JPWO2014061174A1 - 半導体発光素子 - Google Patents

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Abstract

半導体発光素子は、ＧａＮからなる基板１１と、基板１１の上方に設けられた第１クラッド層１２と、第１クラッド層１２の上方に設けられた量子井戸活性層１３と、量子井戸活性層１３の上方に設けられた第２クラッド層１４と、基板１１と第１クラッド層１２との間に設けられた第１屈折率補正層１５とを備えている。第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含み、ｘ及びｙは、ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１、ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＞１、又はｘ／１．５４＋ｙ／０．２４＞１と、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１との関係式を満たす。

Description

本開示はプロジェクタ光源等に用いられる半導体発光素子に関する。
特許文献１には、活性層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を有する半導体発光素子が記載されている。具体的には、基板と、基板の上方に設けられた第１導電型の第１クラッド層と、第１クラッド層の上方に設けられた量子井戸活性層と、量子井戸活性層の上方に設けられた第２導電型の第２クラッド層とを備えている。
特開２００２−２７０９７１号公報
このような従来の半導体発光素子では、基板と第１クラッド層との間の格子不整の抑制と、基板に対して垂直方向の光閉じ込めとの両立が難しいことが問題となっている。
すなわち、上記従来の構成において、垂直方向の光閉じ込めを大きくする場合、第１クラッド層の屈折率は低い方がよい。このため、例えば、第１クラッド層のＡｌ組成は高い方がよい。その一方、第１クラッド層のＡｌ組成を高くすると、第１クラッド層と基板との間の格子不整が大きくなる。このように、第１クラッド層のＡｌ組成を高くすることによる、垂直方向の閉じ込めと、基板と第１クラッド層との間の格子不整の抑制とを両立させることは困難である。
本開示の課題は、基板と第１クラッド層との間の格子不整の抑制と、垂直方向の光閉じ込めとを両立させることである。
本開示における半導体発光素子の一態様は、基板と第１クラッド層との間に第１導電型のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層を含む第１屈折率補正層を有し、ｘ及びｙが、ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１、及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１の関係式を満たし、発光波長が４３０ｎｍ以上である。
本開示の半導体発光素子によれば、基板と第１クラッド層との間の格子不整を抑制すると共に、垂直方向の光閉じ込めを大きくすることができる。
図１は一実施形態における半導体発光素子の断面図 図２は一実施形態における半導体発光素子の第１屈折率補正層に使用する材料組成設定領域を示す図 図３は一実施形態における半導体発光素子の第１屈折率補正層に使用する他の材料組成設定領域を示す図 図４は一実施形態における半導体発光素子の第１屈折率補正層に使用する他の材料組成設定領域を示す図 図５（ａ）は一実施形態における半導体発光素子の格子定数と臨界膜厚との関係を示す図、図５（ｂ）は一実施形態における半導体発光素子の格子定数と規格化臨界膜厚との関係を示す図 図６はバルク状態のＩｎＧａＡｌＮ材料における組成分離領域の熱力学的解析結果を示す図 図７はＧａＮ層に格子整合するＩｎＧａＡｌＮ材料における組成分離領域の熱力学的解析結果を示す図 図８は（ａ）はＡｌＧａＮの臨界膜厚のＡｌ組成依存性を示す図、（ｂ）はＩｎＧａＮの臨界膜厚のＩｎ組成依存性を示す図、（ｃ）はＩｎＡｌＮの臨界膜厚のＩｎ組成依存性を示す図 図９は一実施形態における半導体発光素子の第１屈折率補正層に使用する他の材料組成設定領域を示す図 図１０はＩｎＡｌＮにおける屈折率の膜厚構成比依存性を示す図 図１１（ａ）は４３０ｎｍ帯の半導体発光素子におけるＩｎＡｌＮの屈折率の膜厚構成比依存性を示す図、図１１（ｂ）は５３０ｎｍ帯の半導体発光素子におけるＩｎＡｌＮの屈折率の膜厚構成比依存性を示す図 図１２（ａ）は従来の半導体発光素子における屈折率分布の計算結果を示す図、図１２（ｂ）は従来の半導体発行素子における垂直方向光分布の計算結果を示す図 図１３（ａ）は一実施形態の半導体発行素子における屈折率分布の計算結果を示す図、図１３（ｂ）は一実施形態の半導体発行素子における垂直方向光分布の計算結果を示す図 図１４は一実施形態における半導体発光素子の第１屈折率補正層に使用する他の材料組成設定領域を示す図 図１５は実施例３における半導体発光素子の断面図 図１６は実施例４における半導体発光素子の断面図 図１７は実施例５における半導体発光素子の断面図 図１８は実施例５における変形例を示す半導体発光素子の断面図 図１９は実施例５における変形例を示す半導体発光素子の断面図
本開示において、ＡはＢの「上方」に設けられているという表現は、Ａが他の部材を介してＢの上に設けられている場合と、ＡがＢの上に接して設けられている場合との両方を含む。ＡはＢの「上」に設けられているという表現の場合も同様である。
本開示において、第１導電型と第２導電型とは互いに異なる導電型であり、第１導電型がｎ型である場合は第２導電型がｐ型であり、第１導電型がｐ型の場合は第２導電型がｎ型である。
本開示において、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化ガリウム（ＧａＮ）の混晶はＩｎaＡｌbＧａcＮと表記する。III族元素の組成比を特定しない場合には、添え字を省略する場合がある。
半導体発光素子の第１の例は、ＧａＮからなる基板と、基板の上方に設けられたＩｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０＜ｎ１＜１、０≦ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなる第１導電型の第１クラッド層と、第１クラッド層の上方に設けられた量子井戸活性層と、量子井戸活性層の上方に設けられたＩｎ1-m1-m2Ａｌm2Ｇａm1Ｎ（０＜ｍ１＜１、０＜ｍ２＜１、ｍ１＋ｍ２≦１）からなる第２導電型の第２クラッド層と、基板と第１クラッド層との間に設けられた第１導電型の第１屈折率補正層とを備え、第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含み、ｘ及びｙは、ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１、及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１の関係式を満たし、量子井戸活性層の発光波長は４３０ｎｍ以上である。
半導体発光素子の第２の例は、ＧａＮからなる基板と、基板の上方に設けられたＩｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０＜ｎ１＜１、０≦ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなる第１導電型の第１クラッド層と、第１クラッド層の上方に設けられた量子井戸活性層と、量子井戸活性層の上方に設けられたＩｎ1-m1-m2Ａｌm2Ｇａm1Ｎ（０＜ｍ１＜１、０＜ｍ２＜１、ｍ１＋ｍ２≦１）からなる第２導電型の第２クラッド層と、基板と第１クラッド層との間に設けられた第１導電型の第１屈折率補正層とを備え、第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含み、ｘ及びｙは、ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＞１、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１、及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１の関係式を満たし、量子井戸活性層の発光波長は５３０ｎｍ以上である。
半導体発光素子の第３の例は、ＧａＮからなる基板と、基板の上方に設けられたＩｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０＜ｎ１＜１、０≦ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなる第１導電型の第１クラッド層と、第１クラッド層の上方に設けられた量子井戸活性層と、量子井戸活性層の上方に設けられたＩｎ1-m1-m2Ａｌm2Ｇａm1Ｎ（０＜ｍ１＜１、０＜ｍ２＜１、ｍ１＋ｍ２≦１）からなる第２導電型の第２クラッド層と、基板と第１クラッド層との間に設けられた第１導電型の第１屈折率補正層とを備え、第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含み、ｘ及びｙは、ｘ／１．５４＋ｙ／０．２４＞１、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１、及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１の関係式を満たし、量子井戸活性層の発光波長は６３０ｎｍ以上である。
半導体発光素子の各例において、ｘ及びｙが、ｘ／０．９６＋ｙ／０．８１≧１、及びｘ／１．０４＋ｙ／０．８７≦１の関係式を満たす構成としてもよく、ｘ／０．９９＋ｙ／０．８２≧１、及びｘ／１．０１＋ｙ／０．８４≦１の関係式を満たす構成としてもよく、ｘ／０．８０＋ｙ／０．８９≧１の関係式を満たす構成としてもよい。
半導体発光素子の各例において、第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層とを含む超格子層としてもよい。
半導体発光素子の各例において、ｘは０としてもよい。
半導体発光素子の各例は、第１屈折率補正層と、第１クラッド層との間に設けられた第３クラッド層をさらに備えていてもよい。
この場合において、第１クラッド層はＧａＮからなり、第３クラッド層はＡｌＧａＮからなる構成としてもよい。
半導体発光素子の各例は、第２クラッド層の上方に設けられた第２屈折率補正層をさらに備えていてもよい。
半導体発光素子の各例は、量子井戸活性層の上方に設けられた第２屈折率補正層をさらに備え、第２クラッド層は、上層と下層とを有し、第２屈折率補正層は、上層と下層との間に設けられていてもよい。
半導体発光素子の各例は、量子井戸活性層と第２クラッド層との間に設けられた第２屈折率補正層をさらに備えていてもよい。
（一実施形態）
以下、半導体発光素子の一実施形態について図面を参照しながら説明する。一実施形態の半導体発光素子は、図１に示すように、ＧａＮからなる基板１１と、基板１１の上方に設けられた第１導電型の第１クラッド層１２と、前記第１クラッド層１２の上方に設けられた量子井戸活性層１３と、前記量子井戸活性層１３の上方に設けられた第２導電型の第２クラッド層１４とを備えている。
第１クラッド層１２は、Ｉｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０≦ｎ１＜１、０＜ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなり、第２クラッド層１４は、Ｉｎ1-m1-m2Ａｌm1Ｇａm2Ｎ（０＜ｍ１＜１、０＜ｍ２＜１、ｍ１＋ｍ２≦１）からなる。
基板１１と第１クラッド層１２との間には、第１導電型の屈折率補正層１５が設けられている。第１クラッド層１２と量子井戸活性層１３との間には、ガイド層３１３が設けられている。量子井戸活性層１３と第２クラッド層１４との間には第２導電型の量子井戸電子障壁層３１５が設けられている。第２クラッド層１４は、リッジ１４Ａを有しており、リッジ１４Ａの上には、第２導電型のコンタクト層３１７が設けられている。リッジ１４Ａの上を除く第２クラッド層１４の上には光分布に対して透明な電流ブロック層３１８が設けられている。基板１１の下面には第１電極３２１が設けられ、コンタクト層３１７及び電流ブロック層３１８の上には第２電極３２０が設けられている。
屈折率補正層１５は、第１導電型のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含む。発光波長が４３０ｎｍ以上の場合には、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層のＧａ組成ｘ、及びＡｌ組成ｙは、以下の（式１）を満たす。
ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１ ・・・（式１）
屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が（式１）を満たすことにより、屈折率補正層１５の屈折率を、第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすることができる。以下に、その理由を説明する。
まず、第１クラッド層１２の材料としてＡｌn2Ｇａn1Ｎを用いる場合、量子井戸活性層１３への垂直方向の光閉じ込めを強くする観点からは、第１クラッド層１２の屈折率を低くするために、Ａｌ組成ｎ２を大きくすることが望ましい。しかし、Ａｌ組成ｎ２を大きくし、例えば０．１以上とすると、ＧａＮからなる基板１１とＡｌn2Ｇａn1Ｎからなる第１クラッド層１２との間の熱膨張係数の差が大きくなり、結晶成長時の熱履歴により素子構造にクラックが生じやすくなる。また、格子欠陥も発生しやすくなる。このため、クラック発生を抑制する観点から、第１クラッド層１のＡｌ組成ｎ２の最大値は０．１であり、第１クラッド層１２における屈折率の実質上の下限値は、Ａｌ組成ｎ２が０．１の場合の屈折率である。
従って、屈折率補正層１５の屈折率は、この第１クラッド層１２における屈折率の実質上の下限値よりも低くすればよい。
発光波長が４３０ｎｍである場合には、Ａｌ組成ｎ２が０．１であるＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層と屈折率が等しい、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層は、図２において、ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＝１により表される線分と一致する。すなわち、Ｉｎ組成が０．３１、Ａｌ組成が０．６９、Ｇａ組成が０であるＩｎ0.31Ａｌ0.69Ｎと、Ａｌ組成が０．１、Ｇａ組成が０．９、Ｉｎ組成が０であるＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎとを結ぶ線分上の組成の層の屈折率は、第１クラッド層１２の屈折率の実質上の下限と等しい。
従って、この線分より上側、すなわちＡｌＮ側の組成の層の屈折率は、第１クラッド層１２の屈折率の実質上の下限よりも低くなる。従って、（式１）を満たす組成のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層により屈折率補正層１５を構成すれば、第１クラッド層１２の屈折率よりも屈折率が低い屈折率補正層１５を実現できる。
このように、発光波長が４３０ｎｍ以上の場合には、第１クラッド層１２の下に、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１、ｘ＋ｙ＜１）層を設けることにより屈折率補正層１５の屈折率を第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすることができる。これにより、量子井戸活性層１３の実効屈折率と第１クラッド層１２の屈折率との差を大きくすることができ、垂直方向の光閉じ込めを大きくすることができる。
本実施形態においては、さらに、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が以下の（式２）、及び（式３）を満たすように構成している。
ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１ ・・・（式２）
ｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１ ・・・（式３）
屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が（式２）、及び（式３）を満たすことにより、屈折率補正層１５と、基板１１及び第１クラッド層１２との格子定数の差を１％以内に抑えることができる。このため、基板１１と第１クラッド層１２との格子不整を抑制することができる。
従って、これら（式１）、（式２）、及び（式３）をすべて満たすＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層により屈折率補正層１５を構成すれば、基板１１と第１クラッド層１２との間の格子整合と、垂直方向の光閉じ込めとを両立させることができる。
なお、発光波長を５３０ｎｍ以上とした場合には、（式１）の条件は以下に示す（式４）の条件の範囲まで許容可能となる。
ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＞１ ・・・（式４）
発光波長が５３０ｎｍ以上の場合には、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が（式４）を満たすことにより、屈折率補正層１５の屈折率を、第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすることができる。発光波長が５３０ｎｍである場合には、第１クラッド層１２の屈折率の下限となるＡｌ組成が０．１であるＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層と屈折率が等しい、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層は、図３においてｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＝１により表される線分と一致する。すなわち、発光波長が５３０ｎｍ以上の場合には、Ｉｎ組成が０．５１、Ａｌ組成が０．４９、Ｇａ組成が０であるＩｎ0.51Ａｌ0.49Ｎと、Ａｌ組成が０．１、Ｇａ組成が０．９、Ｉｎ組成が０であるＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎとを結ぶ線分上の組成の層の屈折率は、第１クラッド層１２の屈折率の実質上の下限と等しい。
従って、この線分より上側、すなわちＡｌＮ側の組成の層の屈折率は、第１クラッド層１２の屈折率の実質上の下限よりも低くなる。従って、（式４）を満たす組成のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層により屈折率補正層１５を構成すれば、第１クラッド層１２の屈折率よりも屈折率が低い屈折率補正層１５を実現できる。
このように、発光波長が５３０ｎｍ以上の場合には、第１クラッド層１２の下に、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＞１、ｘ＋ｙ＜１）層を設けることにより屈折率補正層１５の屈折率を第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすることができる。これにより、量子井戸活性層１３の実効屈折率と第１クラッド層１２の屈折率との差を大きくすることができ、垂直方向の光閉じ込めを大きくすることができる。
なお、発光波長が５３０ｎｍ以上の場合にも、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が（式２）、及び（式３）を満たすことにより、屈折率補正層１５と、基板１１及び第１クラッド層１２との格子定数の差を１％以内に抑えることができる。このため、基板１１と第１クラッド層１２との格子不整を抑制することができる。
なお、発光波長を６３０ｎｍ以上とした場合には、（式１）の条件は以下に示す（式５）の条件の範囲まで許容可能となる。
ｘ／１．５４＋ｙ／０．２４＞１ ・・・（式５）
発光波長が６３０ｎｍ以上の場合には、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が（式５）を満たすことにより、屈折率補正層１５の屈折率を、第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすることができる。発光波長が６３０ｎｍである場合には、第１クラッド層１２の屈折率の下限となるＡｌ組成が０．１であるＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層と屈折率が等しい、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層は、図４において、ｘ／１．５４＋ｙ／０．２４＝１により表される線分と一致する。すなわち、発光波長が６３０ｎｍ以上の場合には、Ｉｎ組成が０．７６、Ａｌ組成が０．２４、Ｇａ組成が０であるＩｎ0.76Ａｌ0.24Ｎと、Ａｌ組成が０．１、Ｇａ組成が０．９、Ｉｎ組成が０であるＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎとを結ぶ線分上の組成の層の屈折率は、第１クラッド層１２の屈折率の実質上の下限と等しい。
従って、この線分より上側、すなわちＡｌＮ側の組成の層の屈折率は、第１クラッド層１２の屈折率の実質上の下限よりも低くなる。従って、（式５）を満たす組成のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層により屈折率補正層１５を構成すれば、第１クラッド層１２の屈折率よりも屈折率が低い屈折率補正層１５を実現できる。
このように、発光波長が６３０ｎｍ以上の場合には、第１クラッド層１２の下に、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＞１、ｘ＋ｙ≦１）層を設けることにより屈折率補正層１５の屈折率を第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすることができる。これにより、量子井戸活性層１３の実効屈折率と第１クラッド層１２の屈折率との差を大きくすることができ、垂直方向の光閉じ込めを大きくすることができる。
なお、発光波長が６３０ｎｍ以上の場合にも、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が（式２）、及び（式３）を満たすことにより、屈折率補正層１５と、基板１１及び第１クラッド層１２との格子定数の差を１％以内に抑えることができる。このため、基板１１と第１クラッド層１２との格子不整を抑制することができる。
さらに、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が式（１）、（４）又は（５）と共に、下記の（式６）、及び（式７）を満たす構成としてもよい。このようにすれば、屈折率補正層１５の設計自由度を向上させることができる。その理由を以下に説明する。
ｘ／１．０４＋ｙ／０．８７≦１ ・・・（式６）
ｘ／０．９６＋ｙ／０．８１≧１ ・・・（式７）
まず、図５（ａ）及び、図５（ｂ）に、ＩｎＡｌＮにおける格子欠陥が発生する臨界膜厚と格子不整との関係及び、臨界膜厚を格子不整が１％である場合の値で規格化した規格化臨界膜厚と格子不整との関係をそれぞれ示す。図５（ａ）に示すように、ＧａＮからなる基板１１と屈折率補正層１５との格子定数の差が０．４５％以下の場合には、膜厚が１００Å以下の範囲において、格子欠陥の発生を抑制できる。
従って、格子定数の差を０．４５％以内に抑えることにより屈折率補正層１５の設計自由度を向上させることができる。ここで、上記（式６）、及び（式７）により与えられる原子組成範囲は、ＧａＮからなる基板１１と屈折率補正層１５との格子定数の差が０．４５％以下となる場合の原子組成範囲である。（式６）、及び（式７）の２式を満たすＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層により屈折率補正層１５を構成すれば、基板１１と屈折率補正層１５との格子定数の差を０．４５％以内に抑えることができる。これにより、屈折率補正層１５の設計自由度を向上させることができる。特に、この場合、屈折率補正層１５を厚さが１００Å以下のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層から構成される超格子層とすれば電気伝導特性において量子効果であるトンネル効果を期待でき、素子の直列抵抗を低減することができる。
このため、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が式（１）、式（４）又は式（５）と、式（６）及び式（７）とを満たすようにすれば、屈折率補正層１５の屈折率を、第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすると共に、屈折率補正層１５の設計自由度を向上させることができる。なお、図２に示すように、式（１）、式（６）、及び式（７）を満たす範囲は、式（１）、式（２）、及び式（３）を満たす範囲に内包される。図３に示すように、式（４）、式（６）、及び式（７）を満たす範囲は、式（４）、式（２）、及び式（３）を満たす範囲に内包される。図４に示すように、式（５）、式（６）、及び式（７）を満たす範囲は、式（５）、式（２）、及び式（３）を満たす範囲に内包される。
屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が式（１）、（４）又は（５）と共に、下記の（式８）、（式９）を満たす構成としてもよい。このようにすれば、屈折率補正層１５の設計自由度をさらに向上させることができる。その理由を以下に説明する。
ｘ／１．０１＋ｙ／０．８４≦１ ・・・（式８）
ｘ／０．９９＋ｙ／０．８２≧１ ・・・（式９）
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、ＧａＮからなる基板１１と屈折率補正層１５との格子定数の差が０．１％以下の場合、格子欠陥が発生する臨界膜厚が急激に増大する。
従って、格子定数の差を０．１％以内に抑えることにより屈折率補正層１５の設計自由度を向上させることができる。（式８）、及び（式９）で与えられる原子組成範囲は、ＧａＮからなる基板１１と屈折率補正層１５との格子定数の差が０．１％以下となる場合の原子組成範囲である。（式８）、及び（式９）の２式を満たすＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層により屈折率補正層１５を構成すれば、基板１１と屈折率補正層１５との格子定数の差を０．１％以内に抑えることができる。これにより、屈折率補正層１５の設計自由度を向上させることができる。特に、この場合、屈折率補正層１５の厚さを１０００Å以上としても格子欠陥の発生を抑制することができる。
このため、屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が式（１）、式（４）又は式（５）と、式（８）及び式（９）とを満たすようにすれば、屈折率補正層１５の屈折率を、第１クラッド層１２の屈折率よりも低くすると共に、屈折率補正層１５の設計自由度を向上させることができる。なお、図２に示すように、式（１）、式（８）、及び式（９）を満たす範囲は、式（１）、式（２）、及び式（３）を満たす範囲に内包される。図３に示すように、式（４）、式（８）、及び式（９）を満たす範囲は、式（４）、式（２）、及び式（３）を満たす範囲に内包される。図４に示すように、式（５）、式（８）、及び式（９）を満たす範囲は、式（５）、式（２）、及び式（３）を満たす範囲に内包される。
さらに、図６に示すように、ｘ及びｙが以下の（式１０）を満たすようにすれば、組成分離を抑制することができ望ましい。
ｘ／０．８０＋ｙ／０．８９≧１ ・・・（式１０）
図６は、バルクのＩｎＡｌＧａＮにおける、熱力学的な計算により求めた種々の結晶成長温度に対する、組成分離を生じる原子組成範囲を示している。図６から、結晶成長温度を低くすると、組成分離を生じる原子組成範囲が大きくなることがわかる。
屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が（式１０）を満たすことにより、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層を１０００℃以下の温度で結晶成長させても、均一な原子組成分布を容易に得ることができる。
さらに、屈折率補正層１５は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮのみから構成されていてもよいが、屈折率補正層１５をＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層とを含む多重量子井戸からなる超格子層とすることにより、温度特性の向上を図ることができる。その理由について以下に説明する。
まず、屈折率補正層１５をＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層とを含む多重量子井戸からなる超格子層とすることにより、ＧａＮからなる基板１１と格子整合するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が、ＧａＮからなる基板１１と、ＧａＮ層とに挟まれた構造となる。これにより、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の上下の界面は双方ともＧａＮとの界面となる。従って、界面における格子不整に起因する歪エネルギーが増大し、熱力学的に組成分離が生じにくくなる。また、わずかに組成分離が生じたとしても、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の上にＧａＮ層を成長させるため、結晶性が回復しやすくなる。これにより、屈折率補正層１５全体において、格子欠陥や光吸収中心の発生が抑制され、均一な組成面内分布を実現できる。
この結果、動作電流値が低く、スロープ効率が高く、温度特性に優れた半導体発光素子を実現することができる。
さらに、屈折率補正層１５に含まれるＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層をＩｎＡｌＮ（ｘ＝０）層とすることにより、結晶成長時の組成制御が容易となる。これにより、垂直方向の光部分布をより高精度に制御することが可能となる。この結果、半導体発光素子の歩留が向上し、半導体発光素子の作製コストを低減することが可能となる。
以下に、より具体的な実施例を記載する。
（実施例１）
実施例１に係る半導体発光素子は、図１に示すような断面構成を有している。
実施例１の半導体発光素子は、ＧａＮからなる基板１１の上面に、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層からなるｎ型の屈折率補正層１５（膜厚が０．５μｍ）が設けられている。屈折率補正層１５の上面に、ＡｌＧａＮからなるｎ型の第１クラッド層１２（膜厚が１．０μｍ）が設けられている。第１クラッド層１２の上面に、ＡｌＧａＮからなるガイド層３１３（膜厚が８６０Å）が設けられている。ガイド層３１３は、ｎ型又はアンドープのＧａＮ層を含む構成としてもよい。ガイド層３１３の上面に、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸活性層１３が設けられている。多重量子井戸活性層１３の上面に、ｐ型の量子井戸電子障壁層３１５が設けられている。量子井戸電子障壁層３１５の上面に、ＡｌＧａＮからなるｐ型の第２クラッド層１４が設けられている。第２クラッド層１４は、リッジ１４Ａを有し、リッジ１４Ａの上面に、ｐ型のＧａＮからなるコンタクト層３１７（膜厚が０．１μｍ）が設けられている。リッジ１４Ａを除く第２クラッド層１４の上面及びリッジ１４Ａの側面に、光分布に対して透明な電流ブロック層３１８が設けられている。コンタクト層３１７及び電流ブロック層３１８の上面に、ｐ側電極である第２電極３２０が設けられており、基板１１の下面にはｎ側電極である第１電極３２１が設けられている。第２クラッド層１４におけるリッジ１４Ａの幅（Ｗ）は８．０μｍである。
第２クラッド層１４は、リッジ１４Ａの上面と量子井戸活性層１３までの距離を０．５μｍとし、リッジ１４Ａの下端部と量子井戸活性層１３との距離を０．１μｍとした。
実施例１において、量子井戸活性層１３に垂直方向に光を閉じこめるため、ｎ型の第１クラッド層１２及び、ｐ型の第２クラッド層１４をＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎとした。第１クラッド層１２及び第２クラッド層１４のＡｌ組成を大きくすると、量子井戸活性層１３と第１クラッド層１２及び第２クラッド層１４との間の屈折率差を大きくすることができる。これにより、量子井戸活性層１３に垂直方向に光を強く閉じ込めることが可能となり、発振しきい電流値を小さくすることが可能となる。
実施例１における量子井戸活性層１３は、波長４３０ｎｍのレーザ発振を得るために、厚さ３０Å、Ｉｎ組成が０．１５のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるウェル層を２層備えたＤＱＷ（Double Quantum Well）構造とした。
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層とＧａＮ層との間の格子不整は１．６％である。このため、ウェル層の厚さを３０Å以上にすると、臨界膜厚を大きく上回り格子欠陥が生じてしまう。格子欠陥は、光吸収中心となり、素子の発振しきい電流値や動作電流値の増大を招く。信頼性の低下を回避するためには、格子欠陥の発生を極力抑制することが重要である。従って、格子欠陥を抑制する観点からは、ウェル層の厚を３０Å以下とすることが望ましい。
ウェル層３０Å以下の薄い場合にも、ウェル層数が２層であるＤＱＷ（DoubleQuantum Well）構造、又は３層であるＴＱＷ（Triple Quantum Well）構造とすることが望ましい。このような構成とすることにより、光閉じ込め係数が小さくなることを抑制することができる。また、ウェル層数を３層以下とすることにより、各ウェル層の動作キャリア密度のばらつき、及び各ウェル層の最大利得を与える利得ピーク波長のばらつきを抑制できる。さらに、発振しきい電流値の増大、及び素子の直列抵抗の増大を抑制できる。また、ピエゾ効果による障壁層における電位ポテンシャルの傾きの影響を抑制し、素子の温度特性の劣化を抑制できる。
実施例１においては、ＧａＮからなる基板１１と、第１クラッド層１２との間に、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ≦１）からなるｎ型の屈折率補正層１５（膜厚０．５μｍ）を備えている。ｘ及びｙは、（式２）及び（式３）、（式６）及び（式７）、（式８）及び（式９）、並びに（式１０）のいずれか１組と、式（１）とを満たす。
実施例１の半導体発光素子は、リッジ１４Ａの側面上に、ＳｉＮからなる誘電体の電流ブロック層３１８（膜厚０．１μｍ）を有している。このため、ｐ型のＧａＮからなるコンタクト層３１７から注入された電流は電流ブロック層３１８によりリッジ１４Ａのみに狭窄され、リッジ１４Ａの底部下方に位置する量子井戸活性層１３に集中して電流注入される。従って、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態は１００ｍＡ程度の注入電流により実現される。量子井戸活性層１３へ注入されたキャリアの再結合により発光した光の光閉じ込めは、量子井戸活性層１３と垂直な方向に関しては第１クラッド層１２及び第２クラッド層１４により行われる。量子井戸活性層１３と平行な方向の光閉じ込めは、第１クラッド層及び第２クラッド層１４よりも屈折率が低い電流ブロック層３１８により行われる。電流ブロック層３１８はレーザ発振光に対して透明であるため実質的に光吸収がなく、低損失の導波路を実現することができる。導波路を伝播する光分布は電流ブロック層に大きくしみ出すことができるため、高出力動作に適した１０-3のオーダの屈折率差ΔＮを容易に得ることができる。さらに、ΔＮの大きさは電流ブロック層３１８と量子井戸活性層１３との間の距離（ｄｐ）により、１０-3のオーダで精密に制御することができる。このため、光分布を精密に制御しつつ、低動作電流の高出力半導体レーザを得ることができる。実施例１においては、屈折率差ΔＮを３．５×１０-3の値として、水平横方向の光の閉じ込めを行った。
屈折率補正層１５を構成するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の原子組成について説明する。ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮから構成されるＩｎＡｌＧａＮ窒化物混晶半導体を考えると、ＩｎＮ−ＧａＮ間、ＩｎＮ−ＡｌＮ間及びＧａＮ−ＡｌＮ間の格子不整合は、それぞれ１１．３％、１３．９％及び２．３％である。この場合、ＩｎＮ、ＧａＮ及びＡｌＮ間で原子間距離が互いに異なっている。このため、ＩｎＡｌＧａＮ層を構成する原子間の、原子間隔及び結合角の大きさは、２元化合物半導体の場合における理想状態の大きさと異なる。従って、格子定数がＧａＮと同じになるようにＩｎＡｌＧａＮ層の原子組成を設定しても、内部歪エネルギーがＩｎＡｌＧａＮ層内に蓄積する。
ＩｎＡｌＧａＮにおいては、この内部歪エネルギーを低減しようとする作用が働くため、組成分離が発生する組成範囲が存在する。組成分離が生じると、ＩｎＡｌＧａＮ層内にＩｎ原子、Ｇａ原子及びＡｌ原子が不均一に分布することになる。これにより、Ｉｎ原子、Ｇａ原子及びＡｌ原子が各構成層内の原子組成比に従って均一に分布せず、分布に偏析が生じる。組成分離が生じると、バンドギャップエネルギーの分布及び屈折率分布も不均一になる。組成分離した部分の組成不均一領域は、光吸収中心として作用する。また、導波光の散乱を発生させる原因となる。このため、組成分離が生じると、半導体レーザの動作電流が増大し、信頼性が低下する。
図６に、バルクのＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮにおいて、熱力学的な計算により求めた種々の結晶成長温度に対する、組成分離を生じる原子組成範囲を示す。図６から、結晶成長温度を低くすると、組成分離を生じる原子組成範囲が大きくなることがわかる。Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮは１０００℃程度の温度で結晶成長する場合、図６において斜線部として示すように、Ｇａ組成ｘとＡｌ組成ｙとが、ｘ／０．８０＋ｙ／０．８９≧１となる範囲において均一な原子組成分布が得られやすい。従って、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の膜厚を０．１μｍ以上とする場合、組成分離を生じない均一な原子組成分布を有する膜を得るためには、原子組成範囲をｘ／０．８０＋ｙ／０．８９≧１とすることが望ましい。Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の厚さを１００Å以上とする場合においても、組成分離を生じない均一な原子組成分布を有する膜を得るために、原子組成範囲をｘ／０．８０＋ｙ／０．８９≧１とすることが望ましい。Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の厚さが１００Å以上になると、ＧａＮ基板との格子不整が１％程度の値であっても臨界膜厚を超え、格子欠陥が生じる可能性が高くなる。格子欠陥が生じると格子定数はその層本来の格子定数の値に近くなり、基板との格子不整による歪エネルギーが小さくなる。このため、図６に示すバルク状態における、原子組成範囲で組成分離が生じやすくなる。なお、実施例１において、バルク状態のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮとは、そのＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮの原子組成で決まる格子定数を有しているＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ膜のことをいう。
図７に、ＧａＮからなる基板１１上に格子整合するようにＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層からなる屈折率補正層１５を形成した場合における、熱力学的な計算により求めた種々の結晶成長温度に対する、組成分離を生じる原子組成範囲を示す。バルク状態のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮと異なり、ＧａＮからなる基板１１上にＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層からなる屈折率補正層１５を作製する場合は、１０００℃程度の高温で結晶成長すると、組成分離を生じないことがわかった。これは、１０００℃程度の高温では、ＧａＮからなる基板１１に屈折率補正層１５が格子整合するようにＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層内に歪エネルギーが生じ、すべての原子組成範囲で結晶構造が熱力学的に安定となったためである。
しかし、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の膜厚が図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す臨界膜厚を超えると、ＧａＮからなる基板１１に格子整合するために生じた歪エネルギーの影響により、格子欠陥が発生する恐れがある。図８（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に、ＧａＮからなる基板１１の上に形成されたＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層の臨界膜厚の組成依存性を示す計算結果を示す。図８（ａ）に示すように、ＧａＮからなる基板１１の上にＡｌＧａＮ層を形成すると、Ａｌ組成が０．１の場合には、臨界膜厚は２３０Åとなり、Ａｌ組成が０．０５の場合には臨界膜厚は５３０Åとなり、Ａｌ組成が０．０２の場合には、臨界膜厚は１５００Åとなった。従って、基板１１の上に膜厚が１μｍ程度以上のＡｌＧａＮ層からなるクラッド層を形成すると、多くの場合、クラッド層に格子欠陥が生じていると考えられる。このような格子欠陥は、ＡｌＧａＮクラッド層の抵抗を増大させたり、光吸収中心として機能したりするため、動作電流値及び発振しきい電流値の増大を招く。
次に、量子井戸活性層１３について説明する。図８（ｂ）に示すように、ＧａＮからなる基板１１の上にＩｎＧａＮ層を形成すると、Ｉｎ組成が０．０７の場合には、臨界膜厚は５０Å、Ｉｎ組成が０．１５の場合には臨界膜厚は２０Åであり、Ｉｎ組成が０．３０の場合には臨界膜厚は１０Åである。従って、量子井戸活性層１３にＩｎ組成が０．１５以上のウェル層を用いる場合、膜厚が３０Å以上となると格子欠陥が生じやすくなる。従って、格子欠陥を生じさせずにウェル層を３０Å以上とすることは困難であると考えられる。バンドギャップ波長の観点から波長４３０ｎｍの青色レーザ素子にはウェル層としてＩｎ組成が０．１５程度のＩｎＧａＮを用いることが望ましい。なお、波長５３０ｎｍの緑色レーザ素子とする場合にはＩｎ組成が０．３程度のＩｎＧａＮを用いることが望ましい。先に述べたように動作電流値や発振しきい電流値の増大、動作電圧の増大の観点からウェル層は３層以下とすることが好ましい。このため、波長４３０ｎｍ帯よりも長波長域ではウェル層の合計厚が９０Å程度と非常に薄くなり、垂直方向光閉じ込め係数を増大させることが困難である。
量子井戸活性層１３における障壁層には、垂直方向光閉じ込め係数を増大させるために、ＧａＮよりも屈折率が大きい、Ｉｎ組成が０．０３から０．０７程度のＩｎＧａＮ層を用いることが効果的である。この場合、臨界膜厚はＩｎ組成が０．０３の場合には１５０Åとなり、Ｉｎ組成が０．０７の場合には、５０Åとなる。実施例１では０．０５とした。この場合の臨界膜厚は８０Åである。従って、ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１２に最も近いＩｎＧａＮウェル層との間に設けられたＩｎＧａＮ障壁層の膜厚が１００Å程度以上になると、量子井戸電子障壁層３１５に格子欠陥が生じやすくなる。また、障壁層のウェル層との界面において、すでに格子緩和を生じている可能性が高い。格子緩和が生じると、実質的な格子定数がＩｎＧａＮ層本来の値に近づくためバルク状態のＩｎＧａＮ層に近づく。このため、ＩｎＧａＮウェル層には、図６で示すような組成分離が生じやすくなる。波長５３０ｎｍ帯の緑色レーザの場合、ウェル層に用いるＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．３程度であるため、組成分離の影響がでる。従って、波長５３０ｎｍ帯の緑色レーザの場合、最も第１クラッド層１２側のウェル層と基板１１側において接する障壁層には組成分離抑制の観点からＧａＮ層を用いることが望ましい。例えば、Ｉｎ組成が０．０５のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層の上に、ＧａＮ層を形成し、格子定数をＧａＮの格子定数に回復させた後、Ｉｎ組成が０．３のＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ層を形成すれば、組成分離の発生を抑制しつつ、垂直方向の光閉じ込めを増大することが可能となる。
図８（ｃ）に示すように、ＧａＮからなる基板１１の上にＩｎＡｌＮ層を形成する際に、Ｉｎ組成を０．１７付近の値にすると、ＩｎＡｌＮ層がＧａＮと格子整合するため、臨界膜厚が急激に大きくなる。従って、Ｉｎ組成が０．１７近傍のＩｎＡｌＮ層を屈折率補正層１５に用いれば第１クラッド層１２に見られたような格子欠陥の発生を抑制することができる。また、Ｉｎ組成が０．１１、Ａｌ組成が０．８９のＩｎ0.11Ａｌ0.89Ｎ層の臨界膜厚は５０Åであり、Ｉｎ組成が０．２４、Ａｌ組成が０．７６のＩｎ0.24Ａｌ0.76Ｎ層の臨界膜厚も５０Åである。このため、Ｉｎ組成が０．１１から０．２４の間（Ａｌ組成が０．７６から０．８９の間）で、厚さが５０Å以下の複数のＩｎＡｌＮ層を屈折率補正層１５に用いれば格子欠陥発生を防ぐことが可能となる。また、Ｉｎ組成が０．１４、Ａｌ組成が０．８６のＩｎ0.14Ａｌ0.86Ｎ層の臨界膜厚は１３０Åであり、Ｉｎ組成が０．２、Ａｌ組成が０．８のＩｎ0.2Ａｌ0.8Ｎ層の臨界膜厚も１１０Åである。このため、Ｉｎ組成が０．１４から０．２の間（Ａｌ組成が０．８から０．８６の間）で、厚さが１１０Å以下の複数のＩｎＡｌＮ層を屈折率補正層１５に用いれば格子欠陥発生を防ぐことが可能となる。また、格子欠陥が生じていない状態では、ＩｎＡｌＮ層は図７に示すように、組成分離も生じない上記組成と膜厚範囲のＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層とを基本単位として多数回繰り返したＩｎＡｌＮ／ＧａＮ超格子構造を屈折率補正層１５に用いた場合、格子欠陥の発生と組成分離の発生を抑制できる。このため、レーザ光の光分布領域における導波路損失の低減や動作電圧の低減に、非常に大きな効果を有する。さらに、ＩｎＡｌＮとＧａＮとの格子定数の差が１％以内、望ましくは０．４５％以内、さらも望ましくは０．１％以内となるように格子整合させると、窒化物で問題となる格子不整によるピエゾ電圧の発生が抑制できる。このため、ＩｎＡｌＮ／ＧａＮ超格子層の電位ポテンシャル障壁による電気抵抗の増大を抑制することができ、動作電圧を低減できる。
上記効果はＩｎＡｌＮ層だけではなく、Ｇａを含むＩｎＡｌＧａＮ層にも期待することができる。ＧａＮ上のＡｌＧａＮ層はＡｌ組成が０．４、Ｇａ組成が０．６において臨界膜厚が５０Åとなる。ＧａＮ上のＩｎＧａＮはＩｎ組成が０．０７、Ｇａ組成が０．９３において臨界膜厚が５０Åとなる。
従って、ｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１とｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１とを満たし、膜厚が５０Å以下のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層をＧａＮ上に作製すれば、格子欠陥と組成分離の発生を抑制することが可能となる。
また、この原子組成範囲と膜厚範囲とを満たすＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層と、ＧａＮ層とを基本単位として多数回積層した、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造からなる屈折率補正層１５を設けた場合、格子欠陥の発生と組成分離の発生を抑制できるため、レーザ光の光分布領域における導波路損失の低減に、非常に大きな効果を有する。
ＧａＮ上のＡｌＧａＮ層は、Ａｌ組成が０．１８、Ｇａ組成が０．７２において臨界膜厚が１１０Åとなる。ＧａＮ上のＩｎＧａＮ層はＩｎ組成が０．０３、Ｇａ組成が０．９７において臨界膜厚が１１０Åとなる。
従って、ｘ／１．１６＋ｙ／０．８６≦１とｘ／０．９７＋ｙ／０．８≧１を満たし、膜厚が１１０Å以下のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層からなる屈折率補正層１５をＧａＮからなる基板１１上に作製すれば、格子欠陥と組成分離の発生を抑制することが可能となる。また、この原子組成範囲と膜厚範囲とを満たすＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層と、ＧａＮ層とを基本単位として多数回積層したＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造からなる屈折率補正層１５は、格子欠陥の発生と組成分離の発生を抑制できるため、レーザ光の光分布領域における導波路損失の低減に、非常に大きな効果を有する。
さらに、ＩｎＡｌＧａＮとＧａＮとの格子定数の差が１％以内、望ましくは０．４５％以内、さらに望ましくは、０．１％以内となるように格子整合させると窒化物で問題となる格子不整によるピエゾ電圧の発生が抑制できる。このため、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層の電位ポテンシャル障壁による電気抵抗の増大を抑制することができ、動作電圧を低減できる。
波長４３０ｎｍ帯において、Ａｌ組成が０．１、Ｇａ組成が０．９のクラッド層（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層）よりも低屈折率となるＩｎＡｌＧａＮの原子組成範囲について説明する。ＡｌＧａＮにおいてはＡｌ組成が高い方が屈折率が低くなるため、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりも屈折率を低くするには、Ａｌ組成を０．１よりも大きくする。ＩｎＡｌＮにおいては、Ａｌ組成が０．６９の場合には、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層と屈折率が等しくなる。従って、Ａｌ組成が０．６９以上の組成範囲においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも屈折率が低くなる。このことから、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮにおいては、ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１の範囲において、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも屈折率が低くなると考えられる。なお、前述のように、Ａｌ組成が０．１以上のＡｌＧａＮをクラッド層に使用することは、格子欠陥の発生、及び抵抗の増大の観点から非常に困難である。
従って、原子組成範囲がｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１、かつｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１で、膜厚が５０Å以下のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層、又はｘ／１．０４＋ｙ／０．８７≦１、ｘ／０．９６＋ｙ／０．８１≧１、かつ、ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１で、膜厚が１１０Å以下のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層とからなる多層の超格子層を屈折率補正層１５に用いれば、格子欠陥と組成分離の発生を抑制しつつ、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも低屈折率の層を得ることが可能である。この範囲の原子組成を有するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層を屈折率補正層に用いることにより、格子欠陥及び組成分離の発生を抑制でき、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりも低屈折率となるように膜厚構成比（Ｄｕｔｙ比）を設定すれば、低損失の屈折率補正層１５を実現することが可能となる。
厚さが５０Å以上であって、原子組成範囲がｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１、かつｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層を屈折率補正層１５に用いる場合、組成分離の発生を抑制するためにはさらに、ｘ／０．８０＋ｙ／０．８９≧１の条件を満たす原子組成範囲とする。これは、格子欠陥が発生するとＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層が格子緩和し、バルク状態に近づくためである。なお、この組成範囲は、図９においてハッチングにより示した領域である。
次に、上記の屈折率補正層１５におけるＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層との層厚構成比（以下、Ｄｕｔｙ比）について説明する。ここで、屈折率補正層１５におけるＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層の膜厚をＡ、ＧａＮ層の膜厚をＢとすると、Ｄｕｔｙ比はＡ／（Ａ＋Ｂ）％となる。
図１０に、ＧａＮに格子整合するＩｎ組成が０．１７、Ａｌ組成が０．８３のＩｎ0.17Ａｌ0.83Ｎの波長４３０ｎｍ、及び５３０ｎｍにおける屈折率の、Ｄｕｔｙ比依存性を示す。図１０において、Ａｌ組成が０．１のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎの波長４３０ｎｍ及び、５３０ｎｍにおける屈折率の大きさを、比較参考のために直線で示している。図１０に示すように、波長４３０ｎｍ帯ではＤｕｔｙ比が２１％以上あればＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも屈折率が低くなる。また、波長５３０ｎｍ帯ではＤｕｔｙ比が１１％以上あれば、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも屈折率が低くなる。
図１０において、波長４０５ｎｍ帯でレーザ発振を得るために適した、Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎ層の屈折率、波長４３０ｎｍ帯でレーザ発振を得るために適したＩｎ0.15Ｇａ0.95Ｎ層の屈折率、及び波長５３０ｎｍ帯でレーザ発振を得るために適したＩｎ0.3ＧａＮ0.7層の屈折率を比較のために点線で示している。また、波長４０５ｎｍにおけるＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎの屈折率も参考のために示している。
図１０に示すように、ウェル層とＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層との波長４０５ｎｍにおける屈折率差ΔＮ４０５は０．２０であり、波長４３０ｎｍにおける屈折率差ΔＮ４３０は０．１５、波長５３０ｎｍにおける屈折率差ΔＮ５３０は０．１１である。
このように、ＡｌＧａＮをクラッド層に用いると波長が４３０ｎｍから５３０ｎｍへと長くなるに従って、ウェル層とＡｌＧａＮクラッド層との屈折率差が低くなり、垂直方向の閉じ込め係数が低下する。このため、従来のＡｌＧａＮ層のみをクラッド層に用いたレーザ構造では垂直方向の光閉じ込め係数が小さく、温度特性の劣化を招いてしまう。
これに対して、図１０に示すように、Ｉｎ0.17Ａｌ0.83Ｎ層とＧａＮ層とを含む超格子層である屈折率補正層１５を設けると、波長４３０ｎｍ帯ではＤｕｔｙ比を２１％以上とすることによりＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも屈折率を低くすることができる。また、波長５３０ｎｍ帯ではＤｕｔｙ比を１１％以上とすることによりＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも低い屈折率を低くすることができる。
次に、波長４３０ｎｍにおいてＩｎ0.24Ａｌ0.76Ｎ層である屈折率補正層１５、及びＩｎ0.11Ａｌ0.89Ｎ層とＧａＮ層とを含む超格子層である屈折率補正層１５を設けた場合における屈折率のＤｕｔｙ比依存性を図１１（ａ）に示す。Ｉｎ0.24Ａｌ0.76Ｎ層の場合、波長４３０ｎｍ帯においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりも屈折率が低くなるＤｕｔｙ比は３３％以上である。Ｉｎ0.11Ａｌ0.89Ｎ層の場合、波長４３０ｎｍ帯においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりも屈折率が低くなるＤｕｔｙ比は１２％以上である。従って、Ａｌ組成が０．７６と０．８９の間のＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層とからなる超格子層において、Ｄｕｔｙ比を３３％以上とすればＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりも屈折率が低くなり、格子欠陥や組成分離のない低損失の屈折率補正層１５として有効である。
次に、波長５３０ｎｍにおいてＩｎ0.24Ａｌ0.76Ｎである屈折率補正層１５、及びＩｎ0.11Ａｌ0.89Ｎ層とＧａＮ層とからなる超格子層である屈折率補正層１５を設けた場合の屈折率のＤｕｔｙ比依存性を図１１（ｂ）に示す。Ｉｎ0.24Ａｌ0.76Ｎ層の場合、波長５３０ｎｍ帯においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりも屈折率が低くなるＤｕｔｙ比は１９％以上である。Ｉｎ0.11Ａｌ0.89Ｎ層の場合、波長５３０ｎｍ帯においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりも屈折率が低くなるＤｕｔｙ比は５％以上である。従って、Ａｌ組成が０．７６と０．８９の間のＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層とからなる超格子層において、Ｄｕｔｙ比を１９％以上とすればＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりも屈折率が低くなる。
実施例１においては、屈折率補正層１５を、厚さが３０ÅのＩｎ0.17Ａｌ0.83Ｎ層と厚さが３０ÅのＧａＮ層とからなる厚さ０．５μｍの超格子層（Ｄｕｔｙ比５０％）としている。従来のＡｌＧａＮ層のみをクラッド層に用いた構造においては、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すような垂直方向の屈折率分布、及び光分布を有し、垂直方向光閉じ込め係数を算出した結果が１．１％であったのに対し、実施例１の構造においては、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すような垂直方向の屈折率分布、及び光分布を有し、垂直方向光閉じ込め係数を算出した結果が１．８％となった。すなわち、垂直方向光閉じ込め係数を、従来の値と比較して約１．６倍の値に高めることができた。この結果、高温動作特性が改善し、熱飽和する光出力を増大させると共に、高温動作時の動作電流値を低減できた。屈折率補正層１５により、第１クラッド層１２における格子欠陥の発生が抑制でき、屈折率補正層１５より上側に成長させる各層における格子欠陥の発生も抑制できる。このため、格子緩和されにくくなり、ＩｎＧａＮからなる活性層における組成分離の発生も抑制することができ、スロープ効率の向上や温度特性の改善を図ることができる。
また、ＩｎＡｌＮ／ＧａＮ超格子や、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子を作製する場合、１７％程度の高いＩｎ組成を有するＩｎＡｌＮ層及びＩｎＡｌＧａＮ層を形成することが求められる。従って、Ｉｎ原子が結晶成長層へ取り込まれる効率を高くするために、単位時間当たりの結晶成長膜厚（結晶成長レート）は、ＡｌＧａＮ層と比較して小さくする必要がある。このため、結晶成長レートの大きなＡｌＧａＮ層をクラッド層に一部用いることで素子構造全体の結晶成長にかかる時間を短くすることでき、素子作製コストの低減と、量産性を向上させることが可能となる。
（実施例２）
実施例２の半導体発光素子は、図１に示した実施例１の構造において、量子井戸活性層１３におけるＩｎＧａＮウェル層のＩｎ組成を５３０ｎｍ帯のレーザ発振を得るために０．３としている。また、格子欠陥発生を抑制するためにウェル層の厚さは２５Åとし、ＴＱＷ構造としている。
波長５３０ｎｍ帯において、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる第１クラッド層１２よりも低屈折率となるＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層からなる屈折率補正層１５の原子組成範囲について説明する。ＡｌＧａＮにおいてはＡｌ組成が高い方が屈折率が低くなるため、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるクラッド層（Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層）よりも屈折率を低くするには、Ａｌ組成を０．１よりも大きくする。ＩｎＡｌＮにおいては、Ａｌ組成が０．４９の場合にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層と屈折率が等しくなる。従って、ＩｎＡｌＮにおいて、Ａｌ組成が０．４９以上の組成範囲においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも屈折率が低くなる。このことから、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮにおいては、ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９≧１の範囲において、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも屈折率が低くなると考えられる。なお、前述のように、Ａｌ組成が０．１以上のＡｌＧａＮをクラッド層に使用することは、格子欠陥の発生、抵抗の増大の観点から非常に困難である。
従って原子組成範囲がｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１、かつｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１の範囲で膜厚が５０Å以下のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層、又はｘ／１．０４＋ｙ／０．８７≦１、ｘ／０．９６＋ｙ／０．８１≧１、かつ、ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＞１で、膜厚が１１０Å以下のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層とを含む多層の超格子層を屈折率補正層に用いれば、格子欠陥と組成分離の発生を抑制しつつ、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層よりも低屈折率の層を得ることが可能である。この範囲の原子組成を有するＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層を屈折率補正層１５に用いることにより、格子欠陥及び組成分離の発生を抑制でき、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりも低屈率となるようにＤｕｔｙ比を設定すれば、低損失の屈折率補正層１５を実現することが可能となる。
厚さが５０Å以上であって、原子組成範囲がｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１、かつｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１のＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層を屈折率補正層１５に用いる場合、組成分離の発生を抑制するためには、図１４においてハッチングに示す領域であるｘ／０．８＋ｙ／０．８９≧１の条件を満たす原子組成範囲とすることが望ましい。
実施例２においては、屈折率補正層１５を、厚さが３０ÅのＩｎ0.17Ａｌ0.83Ｎ層と厚さが３０ÅのＧａＮ層とからなる厚さ０．７μｍの超格子層（Ｄｕｔｙ比５０％）としている。従来のＡｌＧａＮ層のみをクラッド層に用いた構造における垂直方向光閉じ込め係数が０．８％であったのに対し、実施例２の構造における垂直方向光閉じ込め係数は１．５％となり、約２倍に高めることができた。この結果、高温動作特性が改善し、熱飽和する光出力を増大させると共に、高温動作時の動作電流値を低減できた。屈折率補正層１５により、第１クラッド層１２における格子欠陥の発生が抑制可能とでき、屈折率補正層１５より上側に成長さえり各層における格子欠陥の発生も抑制できる。このため、格子緩和されにくくなり、ＩｎＧａＮからなる活性層における組成分離の発生も抑制することができ、スロープ効率の向上や温度特性の改善を図ることができた。
（実施例３）
実施例３の半導体発光素子は、図１５に示すように、第１クラッド層１２をＡｌＧａＮではなく、ＩｎＡｌＧａＮとしている。その他の点は、実施例１、又は実施例２と同様である。このような構成としても、格子欠陥や組成分離の発生を抑制でき、低損失の屈折率補正層１５と、垂直方向光閉じ込め係数の増大とを実現することが可能である。
（実施例４）
実施例４の半導体発光素子は、図１６に示すように、屈折率補正層１５と基板１１との間に第３クラッド層１２Ａが設けられている。その他の点は、実施例から実施例３と同様である。
第３クラッド層１２Ａは、第１クラッド層１２と同様にＩｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０≦ｎ１＜１、０＜ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなる層とすればよい。但し、第３クラッド層１２Ａと第１クラッド層１２とを同じ組成とする必要はない。
実施例１に示したように、屈折率補正層１５を基板１１の上に直接設けることにより格子不整の抑制効果を大きくすることができる。しかし、本実施例のようにすれば、第２クラッド層１２の膜厚を調整することが容易となる。これにより、格子不整を抑制すると共に、垂直方向の光閉じ込めの大小を調整することが可能となるというメリットを有する。
（実施例５）
実施例５の半導体発光素子は、図１７に示すように、第２屈折率補正層１６を第２クラッド層１４とコンタクト層３１７との間に備えている。その他の点は、実施例１、又は実施例２と同様である。
第２屈折率補正層１６は、第２導電型であり、本実施例においてはｐ型である。第２屈折率補正層１６は、屈折率補正層１５と同様にＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮを含む層であり、Ａｌ組成ｙ及びＧａ組成ｘの範囲は屈折率補正層１５と同じである。例えば、波長が４３０ｎｍ以上の場合には、式（２）及び式（３）、式（６）及び式（７）、式（８）及び式（９）、並びに式（１０）のいずれか１組と、式（１）とを満たす組成範囲である。波長が５３０ｎｍ以上の場合には式（１）に代えて式（４）とすればよく、波長が６３０ｎｍ以上の場合には式（１）に代えて式（５）とすればよい。また、第２屈折率補正層１６を超格子層としてもよい。但し、屈折率補正層１５の組成と第２屈折率補正層１６と組成とが一致している必要はない。
このような構成とすることにより、実施例１において言及した、光閉じ込め効果と、格子不整の抑制の効果を得ることができるのに加え、光がコンタクト層３１７に到達するのを抑制することができ、導波路ロスを低減することができる。
なお、図１８に示すように、第２クラッド層１４が第１層１４１と第２層１４２とを有し第２屈折率補正層１６が第２クラッド層１４の第１層１４１と第２層１４２との間に設けられている構成としてもよい。この場合にも、上述した導波路ロスの低減の効果を得ることができる。導波ロスを低減する効果は、コンタクト層３１７の真下に第２屈折率補正層１６を設ける図１７の構成の方がより大きい。
また、図１９に示すように、第２屈折率補正層１６をＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１４と量子井戸活性層１３との間に設けてもよい。このような構成とすれば、実施例１において言及した光閉じ込め効果をより大きく得ることができると共に、上述した導波路ロスを低減する効果も得ることができる。
なお、実施例１から実施例５において、第１クラッド層１２を構成する材料として、ＡｌＧａＮを用いる例を示したが、ＧａＮを用いてもよい。
この理由を以下に説明する。屈折率補正層１５の屈折率はＡｌ組成が０．１のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりも低い値である。このため、第１クラッド層１２がＧａＮから構成されていても量子井戸活性層１３への垂直方向の光閉じ込め係数を増大させることが可能となる。
さらに、第１クラッド層１２をＧａＮ層とすることにより、ＧａＮからなる基板１１と格子整合し、熱膨張係数も一致する。このため、ＡｌＧａＮ層を第１クラッド層１２とする場合よりも、よりいっそう格子欠陥の発生が抑制され、導波路損失の増加、長期信頼性の低下を防止することが可能となる。
また、図１６に示す実施例４において、第１クラッド層１２をＧａＮ層とし、屈折率補正層１５と基板１１との間に設けた第３クラッド層１２ＡをＧａＮよりも屈折率が低いＡｌＧａＮ層としてもよい。このような構成とすれば、屈折率補正層１５とＧａＮからなる基板１１との間における光分布をより確実に減衰させることができる。光分布が基板１１まで到達すると、ＧａＮからなる基板１１は屈折率が高いため強度が減衰しにくい。このため、レーザ光のビーム放射パターン（遠視野パターン）に乱れが生じ、レンズ等の光学部品との光学的な結合効率を低下させる恐れがある。特に、屈折率補正層１５の膜厚が０．５μｍ以下である場合に、第３クラッド層１２ＡをＡｌＧａＮ層とすれば、光分布を屈折率補正層１５とＧａＮからなる基板１１との間において確実に減衰させることができる。この結果、屈折率補正層１５を厚くすることによる成長時間の増大による製造コストの増大を抑制しつつ、光の閉じ込めを確実にすることができる。
また、実施例５において、第１クラッド層１２が、ＡｌＧａＮ層である例を示したが、ＧａＮ層としてもよい。
この理由を以下に説明する。屈折率補正層１６の屈折率はＡｌ組成が０．１のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりも低い値であるため、第１クラッド層１２をＧａＮ層としても量子井戸活性層１３への垂直方向の光閉じ込め係数を増大させることが可能となる。さらに、第１クラッド層１２をＧａＮ層とすることにより、ＧａＮからなる基板と格子整合し、熱膨張係数も一致する。このため、ＡｌＧａＮ層を第１クラッド層１２に用いた場合よりも、さらに格子欠陥の発生が抑制され導波路損失の増加、長期信頼性の低下を防止することが可能となる。
本開示の半導体発光素子は、基板と第１クラッド層との間の格子不整の抑制と、垂直方向の光閉じ込めを両立することができ、特にプロジェクタ用光源等として有用である。
１１ 基板
１２ 第１クラッド層
１３ 量子井戸活性層
１４ 第２クラッド層
１４Ａ リッジ
１５ 屈折率補正層
１６ 第２屈折率補正層
１４１ 第１層
１４２ 第２層
３１３ ガイド層
３１５ 量子井戸電子障壁層
３１７ コンタクト層
３１８ 電流ブロック層
３２０ 第２電極
３２１ 第１電極

Claims (13)

  1. ＧａＮからなる基板と、
    前記基板の上方に設けられたＩｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０＜ｎ１＜１、０≦ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなる第１導電型の第１クラッド層と、
    前記第１クラッド層の上方に設けられた量子井戸活性層と、
    前記量子井戸活性層の上方に設けられたＩｎ1-m1-m2Ａｌm2Ｇａm1Ｎ（０＜ｍ１＜１、０＜ｍ２＜１、ｍ１＋ｍ２≦１）からなる第２導電型の第２クラッド層と、
    前記基板と前記第１クラッド層との間に設けられた第１導電型の第１屈折率補正層とを備え、
    前記第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含み、
    前記ｘ及びｙは、ｘ／１．０５＋ｙ／０．６９＞１、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１、及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１の関係式を満たし、
    前記量子井戸活性層の発光波長は４３０ｎｍ以上である、半導体発光素子。
  2. ＧａＮからなる基板と、
    前記基板の上方に設けられたＩｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０＜ｎ１＜１、０≦ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなる第１導電型の第１クラッド層と、
    前記第１クラッド層の上方に設けられた量子井戸活性層と、
    前記量子井戸活性層の上方に設けられたＩｎ1-m1-m2Ａｌm2Ｇａm1Ｎ（０＜ｍ１＜１、０＜ｍ２＜１、ｍ１＋ｍ２≦１）からなる第２導電型の第２クラッド層と、
    前記基板と前記第１クラッド層との間に設けられた第１導電型の第１屈折率補正層とを備え、
    前記第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含み、
    前記ｘ及びｙは、ｘ／１．１３＋ｙ／０．４９＞１、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１、及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１の関係式を満たし、
    前記量子井戸活性層の発光波長は５３０ｎｍ以上である、半導体発光素子。
  3. ＧａＮからなる基板と、
    前記基板の上方に設けられたＩｎ1-n1-n2Ａｌn2Ｇａn1Ｎ（０＜ｎ１＜１、０≦ｎ２＜１、ｎ１＋ｎ２≦１）からなる第１導電型の第１クラッド層と、
    前記第１クラッド層の上方に設けられた量子井戸活性層と、
    前記量子井戸活性層の上方に設けられたＩｎ1-m1-m2Ａｌm2Ｇａm1Ｎ（０＜ｍ１＜１、０＜ｍ２＜１、ｍ１＋ｍ２≦１）からなる第２導電型の第２クラッド層と、
    前記基板と前記第１クラッド層との間に設けられた第１導電型の第１屈折率補正層とを備え、
    前記第１屈折率補正層は、Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（ｘ＋ｙ＜１）層を含み、
    前記ｘ及びｙは、ｘ／１．５４＋ｙ／０．２４＞１、ｘ／０．９１＋ｙ／０．７５≧１、及びｘ／１．０８＋ｙ／０．９１≦１の関係式を満たし、
    前記量子井戸活性層の発光波長は６３０ｎｍ以上である、半導体発光素子。
  4. 前記ｘ及びｙは、ｘ／０．９６＋ｙ／０．８１≧１、及びｘ／１．０４＋ｙ／０．８７≦１の関係式を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  5. 前記ｘ及びｙは、ｘ／０．９９＋ｙ／０．８２≧１、及びｘ／１．０１＋ｙ／０．８４≦１の関係式を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  6. 前記ｘ及びｙは、ｘ／０．８０＋ｙ／０．８９≧１の関係式を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  7. 前記第１屈折率補正層は、前記Ｉｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ層とＧａＮ層とを含む多重量子井戸からなる超格子層である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  8. 前記ｘは０である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  9. 前記第１屈折率補正層と、前記第１クラッド層との間に設けられた第３クラッド層をさらに備えている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  10. 前記第１クラッド層はＧａＮからなり、前記第３クラッド層はＡｌＧａＮからなる、請求項９に記載の半導体発光素子。
  11. 前記第２クラッド層の上方に設けられた第２屈折率補正層をさらに備えている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  12. 前記量子井戸活性層の上方に設けられた第２屈折率補正層をさらに備え、
    前記第２クラッド層は、第１層と第２層とを有し、
    前記第２屈折率補正層は、前記第１層と前記第２層との間に設けられている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  13. 前記量子井戸活性層と前記第２クラッド層との間に設けられた第２屈折率補正層をさらに備えている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体素子。
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