(57)【要約】  本発明の半導体発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、活性層よりもｐ層側に設けられ、引張り歪を受けているＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層よりもバンドギャップの小さいＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に、バンドギャップが第１の半導体層のバンドギャップよりも小さく、第２の半導体層のバンドギャップよりも大きいＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）からなる第３の半導体層とを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、
前記活性層よりもｐ層側に設けられ、引張り歪を受けているＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層よりもバンドギャップの小さいＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に、バンドギャップが前記第１の半導体層のバンドギャップよりも小さく、前記第２の半導体層のバンドギャップよりも大きいＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）からなる第３の半導体層とを有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第３の半導体層が実質無歪であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第３の半導体層が引張り歪を受けていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
ｘ３＝０、０＜ｙ２＜ｙ３＜ｙ１≦１であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
ｘ１＝ｙ２＝０、ｙ１＞０．１５であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
ｘ１＝ｘ２＝０、ｙ１−ｙ２＞０．１５であることを特徴とする請求項１，３，４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
ｘ１＝ｘ２＝ｘ３＝０、｛（ｙ１＋ｙ２）／２｝×０．７＜ｙ３＜｛（ｙ１＋ｙ２）／２｝×１．３であることを特徴とする請求項１，３，４の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第３の半導体層の厚さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第３の半導体層の厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第３の半導体層の厚さが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
ｘ１＝０、０＜ｙ１≦１であることを特徴とする請求項１〜４、８〜１０の何れか１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、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＧａＡｓ系の半導体レーザ（例えば、特許文献１参照）に代わって、近年では、光ディスクの高密度化に必要である青色領域から紫外線領域に及ぶ発光が可能な半導体レーザとして、ＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物系III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの研究開発が盛んに行われ、実用化されている。【０００３】
このような半導体レーザでは、活性層のｐ電極側に活性層よりも大きなバンドギャップを持つ電子障壁層を挿入して、活性層から電子がオーバーブローするのを防ぎ、発光効率の低下を防いでいる。この電子障壁層にはｐ型のＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮ材料が用いられるが、Ａｌ組成比が大きいほどバンドギャップが大きく、電子のオーバーフローを抑制する効果が大きい。しかし、Ａｌ組成比が大き過ぎると結晶性が悪くなり、かえって発光効率を低下させてしまう。そのため、両者の得失から電子障壁層のＡｌ組成比が決定される。また、電子障壁層の層厚が厚いほど、電子のオーバーフローを抑制する効果が大きいが、逆に結晶性が悪くなることから、両者の得失から層厚が決定される。【０００４】
一方、電子障壁層が電子のオーバーフローを十分抑制できるだけの層厚を持っていれば、それよりもｐ電極側にある光ガイド層やクラッド層は、電子障壁層よりもＡｌ組成比を小さくする方が結晶性の観点からは有利である。このため、光ガイド層やｐ型クラッド層は、電子障壁層よりもＡｌ組成比の小さいＡｌＧａＮ、ＧａＮ又はＩｎＧａＮから構成される。図６は、このような構造を持つ従来の半導体発光素子を示す断面図である。【０００５】
図６に示すように、ＧａＮ基板１上に、下から順番に、厚さが１．０μｍのＧａＮからなるｎ型バッファ層２と、厚さが１．０μｍでＡｌ組成比が０．０７のＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３と、厚さが１００ｎｍのＧａＮからなるｎ型光ガイド層４と、厚さが７ｎｍのアンドープＩｎＧａＮからなる光導波層５と、活性層６と、厚さが２０ｎｍでＩｎ組成比が０．０２のアンドープＩｎＧａＮからなる光導波層７と、厚さが２０ｎｍでＡｌ組成比が０．２のｐ型ＡｌＧａＮからなる電子障壁層８と、厚さが１００ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層９と、厚さが４００ｎｍでＡｌ組成比が０．０７のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０と、厚さが１００ｎｍのＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１が形成されている。【０００６】
ここで、活性層６は、厚さが３．５ｎｍでＩｎ組成比が０．１４のアンドープＩｎＧａＮ井戸層を３層、厚さが７．０ｎｍでＩｎ組成比が０．０２のアンドープＩｎＧａＮ障壁層を２層、それぞれ交互に積層した多重量子井戸構造である。また、ｐ型クラッド層１０及びｐ型コンタクト層１１には、エッチングにより、〈１１００〉方向に向かってリッジ１２が形成されている。このリッジ１２の幅は１．５μｍで、エッチングの深さは４５０ｎｍである。そして、リッジ１２の側面部及びｐ型クラッド層１０上を覆うように厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２絶縁膜１３が形成されている。この絶縁膜１３には、リッジ１２上の部分に開口１４が設けられている。この開口１４を介してｐ型電極１５がｐ型コンタクト層１１に電気的に接触している。ｐ型電極１５は、例えばＰｄ及びＡｕ膜を順次積層したものである。また、ＧａＮ基板１の裏面側には、Ｔｉ膜とＡｌ膜を順次積層したｎ型電極１６が設けられている。【０００７】
【特許文献１】日本特開平７−２３５７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＧａＮ基板上又はＧａＮに近い格子定数を持つ下地層上に成長した場合、ＩｎＧａＮ層は成長面内方向に圧縮歪を受け、ＡｌＧａＮ層は引張り歪を受ける。これらの層はウルツ鉱構造を取るため、この歪によるピエゾ効果によって結晶成長方向にピエゾ電界を発生する。そして、ＩｎＧａＮ層とＡｌＧａＮ層では歪の方向が異なるため、発生するピエゾ電界の方向は異なる。【０００９】
ピエゾ効果を考慮しない場合と、考慮した場合について、図６のａ−ａ´部分での価電子帯バンド構造をシミュレーションした結果をそれぞれ図７、図８に示す。図８中においてピエゾ電界の方向を矢印で示している。電子障壁層８では、ピエゾ効果により、光導波層７側に＋の記号で示す正電荷が発生し、ｐ型光ガイド層９側に−の記号で示す負電荷が発生して、これがピエゾ電界を発生させている。また、電子障壁層８とｐ型光ガイド層９の界面近くで大きなバンド曲がりが発生して正孔濃度が非常に高くなる。このようにキャリア濃度が高くなると抵抗が低くなるため、活性層６の上部に結晶方向と垂直な面内方向に低抵抗の層が存在することになる。なお、ＩｎＡｌＧａＮ層でも、同様のピエゾ効果が発生するが、そのピエゾ電界の方向はその材料が受ける歪の方向で決定される。【００１０】
次に、図８の場合における電流密度のシミュレーション結果を図９に示す。ただし、正孔による電流と、電子による電流に分けて図示している。これから、正孔による電流の電流密度が、電子障壁層８とｐ型光ガイド層９との間のＡ点で大きく減少していることが分かる。これは、Ａ点において上記のピエゾ電界によるバンド曲がりが発生し、これが原因で横方向に電流が広がった結果、電流密度が減少したものである。【００１１】
このように、図６に示すリッジ型構造のようにｐ側の一部の領域にのみ電流注入を行う発光素子において、電子障壁層を設けると、ｐ電極から注入した正孔が上述の低抵抗領域において横方向に大きく広がってしまう。このため、活性層にも正孔が横方向に広がった状態で注入され、活性層における電流密度が小さくなって、発光特性が大きく劣化してしまう。【００１２】
なお、上記の従来例は一例を示したものであり、電子障壁層がＡｌＧａＮではなく引張り歪を受けるＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）の場合や、光ガイド層がＧａＮではなく電子障壁層よりもバンドギャップの小さなＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）の場合でも同様の問題が発生する。即ち、上記の問題は、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体がピエゾ効果という特殊な効果を発生する材料であることに起因している。  
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、発光特性を改善することができる半導体発光素子を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る半導体発光素子は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、活性層よりもｐ層側に設けられ、引張り歪を受けているＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層よりもバンドギャップの小さいＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に、バンドギャップが第１の半導体層のバンドギャップよりも小さく、第２の半導体層のバンドギャップよりも大きいＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）からなる第３の半導体層とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、引張り歪を受けているＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層よりもバンドギャップの小さいＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる第２の半導体層との間の部分でのバンド曲がりを緩和することができ、この部分に高濃度の正孔が発生するのを抑制して、横方向の電流広がりを抑えることができる。これにより、発光特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の価電子帯バンド構造を示す図である。
【図３】図２の場合における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の価電子帯バンド構造を示す図である。
【図５】図４の場合における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】従来の半導体発光素子を示す断面図である。
【図７】ピエゾ効果を考慮しない場合について、従来の半導体発光素子の価電子帯バンド構造を示す図である。
【図８】ピエゾ効果を考慮した場合について、従来の半導体発光素子の価電子帯バンド構造を示す図である。
【図９】図８の場合における電流密度のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  基板
２  型バッファ層
３  型クラッド層
４  型光ガイド層
５  光導波層
６  活性層
７  光導波層
８  電子障壁層
９  型光ガイド層
１０  型クラッド層
１１  型コンタクト層
１２  リッジ
１３  絶縁膜
１４  開口
１５  型電極
１６  型電極
１７  中間層
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、本発明の実施形態１について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子を示す断面図である。この半導体発光素子は、リッジ構造を有する窒化物系半導体レーザである。【００１８】
図１に示すように、ＧａＮ基板１上に、下から順番に、厚さが１．０μｍのＧａＮからなるｎ型バッファ層２と、厚さが１．０μｍでＡｌ組成比が０．０７のＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３と、厚さが１００ｎｍのＧａＮからなるｎ型光ガイド層４と、厚さが７ｎｍのアンドープＩｎＧａＮからなる光導波層５と、活性層６と、厚さが２０ｎｍでＩｎ組成比が０．０２のアンドープＩｎＧａＮからなる光導波層７と、厚さが２０ｎｍでＡｌ組成比が０．２のｐ型ＡｌＧａＮからなる電子障壁層８と、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮからなる中間層１７と、厚さが１００ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層９と、厚さが４００ｎｍでＡｌ組成比が０．０７のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０と、厚さが１００ｎｍのＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１が形成されている。【００１９】
ここで、活性層６は、厚さが３．５ｎｍでＩｎ組成比が０．１４のアンドープＩｎＧａＮ井戸層を３層、厚さが７．０ｎｍでＩｎ組成比が０．０２のアンドープＩｎＧａＮ障壁層を２層、それぞれ交互に積層した多重量子井戸構造である。また、ｐ型クラッド層１０及びｐ型コンタクト層１１には、エッチングにより、〈１１００〉方向に向かってリッジ１２が形成されている。このリッジ１２の幅は１．５μｍで、エッチングの深さは４５０ｎｍである。そして、リッジ１２の側面部及びｐ型クラッド層１０上を覆うように厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２絶縁膜１３が形成されている。この絶縁膜１３には、リッジ１２上の部分に開口１４が設けられている。この開口１４を介してｐ型電極１５がｐ型コンタクト層１１に電気的に接触している。ｐ型電極１５は、例えばＰｄ及びＡｕ膜を順次積層した構造である。また、ＧａＮ基板１の裏面側には、Ｔｉ膜とＡｌ膜を順次積層したｎ型電極１６が設けられている。【００２０】
この実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したＧａＮ基板１上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば１０００℃の成長温度でｎ型バッファ層２を成長させる。次に、同じくＭＯＣＶＤ法により、ｎ型クラッド層３、ｎ型光ガイド層４及び光導波層５、活性層６、光導波層７、電子障壁層８、中間層１７、ｐ型光ガイド層９、ｐ型クラッド層１０及びｐ型コンタクト層１１を順次積層する。ここで、これらの層の成長温度は、例えば、ｎ型クラッド層３及びｎ型光ガイド層４は１０００℃、アンドープＩｎＧａＮ光導波層５からアンドープＩｎＧａＮ光導波層７までは７４０℃、電子障壁層８からｐ型コンタクト層１１までは１０００℃とする。【００２１】
以上の結晶成長が終了した後、全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、例えばＲＩＥ法によりｐ型クラッド層１０の層内までエッチングを行い、光導波構造となるリッジ１２を作製する。なお、エッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。【００２２】
次に、レジストパターンを残したまま、再び全面に、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ２からなる絶縁膜１３を形成し、レジスト除去と同時にリッジ１２上にある絶縁膜１３を除去する、いわゆるリフトオフを行う。これにより、リッジ１２上に開口１４が形成される。【００２３】
次に、全面に例えば真空蒸着法によりＰｔ及びＡｕ膜を順次形成した後、レジストを塗布し、リソグラフィーを行った後、ウェットエッチング或いはドライエッチングを行うことにより、表面のｐ型電極１５を形成する。そして、基板の裏面前面に真空蒸着法によりＴｉ及びＡｌ膜を順次積層してｎ型電極を形成する。そして、ｎ型電極１６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。【００２４】
次に、ウェハを劈開などによりバー状に加工して面共振器端面を形成し、更にこれらの共振器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ化する。以上の工程により、実施の形態１に係る半導体発光素子が製造される。【００２５】
上記のように、実施の形態１に係る半導体発光素子では、電子障壁層８とｐ型光ガイド層９との間に中間層１７が設けられている。この中間層１７は、厚さが１０ｎｍでＩｎ組成比０．０４、Ａｌ組成比０．１８、Ｇａ組成比０．７８であり、ＧａＮ基板１に対しほぼ格子整合するため実質無歪である。この実施の形態１に係る半導体発光素子は、しきい値は３７ｍＡ、微分効率は１．４２Ｗ／Ａであり、従来の半導体発光素子においてそれぞれ４５ｍＡ、１．３５Ｗ／Ａであったものよりも発光特性が改善している。【００２６】
図１のａ−ａ´部分での価電子帯バンド構造をシミュレーションした結果を図２に示す。図示のように、電子障壁層８と中間層１７との界面及び中間層１７とｐ型光ガイド層９との界面でそれぞれバンド曲がりが生じる。しかし、これらのバンド曲がりにおけるバンド不連続量は従来の構造に比べて小さく、それぞれの界面に発生する正孔濃度は大幅に低減する。従って、正孔濃度が高い部分が２つになるが、それぞれの正孔濃度は小さいため、全体として抵抗値の低減を抑えることができる。【００２７】
図２の場合における電流密度のシミュレーション結果を図３に示す。図３中の電子障壁層８と中間層１７の間のＢ点における電流密度の低下量は、図９中のＡ点における電流密度の低下量よりも小さくなっている。従って、実施の形態１の構造により、横方向の電流広がりを抑えることができるため、発光特性を改善することができる。【００２８】
上記の例に限らず、窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、活性層よりもｐ層側に設けられ、引張り歪を受けているＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層よりもバンドギャップの小さいＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる第２の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に、バンドギャップが第１の半導体層のバンドギャップよりも小さく、第２の半導体層のバンドギャップよりも大きいＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）からなる第３の半導体層とを有する半導体発光素子であれば、同様の効果を得ることができる。ただし、０＜ｙ２＜ｙ３＜ｙ１≦１であることが好ましい。【００２９】
また、第１の半導体層がＡｌｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（ｙ１≧０．１５）からなり、第２の半導体層がＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（ｘ２≧０）からなる場合には、ピエゾ効果が非常に大きくなり、前記問題点が顕著となるため、本発明の効果は非常に大きくなる。【００３０】
さらに、第１の半導体層がＡｌｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎからなり、第２の半導体層もＡｌｙ２Ｇａ１−ｙ２Ｎからなる場合においては、そのＡｌ組成の差ｙ１−ｙ２が０．１５より大きいときに、特にピエゾ効果が大きくなり、前記問題点が顕著となるため、本発明の効果は非常に大きくなる。【００３１】
また、第１の半導体層がＡｌｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎからなり、第２の半導体層がＡｌｙ２Ｇａ１−ｙ２Ｎからなり、第３の半導体層がＡｌｙ３Ｇａ１−ｙ３Ｎからなる場合において、ｙ３が｛（ｙ１＋ｙ２）／２｝×０．７より大きく、｛（ｙ１＋ｙ２）／２｝×１．３より小さい場合には、第１の半導体層と第３の半導体層とのバンドギャップ差、及び第３の半導体層と第２の半導体層とのバンドギャップ差を共に小さくすることができることから、ｐ層側から活性層へ移動する正孔の障壁が小さくなることで、動作電圧を下げることができるといったメリットがある。【００３２】
ここで、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の格子定数はＧａＮ基板１とほぼ同じであることから、中間層１７の層厚はある程度大きくすることもできる。しかし、Ｉｎを含む結晶の結晶性は一般に良くない。これは、成長温度が高いとＩｎが結晶内に取り込まれにくくなることから、成長温度を下げる必要があり、この低温での成長により結晶性が劣化するためである。従って、中間層１７（第３の半導体層）の層厚の上限は、その結晶性で制限され、１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下がよい。また、層厚が１ｎｍよりも小さい場合には、その効果がほとんど発生しないため、１ｎｍ以上の層厚が必要である。【００３３】
また、ｐ型光ガイド層９が無い場合も、電子障壁層８とｐ型クラッド層１０との間に中間層１７を設ければ同様の効果を得ることができる。そして、ＧａＮ基板の代わりに、例えば、サファイア基板などＧａＮに格子整合していない基板上に作製した低温ＧａＮバッファ層や、サファイア基板などＧａＮに格子整合していない基板上に横方向選択成長技術を用いて作製したＧａＮ層などのＧａＮに近い格子定数を持つ下地層を用いた場合も同様の効果を得ることができる。
実施の形態２．
実施の形態２に係る半導体発光素子は、中間層１７として、厚さが１０ｎｍ、Ｉｎ組成比が０．０１、Ａｌ組成比が０．１４、Ｇａ組成比が０．８５であり、引張り歪を受けているｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層を設けたものである。それ以外の構造は実施の形態１と同じであり、製造方法も実施の形態１と同様である。【００３４】
この実施の形態２に係る半導体発光素子は、しきい値は３０ｍＡ、微分効率は１．５２Ｗ／Ａであり、従来の半導体発光素子よりも改善している。【００３５】
このように、中間層１７として、その格子定数がＧａＮ基板１の格子定数よりも大きく、引張り歪を受けているものを用いてもよい。この場合における図１に示す構造のａ−ａ´部分での価電子帯バンド構造を図４に示す。電子障壁層８と中間層１７においてピエゾ効果により発生する正電荷を＋の記号で示し、負電荷を−の記号で示す。電子障壁層８と中間層１７は共に引張り歪を受けるため、この２つの層の界面では、正電荷と負電荷が同時に発生し、それぞれが打ち消し合う。従って、この中間層１７の歪量を適切に設定すれば、この界面で発生する電荷は非常に小さくなり、バンド曲がりも小さくなる。さらに、バンド不連続量も小さくなるので、正孔濃度は非常に小さくなる。一方、中間層１７とｐ型光ガイド層９との界面に新たに負電荷が発生するが、中間層１７の歪量を適切に設定することで、この負電荷を小さくすることができる。【００３６】
これにより、電子障壁層８と中間層１７との界面、及び中間層１７とｐ型光ガイド層９との界面の何れにおいても、バンド不連続量を小さくし、正孔濃度を非常に小さくすることができる。従って、正孔濃度が高い部分が２つになるが、それぞれの正孔濃度は小さいため、全体として抵抗値の低減を抑えることができる。【００３７】
図４の場合における電流密度のシミュレーション結果を図５に示す。図５中の電子障壁層８と中間層１７の間のＣ点における電流密度の低下量は、図９中のＡ点における電流密度、及び図３中のＢ点の低下量よりも小さくなっている。従って、上記の構造により、中間層１７の挿入により横方向電流の広がりを更に抑制することができる。
実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体発光素子は、中間層１７として、厚さが１０ｎｍ、Ａｌ組成比が０．２のｐ型ＡｌＧａＮ層を設けたものである。それ以外の構造は実施の形態１と同じであり、製造方法も実施の形態１と同様である。【００３８】
この実施の形態３に係る半導体発光素子は、しきい値は２８ｍＡ、微分効率は１．５６Ｗ／Ａであり、従来の半導体発光素子よりも改善している。【００３９】
このように、中間層１７としてＡｌＧａＮ材料を用いてもよい。ＧａＮ基板上又はＧａＮに近い格子定数を持つ下地層上に成長した場合、ＡｌＧａＮ材料は必ず引張り歪を受ける。また、中間層１７としてＡｌＧａＮ材料を用いた場合、中間層１７のバンドギャップを電子障壁層８よりも小さくし、かつｐ型光ガイド層９よりも大きくするには、Ａｌ組成比を電子障壁層８よりも小さく、ｐ型光ガイド層９よりも大きくすればよい。従って、前記２つの条件を満たす中間層を容易に作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明により、引張り歪を受けているＩｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層よりもバンドギャップの小さいＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる第２の半導体層との間の部分でのバンド曲がりを緩和することができ、この部分に高濃度の正孔が発生するのを抑制して、横方向の電流広がりを抑えることができる。これにより、発光特性を改善することができる。
【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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