(57)【要約】      （修正有）【課題】キャリアがピット内の貫通転位にアクセスすることを大幅に抑制し、大電流駆動時及び高温動作時においても高い発光効率を有する半導体発光素子を提供する。【解決手段】第１の導電型の第１の半導体層上に、第１の半導体層に生じた貫通転位に起因する錐状のピットＰＴを有するピット形成層１３と、平坦部１４ＡとピットＰＴを埋め込む埋込部１４Ｂを有する活性層１４と、第２の導電型の第２の半導体層１５とを有し、活性層１４は井戸層Ｗ（1）〜Ｗ（ｎ）及び障壁層Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ+１）の多重量子井戸構造を有し、平坦部１４Ａは井戸層Ｗ（1）〜Ｗ（ｎ）に対応する平坦井戸部を有し、埋込部１４Ｂは井戸層Ｗ（1）〜Ｗ（ｎ）に対応する埋込井戸部を有し、埋込井戸部の各々は貫通転位を囲むように平坦井戸部の各々との界面に形成され、平坦井戸部よりも小さなバンドギャップを有する環状部ＲＷ（１）〜ＲＷ（ｎ）を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層に生じた貫通転位に起因する錐状のピットを有するピット形成層と、
前記ピット形成層上に形成され、平坦部と前記ピットを埋め込むように形成された埋込部を有する活性層と、
前記活性層上に形成され、前記第１の導電型とは反対の導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層と、を有し、
前記活性層は少なくとも１つの井戸層及び少なくとも１つの障壁層がそれぞれ交互に積層された多重量子井戸構造を有し、前記平坦部は、前記少なくとも１つの井戸層に対応する少なくとも１つの平坦井戸部を有し、前記埋込部は、前記少なくとも１つの井戸層に対応する少なくとも１つの埋込井戸部を有し、
前記少なくとも１つの埋込井戸部の各々は、前記貫通転位を囲むように前記少なくとも１つの平坦井戸部の各々との界面に形成され、前記少なくとも１つの平坦井戸部よりも小さなバンドギャップを有する少なくとも１つの環状部を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記少なくとも１つの前記環状部の各々は、前記少なくとも１つの前記環状部の各々に対応する前記少なくとも１つの前記平坦井戸部の各々よりも大きな層厚を有す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】
前記埋込部は、前記少なくとも１つの障壁層に対応する少なくとも１つの埋込障壁部を有し、
前記少なくとも１つの埋込井戸部及び埋込障壁部の各々は、前記少なくとも１つの埋込井戸部及び埋込障壁部の各々のうち、１つの埋込障壁部のファセット上端よりも、前記１つの埋込障壁部に隣接しかつ前記１つの埋込障壁部上に形成された１つの埋込井戸部のファセット上端の方が、前記ピットの中心に近い位置に形成されるように構成されてい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】
前記埋込部は複数の環状部を有し、
前記複数の環状部の各々は、前記第２の半導体層に近づくに従って前記ピットの中心から離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の半導体層、前記ピット形成層、前記活性層及び前記第２の半導体層の各々は、窒化物系半導体材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つ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、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層からなる半導体構造層を成長し、それぞれｎ型半導体層及びｐ型半導体層に電圧を印加するｎ電極及びｐ電極を形成して作製される。窒化物系の半導体材料を用いた半導体発光素子を作製する場合、成長用基板としては、例えばサファイア基板が用いられる。
【０００３】
特許文献１には、ピットを含みピット開き層、複数の量子井戸を含む能動領域、正孔注入層及びコンタクト層を備え、量子井戸及び正孔注入層はピットを閉じることなくピット中に入っており、コンタクト層はピットを閉じているように構成された発光デバイスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第5415756号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばサファイア基板など、窒化物半導体とは異なる材料の基板上に半導体層を成長して半導体発光素子を作製する場合、基板と半導体層との界面には両者の格子不整合によって結晶欠陥（ミスフィット転位）が発生する。この結晶欠陥は、結晶成長時に、半導体層の積層方向において半導体層を貫通するように形成されていく。この半導体層の積層方向に伸びる転位欠陥は貫通転位と呼ばれる。
【０００６】
貫通転位は、半導体層中の活性層に達した場合、非発光性再結合中心として機能し、発光効率が低下する一因となる。この貫通転位が活性層に達することを回避する手法として、貫通転位の先端を頂点とする錐上の凹部を形成することが知られている。この凹部はピットと呼ばれ、ピットの斜面は貫通転位を囲むように形成される。
【０００７】
ピットを形成した上で活性層を成長すると、活性層は、ピットの斜面上において他の部分（平坦な部分）よりも遅い成長速度で成長する。従って、ピットの近傍、すなわち貫通転位の近傍における活性層の層厚が小さくなり、その量子順位は活性層の他の部分に比べて高いものとなる。従って、キャリアが貫通転位に達することが抑制され、発光効率の低下を防止することが可能となる。
【０００８】
しかし、大電流による駆動時又は高温での駆動時においては、ピット内に形成された層厚の小さな活性層がキャリアの貫通転位へのアクセスを助長する場合がある。具体的には、例えば高温時には電子がホットエレクトロンとなり、ピット内の活性層を容易に通過し、貫通転位に達する場合がある。従って、大電流駆動時又は高温駆動時においては上記したピットの優位性が失われ、発光効率の低下を抑制することができない場合が多い。
【０００９】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、キャリアがピット内の貫通転位にアクセスすることを大幅に抑制し、大電流駆動時及び高温動作時においても高い発光効率を有する半導体発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による半導体発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層に生じた貫通転位に起因する錐状のピットを有するピット形成層と、ピット形成層上に形成され、平坦部とピットを埋め込むように形成された埋込部を有する活性層と、活性層上に形成され、第１の導電型とは反対の導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層と、を有し、活性層は少なくとも１つの井戸層及び少なくとも１つの障壁層がそれぞれ交互に積層された多重量子井戸構造を有し、平坦部は、少なくとも１つの井戸層に対応する少なくとも１つの平坦井戸部を有し、埋込部は、少なくとも１つの井戸層に対応する少なくとも１つの埋込井戸部を有し、少なくとも１つの埋込井戸部の各々は、貫通転位を囲むように少なくとも１つの平坦井戸部の各々との界面に形成され、少なくとも１つの平坦井戸部よりも小さなバンドギャップを有する少なくとも１つの環状部を有することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は実施例１に係る半導体発光素子の上面図であり、（ｂ）は実施例１に係る半導体発光素子におけるピット近傍の構成を示す部分的な断面図である。
【図２】（ａ）は、実施例１に係る半導体発光素子におけるピット近傍の活性層の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、環状部の各々を模式的に示す斜視図である。
【図３】（ａ）は実施例１に係る半導体発光素子における井戸層及び障壁層の詳細構造を示す断面図であり、（ｂ）は井戸層の詳細構造を示す断面図である。
【図４】実施例１に係る半導体発光素子における井戸層内のエネルギー順位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１（ａ）は、実施例１の半導体発光素子１０（以下、単に発光素子又は素子と称する場合がある）の上面を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、発光素子１０の構造を示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。発光素子１０は、基板１１上に半導体構造層ＳＣＬが形成された構造を有している。半導体構造層ＳＣＬ内には、基板１１と半導体構造層ＳＣＬとの間の格子不整合によって生じた貫通転位ＴＤが形成されている。半導体構造層ＳＣＬは、貫通転位ＴＤに起因する錐状のピットＰＴを有している。
【００１４】
本実施例においては、半導体構造層ＳＣＬが窒化物系半導体からなり、ピットＰＴが六角錐状のピットＰＴを有する場合について説明する。また、本実施例においては、半導体構造層ＳＣＬがＧａＮ系半導体からなる場合について説明する。また、基板１１は、例えばサファイアからなる。半導体構造層ＳＣＬは、サファイアにおけるＣ面上に成長した構成を有している。
【００１５】
発光素子１０は、基板１１上に形成されたｎ型半導体層（第１の半導体層）１２を有している。ｎ型半導体層１２は、例えばＳｉをドープしたＧａＮ層からなる。ｎ型半導体層１２は、基板１１との界面に生じたミスフィット転位がｎ型半導体層１２を貫通して形成された貫通転位ＴＤを有している。
【００１６】
発光素子１０は、ｎ型半導体層１２上に形成され、ｎ型半導体層１２に生じた貫通転位ＴＤに起因する錐状のピットＰＴを有するピット形成層１３を有している。具体的には、ピット形成層１３は、ｎ型半導体層１２を貫通してピット形成層１３内に至る貫通転位ＴＤを有している。すなわち、貫通転位ＴＤは、基板１１とｎ型半導体層１２との界面において発生し、ｎ型半導体層１２を貫通し、ピット形成層１３に至る深さで形成されている。また、ピット形成層１３は、ピット形成層１３内における貫通転位ＴＤの転位点を頂点ＶＴとする六角錐状のピットＰＴを有している。
【００１７】
ピットＰＴは、例えば、ピット形成層１３として超格子構造層を形成することによって、ピット形成層１３内に形成することができる。本実施例においては、ピット形成層１３は、少なくとも１つの超格子層（図示せず）及び少なくとも１つの障壁層（図示せず）からなる超格子構造（ＳＬＳ）を有する場合について説明する。
【００１８】
発光素子１０は、ピット形成層１３上に形成された活性層１４を有している。活性層１４は、平坦部１４ＡとピットＰＴを埋め込むように形成された埋込部１４Ｂとを有している。平坦部１４Ａは、活性層１４のうち、ピットＰＴ、すなわち貫通転位ＴＤが形成されていない部分に対応する。また、活性層１４は、埋込部１４Ｂの表面にピットＰＴに対応する凹部ＲＣを有している。凹部ＲＣは錐状の形状を有し、その頂点１４ＰはピットＰＴの頂点ＶＴ（ピットＰＴの中心）に対応する位置に形成されている。すなわち、活性層１４の表面においては、ピットＰＴの残痕が凹部ＲＣとして残存している。埋込部１４Ｂは、貫通転位ＴＤを囲むように形成されている。
【００１９】
発光素子１０は、活性層１４上に形成され、ｎ型半導体層１２とは反対の導電型を有するｐ型半導体層（第２の半導体層）１５を有している。ｐ型半導体層１５は、例えばＭｇをドープしたＧａＮ層からなる。なお、図示していないが、ｐ型半導体層１５は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層からなる電子ブロック層を有していてもよい。また、図示していないが、発光素子１０は、ｎ型半導体層１２及びｐ型半導体層１６にそれぞれ電圧を印加するｎ電極及びｐ電極を有している。なお、ｎ型半導体層１２、ピット形成層１３、活性層１４及びｐ型半導体層１５の全体を半導体構造層ＳＣＬと称する。
【００２０】
図２（ａ）は、発光素子１０の活性層１４の構造を示す断面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）における破線で囲まれた部分ＡＡを拡大して示す部分拡大断面図である。活性層１４は、図２（ａ）に示すように、少なくとも１つ（本実施例においてはｎ個として説明する）の井戸層（ウェル層）Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）及び少なくとも１つ（同様にｎ個として説明する）の障壁層（バリア層）Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）がそれぞれ交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。本実施例においては、ｎ個の井戸層Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）はＩｎＧａＮ層からなり、ｎ個の障壁層Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）はＧａＮ層からなる。
【００２１】
具体的には、ピット形成層１３上に第１の障壁層Ｂ（１）が、第１の障壁層Ｂ（１）上に第１の井戸層Ｗ（１）が、第１の井戸層Ｗ（１）に第２の障壁層Ｂ（２）が積層されている。第２の障壁層Ｂ（２）上は、同様にして井戸層Ｗ（２）〜Ｗ（ｎ）及び障壁層Ｂ（３）〜Ｂ（ｎ）が交互に積層されている。また、ｐ型半導体層１５に最も近い井戸層である第ｎの井戸層Ｗ（ｎ）上には第（ｎ＋１）の障壁層Ｂ（ｎ＋１）が形成され、第（ｎ＋１）の障壁層Ｂ（ｎ＋１）上にはｐ型半導体層１５が形成されている。
【００２２】
平坦部１４Ａは、ｎ個の井戸層Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）に対応するｎ個の平坦井戸部ＦＷ（１）〜ＦＷ（ｎ）を有している。なお、図２（ａ）には井戸層Ｗ（ｎ）に対応する平坦井戸部ＦＷ（ｎ）に符号を付している。
【００２３】
埋込部１４Ｂは、ｎ個の井戸層Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）及びｎ個の障壁層Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）の一部であってピットＰＴを埋め込むように形成された部分に対応する。埋込部１４Ｂは、ｎ個の井戸層Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）の各々に対応するｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）を有している。なお、図２（ａ）には井戸層Ｗ（ｎ）に対応する埋込井戸部ＩＷ（ｎ）に符号を付している。
【００２４】
ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々は、貫通転位ＴＤを囲むようにｎ個の平坦井戸部ＦＷ（１）〜ＦＷ（ｎ）の各々との界面に形成され、ｎ個の平坦井戸部ＦＷ（１）〜ＦＷ（ｎ）の各々よりもそれぞれ小さなバンドギャップを有するｎ個の環状部ＲＷ（１）〜ＲＷ（ｎ）を有している。なお、図２（ａ）には、環状部ＲＷ（ｎ）に符号を付している。なお、ここでは、バンドギャップとは、活性層１４のように多重量子井戸構造を有する場合は、井戸層Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）の各々における量子順位間のエネルギーをいう。
【００２５】
なお、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々は、環状部ＲＷ（１）〜ＲＷ（ｎ）の各々の内側にそれぞれ設けられたｎ個の中心部ＣＷ（１）〜ＣＷ（ｎ）を有している。なお、図２（ａ）には、中心部ＣＷ（ｎ）に符号を付している。
【００２６】
図２（ｂ）は、環状部ＲＷ（１）〜ＲＷ（ｎ）の各々を模式的に示す斜視図である。なお、図２（ｂ）においては、環状部ＲＷ（ｎ）の領域にハッチングを施し、他の環状部の領域へのハッチングは省略している。図２（ｂ）に示すように、環状部ＲＷ（１）〜ＲＷ（ｎ）の各々（ｎ≦２の場合）は、ｐ型半導体層１５に近づくに従ってピットＰＴの中心ＣＰから離れた位置に形成されるように構成されている。例えば、環状部ＲＷ（１）よりもｐ型半導体層１５に近い環状部ＲＷ（２）は、環状部ＲＷ（１）よりもピットＰＴの中心ＣＰから離れた位置に（ピットＰＴ中心ＣＰから見て外側に）形成されている。
【００２７】
また、環状部ＲＷ（１）及びＲＷ（２）は六角形の形状を有し、互いに相似形を有している。また、環状部ＲＷ（１）及びＲＷ（２）の各々は、ｐ型半導体層１５に向かってその周囲長（一周の長さ）が大きくなるように形成されている。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、環状部ＲＷ（１）〜ＲＷ（ｎ）の各々は、ｐ型半導体層１５に近づくに従ってピットＰＴの中心ＣＰから離れた位置に形成されるように構成されていることが好ましい。これによって、比較的発光強度の大きな井戸層における発光効率の低下を抑制することが可能となる。
【００２９】
具体的には、電子及び正孔（ホール）間の有効質量の関係などから、比較的ｐ型半導体層１５に近い井戸層Ｗ（ｊ）において大きな強度の光が放出されることがわかっている。ｐ型半導体層１５に近い井戸層Ｗ（ｊ）に対して環状部ＲＷ（ｊ）の位置をピットＰＴの中心ＣＰから遠ざけることで、貫通転位ＴＤから比較的遠い位置でキャリアを留めさせることが可能となる。従って、キャリアＣの貫通転位ＴＤへのアクセスを効率的に抑制することが可能となる。
【００３０】
図３（ａ）は、発光素子１０の活性層１４における埋込部１４Ｂの詳細構造を示す断面図である。なお、図３（ａ）は、図２（ａ）の破線で囲まれた部分ＢＢを拡大して示す部分拡大断面図である。埋込部１４Ｂは、ｎ個の井戸層Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）の各々に対応するｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）とｎ個の障壁層Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）の各々に対応するｎ個の埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）とを有している。なお、図３（ａ）においては、ピット形成層１３側の２つの埋込井戸部ＩＷ（１）及びＩＷ（２）と２つの埋込障壁部ＩＢ（１）及びＩＢ（２）とを示している。
【００３１】
また、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々は、その表面（ｐ型半導体層１５側の表面）におけるピットＰＴの頂点ＶＴに対応する位置に頂点ＰＷ（１）〜ＰＷ（ｎ）をそれぞれ有している。また、ｎ個の埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々は、その表面におけるピットＰＴの頂点ＶＴに対応する位置に頂点ＰＢ（１）〜ＰＢ（ｎ）をそれぞれ有している。なお、図３（ａ）においては、ピット形成層１３側の２つの埋込井戸部ＩＷ（１）及びＩＷ（２）の頂点ＰＷ（１）及びＰＷ（２）と２つの埋込障壁部ＩＢ（１）及びＩＢ（２）の頂点ＰＢ（１）及びＰＢ（２）とを示している。
【００３２】
換言すれば、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々及びｎ個の埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々は、それぞれの頂点からｐ型半導体層１５に向かって形成された傾斜面（ファセット）を有している。従って、埋込部１４Ｂは、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々及びｎ個の埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々の傾斜面が半導体構造層ＳＣＬの積層方向に沿って層状に形成（積層）された構造を有している。
【００３３】
ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）及び埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々は、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）及び埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々のうち、１つの埋込障壁部ＩＢ（ｊ）（ｊは１≦ｊ≦ｎの関係を満たす整数）のファセット上端（ファセットＦｊ１の上端）Ｐｊ１よりも、埋込障壁部ＩＢ（ｊ）に隣接しかつ埋込障壁部ＩＢ（ｊ）上に形成された１つの埋込井戸部ＩＷ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ２の方が、ピットＰＴの中心ＣＰに近い位置に形成されるように構成されている。
【００３４】
例えば、図３（ａ）に示すように、埋込障壁部ＩＢ（１）のファセットＦ１１の上端Ｐ１１よりも、埋込障壁部ＩＢ（１）に隣接し埋込障壁部ＩＢ（１）上に形成された埋込井戸部ＩＷ（１）のファセットＦ１２の上端Ｐ１２の方が、ピットＰＴの中心ＣＰから離れた位置に形成されている。
【００３５】
また、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々は、ｐ型半導体層１５に近づくに従ってそのファセット上端Ｐｊ２がピットＰＴの中心から離れた位置に形成されるように構成されている。具体的には、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々のうち、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ２よりも、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）上の埋込井戸部ＩＷ（ｊ＋１）のファセット上端Ｐ（ｊ＋１）２の方がピットＰＴの中心から離れた位置に形成されている。
【００３６】
例えば、埋込井戸部ＩＷ（１）のファセット上端Ｐ１２よりも、埋込井戸部ＩＷ（１）上の埋込井戸部ＩＷ（２）のファセット上端Ｐ２２の方が、ピットＰＴの中心ＣＰから離れた位置に形成されている。なお、各層のファセット上端は、活性層１４の全体において図３（ａ）に示すような位置関係を有している。
【００３７】
従って、平坦部１４Ａと埋込部１４Ｂとの界面には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、部分的に平坦部１４Ａよりも井戸層Ｗ（ｊ）の層厚が大きい部分が形成される。埋込部１４Ｂに設けられた環状部ＲＷ（ｊ）は、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）の各々のうち、平坦部１４Ａよりも相対的に層厚の大きな部分を結んだ部分に対応する。すなわち、環状部ＲＷ（ｊ）は、井戸層Ｗ（ｊ）の障壁層Ｂ（ｊ）に対する層厚比率が平坦部１４Ａに対して大きい部分である。
【００３８】
ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々及びｎ個の埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々は、ｎ個の井戸層Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）及びｎ個の障壁層Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）の各々を以下の条件で成長することで形成することができる。まず、井戸層Ｗ（ｊ）においては、一般的なＩｎＧａＮ層の成長温度よりも高い温度で成長する。一方、障壁層Ｂ（ｊ）においては、一般的なＧａＮ層の成長温度よりも低い温度、一般的なＧａＮ層の成長速度よりも遅い速度で、一般的な障壁層よりも薄くＧａＮ層を成長することによって形成する。
【００３９】
上記の条件を考慮して障壁層Ｂ（ｊ）としてのＧａＮ層と井戸層Ｗ（ｊ）としてのＩｎＧａＮを成長すると、井戸層Ｗ（ｊ）の横方向（層内方向）における成長が促進される。従って、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）のファセット上端（ｐ型半導体層１５側の表面におけるファセットＦｊ２の形成端）Ｐｊ２は埋込障壁部ＩＢ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ１よりもピットＰＴの中心に近い位置に形成される。すなわち、埋込障壁部ＩＢ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ１よりも内側の位置から井戸層Ｗ（ｊ）のファセットが形成される。また、上記条件で井戸層Ｗ（ｊ）及び障壁層Ｂ（ｊ）を継続的に成長すると、徐々に各埋込井戸部及び埋込障壁部のファセット上端の位置がピットＰＴから離れていく。
【００４０】
また、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々及びｎ個の埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々は、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々及びｎ個の埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々のうち、互いに隣接する１つの埋込井戸部ＩＷ（ｊ）（ｊは１≦ｊ≦ｎの関係を満たす整数）及び１つの埋込障壁部ＩＢ（ｊ）において、埋込障壁部ＩＢ（ｊ）の頂点ＰＢ（ｊ）における頂角（第１の頂角）ｘｊよりも埋込井戸部ＩＷ（ｊ）の頂点ＰＷ（ｊ）における頂角（第２の頂角）ｙｊの方が小さくなるように構成されている。
【００４１】
例えば、図３（ａ）に示すように、互いに隣接する埋込井戸部ＩＷ（２）及び埋込障壁部ＩＢ（２）を考えたとき、埋込障壁部ＩＢ（２）の頂点ＰＢ（２）における頂角（第１の頂角）ｘ２よりも、埋込障壁部ＩＢ（２）上の埋込井戸部ＩＷ（２）の頂点ＰＷ（２）における頂角（第２の頂角）ｙ２の方が小さい。
【００４２】
また、ｎ≧２の場合、すなわち、埋込部１４Ｂが複数の埋込井戸部を有する場合においては、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）の各々は、ｐ型半導体層１５に近づくに従ってその頂点ＰＷ（１）〜ＰＷ（ｎ）における頂角ｙ１〜ｙｎが徐々に大きくなるように構成されている。具体的には、例えば、図２（ｂ）に示すように、第１の埋込井戸部ＩＷ（１）の頂点ＰＷ（１）の頂角ｙ１よりも第２の埋込井戸部ＩＷ（２）の頂点ＰＷ（２）の頂角ｙ２の方が大きい。また、凹部ＲＣの頂点は、ピットＰＴの頂点ＶＴよりも大きな頂角を有している。
【００４３】
なお、上記の条件で活性層１４を成長すると、井戸層Ｗ（ｊ）であるＩｎＧａＮ層の表面平坦性が向上することがわかっている。すなわち、上記した構成の埋込部１４Ｂを有するように活性層１４を形成した場合、高い結晶品質を有する活性層１４を得ることができる。従って、本実施例においては、高い発光効率を有し、均一な発光分布を有する発光素子１０となる。
【００４４】
なお、凹部ＲＣにおける頂点１４Ｐの頂角、すなわち障壁部Ｂ（ｎ＋１）に対応する埋込障壁部の頂点における頂角は、１５０度以下の角度を有していることが好ましい。凹部ＲＣにおける頂点の頂角が１５０度を越える角度を有している場合、活性層１４の形成後においてピットＰＴが埋込部１４Ｂによってほぼ完全に埋まる。この場合、ピットＰＴが機能しなくなり、キャリアが貫通転位ＴＤに達する可能性が高くなる。従って、大電流駆動時には発光効率が低下する場合がある。
【００４５】
なお、本実施例の変形例として、障壁層Ｂ（ｊ）は、ＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層の２層構造を有していてもよい。すなわち、障壁層Ｂ（ｊ）には、さらにＩｎＧａＮ層が含まれていてもよい。障壁層Ｂ（ｊ）としてＩｎＧａＮ層が設けられる場合、当該ＩｎＧａＮ障壁層は、例えば、井戸層Ｗ（ｊ）としてのＩｎＧａＮ層（ＩｎＧａＮ井戸層）上に設けられ、ＩｎＧａＮ障壁層上にＧａＮ層が設けられる。また、ＩｎＧａＮ障壁層はＩｎＧａＮ井戸層よりも大きなバンドギャップを有する。なお、障壁層Ｂ（ｊ）がＩｎＧａＮ障壁層を有している場合、環状部ＲＷ（ｊ）を安定して形成することが可能となる。
【００４６】
具体的には、ＩｎＧａＮ井戸層上にＩｎＧａＮ障壁層を形成した上でＧａＮ層（ＧａＮ障壁層）を形成すると、埋込障壁部ＩＢ（ｊ）の頂角の大幅な増大を抑制することが可能となる。従って、所望の層数の井戸層を形成する前に埋込障壁部の頂角が大きくなりすぎること、すなわち埋込部の表面が活性層の形成途中で平坦に近い形状となってしまうことが抑制される。埋込部が平坦に近い表面を有するように形成されると、環状部ＲＷ（ｊ）の形状、すなわち環状部ＲＷ（ｊ）と中心部ＣＷ（ｊ）との間の層厚の差の関係が安定しなくなる。従って、環状部ＲＷ（ｊ）を安定して形成することを考慮すると、障壁層はＩｎＧａＮ層を含んでいることが好ましい。
【００４７】
図３（ｂ）は、ピットＰＴの近傍における井戸層Ｗ（ｊ）の構造を示す図である。図３（ｂ）は、図２（ａ）の破線で囲まれた部分ＣＣを拡大して示す部分拡大断面図である。なお、図３（ｂ）は、井戸層Ｗ（１）を示しているが、他の井戸層Ｗ（２）〜Ｗ（ｎ）の各々は、井戸層Ｗ（１）と同様の構造を有している。なお、図３（ｂ）においては、理解の容易さのため、環状部ＲＷ（１）の部分のみにハッチングを施している。
【００４８】
図３（ｂ）に示すように、井戸層Ｗ（１）は、平坦部１４Ａを構成する平坦井戸部ＦＷ（１）と、埋込部１４Ｂを構成する埋込井戸部ＩＷ（１）を有している。また、埋込井戸部ＩＷ（１）は、中心部ＣＷ（１）と環状部ＲＷ（１）とを有している。環状部ＲＷ（１）は、平坦井戸部ＦＷ（１）よりも大きな層厚を有している。
【００４９】
具体的には、まず、埋込井戸部ＩＷ（１）のファセット上端Ｐ１２は、その下に形成された障壁層Ｂ（１）のファセット上端Ｐ１２よりもピットＰＴの中心ＣＰに近い位置に形成されている。また、埋込障壁部ＩＢ（１）及び埋込井戸部ＩＷ（１）は、ピットＰＴの中心ＣＰに向かってファセットを形成している。従って、図３（ｂ）に示すように、埋込井戸部ＩＷ（１）の平坦井戸部ＦＷ（１）との界面には、部分的に平坦井戸部ＦＷ（１）よりも層厚の大きな部分（環状部ＲＷ（１））が形成される。
【００５０】
従って、環状部ＲＷ（１）における最厚部の層厚Ｄ１は、平坦井戸部ＦＷ（１）の層厚Ｄ２よりも大きい。また、環状部ＲＷ（１）における最薄部の層厚は層厚Ｄ２と同じである。従って、環状部ＲＷ（１）は、平坦井戸部ＦＷ（１）よりも小さなバンドギャップ（エネルギー順位）を有する。なお、中心部ＣＷ（１）における最薄部の層厚Ｄ３は、環状部ＲＷ（１）の層厚Ｄ１及び平坦井戸部ＦＷ（１）の層厚Ｄ２よりも小さい。従って、中心部ＣＷ（１）は、環状部ＲＷ（１）及び平坦井戸部ＦＷ（１）よりも大きなバンドギャップを有する。
【００５１】
また、活性層１４の全体で井戸層Ｗ（ｊ）は上記したような平坦井戸部ＦＷ（ｊ）及び埋込井戸部ＩＷ（ｊ）の構成を有している。従って、埋込部１４Ｂの全体を考えた場合、その全体の層厚に対する環状部ＲＷ（ｊ）の層厚比率は、平坦部１４Ａの層厚に対する平坦井戸部ＦＷ（ｊ）の層厚比率に比べて大きい。
【００５２】
なお、環状部ＲＷ（ｊ）は、上記した成長条件活性層１４を成長することで、上記した他の形状と合わせて同時に形成することが可能である。具体的には、井戸層としてのＩｎＧａＮ層の表面平坦性の向上を優先的に考慮して成長条件を調節すると、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）のファセット上端の位置は徐々にｐ型半導体層１５に向かって外側に配置される。従って、新たに工程を経ることなくｐ型半導体層１５に近づくに従ってピットＰＴの中心ＣＰから外側にずれて形成された環状部ＲＷ（ｊ）を容易に形成することができる。
【００５３】
なお、図３（ｂ）に示すように、環状部ＲＷ（１）は、略五角形の断面形状を有する。すなわち、環状部ＲＷ（１）は、五角形の断面形状を有し、ピットＰＴの側面に沿って環状に伸長して形成されている。なお、環状部ＲＷ（１）の全体形状は図２（ｂ）に模式的に示している。また、環状部の断面形状は厳密に五角形の形状を有している必要は無い。例えば、環状部ＲＷ（ｊ）のファセット上端Ｐ２ｊは、成長条件によっては、当該五角形の頂点として形成されず、湾曲した形状を有していてもよい。上記したように、環状部ＲＷ（ｊ）は、井戸層Ｗ（ｊ）のうち、平坦井戸部ＦＷ（ｊ）よりも小さなバンドギャップを有する部分、例えば平坦井戸部ＦＷ（ｊ）よりも大きな層厚を有する部分である。
【００５４】
図４は、活性層１４における平坦井戸部ＦＷ（ｎ）、環状部ＲＷ（ｎ）及び中心部ＣＷ（ｎ）におけるバンドギャップを模式的に示す図である。なお、ここでは、バンドギャップとは、多重量子井戸構造を有する活性層１４においては、井戸層Ｗ（ｊ）における量子順位間のエネルギーをいう。図の横軸は各部の位置を、縦軸はその材料のエネルギー順位を示す。図４には、説明のため、キャリアＣを示している。
【００５５】
図４に示すように、環状部ＲＷ（ｎ）は平坦井戸部ＦＷ（ｎ）よりも小さなバンドギャップを有している。また、中心部ＣＷ（ｎ）は、平坦井戸部ＦＷ（ｎ）及び環状部ＲＷ（ｎ）よりも大きなバンドギャップを有している。従って、環状部ＲＷ（ｎ）は、キャリアＣを貯蔵する貯蔵部として機能する。具体的には、平坦井戸部ＦＷ（ｎ）から移動して環状部ＲＷ（ｎ）に達したキャリアＣは、環状部ＲＷ（ｎ）に留まる確率が高い。すなわち、環状部ＲＷ（ｎ）に達したキャリアＣが中心部ＣＷ（ｎ）を越えて貫通転位ＴＤ（ピットＰＴの中心ＣＰ）に達することが抑制される。従って、キャリアＣが貫通転位ＴＤに達して発光せずに消費されることが抑制される。
【００５６】
なお、発光素子１０は、高温環境での駆動、また大電流による駆動時において特に大きな効果を奏する。具体的には、高温環境では、キャリアＣがホットキャリアとなり、運動エネルギーが通常時に比べて増大する。従って、ホットキャリアＣは、環状部ＲＷ（ｎ）を有しない場合、容易に中心部ＣＷ（ｎ）を乗り越え（オーバーフローし）、ピットＰＴの中心ＣＰに達する可能性が高い。一方、本実施例においては、平坦井戸部ＦＷ（ｎ）及び中心部ＣＷ（ｎ）間に、両者よりも小さなバンドギャップを有する環状部環状部ＲＷ（ｎ）を設けている。
【００５７】
従って、環状部ＲＷ（ｎ）に達したキャリアＣは、環状部ＲＷ（ｎ）に留まる可能性が高い。また、環状部ＲＷ（ｎ）は、平坦井戸部ＦＷ（ｎ）及び中心部ＣＷ（ｎ）間のバンドギャップの差を間接的に増大させる機能を有する。従って、ホットキャリアＣが中心部ＣＷ（ｎ）を越えてオーバーフローすることが大きく抑制される。従って、高温動作時でも通常時と同様のピットの機能すなわちキャリア障壁機能を発揮させることが可能となる。
【００５８】
本実施例においては、活性層１４がピットＰＴ上に埋込部１４Ｂを有し、活性層１４が多重量子井戸構造を有している。また、平坦部１４Ａ及び埋込部１４Ｂは、井戸層Ｗ（ｊ）に対応する平坦井戸部ＦＷ（ｊ）及び埋込井戸部ＩＷ（ｊ）をそれぞれ有する。また、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）は、貫通転位ＴＤを囲むように平坦井戸部ＦＷ（ｊ）との界面に形成され、平坦井戸部ＦＷ（ｊ）よりも小さなバンドギャップを有する環状部ＲＷ（ｊ）を有している。従って、多重量子井戸構造を有する活性層１４において、キャリアが環状部ＲＷ（ｊ）に留まり、貫通転位ＴＤに達することが抑制される。従って、発光効率の低下を抑制することが可能となる。
【００５９】
また、埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）及び埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々は、ｎ個の埋込井戸部ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）及び埋込障壁部ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）の各々のうち、１つの埋込障壁部ＩＢ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ１よりも、埋込障壁部ＩＢ（ｊ）に隣接しかつ埋込障壁部ＩＢ（ｊ）上に形成された１つの埋込井戸部ＩＷ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ２の方が、ピットＰＴの中心ＣＰに近い位置に形成されるように構成されている。従って、活性層１４の成長条件を調節することで容易に環状部ＲＷ（ｊ）を形成することができる。
【００６０】
なお、本実施例においては、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）が平坦井戸部ＦＷ（ｊ）よりも大きな層厚Ｄ１を有する環状部ＲＷ（ｊ）を有する場合について説明した。また、埋込障壁部ＩＢ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ１よりも、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）のファセット上端Ｐｊ２の方がピットＰＴの中心ＣＰに近い位置に形成される場合について説明した。しかし、活性層１４は、必ずしもこの構成を有する場合に限定されるものではない。例えば、環状部ＲＷ（ｊ）において部分的にバンドギャップの小さな部分を有していれば、埋込障壁部ＩＢ（ｊ）及び埋込井戸部ＩＷ（ｊ）が一部で互いに同じファセット上端を有していてもよい。
【００６１】
また、本実施例においては、第１の導電型がｐ型の導電型であり、第２の導電型がｐ型とは反対の導電型のｎ型である場合について説明したが、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型であっていてもよい。
【００６２】
本実施例においては、埋込部１４Ｂが、井戸層Ｗ（ｊ）に対応する埋込井戸部ＩＷ（ｊ）を有し、埋込井戸部ＩＷ（ｊ）は、貫通転位ＴＤを囲むように平坦井戸部ＦＷ（ｊ）との界面に形成され、平坦井戸部ＦＷ（ｊ）よりも小さなバンドギャップを有する環状部ＲＷ（ｊ）を有している。従って、キャリアが環状部１４Ｂに留まり、貫通転位ＴＤに達することが確実に抑制される。従って、高温動作時においても発光効率の低下を大幅に抑制し、高発光効率な発光素子を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  半導体発光素子
１２  ｎ型半導体層（第１の半導体層）
１３  ピット形成層
ＰＴ  ピット
１４  活性層
１４Ａ  平坦部
１４Ｂ  埋込部
Ｗ（１）〜Ｗ（ｎ）  井戸層（ウェル層）
Ｂ（１）〜Ｂ（ｎ）  障壁層（バリア層）
ＩＷ（１）〜ＩＷ（ｎ）  埋込井戸部
ＩＢ（１）〜ＩＢ（ｎ）  埋込障壁部
ＲＷ（１）〜ＲＷ（ｎ）  環状部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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