【事件の表示】
　特許第３４３３０３８号「半導体発光装置」の請求項１ないし４に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３４３３０３８号の請求項１ないし４に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　本件特許第３４３３０３８号は、平成９年２月２４日に特許出願され、平成１５年５月２３日に特許権の設定登録がなされたが、特許異議の申立てがなされ、取消理由が通知され、その指定期間内である平成１６年６月８日に訂正請求がなされたものである。
　
２．訂正の適否についての判断
（１）訂正事項
　特許権者の請求する訂正の内容は、次のとおりである。
　ａ．特許請求の範囲の請求項３に係る記載を「【請求項３】前記活性層の
厚さ方向の中央部における
　ｂ．明細書の段落【０００１】に「半導体半導体発光装置」とあるのを「半導体発光装置」と訂正する。
　ｃ．明細書の段落【００２５】に「含むことをを」とあるのを「含むことを」と訂正する。
　ｄ．明細書の段落【００６０】に「次のようなの」とあるのを「次のような」と訂正する。
　ｅ．明細書の段落【００８５】に「活性層の平均Ｉｎ組成」とあるのを「活性層の
厚さ方向の中央部における
　
（２）訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　上記訂正事項ａは、請求項３に記載された「平均Ｉｎ組成は１０％以上である」と規定された領域をより明確にしようとするものである。
　明細書の段落【００５４】には、「井戸層のＩｎ組成２０％、厚さ２ｎｍ、障壁層のＩｎ組成５％、厚さ４ｎｍとすれば、このときのＩｎの平均組成は約１０％になる。このようにＩｎの平均組成が１０％に近いか又はそれ以上であれば、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とＧａＮガイド層との間に生じる歪みが過大になり、高品質のＧａＮ系ＬＤを得ることが困難であった。」と記載され、段落【００５５】には、「この問題を解決するために、本第２の実施の形態において、図４に示す断面構造のＧａＮ系ＬＤを試作した。…」と記載されている。そして、第２の実施形態においては、段落【００５４】で規定したのと同様に、ＭＱＷ活性層の井戸層の厚さは２ｎｍでＩｎ組成は２０％、障壁層の厚さは４ｎｍでＩｎ組成は５％、平均Ｉｎ組成は１０％となっている。一方、組成変調層の平均Ｉｎ組成はこれよりも低くなっている。つまり、平均Ｉｎ組成が１０％以上となるのはＭＱＷ活性層部分のみとなっている。
　このことから、平均Ｉｎ組成が１０％以上となる領域が、第２の実施形態においてはＭＱＷ活性層を意味しているのは明らかである。ここで、特許請求の範囲においては、実施形態のＭＱＷ活性層及び組成変調層を含めて活性層と称しており、ＭＱＷ活性層は活性層の厚さ方向の中央部に位置するものである。従って、請求項３において、「活性層の厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成」とすることにより、平均ｌｎ組成が１０％以上となる領域が明確になる。
　また、仮に請求項３における平均Ｉｎ組成の対象部位が組成変調層を含んだ活性層全体と解されると、第２の実施形態では平均ｌｎ組成が１０％よりも小さいことになり、請求項３と実施形態との矛盾が生じる。このことからも、単に「平均Ｉｎ組成」とするのではなく、「厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成」とすることにより、誤った解釈を無くすことができ、請求項３の記載が明瞭になる。
　以上のことから、上記訂正事項ａは、不明瞭な記載の釈明を目的とするものであると認められ、また、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　上記訂正事項ｂないしｄは、誤記の訂正を目的とするものであり、また、願書に最初に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　上記訂正事項ｅは、上記訂正事項ａで請求項３を訂正したことに伴い、発明の詳細な説明の記載を訂正したものであり、不明瞭な記載の釈明を目的とするものであり、また、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内の訂正であり、特許請求の範囲を拡張し又は変更するものでもない。
　
（３）むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項の規定並びに同条第３項で準用する特許法第１２６条第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．特許異議の申立てについての判断
（１）理由の概要
　申立人は、甲第１号証：特開平８−３１６５２８号公報及び甲第２号証：日経エレクトロニクス、1996.1.15(no.653)p13-15を提出して、本件の請求項１ないし３に係る発明は、甲第１号証に記載された発明であるか、甲第１号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたものであり、また、本件の請求項４に係る発明は、甲第１号証及び甲第２号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたものであるから、これらの発明は、特許法第２９条第１項第３号又は第２項に規定する発明に該当するので、特許法第１１３条第２号の規定によりこれらについての特許を取り消すべきと主張している。
　また、申立人は、請求項１に係る発明は不明確であり、また、請求項３及び４に係る発明は発明の詳細な説明に記載されていないので、本件明細書は特許法第３６条第６項に規定する要件を満たしておらず、特許法第１１３条第４号の規定によりこれらの請求項に係る特許を取り消すべきと主張している。
　
（２）本件発明
　本件訂正明細書の特許請求の範囲に記載される請求項１ないし４に係る発明（以下、それぞれ、「本件発明１」等という。）は、次のとおりである
「【請求項１】ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる障壁層と、ＩｎzＡｌwＧａ1-z-wＮ（ｘ＜ｚ、０＜ｚ≦１、０≦ｗ≦１、０≦ｚ＋ｗ≦１）からなる井戸層とが、交互に積層された超格子からなり、キャリアを閉じ込めて発光領域となる活性層を有する半導体発光装置において、
　前記超格子からなる活性層は、厚さ方向の終端部における井戸層と障壁層との平均Ｉｎ組成が、厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成よりも低いことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】前記活性層は光を閉じ込めるためのガイド層又はクラッド層で厚さ方向から挟まれ、前記活性層の前記ガイド層又はクラッド層と隣接する領域における井戸層と障壁層との平均Ｉｎ組成の方が、前記活性層の厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成よりも、前記ガイド層又はクラッド層における平均Ｉｎ組成に近いことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】前記活性層の
厚さ方向の中央部における
【請求項４】前記活性層と前記ガイド層又はクラッド層との間に、前記活性層を保護するためのキャップ層を具備することを特徴とする請求項２又は３記載の半導体発光装置。」
　
（３）刊行物に記載された発明
　甲第１号証（特開平８−３１６５２８号公報）には、窒化物半導体発光素子について記載されており、段落【００５９】には実施例１０として
「【００５９】実施例１０
第１のｎ型クラッド層５としてＳｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎを５００オングストロームの膜厚で形成した。次に活性層６を形成するために、井戸層としてノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを１０オングストロームの厚さに形成し、その上に障壁層としてノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを１０オングストロームの厚さに形成し、これを交互に４回づつ繰り返し、最後にノンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を１０オングストローム形成して、総厚９０オングストロームの多重量子井戸構造の活性層を形成した。次に、活性層の上に第１のｐ型クラッド層として、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎを５００オングストロームの膜厚で形成する。その他は実施例１と同様にしてサファイアの上に所定の窒化物半導体を積層したウェーハを作製した。」と記載されている。
　
　甲第２号証（日経エレクトロニクス、1996.1.15(no.653)p13-15）には、半導体レーザの構造が記載されており、ＩｎＧａＮ多重量子井戸層の上に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層が形成された構造が記載されており、さらに、図４の説明の箇所に「多重量子井戸の部分は、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ井戸層とＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎの障壁層のペアを26層重ねた構造となっている。この上にｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を挿入することで、レーザの性能が向上する。日亜化学工業では、この層が熱分解しやすいＩｎＧａＮ層を保護する働きをすると見ている。」と記載されている。
　
（４）特許法第２９条についての判断
　本件発明１と甲第１号証に記載された発明を対比する。
　異議申立人の提出する参考資料１、２及び４を参照するに、超格子とはせいぜい１００Å程度以下の膜厚の井戸層及び障壁層を積み重ねたものであると認められ、また、甲第１号証では、井戸層及び障壁層について、段落【００３１】に「多重量子井戸構造の活性層において、井戸層の厚さは、数オングストローム〜数十オングストロームにし、障壁層も同様に数オングストローム〜数十オングストロームの厚さとし、井戸層と障壁層とを積層して、多重量子井戸構造とする。」と記載され、上記実施例１０においても、井戸層及び障壁層は、それぞれ１０オングストロームの厚さで形成されていることから、膜厚が５００オングストロームである甲第１号証の実施例１０における第１のｎ型クラッド層５及び第１のｐ型クラッド層７が、障壁層と井戸層とが交互に積層されて構成される本件発明１の超格子を構成するものでないことは明らかである。
　甲第１号証の第１のｎ型クラッド層５及び第１のｐ型クラッド層７は、本件発明２の「ガイド層又はクラッド層」に対応するものであると認められる。
　そして、甲第１号証における、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを１０オングストロームの厚さに形成した井戸層と、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを１０オングストロームの厚さに形成した障壁層とを積層したものは、超格子の活性層を形成しているものと認められるから、本件発明１と甲第１号証に記載された発明は、ともに「ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる障壁層と、ＩｎzＡｌwＧａ1-z-wＮ（ｘ＜ｚ、０＜ｚ≦１、０≦ｗ≦１、０≦ｚ＋ｗ≦１）からなる井戸層とが、交互に積層された超格子からなり、キャリアを閉じ込めて発光領域となる活性層を有する半導体発光装置」の発明である点で一致するものの、本件発明１では、「前記超格子からなる活性層は、厚さ方向の終端部における井戸層と障壁層との平均Ｉｎ組成が、厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成よりも低い」とされているのに対し、甲第１号証のものは、いずれの井戸層も全てＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎであり、また、障壁層も全てＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎであって、本件発明１のように終端部における井戸層と障壁層の平均Ｉｎ組成を変えることについては、甲第１号証に記載も示唆もされていない。
　したがって、本件発明１が甲第１号証に記載された発明であるとはいえず、また、甲第１号証に記載されたものに基いて当業者が容易に発明できたということもできない。
　また、本件発明２ないし４は、いずれも本件発明が有する事項を全て含んで構成されるものであるから、甲第２号証に本件発明４のキャップ層に関する記載があるにしても、甲第１号証に記載された発明であるとも、また、甲第１〜２号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたものであるということもできない。
　よって、本件請求項１ないし４に係る特許を特許法第１１３条第２号の規定により取り消すべきとの申立人の主張は、採用できない。
　
（５）特許法第３６条についての判断
　ａ．申立人は、本件請求項１において、活性層の中央部の定義がないため、超格子が最小単位の場合には、活性層のどの部分を中央部と規定して、終端部の井戸層と障壁層との平均Ｉｎ組成と比較することができるのか、不明確である旨の主張をしている。
　しかしながら、本件発明１は、請求項１に記載のように、障壁層と井戸層とが交互に積層されており、厚さ方向の終端部における井戸層と障壁層との平均Ｉｎ組成が、厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成よりも低いと規定されるものであるから、その多重量子井戸構造は、活性層の中央部での障壁層と井戸層の平均Ｉｎ組成と終端部での障壁層と井戸層の平均Ｉｎ組成を比較できる構造のものであることは明らかであり、これらの比較ができないような構造のものは含まれないのであるから、申立人の主張は採用できない。
　また、申立人は、本件明細書においては超格子の定義が不明確であり、超格子の活性層の範囲が不明瞭である旨の主張している。
　しかしながら、参考資料１ないし４を参照すれば、超格子の技術的意味は当業者に理解できるものと認められ、本件請求項１に係る発明が不明確であるとはいえない。
　ｂ．申立人は、本件訂正前の請求項３に記載された「活性層の平均Ｉｎ組成は１０％以上である」は、発明の詳細な説明において記載されていないと主張しているが、本件請求項３は、「活性層の厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成は１０％以上である」と訂正されたことにより、本件発明の詳細な説明に記載されているものであることが明確になった。
　ｃ．申立人は、本件請求項４における活性層を保護するためのキャップ層は、発明の詳細な説明に記載されていない事項であり、請求項４の発明は、発明の詳細な説明において記載された発明ではない旨の主張をしている。
　しかしながら、活性層とガイド層又はクラッド層との間にキャップ層を設けることは、第３の実施形態として段落【００７０】〜【００７５】に記載されている。
　段落【００７０】〜【００７５】には、このキャップ層が活性層を保護するためのものであるとの記載はないが、段落【００１５】には、「ＭＱＷ活性層とｐ型ガイド層の間にキャップ層を導入することにより、ｐ型ガイド層形成時の昇温過程で活性層に生じる劣化を保護し、」と記載されていることからすれば、請求項４の「活性層を保護するためのキャップ層」との事項が本件明細書の発明の詳細な説明に記載されていないとはいえない。
　以上のとおりであり、本件明細書が特許法第３６条第６項第１号又は第２号の規定に違反しているとはいえず、本件請求項１、３及び４に係る特許を特許法第１１３条第４号の規定により取り消すことはできない。　
　
４．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、訂正後の本件請求項１ないし４に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１６年６月２３日（２００４．６．２３）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
半導体発光装置
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】
　ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる障壁層と、ＩｎｚＡｌｗＧａ１−ｚ−ｗＮ（ｘ＜ｚ、０＜ｚ≦１、０≦ｗ≦１、０≦ｚ＋ｗ≦１）からなる井戸層とが、交互に積層された超格子からなり、キャリアを閉じ込めて発光領域となる活性層を有する半導体発光装置において、前記超格子からなる活性層は、厚さ方向の終端部における井戸層と障壁層との平均Ｉｎ組成が、厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成よりも低いことを特徴とする半導体発光装置。
　【請求項２】
　前記活性層は光を閉じ込めるためのガイド層又はクラッド層で厚さ方向から挟まれ、前記活性層の前記ガイド層又はクラッド層と隣接する領域における井戸層と障壁層との平均Ｉｎ組成の方が、前記活性層の厚さ方向の中央部における平均Ｉｎ組成よりも、前記ガイド層又はクラッド層における平均Ｉｎ組成に近いことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
　【請求項３】
　前記活性層の
厚さ方向の中央部における
　【請求項４】
　前記活性層と前記ガイド層又はクラッド層との間に、前記活性層を保護するためのキャップ層を具備することを特徴とする請求項２又は３記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】
　本発明は半導体発光装置に係り、特に低動作電圧及び低しきい値電流密度を有するＧａＮ
系半導体発光
　【０００２】
　【従来の技術】
　従来ＧａＮ系半導体発光装置は、Ｍｇの添加によりｐ型ＧａＮ（以下ｐ−ＧａＮと略称する）の結晶成長に成功して以来、紫外及び青色領域の可視半導体レーザ及び半導体発光ダイオード（以下半導体レーザをＬＤ、発光ダイオードをＬＥＤと略称）として商品化が進められてきた。
　【０００３】
　ＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤの主な問題点は動作電圧が高いこと、及びＬＤ発光のしきい値電流密度が大きく活性層の発光効率が本来の値を示さないことである。その理由はＬＤの場合、ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）型のＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）量子井戸構造を有する活性層（以下ＭＱＷ活性層と略称）に大きな歪みが存在し、活性層の結晶の品質が低下すること、及び特にＭＱＷ活性層の最初の数個の井戸層と最後の数個の井戸層に大きな歪みが発生し、前記活性層の中央部に比べて両端部の光放出と吸収が長波長側にずれことのためである。
　【０００４】
　ガイド層及びクラッド層から加わる歪みは、前記外側の井戸層で緩和され、ＭＱＷ活性層の中央部に加わる歪みを低減する。歪み量が大きい外側の井戸層は中央部に比べてバンドギャップが小となり、ＭＱＷ活性層からの光出力が吸収されて減衰しＧａＮ系ＬＤのしきい値電流密度が増加する。
　【０００５】
　また前記ガイド層及びクラッド層から加わる歪みにより、外側の井戸層には格子欠陥が発生するので、この欠陥により生じた欠陥準位を通じて活性領域に注入された電子、正孔が再結合により消滅しＧａＮ系ＬＤの発光効率が低下する。同様な問題は均一な活性層を有するＧａＮ系ＬＥＤについてもみられる。
　【０００６】
　これらの問題点を回避するために、従来ＭＱＷ活性層の井戸層の数を例えば２０個以上に増加する方法がとられてきた。このように井戸層の数を増加すれば、外側の井戸層の光吸収や電子、正孔の再結合による光出力の減衰効果を薄めることができる。
　【０００７】
　このほか、ＭＱＷ活性層を構成する井戸層と障壁層との間にはヘテロ界面が形成され、このヘテロ界面には格子不整合によりある程度の欠陥が発生する。井戸層の数が多くなれば、ＭＱＷ活性層に井戸層と障壁層の多くの界面が含まれることになり、界面における欠陥の発生によりＭＱＷ活性層中に再結合中心が導入され光利得が減少する。
　【０００８】
　このためＧａＮ系ＬＤにおいては、ＭＱＷ活性層中でＬＤ発光に必要な十分な利得を得るため、井戸層の数を増加しなければならないと考えられてきた。しかし、ＭＱＷの井戸数が多ければ電子、正孔の輸送が妨げられ、実際にＬＤ発光に寄与する井戸層の数は２個〜３個程度に限定される。従って、例えばＩＩＩ−Ｖ族のＭＱＷ活性層を有するＬＤにおいて、最高の発光効率が得られる井戸層の数は大抵の場合１０個以下とされてきた。
　【０００９】
　近年、高密度光ディスクの読み出し、書き込み用の短波長ＬＤの必要性が高まりつつあるが、現在実用化されたＩｎＧａＡｌＰ系ＬＤの発光波長はおよそ６００ｎｍであり、次世代ＤＶＤシステムに求められる波長４００ｎｍ〜４３０ｎｍのＬＤを実現することは困難である。
　【００１０】
　ＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤは上記の波長領域のみならず、さらに短波長の光源となりうることが知られている。しかしＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤは、従来の材料に比べて製造方法に多くの技術的問題点が含まれる。その主なものは主要材料のＧａＮとＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）との格子定数が異なることである。
　【００１１】
　ＩｎＧａＮ（以下とくに必要な場合を除き、組成を示すサフィックスを省略）は通常活性層として用いられ、ＧａＮはガイド層として用いられるが、両者の格子不整合が大きいため、活性層中のＩｎの平均組成が１０％を越えれば、活性層とガイド層の界面における歪みが大きくなる。このときｐ−ＧａＮガイド層形成に必要な２００□〜４００□程度の温度上昇を行えば、ＩｎＧａＮ活性層が劣化又は破壊することが実験的に知られている。
　【００１２】
　従って通常活性層中のＩｎの平均組成は１０％以下とされるが、この場合にも活性層の劣化は存在し歩留まりが低下する。活性層の劣化は前記格子不整合によるもののほか、活性層中のＩｎが移動または蒸発することが他の原因の１つと考えられ、このため活性層中のＩｎ組成が不均一になり、低電圧動作のＬＤ、ＬＥＤ、低しきい値電流密度のＬＤを得ることが困難になる。
　【００１３】
　一方Ｉｎの平均組成を下げれば電子及び正孔がＬＤ発光に寄与する活性領域から外部に溢れるキャリアオーバーフロー効果を生じやすくなり、キャリア閉じ込めはもとより、光閉じ込めも悪くなるのでＬＤ発光の効率向上のためには好ましくない。
　【００１４】
　このように、現状ではキャリア閉じ込めと光閉じ込めの双方から要求されるＩｎ組成の大きい活性層を用いることができず、ＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤの活性層の平均Ｉｎ組成は１０％以下（井戸層のＩｎ組成１５％以下）に限定されてきた。
　【００１５】
　ＭＱＷ活性層とｐ型ガイド層の間にキャップ層を導入することにより、ｐ型ガイド層形成時の昇温過程で活性層に生じる劣化を保護し、かつキャリアオーバーフローを防止する技術も開発されているが、現状では劣化を完全に防止するに至っていない。
　【００１６】
　また、ＧａＮ系ＬＤにおいてはキャリアを構成する電子と正孔の内、電子密度が正孔密度に比べて大きいため、電子が活性層を通過してｐ側電極まで流れるキャリアオーバーフロー効果を生じやすく、これを防止するため前記キャップ層としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＞０．１）を用いる必要があり、キャップ層のＡｌ組成が大きいために動作電圧が高くなるという問題があった。
　【００１７】
　【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来のＧａＮ系ＬＤはＭＱＷ活性層における歪みの影響を回避することを目的に、ＭＱＷ活性層中の井戸数を過剰に設けていたため、ＬＤの動作電圧としきい値電流密度が過大になるという欠点があった。
　【００１８】
　もし、ＭＱＷ活性層の内部、及びその周辺層との格子定数の差による歪みの影響がなければ、井戸の数は少ない方がＬＤ発光の効率は高くなる。本発明は上記の問題点を解決すべくなされたものであり、ＭＱＷ活性層に加わる歪の影響を除去することにより、少ない井戸数で高い発光効率を示すＧａＮ系半導体発光装置を得ようとするものである。
　【００１９】
　従来、ＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤの活性層とそれに隣接するガイド層との格子不整合が大きく、このため活性層のＩｎ組成が大きい場合には、前記活性層とガイド層との界面に歪みのエネルギーが蓄積し、前記界面領域や活性層内部に格子欠陥を発生し、高品質のＬＤが得られず歩留まりも悪いという問題があった。また活性層のＩｎ組成が小さい場合には、キャリアオーバーフロー効果が生じやすく、しきい値電流密度の低いＬＤが実現できないという問題があった。
　【００２０】
　本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、ガイド層とＭＱＷ活性層との間に、このＭＱＷ活性層の井戸層・障壁層とは異なるＩｎ組成または厚さを有する井戸層と障壁層と介在させることにより、上記の相反する２つの問題を同時に解決し、歩留まりが高く高品質で、かつ、しきい値電流密度が低いＧａＮ系ＬＤを提供し、またＬＥＤへの適用を図ることを目的とする。
　【００２１】
　【課題を解決するための手段】
　本発明の半導体発光装置は、ＭＱＷ活性層とガイド層又はクラッド層と隣接する領域に、格子定数の差から生じる歪みの影響を吸収するための井戸層と障壁層を設けることに特徴がある。このようにして、ＭＱＷ活性層の井戸数を増加することなく、ストライプ状の活性層全域に亘って均一なＬＤ発光を得ることができる。
　【００２２】
　また本発明の半導体発光装置は、ＭＱＷ活性層とガイド層又はクラッド層と隣接する領域に、前記ＭＱＷ活性層とは組成が異なる井戸層と障壁層を設け、その井戸層と障壁層の平均組成が隣接するガイド層又はクラッド層に近くなるようにして、ガイド層又はクラッド層と前記ＭＱＷ活性層との界面に生ずる歪みを減少させ、また同時にＭＱＷ活性層を構成する井戸層と障壁層のバンドギャップ差を界面に近づくに従って広げることにより、キャリアオーバーフロー効果を防止することに特徴がある。
　【００２３】
　具体的には本発明の半導体発光装置は、障壁層と井戸層とが交互に積層された超格子構造からなる活性層を有し、前記活性層は、前記超格子の中央部の障壁層及び井戸層とは少なくとも組成及び厚さのいずれかが異なる、少なくとも１つの障壁層及び井戸層のいずれかを終端部に含むものであることを特徴とする。
　【００２４】
　好ましくは前記超格子構造からなる活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる障壁層と、ＩｎｚＡｌｗＧａ１−ｚ−ｗＮ（ｘ＜ｚ、０＜ｚ≦１、０≦ｚ＋ｗ≦１）からなる井戸層とが交互に積層された超格子からなるものであり、前記組成は少なくともｘおよびｚのいずれか１つであることを特徴とする。
　【００２５】
　本発明の半導体発光装置は、超格子構造からなる活性層が、ガイド層及びクラッド層のいずれかと隣接する領域に、活性層の中央部と比べて井戸層と障壁層との平均組成がガイド層及びクラッドのいずれかの組成に近い積層領域を含む
ことを特徴
　【００２６】
　また本発明の半導体発光装置は、超格子構造からなる活性層が、ガイド層及びクラッド層のいずれかと隣接する領域に、活性層の中央部と比べて井戸層と障壁層のバンドギャップの差を広げた積層領域を含むことを特徴とする。
　【００２７】
　また好ましくは本発明の半導体発光装置は、超格子構造からなる活性層が、ガイド層及びクラッド層のいずれかとの間に、キャップ層を具備することを特徴とするものである。
　【００２８】
　【発明の実施の形態】
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。はじめに各実施の形態に共通する事項について具体的に説明する。現在開発されているＧａＮ系ＬＤの断面構造を図１１に示す。ＧａＮ系ＬＤは、サファイア基板１、ｎ−ＧａＮコンタト層２、Ｔｉ／Ａｕ下部電極３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４、ｎ−ＧａＮガイド層５、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ活性層６（以下ＩｎＧａＮ／ＧａＮ・ＭＱＷ活性層と略称）、ｐ−ＧａＮガイド層７、ｐ−ＡｌＧａＮクラツド層８、ｐ−ＧａＮコンタクト層９、ＳｉＯ２膜１０、Ｎｉ／Ａｕ上部電極１１からなっている。
　【００２９】
　活性層は通常ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮ（０＜ｘ＜０．３）の井戸数が２０程度のＭＱＷ活性層により構成されている。ＡｌＧａＮクラッド層はバンドギャップの値が大きく、キャリア閉じ込めと光出力の活性層への閉じ込めを行うことができる。
　【００３０】
　図１１に示すＧａＮ系ＬＤは、ＬＤを構成する多層構造がサファイア基板上に形成されている。またＬＤ発光のしきい値電流密度を低減するため、ＳｉＯ２絶縁膜１０を用いてストライプ状の電流狭窄構造を形成する。このほか、例えば埋め込みストライプ型のような他の電流狭窄構造を用いることもできる。
　【００３１】
　図１２は前記ＧａＮ系ＬＤの活性領域近傍の詳細を示すバンド構造図である。簡単のため井戸数は５個の場合が示されている。通常の２重ヘテロ接合型ＬＤの構造から、図１２に示すようなＭＱＷ活性層を有するＧａＮ系ＬＤの構造を類推することができる。
　【００３２】
　しかし、活性領域とこれを囲む光ガイド領域との間には格子定数の差があるので、これがＭＱＷ活性層を有するＬＤの構造を制限する。ＧａＮ系ＬＤを構成する材料の組成とバンドギャップ、及び格子定数との間の関係を図１３に示す。
　【００３３】
　ＧａＮ系ＬＤの活性層はＩｎｘＧａ１−ｘＮを用いて形成し、ガイド層は通常ＧａＮ、クラッド層はＧａｙＡｌ１−ｙＮを用いて形成される。図１３においてｘを１から０まで変化すれば、図のＧａＮの点とＩｎＮの点とを結ぶ直線に沿ってバンドギャップと格子定数とが変化し、ｙを１から０まで変化すればＧａＮの点とＡｌＮの点とを結ぶ直線に沿ってバンドギャップと格子定数とが変化する。
　【００３４】
　ＬＤの発光効率を高めるためには、活性層と導波層との間及び導波層とクラッド層との間に一定のバンドギャップの差を設けることが必要となる。図１３からＧａＮとＩｎＮとを結ぶ直線の横軸に対する傾斜は、ＧａＮとＡｌＮとを結ぶ直線の横軸との傾斜に比べて大きいので、同程度のバンドギャップの差に対して、ＧａＮ導波層とＩｎＧａＮ活性層との間の格子定数の差の方が、ＧａＮ導波層とＡｌＧａＮクラッドとの間の格子定数の差に比べて大きいことがわかる。なお図１３では、一例としてＩｎｘＧａ１−ｘＮ活性層の組成ｘ＝０．２の場合の活性層とＧａＮ導波層との間に生じる格子不整合の程度が示されている。
　【００３５】
　このように、ＩｎＧａＮ活性層に対してその周辺材料から加わる歪みに着目すれば、前記ＩｎＧａＮ活性層に隣接するＧａＮ導波層によるものが大きく、これに比べてＡｌＧａＮクラッド層の組成変化から加わるものは小さい。従ってＩｎＧａＮ／ＧａＮ・ＭＱＷ活性層についても、同様にＧａＮガイド層との格子不整合によって前記ＭＱＷ活性層とガイド層の界面に歪みが蓄積されることを図１３から読み取ることができる。
　【００３６】
　上記の説明では、ＭＱＷ活性層の上下に隣接してＧａＮガイド層が形成され、さらにその上下に隣接してＡｌＧａＮクラッド層が形成される場合についてのべたが、ＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤの構造は必ずしもこれに限定されるものではなく、活性層にクラッド層が隣接する場合や、均一な活性層にガイド層、クラッド層が隣接する場合等、種々の組み合わせが存在する。
　【００３７】
　例えばＭＱＷ活性層にＡｌＧａＮクラッド層が直接隣接する場合についても、図１３から両者の格子不整合が大きく、その界面に歪みが蓄積するは明らかである。また活性層がＭＱＷ構造でなくて均一なＩｎＧａＮであっても、ＧａＮ導波層との界面に歪みが蓄積されることがわかる。
　【００３８】
　格子歪み零のＬＤ、ＬＥＤを形成する方法として、例えばＩｎｚＡｌｗＧａ１−ｚ−ｗＮ（０≦ｚ＋ｗ≦１）のような４元化合物を用いる方法がある。このときｚとｗとを制御すれば、図１２の３角形の範囲内において格子定数の値を変化することなくバンドギャップのみを連続的に変化することができるので、原理的には格子歪み零のＬＤ，ＬＥＤを設計することができる。
　【００３９】
　しかし、実際には２個の組成パラメータｚとｗとを最適条件に制御しつつ良好な結晶成長を行うことはいちじるしく困難であり、また、このような４元系化合物の材料特性も十分には解明されていないのが現状である。
　【００４０】
　従って実際上ＧａＮ系ＬＤ、ＬＥＤの構成材料は２元、３元化合物に限定され、上記格子不整合により生じた歪みにより、ＭＱＷ活性層は図１４に示すような構造のものとなる。すなわちＧａＮ導波層からの歪みにより、図１２に示した無歪み状態のＭＱＷ活性層のバンド構造が変形し、外側の井戸層は中央部の井戸層に比べてバンドギャップの幅が狭くなる。
　【００４１】
　図１４から、中央部の井戸層から放出された光は、歪みによりバンドギャップが縮小した外側の井戸層において吸収されることがわかる。またこのような歪みは外側の井戸層のバンド間に欠陥準位を生じ、その光吸収も無視することができない。
　【００４２】
　次に図１に基づき本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る、ＭＱＷ活性層を有するＧａＮ系ＬＤの構造を示す断面図である。上記したように、中央部の井戸層の光出力が外側の井戸層により吸収されるという問題を解決するために、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ・ＭＱＷ活性層６の上下に隣接してＩｎＧａＮ／ＧａＮ歪緩和層１２、１３を導入した。なお図２に示すように、前記歪緩和層も超格子構造を有し、ＭＱＷ活性層の両端の構造を中央部と変化させたものとみなすことができる。
　【００４３】
　その他のＬＤの構造は図１１に示したものと同様である。前記ＩｎＧａＮ／ＧａＮ歪緩和超格子１２、１３は、ＧａＮガイド層からＭＱＷ活性層６に加わる歪みを零にするバッファ層として作用する。
　【００４４】
　ＭＱＷ活性層６、歪緩和層１２、１３、ＧａＮ導波層５、７、ＡｌＧａＮクラッド層４、８からなる本第１の実施の形態に係るＧａＮ系ＬＤのバンド構造を図２に示す。但し図２においては、前記材料間の格子定数の差に基づく歪効果は考慮せず、単に材料の組成のみで決まるバンド構造を示している。
　【００４５】
　ここにＭＱＷ活性層６の井戸層となるＩｎｘＧａ１−ｘＮの組成はｘ＝０．２であり、図１で説明した従来の典型的なＧａＮ系ＬＤのｘの値の範囲内である。ＭＱＷ活性層の障壁層は、ＧａＮか又はＩｎ組成の非常に小さいＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜０．０５）を用いた。
　【００４６】
　歪緩和層中の井戸層は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．０５）を用いて形成したが、このときＩｎ組成ｘはＭＱＷ活性層の井戸層のＩｎ組成の１／４〜１／３の値までのものを用いることができた。歪緩和層中の障壁層はＧａＮか又はＩｎ組成の非常に小さいＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜０．０５）を用いた。図２では歪緩和層中の障壁層としてＧａＮを用いる場合が示されている。
　【００４７】
　歪緩和層の井戸数はＭＱＷ活性層の井戸層となる材料の組成で定まる。歪緩和層の井戸層のＩｎ組成とＭＱＷ活性層の井戸層のＩｎ組成との比が大きい程歪み量は大きく、歪みを零にするための歪緩和層の井戸数も大きくしなければならない。しかし、前記井戸数の範囲としては２〜５程度で十分な効果が得られた。
　【００４８】
　歪効果を考慮した本第１の実施の形態におけるＧａＮ系ＬＤのＩｎＧａＮ／ＧａＮ・ＭＱＷ活性層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ歪緩和層、ＧａＮ導波層のバンド構造を図３に示す。このように歪緩和層中の井戸層の材料が適切に選択されていれば、歪効果を考慮しても前記歪緩和層のバンドギャップはＭＱＷ活性層のバンドギヤップより大きな値を維持することができる。
　【００４９】
　また歪みにより前記歪緩和層中に生じた欠陥の深い準位についても、図３に示すように、ＭＱＷ活性層のバンドギヤップの外側に位置することになり、欠陥の深い準位によるキャリア再結合の確率は、ＭＱＷ活性層におけるキャリアの直接再結合の確率に比べて無視できることがわかった。
　【００５０】
　次に図４乃至図６に基づき、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１３から明らかなように、井戸層のＩｎ組成は障壁層のＩｎ組成より大きくなっている。ＭＱＷ活性層は通常３から３０程度の井戸層と障壁層の繰り返しから構成される。
　【００５１】
　ガイド層は通常単層のＧａＮからなり、またクラッド層はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ□０．３）から構成される。ＭＱＷ活性層の平均Ｉｎ組成が１０％を越えれば、ＭＱＷ活性層とガイド層との界面に歪みが生じ、高品質なＭＱＷ活性層が得られないことが知られている。
　【００５２】
　図１２に示すように、通常ＩｎＧａＮ／ＧａＮ・ＭＱＷ活性層中では、井戸層と障壁層の組成及び膜厚は一定にされるため、井戸層の示すバンドギャップと障壁層の示すバンドギャップは活性層中でそれぞれ一定に保たれる。
　【００５３】
　図６は図４に示す構造のＧａＮ系ＬＤのＭＱＷ活性層及びその近傍における井戸層のＩｎ組成、障壁層のＩｎ組成、活性層の平均Ｉｎ組成、及びバンドギャップを模式的に示したものである。第２の実施の形態においては、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮからなるＭＱＷ活性層（以下ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層と略称）を用いた場合について説明する。
　【００５４】
　井戸層のＩｎ組成２０％、厚さ２ｎｍ、障壁層のＩｎ組成５％、厚さ４ｎｍとすれば、このときのＩｎの平均組成は約１０％になる。このようにＩｎの平均組成が１０％に近いか又はそれ以上であれば、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とＧａＮガイド層との間に生じる歪みが過大になり、高品質のＧａＮ系ＬＤを得ることが困難であった。
　【００５５】
　この問題を解決するために、本第２の実施の形態において、図４に示す断面構造のＧａＮ系ＬＤを試作した。図１１の従来構造との違いはＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮからなるＭＱＷ活性層（以下ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層と略称）６と、ＧａＮガイド層５、７との間に、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層６の障壁層に比べて、障壁層のＩｎ組成が低いＩｎｚＧａ１−ｚＮ／ＩｎｗＧａ１−ｗＮからなる組成変調層（以下ＩｎＧａＮ組成変調層と略称）１４、１５を設け、全体として前記ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とＧａＮ導波層との界面近傍における平均Ｉｎ組成を減少させたことに特徴がある。
　【００５６】
　ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とその両側のＧａＮ導波層との間に形成されたＩｎＧａＮ組成変調層等のバンド構造を図５に示す。このように本第２の実施の形態においては、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とその両側のＩｎＧａＮ組成変調層を含めて、基本的にはＭＱＷ活性層の周期性が保たれ、単に障壁層の組成を変化することにより、エネルギーバンドの振幅が変調されたようになるので、前記ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とＧａＮ導波層との間に導入した層をＩｎＧａＮ組成変調層とよぶことにした。
　【００５７】
　次に本第２の実施の形態のＧａＮ系ＬＤのしきい値電圧及びしきい値電流密度について、シミュレーションを行った結果について説明する。本シミュレーションにおいては、ＩｎＧａＮ組成変調層中の障壁層のＩｎ組成を０％、すなわちこの障壁層をＧａＮであるとした。
　【００５８】
　しかし、井戸層と障壁層との材料物性に急激な変化を生じないことが高品質のＬＤの多層構造を得る上から望ましいので、前記障壁層をＧａＮとせず、Ｉｎを数％程度添加した障壁層とすることもできる。但しＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層の中心付近における障壁層のＩｎ組成に比べれば、組成変調層中の障壁層のＩｎ組成は大幅に減少させるようにした。
　【００５９】
　図５は、図４に示すＧａＮ系ＬＤの活性層６と組成変調層１４、１５とガイド層５、７及びクラッド層４、８のバンド構造を示す模式図である。図５からＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層の両端部のＩｎＧａＮ組成変調層において、井戸層と障壁層のバンドギャップの差がＭＱＷ活性層中心付近に比べて広がる様子が示されている。
　【００６０】
　図６は図５の活性層６の近傍領域を取り出して、バンド構造と平均Ｉｎ組成との関連を示したものである。上記のようにＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層の両端部にＩｎＧａＮ組成変調層を導入したＧａＮ系ＬＤは、第１の実施の形態でのべたように、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とＧａＮガイド層の界面での歪みの影響を緩和する作用があるばかりでなく、ＬＤ装置として次の
ような特性
　【００６１】
　ＧａＮ系ＬＤの動作電圧と、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層中の井戸数との関係を図７に示す。図の実線は前記第２の実施の形態に係るＩｎＧａＮ組成変調層を有する場合であり、破線は比較のために示した組成変調層を有しない、従来のＧａＮ系ＬＤに関するシシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層のキャリア密度は共に１×１０１６ｃｍ−３として計算を行った。なおシミュレーション結果を示す各曲線に付したパラメータは、前記ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層の（井戸層のＩｎ組成／障壁層のＩｎ組成）を例えば（２０％／５％）等として示している。
　【００６２】
　前述したようにＩｎＧａＮ組成変調層の障壁層はＧａＮ、その井戸層のＩｎ組成は前記ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層中の井戸層のＩｎ組成と等しくしている。シミュレーションに用いた井戸層の厚さは２ｎｍ、障壁層の厚さは４ｎｍである。また組成変調層を含む場合、図８横軸のＭＱＷ井戸数は、ＭＱＷ活性層の井戸数に組成変調層に含まれる井戸数を加えたものであり、組成変調層を含まない場合のＭＱＷ井戸数は、ＭＱＷ活性層の井戸数そのものである。
　【００６３】
　図７に示すように、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層を有するＧａＮ系ＬＤの動作電圧は井戸数の増加と共に増加する。さらに同一のパラメータの値２０％／５％について比較すれば、実線で示す組成変調層を含むＧａＮ系ＬＤの動作電圧は、ＭＱＷ井戸数の増加と共に、組成変調層を含まない従来のＧａＮ系ＬＤの動作電圧に比べて低くなることがわかる。
　【００６４】
　動作電圧が低くなる理由は、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とＧａＮガイド層との間にＩｎＧａＮ組成変調層を含む本発明のＬＤでは、前記活性層と前記ガイド層の界面に前記組成変調層の障壁層が存在することにより、図６に示すように、実効的なヘテロ障壁が界面においてなだらかになるためである。
　【００６５】
　次にしきい値電流密度のＭＱＷ井戸数依存性を図８に示す。ｐ−ＧａＮガイド層、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層のキャリア密度は共に１×１０１６ｃｍ−３として計算を行った。その他のシミュレーション条件や、各曲線に付したパラメータの意味は図７と同様である。
　【００６６】
　図８に示すように、ＭＱＷ活性層を有するＧａＮ系ＬＤのしきい値電流密度もＭＱＷ井戸数の増加と共に増加する。しかし井戸層／障壁層のＩｎ組成比が２０％／５％の場合、組成変調層を含むＧａＮ系ＬＤは組成変調層を含まない従来のＧａＮ系ＬＤに比べてしきい値電流密度が最大３０％も減少することがわかる。
　【００６７】
　このことから、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層の両端にＩｎ組成の低い障壁層を設けて、組成変調層として作用する前記障壁層のバンドギャップの値をＭＱＷ活性層内の障壁層より拡大すれば、キャリアのオーバーフロー効果が抑制され、かつしきい値電流密度が大幅に減少することがわかる。
　【００６８】
　図７と図８に破線で示した組成変調層を含まない従来のＭＱＷ活性層のシミュレーション結果を比較すれば、Ｉｎ組成比の変化に対して、同一井戸数における動作電圧と動作電流密度との大小関係が逆転しており、従来のＧａＮ系ＬＤにおいて、動作電圧の低減としきい値電流密度の低減とは互いに相反する課題であったことがわかる。
　【００６９】
　これに対して組成変調層を含む本第２の実施の形態におけるＭＱＷ活性層では、動作電圧低減としきい値電流密度の低減とが同時に達成されることに大きな特徴がある。すなわち、従来相反する要求として解決できなかった低電圧、低しきい値電流密度で動作するという、実用的上もっとも重要な課題が本第２の実施の形態に示した組成変調層を含むＭＱＷ活性層により始めて達成されることが明らかになった。
　【００７０】
　次に図９に基づき本発明の第３の実施の形態について説明する。従来しきい値電流密度を下げるためには、活性層とｐ型ガイド層との間にＡｌＧａＮキャップ層をはさむ必要があったが、ＡｌＧａＮキャップ層はしきい値電流密度の低減には効果的であるが、動作電圧低減の目的に対しては不利である。
　【００７１】
　ＡｌｘＧａ１−ｘＮキャップ層をＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層とｐ−ＧａＮガイド層との間に介在させ、前記キャップ層のＡｌ組成ｘを変化させた場合について、ＧａＮ系ＬＤの動作電圧のＭＱＷ井戸数依存性をシミュレーションにより求めた結果を図９に示す。このシミュレーションに用いたＧａＮ系ＬＤの構造は、活性層がＩｎＧａＮ・ＭＱＷであること、またｘ＞０の場合、前記ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層６とｐ−ＧａＮガイド層７との間にＡｌＧａ１Ｎキャップ層が存在することが図１１に示すＧａＮ系ＬＤと異なる。
　【００７２】
　前記シミュレーションに用いたＬＤの主要部は、ｎ−ＧａＮコンタクト層２（３×１０１８ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４（１×１０１８ｃｍ−３、厚さ０．３μｍ）、アンドープのｉ−ＧａＮガイド層５（厚さ０．１μｍ）、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（２．５ｎｍ）／Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ（５ｎｍ）・ＭＱＷ活性層６、ｐ型又はアンドープｉ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮキャップ層（ｐ型の場合１×１０１６ｃｍ−３、厚さ２０ｎｍ）、ｐ型又はアンドープｉ型ＧａＮガイド層７（ｐ型の場合１×１０１６ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎクラッド層８（１×１０１６ｃｍ−３、厚さ０．３μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層９（１×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなっている。
　【００７３】
　図９に示すように、キャップ層を加えればキャップ層がない場合に比べて動作電圧が増加する。キャップ層のＡｌ組成ｘを増加すれば、前記キャップ層の障壁高さが増加するので動作電圧は増加することがわかる。キャップ層とガイド層とを導電性とした場合とアンドープｉ型とした場合との差は小さいが、導電性とする方がやや動作電圧を低くすることができる。
　【００７４】
　第３の実施の形態におけるＧａＮ系ＬＤは、前記第２の実施の形態で説明した組成変調層のしきい値電流密度の低減効果と、前記キャップ層のしきい値電流密度の低減効果との相乗効果により動作電圧の増加を抑制しつつ最適化を図り、低消費電力のＧａＮ系ＬＤを得ようとするものである。
　【００７５】
　すなわち第２の実施の形態の組成変調層を含むＧａＮ系ＬＤ作製する際、前記組成変調層とこれに隣接する導波層との間にさらに前記キャップ層を用いれば、しきい値電流密度低減のため従来求められていたＡｌ組成の大きいＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．１≦ｘ≦０．２）キャップ層を用いる必要がなくなり、Ａｌ組成の小さいＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ≦０．０５）を用いることができるので、図９のシミュレーション結果から動作電圧低減に極めて効果的であることがわかる。このときキャップ層の作用として、このキャップ層がない場合に比べてしきい値電流密度がさらに低下することはいうまでもない。
　【００７６】
　次に図１０に基づき、本発明の第４の実施の形態について説明する。本第４の実施の形態におけるＧａＮ系ＬＤは、前記第１の実施の形態で説明した歪緩和層の作用と前記第２の実施の形態で説明した組成変調層の作用とを組み合わせることにより、両者の利点を相乗的に発揮しようとするものである。
　【００７７】
　すなわち図１０に示すように、ＩｎＧａＮ・ＭＱＷ活性層の両側に隣接してＩｎＧａＮ組成変調層を形成し、さらにその外側に隣接してＩｎＧａＮ／ＧａＮ歪緩和層を形成し、その両端に隣接してＧａＮ導波層を形成する。
　【００７８】
　このようにすれば、前記歪緩和層及び前記組成変調層の作用により、ＧａＮ導波層とＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層との間の格子定数差に基づく歪みを前記ＭＱＷ活性層中でほぼ零とすることができ、また歪み緩和の際、前記歪緩和層に生じた欠陥準位やバンドギャップの変化を、全てＭＱＷ活性層の井戸層のバンドギャップの外側の範囲内とすることにより過剰吸収を除外することができる。
　【００７９】
　またＩｎＧａＮからなる組成変調層の作用として、さらに歪低減に役立つことのほか、キャリアオーバーフロー効果を抑制し、ＧａＮ系ＬＤのしきい値電流密度を大幅に低減することができる。さらに動作電圧を高めることなくしきい値電流密度を低減するには、第３の実施の形態にのべたキャップ層を組み合わせることが有効であることはいうまでもない。
　【００８０】
　なお本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。上記の実施の形態において、歪緩和層及び組成変調層はいずれもＭＱＷ構造に形成され、歪緩和層は主として井戸層のＩｎ組成をＭＱＷ活性層の井戸層よりも小さくし、また組成変調層は主として障壁層のＩｎ組成を前記ＭＱＷ活性層の障壁層よりも小さくして、それぞれバンドギャップの値を制御することによりその機能を達成している。
　【００８１】
　また組成変調層の機能として、障壁層と井戸層の組成と厚さを調整し、これらの平均組成を隣接するガイド層やクラッド層に近付けることをのべた。しかしＭＱＷ又は井戸数が１つのＳＱＷ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）構造において、とくに井戸層の厚さが極めて小さい領域では、井戸層の実効的なバンドギップの値は井戸層の組成ばかりでなく井戸層の厚さのみによつても変化することができる。
　【００８２】
　従って前記歪緩和層や組成変調層と同様の機能をＭＱＷを構成する層の組成のみならず、厚さを変化することによっても達成することができる。このとき厚さとＩｎ組成とを共に変化することにより、機能の最適化が図れることはいうまでもない。
　【００８３】
　また上記の実施の形態において、活性層、歪緩和層及び組成変調層の構造として、井戸層／障壁層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮ（０＜ｘ≦１）またはＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｘ≦１、ｘ＞ｙ、０＜ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるＭＱＷである場合について説明したが、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ／ＩｎｚＡｌｗＧａ１−ｚ−ｗＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１及びｘ＞ｚ、０＜ｚ≦１、０≦ｗ≦１、０≦ｚ＋ｗ≦１）からなるＭＱＷを用いる場合にもＩｎの組成を制御することにより、同様の機能を得ることができる。
　【００８４】
　また本発明はＭＱＷ活性層を有するＧａＮ系ＬＤについて説明したが、必ずしもＧａＮ系ＬＤに限定されるものではない。ＭＱＷ活性層を有する化合物半導体からなる発光装置であれば全て本発明を適用することができる。また例えば本発明の歪緩和層はＭＱＷ活性層に隣接して形成することに限定されるものではなく、従来の均一な組成の活性層を有するＧａＮ系ＬＥＤに対しても同様の機能を発揮することができる。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で、極々に変形して実施することができる。
　【００８５】
　【発明の効果】
　上述したように本発明の半導体発光装置によれば、活性層とガイド層または活性層とクラッド層との間の格子不整合を緩和し、界面における歪みを減少させ、低電圧、低しきい値電流密度で動作する高品質なＧａＮ系半導体発光装置を高い歩留まりで作製することが可能となる。特に活性層の
厚さ方向の中央部における
　【００８６】
　また活性層とガイド層との界面に近い領域において、活性層中の井戸層及び障壁層のバンドギャップの差を広大することにより、キャリア閉じ込めの効率を高めてキャリアオーバーフロー効果を防止し、レーザ発光のしきい値電流密度を低減することができる。
　【００８７】
　さらに活性層の平均組成とガイド層の組成との差が界面に近い領域において減少するため、界面に生じる実効的なヘテロ障壁が低くなり、キャリアオーバーフローの抑制効果を維持しつつ動作電圧を低減することができる。さらにキャップ層の付加による動作電圧の増加を最小限に抑制する効果がある。
【図面の簡単な説明】
　【図１】　本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図。
　【図２】　本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置のＭＱＷ活性層、ガイド層、クラッド層の歪み効果を無視したバンド構造図。
　【図３】　本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置のＭＱＷ活性層、ガイド層、クラッド層の歪み効果を考慮したバンド構造図。
　【図４】　本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図。
　【図５】　本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置のＭＱＷ活性層、ガイド層、クラッド層のバンド構造図。
　【図６】　本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置のＭＱＷ活性層の平均Ｉｎ組成とバンド構造との関係を示す図。
　【図７】　本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置の動作電圧のＭＱＷ井戸数依存性を、従来の半導体発光装置と比較した図。
　【図８】　本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光装置のしきい値電流密度のＭＱＷ井戸数依存性を、従来の半導体発光装置と比較した図。
　【図９】　本発明の第３の実施の形態に係るＡｌＧａＮキャップ層のＡｌ組成に対する動作電圧のＭＱＷ井戸数依存性の変化を示す図。
　【図１０】　本発明の第４の実施の形態に係る半導体発光装置のＭＱＷ活性層近傍領域のバンド構造図。
　【図１１】　従来のＭＱＷ活性層を有する半導体発光装置の断面図。
　【図１２】　従来の半導体発光装置のＭＱＷ活性層近傍領域のバンド構造図。
　【図１３】　半導体発光装置を構成するＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮ混晶の格子定数とバンドギャップの関係を示す図。
　【図１４】従来の半導体発光装置におけるＭＱＷ活性層のＧａＮガイド層と隣接する領域の歪みの影響を示すバンド構造図。
　【図１５】　従来の半導体発光装置のＭＱＷ活性層の特徴を示すバンド構造図。
　【符号の説明】
　１…サファイア基板
　２…ｎ−ＧａＮコンタクト層
　３…Ｔｉ／Ａｕ下部電極
　４…ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
　５…ｎ−ＧａＮガイド層
　６…ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＭＱＷ活性層
　７…ｐ−ＧａＮガイド層
　８…ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
　９…ｐ−ＧａＮコンタクト層
　１０…ＳｉＯ２膜
　１１…Ｎｉ／Ａｕ又はＰｔ／Ａｕ上部電極
　１２、１３…ＩｎＧａＮ／ＧａＮ歪み緩和層
　１４、１５…ＩｎＧａＮ組成変調層