特開 2023-32343 窒化物半導体発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023032343

(43)【公開日】2023-03-09

(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/323 20060101AFI20230302BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20230302BHJP

【ＦＩ】

H01S5/323 610

H01L33/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021138405

(22)【出願日】2021-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】520133916

【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】川口 靖利

(72)【発明者】

【氏名】吉田 真治

(72)【発明者】

【氏名】岡口 貴大

(72)【発明者】

【氏名】中澤 崇一

(72)【発明者】

【氏名】林 茂生

(72)【発明者】

【氏名】畑 雅幸

【テーマコード（参考）】

5F173

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F173AF44

5F173AF54

5F173AF55

5F173AF58

5F173AH22

5F173AJ04

5F173AJ13

5F173AP05

5F173AR25

5F241AA03

5F241CA04

5F241CA05

5F241CA40

5F241CA49

5F241CA57

5F241CA65

(57)【要約】

【課題】発光層へのＭｇの熱拡散による混入を抑制し、かつ、発光層への正孔の注入効率を高めることができる窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ｎ側半導体層３０と、ｎ側半導体層３０の上方に配置される１以上の発光層５５と、１以上の発光層５５の上方に配置され、Ａｌを含む第１障壁層５１と、第１障壁層５１の上方に配置され、Ａｌを含む第２障壁層５２と、第２障壁層５２の上方に配置され、第２障壁層５２よりもＡｌ組成比の小さいｐ側ガイド層６１と、ｐ側ガイド層６１の上方に配置され、Ｍｇを含み、第２障壁層５２よりもＡｌ組成比の大きい電子障壁層６２と、電子障壁層６２の上方に配置されるｐ側半導体層７０とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ側半導体層と、
前記ｎ側半導体層の上方に配置される１以上の発光層と、
前記１以上の発光層の上方に配置され、Ａｌを含む第１障壁層と、
前記第１障壁層の上方に配置され、Ａｌを含む第２障壁層と、
前記第２障壁層の上方に配置され、第２障壁層よりもＡｌ組成比の小さいｐ側ガイド層と、
前記ｐ側ガイド層の上方に配置され、Ｍｇを含み、前記第２障壁層よりもＡｌ組成比の大きい電子障壁層と、
前記電子障壁層の上方に配置されるｐ側半導体層とを備える
窒化物半導体発光素子。

【請求項2】

前記第２障壁層のＡｌ組成比は、前記第１障壁層のＡｌ組成比よりも大きい
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項3】

前記ｐ側ガイド層は、Ｍｇを含む
請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項4】

前記ｐ側ガイド層における平均Ｍｇ濃度は、前記電子障壁層における平均Ｍｇ濃度よりも低い
請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項5】

前記ｐ側ガイド層の前記第２障壁層に近い方の界面付近におけるＭｇ濃度は、前記ｐ側ガイド層の前記第２障壁層から遠い方の界面付近におけるＭｇ濃度より低い
請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項6】

前記第２障壁層は、前記第１障壁層の膜厚より薄い
請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項7】

前記電子障壁層のＡｌ組成比は、前記ｐ側半導体層のＡｌ組成比より大きい
請求項１～６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項8】

前記１以上の発光層は、Ｉｎを含み、
前記窒化物半導体発光素子の発光波長は、３９０ｎｍ以下である
請求項１～７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、窒化物半導体発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、青色光を出射する窒化物半導体発光素子が知られているが（例えば、特許文献１など参照）、より短波長の光（つまり、波長が３９０ｎｍ以下の光）を出射する高出力かつ高効率の窒化物半導体発光素子が求められている。以下では、波長が３９０ｎｍ以下の光を出射する窒化物半導体発光素子のことを、短波長窒化物半導体発光素子とも称する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－３３５０５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

青色光を出射する窒化物半導体発光素子では、例えば、光ガイド層においてＩｎＧａＮ系材料が用いられる。これに対して、短波長窒化物半導体発光素子では、光ガイド層においてＩｎＧａＮよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌＧａＮ系材料が用いられるため、短波長窒化物半導体発光素子の電気抵抗は、青色光を出射する窒化物半導体発光素子の電気抵抗より大きくなる。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層にアクセプタ不純物として添加されるＭｇの活性化率がＡｌ組成比の増加とともに低下するため、Ａｌ組成比の高いｐ型ＡｌＧａＮ層では発光層への正孔の注入効率が低下する。ｐ型ＡｌＧａＮ層から発光層への正孔の注入効率を高めるために、発光層の近くまでＭｇを添加すると、Ｍｇが熱拡散により発光層に混入する。このため、発光層における非発光再結合中心が増加し、発光効率が低下する。

【0005】

本開示は、このような課題を解決するものであり、発光層へのＭｇの熱拡散による混入を抑制し、かつ、発光層への正孔の注入効率を高めることができる窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示に係る窒化物半導体発光素子の一態様は、ｎ側半導体層と、前記ｎ側半導体層の上方に配置される１以上の発光層と、前記１以上の発光層の上方に配置され、Ａｌを含む第１障壁層と、前記第１障壁層の上方に配置され、Ａｌを含む第２障壁層と、前記第２障壁層の上方に配置され、第２障壁層よりもＡｌ組成比の小さいｐ側ガイド層と、前記ｐ側ガイド層の上方に配置され、Ｍｇを含み、前記第２障壁層よりもＡｌ組成比の大きい電子障壁層と、前記電子障壁層の上方に配置されるｐ側半導体層とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、発光層へのＭｇの熱拡散による混入を抑制し、かつ、発光層への正孔の注入効率を高めることができる窒化物半導体発光素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子の全体構成を示す模式的な側面図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子の成長方向における伝導帯のバンドダイアグラムの概要を示すグラフである。

【図3】図３は、実施の形態１に係る第１障壁層からｐ側ガイド層までの伝導帯のバンドダイアグラム及び格子定数を模式的に示す図である。

【図4】図４は、比較例に係る第１障壁層からｐ側ガイド層までの伝導帯のバンドダイアグラム及び格子定数を模式的に示す図である。

【図5】図５は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の流れを示すフローチャートである。

【図6】図６は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子の製造工程における時間と、温度及び供給ガスとの関係を示す図である。

【図7】図７は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子の積層方向における組成分布の概要を示すグラフである。

【図8】図８は、実施の形態１の変形例に係る窒化物半導体発光素子の全体構成を示す模式的な側面図である。

【図9】図９は、実施の形態６に係る窒化物半導体発光素子の全体構成を示す模式的な側面図である。

【図10】図１０は、実施の形態６に係る窒化物半導体発光素子の第２障壁層からｐ側クラッド層までにおけるＭｇ濃度分布を示すグラフである。

【図11】図１１は、実施の形態６に係る窒化物半導体発光素子の第２障壁層からｐ側クラッド層までにおけるＭｇ濃度分布の他の第１例を示すグラフである。

【図12】図１２は、実施の形態６に係る窒化物半導体発光素子の第２障壁層からｐ側クラッド層までにおけるＭｇ濃度分布の他の第２例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。

【0010】

また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0011】

また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。

【0012】

（実施の形態１）
実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子について説明する。

【0013】

［１－１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の全体構成を示す模式的な側面図である。図２は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の成長方向における伝導帯のバンドダイアグラムの概要を示すグラフである。図２の横軸及び縦軸は、それぞれ、窒化物半導体発光素子１０の積層方向における位置、及び、エネルギーを示す。図２の横軸において、左から右に向かう向きが、積層方向の下方から上方に向かう向き（つまり、結晶成長の向き）に対応する。

【0014】

図１に示されるように、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０は、基板２０と、ｎ側半導体層３０と、第１ｎ側ガイド層４１と、第２ｎ側ガイド層４２と、第３障壁層５３と、発光層５５と、第１障壁層５１と、第２障壁層５２と、ｐ側ガイド層６１と、電子障壁層６２と、ｐ側半導体層７０とを備える。

【0015】

基板２０は、窒化物半導体発光素子１０の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板２０は、ｎ型ＧａＮ基板である。

【0016】

ｎ側半導体層３０は、基板２０の上方に配置される窒化物半導体層である。本実施の形態では、ｎ側半導体層３０は、基板２０の上方側の主面に直接積層される。ｎ側半導体層３０は、下地層３１と、歪緩和層３２と、キャップ層３３と、ｎ側クラッド層３４を有する。

【0017】

下地層３１は、基板２０の上方に配置されるｎ型の窒化物半導体層である。本実施の形態では、下地層３１は、膜厚１．５μｍのｎ型Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ層である。下地層３１には、不純物としてＳｉが添加されている。なお、ｎ側半導体層３０は、下地層３１を有さなくてもよい。

【0018】

歪緩和層３２は、基板２０の上方に配置されるｎ型の窒化物半導体層である。本実施の形態では、歪緩和層３２は、下地層３１の上方に配置される膜厚０．２μｍのｎ型Ｉｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎ層である。歪緩和層３２には、不純物としてＳｉが添加されている。なお、ｎ側半導体層３０は、歪緩和層３２を有さなくてもよい。

【0019】

キャップ層３３は、基板２０の上方に配置されるｎ型の窒化物半導体層である。本実施の形態では、キャップ層３３は、歪緩和層３２の上方に配置される膜厚１０ｎｍのｎ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層である。キャップ層３３には、不純物としてＳｉが添加されている。なお、ｎ側半導体層３０は、キャップ層３３を有さなくてもよい。

【0020】

ｎ側クラッド層３４は、基板２０の上方に配置されるｎ型の窒化物半導体層である。本実施の形態では、ｎ側クラッド層３４は、キャップ層３３の上方に配置される膜厚０．８μｍのｎ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層である。ｎ側クラッド層３４には、不純物としてＳｉが添加されている。ｎ側クラッド層３４は、発光層５５、第１障壁層５１、第２障壁層５２、及び第３障壁層５３より屈折率が低い。これにより、ｎ側クラッド層３４は、発光層５５で発生した光がｎ側クラッド層３４を透過して基板２０に到達することを抑制する。なお、ｎ側クラッド層３４は、ＡｌＩｎＧａＮ層であっても、ＡｌＩｎＮ層であってもよい。また、ｎ側クラッド層３４は、組成が一様な一つの層で構成されてもよいし、複数の互いに異なる組成を有する層を有してもよい。例えば、ｎ側クラッド層３４は、超格子構造を有してもよい。具体的には、ｎ側クラッド層３４は、複数のＡｌＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＩｎＧａＮ層又は複数のＡｌＩｎＮ層の各々とが交互に積層された構成を有してもよい。また、ｎ側クラッド層３４は、Ａｌ組成比が互いに異なる２種類のＡｌＧａＮ層が交互に積層された構成を有してもよい。

【0021】

第１ｎ側ガイド層４１は、ｎ側半導体層３０の上方に配置される窒化物半導体層である。第１ｎ側ガイド層４１は、ｎ側クラッド層３４より屈折率が高い。本実施の形態では、第１ｎ側ガイド層４１は、膜厚０．１２μｍのｎ型Ａｌ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎ層である。第１ｎ側ガイド層４１には、不純物としてＳｉが添加されている。

【0022】

第２ｎ側ガイド層４２は、ｎ側半導体層３０の上方に配置される窒化物半導体層である。第２ｎ側ガイド層４２は、ｎ側クラッド層３４より屈折率が高い。本実施の形態では、第２ｎ側ガイド層４２は、第１ｎ側ガイド層４１の上方に配置される膜厚１８ｎｍのアンドープＡｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ層である。なお、第２ｎ側ガイド層４２には、不純物としてＳｉが添加されていてもよい。

【0023】

第３障壁層５３は、ｎ側半導体層３０の上方に配置される窒化物半導体層であり、下方障壁層とも称される。第３障壁層５３は、発光層５５と隣り合う位置に配置される。本実施の形態では、第３障壁層５３は、第２ｎ側ガイド層４２と、発光層５５との間に配置される膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層である。

【0024】

発光層５５は、ｎ側半導体層３０の上方に配置される窒化物半導体層であり、光を発する。本実施の形態では、発光層５５は、第３障壁層５３と、第１障壁層５１との間に配置される膜厚１０ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層である。発光層５５は、３９０ｎｍ以下の波長の光を生成する。このように、発光層５５は、Ｉｎを含み、窒化物半導体発光素子１０の発光波長は、３９０ｎｍ以下である。窒化物半導体発光素子１０の発光波長は、３５０ｎｍ以上であってもよい。また、窒化物半導体発光素子１０の発光波長は、３６５ｎｍ以上３８５ｎｍ以下であってもよい。

【0025】

第１障壁層５１は、発光層５５の上方に配置され、Ａｌを含む窒化物半導体層であり、上方障壁層とも称される。第１障壁層５１の組成の一例は、Ａｌ組成比Ｘ１を用いて、Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１－Ｘ１Ｎと表される。本実施の形態では、第１障壁層５１は、発光層５５と、第２障壁層５２との間に配置される膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層である。第１障壁層５１と、第３障壁層５３と、発光層５５とによって量子井戸構造が形成されてもよい。

【0026】

第２障壁層５２は、第１障壁層５１の上方に配置され、Ａｌを含む窒化物半導体層であり、拡散抑制層とも称される。第２障壁層５２の組成の一例は、Ａｌ組成比Ｘ２を用いて、Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１－Ｘ２Ｎと表される。第２障壁層５２のＡｌ組成比Ｘ２は、第１障壁層５１のＡｌ組成比Ｘ１よりも大きい。つまり、不等式Ｘ２＞Ｘ１が成り立つ。これにより、図２に示されるように、第２障壁層５２のバンドギャップエネルギーは、第１障壁層５１のバンドギャップエネルギーより大きくなる。本実施の形態では、第２障壁層５２は、第２障壁層５２と、ｐ側ガイド層６１との間に配置される膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ層である。

【0027】

第２障壁層５２は、第１障壁層５１より薄い。これにより、第２障壁層５２における電気抵抗の増大を抑制できる。本実施の形態では、第２障壁層５２の膜厚は、１ｎｍ以上４ｎｍ以下であってもよい。また、第２障壁層５２のＡｌ組成比は、６％以上であってもよい。また、第２障壁層５２における電気抵抗の増大を抑制するために、第２障壁層５２のＡｌ組成比は、１０％以下であってもよい。さらに、Ａｌ組成比Ｘ２は０．０１≦Ｘ２－Ｘ１≦０．０６の関係を満たしてもよい。

【0028】

ｐ側ガイド層６１は、第２障壁層５２の上方に配置され、第２障壁層５２よりもＡｌ組成比の小さい窒化物半導体層である。つまり、ｐ側ガイド層６１のＡｌ組成比Ｘｐｇと、第２障壁層５２のＡｌ組成比Ｘ２との間に、不等式Ｘｐｇ＜Ｘ２が成り立つ。

【0029】

ｐ側ガイド層６１は、ｐ側半導体層７０より屈折率が高い。本実施の形態では、ｐ側ガイド層６１は、第２障壁層５２と電子障壁層６２との間に配置される膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層である。ｐ側ガイド層６１は、不純物としてＭｇを含む。本実施の形態では、ｐ側ガイド層６１の成長工程においてＭｇが添加される。ｐ側ガイド層６１における平均Ｍｇ濃度は、電子障壁層６２における平均Ｍｇ濃度よりも低くてもよい。例えば、ｐ側ガイド層６１に含まれる平均Ｍｇ濃度は、電子障壁層６２に含まれる平均Ｍｇ濃度の１／１０以下であってもよい。また、ｐ側ガイド層６１の電子障壁層６２から遠い方の界面付近におけるＭｇ濃度は、ｐ側ガイド層６１の電子障壁層６２に近い方の界面付近におけるＭｇ濃度より低くてもよい。言い換えると、ｐ側ガイド層６１の発光層５５に近い方の界面付近におけるＭｇ濃度は、ｐ側ガイド層６１の発光層５５から遠い方の界面付近におけるＭｇ濃度より低くてもよい。これにより、ｐ側ガイド層６１の発光層５５に近い方の界面付近におけるＭｇ濃度を低減できるため、発光層５５に熱拡散により混入するＭｇの量を低減できる。したがって、発光層５５における非発光再結合中心の増加を抑制できるため、発光効率の低下を抑制できる。

【0030】

電子障壁層６２は、ｐ側ガイド層６１の上方に配置され、Ｍｇを含み、第２障壁層５２よりもＡｌ組成比の大きい窒化物半導体層である。電子障壁層６２の組成の一例は、Ａｌ組成比Ｘｅを用いて、Ａｌ_ＸｅＧａ_１－ＸｅＮと表される。電子障壁層６２は、発光層５５を通過した電子がｐ側半導体層７０へ移動することを抑制する機能を有する。これにより、電子を発光層５５付近に閉じ込めることができる。本実施の形態では、電子障壁層６２は、ｐ側ガイド層６１と、ｐ側半導体層７０との間に配置される膜厚５ｎｍのｐ型Ａｌ_０．３６Ｇａ_０．６４Ｎ層である。電子障壁層６２には、不純物としてＭｇが添加されている。電子障壁層６２のＡｌ組成比Ｘｅは、ｐ側半導体層７０のＡｌ組成比Ｘｐより大きい。つまり、不等式Ｘｅ＞Ｘｐが成り立つ。これにより、図２に示されるように、電子障壁層６２のバンドギャップエネルギーは、ｐ側半導体層７０のバンドギャップエネルギーより大きくなる。

【0031】

ｐ側半導体層７０は、電子障壁層６２の上方に配置される窒化物半導体層である。本実施の形態では、ｐ側半導体層７０は、ｐ側クラッド層７１と、コンタクト層７２とを有する。

【0032】

ｐ側クラッド層７１は、電子障壁層６２の上方に配置される窒化物半導体層である。本実施の形態では、ｐ側クラッド層７１は、電子障壁層６２とコンタクト層７２との間に配置される膜厚０．５μｍのｐ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層である。ｐ側クラッド層７１には、不純物としてＭｇが添加されている。ｐ側クラッド層７１は、発光層５５、第１障壁層５１、第２障壁層５２、及び第３障壁層５３より屈折率が低い。これにより、ｐ側クラッド層７１は、発光層５５で発生した光がｐ側クラッド層７１を透過することを抑制する。なお、ｐ側クラッド層７１は、ＡｌＩｎＧａＮ層であっても、ＡｌＩｎＮ層であってもよい。また、ｐ側クラッド層７１は、組成が一様な一つの層で構成されてもよいし、複数の互いに異なる組成を有する層を有してもよい。例えば、ｐ側クラッド層７１は、超格子構造を有してもよい。具体的には、ｐ側クラッド層７１は、複数のＡｌＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＩｎＧａＮ層又は複数のＡｌＩｎＮ層の各々とが交互に積層された構成を有してもよい。また、ｐ側クラッド層７１は、Ａｌ組成比が互いに異なる２種類のＡｌＧａＮ層が交互に積層された構成を有してもよい。

【0033】

コンタクト層７２は、ｐ側クラッド層７１の上方に配置される窒化物半導体層である。コンタクト層７２上には導電膜が配置され、当該導電膜とオーミック接触する。本実施の形態では、コンタクト層７２は、膜厚１０ｎｍのｐ型ＧａＮ層である。また、コンタクト層７２は、Ａｌを含有してもよい。コンタクト層７２のＡｌ組成比は、ｐ側クラッド層７１のＡｌ組成比より小さい。コンタクト層７２は、例えば、Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ層などでもよい。

【0034】

なお、図１などには示されないが、窒化物半導体発光素子１０は、基板２０の下方の主面（つまり、窒化物半導体発光素子１０の主面のうち、ｎ側半導体層３０が積層される主面の裏側の主面）に、ｎ側電極が形成されてもよい。また、コンタクト層７２の上方にｐ側電極が形成されてもよい。

【0035】

［１－２．効果］
次に、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の効果について、図３を用いて説明する。図３及び図４は、それぞれ、本実施の形態及び比較例に係る第１障壁層５１からｐ側ガイド層６１までの伝導帯のバンドダイアグラム及び格子定数を模式的に示す図である。図３及び図４のグラフ（ａ）は、成長方向における伝導帯のバンドダイアグラムの概要を示すグラフである。図３及び図４の模式図（ｂ）は、各層の格子定数及び各層で発生する応力を模式的に示す図である。各模式図（ｂ）において、格子の大きさ（横幅）が各層の格子定数の大きさを表し、実線矢印が応力の向きを示す。また、各模式図（ｂ）には、Ｍｇの熱拡散による移動の範囲が破線矢印で併せて示されている。図４に示される比較例の窒化物半導体発光素子は、第２障壁層５２を備えない点において、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０と相違し、その他の点において一致する。

【0036】

図４に示されるように、第２障壁層５２を備えない窒化物半導体発光素子においては、第１障壁層５１とｐ側ガイド層６１とのＡｌ組成比及びバンドギャップエネルギーが等しいため、第１障壁層５１とｐ側ガイド層６１との格子定数が等しい。したがって、第１障壁層５１とｐ側ガイド層６１との界面付近において、第１障壁層５１とｐ側ガイド層６１との格子定数の差に起因する応力が発生しない。このため、ｐ側ガイド層６１に含まれるＭｇは、熱拡散により第１障壁層５１へ移動する。また、第１障壁層５１に移動したＭｇは、さらに、熱拡散により第１障壁層５１の下方に配置される発光層５５へ移動する。このため、発光層５５における非発光再結合中心が増加し、発光効率が低下する。

【0037】

一方、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０は、ｐ側ガイド層６１と、第１障壁層５１との間に、ｐ側ガイド層６１及び第１障壁層５１よりＡｌ組成比及びバンドギャップエネルギーが大きい第２障壁層５２を備える。この場合、図３の模式図（ｂ）に示されるように、第２障壁層５２の方が、ｐ側ガイド層６１及び第１障壁層５１より、格子定数が小さくなる。このため、ｐ側ガイド層６１と第２障壁層５２との界面付近において応力が発生する。ｐ側ガイド層６１の第２障壁層５２との界面付近においては、圧縮応力が発生し、第２障壁層５２のｐ側ガイド層６１との界面付近においては、伸張応力が発生する。また、第２障壁層５２の第１障壁層５１との界面付近においては、伸張応力が発生し、第１障壁層５１の第２障壁層５２との界面付近においては、圧縮応力が発生する。

【0038】

この場合、ｐ側ガイド層６１に含まれるＭｇから見て、ｐ側ガイド層６１と第２障壁層５２との界面（ヘテロ界面）付近のように、圧縮応力領域、伸張応力領域の順に配置されている領域においては、Ｍｇの拡散が抑制されることが一般に知られている。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０においては、ｐ側ガイド層６１に含まれるＭｇが第１障壁層５１及び発光層５５へ熱拡散により移動することを抑制できる。したがって、発光層５５における非発光再結合中心の増加を抑制できるため、発光効率の低下を抑制できる。

【0039】

なお、上記比較例では、第１障壁層５１とｐ側ガイド層６１とのＡｌ組成比及びバンドギャップエネルギーが等しいが、第１障壁層５１の方がｐ側ガイド層６１よりＡｌ組成比及びバンドギャップエネルギーが小さくても、Ｍｇは、熱拡散により、ｐ側ガイド層６１から第１障壁層５１及び発光層５５へ移動する。つまり、ｐ側ガイド層６１に含まれるＭｇから見て、伸張応力領域、圧縮応力領域の順に配置されている領域においては、Ｍｇの拡散は抑制されない。

【0040】

また、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の第２障壁層５２は、第１障壁層５１より薄いため、Ｍｇが含まれるｐ側ガイド層６１と発光層５５との距離を低減できる。つまり、発光層５５付近にまでＭｇを添加することができる。したがって、発光層５５への正孔の注入効率を高めることができる。また、第２障壁層５２を薄くすることで、第２障壁層５２の電気抵抗の増大を抑制できる。これにより、窒化物半導体発光素子１０の直列抵抗を低減することができる。

【0041】

以上のように、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０によれば、発光層５５へのＭｇの熱拡散による混入を抑制し、かつ、発光層５５への正孔の注入効率を高めることができる。

【0042】

［１－３．製造方法］
次に、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の製造方法例を図５及び図６を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の製造方法の流れを示すフローチャートである。図６は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の製造工程における時間と、温度及び供給ガスとの関係を示す図である。

【0043】

図５に示されるように、まず、基板２０を準備し（Ｓ２０）、結晶成長装置内に基板２０をセットする。本実施の形態では、基板２０として、ＧａＮ基板を準備する。また、本実施の形態では、結晶成長装置として、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いる。続いて、基板２０がセットされた結晶成長装置内にＮＨ_３及びＨ_２を供給し、基板２０の温度を１１５０℃まで昇温する（図６の時点ｔ０から時点ｔ１まで参照）。

【0044】

続いて、ｎ側半導体層３０を形成する（Ｓ３０）。ｎ側半導体層３０のうち下地層３１を最初に形成する（Ｓ３１）。本実施の形態では、結晶成長装置内にＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、及びＳｉＨ_４を供給することで、基板２０上に膜厚１．５μｍのｎ型Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる下地層３１を成長させる（図６の時点ｔ１から時点ｔ２まで参照）。次に、歪緩和層３２を形成する（Ｓ３２）。具体的には、下地層３１の形成完了後に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＳｉＨ_４、及びＨ_２の供給を停止し、かつ、Ｎ_２の供給を開始する。また、基板２０の温度を８５０℃まで降温する（図６の時点ｔ２から時点ｔ３まで参照）。続いて、結晶成長装置内にＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、及びＳｉＨ_４を供給することで、下地層３１上に膜厚０．２μｍのｎ型Ｉｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎからなる歪緩和層３２を成長させる（図６の時点ｔ３から時点ｔ４まで参照）。次に、キャップ層３３を形成する（Ｓ３３）。具体的には、歪緩和層３２の形成完了後に、ＴＭＩの供給を停止し、かつ、ＴＭＡの供給を開始することで、歪緩和層３２上に膜厚１０ｎｍのｎ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎからなるキャップ層３３を成長させる（図６の時点ｔ４から時点ｔ５まで参照）。次に、ｎ側クラッド層３４を形成する（Ｓ３４）。具体的には、キャップ層３３の形成完了後に、結晶成長装置へのＴＭＧ、ＴＭＡ、ＳｉＨ_４、Ｎ_２の供給を停止し、Ｈ_２の供給を開始する。また、基板２０の温度を１１５０℃まで昇温する（図６の時点ｔ５から時点ｔ６まで参照）。続いて、結晶成長装置内にＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＳｉＨ_４を供給することで、キャップ層３３上に膜厚０．８μｍのｎ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎからなるｎ側クラッド層３４を成長させる（図６の時点ｔ６から時点ｔ７まで参照）。

【0045】

続いて、第１ｎ側ガイド層４１を形成する（Ｓ４１）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＡの供給量を減らし、ｎ側クラッド層３４上に膜厚０．１２μｍのｎ型Ａｌ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎからなる第１ｎ側ガイド層４１を成長させる（図６の時点ｔ７から時点ｔ８まで参照）。

【0046】

続いて、第２ｎ側ガイド層４２を形成する（Ｓ４２）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＡの供給量をさらに減らし、かつ、ＳｉＨ_４の供給を停止して、第１ｎ側ガイド層４１上に膜厚１８ｎｍのアンドープＡｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる第１ｎ側ガイド層４１を成長させる（図６の時点ｔ８から時点ｔ９まで参照）。

【0047】

続いて、第３障壁層５３を形成する（Ｓ５１）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＨ_２の供給を停止し、Ｎ_２の供給を開始する。また、基板２０の温度を９５０℃まで降温する（図６の時点ｔ９から時点ｔ１０まで参照）。続いて、結晶成長装置内にＴＭＧ及びＴＭＡを供給することで、第２ｎ側ガイド層４２上に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる第３障壁層５３を成長させる（図６の時点ｔ１０から時点ｔ１１まで参照）。

【0048】

続いて、発光層５５を形成する（Ｓ５２）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＩの供給を開始することで、第３障壁層５３上に膜厚１０ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなる発光層５５を成長させる（図６の時点ｔ１１から時点ｔ１２まで参照）。

【0049】

続いて、第１障壁層５１を形成する（Ｓ５３）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＩの供給を停止し、ＴＭＡの供給を開始することで、発光層５５上に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる第１障壁層５１を成長させる（図６の時点ｔ１２から時点ｔ１３まで参照）。

【0050】

続いて、第２障壁層５２を形成する（Ｓ５４）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＡの供給量を増やし、基板２０の温度を１０００℃まで昇温しながら第１障壁層５１上に膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなる第２障壁層５２を成長させる（図６の時点ｔ１３から時点ｔ１４まで参照）。

【0051】

続いて、ｐ側ガイド層６１を形成する（Ｓ６１）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＧ及びＴＭＡの供給を停止する。さらに、Ｎ_２の供給を停止し、直ちにＨ_２の供給を開始する。続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＣｐ_２Ｍｇの供給を開始することで、第２障壁層５２上に膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｐ側ガイド層６１を成長させる（図６の時点ｔ１４から時点ｔ１５まで参照）。

【0052】

続いて、電子障壁層６２を形成する（Ｓ６２）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＡの供給量を増やすことで、ｐ側ガイド層６１上に膜厚５ｎｍのｐ型Ａｌ_０．３６Ｇａ_０．６４Ｎからなる電子障壁層６２を成長させる（図６の時点ｔ１５から時点ｔ１６まで参照）。

【0053】

続いて、ｐ側半導体層７０を形成する（Ｓ７０）。ｐ側半導体層７０のうちｐ側クラッド層７１を最初に形成する（Ｓ７１）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＡの供給量を減らすことで、電子障壁層６２上に膜厚０．５μｍのｐ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎからなるｐ側クラッド層７１を成長させる（図６の時点ｔ１６から時点ｔ１７まで参照）。次に、コンタクト層７２を形成する（Ｓ７２）。具体的には、結晶成長装置へのＴＭＡの供給を停止し、Ｃｐ_２Ｍｇの供給量を増やすことで、ｐ側クラッド層７１上に膜厚１０ｎｍのｐ型ＧａＮからなるコンタクト層７２を成長させる（図６の時点ｔ１７から時点ｔ１８まで参照）。続いて、ＮＨ_３及びＨ_２を供給しながら、基板２０を室温まで降温した後（図６の時点ｔ１８から時点ｔ１９まで参照）、結晶成長装置から、各半導体層が積層された基板２０を取り出す。

【0054】

以上のように、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０を製造することができる。

【0055】

なお、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の製造方法はこれに限定されない。例えば、基板２０としてＧａＮ基板を準備したが、ＡｌＧａＮ基板などの他の窒化物半導体基板を準備してもよい。

【0056】

また、歪緩和層３２の形成時に、結晶成長装置にＴＭＡを併せて供給することで、ｎ型Ｉｎ_０．０３Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９５Ｎからなる歪緩和層３２を形成してもよい。

【0057】

また、発光層５５の形成時に、結晶成長装置にＴＭＡを併せて供給することで、アンドープＩｎ_０．０１Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９７Ｎからなる発光層５５を形成してもよい。

【0058】

また、窒化物半導体発光素子１０のキャップ層３３の形成を省略してもよい。この場合、歪緩和層３２の形成後に、結晶成長装置へのＴＭＧ、ＴＭＡ、ＳｉＨ_４、及びＮ_２の供給を停止し、Ｈ２の供給を開始する。続いて、基板２０を１１５０℃まで昇温した後、上記製造方法と同様に、ｎ側クラッド層３４を形成する。

【0059】

また、上記製造方法においては、第２障壁層５２を、基板２０を昇温しながら形成したが、第２障壁層５２を形成した後に、基板２０を昇温してもよいし、基板２０を昇温した後に第２障壁層５２を形成してもよい。具体的には、第１障壁層５１の形成後に、結晶成長装置へのＴＭＡの供給量を増やすことで、膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなる第２障壁層５２を形成し、その後に、基板２０を１０００℃まで昇温してもよい。又は、第１障壁層５１の形成後に、結晶成長装置へのＴＭＧ、ＴＭＡ、及びＮ_２の供給を停止し、Ｈ_２の供給を開始してもよい。続いて、基板２０を１０００℃まで昇温した後に、結晶成長装置にＴＭＧ及びＴＭＡを供給することで、膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなる第２障壁層５２を形成してもよい。

【0060】

また、以上で説明した製造方法における基板２０の温度は一例であり、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の製造方法における基板２０の温度は上記各温度に限定されない。

【0061】

［１－４．組成分布］
次に、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の積層方向における組成分布について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の積層方向における組成分布の概要を示すグラフである。図７には、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて測定されたＡｌ及びＩｎに対応する二次イオン強度と、Ｍｇ濃度とが示されている。図７の横軸は窒化物半導体発光素子１０の積層方向における位置を示し、左側の縦軸は二次イオン強度を示し、右側の縦軸は濃度を示す。二次イオン強度は、Ａｌ及びＩｎの組成比に対応する。

【0062】

図７に示されるＩｎの二次イオン強度が最大となっている位置が、発光層５５に対応し、Ａｌの二次イオン強度及びＭｇ濃度が最大となっている位置が電子障壁層６２に対応する。本実施の形態では、電子障壁層６２における平均Ｍｇ濃度は、１×１０^１９［ｃｍ^－３］程度であり、ｐ側ガイド層６１における平均Ｍｇ濃度は、１×１０^１７［ｃｍ^－３］以上３×１０^１８［ｃｍ^－３］以下程度である。ｐ側クラッド層７１における平均Ｍｇ濃度は、８×１０^１８［ｃｍ^－３］程度である。第１障壁層５１及び第２障壁層５２における平均Ｍｇ濃度は、ｐ側ガイド層６１における平均Ｍｇ濃度より低く、ｐ側クラッド層７１における平均Ｍｇ濃度の１／１０未満である。

【0063】

このように、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０においては、第２障壁層５２によって、ｐ側ガイド層６１から第１障壁層５１へＭｇが熱拡散によって移動することを抑制できる。

【0064】

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１の変形例に係る窒化物半導体発光素子について説明する。本変形例に係る窒化物半導体発光素子は、複数の発光層を備える点において実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と相違する。以下、本変形例に係る窒化物半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０との相違点を中心に図８を用いて説明する。

【0065】

図８は、本変形例に係る窒化物半導体発光素子１０ａの全体構成を示す模式的な側面図である。図８に示されるように、本変形例に係る窒化物半導体発光素子１０ａは、基板２０と、ｎ側半導体層３０と、第１ｎ側ガイド層４１と、第２ｎ側ガイド層４２と、第３障壁層５３と、発光層５５ａ、５５ｂ及び５５ｃと、第４障壁層５４ａ及び５４ｂと、第１障壁層５１と、第２障壁層５２と、ｐ側ガイド層６１と、電子障壁層６２と、ｐ側半導体層７０とを備える。

【0066】

発光層５５ａ～５５ｃは、ｎ側半導体層３０の上方に配置される窒化物半導体層であり、光を発する。発光層５５ａは、第３障壁層５３と、第４障壁層５４ａとの間に配置される膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層である。発光層５５ｂは、第４障壁層５４ａと、第４障壁層５４ｂとの間に配置される膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層である。発光層５５ｃは、第４障壁層５４ｂと、第１障壁層５１との間に配置される膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層である。

【0067】

第４障壁層５４ａ及び５４ｂは、ｎ側半導体層３０の上方に配置される窒化物半導体層であり、中間障壁層とも称される。第４障壁層５４ａ及び５４ｂの各々は、発光層５５ａ～５５ｃのうち隣り合う二つの発光層の間に配置される。本変形例では、第４障壁層５４ａは、発光層５５ａと発光層５５ｂとの間に配置される膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層である。第４障壁層５４ｂは、発光層５５ｂと発光層５５ｃとの間に配置される膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層である。

【0068】

本変形例に係る発光層５５ａ～５５ｃと、第１障壁層５１と、第３障壁層５３と、第４障壁層５４ａ及び５４ｂとは、多重量子井戸構造を形成する。

【0069】

以上のような構成を有する窒化物半導体発光素子１０ａによっても、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の効果が奏される。

【0070】

次に、本変形例に係る窒化物半導体発光素子１０ａの製造方法について説明する。

【0071】

発光層５５ａ～５５ｃは、実施の形態１に係る発光層５５と同様に形成される。また、第４障壁層５４ａ及び５４ｂは、実施の形態１に係る第１障壁層５１と同様に形成される。

【0072】

具体的には、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様に、ｎ側半導体層３０から第３障壁層５３までの各層を形成する。続いて、第３障壁層５３を形成する際に結晶成長装置に供給していたＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＩの供給を開始することで、第３障壁層５３上に膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなる発光層５５ａを成長させる。

【0073】

続いて、結晶成長装置へのＴＭＩの供給を停止し、ＴＭＡの供給を開始することで、発光層５５ａ上に膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎからなる第４障壁層５４ａを成長させる。

【0074】

続いて、結晶成長装置へのＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＩの供給を開始することで、第４障壁層５４ａ上に膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなる発光層５５ｂを成長させる。

【0075】

続いて、結晶成長装置へのＴＭＩの供給を停止し、ＴＭＡの供給を開始することで、発光層５５ｂ上に膜厚３ｎｍのアンドープＡｌ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎからなる第４障壁層５４ｂを成長させる。

【0076】

続いて、結晶成長装置へのＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＩの供給を開始することで、第４障壁層５４ｂ上に膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなる発光層５５ｃを成長させる。

【0077】

以下、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様に、第１障壁層５１などを形成することで、本変形例に係る窒化物半導体発光素子１０ａを製造することができる。

【0078】

なお、発光層５５ａ～５５ｃの形成時に、結晶成長装置にＴＭＡを併せて供給することで、アンドープＩｎ_０．０１Ａｌ_０．０２Ｇａ_０．９７Ｎからなる発光層５５ａ～５５ｃを形成してもよい。

【0079】

（実施の形態２）
実施の形態２に係る窒化物半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、ｐ側ガイド層の組成において、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０との相違点を中心に説明する。

【0080】

本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、ｐ側ガイド層の組成以外は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の構成を有する。実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０においては、ｐ側ガイド層６１のＡｌ組成比は、第１障壁層５１のＡｌ組成比と等しかったが、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子では、ｐ側ガイド層のＡｌ組成比は、第１障壁層のＡｌ組成比と異なる。本実施の形態に係るｐ側ガイド層は、膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎ層である。このように、ｐ側ガイド層のＡｌ組成比は、第２障壁層のＡｌ組成比より小さければよく、第１障壁層のＡｌ組成比と異なっていてもよい。

【0081】

このようにｐ側ガイド層のＡｌ組成比と、第１障壁層５１のＡｌ組成比とが異なる窒化物半導体発光素子においても、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の効果が奏される。

【0082】

なお、以上では、ｐ側ガイド層のＡｌ組成比が、第１障壁層５１のＡｌ組成比より大きい例を示したが、ｐ側ガイド層のＡｌ組成比は、第１障壁層５１のＡｌ組成比より小さくてもよい。ｐ側ガイド層は、例えば、膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎ層であってもよい。

【0083】

（実施の形態３）
実施の形態３に係る窒化物半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、第２障壁層の構成において、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０との相違点を中心に説明する。

【0084】

本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、第２障壁層の構成以外は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の構成を有する。

【0085】

本実施の形態に係る第２障壁層は、膜厚１ｎｍのアンドープＡｌ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎ層である。このように第２障壁層のＡｌ組成比は、実施の形態１に係る第２障壁層５２のＡｌ組成比（０．０７）に限定されない。本実施の形態に係る第２障壁層のように、実施の形態１に係る第２障壁層５２よりＡ組成比が大きい場合には、実施の形態１に係る第２障壁層５２より膜厚を小さくしてもよい。これにより、第２障壁層における電気抵抗の増大を抑制できる。

【0086】

以上のような構成を有する本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子においても、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の効果が奏される。

【0087】

（実施の形態４）
実施の形態４に係る窒化物半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、ｐ側ガイド層の構成において、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０との相違点を中心に説明する。

【0088】

本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、ｐ側ガイド層の構成以外は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の構成を有する。

【0089】

本実施の形態に係るｐ側ガイド層は、実施の形態１に係るｐ側ガイド層６１と同様に、膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層である。本実施の形態に係るｐ側ガイド層は、形成方法において、実施の形態１に係るｐ側ガイド層６１と相違する。本実施の形態では、ｐ側ガイド層の結晶成長時にＣｐ_２ＭｇなどのＭｇを含むガスを供給することなく、電子障壁層からの熱拡散により、ｐ側ガイド層にＭｇが供給される。これにより、電子障壁層より低い平均Ｍｇ濃度を有するｐ側ガイド層を形成できる。また、本実施の形態に係るｐ側ガイド層においても、実施の形態に係るｐ側ガイド層６１と同様に、ｐ側ガイド層の電子障壁層から遠い方の界面付近におけるＭｇ濃度は、ｐ側ガイド層の電子障壁層に近い方の界面付近におけるＭｇ濃度より低い。また、ｐ側ガイド層における平均Ｍｇ濃度は、例えば、電子障壁層の平均Ｍｇ濃度の１／１０未満であってもよい。

【0090】

以上のような構成を有する本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子においても、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の効果が奏される。

【0091】

（実施の形態５）
実施の形態５に係る窒化物半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、第２障壁層の構成において、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０との相違点を中心に説明する。

【0092】

本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、第２障壁層の構成以外は、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の構成を有する。

【0093】

本実施の形態に係る第２障壁層は、膜厚３ｎｍのＡｌ_Ｘ２Ｇａ_１－Ｘ２Ｎ層である。本実施の形態に係る第２障壁層においては、Ａｌ組成比が一様でない。本実施の形態に係る第２障壁層のＡｌ組成比Ｘ２は、ｐ側ガイド層に近づくにしたがって増大する。本実施の形態では、第２障壁層のｐ側ガイド層から遠い方の界面付近におけるＡｌ組成比Ｘ２は０．０５（５％）であり、ｐ側ガイド層に近い方の界面付近におけるＡｌ組成比Ｘ２は０．０７（７％）である。なお、第２障壁層のＡｌ組成比Ｘ２は、積層方向の位置に対して一様な変化率で変化してもよいし、ステップ状に変化してもよい。また、第２障壁層の構成は、第２障壁層の全体においてＡｌ組成比Ｘ２が一様でない構成に限定されず、第２障壁層の一部の領域のＡｌ組成比Ｘ２だけが一様でない構成であってもよい。つまり、第２障壁層は、Ａｌ組成比Ｘ２が一様でない領域を含んでもよい。例えば、第２障壁層は、ｐ側ガイド層に近づくにしたがってＡｌ組成比Ｘ２が増大する領域を含んでもよい。

【0094】

以上のような構成を有する本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子においても、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の効果が奏される。

【0095】

（実施の形態６）
実施の形態６に係る窒化物半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子は、ｐ側ガイド層のＭｇ濃度分布において、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０との相違点を中心に図９及び図１０を用いて説明する説明する。

【0096】

図９は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１１０の全体構成を示す模式的な側面図である。図１０は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１１０の第２障壁層５２からｐ側クラッド層７１までにおけるＭｇ濃度分布を示すグラフである。図１０の横軸は窒化物半導体発光素子１１０の積層方向における位置を示し、縦軸はＭｇ濃度を示す。

【0097】

図９に示されるように、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１１０は、基板２０と、ｎ側半導体層３０と、第１ｎ側ガイド層４１と、第２ｎ側ガイド層４２と、第３障壁層５３と、発光層５５と、第１障壁層５１と、第２障壁層５２と、ｐ側ガイド層１６１と、電子障壁層６２と、ｐ側半導体層７０とを備える。

【0098】

本実施の形態に係るｐ側ガイド層１６１は、実施の形態１に係るｐ側ガイド層６１と同様に、膜厚５０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層であり、ｐ側ガイド層１６１における平均Ｍｇ濃度は、電子障壁層６２における平均Ｍｇ濃度よりも低い。

【0099】

本実施の形態に係るｐ側ガイド層１６１は、Ｍｇ濃度分布において、実施の形態１に係るｐ側ガイド層６１と相違する。本実施の形態に係るｐ側ガイド層１６１のＭｇ濃度は、図１０に示されるように、積層方向において一様である。ここで、Ｍｇ濃度が一様な構成には、ｐ側ガイド層１６１にＭｇが完全に一様に分布している構成に限定されず、実質的に一様な構成も含まれる。例えば、Ｍｇ濃度が一様な構成には、Ｍｇ濃度の変動幅が、ｐ側ガイド層１６１の平均Ｍｇ濃度の１０％未満である構成も含まれてもよい。

【0100】

以上のような構成を有する本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１１０においても、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の効果が奏される。

【0101】

なお、ｐ側ガイド層１６１におけるＭｇ濃度分布は、上述した例に限定されない。以下、ｐ側ガイド層１６１におけるＭｇ濃度分布の他の例について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１及び図１２は、それぞれ、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１１０の第２障壁層５２からｐ側クラッド層７１までにおけるＭｇ濃度分布の他の例を示すグラフである。

【0102】

図１１に示されるように、ｐ側ガイド層１６１のＭｇ濃度は、電子障壁層６２に近づくにしたがってステップ状に増大してもよい。

【0103】

また、図１２に示されるように、ｐ側ガイド層１６１の電子障壁層６２から遠い方の界面付近Ｍｇ濃度は、電子障壁層６２に近い方の界面付近のＭｇ濃度より高くてもよい。図１２に示される例では、ｐ側ガイド層１６１のＭｇ濃度は、電子障壁層６２に近づくにしたがってステップ状に減少している。

【0104】

図１１及び図１２に示されるようなＭｇ濃度分布を有するｐ側ガイド層１６１を備える窒化物半導体発光素子１１０においても、実施の形態１に係る窒化物半導体発光素子１０と同様の効果が奏される。

【0105】

（変形例など）
以上、本開示に係る窒化物半導体発光素子について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。

【0106】

例えば、上記各実施の形態及び変形例に係る窒化物半導体発光素子は、下地層３１、歪緩和層３２、及びキャップ層３３を備えたが、これらの層は、いずれも必須の構成要素ではない。本開示に係る窒化物半導体発光素子は、これらの層のうち少なくとも一つの層を備えなくてもよい。

【0107】

また、上記各実施の形態及び変形例に係る窒化物半導体発光素子は、光共振器を備える半導体レーザ素子であってもよいし、光共振器を備えない発光ダイオードであってよいし、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。

【0108】

また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0109】

本開示に係る窒化物半導体発光素子は、例えば、高出力かつ高効率な短波長光源として露光用の光源などの様々な用途の光源に適用できる。

【符号の説明】

【0110】

１０、１０ａ、１１０ 窒化物半導体発光素子
２０ 基板
３０ ｎ側半導体層
３１ 下地層
３２ 歪緩和層
３３ キャップ層
３４ ｎ側クラッド層
４１ 第１ｎ側ガイド層
４２ 第２ｎ側ガイド層
５１ 第１障壁層
５２ 第２障壁層
５３ 第３障壁層
５４ａ、５４ｂ 第４障壁層
５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ 発光層
６１、１６１ ｐ側ガイド層
６２ 電子障壁層
７０ ｐ側半導体層
７１ ｐ側クラッド層
７２ コンタクト層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】