を示している。
【０１３１】
このように、半導体発光素子１１５ａの第１障壁層ＢＬ１の表面、及び、半導体発光素子１１５ｂの第１障壁層ＢＬ１の表面は、半導体発光素子１１２ａの第１障壁層ＢＬ１の表面よりも、平坦である。例えば、半導体発光素子１１５ａの第１障壁層ＢＬ１の表面、及び、半導体発光素子１１５ｂの第１障壁層ＢＬ１の表面は、ステップアンドテラス構造を有している。
【０１３２】
例えば、半導体発光素子１１５ａの障壁層ＢＬの厚さのばらつきのＲＭＳは、０．２ｎｍ程度である。例えば、半導体発光素子１１５ｂの障壁層ＢＬの厚さのばらつきのＲＭＳは、０．３ｎｍ程度である。例えば、半導体発光素子１１２ａの障壁層ＢＬの厚さのばらつきのＲＭＳは、０．６ｎｍ程度である。例えば、第１障壁層ＢＬ１のｐ側半導体層２０側の面は、第１ＡｌＧａＮ層ＮＬ１の第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１側の面よりも平坦である。
【０１３３】
例えば、第１井戸層ＷＬ１の形成において、第１井戸層ＷＬ１の表面に凹凸が生じる場合がある。第１井戸層ＷＬ１の表面に形成された凹凸が、厚さのばらつきが大きい第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１（例えばＡｌ組成比ｘが０．５以上）により、凹みを補うように埋められる。これにより、その上に形成される第１ＩｎＧａＮ層ＣＬ１の平坦性及び第１障壁層ＢＬ１の平坦性が改善する。第１障壁層ＢＬ１の表面に、観察される穴が減少する。例えば、第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１の第１障壁層ＢＬ１側の面は、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１側の面よりも、平坦である。第１井戸層ＷＬ１の厚さのばらつきは、第１井戸層ＷＬ１の厚さと第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さとの和のばらつきよりも大きい。すなわち、第１井戸層ＷＬ１の厚さのばらつきは、ｎ側障壁層ＢＬＮと第１ｐ側ＩｎＧａＮ層ＣＬａ１との間の距離のばらつきよりも大きい。
【０１３４】
半導体発光素子１１５ｂのＩｎＧａＮ層ＣＬは、例えば、層状に形成されている。例えば、発光層ＥＬの厚さのばらつきが抑制されている。発光層ＥＬの厚さのばらつきは、ＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さのばらつきよりも小さい。
【０１３５】
第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さのばらつきのＲＭＳは、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さの平均値よりも大きくてもよい。第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１は、互いに離間したＡｌＧａＮを含む複数の部分を含んでも良い。すなわち、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１は、島状に形成されてもよい。互いに離間した複数の部分のうちの少なくとも１つの部分は、Ｚ軸方向に垂直な少なくとも１つの方向において、例えば、１０ナノメートル以上２００ナノメートル以下の幅を有する。例えば、Ａｌ組成比ｘが０．５以上の場合において、ＡｌＧａＮ層ＭＬは、例えば、島状でも良い。
【０１３６】
例えば、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１が島状に形成されている場合、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の下の層（例えば、第１井戸層ＷＬ１）と、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の上の層（例えば、第１ＩｎＧａＮ層ＣＬ１）と、が部分的に接触している。
【０１３７】
厚さのばらつきが大きい第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を形成し、その上に層状の第１ＩｎＧａＮ層ＣＬ１を形成することで、発光層ＥＬの結晶品質が向上する。
【０１３８】
図１５は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１５は、図４に、半導体発光素子１１５ｂのデータを加えたグラフ図である。半導体発光素子１１５ｂのＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは、０．９である。
【０１３９】
図１５に表したように、Ａｌ組成比ｘの高い半導体発光素子１１５ｂにおいては、ピーク波長λｐが長い場合の出力ＯＰの低下が抑制されている。例えば、ピーク波長λｐが５７０ｎｍ以上の場合に、発光効率の低下の抑制が顕著である。
【０１４０】
例えば、Ａｌ組成比ｘが高く、厚さのばらつきの大きい第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１を形成する。第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の上に層状の第１ＩｎＧａＮ層ＣＬ１を形成する。これにより、発光層ＥＬの結晶品質が向上し、長波長における発光効率が向上する。
【０１４１】
図１６は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１６は、半導体発光素子１１２ａと半導体発光素子１１５ｂとにおける、動作電圧Ｖｏｐを例示している。半導体発光素子１１２ａにおいて、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは、０．３である。半導体発光素子１１５ｂにおいて、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘは、０．９である。図１６において、横軸は、電流（ｍＡ）である。縦軸は、動作電圧Ｖｏｐ（Ｖ）である。図１６に表したように、半導体発光素子１１５ｂの動作電圧は、半導体発光素子１１２ａの動作電圧よりも低い。
【０１４２】
例えば、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の厚さのばらつきが大きいと、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１と第１井戸層ＷＬ１との界面の面積が大きくなる。界面の面積が大きいと、例えば、電流の流れる面積が大きくなる。例えば、ＡｌＧａＮ層ＭＬが島状に形成された場合、互いに離間したＡｌＧａＮを含む各部分（各島）の間において電流が流れやすい。これにより、例えば、半導体発光素子１１５ｂにおいて、低い動作電圧が得られると考えられる。
【０１４３】
ＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さのばらつきが比較的大きい場合、ＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さが薄い領域において、例えば、電流（例えばトンネル電流）が流れ易くなる。これにより、例えば、半導体発光素子１１５ｂにおいて、低い動作電圧が得られると考えられる。
【０１４４】
半導体発光素子１１５ｂにおいては、例えば、Ｉｎ組成比ｙの高い第１ＩｎＧａＮ層ＣＬ１は、Ａｌ組成比ｘ１の高い第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１と、接している、または、近接している。第１ＩｎＧａＮ層ＣＬ１の格子定数と第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１の格子定数との差は大きい。例えば、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１に大きな歪みが生じる。歪みによって第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１に高い電界が生じる。例えば、第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１に三角ポテンシャルが生じ、鏡像効果が生じる。これにより、例えば、電流が流れやすくなる。
【０１４５】
実施形態に係る半導体発光素子においては、例えば、第１井戸層ＷＬ１に近づけて第１ＡｌＧａＮ層ＭＬ１が設けられる。これにより、量子シュタルク閉じ込め効果による発光効率の低下が抑制される。例えば、ＡｌＧａＮ層ＭＬのＡｌ組成比ｘが０．５以上の場合、黄色や赤色の長波長における発光効率が改善される。
【０１４６】
例えば、Ａｌ組成比ｘが０．５以上の場合、ＡｌＧａＮ層ＭＬの抵抗が高くなり、半導体発光素子の動作電圧が高くなり過ぎる場合がある。それに対して、半導体発光素子１１５ｂにおいては、ＡｌＧａＮ層ＭＬの厚さのばらつきが大きいことで、動作電圧を低減できる。  
Ａｌ組成比ｘが高く、厚さのばらつきが大きいＡｌＧａＮ層ＭＬを形成することで、長波長における発光効率が改善し、動作電圧が低減された半導体発光素子を提供できる。
【０１４７】
実施形態によれば、高効率の半導体発光素子及びその製造方法が提供できる。
【０１４８】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【０１４９】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１５０】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれるｎ形半導体層、ｐ形半導体層、発光部、発光層、井戸層、障壁層、ＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、中間層、窒化物半導体層及び電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１５１】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１５２】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１５３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５４】
１０…ｎ形半導体層、  １０ａ…第１主面、  １０ｂ…第２主面、  １０ｐ…第１部分、  １０ｑ…第２部分、  ２０…ｐ形半導体層、  ２１…第１ｐ形層、  ２２…第２ｐ形層、  ３０…発光部、  ５０…バッファ層、  ６０…基板、  ７０…ｎ側電極、  ８０…ｐ側電極、  ８１…第１ｐ側電極部、  ８２…第２ｐ側電極部、  １１０、１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ〜１１２ｅ、１１３ａ〜１１３ｄ、１１４ａ〜１１４ｃ、１１５、１１５ａ、１１５ｂ、１１９ａ〜１１９ｅ…半導体発光素子、  ＢＬ…障壁層、  ＢＬ１〜ＢＬｉ…第１〜第ｉ障壁層、  ＢＬＮ…ｎ側障壁層、  ＣＬ…ＩｎＧａＮ層、  ＣＬａ…ｐ側ＩｎＧａＮ層、  ＣＬａ１〜ＣＬａｉ、ＣＬａｎ…第１〜第ｉｐ側ＩｎＧａＮ層、第ｎｐ側ＩｎＧａＮ層、  ＣＬｂ…ｎ側ＩｎＧａＮ層、  ＣＬｂ１〜ＣＬｂｉ、ＣＬｂｎ…第１〜第ｉｎ側ＩｎＧａＮ層、第ｎｎ側ＩｎＧａＮ層、  ＣＬｕ１〜ＣＬｕｉ…面、  ＤＬ…窒化物含有層、  ＤＬａ…ｐ側窒化物含有層、  ＤＬａ１〜ＤＬａｉ、ＤＬａｎ…第１〜第ｉｐ側窒化物含有層、第ｎｐ側窒化物含有層、  ＤＬｂ…ｎ側窒化物含有層、  ＤＬｂ１〜ＤＬｂｉ、ＤＬｂｎ…第１〜第ｉｎ側窒化物含有層、第ｎｎ側窒化物含有層、  Ｅｆｆ…効率、  Ｅｇ…バンドギャップエネルギー、  ＥＬ…発光層、  ＥＬ１〜ＥＬｉ、ＥＬｎ…第１〜第ｉ発光層、第ｎ発光層、  ＭＬ…ＡｌＧａＮ層、  ＭＬ１〜ＭＬｉ、ＭＬｎ…第１〜第ｉＡｌＧａＮ層、第ｎＡｌＧａＮ層、  ＭＬｕ１〜ＭＬｕｉ…面、  ＳＬ…中間層、  ＳＬ１〜ＳＬｉ、ＳＬｎ…第１〜第ｉ中間層、第ｎ中間層、  ＯＰ…光出力、  Ｔ１〜Ｔ４…第１〜第４温度、  Ｖｏｐ…動作電圧、  ＷＬ…井戸層、  ＷＬ１〜ＷＬｉ…第１〜第ｉ井戸層、ＷＬｕ１〜ＷＬｕｉ…面  ｄ１…第１距離、  ｄ２…第２距離、  λｐ…ピーク波長
【図１】
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【図２】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図３】
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【図１３】
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【図１４】
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