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CN109075530B - 氮化物类发光元件 - Google Patents

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CN109075530B CN201780028564.8A CN201780028564A CN109075530B CN 109075530 B CN109075530 B CN 109075530B CN 201780028564 A CN201780028564 A CN 201780028564A CN 109075530 B CN109075530 B CN 109075530B
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Abstract

一种氮化物类发光元件，在GaN衬底(11)上依次具备第一导电侧第一半导体层(12)、活性层(15)、第二导电侧第一半导体层(19)，在活性层(15)与第二导电侧第一半导体层(19)之间具备包括氮化物类半导体的第二导电型的电子阻挡层(18)，该氮化物类半导体至少含有Al，电子阻挡层(18)具有Al成分变化的第1区域(18a)，在第1区域(18a)，针对从活性层(15)向第二导电侧第一半导体层(19)的方向，Al成分单调增加，第二导电侧第一半导体层(19)中的离电子阻挡层(18)近的一侧的区域(19a)的杂质浓度，与离电子阻挡层(18)远的一侧的区域(19b)的杂质浓度相比，相对较低。

Description

氮化物类发光元件
技术领域
本发明涉及氮化物类发光元件。
背景技术
现在，作为机动车的前灯的光源，广泛使用的有卤素灯、HID(高亮度放电)灯、LED(发光二极管)灯。在现状中，关于前灯采用HID是主流，不过也被用于雾灯或车辆的装饰光源。
并且，最近作为比LED的发光强度高的发光元件，利用LD(激光二极管) 而提高了发光强度的激光前灯用光源受到关注。作为用于前灯的光源的发光元件，希望一种具有超高输出的蓝色半导体激光，例如在波长为450nm 范围，即使在85℃的高温中进行瓦特级的高输出工作，也能够持续几千个小时以上的长期间工作。
为了实现这样的发光元件，需要尽可能地抑制激光振荡工作中的发光元件的自身发热。并且，在发光元件中，需要实现低工作电流且低电压工作这种超低消耗功率工作。
为了实现低工作电流，在发光元件中抑制漏电流的发生是非常重要的，这种漏电流的发生是指，被注入到成为发光层的活性层的电子受到热的激励，而从活性层泄漏到P型覆盖层。在专利文献1、2所记载的技术中，为了抑制漏电流的发生，在P型覆盖层与活性层之间，使用比覆盖层的带隙能量大的电子阻挡层(例如，参照专利文献1、2)。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1 日本 特开2002-270971号公报
专利文献2 日本 特开2014-3329号公报
为了尽可能地降低在发光元件的消耗功率，不仅是需要抑制漏电流的发生，并且波导路损失的减少、漏电流的抑制、以及工作电压降低也需要同时进行。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种能够同时进行波导路损失的降低、漏电流的抑制、以及工作电压的降低的发光元件。
本发明的一个形态所涉及的氮化物类发光元件，在GaN衬底上依次具备第一导电侧第一半导体层、活性层、第二导电侧第一半导体层，所述第一导电侧第一半导体层包括第一导电型的氮化物类半导体，所述活性层包括含有Ga或In的氮化物类半导体，所述第二导电侧第一半导体层包括第二导电型的氮化物类半导体，在所述活性层与所述第二导电侧第一半导体层之间具备第二导电型的电子阻挡层，所述第二导电型的电子阻挡层包括至少含有Al的氮化物类半导体，所述电子阻挡层具有Al成分变化的第1 区域，在所述第1区域，针对从所述活性层向所述第二导电侧第一半导体层的方向，Al成分单调增加，所述第二导电侧第一半导体层中的离所述电子阻挡层近的一侧的区域的杂质浓度，与离所述电子阻挡层远的一侧的区域的杂质浓度相比，相对较低。
通过本发明，能够提供一种使波导路损失的降低、漏电流的抑制、以及工作电压的降低同时进行的发光元件。
附图说明
图1A是示出本发明的实施方式1所涉及的发光元件的截面结构的截面图。
图1B示出了本发明的实施方式1所涉及的发光元件的多量子阱活性层的生长方向的带隙能量分布。
在图2A中，(a)示出了本发明的实施方式1所涉及的发光元件的生长方向的带隙能量分布，(b)示出了压电极化电荷，(c)示出了电子阻挡层附近的带隙能量分布。
图2B示出了因压电电场而出现的电子阻挡层的能带结构变化。
图3示出了电子阻挡层的Al成分分布。
图4示出了，(a)是使Al成分变化区域的宽度(x3)发生变化时，100mA时的工作电压的计算结果，(b)是使Al成分变化区域的宽度(x1)发生变化时， 100mA时的工作电压的计算结果，(c)是使Al成分变化区域的宽度(x1、x3) 发生变化时，100mA时的工作电压的计算结果。
图5示出了，(a)是将Al成分固定区域(35％)的宽度x2设为7nm的情况下的能带结构的计算结果，(b)是将Al成分增大区域(从0％变化到35％)的宽度x1设为5nm、将Al成分固定区域(35％)的宽度x2设为2nm的情况下的能带结构的计算结果，(c)是将Al成分减少区域(从35％变化到0％)的宽度x3 设为5nm、将Al成分固定区域(35％)的宽度x2设为2nm的情况下的100mA 工作时的能带结构的计算结果。
图6A示出了电子阻挡层的Al成分分布。
图6B示出了，(a)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为20％的情况下，100mA工作时的工作电压对x1以及x2 的依存性的计算结果，(b)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al 成分固定区域的Al成分为25％的情况下，100mA工作时的工作电压对x1以及x2的依存性的计算结果，(c)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为30％的情况下，100mA工作时的工作电压对x1以及x2依存性的计算结果，(d)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为35％的情况下，100mA工作时的工作电压对x1以及x2的依存性的计算结果，(e)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为40％的情况下，100mA工作时的工作电压对x1以及x2的依存性的计算结果。
图7示出了，(a)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为20％的情况下，电子阻挡层的电子势垒能量(ΔE)对x1 以及x2的依存性的计算结果，(b)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为25％的情况下，电子阻挡层的电子势垒能量(ΔE)对x1以及x2依存性的计算结果，(c)为本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为30％的情况下，电子阻挡层的电子势垒能量(ΔE)对x1以及x2依存性的计算结果，(d)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为35％的情况下，电子阻挡层的电子势垒能量(ΔE)对x1以及x2的依存性的计算结果， (e)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为40％的情况下，电子阻挡层的电子势垒能量(ΔE)对x1以及x2的依存性的计算结果。
图8示出了，(a)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为20％的情况下，波导路损失对x1以及x2的依存性的计算结果，(b)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为25％的情况下，波导路损失对x1以及x2的依存性的计算结果，(c)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的 Al成分为30％的情况下，波导路损失对x1以及x2的依存性的计算结果， (d)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为35％的情况下，波导路损失对x1以及x2的依存性的计算结果，(e)是本发明的实施方式1所涉及的发光元件中的Al成分固定区域的Al成分为 40％的情况下，波导路损失对x1以及x2的依存性的计算结果。
图9示出了，(a)示出了本发明的实施方式1所涉及的发光元件的生长方向的带隙能量分布，(b)示出了本发明的实施方式1所涉及的电子阻挡层附近的带隙能量分布，(c)示出了本发明的实施方式1所涉及的发光元件的电子阻挡层、P型AlGaN覆盖层中的杂质浓度分布。
图10是100mA工作时的工作电压的计算结果。
图11是波导路损失的降低量的计算结果。
图12示出了，(a)是在电子阻挡层中掺杂了5×1018cm-3的Mg的情况下的 100mA工作时的工作电压的计算结果，(b)是向电子阻挡层掺杂了1×1019cm-3的Mg的情况下的100mA工作时的工作电压的计算结果，(c)是向电子阻挡层掺杂了2×1019cm-3的Mg的情况下的100mA工作时的工作电压的计算结果。
图13示出了，(a)是具有以往的结构的发光元件的电流-光输出特性，(b) 是具有以往的结构的元件的电流-电压特性，(c)是具有本发明的实施方式1 的结构的发光元件的电流-光输出特性，(d)是具有本发明的实施方式1的结构的发光元件的电流-电压特性。
图14示出了，(a)是从N型AlGaN覆盖层以及第二光导向层的界面，掺杂了1×1017cm-3的Si的情况下的N型层区域的能带结构的计算结果，(b)是从N型AlGaN覆盖层以及第二光导向层掺杂了1×1018cm-3的Si的情况下的 100mA工作时的N型层区域的能带结构，(c)是针对本发明的实施方式2所涉及的发光元件的100mA工作时的N型层区域的能带结构的计算结果。
图15示出了，(a)是本发明的实施方式2所涉及的发光元件中的N型AlGaN 覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层附近的带隙能量分布，(b)是本发明的实施方式2所涉及的发光元件中的N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层附近的杂质的浓度分布(掺杂量)。
图16示出了，(a)是示出本发明的实施方式2所涉及的发光元件的截面结构的放大图，(b)是示出N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层的界面附近的放大图。
图17示出了，(a)是使从N型AlGaN覆盖层与第二光导向层的界面掺杂的N 型杂质的掺杂量发生变化的情况下的、100mA工作时的工作电压对掺杂区域的宽度的依存性的计算结果，(b)是使从第二光导向层与第三光导向层的界面掺杂的N型杂质的掺杂量发生变化的情况下的、100mA工作时的工作电压对掺杂区域的宽度的依存性的计算结果，(c)是使从N型AlGaN覆盖层与第二光导向层的界面、以及第二光导向层与第三光导向层的界面掺杂的N型杂质的掺杂量发生变化的情况下的、100mA工作时的工作电压对掺杂区域的宽度的依存性的计算结果。
图18示出了波导路损失对高浓度杂质掺杂区域宽度的依存性的计算结果。
图19示出了本发明的实施方式4所涉及的发光元件中的N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层附近的带隙能量分布。
图20示出了，(a)是本发明的实施方式4所涉及的发光元件的截面结构的截面图，(b)是N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层的界面附近的放大图。
图21示出了本发明的实施方式4所涉及的发光元件的、100mA工作时的工作电压对杂质浓度的依存性的计算结果。
图22示出了本发明的实施方式4所涉及的发光元件的、100mA工作时的工作电压的能带结构的计算结果。
图23示出了，(a)是本发明的实施方式5所涉及的发光元件的截面结构的截面图，(b)是N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层的界面附近的放大图。
图24示出了，(a)是本发明的实施方式5所涉及的发光元件的N型AlGaN 覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层附近的带隙能量分布，(b)是本发明的实施方式5所涉及的发光元件的N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层附近的杂质的浓度分布(掺杂量)。
图25示出了，(a)是本发明的实施方式6所涉及的发光元件的截面结构， (b)是N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层的界面附近的放大图。
图26示出了，(a)是本发明的实施方式6所涉及的发光元件的N型AlGaN 覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层附近的带隙能量分布，(b)是本发明的实施方式6所涉及的发光元件的N型AlGaN覆盖层、第二光导向层以及第三光导向层附近的杂质的浓度分布(掺杂量)。
图27示出了，(a)是本发明的实施方式6所涉及的发光元件的电子阻挡层的能带结构分布的一个例子，(b)是另外的一个例子，(c)是其他的一个例子。
图28示出了，(a)是以往例子中所涉及的发光元件的结构，(b)是与以往例子中所涉及的发光元件的结构对应的能带结构。
图29A示出了，(a)是以往例子中所涉及的发光元件的生长方向的带隙能量分布，(b)示是以往例子中所涉及的发光元件的压电极化电荷，(c)是以往例子中所涉及的发光元件的电子阻挡层附近的带隙能量分布。
图29B示出了因压电电场而产生的电子阻挡层的能带结构变化。
图30示出了以往例子中所涉及的发光元件的能带结构。
具体实施方式
(成为本发明的基础的见解)
在对实施方式进行说明之前，对成为本发明的基础的见解进行说明。
目前，作为车辆用的前灯光源，广泛使用了卤素灯、HID(高亮度放电) 前灯、LED(发光二极管)灯。
卤素灯是将卤素气体少量地加入到被封入在灯泡内部的氮或氩等惰性气体中，对内部的灯丝进行通电，从而利用在成为白炽时的发光，与以前相比被广泛地应用。HID灯与卤素灯不同，其没有灯丝，因此没有灯丝断开的问题，只要能够放电就能够发光。HID灯与卤素灯相比一般价格较高，但是具有低消耗功率而亮度强、寿命长的优点。关于LED灯，其寿命长、且更换简单，只要更换整个灯泡即可，并且消耗功率比HID低、生热量也低。但是，由于亮度不如HID，因此目前的前灯的主流仍然是HID，并被用于雾灯或车辆的装饰光源。
并且，近来，作为比LED发光强度高的发光元件，通过将LD(激光二极管)用作光源，从而提高了发光强度的激光前灯光源受到关注。作为用于前灯的光源的发光元件，希望在波长450nm范围内，即使在85℃的高温中以高功率进行输出工作时，也能够进行几千个小时以上的长期工作的超高输出的蓝色半导体激光。只要能够以这种超高输出的蓝色半导体激光来激励荧光体，而得到黄色光，作为照射光全体就能够得到白色的超高输出光源。
为了实现这种高可靠性的超高输出的蓝色半导体激光，则需要尽可能地抑制激光振荡工作中的元件的自身生热。并且需要实现以低工作电流、低电压工作进行的超低消耗功率工作。
通常，半导体激光为DH(双异质结)结构，该结构是指，将成为发光层的活性层夹在带隙能量比活性层高的N型、P型的覆盖层。在半导体激光为了实现低工作电流，则即使在进行85℃的高温工作时，也需要抑制被注入到活性层的电子被热激励，抑制从活性层向P型覆盖层漏出无效电流(漏电流)的发生是非常重要的。
要想抑制漏电流的发生，则在P型覆盖层与活性层之间，如专利文献1、 2所示那样，利用比覆盖层的带隙能量高的电子阻挡层是有效的。只要是这种构成，即使被注入到活性层的电子被热激励，也难于超过带隙能量大的电子阻挡层。因此，在半导体激光中能够抑制漏电流的发生。
因此，为了抑制漏电流的发生，则在P型覆盖层与活性层之间采用比覆盖层的带隙能量大的电子阻挡层是有效的。
例如，在专利文献1所涉及的结构中，如图28的(a)以及(b)所示，活性层212被夹在N型层211与P型层213之间，在活性层212与上部覆盖层230之间的结构为，具有带隙能量比上部覆盖层230大的P侧电子约束层228。在该结构中，注入到活性层212的电子由于AlGaN所构成的P侧电子约束层228的能量势垒，因此，即使在高温工作时也不容易泄漏到上部覆盖层230。
然而，在氮化物类材料中，在衬底采用GaN结晶的(0001)面(C面)的情况下，由于GaN为纤锌矿(WZ)型结晶结构，因此从WZ型结晶结构的原子配列中可知，氮化物类材料具有作为物性的压电性(压电效果)。在这种情况下，若对结晶施加应力，则会因与其对应的极化而产生的电场会重新在结晶中生成。具体而言，如图29A以及图29B所示，在由AlGaN构成的P侧电子约束层228与GaN之间存在晶格不匹配，因此生成应力。这样，由于 AlGaN所构成的P侧电子约束层228与GaN的结晶结构歪曲，从而通过压电效果产生电场，P侧电子约束层228的能带结构变形。此时如图29A的(b)、 (c)以及图29B所示，在P侧电子约束层228，以使P侧的能量增高的方式，能带结构变形。当产生这种变形时，针对从P型覆盖层230向活性层212注入的空穴，P侧电子约束层228的能量势垒增大，相对于从活性层212 泄漏到P型覆盖层230的电子的能量势垒则变小。这样，元件的工作电压与漏电流增大，消耗功率也会增大。
并且，在专利文献2中公开的技术的结构是，如图30所示，在活性层 350与覆盖层370之间形成P型AlGaN电子阻挡层380，在P型AlGaN电子阻挡层380的两个界面区域382以及384，使Al成分逐渐发生变化。在该结构中，通过使P型AlGaN电子阻挡层380的两个界面区域的Al成分逐渐发生变化，从而在两个界面区域382以及384产生的应力被分散，以降低被附加到活性层350的应力。
在P型AlGaN电子阻挡层380的界面，若逐渐使Al成分变化，则在界面形成的压电电场由于被分散到Al成分发生了变化的区域，因此能够抑制因P型AlGaN电子阻挡层380的压电电场带来的能带结构的变化。
在此，若使P型AlGaN电子阻挡层380的N型覆盖层侧的Al成分从活性层侧向P型覆盖层侧逐渐增大，则能够使压电电场与带隙能量逐渐发生变化。此时，若能够通过补偿来使因压电电场产生的价带的能带结构的变化、与带隙能量的变化相抵消，则既能够抑制相对于电子阻挡层的空穴的能量势垒的增大，又能够使针对电子的能量势垒增大。
另外，从需要在P型AlGaN电子阻挡层380使针对电子的能量势垒增大且抑制漏电流的观点来看，需要将P型AlGaN电子阻挡层380中的Al成分提高到20％程度以上。若在P型AlGaN电子阻挡层380的Al成分高，则作为P型的掺杂而使用的Mg的激活率容易降低。为此，需要提高电离受主密度，并增高P型AlGaN电子阻挡层380的导带的能量，从而与其他的P 型层相比，需要使P型AlGaN电子阻挡层380中的Mg的掺杂浓度相对增高。在这种情况下，若使P型AlGaN电子阻挡层380的膜厚增加得过厚，则相对于在激光的波导路形成的光分布的P型AlGaN电子阻挡层380中的自由载流子损失的影响增大。这样，相对于电流-光输出特性中的注入电流的光输出的变化比例(斜率效率)变小，导致工作电流值的增大。
相反，若使P型AlGaN电子阻挡层380过薄，则Al成分倾斜的P型AlGaN 电子阻挡层380的界面区域382的膜厚变薄。因此，为了使因压电电场带来的价带的能带结构的变化、与带隙能量的变化相抵消，而控制Al成分与膜厚则变得困难。
因此，仅是单纯地在Al成分倾斜电子阻挡层380的界面区域382以及 384使Al成分变化，则难于抑制在P型AlGaN电子阻挡层380的波导路损失的增大，并且难于抑制针对P型AlGaN电子阻挡层380的空穴的能量势垒的增大，而且很难使针对电子的能量势垒增大，很难使这些全部得到满足。但是，在专利文献2中没有考虑到P型AlGaN电子阻挡层380的Al成分倾斜给漏电流、工作电压、波导路损失带来的任何影响。
针对成为车载前灯的光源的氮化物类蓝色半导体激光，即使在85℃的高温，进行瓦特级的高输出工作时，也希望能够进行几千个小时以上的长期的工作的超高输出的蓝色半导体激光。因此，需要尽可能地降低超高调光输出蓝色半导体激光的消耗功率。为此，波导路损失的减少、漏电流的抑制、以及工作电压的降低需要同时进行。
以下示出的氮化物类发光元件即使在85℃的高温工作中，也能够实现漏电流少、低消耗功率的高可靠性的1瓦特以上的超高输出激光。
以下利用附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下将要说明的实施方式均为示出本发明的一个优选的具体例子。因此，以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置、连接形态、以及工序和工程的顺序等均为一个例子，其主旨并非是对本发明进行限定。因此，关于以下的实施方式中的构成要素之中的没有记载在示出本发明的最上位概念的技术方案中的构成要素，作为任意的构成要素来说明。
并且，各个图为模式图，并非严谨的图示。另外，在各个图中对于实质上相同的构成赋予相同的符号，并省略或简化重复的说明。
(实施方式1)
实施方式1所涉及的氮化物类发光元件(以下简单称为“发光元件”) 的截面结构由图1A示出。图1A是示出发光元件的截面图，在GaN衬底11 上形成有：N型AlGaN覆盖层(膜厚1.2μm)12、由N型GaN构成的第二光导向层(100nm)13、由InGaN构成的不掺杂的第三光导向层(膜厚185nm)14、不掺杂的多量子阱活性层15、由InGaN构成的不掺杂的第一光导向层(膜厚 100nm)16、由P型的GaN构成的中间层(膜厚5nm)17、P型的电子阻挡层18、 P型AlGaN覆盖层(膜厚660nm)19、P型GaN接触层(膜厚0.1μm)20、针对光分布为透明的电流阻挡层30、N型电极31、P型电极32。脊的宽度(W) 为16.0μm。
此时，在P型AlGaN覆盖层19，将脊上部与多量子阱活性层15的距离设为0.87μm、将脊下端部与多量子阱活性层15的距离设为dp(0.2μm)。
N型AlGaN覆盖层12相当于本发明中的第一导电侧第一半导体层，至少包括作为第一导电型的N型的氮化物类半导体(AlxGa1-x-yInyN)。
多量子阱活性层15相当于本发明中的活性层，由至少包括Ga或In的氮化物类半导体的材料构成。
P型AlGaN覆盖层19相当于本发明中的第二导电侧第一半导体层，至少包括作为第二导电型的P型的氮化物类半导体(AlxGa1-x-yInyN)。
P型的电子阻挡层18包括至少含有Al的氮化物类半导体。电子阻挡层18具有Al成分发生变化的Al成分增大区域(第1区域)18a，在Al成分增大区域18a，针对从多量子阱活性层15朝向P型AlGaN覆盖层19的方向， Al成分单调增加。并且，离P型AlGaN覆盖层19中的电子阻挡层18近的一侧的低掺杂区域19a的杂质浓度，与离电子阻挡层远的一侧的高掺杂区域19b的杂质浓度相比，相对较低。另外，关于电子阻挡层18的构成，待后述。
在此，在本实施方式中，为了使光关闭在与多量子阱活性层15垂直的方向上(衬底法线方向)，将N型AlGaN覆盖层12、以及P型AlGaN覆盖层 19的Al成分设为0.035(3.5％)。若使N型AlGaN覆盖层12以及P型AlGaN 覆盖层19的Al成分增大，则能够使多量子阱活性层15与N型AlGaN覆盖层12以及P型AlGaN覆盖层19之间的折射率差增大。据此，能够有效地将光关闭在与多量子阱活性层15垂直的方向上，从而能够使振荡域电流值变小。然而，由于N型AlGaN覆盖层12与GaN衬底11存在热膨胀系数差，因此，若使AlGaN覆盖层12的Al成分过大，则有可能发生晶格缺陷，而使可靠性降低。因此，需要在AlGaN覆盖层12的Al成分为0.05(5％)以下的条件下来制作元件。
并且，为了得到波长450nm的激光振荡，本实施方式中的多量子阱活性层15的结构如图1B所示，为具备两层厚度为
Figure GDA0002677234510000101
In成分0.16(16％) 的InGaN阱层15b、15d的DQW(Double Quantum Well：双量子阱)结构。多量子阱活性层15中的势垒层15a、15c、15e为厚度7nm、In成分0.008(0.8％) 的InGaN。
关于InGaN阱层15b、15d的In成分，要想得到450nm范围的激光振荡光，而需要成分为15％以上的高In成分。在这种情况下，与GaN的晶格不匹配为1.7％以上，若InGaN阱层15b、15d的膜厚过厚，则发生晶格缺陷。相反，若InGaN阱层15b、15d的膜厚过薄，则与InGaN阱层15b、15d的垂直方向上的光约束因子(Optical confinement factor)变小，振荡阈值或工作载流子密度增高，因此会导致高温工作时的漏电流的增大。因此，优选为，将InGaN阱层15b、15d的膜厚在
Figure GDA0002677234510000111
以上
Figure GDA0002677234510000112
以下的范围制作。
并且，若第一光导向层16、第三光导向层14的In成分少，则与InGaN 阱层15b、15d的垂直方向上的光封闭减少，振荡阈值或工作载流子密度增高。这样，会导致高温工作时的漏电流的增大。相反，若第一光导向层16、第三光导向层14的In成分多，则会因InGaN与GaN的晶格不匹配的增大，而产生晶格缺陷。因此，要想在不产生晶格缺陷的情况下，而使与InGaN 阱层15b、15d的垂直方向上的光约束因子增大，则第一光导向层16、第三光导向层14的In成分优选为在0.03(3％)以上、0.06(6％)以下来制作。
在本实施方式中，将第一光导向层16、第三光导向层14的In成分设为0.03(3％)，以使晶格缺陷的发生抑制、以及与InGaN阱层15b、15d的垂直方向上的光约束因子的增大均成立。
并且，在脊侧面上形成由SiO2构成的电介质的电流阻挡层(0.1μm)30。在该结构中，从P型GaN接触层20注入的电流由于电流阻挡层30的影响而仅在脊部狭窄，而在位于脊下端部下方的多量子阱活性层15则被集中注入。并且，激光振荡中所需要的载流子的反转分布状态，由一百mA左右的注入电流来实现。由被注入到多量子阱活性层15的电子与空穴构成的载流子的再结合而发出的光，在与多量子阱活性层15垂直的方向上，由于第一光导向层16、第三光导向层14、N型AlGaN覆盖层12、P型AlGaN覆盖层 19的影响，从而垂直方向的光被约束。关于与多量子阱活性层15平行的方向(以下称为水平方向)，由于电流阻挡层30的折射率比N型AlGaN覆盖层 12、P型AlGaN覆盖层19低，从而水平方向的光被约束。并且，由于电流阻挡层30针对激光振荡光为透明，因此没有光吸收，能够实现低损失的波导路。并且，由于在波导路中传 播的光分布能够大幅度地扩展到电流阻挡层30，因此能够容易地获得适合于高输出工作的1×10-3量级的ΔN(脊内外的垂直方向实效折射率的差)。而且，针对ΔN的大小，能够以电流阻挡层30与多量子阱活性层15之间距离(dp)的大小，同样以1×10-3的量级来进行精密控制。因此，既能够精密地控制光分布，又能够得到低工作电流的高输出的发光元件。在本实施方式中，将ΔN的值设为5×10-3，进行水平横方向的光的被约束。
图2A的(a)示出了本实施方式所涉及的结构的生长层方向的带隙能量分布。所谓带隙能量是指导带的势能与价带的势能的差。
如图2A的(a)所示，在将N型AlGaN覆盖层12的带隙能量设为E1、将第二光导向层13的带隙能量设为E2时，则N型AlGaN覆盖层12的带隙能量E1与第二光导向层13的带隙能量E2具有E1＞E2的关系。并且，在将第三光导向层14的带隙能量设为E3时，则第二光导向层13的带隙能量E2 与第三光导向层14的带隙能量E3具有E2＞E3的关系。
在氮化物类半导体材料中具有的特性是，若带隙能量高，则晶格常数与折射率增大。并且，为了减小激光振荡所需要的振荡域电流值、并降低工作电流值，则增强向活性层的垂直方向的光约束是有效的。为了增强向活性层的垂直方向的光约束，使活性层与覆盖层的折射率差增大，或者在活性层与覆盖层之间形成折射率比覆盖层高的光导向层，以便使垂直方向的光分布容易集中到活性层是有効的。
在本实施方式中，为了增大针对构成多量子阱活性层15的InGaN阱层 15b、15d的折射率差，而在N型覆盖层12采用折射率小的AlGaN，并增强垂直方向的光约束。并且，在多量子阱活性层15与N型AlGaN覆盖层12 之间形成带隙能量相对小、且折射率相对大的第三光导向层14，以进一步增强垂直方向的光约束。通过采用这种构成，从而与在N型AlGaN覆盖层 12上形成多量子阱活性层15的情况相比，能够增强垂直方向的光约束因子，从而能够降低振荡域电流值或工作电流值。
在此，若在N型AlGaN覆盖层12上以接触的方式来形成第三光导向层 14，由于晶格常数的差大，因此，在界面的应力增大，容易发生晶格缺陷。若发生晶格缺陷，则不依存激光振荡的非发光的再结合成为中心，而导致振荡域电流值或工作电流值的增大。这样，则会给高温高输出状态下的长期的可靠性工作保障带来较大的妨碍。
为了抑制晶格缺陷的发生，在本实施方式中，在N型AlGaN覆盖层12 与第三光导向层14之间具备第二光导向层13，该第二光导向层13具有的带隙能量E2的大小在E1与E3之间。在这种情况下，由于第二光导向层13 的晶格常数成为N型AlGaN覆盖层12与第三光导向层14之间的大小，因此能够降低因N型AlGaN覆盖层12与第三光导向层14之间的晶格常数的差导致的应力的大小，从而能够抑制在界面发生晶格缺陷。
另外，第二光导向层13的折射率也与晶格常数一样，其大小在N型 AlGaN覆盖层12与第三光导向层14之间。因此，若使第二光导向层13的膜厚过厚，则N型AlGaN覆盖层12会与多量子阱活性层15分离，从而垂直方向的光的约束变弱。因此，在本实施方式中，使第二光导向层13的膜厚比第三光导向层14薄，从而既能够抑制在界面的晶格缺陷的发生，又能够增大向多量子阱活性层15的垂直方向的光约束。
并且，电子阻挡层18由AlGaN构成，包括从Al成分为0(0％)的GaN 至Al成分为0.35(35％)的AlGaN，Al成分在膜厚5nm的范围内逐渐增大的 Al成分增大区域18a、以及Al成分固定在0.35(35％)的Al成分固定区域 18b(膜厚2nm)。在这种情况下，电子阻挡层18的带隙能量如图2A的(a) 所示，成为多量子阱活性层15侧的带隙能量相对于垂直方向逐渐增大的结构。
如图29A的(a)所示，在使电子阻挡层(P侧电子约束层)228为成分固定的AlGaN时，由于拉伸变形，而在电子阻挡层228的两个界面被附加由图29A的(b)所示的压电极化产生的电荷。在这种情况下，在电子阻挡层228 被附加图29A(b)所示的电场Ep，电子阻挡层228的能带结构如图29B所示发生变化，针对空穴的电位势垒增大，针对电子的电位势垒变小。因此，工作电压增大，元件的消耗功率增大，元件的自身生热增大。尤其是在高温工作时，注入到多量子阱活性层212的电子超过电子阻挡层228，容易泄漏到覆盖层230侧，从而有损于温度特性。
对此，在图2A的(a)所示的本实施方式所涉及的结构中的电子阻挡层 18，如图2A的(b)以及(c)所示，Al成分在多量子阱活性层15侧的界面逐渐变化。据此，在Al成分变化的多量子阱活性层15侧的Al成分变化区域 18a，电子阻挡层18生成的压电极化电荷也被分散生成，由压电极化电荷产生的电场(压电电场)的大小逐渐变化。在Al成分逐渐变化时，由于带隙能量也逐渐变化，因此如图2B的模式图所示，由压电电场产生的电子阻挡层18的价带的能带结构的变化在效果上，因电子阻挡层18的成分变化而产生的价带结构的变化而被取消。此时，通过抑制针对空穴的电子阻挡层 18的能量势垒的增大，从而能够使发光元件1的工作电压变小，同时能够使针对电子的能量势垒增大。
首先，将要说明的是，对在发光元件1的工作电压的电子阻挡层18的 Al成分的分布状态依存性进行数值计算而得到的详细的估计。在本实施方式中，在中间层17将1×1019cm-3的Mg、在电子阻挡层18将2×1019cm-3的 Mg、在P型AlGaN覆盖层19将1×1019cm-3的Mg、在P型GaN接触层20将 1×1020cm-3的Mg，作为P型的杂质来掺杂。并且，在N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13将1×1018cm-3的Si作为N型杂质来掺杂。在中间层17掺杂与电子阻挡层18相同的高浓度的Mg，从而抑制了因在中间层17与电子阻挡层18的界面的波峰而导致的工作电压的增大。利用该结构条件进行了发光元件的工作电压的估计。
为了有效地抑制中间层17与电子阻挡层18的P型界面的波峰发生，使中间层17的带隙能量在电子阻挡层18中最接近多量子阱活性层15的区域的带隙以下、且比第一光导向层16的带隙大，在中间层17掺杂1×1019cm-3以上的高浓度的Mg是有效的。在AlGaN、GaN、InGaN由于存在带隙能量大则晶格常数小的关系，因此通过此构成，中间层17的晶格常数的大小为电子阻挡层18以上、且小于第一光导向层16。这样，通过具备由晶格常数在电子阻挡层18的晶格常数与第一光导向层16的晶格常数之间的晶体点阵构成的中间层17，因此在电子阻挡层18与第一光导向层16之间产生的晶格不匹配造成的压电极化被分散在中间层17。这样，能够使因压电电场产生的电子阻挡层18的价带的能带结构的波峰的势垒电位变小，从而能够抑制工作电压的增大。在本实施方式中，中间层17为P型GaN。
在电子阻挡层18按照Al成分，形成了Al成分增大区域18a、Al成分固定区域18b以及Al成分减少区域18c这三个区域。另外，按照Al成分， Al成分增大区域18a以及Al成分减少区域18c被统称为Al成分变化区域。从计算的观点来看，电子阻挡层18的Al成分分布如图3所示，将多量子阱活性层15侧的Al成分增大区域18a的宽度设为x1、将Al成分固定区域18b的宽度设为x2、将P型AlGaN覆盖层19侧的Al成分减少区域18c的宽度设为x3。并且，在Al成分增大区域18a的宽度x1，使Al成分从0％变化到35％，在Al成分固定区域18b的宽度x2，使Al成分为35％，在Al 成分减少区域18c的宽度x3，使Al成分从35％变化到0％。
并且，关于条纹的宽度，即脊下端部的宽度为15μm、共振器长为 1150μm，进行电流-电压特性的估计，将电流为100mA的电压作为以100mA 进行工作的工作电压来计算。
在此，在电子阻挡层18的Al成分较高为20％以上的情况下，若不将掺杂的Mg的浓度增高为1×1019cm-3以上，则电子阻挡层18中的价带的能带结构上的波峰会增大，针对空穴的电位势垒也增大。为此，若使电子阻挡层18的膜厚增厚，则因压电电场而带来的电子阻挡层18的价带的能带结构中的波峰的增大，会造成工作电压的增大，不仅如此，还会出现针对导波光的波导路损失增大，从而关联到工作电流值的增大。相反，若电子阻挡层18的膜厚薄，则因隧道效应的影响，电子、空穴容易通过电子阻挡层18的能量势垒，从而发生漏电流。于是，以往的电子阻挡层18的膜厚被设定在5nm至10nm的范围内，典型的被设为7nm。在Al成分被固定在35％的电子阻挡层18的结构中，在电子阻挡层18的膜厚为5nm以及7nm的情况下，工作电压分别为3.65V、3.7V。
图4的(a)示出了如下的情况下的工作电压的计算结果，即在电子阻挡层18，Al成分减少区域18c仅被形成在P型AlGaN覆盖层19侧，在Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm、1nm、2nm、3nm、4nm、7nm的结构中，使Al成分减少区域18c的宽度x3从1nm变化到30nm的情况下的工作电压的计算结果。
如图4的(a)所示，在发光元件1，若Al成分减少区域18c的宽度x3、或Al成分固定区域18b的宽度x2小，会有电压降低的效果，若使Al成分固定区域18b的宽度x2以及Al成分减少区域18c的宽度x3增大，则100mA 工作时的工作电压增大。这是因为，若在P型AlGaN覆盖层19侧设置Al 成分减少区域18c，则在价带的能量带结构中，由于压电电场的影响，而针对空穴的电位势垒增大的缘故。在图4的(a)所示的结果中，若将Al成分固定区域18b的宽度x2设为2nm以下、将Al成分减少区域18c的宽度x3 设为5nm以下，则能够得到3.6V以下的100mA工作时的工作电压，有电压降低的效果。
而且，若将Al成分固定区域18b的宽度x2设为1nm以下、将Al成分减少区域18c的宽度x3设为3nm以下，则工作电压成为3.45V以下，这与以往的电子阻挡层相比，有0.2V左右以上的低电压效果。在这种情况下，由于电子阻挡层18的合计膜厚过薄，为4nm以下，因此，由于隧道效应，则会担心有漏电流的发生。因此，在将Al成分减少区域18c仅设置在P型 AlGaN覆盖层19侧的情况下，既能够抑制漏电流的发生，又能够稳定地降低发光元件的工作电压。另外，低电压化的效果为0.2V左右。
图4的(b)示出的是，在电子阻挡层18，Al成分增大区域18a仅被形成在多量子阱活性层15侧，在Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm、1nm、 2nm、3nm、4nm、7nm的结构中，使Al成分增大区域18a的宽度x1从1nm 变化到30nm的情况下的工作电压的计算结果。
如图4的(b)所示，若将Al成分增大区域18a的宽度x1增大，在Al 成分固定区域18b的宽度x2为1nm以下的情况下，发光元件的工作电压的变化非常小，若Al成分固定区域18b的宽度x2为2nm以上，则可以知道发光元件的工作电压被降低。
这可以考虑到，在Al成分固定区域18b的宽度x2小于2nm的情况下， Al成分固定区域18b的宽度变得非常小，电子阻挡层18的能带分布几乎由 Al成分增大区域18a来决定。在这种情况下，可以考虑到因压电电场带来的电子阻挡层18的价带的能带结构的变化，由电子阻挡层18的成分变化带来的价带结构的变化而被取消，价带的能带结构中的波峰变小，工作电压几乎为固定。
在Al成分固定区域18b的宽度x2为2nm以上的情况下，若Al成分增大区域的宽度x1小，则由于Al成分固定区域18b中的压电效果，价带的能带结构中的波峰的影响，发光元件的工作电压增大。然而，若使Al成分增大区域的宽度x1增大，则因压电电场带来的电子阻挡层18的价带的能带结构的变化，由电子阻挡层18的成分变化产生的价带结构的变化在效果上而被取消，从而针对空穴的电子阻挡层18的电位势垒降低。这样，可以考虑到发光元件的工作电压变小。这种工作电压的降低效果只要Al成分增大区域18a的宽度x1在5nm以上就能够得到。并且，在Al成分增大区域 18a的宽度x1为10nm以上时，由于发光元件的工作电压几乎固定，因此 Al成分增大区域18a的宽度x1若在5nm以上10nm以下，则工作电压能够降低到3.35V以下。据此，与以往的电子阻挡层的结构相比，能够得到0.3V 左右的低电压效果。
并且，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，只要Al成分固定区域18b的宽度x2为7nm以下，发光元件的工作电压就可以降低。而且，为了降低发光元件的工作电压，Al成分固定区域18b 的宽度x2优选为4nm以下、更优选为2nm以下。
图4的(c)示出的是，在电子阻挡层18的多量子阱活性层15侧形成Al 成分增大区域18a、在P型AlGaN覆盖层19侧形成Al成分减少区域18c，在Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm、1nm、2nm、3nm、4nm、7nm的结构中，Al成分增大区域18a的宽度x1以及Al成分减少区域18c的宽度 x3分别从1nm变化到30nm的情况下的工作电压的计算结果。
如图4的(c)所示，若使Al成分增大区域18a的宽度x1以及Al成分减少区域18c的宽度x3增大，则在Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm 的情况下，发光元件的工作电压的变化非常小，若Al成分固定区域18b的宽度x2为1nm以上，则可以知道发光元件的工作电压被降低。
在Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm的情况下，由于P型AlGaN 覆盖层19侧的Al成分减少区域18c中的压电电场，在价带的能带结构形成波峰。由于该波峰的影响，Al成分增大区域18a的宽度x1以及Al成分减少区域18c的宽度x3分别在5nm以下的区域中，可以考虑到发光元件的工作电压增大。若Al成分增大区域18a的宽度x1以及Al成分减少区域18c的宽度x3为5nm以上，则因压电电场带来的电子阻挡层18的价带的能带结构的变化，由电子阻挡层18的成分变化产生价带结构的变化而被取消。因此，在价带的能带结构的波峰的大小成为固定，即使将Al成分增大区域 18a的宽度x1以及Al成分减少区域18c的宽度x3增大，工作电压也几乎保持固定。
若Al成分固定区域18b的宽度x2为1nm以上，Al成分增大区域x1 小的情况，由于Al成分固定区域18b中的压电效果，价带的能量分布中的波峰的影响，发光元件的工作电压增大。然而，若使Al成分增大区域18a 的宽度x1增大，则因压电电场带来的电子阻挡层18的价带的能带结构的变化，由电子阻挡层18的成分变化所产生的价带结构的变化，在效果上而被取消。据此，针对空穴的电子阻挡层18的电位势垒降低，发光元件的工作电压变小。这种工作电压的降低效果只要在Al成分增大区域18a的宽度 x1为5nm以上就可以知道。并且，若Al成分增大区域18a的宽度x1为10nm 以上，则发光元件的工作电压几乎保持固定。据此，只要Al成分增大区域 18a的宽度x1为5nm以上10nm以下，发光元件的工作电压就成为3.4V以下，与以往的电子阻挡层相比，能够得到0.25V左右的电压降低效果。
并且，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，只要Al成分固定区域18b的宽度x2为7nm以下，则发光元件的工作电压被降低，为了进一步降低工作电压，则Al成分固定区域18b的宽度x2 优选为4nm以下，更优选为2nm以下。
在此，若电子阻挡层18的Al成分高、并如后述那样不使掺杂的Mg的浓度提高到1×1019cm-3以上的话，则电子阻挡层18中的价带的能带结构中的波峰增大，相对于空穴的电位势垒增大。为此，若使电子阻挡层18的合计膜厚增厚，则针对导波光的波导路损失增大，从而有工作电流值增大的可能性。因此，为了使低工作电压、低波导路损失两者均成立，则电子阻挡层18的合计膜厚薄较好，优选为仅在多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a。
从图4的(a)至(c)所示的结果中可以知道，关于电子阻挡层18中的Al 成分变化的区域，要想使波导路损失与工作电压的降低双方均成立的话，则优选为仅形成在多量子阱活性层15侧。
图5的(a)示出的是，没有Al成分增大区域18a以及Al成分减少区域 18c，将Al成分固定区域18b(35％)的宽度x2设为7nm的情况下，工作电流值为100mA的情况下的能带结构的详细计算结果，图5的(b)示出的是，在多量子阱活性层15侧形成5nm的Al成分增大区域18a(从0％向35％变化)，将Al成分固定(35％)区域18b的宽度x2设为2nm的情况下，工作电流值为 100mA的情况下的能带结构的详细计算结果，图5的(c)示出的是，在P型 AlGaN覆盖层19侧形成5nm的Al成分减少区域18c(从35％向0％变化)，将 Al成分固定区域18b(35％)的宽度设为2nm的情况下，工作电流值为100mA 的情况下的能带结构的详细计算结果。
如图5的(a)所示，在仅由Al成分固定区域18b构成的电子阻挡层18，可以知道在电子阻挡层18，以通过压电效果而产生的电场，针对空穴的电位势垒增大的方式，价带的能带结构发生变化。
在图5的(b)所示的结果中可以知道，关于电子阻挡层18的价带的能带结构，由压电效果产生的电场而带来的变形，由Al成分的变化所带来的带隙能量的变化正好被取消，针对空穴的电位势垒变小。而且可以知道，针对电子的电位势垒也增高，不容易产生漏电流。
在图5的(c)所示的结果中可以知道，与仅由Al成分固定区域18b构成的电子阻挡层18同样，在电子阻挡层18以通过由压电效果产生的电场而针对空穴的电位势垒增大的方式，价带的能带结构发生变化。
从图5的(a)至(c)所示的结果中也可以知道，在电子阻挡层18，在Al 成分发生变化的区域仅被形成在多量子阱活性层15的情况下，对发光元件的工作电压的降低、以及漏电流发生的抑制比较有效。
接着将要说明的是，在电子阻挡层18中的Al成分固定区域18b仅被形成在多量子阱活性层15侧的情况下，对于低电压化、低波导路损失化、漏电流的抑制均能够得到满足的Al成分增大区域18a的宽度x1、Al成分固定区域18b的宽度x2进行说明。
在图6B的(a)至(e)分别示出了，在本实施方式的结构中的Al成分固定区域18b的Al成分为20％、25％、30％、35％、40％的情况下，100mA工作时的工作电压对Al成分增大区域18a的宽度x1以及Al成分固定区域18b 的宽度x2的依存性的计算结果。
图6A示出了电子阻挡层的Al成分分布。在电子阻挡层18，在多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a。在Al成分增大区域18a，以Al 成分从0％(GaN)成为Al成分固定区域18b的Al成分的方式，使成分逐渐发生变化。其他的结构参数与图4的(a)至(c)的计算中所采用的结构相同。
如图6B的(a)至(e)所示，在Al成分固定区域18b的Al成分为25％以上的情况下，可以知道有发光元件的工作电压的降低的效果。
如以往所示，关于利用仅以Al成分固定区域18b形成的电子阻挡层18 的情况下的发光元件的工作电压，根据图6B的(a)至(e)所示的结果，若将电子阻挡层18的厚度设为7nm，针对Al成分20％、25％、30％、35％、40％则分别为3.3V、3.4V、3.55V、3.7V、3.8V。
对此，将Al成分增大区域18a的宽度x1设定为5nm至10nm、将Al 成分固定区域18b的宽度x2设为4nm以下的情况下的工作电压，针对Al 成分20％、25％、30％、35％、40％，分别成为3.27V以下、3.28V以下、3.32V 以下、3.42V以下、3.54V以下，因此，低电压化的效果针对Al成分20％、 25％、30％、35％、40％，则分别为0.023V以上、0.12V以上、0.23V以上、0.28V以上、0.26V以上的值。
并且，将Al成分增大区域18a的宽度x1设定为5nm至10nm、将Al 成分固定区域18b的宽度x2设为2nm以下的情况下的工作电压，针对Al 成分20％、25％、30％、35％、40％，分别成为3.26V以下、3.27V、3.3V、3.34V、 3.41V以下，因此，低电压化的效果针对Al成分20％、25％、30％、35％、40％，则分别为0.04V以上、0.13V以上、0.25V以上、0.36V以上、0.39V以上的值。
这样，在将Al成分固定区域18b的Al成分设为25％以上、将Al成分增大区域18a的宽度x1设为5nm至10nm、将Al成分固定区域18b的宽度 x2设为4nm以下，能够得到0.12V以上的工作电压的降低效果。
进一步，在将Al成分固定区域的Al成分设为30％以上、将Al成分增大区域18a的宽度x1设为5nm至10nm、将Al成分固定区域18b的宽度x2 设为4nm以下，能够得到0.23V以上的工作电压降低效果。
并且，在将Al成分固定区域的Al成分设为25％以上、将Al成分增大区域18a的宽度x1设为5nm至10nm、将Al成分固定区域18b的宽度x2 设为2nm以下，从而能够得到0.13V以上的工作电压降低效果。
进一步，在将Al成分固定区域的Al成分设为30％以上、将Al成分增大区域18a的宽度x1设为5nm至10nm、将Al成分固定区域18b的宽度x2 设为4nm以下，从而能够得到0.25V以上的工作电压降低效果。
在85℃以上的高温工作状态下，在进行3W以上的高输出工作的情况下，由于仅微小的发热量的增加就会造成光输出的热饱和，因此降低工作电压是非常重要的。
接着，图7的(a)至(e)分别示出了，在本实施方式的结构中，Al成分为20％、25％、30％、35％、40％的情况下，100mA工作时的电子阻挡层的电子势垒能量(ΔE)对Al成分增大区域18a的宽度x1以及Al成分固定区域18b 的宽度x2的依存性的计算结果。在电子阻挡层18，在多量子阱活性层15 侧形成Al成分增大区域18a。在各自的Al成分中，在Al成分增大区域18a，以从Al成分0％(GaN)成为Al成分固定区域18b的Al成分的方式，使成分发生变化。其他的结构参数与在图4的计算中所使用的结构相同。
如图7的(a)至(e)所示，可以知道在将Al成分增大区域18a的宽度x1 增大时，ΔE增大，在10nm几乎保持固定。并且可以知道，在Al成分固定区域18b的Al成分为25％以上，因Al成分增大区域18a的ΔE的增大效果也增大。这是因为考虑到，若将Al成分固定区域18b的Al成分增大，则因压电效果产生的压电电场增大，其起到Al成分增大区域18a中的带隙能量的增大由被形成在价带的波峰形成取消的作用，带隙能量的增大能够良好地作用于ΔE增大的缘故。
在Al成分为25％以上的情况下，Al成分固定区域18b的宽度x2越小则ΔE增大效果就越大，优选为在Al成分固定区域18b的宽度x2为4nm 以下，更优选为2nm以下。
在利用了仅以Al成分固定区域18b形成的电子阻挡层18的情况下的ΔE，根据图7的(a)至(e)所示的结果，若将电子阻挡层18的厚度设为7nm，则针对Al成分20％、25％、30％、35％、40％分别为0.53eV、0.54V、0.52V、 0.52V、0.48V。据此，在仅以Al成分固定区域18b形成的电子阻挡层18 中可以知道，即便使电子阻挡层18的Al成分增大，ΔE也会在0.54eV左右成为饱和，之后将会逐渐减少。根据图6B的(a)至(e)所示的结果，随着 Al成分的增大，工作电压也增大。因此可以知道，在仅以Al成分固定区域 18b形成的电子阻挡层18，若逐渐使电子阻挡层18的Al成分增大，则在 Al成分25％左右ΔE饱和，之后即便使Al成分增大，也会作用于被形成在价带的能带结构的波峰的增大。据此可以知道，在仅以Al成分固定区域18b 形成的电子阻挡层18，为了既能够抑制工作电压的增大有能够使ΔE增大，则可以将Al成分设为25％左右。在这种情况下，工作电压为3.4V左右，ΔE 为0.54eV。
对此，在将Al成分固定区域18b的Al成分设为25％、在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围中，若将Al成分固定区域 18b的宽度x2设为4nm以下，能够得到ΔE为0.62eV以上。此时，根据图 6B的(b)的结果，可以得到工作电压的值为3.28V以下。
并且，将Al成分固定区域18b的Al成分设为25％、在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，若将Al成分固定区域18b 的宽度x2设为2nm以下，则能够得到ΔE为0.64eV以上。此时，根据图 6B的(b)的结果，能够得到发光元件的工作电压的值为3.27V以下。
这样，在Al成分固定区域18b的Al为25％的情况下，通过在多量子阱活性层15侧形Al成分增大区域18a，从而与Al成分固定区域18b(25％)的电子阻挡层18的结构相比，在Al成分固定区域18b的宽度x2为4nm以下的情况下，能够实现0.12V左右的低电压化以及0.08eV的ΔE的增大。并且，在Al成分固定区域18b的宽度x2为2nm以下的情况下，能够实现0.13V 左右的低电压化，并且能够实现0.1eV的ΔE的增大。
接着，将Al成分固定区域18b的Al成分设为30％，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，若将Al成分固定区域18b 的宽度x2设为4nm以下，根据图7的(c)的结果，能够得到ΔE为0.7eV 以上。此时，根据图6B的(c)的结果，能够得到工作电压的值为3.32V以下。
并且，在将Al成分固定区域18b的Al成分设为30％，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，若将Al成分固定区域 18b的宽度x2设为2nm以下，则能够得到ΔE为0.7eV以上。此时，根据图6B的(c)的结果，能够得到工作电压的值为3.3V以下。
在仅以Al成分固定区域18b(30％)形成的电子阻挡层18的结构中，在厚度为7nm的情况下，工作电压为3.55V左右，ΔE为0.52eV。
因此，在Al成分固定区域18b的Al为30％的情况下，由于在多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a，因此与以Al成分固定区域18b(30％) 形成的电子阻挡层18的结构相比，在Al成分固定区域18b的宽度x2为4nm 以下的情况下，能够实现0.24V左右的低电压化、以及0.18eV的ΔE的增大。并且，在Al成分固定区域18b的宽度x2为2nm以下的情况下，能够实现0.25V左右的低电压化、以及0.18eV的ΔE的增大。
接着，在将Al成分固定区域18b的Al成分设为35％，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，若将Al成分固定区域 18b的宽度x2设为4nm以下，根据图7的(d)的结果，能够得到ΔE为0.74eV 以上。此时，根据图6B的(d)的结果，能够得到发光元件的工作电压的值为3.42V以下。并且，将Al成分固定区域18b的Al成分设为35％，在Al 成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，若将Al成分固定区域18b的宽度x2设为2nm以下，则能够得到AE为0.82eV以上。此时，根据图6B的(d)的结果，能够得到发光元件的工作电压的值为3.34V 以下。
在仅以Al成分固定区域18b(35％)形成的电子阻挡层18的结构，在厚度为7nm的情况下，工作电压为3.7V左右，ΔE为0.52eV。
因此，在Al成分固定区域18b的Al为35％的情况下，通过在多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a，与仅以Al成分固定区域18b(35％) 形成的电子阻挡层18的结构相比，在Al成分固定区域18b的宽度x2为4nm 以下的情况下，能够实现0.28V左右的低电压化、以及0.22eV的ΔE的增大。并且，在Al成分固定区域18b的宽度x2为2nm以下的情况下，能够实现0.36V左右的低电压化、以及0.3eV的ΔE的增大。
接着，将Al成分固定区域18b的Al成分设为40％，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，若将Al成分固定区域18b 的宽度x2设为4nm以下，根据图7的(e)的结果，能够得到ΔE为0.74eV 以上。此时，根据图6B的(e)的结果，能够得到工作电压的值为3.54V以下。
并且，将Al成分固定区域18b的Al成分设为35％，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm以上10nm以下的范围内，若将Al成分固定区域18b 的宽度x2设为2nm以下，能够得到ΔE为0.84eV以上。此时，根据图6B 的(e)的结果，能够得到工作电压的值为3.41V以下。
在仅以Al成分固定区域18b(35％)形成的电子阻挡层18的结构中，在厚度为7nm的情况下，工作电压为3.8V左右，ΔE为0.48eV。
因此，在Al成分固定区域18b的Al成分为35％的情况下，通过在多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a，从而与Al成分固定区域 18b(35％)的电子阻挡层18的结构相比，在Al成分固定区域18b的宽度x2 为4nm以下的情况下，能够实现0.26V左右的低电压化、以及0.26eV的Δ E的增大。并且，在Al成分固定区域18b的宽度x2为2nm以下的情况下，能够实现0.39V左右的低电压化、以及0.36eV的ΔE的增大。
这样，只要在电子阻挡层18的多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a，并将Al成分增大区域18a的宽度x1设为5nm以上10nm以下，将x2设为4nm以下，优选为2nm以下的范围内来控制膜厚，在将Al成分固定区域18b的Al成分设为25％以上(Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm 的情况下，电子阻挡层18的最大Al成分为25％)的情况下，与仅以Al成分固定区域18b形成的电子阻挡层18的结构相比，能够使低电压化与ΔE的提高双方成立。低电压化与ΔE增大的效果，在电子阻挡层18的Al成分越高的情况下则越大。但是，若将电子阻挡层18的Al成分设为40％以上，则与GaN的晶格不匹配，容易发生晶格缺陷，因此不使所希望的。因此，本实施方式所涉及的结构中的电子阻挡层18的Al成分为40％以下。
接着，图8的(a)至(e)分别示出的是，在本实施方式所涉及的发光元件的结构中，电子阻挡层18的Al成分固定区域18b的Al成分为20％、25％、 30％、35％、40％的情况下波导路损失对Al成分增大区域18a的宽度x1以及 Al成分固定区域18b的宽度x2的依存性的计算结果。在电子阻挡层18，仅在多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a。在各自的Al成分中，在Al成分增大区域18a，以从Al成分0％(GaN)成为Al成分固定区域18b 的Al成分的方式来使成分发生变化。其他的结构参数与在图4的计算中采用的结构相同。关于波导路损失的值示出了，在Al成分增大区域18a的宽度x1为1nm、Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm、Al成分固定区域18b 的Al成分为40％的情况下，即，在Al成分增大区域18a的宽度x1为1nm的情况下，将使Al成分从0％变化到40％的结构的波导路损失作为基准，其他的结构中的波导路损失的增大部分的计算结果。
从图8的(a)至(e)的所示可知，若使Al成分增大区域18a的宽度x1 增大，则波导路损失也随之增大。在电子阻挡层18采用Al成分为20％以上的高Al成分层的情况下，由于Al成分高，因此作为P型的掺杂物而被使用的Mg的激活率降低。为此，需要提高电离受主密度，以及提高电子阻挡层18的导带的能量。于是，与其他的P型层相比，需要使电子阻挡层18 中的Mg的掺杂浓度相对提高。作为一个例子，需要掺杂1×1019cm-3以上的高浓度的Mg。因此，在本实施方式所涉及的发光元件的结构中，掺杂 2×1019cm-3的Mg。在这种情况下，若使电子阻挡层18的膜厚过厚，针对在激光的波导路形成的光分布的电子阻挡层的自由载流子损失增大，从而波导路损失增大。波导路损失的增大会导致电流-光输出特性中的斜率效率降低，从而有工作电流值的增大的可能性。据此，波导路损失尤其会造成高温特性的降低。为了抑制这种波导路损失的增大，电子阻挡层18的合计膜厚优选为比较薄的膜厚。在将Al成分增大区域18a的宽度x1设为10nm以下、将Al成分固定区域18b的宽度x2设为4nm以下，来构成电子阻挡层 18时，在Al成分固定区域18b的Al成分为25％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.5cm-1以下。并且，在Al成分固定区域18b的Al成分为30％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.42cm-1以下。并且，在 Al成分固定区域18b的Al成分为35％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.32cm-1以下。并且，在Al成分固定区域18b的Al成分为40％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.3cm-1以下的范围内。
并且，在将Al成分增大区域18a的宽度x1设为10nm以下、将Al成分固定区域18b的宽度x2设为2nm以下来构成电子阻挡层18时，在Al成分固定区域18b的Al成分为25％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.46cm-1以下。并且，在成分固定区域的Al成分为30％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.41cm-1以下。并且，在成分固定区域的Al成分为35％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.32cm-1以下。并且，在成分固定区域的Al成分为40％的情况下，能够将波导路损失的增大抑制在0.3cm-1以下的范围内。
这样，为了抑制在电子阻挡层18增大的波导路损失的增大，优选为将电子阻挡层18的Al成分的比率设定得较高，若将Al成分固定区域18b的 Al成分设为40％以上，则与GaN的晶格不匹配增大，容易发生晶格缺陷，因此是不希望的。因此，本实施方式所涉及的发光元件的结构中的电子阻挡层18的Al成分如以上所述被设定为40％以下。
如以上所述，若将Al成分增大区域18a用于电子阻挡层18，则波导路损失会有些增大。波导路损失的增大在85℃以上的高温工作状态，由于工作电流值的增大，因此会导致发光元件的漏电流或自身发热的增大。在进行3W以上的高输出工作的情况下，由于微量的发热量增大就会生成光输出的热饱和，因此，减少波导路损失是非常重要的。
于是，在本实施方式所涉及的发光元件的结构中，如图9的(c)，具备低掺杂区域19a。低掺杂区域19a是成为P型AlGaN覆盖层19中的P型杂质的Mg的掺杂量，在电子阻挡层18附近，比作为P型GaN接触层20侧的 P型AlGaN覆盖层的高掺杂区域19b低的区域。由于电子阻挡层18离多量子阱活性层15近，因此在低掺杂区域19a的区域中也存在较多的光分布。因此，低掺杂区域19a给波导路损失带来的影响大。因此，通过具备该低掺杂区域19a，从而能够减少在P型AlGaN覆盖层19的自由载流子损失，从而能够减少波导路损失。但是，若将Mg掺杂量减少得过多，则会导致元件电阻的增大，从而会有工作电压的增大的可能性。
于是，与到此为至同样，进行100mA工作时的工作电压的P型AlGaN 覆盖层的低掺杂区域19a的膜厚(zp)以及、Mg掺杂浓度依存性的估计。
在计算中，在电子阻挡层18，仅在多量子阱活性层15侧形成厚度为 5nm的Al成分增大区域18a，将Al成分固定区域18b的膜厚设为2nm。并且，在Al成分固定区域18b，Al成分被设为35％，在Al成分增大区域18a，使Al成分从0％增大到35％。在电子阻挡层18的结构为，进行2×1019cm-3的浓度的Mg的掺杂，在高掺杂区域19b的结构为进行1×1019cm-3的浓度的 Mg的掺杂。据此，能够抑制在高掺杂区域19b的元件的串联电阻的增大。通常在低掺杂区域19a，如图9的(c )所示那样，实现阶梯状的Mg浓度状态，在结晶生长工序中是比较困难的。因此，将电子阻挡层18、低掺杂区域19a、高掺杂区域19b中的平均的Mg掺杂量分别考虑为P型杂质浓度P1、P2、P3。因此，P型杂质浓度P1为2×1019cm-3、P型杂质浓度P3为1×1019cm-3。
图10示出了将膜厚zp设为0nm以上500nm以下、将P型杂质浓度P2 设为1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下的情况下的100mA工作时的发光元件的工作电压的计算结果。
如图10所示可知，若使膜厚zp增大，则会导致工作电压的增大。于是，在本实施方式中，将膜厚zp设为300nm以下，抑制了工作电压的增大。在这种情况下，即使将膜厚zp的厚度设为300nm，只要P型杂质浓度P2 为3×1018cm-3以上，工作电压几乎不会变化。并且，即使将膜厚zp的厚度设为300nm，只要P型杂质浓度P2为1×1018cm-3以上，工作电压的增大就能够被抑制在0.05V以下的范围内。
接着，针对在图10的计算的结构进行的估计是，作为P型杂质浓度P2 的大小，从1×1018cm-3到5×1018cm-3，使浓度以每1×1018cm-3来增大，在将 P型杂质浓度P3设为1×1019的情况下的波导路损失的大小的波导路损失的降低量。此时的膜厚与波导路损失的降低量的关系由图11示出。如图11 所示，针对各P型杂质浓度P2的值，膜厚zp大的一方，波导路损失的降低效果大。波导路损失降低的效果在P型杂质浓度P2为5×1018cm-3以下的范围内也能够得到。只要膜厚zp为100nm以上，波导路损失的降低效果就大。而且，优选为，若膜厚zp为200nm以上，在P型杂质浓度P2为5×1018cm-3的情况下，能够使波导路损失降低2cm-1。
然而，若使膜厚zp增大，则如图10所示，会导致发光元件的工作电压的增大。因此，在本发明中，将膜厚zp设为200nm以上300nm以下，从而抑制了工作电压的增大。在该膜厚zp的范围内，若将P型杂质浓度P2 设为3×1018cm-3，则能够使波导路损失降低2.8cm-1。而且，若将P型杂质浓度P2设为1×1018cm-1，则能够使波导路损失降低3.6cm-1。因此，若将膜厚zp设为200nm以上300nm以下、将P型杂质浓度P2设为3×1018cm-3以上5×1018cm-3以下，则在2cm-1以上、3.2cm-1以下的范围内能够减少波导路损失。在这种情况下，如图10所示的结果，工作电压几乎不发生变化。
并且，在将膜厚zp设为200nm以上300nm以下、将P型杂质浓度P2 设为1×1018cm-3以上3×1018cm-3以下的情况下，能够在2.8cm-1以上4.2cm-1以下的范围内减少波导路损失。在这种情况下，根据图10所示的结果，工作电压增大0.05V左右。由于在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm、Al 成分固定区域18b的宽度x2为2nm、Al成分固定区域中Al成分为35％的情况下，能够实现0.36V左右的低电压化，因此，若减去将P型杂质浓度P2 设为1×1018cm-3以上、3×1018cm-3以下的情况下的电压增大部分的0.05V，则能够期待0.31V的低电压效果。
由于具备了低掺杂区域19a，由此得到的低波导路损失化的效果，即使在作为电子阻挡层18的Al成分固定的以往的结构中也同样能够得到，因此，斜率效率增大，在实现高温高输出工作中有效。但是，如本实施方式所示，通过使电子阻挡层18成为多量子阱活性层15侧的Al成分逐渐增大的电子阻挡层18，从而对于低电压化、低波导路损失、电子势垒能量的增大造成的漏电流的减少能够同时实现。这样，在实现85℃以上的高温高输出工作的基础上，本实施方式所涉及的发光元件的结构比以往的发光元件的结构更加有效。
并且，根据图8的(d)的结果，在Al成分增大区域18a的宽度x1为5nm、 Al成分固定区域18b的宽度x2为2nm、Al成分固定区域的Al成分为35％的情况下，波导路损失增大0.2cm-1，而若将P型杂质浓度P2设为1×1018cm-3以上3×1018cm-3以下，则在2.8cm-1以上4.2cm-1以下的范围内能够降低波导路损失，因此相减后的波导路损失在2.6cm-1以上4.0cm-1以下的范围内能够减少。
这样，如本实施方式所示，通过在多量子阱活性层15侧形成成分变化区域、在P型覆盖层的多量子阱活性层15侧具备低掺杂区域，因此能够实现对工作电压和波导路损失的降低、以及因ΔE的增大而产生的温度特性的提高均能够满足的元件。
在本实施方式中，将膜厚zp设为250nm、将P型杂质浓度P2设为 3×1018cm-3。通过此构成，能够实现3cm-1左右的低损失化、0.36V的低电压化、0.82eV的ΔE增大。在这种情况下，波导路损失能够降低到4.0cm-1。
接着，对实现低电压化时所需要的针对电子阻挡层18的Mg的掺杂量进行说明。图12的(a)至(c)示出了，在本实施方式的结构中，在电子阻挡层，Al成分增大区域18a仅形成在多量子阱活性层15侧，在Al成分固定区域18b(35％)的宽度x2为0nm、1nm、2nm、3nm、4nm、7nm的结构中，使 Al成分增大区域的宽度x1从1nm变化到30nm的情况下的工作电压的计算结果。图12的(a)示出了向电子阻挡层掺杂5×1018cm-3的Mg的情况下的计算结果，图12的(b)示出了向电子阻挡层掺杂1×1019cm-3的Mg的情况下的计算结果，图12的(c)示出了向电子阻挡层掺杂2×1019cm-3的Mg的情况下的计算结果。在P型AlGaN覆盖层19均匀地掺杂1×1019cm-3的Mg。并且，在P型GaN中间层17掺杂与电子阻挡层18相同量的Mg。
如到此为止的说明所示，在向电子阻挡层18掺杂2×1019cm-3的Mg的情况下(图12的(c))，若将Al成分增大区域18a的宽度x1设为5nm以上 10nm以下、将Al成分固定区域18b的宽度x2设为4nm以下，则100mA工作时的工作电压被降低到3.4V以下。并且，若将Al成分增大区域18a的宽度x1设为10nm以下、将Al成分固定区域18b的宽度x2设为2nm以下，则100mA工作时的工作电压被降低到3.4V以下。
对此，如图12的(a)所示，若将向电子阻挡层掺杂的Mg的掺杂量设为 5×1018cm-3，若Al成分固定区域18b的宽度x2比1nm大，则100mA工作时的工作电压为3.4V以上。并且，为了使100mA工作时的工作电压为3.4V 以下，在Al成分固定区域18b的宽度x2为1nm的情况下，Al成分增大区域18a的宽度x1为2nm以下、x2为0nm的情况下，可以知道x1需要在5nm 以下。
如图12的(b)所示，若将向电子阻挡层18掺杂的Mg的掺杂量设为 1×1019cm-3，为了将100mA工作时的工作电压成为3.4V以下，在Al成分固定区域18b的宽度x2比2nm大的情况下，Al成分增大区域18a的宽度x1 需要在10nm以上。并且，在Al成分固定区域18b的宽度x2为1nm的情况下，在x1为10nm以下时，工作电压为3.42V以下。因此，在Al成分固定区域18b的宽度x2为0nm的情况下，Al成分增大区域18a的宽度x1可以为10nm以下。
因此，关于向电子阻挡层18的Mg的掺杂量，掺杂量高的情况下对低电压化有利，为了即使电子阻挡层18的构成膜厚发生变动，也能够实现稳定的低电压化，可以知道需要使向电子阻挡层18的Mg的掺杂量在 1×1019cm-3以上。然而，若Mg的掺杂量过高，则会导致波导路损失的增大。
在本实施方式中，将电子阻挡层18的Mg的掺杂量设为2×1019cm-3、将 Al成分增大区域18a的宽度x1设为5nm、Al成分固定区域18b的宽度x2 设为2nm，则能够使低电压工作与低波导路损失双方均成立。
图13的(a)以及(b)分别示出了，具有Al成分固定区域18b(35％)的电子阻挡层18(膜厚7nm)，且向P型AlGaN覆盖层19均一地掺杂了1×1019cm-3的浓度的Mg的结构的发光元件的电流-光输出特性、以及电流-电压特性。在以往的结构中可以知道在85℃的高温工作中，在光输出为2W左右时产生热饱和。
图13的(c)以及(d)分别示出了具有本实施方式所涉及的发光元件的结构的元件的电流-光输出特性、以及电流-电压特性。在本实施方式所涉及的发光元件的结构中，即使在85℃的高温工作时也能够得到3W以上的高输出。作为该理由可以考虑到以下的3点。
(1)第一，通过在电子阻挡层18的多量子阱活性层15侧形成Al成分增大区域18a，针对电子的电位势垒增大0.3eV左右，即使在高温工作状态下，也能够抑制漏电流的发生。
(2)第二，如图13的(b)以及(d)所示，通过在电子阻挡层18的多量子阱活性层15侧形成Al成分变化(增大)的Al成分增大区域18a，从而相对于被形成在价带的能带的空穴的波峰的电位势垒变小。据此，发光元件的工作电压能够降低0.3V左右，从而抑制了发光元件的自身发热。
(3)第三，通过在P型AlGaN覆盖层19形成低掺杂区域19a，从而波导路损失减少3cm-1。据此，在本实施方式所涉及的发光元件，从以往的波导路损失7cm-1成为大约一半的低损失波导路，因此斜率效率提高。这样，通过采用本实施方式所涉及的发光元件的结构，从而即使在85℃的高温工作时，也能够实现3W以上的高输出工作。
[效果等]
综上所述，通过本实施方式所涉及的氮化物类半导体发光装置，在作为氮化物类的发光元件的发光元件，因压电电场产生的电子阻挡层的价带的能带结构的变化，由电子阻挡层的成分变化引起的价带结构的变化消除，通过抑制相对于空穴的能量势垒的增大，从而能够抑制工作电压的增大。并且，能够使针对电子的能量势垒增大。而且，通过降低离电子阻挡层近的一侧的第二覆盖层的杂质浓度，从而能够降低波导路损失。这样，即使降低第二覆盖层的杂质浓度，也不会导致工作电压的增大，并且能够在抑制漏电流的同时，减少波导路损失。因此，能够降低工作电流值和工作电压。因此，能够实现低波导路损失、低工作电压、且漏电流小的发光元件。
(实施方式2)
接着，对实施方式2所涉及的发光元件进行说明。
在上述的实施方式1所示的发光元件中说明了电子阻挡层18的Al成分分布、以及通过对P型AlGaN覆盖层19以及电子阻挡层18的Mg掺杂状况进行详细地设计，从而能够实现低电压、低波导路损失、ΔE的增大的发光元件的结构。在此，在本发明的实施方式2所涉及的发光元件讨论的结构是，针对以N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13以及第三光导向层14构成的N型层，也对掺杂状况进行改进，以进一步实现低损失化、低电压化。以下对本实施方式所涉及的发光元件进行说明。
首先，对N型杂质的掺杂状况进行说明。在实施方式1所涉及的发光元件的结构中，在N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13掺杂作为N型杂质的1×1018cm-3的Si，针对在第三光导向层14不进行N型杂质的掺杂的结构，进行工作电压、波导路损失的估计。为了进一步降低波导路损失，关于上述的N型层(N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13以及第三光导向层14)，针对相对于工作电压的增大的依存性小的区域，能够降低N型杂质的掺杂浓度，减少波导路损失。在N型层中，能够考虑到对工作电压增大的依存性大的是，N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面。在这些界面，因带隙能量的不同或晶格不匹配，而产生压电极化电荷。据此，在导带的能带结构中产生如图14的(a)至(c)所示的波峰。由于该波峰会妨碍电子的电传导，因此与发光元件的工作电压的增大有关。
为了减小这种在N型层界面的波峰的影响，能够通过使向N型层的N 型杂质的掺杂浓度增大、使电子的费米能量增大、使N型层各层的导带的能量提高，来抑制波峰的形成。在图14的(a)示出了向N型AlGaN覆盖层 12、第二光导向层13掺杂了1×1017cm-3的Si的情况下的100mA工作时的N 型层区域的能带结构的计算结果，图14的(b)示出了向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13掺杂了1×1018cm-3的Si的情况下的100mA工作时的N 型层区域的能带结构的计算结果。
如图14的(a)以及(b)所示可知，通过提高Si的掺杂浓度，从而在界面形成的导带的能带上的波峰形成的区域的宽度或波峰的势垒能量的高度降低。但是，通过使向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13的Si的掺杂浓度从1×1017cm-3增大到1×1018cm-3，从而由于N型层的自由载流子损失的增大，而导致波导路损失增大0.46cm-1。该波导路损失的增大量针对发光元件全体的波导路损失具有10％左右的大小，因此给斜率效率的降低的影响大。
因此，在本实施方式所涉及的发光元件的结构中，对能够抑制工作电压以及波导路损失的增大的N型杂质浓度状况进行了探讨。关于在N型层的电压的增大，如以上所述，异质结界面的波峰的影响大。于是，如图15 的(a)以及(b)所示，针对在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面，分别在膜厚±z1、±z2的区域掺杂较高的N型杂质的结构，对工作电压的降低效果进行了估计。
具体而言，如图15的(a)以及(b)所示，在N型AlGaN覆盖层12，将从 N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1为止的界面附近区域设为高浓度杂质区域12a。在第二光导向层13，将从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1为止的界面附近区域设为高浓度杂质区域13a。将高浓度杂质区域12a以及高浓度杂质区域13a统称为第一高浓度杂质区域。在第一高浓度杂质区域，以比N型AlGaN覆盖层12的高浓度杂质区域12a以外的高浓度杂质区域以及第二光导向层13的高浓度杂质区域13a以外的高浓度杂质区域的浓度高的方式，来掺杂作为N型杂质的Si。
同样，在第二光导向层13，将从第二光导向层13与第三光导向层14 的界面到膜厚z2的界面附近区域设为高浓度杂质区域13b。在第三光导向层14，将从第二光导向层13与第三光导向层14的界面到膜厚z2为止的界面附近区域设为高浓度杂质区域14b。将高浓度杂质区域13b与高浓度杂质区域14b统称为第二高浓度杂质区域。在第二高浓度杂质区域，以比第二光导向层13的高浓度杂质区域13b以外的高浓度杂质区域以及第三光导向层14的高浓度杂质区域14b以外的高浓度杂质区域的浓度高的方式，来掺杂作为N型杂质的Si。
将从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面向第一界面区域的N型杂质的掺杂量设为N1、将从第二光导向层13与第三光导向层14的界面向第二界面区域的N型杂质的掺杂量设为N2。将高浓度杂质区域12a、 13a、13b以外的N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的N型杂质的掺杂量设为Nb。在第三光导向层14中的高浓度杂质区域14b以外的区域，为了抑制波导路损失的增大，而不进行N型杂质的掺杂。作为N型的杂质，采用Si。图16的(a)以及(b)示出了发光元件的截面结构。
图17的(a)示出了，在将Nb与N2以1×1017cm-3、将N1以1×1018cm-3、 2×1018cm-3、3×1018cm-3来变化的情况下的、100mA工作时的工作电压的膜厚z1依存性的计算结果。在该结构中，仅在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面±z1以内的第一界面区域掺杂高浓度的N型杂质。
在这种情况下，如图17的(a)所示，若膜厚z1为5nm以上、N1为 1×1018cm-3以上，工作电压能够降低0.2V左右，而稳定在3.6V。
图17的(b)示出了，在将Nb与N1以1×1017cm-3、将N2以1×1018cm-3、 2×1018cm-3、3×1018cm-3来变化的情况下的、100mA工作时的工作电压的膜厚z2依存性的计算结果。在该结构中，仅在第二光导向层13与第三光导向层14的界面±z2以内的第二界面区域掺杂高浓度的N型杂质。
在这种情况下，如图17的(b)所示，若膜厚z2为10nm以上、N2为 1×1018cm-3以上，则工作电压能够降低0.4V左右，而稳定在3.4V。并且，若膜厚z2为10nm以上、N2为2×1018cm-3以上，则工作电压能够降低0.45V 左右，稳定在3.35V。即，成为与向N型AlGaN覆盖层12、N型GaN第二光导向层13均一地掺杂1×1018cm-3的Si的情况相同的工作电压。
图17的(c)示出了，在将Nb以1×1017cm-3、将N1与N2以1×1018cm-3、 2×1018cm-3、3×1018cm-3来变化的情况下的、100mA工作时的工作电压的膜厚z1以及z2依存性的计算结果。在计算中，N1与N2、以及膜厚z1与z2 分别为相同的值。
在这种情况下，如图17的(c)所示，若膜厚z1与z2为10nm以上、N1 与N2为1×1018cm-3以上，则工作电压能够降低0.45V左右，而稳定在3.35V。即，成为与向N型AlGaN覆盖层12、N型GaN第二光导向层13均一地掺杂 1×1018cm-3的Si的情况相同的工作电压。
根据上述的结果可以知道，为了既能够保持与向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13均一地掺杂1×1018cm-3的Si的情况相同的工作电压，又能够尽可能地减小因N型杂质造成的自由载流子损失的增大，因此可以仅在第二光导向层13与第三光导向层14的界面±10nm以上的区域掺杂2× 1018cm-3的N型杂质、或者可以在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13 的界面±10nm以上、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面±10nm 以上的区域，掺杂1×1018cm-3的N型杂质。
图18示出了与图17的(c)相同的结构，在将Nb以1×1017cm-3、将N1 与N2以1×1018cm-3、1.5×1018cm-3、2×1018cm-3、2.5×1018cm-3、3×1018cm-3来发生变化的情况下的、波导路损失的增大量与膜厚z1以及z2依存性的计算结果。在计算中，N1与N2、膜厚z1与z2分别为相同的值。在此，图18示出的波导路损失的增大量为，针对膜厚z1与z2为5nm、将Nb设为 1×1017cm-3、N1与N2设为1×1018cm-3的结构的波导路损失的相对增大量。
如图17的(c)与图18所示，若将高浓度杂质区域12a、13a设为从与高浓度杂质区域12a、13a邻接的界面即N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到±10nm的范围(区域宽度20nm)以上±20nm的范围(区域宽度40nm)以下的范围，将N型杂质的浓度设为1×1018cm-3以上2×1018cm-3以下，则既能够维持与向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13均一地掺杂1×1018cm-3的Si的情况下的工作电压同等的工作电压，又能够抑制波导路损失的增大。
尤其是，若将N1与N2设为1×1018cm-3以上1.5×1018cm-3以下、将高浓度杂质区域12a、13a设为从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到±10nm的范围(区域宽度20nm)以上、±20nm的范围(区域宽度40nm) 以下的范围，则既能够维持与向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13 均一地掺杂1×1018cm-3的Si的情况下的工作电压同等的工作电压，又能够将针对z1与z2为5nm、Nb被设为1×1017cm-3、N1与N2被设为1×1018cm-3的结构的波导路损失的增大抑制在0.3cm-1以下。
在本实施方式中，将N1与N2设为1×1018cm-3、将高浓度杂质区域12a、 13a设为从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到±10nm的范围(区域宽度20nm)。此时，既能够维持与向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13均一地掺杂了1×1018cm-3的Si的情况下的工作电压同等工作电压，又能够实现0.4cm-1的低波导路损失化，并能够实现3.6cm-1的低波导路损失。
图14的(c)示出了，在将N1与N2设为1×1018cm-3、将高浓度杂质区域 12a、13a设为从高浓度杂质区域12a、13a的界面到±10nm的范围(区域宽度20nm)时，针对进行了这种设定的本实施方式的结构的100mA工作时的能带结构的计算结果。
从图14的(c)所示可以知道，通过提高Si的掺杂浓度，从而被形成在界面的导带中的波峰减少了。
通过以上所说明的本实施方式所涉及的发光元件，在第一覆盖层与第二光导向层的界面、以及第二光导向层与第三光导向层的界面的至少一方的界面，通过提高相对杂质浓度，从而能够增大在界面的电子的费米能量。因此，导带的能带被平坦化，从而能够降低发光元件的工作电压。
(实施方式3)
接着，对实施方式3所涉及的发光元件进行说明。
在实施方式2的图15所示的结构中，若将N1与N2设为2×1018cm-3以上2.5×1018cm-3以下、将高浓度杂质区域12a、13a设为从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到±5nm的范围(区域宽度10nm)以上± 10nm(区域宽度20nm)以下的范围，则既能够维持与向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13均一地掺杂了1×1018cm-3的Si的情况下的工作电压同等的工作电压，又能够实现0.2cm-1以上的低波导路损失。
在本发明的实施方式3，相对于实施方式2中说明的结构而言，将N1 与N2设为2×1018cm-3、将高浓度杂质区域12a、13a设为从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到±5nm的范围(区域宽度10nm)的范围。此时，既能够维持与向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13均一地掺杂了1×1018cm-3的Si的情况下的工作电压同等的工作电压，又能够实现0.4cm-1的低波导路损失，并能够实现3.6cm-1的低波导路损失。
(实施方式4)
接着，对实施方式4所涉及的发光元件进行说明。
如以上所述，在N型层能够考虑到对工作电压增大的依存性大的是，N 型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近、以及第二光导向层13 与第三光导向层14的界面附近的区域。在这些界面附近的区域(界面附近区域)，由于带隙能量的不同或晶格不匹配，而产生压电极化电荷，因此在导带的能带结构产生如图14的(a)所示的波峰。由于该波峰会妨碍电子的电传导，因此会关联到元件的工作电压的增大。到此为止，通过对电子阻挡层18的Al成分分布、P型AlGaN覆盖层19以及电子阻挡层18的Mg掺杂状况、N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13以及第三光导向层14的掺杂状况进行了详细探讨，从而对能够实现低电压、低波导路损失、ΔE 的增大的结构进行了说明。
在此，在本发明的实施方式4所涉及的发光元件，使原子成分在N型 AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近区域、第二光导向层13与第三光导向层14的界面附近区域逐渐发生变化。在该结构中，如图19所示，能够使被形成在导带的能带结构的界面的波峰或压电极化电荷的分布的陡峭性变缓。因此，能够提高电子的电传导性，并能够使工作电压降低。
并且在该结构中，如本发明的实施方式2或本发明的实施方式3的说明所示，由于不需要在界面附近掺杂1×1018cm-3以上的高浓度的N型杂质，因此不会出现波导路损失的大幅度的增加，从而能够实现低电压化。
图19针对如下的结构进行了工作电压的降低效果的估计，即分别在N 型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近、以及第二光导向层13 与第三光导向层14的界面附近，对膜厚±z1、±z2的区域插补各自的层的原子成分。
具体而言，如图19所示，在N型AlGaN覆盖层12，将从N型AlGaN 覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1为止的界面附近区域设为成分变化区域12c。在第二光导向层13，将从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1为止的界面附近区域设为成分变化区域13c。将成分变化区域12c以及成分变化区域13c统称为第一成分变化区域。
同样，在第二光导向层13，将从第二光导向层13与第三光导向层14 的界面到膜厚z2为止的界面附近区域设为成分变化区域13d。在第三光导向层14，将从第二光导向层13与第三光导向层14的界面到膜厚z2为止的界面附近区域设为成分变化区域14d。将成分变化区域13d与成分变化区域 14d统称为第二成分变化区域。
在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的第一成分变化区域，使 Al成分逐渐变化，在第二光导向层13与第三光导向层14的第二成分变化区域，使In成分逐渐变化。
作为N型的杂质，采用Si。图20示出了发光元件的截面结构。
图21示出了，将N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13的N型杂质浓度设为1×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3、1×1018cm-3，在第三光导向层14不进行掺杂的情况下，100mA工作时的工作电压对膜厚z1以及z2的依存性的计算结果。其他的结构参数与本发明的实施方式1所示的结构相同。在计算中，将膜厚z1与z2视为相同的的膜厚，并同时发生变化。
从图21所示可知，若使成分变化区域的膜厚z1与z2增大，则工作电压降低，在10nm以上几乎为固定。并且，若N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的N型杂质浓度为5×1017cm-3以上、且成分变化区域的膜厚z1 与z2均为10nm以上(成分变化区域的膜厚20nm以上)，则成为与向N型 AlGaN覆盖层12和第二光导向层13均一地掺杂了1×1018cm-3的N型杂质浓度的情况同等的工作电压。
在本实施方式中，在将N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的N 型杂质浓度设为5×1017cm-3、将成分变化区域的膜厚z1与z2均设为10nm 时，能够实现与向N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13均一地掺杂了1 ×1018cm-3N型杂质浓度的情况同等的工作电压，并能够实现0.2cm-1的低波导路损失。
图22示出了，在将N型AlGaN覆盖层12、第二光导向层13的N型杂质浓度设为5×1017cm-3、将成分变化区域的膜厚z1与z2均设为10nm时，针对本实施方式的结构的100mA工作时的能带结构的计算结果。
从图22所示可知，通过在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近区域、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面附近区域形成成分变化区域，从而能够降低被形成在界面的导带的能带中的波峰。
通过以上说明的本实施方式所涉及的发光元件，从而在第一覆盖层与第二光导向层的界面、以及第二光导向层与第三光导向层的界面的至少一方的界面，形成逐渐使成分变化的成分变化区域。据此，在界面产生的导带中的能带的不连续消失，抑制了压电电荷集中形成在界面，导带中的能带变得平坦。这样，能够降低元件的工作电压。
(实施方式5)
接着，对实施方式5所涉及的发光元件进行说明。
为了抑制在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面的导带的能带结构中产生波峰，在实施方式3示出了向界面附近区域(从界面到±10nm以上的区域)掺杂 1×1018cm-3以上的高浓度的N型杂质。并且，在实施方式4示出了，在界面附近区域(从界面到±10nm以上的区域)设置成分变化区域，在该成分变化区域使原子成分逐渐变化，以对成分进行插补。
在本发明的实施方式5中，如图23以及图24所示，向N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近区域12e以及13e(从界面到±10nm 以上的区域)掺杂1×1018cm-3以上的高浓度的N型杂质。并且，在第二光导向层13与第三光导向层14的界面附近区域13f以及14f(从界面到±10nm 以上的区域)，使原子成分逐渐变化，以对成分进行插补。据此，能够降低发光元件的工作电压。
具体而言，如图23的(b)以及图24所示，在N型AlGaN覆盖层12，将从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1为止的界面附近区域设为高浓度杂质区域12e。在第二光导向层13，将从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1为止的界面附近区域设为高浓度杂质区域13e。将高浓度杂质区域12e以及高浓度杂质区域13e统称为第一高浓度杂质区域。在第一高浓度杂质区域掺杂高浓度的作为N型杂质的 Si，掺杂的浓度比N型AlGaN覆盖层12的高浓度杂质区域12e以外的高浓度杂质区域以及第二光导向层13的高浓度杂质区域13e以外的高浓度杂质区域高。
并且，在第二光导向层13，将从第二光导向层13与第三光导向层14 的界面到膜厚z2的界面附近区域设为成分变化区域13f。在第三光导向层 14，将从第二光导向层13与第三光导向层14的界面到膜厚z2为止的界面附近区域设为成分变化区域14f。将成分变化区域13f与成分变化区域14f 统称为第二成分变化区域。
即在图23的(b)所示的截面结构中，如图24的(b)所示，在从N 型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到±10nm以内的高浓度杂质区域12e以及13e(膜厚20nm)，掺杂1×1018cm-3的N型杂质。此时，将Nb1 设为1×1017cm-3、将Nb2设为5×1017cm-3。并且，在从第二光导向层13与第三光导向层14的界面到±10nm以下的成分变化区域13f以及14f的结构为，逐渐使原子成分发生变化。
根据此结构，能够抑制因在N型层界面产生的波峰而造成的工作电压增大。据此，能够实现与向N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13均一地掺杂1×1018cm-3的N型杂质的结构同等的工作电压，并且能够实现0.2cm-1的低波导路损失。
(实施方式6)
接着，对实施方式6涉及的发光元件进行说明。
为了抑制在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面的导带的能带结构产生波峰，在实施方式3示出了在界面附近区域(离界面±10nm以上的区域)掺杂 1×1018cm-3以上的高浓度的N型杂质。并且，在实施方式4示出了在界面附近区域(离界面±10nm以上的区域)，设置成分变化区域，通过使原子成分逐渐变化来对成分进行插补。
在本发明的实施方式6，如图25以及图26所示，在第二光导向层13 与第三光导向层14的界面附近区域(离界面±10nm以上的区域)掺杂 1×1018cm-3以上的高浓度的N型杂质。并且，在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近区域(离界面±10nm以上的区域)使原子成分逐渐变化，以对成分进行插补。
具体而言，如图25的(b)以及图26所示，在第二光导向层13，将从第二光导向层13与第三光导向层14的界面到膜厚z2的界面附近区域设为高浓度杂质区域13h。在第三光导向层14，将从第二光导向层13与第三光导向层14的界面到膜厚z2的界面附近区域设为高浓度杂质区域14h。将高浓度杂质区域13h与高浓度杂质区域14h统称为第三高浓度杂质区域。在第三高浓度杂质区域掺杂高浓度的作为N型杂质的Si，被掺杂的浓度比N型 AlGaN覆盖层12的高浓度杂质区域12g以外的高浓度杂质区域以及第二光导向层13的高浓度杂质区域13g以外的高浓度杂质区域高。
并且，在N型AlGaN覆盖层12，将从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1的界面附近区域设为成分变化区域12g。在第二光导向层13，将从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到膜厚z1 的界面附近区域设为成分变化区域13g。将成分变化区域12g以及成分变化区域13g统称为第一成分变化区域。
即，在图25的(b)所示的截面结构，如图26的(b)所示，在从第二光导向层13与第三光导向层14的界面到±10nm以内的高浓度杂质区域 13h以及14h(膜厚20nm)，掺杂1×1018cm-3的N型杂质。此时，将Nb1设为 5×1017cm-3，在Nb2不掺杂。并且，在从N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面到±10nm以下的成分变化区域12g以及13g的结构为，使原子成分逐渐变化。
通过该结构，能够抑制在N型层界面产生的波峰造成的工作电压增大。据此，能够实现与向N型AlGaN覆盖层12和第二光导向层13均一地掺杂了1×1018cm-3的N型杂质的结构同等的工作电压，并能够实现0.2cm-1的低波导路损失。
(其他的实施方式)
另外，本发明并非受上述的实施方式中记载的构成所限，例如可以适当地进行如下变更。
在到此为止示出的实施方式1至6中，电子阻挡层18的Al成分变化区域如图27的(a)所示，采用了Al成分逐渐变化的结构。但是，电子阻挡层18的Al成分变化区域也可以如图27的(b)所示，使Al成分呈阶梯状变化，也可以如图27的(c)所示，呈阶梯状变化与逐渐的连续变化组合的区域。另外，本发明中的“单调增加”是指，值为增加的变化，其中可以包括直线状、曲线状、或阶梯状等任意的变化。
即使为图27的(b)以及(c)所示的构成，由于能够将电子阻挡层18的多量子阱活性层15侧的区域产生的压电电荷分散到各个阶段的界面，从而能够具有以电子阻挡层18的带隙变化来消除压电电场的作用。因此，能够抑制针对价带的能带结构中的空穴的电位势垒导致的波峰形成。
并且，作为P型AlGaN覆盖层19，虽然采用由单一成分的AlGaN构成的结构进行了说明，P型AlGaN覆盖层19例如也可以是P型AlGaN与P型GaN构成的超晶格层。
并且，在上述的实施方式中，针对在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近区域、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面附近区域，具备高浓度杂质区域或成分变化区域的一方的发光元件的结构，示出了低电压化和低波导路损失的效果。不过并非受此所限，界面附近区域也可以是具备高浓度杂质区域和成分变化区域这双方的结构。据此，能够得到低电压化以及低波导路损失的效果。
并且，在GaN衬底11与N型AlGaN覆盖层12的界面也是同样，可以是界面至少具备高浓度杂质区域和成分变化区域的至少一方的结构。据此，能够得到低电压化的效果。尤其是在GaN衬底11附近，由于波导路的光分布强度减弱，因此在GaN衬底11与N型AlGaN覆盖层12的界面，即使将N 型杂质设为高浓度，自由载流子损失的增大也非常小，不会引起波导路损失的增大，因此能够实现低电压化。
并且，在上述的实施方式中，针对在N型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近区域、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面附近区域具备高浓度杂质区域或成分变化区域的发光元件的结构，示出了低电压化和低波导路损失的效果。但是，发光元件的结构也可以是仅在N 型AlGaN覆盖层12与第二光导向层13的界面附近区域、以及第二光导向层13与第三光导向层14的界面的一方，具备高浓度杂质区域以及成分变化区域的至少一方。据此，能够得到低电压化和低波导路损失的效果。
并且，针对上述的实施方式执行本领域技术人员所能够想到的各种变形而得到的形态、或者在不脱离本发明的主旨的范围内对上述的实施方式以及变形例中的构成要素和功能进行任意地组合而实现的形态均包含在本发明内。
本发明能够利用于可以进行超高输出工作且具有良好的温度特性的车载前灯用光源。
符号说明
11 GaN衬底
12 N型AlGaN覆盖层(第一导电侧第一半导体层)
12a 高浓度杂质区域(第3区域)
12c 成分变化区域
12e 高浓度杂质区域
12g 成分变化区域
13 第二光导向层(第一导电侧第二半导体层)
13a 高浓度杂质区域(第4区域)
13b 高浓度杂质区域(第7区域)
13c 成分变化区域
13d 成分变化区域
13e 高浓度杂质区域
13f 成分变化区域
13g 成分变化区域
13h 高浓度杂质区域
14 第三光导向层(第一导电侧第三半导体层)
14b 高浓度杂质区域(第8区域)
14d 成分变化区域
14f 成分变化区域
14h 高浓度杂质区域
15 多量子阱活性层(活性层)
15a、15c、1Se 势垒层
15b、15d InGaN阱层
16 第一光导向层(第二导电侧第二半导体层)
17 GaN中间层(第二导电侧第三半导体层)
18 电子阻挡层
18a Al成分增大区域(第1区域)
18b Al成分固定区域(第2区域)
18c Al成分减少区域
19 P型AlGaN覆盖层(第二导电侧第一半导体层)
19a 低掺杂区域(离电子阻挡层近的一侧的区域)
19b 高掺杂区域(离电子阻挡层远的一侧的区域)
20 P型GaN接触层
30 电流阻挡层
31 N型电极
32 P型电极
211 N型层
212 活性层
213 P型层
225 下部覆盖层
231b 第一氮化物类半导体层
232b 第二氮化物类半导体层
228 P侧电子约束层
230 上部覆盖层
201 阱层
202 阻挡层
300 半导体激光
330 n-AlGaN覆盖层
340 N侧非掺杂GaN波导路
350 MQW活性层
352 InGaN阱子层
354 GaN阻挡子层
360 P侧非掺杂GaN波导路层
382 逐渐增加的铝浓度部分
384 逐渐减少的铝浓度部分
386 铝浓度平坦区域
370 SLS覆盖层
372 p-AlGaN子层
374 p-GaN子层

Claims (20)

1.一种氮化物类发光元件，
在GaN衬底上依次具备第一导电侧第一半导体层、活性层、第二导电侧第一半导体层，所述第一导电侧第一半导体层包括第一导电型的氮化物类半导体，所述活性层包括含有Ga或In的氮化物类半导体，所述第二导电侧第一半导体层包括第二导电型的氮化物类半导体，
在所述活性层与所述第二导电侧第一半导体层之间具备第二导电型的电子阻挡层，所述第二导电型的电子阻挡层包括至少含有Al的氮化物类半导体，
所述电子阻挡层具有Al成分变化的第1区域，
在所述第1区域，针对从所述活性层向所述第二导电侧第一半导体层的方向，Al成分单调增加，
所述第二导电侧第一半导体层中的离所述电子阻挡层近的一侧的区域的杂质浓度，与离所述电子阻挡层远的一侧的区域的杂质浓度相比，相对较低，
在所述第一导电侧第一半导体层与所述活性层之间配置第一导电侧第二半导体层，在将所述第一导电侧第一半导体层的带隙能量设为E1、将所述第一导电侧第二半导体层的带隙能量设为E2时，具有E1＞E2的关系，
至少在第3区域以及第4区域的一方，至少形成了第一高浓度杂质区域和第一成分变化区域的一方，所述第3区域是在所述第一导电侧第一半导体层，与所述第一导电侧第一半导体层和所述第一导电侧第二半导体层的界面邻接的区域，所述第4区域是在所述第一导电侧第二半导体层，与所述第一导电侧第二半导体层和所述第一导电侧第一半导体层的界面邻接的区域，所述第一高浓度杂质区域是与第5区域以及第6区域的杂质浓度相比，掺杂了相对较高浓度的杂质的区域，所述第5区域是与所述第一导电侧第一半导体层的所述第3区域邻接的区域，所述第6区域是与所述第一导电侧第二半导体层的所述第4区域邻接的区域，所述第一成分变化区域是为了对从所述第5区域至所述第6区域的原子成分进行插补而成分变化了的区域。
2.如权利要求1所述的氮化物类发光元件，
在所述第一导电侧第二半导体层与所述活性层之间配置第一导电侧第三半导体层，在将所述第一导电侧第三半导体层的带隙能量设为E3时，具有E2＞E3的关系。
3.如权利要求2所述的氮化物类发光元件，
至少在第7区域以及第8区域的一方，至少形成第二高浓度杂质区域和第二成分变化区域的一方，所述第7区域是在所述第一导电侧第二半导体层，与所述第一导电侧第二半导体层和所述第一导电侧第三半导体层的界面邻接的区域，所述第8区域是在所述第一导电侧第三半导体层，与所述第一导电侧第三半导体层和所述第一导电侧第二半导体层的界面邻接的区域，所述第二高浓度杂质区域是与第9区域以及第10区域的杂质浓度相比，掺杂了相对高浓度的杂质的区域，所述第9区域是与所述第一导电侧第二半导体层的所述第7区域邻接的区域，所述第10区域是与所述第一导电侧第三半导体层的所述第8区域邻接的区域，所述第二成分变化区域是为了对从所述第9区域至所述第10区域的原子成分进行插补而成分变化了的区域。
4.如权利要求2所述的氮化物类发光元件，
所述第一导电侧第三半导体层的膜厚，比所述第一导电侧第二半导体层的膜厚大。
5.如权利要求3所述的氮化物类发光元件，
所述第一高浓度杂质区域以及所述第二高浓度杂质区域的至少任意一方中的杂质浓度为1×1018cm-3以上1.5×1018cm-3以下，形成有所述第一高浓度杂质区域或所述第二高浓度杂质区域的区域是，从与所述第一高浓度杂质区域或所述第二高浓度杂质区域邻接的界面起的距离为10nm以上20nm以下的区域。
6.如权利要求3所述的氮化物类发光元件，
所述第一高浓度杂质区域以及所述第二高浓度杂质区域的至少任意一方中的杂质浓度为2×1018cm-3以上2.5×1018cm-3以下，形成有所述第一高浓度杂质区域或所述第二高浓度杂质区域的区域是，从与所述第一高浓度杂质区域或所述第二高浓度杂质区域邻接的界面起的距离为5nm以上10nm以下的区域。
7.如权利要求3所述的氮化物类发光元件，
所述第一成分变化区域以及所述第二成分变化区域的至少任意一方中的杂质浓度为5×1017cm-3以上，形成有所述第一成分变化区域或所述第二成分变化区域的区域是，从与所述第一成分变化区域或所述第二成分变化区域邻接的界面起的距离为10nm以上的区域。
8.如权利要求1所述的氮化物类发光元件，
所述电子阻挡层具有Al成分固定的第2区域，
所述第2区域被配置在所述第1区域与所述第二导电侧第一半导体层之间。
9.如权利要求8所述的氮化物类发光元件，
所述第2区域的膜厚比所述第1区域的膜厚薄。
10.如权利要求8所述的氮化物类发光元件，
所述电子阻挡层具有Al成分减少区域，
所述Al成分减少区域被配置在所述第2区域与所述第二导电侧第一半导体层之间，
针对从所述活性层向所述第二导电侧第一半导体层的方向，Al成分单调减少，
所述第2区域的膜厚为2nm以下，
所述Al成分减少区域的膜厚为5nm以下。
11.如权利要求1至10的任一项所述的氮化物类发光元件，
所述第1区域中的Al成分的最大的比率为25％以上。
12.如权利要求1至10的任一项所述的氮化物类发光元件，
所述电子阻挡层的杂质浓度为1×1019cm-3以上。
13.如权利要求1至10的任一项所述的氮化物类发光元件，
所述第二导电侧第一半导体层中的离所述电子阻挡层近的一侧的区域的膜厚为200nm以上300nm以下，所述第二导电侧第一半导体层中的离所述电子阻挡层近的一侧的区域的杂质浓度为1×1018cm-3以上5×1018cm-3以下。
14.如权利要求1至10的任一项所述的氮化物类发光元件，
在所述活性层与所述电子阻挡层之间配置第二导电侧第二半导体层。
15.如权利要求14所述的氮化物类发光元件，
在所述第二导电侧第二半导体层与所述电子阻挡层之间配置第二导电侧第三半导体层，所述第二导电侧第三半导体层的带隙能量比所述第二导电侧第二半导体层大、且在所述第1区域的带隙能量以下。
16.一种氮化物类发光元件，
在GaN衬底上依次具备第一导电侧第一半导体层、活性层、第二导电侧第一半导体层，所述第一导电侧第一半导体层包括第一导电型的氮化物类半导体，所述活性层包括含有Ga或In的氮化物类半导体，所述第二导电侧第一半导体层包括第二导电型的氮化物类半导体，
在所述活性层与所述第二导电侧第一半导体层之间具备第二导电型的电子阻挡层，所述第二导电型的电子阻挡层包括至少含有Al的氮化物类半导体，
所述电子阻挡层具有Al成分变化的第1区域，
在所述第1区域，针对从所述活性层向所述第二导电侧第一半导体层的方向，Al成分单调增加，
所述第二导电侧第一半导体层中的离所述电子阻挡层近的一侧的区域的杂质浓度，与离所述电子阻挡层远的一侧的区域的杂质浓度相比，相对较低，
在所述第一导电侧第一半导体层与所述活性层之间配置第一导电侧第二半导体层，在将所述第一导电侧第一半导体层的带隙能量设为E1、将所述第一导电侧第二半导体层的带隙能量设为E2时，具有E1＞E2的关系，在所述第一导电侧第二半导体层与所述活性层之间配置第一导电侧第三半导体层，在将所述第一导电侧第三半导体层的带隙能量设为E3时，具有E2＞E3的关系，
至少在第7区域以及第8区域的一方，至少形成第二高浓度杂质区域和第二成分变化区域的一方，所述第7区域是在所述第一导电侧第二半导体层，与所述第一导电侧第二半导体层和所述第一导电侧第三半导体层的界面邻接的区域，所述第8区域是在所述第一导电侧第三半导体层，与所述第一导电侧第三半导体层和所述第一导电侧第二半导体层的界面邻接的区域，所述第二高浓度杂质区域是与第9区域以及第10区域的杂质浓度相比，掺杂了相对高浓度的杂质的区域，所述第9区域是与所述第一导电侧第二半导体层的所述第7区域邻接的区域，所述第10区域是与所述第一导电侧第三半导体层的所述第8区域邻接的区域，所述第二成分变化区域是为了对从所述第9区域至所述第10区域的原子成分进行插补而成分变化了的区域。
17.如权利要求16所述的氮化物类发光元件，
所述第二高浓度杂质区域中的杂质浓度为1×1018cm-3以上1.5×1018cm-3以下，形成有所述第二高浓度杂质区域的区域是，从与所述第二高浓度杂质区域邻接的界面起的距离为10nm以上20nm以下的区域。
18.如权利要求16所述的氮化物类发光元件，
所述第二高浓度杂质区域中的杂质浓度为2×1018cm-3以上2.5×1018cm-3以下，形成有所述第二高浓度杂质区域的区域是，从与所述第二高浓度杂质区域邻接的界面起的距离为5nm以上10nm以下的区域。
19.如权利要求16所述的氮化物类发光元件，
所述第二成分变化区域中的杂质浓度为5×1017cm-3以上，形成有所述第二成分变化区域的区域是，从与所述第二成分变化区域邻接的界面起的距离为10nm以上的区域。
20.如权利要求16至19的任一项所述的氮化物类发光元件，
所述第一导电侧第三半导体层的膜厚，比所述第一导电侧第二半导体层的膜厚大。
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