JP5868650B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物系III−Ｖ族化合物半導体は、ワイドバンドギャップというその特徴を活かし、高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）や、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）などに応用されている。

これらの発光素子は、ｎ形半導体層と、ｐ形半導体層と、その間に設けられ、量子井戸層と障壁層とを有する発光層と、を有している。
このような半導体発光素子において、高い発光効率を実現することが望まれている。

特開２００７−１１６１４７号公報

本発明は、発光効率の高い半導体発光素子を提供する。

実施形態に係る半導体発光素子は、窒化物半導体を含むｎ形半導体層と、窒化物半導体を含むｐ形半導体層と、前記ｎ形半導体層と前記ｐ形半導体層との間に設けられた発光層と、を備える。前記発光層は、交互に積層された、複数の障壁層と、複数の井戸層と、を含む。前記複数の障壁層のうちで最も前記ｐ形半導体層に近いｐ側障壁層は、III族元素を含む第１層と、前記第１層と積層されIII族元素を含む第２層であって、前記第２層のIII族元素中におけるＩｎ組成比が、前記第１層のIII族元素中におけるＩｎ組成比よりも高い、第２層と、を含む。前記ｐ側障壁層の平均Ｉｎ組成比は、前記複数の障壁層のうちで最もｎ形半導体層に近いｎ側障壁層の平均Ｉｎ組成比よりも高い。前記第１層は複数設けられ、前記第２層は複数設けられ、前記複数の第１層と前記複数の第２層とは、交互に並ぶ。前記複数の第１層の１つは、複数の井戸層のうちの１つに接し、前記複数の第１層の別の１つは、複数の井戸層のうちの別の１つに接する。前記複数の第１層のそれぞれの厚さは、１ナノメートル以下である。

（ａ）〜（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。 実施形態に係る半導体発光素子のＩｎ組成比を例示する図である。 実施形態に係る半導体発光素子のＩｎ組成比を例示する図である。 参考例の半導体発光素子のＩｎ組成比を例示する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施形態に係るエネルギーバンド及びキャリア濃度分布を例示する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施形態に係る半導体発光素子のエネルギーバンド及びキャリア濃度分布を例示する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、参考例の半導体発光素子のエネルギーバンド図及びキャリア濃度分布を例示する図である。 半導体発光素子の特性を例示する図である。 （ａ）〜（ｂ）は、実施形態に係る他の半導体発光素子のＩｎ組成比を例示する図である。 （ａ）〜（ｂ）は、実施形態に係る他の半導体発光素子のＩｎ組成比を例示する図である。 実施形態に係る他の半導体発光素子のＩｎ組成比を例示する図である。 半導体発光素子の特性を例示する図である。 半導体発光素子の特性を例示する図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（実施形態）
図１（ａ）〜（ｂ）は、実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。
図１（ａ）は、半導体発光素子の模式的断面図、図１（ｂ）は、障壁層の模式的断面図である。
図２は、実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図２に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、ｎ形半導体層２０と、ｐ形半導体層５０と、ｎ形半導体層２０とｐ形半導体層５０との間に設けられた発光層４０と、を備える。半導体発光素子１１０においては、発光層４０と、ｎ形半導体層２０と、の間に積層体３０が設けられていてもよい。

ｎ形半導体層２０及びｐ形半導体層５０は、窒化物半導体を含む。
発光層４０は、例えば活性層である。積層体３０は、例えば超格子層である。

半導体発光素子１１０においては、例えばサファイヤからなる基板１０の主面（例えばｃ面）に、例えばバッファ層１１が設けられ、その上に、例えばアンドープのＧａＮ下地層２１と、ｎ形ＧａＮコンタクト層２２と、が設けられる。ｎ形ＧａＮコンタクト層２２は、ｎ形半導体層２０に含まれる。なお、ＧａＮ下地層２１は、便宜的にｎ形半導体層２０に含まれるものとしてもよい。

ｎ形ＧａＮコンタクト層２２の上には、積層体３０が設けられている。積層体３０においては、例えば、第１結晶層３１と、第２結晶層３２と、が交互に積層されている。

積層体３０の上には、発光層４０（活性層）が設けられている。発光層４０は、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有する。すなわち、発光層４０は、複数の障壁層４１及び複数の井戸層４２が、交互に繰り返し積層された構造を含んでいる。障壁層４１及び井戸層４２の詳しい構成については後述する。

発光層４０の上には、ｐ形ＡｌＧａＮ層５１、ｐ形の例えばＭｇドープＧａＮ層５２、及び、ｐ形ＧａＮコンタクト層５３が、この順に設けられている。なお、ｐ形ＡｌＧａＮ層５１は、電子オーバフロー抑制層の機能を有する。ｐ形ＡｌＧａＮ層５１、ＭｇドープＧａＮ層５２及びｐ形ＧａＮコンタクト層５３は、ｐ形半導体層５０に含まれる。また、ｐ形ＧａＮコンタクト層５３の上には、透明電極６０が設けられている。

そして、ｎ形半導体層２０であるｎ形ＧａＮコンタクト層２２の一部、その一部に対応する積層体３０、発光層４０及びｐ形半導体層５０が除去され、ｎ形ＧａＮコンタクト層２２の上にｎ側電極７０が設けられる。ｎ側電極７０には、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造が用いられる。一方、透明電極６０の上には、ｐ側電極８０が設けられる。
このように、本実施形態に係る本具体例の半導体発光素子１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）である。

半導体発光素子１１０は、例えば以下のようにして製造できる。
まず、有機洗浄、酸洗浄した例えばｃ面サファイヤの基板１０を、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置の反応炉に導入し、反応炉のサセプタ上で約１１００℃に加熱する。これにより、基板１０の表面の酸化膜が除去される。

次に、基板１０の主面（ｃ面）の上に、３０ｎｍの厚さでバッファ層１１を成長させる。さらに、バッファ層１１の上に、３マイクロメートル（μｍ）の厚さでアンドープのＧａＮ下地層２１を成長させる。さらに、ＧａＮ下地層２１の上に、２μｍの厚さで、ＳｉドープのＧａＮによるｎ形ＧａＮコンタクト層２２を成長させる。

次に、ｎ形ＧａＮコンタクト層２２の上に、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮである第１結晶層３１と、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮである第２結晶層３２と、を交互に３０周期積層し、積層体３０を形成する。

次に、積層体３０の上に、障壁層４１と井戸層４２とを交互に積層する。
さらに、最も上の障壁層４１の上に、Ａｌの組成比が０．００３で５ｎｍの厚さのＡｌＧａＮ層を成長させ、この後、Ａｌの組成比が０．１で１０ｎｍの厚さのＭｇドープＡｌＧａＮ層５１と、８０ｎｍの厚さのＭｇドープｐ形ＧａＮ層５２(Ｍｇ濃度は２×１０¹⁹/ｃｍ³)、及び、１０ｎｍ程度の厚さの高濃度ＭｇドープＧａＮ層５３(Ｍｇ濃度は１×１０²¹/ｃｍ³)をそれぞれ積層させる。この後、上記の結晶が成長した基板１０を、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から取り出す。

次に、上記の多層膜構造の一部をｎ形ＧａＮコンタクト層２２の途中までドライエッチングして露出させ、この上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕのｎ側電極７０を形成する。また、高濃度ＭｇドープＧａＮ層５３の表面上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である透明電極６０を形成し、その一部に、例えば直径８０μｍのＮｉ／Ａｕによるｐ側電極８０を形成する。これにより、半導体発光素子１１０が作製される。

なお、上記においては、成膜法としてＭＯＣＶＤ(有機金属気相)法を用いる例について説明したが、例えば分子線エピタキシ(ＭＢＥ)法やハライド気相成長(ＨＶＰＥ)法などの他の方法も適用可能である。

次に、発光層４０の多重量子井戸構造について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に表したように、発光層４０の多重量子井戸構造は、複数の障壁層４１（１）〜４１（ｎ）と、複数の井戸層４２（１）〜４２（ｎ）と、を有する。なお、符号に含まれる”ｎ”は層の番号に対応した２以上の整数である。
本明細書において、複数の障壁層４１（１）〜４１（ｎ）を区別せずに総称するときは障壁層４１といい、複数の井戸層４２（１）〜４２（ｎ）を区別せずに総称するときは井戸層４２ということにする。

複数の障壁層４１は、ｎ形半導体層２０からｐ形半導体層５０に向けて第１番目の障壁層４１（１）、第２番目の障壁層４１（２）、…、第（ｎ−１）番目の障壁層４１（ｎ−１）、第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）を有する。複数の障壁層４１のうちの最もｎ形半導体層２０に近い第１番目の障壁層４１（１）をｎ側障壁層ともいい、最もｐ形半導体層５０に近い第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）をｐ側障壁層ともいう。

複数の井戸層４２は、ｎ形半導体層２０からｐ形半導体層５０に向けて第１番目の井戸層４２（１）、第２番目の井戸層４２（２）、…、第（ｎ−１）番目の井戸層４２（ｎ−２）、第ｎ番目の井戸層４２（ｎ）を有する。複数の井戸層４２のうちの最もｎ形半導体層２０に近い第１番目の井戸層４２（１）をｎ側井戸層ともいい、最もｐ形半導体層５０に近い第ｎ番目の井戸層４２（ｎ）をｐ側井戸層ともいう。

障壁層４１及び井戸層４２は、窒化物半導体を含む。なお、障壁層４１及び井戸層４２には、微量のＡｌ等が含まれていてもよい。
井戸層４２には、例えばＩｎを含む窒化物半導体が用いられる。障壁層４１のバンドギャップエネルギーは、井戸層４２のバンドギャップエネルギーよりも大きい。

井戸層４２は、Ｉｎ_ｗＧａ_１−ｗＮ（０＜ｗ＜１）を含む。井戸層４２の厚さは、厚さｔ_ｗ（ナノメートル）である。井戸層４２の厚さｔ_ｗは、例えば３ナノメートル（ｎｍ）以上６ｎｍ以下である。

半導体発光素子１１０において、少なくとも第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）には、第１層ＬＬ（ｎ）と、第２層ＨＬ（ｎ）と、が設けられる。
なお、層番号にかかわらず第１層ＬＬ（ｎ）を総称する場合には第１層ＬＬともいう。また、層番号にかかわらず第２層ＨＬ（ｎ）を総称する場合には第２層ＨＬともいう。

第１層ＬＬは、III族元素を含む。第１層ＬＬは、例えば、Ｉｎ_ｂ１Ｇａ_１−ｂ１Ｎ（０≦ｂ１）を含む。第２層ＨＬは、第１層ＬＬのIII族元素中におけるＩｎの組成比よりも高いIII族元素中におけるＩｎの組成比を有する。第２層ＨＬ（ｎ）は、例えば、Ｉｎ_ｂ２Ｇａ_１−ｂ２Ｎ（ｂ１＜ｂ２）を含む。
第２層ＨＬのバンドギャップエネルギーは、第１層ＬＬのバンドギャップエネルギーよりも小さい。

１つの障壁層４１において、第１層ＬＬは複数設けられ、第２層ＨＬは単数または複数設けられる。そして、前記複数の第１層ＬＬの間に、第２層ＨＬが設けられる。

半導体発光素子１１０において、ｐ側障壁層である第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）の厚さ方向に平均したＩｎの組成比は、ｎ側障壁層である第１番目の障壁層４１（１）の厚さ方向に平均したＩｎの組成比よりも高い。

ここで、障壁層４１の厚さ方向に平均したＩｎの組成比を、平均Ｉｎ組成比という。
すなわち、第１層ＬＬが、Ｉｎ_ｂ１Ｇａ_１−ｂ１Ｎ（０≦ｂ１）を含み、厚さｔ_ＬＬ（ナノメートル）を有し、第２層ＨＬが、Ｉｎ_ｂ２Ｇａ_１−ｂ２Ｎ（ｂ１＜ｂ２）を含み、厚さｔ_ＨＬ（ナノメートル）を有するとき、障壁層４１の平均Ｉｎ組成比は、（ｂ１×ｔ_ＬＬ＋ｂ２×ｔ_ＨＬ）／（ｔ_ＬＬ＋ｔ_ＨＬ）と定義される。

第１層ＬＬ及び第２層ＨＬは、複数の障壁層４１にそれぞれ設けられていてもよい。複数の障壁層４１にそれぞれ第１層ＬＬ及び第２層ＨＬが設けられる場合、第２層ＨＬのＩｎ組成比ｂ２は、前記複数の障壁層４１のそれぞれで異なるようにしてもよい。
この場合、複数の障壁層４１のそれぞれの平均Ｉｎ組成比は、ｐ形半導体層５０に近い障壁層４１からｎ形半導体層５０に近い障壁層４１にかけて段階的に低くなるようにする。

例えば、ｐ側障壁層である第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）と、ｎ側障壁層である第１番目の障壁層４１（１）と、の間に中間障壁層である第ｍ番目（１＜ｍ＜ｎ）の障壁層４１（ｍ）がある場合、第ｍ番目の障壁層４１（ｍ）の平均Ｉｎ組成比は、第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）の平均Ｉｎ組成比よりも低く、第１番目の障壁層４１（１）の平均Ｉｎ組成比よりも高くする。
具体的な一例として、ｐ形半導体層５０に近い障壁層４１ほどＩｎ組成比ｂ２を大きく、ｎ形半導体層２０に近い障壁層４１ほどＩｎ組成比ｂ２を小さくする。

また、複数の障壁層４１のそれぞれの平均Ｉｎ組成比は、全ての障壁層４１で互いに異なる必要はない。例えば、隣り合う複数の障壁層４１を１つの組として複数の組を構成した場合、同じ組の障壁層４１の平均Ｉｎ組成比は等しく、組ごとにｐ形半導体層５０からｎ形半導体層２０にかけて平均Ｉｎ組成比を段階的に減少させてもよい。

例えば、第１番目の障壁層４１（１）と第２番目の障壁層４１（２）との組、第３番目の障壁層４１（３）と第４番目の障壁層４１（４）との組、…、第（ｎ−３）番目の障壁層４１（ｎ−３）と第（ｎ−２）番目の障壁層４１（ｎ−２）との組、第（ｎ−１）番目の障壁層４１（ｎ−１）と第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）との組において、同じ組に属する複数の障壁層４１の平均Ｉｎ組成比は同じであって、組ごとの平均Ｉｎ組成比は、ｐ形半導体層５０からｎ形半導体層２０にかけて減少する構成にしてもよい。

また、複数の障壁層４１を、ｐ形半導体層５０側の組（ｐ側の組）と、ｎ形半導体層２０の側の組（ｎ側の組）と、に分けた場合、ｐ側の組の１つ以上の障壁層４１はいずれも組成比ｂ２１（ｂ２１＞０）であり、ｎ側の組の１つ以上の障壁層４１はいずれも組成比ｂ２２(ｂ２２＜ｂ２１)であるという構成でもよい。

発光層４０の多重量子井戸構造をこのような構成にすることによって、井戸層４２に対する障壁層４１のホールに対する量子ポテンシャルが低下する。このため、多重量子井戸におけるホールの注入が効率化し、キャリアの分散化が図られることで、ＬＥＤの外部量子効率が上昇する。

次に、実施形態に係る半導体発光素子１１０の障壁層４１及び井戸層４２の具体例について説明する。
本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、障壁層４１の厚さｔ_ｂは、１０ｎｍ以下と薄くする。好ましくは、厚さｔ_ｂは、３ｎｍ以上８ｎｍ以下にする。これにより、ｐ形半導体層５０から注入されるホールが効率的に発光層４０に供給され、半導体発光素子１１０の発光効率が高まる。また、半導体発光素子１１０の動作電圧は、実用上要求されている程度に低下する。

本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、障壁層４１の第１層ＬＬの厚さｔ_ＬＬは３ｎｍ未満とすることが望ましく、１ｎｍ程度とすることがより好ましい。これによって、井戸層４２に対する障壁層４１のホールにとっての量子ポテンシャルが低下する。

本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、障壁層４１の第２層ＨＬの厚さ
ｔ_ＨＬは２ｎｍ以下にすることが望ましい。第２層ＨＬをこれ以上厚くすると、障壁層４１の結晶性が劣化しやすくなる。

本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、障壁層４１の第１層ＬＬのＩｎ組成比ｂ１は０．０２以下であり、０．００とすることが最も望ましい。これよりもＩｎ組成比を多くすると、結晶性が劣化しやすくなる。

本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、ｐ側障壁層である第ｎ番目の障壁層４１（ｎ）の第２層ＨＬ（ｎ）のＩｎ組成比ｂ２は、０．０４以上０．１３以下とすることが望ましく、０．０８以上とすることがより好ましい。これにより、ホールにとっての井戸層４２に対する障壁層４１の量子ポテンシャルの低下はより有効になる。

上記のような、第１層ＬＬと第２層ＨＬをもつ障壁層４１を多重量子井戸層内に構成することによって、ホールの量子井戸層での注入効率が向上し、高発光効率が実現される。

図３〜図５は、発光層のＩｎ組成比のプロファイルを例示する図である。
図３〜図５のいずれにおいても、横軸は発光層の位置（厚さ方向の位置）を表し、縦軸はＩｎ組成比を表している。図３及び図４は、実施形態に係る半導体発光素子の例を表し、図５は、参考例に係る半導体発光素子の例を表している。
なお、図３〜図５に表した例では、いずれも８つの障壁層４１及び８つの井戸層４２が交互に積層された多重量子井戸構造でのＩｎ組成比プロファイルを表している。
ここで、図３に表したＩｎ組成比プロファイルを１１０Ｐ、図４に表したＩｎ組成比プロファイルを１２０Ｐ及び図５に表したＩｎ組成比プロファイルを１９０Ｐとする。

図３に表したＩｎ組成比プロファイル１１０Ｐでは、２つの障壁層４１の組ごとに段階的に平均Ｉｎ組成比が低下している。
Ｉｎ組成比プロファイル１１０Ｐにおいて、井戸層４２（１）〜４２（８）のＩｎ組成比は同じである。井戸層４２（１）〜４２（８）のＩｎ組成比ｗは、例えばｗ＝０．１３である。

障壁層４１においては、第８番目の障壁層４１（８）、第７番目の障壁層４１（７）、第６番目の障壁層４１（６）及び第５番目の障壁層４１（５）に、それぞれ３つの第１層ＬＬ及び２つの第２層ＨＬが設けられている。なお、これらの第１層ＬＬのＩｎ組成比はそれぞれ同じである。第１層ＬＬのＩｎ組成比ｂ１は、例えばｂ１＝０．００である。

複数の障壁層４１のうち、第８番目の障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比は同じである。
第２層ＨＬ（８）及びＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（８）は、例えば０．０４以上０．１３以下である。一例として、Ｉｎ組成比ｂ２（８）は、ｂ２（８）＝０．０６である。Ｉｎ組成比ｂ２（８）は、ｐ側井戸層である第８番目の井戸層４２（８）のＩｎ組成比ｗの例えば１／２以下にしてもよい。

複数の障壁層４１のうち、第６番目の障壁層４１（６）の第２層ＨＬ（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の第２層ＨＬ（５）のＩｎ組成比は同じであるが、第８番目の障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比よりも低い。第２層ＨＬ（６）及びＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（６）は、例えばｂ２＝０．０３である。
このような構成によって、Ｉｎ組成比プロファイル１１０Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の組と、第６番目の障壁層４１（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の組と、において、段階的に平均Ｉｎ組成比が低下している。

図４に表したＩｎ組成比プロファイル１２０Ｐでは、ｎ側障壁層である第１番目の障壁層４１（１）と、第２番目〜第８番目の障壁層４１（２）〜４１（ｎ）と、で平均Ｉｎ組成比が異なっている。
Ｉｎ組成比プロファイル１２０Ｐにおいて、井戸層４２（１）〜４２（８）のＩｎ組成比ｗは同じである（例えば、ｗ＝０．１３）。

障壁層４１においては、第２番目の障壁層４１（２）〜第８番目の障壁層４１（８）に、それぞれ３つの第１層ＬＬ及び２つの第２層ＨＬが設けられている。なお、これらの第１層ＬＬ（２）〜ＬＬ（８）のＩｎ組成比ｂ１はそれぞれ同じであり（例えば、ｂ１＝０．００）、これらの第２層ＨＬ（２）〜ＨＬ（８）のＩｎ組成比ｂ２は、Ｉｎ組成比ｂ１よりも高く、それぞれ同じである（例えば、ｂ２＝０．０６）。

図５に表したＩｎ組成比プロファイル１９０Ｐでは、いずれの障壁層４１にも第２層ＨＬが設けられていない。すなわち、全ての障壁層４１のＩｎ組成比は一定である。

図６（ａ）〜図８（ｄ）は、エネルギーバンド図及びキャリア濃度分布を例示する図である。
図６は、図３に表したＩｎ組成比プロファイル１１０Ｐを有する半導体発光素子１１０の例である。図７は、図４に表したＩｎ組成比プロファイル１２０Ｐを有する半導体発光素子１２０の例である。図８は、図５に表したＩｎ組成比プロファイル１９０Ｐを有する半導体発光素子１９０の例である。
いずれの図においても、横軸は位置（厚さ方向の位置）を表し、（ａ）は伝導体のエネルギーバンド図、（ｂ）は価電子帯のエネルギーバンド図、（ｃ）は電子の濃度、（ｄ）はホールの濃度を示している。また、いずれの図においても、（ａ）及び（ｂ）に表した太線は量子ポテンシャルを例示している。

図８（ａ）〜（ｄ）に表したように、参考例に係る半導体発光素子１９０では、井戸層４２に対する障壁層４１の量子障壁が高いため、ｐ形半導体層５０から注入されるホールがｐ形半導体層５０に近い井戸層４２に偏っている。

窒化物半導体においては、ｐ形キャリア（ホール）の移動度は低く、そのためにＬＥＤのｐ形半導体層５０で生成したホールの多重量子井戸への注入効率が悪い。このため、複数の井戸層４２のうちｐ形半導体層５０側の井戸層４２の一部にしかホールが注入されない。そのため、キャリア密度が局所的に大きくなってオージェ再結合確率が増大し、特に高電流注入時のＬＥＤの外部量子効率が低下する。

図６（ａ）に表した伝導帯及び図６（ｂ）に表した価電子帯のエネルギーバンド図のように、半導体発光素子１１０の構成によれば、参考例に係る半導体発光素子１９０に比べて、井戸層４２に対する障壁層４１の量子障壁が低下する。これによって、図６（ｄ）に表したように、ホールの注入効率が飛躍的に改善され、半導体発光素子１９０に比べて飛躍的に発光効率が高効率化する。

図７（ａ）に表した伝導体及び図７（ｂ）に表した価電子帯のエネルギーバンド図では、図６（ａ）及び図６（ｂ）に表したエネルギーバンド図よりは井戸層４２に対する障壁層４１の量子障壁は低下していないものの、図８（ａ）〜（ｄ）に表した参考例に係る半導体発光素子１９０よりは井戸層４２に対する障壁層４１の量子障壁が低下している。これにより、半導体発光素子１２０では、参考例に係る半導体発光素子１９０に比べて発光効率が高まる。

さらに、図６（ａ）〜（ｄ）及び図７（ａ）〜（ｄ）に表したように、ｎ形半導体層２０に近いほど障壁層４１の平均Ｉｎ組成比を下げることで、ｎ形半導体層２０の上に成長させる発光層４０の多重量子井戸構造の結晶性が向上する。

以下、上記のような条件を見いだすに至った検討結果について説明する。
この検討では、発光層４０の構成（障壁層４１の厚さやＩｎ組成比の変調のさせ方、井戸層４２の厚さやＩｎ組成比の変調のさせ方）を変えて半導体発光素子を構成し、その各場合の内部量子効率を比較する。

（第１の実施例）
第１の実施例に係る半導体発光素子１１１は、図３に表したＩｎ組成比のプロファイル１１０Ｐを有する。
障壁層４１と井戸層４２との数は８周期である。ここで８周期の井戸層４２のうち、最もｎ形半導体層２０に近い障壁層を第１番目の障壁層４１（１）として、そこからｐ形半導体層５０側に向かって、第２番目の障壁層４１（２）、第３番目の障壁層４１（３）、…、第８番目の障壁層４１（８）と称する。

第８番目の障壁層４１（８）の第１層ＬＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第１層ＬＬ（７）のＩｎ組成比ｂ１をｂ１＝０．００とし、第８番目の障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（８）をｂ２（８）＝０．０６とする。

次に、第６番目の障壁層４１（６）の第１層ＬＬ（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の第１層ＬＬ（５）のＩｎ組成比ｂ１をｂ１＝０．００とし、第６番目の障壁層４１（６）の第２層ＨＬ（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の第２層ＨＬ（５）のＩｎ組成比ｂ２（６）をｂ２（６）＝０．０３とする。

最後に、第４番目の障壁層４１（４）〜第１番目の障壁層４１（１）の第１層ＬＬ（４）〜ＬＬ（１）のＩｎ組成比と、第２層ＨＬ（４）〜ＨＬ（１）のＩｎ組成比とを、いずれも０．００とする。

また、第１番目の障壁層４１（１）〜第８番目の障壁層４１（８）のいずれにおいても、第１層ＬＬ（１）〜ＬＬ（８）の厚さｔ_ＬＬは１ｎｍ、第２層ＨＬ（１）〜ＨＬ（８）の厚さｔ_ＨＬは１ｎｍとし、第２層ＨＬが障壁層４１の両側となるように、これらを交互に２.５周期積層した。第１番目の障壁層４１（１）〜第８番目の障壁層４１（８）のそれぞれの厚さｔ_ｂは、５ｎｍである。

（第２の実施例）
第２の実施例に係る半導体発光素子１２１は、図４に表したＩｎ組成比のプロファイル１２０Ｐを有する。

半導体発光素子１２１では、第２番目の障壁層４１（２）から第８番目の障壁層４１（８）についての第１層ＬＬ（２）〜ＬＬ（８）のＩｎ組成比をｂ１＝０．００とし、第２層ＨＬ（２）〜ＨＬ（８）のＩｎ組成比をｂ２＝０．０３とする。第１番目の障壁層４１（１）の第１層ＬＬ（１）のＩｎ組成比と第２層ＨＬ（２）のＩｎ組成比とは、いずれも０．００とする。これら以外は第１の実施例に係る半導体発光素子１１１と同じである。

（参考例）
参考例の半導体発光素子１９１は、図５に表したＩｎ組成比のプロファイル１９０Ｐを有する。

すなわち、半導体発光素子１９１では、第１番目の障壁層４１（１）〜第８番目の障壁層４１（８）の全てについてＧａＮ単層になっている。

半導体発光素子１１１、１２１及び１９１のすべての井戸層４２のＩｎ組成比ｗは０．１３で、層内で一定（すなわちＩｎ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎ）とし、厚さｔ_ｗは３ｎｍである。
半導体発光素子１１１、１２１及び１９１は、４５０ｎｍの主波長で発光する青色ＬＥＤである。

図９は、半導体発光素子の特性を例示する図である。
図９では、横軸に電流Ｉ（アンペア：Ａ）、縦軸に内部量子効率ＱＥ＿ＡＶを表している。図９では、半導体発光素子１１１、１２１及び１９１についての電流Ｉ−内部量子効率ＱＥ＿ＡＶの関係を例示している。なお、図９において、縦軸の内部量子効率は、参考例に係る半導体発光素子１９１の内部量子効率のピークトップ値を「１」とした相対値で表示されている。

図９に表したように、第１実施例に係る半導体発光素子１１１の内部量子効率ＱＥ＿ＡＶが最も高く、その次に第２実施例に係る半導体発光素子１２１の内部量子効率ＱＥ＿ＡＶが高い。半導体発光素子１１１及び１２１のいずれについても、参考例に係る半導体発光素子１９１よりも内部量子効率ＱＥ＿ＡＶが上昇する。例えば、電流Ｉが０．２Ａのときの内部量子効率ＱＥ＿ＡＶは、半導体発光素子１１１では０．８４であり、半導体発光素子１２１では０．８０であり、半導体発光素子１９１では、０．７６である。

なお、半導体発光素子１９１において、ｐ側障壁層から４つ以上ｎ形半導体層側の障壁層に第２層ＨＬを設けた場合、ホールの注入効率の向上の効果は小さい。

実施形態においては、ｐ側障壁層４１（ｎ）に第２層ＨＬを設けることにより、ホールの注入の効率を向上する。この際、図６（ｄ）から分かるように、ｐ側障壁層である第８番目の障壁層４１（８）からｎ形半導体層２０側に４つ目（第５番目の障壁層４１（５））くらいまでにホールは効率良く注入されている。しかし、それよりもｎ形半導体層２０側の障壁層には、あまり効率良くホールが注入されない。このため、ｐ側障壁層４１（ｎ）から４つ目くらい以上の障壁層４１にはＩｎを入れないことが好ましい。これにより、発光層４０の全体における平均Ｉｎ組成比を低く保つことができ、発光層４０と、ｎ形半導体層２０と、の間の格子不整合が過度に大きくならない。その結果、障壁層４１にＩｎを含む第２層ＨＬを設けた場合の結晶品質の悪化が抑制される。結晶品質の観点から、ｎ形障壁層４１（１）のＩｎ組成比を小さくする（好ましくは、０にする）ことが望ましい。
このように、ｐ側障壁層４１（ｎ）に第１層ＬＬと第２層ＨＬとを設け、ｎ側障壁層４１（１）に設けない構成（ｐ側障壁層４１（ｎ）の平均Ｉｎ組成比がｎ側障壁層４１（１）の平均Ｉｎ組成比よりも高い構成）によって、内部量子効率ＱＥ＿ＡＶが向上する。

図１０（ａ）〜図１２は、実施形態に係る他の半導体発光素子のＩｎ組成比プロファイルを例示する図である。
図１０（ａ）〜図１２のいずれにおいても、横軸は発光層の位置（厚さ方向の位置）を表し、縦軸はＩｎ組成比を表している。
なお、図１０（ａ）〜図１２に表した例では、いずれも８つの障壁層４１及び８つの井戸層４２が交互に積層された多重量子井戸構造でのＩｎ組成比プロファイルを表している。

ここで、図１０（ａ）に表したＩｎ組成比プロファイルを１１２Ｐ、図１０（ｂ）に表したＩｎ組成比プロファイルを１１３Ｐ、図１１（ａ）に表したＩｎ組成比プロファイルを１１４Ｐ、図１１（ｂ）に表したＩｎ組成比プロファイルを１１５Ｐ及び図１２に表したＩｎ組成比プロファイルを１１６Ｐとする。
各Ｉｎ組成比プロファイル１１２Ｐ、１１３Ｐ、１１４Ｐ、１１５Ｐ及び１１６Ｐにおいて、井戸層４２のＩｎ組成比ｗは一定である。一例として、Ｉｎ組成比ｗは、ｗ＝０．１３である。

図１０（ａ）に表したＩｎ組成比プロファイル１１２Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）〜第５番目の障壁層４１（５）に、それぞれ２つの第１層ＬＬ及び１つの第２層ＨＬが設けられている。これらの第１層ＬＬのＩｎ組成比はそれぞれ同じである。第１層ＬＬのＩｎ組成比ｂ１は、例えばｂ１＝０．００である。

複数の障壁層４１のうち、第８番目の障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比は同じである。第２層ＨＬ（８）及びＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（８）は、例えばｂ２（８）＝０．０６である。
複数の障壁層４１のうち、第６番目の障壁層４１（６）の第２層ＨＬ（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の第２層ＨＬ（５）のＩｎ組成比は同じであるが、第８番目の障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（８）よりも低い。第２層ＨＬ（６）及びＨＬ（５）のＩｎ組成比ｂ２（６）は、例えばｂ２＝０．０３である。
このような構成によって、Ｉｎ組成比プロファイル１１２Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の組と、第６番目の障壁層４１（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の組と、において、段階的に平均Ｉｎ組成比が低下している。

図１０（ｂ）に表したＩｎ組成比プロファイル１１３Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）〜第６番目の障壁層４１（６）に、第１層ＬＬ及び第２層ＨＬが設けられている。第８番目の障壁層４１（８）及び第７番目の障壁層４１（７）には、それぞれ４つの第１層ＬＬ及び３つの第２層ＨＬが設けられている。第６番目の障壁層４１（６）には、３つの第１層ＬＬ及び２つの第２層ＨＬが設けられている。すなわち、ｐ側障壁層と第ｍ障壁層４１（ｍ）とにおいて、それぞれ第１層ＬＬ及び第２層ＨＬの数が相違する。

第８番目の障壁層４１（８）〜第６番目の障壁層４１（６）にそれぞれ設けられた第１層ＬＬ（８）〜ＬＬ（６）のＩｎ組成比は同じである。第１層ＬＬのＩｎ組成比ｂ１は、例えばｂ１＝０．００である。
第８番目の障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比は同じである。第２層ＨＬ（８）及びＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（８）は、例えばｂ２＝０．０６である。
第６番目の第２層ＨＬ（６）のＩｎ組成比ｂ２（６）は、第８番目の障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（８）よりも低い。第２層ＨＬ（６）のＩｎ組成比ｂ２（６）は、例えばｂ２＝０．０３である。

第８番目の障壁層４１（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の厚さｔ_ｂ８及びｔ_ｂ７は、第６番目の障壁層４１（６）の厚さｔ_ｂ６よりも厚く設けられていてもよい。

図１１（ａ）に表したＩｎ組成比プロファイル１１４Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）〜第５番目の障壁層４１（５）に、それぞれ２つの第１層ＬＬ及び１つの第２層ＨＬが設けられている。これら第１層ＬＬ及び第２層ＨＬのそれぞれのＩｎ組成比は、図３に表したＩｎ組成比プロファイル１１０Ｐと同じである。

第１層ＬＬのＩｎ組成比はそれぞれ同じである。第１層ＬＬのＩｎ組成比ｂ１は、例えばｂ１＝０．００である。
障壁層４１（８）の第２層ＨＬ（８）及び障壁層４１（７）の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（８）は、例えばｂ２＝０．０６である。
障壁層４１（６）の第２層ＨＬ（６）及び障壁層４１（５）の第２層ＨＬ（５）のＩｎ組成比ｂ２（６）は、例えばｂ２＝０．０３である。

Ｉｎ組成比プロファイル１１４Ｐでは、Ｉｎ組成比プロファイル１１０Ｐに比べて、ｐ形半導体層５０に最も近いｐ側井戸層である第８番目の井戸層４２（８）の厚さｔ_ｗ８が、ｎ形半導体層２０に最も近いｎ側井戸層である第１番目の井戸層４２（１）の厚さｔ_ｗ１の厚さよりも厚い。

図１１（ｂ）に表したＩｎ組成比プロファイル１１５Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）〜第５番目の障壁層４１（５）に、それぞれ３つの第１層ＬＬ及び２つの第２層ＨＬが設けられている。これらの第１層ＬＬのＩｎ組成比はそれぞれ同じである。第１層ＬＬのＩｎ組成比ｂ１は、例えばｂ１＝０．００である。

Ｉｎ組成比プロファイル１１５Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）及び第７番目の障壁層４１（７）の組と、第６番目の障壁層４１（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の組と、において、段階的に平均Ｉｎ組成比が低下している。
ただし、Ｉｎ組成比プロファイル１１５Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）〜第５番目の障壁層４１（５）の各障壁層４１において、複数の第２層ＨＬのＩｎ組成比に差が設けられている。

そして、第８番目の障壁層４１（８）〜第５番目の障壁層４１（５）の各障壁層４１に設けられた複数の第２層ＨＬのＩｎ組成比は、ｐ形半導体層５０の側からｎ形半導体層２０の側に向けて高くなっている。

例えば、第８番目の障壁層４１（８）には、２つの第２層ＨＬ（８）ａ及びＨＬ（８）ｂが設けられている。２つの第２層ＨＬ（８）ａ及びＨＬ（８）ｂにおいて、ｐ形半導体層５０側に設けられた第２層ＨＬ（８）ｂのＩｎ組成比ｂ２（８）ｂは、ｎ形半導体層２０側に設けられた第２層ＨＬ（８）ａのＩｎ組成比ｂ２（８）ａよりも高い。

同様に、第７番目の障壁層４１（７）には、２つの第２層ＨＬ（７）ａ及びＨＬ（７）ｂが設けられている。２つの第２層ＨＬ（７）ａ及びＨＬ（７）ｂにおいて、ｐ形半導体層５０側に設けられた第２層ＨＬ（７）ｂのＩｎ組成比ｂ２（８）ｂは、ｎ形半導体層２０側に設けられた第２層ＨＬ（７）ａのＩｎ組成比ｂ２（８）ａよりも高い。

また、第６番目の障壁層４１（６）には、２つの第２層ＨＬ（６）ａ及びＨＬ（６）ｂが設けられている。２つの第２層ＨＬ（６）ａ及びＨＬ（６）ｂにおいて、ｐ形半導体層５０側に設けられた第２層ＨＬ（６）ｂのＩｎ組成比ｂ２（６）ｂは、ｎ形半導体層２０側に設けられた第２層ＨＬ（６）ａのＩｎ組成比ｂ２（６）ａよりも高い。

同様に、第５番目の障壁層４１（５）には、２つの第２層ＨＬ（５）ａ及びＨＬ（５）ｂが設けられている。２つの第２層ＨＬ（５）ａ及びＨＬ（５）ｂにおいて、ｐ形半導体層５０側に設けられた第２層ＨＬ（５）ｂのＩｎ組成比ｂ２（６）ｂは、ｎ形半導体層２０側に設けられた第２層ＨＬ（５）ａのＩｎ組成比ｂ２（６）ａよりも高い。

障壁層４１（８）及び４１（７）の複数の第２層ＨＬのうち、Ｉｎ組成比の高い側のＩｎ組成比ｂ２（８）ｂは、例えばｂ２（８）ｂ＝０．０６である。
障壁層４１（８）及び４１（７）の複数の第２層ＨＬのうち、Ｉｎ組成比の低い側のＩｎ組成比ｂ２（８）ａは、例えばｂ２（８）ａ＝０．０４である。

障壁層４１（６）及び４１（５）の複数の第２層ＨＬのうち、Ｉｎ組成比の高い側のＩｎ組成比ｂ２（６）ｂは、例えばｂ２（６）ｂ＝０．０３である。
障壁層４１（６）及び４１（５）の複数の第２層ＨＬのうち、Ｉｎ組成比の低い側のＩｎ組成比ｂ２（６）ａは、例えばｂ２（６）ａ＝０．０１である。

図１２に表したＩｎ組成比プロファイル１１６Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）〜第５番目の障壁層４１（５）に、それぞれ３つの第１層ＬＬ及び２つの第２層ＨＬが設けられている。これらの第１層ＬＬのＩｎ組成比はそれぞれ同じである。第１層ＬＬのＩｎ組成比ｂ１は、例えばｂ１＝０．００である。

Ｉｎ組成比プロファイル１１６Ｐでは、第８番目の障壁層４１（８）、第７番目の障壁層４１（７）、第６番目の障壁層４１（６）及び第５番目の障壁層４１（５）の順に、段階的に平均Ｉｎ組成比が低下している。
障壁層４１（８）の複数の第２層ＨＬ（８）のＩｎ組成比ｂ２（８）は、例えばｂ２（８）＝０．０６である。
障壁層４１（７）の複数の第２層ＨＬ（７）のＩｎ組成比ｂ２（７）は、例えばｂ２（７）＝０．０５である。
障壁層４１（６）の複数の第２層ＨＬ（６）のＩｎ組成比ｂ２（６）は、例えばｂ２（６）＝０．０４である。
障壁層４１（５）の複数の第２層ＨＬ（５）のＩｎ組成比ｂ２（５）は、例えばｂ２（５）＝０．０３である。

以下、本実施形態に関して、多重量子井戸構造の構成を変えたときの特性の例について説明する。この例では、第２層ＨＬの構成が変更される。
図１３及び図１４は、半導体発光素子の特性を例示する図である。
図１３及び図１４では、横軸に電流Ｉ（Ａ）、縦軸に内部量子効率ＩＱＥを表している。
図１３には、第１の構成に係る内部量子効率ＱＥ１１、及び、第２の構成に係る内部量子効率ＱＥ１２が表されている。内部量子効率ＱＥ０は、参考例に係るＩｎ組成比プロファイルを１９０Ｐを用いた場合の内部量子効率である。

第１の構成及び第２の構成においては、８つの障壁層４１及び８つの井戸層４２が交互に積層された多重量子井戸構造であり、第８番目の障壁層４１（８）〜第２番目の障壁層４１（２）にそれぞれ２つの第１層ＬＬ及び１つの第２層ＨＬが設けられている。

このうち、第１の構成（内部量子効率ＱＥ１１）は、第２層ＨＬのＩｎ組成比ｂ２が、井戸層４２のＩｎ組成比ｗと同じ（例えば、ｂ２＝ｗ＝０．１３）である。
また、第２の構成（内部量子効率ＱＥ１２）は、第２層ＨＬのＩｎ組成比ｂ２が、井戸層４２のＩｎ組成比ｗよりも低い（例えば、ｗ＝０．１３、ｂ２＝０．０８）。

図１４には、第３の構成に係る内部量子効率ＱＥ２１、及び、第４の構成に係る内部量子効率ＱＥ２２が表されている。内部量子効率ＱＥ０は、図１３と同様、参考例に係るＩｎ組成比プロファイルを１９０Ｐを用いた場合の内部量子効率である。

第３の構成及び第４の構成は、８つの障壁層４１及び８つの井戸層４２が交互に積層された多重量子井戸構造であり、第８番目の障壁層４１（８）〜第２番目の障壁層４１（２）にそれぞれ３つの第１層ＬＬ及び２つの第２層ＨＬが設けられている。

第３の構成（内部量子効率ＱＥ２１）は、第２層ＨＬのＩｎ組成比ｂ２が、井戸層４２のＩｎ組成比ｗと同じ（例えば、ｂ２＝ｗ＝０．１３）である。
第４の構成（内部量子効率ＱＥ２２）では、第２層ＨＬのＩｎ組成比ｂ２が、井戸層４２のＩｎ組成比ｗよりも低い（例えば、ｗ＝０．１３、ｂ２＝０．０８）。

図１３に表したように、第１の構成に係る内部量子効率ＱＥ１１及び第２の構成に係る内部量子効率ＱＥ１２は、いずれも参考例に係る内部量子効率ＱＥ０よりも高い。また、内部量子効率ＱＥ１２よりも、内部量子効率ＱＥ１１のほうが高い。１つの障壁層４１に１つの第２層ＨＬが設けられている場合は、第２層ＨＬのＩｎ組成比が高いと量子効率が高くなる。

図１４に表したように、第３の構成に係る内部量子効率ＱＥ２１及び第４の構成に係る内部量子効率ＱＥ２２は、いずれも参考例に係る内部量子効率ＱＥ０よりも高い。内部量子効率ＱＥ２１は内部量子効率ＱＥ２２とほぼ同等である。１つの障壁層４１に２つの第２層ＨＬが設けられている場合、第２層ＨＬのＩｎ組成比にかかわらず良好な内部量子効率が得られる。

図１３及び図１４に表した結果から、１つの障壁層４１には２つの第２層ＨＬを設けることで、第２層ＨＬの１つ当たりのＩｎ組成比を低くしても良好な内部量子効率を得られることが分かる。

上記説明した実施形態及び実施例では、第１層ＬＬ及び第２層ＨＬのIII族元素中におけるＩｎの組成比について説明したが、Ｉｎ以外の組成比であっても適用可能である。

実施形態によれば、発光効率の高い半導体発光素子が提供される。

なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、Ｂ_αＩｎ_βＡｌ_γＧａ_{１−α−β−γ}Ｎ（０≦α≦１，０≦β≦１，０≦γ≦１，α＋β＋γ≦１）なる化学式において組成比α、β及びγをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成比の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものや、導電形などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれかをさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれるｎ形半導体層、ｐ形半導体層、活性層、井戸層、障壁層、電極、基板、バッファ層各要素の具体的な構成の、形状、サイズ、材質、配置関係などに関して当業者が各種の変更を加えたものであっても、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…基板、１１…バッファ層、２０…ｎ形半導体層、２１…下地層、２２…コンタクト層、３０…積層体、３１…第１結晶層、３２…第２結晶層、４０…発光層、４１…障壁層、４２…井戸層、５０…ｐ形半導体層、５１…ｐ形ＡｌＧａＮ層、５２…ＭｇドープＧａＮ層、５３…コンタクト層、６０…透明電極、７０…ｎ側電極、８０…ｐ側電極、１１０，１１１，１２１，１９０，１９１…半導体発光素子、ＬＬ…第１層、ＨＬ…第２層

Claims (7)

1. 窒化物半導体を含むｎ形半導体層と、
   窒化物半導体を含むｐ形半導体層と、
   前記ｎ形半導体層と前記ｐ形半導体層との間に設けられた発光層と、
   を備え、
   前記発光層は、交互に積層された、複数の障壁層と、複数の井戸層と、を含み、
   前記複数の障壁層のうちで最も前記ｐ形半導体層に近いｐ側障壁層は、
   III族元素を含む第１層と、
   前記第１層と積層されIII族元素を含む第２層であって、前記第２層のIII族元素中におけるＩｎ組成比が、前記第１層のIII族元素中におけるＩｎ組成比よりも高い、第２層と、
   を含み、
   前記ｐ側障壁層の平均Ｉｎ組成比は、前記複数の障壁層のうちで最もｎ形半導体層に近いｎ側障壁層の平均Ｉｎ組成比よりも高く、
   前記第１層は複数設けられ、
   前記第２層は複数設けられ、
   前記複数の第１層と前記複数の第２層とは、交互に並び、
   前記複数の第１層の１つは、複数の井戸層のうちの１つに接し、
   前記複数の第１層の別の１つは、複数の井戸層のうちの別の１つに接し、
   前記複数の第１層のそれぞれの厚さは、１ナノメートル以下である半導体発光素子。
2. 前記第２層の厚さは、２ナノメートル以下である請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記複数の障壁層は、前記ｐ側障壁層と、前記ｎ側障壁層と、の間の中間障壁層を含み、
   前記中間障壁層は、
   III族元素を含む第３層と、
   前記第３層と積層されIII族元素を含む第４層であって、前記第４層のIII族元素中におけるＩｎ組成比は、前記第３層のIII族元素中におけるＩｎ組成比よりも高い、第４層と、を含み、
   前記中間障壁層の平均Ｉｎ組成比は、前記ｐ側障壁層の前記平均Ｉｎ組成比よりも低く、前記ｎ側障壁層の前記平均Ｉｎ組成比よりも高い請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第１層の前記Ｉｎ組成比は、０．０２以下であり、
   前記第２層の前記Ｉｎ組成比は、０．１３以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
5. 前記第２層の前記Ｉｎ組成比は、前記複数の井戸層のうちで最も前記ｐ形半導体層に近いｐ側井戸層のＩｎ組成比の１／２以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
6. 前記複数の井戸層のうちで最も前記ｐ形半導体層に近いｐ側井戸層の厚さは、前記複数の井戸層のうちで最も前記ｎ形半導体層に近いｎ側井戸層の厚さよりも厚い請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
7. 前記複数の障壁層のそれぞれの厚さは、１０ナノメートル以下であり、
   前記複数の井戸層のそれぞれの厚さは、３ナノメートル以上６ナノメートル以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。

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