WO2021107032A1 - 半導体発光素子、及び、半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

半導体発光素子、及び、半導体発光素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

半導体発光素子（１）は、基板（１０）と、基板（１０）の上方に配置されるｎ型クラッド層（１２）と、ｎ型クラッド層（１２）の上方に配置される活性層（１４）と、活性層（１４）の上方に配置されるｐ型クラッド層（１７）とを備え、活性層（１４）は、ウェル層（１４ｄ）と、ウェル層（１４ｄ）のｎ型クラッド層（１２）側に配置されるｎ側第一バリア層（１４ａ）と、ウェル層（１４ｄ）のｐ型クラッド層（１７）側に配置されるｐ側バリア層（１４ｆ）とを有し、ｐ側バリア層（１４ｆ）は、Ｉｎを含み、ｎ側第一バリア層（１４ａ）のＩｎ組成比は、ｐ側バリア層（１４ｆ）のＩｎ組成比より低く、ｎ側第一バリア層（１４ａ）のバンドギャップエネルギーは、ｐ側バリア層（１４ｆ）のバンドギャップエネルギーよりも小さい。

Description

半導体発光素子、及び、半導体発光素子の製造方法
　本開示は、半導体発光素子に関し、特に量子井戸構造を有する活性層を備える半導体発光素子に関する。
　従来、レーザ光が加工用途に使用されており、高出力かつ高効率なレーザ光源が必要とされている。このようなレーザ光源として半導体レーザ素子などの半導体発光素子が利用されている。加工用途の中でも特に溶接加工用途においては、レーザ光源のさらなる高出力化が要望されている。
　半導体発光素子を高出力化するための技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、量子井戸構造を有する活性層において、ウェル層でのヘビーホールの第一量子準位とバリア層の価電子帯の頂上のエネルギー準位とのエネルギー差δＥｖを小さくし、かつ、ウェル層での電子の第一量子準位とバリア層の伝導帯の底のエネルギー準位とのエネルギー差δＥｃを大きくする技術が記載されている。特許文献１に記載された半導体発光素子においては、エネルギー差δＥｖを小さくしてホールを動き易くすることで、ホールと電子との再結合の確率を高めつつ、エネルギー差δＥｃを大きくすることでウェル層からの電子のオーバーフロー（つまり、漏れ）を抑制しようとしている。
特開平１０－２５６６５９号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された半導体発光素子においては、エネルギー差δＥｃが大きいため、電子をウェル層に注入するために必要な動作電圧が増大する。これに伴い、半導体発光素子の自己発熱が増大するため、熱飽和レベルが低下する。
　本開示は、このような課題を解決するものであり、動作電圧を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる半導体発光素子等を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体発光素子の一態様は、基板と、前記基板の上方に配置されるｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置されるｐ型クラッド層とを備え、前記活性層は、ウェル層と、前記ウェル層の前記ｎ型クラッド層側に配置されるｎ側第一バリア層と、前記ウェル層の前記ｐ型クラッド層側に配置されるｐ側バリア層とを有し、前記ｐ側バリア層は、Ｉｎを含み、前記ｎ側第一バリア層のＩｎ組成比は、前記ｐ側バリア層のＩｎ組成比より低く、前記ｎ側第一バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記ｐ側バリア層のバンドギャップエネルギーよりも小さい。
　このように、ｎ側第一バリア層のＩｎ組成比をｐ側バリア層のＩｎ組成比より小さくし、かつ、ｎ側第一バリア層のバンドギャップをｐ側バリア層のバンドギャップより小さくする。これにより、ｐ側バリア層とｎ側第一バリア層との伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃを、ｐ側バリア層とｎ側第一バリア層との価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖより大きくすることができる。したがって、ホール（正孔）の電気伝導に必要な電圧の増大、つまり、半導体発光素子の動作電圧の増大を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｎ側第一バリア層の組成は、Ａｌｙｂｎ１Ｇａ１－ｘｂｎ１－ｙｂｎ１Ｉｎｘｂｎ１Ａｓで表され、前記ｐ側バリア層の組成は、Ａｌｙｂｐ１Ｇａ１－ｘｂｐ１－ｙｂｐ１Ｉｎｘｂｐ１Ａｓで表され、０≦ｙｂｎ１≦１、０≦ｘｂｎ１＜１、０＜ｙｂｐ１＜１、０＜ｘｂｐ１＜１、及び、ｘｂｎ１＜ｘｂｐ１の関係が成り立ってもよい。
　このような組成を有するｎ側第一バリア層及びｐ側バリア層を用いることで、ｎ側第一バリア層のＩｎ組成比をｐ側バリア層のＩｎ組成比より小さくし、かつ、ｎ側第一バリア層のバンドギャップをｐ側バリア層のバンドギャップより小さくすることが可能となる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、さらに、ｙｂｎ１＜ｙｂｐ１の関係が成り立ってもよい。
　これにより、ｐ側バリア層とｎ側第一バリア層との伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃが増大するため、ウェル層からの電子のオーバーフローをさらに抑制できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、さらに、
　　　０．２≦ｙｂｎ１≦０．４
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０６９、
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０２９、及び、
　　　ｘｂｐ１≦０．１５
の関係が成り立ってもよい。
　このように、ｎ側第一バリア層のＡｌ組成比ｙｂｎ１を０．２以上０．４以下とすることで、ウェル層への光閉じ込め係数の大幅な低下を抑制しつつ、導波路の低損失化が可能となる。
　また、ｐ側バリア層のＡｌ組成比ｙｂｐ１について、上記関係が成り立つことにより、ｎ側第一バリア層とｐ側バリア層との間の価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２を３０ｍｅＶ以下に抑制しつつ、ｎ側第一バリア層とｐ側バリア層との間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２を２５ｍｅＶ以上に増大できる。したがって、エネルギー差ΔＥｖ２を抑制することで、動作電圧の増大を抑制でき、エネルギー差ΔＥｃ２を増大することで、電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、ｐ側バリア層のＡｌ組成比ｘｂｐ１を０．１５以下とすることで、ＧａＡｓ基板とｐ側バリア層との格子不整合を最大１．２％に抑制できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ウェル層と、前記ｐ側バリア層との間に配置されるｐ側中間層をさらに備え、前記ｐ側中間層の組成は、Ａｌｙｋｐ１Ｇａ１－ｙｋｐ１Ａｓで表され、
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｋｐ１＋０．０６９、
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｋｐ１＋０．０２９、及び、
　　　０．２≦ｙｋｐ１≦０．４
の関係が成り立ってもよい。
　ｐ側バリア層のＡｌ組成比ｙｂｐ１について、上記関係が成り立つ場合には、ｐ側バリア層とｐ側中間層との間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２が２５ｍｅＶ以上となり、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２が３０ｍｅＶ以下となる。これにより、ホールのウェル層への注入を妨げることを抑制することができるため、動作電圧の増大を抑制できる。また、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、ｐ側中間層のＡｌ組成比を０．２以上、０．４以下とすることで、垂直方向における光分布をさらに高精度に制御することができ、光閉じ込め係数を増大させつつ、導波路の低損失化が可能となる。
　また、ウェル層とｐ側バリア層との間にＧａＡｓ基板にほぼ格子整合するＡｌＧａＡｓ層からなるｐ側中間層を配置することで、活性層近傍の圧縮歪の形成領域を分散させることができるため、圧縮歪の集中による結晶性の低下を抑制できる。
　さらに、ウェル層とｐ側中間層との間の価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖを低減できるため、高次準位のライトホールの形成を抑制できる。したがって、偏光比の低下を抑制できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｎ側第一バリア層と前記ウェル層との間に配置されるｎ側第二バリア層をさらに備え、前記ｎ側第二バリア層の組成は、Ａｌｙｂｎ２Ｇａ１－ｘｂｎ２－ｙｂｎ２Ｉｎｘｂｎ２Ａｓで表され、
　　　ｙｂｎ２≧ｘｂｎ２＋ｙｂｎ１、
　　　ｙｂｎ２≦０．４ｘｂｎ２＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０６１、
　　　ｘｂｎ２≦０．１５、及び、
　　　０．２≦ｙｂｎ１≦０．３５
の関係が成り立ってもよい。
　ｎ側第二バリア層のＡｌ組成比ｙｂｎ２について、上記関係が成り立つ場合には、ｎ側第一バリア層とｎ側第二バリア層との間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２が５０ｍｅＶ以下となり、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２が３０ｍｅＶ以上となる。これにより、電子のウェル層への注入を妨げることを抑制することができるため、動作電圧の増大を抑制できる。また、ウェル層からのホールのオーバーフローを抑制できる。
　また、ｎ側第一バリア層のＡｌ組成比を０．２以上、０．３５以下と低くすることで、ｎ側第一バリア層の屈折率を高くすることができるため、垂直方向における光分布をｎ型半導体層側に寄せ易くなる。したがって、導波路の低損失化が容易となる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ウェル層と前記ｎ側第二バリア層との間に配置されるｎ側第三バリア層をさらに備え、前記ｎ側第三バリア層の組成は、Ａｌｙｂｎ３Ｇａ１－ｙｂｎ３Ａｓで表され、
　　　ｙｂｎ２≧ｘｂｎ２＋ｙｂｎ３、
　　　ｙｂｎ２≦０．４ｘｂｎ２＋０．９７５ｙｂｎ３＋０．０６１、及び、
　　　０．２≦ｙｂｎ３≦０．３５
の関係が成り立ってもよい。
　ｎ側第二バリア層のＡｌ組成比ｙｂｎ２について、上記関係が成り立つ場合には、ｎ側第二バリア層とｎ側第三バリア層との間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２が５０ｍｅＶ以下となる。また、ｎ側第三バリア層のＡｌ組成比を０．３５以下とすることで、ｎ側第三バリア層におけるバンドギャップエネルギーを低減できる。したがって、電子のウェル層への注入を妨げることを抑制することができるため、動作電圧の増大を抑制できる。
　また、ｎ側第二バリア層のＡｌ組成比ｙｂｎ２について、上記関係が成り立つ場合には、ｎ側第二バリア層とｎ側第三バリア層との間の価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２が０ｍｅＶ以上となる。したがって、ウェル層からのホールのオーバーフローを抑制できる。
　また、ｎ側第三バリア層のＡｌ組成比を０．２以上、０．３５以下と低くすることで、ｎ側第三バリア層の屈折率を高くすることができるため、垂直方向における光分布をｎ型半導体層側に寄せ易くなる。したがって、導波路の低損失化が容易となる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｐ側バリア層と前記ｐ型クラッド層との間に配置され、前記ｐ型クラッド層よりも屈折率が大きいｐ側ガイド層をさらに備えてもよい。
　このように、ｐ側バリア層上に、ｐ型クラッド層よりも屈折率が大きいｐ側ガイド層を備えることで、垂直方向における光分布を高精度に制御することができ、光分布がｎ型半導体層側に偏り過ぎることを抑制できる。したがって、ウェル層への垂直方向における光閉じ込め係数が小さくなること、及び、ウェル層内の動作キャリア密度が増大することを抑制できる。つまり、半導体発光素子の温度特性が劣化することを抑制できる。さらに、ｐ側ガイド層をアンドープとすれば、不純物ドーピングによるフリーキャリア損失の増大を抑制できるため、導波路の低損失化が可能となる。この結果、温度特性に優れた、スロープ効率の高い半導体レーザ素子を実現できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｐ側ガイド層の組成は、Ａｌｙｇｐ１Ｇａ１－ｙｇｐ１Ａｓで表され、
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｇｐ１＋０．０６９、
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｇｐ１＋０．０２９、及び、
　　　０．２≦ｙｇｐ１≦０．４
の関係が成り立ってもよい。
　このような組成を有するｐ側ガイド層は、ＧａＡｓ基板にほぼ格子整合する。これにより、圧縮性の格子不整を有するｐ側バリア層の膜厚を臨界膜厚以下とすることができる。したがって、ｐ側バリア層の結晶性低下を抑制できる。
　さらに、ウェル層がＡｌを含む４元半導体材料膜である場合、活性層の圧縮歪が増大する。このため、ＧａＡｓ基板とほぼ格子整合するｐ側ガイド層がｐ側バリア層の上方に配置されることで活性層近傍の圧縮歪の蓄積を抑制できる。また、この場合、ヘビーホールとライトホールとの基底準位間ポテンシャルエネルギーが増大するため、ライトホールと電子との再結合確率を低減できる。したがって、ライトホールと電子との再結合に起因するＴＭ偏光成分を低減できるため、偏光比が向上する。
　上記関係が成り立つことにより、ｐ側バリア層とｐ側ガイド層との間の価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２を３０ｍｅＶ以下に抑制しつつ、伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２を２５ｍｅＶ以上に増大することができるため、動作電圧の増大を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、ｐ側ガイド層のＡｌ組成比ｙｇｐ１を０．２以上、０．４以下とすることで、垂直方向における光分布をさらに高精度に制御することができ、光閉じ込め係数の大幅な低下を抑制しつつ、導波路の低損失化が可能となる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｐ側ガイド層は、（Ａｌｙｇｐ２Ｇａ１－ｙｇｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表されてもよい。
　これにより、ｐ側ガイド層において空孔又はＺｎ、Ｍｇなどの不純物が拡散しやすくなる。したがって、半導体発光素子に空孔又は不純物を拡散させることによって、端面窓構造を形成する際に、形成に要する時間を低減できる。また、不純物を拡散させる際に使用する不純物の濃度を低減できるため、不純物による光吸収を低減できる。したがって、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｎ型クラッド層の組成は、Ａｌｙｎ１Ｇａ１－ｙｎ１Ａｓで表され、前記ｐ型クラッド層の組成は、Ａｌｙｐ１Ｇａ１－ｙｐ１Ａｓで表され、０＜ｙｎ１＜ｙｐ１＜１の関係が成り立ってもよい。
　このように、ｎ型クラッド層のＡｌ組成比がｐ型クラッド層のＡｌ組成比よりも低いため、ｎ型クラッド層の屈折率がｐ型クラッド層の屈折率よりも大きくなる。これに伴い、垂直方向における光分布がｎ型クラッド層側に偏る。上述のとおり、光が半導体発光素子の導波路から受けるフリーキャリア損失は、ｎ型半導体層よりドーピング濃度が高いｐ型半導体層において大きくなるため、垂直方向の光分布をｎ型半導体層寄りとすることで導波路損失の低減を実現することができる。
　光分布がｎ型クラッド層側に偏ることで、発光層であるウェル層への垂直方向における光閉じ込め係数が低下するため、上述のとおり、電子がウェル層からｐ側バリア層へオーバーフローし易くなる。しかしながら、本開示に係る半導体発光素子では、ｐ側バリア層とｎ側第一バリア層との伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃが大きいため、電子のオーバーフローを抑制できる。したがって、動作電圧の増大を抑制しつつ、従来の半導体発光素子より温度特性を向上でき、かつ、スロープ効率が高い低動作電流の半導体発光素子を実現できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｎ型クラッド層の組成は、（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表され、前記ｐ型クラッド層の組成は、（Ａｌｙｐ２Ｇａ１－ｙｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表され、０＜ｙｎ２＜ｙｐ２＜１の関係が成り立ってもよい。
　このような組成を有するｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層を備えることにより、ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層において空孔又はＺｎ、Ｍｇなどの不純物が拡散しやすくなる。したがって、半導体発光素子に空孔又は不純物を拡散させることによって、端面窓構造を形成する際に、形成に要する時間を低減できる。また、不純物を拡散させる際に使用する不純物の濃度を低減できるため、不純物による光吸収を低減できる。したがって、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制できる。
　また、０＜ｙｎ２＜ｙｐ２＜１の関係が成り立つことにより、ｐ型クラッド層の屈折率を、ｎ型クラッド層の屈折率より低減できる。したがって、ｎ型クラッド層側にレーザ光の強度分布を偏らせることができる。つまり、ｐ型クラッド層を伝搬するレーザ光を低減できるため、ｐ型クラッド層の不純物に起因するフリーキャリア損失を低減できる。これにより、導波路の低損失化が可能となる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ウェル層の組成は、ＡｌｙｗＧａ１－ｘｗ－ｙｗＩｎｘｗＡｓで表され、０≦ｙｗ＜１、及び、０＜ｘｗ＜１の関係が成り立ってもよい。
　このように、ウェル層の組成がＡｌｙｗＧａ１－ｘｗ－ｙｗＩｎｘｗＡｓである場合、ウェル層のＡｌ組成比、Ｇａ組成比及びＩｎ組成比を調整することで、ウェル層の歪の大きさ、ウェル層と各バリア層との伝導帯及び価電子帯のエネルギー差を調整できる。したがって、半導体発光素子の発振波長の調整、及び、ウェル層からの電子のオーバーフローの制御が可能となる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、さらに、０＜ｙｗ＜１の関係が成り立ってもよい。
　このように、ウェル層がＡｌを含むことで、ウェル層が圧縮歪を有する場合、ウェル層の価電子帯に形成されるライトホール数を低減できる。ここで、ライトホール（ＬＨ）と電子とが再結合することによって生成される光は、ヘビーホール（ＨＨ）と電子とが再結合することによって生成される光より、ＴＭモード光の割合が大きい。したがって、ウェル層の価電子帯に形成されるライトホール数を低減することで、ライトホールと電子との再結合確率を低減できるため、半導体発光素子からの出力光の偏光比（ＴＭモード光の強度に対するＴＥモード光の強度の比）を増大できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記基板は、ＧａＡｓ基板であってもよい。
　このように、基板としてＧａＡｓ基板を用いることで、バリア層及びウェル層としてＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を用いる場合に、ウェル層に圧縮歪を生じさせることが可能となる。ウェル層が圧縮歪を有する場合、ウェル層の組成を調整することでウェル層の価電子帯に形成されるライトホール数を低減できる。したがって、ライトホールと電子との再結合確率を低減できるため、半導体発光素子からの出力光の偏光比を増大できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｎ型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記ｐ型クラッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さくてもよい。
　これにより、ｎ型クラッド層の屈折率がｐ型クラッド層の屈折率より高くなる。このため、基板の主面に垂直な方向における光分布がｎ型クラッド層側に偏る。ここで、ｎ型半導体層では、ｎ型不純物のドーピング濃度を１×１０１６ｃｍ－３以上、１×１０１８ｃｍ－３以下の範囲とすることで抵抗値を抑制できる。一方、ｐ型半導体層では、ｐ型不純物のドーピング濃度を１×１０１８ｃｍ－３以上としないと抵抗値を抑制できない。したがって、光が半導体発光素子の導波路から受けるフリーキャリア損失は、ｎ型半導体層よりドーピング濃度が高いｐ型半導体層において大きくなる。このため、本開示に係る半導体発光素子のように光分布をｎ型クラッド層側に偏らせることで、導波路損失を低減できる。
　光分布がｎ型クラッド層側に偏ることで、発光層であるウェル層への垂直方向（基板の主面に垂直な方向）における光閉じ込め係数が低下する。このため、半導体発光素子においてレーザ発振する場合、ウェル層での動作キャリアが増大し、ホールより有効質量が小さい電子が、ウェル層からｐ側バリア層へオーバーフローし易くなる。しかしながら、本開示に係る半導体発光素子では、ｐ側バリア層とｎ側第一バリア層との伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃが大きいため、電子のオーバーフローを抑制できる。したがって、動作電圧の増大を抑制しつつ、従来の半導体発光素子より温度特性を向上でき、かつ、スロープ効率が高い低動作電流の半導体発光素子を実現できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記活性層の光出射端面部に、端面窓構造が形成されていてもよい。
　ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、及びＩｎＡｓの中でＩｎＡｓは最も格子定数が大きく、バンドギャップエネルギーが最も小さい。本開示に係る半導体発光素子のように、ウェル層及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合、ウェル層にＩｎＧａＡｓからなる半導体材料を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合と比較して、ＡｌＧａＩｎＡｓからなるウェル層のＩｎの含有率が高まるため、ウェル層の圧縮歪が大きくなる。
　また、窒化物系の半導体材料を用いる場合について、ＡｌＮ、ＧａＮ、及びＩｎＮの中でＩｎＮは、格子定数が最も大きく、かつ、バンドギャップエネルギーが最も小さい。この場合、ウェル層及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＮからなる４元系の半導体材料を含む層を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合、ウェル層にＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮからなる半導体材料を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合と比較して、ＡｌＧａＩｎＮからなるウェル層のＩｎの含有率が高まるため、ウェル層の圧縮歪が大きくなる。
　以上より、ウェル層及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮなどを用いた構造において、半導体発光素子の光出射端面部に空孔又は不純物を拡散した場合、ウェル層の歪エネルギーを小さくするため、ウェル層のＩｎ原子が積層方向に対してＩＩＩ族の格子位置に存在するＡｌ原子及びＧａ原子と交換し易くなる。したがって、ウェル層のバンドギャップエネルギーが大きくなり易くなる。
　この結果、光密度が大きい光出射端面部におけるウェル層のバンドギャップエネルギーが大きくなり、いわゆる窓構造を形成できる。これにより、光出射端面部のバンドギャップエネルギーが発熱により小さくなっても、光出射端面部のウェル層の光吸収が小さい状態を維持することができる。したがって、光出射端面部が光を吸収することに起因するＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ）の発生を抑制することができる。
　さらに、窓構造を空孔拡散によって形成すると、不純部拡散によって窓構造を形成した場合と比較して、不純物の存在によるフリーキャリア損失の発生を抑制することができるため、スロープ効率の低下を抑制できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記活性層の中で前記端面窓構造が形成されていない部分のバンドギャップエネルギーより、前記活性層の中で前記端面窓構造が形成されている部分のバンドギャップエネルギーの方が大きくてもよい。
　これにより、光出射端面部のバンドギャップエネルギーが発熱により小さくなっても、光出射端面部のウェル層の光吸収が小さい状態を維持することができる。したがって、光出射端面部が光を吸収することに起因するＣＯＤの発生を抑制することができる。
　また、上記課題を解決するために、本開示に係る半導体発光素子の製造方法の一態様は、基板を準備する工程と、前記基板の上方にｎ型クラッド層を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層の上方に活性層を形成する工程と、前記活性層の上方にｐ型クラッド層を形成する工程と、前記活性層に端面窓構造を形成する工程とを含み、前記活性層は、ウェル層と、前記ウェル層の前記ｎ型クラッド層側に配置されるｎ側第一バリア層と、前記ウェル層の前記ｐ型クラッド層側に配置されるｐ側バリア層とを有し、前記ｐ側バリア層は、Ｉｎを含み、前記ｎ側第一バリア層のＩｎ組成比は、前記ｐ側バリア層のＩｎ組成比より低く、前記ｎ側第一バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記ｐ側バリア層のバンドギャップエネルギーよりも小さく、前記端面窓構造を形成する工程において、前記活性層に空孔又は不純物が拡散される。
　これにより、ｎ側第一バリア層のＩｎ組成比をｐ側バリア層のＩｎ組成比より小さくし、かつ、ｎ側第一バリア層のバンドギャップをｐ側バリア層のバンドギャップより小さくした半導体発光素子を製造できる。このような半導体発光素子によれば、ｐ側バリア層とｎ側第一バリア層との伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃを、ｐ側バリア層とｎ側第一バリア層との価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖより大きくすることができる。したがって、ホール（正孔）の電気伝導に必要な電圧の増大、つまり、半導体発光素子の動作電圧の増大を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、例えば、ウェル層及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮなどを用いた構造において、半導体発光素子の光出射端面部に空孔又は不純物を拡散した場合、ウェル層の歪エネルギーを小さくするため、ウェル層のＩｎ原子が積層方向に対してＩＩＩ族の格子位置に存在するＡｌ原子及びＧａ原子と交換し易くなる。したがって、ウェル層のバンドギャップエネルギーが大きくなり易くなる。
　この結果、光密度が大きい光出射端面部におけるウェル層のバンドギャップエネルギーが大きくなり、端面窓構造を形成できる。これにより、光出射端面部のバンドギャップエネルギーが発熱により小さくなっても、光出射端面部のウェル層の光吸収が小さい状態を維持することができる。したがって、光出射端面部が光を吸収することに起因するＣＯＤの発生を抑制することができる。
　本開示によれば、動作電圧を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる半導体発光素子等を提供できる。
図１は、実施の形態１に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 図２は、実施の形態１に係る半導体発光素子が備える活性層の詳細構成を示す模式的な断面図である。 図３は、比較例に係る活性層のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図４は、実施の形態１に係る活性層のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図５は、実施の形態１に係る活性層のｎ側第一バリア層とｐ側バリア層との伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーのそれぞれのエネルギー差を示す模式図である。 図６は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）のＩｎ及びＡｌ組成比依存性を示すグラフである。 図７は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の価電子帯ポテンシャルエネルギーのＩｎ及びＡｌ組成比依存性を示すグラフである。 図８は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の伝導帯ポテンシャルエネルギーのＩｎ及びＡｌ組成比依存性を示すグラフである。 図９は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２、及び、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２と、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の組成との関係を示すグラフである。 図１０は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料と、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２、及び、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２と、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の組成との関係を示すグラフである。 図１１は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料と、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２、及び、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２と、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の組成との関係を示すグラフである。 図１２は、比較例１に係る半導体発光素子の電流－電圧特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１３は、比較例２に係る半導体発光素子の電流－電圧特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１４は、実施の形態１に係る半導体発光素子の電流－電圧特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１５は、比較例１、比較例２、及び実施の形態１に係る各半導体発光素子の４元バリア層のＡｌ組成比と、動作電圧との関係を示すグラフである。 図１６は、実施の形態１に係るウェル層のＡｌ組成比と、ヘビーホール準位及びライトホール準位との関係の計算結果を示す第一のグラフである。 図１７は、実施の形態１に係るウェル層のＡｌ組成比と、ヘビーホール準位及びライトホール準位との関係の計算結果を示す第二のグラフである。 図１８は、実施の形態１に係るウェル層のＡｌ組成比と、ヘビーホール準位及びライトホール準位との関係の計算結果を示す第三のグラフである。 図１９は、実施の形態１の変形例１に係る半導体発光素子のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図２０は、実施の形態１の変形例１に係るｐ側バリア層とｐ側ガイド層との間の伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーのそれぞれのエネルギー差ΔＥｃ２及びΔＥｖ２を示す模式図である。 図２１は、実施の形態１の変形例１に係るｐ側バリア層のＡｌ組成比とエネルギー差ΔＥｃ２及びΔＥｖ２との関係を示すグラフである。 図２２は、実施の形態１の変形例２に係る半導体発光素子のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図２３は、実施の形態１の変形例３に係る半導体発光素子のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図２４は、実施の形態１の変形例４に係る半導体発光素子のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図２５は、実施の形態１の変形例５に係る半導体発光素子のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図２６は、実施の形態１の変形例６に係る半導体発光素子のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。 図２７は、実施の形態１の変形例７に係る半導体発光素子の光出射端面部の構成を示す断面図である。 図２８は、実施の形態２に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 図２９は、実施の形態３に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 図３０は、実施の形態３に係る半導体発光素子の各部の寸法を示す模式的な断面図である。 図３１は、実施の形態３に係る半導体発光素子の実装状態を示す模式的な断面図である。 図３２は、実施の形態３に係る半導体発光素子の活性層のｘ軸方向の位置に対する、せん断応力σｘｙの分布を示すグラフである。 図３３は、実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法の工程を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る半導体発光素子について説明する。
　［１－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る半導体発光素子の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子１の全体構成を示す模式的な断面図である。図２は、本実施の形態に係る半導体発光素子１が備える活性層１４の詳細構成を示す模式的な断面図である。
　半導体発光素子１は、電圧が印加されることによって発光する素子である。本実施の形態では、半導体発光素子１は、９００ｎｍ以上９８０ｎｍ以下程度の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。より具体的には、半導体発光素子１は、９１５ｎｍ程度の波長のレーザ光を出射する。図１は、半導体発光素子１のレーザ光の共振方向に垂直な断面が示されている。半導体発光素子１の共振器長、つまり、レーザ光の共振方向の端面間の距離は、特に限定されないが、本実施の形態では、２ｍｍ以上である。また、半導体発光素子１の共振器長は４ｍｍ以上であってもよい。このように、共振器長を長くすることで、半導体発光素子１の熱抵抗を低減できるため、放熱性を向上させることができる。したがって、半導体発光素子１が熱飽和する光出力を増大できる。図１に示されるように、半導体発光素子１は、基板１０と、バッファ層１１と、ｎ型クラッド層１２と、活性層１４と、ｐ型クラッド層１７と、電流狭窄層１９と、コンタクト層１８と、ｎ側電極３１と、ｐ側電極３２とを備える。
　基板１０は、半導体発光素子１の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板である。
　バッファ層１１は、基板１０と、ｎ型クラッド層１２との格子不整合に起因する歪を抑制するための層である。バッファ層１１の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、バッファ層１１は、膜厚０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ層である。バッファ層１１には、不純物として濃度３×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　ｎ型クラッド層１２は、基板１０の上方に配置されるｎ型のクラッド層である。ｎ型クラッド層１２は、活性層１４より屈折率が低く、かつ、バンドギャップエネルギーが高い層である。ｎ型クラッド層１２の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、ｎ型クラッド層１２は、膜厚４μｍのｎ型Ａｌ０．３０５Ｇａ０．６９５Ａｓ層である。ｎ型クラッド層１２には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　活性層１４は、ｎ型クラッド層１２の上方に配置され、量子井戸構造を有する発光層である。本実施の形態では、活性層１４は、図２に示されるように、ｎ側第一バリア層１４ａと、ウェル層１４ｄと、ｐ側バリア層１４ｆとを有する。
　ウェル層１４ｄは、ｎ側第一バリア層１４ａとｐ側バリア層１４ｆとの間に配置される量子井戸層である。本実施の形態では、ウェル層１４ｄは、膜厚６ｎｍのＡｌ０．０８Ｇａ０．６７Ｉｎ０．２５Ａｓ層である。
　ｎ側第一バリア層１４ａは、ウェル層１４ｄのｎ型クラッド層１２側に配置される障壁層である。本実施の形態では、ｎ側第一バリア層１４ａは、膜厚７ｎｍのＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層である。
　ｐ側バリア層１４ｆは、ウェル層１４ｄのｐ型クラッド層１７側に配置される障壁層である。本実施の形態では、ｐ側バリア層１４ｆは、膜厚７ｎｍのＡｌ０．４５Ｉｎ０．１０Ｇａ０．４５Ａｓ層である。ｐ側バリア層１４ｆの膜厚は、ｐ側バリア層１４ｆのｐ型クラッド層１７側の端面において、ウェル層１４ｄ内の電子の波動関数が、最大振幅の１％未満にまで減衰されるように定められる。これにより、ウェル層１４ｄ内の電子がトンネル効果によって、ｐ側バリア層１４ｆを透過すること、つまり、漏れ電流が発生することを抑制できる。また、ｐ側バリア層１４ｆは、圧縮歪を有し、臨界膜厚を超えると格子欠陥が発生する。このため、ｐ側バリア層１４ｆの膜厚は、ウェル層１４ｄの電子がトンネル効果で透過することを抑制できるように３ｎｍ以上であり、かつ、臨界膜厚以下であってもよい。ここで、臨界膜厚は、ｐ側バリア層１４ｆの基板１０に対する格子不整の絶対値をＱ％とすると、２０／Ｑと定めることができる。
　ｐ型クラッド層１７は、活性層１４の上方に配置されるｐ型のクラッド層である。ｐ型クラッド層１７は、活性層１４より屈折率が低く、かつ、バンドギャップエネルギーが高い層である。ｐ型クラッド層１７の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、ｐ型クラッド層１７は、膜厚０．７μｍのｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ層である。ｐ型クラッド層１７には、不純物として濃度２×１０１８ｃｍ－３のＣ（炭素原子）がドープされている。
　コンタクト層１８は、ｐ型クラッド層１７の上方に配置される層であり、ｐ側電極３２と接する。コンタクト層１８の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、コンタクト層１８は、膜厚０．４μｍのｐ型ＧａＡｓ層である。コンタクト層１８には、不純物として濃度２×１０１８ｃｍ－３のＣがドープされている。
　電流狭窄層１９は、ｐ型クラッド層１７の上方に配置される層であり、半導体発光素子１において電流が狭い領域に集中的に流れるように、つまり、電流を一部の領域に閉じ込めるように機能する。本実施の形態では、電流狭窄層１９は、ｐ型クラッド層１７とコンタクト層１８との間に配置されるｎ型の半導体層である。電流狭窄層１９は、半導体発光素子１のレーザ共振方向に沿って長尺状の開口部１９ａを有する。開口部１９ａには、コンタクト層１８が配置される。これにより、電流狭窄層１９の開口部１９ａだけに電流が流れる。つまり、開口部１９ａに電流が閉じ込められる。これに伴い、活性層１４のうち、開口部１９ａの下方の領域に電流が流れるため、この領域が発光部となる。電流狭窄層１９の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、電流狭窄層１９は、膜厚０．２５μｍのｎ型ＧａＡｓ層である。電流狭窄層１９には、不純物として濃度２×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　ｎ側電極３１は、基板１０の下方の主面（つまり、基板１０の主面のうち、半導体層が積層されている主面の裏側の主面）に配置される電極である。ｎ側電極３１の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、ｎ側電極３１は、基板１０側から順に積層された膜厚９０ｎｍのＡｕＧｅ膜、膜厚２０ｎｍのＮｉ膜、膜厚５０ｎｍのＡｕ膜、膜厚１００ｎｍのＴｉ膜、膜厚５０ｎｍのＰｔ膜、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚１００ｎｍのＰｔ膜、及び、膜厚５００ｎｍのＡｕ膜を含む。
　ｐ側電極３２は、コンタクト層１８の上方に配置される電極である。ｐ側電極３２は、コンタクト層１８とオーミック接触する。ｐ側電極３２の構成は特に限定されないが、本実施の形態では、ｐ側電極３２は、コンタクト層１８側から順に積層された膜厚５０ｎｍのＴｉ膜、膜厚１５０ｎｍのＰｔ膜、及び、膜厚５０ｎｍのＡｕ膜を含む。
　［１－２．作用及び効果］
　次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１の作用及び効果について説明する。
　［１－２－１．活性層の作用及び効果］
　まず、本実施の形態に係る半導体発光素子１の活性層１４の作用及び効果の概要を、比較例の半導体発光素子の作用と比較しながら、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、それぞれ、比較例及び本実施の形態に係る各活性層のエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。なお、図３及び図４には、ｐ側バリア層と、ウェル層との伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ、及び、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ、並びに、電子のフェルミ準位Ｅｆｅ及びホールのフェルミ準位Ｅｆｈも併せて示されている。また、図４には、電子のフェルミ準位Ｅｆｅとｐ側バリア層１４ｆの伝導帯ポテンシャルエネルギーとのエネルギー差ΔＥｆｃ、及び、ホールのフェルミ準位Ｅｆｈとｐ側バリア層１４ｆの価電子帯ポテンシャルエネルギーとのエネルギー差ΔＥｆｖも示されている。
　図３に示される比較例の活性層は、本実施の形態に係る活性層１４と同様に、ｎ側第一バリア層１４ａと、ウェル層１４ｄと、ｐ側バリア層とを有する。比較例のｐ側バリア層の組成は、本実施の形態に係るｐ側バリア層１４ｆの組成と異なる。比較例のｐ側バリア層は、ＡｌＧａＡｓ層であり、Ｉｎを含まない。
　このようなｐ側バリア層を有する比較例の活性層において、電子のオーバーフローを抑制するために、エネルギー差ΔＥｃを増大する場合について検討する。この場合、ｐ側バリア層のＡｌ組成比を大きくすることで、エネルギー差ΔＥｃを増大できる。しかしながら、これに伴い、エネルギー差ΔＥｖも増大する。したがって、ホールがｐ側バリア層を超えるために必要なエネルギーも増大するため、半導体発光素子の動作電圧が増大する。
　一方、図４に示される本実施の形態に係る活性層１４においては、ｐ側バリア層１４ｆがＩｎを含み、ｎ側第一バリア層１４ａのＩｎ組成比は、ｐ側バリア層１４ｆのＩｎ組成比より低い。また、ｎ側第一バリア層１４ａのバンドギャップエネルギーは、ｐ側バリア層１４ｆのバンドギャップエネルギーよりも小さい。このような活性層１４により、図４に示されるように、エネルギー差ΔＥｖ及びΔＥｆｖの増大を抑制しつつ、エネルギー差ΔＥｃ及びΔＥｆｃを増大できる。したがって、エネルギー差ΔＥｖ及びΔＥｆｖの増大の抑制することで、半導体発光素子１の動作電圧の増大を抑制しつつ、エネルギー差ΔＥｃ及びΔＥｆｃを増大することで、電子のオーバーフローを抑制できる。
　上述した本実施の形態に係る活性層１４の特性について図５～図８を用いて詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係る活性層１４のｎ側第一バリア層１４ａとｐ側バリア層１４ｆとの伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーのそれぞれのエネルギー差を示す模式図である。図５に示されるように、ｎ側第一バリア層１４ａとｐ側バリア層１４ｆとの伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーのそれぞれのエネルギー差ΔＥｃｂ及びΔＥｖｂと定義する。図６、図７、及び図８は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）、価電子帯ポテンシャルエネルギー、及び伝導帯ポテンシャルエネルギーのＩｎ及びＡｌ組成比依存性を示すグラフである。図６、図７、及び図８においては、それぞれ、縦軸がバンドギャップエネルギー、価電子帯ポテンシャルエネルギー、及び伝導帯ポテンシャルエネルギーを表し、横軸がＩｎ組成比を表す。また、図６～図８において、Ａｌ組成比をパラメータとして０から１まで０．１ずつ変化させた場合のグラフが示されている。
　図６に示されるように、Ｉｎ組成比が大きくなるほどバンドギャップエネルギーは小さくなり、Ａｌ組成比が大きくなるほどバンドギャップエネルギーは大きくなる。例えば、Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ａｓのバンドギャップエネルギー約１．０ｅＶと、Ａｌ０．４Ｉｎ０．６Ａｓとのバンドギャップエネルギー約１．２３ｅＶとの差（図６に示されるΔＥｇ）、つまり、エネルギー差ΔＥｃｂ及びΔＥｖｂとの和は、約０．２３ｅＶとなる。このように、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料において、Ｉｎ組成比を増大させた場合であっても、Ａｌ組成比を増大させることによってバンドギャップエネルギーを大きくできる。
　図７及び図８に示されるように、Ｉｎ組成比が大きくなるほど、価電子帯ポテンシャルエネルギーは高くなり、伝導帯ポテンシャルエネルギーは低くなる。一方、Ａｌ組成比が大きくなるほど、価電子帯ポテンシャルエネルギーは低くなり、伝導帯ポテンシャルエネルギーは高くなる。また、Ａｌ組成比及びＩｎ組成比の変化に対して、伝導帯ポテンシャルエネルギーの変化量の方が、価電子帯ポテンシャルエネルギーの変化量より大きい。例えば、Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ａｓの価電子帯ポテンシャルエネルギー約－５．３５ｅＶと、Ａｌ０．４Ｉｎ０．６Ａｓの価電子帯ポテンシャルエネルギー約－５．４１ｅＶとのエネルギー差ΔＥｃｂは、約０．１６ｅＶであるのに対して、エネルギー差ΔＥｖｂは、約０．０６ｅＶである。この場合、エネルギー差ΔＥｃｂは、エネルギー差ΔＥｖｂの２．７倍である。このように、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料において、Ａｌ組成比及びＩｎ組成比を調整することで、価電子帯ポテンシャルエネルギーを伝導帯ポテンシャルエネルギーより大きく変化させることができる。したがって、ｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いて、各組成を調整することで、図４に示されるように、エネルギー差ΔＥｖ及びΔＥｆｖの増大を抑制しつつ、エネルギー差ΔＥｃ及びΔＥｆｃを増大できる。本実施の形態では、ｎ側第一バリア層１４ａのＩｎ組成比は、ｐ側バリア層１４ｆのＩｎ組成比より低く、かつ、ｎ側第一バリア層１４ａのバンドギャップエネルギーは、ｐ側バリア層１４ｆのバンドギャップエネルギーよりも小さい。これにより、エネルギー差ΔＥｖ及びΔＥｆｖの増大を抑制しつつ、エネルギー差ΔＥｃ及びΔＥｆｃを増大できる。したがって、ホールの電気伝導に必要な電圧の増大、つまり、半導体発光素子の動作電圧の増大を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、ｎ側第一バリア層１４ａのＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｎ１及びｘｂｎ１とすると、ｎ側第一バリア層１４ａの組成は、Ａｌｙｂｎ１Ｇａ１－ｘｂｎ１－ｙｂｎ１Ｉｎｘｂｎ１Ａｓで表される。ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｐ１及びｘｂｐ１とすると、ｐ側バリア層１４ｆの組成は、Ａｌｙｂｐ１Ｇａ１－ｘｂｐ１－ｙｂｐ１Ｉｎｘｂｐ１Ａｓで表される。本実施の形態では、これらの組成比に関して、０≦ｙｂｎ１≦１、０≦ｘｂｎ１＜１、０＜ｙｂｐ１＜１、０＜ｘｂｐ１＜１、及び、ｘｂｎ１＜ｘｂｐ１の関係が成り立つ。このような組成を有するｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆを用いることで、ｎ側第一バリア層１４ａのＩｎ組成比をｐ側バリア層１４ｆのＩｎ組成比より小さくし、かつ、ｎ側第一バリア層１４ａのバンドギャップをｐ側バリア層１４ｆのバンドギャップより小さくすることが可能となる。
　また、本実施の形態では、Ａｌ組成比に関して、ｙｂｎ１＜ｙｂｐ１の関係が成り立つ。これにより、ｐ側バリア層１４ｆとｎ側第一バリア層１４ａとの伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃが増大するため、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローをさらに抑制できる。
　また、本実施の形態では、ウェル層１４ｄのＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｘｗ及びｙｗとすると、ウェル層１４ｄの組成は、ＡｌｙｗＧａ１－ｘｗ－ｙｗＩｎｘｗＡｓで表され、０≦ｙｗ＜１、及び、０＜ｘｗ＜１の関係が成り立つ。このように、ウェル層１４ｄの組成がＡｌｙｗＧａ１－ｘｗ－ｙｗＩｎｘｗＡｓである場合、ウェル層１４ｄのＡｌ組成比、Ｇａ組成比及びＩｎ組成比を調整することで、ウェル層１４ｄの歪の大きさ、並びに、ウェル層１４ｄと各バリア層との間の伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギー差を調整できる。したがって、半導体発光素子１の発振波長の調整、及び、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローの制御が可能となる。
　次に、本実施の形態に係るｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比及びＩｎ組成比の関係について図９～図１１を用いてより詳細に説明する。図９、図１０、及び図１１は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ、及びＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２、及び、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２と、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の組成との関係を示すグラフである。図９～図１１の横軸及び縦軸は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料のＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙを示す。図９～図１１には、エネルギー差ΔＥｃ２及びエネルギー差ΔＥｖ２が所定の値となるＩｎ組成比ｘとＡｌ組成比ｙとの関係が、それぞれ、破線及び実線で示されている。例えば、図９には、エネルギー差ΔＥｃ２が－５０ｍｅＶ、－２０ｍｅＶ、０ｍｅＶ、２５ｍｅＶ、５０ｍｅＶ、７５ｍｅＶ、１００ｍｅＶ、１５０ｍｅＶ、及び２００ｍｅＶとなるＩｎ組成比ｘとＡｌ組成比ｙとの関係がそれぞれ破線で示されている。また、図９には、エネルギー差ΔＥｖ２が－４０ｍｅＶ、－２０ｍｅＶ、０ｍｅＶ、３０ｍｅＶ、４０ｍｅＶ、６０ｍｅＶ、８０ｍｅＶ、及び１００ｍｅＶとなるＩｎ組成比ｘとＡｌ組成比ｙとの関係がそれぞれ実線で示されている。
　例えば、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローを抑制するために、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａと、ＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＩｎｘＡｓからなるｐ側バリア層１４ｆとの、伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差を２５ｍｅＶ以上とするには、図９に示されるΔＥｃ２が２５ｍｅＶとなる直線ｙ＝０．４ｘ＋０．２２５上及びその上方の領域にある点に対応するＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙを採用すればよい。つまり、Ｉｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙについて、ｙ≧０．４ｘ＋０．２２５の関係が成り立てばよい。
　また、半導体発光素子１の動作電圧の増大を抑制するために、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａと、ＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＩｎｘＡｓからなるｐ側バリア層１４ｆとの、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差を３０ｍｅＶ以下とするには、図９に示されるΔＥｖ２が３０ｍｅＶとなる直線ｙ＝ｘ＋０．２６５上及びその下方の領域にある点に対応するＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙを採用すればよい。つまり、Ｉｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙについて、ｙ≦ｘ＋０．２６５の関係が成り立てばよい。
　半導体発光素子１の動作電圧の増大をより一層抑制するために、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａと、ＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＩｎｘＡｓからなるｐ側バリア層１４ｆとの、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差を０ｍｅＶ以下とするには、図９に示されるように、Ｉｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙについて、ｙ≦ｘ＋０．２の関係が成り立てばよい。また、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローをより一層抑制するために、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａと、ＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＩｎｘＡｓからなるｐ側バリア層１４ｆとの、伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差を５０ｍｅＶ以上とするには、図９に示されるように、Ｉｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙについて、ｙ≧０．４ｘ＋０．２５５の関係が成り立てばよい。
　したがって、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａを用いる場合、半導体発光素子１の動作電圧の増大を抑制しつつ（ΔＥｖ２≦３０ｍｅＶ）、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローを抑制するためには（ΔＥｃ２≧２５ｍｅＶ）、ＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＩｎｘＡｓからなるｐ側バリア層１４ｆのＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙについて、ｙ≧０．４ｘ＋０．２２５、及び、ｙ≦ｘ＋０．２６５の関係が成り立てばよい。この関係が成り立つＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙの組み合わせは、図９に示されるハッチングされた領域の点に対応する。また、半導体発光素子１の動作電圧の増大をより一層抑制するためには（ΔＥｖ２≦０ｍｅＶ）、さらに、ｙ≦ｘ＋０．２の関係が成り立てばよい。この関係が成り立つＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙの組み合わせは、図９に示されるハッチングされた領域のうち、より密にドットでハッチングされた領域の点に対応する。また、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローをより一層抑制するためには（ΔＥｃ２≧５０ｍｅＶ）、さらに、ｙ≧０．４ｘ＋０．２５５の関係が成り立てばよい。
　Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａを用いる場合も、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａを用いる場合と同様に、図１０に示されるグラフからｐ側バリア層１４ｆの組成を定めることができる。つまり、半導体発光素子１の動作電圧の増大を抑制しつつ（ΔＥｖ２≦３０ｍｅＶ）、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローを抑制するためには（ΔＥｃ２≧２５ｍｅＶ）、図１０に示されるように、ＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＩｎｘＡｓからなるｐ側バリア層１４ｆのＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙについて、ｙ≧０．４ｘ＋０．３２、及び、ｙ≦ｘ＋０．３６の関係が成り立てばよい。この関係が成り立つＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙの組み合わせは、図１０に示されるハッチングされた領域の点に対応する。また、半導体発光素子１の動作電圧の増大をより一層抑制するためには（ΔＥｖ２≦０ｍｅＶ）、ｙ≦ｘ＋０．３の関係が成り立てばよい。この関係が成り立つＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙの組み合わせは、図１０に示されるハッチングされた領域のうち、より密にドットでハッチングされた領域の点に対応する。また、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローをより一層抑制するためには（ΔＥｃ２≧５０ｍｅＶ）、さらに、ｙ≧０．４ｘ＋０．３５５の関係が成り立てばよい。
　Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａを用いる場合も、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓからなるｎ側第一バリア層１４ａを用いる場合と同様に、図１１に示されるグラフからｐ側バリア層１４ｆの組成を定めることができる。つまり、半導体発光素子１の動作電圧の増大を抑制しつつ（ΔＥｖ２≦３０ｍｅＶ）、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローを抑制するためには（ΔＥｃ２≧２５ｍｅＶ）、図１１に示されるように、ＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＩｎｘＡｓからなるｐ側バリア層１４ｆのＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙについて、ｙ≧０．４ｘ＋０．４２、及び、ｙ≦ｘ＋０．４６の関係が成り立てばよい。この関係が成り立つＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙの組み合わせは、図１１に示されるハッチングされた領域の点に対応する。また、半導体発光素子１の動作電圧の増大をより一層抑制するためには（ΔＥｖ２≦０ｍｅＶ）、さらに、ｙ≦ｘ＋０．４の関係が成り立てばよい。この関係が成り立つＩｎ組成比ｘ及びＡｌ組成比ｙの組み合わせは、図１１に示されるハッチングされた領域のうち、より密にドットでハッチングされた領域の点に対応する。また、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローをより一層抑制するためには（ΔＥｃ２≧５０ｍｅＶ）、さらに、ｙ≧０．４ｘ＋０．４５の関係が成り立てばよい。
　図９～図１１に示された関係をまとめると、ｎ側第一バリア層１４ａの組成を、Ａｌｙｂｎ１Ｇａ１－ｘｂｎ１－ｙｂｎ１Ｉｎｘｂｎ１Ａｓで表し、ｐ側バリア層１４ｆの組成を、Ａｌｙｂｐ１Ｇａ１－ｘｂｐ１－ｙｂｐ１Ｉｎｘｂｐ１Ａｓで表すと、
　　　０．２≦ｙｂｎ１≦０．４
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０６９、
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０２９、及び、
　　　ｘｂｐ１≦０．１５
の関係が成り立ってもよい。これにより、半導体発光素子１の動作電圧の増大を抑制しつつ（ΔＥｖ２≦３０ｍｅＶ）、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローを抑制できる（ΔＥｃ２≧２５ｍｅＶ）。また、ｎ側第一バリア層１４ａのＡｌ組成比ｙｂｎ１を０．２以上、０．４以下とすることで、垂直方向の光分布を高精度に制御することができ、光閉じ込め係数の大幅な低下を抑制しつつ、導波路の低損失化が可能となる。
　また、さらに、
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０４９
の関係が成り立ってもよい。これにより、半導体発光素子１の動作電圧の増大をさらに抑制できる（ΔＥｖ２≦２０ｍｅＶ）。
　また、さらに、
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋ｙｂｎ１
の関係が成り立ってもよい。これにより、半導体発光素子１の動作電圧の増大をより一層抑制できる（ΔＥｖ２≦０ｍｅＶ）。
　また、さらに、
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０６１
の関係が成り立ってもよい。これにより、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローをより一層抑制できる（ΔＥｃ２≧５０ｍｅＶ）。
　［１－２－２．クラッド層の作用及び効果］
　次に、本実施の形態に係るｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１７の作用及び効果について説明する。
　本実施の形態に係るｎ型クラッド層１２のバンドギャップエネルギーは、ｐ型クラッド層１７のバンドギャップエネルギーよりも小さい。これにより、ｎ型クラッド層１２の屈折率がｐ型クラッド層１７の屈折率より高くなる。このため、基板１０の主面に垂直な方向における光分布がｎ型クラッド層１２側に偏る。ここで、ｎ型半導体層では、ｎ型不純物のドーピング濃度を１×１０１６ｃｍ－３以上、１×１０１８ｃｍ－３以下の範囲とすることで抵抗値を抑制できる。一方、ｐ型半導体層では、ｐ型不純物のドーピング濃度を１×１０１８ｃｍ－３以上としないと抵抗値を抑制できない。したがって、光が半導体発光素子１の導波路から受けるフリーキャリア損失は、ｎ型半導体層よりドーピング濃度が高いｐ型半導体層において大きくなる。このため、本実施の形態に係る半導体発光素子１のように光分布をｎ型クラッド層１２側に偏らせることで、導波路損失を低減できる。
　光分布がｎ型クラッド層１２側に偏ることで、発光層であるウェル層１４ｄへの垂直方向（基板の主面に垂直な方向）における光閉じ込め係数が低下する。このため、半導体発光素子１においてレーザ発振する場合、ウェル層１４ｄでの動作キャリアが増大し、ホールより有効質量が小さい電子が、ウェル層１４ｄからｐ側バリア層１４ｆへオーバーフローし易くなる。しかしながら、本実施の形態に係る半導体発光素子１では、ｐ側バリア層１４ｆとｎ側第一バリア層１４ａとの伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃが大きいため、電子のオーバーフローを抑制できる。したがって、動作電圧の増大を抑制しつつ、従来の半導体発光素子より温度特性を向上でき、かつ、スロープ効率が高い低動作電流の半導体発光素子を実現できる。
　また、ｎ型クラッド層１２のＡｌ組成比をｙｎ１とすると、ｎ型クラッド層１２の組成は、Ａｌｙｎ１Ｇａ１－ｙｎ１Ａｓで表され、ｐ型クラッド層１７のＡｌ組成比をｙｐ１とすると、ｐ型クラッド層１７の組成は、Ａｌｙｐ１Ｇａ１－ｙｐ１Ａｓで表され、０＜ｙｎ１＜ｙｐ１＜１の関係が成り立つ。
　このように、ｎ型クラッド層１２のＡｌ組成比ｙｎ１がｐ型クラッド層１７のＡｌ組成比ｙｐ１よりも小さいため、ｎ型クラッド層１２の屈折率がｐ型クラッド層１７の屈折率よりも大きくなる。これに伴い、垂直方向における光分布がｎ型クラッド層１２側に偏る。上述のとおり、光が半導体発光素子１の導波路から受けるフリーキャリア損失は、ｎ型半導体層よりドーピング濃度が高いｐ型半導体層において大きくなるため、垂直方向の光分布をｎ型半導体層寄りとすることで導波路損失の低減を実現することができる。
　光分布がｎ型クラッド層１２側に偏ることで、発光層であるウェル層１４ｄへの垂直方向における光閉じ込め係数が低下するため、上述のとおり、電子がウェル層１４ｄからｐ側バリア層１４ｆへオーバーフローし易くなる。しかしながら、本実施の形態に係る半導体発光素子１では、ｐ側バリア層１４ｆとｎ側第一バリア層１４ａとの伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃが大きいため、電子のオーバーフローを抑制できる。したがって、動作電圧の増大を抑制しつつ、従来の半導体発光素子より温度特性を向上でき、かつ、スロープ効率が高い低動作電流の半導体発光素子１を実現できる。
　［１－２－３．電流－電圧特性］
　次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１の電流－電圧特性について、比較例と比較しながら図１２～図１５を用いて説明する。図１２、図１３、及び図１４は、それぞれ、比較例１、比較例２、及び本実施の形態に係る各半導体発光素子の電流－電圧特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２～図１４の各グラフにおいて、横軸及び縦軸は、それぞれ半導体発光素子に印加される電圧及び電流を示す。図１５は、比較例１、比較例２、及び本実施の形態に係る各半導体発光素子の４元バリア層のＡｌ組成比と、動作電圧との関係を示すグラフである。図１５のグラフの横軸は４元バリア層のＡｌ組成比を示し、縦軸は、動作電圧を示す。なお、図１５に示される動作電圧は、動作電流（つまり、半導体発光素子に印加される電流）が８Ａの場合の動作電圧を示す。
　比較例１の半導体発光素子は、ｎ側第一バリア層及びｐ側バリア層が同一の４元バリア層、つまり、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料で形成されるバリア層である点において、本実施の形態に係る半導体発光素子１と異なる。４元バリア層の組成として、Ａｌ０．４Ｇａ０．５Ｉｎ０．１Ａｓ、Ａｌ０．４５Ｇａ０．４５Ｉｎ０．１Ａｓ、Ａｌ０．５Ｇａ０．４Ｉｎ０．１Ａｓ、及びＡｌ０．５５Ｇａ０．３５Ｉｎ０．１Ａｓを用いた。また、図１２には、組成がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓである３元バリア層を用いた場合のシミュレーション結果も併せて示されている。また、ウェル層の組成は、Ａｌ０．０４Ｇａ０．７７Ｉｎ０．１９Ａｓである。
　比較例２の半導体発光素子は、ｎ側第一バリア層だけが比較例１と同様の４元バリア層であり、ｐ側バリア層が３元バリア層である点において、本実施の形態に係る半導体発光素子１と異なる。ｐ側バリア層の組成は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓである。また、図１３には、ｎ側第一バリア層として、組成がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓである３元バリア層を用いた場合のシミュレーション結果も併せて示されている。また、ウェル層の組成は、比較例１と同様にＡｌ０．０４Ｇａ０．７７Ｉｎ０．１９Ａｓである。
　本実施の形態に係る半導体発光素子１においては、ｐ側バリア層１４ｆだけが、比較例１と同様の４元バリア層であり、ｎ側第一バリア層１４ａは、組成がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓである３元バリア層である。また、図１４には、ｐ側バリア層１４ｆとして、組成がＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓである３元バリア層を用いた場合のシミュレーション結果も併せて示されている。また、ウェル層１４ｄの組成は、比較例１及び比較例２と同様にＡｌ０．０４Ｇａ０．７７Ｉｎ０．１９Ａｓである。
　図１２～図１５に示されるように、本実施の形態に係る半導体発光素子１においては、比較例１及び比較例２の半導体発光素子と比較して、動作電圧を低減できる。特に、４元バリア層におけるＡｌ組成比が大きくなるほど、動作電圧の低減効果が顕著となる。本実施の形態に係る半導体発光素子１では、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比が変動しても動作電圧の増大を抑制できるため、ｐ側バリア層１４ｆの組成制御の自由度を拡大できる。これにより、半導体発光素子１の製造における歩留まりを改善できる。
　また、本実施の形態に係る半導体発光素子１では、ｐ側バリア層１４ｆだけを４元バリア層としているため、ｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆの両方を４元バリア層とする場合より、各バリア層の組成バラツキに起因する動作電圧の増大を抑制できる。
　［１－２－４．偏光比増大効果］
　次に、本実施の形態に係る偏光比（ＴＭモード光の強度に対するＴＥモード光の強度の比）増大効果について説明する。
　半導体発光素子において、ライトホールと電子とが再結合する際にＴＭモード光が発生することで偏光比が減少する。また、従来の半導体発光素子の高出力動作時には、活性層温度及び動作キャリア密度が上昇するため、ライトホール数が増大し、ＴＭモード光成分が増大するため、偏光比が低下する。
　また、半導体発光素子の共振器長が長くなると、半導体発光素子が実装されるサブマウントなどとの接触面積が大きくなる。このため、半導体発光素子の反り、実装用の半田の凹凸などに起因する歪の活性層への影響が大きくなる。これに伴い、活性層のエネルギーバンド構造が変化し、ライトホール数が増大し得る。
　そこで、本実施の形態では、ウェル層１４ｄの圧縮歪を増大することで、ライトホールの基底準位とヘビーホールの基底準位とのエネルギー差を増大する。これにより、ライトホールに存在するホール数を低減し、ライトホールと電子との再結合確率を低減する。以下、本実施の形態に係るウェル層１４ｄのヘビーホール準位及びライトホール準位と、ウェル層１４ｄの組成との関係について図１６～図１８を用いて説明する。
　図１６～図１８は、本実施の形態に係るウェル層１４ｄのＡｌ組成比と、ヘビーホール（ＨＨ）準位及びライトホール（ＬＨ）準位との関係の計算結果を示すグラフである。なお、各図のグラフの下方には、計算において用いたＡｌ組成比及びＩｎ組成比の組み合わせと、各組合せに対応する格子不整とを示す表が添えられている。図１６～図１８には、それぞれ異なるｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆを用いる場合の関係が示されている。図１６には、ｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆとして、それぞれ、Ａｌ０．２４Ｇａ０．７６Ａｓ及びＡｌ０．３５Ｇａ０．５５Ｉｎ０．１Ａｓを用いる場合の関係が示されている。図１７には、ｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆとして、それぞれ、Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ及びＡｌ０．３７Ｇａ０．５３Ｉｎ０．１Ａｓを用いる場合の関係が示されている。図１８には、ｎ側第一バリア層１４ａ及びｐ側バリア層１４ｆとして、それぞれ、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ及びＡｌ０．４Ｇａ０．５Ｉｎ０．１Ａｓを用いる場合の関係が示されている。また、ウェル層１４ｄとしては、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料膜が用いられている。
　本実施の形態では、半導体発光素子１の基板１０はＧａＡｓ基板であるため、各バリア層及びウェル層１４ｄとしてＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を用いる場合に、ウェル層１４ｄに圧縮歪を生じさせることが可能となる。ウェル層１４ｄが圧縮歪を有する場合、ウェル層１４ｄの組成を調整することでウェル層１４ｄの価電子帯に形成されるライトホール数を低減できる。したがって、ライトホールと電子との再結合確率を低減できるため、半導体発光素子からの出力光の偏光比を増大できる。
　図１６～図１８の各表に示されるように、ウェル層１４ｄのＡｌ組成比を増大することで、ウェル層１４ｄの格子不整を高めること、つまり、ウェル層１４ｄの圧縮歪を増大することができる。これにより、図１６～図１８の各グラフに示されるように、ヘビーホールの基底準位（ＨＨ１）と、ライトホールの基底準位（ＬＨ１）とのエネルギー差を増大することができる。例えば、ウェル層１４ｄの組成を上述したように、ＡｌｙｗＧａ１－ｘｗ－ｙｗＩｎｘｗＡｓと表すと、０＜ｙｗ＜１、及び、０＜ｘｗ＜１の関係が成り立ってもよい。このように、ウェル層１４ｄがＡｌを含むことで、ウェル層１４ｄが圧縮歪を有する場合、ウェル層の価電子帯に形成されるライトホール数を低減できる。したがって、ウェル層の価電子帯に形成されるライトホール数を低減することで、ライトホールと電子との再結合確率を低減できるため、半導体発光素子からの出力光の偏光比（ＴＭモード光の強度に対するＴＥモード光の強度の比）を増大できる。
　図１６～図１８に示される例において、ウェル層１４ｄのＡｌ組成比を、ライトホールの基底準位（ＬＨ１）以外の高次のライトホール準位（図１７及び図１８に示されるＬＨ２など）が現れないようなＡｌ組成比に設定してもよい。例えば、図１６に示される例では、Ａｌ組成比は、０以上であればよく、図１７に示される例では、Ａｌ組成比は、０．００５程度以上であればよく、図１８に示される例では、Ａｌ組成比は、０．０３程度以上であればよい。図１６～図１８に示されるように、ライトホールに関し基底準位（ＬＨ１）以外の高次のライトホール準位が形成されないＡｌ組成比の領域を組成比設定領域としている。
　以上のようにウェル層１４ｄの組成を定めることで、半導体発光素子１の偏光比を増大できる。
　［１－３．変形例１］
　次に、本実施の形態の変形例１に係る半導体発光素子について図１９～図２１を用いて説明する。図１９は、本変形例に係る半導体発光素子１ａのエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。図２０は、本変形例に係るｐ側バリア層１４ｆとｐ側ガイド層１４ｇとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーのそれぞれのエネルギー差ΔＥｃ２及びΔＥｖ２を示す模式図である。図２１は、本変形例に係るｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比とエネルギー差ΔＥｃ２及びΔＥｖ２との関係を示すグラフである。
　図１９に示されるように、本変形例に係る半導体発光素子１ａは、ｐ側バリア層１４ｆとｐ型クラッド層１７との間に配置され、ｐ型クラッド層１７よりも屈折率が大きいｐ側ガイド層１４ｇをさらに備える。本変形例では、ｐ側ガイド層１４ｇは、膜厚３０ｎｍのＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ膜である。半導体発光素子１ａがこのようなｐ側ガイド層１４ｇを備えることで、垂直方向における光分布を高精度に制御することができ、光分布がｎ型半導体層側（つまり、ｎ型クラッド層１２側）に偏り過ぎることを抑制できる。したがって、ウェル層１４ｄへの垂直方向における光閉じ込め係数が小さくなること、及び、ウェル層１４ｄ内の動作キャリア密度が増大することを抑制できる。つまり、半導体発光素子１ａの温度特性が劣化することを抑制できる。さらに、ｐ側ガイド層１４ｇをアンドープとすれば、不純物ドーピングによるフリーキャリア損失の増大を抑制できるため、導波路の低損失化が可能となる。この結果、温度特性に優れた、スロープ効率の高い半導体レーザ素子を実現できる。
　また、図２０に示されるように、ｐ側バリア層１４ｆとｐ側ガイド層１４ｇとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーのそれぞれのエネルギー差をΔＥｃ２及びΔＥｖ２と表すと、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比と、エネルギー差ΔＥｃ２及びΔＥｖ２との関係は図２１に示されるグラフのようになる。ここで、ｐ側ガイド層１４ｇの組成は、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓであり、ｐ側バリア層１４ｆのＩｎ組成比は０．１で固定している。
　ｐ側ガイド層１４ｇの屈折率を十分大きくしつつウェル層１４ｄからｐ側ガイド層１４ｇへ漏れる電子の発生を抑制するために、伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２は、４０ｍｅＶ以上であってもよい。この場合、図２１に示されるように、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比は、０．３８程度以上であればよい。また、ホールのウェル層１４ｄへの供給に要するエネルギーを抑制することで半導体発光素子１ａの動作電圧の上昇を抑制するために、エネルギー差ΔＥｖ２は、３０ｍｅＶ以下であってもよい。この場合、図２１に示されるように、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比は、０．４８程度以下であればよい。
　また、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比及びＩｎ組成比の関係と同様に、図９～図１１を用いて、ｐ側ガイド層１４ｇのＡｌ組成比と、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比及びＩｎ組成比との関係を定めることもできる。ｐ側ガイド層１４ｇのＡｌ組成比をｙｇｐ１とすると、ｐ側ガイド層１４ｇの組成は、Ａｌｙｇｐ１Ｇａ１－ｙｇｐ１Ａｓで表され、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｐ１及びｘｂｐ１とすると、
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｇｐ１＋０．０６９、
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｇｐ１＋０．０２９、及び、
　　　０．２≦ｙｇｐ１≦０．４
の関係が成り立ってもよい。
　このような組成を有するｐ側ガイド層１４ｇは、ＧａＡｓ基板からなる基板１０にほぼ格子整合する。これにより、圧縮性の格子不整を有するｐ側バリア層１４ｆの膜厚を臨界膜厚以下とすることができる。したがって、ｐ側バリア層１４ｆの結晶性低下を抑制できる。
　さらに、ウェル層１４ｄがＡｌを含む４元半導体材料膜である場合、活性層１４の圧縮歪が増大する。このため、ＧａＡｓ基板とほぼ格子整合するｐ側ガイド層１４ｇがｐ側バリア層１４ｆの上方に配置されることで活性層１４近傍の圧縮歪の蓄積を抑制できる。また、この場合、ヘビーホールとライトホールとの基底準位間ポテンシャルエネルギーが増大するため、ライトホールと電子との再結合確率を低減できる。したがって、ライトホールと電子との再結合に起因するＴＭ偏光成分を低減できるため、偏光比が向上する。
　また、上記関係が成り立つことにより、ｐ側バリア層１４ｆとｐ側ガイド層１４ｇとの間の価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２を３０ｍｅＶ以下に抑制しつつ、伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２を２５ｍｅＶ以上に増大することができるため、動作電圧の増大を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、ｐ側ガイド層１４ｇのＡｌ組成比ｙｇｐ１を０．２以上、０．４以下とすることで、垂直方向における光分布をさらに高精度に制御することができ、光閉じ込め係数の大幅な低下を抑制しつつ、導波路の低損失化が可能となる。
　［１－４．変形例２］
　次に、本実施の形態の変形例２に係る半導体発光素子について図２２を用いて説明する。図２２は、本変形例に係る半導体発光素子１ｂのエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。
　図２２に示されるように、本変形例に係る半導体発光素子１ｂは、変形例１に係る半導体発光素子１ａの構成要素に加えて、ｐ側中間層１４ｅをさらに備える。ｐ側中間層１４ｅは、ウェル層１４ｄと、ｐ側バリア層１４ｆとの間に配置される半導体層である。本変形例では、ｐ側中間層１４ｅは、膜厚３ｎｍのＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ膜である。ｐ側中間層１４ｅは、ウェル層１４ｄに供給された電子がｐ側バリア層１４ｆ側に染み出す程度に薄い層である。
　ｐ側中間層１４ｅのＡｌ組成比をｙｋｐ１とすると、ｐ側中間層１４ｅの組成は、Ａｌｙｋｐ１Ｇａ１－ｙｋｐ１Ａｓで表され、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｐ１及びｘｂｐ１とすると
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｋｐ１＋０．０６９、
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｋｐ１＋０．０２９、及び、
　　　０．２≦ｙｋｐ１≦０．４
の関係が成り立ってもよい。
　図９～図１１を参照すると、ｐ側バリア層１４ｆのＡｌ組成比ｙｂｐ１について、上記関係が成り立つ場合には、ｐ側バリア層１４ｆとｐ側中間層１４ｅとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２が２５ｍｅＶ以上となり、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２が３０ｍｅＶ以下となる。これにより、ホールのウェル層１４ｄへの注入を妨げることを抑制することができるため、動作電圧の増大を抑制できる。また、ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローを抑制できる。
　また、ｐ側中間層１４ｅのＡｌ組成比を０．２以上、０．４以下とすることで、垂直方向における光分布をさらに高精度に制御することができ、光閉じ込め係数を増大させつつ、導波路の低損失化が可能となる。
　また、ウェル層１４ｄとｐ側バリア層１４ｆとの間にＧａＡｓ基板にほぼ格子整合するＡｌＧａＡｓ層からなるｐ側中間層１４ｅを配置することで、活性層１４近傍の圧縮歪の形成領域を分散させることができるため、圧縮歪の集中による結晶性の低下を抑制できる。
　さらに、ウェル層１４ｄとｐ側中間層１４ｅとの間の価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差を低減できるため、高次準位のライトホールの形成を抑制できる。したがって、偏光比の低下を抑制できる。
　［１－５．変形例３］
　次に、本実施の形態の変形例３に係る半導体発光素子について図２３を用いて説明する。図２３は、本変形例に係る半導体発光素子１ｃのエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。
　図２３に示されるように、本変形例に係る半導体発光素子１ｃは、変形例１に係る半導体発光素子１ａの構成要素に加えて、ｎ側第二バリア層１４ｂをさらに備える。ｎ側第二バリア層１４ｂは、ｎ側第一バリア層１４ａと、ウェル層１４ｄとの間に配置される半導体層である。本変形例では、ｎ側第二バリア層１４ｂは、膜厚７ｎｍのＡｌ０．３１Ｇａ０．６６Ｉｎ０．０３Ａｓ膜である。
　ｎ側第二バリア層１４ｂのＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｎ２及びｘｂｎ２とすると、ｎ側第二バリア層１４ｂの組成は、Ａｌｙｂｎ２Ｇａ１－ｘｂｎ２－ｙｂｎ２Ｉｎｘｂｎ２Ａｓで表され、
　　　ｙｂｎ２≧ｘｂｎ２＋ｙｂｎ１、
　　　ｙｂｎ２≦０．４ｘｂｎ２＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０６１、
　　　ｘｂｎ２≦０．１５、及び、
　　　０．２≦ｙｂｎ１≦０．３５
の関係が成り立ってもよい。
　ｎ側第二バリア層１４ｂのＡｌ組成比ｙｂｎ２について、上記関係が成り立つ場合には、ｎ側第一バリア層１４ａとｎ側第二バリア層１４ｂとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２が５０ｍｅＶ以下となり、価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２が３０ｍｅＶ以上となる。これにより、電子のウェル層１４ｄへの注入を妨げることを抑制することができるため、動作電圧の増大を抑制できる。また、ウェル層１４ｄからのホールのオーバーフローを抑制できる。
　また、ｎ側第一バリア層１４ａのＡｌ組成比を０．２以上、０．３５以下と低くすることで、ｎ側第一バリア層１４ａの屈折率を高くすることができるため、垂直方向における光分布をｎ型半導体層側に寄せ易くなる。したがって、導波路の低損失化が容易となる。
　［１－６．変形例４］
　次に、本実施の形態の変形例４に係る半導体発光素子について図２４を用いて説明する。図２４は、本変形例に係る半導体発光素子１ｄのエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。
　図２４に示されるように、本変形例に係る半導体発光素子１ｄは、変形例３に係る半導体発光素子１ｃの構成要素に加えて、ｐ側中間層１４ｅと、ｎ側第三バリア層１４ｃとをさらに備える。ｎ側第三バリア層１４ｃは、ウェル層１４ｄとｎ側第二バリア層１４ｂとの間に配置される半導体層である。本変形例では、ｎ側第三バリア層１４ｃは、膜厚３ｎｍのＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ膜である。ｎ側第三バリア層１４ｃは、ウェル層１４ｄに供給された電子がｎ側第二バリア層１４ｂ側に染み出す程度に薄い層である。
　ｎ側第三バリア層１４ｃのＡｌ組成比をｙｂｎ３とすると、ｎ側第三バリア層１４ｃの組成は、Ａｌｙｂｎ３Ｇａ１－ｙｂｎ３Ａｓで表される。ここで、ｎ側第二バリア層１４ｂのＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｎ２及びｘｂｎ２とすると、
　　　ｙｂｎ２≧ｘｂｎ２＋ｙｂｎ３、
　　　ｙｂｎ２≦０．４ｘｂｎ２＋０．９７５ｙｂｎ３＋０．０６１、及び、
　　　０．２≦ｙｂｎ３≦０．３５
の関係が成り立ってもよい。
　ｎ側第二バリア層１４ｂのＡｌ組成比ｙｂｎ２について、上記関係が成り立つ場合には、ｎ側第二バリア層１４ｂとｎ側第三バリア層１４ｃとの間の伝導帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｃ２が５０ｍｅＶ以下となる。また、ｎ側第三バリア層１４ｃのＡｌ組成比を０．３５以下とすることで、ｎ側第三バリア層１４ｃにおけるバンドギャップエネルギーを低減できる。したがって、電子のウェル層１４ｄへの注入を妨げることを抑制することができるため、動作電圧の増大を抑制できる。
　また、ｎ側第二バリア層１４ｂのＡｌ組成比ｙｂｎ２について、上記関係が成り立つ場合には、ｎ側第二バリア層１４ｂとｎ側第三バリア層１４ｃとの間の価電子帯ポテンシャルエネルギーのエネルギー差ΔＥｖ２が０ｍｅＶ以上となる。したがって、ウェル層１４ｄからのホールのオーバーフローを抑制できる。
　また、ｎ側第三バリア層１４ｃのＡｌ組成比を０．２以上、０．３５以下と低くすることで、ｎ側第三バリア層１４ｃの屈折率を高くすることができるため、垂直方向における光分布をｎ型半導体層側に寄せ易くなる。したがって、導波路の低損失化が容易となる。
　［１－７．変形例５］
　次に、本実施の形態の変形例５に係る半導体発光素子について図２５を用いて説明する。図２５は、本変形例に係る半導体発光素子１ｅのエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。
　図２５に示されるように、本変形例に係る半導体発光素子１ｅは、多重量子井戸構造を有する。半導体発光素子１ｅの活性層は、ｎ側第一バリア層１４ａと、第一中間バリア層１４ｈと、ｐ側バリア層１４ｆと、二層のウェル層１４ｄとを有する。
　第一中間バリア層１４ｈは、ｎ側第一バリア層１４ａと、ｐ側バリア層１４ｆとの間に配置されるバリア層である。本変形例では、第一中間バリア層１４ｈは、膜厚５ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ膜である。
　二層のウェル層１４ｄのうち一方は、ｎ側第一バリア層１４ａと、第一中間バリア層１４ｈとの間に配置される第一ウェル層の一例である。二層のウェル層１４ｄのうち他方は、第一中間バリア層１４ｈと、ｐ側バリア層１４ｆとの間に配置される第二ウェル層の一例である。本変形例では、二つのウェル層１４ｄの各々は、膜厚６ｎｍのＡｌ０．０８Ｇａ０．６７Ｉｎ０．２５Ａｓ膜である。
　本変形例のような多重量子井戸構造を有する半導体発光素子１ｅにおいても、動作電圧の増大を抑制しつつ、ｐ側バリア層１４ｆにおいて、電子のオーバーフローを抑制できる。
　なお、本変形例に係る半導体発光素子１ｅにおいては、二層のウェル層１４ｄを備えるが、ウェル層１４ｄの層数は、二層に限定されない。ウェル層１４ｄの層数は、三以上であってもよい。半導体発光素子１ｅがＮ層（Ｎは２以上の整数）のウェル層１４ｄを備える場合、半導体発光素子１ｅは、第一中間バリア層から、第（Ｎ－１）中間バリア層までの（Ｎ－１）層の中間バリア層を備える。ここで、第ｋ中間バリア層（ｋ＝１、２、３、・・・、Ｎ－１）のＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｋ及びｘｂｋ（ｋ＝１、２、３、・・・、Ｎ－１）とすると、第ｋ中間バリア層の組成は、ＡｌｙｂｋＧａ１－ｘｂｋ－ｙｂｋＩｎｘｂｋＡｓと表される。ここで、
　　　ｙｂｎ１≦ｙｂｋ≦ｙｂｐ１、及び
　　　ｘｂｎ１≦ｘｂｋ≦ｘｂｐ１
の関係が成り立ち、かつ、第ｋ中間バリア層のバンドギャップエネルギーは、ｎ側第一バリア層１４ａのバンドギャップエネルギー以上、ｐ側バリア層１４ｆのバンドギャップエネルギー以下である。
　これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子１と同様の効果が得られる。また、多重量子井戸構造を採用することで、各ウェル層におけるレーザ発振状態での動作キャリア密度を低減できるため、電子のオーバーフローをさらに抑制できる。したがって、半導体発光素子１ｅの温度特性がさらに向上する。
　［１－８．変形例６］
　次に、本実施の形態の変形例６に係る半導体発光素子について図２６を用いて説明する。図２６は、本変形例に係る半導体発光素子１ｆのエネルギーバンド構造の概要を示す模式図である。
　図２６に示されるように、本変形例に係る半導体発光素子１ｆは、多重量子井戸構造を有する。半導体発光素子１ｆの活性層は、ｎ側第一バリア層１４ａと、第一中間バリア層１４ｈａと、ｐ側バリア層１４ｆと、二層のウェル層１４ｄとを有する。
　本変形例に係る第一中間バリア層１４ｈａは、変形例５に係る第一中間バリア層１４ｈと同様に、ｎ側第一バリア層１４ａと、ｐ側バリア層１４ｆとの間に配置されるバリア層である。本変形例では、第一中間バリア層１４ｈａは、第一中間ｎ側バリア層１４ｉと、第一中間ｐ側バリア層１４ｊとを有する。
　第一中間ｎ側バリア層１４ｉは、第一中間バリア層１４ｈａのうち、ｎ側第一バリア層１４ａ側に配置される層である。本変形例では、第一中間ｎ側バリア層１４ｉは、膜厚３ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ膜である。
　第一中間ｐ側バリア層１４ｊは、第一中間バリア層１４ｈａのうち、ｐ側バリア層１４ｆ側に配置される層である。本変形例では、第一中間ｐ側バリア層１４ｊは、膜厚３ｎｍのＡｌ０．４５Ｇａ０．４５Ｉｎ０．１Ａｓ膜である。
　二層のウェル層１４ｄのうち一方は、ｎ側第一バリア層１４ａと、第一中間バリア層１４ｈａとの間に配置される第一ウェル層の一例である。二層のウェル層１４ｄのうち他方は、第一中間バリア層１４ｈａと、ｐ側バリア層１４ｆとの間に配置される第二ウェル層の一例である。本変形例では、二つのウェル層１４ｄの各々は、膜厚６ｎｍのＡｌ０．０８Ｇａ０．６７Ｉｎ０．２５Ａｓ膜である。
　本変形例のような多重量子井戸構造を有する半導体発光素子１ｆにおいても、動作電圧の増大を抑制しつつ、ｐ側バリア層１４ｆにおいて、電子のオーバーフローを抑制できる。
　なお、本変形例に係る半導体発光素子１ｆにおいては、二層のウェル層１４ｄを備えるが、ウェル層１４ｄの層数は、二層に限定されない。ウェル層１４ｄの層数は、三以上であってもよい。半導体発光素子１ｆがＮ層（Ｎは２以上の整数）のウェル層１４ｄを備える場合、半導体発光素子１ｆは、第一中間バリア層から、第（Ｎ－１）中間バリア層までの（Ｎ－１）層の中間バリア層を備える。また、第ｋ中間バリア層（ｋ＝１、２、３、・・・、Ｎ－１）は、第ｋ中間ｎ側バリア層と、第ｋ中間ｐ側バリア層とを有する。第ｋ中間バリア層（ｋ＝１、２、３、・・・、Ｎ－１）が有する第ｋ中間ｎ側バリア層のＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｃｋ及びｘｂｃｋ（ｋ＝１、２、３、・・・、Ｎ－１）とし、第ｋ中間ｐ側バリア層のＡｌ組成比及びＩｎ組成比をそれぞれｙｂｋ及びｘｂｋ（ｋ＝１、２、３、・・・、Ｎ－１）とすると、第ｋ中間ｎ側バリア層及び第ｋ中間ｐ側バリア層の組成は、それぞれ、ＡｌｙｂｃｋＧａ１－ｘｂｃｋ－ｙｂｃｋＩｎｘｂｃｋＡｓ、及び、ＡｌｙｂｋＧａ１－ｘｂｋ－ｙｂｋＩｎｘｂｋＡｓと表される。ここで、
　　　ｙｂｎ１≦ｙｂｋ≦ｙｂｐ１、
　　　ｘｂｎ１≦ｘｂｋ≦ｘｂｐ１、及び
　　　ｙｂｎ１≦ｙｂｃｋ≦ｙｂｐ１
の関係が成り立ち、かつ、第ｋ中間ｎ側バリア層のバンドギャップエネルギーは、第ｋ中間ｐ側バリア層のバンドギャップエネルギー以下であり、第ｋ中間ｐ側バリア層のバンドギャップエネルギーは、ｐ側バリア層１４ｆのバンドギャップエネルギー以下である。
　これにより、変形例５に係る半導体発光素子１ｅと同様の効果が得られる。
　また、
　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｃｋ＋０．０６９
　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｃｋ＋０．０２９
　　　０．２≦ｙｂｃｋ≦０．４
の関係が成り立ってもよい。
　これにより、第ｋ中間バリア層では第ｋ中間ｎ側バリア層と第ｋ中間ｐ側バリア層との間の価電子帯ポテンシャルエネルギー差の増大を抑制しつつ、第ｋ中間ｎ側バリア層より第ｋ中間ｐ側バリア層の方が伝導帯ポテンシャルエネルギーが大きくなるようにできる。したがって、隣り合う二つのウェル層１４ｄ間の正孔の電気伝導性を損なうことなく、各ウェル層１４ｄからの電子のオーバーフローを抑制できる。
　このため、ｙｂｎ１、ｘｂｎ１、ｙｂｐ１、ｘｂｐ１、ｙｂｋ、及びｙｂｃｋが上記範囲内であれば、変形例５に係る半導体発光素子１ｅと同様の効果を得つつ、本変形例に係る多重量子井戸構造を採用することで、ウェル層１４ｄにおけるレーザ発振状態での動作キャリア密度を低減することができるのみならず、電子のオーバーフローの抑制、及び、温度特性の向上を実現できる。
　［１－９．変形例７］
　次に、本実施の形態の変形例７に係る半導体発光素子について図２７を用いて説明する。図２７は、本変形例に係る半導体発光素子１ｇの光出射端面部４０の構成を示す断面図である。図２７には、本変形例に係る半導体発光素子１ｇのレーザ光の共振方向に平行で、かつ、基板１０の主面に垂直な断面の一部が示されている。
　本変形例に係る半導体発光素子１ｇは、光出射端面部４０において、いわゆる端面窓構造を有する点において、実施の形態１に係る半導体発光素子１と相違し、その他の点において一致する。なお、図２７には、ｎ側電極３１及びｐ側電極３２は省略されている。なお、光出射端面部４０とは、半導体発光素子１ｇの光出射端面１Ｆを含む領域である。なお、半導体発光素子１ｇは、光出射端面部４０だけでなく、リア側端面部（つまり、光出射端面１Ｆの反対側の端面を含む領域）にも端面窓構造を有してもよい。リア側端面部が占める領域は、特に限定されないが、例えば、少なくとも、リア側端面からの共振方向における長さが共振器長の１％の領域を含む。
　具体的には、本変形例に係る半導体発光素子１ｇの活性層１４の光出射端面部４０には、空孔又は不純物が拡散されている。以下、本変形例に係る端面窓構造について詳細に説明する。
　ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、及びＩｎＡｓの中でＩｎＡｓは最も格子定数が大きく、バンドギャップエネルギーが最も小さい。本変形例に係る半導体発光素子１ｇのように、ウェル層１４ｄ及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合、ウェル層にＩｎＧａＡｓからなる半導体材料を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合と比較して、ＡｌＧａＩｎＡｓからなるウェル層のＩｎの含有率が高まるため、ウェル層の圧縮歪が大きくなる。
　以上より、ウェル層１４ｄ及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を用いた構造において、半導体発光素子の光出射端面部４０に空孔又は不純物を拡散した場合、ウェル層１４ｄの歪エネルギーを小さくするため、ウェル層１４ｄのＩｎ原子が積層方向に対してＩＩＩ族の格子位置に存在するＡｌ原子及びＧａ原子と交換し易くなる。したがって、ウェル層１４ｄのバンドギャップエネルギーが大きくなり易くなる。
　この結果、光密度が大きい光出射端面部４０におけるウェル層のバンドギャップエネルギーが大きくなり、いわゆる窓構造を形成できる。つまり、活性層１４の中で端面窓構造が形成されていない部分のバンドギャップエネルギーより、活性層１４の中で端面窓構造が形成されている部分のバンドギャップエネルギーの方が大きくなる。これにより、光出射端面部４０のバンドギャップエネルギーが発熱により小さくなっても、光出射端面部４０のウェル層１４ｄの光吸収が小さい状態を維持することができる。したがって、光出射端面部４０が光を吸収することに起因するＣＯＤの発生を抑制することができる。
　窓構造の共振方向への長さをＬｗとすると、Ｌｗが長い方が、共振器端面と窓構造でない領域（利得領域）との間隔が長くなる。利得領域は、活性層１４で発光が生じる領域である。利得領域への電流注入により活性層１４で発光再結合と非発光再結合とが生じる。
　活性層１４の温度は、半導体発光素子１ｇに含まれる直列抵抗成分でのジュール発熱によって上昇するだけでなく、非発光再結合に伴う発熱によっても上昇する。共振器端面は、共振器作製時にへき開により形成するため、結晶欠陥準位が生じやすい。半導体発光素子１ｇが発熱すると、共振器端面のバンドギャップエネルギーはさらに小さくなるため、共振器端面における結晶欠陥準位での光吸収がさらに大きくなり、ＣＯＤが生じやすくなる。
　Ｌｗを長くすれば、利得領域と共振器端面との距離が離れて利得領域の発熱が共振器端面に及ぼす影響が小さくなり、ＣＯＤの発生抑制には有利である。しかしながら、Ｌｗが長くなりすぎると、利得領域長が短くなるため、利得領域への電流集中が大きくなる。これに伴い、活性層１４からの電子のオーバーフローが増大するため、温度特性が低下する。
　これに対し、前述のようにウェル層１４ｄ及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を用いると、ウェル層１４ｄのＩｎ原子が積層方向に対してＩＩＩ族の格子位置に存在するＡｌ原子及びＧａ原子と交換し易くなり、ウェル層１４ｄのバンドギャップエネルギーが大きくなり易くなる効果がある。窓構造領域における活性層１４のバンドギャップエネルギーが大きくなると、窓構造領域でのレーザ光の光吸収が小さくなり、窓構造領域での発熱も小さくなる。このため、本実施の形態に係る半導体発光素子１ｇでは、Ｌｗを短くしても、利得領域の発熱の影響が共振器端面におよぼす影響が小さくなり、従来のウェル層１４ｄにＩｎＧａＡｓ、各バリア層にＡｌＧａＡｓを用いた構造と比較して、Ｌｗを短くすることができる。具体的には、従来はＬｗは３０μｍ以上必要であったが、ウェル層１４ｄ及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を用いると、Ｌｗは１５μｍ以上あればＣＯＤ発生を抑制することができる。
　さらに、窓構造を空孔拡散によって形成すると、不純部拡散によって窓構造を形成した場合と比較して、不純物の存在によるフリーキャリア損失の発生を抑制することができるため、スロープ効率の低下を抑制できる。
　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、活性層１４とｎ型クラッド層との間にｎ側ガイド層をさらに備える点などにおいて、実施の形態１に係る半導体発光素子１と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態１に係る半導体発光素子１との相違点を中心に図２８を用いて説明する。
　図２８は、本実施の形態に係る半導体発光素子１０１の全体構成を示す模式的な断面図である。図２８に示されるように、本実施の形態に係る半導体発光素子１０１は、実施の形態１に係る半導体発光素子１の各構成要素に加えて、ｎ側ガイド層１３と、第一歪制御層１５と、第二歪制御層１６とを備える。
　ｎ側ガイド層１３は、ｎ型クラッド層１２と活性層１４との間に配置されるｎ型半導体層である。ｎ側ガイド層１３は、ｎ型クラッド層１２より屈折率が大きい。これにより、実施の形態１に係る半導体発光素子１より、垂直方向における光分布を活性層１４寄りに配置できる。したがって、活性層１４への光閉じ込め係数の低下を抑制できる。本実施の形態では、ｎ側ガイド層１３のＡｌ組成比をｎ型クラッド層１２のＡｌ組成比より低くすることで、ｎ側ガイド層１３の屈折率を大きくしている。また、ｎ側ガイド層１３は、ｎ型の不純物を含み、ｎ側ガイド層１３のｎ型クラッド層１２側の領域の不純物濃度が、活性層１４側の領域の不純物濃度より低い。これにより、ｎ側ガイド層１３の電気伝導性を損なうことを抑制しつつ、ｎ側ガイド層１３における不純物に起因する導波路損失を低減できる。具体的には、ｎ側ガイド層１３は、膜厚１μｍのＡｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層である。また、ｎ側ガイド層１３の膜厚のうち、活性層１４側の膜厚０．２５μｍの部分には、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされており、ｎ型クラッド層１２側の膜厚０．７５μｍの部分には、濃度５×１０１６ｃｍ－３のＳｉがドープされている。ｎ側ガイド層１３の不純物濃度は特に限定されないが、ｎ側ガイド層１３における導波路損失を低減するために、ｎ側ガイド層１３のうち、ｎ型クラッド層１２側の部分の不純物濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ－３以下としてもよい。また、ｎ側ガイド層１３における電気伝導性を損なわないように、ｎ側ガイド層１３のうち、活性層１４側の部分の不純物濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ－３より高くしてもよい。
　第一歪制御層１５は、活性層１４とｐ型クラッド層１７との間に配置され、Ａｌを含む半導体層である。本実施の形態では、第一歪制御層１５は、膜厚０．０５μｍのＡｌ０．７０Ｇａ０．３０Ａｓ層である。
　第二歪制御層１６は、第一歪制御層１５とｐ型クラッド層１７との間に配置され、第一歪制御層１５よりＡｌ組成比が低く、ヤング率が小さい半導体層である。本実施の形態では、第二歪制御層１６は、膜厚０．１６μｍのＡｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ層である。
　第一歪制御層１５及び第二歪制御層１６の不純物濃度は、例えば、２×１０１７ｃｍ－３以上、６×１０１７ｃｍ－３以下である。本実施の形態では、第一歪制御層１５及び第二歪制御層１６には、濃度３×１０１７ｃｍ－３のＣがドープされている。
　第一歪制御層１５及び第二歪制御層１６は、半導体発光素子１０１がジャンクションダウン実装される場合に（つまり、ｐ側電極３２を実装面に接続する場合に）、実装歪が活性層１４に及ぼす影響を抑制するための層である。本実施の形態に係る半導体発光素子１０１では、ジャンクションダウン実装される場合に、実装歪に起因する応力の大部分は、ヤング率が小さい第二歪制御層１６によって吸収される。このため、第二歪制御層１６より、実装面から遠い位置に配置される活性層１４に実装歪に起因する応力が加わることを抑制できる。このため、活性層１４における歪を、結晶成長において決定される歪の大きさに安定させることができる。これに伴い、半導体発光素子１０１を実装した後のバンド構造の制御性が向上するため、安定した高温高出力動作が可能となる。したがって、本実施の形態によれば、温度特性に優れ、スロープ効率が高く、高温高出力動作に適した半導体レーザ素子を安定的に実現できる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｐ型半導体層にリッジ部を有する点において、実施の形態２に係る半導体発光素子１０１と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態２に係る半導体発光素子１０１との相違点を中心に図２９を用いて説明する。
　図２９は、本実施の形態に係る半導体発光素子２０１の全体構成を示す模式的な断面図である。図２９に示されるように、本実施の形態に係る半導体発光素子１０１は、基板１０と、バッファ層１１と、ｎ型クラッド層１２と、ｎ側ガイド層１３と、活性層１４と、第一歪制御層１５と、第二歪制御層１６と、ｐ型クラッド層１７と、コンタクト層２１８と、電流ブロック層２０と、ｎ側電極３１と、ｐ側電極３２とを備える。
　本実施の形態に係るコンタクト層２１８は、実施の形態２に係るコンタクト層１８と同様の組成を有するが、リッジ部２１８ｒを有する点において、実施の形態２に係るコンタクト層１８と相違する。コンタクト層２１８の上面（つまり、ｐ側電極３２側の面）には、レーザ光の共振方向に延びる二本の溝２１８ｔが形成されており、二本の溝２１８ｔの間にリッジ部２１８ｒが形成される。本実施の形態では、リッジ部２１８ｒに集中的に電流が閉じ込められ、リッジ部２１８ｒに沿って導波路が形成される。
　電流ブロック層２０は、電流をリッジ部２１８ｒに集中させるための絶縁層である。電流ブロック層２０は、コンタクト層２１８上のリッジ部２１８ｒ以外の領域に配置される。本実施の形態では、電流ブロック層２０は、コンタクト層２１８上のリッジ部２１８ｒの上面の以外の領域に配置される。言い換えると、電流ブロック層２０には、リッジ部２１８ｒ上に、レーザ光の共振方向に延びるスリットが形成されている。電流ブロック層２０は、絶縁膜であれば特に限定されないが、本実施の形態では、膜厚０．０２μｍのＳｉＯ２膜である。
　続いて、本実施の形態に係る半導体発光素子２０１の作用及び効果について図３０～図３２を用いて説明する。図３０は、本実施の形態に係る半導体発光素子２０１の各部の寸法を示す模式的な断面図である。図３１は、本実施の形態に係る半導体発光素子２０１の実装状態を示す模式的な断面図である。図３２は、本実施の形態に係る半導体発光素子２０１の活性層１４のｘ軸方向の位置に対する、せん断応力σｘｙの分布を示すグラフである。
　図３０に示されるように、半導体発光素子２０１の各層の積層方向（つまり、基板１０の主面に垂直な方向）をｙ軸方向とする。また、レーザ光の共振方向及びｙ軸方向に垂直な方向をｘ軸方向とする。また、図３０に示されるように、二つの溝２１８ｔの各々のｘ軸方向の幅をｄ１とし、リッジ部２１８ｒのｘ軸方向の幅をＷｒとする。また、半導体発光素子２０１のｘ軸方向の幅をＷｃとする。
　このような半導体発光素子２０１を図３１に示されるように、サブマウント２０２にジャンクションダウン実装する場合に半導体発光素子２０１に加わる応力について説明する。
　サブマウント２０２は、例えば、Ｃｕで形成された板状の部材である。
　ここで、半導体発光素子２０１の熱膨張係数は、ＧａＡｓの熱膨張係数（５．３５×１０－６Ｋ－１）と同程度であり、サブマウント２０２の熱膨張係数（５．３５×１０－６Ｋ－１）より小さい。このようなサブマウント２０２に半導体発光素子２０１をジャンクションダウン実装した場合、半導体発光素子２０１とサブマウント２０２との熱膨張係数の差に応じたせん断応力が、半導体発光素子２０１の活性層１４に加わる。この場合、半導体発光素子２０１は、ｘ軸方向に縮められる向きの応力を、サブマウント２０２から受ける。具体的には、図３１に示されるように、半導体発光素子２０１のｘ軸方向の右側及び左側の端部に、それぞれ時計回りの向きのせん断応力σ１Ｒ、及び、反時計回りの向きのせん断応力σ１Ｌが加わる。また、リッジ部２１８ｒの右側及び左側の端部に、それぞれ、反時計回りの向きのせん断応力σ２Ｒ、及び、時計回りの向きのせん断応力σ２Ｌが加わる。このように、リッジ部２１８ｒのｘ軸方向の中心に対して対称なせん断応力が半導体発光素子２０１に加わる。
　ここで、半導体発光素子２０１に加わるせん断応力について、図３１及び図３２を用いて説明する。図３２には、半導体発光素子２０１のｘ軸方向の幅Ｗｃが５００μｍであり、リッジ部２１８ｒのｘ軸方向の幅Ｗｒが２００μｍである場合のせん断応力のｘ軸方向における分布が示されている。なお、図３２には、溝２１８ｔの幅ｄ１が、２０μｍ、４０μｍ、及び８０μｍの場合の計算結果が示されている。また、図３２には、溝２１８ｔがない場合のせん断応力の計算結果も併せて示されている。
　図３１に示されるように、例えば、リッジ部２１８ｒのｘ軸方向の右側の端部においては、溝２１８ｔに起因するせん断応力σ２Ｒと、半導体発光素子２０１のｘ軸方向の右側の端部に起因するせん断応力σ１Ｒとが、互いに逆向きとなるため、せん断応力が弱くなる（図３２の位置ｘが１００μｍである点参照）。リッジ部２１８ｒのｘ軸方向の左側の端部においても、右側の端部と同様に、せん断応力が弱くなる（図３２の位置ｘが－１００μｍである点参照）。
　半導体発光素子２０１において、図３０に太い破線矢印で示されるように、電流はリッジ部２１８ｒからｘ軸方向に広がりながら活性層１４に到達する。このため、半導体発光素子２０１におけるレーザ光は、活性層１４において、溝２１８ｔのｘ軸方向の位置に対応する領域にまで分布しているため、溝２１８ｔのせん断応力の影響を受ける。なお、図３０に示される破線楕円が、レーザ光の分布領域の外縁を示す。また、活性層１４におけるせん断応力の分布が、リッジ部２１８ｒのｘ軸方向の中央に対して完全に反対称でなければ、せん断応力によって半導体発光素子２０１に複屈折率性が生じた場合、光分布とせん断応力との相関積分が０でなくなるため、偏光面が傾斜してしまう。なお、ここで、せん断応力と光分布との相関積分は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　本実施の形態では、溝２１８ｔが形成されることにより、リッジ部２１８ｒのｘ軸方向端部におけるせん断応力を低減できるため、せん断応力に起因する光分布への影響を抑制できる。したがって、本実施の形態に係る半導体発光素子２０１では、半導体発光素子２０１にｘ軸方向の中央に対して非対称な歪が生じた場合に偏光面が傾くことで偏光比が低下することを抑制できる。例えば、溝２１８ｔのｘ軸方向における幅ｄ１を１０μｍ以上とすることでリッジ部２１８ｒのｘ軸方向端部付近におけるせん断応力を弱めることができる。一方、溝２１８ｔの幅ｄ１を広げ過ぎると、ジャンクションダウン実装時にリッジ部２１８ｒに加重が集中するため、溝２１８ｔの幅ｄ１は、４０μｍ以下としてもよい。
　また、溝２１８ｔの深さに関して、溝２１８ｔの段差部（つまり、溝２１８ｔの底面と側面とがつながる部分）を活性層１４に近づけすぎると、その凹凸の影響から活性層１４に生じるせん断応力が増大し、偏光比が低下する。このため、溝２１８ｔの深さは、０．３μｍ以下であってもよい。本実施の形態では、溝２１８ｔはコンタクト層２１８のみに形成されており、その深さは０．２μｍである。
　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る半導体発光素子及びその製造方法について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、主に、ｐ側ガイド層、ｎ型クラッド層、及びｐ型クラッド層に用いられる材料において、実施の形態１の変形例３に係る半導体発光素子１ｃと相違する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態１の変形例３に係る半導体発光素子１ｃとの相違点を中心に説明する。
　［４－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る半導体発光素子の全体構成について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、実施の形態１の変形例３に係る半導体発光素子１ｃと同様に、基板と、ｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型クラッド層と、電流狭窄層と、コンタクト層と、ｎ側電極と、ｐ側電極とを備える。本実施の形態に係る半導体発光素子は、さらにｎ型クラッド層と活性層との間に配置されるｎ側ガイド層を備える。
　本実施の形態に係る半導体発光素子は、主に各層に用いられる材料において、半導体発光素子１ｃと相違する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子が備える各層のうち、半導体発光素子１ｃが備える各層と異なる材料が用いられる層及びｎ側ガイド層について説明する。
　ｎ型クラッド層の組成は、Ａｌの組成比をｙｎ２とすると、（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表される。なお、（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐとの記載におけるＩｎの組成比（及び（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）の組成比）は、小数点第２位を四捨五入して０．５となる範囲の組成比であることを意味する。小数で表された他の組成比についても同様に、一つの値だけに限定されず、表記された小数より下位の値を四捨五入して当該小数となる範囲の組成比を意味する。ｎ型クラッド層の組成を（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐとすることで、ｎ型クラッド層において空孔又はＺｎ、Ｍｇなどの不純物が拡散しやすくなる。したがって、半導体発光素子に空孔又は不純物を拡散させることによって端面窓構造を形成する際に、形成に要する時間を低減できる。また、不純物を拡散させる際に使用する不純物の濃度を低減できるため、不純物による光吸収を低減できる。したがって、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制できる。
　また、ｎ型ＧａＡｓからなる基板上に形成されたｎ型クラッド層の歪を±０．２％以下とするために、Ａｌの組成比が０以上０．６以下の場合には、Ｉｎの組成比は、０．４５以上０．５１３以下であってもよい。本実施の形態では、ｎ型クラッド層は、膜厚３．５μｍのｎ型（Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｎ型クラッド層は、互いに異なる濃度の不純物がドープされた複数の部分を含む。ｎ型クラッド層は、基板に近い端面から順に、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされた厚さ２．５μｍの部分、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた厚さ０．５μｍの部分、及び、濃度２×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた厚さ０．５μｍの部分を含む。
　ｎ側ガイド層は、ｎ型クラッド層と活性層との間に配置される。本実施の形態では、ｎ側ガイド層は、膜厚０．５μｍのｎ型（Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｎ側ガイド層には、濃度１×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　活性層は、ｎ側第一バリア層と、ｎ側第二バリア層と、ウェル層と、ｐ側バリア層と、ｐ側ガイド層とを有する。本実施の形態では、ｎ側第一バリア層は、膜厚１４ｎｍのアンドープＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層である。ｎ側第二バリア層は、膜厚３．５ｎｍのアンドープＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ層である。ウェル層は、膜厚６ｎｍのアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ａｓ層である。ｐ側バリア層は、膜厚３．５ｎｍのアンドープＡｌ０．５９Ｇａ０．１６Ｉｎ０．２５Ａｓ層である。
　ｐ側ガイド層の組成は、Ａｌの組成比をｙｇｐ２とすると、（Ａｌｙｇｐ２Ｇａ１－ｇｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表される。ｐ側ガイド層の組成を（Ａｌｙｇｐ２Ｇａ１－ｇｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐとすることで、ｐ側ガイド層において空孔又はＺｎ、Ｍｇなどの不純物が拡散しやすくなる。したがって、上述したｎ型クラッド層と同様の効果が奏される。本実施の形態では、膜厚２２０ｎｍのｐ型（Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ側ガイド層には、濃度１×１０１７ｃｍ－３のＣがドープされている。
　ｐ型クラッド層の組成は、Ａｌの組成比をｙｐ２とすると、（Ａｌｙｐ２Ｇａ１－ｙｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表される。ｐ型クラッド層の組成を（Ａｌｙｐ２Ｇａ１－ｙｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐとすることで、ｐ型クラッド層において空孔又はＺｎ、Ｍｇなどの不純物が拡散しやすくなる。したがって、上述したｎ型クラッド層と同様の効果が奏される。本実施の形態では、ｐ型クラッド層は、厚さ０．８μｍのｐ型（Ａｌ０．６Ｇａ０．４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層である。ｐ型クラッド層には、濃度２×１０１８ｃｍ－３のＣがドープされている。
　さらに、本実施の形態では、ｎ型クラッド層のＡｌの組成比ｙｎ２及びｐ型クラッド層のＡｌの組成比ｙｐ２に関して、０＜ｙｎ２＜ｙｐ２＜１の関係が成り立つ。これにより、ｐ型クラッド層の屈折率を、ｎ型クラッド層の屈折率より低減できる。したがって、ｎ型クラッド層側にレーザ光の強度分布を偏らせることができる。つまり、ｐ型クラッド層を伝搬するレーザ光を低減できるため、ｐ型クラッド層の不純物に起因するフリーキャリア損失を低減できる。これにより、導波路の低損失化が可能となる。
　［４－２．製造方法］
　次に、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法について図３３を用いて説明する。図３３は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程を示すフローチャートである。
　図３３に示されるように、まず、基板を準備する（Ｓ１０）。本実施の形態では、ｎ型ＧａＡｓ基板を準備する。
　続いて、基板の上方にｎ型クラッド層を形成する（Ｓ２０）。本実施の形態では、基板の上面に、ｎ型クラッド層として、ｎ型（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を形成する。
　続いて、ｎ型クラッド層の上方にｎ側ガイド層を形成する（Ｓ３０）。本実施の形態では、ｎ型クラッド層の上面に、ｎ側ガイド層として、ｎ型（Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を形成する。
　続いて、ｎ側ガイド層の上方に活性層を形成する（Ｓ４０）。本実施の形態では、活性層として、ｎ側ガイド層の上面に、ｎ側第一バリア層と、ｎ側第二バリア層と、ウェル層と、ｐ側バリア層と、ｐ側ガイド層とを、この順に形成する。具体的には、ｎ側第一バリア層としてアンドープＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を形成し、ｎ側第二バリア層としてアンドープＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ層を形成し、ウェル層としてアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ａｓ層を形成し、ｐ側バリア層としてアンドープＡｌ０．５９Ｇａ０．１６Ｉｎ０．２５Ａｓ層を形成し、ｐ側ガイド層としてｐ型（Ａｌｙｇｐ２Ｇａ１－ｇｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を形成する。
　続いて、活性層の上方にｐ型クラッド層を形成する（Ｓ５０）。本実施の形態では、活性層の上面に、ｐ型クラッド層として、ｐ型（Ａｌｙｐ２Ｇａ１－ｙｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を形成する。
　続いて、ｐ型クラッド層の上方に電流狭窄層を形成する（Ｓ６０）。本実施の形態では、ｐ型クラッド層の上面に、電流狭窄層として、ｎ型ＧａＡｓ層が形成され、フォトリソグラフィ法及びエッチングなどによって、レーザ共振方向に沿って長尺状の開口部が形成される。
　続いて、電流狭窄層の上方にコンタクト層を形成する（Ｓ７０）。本実施の形態では、電流狭窄層の上面及び開口部にコンタクト層として、ｐ型ＧａＡｓ層が形成される。
　上記各半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などによって形成される。
　続いて、活性層に端面窓構造を形成する（Ｓ８０）。具体的には、活性層の光出射端面部にコンタクト層の上面から空孔又は不純物を拡散させる。このように空孔又は不純物を拡散させることで、活性層の光出射端面部における量子井戸構造を無秩序化できる。これに伴い、活性層のバンドギャップエネルギーを増大させることができる。つまり、窓構造を形成できる。本実施の形態では、ｎ型クラッド層としてｎ型（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を、ｐ側ガイド層としてｐ型（Ａｌｙｇｐ２Ｇａ１－ｇｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を、ｐ型クラッド層としてｐ型（Ａｌｙｐ２Ｇａ１－ｙｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層を形成しているため、空孔又は不純物が拡散しやすくなる。したがって、端面窓構造の形成に要する時間を低減できる。また、不純物を拡散させる際に使用する不純物の濃度を低減できるため、不純物による光吸収を低減できる。したがって、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制できる。なお、端面窓構造は、光出射端面部だけでなく、半導体発光素子の共振器を形成する両方の端面部に形成されてもよい。
　続いて、電極を形成する（Ｓ９０）。具体的には、コンタクト層の上面にｐ側電極を形成し、基板の下方の主面にｎ側電極を形成する。本実施の形態では、ｐ側電極として、コンタクト層側から順にＴｉ膜、Ｐｔ膜、及びＡｕ膜を形成し、ｎ側電極として、基板１０側から順にＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、及び、Ａｕ膜を形成する。
　以上のように本実施の形態に係る半導体発光素子を製造できる。
　（変形例など）
　以上、本開示に係る半導体発光素子及びその製造方法について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記各実施の形態においては、半導体発光素子が半導体レーザ素子である例を示したが、半導体発光素子は、半導体レーザ素子に限定されない。例えば、半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。
　また、上記各実施の形態では、半導体発光素子において、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いたが、他の半導体材料を用いてもよい。例えば、窒化物系の半導体材料を用いてもよい。具体的には、ＡｌＧａＩｎＮ系材料を用いてもよい。以下、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料、及び、ＡｌＧａＩｎＮ系材料の伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーについて説明する。
　伝導帯ポテンシャルエネルギー及び価電子帯ポテンシャルエネルギーに影響する物性は、電子親和力、バンドギャップエネルギー、及び格子歪である。格子歪は、半導体層の格子定数と、当該半導体層が積層される基板の格子定数とによって決定される。ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料、及び、ＡｌＧａＩｎＮ系材料において、それらの構成要素となる２元化合物（ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、及びＩｎＡｓ、並びに、ＡｌＮ、ＧａＮ、及びＩｎＮ）において、電子親和力、バンドギャップエネルギー、格子定数の大小関係は、以下の通りである。電子親和力については、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓの順に小さくなり、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮの順に小さくなる。バンドギャップエネルギーは、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓの順に小さくなり、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの順に小さくなる。ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の構成要素の格子定数は、ＩｎＡｓの方がＧａＡｓ及びＡｌＡｓより大きく、ＧａＡｓ及びＡｌＡｓは同程度である。また、ＡｌＧａＩｎＮ系材料の構成要素の格子定数は、ＩｎＮの方がＧａＮ及びＡｌＮより大きく、ＧａＮ及びＡｌＮは同程度である。
　上記の関係性から、４元半導体材料のＶ族原子が異なっても、上記物性の大小関係は類似していることがわかる。
　ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の構成要素である、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、及びＩｎＡｓの中でＩｎＡｓは最も格子定数の大きく、バンドギャップエネルギーが最も小さい。ウェル層及びバリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ系の４元半導体材料を含む層を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合、ウェル層にＩｎＧａＡｓからなる層を用いて所望のバンドギャップを得る場合と比較して、ＡｌＧａＩｎＡｓからなるウェル層のＩｎの含有率が高まるため、ウェル層の縮歪が大きくなる。
　ＡｌＧａＩｎＮ系材料において、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの中でＩｎＮは最も格子定数の大きく、バンドギャップエネルギーが最も小さい。ウェル層及びバリア層にＡｌＧａＩｎＮ系の４元半導体材料を含む層を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合、ウェル層にＩｎＧａＮ、又はバリア層にＡｌＧａＮからなる層を用いて所望のバンドギャップを得る場合と比較して、ＡｌＧａＩｎＮからなるウェル層のＩｎの含有率が高まるため、ウェル層の圧縮歪が大きくなる。
　また電子親和力が、Ｉｎを多く含むほど大きくなり、Ａｌを多く含むほど小さくなるという関係性はＡｌＧａＩｎＡｓ系材料及びＡｌＧａＩｎＮ系材料の両方に当てはまる。
　このため、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料をバリア層に使用し、バンドギャップエネルギーをＩｎ組成比を大きくしつつ増大させると、伝導帯ポテンシャルエネルギーの変化（ΔＥｂｃ）の方が、価電子帯ポテンシャルエネルギーの変化（ΔＥｂｖ）よりも大きくなることは、ＡｌＧａＩｎＮ系材料でも同様である。したがって、上記各実施の形態に係る半導体発光素子を形成する材料として、ＡｌＧａＩｎＮ系の４元半導体材料を用いてもよい。例えば、実施の形態１の変形例１に係る半導体発光素子１ａは、ＧａＮ基板からなる基板、膜厚１．５μｍのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ（Ｓｉ濃度：１×１０１８ｃｍ－３）からなるｎ型クラッド層、膜厚３０ｎｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｎ側第一バリア層、膜厚２．８ｎｍのＡｌ０．０１Ｇａ０．９８Ｉｎ０．０１Ｎからなるウェル層、膜厚７ｎｍのＡｌ０．４０Ｇａ０．５１５Ｉｎ０．０８５Ｎからなるｐ側バリア層、膜厚３０ｎｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｐ側ガイド層、及び、膜厚０．６μｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ（Ｍｇ濃度：１×１０１９ｃｍ－３）からなるｐ型クラッド層を備えてもよい。これにより、発振波長が３６０ｎｍ帯である紫外線レーザ光を得られ、動作電圧を抑制しつつ、ウェル層からの電子のオーバーフローを抑制できる窒化物系の半導体発光素子を実現できる。
　また、ｐ側中間層１４ｅ、ｐ側バリア層１４ｆ、及びｐ側ガイド層１４ｇの少なくとも一層に、ｐ型の不純物をドーピングすると、この層の伝導帯ポテンシャルエネルギーが高まる。このため、高温高出力動作時における電子のオーバーフローを抑制する効果を高めることができる。さらに、この場合、ｐ型の不純物をドーピングした層の電気抵抗が小さくなるため半導体発光素子に含まれる直列抵抗成分を低減することができる。これに伴い、動作中のジュール発熱の発生も抑制することができるため、半導体発光素子の高温動作時における熱飽和する光出力をさらに高めることが可能となる。ｐ型の不純物としては、ドーピングを行った位置から拡散が生じにくいＣ（炭素原子）又はＭｇを用いてもよい。
　ここで、ドーピングの濃度としては、ＡｌＧａＡｓを含むＡｌＧａＩｎＡｓ系材料の場合、電気伝導性と伝導帯ポテンシャルエネルギーとを高めるために、１×１０１７ｃｍ－３以上であってもよいし、２×１０１７ｃｍ－３以上であってもよい。また、ウェル層１４ｄの近傍のｐ側中間層１４ｅ、ｐ側バリア層１４ｆ、及びｐ側ガイド層１４ｇへの不純物のドーピング濃度を高めすぎるとフリーキャリア損失が高まり、半導体発光素子の発光効率の低下を招くため、これらの各層へのドーピングの濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以下であってもよいし、６×１０１７ｃｍ－３以下であってもよい。
　また、ＡｌＧａＮを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料の場合において、Ｍｇをドーパントに用いる場合、電気伝導性と伝導帯ポテンシャルエネルギーとを高めるために、ドーピングの濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上であってもよいし、２×１０１８ｃｍ－３以上であってもよい。また、ウェル層１４ｄの近傍のｐ側中間層１４ｅ、ｐ側バリア層１４ｆ、及びｐ側ガイド層１４ｇへの不純物のドーピング濃度を高めすぎるとフリーキャリア損失が高まり、半導体発光素子の発光効率の低下を招くため、これらの各層へのドーピングの濃度は、１×１０１９ｃｍ－３以下であってもよいし、６×１０１８ｃｍ－３以下であってもよい。
　また、ｐ側中間層１４ｅ、ｐ側バリア層１４ｆ、及びｐ側ガイド層１４ｇの少なくとも一層にドーピングする場合、ｐ型の不純物ドーピング濃度はウェル層１４ｄに近い側の濃度を相対的に低くしてもよい。この様にすると発光層であるウェル層１４ｄに最も近い、不純物ドーピング領域の不純物濃度が低下するため、フリーキャリア損失を低減することが可能となる。したがって、導波路を伝搬するレーザ光の導波路損失を低減することができる。
　また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　例えば、実施の形態１に係る各変形例は、互いに組み合わせられてもよいし、他の実施の形態にも組み合わせられてもよい。例えば、実施の形態１の変形例７に係る端面窓構造を実施の形態１の他の変形例、及び、他の実施の形態に適用してもよい。なお、窒化物系の半導体材料を用いる場合について、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの中でＩｎＮは、格子定数の最も大きく、かつ、バンドギャップエネルギーが最も小さい。この場合、ウェル層及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＮからなる４元系の半導体材料を含む層を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合、ウェル層にＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮを用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合と比較して、ＡｌＧａＩｎＮからなるウェル層のＩｎの含有率が高まるため、ウェル層の圧縮歪が大きくなる。したがって、上述したウェル層及び各バリア層にＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を含む層を用いた場合と同様に、窓構造を容易に形成できる。
　また、実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法は、他の実施の形態及び変形例に係る半導体発光素子の製造にも適用できる。例えば、実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法のｎ側ガイド層形成工程を省略し、各半導体層の構成を変更した製造方法を、実施の形態１及びその各変形例に係る半導体発光素子の製造に適用できる。また、実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法に、第一歪制御層１５及び第二歪制御層１６の形成工程を追加し、各半導体層の構成を変更した製造方法を、実施の形態２に係る半導体発光素子１０１の製造に適用できる。また、実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法のｐ型クラッド層形成工程において、電流狭窄層形成工程を省略し、ｐ型クラッド層及びコンタクト層にリッジ部を形成する工程、及び、電流ブロック層２０を形成する工程を追加し、各半導体層の構成を変更した製造方法を、実施の形態３に係る半導体発光素子２０１の製造に適用できる。
　本開示の半導体発光素子は、例えば、高出力かつ高効率な光源としてレーザ加工用の光源として利用できる。
　１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１０１、２０１　半導体発光素子
　１０　基板
　１１　バッファ層
　１２　ｎ型クラッド層
　１３　ｎ側ガイド層
　１４　活性層
　１４ａ　ｎ側第一バリア層
　１４ｂ　ｎ側第二バリア層
　１４ｃ　ｎ側第三バリア層
　１４ｄ　ウェル層
　１４ｅ　ｐ側中間層
　１４ｆ　ｐ側バリア層
　１４ｇ　ｐ側ガイド層
　１４ｈ、１４ｈａ　第一中間バリア層
　１４ｉ　第一中間ｎ側バリア層
　１４ｊ　第一中間ｐ側バリア層
　１５　第一歪制御層
　１６　第二歪制御層
　１７　ｐ型クラッド層
　１８、２１８　コンタクト層
　１９　電流狭窄層
　１９ａ　開口部
　２０　電流ブロック層
　３１　ｎ側電極
　３２　ｐ側電極
　４０　光出射端面部
　２０２　サブマウント
　２１８ｒ　リッジ部
　２１８ｔ　溝

Claims (19)

  1. 　基板と、
    　前記基板の上方に配置されるｎ型クラッド層と、
    　前記ｎ型クラッド層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるｐ型クラッド層とを備え、
    　前記活性層は、
    　ウェル層と、
    　前記ウェル層の前記ｎ型クラッド層側に配置されるｎ側第一バリア層と、
    　前記ウェル層の前記ｐ型クラッド層側に配置されるｐ側バリア層とを有し、
    　前記ｐ側バリア層は、Ｉｎを含み、
    　前記ｎ側第一バリア層のＩｎ組成比は、前記ｐ側バリア層のＩｎ組成比より低く、
    　前記ｎ側第一バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記ｐ側バリア層のバンドギャップエネルギーよりも小さい
    　半導体発光素子。
  2. 　前記ｎ側第一バリア層の組成は、Ａｌｙｂｎ１Ｇａ１－ｘｂｎ１－ｙｂｎ１Ｉｎｘｂｎ１Ａｓで表され、
    　前記ｐ側バリア層の組成は、Ａｌｙｂｐ１Ｇａ１－ｘｂｐ１－ｙｂｐ１Ｉｎｘｂｐ１Ａｓで表され、
    　０≦ｙｂｎ１≦１、０≦ｘｂｎ１＜１、０＜ｙｂｐ１＜１、０＜ｘｂｐ１＜１、及び、ｘｂｎ１＜ｘｂｐ１の関係が成り立つ
    　請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 　さらに、ｙｂｎ１＜ｙｂｐ１の関係が成り立つ
    　請求項２に記載の半導体発光素子。
  4. 　さらに、
    　　　０．２≦ｙｂｎ１≦０．４
    　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０６９、
    　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０２９、及び、
    　　　ｘｂｐ１≦０．１５
    の関係が成り立つ
    　請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
  5. 　前記ウェル層と、前記ｐ側バリア層との間に配置されるｐ側中間層をさらに備え、
    　前記ｐ側中間層の組成は、Ａｌｙｋｐ１Ｇａ１－ｙｋｐ１Ａｓで表され、
    　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｋｐ１＋０．０６９、
    　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｋｐ１＋０．０２９、及び、
    　　　０．２≦ｙｋｐ１≦０．４
    の関係が成り立つ
    　請求項２～４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  6. 　前記ｎ側第一バリア層と前記ウェル層との間に配置されるｎ側第二バリア層をさらに備え、
    　前記ｎ側第二バリア層の組成は、Ａｌｙｂｎ２Ｇａ１－ｘｂｎ２－ｙｂｎ２Ｉｎｘｂｎ２Ａｓで表され、
    　　　ｙｂｎ２≧ｘｂｎ２＋ｙｂｎ１、
    　　　ｙｂｎ２≦０．４ｘｂｎ２＋０．９７５ｙｂｎ１＋０．０６１、
    　　　ｘｂｎ２≦０．１５、及び、
    　　　０．２≦ｙｂｎ１≦０．３５
    の関係が成り立つ
    　請求項２～５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  7. 　前記ウェル層と前記ｎ側第二バリア層との間に配置されるｎ側第三バリア層をさらに備え、
    　前記ｎ側第三バリア層の組成は、Ａｌｙｂｎ３Ｇａ１－ｙｂｎ３Ａｓで表され、
    　　　ｙｂｎ２≧ｘｂｎ２＋ｙｂｎ３、
    　　　ｙｂｎ２≦０．４ｘｂｎ２＋０．９７５ｙｂｎ３＋０．０６１、及び、
    　　　０．２≦ｙｂｎ３≦０．３５
    の関係が成り立つ
    　請求項６に記載の半導体発光素子。
  8. 　前記ｐ側バリア層と前記ｐ型クラッド層との間に配置され、前記ｐ型クラッド層よりも屈折率が大きいｐ側ガイド層をさらに備える
    　請求項２～７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  9. 　前記ｐ側ガイド層の組成は、Ａｌｙｇｐ１Ｇａ１－ｙｇｐ１Ａｓで表され、
    　　　ｙｂｐ１≦ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｇｐ１＋０．０６９、
    　　　ｙｂｐ１≧０．４ｘｂｐ１＋０．９７５ｙｇｐ１＋０．０２９、及び、
    　　　０．２≦ｙｇｐ１≦０．４
    の関係が成り立つ
    　請求項８に記載の半導体発光素子。
  10. 　前記ｐ側ガイド層は、（Ａｌｙｇｐ２Ｇａ１－ｙｇｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表される
    　請求項８に記載の半導体発光素子。
  11. 　前記ｎ型クラッド層の組成は、Ａｌｙｎ１Ｇａ１－ｙｎ１Ａｓで表され、
    　前記ｐ型クラッド層の組成は、Ａｌｙｐ１Ｇａ１－ｙｐ１Ａｓで表され、
    　０＜ｙｎ１＜ｙｐ１＜１の関係が成り立つ
    　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ｎ型クラッド層の組成は、（Ａｌｙｎ２Ｇａ１－ｙｎ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表され、
    　前記ｐ型クラッド層の組成は、（Ａｌｙｐ２Ｇａ１－ｙｐ２）０．５Ｉｎ０．５Ｐで表され、
    　０＜ｙｎ２＜ｙｐ２＜１の関係が成り立つ
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  13. 　前記ウェル層の組成は、ＡｌｙｗＧａ１－ｘｗ－ｙｗＩｎｘｗＡｓで表され、
    　０≦ｙｗ＜１、及び、０＜ｘｗ＜１の関係が成り立つ
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  14. 　さらに、０＜ｙｗ＜１の関係が成り立つ
    　請求項１３に記載の半導体発光素子。
  15. 　前記基板は、ＧａＡｓ基板である
    　請求項１～１４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  16. 　前記ｎ型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記ｐ型クラッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さい
    　請求項１～１５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  17. 　前記活性層の光出射端面部に、端面窓構造が形成されている
    　請求項１～１６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
  18. 　前記活性層の中で前記端面窓構造が形成されていない部分のバンドギャップエネルギーより、前記活性層の中で前記端面窓構造が形成されている部分のバンドギャップエネルギーの方が大きい
    　請求項１７に記載の半導体発光素子。
  19. 　半導体発光素子の製造方法であって、
    　基板を準備する工程と、
    　前記基板の上方にｎ型クラッド層を形成する工程と、
    　前記ｎ型クラッド層の上方に活性層を形成する工程と、
    　前記活性層の上方にｐ型クラッド層を形成する工程と、
    　前記活性層に端面窓構造を形成する工程とを含み、
    　前記活性層は、
    　ウェル層と、
    　前記ウェル層の前記ｎ型クラッド層側に配置されるｎ側第一バリア層と、
    　前記ウェル層の前記ｐ型クラッド層側に配置されるｐ側バリア層とを有し、
    　前記ｐ側バリア層は、Ｉｎを含み、
    　前記ｎ側第一バリア層のＩｎ組成比は、前記ｐ側バリア層のＩｎ組成比より低く、
    　前記ｎ側第一バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記ｐ側バリア層のバンドギャップエネルギーよりも小さく、
    　前記端面窓構造を形成する工程において、前記活性層に空孔又は不純物が拡散される
    　半導体発光素子の製造方法。
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