(57)【要約】半導体発光素子は、井戸層と井戸層を挟持する障壁層とからなる化合物半導体の量子井戸構造を活性層とする。半導体発光素子の隣接する井戸層及び障壁層において、井戸層は、その電子注入側の障壁層との界面及びその近傍に、ｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域を部分的に有し、かつ、障壁層は、ｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域を、少なくとも界面及びその近傍に有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも化合物半導体からなる半導体発光素子であって、井戸層と前記井戸層を挟持する障壁層とを含む量子井戸構造からなる活性層を含み、前記井戸層はその電子注入側の前記障壁層との界面及びその近傍にｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域を部分的に有し、かつ、前記障壁層は前記ｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域を少なくとも前記界面及びその近傍に有する半導体発光素子。
【請求項２】
前記井戸層の膜厚をｗとするとき、前記井戸ドープ領域の膜厚ｔが０＜ｔ＜（ｗ／２）の範囲にある請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記障壁層は、前記ｎ型不純物が添加されていない障壁アンドープ領域を、前記井戸層の正孔注入側の界面及びその近傍に有する請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記障壁層の前記障壁アンドープ領域の膜厚は、前記井戸ドープ領域の膜厚以下である請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記障壁ドープ領域は前記障壁層の全体に広がっている請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記活性層の結晶構造はウルツ鉱構造であり、前記活性層の主面は（０００１）面である請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記化合物半導体はＢｘ’ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ’＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）のＩＩＩ族窒化物を主成分とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記ｎ型不純物は、Ｓｉ又はＧｅである請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記井戸ドープ領域及び障壁ドープ領域におけるｎ型不純物の濃度は、８Ｅ１７／ｃｃ〜１Ｅ１９／ｃｃである請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
少なくとも化合物半導体からなり、井戸層と前記井戸層を挟持する障壁層とを含む量子井戸構造からなる活性層を含む半導体発光素子の製造方法であって、ｎ型不純物を添加しつつ障壁層を成長して前記ｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域をその最表面まで形成する工程と、
前記最表面上に前記ｎ型不純物を添加しつつ井戸層を成長して、前記ｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域を、電子注入側の前記障壁層との界面としての前記最表面上に形成する工程と、を含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記井戸層の膜厚をｗとするとき、前記井戸ドープ領域の膜厚ｔが０＜ｔ＜（ｗ／２）の範囲にある請求項１０記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記障壁層は、前記ｎ型不純物が添加されていない障壁アンドープ領域を、前記井戸層の正孔注入側の界面及びその近傍に形成する工程を含む請求項１０又は１１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記障壁層の前記障壁アンドープ領域の膜厚は、前記井戸ドープ領域の膜厚以下である請求項１２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記障壁ドープ領域を形成する工程において、前記障壁ドープ領域を前記障壁層の全体に形成する請求項１０又は１１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記障壁ドープ領域を形成する工程において、前記障壁ドープ領域は、前記活性層の結晶構造がウルツ鉱構造となりかつ前記活性層の主面が（０００１）面となるように形成される請求項１０〜１４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記化合物半導体はＢｘ’ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ’＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）のＩＩＩ族窒化物を主成分とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ｎ型不純物は、Ｓｉ又はＧｅである請求項１０〜１６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記井戸ドープ領域及び障壁ドープ領域におけるｎ型不純物の濃度は、８Ｅ１７／ｃｃ〜１Ｅ１９／ｃｃである請求項１０〜１７のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】  ＩＩＩ族窒化物半導体（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙｌｎｙＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）の単結晶を用いた発光ダイオード及び半導体レーザダイオードなどの半導体発光素子は可視から紫外にわたる領域の光を発生する発光素子として開発されている。
膜厚数ｎｍ程度のバンドギャップの小さい半導体層をよりバンドギャップの大きな半導体層で挟み込んた量子井戸層を発光層とする半導体レーザ素子が実現されている。多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を変調ドープ構造とすることにより低しきい値動作を可能とする半導体レーザ素子も提案されている。
従来、ＩｎＧａＮ系半導体レーザにおいて、活性層となるＩｎＧａＮ−ＭＱＷへのＳｉなどの不純物ドーピングは、障壁層のみ或いは井戸層のみ又は両者に一様に施されていた（例えば、再公表特許ＷＯ９８／１９３７５号公報参照）。または、活性層にドーピングをしない、すなわちアンドープ（意図的に不純物ドーピングがなされていない）のＭＱＷも提案されている（例えば、特開２００１−７４４４号公報参照）。
従来、量子井戸構造の半導体発光素子でも動作電流密度が高く、実用に十分な特性は得られていない。よって、動作電流密度が低く連続発振に適した半導体発光素子が望まれている。
【発明の開示】
そこで、本発明の解決しようとする課題には、しきい電流密度の低い半導体発光素子を提供することが一例として挙げられる。
本発明の半導体発光素子は、井戸層と前記井戸層を挟持する障壁層とからなる化合物半導体の量子井戸構造を活性層とする半導体発光素子であって、隣接する前記井戸層及び前記障壁層において、前記井戸層は、その電子注入側の前記障壁層との界面及びその近傍に、ｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域を部分的に有し、かつ、前記障壁層は、前記ｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域を、少なくとも前記界面及びその近傍に有する。
本発明の半導体発光素子の製造方法は、井戸層と前記井戸層を挟持する障壁層とからなる化合物半導体の量子井戸構造を活性層とする半導体発光素子の製造方法であって、
ｎ型不純物を添加しつつ障壁層を成長して前記ｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域をその最表面まで形成する工程と、前記最表面から前記ｎ型不純物を添加しつつ井戸層を成長して前記ｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域をその最表面に至る前の電子注入側の前記障壁層との界面及びその近傍まで形成する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明による実施形態の多重量子井戸構造の半導体レーザ素子を示す概略断面図である。
図２は、本発明による実施形態の多重量子井戸構造の半導体レーザ素子における活性層を示す概略拡大断面図である。
図３は、本発明における多重量子井戸構造の試料及び比較例のＰＬ強度を示すグラフである。
図４〜９は、実験に用いた多重量子井戸構造の試料における活性層を示す概略拡大断面図である。
発明を実施するための形態
以下に、本発明による半導体発光素子について添付図面を参照しつつ、実施形態を用いて説明する。
図１は実施形態の一例であるＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を示す。この半導体レーザ素子は、単結晶サファイア基板１上に順に積層された、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、ｎ型ガイド層５、ＩｎＧａＮを主たる構成要素とする井戸層と障壁層の単数もしくは複数の対からなる量子井戸構造の活性層６、ｐ型ガイド層８、ｐ型クラッド層９、並びに、ｐ型コンタクト層１０からなり、ｎ型電極１４及びｐ型電極１３はｎ型コンタクト層３及びｐ型コンタクト層１０にそれぞれ接続されている。換言すれば、この半導体レーザ素子は、ＩＩＩ族窒化物からなる量子井戸構造の活性層の上下に位置しかつ正孔及び電子を活性層へ注入するｐ型及びｎ型のキャリア注入層より構成され、両キャリア注入層はそれぞれ、活性層を挟んでガイド層、クラッド層、コンタクト層の順に配置されてなる。ｐ型クラッド層９にはリッジストライプ部１８が形成されており、素子は電極を除きＳｉＯ２の絶縁膜１１で被覆保護されている。ｎ型及びｐ型クラッド層４，９は、ｎ型及びｐ型ガイド層５，８より低屈折率で作製され、ガイド層との屈折率差によって膜面方向の導波が行なわれる。リッジストライプ部１８はクラッド層９の膜厚を変化させることで実効屈折率に横方向の段差を生じさせて、発生した光を横方向に閉じ込めるために設けてある。ｎ型コンタクト層３は電流経路として設けられている下地層であり、基板であるサファイアに全く導電性がないために設けられている。なお、半導体レーザ素子において、低温成膜されたＧａＮ又はＡｌＮからなる、いわゆるバッファ層を、ｎ型コンタクト層３とサファイア基板１との間に設けることもできる。また、ｐ型ＡｌＧａＮからなる、特に電子の閉じ込めを更に強化する電子障壁層を、活性層６とｐ型ガイド層８の間に設けることもできる。
図２に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子の活性層６は、Ｓｉが部分的にドーピングされた井戸層６２と、隣接しＳｉがドーピングされた障壁層６１とが交互に積層された化合物半導体量子井戸構造を有している。井戸層６２及び障壁層６１は、化合物半導体であるＢｘ’ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（ｘ’＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）のＩＩＩ族窒化物を主成分とする単結晶膜の複数を順次エピタキシャル成長させて形成されている。
素子のｎ型電極１４及びｐ型電極１３間に電圧を印加し、ｎ型ガイド層５から電子が活性層６に注入された場合、活性層がＩｎ組成の高い（すなわちバンドギャップの小さい）井戸層６２とＩｎ組成の小さい（すなわちバンドギャップの大きな）障壁層６１とからなっているため、注入された電子は主として井戸層６２に集められる。ｐ型ガイド層８から注入された正孔とｎ型ガイド層５から注入された電子とが再結合して光が発生する。発生した光は、ガイド層及びクラッド層並びにリッジによって制限される。光は１対のクラッド層間の内側に閉じ込められ、リッジと平行方向に導波し、素子の端面より出射する。
図２に示すように、井戸層６２は、その電子注入側の障壁層６１との界面及びその近傍に、ｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域６２ａを部分的に有し、かつ、障壁層６１は、ｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域６１ａを、少なくとも界面及びその近傍に有している。
隣接する井戸層６２及び障壁層６１におけるｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域６２ａ及びｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域６１ａは、ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子の発光特性を改善する。
図２に示すように、井戸ドープ領域６２ａの膜厚ｔは、井戸層６２の膜厚をｗとするとき、０＜ｔ＜（ｗ／２）の範囲にあることが好ましい。障壁層６１は、ｎ型不純物が添加されていない障壁アンドープ領域６１ｂを、井戸層６２の正孔注入側の界面及びその近傍に有することが好ましい。さらに、井戸層６２は、ｎ型不純物が添加されていない井戸アンドープ領域６２ｂを、井戸層６２の正孔注入側の界面及びその近傍に有することが好ましい。なお、ｎ型ＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を形成する場合、ｎ型不純物にはＳｉ，Ｇｅ，Ｓｅ，Ｔｅ，ＣなどのＩＶ族又はＶＩ族元素を使用できるが、ｎ型不純物はＳｉ又はＧｅであることが好ましい。ボロン（Ｂ）のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体におけるＩＩＩ族元素の一部は、タリウム（Ｔｌ）で置き換え得る。基板としてはサファイアの他、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ、ＭｇＯなどを用いることができる。
本発明における活性層を含む半導体層の結晶構造はウルツ鉱構造であり、素子主面はいわゆるＣ面である。ウルツ鉱構造はＣ軸方向に関して鏡像対称性が無く、いわゆるＣ面には二つ（表と裏）の極性、即ち（０００１）と（０００−１）面とが存在する。これと対応して、エピタキシャル成長方向にも＜０００１＞方向と＜０００−１＞方向が存在する。本発明の実施形態ではエピタキシャル成長方向が＜０００１＞方向となっている。これは、実験的に、＜０００１＞方向で成長した結晶層の発光特性が、＜０００−１＞方向のものより良好であることが判明しているからである。
通常、いわゆる変調ドーピングを行う場合、井戸層または障壁層に均一なドーピングを行なう。これに対し、発明者らは、主として障壁層にドーピングを行いつつも、故意にドーピング位置を偏移させることにより、素子の発光特性が改善されることを見出した。以下、この意図的にドーピング位置を偏移させた手法をオフセットドーピングと呼び、正孔注入側へのオフセットを正（＋）、電子注入側へのオフセットを負（−）と呼ぶ。また、以下、単にオフセット又はオフセット量という場合、Ｓｉなどのｎ型不純物が添加すなわちドーピングされた部分又は領域のオフセット又はオフセット量を示す。
以下、本発明によるＩＩＩ族窒化物を主成分とする活性層を有する半導体発光素子の製造方法について詳述する。
ここで、本実施形態の素子においては、成膜方法として有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いている。また、急峻なヘテロ界面を生成できる分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いても半導体発光素子を製造できる。
サファイア基板上にｎ型コンタクト層として１５μｍの膜厚でＧａＮが予め成膜された下地ウエハをＭＯＣＶＤ装置に装填し、３００Ｔｏｒｒの圧力の水素キャリアガス中で昇温を開始する。基板温度が４００℃に達したら、Ｎ原料であるアンモニア（ＮＨ３）を反応炉内に導入し、さらに昇温を続ける。
基板温度が１０５０℃に達したら、Ｇａ前駆物質であるトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧと略す）とＡｌ前駆物質であるトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡと略す）とＳｉ前駆物質であるメチルシラン（いわゆるＭｅＳｉＨ３）を反応炉内に導入し、ＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層をｎ型コンタクト層上に膜厚１．２μｍで成長する（ｎ型クラッド層形成工程）。ｎ型クラッド層の目的膜厚になった時、ＴＭＡの供給のみを停止する。
次に、ＴＭＧとメチルシランは供給し続けＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層を膜厚０．０５μｍでｎ型クラッド層上に成長する（ｎ型ガイド層形成工程）。ｎ型ガイド層の目的膜厚になった時、ＴＭＧ及びメチルシランの供給を停止して降温を開始する。
次に、基板温度が７８０℃に達したら、キャリアガスを水素から窒素に変更する。その後、ＴＭＧとＩｎ前駆物質である第１のトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩと略す）を導入し、アンドープＩｎＧａＮからなる障壁層をｎ型ガイド層上に膜厚１０Åで成長する（アンドープ障壁層形成工程）。
次に、メチルシランを導入してＳｉドープＩｎＧａＮよりなる障壁ドープ領域（Ｓｉドープ部分）を障壁アンドープ領域（アンドープ部分）上に膜厚５０Åで成長する（Ｓｉドープ障壁層形成工程）。
次に、第１のＴＭＩの供給を止め、代わりに第２のＴＭＩを供給し、ＳｉドープＩｎＧａＮからなる井戸ドープ領域（Ｓｉドープ部分）を障壁ドープ領域（Ｓｉドープ部分）上に膜厚１０Åで成長する（Ｓｉドープ井戸層形成工程）。ここで、第１のＴＭＩと第２のＴＭＩの違いは、流量が異なるだけであって、この違いによって固相組成の異なるＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）よりなる井戸層とＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜ｘ）よりなる障壁層ができる。
次に、メチルシランの供給を止め、井戸層（アンドープ部分）を井戸ドープ領域（Ｓｉドープ部分）上に膜厚２０Åで成長する（アンドープ井戸層形成工程）。
次に、第２のＴＭＩの供給を止め、代わりに第１のＴＭＩを供給し、先のアンドープ障壁層形成工程から繰り返す。例えば、アンドープ障壁層形成工程からアンドープ井戸層形成工程までを全３回繰り返し、最後の障壁層（アンドープ部分、Ｓｉドープ部分）を成膜して、３つの井戸層からなるオフセットドーピングがなされたＭＱＷの活性層を形成する。各ドーピング領域における結晶中のＳｉ原子濃度は８Ｅ１７〜１Ｅ１９／ｃｃが好ましく、より好ましくは１Ｅ１８〜７Ｅ１８／ｃｃである。上記工程におけるメチルシランの流量は、最終的な結晶中Ｓｉ原子濃度が前記範囲となるように調整される。
次に、最後の障壁層の膜厚がトータル６０Åになったら、第１のＴＭＩとメチルシランの供給を止め、代わりにＴＭＡとＭｇ前駆物質であるビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム｛Ｍｇ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２以下、ＥｔＣｐ２Ｍｇと略す｝を導入し、ＭｇドープＡｌＧａＮよりなる電子障壁層を活性層上に膜厚２００Åで成長する（電子障壁層形成工程）。
次に、キャリアガスを窒素から水素に変更し昇温を開始する。基板温度が１０５０℃に達したら、ＴＭＧとＥｔＣｐ２Ｍｇを導入し、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型ガイド層を電子障壁層上に膜厚０．０５μｍで成長する（ｐ型ガイド層形成工程）。
次に、ＴＭＡを導入し、ＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層をｐ型ガイド層上に膜厚０．５μｍで成長する（ｐ型クラッド層形成工程）。
次に、ＴＭＡの供給のみを停止し、ＭｇドープＧａＮからなるｐ型コンタクト層をｐ型クラッド層上に膜厚０．１μｍで成長する（ｐ型コンタクト層形成工程）。
次に、ＴＭＧとＥｔＣｐ２Ｍｇの供給を停止し、降温を開始する。基板温度が４００℃以下になったら、アンモニアの供給を止める。基板温度が室温になったら、半導体レーザ構造が積層されたウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出す。
その後、通常のフォトリソグラフィプロセスとドライエッチングにより、ｎ型コンタクト層を部分的に露出させ電流経路を画定し、さらにｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層からリッジストライプ部を形成し、露出した表面にＳｉＯ２などの絶縁膜を堆積する。次に、この絶縁膜に、電極を形成するための窓をパターニングする。そしてチタン及びニッケルなどからなるｎ型電極及びｐ型電極をｎ型コンタクト層及びｐ型コンタクト層にそれぞれ接続するように形成する。
その後、裏面のサファイア基板側を所定ウエハ厚まで研磨し、劈開し分割して、チップ化を行う。
上記方法を通して、リッジ幅５μｍ、共振器長１ｍｍのレーザ素子を作製し、駆動試験を行なった。その結果、このレーザ素子は、波長４０５ｎｍ、しきい電流密度４．３ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振した。比較のために、オフセット無しで障壁層のみに一様にドーピングを行なった従来技術のレーザ素子も作製し駆動試験を行なった結果、しきい電流密度は７．８ｋＡ／ｃｍ２であった。
上記のレーザ素子による比較とは別に、活性層のみでの比較を行なうべく、ＰＬ（フォトルミネッセンス）評価用の試料を種々作製し、測定を行なった。上記試料は基本的に、前述のレーザ構造の、最上部の障壁層までで成長を中止したものである。以下、こうした試料をＭＱＷ試料と呼ぶ。
第一のＭＱＷ試料は、上記実施形態で前述したレーザ素子の活性層部分と同一の構成となっている。アンドープ障壁層形成工程並びに井戸層形成工程において、第１のＴＭＩの導入とメチルシランの導入を同時に行わず、オフセットの時間差（井戸層膜厚ｗの１／３相当の井戸ドープ領域の膜厚ｔに相当）を設け、さらに障壁層形成工程において、第１のＴＭＩの供給を止め、第２のＴＭＩを導入した後もメチルシランの供給は継続し、所定のオフセットの時間差（井戸層膜厚ｗの１／３相当の井戸ドープ領域の膜厚ｔに相当）経過後、メチルシランの供給を止めることによって作製された。このＭＱＷ試料をサンプルＤと呼ぶ。
さらに以下のように、比較例の素子を作製し発光特性の比較実験をＰＬ法で行った。
比較例Ａとして、サンプルＤの製造工程において活性層成長時にメチルシランを導入しない以外、同一の工程で、いわゆるアンドープのＭＱＷ試料を作製した。
比較例Ｂとして、サンプルＤの製造工程において井戸層成長時にメチルシランの導入せず障壁層成長時にメチルシランを導入した以外、同一の工程で、いわゆる全障壁ドープのＭＱＷ試料を作製した。
比較例Ｃとして、サンプルＤの製造工程において障壁層成長時にメチルシランの導入せず井戸層成長時にメチルシランを導入した以外、同一の工程で、いわゆる全井戸ドープのＭＱＷ試料を作製した。なお、実際のオフセットの量は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）により確認した。障壁層の成長時のみにメチルシランを供給した場合は、井戸層と障壁層の指標となるＩｎプロファイルとＳｉプロファイルの変化は逆位相で完全に一致した。一方、オフセットドーピングを行なった場合、前駆物質ガスの供給タイミングに対応したオフセット量が得られていることをＳＩＭＳのＩｎプロファイルとＳｉプロファイルのずれ量で確認した。
サンプルＤ及び比較例の発光特性実験を行い、その結果を図３に示す。発光特性の評価は、窒素レーザ光でサンプル表面を照射することによりＭＱＷを励起し、その発光を観測するというＰＬ（フォトルミネッセンス）法で行った。図はＰＬにおける発光強度を相対比較したものである。比較例Ａ，Ｂ，Ｃの中では比較例Ｃがわずかに強度が高いだけであるが、オフセットドーピングを行ったサンプルＤはこれらに比較して、さらに発光強度が高い、つまり発光特性が良好であることが分かった。
さらに、上記実験でオフセットドーピングによるサンプルＤによって、発光特性が改善されることがわかったので、オフセットの方向及び量を変化させた種々のＭＱＷ試料を作製した。
サンプルＥとして、井戸層の正孔注入側の障壁層との界面を跨いでＳｉドープ部分がオフセット形成された以外、サンプルＤの製造工程と同一の工程で、いわゆる逆オフセットドーピングのＭＱＷ試料を作製した。サンプルＥは、アンドープ障壁層形成工程並びに井戸層形成工程において第１のＴＭＩの導入とメチルシランの導入を同じに行わず、オフセットの時間差（井戸層厚の−１／３相当）を設け作製された。
サンプルＨとして、井戸層の電子注入側の障壁層との界面を跨いでＳｉドープ部分がオフセットの量を多くして形成された以外、サンプルＤの製造工程と同一の工程で、いわゆるオフセットドーピングのＭＱＷ試料を作製した。このとき、オフセットの量は井戸層厚の２／３相当であった。
サンプルＩとして、井戸層の電子注入側の障壁層との界面を跨いでＳｉドープ部分がオフセット形成され、さらに障壁層すべてにＳｉドープがなされた以外、サンプルＤの製造工程と同一の工程で、いわゆる片側オフセットドーピングのＭＱＷ試料を作製した。
作製した比較例Ａ、Ｂ及びＣ並びにサンプルＥ、Ｈ及びＩの断面模式図を図４、図５、図６、図７、図８及び図９にそれぞれ示す。
サンプルＤ及び比較例の発光特性実験を行い、その結果も図３に示す。図から明らかなように、オフセット量に関しては、サンプル及び比較例の順序がＢ＜Ｉ＜Ｈ＜Ｄであることから、サンプルＤのオフセット量の場合がもっとも高い。逆オフセットのサンプルＥは比較例Ｂに対しても強度が低下していることから、オフセットの方向が重要であり、隣接する井戸層及び障壁層において、井戸層は、その電子注入側の障壁層との界面及びその近傍に、ｎ型不純物が添加された井戸ドープ領域を部分的に有し、かつ、障壁層は、ｎ型不純物が添加された障壁ドープ領域を、少なくとも界面及びその近傍に有することが好ましいことが分かる。
また、サンプルＩとサンプルＤの結果を比較することにより、井戸層にオフセットを設けるだけでなく、同じに障壁層にもドーピングを施さない領域（井戸層６２の正孔注入側の界面及びその近傍の障壁アンドープ領域６１ｂ）をもうけることが効果を大きくしていることが分かる。よって、障壁層６１の障壁アンドープ領域６１ｂの膜厚は、井戸ドープ領域６２ａの膜厚以下であることが好ましい。サンプルＤ及びＩの結果から、井戸ドープ領域６２ａの膜厚ｔは、井戸層６２の膜厚をｗとするとき、０＜ｔ＜（ｗ／２）の範囲にあることが好ましいことが分かる。
上記実施形態は本発明を半導体レーザ素子に適用した場合について説明したが、発光ダイオードに適用しても同様な効果を得ることができ、高輝度（高効率）の発光ダイオードが作製できる。上記実施形態では発光層として多重量子井戸（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）構造ついて説明したが、活性層は単一量子井戸（ＳＱＷ：ｓｉｎｇｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）構造としてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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