JP2004087762A - 窒化物系半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｉｎ組成が高く、しかも発光効率の高い窒化物系半導体発光素子を提供する。
【解決手段】本レーザ素子５０は、ＧａＮ−ＥＬＯ構造層５４を介して、サファイア基板５２上に、順次、積層された、ｎ−ＧａＮコンタクト層５６、ｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０、ｎ−ＧａＮ光ガイド層６２、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４、ｐ−ＧａＮ光ガイド層６６、ｐ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６８、及びｐ−ＧａＮコンタクト層７０の積層構造を有する。超格子層は、ｎ−Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ／ｎ−ＧａＮの超格子層を１０周期成長させた積層超格子層であって、格子定数が超格子層下のｎ−ＧａＮコンタクト層の格子定数より大きく、ＭＱＷ活性層の格子定数より小さい。これにより、超格子層は、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層及びｎ−ＧａＮ光ガイド層の格子緩和層として機能し、活性層の歪発生を抑制する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系半導体発光素子に関し、更に詳細には、発光波長が可視光域で、発光効率が高い窒化物系半導体発光素子、特にＩｎ組成の高いＩｎＧａＮ層を発光層とする、青色及び緑色系の窒化物系半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム（ＧａＮ）化合物半導体は、アルミニウム、インジウムなどと混晶させることにより可視光域のほぼ全域をカバーする発光素子を実現できる材料として注目されている。
そして、現在までに、青色、緑色の発光ダイオード、および青紫色の波長４００ｎｍの半導体レーザ素子などが商品化されている。
【０００３】
ここで、図６を参照し、ＧａＮ系化合物半導体で構成された従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を説明する。図６は従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
ＧａＮ系半導体レーザ素子１０は、構成元素として少なくともＧａとＮとを含む窒化物系化合物半導体、つまりＧａＮ系化合物半導体で構成された半導体レーザ素子であって、図６に示すように、ＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４を介して、サファイア基板１２上に、順次、積層された、ｎ−ＧａＮコンタクト層１６、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｎ−ＧａＮ光ガイド層２０、ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層２２、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２４、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２６、及びｐ−ＧａＮコンタクト層２８の積層構造を有する。
ｎ−ＧａＮ−ＥＬＯ構造層１４は、サファイア基板１２上にストライプ状に設けられたリッジストライプ状種結晶部３０と、いわゆるＥＬＯ法を適用して種結晶部３０間に横方向に成長させたＧａＮ層とから構成され、種結晶部３０、種結晶部３０上、及び種結晶部３０間の中間の会合部（図示せず）を除いて欠陥密度の低いＧａＮ層である。
【０００４】
ｐ−ＧａＮコンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２６の上部層は、種結晶部３０と会合部との間に位置し、種結晶部３０に平行なストライプ状リッジ３２に加工されている。
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２６の残り層、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２４、ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層２２、ｎ−ＧａＮ光ガイド層２０、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、及びｎ−ＧａＮコンタクト層１６の上層部は、リッジ３２に平行なメサ３４として形成され、メサ３４脇のｎ−ＧａＮコンタクト層１６の下層部は露出している。
リッジ２８の両側、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４の残り層上、メサ３４の側面、及びｎ−ＧａＮコンタクト層１６の下層部上には、ｎ−ＧａＮコンタクト層２６の下層部上及びｐ−ＧａＮコンタクト層２８上を開口したＳｉＯ_２膜３６が、絶縁膜として設けてある。
開口したｐ−ＧａＮコンタクト層２６上及びｎ−ＧａＮコンタクト層１６の下部層上には、それぞれ、ｐ側電極３８及びｎ側電極４０が設けてある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＩｎＧａＮ層を発光層とする、発光域が青色、緑色といった長波長域の半導体レーザ素子では、長波長域に相当するバンドギャップエネルギーを有するＩｎＧａＮ層を発光層として用いるためには、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を２０％以上にすることが必要である。
しかし、図７に示すように、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が大きくなると、ＩｎＮの結合長がＧａＮの結合長と大きく異なるため、ＧａＮ層上のＩｎＧａＮ発光層に生じる圧縮歪が大きくなる。何故なら、ＩｎＧａＮ系ないしＧａＮ系では、一般的に、結晶は、下地のＧａＮ層の基板平行方向の格子定数に合うようにコヒーレント成長するからである。
圧縮歪が大きくなるために、組成の均一なＩｎＧａＮを成長させることが難しく、発光波長が長波長域のＧａＮ系半導体レーザ素子の発光効率を低下させる要因の一つになっていた。
【０００６】
以上の説明では、主として窒化物系半導体レーザ素子を例に挙げて問題を説明しているが、これは半導体レーザ素子のみならず発光ダイオードを含む窒化物系半導体発光素子全般に該当する問題である。
そこで、本発明の目的は、Ｉｎ組成が高く、しかも発光効率の高い窒化物系半導体発光素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Ｉｎ組成が高く、しかも発光効率の高い窒化物系半導体発光素子を開発する研究を続ける過程で、次のような実験を行った。
図８に示すように、サファイア基板４１上に、ＭＯＣＶＤ法により低い成長温度で、ＧａＮ低温成長バッファ層４２を成長させ、次いでＧａＮ低温成長バッファ層４２上に、ＭＯＣＶＤ法により成長温度１０００℃で膜厚２．０μｍの第１ＧａＮ層４３、成長温度７００℃で膜厚５００ÅのＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（Ｉｎ組成０．０、１．５％、３．０％、及び６％）層４４、及び成長温度１０００℃で膜厚１．０μｍの第２ＧａＮ層４５を順に成長させた４種類の積層構造試料４６を作製した。
そして、４種類の積層構造試料４６のＩｎＧａＮ層４４の上下にある第１ＧａＮ層４３及び第２ＧａＮ４５の横方向の格子定数をＸ線回折法により測定した。その結果は、表１及び図９に示す通りである。表１及び図９で、−は圧縮歪を示し、＋は引っ張り歪みを示す。
図９は、横軸にＩｎ組成（％）を取り、縦軸に次のように定義するε（％）を取って、下層のＧａＮ層と上層のＧａＮ層のε（％）の変化を示したグラフである。
【表１】

【０００８】
ここでは、次のように、積層状態でのＧａＮ層Ａの歪み量ε_Ａを定義している。
ε_Ａ＝（ｄ_Ａ−ｄ_{ＧａＮ−ｆｓ}）／ｄ_Ａ
ｄ_Ａ　　　：積層状態のＧａＮ層Ａの基板水平方向格子定数、
ｄ_{ＧａＮ−ｆｓ}：ウルツァイト・フリースタンディング（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ　）ＧａＮの基板水平方向（ａ方向）の格子定数
ｄ_{ＧａＮ−ｆｓ}＝３．１８９２Å（ａ方向）
（ｄ_{ＧａＮ−ｆｓ}＝５．１８５０Å（ｃ方向））
【０００９】
表１及び図９は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層のＩｎ組成ｘを変化させたときのＩｎＧａＮ層４４下の第１ＧａＮ層４３及びＩｎＧａＮ層４４上の第２ＧａＮ層４５の歪み量ε（％）を示している。図９中、黒色の正方形及び黒色の菱形は、それぞれ、ＩｎＧａＮ層４４上の第２ＧａＮ層４５及びＩｎＧａＮ層４４下の第１ＧａＮ層４３の歪み量ε（％）を示している。
一般的に、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層の低温バッファ層を介してサファイア基板上に成長させたＧａＮ層は、圧縮方向に歪んでいる。本実験では、ＧａＮ低温バッファ層を介してサファイア基板上に成長した第１ＧａＮ層４３の歪み量ε（％）は、フリースタンディングのＧａＮ層に比べて、−０．１６３２３％程度の圧縮歪であった。
【００１０】
一方、表１及び図９から判る通り、ＩｎＧａＮ層４４上の第２ＧａＮ層４５は、ＩｎＧａＮ層４４下の第１ＧａＮ層４３に比べて、歪みが緩和されて歪み量が減少し、横方向の格子定数が大きくなっている。しかもＩｎＧａＮ層４４上の第２ＧａＮ層４５同士で比較すると、Ｉｎ組成が大きいほど格子定数が大きくなっている。
例えばｘ＝６％の場合では、ＩｎＧａＮ層４４下の第１ＧａＮ層４３の歪みは−０．１５９４７％であり、ＩｎＧａＮ層４４上の第２ＧａＮ層４５の歪みはε＝＋０．　０３９４０％である。つまり、Ｉｎ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎ層上にＧａＮ層を成長させることにより、ＧａＮ層の歪みは−０．１５９４７％の圧縮歪から＋０．　０３９４０％の引っ張り歪までまで変化する。
この実験から、ＧａＮより格子定数の大きな化合物半導体層、例えばＩｎＧａＮ層などの窒化物系化合物半導体層上にＧａＮ層を成長させることにより、ＩｎＧａＮ層より上のＧａＮ層の格子定数を大きくできることが判る。
【００１１】
本実験では、ＧａＮ層の格子緩和層又は歪緩和層（以下、格子緩和層と言う）としてＩｎＧａＮ層を用いたが、ＩｎＧａＮ層に限らず、ＧａＮより格子定数の大きな化合物半導体層であれば良く、例えばＡｌＩｎＧａＮなどの四元混晶系を用いてもよい。
また、同じＩｎ組成のＩｎＧａＮでも、成長温度などの成長条件によりＩｎＧａＮ層上のＧａＮ層の格子緩和の度合いも変わってくるので、成長温度などの成長条件も合わせて制御する必要がある。
さらに、格子緩和層上にＡｌＩｎＧａＮ４元層を成長させるときには、格子定数がＧａＮよりも大きく、屈折率がＧａＮよりも小さな組成を選択することができるので、デバイス設計上ＧａＮ層より有利である。
【００１２】
このように、ＩｎＧａＮやＡｌＩｎＧａＮなどの格子緩和層を介在させることにより、格子定数を大きくしたＧａＮの上にＩｎＧａＮ発光層を成長させることができる。
これにより、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ発光層との間の格子定数差が小さくなり、所定のＩｎ組成を有する良好な結晶性のＩｎＧａＮ発光層を成長させ易くなる。従って、発光層のＩｎ組成の均一性が向上するので、発光効率が高くなり、特にＩｎ組成が大きくなる純青色から緑色での発光ダイオード、及び半導体レーザ素子の発光特性を向上させることができる。
【００１３】
上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｉｎを有する発光層を含む窒化物系化合物半導体層の積層構造を基板上に備えた窒化物系半導体発光素子において、
積層構造が、
基板上に設けられた第１の窒化物系化合物半導体層と、
格子緩和層として第１の窒化物系化合物半導体層上に設けられ、格子緩和層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_ｌ−ｆｓ）が第１の窒化物系化合物半導体層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_１ｆｓ）よりも大きな（ｄ_ｌ−ｆｓ＞ｄ_１ｆｓ）窒化物系化合物半導体層の少なくとも１層と、
発光層の下層でかつ格子緩和層上に設けられた第２の窒化物系化合物半導体層とを備え、第２の窒化物系化合物半導体層の格子定数が格子緩和層により緩和され、格子緩和層上に積層状態の第２の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_２）が、格子緩和層下に積層状態の第１の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_１）よりも大きく（ｄ_２＞ｄ_１）なっていることを特徴としている。
【００１４】
本発明で、窒化物系化合物半導体とは、Ｖ族として窒素（Ｎ）を有し、組成がＡｌ_ａＢ_ｂＧａ_ｃＩｎ_ｄＮ_ｘＰ_ｙＡｓ_ｚ（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ、ｚ≦１）で表示される化合物半導体を言う。
尚、本発明で、基板の種類には制約はない。
【００１５】
本発明では、第１及び第２の窒化物系化合物半導体層の間に格子緩和層を介在させることにより、第２の窒化物系化合物半導体層の格子定数が格子緩和層により緩和され、格子緩和層下に積層状態の第２の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_２）が格子緩和層の下層に積層構造の第１の窒化物系化合物半導体層の格子定数（ｄ_１）よりも大きく（ｄ_２＞ｄ_１）なる。
よって、第１の窒化物系化合物半導体層と発光層との間の格子定数差が小さくなって、歪発生が抑制され、所定のＩｎ組成を有する発光層を良好な結晶性で成長させ易くなる。
従って、発光層のＩｎ組成の均一性及び発光効率が向上し、特にＩｎ組成が大きくなる純青色から緑色での発光ダイオード及び半導体レーザ素子の発光特性を向上させることができる。
本発明によれば、青色、緑色といった長波長帯でも、発光層のＩｎＧａＮ層に生じる歪みを低減できることから、その発光効率が向上し、発光ダイオードの高効率化、更にはまだ実現できていない青色、緑色の半導体レーザ素子も実現可能となる。
【００１６】
本発明の好適な実施態様では、格子緩和層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_ｌ−ｆｓ）が、第１の窒化物系化合物半導体層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_１ｆｓ）よりも大きく（ｄ_ｌ−ｆｓ＞ｄ_１ｆｓ）、かつ発光層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_ａ−ｆｓ）よりも大きくない（ｄ_ａ−ｆｓ≧ｄ_ｌ−ｆｓ）。
【００１７】
本発明では、第１の窒化物系化合物半導体層及び発光層の組成には制約はなく、例えば第１の窒化物系化合物半導体層がＧａＮ層で、かつ発光層がＩｎＧａＮ層である。
【００１８】
格子緩和層は、フリースタンディング状態での格子定数（ｄ_ｌ−ｆｓ）が第１の窒化物系化合物半導体層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_１ｆｓ）よりも大きな（ｄ_ｌ−ｆｓ＞ｄ_１ｆｓ）窒化物系化合物半導体層である限り制約はない。
例えば第１の窒化物系化合物半導体層がＧａＮ層で、かつ発光層がＩｎＧａＮ層であるときには、格子緩和層がＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ≧０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層として、つまりＡｌＩｎＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層として形成されている。又はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ≧０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層とＧａＮ層とを含む積層膜として形成されている。
また、格子緩和層がＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層として、つまり、格子緩和層がＡｌＩｎＧａＮ層として形成されている。又はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層とＧａＮ層とを含む積層膜として形成されている。
【００１９】
例えば第１の窒化物系化合物半導体層がＧａＮ層で、かつ発光層がＩｎＧａＮ層であるときには、第２の窒化物系化合物半導体層及び発光層上の第３の窒化物系化合物半導体層がＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層、又はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層とＧａＮ層とを含む積層膜として形成されている。
【００２０】
ここで、本発明の理解を助けるために、図１０に、第１の窒化物系化合物半導体層、第１の窒化物系化合物半導体層上の格子緩和層、格子緩和層上の第２の窒化物系化合物半導体層、発光層、及び第３の窒化物系化合物半導体層を含む積層構造の構成を示す。
図１０で、基板と第１の窒化物系化合物半導体層との間に任意の窒化物系化合物半導体層、例えば低温成長バッファ層を設けても良い。また、発光層と第２の窒化物系化合物半導体層との間には、積層状態の格子定数が第２の窒化物系化合物半導体層と同じ他の窒化物系化合物半導体層が介在していても良い。
【００２１】
好適には、図１０に示す積層構造で、（１）格子緩和層上に積層状態の第２の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_２）が格子緩和層下に積層状態の第１の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_１）よりも大きい（ｄ_２＞ｄ_１）。（２）ｄ_２≒積層状態の発光層の格子定数（ｄ_ａ）であり、（３）積層状態の第３の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_３）がｄ_３≒ｄ_ａである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。尚、以下の実施形態例で示した導電型、膜種、膜厚、成膜方法、その他寸法等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、本発明はこれら例示に限定されるものではない。
実施形態例１
本実施形態例は本発明に係る窒化物系半導体発光素子をＧａＮ系半導体レーザ素子に適用した実施形態の一例であって、図１は本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子５０は、構成元素として少なくともＧａとＮとを含む窒化物系化合物半導体、つまりＧａＮ系化合物半導体で構成された半導体レーザ素子であって、図１に示すように、ＧａＮ−ＥＬＯ構造層５４を介して、サファイア基板５２上に、順次、積層された、ｎ−ＧａＮコンタクト層５６、ｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８、膜厚１．３μｍのｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０、膜厚０．１μｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層６２、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４、膜厚０．１μｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層６６、膜厚０．５μｍのｐ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６８、及び膜厚０．１μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層７０の積層構造を有する。
【００２３】
ｎ−ＧａＮ−ＥＬＯ構造層５４は、サファイア基板５２上に＜１−１００＞方向に幅３μｍ　　周期１５μｍでストライプ状に設けられたリッジ状種結晶部７２と、いわゆるＥＬＯ法を適用して種結晶部７２間に横方向に成長させたＧａＮ層とから構成され、種結晶部７２、種結晶部７２上及び種結晶部７２間の中間の会合部（図示せず）を除いて欠陥密度の低い、例えば転位密度が５×１　０^６　／ｃｍ^２以下の高品質なＧａＮ層である。
ｎ−ＧａＮコンタクト層５６は、ＥＬＯ法により成長させたＧａＮ層（横成長部）に連続して成長した層で、横成長部を含めて約４μｍの膜厚を有する。
【００２４】
ｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８は、ｎ−Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ／ｎ−ＧａＮの超格子層（格子緩和層）を２５Å／２５Åの膜厚で１０周期成長させた超格子層であって、フリースタンディング状態での格子定数がｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８下のｎ−ＧａＮコンタクト層５６のフリースタンディング状態での格子定数より大きく、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４のフリースタンディング状態の格子定数より小さい。
これにより、ｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８は、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０及びｎ−ＧａＮ光ガイド層６２の格子緩和層として機能し、ＭＱＷ活性層６４での歪発生を抑制することができる。
【００２５】
ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４は、｛ｎ−Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ（５０Å）／ｎ−Ｉｎ_０．２Ｇａ_０．８　Ｎ（２５Å）｝×３／ｎ−Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ（５０Å）の量子構造を有する。
【００２６】
ｐ−ＧａＮコンタクト層７０及びｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６８の上部層は、種結晶部７２と会合部との間に位置し、種結晶部７２に平行なストライプ状リッジ７４に加工されている。
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６８の残り層、ｐ−ＧａＮ光ガイド層６６、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４、ｎ−ＧａＮ光ガイド層６２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６０、ｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８及びｎ−ＧａＮコンタクト層５６の上層部は、リッジ７４に平行なメサ７６として形成され、メサ７６脇のｎ−ＧａＮコンタクト層６０の下層部は露出している。
【００２７】
リッジ７４の両側、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６８の残り層上、メサ７６の側面、及びｎ−ＧａＮコンタクト層６０の下層部上には、ｎ−ＧａＮコンタクト層５６の下層部上及びｐ−ＧａＮコンタクト層７０上を開口したＳｉＯ_２膜７８が、絶縁膜として設けてある。
開口したｐ−ＧａＮコンタクト層７０上及びｎ−ＧａＮコンタクト層６０の下部層上には、それぞれ、ｐ側電極８０及びｎ側電極８２が設けてある。
【００２８】
本実施形態例では、フリースタンディング状態での格子定数がｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８下のｎ−ＧａＮコンタクト層５６のフリースタンディング状態での格子定数より大きく、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４のフリースタンディング状態の格子定数より小さいｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８をｎ−ＧａＮコンタクト層５６と、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０及びｎ−ＧａＮ光ガイド層６２との間に介在させている。
【００２９】
これにより、超格子層５８下に積層状態のｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０及びｎ−ＧａＮ光ガイド層６２の基板水平方向の格子定数が超格子層５８下に積層状態のｎ−ＧａＮコンタクト層５６の基板水平方向の格子定数よりも大きくなるように、超格子層５８は、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０及びｎ−ＧａＮ光ガイド層６２の格子定数を緩和させることができる。
従って、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０及びｎ−ＧａＮ光ガイド層６２とＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４との格子定数差が小さくなり、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４に発生する歪みを低減するので、レーザ特性が良好で、信頼性が向上した、青色帯及び緑色帯で発光するＧａＮ系半導体レーザ素子を実現することができる。
【００３０】
次に、本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子５０の製造方法を説明する。先ず、図２を参照して、ＧａＮ系化合物半導体層を成膜するＭＯＣＶＤ装置の構成を説明する。図２はＭＯＣＶＤ装置の構成を示すフローシートである。
ＭＯＣＶＤ装置１００は、図２に示すように、内部に基板Ｗを保持するサセプタ１０２と、サセプタ１０２の下側に設けられ、サセプタ１０２を介して基板Ｗを加熱する加熱器１０４とを収容した反応管１０６と、反応管１０６に原料ガスを供給する原料ガス供給系１０８と、反応管１０６から排ガスを排気して処理する排ガス処理装置１１０とを備えている。
【００３１】
ガス供給系１０８は、ＮＨ_３ガスボンベ１１２を有し、第１ガス供給管１１４により反応管１０６にＮＨ_３ガスを供給する系統と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１６及びＩＩＩ　族有機金属を収容したバブラー１１８を有し、キャリアガスとしてＨ_２又はＮ_２を用い、第１ガス供給管１０４を経由して反応管１０６にＩＩＩ　族有機金属蒸気を供給する系統と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２０及び別のＩＩＩ　族有機金属を収容したバブラー１２２を有し、キャリアガスとしてＨ_２又はＮ_２を用い、第２ガス供給管１２４により反応管１０６に別のＩＩＩ　族有機金属を供給する系統とを有する。
また、配管の必要な箇所にはバイパスラインと開閉弁が設けてある。
【００３２】
以上の構成により、ＮＨ_３がＶ族元素である窒素の原料として第１ガス供給管１１４によって反応管１０６に供給される。
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）が、それぞれ、ＩＩＩ　族元素であるガリウム、アルミニウム、インジウムの原料として、水素または窒素などのキャリアガスとともに第２ガス供給管１２４によって反応管１０６に供給される。
ｎ型不純物を注入する際には、例えばＳｉＨ_４ガスを使用して珪素イオンを注入する。また、ｐ型不純物を注入する際には、例えばビス＝シクロペンタマグネシウム（（Ｃ_５Ｈ_５）_２Ｍｇ）を原料としてマグネシウムイオンを注入する。
尚、全てのガスの供給量はマスフローコントローラにより制御される。
【００３３】
次に、上述のＭＯＣＶＤ装置１００を使用して、本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子５０の製造方法を、図３を参照して説明する。図３はＧａＮ系化合物半導体層の成長工程と成長温度との関係を示すグラフである。
先ず、キャリアガスとして水素ガスを用いて、ウエハ状のサファイア基板５２を約１１００℃で１０分間加熱処理する。
次いで、温度を５００℃に下げ、ＮＨ_３を供給した状態でＴＭＧを供給し、膜厚３００ÅのＧａＮ低温バッファ層をサファイア基板５２上に成長させる。
続いて、ＮＨ_３のみを供給しながら、再び約１０００℃に昇温し、ＴＭＧ、およびＳｉＨ_４を供給してｎ−ＧａＮ層を２μｍ成長する。次いで、ＴＭＧ及びＳｉＨ_４の供給を停止し、ＮＨ_３を供給しながら降温し、４００℃でＮＨ_３の供給を停止する。
【００３４】
温度が室温に下がったところで、サファイア基板５２をＭＯＣＶＤ装置１００の反応管１０６から取り出し、フォトリソグラフィ処理を施し、次いでＲＩＥ法によりサファイア基板５２上のｎ−ＧａＮ層をエッチングして、＜１−１００＞方向に幅３μｍ、周期１５μｍのリッジストライプ状に種結晶部７２をサファイア基板５２上に形成する。
【００３５】
サファイア基板５２を反応管１０６に再度投入し、キャリアガスとしてＨ_２を用いてＮＨ_３を供給しながら、図３に示すように、温度を１０００℃にまで上げ、サファイア基板５２上にｎ−ＧａＮ層を成長する。このとき、ＧａＮ層は、横方向に成長し、やがて平坦化する。これにより、ｎ−ＥＬＯ−ＧａＮ構造層５４を形成することができる。ｎ−ＥＬＯ−ＧａＮ構造層５４の横方向成長した部分には転位密度が５×１　０^６　／ｃｍ^２以下の高品質なＧａＮが得られ、その部分に素子を作りこむ。
引き続いて、ｎ−ＧａＮ層を成長させ、全膜厚として約４μｍのｎ−ＥＬＯ−ＧａＮ構造層５４及びｎ−ＧａＮコンタクト層５６を成長させる。
【００３６】
次に、キャリアガスをＮ_２に切り換え、温度を７００℃まで下げて、格子緩和層として、ｎ−Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ／ｎ−ＧａＮの超格子層５８を２５Å／２５Åの膜厚で１０周期成長させる。
続いて、再び温度を１０００℃まで上げ、キャリアガスをＨ_２に切り換えて、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０を１．３μｍ成長させる。
【００３７】
次いで、再びキャリアガスを窒素ガスに切り替え、成長温度を約７００℃に下げて、ｎ−ＧａＮ光ガイド層６２を０．１μｍを成長させる。
更に、｛ｎ−Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ（５０Å）／ｎ−Ｉｎ_０．２Ｇａ_０．８　Ｎ（２５Å）｝×３／ｎ−Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ（５０Å）ＭＱＷ活性層６４を成長させ、続いてｐ−ＧａＮ光ガイド層６６を０．１μｍ成長させる。
【００３８】
次に、再びキャリアガスをＨ_２に切りかえて成長温度を再び１０００℃に上げ、ｐ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６８を０．５μｍ、ｐ−ＧａＮコンタクト層７０を０．１μｍ、順に成長させる。
【００３９】
以下、従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法と同様にして、リッジ７４を形成し、更に、メサ７６を形成する。続いて、ＳｉＯ_２膜７８を成膜し、開口して、ｐ側電極８０及びｎ側電極８２を形成すると、図１に示すＧａＮ系半導体レーザ素子５０を形成することができる。
本実施形態例では、サファイア基板を用いているが、サファイア基板に代えてＳｉＣ基板を使用しても良く、ＧａＮ基板を使用し、ＧａＮ基板上にＧａＮ−ＥＬＯ構造層を介することなく直接ＧａＮ系積層構造を直接成長してもよい。
【００４０】
実施形態例２
本実施形態例は本発明に係る窒化物系半導体発光素子をＧａＮ系半導体レーザ素子に適用した実施形態の別の例であって、図４は本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子１３０は、構成元素として少なくともＧａとＮとを含む窒化物系化合物半導体、つまりＧａＮ系化合物半導体で構成された半導体レーザ素子であって、以下のことを除いて、実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子５０と同じ構成を備えている。
【００４１】
つまり、ＧａＮ系半導体レーザ素子１３０では、図４に示すように、格子緩和層として実施形態例１のｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層５８に代えて膜厚５００Åのｎ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ層１３２、ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６０及びｐ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６８に代えて、それぞれ、ｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３４、及びｐ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３６、ｎ−ＧａＮ光ガイド層６２及びｐ−ＧａＮ光ガイド層７０に代えて、それぞれ、ｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８及びｐ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１４０、並びに、ｐ−ＧａＮコンタクト層７２に代えて、ｐ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎコンタクト層１４２を設けている。
【００４２】
ｎ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ格子緩和層１３２は、フリースタンディング状態での格子定数が、ｎ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ格子緩和層１３２下のｎ−ＧａＮコンタクト層５６のフリースタンディング状態での格子定数より大きく、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４のフリースタンディング状態の格子定数より小さい。
これにより、ｎ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ層１３２は、ｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３４及びｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８の格子緩和層として機能し、ＭＱＷ活性層６４での歪発生を抑制することができる。
【００４３】
本実施形態例では、ｎ−ＧａＮコンタクト層５６と、ｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３４及びｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８との間に、フリースタンディング状態での格子定数がｎ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ層１３２下のｎ−ＧａＮコンタクト層５６のフリースタンディング状態での格子定数より大きく、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４のフリースタンディング状態の格子定数より小さいｎ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ層１３２を格子緩和層として介在させている。
【００４４】
これにより、格子緩和層１３２上に積層状態のｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３４及びｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８の基板水平方向の格子定数が格子緩和層１３２下に積層状態のｎ−ＧａＮコンタクト層５６の基板水平方向の格子定数よりも大きくなるように、格子緩和層１３２がｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３４及びｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８の格子定数を緩和させることができる。
従って、ｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３４及びｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８とＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４との格子定数差が小さくなり、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層６４に発生する歪みを低減するので、レーザ特性が良好で、信頼性が向上した、青色帯及び緑色帯で発光するＧａＮ系半導体レーザ素子を実現することができる。
【００４５】
本実施形態例で、クラッド層１３４、１３６として用いたＡｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎ層は、屈折率がＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ層とほぼ同じであるが、格子定数がｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ層よりも大きく、格子が緩和されたＧａＮ層の格子定数により近いので、クラック発生などを防止する効果がある。
本実施形態例では、光ガイド層としてＡｌＩｎＧａＮ層を設けているが、ＡｌＩｎＧａＮ層の組成は、屈折率がＧａＮと同じで、格子定数がＧａＮよりも大くなるような組成、例えばＡｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎを選択している。
【００４６】
ＭＯＣＶＤ装置１００を使って本実施形態例のＧａＮ系半導体レーザ素子１３０の製造方法を、図５を参照して説明する。図５はＧａＮ系化合物半導体層の成長工程と成長温度との関係を示すグラフである。
ＧａＮ系半導体レーザ素子１３０を製造する際には、実施形態例１と同様にして、サファイア基板５２上にＧａＮ−ＥＬＯ構造層５４及びｎ−ＧａＮコンタクト層５６を形成する。
次に、キャリアガスをＮ_２に切り換え、温度を７００℃まで下げて、格子緩和層として、Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ層１３２を５０ｎｍ成長させる。
【００４７】
続いて、温度を８００℃まで上げ、キャリアガスをＮ_２のままで、ｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３４を１．３μｍ、ｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８を０．１μｍ、順次、成長させる。
次に、成長温度を約７００℃に下げて、キャリアガスをＮ_２のままで、ＭＱＷ層６４を成長させる。続いて、温度を８００℃まで上げ、キャリアガスをＮ_２のままで、ｐ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層１３８を０．１μｍ、ｐ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層１３６を０．５μｍ、ｐ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎコンタクト層１４２を０．１μｍ、順次、成長させる。
【００４８】
以下、従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造方法と同様にして、リッジ７４を形成し、更に、メサ７６を形成する。続いて、ＳｉＯ_２膜７８を成膜し、開口して、ｐ側電極８０及びｎ側電極８２を形成すると、図４に示すＧａＮ系半導体レーザ素子１３０を形成することができる。
【００４９】
格子緩和層として、実施形態例１では２５Å／２５Åの膜厚で１０周期のｎ−Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ／ｎ−ＧａＮの超格子層を設け、実施形態例２ではＡｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ層１３２を設けているが、これらに限らず、フリースタンディングのＧａＮよりも格子定数の大きな窒化物系化合物半導体であればよい。
また、フリースタンディングのＧａＮよりも格子定数の大きな窒化物系化合物半導体層とＧａＮ層との積層超格子層でもよい。更には、積層超格子層に代えて、組成を連続的に変化させた窒化物系化合物半導体層でも良い。組成を連続的に変化させた窒化物系化合物半導体層は、欠陥の発生を押さえながら格子定数を緩和させるのに有利である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、フリースタンディング状態での格子定数が第１の窒化物系化合物半導体層のフリースタンディング状態での格子定数よりも大きな窒化物系化合物半導体層からなる格子緩和層を第１の窒化物系化合物半導体層と第２の窒化物系化合物半導体層との間に介在させることにより、格子緩和層上に積層状態の第２の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_２）が格子緩和層下に積層状態の第１の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_１）よりも大きく（ｄ_２＞ｄ_１）なるように、格子緩和層により第２の窒化物系化合物半導体層の格子定数を緩和させることができる。
これにより、第２の窒化物系化合物半導体層と発光層との間の格子定数差が小さくなり、発光層に発生する歪みを低減するので、素子特性が良好で、信頼性が向上した、可視光領域で発光する窒化物系半導体発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】ＭＯＣＶＤ装置の構成を示すフローシートである。
【図３】実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造に際し、ＧａＮ系化合物半導体層の成長工程と成長温度との関係を示すグラフである。
【図４】実施形態例２のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図５】実施形態例２のＧａＮ系半導体レーザ素子の製造に際し、ＧａＮ系化合物半導体層の成長工程と成長温度との関係を示すグラフである。
【図６】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図７】ＡｌＮ、ＧａＮ、及びＩｎＮのバンドギャップエネルギーに相当する波長と、結晶長との関係を示すグラフである。
【図８】積層構造試料の断面図である。
【図９】横軸にＩｎ組成（％）を取り、縦軸に次のように定義するε（％）を取って、下層のＧａＮ層と上層のＧａＮ層のε（％）の変化を示したグラフである。
【図１０】本発明の積層構造の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０……従来のＧａＮ系半導体レーザ素子、１２……サファイア基板、１４……ＧａＮ−ＥＬＯ構造層、１６……ｎ−ＧａＮコンタクト層、１８……ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、２０……ｎ−ＧａＮ光ガイド層、２２……ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層、２４……ｐ−ＧａＮ光ガイド層、２６……ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、２８……ｐ−ＧａＮコンタクト層、３０……種結晶部、３２……リッジ、３４……メサ、３６……ＳｉＯ_２膜、３８……ｐ側電極、４０……ｎ側電極、４１……サファイア基板、４２……ＧａＮ低温成長バッファ層、４３……第１ＧａＮ層、４４……Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ層、４５……第２ＧａＮ層、４６……積層構造試料、５０……実施形態例１のＧａＮ系半導体レーザ素子、５２……サファイア基板、５４……ＧａＮ−ＥＬＯ構造層、５６……ｎ−ＧａＮコンタクト層、５８……ｎ−ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子層、６０……ｎ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層、６２……ｎ−ＧａＮ光ガイド層、６４……ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層、６６……ｐ−ＧａＮ光ガイド層、６８……ｐ−Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層、７０……ｐ−ＧａＮコンタクト層、７２……種結晶部、７４……リッジ、７６……メサ、７８……ＳｉＯ_２膜、８０……ｐ側電極、８２……ｎ側電極、１００……ＭＯＣＶＤ装置、１０２……サセプタ、１０４……加熱器、１０６……反応管、１０８……原料ガス供給系、１１０……排ガス処理装置、１１２……ＮＨ_３ガスボンベ、１１４……第１ガス供給管、１１６……マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、１１８……バブラー、１２０……マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、１２２……バブラー１２２、１３０……実施形態例２のＧａＮ系半導体レーザ素子、１３２……ｎ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎ層、１３４……ｎ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．８６Ｎクラッド層、１３６……ｐ−Ａｌ_０．１２Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．８Ｎクラッド層、１３８……ｎ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層、１４０……ｐ−Ａｌ_０．１０Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．８５Ｎ光ガイド層、１４２……ｐ−Ａｌ_０．０２Ｉｎ_０．１８Ｇａ_０．８Ｎコンタクト層。

Claims (6)

1. Ｉｎを有する発光層を含む窒化物系化合物半導体層の積層構造を基板上に備えた窒化物系半導体発光素子において、
   積層構造が、
   基板上に設けられた第１の窒化物系化合物半導体層と、
   格子緩和層として第１の窒化物系化合物半導体層上に設けられ、格子緩和層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_ｌ−ｆｓ）が第１の窒化物系化合物半導体層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_１ｆｓ）よりも大きな（ｄ_ｌ−ｆｓ＞ｄ_１ｆｓ）窒化物系化合物半導体層の少なくとも１層と、
   発光層の下層でかつ格子緩和層上に設けられた第２の窒化物系化合物半導体層とを備え、第２の窒化物系化合物半導体層の格子定数が格子緩和層により緩和され、格子緩和層上に積層状態の第２の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_２）が、格子緩和層下に積層状態の第１の窒化物系化合物半導体層の基板水平方向の格子定数（ｄ_１）よりも大きく（ｄ_２＞ｄ_１）なっていることを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
2. 格子緩和層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_ｌ−ｆｓ）が、第１の窒化物系化合物半導体層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_１ｆｓ）よりも大きく（ｄ_ｌ−ｆｓ＞ｄ_１ｆｓ）、かつ発光層のフリースタンディング状態での格子定数（ｄ_ａ−ｆｓ）よりも大きくない（ｄ_ａ−ｆｓ≧ｄ_ｌ−ｆｓ）ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
3. 第１の窒化物系化合物半導体層がＧａＮ層で、かつ発光層がＩｎＧａＮ層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
4. 格子緩和層がＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ≧０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層として、又はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ≧０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層とＧａＮ層とを含む積層膜として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系半導体発光素子。
5. 格子緩和層がＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層、又はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層とＧａＮ層とを含む積層膜として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の窒化物系半導体発光素子。
6. 第２の窒化物系化合物半導体層及び発光層上の第３の窒化物系化合物半導体層がＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層、又はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ｘ＞０，　ｙ＞０，　ｘ＋ｙ＝１）層とＧａＮ層とを含む積層膜として形成されていることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。

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