WO2025033469A1 - 窒化物系半導体発光素子 - Google Patents

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WO2025033469A1
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徹 高山
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Nuvoton Technology Corp Japan
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • This disclosure relates to nitride-based semiconductor light-emitting devices.
  • Patent Documents 1 to 3 To increase the efficiency of nitride-based semiconductor light-emitting elements, for example, techniques for reducing the operating voltage are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • the invention described in Patent Document 1 aims to increase the light confinement coefficient in the active layer while reducing the operating voltage.
  • the present disclosure aims to solve these problems and provide a highly efficient nitride-based semiconductor light-emitting device.
  • one aspect of the nitride-based semiconductor light-emitting device is a nitride-based semiconductor light-emitting device that includes a semiconductor laminate and a P-side electrode disposed above the semiconductor laminate, and emits light from an end face in a direction perpendicular to the lamination direction of the semiconductor laminate, the semiconductor laminate having an N-type first cladding layer, an N-side guide layer disposed above the N-type first cladding layer, an active layer disposed above the N-side guide layer, including a well layer and a barrier layer, and having a quantum well structure, a P-side first guide layer disposed above the active layer, a P-side second guide layer disposed above the P-side first guide layer, and a P-type cladding layer disposed above the P-side second guide layer, the band gap energy of the P-side second guide layer is greater than the band gap energy of the N-side guide layer, the band gap energy of the N-side guide layer is equal to
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device that includes a semiconductor laminate and a P-side electrode disposed above the semiconductor laminate, and emits light from an end face in a direction perpendicular to the lamination direction of the semiconductor laminate, the semiconductor laminate comprising an N-type first cladding layer, an N-side guide layer disposed above the N-type first cladding layer, an active layer disposed above the N-side guide layer and including a well layer and a barrier layer, the active layer having a quantum well structure, a P-side guide layer disposed above the active layer, and a P-side electrode disposed above the P-side guide layer.
  • the band gap energy of the P-side guide layer monotonically increasing with increasing distance from the active layer
  • the P-side guide layer includes a portion whose band gap energy increases continuously with increasing distance from the active layer
  • the average band gap energy of the P-side guide layer is equal to or greater than the average band gap energy of the N-side guide layer
  • the band gap energy of the barrier layer is equal to or less than the minimum value of the band gap energies of the N-side guide layer and the P-side guide layer
  • the P-side electrode contains Ag.
  • yet another aspect of the nitride-based semiconductor light-emitting device is a nitride-based semiconductor light-emitting device that includes a semiconductor laminate and a P-side electrode disposed above the semiconductor laminate, and emits light from an end face in a direction perpendicular to the lamination direction of the semiconductor laminate, the semiconductor laminate having an N-type first cladding layer, an N-side guide layer disposed above the N-type first cladding layer, an active layer disposed above the N-side guide layer, including a well layer and a barrier layer, and having a quantum well structure, a P-side guide layer disposed above the active layer, and a P-type cladding layer disposed above the P-side guide layer, the band gap energy of the N-side guide layer monotonically increases with increasing distance from the active layer, the N-side guide layer includes a portion in which the band gap energy increases continuously with increasing distance from the active layer, the average band gap energy of the P-side guide layer is
  • This disclosure makes it possible to provide a highly efficient nitride-based semiconductor light-emitting device.
  • 1 is a schematic plan view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an active layer included in a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic diagram showing an overview of a light intensity distribution in a stacking direction of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing coordinates of positions in a stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing element structures used in simulations of the nitride-based semiconductor light-emitting elements of Comparative Examples 1 to 5 and the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the first embodiment.
  • 11 is a graph showing a simulation result of the light intensity distribution and the refractive index distribution in a portion below the ridge of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 1.
  • FIG. 13 is a graph showing a simulation result of the light intensity distribution and the refractive index distribution in a portion below the ridge of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 3.
  • 4 is a graph showing a simulation result of the light intensity distribution and the refractive index distribution in a portion below the ridge of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing numerical values obtained by simulation of each of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 1 to 5 and the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the position in the width direction of the ridge and the amount of feedback of spontaneous emission light to an active layer by a P-side electrode according to the first embodiment.
  • 4 is a first graph showing the relationship between the position in the width direction of the ridge and the amount of spontaneous emission light reabsorption by the active layer according to the first embodiment.
  • 11 is a second graph showing the relationship between the position in the width direction of the ridge and the amount of spontaneous emission light reabsorption by the active layer according to the first embodiment.
  • 4 is a graph showing the relationship between the ridge width and the amount of spontaneous emission light reabsorption by the active layer according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 5 and each numerical value obtained by simulation.
  • 4 is a diagram showing the relationship between the film thickness of a P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the first embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 4 is a graph showing a simulation result of the relationship between the radiation angle and the light intensity of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the first embodiment.
  • 4 is a graph showing a simulation result of the IL characteristics of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a third embodiment.
  • 11 is a cross-sectional view showing a configuration of an active layer included in a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a third embodiment.
  • FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of an active layer included in a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a fourth embodiment. 13 is a graph showing the refractive index distribution and the light intensity distribution in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9 and the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing simulation results of distributions of valence electron charge potentials and hole Fermi levels in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9 and the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the fourth embodiment.
  • 13 is a graph showing simulation results of the distribution of carrier concentration in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9 and the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 11 and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of a P-type cladding layer of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a fourth embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a fifth embodiment.
  • 13 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing a simulation result of the distribution of valence electron charge potential and hole Fermi level in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the fifth embodiment. 13 is a graph showing a simulation result of the distribution of carrier concentration in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the distribution of the Al composition ratio in the stacking direction of an electron barrier layer according to the eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a ninth embodiment.
  • 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an active layer included in a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a ninth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a ninth embodiment.
  • 13 is a graph showing the refractive index distribution and the light intensity distribution in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14 and the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the ninth embodiment.
  • 13 is a graph showing simulation results of distributions of valence electron charge potentials and hole Fermi levels in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14 and the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the ninth embodiment.
  • 13 is a graph showing simulation results of the distribution of carrier concentration in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14 and the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the ninth embodiment. 13 is a graph showing the relationship between the position in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 14 and the piezoelectric polarization charge density, the piezoelectric polarization electric field, and the conduction field potential.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the position in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the ninth embodiment and the piezoelectric polarization charge density, the piezoelectric polarization electric field, and the conduction field potential.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 15 and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of a P-type cladding layer 910 of a nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the ninth embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a tenth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a tenth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 16 and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a tenth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 16 and each numerical value
  • FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the film thickness of a P-type cladding layer 910 of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to the tenth embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • 13 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to an eleventh embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to an eleventh embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 17 and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting element according to the eleventh embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a twelfth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a twelfth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a thirteenth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a fourteenth embodiment.
  • 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy in an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting element according to a fourteenth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a fifteenth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an active layer included in a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a fifteenth embodiment.
  • 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to a fifteenth embodiment.
  • 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof in a nitride-based semiconductor light-emitting device according to Modification 1 of the fifteenth embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of an active layer and each layer in the vicinity thereof in a nitride-based semiconductor light-emitting device according to Modification 2 of the fifteenth embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to Modification 1.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to Modification 2.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily an exact illustration. Therefore, the scale and the like are not necessarily the same in each figure. Furthermore, in each figure, the same reference numerals are used for substantially the same configuration, and duplicate explanations are omitted or simplified.
  • the terms “above” and “below” do not refer to vertically above and below in an absolute spatial sense, but are used as terms defined by a relative positional relationship based on the stacking order in a stacked configuration. Furthermore, the terms “above” and “below” are applied not only to cases where two components are arranged with a gap between them and another component exists between the two components, but also to cases where two components are arranged in contact with each other.
  • FIGS. 1 and 2A are a schematic plan view and a cross-sectional view, respectively, showing the overall configuration of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2A shows a cross section taken along line IIA-IIA in FIG. 1.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the active layer 105 included in the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment.
  • Each figure shows an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other.
  • the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are in a right-handed Cartesian coordinate system.
  • the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 is parallel to the Z-axis direction, and the main emission direction of light (laser light) is parallel to the Y-axis direction.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 includes a semiconductor stack 100S including a nitride-based semiconductor layer, and emits light from an end face 100F (see FIG. 1) perpendicular to the stacking direction (i.e., the Z-axis direction) of the semiconductor stack 100S.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 emits light in the 445 nm wavelength band.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 is a semiconductor laser element having two end faces 100F and 100R that form a resonator.
  • the end face 100F is a front end face that emits laser light
  • the end face 100R is a rear end face that has a higher reflectivity than the end face 100F.
  • the reflectivities of the end faces 100F and 100R are 16% and 95%, respectively.
  • the cavity length of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 according to this embodiment i.e., the distance between end face 100F and end face 100R is approximately 1200 ⁇ m.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 includes a semiconductor laminate 100S, a current blocking layer 112, a P-side electrode 113, and an N-side electrode 114.
  • the semiconductor laminate 100S includes a substrate 101, an N-type first cladding layer 102, an N-type second cladding layer 103, an N-side guide layer 104, an active layer 105, a P-side first guide layer 106, a P-side second guide layer 107, an intermediate layer 108, an electron barrier layer 109, a P-type cladding layer 110, and a contact layer 111.
  • the substrate 101 is a plate-like member that serves as the base for the nitride-based semiconductor light-emitting element 100.
  • the substrate 101 is an N-type GaN substrate.
  • the N-type first cladding layer 102 is an example of an N-type cladding layer disposed above the substrate 101.
  • the N-type first cladding layer 102 is a layer having a smaller refractive index and a larger band gap energy than the active layer 105.
  • the N-type first cladding layer 102 is an N-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer having a film thickness of 1200 nm.
  • the N-type first cladding layer 102 is doped with Si as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the N-type second cladding layer 103 is an example of an N-type cladding layer disposed above the substrate 101.
  • the N-type second cladding layer 103 is disposed above the N-type first cladding layer 102.
  • the N-type second cladding layer 103 is a layer having a smaller refractive index and a larger band gap energy than the active layer 105.
  • the N-type second cladding layer 103 is an N-type GaN layer having a film thickness of 100 nm.
  • the N-type second cladding layer 103 is doped with Si as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the N-side guide layer 104 is an optical guide layer disposed above the N-type second cladding layer 103.
  • the N-side guide layer 104 has a higher refractive index and a smaller band gap energy than the N-type first cladding layer 102 and the N-type second cladding layer 103.
  • the N-side guide layer 104 is an undoped In 0.04 Ga 0.96 N layer having a film thickness of 160 nm.
  • the active layer 105 is disposed above the N-side guide layer 104 and is a light-emitting layer having a quantum well structure.
  • the active layer 105 has well layers 105b and 105d and barrier layers 105a, 105c, and 105e, as shown in FIG. 2B.
  • the barrier layer 105a is disposed above the N-side guide layer 104 and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 105a is an undoped In 0.05 Ga 0.95 N layer having a thickness of 7 nm.
  • the well layer 105b is disposed above the barrier layer 105a and functions as a well of the quantum well structure.
  • the well layer 105b is disposed between the barrier layer 105a and the barrier layer 105c .
  • the well layer 105b is an undoped In0.18Ga0.82N layer having a thickness of 3 nm.
  • the barrier layer 105c is disposed above the well layer 105b and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 105c is an undoped In0.05Ga0.95N layer having a thickness of 7 nm.
  • the well layer 105d is disposed above the barrier layer 105c and functions as a well of the quantum well structure.
  • the well layer 105d is disposed between the barrier layer 105c and the barrier layer 105e .
  • the well layer 105d is an undoped In0.18Ga0.82N layer having a thickness of 3 nm.
  • the barrier layer 105e is disposed above the well layer 105d and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 105e is an undoped In0.05Ga0.95N layer having a thickness of 5 nm.
  • the P-side first guide layer 106 is an optical guide layer disposed above the active layer 105.
  • the P-side first guide layer 106 has a higher refractive index and a smaller band gap energy than the P-type cladding layer 110.
  • the P-side first guide layer 106 is an undoped In 0.045 Ga 0.955 N layer with a film thickness of 80 nm.
  • the P-side second guide layer 107 is an optical guide layer disposed above the P-side first guide layer 106.
  • the P-side second guide layer 107 has a higher refractive index and a smaller band gap energy than the P-type cladding layer 110.
  • the P-side second guide layer 107 is an undoped In 0.01 Ga 0.99 N layer having a film thickness of 195 nm.
  • the intermediate layer 108 is a layer disposed above the active layer 105.
  • the intermediate layer 108 is disposed between the P-side second guide layer 107 and the electron barrier layer 109, and reduces stress caused by the difference in lattice constant between the P-side second guide layer 107 and the electron barrier layer 109. This makes it possible to suppress the occurrence of crystal defects in the nitride-based semiconductor light-emitting element 100.
  • the intermediate layer 108 is an undoped GaN layer with a thickness of 20 nm.
  • the electron barrier layer 109 is disposed above the active layer 105 and is a nitride-based semiconductor layer containing at least Al. In this embodiment, the electron barrier layer 109 is disposed between the intermediate layer 108 and the P-type cladding layer 110.
  • the electron barrier layer 109 is a P-type AlGaN layer having a thickness of 5 nm.
  • the electron barrier layer 109 has an Al composition ratio gradient region in which the Al composition ratio monotonically increases as it approaches the P-type cladding layer 110.
  • the configuration in which the Al composition ratio monotonically increases also includes a configuration including a region in which the Al composition ratio is constant in the stacking direction.
  • the configuration in which the Al composition ratio monotonically increases also includes a configuration in which the Al composition ratio increases stepwise.
  • the entire electron barrier layer 109 is an Al composition ratio increasing region, and the Al composition ratio increases at a constant rate of change in the stacking direction.
  • the electron barrier layer 109 has a composition expressed as Al 0.02 Ga 0.98 N near the interface with the intermediate layer 108, and the Al composition ratio increases monotonically toward the P-type cladding layer 110, and has a composition expressed as Al 0.36 Ga 0.64 N near the interface with the P-type cladding layer 110.
  • the electron barrier layer 109 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm -3 .
  • the electron barrier layer 109 can suppress the leakage of electrons from the active layer 105 to the P-type cladding layer 110.
  • the electron barrier layer 109 has an Al composition ratio increasing region where the Al composition ratio increases monotonically, the potential barrier of the valence band of the electron barrier layer 109 can be reduced more than when the Al composition ratio is uniform. Therefore, holes can easily flow from the P-type cladding layer 110 to the active layer 105. Therefore, even when the total film thickness of the P-side first guide layer 106 and the P-side second guide layer 107, which are undoped layers, is large as in this embodiment, the increase in the electrical resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 can be suppressed.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 can operate at a high output.
  • the P-type cladding layer 110 is a P-type cladding layer disposed above the active layer 105.
  • the P-type cladding layer 110 is disposed between the electron barrier layer 109 and the contact layer 111.
  • the P-type cladding layer 110 is a layer having a smaller refractive index and a higher band gap energy than the active layer 105.
  • the thickness of the P-type cladding layer 110 may be 460 nm or less. This can suppress the electrical resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100. Therefore, the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 can be reduced.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 since the self-heating during the operation of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 can be reduced, the temperature characteristics of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 can be improved. Therefore, the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 can operate at a high output.
  • the thickness of the P-type cladding layer 110 in order for the P-type cladding layer 110 to fully function as a cladding layer, the thickness of the P-type cladding layer 110 may be 200 nm or more. The thickness of the P-type cladding layer 110 may be 250 nm or more.
  • the P-type cladding layer 110 is a P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer having a thickness of 450 nm.
  • the P-type cladding layer 110 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end of the P-type cladding layer 110 closer to the active layer 105 is lower than the impurity concentration at the end farther from the active layer 105.
  • the P-type cladding layer 110 has a P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer doped with Mg to a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm -3 and having a thickness of 150 nm, which is located on the side closer to the active layer 105, and a P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer doped with Mg to a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm -3 and having a thickness of 300 nm, which is located on the side farther from the active layer 105.
  • a ridge 110R is formed in the P-type cladding layer 110 of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100.
  • Two grooves 110T are formed in the P-type cladding layer 110, which are arranged along the ridge 110R and extend in the Y-axis direction.
  • the ridge width W is about 30 ⁇ m.
  • the distance between the lower end of the ridge 110R (i.e., the bottom of the groove 110T) and the active layer 105 is dp.
  • the film thickness of the P-type cladding layer 110 at the lower end of the ridge 110R (i.e., the distance between the lower end of the ridge 110R and the interface between the P-type cladding layer 110 and the electron barrier layer 109) is dc.
  • the contact layer 111 is disposed above the P-type cladding layer 110 and is in ohmic contact with the P-side electrode 113.
  • the contact layer 111 is a P-type GaN layer having a thickness of 100 nm.
  • the contact layer 111 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the current blocking layer 112 is disposed above the P-type cladding layer 110, and is an insulating layer that is transparent to light from the active layer 105.
  • the current blocking layer 112 is disposed in a region of the upper surface of the P-type cladding layer 110 other than the upper surface of the ridge 110R.
  • the current blocking layer 112 is a SiO2 layer.
  • the P-side electrode 113 is a conductive layer disposed above the semiconductor laminate 100S. In this embodiment, the P-side electrode 113 is disposed above the contact layer 111 and the current blocking layer 112, and is in contact with the contact layer 111.
  • the P-side electrode 113 contains Ag.
  • Ag which has a low refractive index for light in the 445 nm wavelength band, for at least a portion of the P-side electrode 113 on the contact layer 111, it is possible to reduce the seepage of light propagating through the waveguide into the P-side electrode 113, thereby reducing the waveguide loss that occurs in the P-side electrode 113.
  • Ag has a refractive index of 0.5 or less in the wavelength range of 325 nm to 1500 nm, and a refractive index of 0.2 or less in the wavelength range of 360 nm to 950 nm.
  • the spontaneous emission light emitted from the active layer 105 can be reflected with high reflectivity by the P-side electrode 113 and fed back to the active layer 105.
  • the spontaneous emission light components fed back to the active layer 105 components with wavelengths shorter than the laser oscillation wavelength are reabsorbed in the active layer 105 to generate electron-hole pairs, which can be used again as electron-hole pairs for laser oscillation.
  • the quantum efficiency of the electrons and holes injected into the active layer 105 contributing to laser oscillation is improved, the oscillation threshold is reduced, and the slope efficiency is improved.
  • the thickness of the P-type cladding layer 110 can be made thin without causing a large increase in waveguide loss.
  • the optical path length through the P-type cladding layer 110 which has a large free carrier absorption, is shortened in the spontaneous emission light that is emitted in the active layer 105, reflected by the P-side electrode 113, and returned to the active layer 105, and the attenuation of the spontaneous emission light in the P-type cladding layer 110 is reduced, and the feedback amount of the spontaneous emission light to the active layer 105 is increased.
  • the quantum efficiency and slope efficiency can be further increased.
  • the thickness of the P-side electrode 113 should be 100 nm or more. In addition, it is preferable to form the thickness to 500 nm or less in order to ensure the ease of the resist lift-off process when forming the electrode.
  • the Ag film contained in the P-side electrode 113 is fabricated in contact with the contact layer 111, but the P-side electrode 113 may contain other metals (hereinafter also referred to as interface region metals) with a thickness of 5 nm or less in the interface region with the contact layer 111, such as Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • interface region metals other metals (hereinafter also referred to as interface region metals) with a thickness of 5 nm or less in the interface region with the contact layer 111, such as Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the film thickness of the interface region metal is set to 3 nm or less, the decrease in reflectance of the Ag film can be further suppressed.
  • the N-side electrode 114 is a conductive layer disposed below the substrate 101 (i.e., on the principal surface of the substrate 101 opposite the principal surface of the semiconductor laminate 100S on which the components other than the substrate 101 are disposed).
  • the N-side electrode 114 is, for example, a single layer or a multilayer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 generates an effective refractive index difference ⁇ N between the portion below the ridge 110R and the portion below the groove 110T, as shown in FIG. 2A. This allows the light generated in the portion of the active layer 105 below the ridge 110R to be confined in the horizontal direction (i.e., the X-axis direction).
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an overview of the light intensity distribution in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 according to this embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 and a graph showing an overview of the light intensity distribution in the stacking direction at positions corresponding to each of the ridge 110R and the groove 110T.
  • the light intensity distribution in the stacking direction depends on the stacking structure, and the peak of the light intensity distribution is not necessarily located in the active layer.
  • the stacking structure of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to this embodiment is different in the part below the ridge 110R and the part below the groove 110T, the light intensity distribution is also different in the part below the ridge 110R and the part below the groove 110T.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction at the center in the horizontal direction (i.e., the X-axis direction) of the part below the ridge 110R is PS1.
  • FIG. 4 is a graph showing the coordinates of positions in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to this embodiment. As shown in FIG.
  • the coordinate of the position in the stacking direction of the N-side end face of the well layer 105b, 105d, that is, the end face of the well layer 105b closest to the N-side guide layer 104, that is, the end face of the well layer 105b closer to the N-side guide layer 104, is set to zero
  • the downward direction (the direction toward the N-side guide layer 104) is set to the negative direction of the coordinate
  • the upward direction (the direction toward the P-side first guide layer 106) is set to the positive direction of the coordinate.
  • the absolute value of the difference between positions PS1 and PS2 is set to the peak position difference ⁇ P.
  • the thickness of the P-type cladding layer 110 is set to be relatively thin in order to reduce the operating voltage. Accordingly, the height of the ridge 110R (i.e., the height of the ridge 110R from the bottom surface of the groove 110T) is also set to be relatively low.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction shifts in a direction approaching the N-type cladding layer from the active layer. Therefore, the light confinement coefficient in the active layer decreases, and the thermal saturation level of the light output decreases accordingly. Therefore, it becomes difficult to operate the semiconductor light-emitting device at high output.
  • the band gap energy of the P-side second guide layer 107 is larger than the band gap energy of the N-side guide layer 104, and the band gap energy of the N-side guide layer 104 is equal to or larger than the band gap energy of the P-side first guide layer 106.
  • the thickness of the P-side first guide layer 106 is Tp1
  • the thickness of the P-side second guide layer 107 is Tp2
  • the thickness of the N-side guide layer 104 is Tn1
  • the band gap energy of the N-side guide layer 104 is equal to or greater than the band gap energy of the P-side first guide layer 106.
  • the P-side first guide layer 106 is made of InXp1Ga1 -Xp1N
  • the N-side guide layer 104 is made of InXn1Ga1 -Xn1N , Xn1 ⁇ Xp1 (2) Therefore, the refractive index of the N-side guide layer 104 is equal to or lower than the refractive index of the P-side first guide layer 106.
  • the In composition ratios Xn1 and Xp1 of the N-side guide layer 104 and the P-side first guide layer 106 are as follows: Xn1 ⁇ Xp1 (3) The relationship is satisfied. More specifically, the N-side guide layer 104 is an In 0.04 Ga 0.96 N layer, and the P-side first guide layer 106 is an In 0.045 Ga 0.955 N layer.
  • the band gap energy of the N-side guide layer 104 is larger than the band gap energy of the P-side first guide layer 106.
  • the refractive index of the N-side guide layer 104 is smaller than the refractive index of the P-side first guide layer 106.
  • the light intensity distribution can be moved in a direction approaching the P-side first guide layer 106 from the active layer 105.
  • the sum of the thickness Tp1 of the P-side first guide layer 106 and the thickness Tp2 of the P-side second guide layer 107 is greater than the thickness Tn1 of the N-side guide layer 104.
  • the light intensity distribution can be moved from the active layer 105 toward the P-side first guide layer 106, compared to when the sum of the thicknesses of the P-side first guide layer 106 and the P-side second guide layer 107 is equal to or less than the thickness Tn1 of the N-side guide layer 104.
  • the band gap energy of the P-side second guide layer 107 is greater than the band gap energy of the N-side guide layer 104.
  • the refractive index of the P-side second guide layer 107 is smaller than the refractive index of the N-side guide layer 104. This makes it possible to prevent the light intensity distribution from moving too far in the direction approaching the P-type cladding layer 110 from the active layer 105.
  • the band gap energy of the P-side second guide layer 107 is larger than the band gap energy of the N-side guide layer 104.
  • the P-side second guide layer 107 is made of InXp2Ga1 -Xp2N
  • the In composition ratio Xp2 of the P-side second guide layer 107 and the In composition ratio Xn1 of the N-side guide layer 104 are as follows: Xp2 ⁇ Xn1 (4) The relationship is satisfied.
  • the N-side guide layer 104 is an In 0.04 Ga 0.96 N layer
  • the P-side second guide layer 107 is an In 0.01 Ga 0.99 N layer.
  • the refractive index of the N-side guide layer 104 is greater than the refractive index of the P-side second guide layer 107. This makes it possible to suppress the light intensity distribution from moving too far in the direction approaching the P-type cladding layer 110 from the active layer 105.
  • the barrier layers 105a, 105c, and 105e of the active layer 105 are made of InXbGa1 -XbN , and the In composition ratios Xb and Xp1 of the barrier layers and the P-side first guide layer 106 are as follows: Xp1 ⁇ Xb (5) This satisfies the relationship below.
  • the refractive index of each barrier layer can be made larger than those of the P-side first guide layer 106 and the N-side guide layer 104. This allows the peak of the light intensity distribution in the stacking direction to be positioned in the active layer 105. In addition, it is possible to suppress the light intensity distribution from moving too far in a direction approaching the P-type cladding layer 110 from the active layer 105.
  • the average refractive index of the P-side first guide layer 106 and the P-side second guide layer 107 is smaller than the average refractive index of the N-side guide layer 104. This makes it possible to prevent the light intensity distribution from moving too far in the direction approaching the P-type cladding layer 110 from the active layer 105.
  • the thicknesses Tp1 and Tp2 of the P-side first guide layer 106 and the P-side second guide layer 107 are as follows: Tp1 ⁇ Tp2 (6) The relationship is satisfied. In this way, by making the thickness of the P-side first guide layer 106, which has a small band gap energy, i.e., a large refractive index, relatively small, it is possible to suppress the light intensity distribution from moving too far in the direction approaching the P-type cladding layer 110 from the active layer 105.
  • the thickness of the P-side first guide layer 106 which has a small In composition ratio, relatively small, it is possible to avoid arranging the P-side first guide layer 106, which has a small In composition ratio and a large thickness, in the vicinity of the upper part of the well layers 105b and 105d, which have the largest In composition ratio in the semiconductor laminate 100S. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of lattice defects.
  • the thicknesses Tp1 and Tn1 of the P-side first guide layer 106 and the N-side guide layer 104 are defined as follows: Tp1 ⁇ Tn1 (7)
  • Tp1 ⁇ Tn1 (7) the film thickness of the P-side first guide layer 106, which has a small band gap energy, i.e., a large refractive index, smaller than the film thickness of the N-side guide layer 104, it is possible to suppress the light intensity distribution from moving too far in the direction approaching the P-type cladding layer 110 from the active layer 105.
  • the band gap energy of the N-type second cladding layer 103 is smaller than the band gap energy of the N-type first cladding layer 102 and larger than the band gap energy of the P-side second guide layer 107.
  • the N-type second cladding layer 103 which has a smaller band gap energy than the N-type first cladding layer 102, i.e., a larger refractive index, between the N-type first cladding layer 102 and the N-side guide layer 104, it is possible to suppress the light intensity distribution from moving too far in the direction approaching the P-type cladding layer 110 from the active layer 105.
  • the band gap energy of the N-type second cladding layer 103 is made larger than the band gap energy of the P-side second guide layer 107, it is possible to suppress the light intensity distribution from moving too far from the active layer 105 to the N-type second cladding layer 103.
  • the position PS1 of the peak of the light intensity distribution in the stacking direction in the portion below the ridge 110R can be set to 9.8 nm.
  • the peak of the light intensity distribution can be positioned in the active layer 105.
  • ⁇ P can be suppressed to 9.0 nm. This makes it possible to increase the light confinement coefficient in the active layer 105 to approximately 1.36%.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned in the active layer 105.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction being positioned in the active layer 105 means that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is positioned in the active layer 105 at at least one position in the horizontal direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100, and is not limited to the state in which the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is positioned in the active layer 105 at all positions in the horizontal direction.
  • the proportion of the portion of the light located in the P-type cladding layer 110 can be increased compared to when the peak of the light intensity distribution is located in the N-side guide layer 104.
  • the P-type cladding layer 110 has a higher impurity concentration than the N-type first cladding layer 102 and the N-type second cladding layer 103, the proportion of the portion of the light located in the P-type cladding layer 110 increases, and there is a concern that the free carrier loss in the P-type cladding layer 110 will increase.
  • the P-side first guide layer 106 and the P-side second guide layer 107 are undoped layers, and the sum of the thickness Tp1 of the P-side first guide layer 106 and the thickness Tp2 of the P-side second guide layer 107 is relatively large, so that the proportion of the portion of the light intensity distribution located in the undoped layer can be increased. Therefore, the increase in the free carrier loss can be suppressed. Specifically, in this embodiment, the waveguide loss can be suppressed to about 1.6 cm ⁇ 1 .
  • the effective refractive index difference ⁇ N between the portion below the ridge 110R and the portion below the groove 110T is set to be relatively small.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is set by adjusting the distance dp (see FIG. 2A ) between the current blocking layer 112 and the active layer 105.
  • the effective refractive index difference ⁇ N becomes smaller as the distance dp increases.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is about 2.4 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the number of higher-order modes i.e., higher-order transverse modes
  • the number of higher-order modes that can propagate through the waveguide formed by the ridge 110R is smaller than when the effective refractive index difference ⁇ N is larger than 2.4 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the proportion of each higher-order mode among all the transverse modes included in the emitted light of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 becomes relatively large. Therefore, the increase or decrease in the number of modes and the change in the optical confinement factor in the active layer 105 due to inter-mode coupling become relatively large.
  • the linearity of the characteristic of the optical output with respect to the supplied current decreases.
  • a non-linear portion occurs in the graph showing the IL characteristic.
  • the optical intensity distribution in the portion below the ridge 110R is dominated by the fundamental mode (i.e., the zeroth mode), and the optical intensity distribution in the portion below the groove 110T is dominated by higher modes.
  • the peak of the light intensity distribution obtained by adding up the light intensity distributions in the portions below both the ridge 110R and the groove 110T moves to a position closer to position PS1. Therefore, the greater the difference ⁇ P between positions PS1 and PS2, the greater the fluctuation in the light confinement factor in the active layer 105 when the number of modes changes. Therefore, the stability of the light output decreases.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 includes the N-side guide layer 104 having the above-described configuration, and the P-side first guide layer 106 and the P-side second guide layer 107, so that the peak of the light intensity distribution can be positioned in the active layer 105 in both the portion below the ridge 110R and the portion below the groove 110T. In other words, the difference ⁇ P between the positions PS1 and PS2 of the peak of the light intensity distribution can be reduced.
  • the distance dp is set to a relatively large value.
  • the electron barrier layer 109 has a large band gap energy, so that the holes injected from the contact layer 111 tend to leak from the sidewall of the ridge 110R to the outside of the ridge 110R when passing through the electron barrier layer 109. As a result, the holes flow below the groove 110T.
  • the light distribution intensity is small in the active layer 105 below the groove 110T, so the probability of radiative recombination of the electrons and holes injected into the active layer 105 decreases, and non-radiative recombination increases.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 is prone to deterioration.
  • the lower end of the ridge 110R is set to be located above the electron barrier layer 109.
  • the distance dc (see FIG. 2A) from the bottom end of the ridge 110R to the electron barrier layer 109 becomes too large, holes will flow from the ridge 110R into the gap between the groove 110T and the electron barrier layer 109, resulting in leakage current.
  • the distance dc is set to the smallest possible value.
  • FIG. 5 is a diagram showing the element structure used in the simulation of each of the nitride-based semiconductor light-emitting elements of Comparative Example 1 to Comparative Example 5 and the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 according to the present embodiment.
  • FIGS. 5 is a diagram showing the element structure used in the simulation of each of the nitride-based semiconductor light-emitting elements of Comparative Example 1 to Comparative Example 5 and the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 according to the present embodiment.
  • FIGS. 6 to 8 are graphs showing the simulation results of the light intensity distribution and the refractive index distribution in the portion below the ridge 110R of the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 1, Comparative Example 3, and the present embodiment, respectively.
  • the horizontal axis of FIGS. 6 to 8 indicates the position in the stacking direction, and the vertical axis on the left and right indicates the light intensity and the refractive index, respectively.
  • the light intensity distribution in the stacking direction in the portion below the groove 110T is also shown by a dotted line.
  • FIG. 9 is a diagram showing numerical values obtained by simulation of each of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 1 to 5 and the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 9 shows the distance dc from the lower end of the ridge 110R to the electron barrier layer 109, the optical confinement factor, the waveguide loss, the effective refractive index difference ⁇ N, the peak position PS1 of the light intensity distribution in the stacking direction at the horizontal center of the lower part of the ridge 110R, and the absolute value ⁇ P of the difference between the peak position PS1 and the peak position PS2 in the stacking direction of the limit mode of wave-guiding.
  • the distance dc is set to a distance that can make the effective refractive index difference 2.8 ⁇ 10 ⁇ 3 or less.
  • the limit mode of wave-guiding means the highest order mode that can propagate in each nitride-based semiconductor light-emitting device.
  • the peak position in the stacking direction of the limit mode of wave-guiding is a numerical value corresponding to the peak position of the light intensity distribution in the part below the groove 110T where the higher order mode is dominant.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 1 to Comparative Example 5 shown in FIG. 5 differ from the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment in at least one of the configurations of the N-side guide layer and the P-side guide layer and the configuration of the P-side electrode.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 1 to Comparative Example 4 differ from the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment in the configurations of the N-side guide layer and the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 5 has the same configuration of the N-side guide layer and the P-side guide layer as the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment. Furthermore, the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 5 differ from the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment in the configuration of the P-side electrode. Specifically, the P-side electrode of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 5 is made of Pd. On the other hand, the P-side electrode of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 2 and Comparative Example 4 contains Ag, like the P-side electrode of the present embodiment.
  • the thickness Tn0 of the N-side guide layer is equal to the thickness Tp0 of the P-side guide layer.
  • both the N-side guide layer and the P-side guide layer are In 0.03 Ga 0.97 N layers with a thickness of 220 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 have an N-side guide layer, a P-side first guide layer, and a P-side second guide layer, similar to the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment.
  • the Al composition ratio of the electron barrier layers of Comparative Examples 1 to 5 and the electron barrier layer 109 of this embodiment is uniform. In other words, the Al composition ratio of each electron barrier layer is not inclined in the stacking direction.
  • the film thickness of the N-side guide layer is equal to the film thickness of the P-side guide layer, so that the peak of the light intensity distribution is located in the active layer 105 below the ridge 110R. Therefore, the light confinement coefficient to the active layer 105 is high below the ridge 110R.
  • the film thickness of the P-side guide layer is not large, so it is affected by the light intensity distribution of the current blocking layer 112 arranged in the groove 110T.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction below the groove 110T is located in the N-side guide layer, so the light confinement coefficient is low below the groove 110T.
  • the difference ⁇ P between the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction below the ridge 110R and the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction below the groove 110T is relatively large. Therefore, the linearity of the IL characteristics of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 1 is low.
  • the film thickness of the P-side second guide layer is smaller than that of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment, and therefore, as shown in FIG. 7, the effect on the light intensity distribution of the current blocking layer 112 is relatively large. For this reason, the difference ⁇ P between the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction in the portion below the ridge 110R and the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction in the portion below the groove 110T is relatively large. Therefore, the linearity of the IL characteristics of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 3 is low.
  • the sum of the thickness Tp1 of the P-side first guide layer 106 and the thickness Tp2 of the P-side second guide layer 107 is greater than the thickness Tn1 of the N-side guide layer 104, so that the effective refractive index difference ⁇ N can be reduced. Therefore, the horizontal spread angle of the emitted light can be reduced.
  • the distance dc from the lower end of the ridge 110R to the electron barrier layer 109 can be set to 40 nm, which is significantly smaller than the distance dc in each comparative example. Therefore, the leakage current flowing between the lower end of the ridge 110R and the electron barrier layer 109 can be suppressed, and the oscillation threshold current value can be reduced.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned in the active layer 105 in both the portion below the ridge 110R and the portion below the groove 110T. Therefore, the light confinement factor can be increased compared to each comparative example. In addition, the difference ⁇ P in the peak positions can be reduced, thereby improving the linearity of the IL characteristics.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is located in the active layer 105, so the light intensity in the P-type cladding layer 110 is greater than in the case of the comparative example 3 in which the peak of the light intensity distribution is located in the N-side guide layer. For this reason, there is a concern that the free carrier loss in the P-type cladding layer 110, which has a higher impurity concentration than the N-type first cladding layer 102 and the N-type second cladding layer 103, will increase.
  • the P-side first guide layer 106 and the P-side second guide layer 107 are undoped layers, and the sum of the thickness Tp1 of the P-side first guide layer 106 and the thickness Tp2 of the P-side second guide layer 107 is relatively large, so that the proportion of the portion of the light intensity distribution located in the undoped layer can be increased. Therefore, the increase in free carrier loss can be suppressed.
  • the impurity concentration at the end of the P-type cladding layer 110 closer to the active layer 105 is lower than the impurity concentration at the end farther from the active layer 105, so that free carrier loss at the end of the P-type cladding layer 110 closer to the active layer 105, where the light intensity is relatively high, can be suppressed.
  • the P-side electrode 113 contains Ag, the refractive index of the P-side electrode 113 can be reduced and the reflectance can be increased. Therefore, the leakage of light into the P-side electrode 113 can be suppressed, and the light loss in the P-side electrode 113 can be reduced.
  • the reflectance of the P-side electrode 113 is high, of the spontaneous emission light generated in the active layer 105, a portion of the spontaneous emission light that is incident on the P-side electrode 113 is reflected by the P-side electrode 113 and returns to the active layer 105 (i.e., is fed back).
  • This allows the active layer 105 to be optically excited, thereby increasing the ratio of the optical output to the input power of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100.
  • the efficiency of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 can be increased.
  • the effect of the P-side electrode 113 on the spontaneous emission light will be explained using Figures 10 to 13.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the position in the width direction (i.e., the X-axis direction) of the ridge 110R according to this embodiment and the amount of feedback of spontaneous emission light by the P-side electrode 113 to the active layer 105.
  • FIG. 10 also shows a graph (dashed line) showing the amount of feedback when the P-side electrode is made of Pd, and a graph (dotted line) showing the amount of feedback by the N-side electrode 114 made of Ti.
  • FIG. 11 is a first graph showing the relationship between the position in the width direction of the ridge 110R according to this embodiment and the amount of reabsorption of spontaneous emission light by the active layer 105.
  • FIG. 11 shows the amount of reabsorption when the thickness Tpc of the P-type cladding layer 110 is 0.15 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, 0.35 ⁇ m, and 0.45 ⁇ m.
  • FIG. 11 also shows a graph when the P-side electrode is made of Pd and the thickness Tpc of the P-type cladding layer 110 is 0.45 ⁇ m.
  • Fig. 12 is a second graph showing the relationship between the position in the width direction of the ridge 110R according to this embodiment and the amount of re-absorption of spontaneous emission light by the active layer 105.
  • FIG. 12 shows the amount of re-absorption when the ridge width W is 3 ⁇ m, 15 ⁇ m, 30 ⁇ m, 45 ⁇ m, 60 ⁇ m, 90 ⁇ m, 120 ⁇ m, 200 ⁇ m, and 300 ⁇ m.
  • the position where the horizontal axis in Figs. 10 to 12 is 0 ⁇ m indicates one end in the width direction of the ridge 110R.
  • the position where the horizontal axis in Figs. 10 and 11 is 45 ⁇ m indicates the other end in the width direction of the ridge 110R.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the ridge width W in this embodiment and the amount of spontaneous emission light reabsorption by the active layer 105.
  • the amount of feedback of spontaneous emission light can be significantly increased compared to when the P-side electrode is made of Pd. Also, as shown in FIG. 10, the proportion of the feedback amount of spontaneous emission light from the P-side electrode 113 is overwhelmingly greater than that from the N-side electrode 114. Therefore, in order to increase the amount of feedback of spontaneous emission light, it is effective to increase the reflectance of spontaneous emission light at the P-side electrode 113, as in this embodiment.
  • the reabsorption of spontaneously emitted light by the active layer 105 can be further increased.
  • the ridge width W may be 30 ⁇ m or more. Furthermore, to further increase the amount of reabsorption of spontaneously emitted light, the ridge width W may be 40 ⁇ m or more. However, if the ridge width W becomes too large, the adverse effects of heat generation become significant, so the ridge width W may be 200 ⁇ m or less.
  • Fig. 14 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 5 and each numerical value obtained by simulation.
  • Fig. 15 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer 110 of the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to this embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • the film thickness of the P-type cladding layer 110 as a whole was changed to 0.45 ⁇ m, 0.35 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, and 0.20 ⁇ m by changing the film thickness of the P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer doped with Mg at a concentration of 1 x 10 19 cm -3 in the P-type cladding layer 110.
  • the P-side electrode 113 containing Ag by providing the P-side electrode 113 containing Ag, it is possible to suppress an increase in waveguide loss even if the P-type cladding layer 110 is thinned to about 200 nm.
  • Fig. 16 is a graph showing a simulation result of the relationship between the radiation angle and the light intensity of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 according to the present embodiment.
  • Fig. 16 also shows the relationship between the radiation angle and the light intensity of a nitride-based semiconductor light-emitting element having an effective refractive index difference ⁇ N of 7 ⁇ 10 -3 as Comparative Example 6.
  • Fig. 17 is a graph showing a simulation result of the IL characteristics of the nitride-based semiconductor light-emitting element 100 according to the present embodiment.
  • Fig. 17 also shows the IL characteristics of the nitride-based semiconductor light-emitting elements of Comparative Example 1 and Comparative Example 5.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 2.7 ⁇ 10 ⁇ 3 , and therefore the beam divergence angle in the horizontal direction can be reduced more than in the nitride-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 6.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 has IL characteristics with higher linearity than the nitride-based semiconductor light-emitting devices of the respective comparative examples. In addition, it is possible to obtain a higher slope efficiency than the respective comparative examples.
  • the thickness Tp2 of the P-side second guide layer 107 may be 100 nm or more, it is possible to simultaneously reduce the waveguide loss, increase the optical confinement factor ⁇ v, and reduce the effective refractive index difference ⁇ N. Furthermore, in order to further increase the optical confinement factor ⁇ v, the thickness Tp2 may be 250 nm or less. Furthermore, in order to position PS1 and PS2 in the vicinity of the well layers 105b and 105d of the active layer 105, the In composition ratio Xp2 of the P-side second guide layer 107 may be 0.5% or more.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the first embodiment in the relationship of the Al composition ratio between the N-type first cladding layer and the P-type cladding layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment will be described below with reference to FIG. 18, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the first embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 200 includes a semiconductor laminate 200S, a current blocking layer 112, a P-side electrode 113, and an N-side electrode 114.
  • the semiconductor laminate 200S includes a substrate 101, an N-type first cladding layer 202, an N-type second cladding layer 103, an N-side guide layer 104, an active layer 105, a P-side first guide layer 106, a P-side second guide layer 107, an intermediate layer 108, an electron barrier layer 109, a P-type cladding layer 210, and a contact layer 111.
  • the N-type first cladding layer 202 is a 1200 nm-thick N-type Al 0.036 Ga 0.964 N layer.
  • the N-type first cladding layer 202 is doped with Si as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the P-type cladding layer 210 is a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer having a thickness of 450 nm.
  • the P-type cladding layer 210 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end of the P-type cladding layer 210 closer to the active layer 105 is lower than the impurity concentration at the end farther from the active layer 105.
  • the P-type cladding layer 210 has a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer having a thickness of 150 nm and doped with Mg at a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3, which is disposed closer to the active layer 105, and a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer having a thickness of 300 nm and doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3, which is disposed farther from the active layer 105 .
  • a ridge 210R is formed in the P-type cladding layer 210, similar to the P-type cladding layer 110 according to the first embodiment. Furthermore, two grooves 210T are formed in the P-type cladding layer 210, arranged along the ridge 210R and extending in the Y-axis direction.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 200 according to this embodiment also exhibits the same effects as the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the first embodiment.
  • the N-type first cladding layer 202 and the P-type cladding layer 210 contain Al. If the Al composition ratios of the N-type first cladding layer 202 and the P-type cladding layer 210 are Ync and Ypc, respectively, then: Ync>Ypc (10) Satisfy the relationship.
  • the composition ratios Ync and Ypc indicate the average Al composition ratio.
  • the N-type first cladding layer 202 includes multiple 2 nm thick GaN layers and multiple 2 nm thick AlGaN layers with an Al composition ratio of 0.07, and the multiple GaN layers and the multiple AlGaN layers are alternately stacked, Ync is 0.035, which is the average Al composition ratio of the entire N-type first cladding layer 202.
  • Ypc is 0.035, which is the average Al composition ratio of the entire P-type cladding layer 210.
  • the refractive index of the N-type first cladding layer 202 allows the refractive index of the N-type first cladding layer 202 to be lower than that of the P-type cladding layer 210. Therefore, even if the thickness of the P-type cladding layer 210 is reduced to reduce the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 200, the refractive index of the N-type first cladding layer 202 is smaller than that of the P-type cladding layer 210, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be prevented from moving in a direction approaching the N-type first cladding layer 202 from the active layer 105.
  • FIG. 3 A nitride-based semiconductor light-emitting device according to embodiment 3 will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 200 according to embodiment 2 in the configuration of the active layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below with reference to Figures 19A and 19B, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 200 according to embodiment 2.
  • FIG. 19A is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 300 according to this embodiment.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view showing the configuration of an active layer 305 included in the nitride-based semiconductor light-emitting device 300 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 300 includes a semiconductor laminate 300S, a current blocking layer 112, a P-side electrode 113, and an N-side electrode 114.
  • the semiconductor laminate 300S includes a substrate 101, an N-type first cladding layer 202, an N-type second cladding layer 103, an N-side guide layer 104, an active layer 305, a P-side first guide layer 106, a P-side second guide layer 107, an intermediate layer 108, an electron barrier layer 109, a P-type cladding layer 210, and a contact layer 111.
  • the active layer 305 has a single quantum well structure, and includes a single well layer 105b and barrier layers 105a and 105c sandwiching the well layer 105b.
  • the well layer 105b has a similar structure to the well layer 105b according to the first embodiment
  • the barrier layers 105a and 105c have a similar structure to the barrier layers 105a and 105c according to the first embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 300 has the same effect as the nitride-based semiconductor light-emitting device 200 according to the second embodiment.
  • the active layer 305 has a single well layer 105b.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned in the active layer 305 or in its vicinity by the configuration of the N-side guide layer 104, the P-side first guide layer 106, the P-side second guide layer 107, etc. Therefore, the light confinement coefficient can be increased.
  • Embodiment 4 A nitride-based semiconductor light-emitting device according to embodiment 4 will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to embodiment 1 mainly in the configuration of the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 20A to 27.
  • Figure 20A is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the present embodiment.
  • Figure 20B is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an active layer 405 included in the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 400 includes a semiconductor laminate 400S, a current blocking layer 412, a P-side electrode 413, and an N-side electrode 414.
  • the semiconductor laminate 400S includes a substrate 401, an N-type first cladding layer 402, an N-type second cladding layer 403, an N-side guide layer 404, an active layer 405, a P-side guide layer 406, an intermediate layer 408, an electron barrier layer 409, a P-type cladding layer 410, and a contact layer 411.
  • the substrate 401 is a plate-like member that serves as a base for the nitride-based semiconductor light-emitting element 400.
  • the substrate 401 is an N-type GaN substrate.
  • the N-type first cladding layer 402 is an example of an N-type cladding layer disposed above the substrate 401.
  • the N-type first cladding layer 402 is a layer having a smaller refractive index and a larger band gap energy than the active layer 405.
  • the N-type first cladding layer 402 is an N-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer having a film thickness of 1200 nm.
  • the N-type first cladding layer 402 is doped with Si as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the N-type second cladding layer 403 is an example of an N-type cladding layer disposed above the substrate 401.
  • the N-type second cladding layer 403 is disposed above the N-type first cladding layer 402.
  • the N-type second cladding layer 403 is a layer having a smaller refractive index than the active layer 405 and a larger band gap energy.
  • the N-type second cladding layer 403 is an N-type GaN layer having a film thickness of 100 nm.
  • the N-type second cladding layer 403 is doped with Si at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 as an impurity.
  • the band gap energy of the N-type second cladding layer 403 is smaller than the band gap energy of the N-type first cladding layer 402 and is equal to or larger than the maximum value of the band gap energy of the P-side guide layer 406.
  • the N-side guide layer 404 is an optical guide layer disposed above the N-type second cladding layer 403.
  • the N-side guide layer 404 has a higher refractive index and a smaller band gap energy than the N-type first cladding layer 402 and the N-type second cladding layer 403.
  • the N-side guide layer 404 is an undoped In 0.04 Ga 0.96 N layer having a film thickness of 160 nm.
  • the active layer 405 is disposed above the N-side guide layer 404 and is a light-emitting layer having a quantum well structure.
  • the active layer 405 has well layers 405b and 405d and barrier layers 405a, 405c, and 405e, as shown in FIG. 20B.
  • the barrier layer 405a is disposed above the N-side guide layer 404 and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 405a is an undoped In 0.05 Ga 0.95 N layer having a thickness of 7 nm.
  • the well layer 405b is disposed above the barrier layer 405a and functions as a well of the quantum well structure.
  • the well layer 405b is disposed between the barrier layer 405a and the barrier layer 405c .
  • the well layer 405b is an undoped In0.18Ga0.82N layer having a thickness of 3 nm.
  • the barrier layer 405c is disposed above the well layer 405b and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 405c is an undoped In0.05Ga0.95N layer having a thickness of 7 nm.
  • the well layer 405d is disposed above the barrier layer 405c and functions as a well of the quantum well structure.
  • the well layer 405d is disposed between the barrier layer 405c and the barrier layer 405e .
  • the well layer 405d is an undoped In0.18Ga0.82N layer having a thickness of 3 nm.
  • the barrier layer 405e is disposed above the well layer 405d and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 405e is an undoped In0.05Ga0.95N layer having a thickness of 5 nm.
  • the band gap energy of each barrier layer is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 406.
  • the refractive index of each barrier layer is greater than the refractive index of the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 406. Therefore, the optical confinement coefficient in the active layer 405 can be increased.
  • the P-side guide layer 406 is an optical guide layer disposed above the active layer 405.
  • the P-side guide layer 406 has a higher refractive index and a smaller band gap energy than the P-type cladding layer 410.
  • the band gap energy of the P-side guide layer 406 increases monotonically as it moves away from the active layer 405.
  • the configuration in which the band gap energy increases monotonically also includes a configuration in which there is a region in which the band gap energy is constant in the stacking direction.
  • the P-side guide layer 406 includes a portion in which the band gap energy increases continuously as it moves away from the active layer 405.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously does not include a configuration in which the band gap energy changes discontinuously in the stacking direction.
  • a configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically means a configuration in which the discontinuous increase in the band gap energy in the stacking direction at a certain position is less than 2% of the magnitude of the band gap energy at that position.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously does not include a configuration in which the band gap energy increases stepwise by 2% or more in the stacking direction, but does include a configuration in which the band gap energy increases stepwise by less than 2% in the stacking direction.
  • the band gap energy increases continuously as it moves away from the active layer 405 in the entire P-side guide layer 406, but the configuration of the P-side guide layer 406 is not limited to this.
  • the ratio of the film thickness of the part in which the band gap energy increases continuously as it moves away from the active layer 405 to the film thickness of the entire P-side guide layer 406 may be 50% or more. Also, this ratio may be 70% or more, or 90% or more.
  • the increase in the band gap energy of the P-side guide layer 406 in the stacking direction is preferably 100 meV or more.
  • the increase in the band gap energy of the P-side guide layer 406 in the stacking direction is defined as, for example, the difference between the band gap energy near the end face of the P-side guide layer 406 closer to the active layer 405 and the band gap energy near the end face closer to the P-type cladding layer 410.
  • the magnitude of the continuously increasing band gap energy in ⁇ Egp may be 70% or more. Moreover, this proportion may be 80% or more, or may be 90% or more.
  • the In composition ratio Xp of the P-side guide layer 406 monotonically decreases as it moves away from the active layer 405.
  • the band gap energy of the P-side guide layer 406 monotonically increases as it moves away from the active layer 405.
  • the configuration in which the In composition ratio Xp decreases continuously and monotonically also includes a configuration in which there is a region in which the In composition ratio Xp is constant in the stacking direction.
  • the P-side guide layer 406 includes a portion in which the In composition ratio Xp decreases continuously as it moves away from the active layer 405.
  • the configuration in which the In composition ratio Xp decreases continuously does not include a configuration in which the In composition ratio Xp changes discontinuously in the stacking direction.
  • the configuration in which the In composition ratio Xp decreases continuously means a configuration in which the discontinuous decrease in the In composition ratio Xp in the stacking direction at a certain position in the P-side guide layer 406 is less than 20% of the In composition ratio Xp at that position.
  • the average band gap energy of the P-side guide layer 406 is equal to or greater than the average band gap energy of the N-side guide layer 404.
  • the average value of the In composition ratio of the N-side guide layer 404 is equal to or greater than the average value of the In composition ratio of the P-side guide layer 406.
  • the average value of the In composition ratio of the N-side guide layer 404 is greater than the average value of the In composition ratio of the P-side guide layer 406.
  • the maximum In composition ratio in the P-side guide layer 406 is equal to or less than the In composition ratio of each barrier layer.
  • the P-side guide layer 406 is an undoped InXpGa1 -XpN layer with a film thickness of 280 nm. More specifically, the P-side guide layer 406 has a composition expressed as In0.04Ga0.96N near the interface closer to the active layer 405 , and has a composition expressed as GaN near the interface farther from the active layer 405.
  • the In composition ratio Xp of the P-side guide layer 406 decreases at a constant rate as it moves away from the active layer 405.
  • the intermediate layer 408 is a layer disposed above the active layer 405.
  • the intermediate layer 408 is disposed between the P-side guide layer 406 and the electron barrier layer 409, and reduces stress caused by the difference in lattice constant between the P-side guide layer 406 and the electron barrier layer 409. This makes it possible to suppress the occurrence of crystal defects in the nitride-based semiconductor light-emitting element 400.
  • the intermediate layer 408 is an undoped GaN layer with a thickness of 20 nm.
  • the electron barrier layer 409 is disposed above the active layer 405 and is a nitride-based semiconductor layer containing at least Al. In this embodiment, the electron barrier layer 409 is disposed between the intermediate layer 408 and the P-type cladding layer 410.
  • the electron barrier layer 409 is a P-type Al 0.36 Ga 0.64 N layer having a thickness of 5 nm.
  • the electron barrier layer 409 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the electron barrier layer 409 can suppress leakage of electrons from the active layer 405 to the P-type cladding layer 410.
  • the P-type cladding layer 410 is a P-type cladding layer disposed above the active layer 405.
  • the P-type cladding layer 410 is disposed between the electron barrier layer 409 and the contact layer 411.
  • the P-type cladding layer 410 is a layer having a smaller refractive index and a higher band gap energy than the active layer 405.
  • the thickness of the P-type cladding layer 410 may be 460 nm or less. This can suppress the electrical resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400. Therefore, the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 can be reduced.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 can operate at a high output.
  • the thickness of the P-type cladding layer 410 may be 200 nm or more.
  • the thickness of the P-type cladding layer 410 may be 250 nm or more.
  • the P-type cladding layer 410 is a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer having a thickness of 450 nm.
  • the P-type cladding layer 410 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end of the P-type cladding layer 410 closer to the active layer 405 is lower than the impurity concentration at the end farther from the active layer 405.
  • the P-type cladding layer 410 has a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer doped with Mg to a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and having a thickness of 150 nm, which is located on the side closer to the active layer 405, and a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer doped with Mg to a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 and having a thickness of 300 nm, which is located on the side farther from the active layer 405.
  • a ridge 410R is formed in the P-type cladding layer 410 of the nitride-based semiconductor light-emitting element 400.
  • Two grooves 410T are formed in the P-type cladding layer 410, which are arranged along the ridge 410R and extend in the Y-axis direction.
  • the ridge width W is about 30 ⁇ m.
  • the distance between the lower end of the ridge 410R (i.e., the bottom of the groove 410T) and the active layer 405 is dp.
  • the film thickness of the P-type cladding layer 410 at the lower end of the ridge 410R (i.e., the distance between the lower end of the ridge 410R and the interface between the P-type cladding layer 410 and the electron barrier layer 409) is dc.
  • the contact layer 411 is disposed above the P-type cladding layer 410 and is in ohmic contact with the P-side electrode 413.
  • the contact layer 411 is a P-type GaN layer having a thickness of 60 nm.
  • the contact layer 411 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the current blocking layer 412 is disposed above the P-type cladding layer 410, and is an insulating layer that is transparent to light from the active layer 405.
  • the current blocking layer 412 is disposed in a region of the upper surface of the P-type cladding layer 410 other than the upper surface of the ridge 410R.
  • the current blocking layer 412 is a SiO2 layer.
  • the P-side electrode 413 is a conductive layer disposed above the semiconductor laminate 400S.
  • the P-side electrode 413 is disposed above the contact layer 411 and the current blocking layer 412, and is in contact with the contact layer 411.
  • the P-side electrode 413 contains Ag.
  • the N-side electrode 414 is a conductive layer disposed below the substrate 401.
  • the N-side electrode 414 is, for example, a single-layer film or a multi-layer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 400 generates an effective refractive index difference ⁇ N between the portion below the ridge 410R and the portion below the groove 410T, as shown in FIG. 20A. This allows the light generated in the portion of the active layer 405 below the ridge 410R to be confined in the horizontal direction (i.e., the X-axis direction).
  • FIG. 21 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy in the active layer 405 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting element 400 according to this embodiment.
  • the thickness of the P-type cladding layer 410 is set to be relatively thin in order to reduce the operating voltage. Accordingly, the height of the ridge 410R (i.e., the height of the ridge 410R from the bottom surface of the groove 410T) is also set to be relatively low.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction shifts in a direction approaching the N-type second cladding layer 403 from the active layer 405. As a result, the light confinement coefficient in the active layer decreases, and the thermal saturation level of the light output decreases accordingly.
  • the average band gap energy of the P-side guide layer 406 is equal to or greater than the average band gap energy of the N-side guide layer 404.
  • the thickness Tp of the P-side guide layer 406 is greater than the thickness Tn of the N-side guide layer 404 (the above inequality (21)).
  • the P-side guide layer 406 has a portion in which the band gap energy increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 405.
  • the P-side guide layer 406 has a portion in which the refractive index increases continuously and monotonically as it approaches the active layer 405. In this way, the refractive index of the P-side guide layer 406 increases as it approaches the active layer 405, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 405.
  • the barrier layers 405a, 405c, and 405e of the active layer 405 are made of InXbGa1 -XbN , and the In composition ratios Xb, Xn, and Xp of each of the barrier layers, the N-side guide layer 404, and the P-side guide layer 406 are as follows: Xp ⁇ Xb (22) Xn ⁇ Xb (23) The relationship is satisfied. As a result, the band gap energy of each barrier layer is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 406.
  • the refractive index of each barrier layer can be equal to or greater than the maximum value of the P-side guide layer 406 and the N-side guide layer 404.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 405.
  • the light intensity distribution can be prevented from moving too far in the direction from the active layer 405 to the P-type cladding layer 410.
  • This effect can be further enhanced by making the refractive index of each barrier layer larger than the maximum value of the P-side guide layer 406 and the N-side guide layer 404.
  • the position PS1 of the peak of the light intensity distribution in the stacking direction in the portion below the ridge 410R can be set to 1.3 nm.
  • the peak of the light intensity distribution can be positioned in the well layer 405b of the active layer 405.
  • ⁇ P can be suppressed to 5.6 nm. This allows the light confinement coefficient in the active layer 405 to be increased to approximately 1.49%.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned in the active layer 405.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction being positioned in the active layer 405 means that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is positioned in the active layer 405 at at least one position in the horizontal direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400, and is not limited to the state in which the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is positioned in the active layer 405 at all positions in the horizontal direction.
  • the proportion of the portion of the light located in the P-type cladding layer 410 can be increased compared to when the peak of the light intensity distribution is located in the N-side guide layer 404.
  • the P-type cladding layer 410 has a higher impurity concentration than the N-type first cladding layer 402 and the N-type second cladding layer 403, the proportion of the portion of the light located in the P-type cladding layer 410 increases, and there is a concern that the free carrier loss in the P-type cladding layer 410 will increase.
  • the P-side guide layer 406 is an undoped layer, and the thickness Tp of the P-side guide layer 406 is relatively large, so that the proportion of the portion of the light intensity distribution located in the undoped layer can be increased. Therefore, the increase in the free carrier loss can be suppressed.
  • the waveguide loss can be suppressed to about 3.2 cm ⁇ 1 .
  • the effective refractive index difference ⁇ N between the portion below the ridge 410R and the portion below the groove 410T is set to be relatively small.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is set by adjusting the distance dp (see FIG. 20A ) between the current blocking layer 412 and the active layer 405.
  • the effective refractive index difference ⁇ N becomes smaller as the distance dp increases.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is about 2.1 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the number of higher-order modes i.e., higher-order transverse modes
  • the effective refractive index difference ⁇ N is larger than 2.1 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the proportion of each higher-order mode among all the transverse modes included in the emitted light of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 becomes relatively large. Therefore, the change in the optical confinement factor in the active layer 405 due to the increase or decrease in the number of modes and the inter-mode coupling becomes relatively large.
  • the linearity of the IL characteristics decreases.
  • a kink occurs in the graph showing the IL characteristics.
  • the stability of the optical output of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 may decrease.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 includes the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 406 having the above-described configuration, so that the peak of the light intensity distribution can be positioned in the active layer 405 in both the portion below the ridge 410R and the portion below the groove 410T.
  • the difference ⁇ P between the positions PS1 and PS2 of the peak of the light intensity distribution can be reduced.
  • the fluctuation in the position in the stacking direction of the peak of the light intensity distribution obtained by adding up the light intensity distributions in the portions below both the ridge 410R and the groove 410T is suppressed. Therefore, the stability of the light output can be improved.
  • the distance dp is set to a relatively large value.
  • the electron barrier layer 409 has a large band gap energy, so that the holes injected from the contact layer 411 tend to leak from the sidewall of the ridge 410R to the outside of the ridge 410R when passing through the electron barrier layer 409. As a result, the holes flow below the groove 410T.
  • the light distribution intensity is small in the active layer 405 below the groove 410T, so the probability of radiative recombination between the electrons and holes injected into the active layer 405 decreases, and non-radiative recombination increases.
  • Such an increase in non-radiative recombination makes the nitride-based semiconductor light-emitting element 400 more susceptible to deterioration.
  • the lower end of the ridge 410R is set to be located above the electron barrier layer 409. Furthermore, if the distance dc (see FIG.
  • the distance dc is set to the smallest possible value.
  • the distance dc is, for example, 10 nm or more and 70 nm or less.
  • Fig. 22 is a graph showing the refractive index distribution and light intensity distribution in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9 and the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the present embodiment.
  • FIG. 22 show the refractive index distribution and light intensity distribution of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9, respectively.
  • Graph (d) of Fig. 22 shows the refractive index distribution and light intensity distribution of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the present embodiment. In each graph of Fig. 22, the refractive index distribution is shown by a solid line, and the light intensity distribution is shown by a dashed line.
  • FIG. 23 is a graph showing the simulation results of the distribution of valence charge potential and hole Fermi level in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9 and the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment.
  • Graphs (a) to (c) of FIG. 23 show the distribution of valence charge potential and hole Fermi level of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9, respectively.
  • Graph (d) of FIG. 23 shows the distribution of valence charge potential and hole Fermi level of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment.
  • the valence charge potential is shown by a solid line
  • the hole Fermi level is shown by a dashed line.
  • FIG. 24 is a graph showing the simulation results of the carrier concentration distribution in the stacking direction of the nitride semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9 and the nitride semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment.
  • Graphs (a) to (c) of FIG. 24 show the carrier concentration distribution of the nitride semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 7 to 9, respectively.
  • Graph (d) of FIG. 24 shows the carrier concentration distribution of the nitride semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment.
  • the electron concentration distribution is shown by a solid line
  • the hole concentration distribution is shown by a dashed line.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 7 to Comparative Example 9 differ from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the present embodiment in the configurations of the N-side guide layer and the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 7 shown in the graph (a) of Fig. 22 includes an N-side guide layer 2104 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 280 nm, and a P -side guide layer 2106 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 160 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 8 shown in the graph (b) of Fig. 22 includes an N-side guide layer 2204 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 160 nm, and a P-side guide layer 2206 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 280 nm.
  • the P-side guide layer 2306 of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 9 includes a P-side first guide layer 2306a made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 140 nm arranged above the active layer 405, and a P-side second guide layer 2306b made of an undoped In0.02Ga0.98N layer having a thickness of 140 nm arranged above the P-side first guide layer 2306a.
  • the P-side electrode is made of Pd instead of Ag.
  • the N-side guide layer 2104 and the P-side guide layer 2106 have the same composition, and the N-side guide layer 2104 has a larger film thickness than the P-side guide layer 2106. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 7, as shown in the graph (a) of FIG. 22, the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is located in the N-side guide layer 2104. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 7, the light confinement coefficient is a low value of 1.33%. Also, as shown in the graph (a) of FIG.
  • the hole Fermi level increases from the interface farther from the active layer 405 in the P-side guide layer 2106 to the interface closer to the active layer 405.
  • the valence electron charge potential is almost constant in the stacking direction of the P-side guide layer 2106. Therefore, the difference between the hole Fermi level and the valence electron charge potential in the P-side guide layer 2106 increases with increasing distance from the active layer 405. Therefore, as shown in the graph (a) of FIG. 24, the concentration of holes and electrons in the stacking direction of the P-side guide layer 2106, that is, the free carrier concentration, increases with increasing distance from the active layer 405.
  • the free carrier concentration in the stacking direction of the P-side guide layer 2106 cannot be reduced, and therefore reduction in free carrier loss and reduction in the probability of non-radiative recombination cannot be achieved.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 3.6 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the peak positions PS1 and PS2 of the light intensity distribution are ⁇ 34.1 nm and ⁇ 75.6 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 41.5 nm.
  • the waveguide loss is 4.5 cm ⁇ 1
  • the free carrier loss in the N-side guiding layer 2104 and the P-side guiding layer 2106 (hereinafter also referred to as “guiding layer free carrier loss”) is 2.8 cm ⁇ 1 .
  • the thickness of the P-side guide layer 2206 is larger than that of the N-side guide layer 2204, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is closer to the active layer 405 than that of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 7, as shown in the graph (b) of FIG. 22. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 8, the light confinement factor is 1.37%, which is slightly improved compared to the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 7. However, as shown in the graph (b) of FIG.
  • the concentration of holes and electrons in the stacking direction of the P-side guide layer 2206 i.e., the free carrier concentration
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 8 cannot realize a reduction in free carrier loss and a reduction in the probability of non-radiative recombination.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 3.3 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are 31.3 nm and 10.8 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 20.5 nm.
  • the waveguide loss is 5.2 cm ⁇ 1
  • the guide layer free carrier loss is 3.6 cm ⁇ 1 .
  • the refractive index of the P-side second guide layer 2306b which is a region of the P-side guide layer 2306 far from the active layer 405, is made smaller than the refractive index of the P-side first guide layer 2306a, which is a region close to the active layer 405.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is closer to the active layer 405 than the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 8.
  • the light confinement coefficient is 1.47%, which is further improved than the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 8.
  • the electron concentration in the stacking direction of the P-side guide layer 2306 increases in a spike-like manner in the portion where the valence charge potential changes discontinuously.
  • the hole concentration in the P-side guide layer 2306 also exceeds 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 9 cannot realize a reduction in the free carrier loss and a reduction in the probability of non-radiative recombination.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 2.5 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are 10.7 nm and 4.4 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 6.3 nm.
  • the waveguide loss is 3.93 cm ⁇ 1
  • the guide layer free carrier loss is 2.56 cm ⁇ 1 .
  • the refractive index of the P-side guide layer 406 increases as it approaches the active layer 405, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 405. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment, the light confinement coefficient is 1.49%, which is further improved than the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 9.
  • the band gap energy of the P-side guide layer 406 increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 405, as shown in the graph (d) of FIG.
  • the valence charge potential continuously decreases as it moves away from the active layer 405. This makes it possible to make the difference between the hole Fermi level and the valence charge potential in the P-side guide layer 406 almost constant. Therefore, as shown in the graph (d) of FIG. 24, the concentration of holes and electrons in the stacking direction of the P-side guide layer 406 can be reduced and made almost constant.
  • ⁇ Egp the increase in the band gap energy of the P-side guide layer 406 in the stacking direction
  • ⁇ Egp may be 400 meV or less.
  • the free carrier concentration in the stacking direction of the P-side guide layer 406 can be reduced, so that the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment can achieve reduced free carrier loss and reduced probability of non-radiative recombination.
  • the P-side electrode 413 contains Ag, as in the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the first embodiment. This makes it possible to reduce optical loss in the P-side electrode 413 and to increase the efficiency of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 2.1 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are 1.3 nm and ⁇ 4.3 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 5.6 nm.
  • the position PS1 and the difference ⁇ P can be reduced, so that non-linear portions are less likely to occur in the graph showing the IL characteristics.
  • the waveguide loss is 3.0 cm ⁇ 1
  • the guide layer free carrier loss is 1.8 cm ⁇ 1 . In this way, in this embodiment, the waveguide loss and free carrier loss can be reduced compared to each comparative example.
  • each barrier layer of the active layer 405 is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 406.
  • the composition of each barrier layer is undoped GaN
  • the band gap energy of each barrier layer is equal to or more than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 406, and the other configuration is the same as the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment.
  • the optical confinement coefficient is 1.39%
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 2.3 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are 0.35 nm and ⁇ 21.9 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 22.3 nm.
  • the waveguide loss is 3.4 cm -1
  • the free carrier loss in the N-side guide layer and the P-side guide layer is 1.84 cm -1 .
  • the band gap energy of each barrier layer is large, that is, the refractive index of each barrier layer is small, so that the optical confinement factor is smaller than that of nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the present embodiment. Accordingly, other evaluation indexes of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 10 are also worse than those of nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the present embodiment, except for position PS1.
  • the optical confinement factor can be increased by setting the band gap energy of each barrier layer to be equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 406. As a result, the difference ⁇ P can be reduced, making it less likely that a non-linear portion will appear in the graph showing the IL characteristics.
  • Fig. 25 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 11 and each numerical value obtained by simulation.
  • Fig. 26 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the P-type cladding layer 410 of the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to this embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 11 differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 of this embodiment in that the P-side electrode is made of Pd instead of Ag, but is the same in other respects.
  • the thickness of the P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm -3 in P-type cladding layer 410 was changed to change the thickness of the entire P-type cladding layer 410 to 0.45 ⁇ m, 0.35 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, and 0.20 ⁇ m.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 by providing the P-side electrode 413 containing Ag, it is possible to suppress an increase in waveguide loss even if the P-type cladding layer 410 is thinned to about 200 nm.
  • FIG. 5 A nitride-based semiconductor light-emitting device according to embodiment 5 will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to embodiment 4 in the band gap energy distribution of the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to embodiment 4.
  • Figure 27 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 500 according to the present embodiment.
  • Figure 28 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of the active layer 405 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device 500 according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 500 includes a semiconductor laminate 500S, a current blocking layer 412, a P-side electrode 413, and an N-side electrode 414.
  • the semiconductor laminate 500S includes a substrate 401, an N-type first cladding layer 402, an N-type second cladding layer 403, an N-side guide layer 404, an active layer 405, a P-side guide layer 506, an intermediate layer 408, an electron barrier layer 409, a P-type cladding layer 410, and a contact layer 411.
  • the band gap energy of the P-side guide layer 506 increases monotonically as it moves away from the active layer 405.
  • the P-side guide layer 506 also includes a portion in which the band gap energy increases continuously as it moves away from the active layer 405.
  • the P-side guide layer 506 is an undoped In.sub.Xp Ga.sub.1 -Xp N layer, and the average rate of change in the In composition ratio in the stacking direction in a region from the interface of the P-side guide layer 506 closer to the active layer 405 to the center of the P-side guide layer 506 in the stacking direction is greater than the average rate of change in the In composition ratio in the stacking direction in a region from the center to the interface of the P-side guide layer 506 closer to the P-type cladding layer 410.
  • the curve showing the relationship between the position in the stacking direction of the P-side guide layer 506 and the In composition ratio has a downwardly convex shape.
  • the curve showing the relationship between the position in the stacking direction of the P-side guide layer 506 and the band gap energy has an upwardly convex shape (see FIG. 28).
  • the P-side guide layer 506 has a P-side first guide layer 506a and a P-side second guide layer 506b.
  • the P-side first guide layer 506a is an undoped InXpGa1 -XpN layer with a thickness of 140 nm. More specifically, the P-side first guide layer 506a has a composition expressed as InXp1Ga1 -Xp1N near the interface close to the active layer 405, and has a composition expressed as InXpmGa1 -XpmN near the interface far from the active layer 405.
  • the In composition ratio Xp of the P-side first guide layer 506a decreases at a constant rate of change as it moves away from the active layer 405.
  • the P-side second guide layer 506b is an undoped InXpGa1 -XpN layer with a thickness of 140 nm. More specifically, the P-side second guide layer 506b has a composition expressed as InXpmGa1 -XpmN near the interface closer to the active layer 405, and has a composition expressed as InXp2Ga1 -Xp2N near the interface farther from the active layer 405.
  • Fig. 29 is a graph showing a simulation result of the distribution of valence electron charge potential and hole Fermi level in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 500 according to this embodiment.
  • Fig. 30 is a graph showing a simulation result of the distribution of carrier concentration in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 500 according to this embodiment.
  • the curve showing the valence charge potential in the P-side guide layer 506 can be made to have a downward convex shape.
  • the curve showing the hole Fermi level in the P-side guide layer 506 has a downward convex shape. Therefore, by making the curve showing the valence charge potential in the P-side guide layer 506 have a downward convex shape, the difference between the hole Fermi level and the valence charge potential in the P-side guide layer 506 can be made more uniform than in the P-side guide layer 406 according to the fourth embodiment. Therefore, as shown in FIG. 30, the concentration of holes in the P-side guide layer 506, particularly in the region close to the active layer 405, can be reduced. This can further reduce the free carrier loss in the P-side guide layer 506.
  • each barrier layer of the active layer 405 is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 404 and the P-side guide layer 506. This can increase the optical confinement factor. Accordingly, the difference ⁇ P can be reduced, so that non-linear parts are less likely to occur in the graph showing the IL characteristics.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the sixth embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the fourth embodiment in the relationship of the Al composition ratio between the N-type first cladding layer and the P-type cladding layer, and in the configuration of the electron barrier layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment will be described below with reference to FIG. 31, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 31 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 600 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 600 includes a semiconductor laminate 600S, a current blocking layer 412, a P-side electrode 413, and an N-side electrode 414.
  • the semiconductor laminate 600S includes a substrate 401, an N-type first cladding layer 602, an N-type second cladding layer 403, an N-side guide layer 404, an active layer 405, a P-side guide layer 406, an intermediate layer 408, an electron barrier layer 609, a P-type cladding layer 410, and a contact layer 411.
  • the N-type first cladding layer 602 is a 1200 nm-thick N-type Al 0.036 Ga 0.964 N layer.
  • the N-type first cladding layer 602 is doped with Si as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the P-type cladding layer 410 is a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer having a thickness of 450 nm, as described above.
  • the N-type first cladding layer 602 and the P-type cladding layer 410 contain Al.
  • the Al composition ratios of the N-type first cladding layer 602 and the P-type cladding layer 410 be Ync and Ypc, respectively. Ync>Ypc (24) Satisfy the relationship.
  • the composition ratios Ync and Ypc indicate the average Al composition ratio.
  • the N-type first cladding layer 602 includes multiple 2 nm thick GaN layers and multiple 2 nm thick AlGaN layers with an Al composition ratio of 0.07, and each of the multiple GaN layers and each of the multiple AlGaN layers are alternately stacked, Ync is 0.035, which is the average Al composition ratio of the entire N-type first cladding layer 602.
  • Ypc is 0.035, which is the average Al composition ratio of the entire P-type cladding layer 410.
  • the refractive index of the N-type first cladding layer 602 allows the refractive index of the N-type first cladding layer 602 to be lower than that of the P-type cladding layer 410. Therefore, even if the thickness of the P-type cladding layer 410 is reduced to reduce the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 600, the refractive index of the N-type first cladding layer 602 is smaller than that of the P-type cladding layer 410, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be prevented from moving in a direction approaching the N-type first cladding layer 602 from the active layer 405.
  • the electron barrier layer 609 is disposed above the active layer 405 and is a nitride-based semiconductor layer containing at least Al. In this embodiment, the electron barrier layer 609 is disposed between the intermediate layer 408 and the P-type cladding layer 410.
  • the electron barrier layer 609 is a P-type AlGaN layer having a thickness of 5 nm.
  • the electron barrier layer 609 also has an Al composition ratio increasing region in which the Al composition ratio monotonically increases as it approaches the P-type cladding layer 410.
  • the configuration in which the Al composition ratio increases monotonically includes a configuration including a region in which the Al composition ratio is constant in the stacking direction.
  • the configuration in which the Al composition ratio increases monotonically includes a configuration in which the Al composition ratio increases stepwise.
  • the entire electron barrier layer 609 is an Al composition ratio increasing region, and the Al composition ratio increases at a constant rate of change in the stacking direction.
  • the electron barrier layer 609 has a composition expressed as Al 0.02 Ga 0.98 N near the interface with the intermediate layer 408, and the Al composition ratio increases monotonically toward the P-type cladding layer 410, and has a composition expressed as Al 0.36 Ga 0.64 N near the interface with the P-type cladding layer 410.
  • the electron barrier layer 609 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm -3 .
  • the electron barrier layer 609 can suppress the leakage of electrons from the active layer 405 to the P-type cladding layer 410.
  • the electron barrier layer 609 has an Al composition ratio increasing region where the Al composition ratio increases monotonically, the potential barrier of the valence band of the electron barrier layer 609 can be reduced more than when the Al composition ratio is uniform. This makes it easier for holes to flow from the P-type cladding layer 410 to the active layer 405. Therefore, even when the P-side guide layer 406, which is an undoped layer, has a large thickness as in this embodiment, the increase in the electrical resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting element 600 can be suppressed.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 600 can operate at a high output.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting element 600 having an effective refractive index difference ⁇ N of 1.9 ⁇ 10 ⁇ 3 , a position PS1 of 5.3 nm, a difference ⁇ P of 4.2 nm, an optical confinement coefficient in the active layer 405 of 1.55%, a waveguide loss of 3.6 cm ⁇ 1 , and a guide layer free carrier loss of 2.4 cm ⁇ 1 .
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device (Seventh embodiment) A nitride-based semiconductor light-emitting device according to the seventh embodiment will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the seventh embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the fourth embodiment mainly in the configuration of the P-type cladding layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment will be described below with reference to FIG. 32, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 400 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 32 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting element 700 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 700 according to this embodiment includes a semiconductor laminate 700S, a current blocking layer 412, a P-side electrode 413, and an N-side electrode 414.
  • the semiconductor laminate 700S includes a substrate 401, an N-type first cladding layer 402, an N-type second cladding layer 403, an N-side guide layer 404, an active layer 405, a P-side guide layer 406, an intermediate layer 408, an electron barrier layer 709, a P-type cladding layer 710, and a contact layer 411.
  • the electron barrier layer 709 is a 1.6 nm-thick P-type Al 0.36 Ga 0.64 N layer.
  • the electron barrier layer 709 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1.5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the P-type cladding layer 710 is disposed between the electron barrier layer 709 and the contact layer 411.
  • the P-type cladding layer 710 has a smaller refractive index than the active layer 405 and a higher band gap energy.
  • the P-type cladding layer 710 has a ridge 710R formed therein, similar to the P-type cladding layer 410 according to the fourth embodiment.
  • the P-type cladding layer 710 has two grooves 710T formed therein, which are disposed along the ridge 710R and extend in the Y-axis direction.
  • the P-type cladding layer 710 is a P-type Al0.026Ga0.974N layer having a thickness of 450 nm.
  • the P-type cladding layer 710 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end of the P-type cladding layer 710 closer to the active layer 405 is lower than the impurity concentration at the end farther from the active layer 405.
  • the impurity concentration of the P-type cladding layer 710 has a region in which it monotonically increases with increasing distance from the active layer 405.
  • the configuration in which the impurity concentration monotonically increases also includes a configuration in which there is a region in which the impurity concentration is constant in the stacking direction.
  • P-type cladding layer 710 has a P-type Al0.026Ga0.974N layer of 150 nm thickness doped with Mg to a concentration of 2 ⁇ 1018 cm -3 arranged on the side closest to active layer 405, a P-type Al0.026Ga0.974N layer of 180 nm thickness doped with Mg to a concentration of 1 ⁇ 1019 cm - 3 arranged above it, and a P-type Al0.026Ga0.974N layer of 120 nm thickness doped with Mg to a concentration of 1.3 ⁇ 1019 cm -3 arranged above it.
  • P-type cladding layer 710 has a first layer closest to active layer 405, a second layer having a higher impurity concentration than the first layer, and a third layer having a higher impurity concentration than the second layer.
  • the thickness of the P-side guide layer 406 is greater than the thickness of the N-side guide layer 404.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is distributed in the region near the active layer 405, so the spread of light to the P-type cladding layer 710 is suppressed. Therefore, the light intensity in the P-type cladding layer 710 is weak. Therefore, even if the Mg concentration in the region of the P-type cladding layer 710 close to the contact layer 411 is increased, the increase in waveguide loss can be suppressed.
  • the Mg concentration it is possible to reduce the series resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting element 700 (i.e., the resistance between the P-side electrode 413 and the N-side electrode 414).
  • the optical intensity is sufficiently small to suppress an increase in waveguide loss even if the Mg concentration is increased to 1.3 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more.
  • Increasing the Mg concentration of the P-type cladding layer 710 in this manner makes it possible to reduce the series resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting device 700.
  • the Mg concentration in the P-type cladding layer 710 may be 1.6 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less. This makes it possible to suppress a decrease in carrier mobility caused by an excessive increase in the Mg concentration, and therefore to suppress an increase in series resistance.
  • the thickness of the P-side guide layer 406 is 250 nm or more, the light intensity in the P-type cladding layer 710 becomes even weaker, so even if the thickness of the low-concentration region in the P-type cladding layer 710 where the Mg concentration is the lowest is 20 nm or less, an increase in waveguide loss can be suppressed.
  • the Mg concentration in the P-type cladding layer 710 does not need to be changed stepwise in the stacking direction, and may be changed continuously.
  • the Mg concentration in the P-type cladding layer 710 may have the following configuration. At the interface of the P-type cladding layer 710 closer to the active layer 405, the Mg concentration is approximately equal to the Mg concentration of 1.5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 in the electron barrier layer 709. In a region of the P-type cladding layer 710 within a distance of 100 nm from the interface, the Mg concentration may monotonically decrease with increasing distance from the interface so that the Mg concentration reaches a range of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 3 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the P-type cladding layer 710 may have a concentration decrease region in which the impurity concentration monotonically decreases with increasing distance from the active layer 405 in the region closest to the active layer 405. Furthermore, the P-type cladding layer 710 may have a low concentration region disposed above the concentration decreasing region, in which the change in Mg concentration in the stacking direction is small and which has the lowest Mg concentration in the P-type cladding layer 710. In the low concentration region, the Mg concentration is, for example, 1 ⁇ 10 18 cm -3 or more and 3 ⁇ 10 18 cm -3 or less. Furthermore, the P-type cladding layer 710 may have an increasing concentration region disposed above the low concentration region, in which the Mg concentration increases monotonically with increasing distance from the active layer 405. In the increasing concentration region, the Mg concentration increases monotonically from a range of 1 ⁇ 10 18 cm -3 or more and 3 ⁇ 10 18 cm -3 or less to 1.3 ⁇ 10 19 cm -3 , for example.
  • the concentration increase region may also have a high increase rate region located closer to the active layer 405 and a low increase rate region located above the high increase rate region.
  • the rate of change in the Mg concentration in the stacking direction in the high increase rate region is greater than the rate of change in the Mg concentration in the stacking direction in the low increase rate region.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting element 700 having an effective refractive index difference ⁇ N of 1.9 ⁇ 10 ⁇ 3 , a position PS1 of 3.6 nm, a difference ⁇ P of 2.8 nm, an optical confinement coefficient in the active layer 405 of 1.54%, a waveguide loss of 3.6 cm ⁇ 1 , and a guide layer free carrier loss of 2.4 cm ⁇ 1 .
  • nitride-based semiconductor light-emitting device (Embodiment 8) A nitride-based semiconductor light-emitting device according to embodiment 8 will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from nitride-based semiconductor light-emitting device 700 according to embodiment 7 in the configuration of the electron barrier layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 33 and 34, focusing on the differences from nitride-based semiconductor light-emitting device 700 according to embodiment 7.
  • FIG. 33 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 800 according to this embodiment.
  • FIG. 34 is a graph showing the distribution of the Al composition ratio in the stacking direction of an electron barrier layer 809 according to this embodiment. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 34 indicates the position x in the stacking direction, and the vertical axis indicates the Al composition ratio.
  • the distribution of the Al composition ratio in the intermediate layer 408 and a part of the P-type cladding layer 710 is also shown in addition to the electron barrier layer 809.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 800 includes a semiconductor laminate 800S, a current blocking layer 412, a P-side electrode 413, and an N-side electrode 414.
  • the semiconductor laminate 800S includes a substrate 401, an N-type first cladding layer 402, an N-type second cladding layer 403, an N-side guide layer 404, an active layer 405, a P-side guide layer 406, an intermediate layer 408, an electron barrier layer 809, a P-type cladding layer 710, and a contact layer 411.
  • the electron barrier layer 809 is a P-type AlGaN layer.
  • the electron barrier layer 809 is doped with Mg at a concentration of 1.5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 as an impurity.
  • the electron barrier layer 809 has an Al composition ratio increasing region in which the Al composition ratio increases monotonically as it approaches the P-type cladding layer 710, and an Al composition ratio decreasing region disposed above the Al composition ratio increasing region in which the Al composition ratio decreases monotonically as it approaches the P-type cladding layer 710.
  • the configuration in which the Al composition ratio decreases monotonically includes a configuration including a region in which the Al composition ratio is constant in the stacking direction.
  • the configuration in which the Al composition ratio decreases monotonically includes a configuration in which the Al composition ratio decreases stepwise.
  • the thickness of the electron barrier layer 809 is 5 nm or less.
  • the thickness of the region with an increased Al composition ratio is 2 nm or less.
  • the thickness of the region with a decreased Al composition ratio is greater than the thickness of the region with an increased Al composition ratio.
  • the thickness of the region with the maximum Al composition ratio in the electron barrier layer 809 is 0.5 nm or less.
  • the region with the maximum Al composition ratio means a region in which the Al composition ratio is 95% or more of the maximum value of the Al composition ratio in the electron barrier layer 809.
  • the graph shown in Figure 34 shows lines g(x) and h(x) along with a curve f(x) which indicates the distribution of the Al composition ratio with respect to the position in the stacking direction of the electron barrier layer 809.
  • the positive piezoelectric polarization charge formed at the interface of the electron barrier layer 809 with the intermediate layer 408 can be dispersed to the region of increased Al composition ratio. Accordingly, the concentration of electrons attracted by the positive piezoelectric polarization charge at the interface of the electron barrier layer 809 with the intermediate layer 408 is reduced. As a result, the decrease in the potential energy of the valence band at the interface of the electron barrier layer 809 with the intermediate layer 408 can be suppressed. This reduces the potential barrier for holes flowing from the P-type cladding layer 710 to the active layer 405, reducing the operating voltage.
  • the film thickness of the region with the maximum Al composition ratio can be set smaller, and the operating voltage can be reduced.
  • the thickness of the electron barrier layer 809 5 nm or less, the width (i.e., thickness) of the potential barrier of the valence band formed by the electron barrier layer 809 can be narrowed.
  • the electrical conduction barrier for holes from the P-type cladding layer 710 to the active layer 405 can be made smaller, and the operating voltage is reduced.
  • the thickness of the electron barrier layer 809 is thinner than 2 nm, the number of electrons that flow from the active layer 405 to the P-type cladding layer 710 over the electron barrier layer 809 increases, so the thickness of the electron barrier layer 809 needs to be 2 nm or more.
  • the thickness of the electron barrier layer 809 is set to 5 nm or less, while the thickness of the Al composition ratio decreasing region of the electron barrier layer 809 is set to be greater than the thickness of the Al composition ratio increasing region, thereby suppressing the generation of electrons that flow from the active layer 405 to the P-type cladding layer 710 beyond the electron barrier layer 809.
  • the positive piezoelectric polarization charge formed near the interface of the electron barrier layer 809 with the intermediate layer 408 is greater in the region where the rate of change of the Al composition ratio is relatively large than in the region close to the intermediate layer 408 where the rate of change of the Al composition ratio is relatively small.
  • the electrical conduction barrier of holes from the P-type cladding layer 710 to the active layer 405 can be reduced, and the operating voltage can be reduced.
  • the Mg concentration in the electron barrier layer 809 may be 1.5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less. Since the Al composition is inclined in the region of the electron barrier layer 809 closer to the active layer 405 (i.e., the region with an increased Al composition ratio), the potential barrier against holes in the electron barrier layer 809 can be reduced even if the Mg concentration is 1.5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less. This makes it possible to suppress an increase in the operating voltage even if the Al composition ratio of the electron barrier layer 809 is increased to 30% or more.
  • the effect of suppressing the formation of a potential barrier in the valence band is enhanced, and it becomes possible to set the Mg concentration to 1 ⁇ 10 19 cm -3 or less.
  • the Mg concentration may be set to 0.7 ⁇ 10 18 cm -3 or more. This makes it possible to suppress the potential of the valence band of the electron barrier layer 809 from decreasing too much.
  • the electron barrier layer 809 has a composition expressed as Al0.02Ga0.98N near the interface with the intermediate layer 408, and the Al composition ratio of the electron barrier layer 809 increases monotonically toward the P-type cladding layer 710.
  • the electron barrier layer 809 has a composition expressed as Al0.026Ga0.974N near the interface with the P-type cladding layer 710 .
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 800 according to this embodiment also achieves the same effects as the nitride-based semiconductor light-emitting device 700 according to embodiment 7. Furthermore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device 800 according to this embodiment, the Al composition ratio on the side of the electron barrier layer 809 closer to the active layer 405 is inclined, thereby suppressing a decrease in the potential energy of the valence band at the interface between the electron barrier layer 809 and the intermediate layer 408. This allows the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 800 to be reduced.
  • FIG. 9 A nitride-based semiconductor light-emitting device according to the ninth embodiment will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the first embodiment in the configuration of the N-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 35A to 41.
  • Figure 35A is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the present embodiment.
  • Figure 35B is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an active layer 905 included in the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 includes a semiconductor laminate 900S, a current blocking layer 912, a P-side electrode 913, and an N-side electrode 914.
  • the semiconductor laminate 900S includes a substrate 901, an N-type first cladding layer 902, an N-type second cladding layer 903, an N-side guide layer 904, an active layer 905, a P-side guide layer 906, an intermediate layer 908, an electron barrier layer 909, a P-type cladding layer 910, and a contact layer 911.
  • the substrate 901 is a plate-like member that serves as a base for the nitride-based semiconductor light-emitting element 900.
  • the substrate 901 is an N-type GaN substrate.
  • the N-type first cladding layer 902 is an example of an N-type cladding layer disposed above the substrate 901.
  • the N-type first cladding layer 902 is a layer having a smaller refractive index and a larger band gap energy than the active layer 905.
  • the N-type first cladding layer 902 is an N-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer having a film thickness of 1200 nm.
  • the N-type first cladding layer 902 is doped with Si as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the N-type second cladding layer 903 is an example of an N-type cladding layer disposed above the substrate 901.
  • the N-type second cladding layer 903 is disposed above the N-type first cladding layer 902.
  • the N-type second cladding layer 903 is a layer having a smaller refractive index than the active layer 905 and a larger band gap energy.
  • the N-type second cladding layer 903 is an N-type GaN layer having a film thickness of 100 nm.
  • the N-type second cladding layer 903 is doped with Si at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 as an impurity.
  • the band gap energy of the N-type second cladding layer 903 is smaller than the band gap energy of the N-type first cladding layer 902 and is equal to or greater than the maximum value of the band gap energy of the P-side guide layer 906.
  • the N-side guide layer 904 is an optical guide layer disposed above the N-type second cladding layer 903.
  • the N-side guide layer 904 has a higher refractive index and a smaller band gap energy than the N-type first cladding layer 902 and the N-type second cladding layer 903.
  • the band gap energy of the N-side guide layer 904 increases monotonically as it moves away from the active layer 905 (i.e., as it moves toward the N-type first cladding layer 902 in the opposite direction to the crystal growth direction of each semiconductor layer).
  • the configuration in which the band gap energy increases monotonically also includes a configuration in which there is a region in which the band gap energy is constant in the stacking direction.
  • the N-side guide layer 904 includes a portion in which the band gap energy increases continuously as it moves away from the active layer 905.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically in the stacking direction does not include a configuration in which the band gap energy changes discontinuously in the stacking direction.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically is a configuration in which the discontinuous increase in the band gap energy is less than 2% of the band gap energy at that position.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 905 in the N-side guide layer 904 is a configuration in which the increase in the band gap energy at a position in the N-side guide layer 904 displaced by a small distance from the position in the opposite direction to the crystal growth direction is less than 2% of the band gap energy at that position.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically does not include a configuration in which the band gap energy increases stepwise by 2% or more in the direction opposite to the stacking direction, but includes a configuration in which the band gap energy changes stepwise by less than 2% in the stacking direction.
  • the band gap energy increases continuously in the entire N-side guide layer 904 as it moves away from the active layer 905, but the N-side guide layer 904 configuration is not limited to this.
  • the ratio of the thickness of the portion of the N-side guide layer 904 whose band gap energy increases continuously with increasing distance from the active layer 905 to the entire thickness of the N-side guide layer 904 may be 50% or more. In addition, the ratio may be 70% or more, or 90% or more.
  • the increase in the band gap energy of the N-side guide layer 904 in the direction toward the N-type second cladding layer 903 is defined as ⁇ Egn.
  • the increase in the band gap energy of the N-side guide layer 904 in the direction opposite to the direction of crystal growth is defined, for example, as the difference between the band gap energy at the interface of the N-side guide layer 904 closer to the active layer 905 and the band gap energy at the interface closer to the N-type second cladding layer 903.
  • the ratio of the magnitude of the continuously increasing band gap energy to ⁇ Egn may be 70% or more. In addition, this ratio may be 80% or more, or may be 90% or more.
  • the refractive index of the N-side guide layer 904 increases continuously and monotonically as it approaches the active layer 905.
  • the refractive index of the N-side guide layer 904 increases as it approaches the active layer 905, so the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 905.
  • ⁇ Egn may be 100 meV or more and 400 meV or less.
  • the In composition ratio Xn of the N-side guide layer 904 monotonically decreases with increasing distance from the active layer 905.
  • the band gap energy of the N-side guide layer 904 monotonically increases with increasing distance from the active layer 905.
  • the configuration in which the In composition ratio Xn decreases monotonically includes a configuration in which there is a region in which the In composition ratio Xn is constant in the stacking direction.
  • the N-side guide layer 904 includes a portion in which the In composition ratio decreases continuously with increasing distance from the active layer 905.
  • the configuration in which the In composition ratio Xn decreases continuously and monotonically does not include a configuration in which the In composition ratio Xp changes discontinuously in the stacking direction.
  • the configuration in which the In composition ratio decreases continuously and monotonically is a configuration in which the discontinuous decrease in the In composition ratio Xn in the stacking direction at a certain position of the N-side guide layer 904 is less than 20% of the In composition ratio Xn at that position.
  • the average band gap energy of the N-side guide layer 904 is equal to or lower than the average band gap energy of the P-side guide layer 906. In other words, the average value of the In composition ratio of the N-side guide layer 904 is equal to or higher than the average value of the In composition ratio of the P-side guide layer 906. In this embodiment, the average value of the In composition ratio of the N-side guide layer 904 is equal to the average value of the In composition ratio of the P-side guide layer 906. In other words, the average band gap energy of the N-side guide layer 904 is equal to the average band gap energy of the P-side guide layer 906. Furthermore, assuming that the film thickness of the N-side guide layer 904 is Tn and the film thickness of the P-side guide layer 906 is Tp, Tn ⁇ Tp (31) Satisfy the relationship.
  • the maximum In composition ratio in the N-side guide layer 904 is equal to or less than the In composition ratio of each barrier layer.
  • the N-side guide layer 904 is an N-type In 2 Xn 2 Ga 1-Xn 2 N layer having a thickness of 160 nm.
  • the N-side guide layer 904 is doped with Si at a concentration of 3 ⁇ 10 17 cm -3 as an impurity. More specifically, the N-side guide layer 904 has a composition expressed as In 0.04 Ga 0.96 N near the interface closer to the active layer 905, and has a composition expressed as GaN near the interface farther from the active layer 905.
  • the In composition ratio Xn of the N-side guide layer 904 decreases at a constant rate as it moves away from the active layer 905.
  • the active layer 905 is disposed above the N-side guide layer 904 and is a light-emitting layer having a quantum well structure.
  • the active layer 905 has well layers 905b and 905d and barrier layers 905a, 905c, and 905e, as shown in FIG. 35B.
  • the barrier layer 905a is disposed above the N-side guide layer 904 and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 905a is an undoped In 0.05 Ga 0.95 N layer having a thickness of 7 nm.
  • the well layer 905b is disposed above the barrier layer 905a and functions as a well of the quantum well structure.
  • the well layer 905b is disposed between the barrier layer 905a and the barrier layer 905c .
  • the well layer 905b is an undoped In0.18Ga0.82N layer having a thickness of 3 nm.
  • the barrier layer 905c is disposed above the well layer 905b and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 905c is an undoped In0.05Ga0.95N layer having a thickness of 7 nm.
  • the well layer 905d is disposed above the barrier layer 905c and functions as a well of the quantum well structure.
  • the well layer 905d is disposed between the barrier layer 905c and the barrier layer 905e .
  • the well layer 905d is an undoped In0.18Ga0.82N layer having a thickness of 3 nm.
  • the barrier layer 905e is disposed above the well layer 905d and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 905e is an undoped In0.05Ga0.95N layer having a thickness of 5 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 900 has an active layer 905 configured as described above, and is therefore capable of emitting light with a wavelength of 430 nm or more and 455 nm or less.
  • the band gap energy of each barrier layer is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906. That is, the refractive index of each barrier layer is greater than the refractive index of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906. Therefore, the optical confinement coefficient in the active layer 905 can be increased.
  • the In composition ratio of each barrier layer is equal to or greater than the maximum value of the In composition ratio of the N-side guide layer 904 and equal to or greater than the maximum value of the In composition ratio of the P-side guide layer 906.
  • the P-side guide layer 906 is an optical guide layer disposed above the active layer 905.
  • the P-side guide layer 906 has a higher refractive index and a smaller band gap energy than the P-type cladding layer 910.
  • the band gap energy of the P-side guide layer 906 increases monotonically with increasing distance from the active layer 905.
  • the configuration in which the band gap energy in the P-side guide layer 906 increases monotonically includes a configuration in which there is a region in which the band gap energy is constant in the stacking direction.
  • the P-side guide layer 906 also includes a portion in which the band gap energy increases continuously as it moves away from the active layer 905.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically does not include a configuration in which the band gap energy changes discontinuously in the stacking direction.
  • a configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically is a configuration in which the discontinuous increase in band gap energy at a certain position is less than 2% of the band gap energy at that position, as with the N-side guide layer described above.
  • the configuration in which the band gap energy increases continuously and monotonically does not include a configuration in which the band gap energy increases stepwise by 2% or more in the stacking direction, but does include a configuration in which the band gap energy changes stepwise by less than 2% in the stacking direction.
  • the band gap energy in the entire P-side guide layer 906 increases continuously as it moves away from the active layer 905, but the configuration of the P-side guide layer 906 is not limited to this.
  • the ratio of the film thickness of the portion where the band gap energy increases continuously as it moves away from the active layer 905 to the film thickness of the entire P-side guide layer 906 may be 50% or more. In addition, this ratio may be 70% or more, or 90% or more.
  • the increase in the band gap energy of the P-side guide layer 906 in the direction of the N-type second cladding layer 903 is defined as ⁇ Egp.
  • the increase in the band gap energy of the P-side guide layer 906 in the stacking direction is defined, for example, as the difference between the band gap energy at the interface of the P-side guide layer 906 closer to the active layer 905 and the band gap energy at the interface closer to the P-type cladding layer 910.
  • the ratio of the magnitude of the continuously increasing band gap energy to ⁇ Egp in ⁇ Egp may be 70% or more. In addition, this ratio may be 80% or more, or may be 90% or more.
  • the refractive index of the P-side guide layer 906 increases continuously and monotonically as it approaches the active layer 905.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 905.
  • ⁇ Egp may be 100 meV or more and 400 meV or less.
  • the In composition ratio Xp of the P-side guide layer 906 monotonically decreases with increasing distance from the active layer 905.
  • the band gap energy of the P-side guide layer 906 increases continuously and monotonically with increasing distance from the active layer 905.
  • the P-side guide layer 906 also includes a portion in which the In composition ratio Xp increases continuously with increasing distance from the active layer 905.
  • the band gap energy of the P-side guide layer 906 includes a portion in which the In composition ratio Xp increases continuously with increasing distance from the active layer 905.
  • the average band gap energy of the P-side guide layer 906 is equal to or greater than the average band gap energy of the N-side guide layer 904.
  • the average value of the In composition ratio of the P-side guide layer 906 is equal to or less than the average value of the In composition ratio of the N-side guide layer 904.
  • the average value of the In composition ratio of the P-side guide layer 906 is equal to the average value of the In composition ratio of the N-side guide layer 904.
  • the thickness Tp of the P-side guide layer 906 is greater than the thickness Tn of the N-side guide layer 904.
  • the maximum value of the In composition ratio in the P-side guide layer 906 is equal to or less than the In composition ratio of each barrier layer.
  • the P-side guide layer 906 is an undoped InXpGa1 -XpN layer with a film thickness of 280 nm. More specifically, the P-side guide layer 906 has a composition expressed as In0.04Ga0.96N near the interface closer to the active layer 905 , and has a composition expressed as GaN near the interface farther from the active layer 905.
  • the In composition ratio Xp of the P-side guide layer 906 decreases at a constant rate with increasing distance from the active layer 905.
  • the intermediate layer 908 is a layer disposed above the active layer 905.
  • the intermediate layer 908 is disposed between the P-side guide layer 906 and the electron barrier layer 909, and reduces stress caused by the difference in lattice constant between the P-side guide layer 906 and the electron barrier layer 909. This makes it possible to suppress the occurrence of crystal defects in the nitride-based semiconductor light-emitting element 900.
  • the intermediate layer 908 is an undoped GaN layer with a thickness of 20 nm.
  • the electron barrier layer 909 is disposed above the active layer 905 and is a nitride-based semiconductor layer containing at least Al. In this embodiment, the electron barrier layer 909 is disposed between the intermediate layer 908 and the P-type cladding layer 910.
  • the electron barrier layer 909 is a P-type Al 0.36 Ga 0.64 N layer having a film thickness of 5 nm.
  • the electron barrier layer 909 is doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 as an impurity. The electron barrier layer 909 can suppress leakage of electrons from the active layer 905 to the P-type cladding layer 910.
  • the P-type cladding layer 910 is a P-type cladding layer disposed above the active layer 905.
  • the P-type cladding layer 910 is disposed between the electron barrier layer 909 and the contact layer 911.
  • the P-type cladding layer 910 is a layer having a smaller refractive index and a higher band gap energy than the active layer 905.
  • the thickness of the P-type cladding layer 910 may be 460 nm or less. This can suppress the electrical resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900. Therefore, the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 can be reduced.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 can be operated at a high output.
  • the thickness of the P-type cladding layer 910 may be 200 nm or more.
  • the thickness of the P-type cladding layer 910 may be 250 nm or more.
  • the P-type cladding layer 910 is a P-type Al0.035Ga0.965N layer having a thickness of 450 nm.
  • the P-type cladding layer 910 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end of the P - type cladding layer 910 closer to the active layer 905 is lower than the impurity concentration at the end farther from the active layer 905.
  • the P-type cladding layer 910 has a P-type Al0.035Ga0.965N layer doped with Mg to a concentration of 2 ⁇ 1018 cm -3 and having a thickness of 150 nm, which is located on the side closer to the active layer 905, and a P-type Al0.035Ga0.965N layer doped with Mg to a concentration of 1 ⁇ 1019 cm -3 and having a thickness of 300 nm, which is located on the side farther from the active layer 905 .
  • a ridge 910R is formed in the P-type cladding layer 910 of the nitride-based semiconductor light-emitting element 900.
  • Two grooves 910T are formed in the P-type cladding layer 910, which are arranged along the ridge 910R and extend in the Y-axis direction.
  • the ridge width W is about 30 ⁇ m.
  • the distance between the lower end of the ridge 910R (i.e., the bottom of the groove 910T) and the active layer 905 is defined as dp.
  • the film thickness of the P-type cladding layer 910 at the lower end of the ridge 910R (i.e., the distance between the lower end of the ridge 910R and the interface between the P-type cladding layer 910 and the electron barrier layer 909) is defined as dc.
  • the contact layer 911 is disposed above the P-type cladding layer 910 and is in ohmic contact with the P-side electrode 913.
  • the contact layer 911 is a P-type GaN layer with a thickness of 60 nm.
  • the contact layer 911 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the current blocking layer 912 is disposed above the P-type cladding layer 910, and is an insulating layer that is transparent to light from the active layer 905.
  • the current blocking layer 912 is disposed in a region of the upper surface of the P-type cladding layer 910 other than the upper surface of the ridge 910R.
  • the current blocking layer 912 is a SiO2 layer.
  • the P-side electrode 913 is a conductive layer disposed above the semiconductor laminate 900S. In this embodiment, the P-side electrode 913 is disposed above the contact layer 911 and the current blocking layer 912, and is in contact with the contact layer 911.
  • the P-side electrode 913 is, for example, a single layer or a multilayer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the N-side electrode 914 is a conductive layer disposed below the substrate 901 (i.e., on the principal surface of the substrate 901 opposite to the principal surface on which the N-type first cladding layer 902 and the like are disposed).
  • the N-side electrode 914 is, for example, a single layer or a multilayer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 900 generates an effective refractive index difference ⁇ N between the portion below the ridge 910R and the portion below the groove 910T, as shown in FIG. 35A. This allows the light generated in the portion of the active layer 905 below the ridge 910R to be confined in the horizontal direction (i.e., the X-axis direction).
  • FIG. 36 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of the active layer 905 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting element 900 according to this embodiment.
  • the thickness of the P-type cladding layer 910 is set to be relatively thin in order to reduce the operating voltage. Accordingly, the height of the ridge 910R (i.e., the height of the ridge 910R from the bottom surface of the groove 910T) is also set to be relatively low.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction shifts in a direction approaching the N-type second cladding layer 903 from the active layer 905. As a result, the light confinement coefficient in the active layer 905 decreases, and the thermal saturation level of the light output decreases accordingly.
  • the average band gap energy of the P-side guide layer 906 is equal to the average band gap energy of the N-side guide layer 904.
  • the thickness Tp of the P-side guide layer 906 is greater than the thickness Tn of the N-side guide layer 904 (the above inequality (31)). In this way, by increasing the thickness of the P-side guide layer 906, which has a higher refractive index than each cladding layer, it is possible to shift the light intensity distribution in a direction from the active layer 905 toward the P-side guide layer 906. Therefore, with the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment, it is possible to control the peak of the light intensity distribution in the stacking direction to be located in the active layer 905.
  • the band gap energy of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906 increases continuously and monotonically as they move away from the active layer 905.
  • the refractive index of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906 increases continuously and monotonically as they approach the active layer 905.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 905.
  • compositions of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906 are expressed as In Xn Ga 1-Xn N and In Xp Ga 1-Xp N, respectively.
  • the compositions of the N-side guide layer 904 near the interface closer to the active layer 905 and near the interface farther away are expressed as In Xn1 Ga 1-Xn1 N and In Xn2 Ga 1-Xn2 N, respectively.
  • the compositions of the P-side guide layer 906 near the interface closer to the active layer 905 and near the interface farther away are expressed as In Xp1 Ga 1-Xp1 N and In Xp2 Ga 1-Xp2 N, respectively.
  • the barrier layers 905a, 905c, and 905e of the active layer 905 are made of InXbGa1 -XbN .
  • the In composition ratios Xb, Xn, and Xp of each of the barrier layers, the N-side guide layer 904, and the P-side guide layer 906 are as follows: Xp ⁇ Xb (32) Xn ⁇ Xb (33) The relationship is satisfied.
  • the band gap energy of each barrier layer is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906. That is, the refractive index of each barrier layer can be made larger than that of the P-side guide layer 906 and the N-side guide layer 904.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 905.
  • the light intensity distribution can be prevented from moving too far in the direction from the active layer 905 to the P-type cladding layer 910. This effect is greater when the band gap energy of each barrier layer is less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906, and the light confinement coefficient is also greater.
  • the position PS1 of the peak of the light intensity distribution in the stacking direction in the portion below the ridge 910R can be set to 15.9 nm.
  • the peak of the light intensity distribution can be positioned in the active layer 905.
  • ⁇ P can be suppressed to 6.2 nm. This allows the light confinement coefficient in the active layer 905 to be increased to approximately 1.44%.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned in the active layer 905.
  • the peak of the light intensity distribution in the stacking direction being positioned in the active layer 905 means that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is positioned in the active layer 905 at at least one position in the horizontal direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900, and is not limited to the state where the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is positioned in the active layer 905 at all positions in the horizontal direction.
  • the proportion of the portion of the light located in the P-type cladding layer 910 can be increased compared to when the peak of the light intensity distribution is located in the N-side guide layer 904.
  • the P-type cladding layer 910 has a higher impurity concentration than the N-type first cladding layer 902 and the N-type second cladding layer 903
  • the proportion of the portion of the light located in the P-type cladding layer 910 increases, and there is a concern that the free carrier loss in the P-type cladding layer 910 will increase.
  • the P-side guide layer 906 is an undoped layer, and the thickness Tp of the P-side guide layer 906 is relatively large, so that the proportion of the portion of the light intensity distribution located in the undoped layer can be increased. Therefore, the increase in the free carrier loss can be suppressed.
  • the waveguide loss can be suppressed to about 2.8 cm ⁇ 1 .
  • the effective refractive index difference ⁇ N between the portion below the ridge 910R and the portion below the groove 910T is set to be relatively small.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is set by adjusting the distance dp (see FIG. 35A ) between the current blocking layer 912 and the active layer 905.
  • the effective refractive index difference ⁇ N becomes smaller as the distance dp increases.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is about 2.9 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the number of higher-order modes i.e., higher-order transverse modes
  • the effective refractive index difference ⁇ N is larger than 2.9 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the proportion of each higher-order mode among all the transverse modes included in the emitted light of the nitride-based semiconductor light-emitting element 900 becomes relatively large. Therefore, the change in the optical confinement factor in the active layer 905 due to the increase or decrease in the number of modes and the inter-mode coupling becomes relatively large.
  • the linearity of the characteristic of the optical output with respect to the supplied current decreases.
  • a non-linear portion occurs in the graph showing the IL characteristic.
  • the optical intensity distribution in the portion below the ridge 910R is dominated by the fundamental mode (i.e., the zeroth mode), and the optical intensity distribution in the portion below the groove 910T is dominated by higher modes.
  • the peak of the light intensity distribution obtained by adding up the light intensity distributions in the portions below both the ridge 910R and the groove 910T moves to a position closer to position PS1. Therefore, the greater the difference ⁇ P between positions PS1 and PS2, the greater the fluctuation in the light confinement factor in the active layer 905 when the number of modes changes. This reduces the stability of the light output.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 includes the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906 having the configuration described above, and therefore the peak of the light intensity distribution can be positioned in the active layer 905 in both the portion below the ridge 910R and the portion below the groove 910T.
  • the difference ⁇ P between the positions PS1 and PS2 of the peak of the light intensity distribution can be reduced.
  • the fluctuation in the position in the stacking direction of the peak of the light intensity distribution obtained by adding up the light intensity distributions in the portions below both the ridge 910R and the groove 910T is suppressed. Therefore, the stability of the light output can be improved.
  • the distance dp is set to a relatively large value.
  • the electron barrier layer 909 has a large band gap energy, so that holes injected from the contact layer 911 tend to leak from the sidewall of the ridge 910R to the outside of the ridge 910R when passing through the electron barrier layer 909. As a result, the holes flow below the groove 910T.
  • the light intensity is small in the active layer 905 below the groove 910T, so the probability of radiative recombination between the electrons and holes injected into the active layer 905 decreases, and non-radiative recombination increases.
  • Such an increase in non-radiative recombination makes the nitride-based semiconductor light-emitting element 900 more susceptible to degradation.
  • the lower end of the ridge 910R is set to be located above the electron barrier layer 909. Furthermore, if the distance dc (see FIG.
  • the distance dc is set to the smallest possible value.
  • the distance dc is, for example, 10 nm or more and 70 nm or less. In this embodiment, the distance dc is 40 nm.
  • Fig. 37 is a graph showing the refractive index distribution and light intensity distribution in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14 and the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the present embodiment.
  • FIG. 37 show the refractive index distribution and light intensity distribution of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14, respectively.
  • Graph (d) of Fig. 37 shows the refractive index distribution and light intensity distribution of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the present embodiment. In each graph of Fig. 37, the refractive index distribution is shown by a solid line, and the light intensity distribution is shown by a dashed line.
  • FIG. 38 is a graph showing the simulation results of the distribution of valence charge potential and hole Fermi level in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14 and the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment.
  • Graphs (a) to (c) of FIG. 38 show the distribution of valence charge potential and hole Fermi level of the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14, respectively.
  • Graph (d) of FIG. 38 shows the distribution of valence charge potential and hole Fermi level of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment.
  • the valence charge potential is shown by a solid line
  • the hole Fermi level is shown by a dashed line.
  • FIG. 39 is a graph showing the results of a simulation of the carrier concentration distribution in the stacking direction of the nitride semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14, and the nitride semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment.
  • Graphs (a) to (c) of FIG. 39 show the carrier concentration distribution of the nitride semiconductor light-emitting devices of Comparative Examples 12 to 14, respectively.
  • Graph (d) of FIG. 39 shows the carrier concentration distribution of the nitride semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment.
  • the electron concentration distribution is shown by a solid line
  • the hole concentration distribution is shown by a dashed line.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices of Comparative Example 12 to Comparative Example 14 differ from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the present embodiment in the configurations of the N-side guide layer and the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 12 shown in the graph (a) of Fig. 37 includes an N-side guide layer 2104 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 280 nm, and a P -side guide layer 2106 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 160 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 13 shown in the graph (b) of Fig. 37 includes an N-side guide layer 2204 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 160 nm, and a P-side guide layer 2206 made of an undoped In0.04Ga0.96N layer having a thickness of 280 nm.
  • 37 includes an N-side guide layer 404 made of an undoped In 0.04 Ga 0.96 N layer having a thickness of 160 nm, and a P-side guide layer 406 having a thickness of 280 nm.
  • the P-side guide layer 406 of the nitride semiconductor light-emitting device of Comparative Example 14 has a configuration similar to that of the P-side guide layer 906 according to the present embodiment.
  • the P-side electrode is made of Pd instead of Ag.
  • the N-side guide layer 2104 and the P-side guide layer 2106 have the same composition, and the N-side guide layer 2104 has a larger film thickness than the P-side guide layer 2106. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 12, as shown in the graph (a) of FIG. 37, the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is located in the N-side guide layer 2104. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 12, the light confinement coefficient is a low value of 1.33%. Also, as shown in the graph (a) of FIG.
  • the hole Fermi level increases from the interface of the P-side guide layer 2106 farther from the active layer 905 to the interface closer to the active layer 905.
  • the valence electron charge potential is almost constant in the stacking direction of the P-side guide layer 2106. Therefore, the difference between the hole Fermi level and the valence electron charge potential in the P-side guide layer 2106 increases with increasing distance from the active layer 905. Therefore, as shown in the graph (a) of FIG. 39, the concentration of holes and electrons in the stacking direction of the P-side guide layer 2106, that is, the free carrier concentration, increases with increasing distance from the active layer 905.
  • the free carrier concentration in the stacking direction of the P-side guide layer 2106 cannot be reduced, and therefore reduction in free carrier loss and reduction in the probability of non-radiative recombination cannot be achieved.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 3.6 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are ⁇ 34.1 nm and ⁇ 75.6 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 41.5 nm.
  • the waveguide loss is 4.5 cm ⁇ 1
  • the free carrier loss in the N-side guiding layer 2104 and the P-side guiding layer 2106 is 2.8 cm ⁇ 1 .
  • the thickness of the P-side guide layer 2206 is larger than that of the N-side guide layer 2204, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction is closer to the active layer 905 than that of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 12, as shown in the graph (b) of FIG. 37. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 13, the light confinement factor is slightly improved compared to that of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 12. However, as shown in the graph (b) of FIG.
  • the difference between the hole Fermi level and the valence electron charge potential in the P-side guide layer 2206 increases with increasing distance from the active layer 905. Therefore, as shown in the graph (b) of FIG. 39, the concentration of holes and electrons in the stacking direction of the P-side guide layer 2206, i.e., the free carrier concentration, increases with increasing distance from the active layer 905. In this way, since the free carrier concentration in the stacking direction of the P-side guide layer 2206 cannot be reduced, the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 13 cannot realize a reduction in free carrier loss and a reduction in the probability of non-radiative recombination.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 3.3 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are 31.3 nm and 10.8 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 20.5 nm.
  • the waveguide loss is 5.2 cm ⁇ 1
  • the guide layer free carrier loss is 3.6 cm ⁇ 1 .
  • the refractive index of the P-side guide layer 406 increases as it approaches the active layer 905, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the active layer 905. Therefore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment, the light confinement factor is further improved than that of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 13. In addition, since the band gap energy of the P-side guide layer 406 increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 905, as shown in the graph (d) of FIG.
  • the valence charge potential continuously decreases as it moves away from the active layer 905. This makes it possible to make the difference between the hole Fermi level and the valence charge potential in the P-side guide layer 406 almost constant. Therefore, as shown in the graph (c) of FIG. 39, the concentration of holes and electrons in the stacking direction of the P-side guide layer 406 can be reduced and made almost constant. In this way, the free carrier concentration in the stacking direction of the P-side guide layer 406 can be reduced.
  • the band gap energy is discontinuous at the interface of the N-side guide layer 404 farther from the active layer 905 (that is, the interface with the N-type second cladding layer 903), the concentration of holes increases in a spike-like manner at the interface, as shown in graph (c) of FIG. 39. Therefore, even in the nitride-based semiconductor light-emitting device of the comparative example, the non-radiative recombination and free carrier loss in the N-side guide layer 404 cannot be reduced.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 2.1 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are 1.3 nm and ⁇ 4.3 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 5.6 nm.
  • the waveguide loss is 3.20 cm ⁇ 1
  • the guide layer free carrier loss is 1.8 cm ⁇ 1 .
  • the optical confinement coefficient can be obtained that is equivalent to that of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 14.
  • the band gap energy of the N-side guide layer 904 increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 905, the discontinuity of the band gap energy at the interface of the N-side guide layer 904 farther from the active layer 905 can be reduced. Therefore, as shown in the graph (d) of FIG. 39, the concentration of holes at the interface and the N-side guide layer 904 can be significantly reduced compared to the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 14.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 can realize a reduction in free carrier loss and a reduction in the probability of non-radiative recombination.
  • the effective refractive index difference ⁇ N is 2.9 ⁇ 10 ⁇ 3
  • the positions PS1 and PS2 of the peaks of the light intensity distribution are 15.9 nm and 9.7 nm, respectively
  • the difference ⁇ P is 6.2 nm.
  • the position PS1 and the difference ⁇ P can be reduced by bringing the peak of the light intensity distribution closer to the active layer 905, so that a non-linear portion is less likely to occur in the graph showing the IL characteristics.
  • the waveguide loss and the free carrier loss can be reduced.
  • the free carrier loss can be reduced compared to each comparative example.
  • Fig. 40 is a graph showing the relationship between the position in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 14 and the piezoelectric polarization charge density, the piezoelectric polarization electric field, and the conduction field potential.
  • FIG. 41 is a graph showing the relationship between the position in the stacking direction of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment and the piezoelectric polarization charge density, the piezoelectric polarization electric field, and the conduction field potential.
  • Graphs (a), (b), and (c) of Figs. 40 and 41 respectively show the relationship between the position in the stacking direction of each nitride-based semiconductor light-emitting device and the piezoelectric polarization charge density, the piezoelectric polarization electric field, and the conduction field potential. Note that the hole Fermi level is also shown by a dashed line in graphs (c) of Figs. 40 and 41.
  • the piezoelectric polarization charge density of the N-side guide layer 404 of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 14 is constant in the stacking direction. Therefore, the gap in the piezoelectric polarization charge density at each interface between the N-side guide layer 404 and the N-type second cladding layer 903 and the active layer 905 is large. Accordingly, piezoelectric polarization charges are locally formed at each interface between the N-side guide layer 404 and the N-type second cladding layer 903 and the active layer 905. This generates a large piezoelectric polarization electric field. Therefore, as shown in graph (b) of FIG.
  • a spike-shaped piezoelectric polarization electric field is generated at each interface between the N-side guide layer 404 and the N-type second cladding layer 903 and the active layer 905.
  • holes are attracted near the interfaces between the N-side guide layer 404 and the N-type second cladding layer 903 and the active layer 905, and the conduction field potential at the interfaces increases (see ⁇ E1 shown in graph (c) of FIG. 40).
  • the polarization charge density of the N-side guide layer 904 of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment monotonically decreases from the interface closer to the active layer 905 to the interface farther away. This suppresses the gap in the piezoelectric polarization charge density at each interface between the N-side guide layer 904 and the N-type second cladding layer 903 and the active layer 905. This causes the piezoelectric polarization charge to be dispersed in the stacking direction of the N-side guide layer 904. Therefore, as shown in graph (b) of FIG.
  • the piezoelectric polarization electric field at each interface between the N-side guide layer 904 and the N-type second cladding layer 903 and the active layer 905 can be suppressed.
  • graph (c) of FIG. 41 it is possible to suppress an increase in the conduction band potential ( ⁇ E1 shown in graph (c) of FIG. 41) caused by the attraction of holes near the interfaces between the N-side guide layer 904 and the N-type second cladding layer 903 and the active layer 905.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 it is possible to improve the conductivity of electrons flowing from the N-type second cladding layer 903 to the active layer 905, thereby reducing the operating voltage.
  • the optical confinement coefficient can be increased more than in a nitride-based semiconductor light-emitting device in which the In composition ratio of the N-side guide layer is uniform. Furthermore, in the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment, the optical confinement coefficient is almost independent of the impurity concentration.
  • the waveguide loss can be reduced more than in a nitride-based semiconductor light-emitting device in which the In composition ratio of the N-side guide layer is uniform. This is believed to be due to the fact that, although the electron concentration increases due to the addition of impurities, the hole concentration decreases due to the band gap energy distribution in the stacking direction of the N-side guide layer 904.
  • the operating voltage can be reduced compared to the nitride-based semiconductor light-emitting device of the comparative example in which the In composition ratio of the N-side guide layer is uniform.
  • the electron concentration in the N-side guide layer 904 can be increased, thereby further reducing the operating voltage.
  • the impurity concentration in the N-side guide layer 904 is set to be equal to or more than 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 and equal to or less than 6 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 , it is possible to reduce the operating voltage while suppressing a significant increase in waveguide loss.
  • the band gap energy of the N-side guide layer 904 increases with increasing distance from the active layer 905, as shown in the band structure of the valence band in graph (d) of FIG. 38. Therefore, the potential of the valence band of the N-side guide layer 904 decreases with increasing distance from the active layer 905. Therefore, the potential of the valence band of the N-side guide layer 904 functions as a potential barrier that suppresses the leakage of hole current injected from the P-type layer to the active layer 905 to the N-type layer.
  • increasing the concentration of N-type impurities enhances the effect of suppressing the leakage of holes, and can improve the probability of electrons and holes emitting and recombining in the active layer 905.
  • This can increase the quantum efficiency of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900, thereby improving the light-emitting efficiency.
  • the electrical conductivity of electrons in the N-side guide layer 904 is increased, and therefore the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 can be reduced.
  • the N-type impurity concentration in the N-side guide layer 904 may be, for example, 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. This ensures that the above-mentioned effects are achieved. If the N-type impurity concentration in the N-side guide layer 904 is too high, the free carrier loss in the N-side guide layer 904 increases, and the effect of suppressing hole leakage may become saturated.
  • the N-type impurity concentration in the N-side guide layer 904 may be 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the N-type impurity concentration in the N-side guide layer 904 may be 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • position PS1 can be positioned in the active layer 905.
  • the thickness of the N-side guide layer 904 may be set to 36% or more and 57% or less of the sum of the thicknesses of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906. This allows position PS1 to be set to -7 nm or more and 18 nm or less, in other words, the peak of the light intensity distribution can be positioned within the active layer 905.
  • the difference ⁇ P can be reduced by making the thickness Tn of the N-side guide layer 904 less than 220 nm, that is, by making it smaller than the thickness Tp of the P-side guide layer 906.
  • the difference ⁇ P can be reduced to 20 nm or less by making the thickness of the N-side guide layer 904 23% to 43% of the sum of the thicknesses of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer.
  • the difference ⁇ P can be reduced by making the thickness of the N-side guide layer smaller than the thickness of the P-side guide layer 906.
  • the difference ⁇ P can be reduced even more when the In composition ratio is continuously and monotonically decreased as it moves away from the active layer 905, as in the P-side guide layer 906 of this embodiment.
  • FIG. 42 is a diagram showing the relationship between the thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 15 and each numerical value obtained by simulation.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 15 differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment in that the P-side electrode is made of Pd, but is the same in other respects.
  • FIG 43 is a diagram showing the relationship between the thickness of the P-type cladding layer 910 of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to this embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • the thickness of the P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 in the P-type cladding layer 910 was changed to change the thickness of the entire P-type cladding layer 910 to 0.45 ⁇ m, 0.35 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, and 0.20 ⁇ m.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 by providing the P-side electrode 913 containing Ag, it is possible to suppress an increase in waveguide loss even if the P-type cladding layer 910 is thinned to about 200 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 can increase the optical confinement coefficient.
  • the optical confinement coefficient does not decrease even if the thickness of the P-type cladding layer 910 is thinned to 200 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 it is possible to reduce the film thickness of the P-type cladding layer 910, thereby reducing the operating voltage.
  • each barrier layer of the active layer 905 is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 904 and the P-side guide layer 906. This can increase the optical confinement factor. Accordingly, the difference ⁇ P can be reduced, so that non-linear parts are less likely to occur in the graph showing the IL characteristics.
  • the P-side electrode 913 contains Ag, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to embodiment 1. This makes it possible to reduce optical loss in the P-side electrode 913 and to improve the efficiency of the nitride-based semiconductor light-emitting device 900.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device according to embodiment 10 will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9 in the band gap energy distribution of the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9.
  • Figure 44 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to this embodiment.
  • Figure 45 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy in the active layer 905 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 includes a semiconductor laminate 1000S, a current blocking layer 912, a P-side electrode 913, and an N-side electrode 914.
  • the semiconductor laminate 1000S includes a substrate 901, an N-type first cladding layer 902, an N-type second cladding layer 903, an N-side guide layer 904, an active layer 905, a P-side guide layer 1006, an intermediate layer 908, an electron barrier layer 909, a P-type cladding layer 910, and a contact layer 911.
  • the P-side guide layer 1006 according to this embodiment differs from the P-side guide layer 906 according to the ninth embodiment in that the band gap energy is constant in the stacking direction.
  • the P-side guide layer 1006 is an undoped InXpGa1 -XpN layer with a film thickness of 280 nm, and the In composition ratio Xp of the P-side guide layer 1006 is 2%.
  • the operating voltage can be reduced and the optical confinement coefficient in the active layer 905 can be increased, similar to the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the ninth embodiment.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting element 1000 having an effective refractive index difference ⁇ N of 3.5 ⁇ 10 ⁇ 3 , a position PS1 of 11.0 nm, a position PS2 of 2.5 nm, a difference ⁇ P of 8.5 nm, an optical confinement coefficient in the active layer 905 of 1.33%, and a waveguide loss of 4.3 cm ⁇ 1 .
  • Fig. 46 is a diagram showing the relationship between the thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 16 and each numerical value obtained by simulation.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 16 differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to this embodiment in that the P-side electrode is made of Pd, but is the same in other respects.
  • FIG. 47 is a diagram showing the relationship between the thickness of the P-type cladding layer 910 of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to this embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • the thickness of the P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer doped with Mg at a concentration of 1 x 10 19 cm -3 in the P-type cladding layer 910 was changed to change the thickness of the entire P-type cladding layer 910 to 0.45 ⁇ m, 0.35 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, and 0.20 ⁇ m.
  • the P-side electrode 913 containing Ag by providing the P-side electrode 913 containing Ag, it is possible to suppress an increase in waveguide loss even if the P-type cladding layer 910 is thinned to about 200 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 As described above, in the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to this embodiment, it is possible to reduce the film thickness of the P-type cladding layer 910, thereby reducing the operating voltage.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to embodiment 10 in the band gap energy distribution of the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to embodiment 10.
  • Figure 48 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1100 according to this embodiment.
  • Figure 49 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy in the active layer 905 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1100 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1100 includes a semiconductor laminate 1100S, a current blocking layer 912, a P-side electrode 913, and an N-side electrode 914.
  • the semiconductor laminate 1100S includes a substrate 901, an N-type first cladding layer 902, an N-type second cladding layer 903, an N-side guide layer 904, an active layer 905, a P-side guide layer 1106, an intermediate layer 908, an electron barrier layer 909, a P-type cladding layer 910, and a contact layer 911.
  • the P-side guide layer 1106 differs from the P-side guide layer 1006 according to the tenth embodiment in that the band gap energy changes stepwise in the stacking direction, as shown in FIG. 45.
  • the P-side guide layer 1106 has a P-side first guide layer 1106a and a P-side second guide layer 1106b.
  • the P-side first guide layer 1106a is disposed above the active layer 905 and is a guide layer having a band gap energy larger than that of the active layer 905.
  • the P-side second guide layer 1106b is disposed above the P-side first guide layer 1106a and is a guide layer having a band gap energy larger than that of the P-side first guide layer 1106a.
  • the P-side first guide layer 1106a is an undoped In0.04Ga0.96N layer with a thickness of 80 nm
  • the P-side second guide layer 1106b is an undoped In0.01Ga0.99N layer with a thickness of 200 nm.
  • the P-side first guide layer 1106a has a larger In composition ratio than the P-side second guide layer 1106b.
  • the operating voltage can be reduced and the optical confinement coefficient in the active layer 905 can be increased, similar to the nitride-based semiconductor light-emitting device 1000 according to the tenth embodiment.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting element 1100 having an effective refractive index difference ⁇ N of 2.8 ⁇ 10 ⁇ 3 , a position PS1 of 13.1 nm, a difference ⁇ P of 4.0 nm, an optical confinement coefficient in the active layer 905 of 1.47%, and a waveguide loss of 3.4 cm ⁇ 1 .
  • FIG. 50 is a diagram showing the relationship between the thickness of the P-type cladding layer of the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 17 and each numerical value obtained by simulation.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 17 differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 1100 according to this embodiment in that the P-side electrode is made of Pd, but is the same in other respects.
  • FIG 51 is a diagram showing the relationship between the thickness of the P-type cladding layer 910 of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1100 according to this embodiment and each numerical value obtained by simulation.
  • the thickness of the P-type Al 0.035 Ga 0.965 N layer doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 in the P-type cladding layer 910 was changed to change the thickness of the entire P-type cladding layer 910 to 0.45 ⁇ m, 0.35 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, and 0.20 ⁇ m.
  • the P-side electrode 913 containing Ag by providing the P-side electrode 913 containing Ag, it is possible to suppress an increase in waveguide loss even if the P-type cladding layer 910 is thinned to about 200 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1100 it is possible to reduce the film thickness of the P-type cladding layer 910, thereby reducing the operating voltage.
  • nitride-based semiconductor light-emitting device (Embodiment 12) A nitride-based semiconductor light-emitting device according to embodiment 12 will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9 mainly in the band gap energy distribution of the N-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9.
  • Figure 52 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 1200 according to this embodiment.
  • Figure 53 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of the active layer 905 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1200 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1200 includes a semiconductor laminate 1200S, a current blocking layer 912, a P-side electrode 913, and an N-side electrode 914.
  • the semiconductor laminate 1200S includes a substrate 901, an N-type first cladding layer 902, an N-type second cladding layer 903, an N-side guide layer 1204, an active layer 905, a P-side guide layer 906, an intermediate layer 908, an electron barrier layer 909, a P-type cladding layer 910, and a contact layer 911.
  • the band gap energy increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 905, similarly to the N-side guide layer 904 according to the ninth embodiment.
  • the N-side guide layer 1204 is an N-type In 2 Ga 1-Xn 2 N layer, and the N-side guide layer 1204 is doped with Si at a concentration of 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 as an impurity.
  • the absolute value of the average rate of change in the In composition ratio in the stacking direction in the region from the interface of the N-side guide layer 1204 close to the active layer 905 to the center of the N-side guide layer 1204 in the stacking direction is smaller than the absolute value of the average rate of change in the In composition ratio in the stacking direction in the region from the center to the interface of the N-side guide layer 1204 close to the N-type first cladding layer 902.
  • the curve showing the relationship between the position in the stacking direction of the N-side guide layer 1204 and the In composition ratio has an upwardly convex shape.
  • the curve showing the relationship between the position in the stacking direction of the N-side guide layer 1204 and the band gap energy has a downward convex shape (see FIG. 53).
  • the N-side guide layer 1204 includes an N-side first guide layer 1204a and an N-side second guide layer 1204b.
  • the N-side first guide layer 1204a is a guide layer disposed above the N-type second cladding layer 903.
  • the N-side first guide layer 1204a is an In Xn Ga 1-Xn N layer having a thickness of 80 nm. More specifically, the N-side first guide layer 1204a has a composition expressed as In Xn2 Ga 1-Xn2 N near the interface far from the active layer 905, and has a composition expressed as In Xnm Ga 1-Xnm N near the interface close to the active layer 905 (see FIG. 53).
  • the In composition ratio Xn of the N-side first guide layer 1204a decreases at a constant rate of change as it moves away from the active layer 905.
  • the N-side second guide layer 1204b is a guide layer disposed above the N-side first guide layer 1204a. In other words, the N-side second guide layer 1204b is disposed between the N-side first guide layer 1204a and the active layer 905.
  • the N-side second guide layer 1204b is an N-type In Xn Ga 1-Xn N layer having a thickness of 80 nm.
  • the N-side second guide layer 1204b has a composition expressed as In Xn1 Ga 1-Xn1 N near the interface closer to the active layer 905, and has a composition expressed as In Xnm Ga 1-Xnm N near the interface farther from the active layer 905.
  • the In composition ratio Xn of the N-side second guide layer 1204b decreases at a constant rate of change as it moves away from the active layer 905.
  • each barrier layer of the active layer 905 has an effect of the configuration of each barrier layer of the active layer 905 according to this embodiment.
  • the band gap energy of each barrier layer is equal to or less than the minimum value of the band gap energy of the N-side guide layer 1204 and the P-side guide layer 906.
  • the band gap energy of each barrier layer is equal to or less than that of each guide layer, that is, the refractive index of each barrier layer is greater than that of each guide layer.
  • the position PS1 and the difference ⁇ P can also be reduced. In this way, since the difference ⁇ P can be reduced in this embodiment, non-linear portions are less likely to occur in the graph showing the IL characteristics.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9 in the relationship of the Al composition ratio between the N-type first cladding layer and the P-type cladding layer, and in the configuration of the electron barrier layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below with reference to FIG. 54, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9.
  • FIG. 54 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 1300 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1300 includes a semiconductor laminate 1300S, a current blocking layer 912, a P-side electrode 913, and an N-side electrode 914.
  • the semiconductor laminate 1300S includes a substrate 901, an N-type first cladding layer 1302, an N-type second cladding layer 903, an N-side guide layer 904, an active layer 905, a P-side guide layer 906, an intermediate layer 908, an electron barrier layer 1309, a P-type cladding layer 1310, and a contact layer 911.
  • the N-type first cladding layer 1302 is a 1200 nm-thick N-type Al 0.036 Ga 0.964 N layer.
  • the N-type first cladding layer 1302 is doped with Si as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the P-type cladding layer 1310 is disposed between the electron barrier layer 1309 and the contact layer 911.
  • the P-type cladding layer 1310 has a smaller refractive index and a higher band gap energy than the active layer 905.
  • the P-type cladding layer 1310 is a P-type Al 0.026 Ga 0.974 N layer having a film thickness of 450 nm.
  • the P-type cladding layer 1310 is doped with Mg as an impurity. The impurity concentration at the end of the P-type cladding layer 1310 close to the active layer 905 is lower than the impurity concentration at the end far from the active layer 905.
  • P-type cladding layer 1310 has a P-type Al0.026Ga0.974N layer with a thickness of 150 nm and doped with Mg to a concentration of 2 ⁇ 1018 cm -3, which is located on the side closer to active layer 905, and a P-type Al0.026Ga0.974N layer with a thickness of 300 nm and doped with Mg to a concentration of 1 ⁇ 1019 cm -3 , which is located on the side farther from active layer 905 .
  • the P-type cladding layer 1310 has a ridge 1310R formed therein, as in the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the ninth embodiment.
  • the P-type cladding layer 1310 has two grooves 1310T formed therein, which are arranged along the ridge 1310R and extend in the Y-axis direction.
  • the N-type first cladding layer 1302 and the P-type cladding layer 1310 contain Al.
  • the Al composition ratios of the N-type first cladding layer 1302 and the P-type cladding layer 1310 be Ync and Ypc, respectively. Ync>Ypc (34) Satisfy the relationship.
  • the composition ratios Ync and Ypc indicate the average Al composition ratio.
  • the N-type first cladding layer 1302 includes multiple 2 nm thick GaN layers and multiple 2 nm thick AlGaN layers with an Al composition ratio of 0.07, and each of the multiple GaN layers and each of the multiple AlGaN layers are alternately stacked, Ync is 0.035, which is the average Al composition ratio of the entire N-type first cladding layer 1302.
  • Ypc is 0.035, which is the average Al composition ratio of the entire P-type cladding layer 1310.
  • the refractive index of the N-type first cladding layer 1302 can be made lower than the refractive index of the P-type cladding layer 1310. Therefore, even if the thickness of the P-type cladding layer 1310 is reduced to reduce the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1300, the refractive index of the N-type first cladding layer 1302 is smaller than the refractive index of the P-type cladding layer 1310, so that the peak of the light intensity distribution in the stacking direction can be prevented from moving in a direction approaching the N-type first cladding layer 1302 from the active layer 905.
  • the electron barrier layer 1309 is disposed above the active layer 905 and is a nitride-based semiconductor layer containing at least Al. In this embodiment, the electron barrier layer 1309 is disposed between the intermediate layer 908 and the P-type cladding layer 1310.
  • the electron barrier layer 1309 is a P-type AlGaN layer having a thickness of 5 nm.
  • the electron barrier layer 1309 has an Al composition ratio gradient region in which the Al composition ratio monotonically increases as it approaches the P-type cladding layer 1310.
  • the configuration in which the Al composition ratio monotonically increases also includes a configuration including a region in which the Al composition ratio is constant in the stacking direction.
  • the configuration in which the Al composition ratio monotonically increases also includes a configuration in which the Al composition ratio increases stepwise.
  • the entire electron barrier layer 1309 is an Al composition ratio increasing region, and the Al composition ratio increases at a constant rate in the stacking direction.
  • the electron barrier layer 1309 has a composition expressed as Al 0.02 Ga 0.98 N near the interface with the intermediate layer 908, and the Al composition ratio increases monotonically toward the P-type cladding layer 1310, and has a composition expressed as Al 0.36 Ga 0.64 N near the interface with the P-type cladding layer 1310.
  • the electron barrier layer 1309 is doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm -3 as an impurity.
  • the electron barrier layer 1309 can suppress the leakage of electrons from the active layer 905 to the P-type cladding layer 1310.
  • the electron barrier layer 1309 has an Al composition ratio increasing region where the Al composition ratio increases monotonically, the potential barrier of the valence band of the electron barrier layer 1309 can be reduced more than when the Al composition ratio is uniform. This makes it easier for holes to flow from the P-type cladding layer 1310 to the active layer 905. Therefore, even when the P-side guide layer 906, which is an undoped layer, has a large thickness as in this embodiment, the increase in the electrical resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting element 1300 can be suppressed.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 1300 can be operated at a high output.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9 in that the average band gap energy of the P-side guide layer is larger than the average band gap energy of the N-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 55 and 56, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9.
  • FIG. 55 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 1400 according to this embodiment.
  • FIG. 56 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy in the active layer 905 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1400 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1400 includes a semiconductor laminate 1400S, a current blocking layer 912, a P-side electrode 913, and an N-side electrode 914.
  • the semiconductor laminate 1400S includes a substrate 901, an N-type first cladding layer 902, an N-type second cladding layer 903, an N-side guide layer 904, an active layer 905, a P-side guide layer 1406, an intermediate layer 908, an electron barrier layer 909, a P-type cladding layer 910, and a contact layer 911.
  • the P-side guide layer 1406 is an undoped InXpGa1 -XpN layer with a film thickness of 280 nm. More specifically, the P-side guide layer 1406 has a composition expressed as In0.03Ga0.97N near the interface closer to the active layer 905 , and has a composition expressed as GaN near the interface farther from the active layer 905. The In composition ratio Xp of the P-side guide layer 1406 decreases at a constant rate as it moves away from the active layer 905.
  • the average value of the In composition ratio of the P-side guide layer 1406 according to this embodiment is less than the average value of the In composition ratio of the N-side guide layer 904. Therefore, the average band gap energy of the P-side guide layer 1406 is greater than the average band gap energy of the N-side guide layer 904 (see FIG. 56). In other words, the average refractive index of the P-side guide layer 1406 is less than the average refractive index of the N-side guide layer 904.
  • the peak of the light intensity distribution may be biased toward the P-side guide layer 1406 relative to the active layer 905.
  • the average refractive index of the P-side guide layer 1406 is less than the average refractive index of the N-side guide layer 904, it is possible to suppress the peak of the light intensity distribution from being biased toward the P-side guide layer 1406 relative to the active layer 905.
  • the In composition ratio of the P-side guide layer 1406 decreases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 905.
  • the refractive index of the P-side guide layer 1406 increases continuously and monotonically as it approaches the active layer 905. This allows the peak of the light intensity distribution in the stacking direction to be brought closer to the active layer 905.
  • FIG. 15 A nitride-based semiconductor light-emitting device according to embodiment 15 will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9 mainly in the wavelength band of emitted light.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment will be described below with reference to Figures 57A, 57B, and 58, focusing on the differences from the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to embodiment 9.
  • FIG. 57A is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 according to this embodiment.
  • FIG. 57B is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the active layer 1505 included in the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 according to this embodiment.
  • FIG. 58 is a schematic graph showing the distribution of band gap energy of the active layer 1505 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 according to this embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 includes a semiconductor laminate 1500S, a current blocking layer 912, a P-side electrode 913, and an N-side electrode 914.
  • the semiconductor laminate 1500S includes a substrate 901, an N-type first cladding layer 1502, an N-side guide layer 1504, an active layer 1505, a P-side guide layer 1506, an electron barrier layer 1509, a P-type cladding layer 1510, and a contact layer 911.
  • the N-type first cladding layer 1502 is an N-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer having a thickness of 740 nm.
  • the N-type first cladding layer 1502 is doped with Si as an impurity at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • the N-side guide layer 1504 is an N-type Al.sub.Xna.sub.Ga.sub.1 -Xna.sub.N layer having a thickness of 130 nm.
  • the N-side guide layer 1504 is doped with Si at a concentration of 5.times.10.sup.17 cm.sup. -3 as an impurity. More specifically, the N-side guide layer 1504 has a composition expressed as Al.sub.Xna.sub.1Ga.sub.1 -Xna.sub.1N near the interface closer to the active layer 1505, and has a composition expressed as Al.sub.Xna.sub.2Ga.sub.1 -Xna.sub.2N near the interface farther from the active layer 1505.
  • the Al composition ratio Xna.sub.1 near the interface closer to the active layer 1505 of the N-side guide layer 1504 is 0, and the Al composition ratio Xna.sub.2 near the interface farther from the active layer 1505 of the N-side guide layer 1504 is 0.06 (i.e., 6%).
  • the Al composition ratio Xna of the N-side guide layer 1504 increases at a constant rate as it moves away from the active layer 1505 .
  • the active layer 1505 in this embodiment has a well layer 1505b and barrier layers 1505a and 1505c, as shown in FIG. 57B.
  • the barrier layer 1505a is disposed above the N-side guide layer 1504 and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 1505a is an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer having a thickness of 11 nm.
  • the well layer 1505b is disposed above the barrier layer 1505a and functions as a well of the quantum well structure.
  • the well layer 1505b is disposed between the barrier layer 1505a and the barrier layer 1505c.
  • the well layer 1505b is an undoped In0.01Ga0.99N layer having a thickness of 17.5 nm.
  • the barrier layer 1505c is disposed above the well layer 1505b and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 1505c is an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer having a thickness of 11 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 1500 is equipped with an active layer 1505 having the above-described configuration, and is therefore capable of emitting light with a wavelength of 350 nm or more and 390 nm or less.
  • the p-side guide layer 1506 is an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer with a thickness of 280 nm.
  • the electron barrier layer 1509 is a 5 nm-thick P-type Al 0.36 Ga 0.64 N layer.
  • the electron barrier layer 1509 is doped with Mg as an impurity at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the P-type cladding layer 1510 is disposed between the electron barrier layer 1509 and the contact layer 911.
  • the P-type cladding layer 1510 has a smaller refractive index and a higher band gap energy than the active layer 1505.
  • the P-type cladding layer 1510 is a P-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer having a thickness of 660 nm.
  • the P-type cladding layer 1510 is doped with Mg as an impurity. The impurity concentration at the end of the P-type cladding layer 1510 close to the active layer 1505 is lower than the impurity concentration at the end far from the active layer 1505.
  • P-type cladding layer 1510 has a P-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer doped with Mg to a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm -3 and having a thickness of 250 nm, which is located on the side closer to active layer 1505, and a P-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer doped with Mg to a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm -3 and having a thickness of 410 nm, which is located on the side farther from active layer 1505.
  • the P-type cladding layer 1510 has a ridge 1510R formed therein, as in the nitride-based semiconductor light-emitting device 900 according to the ninth embodiment.
  • the P-type cladding layer 1510 also has two grooves 1510T formed therein, which are arranged along the ridge 1510R and extend in the Y-axis direction.
  • the thickness dc of the P-type cladding layer 1510 at the lower end of the ridge 1510R is 30 nm.
  • the Al composition ratio Xna of the N-side guide layer 1504 increases monotonically as it moves away from the active layer 1505.
  • the refractive index of the N-side guide layer 1504 increases monotonically as it moves closer to the active layer 1505. This allows the peak of the light intensity distribution in the stacking direction to be brought closer to the active layer 1505.
  • the thickness of the P-side guide layer 1506 is greater than the thickness of the N-side guide layer 1504.
  • the distance dp between the lower end of the ridge 1510R and the active layer 1505 is greater than when the thickness of the P-side guide layer 1506 is equal to or less than the thickness of the N-side guide layer 1504, and the effective refractive index difference ⁇ N can be reduced. Therefore, the stability of the light output of the nitride-based semiconductor light-emitting element 1500 can be improved.
  • the Al composition ratio of the P-side guide layer 1506 is greater than the average Al composition ratio of the N-side guide layer 1504.
  • the average band gap energy of the P-side guide layer 1506 is greater than the average band gap energy of the N-side guide layer 1504 (see FIG. 58). Therefore, the average refractive index of the P-side guide layer 1506 is less than the average refractive index of the N-side guide layer 1504.
  • the peak of the light intensity distribution may be biased toward the P-side guide layer 1506 relative to the active layer 1505.
  • the average refractive index of the P-side guide layer 1506 is less than the average refractive index of the N-side guide layer 1504, it is possible to suppress the peak of the light intensity distribution from being biased toward the P-side guide layer 1506 relative to the active layer 1505.
  • the series resistance of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 can be reduced by doping the N-side guide layer 1504 with N-type impurities, as in the ninth embodiment.
  • the minimum band gap energy of the N-side guide layer 1504 i.e., the band gap energy of the N-side guide layer 1504 near the interface with the active layer 1505 is smaller than the band gap energy of the barrier layer 1505a.
  • the band gap energy of the N-side guide layer 1504 near the interface with the active layer 1505 is smaller than the band gap energy of the barrier layer 1505a
  • the increase in the hole concentration in the N-side guide layer 1504 can be suppressed by doping the N-side guide layer 1504 with N-type impurities.
  • the probability of non-radiative recombination of electrons and holes in the N-side guide layer 1504 can be reduced, and therefore the decrease in the luminous efficiency and long-term reliability of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 can be suppressed.
  • the barrier layers 1505a and 1505c are formed of Al 0.05 Ga 0.95 N layers with an Al composition of 0.04 or more, so that the band gap energy of the barrier layers 1505a and 1505c is 3.47 eV or more, which is sufficiently larger than the energy of 3.28 eV corresponding to a wavelength of 375 nm, and therefore a quantum level that results in an emission wavelength of the 375 nm band can be easily formed in the well layer 1505b.
  • the electrons and holes can be confined in the quantum level of the quantum well region, it is possible to suppress the electrons and holes in the quantum well region from leaking to the N-side guide layer 1504 and the P-side guide layer 1506. Therefore, the light emission efficiency of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 can be increased, and the temperature characteristics of the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 can be improved.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device according to Modification 1 of the fifteenth embodiment differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 according to the fifteenth embodiment in the band gap energy distribution in the stacking direction of the P-side guide layer, but is the same in other respects.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification will be described below with reference to Fig. 59.
  • Fig. 59 is a schematic graph showing the band gap energy distribution of the active layer 1505 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification.
  • the P-side guide layer 1506A of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification has a P-side first guide layer 1506a and a P-side second guide layer 1506b.
  • the P-side first guide layer 1506a is a guide layer disposed above the active layer 1505.
  • the P-side second guide layer 1506b is a guide layer disposed above the P-side first guide layer 1506a and has a band gap energy larger than that of the P-side first guide layer 1506a.
  • the P-side first guide layer 1506a is an undoped Al 0.01 Ga 0.99 N layer having a thickness of 70 nm
  • the P-side second guide layer 1506b is an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer having a thickness of 210 nm.
  • the P-side first guide layer 1506a has a larger Al composition ratio than the P-side second guide layer 1506b.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification also achieves the same effects as the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 according to embodiment 15. Furthermore, in this modification, the Al composition ratio of the P-side guide layer 1506A increases stepwise with increasing distance from the active layer 1505. This makes it possible to increase the refractive index of the region of the P-side guide layer 1506A close to the active layer 1505 more than the refractive index of the region far from the active layer 1505, so that the peak of the light intensity distribution can be brought closer to the active layer 1505. This makes it possible to improve the optical confinement factor, the waveguide loss, and the peak position of the light intensity distribution.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device according to Modification 2 of the fifteenth embodiment will be described.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification differs from the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 according to the fifteenth embodiment in the band gap energy distribution in the stacking direction of the P-side guide layer, but is the same in other respects.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification will be described below with reference to Fig. 60.
  • Fig. 60 is a schematic graph showing the band gap energy distribution of the active layer 1505 and each layer in the vicinity thereof of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification.
  • the P-side guide layer 1506B is an undoped Al.sub.XpaGa.sub.1 -XpaN layer having a thickness of 280 nm. More specifically, the P-side guide layer 1506B has a composition represented by GaN near the interface closer to the active layer 1505, and has a composition represented by Al.sub.0.08Ga.sub.0.92N near the interface farther from the active layer 1505.
  • the Al composition ratio Xpa of the P-side guide layer 1506B increases at a constant rate of change as it moves away from the active layer 1505. Therefore, the band gap energy of the P-side guide layer 1506B increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 1505.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this modification also achieves the same effects as the nitride-based semiconductor light-emitting device 1500 according to embodiment 15. Furthermore, in this modification, the Al composition ratio of the P-side guide layer 1506B increases continuously and monotonically as it moves away from the active layer 1505. This causes the refractive index of the P-side guide layer 1506B to increase as it approaches the active layer 1505, so that the peak of the light intensity distribution can be brought closer to the active layer 1505.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element was a semiconductor laser element, but the nitride-based semiconductor light-emitting element is not limited to a semiconductor laser element.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element may be a superluminescent diode.
  • the reflectance of the end face of the semiconductor laminate included in the nitride-based semiconductor light-emitting element with respect to the light emitted from the semiconductor laminate may be 0.1% or less.
  • Such a reflectance can be achieved, for example, by forming an anti-reflection film made of a dielectric multilayer film or the like on the end face.
  • the proportion of the component of the guided light reflected at the front end face that recombines with the waveguide to become guided light can be set to a small value of 0.1% or less.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device has a structure including two well layers as the active layer structure, but may have a structure including only a single well layer.
  • the active layer includes only one high-refractive-index well layer
  • the N-side guide layer 104, P-side first guide layer 106, and P-side second guide layer 107 of the present disclosure it is possible to improve the controllability of the position of the light distribution in the vertical direction (i.e., the stacking direction), and therefore it is possible to position the peak of the light distribution in the vertical direction near the well layer. Therefore, it is possible to realize a nitride-based semiconductor light-emitting device having a low oscillation threshold, low waveguide loss, a high optical confinement factor, and current-light output (IL) characteristics with excellent linearity.
  • IL current-light output
  • FIG. 61 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting element 1600 according to Modification 1. As shown in FIG.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 1600 according to Modification 1 has a configuration in which multiple nitride-based semiconductor light-emitting elements 100 according to Embodiment 1 are arranged in an array in the horizontal direction.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting element 1600 has a configuration in which three nitride-based semiconductor light-emitting elements 100 are integrally arranged, but the number of nitride-based semiconductor light-emitting elements 100 included in the nitride-based semiconductor light-emitting element 1600 is not limited to three.
  • the number of nitride-based semiconductor light-emitting elements 100 included in the nitride-based semiconductor light-emitting element 1600 may be two or more.
  • Each nitride-based semiconductor light-emitting element 100 has a light-emitting portion 100E that emits light.
  • the light emitting portion 100E is a portion of the active layer 105 that emits light, and corresponds to a portion of the active layer 105 that is located below the ridge 110R.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1600 according to the first modification has a plurality of light emitting portions 100E arranged in an array.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 1600 includes a plurality of nitride-based semiconductor light-emitting devices 100, but the plurality of nitride-based semiconductor light-emitting devices included in the nitride-based semiconductor light-emitting device 1600 are not limited to this, and may be nitride-based semiconductor light-emitting devices according to other embodiments.
  • each light-emitting portion 100E may be separated by a separation groove 100T having a width (dimension in the X-axis direction) of 8 ⁇ m to 20 ⁇ m and a depth (dimension in the Z-axis direction) of 1.0 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of the present invention has a small ⁇ N and can reduce the horizontal spread angle, even if the distance between the centers of the light-emitting portions 100E shown in Figures 61 and 62 is narrowed, the emitted light from each light-emitting portion 100E is less likely to interfere with each other, and the distance between the centers of the light-emitting portions 100E can be narrowed to 250 ⁇ m or less. In Modification Example 2, the distance is 225 ⁇ m.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices according to the first to third embodiments above include the N-type second cladding layer 103, the intermediate layer 108, the electron barrier layer 409, and the current blocking layer 112, but these layers do not necessarily have to be included.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices according to the fourth to eighth embodiments above include the N-type second cladding layer 403, the intermediate layer 408, the electron barrier layer 409, and the current blocking layer 412, but these layers do not necessarily have to be included.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting devices according to the above-mentioned embodiments 9 to 15 include an N-type second cladding layer, an intermediate layer, an electron barrier layer, and a current blocking layer, but these layers do not necessarily have to be included.
  • each guide layer is an In Xn Ga 1-Xn N layer, but the composition of each guide layer is not limited to this.
  • the N-side guide layer may be made of Al Xna Ga 1-Xna N and the P-side guide layer may be made of Al Xpa Ga 1-Xpa N.
  • the Al composition ratio of the N-side guide layer may continuously and monotonically increase as it moves away from the active layer, and the average value of the Al composition ratio of the N-side guide layer may be smaller than the average value of the Al composition ratio of the P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device having such a configuration can also reduce the operating voltage and increase the optical confinement coefficient of the active layer.
  • the absolute value of the average rate of change in the Al composition ratio in the stacking direction in a region from the interface of the N-side guide layer closer to the active layer to the center of the N-side guide layer in the stacking direction may be smaller than the absolute value of the average rate of change in the Al composition ratio in the stacking direction in a region from the center to the interface of the N-side guide layer closer to the N-type first cladding layer.
  • each P-type cladding layer 410, 910, and 1310 are layers with a uniform Al composition ratio, but the configuration of each P-type cladding layer is not limited to this.
  • each P-type cladding layer may have a superlattice structure in which a plurality of AlGaN layers and a plurality of GaN layers are alternately stacked.
  • each P-type cladding layer may have a superlattice structure in which, for example, an AlGaN layer with a thickness of 1.85 nm and an Al composition ratio of 0.052 (5.2%) and a GaN layer with a thickness of 1.85 nm are alternately stacked.
  • the Al composition ratio of each P-type cladding layer is defined as the average Al composition ratio of 0.026 (2.6%) in the superlattice structure.
  • the N-side guide layer can function as a potential barrier that suppresses holes injected from the P-type layer into the active layer from leaking into the N-type layer.
  • increasing the concentration of N-type impurities enhances the effect of suppressing hole leakage, and can improve the probability of electrons and holes emitting and recombining in the active layer. This can increase the quantum efficiency of the nitride-based semiconductor light-emitting element, thereby improving the light-emitting efficiency.
  • the N-type impurity concentration in the N-side guide layer may be, for example, 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. This ensures that the above-mentioned effects are achieved. Furthermore, if the N-type impurity concentration in the N-side guide layer is too high, the free carrier loss in the N-side guide layer increases, and the effect of suppressing hole leakage may be saturated. For this reason, the N-type impurity concentration in the N-side guide layer may be 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the N-type impurity in the N-side guide layer is 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, it is possible to suppress the increase in free carrier loss caused by doping with the N-type impurity, while suppressing the effect of suppressing hole leakage, and to achieve a lower operating voltage due to improved electrical conductivity of electrons. This allows the light-emitting efficiency of the nitride-based semiconductor light-emitting device to be improved.
  • the effect of suppressing hole leakage by doping the N-side guide layer with N-type impurities can be obtained even in a structure in which the band gap energy of the N-side guide layer is constant, but the effect is greater in a structure in which the band gap energy increases with increasing distance from the active layer.
  • the N-side guide layer is made of InGaN
  • a structure has been shown in which an N-type second cladding layer made of N-type GaN is disposed between the N-side guide layer and the N-type first cladding layer made of AlGaN.
  • the film thickness between the N-type first cladding layer, which has a small refractive index, and the active layer may be small.
  • the film thickness of the N-type second cladding layer made of N-type GaN may be 30 nm or less.
  • the N-side guide layer made of InGaN may be disposed directly above the N-type first cladding layer made of AlGaN and directly below the active layer.
  • the N-type first cladding layer may have a composition change region in which the atomic composition changes in the stacking direction in a region including the interface with the N-side guide layer.
  • the composition change region changes its atomic composition so as to complement the atomic composition of the region other than the composition change region of the N-type first cladding layer and the atomic composition of the N-side guide layer.
  • the atomic composition of the composition change region approaches the atomic composition of the N-side guide layer as it approaches the N-side guide layer, and approaches the atomic composition of the region other than the composition change region of the N-type first cladding layer as it moves away from the N-side guide layer.
  • the semiconductor light emitting device may include an Al composition gradient layer disposed between the N-side first cladding layer and the N-side guide layer.
  • the Al composition ratio of the Al composition gradient layer decreases toward the active layer.
  • the N-type first cladding layer does not have a composition change region, and if the semiconductor light-emitting device does not have an Al composition gradient layer, negative piezoelectric polarization charges are concentrated and generated at the interface between the N-type first cladding layer and the N-side guide layer.
  • the hole concentration in the region near the interface increases and the band structure in the region near the interface changes so as to satisfy the electrical neutrality condition of the interface.
  • a spike-shaped potential barrier is formed in the conduction band potential. Due to this potential barrier in the conduction band, the electrical conductivity of electrons flowing from the N-type first cladding layer to the active layer decreases, and the operating voltage increases.
  • the negative piezoelectric polarization charge generated between the N-type first cladding layer and the N-side guide layer can be dispersed in the composition change region or the Al composition gradient layer. This makes it possible to suppress an increase in the hole concentration in the region near the interface. This reduces the potential barrier formed in the conduction band, improving the electrical conductivity of electrons. As a result, it is possible to simultaneously achieve a reduction in operating voltage and an increase in the optical confinement factor.
  • the effect of reducing the oscillation threshold current value by increasing the optical confinement factor is greater when the active layer has a single quantum well structure consisting of only one well layer with a large refractive index, and when the N-side guide layer has an In composition gradient structure in which the In composition ratio decreases toward the active layer.
  • the N-side guide layer has an In composition gradient structure
  • the refractive index of the region with a small In composition ratio is relatively small compared to the refractive index of the region with a large In composition ratio.
  • the optical intensity distribution in the vertical direction tends to spread toward the N-type first cladding layer side, reducing the optical confinement factor to the active layer. For this reason, when the N-side guide layer has an In composition gradient structure, the effect of reducing the oscillation threshold current value by the above configuration is greater.
  • an intermediate barrier layer having a thickness of 1 nm to 8 nm may be disposed between the well layer and the N-side barrier layer.
  • the magnitude of the band gap energy of the intermediate barrier layer is smaller than that of the barrier layer and larger than that of the well layer.
  • Such an intermediate barrier layer can further increase the light confinement factor in the well layer and reduce the oscillation threshold current value.
  • the band gap energy of the intermediate barrier layer may decrease as it approaches the well layer.
  • the band gap energy at the barrier layer side interface of the intermediate barrier layer may be smaller than that at the barrier layer side interface of the intermediate barrier layer, and the band gap energy at the well layer side interface of the intermediate barrier layer may be larger than that at the well layer side interface of the intermediate barrier layer.
  • the piezoelectric polarization charge formed at the interface between the intermediate barrier layer and each of the well layer and the N-side barrier layer is dispersed in the intermediate barrier layer whose band gap energy decreases as it approaches the well layer.
  • the electrical conductivity of electrons flowing from the N-type layer to the well layer is improved, and the operating voltage of the nitride-based semiconductor light-emitting device can be reduced.
  • the In composition ratio may be increased toward the well layer.
  • the average band gap energy of the intermediate barrier layer must be greater than the average band gap energy of the well layer and less than the average band gap energy of the N-side barrier layer.
  • the average In composition ratio of the intermediate barrier layer must be smaller than the average In composition ratio of the well layer and greater than the average In composition ratio of the N-side barrier layer.
  • the spontaneous emission light from the active layer is reflected by the P-side electrode and fed back to the active layer.
  • This fed back spontaneous emission light is reabsorbed in the active layer, resulting in improved quantum efficiency and light emission efficiency.
  • an intermediate barrier layer is used that absorbs the short wavelength component of the fed back spontaneous emission light, the quantum efficiency can be further improved.
  • the difference between the maximum In composition ratio of the intermediate barrier layer and the average In composition ratio of the well layer should be 0.06 or less.
  • the spike-shaped potential barrier of the conduction band caused by the piezoelectric polarization charge formed at the interface can be reduced. This increases the electrical conductivity of electrons, allowing the operating voltage of the semiconductor light-emitting device to be reduced.
  • a light-transmitting conductive oxide film may be disposed between the P-side electrode made of Ag and the contact layer. This allows the P-type cladding layer to be thinned to 0.3 ⁇ m or less. Therefore, the occurrence of free carrier loss in the P-type cladding layer can be suppressed, and the waveguide loss can be reduced. Also, the series resistance of the semiconductor light-emitting device can be reduced. Furthermore, the effect of improving the light-emitting efficiency due to the improvement in quantum efficiency caused by the feedback of spontaneously emitted light from the active layer to the active layer can be obtained.
  • the semiconductor light-emitting device is a ridge-type semiconductor laser device in which a ridge is formed in the P-type cladding layer
  • the P-type cladding layer is made too thin, the horizontal lateral light confinement effect in the ridge caused by the refractive index difference between the ridge and the current blocking layer disposed on the ridge sidewall is weakened, and the effective refractive index difference ⁇ N becomes smaller. Therefore, the refractive index waveguiding effect is weakened, and the oscillation threshold value increases, and kinks tend to occur in the current-light output characteristics. Therefore, the thickness of the P-type cladding layer may be 0.1 ⁇ m or more.
  • the lower end of the ridge may be formed between the electron barrier layer and the active layer.
  • the electron barrier layer is formed inside the ridge.
  • the electron barrier layer is made of AlGaN, if the Al composition ratio is increased to 0.3 or more, the electron concentration at the active layer side interface increases and the potential of the valence band decreases due to the positive piezoelectric polarization charge formed at the active layer side interface of the electron barrier layer.
  • the potential barrier against holes flowing from the P-type cladding layer to the active layer increases, and at the ridge sidewall, the electron barrier layer contacts the current blocking layer, and the band structure of the electron barrier layer in the width direction of the ridge becomes discontinuous at the ridge sidewall.
  • holes may leak in the region near the interface located at the ridge sidewall of the electron barrier layer, leading to a decrease in light emission efficiency and deterioration of the semiconductor light emitting device in a laser operation reliability test.
  • the electron barrier layer may have an Al composition gradient section in which the Al composition ratio monotonically increases with increasing distance from the active layer. This allows the positive piezoelectric polarization charge of the electron barrier layer to be dispersed in the Al composition gradient section, thereby suppressing the concentration of the positive piezoelectric polarization charge at the interface of the electron barrier layer on the active layer side.
  • the reduction in the electron concentration at the interface of the electron barrier layer on the active layer side suppresses the drop in the valence band potential, thereby suppressing leakage of holes generated on the ridge sidewalls to the outside of the ridge.
  • the thickness of the Al composition gradient portion may be 5 nm or more. This makes it possible to more reliably obtain the effect of dispersing the piezoelectric polarization charge.
  • the thickness of the electron barrier layer may be 30 nm or less, which can suppress the waveguide loss caused by the free carrier loss in the electron barrier layer.
  • the electron barrier layer have an Al composition gradient portion, it is possible to suppress the decrease in valence electron potential at the interface of the electron barrier layer on the active layer side, as described above. This increases the conduction potential barrier for electrons, and it is possible to reduce electrons leaking from the active layer side to the P-type cladding layer side. Therefore, the maximum Al composition ratio of the electron barrier layer may be 0.15 or more. This makes it possible to suppress the leakage of electrons to the P-type cladding layer. The maximum Al composition ratio of the electron barrier layer may be 0.3 or less. This makes it possible to suppress the potential barrier of the electron barrier layer against holes.
  • the Al composition ratio may be increased (acceleratingly) toward the active layer so that the graph showing the distribution of the Al composition ratio versus position in the stacking direction becomes a downwardly convex curve, as shown in FIG. 34. This can further suppress the decrease in the valence charge potential at the interface on the active layer side of the electron barrier layer.
  • the maximum value of the conduction charge potential of the electron barrier layer increases, so that the generation of electrons that flow from the active layer to the P-type cladding layer side beyond the electron barrier layer is further suppressed, and the leakage of holes at the ridge sidewall interface of the electron barrier layer can be further suppressed.
  • the maximum Al composition ratio of the electron barrier layer may be 0.1 or more and 0.35 or less.
  • the N-side guide layer may be doped with impurities, the N-side guide layer may have an In composition gradient structure, the P-side guide layer may have an In composition gradient structure, and the electron barrier layer may have an Al composition gradient portion.
  • This improves the electrical conductivity of electrons flowing from the N-type cladding layer to the active layer, and improves the electrical conductivity of holes flowing from the P-type cladding layer to the active layer.
  • the electron concentration in the P-side guide layer decreases, reducing the probability of Auger non-radiative recombination in the P-side guide layer.
  • the N-side guide layer functions as a potential barrier against holes, reducing holes leaking from the active layer to the N-type cladding layer, and improving the electrical conductivity of electrons.
  • the hole concentration in the N-side guide layer decreases, reducing the probability of Auger non-radiative recombination in the N-side guide layer.
  • a semiconductor light-emitting device with excellent temperature characteristics and low operating voltage can be realized.
  • the P-side electrode contains Ag
  • the spontaneous emission light from the active layer is reflected by the P-side electrode and reabsorbed in the active layer, so that the oscillation threshold current value and the operating current value can be reduced.
  • the operating hole concentration in the N-side guide layer and the operating electron concentration in the P-side guide layer are reduced, and the probability of Auger non-radiative recombination in the N-side guide layer and the P-side guide layer is further reduced.
  • the light emission efficiency of the semiconductor light emitting device is improved. This effect can be obtained even if the N-side guide layer and the P-side guide layer do not have an In composition gradient structure.
  • the In composition gradient structure further reduces the operating electron concentration in the P-side guide layer.
  • the N-side guide layer has an In composition gradient structure
  • the In composition gradient structure further reduces the operating hole concentration in the N-side guide layer.
  • the P-side electrode contains Ag and an electron barrier layer is formed within the ridge, the operating current value is reduced, which further suppresses the occurrence of hole leakage at the interface between the electron barrier layer and the current blocking layer, improving the light-emitting efficiency of the semiconductor light-emitting element.
  • the leakage current may increase due to an increase in the oscillation threshold carrier density.
  • the spontaneous emission light from the active layer is reflected by the P-side electrode, fed back to the active layer, and reabsorbed in the active layer, improving the quantum efficiency and the light emission efficiency.
  • a semiconductor light emitting device with a low oscillation threshold can be realized.
  • the thickness of the P-type cladding layer is 0.35 ⁇ m or less, the distance between the P-side electrode, which has a low refractive index, and the active layer is reduced, while the Al composition ratio of the N-type cladding layer is increased compared to the Al composition ratio of the P-type cladding layer to reduce the refractive index of the N-type cladding layer, thereby increasing the vertical light confinement to the active layer.
  • the oscillation threshold carrier density of the active layer having a single quantum well structure is further reduced, and the effect of improving the light emission efficiency described above is enhanced.
  • Al can be used as a material for the P-side electrode, which has a high reflectance for spontaneous emission light, a low refractive index for laser oscillation light, and can suppress the increase in waveguide loss due to light absorption in the P-side electrode even if the P-type cladding layer is made thin. In other words, even if the P-side electrode contains Al, the same effect is achieved as when it contains Ag.
  • each cladding layer according to the first embodiment may be applied to each nitride-based semiconductor light-emitting device according to the third embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device disclosed herein can be used, for example, as a high-output, highly efficient light source for use in processing machines.

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Abstract

窒化物系半導体発光素子（１００）は、半導体積層体（１００Ｓ）と、Ｐ側電極（１１３）とを備え、半導体積層体（１００Ｓ）は、Ｎ型第１クラッド層（１０２）と、Ｎ型第１クラッド層（１０２）の上方に配置されるＮ側ガイド層（１０４）と、Ｎ側ガイド層（１０４）の上方に配置され、量子井戸構造を有する活性層（１０５）と、活性層（１０５）の上方に配置されるＰ側第１ガイド層（１０６）と、Ｐ側第１ガイド層（１０６）の上方に配置されるＰ側第２ガイド層（１０７）と、Ｐ側第２ガイド層（１０７）の上方に配置されるＰ型クラッド層（１１０）とを有し、Ｐ側第２ガイド層（１０７）のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層（１０４）のバンドギャップエネルギーより大きく、Ｎ側ガイド層（１０４）のバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第１ガイド層（１０６）のバンドギャップエネルギー以上であり、Ｐ側電極（１１３）は、Ａｇを含む。

Description

窒化物系半導体発光素子
　本開示は、窒化物系半導体発光素子に関する。
　従来、窒化物系半導体発光素子が加工装置などの光源に使用されている。加工装置の光源においては、より一層の高出力化及び高効率化が求められている。窒化物系半導体発光素子を高効率化するために、例えば、動作電圧を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１～特許文献３など参照）。特許文献１に記載された発明においては、動作電圧を低減しつつ、活性層への光閉じ込め係数を高めようとしている。
国際公開第２０２２／１７２７９７号 国際公開第２０２３／２８１９０２号 国際公開第２０２３／０２６８５８号
　窒化物系半導体発光素子においては、さらなる高効率化が求められている。
　本開示は、このような課題を解決するものであり、高効率な窒化物系半導体発光素子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、本開示に係る窒化物系半導体発光素子の一態様は、半導体積層体と、前記半導体積層体の上方に配置されるＰ側電極とを備え、前記半導体積層体の積層方向に垂直な方向の端面から光を出射する窒化物系半導体発光素子であって、前記半導体積層体は、Ｎ型第１クラッド層と、前記Ｎ型第１クラッド層の上方に配置されるＮ側ガイド層と、前記Ｎ側ガイド層の上方に配置され、ウェル層とバリア層とを含み、量子井戸構造を有する活性層と、前記活性層の上方に配置されるＰ側第１ガイド層と、前記Ｐ側第１ガイド層の上方に配置されるＰ側第２ガイド層と、前記Ｐ側第２ガイド層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを有し、前記Ｐ側第２ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーより大きく、前記Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｐ側第１ガイド層のバンドギャップエネルギー以上であり、前記Ｐ側電極は、Ａｇを含む。
　上記課題を解決するために、本開示に係る窒化物系半導体発光素子の他の一態様は、半導体積層体と、前記半導体積層体の上方に配置されるＰ側電極とを備え、前記半導体積層体の積層方向に垂直な方向の端面から光を出射する窒化物系半導体発光素子であって、前記半導体積層体は、Ｎ型第１クラッド層と、前記Ｎ型第１クラッド層の上方に配置されるＮ側ガイド層と、前記Ｎ側ガイド層の上方に配置され、ウェル層とバリア層とを含み、量子井戸構造を有する活性層と、前記活性層の上方に配置されるＰ側ガイド層と、前記Ｐ側ガイド層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを有し、前記Ｐ側ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から遠ざかるにしたがって単調に増加し、前記Ｐ側ガイド層は、バンドギャップエネルギーが、前記活性層から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含み、前記Ｐ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギー以上であり、前記バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層及び前記Ｐ側ガイド層のバンドギャップエネルギーの最小値以下であり、前記Ｐ側電極は、Ａｇを含む。
　上記課題を解決するために、本開示に係る窒化物系半導体発光素子のさらに他の一態様は、半導体積層体と、前記半導体積層体の上方に配置されるＰ側電極とを備え、前記半導体積層体の積層方向に垂直な方向の端面から光を出射する窒化物系半導体発光素子であって、前記半導体積層体は、Ｎ型第１クラッド層と、前記Ｎ型第１クラッド層の上方に配置されるＮ側ガイド層と、前記Ｎ側ガイド層の上方に配置され、ウェル層とバリア層とを含み、量子井戸構造を有する活性層と、前記活性層の上方に配置されるＰ側ガイド層と、前記Ｐ側ガイド層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを有し、前記Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から遠ざかるにしたがって単調に増加し、前記Ｎ側ガイド層は、バンドギャップエネルギーが、前記活性層から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含み、前記Ｐ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギー以上であり、前記Ｐ側電極は、Ａｇを含む。
　本開示によれば、高効率な窒化物系半導体発光素子を提供できる。
実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成を示す模式的な平面図である。 実施の形態１に係る窒化物系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。 実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子が備える活性層の構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における光強度分布の概要を示す模式図である。 実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における位置の座標を示すグラフである。 比較例１～比較例５の各窒化物系半導体発光素子、及び実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子のシミュレーションにおいて用いた素子構造を示す図である。 比較例１の窒化物系半導体発光素子のリッジの下方の部分での光強度分布及び屈折率分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例３の窒化物系半導体発光素子のリッジの下方の部分での光強度分布及び屈折率分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子のリッジの下方の部分での光強度分布及び屈折率分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１～比較例５の各窒化物系半導体発光素子、及び実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子のシミュレーションで求められた各数値を示す図である。 実施の形態１に係るリッジの幅方向における位置と、Ｐ側電極による自然放出光の活性層へのフィードバック量との関係を示すグラフである。 実施の形態１に係るリッジの幅方向における位置と、自然放出光の活性層による再吸収量との関係を示す第一のグラフである。 実施の形態１に係るリッジの幅方向における位置と、自然放出光の活性層による再吸収量との関係を示す第二のグラフである。 実施の形態１に係るリッジ幅と、自然放出光の活性層による再吸収量との関係を示すグラフである。 比較例５の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の放射角と光強度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子のＩＬ特性のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施の形態２に係る窒化物系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。 実施の形態３に係る窒化物系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。 実施の形態３に係る窒化物系半導体発光素子が備える活性層の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係る窒化物系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。 実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子が備える活性層の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子、及び、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における屈折率分布と光強度分布とを示すグラフである。 比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子、及び、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子、及び、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向におけるキャリア濃度の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１１の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態５に係る窒化物系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。 実施の形態５に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 実施の形態５に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施の形態５に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向におけるキャリア濃度の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施の形態６に係る窒化物系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。 実施の形態７に係る窒化物系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。 実施の形態８に係る窒化物系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。 実施の形態８に係る電子障壁層の積層方向におけるＡｌ組成比の分布を示すグラフである。 実施の形態９に係る窒化物系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。 実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子が備える活性層の構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子、及び、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における屈折率分布と光強度分布とを示すグラフである。 比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子、及び、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子、及び、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向におけるキャリア濃度の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 比較例１４の窒化物系半導体発光素子の積層方向における位置と、ピエゾ分極電荷密度、ピエゾ分極電界、及び伝導帯電位との関係を示すグラフである。 実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子の積層方向における位置と、ピエゾ分極電荷密度、ピエゾ分極電界、及び伝導帯電位との関係を示すグラフである。 比較例１５の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００のＰ型クラッド層９１０の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態１０に係る窒化物系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。 実施の形態１０に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 比較例１６の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態１０に係る窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層９１０の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態１１に係る窒化物系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。 実施の形態１１に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 比較例１７の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態１１に係る窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。 実施の形態１２に係る窒化物系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。 実施の形態１２に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 実施の形態１３に係る窒化物系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。 実施の形態１４に係る窒化物系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。 実施の形態１４に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 実施の形態１５に係る窒化物系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。 実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子が備える活性層の構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 実施の形態１５の変形例１に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 実施の形態１５の変形例２に係る窒化物系半導体発光素子の活性層及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。 変形例１に係る窒化物系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。 変形例２に係る窒化物系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。
　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鉛直上方及び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に係る窒化物系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窒化物系半導体発光素子の全体構成について図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。図１及び図２Ａは、それぞれ本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の全体構成を示す模式的な平面図及び断面図である。図２Ａには、図１のＩＩＡ－ＩＩＡ線における断面が示されている。図２Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００が備える活性層１０５の構成を示す模式的な断面図である。なお、各図には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、右手系の直交座標系である。窒化物系半導体発光素子１００の積層方向は、Ｚ軸方向に平行であり、光（レーザ光）の主な出射方向は、Ｙ軸方向に平行である。
　窒化物系半導体発光素子１００は、図２Ａに示されるように、窒化物系半導体層を含む半導体積層体１００Ｓを備え、半導体積層体１００Ｓの積層方向（つまり、Ｚ軸方向）に垂直な方向の端面１００Ｆ（図１参照）から光を出射する。本実施の形態では、窒化物系半導体発光素子１００は、波長４４５ｎｍ帯の光を出射する。また、本実施の形態では、窒化物系半導体発光素子１００は、共振器を形成する二つの端面１００Ｆ及び１００Ｒを有する半導体レーザ素子である。端面１００Ｆは、レーザ光を出射するフロント端面であり、端面１００Ｒは、端面１００Ｆより反射率が高いリア端面である。本実施の形態では、端面１００Ｆ及び１００Ｒの反射率は、それぞれ、１６％及び９５％である。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の共振器長（つまり、端面１００Ｆと端面１００Ｒと間の距離）は１２００μｍ程度である。
　図２Ａに示されるように、窒化物系半導体発光素子１００は、半導体積層体１００Ｓと、電流ブロック層１１２と、Ｐ側電極１１３と、Ｎ側電極１１４とを備える。半導体積層体１００Ｓは、基板１０１と、Ｎ型第１クラッド層１０２と、Ｎ型第２クラッド層１０３と、Ｎ側ガイド層１０４と、活性層１０５と、Ｐ側第１ガイド層１０６と、Ｐ側第２ガイド層１０７と、中間層１０８と、電子障壁層１０９と、Ｐ型クラッド層１１０と、コンタクト層１１１とを有する。
　基板１０１は、窒化物系半導体発光素子１００の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板１０１は、Ｎ型ＧａＮ基板である。
　Ｎ型第１クラッド層１０２は、基板１０１の上方に配置されるＮ型クラッド層の一例である。Ｎ型第１クラッド層１０２は、活性層１０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、Ｎ型第１クラッド層１０２は、膜厚１２００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層である。Ｎ型第１クラッド層１０２には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　Ｎ型第２クラッド層１０３は、基板１０１の上方に配置されるＮ型クラッド層の一例である。本実施の形態では、Ｎ型第２クラッド層１０３は、Ｎ型第１クラッド層１０２の上方に配置される。Ｎ型第２クラッド層１０３は、活性層１０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、Ｎ型第２クラッド層１０３は、膜厚１００ｎｍのＮ型ＧａＮ層である。Ｎ型第２クラッド層１０３には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　Ｎ側ガイド層１０４は、Ｎ型第２クラッド層１０３の上方に配置される光ガイド層である。Ｎ側ガイド層１０４は、Ｎ型第１クラッド層１０２及びＮ型第２クラッド層１０３より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。本実施の形態では、Ｎ側ガイド層１０４は、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である。
　活性層１０５は、Ｎ側ガイド層１０４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１０５は、図２Ｂに示されるように、ウェル層１０５ｂ及び１０５ｄと、バリア層１０５ａ、１０５ｃ、及び１０５ｅとを有する。
　バリア層１０５ａは、Ｎ側ガイド層１０４の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層１０５ａは、膜厚７ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　ウェル層１０５ｂは、バリア層１０５ａの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。ウェル層１０５ｂは、バリア層１０５ａとバリア層１０５ｃとの間に配置される。本実施の形態では、ウェル層１０５ｂは、膜厚３ｎｍのアンドープＩｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層である。
　バリア層１０５ｃは、ウェル層１０５ｂの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層１０５ｃは、膜厚７ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　ウェル層１０５ｄは、バリア層１０５ｃの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。ウェル層１０５ｄは、バリア層１０５ｃとバリア層１０５ｅとの間に配置される。本実施の形態では、ウェル層１０５ｄは、膜厚３ｎｍのアンドープＩｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層である。
　バリア層１０５ｅは、ウェル層１０５ｄの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層１０５ｅは、膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　Ｐ側第１ガイド層１０６は、活性層１０５の上方に配置される光ガイド層である。Ｐ側第１ガイド層１０６は、Ｐ型クラッド層１１０より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。本実施の形態では、Ｐ側第１ガイド層１０６は、膜厚８０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４５Ｇａ０．９５５Ｎ層である。
　Ｐ側第２ガイド層１０７は、Ｐ側第１ガイド層１０６の上方に配置される光ガイド層である。Ｐ側第２ガイド層１０７は、Ｐ型クラッド層１１０より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。本実施の形態では、Ｐ側第２ガイド層１０７は、膜厚１９５ｎｍのアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層である。
　中間層１０８は、活性層１０５の上方に配置される層である。本実施の形態では、中間層１０８は、Ｐ側第２ガイド層１０７と、電子障壁層１０９との間に配置され、Ｐ側第２ガイド層１０７と、電子障壁層１０９との格子定数の違いに起因して生じる応力を低減する。これにより、窒化物系半導体発光素子１００における結晶欠陥の発生を抑制できる。本実施の形態では、中間層１０８は、膜厚２０ｎｍのアンドープＧａＮ層である。
　電子障壁層１０９は、活性層１０５の上方に配置され、少なくともＡｌを含む窒化物系半導体層である。本実施の形態では、電子障壁層１０９は、中間層１０８と、Ｐ型クラッド層１１０との間に配置される。電子障壁層１０９は、膜厚５ｎｍのＰ型ＡｌＧａＮ層である。また、電子障壁層１０９は、Ｐ型クラッド層１１０に近づくにしたがってＡｌ組成比が単調増加するＡｌ組成比傾斜領域を有する。ここで、Ａｌ組成比が単調増加する構成には、Ａｌ組成比が積層方向において一定である領域を含む構成も含まれる。例えば、Ａｌ組成比が単調増加する構成には、Ａｌ組成比がステップ状に増加するような構成も含まれる。本実施の形態に係る電子障壁層１０９においては、電子障壁層１０９全体がＡｌ組成比増加領域であり、積層方向において、一定の変化率でＡｌ組成比が増加する。具体的には、電子障壁層１０９は、中間層１０８との界面付近において、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎで表される組成を有し、Ｐ型クラッド層１１０に近づくにしたがって、Ａｌ組成比が単調増加し、Ｐ型クラッド層１１０との界面付近において、Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎで表される組成を有する。電子障壁層１０９には、不純物として濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　電子障壁層１０９により、電子が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ漏れることを抑制できる。また、電子障壁層１０９がＡｌ組成比に単調に増加するＡｌ組成比増加領域を有することで、Ａｌ組成比が一様である場合より、電子障壁層１０９の価電子帯の電位障壁を低減できる。したがって、Ｐ型クラッド層１１０から活性層１０５へ正孔が流れやすくなる。したがって、本実施の形態のように、アンドープ層であるＰ側第１ガイド層１０６及びＰ側第２ガイド層１０７の合計膜厚が大きい場合にも、窒化物系半導体発光素子１００の電気抵抗の増大を抑制できる。これにより、窒化物系半導体発光素子１００の動作電圧を低減できる。また、窒化物系半導体発光素子１００の動作中における自己発熱を低減できるため、窒化物系半導体発光素子１００の温度特性を高めることができる。したがって、窒化物系半導体発光素子１００の高出力動作が可能となる。
　Ｐ型クラッド層１１０は、活性層１０５の上方に配置されるＰ型のクラッド層である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１１０は、電子障壁層１０９とコンタクト層１１１との間に配置される。Ｐ型クラッド層１１０は、活性層１０５より屈折率が小さく、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１１０の膜厚は、４６０ｎｍ以下であってもよい。これにより、窒化物系半導体発光素子１００の電気抵抗を抑制できる。したがって、窒化物系半導体発光素子１００の動作電圧を低減できる。また、窒化物系半導体発光素子１００の動作中における自己発熱を低減できるため、窒化物系半導体発光素子１００の温度特性を高めることができる。したがって、窒化物系半導体発光素子１００の高出力動作が可能となる。なお、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００において、Ｐ型クラッド層１１０のクラッド層としての機能を十分に発揮するために、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚は２００ｎｍ以上であればよい。また、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚は２５０ｎｍ以上であってもよい。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１１０は、膜厚４５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層である。Ｐ型クラッド層１１０には、不純物としてＭｇがドープされている。また、Ｐ型クラッド層１１０の活性層１０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層１０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層１１０は、活性層１０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層と、活性層１０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層とを有する。
　窒化物系半導体発光素子１００のＰ型クラッド層１１０には、リッジ１１０Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層１１０には、リッジ１１０Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝１１０Ｔが形成されている。本実施の形態では、リッジ幅Ｗは、３０μｍ程度である。また、図２Ａに示されるように、リッジ１１０Ｒの下端部（つまり、溝１１０Ｔの底部）と活性層１０５との間の距離をｄｐとしている。また、リッジ１１０Ｒの下端部におけるＰ型クラッド層１１０の膜厚（つまり、リッジ１１０Ｒの下端部と、Ｐ型クラッド層１１０及び電子障壁層１０９の界面との間の距離）をｄｃとしている。
　コンタクト層１１１は、Ｐ型クラッド層１１０の上方に配置され、Ｐ側電極１１３とオーミック接触する層である。本実施の形態では、コンタクト層１１１は、膜厚１００ｎｍのＰ型ＧａＮ層である。コンタクト層１１１には、不純物として濃度１×１０２０ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　電流ブロック層１１２は、Ｐ型クラッド層１１０の上方に配置され、活性層１０５からの光に対して透過性を有する絶縁層である。電流ブロック層１１２は、Ｐ型クラッド層１１０の上面のうち、リッジ１１０Ｒの上面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１１２は、ＳｉＯ２層である。
　Ｐ側電極１１３は、半導体積層体１００Ｓの上方に配置される導電層である。本実施の形態では、Ｐ側電極１１３は、コンタクト層１１１及び電流ブロック層１１２の上方に配置され、コンタクト層１１１と接する。Ｐ側電極１１３は、Ａｇを含む。
　コンタクト層１１１上のＰ側電極１１３の少なくとも一部に波長４４５ｎｍ帯の光に対して屈折率の低いＡｇを用いることで、導波路を伝搬する光のＰ側電極１１３へのしみ出しを小さくすることができるため、Ｐ側電極１１３で発生する導波路損失を低減できる。Ａｇは波長３２５ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲で屈折率が０．５以下となり、波長３６０ｎｍ以上波長９５０ｎｍ以下の範囲で屈折率が０．２以下となる。従って、波長３２５ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の広い波長範囲で、導波路を伝搬する光の、Ａｇを含むＰ側電極１１３へのしみ出しを小さくすることができるため、Ｐ側電極１１３で発生する導波路損失を低減できる。この効果は、波長３６０ｎｍ以上波長９５０ｎｍ以下の範囲でより大きくなる。この場合、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚が０．４μｍ以下であってもＰ側電極１１３への導波路を伝搬する光のしみ出しを低減することができるため、窒化物系半導体発光素子１００の直列抵抗を低減しつつ、導波路損失の増大を抑制することが可能である。この結果、動作電圧と動作電流の低減を行うことができる。
　また、Ａｇは屈折率が非常に小さいことから、Ｐ側電極１１３にＡｇを用いると、活性層１０５から発光する自然放出光をＰ側電極１１３において高い反射率で反射させ活性層１０５へフィードバックさせることができる。活性層１０５にフィードバックされた自然放出光成分の内、レーザ発振波長より短波長の成分は、活性層１０５で再吸収されて、電子正孔対が生成され、再びレーザ発振のための電子正孔対として利用され得る。この結果、活性層１０５に注入された、電子と正孔とがレーザ発振に寄与する量子効率が向上し、発振しきい値が低減し、スロープ効率が向上する。
　また、Ｐ側電極１１３にＡｇを用いると、導波路損失の大きな増大を招くことなくＰ型クラッド層１１０の膜厚を薄くすることができる。この結果、活性層１０５で発光し、Ｐ側電極１１３に反射して活性層１０５に戻ってくる自然放出光において、フリーキャリア吸収の大きいＰ型クラッド層１１０を通過する光路長が短くなり、自然放出光のＰ型クラッド層１１０での減衰量が低減し、活性層１０５への自然放出光のフィードバック量が大きくなる。この結果、量子効率や、スロープ効率をより増大させることができる。Ａｇを含むＰ側電極１１３による高い反射率を得るためにはＰ側電極１１３の膜厚として１００ｎｍ以上あればよい。また、電極形成時のレジストのリフトオフプロセスの容易性を確保するために厚さ５００ｎｍ以下で形成するとよい。
　また、Ａｇを含むＰ側電極１１３による自然放出光の高反射率を得るためには、コンタクト層１１１上に、Ｐ側電極１１３に含まれるＡｇ膜が接して作製されているとよいが、Ｐ側電極１１３は、コンタクト層１１１との界面領域に厚さ５ｎｍ以下の他の金属（以下、界面領域金属とも称する）、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、及びＡｕを含んでいてもよい。この膜厚範囲においては、界面領域金属によるＡｇ膜の反射率の低下を抑制することができる。界面領域金属の膜厚を３ｎｍ以下とすればＡｇ膜の反射率の低下をさらに抑制することができる。
　また、界面領域金属をＰｄとすることで、Ａｇ膜の高い反射率を維持しつつ、Ｐ側電極１１３とコンタクト層１１１との低抵抗性のオーミック接触を得ることができる。
　Ｎ側電極１１４は、基板１０１の下方に（つまり、基板１０１の、半導体積層体１００Ｓのうち基板１０１以外が配置された主面の反対側の主面に）配置される導電層である。Ｎ側電極１１４は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜である。
　窒化物系半導体発光素子１００は、以上のような構成を有することにより、図２Ａに示されるように、リッジ１１０Ｒの下方の部分と、溝１１０Ｔの下方の部分との間に実効屈折率差ΔＮが生じる。これにより、活性層１０５のリッジ１１０Ｒの下方の部分で発生した光を水平方向（つまり、Ｘ軸方向）に閉じ込めることができる。
　［１－２．光強度分布及び光出力の安定性］
　次に本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の光強度分布及び光出力の安定性について説明する。
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の積層方向（各図のＺ軸方向）における光強度分布について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の積層方向における光強度分布の概要を示す模式図である。図３には、窒化物系半導体発光素子１００の模式的な断面図と、リッジ１１０Ｒ及び溝１１０Ｔの各々に対応する位置における積層方向における光強度分布の概要を示すグラフが示されている。
　一般に窒化物系半導体発光素子において、活性層において光が発生するが、積層方向における光強度分布は、積層構造に依存し、必ずしも活性層に光強度分布のピークが位置しない。また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の積層構造は、リッジ１１０Ｒの下方の部分と、溝１１０Ｔの下方の部分とで異なるため、光強度分布も、リッジ１１０Ｒの下方の部分と、溝１１０Ｔの下方の部分とで異なる。図３に示されるように、リッジ１１０Ｒの下方の部分の水平方向（つまり、Ｘ軸方向）中央での積層方向における光強度分布のピーク位置をＰＳ１とする。また、溝１１０Ｔの下方の部分での積層方向における光強度分布のピーク位置をＰＳ２とする。ここで、位置ＰＳ１及びＰＳ２について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の積層方向における位置の座標を示すグラフである。図４に示されるように、活性層１０５が有するウェル層１０５ｂ、１０５ｄのうち、Ｎ側ガイド層１０４に最も近いウェル層１０５ｂのＮ側の端面、つまり、ウェル層１０５ｂのＮ側ガイド層１０４に近い方の端面の積層方向における位置の座標をゼロとし、下方（Ｎ側ガイド層１０４に向かう向き）を座標の負の向きとし、上方（Ｐ側第１ガイド層１０６に向かう向き）を座標の正の向きとする。また、位置ＰＳ１と位置ＰＳ２との差の絶対値をピーク位置の差ΔＰとする。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、動作電圧を低減するためにＰ型クラッド層１１０の膜厚が比較的薄く設定されている。これに伴い、リッジ１１０Ｒの高さ（つまり、リッジ１１０Ｒの溝１１０Ｔの底面からの高さ）も比較的低く設定されている。一般にこのような構成を有する半導体発光素子においては、積層方向における光強度分布のピーク位置が活性層からＮ型クラッド層へ近づく向きにずれる。このため、活性層への光閉じ込め係数が低下し、これに伴い、光出力の熱飽和レベルが低下する。したがって、半導体発光素子の高出力での動作が困難となる。本実施の形態では、Ｐ側第２ガイド層１０７のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層１０４のバンドギャップエネルギーより大きく、Ｎ側ガイド層１０４のバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第１ガイド層１０６のバンドギャップエネルギー以上である。また、Ｐ側第１ガイド層１０６の膜厚をＴｐ１、Ｐ側第２ガイド層１０７の膜厚をＴｐ２、Ｎ側ガイド層１０４の膜厚をＴｎ１とすると、
　Ｔｎ１＜Ｔｐ１＋Ｔｐ２　　　　　　　　　　　　（１）
の関係を満足する。
　このように、窒化物系半導体発光素子１００においては、Ｎ側ガイド層１０４のバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第１ガイド層１０６のバンドギャップエネルギー以上である。具体的には、Ｐ側第１ガイド層１０６は、ＩｎＸｐ１Ｇａ１－Ｘｐ１Ｎからなり、Ｎ側ガイド層１０４は、ＩｎＸｎ１Ｇａ１－Ｘｎ１Ｎからなり、
　Ｘｎ１≦Ｘｐ１　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
の関係を満足する。したがって、Ｎ側ガイド層１０４の屈折率は、Ｐ側第１ガイド層１０６の屈折率以下となる。これにより、例えば、Ｎ側ガイド層１０４の屈折率がＰ側第１ガイド層１０６の屈折率より大きい場合と比較して、光強度分布を活性層１０５からＰ側第１ガイド層１０６へ近づく向きに移動させることができる。
　本実施の形態では、上述したＮ側ガイド層１０４及びＰ側第１ガイド層１０６のＩｎ組成比Ｘｎ１及びＸｐ１について、
　Ｘｎ１＜Ｘｐ１　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
の関係を満足する。より具体的には、Ｎ側ガイド層１０４は、Ｉｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層であり、Ｐ側第１ガイド層１０６は、Ｉｎ０．０４５Ｇａ０．９５５Ｎ層である。ここで、ＩｎＧａＮ層においては、Ｉｎ組成比が大きくなるにしたがって、バンドギャップエネルギーは小さくなり、屈折率は大きくなる。したがって、Ｎ側ガイド層１０４のバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第１ガイド層１０６のバンドギャップエネルギーより大きい。つまり、Ｎ側ガイド層１０４の屈折率は、Ｐ側第１ガイド層１０６の屈折率より小さい。これにより、例えば、Ｎ側ガイド層１０４の屈折率がＰ側第１ガイド層１０６の屈折率以上である場合と比較して、光強度分布を活性層１０５からＰ側第１ガイド層１０６へ近づく向きに移動させることができる。
　また、上述したとおり、Ｐ側第１ガイド層１０６の膜厚Ｔｐ１と、Ｐ側第２ガイド層１０７の膜厚Ｔｐ２との和が、Ｎ側ガイド層１０４の膜厚Ｔｎ１より大きい。このように、比較的屈折率が大きいＰ側第１ガイド層１０６及びＰ側第２ガイド層１０７の膜厚の和をＮ側ガイド層１０４の膜厚Ｔｎ１より大きくすることにより、Ｐ側第１ガイド層１０６及びＰ側第２ガイド層１０７の膜厚の和がＮ側ガイド層１０４の膜厚Ｔｎ１以下である場合と比較して、光強度分布を活性層１０５からＰ側第１ガイド層１０６へ近づく向きに移動させることができる。したがって、積層方向における光強度分布のピークが、活性層１０５からＮ型第２クラッド層１０３へ近づく向きにずれることを抑制できる。ここで、Ｐ側第２ガイド層１０７のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層１０４のバンドギャップエネルギーより大きい。つまり、Ｐ側第２ガイド層１０７の屈折率は、Ｎ側ガイド層１０４の屈折率より小さい。これにより、光強度分布が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。
　また、上述したとおり、Ｐ側第２ガイド層１０７のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層１０４のバンドギャップエネルギーより大きい。具体的には、Ｐ側第２ガイド層１０７は、ＩｎＸｐ２Ｇａ１－Ｘｐ２Ｎからなり、Ｐ側第２ガイド層１０７のＩｎ組成比Ｘｐ２とＮ側ガイド層１０４のＩｎ組成比Ｘｎ１とについて、
　Ｘｐ２＜Ｘｎ１　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
の関係を満足する。より具体的には、Ｎ側ガイド層１０４は、Ｉｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層であり、Ｐ側第２ガイド層１０７は、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層である。したがって、Ｎ側ガイド層１０４の屈折率は、Ｐ側第２ガイド層１０７の屈折率より大きい。これにより、光強度分布が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。
　また、本実施の形態では、活性層１０５のバリア層１０５ａ、１０５ｃ及び１０５ｅは、ＩｎＸｂＧａ１－ＸｂＮからなり、各バリア層及びＰ側第１ガイド層１０６のＩｎ組成比Ｘｂ及びＸｐ１について、
　Ｘｐ１＜Ｘｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
の関係を満足する。これにより、各バリア層の屈折率を、Ｐ側第１ガイド層１０６及びＮ側ガイド層１０４より大きくすることができる。これにより、積層方向における光強度分布のピークを活性層１０５に位置させることができる。また、光強度分布が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。
　また、本実施の形態では、Ｐ側第１ガイド層１０６とＰ側第２ガイド層１０７との平均屈折率は、Ｎ側ガイド層１０４の平均屈折率より小さい。これにより、光強度分布が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。
　また、本実施の形態では、Ｐ側第１ガイド層１０６及びＰ側第２ガイド層１０７の膜厚Ｔｐ１及びＴｐ２について、
　Ｔｐ１＜Ｔｐ２　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
の関係を満足する。このように、バンドギャップエネルギーが小さい、つまり、屈折率が大きいＰ側第１ガイド層１０６の膜厚を比較的小さくすることで、光強度分布が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。また、Ｉｎ組成比が小さいＰ側第１ガイド層１０６の膜厚を比較的小さくすることで、半導体積層体１００Ｓ内で最もＩｎ組成比が大きいウェル層１０５ｂ及び１０５ｄの上方の近傍にＩｎ組成比が小さく、かつ、膜厚の大きいＰ側第１ガイド層１０６を配置することを回避できる。したがって、格子欠陥の発生を抑制できる。
　また、本実施の形態では、Ｐ側第１ガイド層１０６及びＮ側ガイド層１０４の膜厚Ｔｐ１及びＴｎ１について、
　Ｔｐ１＜Ｔｎ１　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
の関係を満足する。このように、バンドギャップエネルギーの小さい、つまり、屈折率が大きいＰ側第１ガイド層１０６の膜厚をＮ側ガイド層１０４の膜厚より小さくすることで、光強度分布が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。
　また、本実施の形態では、Ｎ型第２クラッド層１０３のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型第１クラッド層１０２のバンドギャップエネルギーより小さく、Ｐ側第２ガイド層１０７のバンドギャップエネルギーより大きい。このように、Ｎ型第１クラッド層１０２よりバンドギャップエネルギーが小さい、つまり、屈折率が大きいＮ型第２クラッド層１０３を、Ｎ型第１クラッド層１０２と、Ｎ側ガイド層１０４との間に配置することで、光強度分布が活性層１０５からＰ型クラッド層１１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。また、Ｎ型第２クラッド層１０３のバンドギャップエネルギーをＰ側第２ガイド層１０７のバンドギャップエネルギーより大きくすることで、光強度分布が活性層１０５からＮ型第２クラッド層１０３へ近づきすぎることを抑制できる。
　以上のような構成により、本実施の形態では、リッジ１１０Ｒの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークの位置ＰＳ１を９．８ｎｍとすることができる。つまり、光強度分布のピークを活性層１０５に位置させることができる。また、ΔＰを９．０ｎｍに抑制することができる。これにより、活性層１０５への光閉じ込め係数を１．３６％程度まで高めることができる。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００によれば、積層方向における光強度分布のピークを活性層１０５に位置させることができる。なお、積層方向における光強度分布のピークが活性層１０５に位置するとは、窒化物系半導体発光素子１００の水平方向の少なくとも一つの位置において、積層方向における光強度分布のピークが活性層１０５に位置する状態を意味し、水平方向のすべての位置において、積層方向における光強度分布のピークが活性層１０５に位置する状態に限定されない。
　本実施の形態のように、積層方向における光強度分布のピークを活性層１０５に位置させると、光強度分布のピークがＮ側ガイド層１０４に位置する場合より、光のうちＰ型クラッド層１１０に位置する部分の割合が増加し得る。ここで、Ｐ型クラッド層１１０は、Ｎ型第１クラッド層１０２及びＮ型第２クラッド層１０３より不純物濃度が高いため、光のうちＰ型クラッド層１１０に位置する部分の割合が増加することで、Ｐ型クラッド層１１０におけるフリーキャリア損失の増大が懸念される。しかしながら、本実施の形態では、Ｐ側第１ガイド層１０６及びＰ側第２ガイド層１０７をアンドープ層とし、Ｐ側第１ガイド層１０６の膜厚Ｔｐ１と、Ｐ側第２ガイド層１０７の膜厚Ｔｐ２との和を比較的大きくすることで、光強度分布のうち、アンドープ層に位置する部分の割合を高めることができる。したがって、フリーキャリア損失の増大を抑制できる。具体的には、本実施の形態では、導波路損失を１．６ｃｍ－１程度に抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、出射光の水平方向（つまり、Ｘ軸方向）における拡がり角を低減するために、リッジ１１０Ｒの下方の部分と、溝１１０Ｔの下方の部分との間の実効屈折率差ΔＮが比較的小さくなるように設定されている。具体的には、実効屈折率差ΔＮは、電流ブロック層１１２と活性層１０５との間の距離ｄｐ（図２Ａ参照）を調整することによって設定される。ここで、距離ｄｐを大きくするほど実効屈折率差ΔＮは小さくなる。本実施の形態では、実効屈折率差ΔＮは、２．４×１０－３程度である。したがって、本実施の形態では、実効屈折率差ΔＮが２．４×１０－３より大きい場合より、リッジ１１０Ｒによって形成される導波路を伝搬可能な高次モード（つまり、高次横モード）の個数が少ない。このため、窒化物系半導体発光素子１００の出射光に含まれるすべての横モードのうち、各高次モードが占める割合が比較的大きくなる。したがって、モード数の増減、及び、モード間結合に起因する活性層１０５への光閉じ込め係数の変化量が比較的大きくなる。このため、窒化物系半導体発光素子１００においてモード数の増減、及び、モード間結合が発生する場合、供給される電流に対する光出力の特性（いわゆるＩＬ特性）の線形性が低下する。言い換えると、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分（いわゆる、キンク）が生じる。これに伴い、窒化物系半導体発光素子１００の光出力の安定性が低下し得る。
　上述したような光出力の安定性の低下について、以下で説明する。窒化物系半導体発光素子１００では、リッジ１１０Ｒの下方の部分での光強度分布は、基本モード（つまり、０次モード）が支配的であり、溝１１０Ｔの下方の部分での光強度分布は、高次モードが支配的である。このため、窒化物系半導体発光素子１００のリッジ１１０Ｒの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークの位置ＰＳ１と、溝１１０Ｔの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークの位置ＰＳ２との差ΔＰが大きい場合に、モード数の増減、及び、モード間結合が発生すると、活性層１０５への光閉じ込め係数が変動するため、光出力の安定性が低下する。
　例えば、高次モードが減少した場合、リッジ１１０Ｒ及び溝１１０Ｔの両方の下方の部分における光強度分布を足し合わせた光強度分布のピークは、位置ＰＳ１に近い位置に移動する。このため、位置ＰＳ１と位置ＰＳ２との差ΔＰが大きいほど、モード数が変化した場合の活性層１０５への光閉じ込め係数の変動が大きくなる。したがって、光出力の安定性が低下する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、上述したとおりの構成を有するＮ側ガイド層１０４と、Ｐ側第１ガイド層１０６及びＰ側第２ガイド層１０７とを備えるため、リッジ１１０Ｒの下方の部分、及び、溝１１０Ｔの下方の部分の両方において、光強度分布のピークを活性層１０５に位置させることができる。つまり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１と位置ＰＳ２との差ΔＰを小さくすることができる。これにより、仮にモード数の増減、及び、モード間結合が発生した場合においても、リッジ１１０Ｒ及び溝１１０Ｔの両方の下方の部分における光強度分布を足し合わせた光強度分布のピークの積層方向における位置の変動が抑制される。したがって、光出力の安定性を高めることができる。
　なお、上述したように、実効屈折率差ΔＮを比較的小さい値に設定するために、距離ｄｐは比較的大きい値に設定される。距離ｄｐが設定される際に、リッジ１１０Ｒの下端部（つまり、溝１１０Ｔの底部）が電子障壁層１０９より下方に位置するように設定すると、電子障壁層１０９はバンドギャップエネルギーが大きいため、コンタクト層１１１から注入された正孔は、電子障壁層１０９を通過する場合にリッジ１１０Ｒの側壁からリッジ１１０Ｒの外側へ漏れやすくなる。その結果、正孔は溝１１０Ｔの下方に流れる。これに伴い、溝１１０Ｔの下方の活性層１０５では光分布強度が小さいため活性層１０５に注入された電子と正孔との発光再結合確率が低下し、非発光再結合が増大する。これに伴い窒化物系半導体発光素子１００が劣化しやすくなる。このため、リッジ１１０Ｒの下端部は、電子障壁層１０９より上方に位置するように設定される。また、リッジ１１０Ｒの下端部から電子障壁層１０９までの距離ｄｃ（図２Ａ参照）が大きくなり過ぎると、正孔がリッジ１１０Ｒから、溝１１０Ｔと電子障壁層１０９との間に流れ込み、漏れ電流となる。このような漏れ電流が増大することを抑制するために、距離ｄｃは可能な限り小さい値に設定される。
　［１－３．効果］
　上述した本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の効果について、比較例の窒化物系半導体発光素子と比較しながら図５～図９を用いて説明する。図５は、比較例１～比較例５の各窒化物系半導体発光素子、及び本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００のシミュレーションにおいて用いた素子構造を示す図である。図６、図７、及び図８は、それぞれ比較例１、比較例３、及び本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子のリッジ１１０Ｒの下方の部分での光強度分布及び屈折率分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図６～図８の横軸は、積層方向における位置を示し、左側及び右側の縦軸は、それぞれ、光強度及び屈折率を示す。図６～図８においては、溝１１０Ｔの下方の部分での積層方向における光強度分布も併せて点線で示されている。
　図９は、比較例１～比較例５の各窒化物系半導体発光素子、及び本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００のシミュレーションで求められた各数値を示す図である。図９には、リッジ１１０Ｒの下端部から電子障壁層１０９までの距離ｄｃ、光閉じ込め係数、導波路損失、実効屈折率差ΔＮ、リッジ１１０Ｒの下方の部分の水平方向中央での積層方向における光強度分布のピーク位置ＰＳ１、及び、ピーク位置ＰＳ１と導波可能限界モードの積層方向におけるピーク位置ＰＳ２との差の絶対値ΔＰが示されている。なお、距離ｄｃは、実効屈折率差を２．８×１０－３以下にできる距離に設定されている。また、導波可能限界モードとは、各窒化物系半導体発光素子において伝搬し得る最高次モードを意味する。導波可能限界モードの積層方向におけるピーク位置は、高次モードが支配的な溝１１０Ｔの下方の部分における光強度分布のピーク位置に対応する数値である。
　図５に示される比較例１～比較例５の窒化物系半導体発光素子は、Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層の構成、及びＰ側電極の構成の少なくとも一方において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。比較例１～比較例４の窒化物系半導体発光素子は、Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層の構成において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。比較例５の窒化物系半導体発光素子は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００と同じＮ側ガイド層及びＰ側ガイド層の構成を有する。また、比較例１、比較例３、及び比較例５の窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側電極の構成において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。具体的には、比較例１、比較例３、及び比較例５の窒化物系半導体発光素子のＰ側電極は、Ｐｄからなる。一方、比較例２、及び比較例４の窒化物系半導体発光素子のＰ側電極は、本実施の形態に係るＰ側電極と同じく、Ａｇを含む。
　図５に示されるように、比較例１及び比較例２の窒化物系半導体発光素子においては、Ｎ側ガイド層の膜厚Ｔｎ０は、Ｐ側ガイド層の膜厚Ｔｐ０と等しい。具体的には、Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層は、いずれも、膜厚２２０ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層である。
　比較例３及び比較例４の窒化物系半導体発光素子は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様に、Ｎ側ガイド層と、Ｐ側第１ガイド層と、Ｐ側第２ガイド層とを有する。比較例３及び比較例４の窒化物系半導体発光素子においては、Ｐ側第２ガイド層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側第１ガイド層のバンドギャップエネルギーより大きく、Ｎ側第１ガイド層のバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第１ガイド層のバンドギャップエネルギーと等しく、Ｐ側第１ガイド層の膜厚Ｔｐ１、Ｐ側第２ガイド層の膜厚Ｔｐ２、Ｎ側第１ガイド層の膜厚Ｔｎ１について、
　Ｔｎ１＝Ｔｐ１＋Ｔｐ２、　　　　　　　　　　　（８）
及び、
　Ｔｐ１＝Ｔｐ２　　　　　　　　　　　　　　　　（９）
が成り立つ。具体的には、Ｎ側ガイド層は、膜厚２２０ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層であり、Ｐ側第１ガイド層は、膜厚１１０ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層であり、Ｐ側第２ガイド層は、膜厚１１０ｎｍのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層である。
　また、シミュレーションにおいては、比較例１～比較例５の電子障壁層、及び、本実施の形態に係る電子障壁層１０９のＡｌ組成比は一様である。言い換えると、各電子障壁層のＡｌ組成比は、積層方向において傾斜していない。
　以上で述べた比較例１～比較例５及び本実施の形態に係る各窒化物系半導体発光素子のシミュレーションの結果について以下で説明する。
　比較例１の窒化物系半導体発光素子では、図６に示されるように、Ｎ側ガイド層の膜厚が、Ｐ側ガイド層の膜厚と等しいため、リッジ１１０Ｒの下方の部分では、光強度分布のピークが活性層１０５内に位置する。このため、リッジ１１０Ｒの下方の部分では、活性層１０５への光閉じ込め係数が高い。しかしながら、比較例１の窒化物系半導体発光素子では、Ｐ側ガイド層の膜厚が大きくないため、溝１１０Ｔに配置される電流ブロック層１１２の光強度分布に対する影響を受ける。溝１１０Ｔの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークは、Ｎ側ガイド層に位置するため、溝１１０Ｔの下方の部分では光閉じ込め係数が低い。また、リッジ１１０Ｒの下方の部分での積層方向における光強度分布のピーク位置と、溝１１０Ｔの下方の部分での積層方向における光強度分布のピーク位置との差ΔＰが比較的大きい。このため、比較例１の窒化物系半導体発光素子のＩＬ特性の線形性は低い。
　比較例３の窒化物系半導体発光素子では、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００と比較して、Ｐ側第２ガイド層の膜厚が小さいため、図７に示されるように、電流ブロック層１１２の光強度分布に対する影響が比較的大きい。このため、リッジ１１０Ｒの下方の部分での積層方向における光強度分布のピーク位置と、溝１１０Ｔの下方の部分での積層方向における光強度分布のピーク位置との差ΔＰが比較的大きい。したがって、比較例３の窒化物系半導体発光素子のＩＬ特性の線形性は低い。
　以上の各比較例に対して、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、Ｐ側第１ガイド層１０６の膜厚Ｔｐ１とＰ側第２ガイド層１０７の膜厚Ｔｐ２との和が、Ｎ側ガイド層１０４の膜厚Ｔｎ１より大きいため、実効屈折率差ΔＮを小さくすることができる。したがって、出射光の水平方向における拡がり角を低減できる。また、リッジ１１０Ｒの下端部から電子障壁層１０９までの距離ｄｃを、各比較例の距離ｄｃより大幅に小さい４０ｎｍとすることができる。したがって、リッジ１１０Ｒの下端部と電子障壁層１０９との間に流れる漏れ電流を抑制することができるため、発振しきい電流値を低減できる。
　また、本実施の形態では、図８に示されるように、リッジ１１０Ｒの下方の部分及び溝１１０Ｔの下方の部分の両方で、積層方向における光強度分布のピークを活性層１０５に位置させることができる。したがって、光閉じ込め係数を各比較例より高めることができる。また、ピーク位置の差ΔＰを低減できるため、ＩＬ特性の線形性を高めることができる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、積層方向における光強度分布のピークを活性層１０５に位置させるため、比較例３のように光強度分布のピークをＮ側ガイド層に位置させる場合より、Ｐ型クラッド層１１０における光強度が大きくなる。このため、Ｎ型第１クラッド層１０２及びＮ型第２クラッド層１０３より不純物濃度が高いＰ型クラッド層１１０におけるフリーキャリア損失が増大する懸念がある。しかしながら、本実施の形態では、Ｐ側第１ガイド層１０６及びＰ側第２ガイド層１０７をアンドープ層とし、Ｐ側第１ガイド層１０６の膜厚Ｔｐ１と、Ｐ側第２ガイド層１０７の膜厚Ｔｐ２との和を比較的大きくすることで、光強度分布のうち、アンドープ層に位置する部分の割合を高めることができる。したがって、フリーキャリア損失の増大を抑制できる。また、本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１１０の活性層１０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層１０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低いため、光強度が比較的高いＰ型クラッド層１１０の活性層１０５に近い側の端部におけるフリーキャリア損失を抑制できる。
　また、本実施の形態では、Ｐ側電極１１３がＡｇを含むため、Ｐ側電極１１３の屈折率を低減でき、かつ、反射率を増大させることができる。したがって、Ｐ側電極１１３への光のしみ出しを抑制できるため、Ｐ側電極１１３での光損失を低減できる。
　また、Ｐ側電極１１３の反射率が大きいため、活性層１０５で生成される自然放出光のうち、Ｐ側電極１１３へ入射する一部の自然放出光がＰ側電極１１３で反射され、活性層１０５へ戻る（つまりフィードバックされる）。これにより、活性層１０５を光励起することができるため、窒化物系半導体発光素子１００の入力電力に対する光出力の比を高めることができる。つまり、窒化物系半導体発光素子１００を高効率化できる。Ｐ側電極１１３による自然放出光に対する効果について、図１０～図１３を用いて説明する。
　図１０は、本実施の形態に係るリッジ１１０Ｒの幅方向（つまりＸ軸方向）における位置と、Ｐ側電極１１３による自然放出光の活性層１０５へのフィードバック量との関係を示すグラフである。図１０には、Ｐ側電極がＰｄからなる場合のフィードバック量を示すグラフ（破線）、及び、ＴｉからなるＮ側電極１１４によるフィードバック量を示すグラフ（点線）も併せて示されている。図１１は、本実施の形態に係るリッジ１１０Ｒの幅方向における位置と、自然放出光の活性層１０５による再吸収量との関係を示す第一のグラフである。図１１には、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚Ｔｐｃが０．１５μｍ、０．２５μｍ、０．３５μｍ、及び０．４５μｍである各場合の再吸収量が示されている。また、図１１には、Ｐ側電極がＰｄからなり、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚Ｔｐｃが０．４５μｍである場合のグラフも併せて示されている。図１２は、本実施の形態に係るリッジ１１０Ｒの幅方向における位置と、自然放出光の活性層１０５による再吸収量との関係を示す第二のグラフである。図１２には、リッジ幅Ｗが、３μｍ、１５μｍ、３０μｍ、４５μｍ、６０μｍ、９０μｍ、１２０μｍ、２００μｍ、及び３００μｍである各場合の再吸収量が示されている。図１０～図１２の横軸が０μｍである位置は、リッジ１１０Ｒの幅方向における一方の端を示す。図１０及び図１１の横軸が４５μｍである位置は、リッジ１１０Ｒの幅方向における他方の端を示す。図１２の横軸が３μｍ、１５μｍ、３０μｍ、４５μｍ、６０μｍ、９０μｍ、１２０μｍ、２００μｍ、及び３００μｍである位置は、それぞれ、リッジ幅Ｗが３μｍ、１５μｍ、３０μｍ、４５μｍ、６０μｍ、９０μｍ、１２０μｍ、２００μｍ、及び３００μｍである場合のリッジ１１０Ｒの幅方向における他方の端を示す。図１３は、本実施の形態に係るリッジ幅Ｗと、自然放出光の活性層１０５による再吸収量との関係を示すグラフである。
　図１０に示されるように、Ｐ側電極１１３がＡｇを含むことにより、Ｐ側電極がＰｄからなる場合より、自然放出光のフィードバック量を大幅に増大することができる。また、図１０に示されるように、自然放出光のフィードバック量は、Ｎ側電極１１４によるものの割合より、Ｐ側電極１１３によるものの割合が圧倒的に多い。このため、自然放出光のフィードバック量の増大させるためには、本実施の形態のように、Ｐ側電極１１３における自然放出光の反射率を増大させることが効果的である。
　図１１に示されるように、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚Ｔｐｃを小さくすることで、活性層１０５による自然放出光の再吸収をさらに増大させることができる。
　図１２及び図１３に示されるように、リッジ幅Ｗを増大するにしたがって、自然放出光の再吸収量が増大する。このため、リッジ幅Ｗは、３０μｍ以上であってもよい。また、自然放出光の再吸収量をさらに増大するために、リッジ幅Ｗは、４０μｍ以上であってもよい。しかしながら、リッジ幅Ｗが大きくなり過ぎると発熱による悪影響が顕著となるため、リッジ幅Ｗは、２００μｍ以下であってもよい。
　なお、上述した比較例２及び比較例４の窒化物系半導体発光素子においても、Ａｇを含むＰ側電極１１３を用いることで、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００におけるＰ側電極１１３によって得られる効果と同様の効果が得られる。しかしながら、比較例２及び比較例４においては、Ｎ側ガイド層、及びＰ側ガイド層の構成が、本実施の形態と異なるため、本実施の形態より、導波路損失が大きい。
　Ｐ側電極１１３の効果について、さらに、図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は、比較例５の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。図１５は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００のＰ型クラッド層１１０の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。本シミュレーションにおいては、Ｐ型クラッド層１１０のうち、濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされたＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層の膜厚を変化させることで、Ｐ型クラッド層１１０全体の膜厚を、０．４５μｍ、０．３５μｍ、０．２５μｍ、及び０．２０μｍに変化させた。
　図１４及び図１５に示されるように、導波路損失以外の数値は、比較例５と本実施の形態とで大きな違いはないが、導波路損失は、比較例５と本実施の形態とで大きく異なる。具体的には、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚が小さくなるにしたがって、比較例５においては、導波路損失が大きくなる。これは、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚が小さくなるにしたがって、ＰｄからなるＰ側電極にしみ出して光損失が発生していることに起因する。一方、本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１１０の膜厚が小さくなっても、Ａｇを含むＰ側電極１１３への光のしみ出しを抑制できるため、導波路損失がほとんど増大しない。
　このように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、Ａｇを含むＰ側電極１１３を備えることで、Ｐ型クラッド層１１０が２００ｎｍ程度まで薄くなっても、導波路損失の増大を抑制できる。
　ここで、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の出力特性について、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の放射角と光強度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図１６には、比較例６として、実効屈折率差ΔＮが７×１０－３である窒化物系半導体発光素子の放射角と光強度との関係も併せて示されている。図１７は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００のＩＬ特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１７には、比較例１及び比較例５の窒化物系半導体発光素子のＩＬ特性も併せて示されている。
　図１６に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、実効屈折率差ΔＮが２．７×１０－３であるため、比較例６の窒化物系半導体発光素子より、水平方向におけるビーム拡がり角を低減できる。
　図１７に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、各比較例の窒化物系半導体発光素子より線形性の高いＩＬ特性を得られる。また、各比較例より高いスロープ効率を得ることができる。
　次に、本実施の形態に係るＰ側第２ガイド層１０７の構成と効果との関係について説明する。
　上述したようなシミュレーションから、Ｐ側第２ガイド層１０７の膜厚Ｔｐ２を１００ｎｍ以上とすることで、導波路損失の低減、光閉じ込め係数Γｖの増大、及び、実効屈折率差ΔＮの低減を同時に実現できることが判明した。また、光閉じ込め係数Γｖをより高めるために、膜厚Ｔｐ２は２５０ｎｍ以下であってもよい。また、位置ＰＳ１及びＰＳ２を活性層１０５のウェル層１０５ｂ及び１０５ｄの近傍とするために、Ｐ側第２ガイド層１０７のＩｎ組成比Ｘｐ２は、０．５％以上であってもよい。
　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ型第１クラッド層とＰ型クラッド層とのＡｌ組成比の関係において、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に図１８を用いて説明する。
　図１８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子２００の全体構成を示す模式的な断面図である。図１８に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子２００は、半導体積層体２００Ｓと、電流ブロック層１１２と、Ｐ側電極１１３と、Ｎ側電極１１４とを備える。半導体積層体２００Ｓは、基板１０１と、Ｎ型第１クラッド層２０２と、Ｎ型第２クラッド層１０３と、Ｎ側ガイド層１０４と、活性層１０５と、Ｐ側第１ガイド層１０６と、Ｐ側第２ガイド層１０７と、中間層１０８と、電子障壁層１０９と、Ｐ型クラッド層２１０と、コンタクト層１１１とを有する。
　本実施の形態に係るＮ型第１クラッド層２０２は、膜厚１２００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０３６Ｇａ０．９６４Ｎ層である。Ｎ型第１クラッド層２０２には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　本実施の形態に係るＰ型クラッド層２１０は、膜厚４５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層である。Ｐ型クラッド層２１０には、不純物としてＭｇがドープされている。また、Ｐ型クラッド層２１０の活性層１０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層１０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層２１０は、活性層１０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層と、活性層１０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層とを有する。
　また、Ｐ型クラッド層２１０には、実施の形態１に係るＰ型クラッド層１１０と同様に、リッジ２１０Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層２１０には、リッジ２１０Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝２１０Ｔが形成されている。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子２００によっても実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様の効果が奏される。
　さらに、本実施の形態においては、Ｎ型第１クラッド層２０２及びＰ型クラッド層２１０は、Ａｌを含み、Ｎ型第１クラッド層２０２及びＰ型クラッド層２１０のＡｌ組成比をそれぞれ、Ｙｎｃ、及び、Ｙｐｃとすると、
　Ｙｎｃ＞Ｙｐｃ　　　　　　　　　　　　　　　（１０）
の関係を満足する。
　ここで、Ｎ型第１クラッド層２０２及びＰ型クラッド層２１０の少なくとも一方が、超格子構造である場合、組成比Ｙｎｃ及びＹｐｃは、平均のＡｌ組成比を示す。例えば、Ｎ型第１クラッド層２０２が、複数の厚さ２ｎｍのＧａＮ層と、複数の厚さ２ｎｍのＡｌ組成比０．０７のＡｌＧａＮ層とを含み、複数のＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＧａＮ層の各々とが交互に積層される場合、ＹｎｃはＮ型第１クラッド層２０２全体での平均のＡｌ組成比である０．０３５となる。Ｐ型クラッド層２１０が、複数の厚さ２ｎｍのＧａＮ層と、複数の厚さ２ｎｍのＡｌ組成比０．０７のＡｌＧａＮ層とを含み、複数のＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＧａＮ層の各々とが交互に積層される場合、ＹｐｃはＰ型クラッド層２１０全体での平均のＡｌ組成比である０．０３５となる。
　これにより、Ｎ型第１クラッド層２０２の屈折率を、Ｐ型クラッド層２１０の屈折率より低減できる。したがって、窒化物系半導体発光素子２００の動作電圧を低減するために、Ｐ型クラッド層２１０の膜厚を低減しても、Ｎ型第１クラッド層２０２の屈折率が、Ｐ型クラッド層２１０の屈折率より小さいため、積層方向における光強度分布のピークが活性層１０５からＮ型第１クラッド層２０２へ近づく向きに移動することを抑制できる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、活性層の構成において、実施の形態２に係る窒化物系半導体発光素子２００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態２に係る窒化物系半導体発光素子２００との相違点を中心に図１９Ａ及び図１９Ｂを用いて説明する。
　図１９Ａは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子３００の全体構成を示す模式的な断面図である。図１９Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子３００が備える活性層３０５の構成を示す断面図である。
　図１９Ａに示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子３００は、半導体積層体３００Ｓと、電流ブロック層１１２と、Ｐ側電極１１３と、Ｎ側電極１１４とを備える。半導体積層体３００Ｓは、基板１０１と、Ｎ型第１クラッド層２０２と、Ｎ型第２クラッド層１０３と、Ｎ側ガイド層１０４と、活性層３０５と、Ｐ側第１ガイド層１０６と、Ｐ側第２ガイド層１０７と、中間層１０８と、電子障壁層１０９と、Ｐ型クラッド層２１０と、コンタクト層１１１とを有する。
　本実施の形態に係る活性層３０５は、図１９Ｂに示されるように、単一量子井戸構造を有し、単一のウェル層１０５ｂと、ウェル層１０５ｂを挟むバリア層１０５ａ及び１０５ｃとを有する。ウェル層１０５ｂは、実施の形態１に係るウェル層１０５ｂと同様の構成を有し、バリア層１０５ａ及び１０５ｃは、実施の形態１に係るバリア層１０５ａ及び１０５ｃと同様の構成を有する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子３００によれば、実施の形態２係る窒化物系半導体発光素子２００と同様の効果が奏される。特に、上述したような単一量子井戸構造を有する窒化物系半導体発光素子３００においては、活性層３０５が単一のウェル層１０５ｂを有する。このように、屈折率が大きいウェル層１０５ｂの個数が少ない窒化物系半導体発光素子３００においても、Ｎ側ガイド層１０４、Ｐ側第１ガイド層１０６、Ｐ側第２ガイド層１０７などの構成により、積層方向における光強度分布のピークを活性層３０５又はその近傍に位置させることができる。したがって、光閉じ込め係数を高めることができる。
　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、主にＰ側ガイド層の構成において、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、図２０Ａ～図２７を用いて説明する。
　［４－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成について図２０Ａ及び図２０Ｂを用いて説明する。図２０Ａは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２０Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００が備える活性層４０５の構成を示す模式的な断面図である。
　図２０Ａに示されるように、窒化物系半導体発光素子４００は、半導体積層体４００Ｓと、電流ブロック層４１２と、Ｐ側電極４１３と、Ｎ側電極４１４とを備える。半導体積層体４００Ｓは、基板４０１と、Ｎ型第１クラッド層４０２と、Ｎ型第２クラッド層４０３と、Ｎ側ガイド層４０４と、活性層４０５と、Ｐ側ガイド層４０６と、中間層４０８と、電子障壁層４０９と、Ｐ型クラッド層４１０と、コンタクト層４１１とを有する。
　基板４０１は、窒化物系半導体発光素子４００の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板４０１は、Ｎ型ＧａＮ基板である。
　Ｎ型第１クラッド層４０２は、基板４０１の上方に配置されるＮ型クラッド層の一例である。Ｎ型第１クラッド層４０２は、活性層４０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、Ｎ型第１クラッド層４０２は、膜厚１２００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層である。Ｎ型第１クラッド層４０２には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　Ｎ型第２クラッド層４０３は、基板４０１の上方に配置されるＮ型クラッド層の一例である。本実施の形態では、Ｎ型第２クラッド層４０３は、Ｎ型第１クラッド層４０２の上方に配置される。Ｎ型第２クラッド層４０３は、活性層４０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、Ｎ型第２クラッド層４０３は、膜厚１００ｎｍのＮ型ＧａＮ層である。Ｎ型第２クラッド層４０３には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。Ｎ型第２クラッド層４０３のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型第１クラッド層４０２のバンドギャップエネルギーより小さく、かつ、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの最大値以上である。
　Ｎ側ガイド層４０４は、Ｎ型第２クラッド層４０３の上方に配置される光ガイド層である。Ｎ側ガイド層４０４は、Ｎ型第１クラッド層４０２及びＮ型第２クラッド層４０３より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。本実施の形態では、Ｎ側ガイド層４０４は、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である。
　活性層４０５は、Ｎ側ガイド層４０４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４０５は、図２０Ｂに示されるように、ウェル層４０５ｂ及び４０５ｄと、バリア層４０５ａ、４０５ｃ、及び４０５ｅとを有する。
　バリア層４０５ａは、Ｎ側ガイド層４０４の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層４０５ａは、膜厚７ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　ウェル層４０５ｂは、バリア層４０５ａの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。ウェル層４０５ｂは、バリア層４０５ａとバリア層４０５ｃとの間に配置される。本実施の形態では、ウェル層４０５ｂは、膜厚３ｎｍのアンドープＩｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層である。
　バリア層４０５ｃは、ウェル層４０５ｂの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層４０５ｃは、膜厚７ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　ウェル層４０５ｄは、バリア層４０５ｃの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。ウェル層４０５ｄは、バリア層４０５ｃとバリア層４０５ｅとの間に配置される。本実施の形態では、ウェル層４０５ｄは、膜厚３ｎｍのアンドープＩｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層である。
　バリア層４０５ｅは、ウェル層４０５ｄの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層４０５ｅは、膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　本実施の形態では、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層４０４及びＰ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下である。つまり、各バリア層の屈折率は、Ｎ側ガイド層４０４及びＰ側ガイド層４０６の屈折率より大きい。したがって、活性層４０５への光閉じ込め係数を高めることができる。
　Ｐ側ガイド層４０６は、活性層４０５の上方に配置される光ガイド層である。Ｐ側ガイド層４０６は、Ｐ型クラッド層４１０より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーは、活性層４０５から遠ざかるにしたがって単調に増加する。ここで、バンドギャップエネルギーが単調に増加する構成には、積層方向においてバンドギャップエネルギーが一定である領域が存在する構成も含まれる。Ｐ側ガイド層４０６は、バンドギャップエネルギーが、活性層４０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含む。ここで、バンドギャップエネルギーが連続的に増加する構成には、積層方向において不連続的にバンドギャップエネルギーが変化する構成は含まれない。本開示においては、バンドギャップエネルギーが連続的に単調に増加する構成とは、ある位置におけるバンドギャップエネルギーの積層方向における不連続な増加量がその位置のバンドギャップエネルギーの大きさの２％未満である構成を意味する。例えば、バンドギャップエネルギーが連続的に増加する構成には、バンドギャップエネルギーが積層方向においてステップ状に２％以上増加するような構成は含まれないが、バンドギャップエネルギーが積層方向においてステップ状に２％未満だけ増加するような構成は含まれる。本実施の形態では、Ｐ側ガイド層４０６の全体において、バンドギャップエネルギーが、活性層４０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加するが、Ｐ側ガイド層４０６の構成はこれに限定されない。例えば、Ｐ側ガイド層４０６全体の膜厚に対する、バンドギャップエネルギーが活性層４０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分の膜厚の割合は、５０％以上であってもよい。また、当該割合は、７０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。
　また、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの積層方向における増大量（ΔＥｇｐ）は、１００ｍｅＶ以上であるとよい。ここで、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの積層方向における増大量とは、例えば、Ｐ側ガイド層４０６の活性層４０５に近い側の端面付近におけるバンドギャップエネルギーと、Ｐ型クラッド層４１０に近い側の端面付近におけるバンドギャップエネルギーとの差で定義される。また、ΔＥｇｐの内、連続的に増加するバンドギャップエネルギーの大きさは、７０％以上あればよい。また、当該割合は、８０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。
　Ｐ側ガイド層４０６が、ＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮからなる場合には、Ｐ側ガイド層４０６のＩｎ組成比Ｘｐは、活性層４０５から遠ざかるにしたがって単調に減少する。これにより、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーは、活性層４０５から遠ざかるにしたがって単調に増加する。ここで、Ｉｎ組成比Ｘｐが連続的に単調に減少する構成には、積層方向においてＩｎ組成比Ｘｐが一定である領域が存在する構成も含まれる。Ｐ側ガイド層４０６は、Ｉｎ組成比Ｘｐが、活性層４０５から遠ざかるにしたがって連続的に減少する部分を含む。ここで、Ｉｎ組成比Ｘｐが連続的に減少する構成には、積層方向において不連続的にＩｎ組成比Ｘｐが変化する構成は含まれない。本開示においては、連続的に減少する構成とは、Ｐ側ガイド層４０６内のある位置におけるＩｎ組成比Ｘｐの積層方向における不連続な減少量がその位置におけるＩｎ組成比Ｘｐの２０％未満である構成を意味する。
　Ｐ側ガイド層４０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層４０４の平均バンドギャップエネルギー以上である。言い換えると、Ｎ側ガイド層４０４のＩｎ組成比の平均値は、Ｐ側ガイド層４０６のＩｎ組成比の平均値以上である。本実施の形態では、Ｎ側ガイド層４０４のＩｎ組成比の平均値は、Ｐ側ガイド層４０６のＩｎ組成比の平均値より大きい。また、Ｐ側ガイド層４０６の膜厚をＴｐ、Ｎ側ガイド層４０４の膜厚をＴｎとすると、
　Ｔｎ＜Ｔｐ　　　　　　　　　　　　　　　　（２１）
の関係を満足する。
　また、Ｐ側ガイド層４０６におけるＩｎ組成比の最大値は、各バリア層のＩｎ組成比以下である。
　本実施の形態では、Ｐ側ガイド層４０６は、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮ層である。より具体的には、Ｐ側ガイド層４０６は、活性層４０５に近い側の界面付近においてＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎで表される組成を有し、活性層４０５から遠い側の界面付近においてＧａＮで表される組成を有する。Ｐ側ガイド層４０６のＩｎ組成比Ｘｐは、活性層４０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。
　中間層４０８は、活性層４０５の上方に配置される層である。本実施の形態では、中間層４０８は、Ｐ側ガイド層４０６と、電子障壁層４０９との間に配置され、Ｐ側ガイド層４０６と、電子障壁層４０９との格子定数の違いに起因して生じる応力を低減する。これにより、窒化物系半導体発光素子４００における結晶欠陥の発生を抑制できる。本実施の形態では、中間層４０８は、膜厚２０ｎｍのアンドープＧａＮ層である。
　電子障壁層４０９は、活性層４０５の上方に配置され、少なくともＡｌを含む窒化物系半導体層である。本実施の形態では、電子障壁層４０９は、中間層４０８と、Ｐ型クラッド層４１０との間に配置される。電子障壁層４０９は、膜厚５ｎｍのＰ型Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎ層である。電子障壁層４０９には、不純物として濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。電子障壁層４０９により、電子が活性層４０５からＰ型クラッド層４１０へ漏れることを抑制できる。
　Ｐ型クラッド層４１０は、活性層４０５の上方に配置されるＰ型のクラッド層である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層４１０は、電子障壁層４０９とコンタクト層４１１との間に配置される。Ｐ型クラッド層４１０は、活性層４０５より屈折率が小さく、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４１０の膜厚は、４６０ｎｍ以下であってもよい。これにより、窒化物系半導体発光素子４００の電気抵抗を抑制できる。したがって、窒化物系半導体発光素子４００の動作電圧を低減できる。また、窒化物系半導体発光素子４００の動作中における自己発熱を低減できるため、窒化物系半導体発光素子４００の温度特性を高めることができる。したがって、窒化物系半導体発光素子４００の高出力動作が可能となる。なお、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００において、Ｐ型クラッド層４１０のクラッド層としての機能を十分に発揮するために、Ｐ型クラッド層４１０の膜厚は２００ｎｍ以上であればよい。また、Ｐ型クラッド層４１０の膜厚は２５０ｎｍ以上であってもよい。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層４１０は、膜厚４５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層である。Ｐ型クラッド層４１０には、不純物としてＭｇがドープされている。また、Ｐ型クラッド層４１０の活性層４０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層４０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層４１０は、活性層４０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層と、活性層４０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層とを有する。
　窒化物系半導体発光素子４００のＰ型クラッド層４１０には、リッジ４１０Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層４１０には、リッジ４１０Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝４１０Ｔが形成されている。本実施の形態では、リッジ幅Ｗは、３０μｍ程度である。また、図２０Ａに示されるように、リッジ４１０Ｒの下端部（つまり、溝４１０Ｔの底部）と活性層４０５との間の距離をｄｐとしている。また、リッジ４１０Ｒの下端部におけるＰ型クラッド層４１０の膜厚（つまり、リッジ４１０Ｒの下端部と、Ｐ型クラッド層４１０及び電子障壁層４０９の界面との間の距離）をｄｃとしている。
　コンタクト層４１１は、Ｐ型クラッド層４１０の上方に配置され、Ｐ側電極４１３とオーミック接触する層である。本実施の形態では、コンタクト層４１１は、膜厚６０ｎｍのＰ型ＧａＮ層である。コンタクト層４１１には、不純物として濃度１×１０２０ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　電流ブロック層４１２は、Ｐ型クラッド層４１０の上方に配置され、活性層４０５からの光に対して透過性を有する絶縁層である。電流ブロック層４１２は、Ｐ型クラッド層４１０の上面のうち、リッジ４１０Ｒの上面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４１２は、ＳｉＯ２層である。
　Ｐ側電極４１３は、半導体積層体４００Ｓの上方に配置される導電層である。本実施の形態では、Ｐ側電極４１３は、コンタクト層４１１及び電流ブロック層４１２の上方に配置され、コンタクト層４１１と接する。本実施の形態では、Ｐ側電極４１３は、Ａｇを含む。
　Ｎ側電極４１４は、基板４０１の下方に配置される導電層である。Ｎ側電極４１４は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜である。
　窒化物系半導体発光素子４００は、以上のような構成を有することにより、図２０Ａに示されるように、リッジ４１０Ｒの下方の部分と、溝４１０Ｔの下方の部分との間に実効屈折率差ΔＮが生じる。これにより、活性層４０５のリッジ４１０Ｒの下方の部分で発生した光を水平方向（つまり、Ｘ軸方向）に閉じ込めることができる。
　［４－２．光強度分布及び光出力の安定性］
　次に、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の光強度分布及び光出力の安定性について説明する。
　以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の積層方向における光強度分布について、図２１を用いて説明する。図２１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の活性層４０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、動作電圧を低減するためにＰ型クラッド層４１０の膜厚が比較的薄く設定されている。これに伴い、リッジ４１０Ｒの高さ（つまり、リッジ４１０Ｒの溝４１０Ｔの底面からの高さ）も比較的低く設定されている。一般にこのような構成を有する半導体発光素子においては、積層方向における光強度分布のピーク位置が活性層４０５からＮ型第２クラッド層４０３へ近づく向きにずれる。このため、活性層への光閉じ込め係数が低下し、これに伴い、光出力の熱飽和レベルが低下する。したがって、半導体発光素子の高出力での動作が困難となる。本実施の形態では、図２１に示されるように、Ｐ側ガイド層４０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層４０４の平均バンドギャップエネルギー以上である。一方、Ｐ側ガイド層４０６の膜厚Ｔｐは、Ｎ側ガイド層４０４の膜厚Ｔｎより大きい（上記不等式（２１））。このように、各クラッド層より屈折率が大きいＰ側ガイド層４０６の膜厚を大きくすることで、光強度分布を活性層４０５からＰ側ガイド層４０６へ近づく向きに移動させることが可能となる。したがって、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００によれば、積層方向における光強度分布のピークが活性層４０５に位置するように制御することが可能となる。
　さらに、本実施の形態では、Ｐ側ガイド層４０６は、バンドギャップエネルギーが、活性層４０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加する部分を有する。つまり、Ｐ側ガイド層４０６は、屈折率が、活性層４０５に近づくにしたがって連続的に単調に増加する部分を有する。このようにＰ側ガイド層４０６の屈折率が、活性層４０５に近づくにしたがって増大するため、積層方向における光強度分布のピークを活性層４０５に近づけることができる。
　また、本実施の形態では、活性層４０５のバリア層４０５ａ、４０５ｃ及び４０５ｅは、ＩｎＸｂＧａ１－ＸｂＮからなり、各バリア層、Ｎ側ガイド層４０４、及びＰ側ガイド層４０６のＩｎ組成比Ｘｂ、Ｘｎ及びＸｐについて、
　Ｘｐ≦Ｘｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　（２２）
　Ｘｎ≦Ｘｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　（２３）
の関係を満足する。これにより、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層４０４及びＰ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下となる。つまり、各バリア層の屈折率を、Ｐ側ガイド層４０６及びＮ側ガイド層４０４の最大値以上とすることができる。これにより、積層方向における光強度分布のピークを活性層４０５に近づけることができる。また、光強度分布が活性層４０５からＰ型クラッド層４１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。この効果は、各バリア層の屈折率を、Ｐ側ガイド層４０６及びＮ側ガイド層４０４の最大値より大きくすることで、さらに高めることができる。
　以上のような構成により、本実施の形態では、リッジ４１０Ｒの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークの位置ＰＳ１を１．３ｎｍとすることができる。つまり、光強度分布のピークを活性層４０５のウェル層４０５ｂに位置させることができる。また、ΔＰを５．６ｎｍに抑制することができる。これにより、活性層４０５への光閉じ込め係数を１．４９％程度まで高めることができる。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００によれば、積層方向における光強度分布のピークを活性層４０５に位置させることができる。なお、積層方向における光強度分布のピークが活性層４０５に位置するとは、窒化物系半導体発光素子４００の水平方向の少なくとも一つの位置において、積層方向における光強度分布のピークが活性層４０５に位置する状態を意味し、水平方向のすべての位置において、積層方向における光強度分布のピークが活性層４０５に位置する状態に限定されない。
　本実施の形態のように、積層方向における光強度分布のピークを活性層４０５に位置させると、光強度分布のピークがＮ側ガイド層４０４に位置する場合より、光のうちＰ型クラッド層４１０に位置する部分の割合が増加し得る。ここで、Ｐ型クラッド層４１０は、Ｎ型第１クラッド層４０２及びＮ型第２クラッド層４０３より不純物濃度が高いため、光のうちＰ型クラッド層４１０に位置する部分の割合が増加することで、Ｐ型クラッド層４１０におけるフリーキャリア損失の増大が懸念される。しかしながら、本実施の形態では、Ｐ側ガイド層４０６をアンドープ層とし、Ｐ側ガイド層４０６の膜厚Ｔｐを比較的大きくすることで、光強度分布のうち、アンドープ層に位置する部分の割合を高めることができる。したがって、フリーキャリア損失の増大を抑制できる。具体的には、本実施の形態では、導波路損失を３．２ｃｍ－１程度に抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、出射光の水平方向（つまり、Ｘ軸方向）における拡がり角を低減するために、リッジ４１０Ｒの下方の部分と、溝４１０Ｔの下方の部分との間の実効屈折率差ΔＮが比較的小さくなるように設定されている。具体的には、実効屈折率差ΔＮは、電流ブロック層４１２と活性層４０５との間の距離ｄｐ（図２０Ａ参照）を調整することによって設定される。ここで、距離ｄｐを大きくするほど実効屈折率差ΔＮは小さくなる。本実施の形態では、実効屈折率差ΔＮは、２．１×１０－３程度である。したがって、本実施の形態では、実効屈折率差ΔＮが２．１×１０－３より大きい場合より、リッジ４１０Ｒによって形成される導波路を伝搬可能な高次モード（つまり、高次横モード）の個数が少ない。このため、窒化物系半導体発光素子４００の出射光に含まれるすべての横モードのうち、各高次モードが占める割合が比較的大きくなる。したがって、モード数の増減、及び、モード間結合に起因する活性層４０５への光閉じ込め係数の変化量が比較的大きくなる。このため、窒化物系半導体発光素子４００においてモード数の増減、及び、モード間結合が発生する場合、ＩＬ特性の線形性が低下する。言い換えると、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、キンクが生じる。これに伴い、窒化物系半導体発光素子４００の光出力の安定性が低下し得る。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、上述したとおりの構成を有するＮ側ガイド層４０４と、Ｐ側ガイド層４０６とを備えるため、リッジ４１０Ｒの下方の部分、及び、溝４１０Ｔの下方の部分の両方において、光強度分布のピークを活性層４０５に位置させることができる。つまり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１と位置ＰＳ２との差ΔＰを小さくすることができる。これにより、仮にモード数の増減、及び、モード間結合が発生した場合においても、リッジ４１０Ｒ及び溝４１０Ｔの両方の下方の部分における光強度分布を足し合わせた光強度分布のピークの積層方向における位置の変動が抑制される。したがって、光出力の安定性を高めることができる。
　なお、上述したように、実効屈折率差ΔＮを比較的小さい値に設定するために、距離ｄｐは比較的大きい値に設定される。距離ｄｐが設定される際に、リッジ４１０Ｒの下端部（つまり、溝４１０Ｔの底部）が電子障壁層４０９より下方に位置するように設定すると、電子障壁層４０９はバンドギャップエネルギーが大きいため、コンタクト層４１１から注入された正孔は、電子障壁層４０９を通過する場合にリッジ４１０Ｒの側壁からリッジ４１０Ｒの外側へ漏れやすくなる。その結果、正孔は溝４１０Ｔの下方に流れる。これに伴い、溝４１０Ｔの下方の活性層４０５では光分布強度が小さいため活性層４０５に注入された電子と正孔との発光再結合確率が低下し、非発光再結合が増大する。このような非発光再結合の増大により窒化物系半導体発光素子４００が劣化しやすくなる。このような劣化を抑制するため、リッジ４１０Ｒの下端部は、電子障壁層４０９より上方に位置するように設定される。また、リッジ４１０Ｒの下端部から電子障壁層４０９までの距離ｄｃ（図２０Ａ参照）が大きくなり過ぎると、正孔がリッジ４１０Ｒから、溝４１０Ｔと電子障壁層４０９との間に流れ込み、漏れ電流となる。このような漏れ電流が増大することを抑制するために、距離ｄｃは可能な限り小さい値に設定される。距離ｄｃは、例えば、１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。
　［４－３．効果］
　［４－３－１．各ガイド層］
　上述した本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の各ガイド層の効果について、比較例の窒化物系半導体発光素子と比較しながら図２２～図２４を用いて説明する。図２２は、比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子、及び、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の積層方向における屈折率分布と光強度分布とを示すグラフである。図２２のグラフ（ａ）～グラフ（ｃ）には、それぞれ、比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子の屈折率分布と光強度分布とが示されている。図２２のグラフ（ｄ）には、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の屈折率分布と光強度分布とが示されている。図２２の各グラフにおいて、屈折率分布は実線で、光強度分布は破線で、それぞれ示されている。
　図２３は、比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子、及び、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の積層方向における価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図２３のグラフ（ａ）～グラフ（ｃ）には、それぞれ、比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子の価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布が示されている。図２３のグラフ（ｄ）には、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布が示されている。図２３の各グラフにおいて、価電子帯電位は実線で、正孔フェルミ準位は破線で、それぞれ示されている。
　図２４は、比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子、及び、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００の積層方向におけるキャリア濃度の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図２４のグラフ（ａ）～グラフ（ｃ）には、それぞれ、比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子のキャリア濃度の分布が示されている。図２４のグラフ（ｄ）には、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００のキャリア濃度の分布が示されている。図２４の各グラフにおいて、電子の濃度分布は実線で、正孔の濃度分布は破線で、それぞれ示されている。
　比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子は、Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層の構成において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００と相違する。図２２のグラフ（ａ）に示される比較例７の窒化物系半導体発光素子は、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＮ側ガイド層２１０４と、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＰ側ガイド層２１０６とを備える。図２２のグラフ（ｂ）に示される比較例８の窒化物系半導体発光素子は、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＮ側ガイド層２２０４と、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＰ側ガイド層２２０６とを備える。図２２のグラフ（ｃ）に示される比較例９の窒化物系半導体発光素子は、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＮ側ガイド層２３０４と、膜厚２８０ｎｍのＰ側ガイド層２３０６とを備える。比較例９の窒化物系半導体発光素子のＰ側ガイド層２３０６は、活性層４０５の上方に配置される膜厚１４０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＰ側第１ガイド層２３０６ａと、Ｐ側第１ガイド層２３０６ａの上方に配置され、膜厚１４０ｎｍのアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層からなるＰ側第２ガイド層２３０６ｂとを含む。また、比較例７～比較例９の窒化物系半導体発光素子においては、Ｐ側電極は、Ａｇではなく、Ｐｄからなる。
　比較例７の窒化物系半導体発光素子では、Ｎ側ガイド層２１０４及びＰ側ガイド層２１０６の組成が同一であり、Ｎ側ガイド層２１０４の方が、Ｐ側ガイド層２１０６より膜厚が大きい。したがって、比較例７の窒化物系半導体発光素子では、図２２のグラフ（ａ）に示されるように、積層方向における光強度分布のピークがＮ側ガイド層２１０４に位置する。このため、比較例７の窒化物系半導体発光素子では、光閉じ込め係数が１．３３％という低い値となる。また、図２３のグラフ（ａ）に示されるように、Ｐ側ガイド層２１０６において、正孔をＰ側ガイド層２１０６から活性層４０５へ伝導させるために、Ｐ側ガイド層２１０６における活性層４０５から遠い側の界面から、活性層４０５に近い側の界面に近づくにしたがって、正孔フェルミ準位は増大する。一方、価電子帯電位は、Ｐ側ガイド層２１０６の積層方向においてほぼ一定である。このため、Ｐ側ガイド層２１０６における正孔フェルミ準位と価電子帯電位との差は、活性層４０５に近づくにしたがって大きくなる。このため、図２４のグラフ（ａ）に示されるように、Ｐ側ガイド層２１０６の積層方向における正孔及び電子の濃度、つまり、フリーキャリア濃度は、活性層４０５から遠ざかるにしたがって大きくなる。このように、比較例７の窒化物系半導体発光素子では、Ｐ側ガイド層２１０６の積層方向におけるフリーキャリア濃度を低減できないため、フリーキャリア損失の低減、及び非発光再結合確率の低減を実現できない。比較例７の窒化物系半導体発光素子では、実効屈折率差ΔＮが３．６×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ－３４．１ｎｍ及び－７５．６ｎｍであり、差ΔＰは、４１．５ｎｍである。また、導波路損失は、４．５ｃｍ－１であり、Ｎ側ガイド層２１０４及びＰ側ガイド層２１０６におけるフリーキャリア損失（以下、「ガイド層フリーキャリア損失」とも称する。）は、２．８ｃｍ－１である。
　比較例８の窒化物系半導体発光素子では、Ｐ側ガイド層２２０６の膜厚がＮ側ガイド層２２０４の膜厚より大きいため、図２２のグラフ（ｂ）に示されるように、積層方向における光強度分布のピークは、比較例７の窒化物系半導体発光素子より活性層４０５に近づく。このため、比較例８の窒化物系半導体発光素子では、光閉じ込め係数は、１．３７％となり、比較例７の窒化物系半導体発光素子より若干改善される。しかしながら、図２３のグラフ（ｂ）に示されるように、比較例７と同様に、Ｐ側ガイド層２２０６における正孔フェルミ準位と価電子帯電位との差は、活性層４０５に近づくにしたがって大きくなる。このため、図２４のグラフ（ｂ）に示されるように、Ｐ側ガイド層２２０６の積層方向における正孔及び電子の濃度、つまり、フリーキャリア濃度は、活性層４０５から遠ざかるにしたがって大きくなる。このように、Ｐ側ガイド層２２０６の積層方向におけるフリーキャリア濃度を低減できないため、比較例８の窒化物系半導体発光素子では、フリーキャリア損失の低減、及び非発光再結合確率の低減を実現できない。比較例８の窒化物系半導体発光素子では、実効屈折率差ΔＮが３．３×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ３１．３ｎｍ及び１０．８ｎｍであり、差ΔＰは、２０．５ｎｍである。また、導波路損失は、５．２ｃｍ－１であり、ガイド層フリーキャリア損失は、３．６ｃｍ－１である。
　比較例９の窒化物系半導体発光素子では、Ｐ側ガイド層２３０６のうち、活性層４０５から遠い領域であるＰ側第２ガイド層２３０６ｂの屈折率を、活性層４０５から近い領域であるＰ側第１ガイド層２３０６ａの屈折率より小さくしている。これにより、図２２のグラフ（ｃ）に示されるように、積層方向における光強度分布のピークは、比較例８の窒化物系半導体発光素子よりさらに活性層４０５に近づく。このため、比較例９の窒化物系半導体発光素子では、光閉じ込め係数は、１．４７％となり、比較例８の窒化物系半導体発光素子よりさらに改善される。しかしながら、Ｐ側第１ガイド層２３０６ａとＰ側第２ガイド層２３０６ｂとの境界面のヘテロ障壁において、ピエゾ分極電荷に起因して、図２３のグラフ（ｃ）に示されるように、価電子帯電位の分布にスパイク状の形状の領域が生成される。このため、図２４のグラフ（ｃ）に示されるように、Ｐ側ガイド層２３０６の積層方向における電子の濃度は、価電子帯電位が不連続に変化する部分でスパイク状に増大する。また、Ｐ側ガイド層２３０６における正孔の濃度も１×１０１７ｃｍ－３を超える。このように、Ｐ側ガイド層２３０６の積層方向におけるフリーキャリア濃度を低減できないため、比較例９の窒化物系半導体発光素子では、フリーキャリア損失の低減、及び非発光再結合確率の低減を実現できない。比較例９の窒化物系半導体発光素子では、実効屈折率差ΔＮが２．５×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ１０．７ｎｍ及び４．４ｎｍであり、差ΔＰは、６．３ｎｍである。また、導波路損失は、３．９３ｃｍ－１であり、ガイド層フリーキャリア損失は、２．５６ｃｍ－１である。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、図２２のグラフ（ｄ）に示されるように、Ｐ側ガイド層４０６の屈折率が、活性層４０５に近づくにしたがって増大するため、積層方向における光強度分布のピークを活性層４０５に近づけることができる。このため、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、光閉じ込め係数は、１．４９％となり、比較例９の窒化物系半導体発光素子よりさらに改善される。また、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーが活性層４０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加するため、図２３のグラフ（ｄ）に示されるように、活性層４０５から遠ざかるにしたがって価電子帯電位が連続的に減少する。これにより、Ｐ側ガイド層４０６において、正孔フェルミ準位と価電子帯電位との差をほぼ一定にすることが可能となる。このため、図２４のグラフ（ｄ）に示されるように、Ｐ側ガイド層４０６の積層方向における正孔及び電子の濃度を低減し、かつ、ほぼ一定とすることができる。ここで、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの積層方向における増大量（ΔＥｇｐ）が小さいと、その効果が小さくなるため、ΔＥｇｐは１００ｍｅＶ以上であるとよい。逆に、ΔＥｇｐを大きくしすぎると、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーにおける、活性層４０５側の端のバンドギャップエネルギーが小さくなり得る。この場合、Ｐ側ガイド層４０６の価電子帯電位の傾きが大きくなりすぎるため、活性層４０５に注入された正孔がＮ側ガイド層４０４側へ漏れる漏れ電流が発生する。このためΔＥｇｐは４００ｍｅＶ以下であってもよい。
　このように、Ｐ側ガイド層４０６の積層方向におけるフリーキャリア濃度を低減できるため、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、フリーキャリア損失の低減、及び非発光再結合確率の低減を実現できる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００においても、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様に、Ｐ側電極４１３がＡｇを含む。これにより、Ｐ側電極４１３における光損失を低減でき、かつ、窒化物系半導体発光素子４００を高効率化できる。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、実効屈折率差ΔＮが２．１×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ１．３ｎｍ及び－４．３ｎｍであり、差ΔＰは、５．６ｎｍである。このように、本実施の形態では、位置ＰＳ１及び差ΔＰを低減できるため、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分が生じにくくなる。また、導波路損失は、３．０ｃｍ－１であり、ガイド層フリーキャリア損失は、１．８ｃｍ－１である。このように、本実施の形態では、各比較例と比べて、導波路損失及びフリーキャリア損失を低減できる。
　［４－３－２．各バリア層］
　次に、本実施の形態に係る活性層４０５の各バリア層の構成の効果について比較例と比較しながら説明する。本実施の形態では、上述したように、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層４０４及びＰ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下である。ここで、各バリア層の組成をアンドープＧａＮとして、各バリア層のバンドギャップエネルギーを、Ｎ側ガイド層４０４及びＰ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの最小値以上とし、その他の構成は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００と同じである比較例１０の窒化物系半導体発光素子のシミュレーション結果を示す。比較例１０の窒化物系半導体発光素子では、光閉じ込め係数が１．３９％であり、実効屈折率差ΔＮが２．３×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ０．３５ｎｍ及び－２１．９ｎｍであり、差ΔＰは、２２．３ｎｍである。また、導波路損失は、３．４ｃｍ－１であり、Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層におけるフリーキャリア損失は、１．８４ｃｍ－１である。このように、比較例１０の窒化物系半導体発光素子では、各バリア層のバンドギャップエネルギーが大きいため、つまり、各バリア層の屈折率が小さいため、光閉じ込め係数が本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００より減少している。これに伴い、比較例１０の窒化物系半導体発光素子の他の評価指標も、位置ＰＳ１を除いて、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００より悪化している。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、各バリア層のバンドギャップエネルギーを、Ｎ側ガイド層４０４及びＰ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下とすることで、光閉じ込め係数を増大させることができる。これに伴い、差ΔＰを低減できるため、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分が生じにくくなる。
　［４－３－３．Ｐ型クラッド層］
　次に、本実施の形態に係るＰ型クラッド層４１０の膜厚について図２５及び図２６を用いて説明する。図２５は、比較例１１の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。図２６は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００のＰ型クラッド層４１０の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。
　比較例１１の窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側電極がＡｇでなくＰｄからなる点において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００と相違し、その他の点において一致する。本シミュレーションにおいては、Ｐ型クラッド層４１０のうち、濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされたＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層の膜厚を変化させることで、Ｐ型クラッド層４１０全体の膜厚を、０．４５μｍ、０．３５μｍ、０．２５μｍ、及び０．２０μｍに変化させた。
　図２５及び図２６に示されるように、導波路損失以外の数値は、比較例１１と本実施の形態とで大きな違いはないが、導波路損失は、比較例１１と本実施の形態とで大きく異なる。具体的には、Ｐ型クラッド層４１０の膜厚が小さくなるにしたがって、比較例１１においては、導波路損失が大きくなる。これは、Ｐ型クラッド層４１０の膜厚が小さくなるにしたがって、ＰｄからなるＰ側電極にしみ出して光損失が発生していることに起因する。一方、本実施の形態では、Ｐ型クラッド層４１０の膜厚が小さくなっても、Ａｇを含むＰ側電極４１３への光のしみ出しを抑制できるため、導波路損失がほとんど増大しない。
　このように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子４００では、Ａｇを含むＰ側電極４１３を備えることで、Ｐ型クラッド層４１０が２００ｎｍ程度まで薄くなっても、導波路損失の増大を抑制できる。
　（実施の形態５）
　実施の形態５に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側ガイド層のバンドギャップエネルギー分布において、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子４００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子４００との相違点を中心に説明する。
　［５－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成について図２７及び図２８を用いて説明する。図２７は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子５００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子５００の活性層４０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　図２７に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子５００は、半導体積層体５００Ｓと、電流ブロック層４１２と、Ｐ側電極４１３と、Ｎ側電極４１４とを備える。半導体積層体５００Ｓは、基板４０１と、Ｎ型第１クラッド層４０２と、Ｎ型第２クラッド層４０３と、Ｎ側ガイド層４０４と、活性層４０５と、Ｐ側ガイド層５０６と、中間層４０８と、電子障壁層４０９と、Ｐ型クラッド層４１０と、コンタクト層４１１とを有する。
　Ｐ側ガイド層５０６では、実施の形態４に係るＰ側ガイド層４０６と同様に、Ｐ側ガイド層５０６のバンドギャップエネルギーは、活性層４０５から遠ざかるにしたがって単調に増加する。また、Ｐ側ガイド層５０６は、バンドギャップエネルギーが、活性層４０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含む。本実施の形態では、Ｐ側ガイド層５０６は、アンドープＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮ層であり、Ｐ側ガイド層５０６の活性層４０５に近い側の界面からＰ側ガイド層５０６の積層方向の中央部までの領域におけるＩｎ組成比の積層方向における平均変化率は、中央部からＰ側ガイド層５０６のＰ型クラッド層４１０に近い側の界面までの領域におけるＩｎ組成比の積層方向における平均変化率よりも大きい。言い換えると、Ｐ側ガイド層５０６の積層方向の位置とＩｎ組成比との関係を示す曲線は、下に凸な形状を有する。さらに言い換えると、Ｐ側ガイド層５０６の積層方向の位置とバンドギャップエネルギーとの関係を示す曲線は、上に凸な形状を有する（図２８参照）。
　本実施の形態では、Ｐ側ガイド層５０６は、Ｐ側第１ガイド層５０６ａと、Ｐ側第２ガイド層５０６ｂとを有する。Ｐ側第１ガイド層５０６ａは、膜厚１４０ｎｍのアンドープＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮ層である。より具体的には、Ｐ側第１ガイド層５０６ａは、活性層４０５に近い側の界面付近においてＩｎＸｐ１Ｇａ１－Ｘｐ１Ｎで表される組成を有し、活性層４０５から遠い側の界面付近においてＩｎＸｐｍＧａ１－ＸｐｍＮで表される組成を有する。Ｐ側第１ガイド層５０６ａのＩｎ組成比Ｘｐは、活性層４０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。Ｐ側第２ガイド層５０６ｂは、膜厚１４０ｎｍのアンドープＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮ層である。より具体的には、Ｐ側第２ガイド層５０６ｂは、活性層４０５に近い側の界面付近においてＩｎＸｐｍＧａ１－ＸｐｍＮで表される組成を有し、活性層４０５から遠い側の界面付近においてＩｎＸｐ２Ｇａ１－Ｘｐ２Ｎで表される組成を有する。Ｐ側第２ガイド層５０６ｂのＩｎ組成比Ｘｐは、活性層４０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。本実施の形態では、Ｘｐ１＝０．０４、Ｘｐｍ＝０．０２、Ｘｐ２＝０である。
　［５－２．効果］
　［５－２－１．フリーキャリア損失］
　次に、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子５００のフリーキャリア損失低減効果について図２９及び図３０を用いて説明する。図２９は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子５００の積層方向における価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図３０は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子５００の積層方向におけるキャリア濃度の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
　図２９に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子５００では、Ｐ側ガイド層５０６における価電子帯電位を示す曲線を下に凸な形状とすることができる。ここで、Ｐ側ガイド層５０６における正孔フェルミ準位を示す曲線は、下に凸な形状を有する。このため、Ｐ側ガイド層５０６における価電子帯電位を示す曲線を下に凸な形状とすることにより、Ｐ側ガイド層５０６における正孔フェルミ準位と価電子帯電位との差を、実施の形態４に係るＰ側ガイド層４０６より均一化することができる。したがって、図３０に示されるように、Ｐ側ガイド層５０６の特に活性層４０５に近い領域における正孔の濃度を低減できる。これにより、Ｐ側ガイド層５０６におけるフリーキャリア損失をより一層低減できる。
　［５－２－２．バリア層］
　次に、本実施の形態に係る活性層４０５の各バリア層の構成の効果について比較例と比較しながら説明する。本実施の形態では、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層４０４及びＰ側ガイド層５０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下である。これにより、光閉じ込め係数を増大させることができる。これに伴い、差ΔＰを低減できるため、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分が生じにくくなる。
　（実施の形態６）
　実施の形態６に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ型第１クラッド層とＰ型クラッド層とのＡｌ組成比の関係、及び、電子障壁層の構成において、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子４００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子４００との相違点を中心に図３１を用いて説明する。
　図３１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子６００の全体構成を示す模式的な断面図である。
　図３１に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子６００は、半導体積層体６００Ｓと、電流ブロック層４１２と、Ｐ側電極４１３と、Ｎ側電極４１４とを備える。半導体積層体６００Ｓは、基板４０１と、Ｎ型第１クラッド層６０２と、Ｎ型第２クラッド層４０３と、Ｎ側ガイド層４０４と、活性層４０５と、Ｐ側ガイド層４０６と、中間層４０８と、電子障壁層６０９と、Ｐ型クラッド層４１０と、コンタクト層４１１とを有する。
　本実施の形態に係るＮ型第１クラッド層６０２は、膜厚１２００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０３６Ｇａ０．９６４Ｎ層である。Ｎ型第１クラッド層６０２には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　本実施の形態に係るＰ型クラッド層４１０は、上述したとおり膜厚４５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層である。
　本実施の形態においては、Ｎ型第１クラッド層６０２及びＰ型クラッド層４１０は、Ａｌを含み、Ｎ型第１クラッド層６０２及びＰ型クラッド層４１０のＡｌ組成比をそれぞれ、Ｙｎｃ、及び、Ｙｐｃとすると、
　Ｙｎｃ＞Ｙｐｃ　　　　　　　　　　　　　　　　（２４）
の関係を満足する。
　ここで、Ｎ型第１クラッド層６０２及びＰ型クラッド層４１０の少なくとも一方が、超格子構造である場合、組成比Ｙｎｃ及びＹｐｃは、平均のＡｌ組成比を示す。例えば、Ｎ型第１クラッド層６０２が、複数の厚さ２ｎｍのＧａＮ層と、複数の厚さ２ｎｍのＡｌ組成比０．０７のＡｌＧａＮ層とを含み、複数のＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＧａＮ層の各々とが交互に積層される場合、ＹｎｃはＮ型第１クラッド層６０２全体での平均のＡｌ組成比である０．０３５となる。Ｐ型クラッド層４１０が、複数の厚さ２ｎｍのＧａＮ層と、複数の厚さ２ｎｍのＡｌ組成比０．０７のＡｌＧａＮ層とを含み、複数のＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＧａＮ層の各々とが交互に積層される場合、ＹｐｃはＰ型クラッド層４１０全体での平均のＡｌ組成比である０．０３５となる。
　これにより、Ｎ型第１クラッド層６０２の屈折率を、Ｐ型クラッド層４１０の屈折率より低減できる。したがって、窒化物系半導体発光素子６００の動作電圧を低減するために、Ｐ型クラッド層４１０の膜厚を低減しても、Ｎ型第１クラッド層６０２の屈折率が、Ｐ型クラッド層４１０の屈折率より小さいため、積層方向における光強度分布のピークが活性層４０５からＮ型第１クラッド層６０２へ近づく向きに移動することを抑制できる。
　電子障壁層６０９は、活性層４０５の上方に配置され、少なくともＡｌを含む窒化物系半導体層である。本実施の形態では、電子障壁層６０９は、中間層４０８と、Ｐ型クラッド層４１０との間に配置される。電子障壁層６０９は、膜厚５ｎｍのＰ型ＡｌＧａＮ層である。また、電子障壁層６０９は、Ｐ型クラッド層４１０に近づくにしたがってＡｌ組成比が単調に増加するＡｌ組成比増加領域を有する。ここで、Ａｌ組成比が単調に増加する構成には、Ａｌ組成比が積層方向において一定である領域を含む構成も含まれる。例えば、Ａｌ組成比が単調に増加する構成には、Ａｌ組成比がステップ状に増加するような構成も含まれる。本実施の形態に係る電子障壁層６０９においては、電子障壁層６０９全体がＡｌ組成比増加領域であり、積層方向において、一定の変化率でＡｌ組成比が増加する。具体的には、電子障壁層６０９は、中間層４０８との界面付近において、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎで表される組成を有し、Ｐ型クラッド層４１０に近づくにしたがって、Ａｌ組成比が単調に増加し、Ｐ型クラッド層４１０との界面付近において、Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎで表される組成を有する。電子障壁層６０９には、不純物として濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　電子障壁層６０９により、電子が活性層４０５からＰ型クラッド層４１０へ漏れることを抑制できる。また、電子障壁層６０９が、Ａｌ組成比が単調に増加するＡｌ組成比増加領域を有することで、Ａｌ組成比が一様である場合より、電子障壁層６０９の価電子帯の電位障壁を低減できる。これにより、Ｐ型クラッド層４１０から活性層４０５へ正孔が流れやすくなる。したがって、本実施の形態のように、アンドープ層であるＰ側ガイド層４０６の膜厚が大きい場合にも、窒化物系半導体発光素子６００の電気抵抗の増大を抑制できる。これにより、窒化物系半導体発光素子６００の動作電圧を低減できる。また、窒化物系半導体発光素子６００の動作中における自己発熱を低減できるため、窒化物系半導体発光素子６００の温度特性を高めることができる。したがって、窒化物系半導体発光素子６００の高出力動作が可能となる。
　本実施の形態によれば、実効屈折率差ΔＮが１．９×１０－３であり、位置ＰＳ１が５．３ｎｍであり、差ΔＰが４．２ｎｍであり、活性層４０５への光閉じ込め係数が１．５５％であり、導波路損失が３．６ｃｍ－１であり、ガイド層フリーキャリア損失が２．４ｃｍ－１である窒化物系半導体発光素子６００を実現できる。
　（実施の形態７）
　実施の形態７に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、主にＰ型クラッド層の構成において、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子４００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子４００との相違点を中心に図３２を用いて説明する。
　図３２は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子７００の全体構成を示す模式的な断面図である。図３２に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子７００は、半導体積層体７００Ｓと、電流ブロック層４１２と、Ｐ側電極４１３と、Ｎ側電極４１４とを備える。半導体積層体７００Ｓは、基板４０１と、Ｎ型第１クラッド層４０２と、Ｎ型第２クラッド層４０３と、Ｎ側ガイド層４０４と、活性層４０５と、Ｐ側ガイド層４０６と、中間層４０８と、電子障壁層７０９と、Ｐ型クラッド層７１０と、コンタクト層４１１とを有する。
　本実施の形態に係る電子障壁層７０９は、膜厚１．６ｎｍのＰ型Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎ層である。電子障壁層７０９には、不純物として濃度１．５×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　本実施の形態に係るＰ型クラッド層７１０は、電子障壁層７０９とコンタクト層４１１との間に配置される。Ｐ型クラッド層７１０は、活性層４０５より屈折率が小さく、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７１０には、実施の形態４に係るＰ型クラッド層４１０と同様に、リッジ７１０Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層７１０には、リッジ７１０Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝７１０Ｔが形成されている。
　Ｐ型クラッド層７１０は、膜厚４５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層である。Ｐ型クラッド層７１０には、不純物としてＭｇがドープされている。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層７１０の活性層４０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層４０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。また、Ｐ型クラッド層７１０の不純物濃度は、活性層４０５から遠ざかるにしたがって、単調に増加する領域を有する。ここで、不純物濃度が単調に増加する構成には、積層方向において不純物濃度が一定である領域が存在する構成も含まれる。具体的には、Ｐ型クラッド層７１０は、活性層４０５に最も近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層と、その上方に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１８０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層と、その上方に配置される濃度１．３×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１２０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層とを有する。このように、本実施の形態では、Ｐ型クラッド層７１０は、活性層４０５に最も近い第１層と、第１層より不純物濃度が大きい第２層と、第２層より不純物濃度が大きい第３層とを有する。
　本実施の形態では、Ｐ側ガイド層４０６の膜厚がＮ側ガイド層４０４の膜厚と比較して大きい。この場合、積層方向における光強度分布のピークが活性層４０５近傍領域に分布するため、Ｐ型クラッド層７１０への光の拡がりが抑制される。したがって、Ｐ型クラッド層７１０における光強度が弱い。このため、Ｐ型クラッド層７１０のコンタクト層４１１に近い領域におけるＭｇ濃度を増加させても導波路損失の増大を抑制できる。また、Ｍｇ濃度を増加させることで、窒化物系半導体発光素子７００の直列抵抗（つまり、Ｐ側電極４１３とＮ側電極４１４との間の抵抗）を低減することが可能となる。
　例えば、Ｐ側ガイド層４０６の膜厚が２００ｎｍ以上の場合には、Ｐ型クラッド層７１０のコンタクト層４１１との界面からの距離が０．１５μｍ以内の領域では、Ｍｇ濃度を１．３×１０１９ｃｍ－３以上に高めても導波路損失の増大を抑制できる程度に、十分に光強度が小さくなる。このようにＰ型クラッド層７１０のＭｇ濃度を高めることで、窒化物系半導体発光素子７００の直列抵抗を低減することが可能となる。なお、Ｐ型クラッド層７１０におけるＭｇ濃度は、１．６×１０１９ｃｍ－３以下であってもよい。これにより、Ｍｇ濃度を高め過ぎることに起因するキャリアの移動度の低下を抑制できるため、直列抵抗の増大を抑制できる。
　Ｐ側ガイド層４０６の膜厚が２５０ｎｍ以上の場合には、Ｐ型クラッド層７１０における光強度がさらに弱くなるため、Ｐ型クラッド層７１０におけるＭｇ濃度が最も低い低濃度領域の膜厚を２０ｎｍ以下としても、導波路損失の増大を抑制できる。
　また、Ｐ型クラッド層７１０において、Ｍｇ濃度を積層方向にステップ状に変化させる必要はなく、連続的に変化させてもよい。例えば、Ｐ型クラッド層７１０におけるＭｇ濃度は以下のような構成を有してもよい。Ｐ型クラッド層７１０の活性層４０５に近い側の界面においては、Ｍｇ濃度は、電子障壁層７０９におけるＭｇ濃度１．５×１０１９ｃｍ－３とほぼ等しい。Ｐ型クラッド層７１０の当該界面からの距離が１００ｎｍ以内の領域において、Ｍｇ濃度が１×１０１８ｃｍ－３から３×１０１８ｃｍ－３以下の範囲に到達するように、当該界面から遠ざかるにしたがって、Ｍｇ濃度が単調に減少してもよい。このように、Ｐ型クラッド層７１０は、活性層４０５に最も近い領域において、活性層４０５から遠ざかるにしたがって不純物濃度が単調に減少する濃度減少領域を有してもよい。さらに、Ｐ型クラッド層７１０は、濃度減少領域の上方に配置され、積層方向におけるＭｇ濃度の変化が小さく、Ｐ型クラッド層７１０において最もＭｇ濃度が低い低濃度領域を有してもよい。低濃度領域においては、例えば、Ｍｇ濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上３×１０１８ｃｍ－３以下である。さらに、Ｐ型クラッド層７１０は、低濃度領域の上方に配置され、活性層４０５から遠ざかるにしたがって、Ｍｇ濃度が単調に増加する濃度増加領域を有してもよい。濃度増加領域においては、例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上３×１０１８ｃｍ－３以下の範囲から、１．３×１０１９ｃｍ－３まで単調に増加する。
　また、濃度増加領域は、活性層４０５に近い側に配置される高増加率領域と、高増加率領域の上方に配置される低増加率領域とを有してもよい。高増加率領域のＭｇ濃度の積層方向における変化率は、低増加率領域のＭｇ濃度の積層方向における変化率より大きい。
　本実施の形態によれば、実効屈折率差ΔＮが１．９×１０－３であり、位置ＰＳ１が３．６ｎｍであり、差ΔＰが２．８ｎｍであり、活性層４０５への光閉じ込め係数が１．５４％であり、導波路損失が３．６ｃｍ－１であり、ガイド層フリーキャリア損失が２．４ｃｍ－１である窒化物系半導体発光素子７００を実現できる。
　（実施の形態８）
　実施の形態８に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、電子障壁層の構成において、実施の形態７に係る窒化物系半導体発光素子７００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態７に係る窒化物系半導体発光素子７００との相違点を中心に図３３及び図３４を用いて説明する。
　図３３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子８００の全体構成を示す模式的な断面図である。図３４は、本実施の形態に係る電子障壁層８０９の積層方向におけるＡｌ組成比の分布を示すグラフである。図３４に示されるグラフの横軸は積層方向における位置ｘを示し、縦軸はＡｌ組成比を示す。図３４においては、電子障壁層８０９と併せて、中間層４０８及びＰ型クラッド層７１０の一部におけるＡｌ組成比の分布も示されている。
　図３３に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子８００は、半導体積層体８００Ｓと、電流ブロック層４１２と、Ｐ側電極４１３と、Ｎ側電極４１４とを備える。半導体積層体８００Ｓは、基板４０１と、Ｎ型第１クラッド層４０２と、Ｎ型第２クラッド層４０３と、Ｎ側ガイド層４０４と、活性層４０５と、Ｐ側ガイド層４０６と、中間層４０８と、電子障壁層８０９と、Ｐ型クラッド層７１０と、コンタクト層４１１とを有する。
　本実施の形態に係る電子障壁層８０９は、Ｐ型ＡｌＧａＮ層である。電子障壁層８０９には、不純物として濃度１．５×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。電子障壁層８０９は、Ｐ型クラッド層７１０に近づくにしたがってＡｌ組成比が単調に増加するＡｌ組成比増加領域と、Ａｌ組成比増加領域の上方に配置され、Ｐ型クラッド層７１０に近づくにしたがってＡｌ組成比が単調に減少するＡｌ組成比減少領域とを有する。ここで、Ａｌ組成比が単調に減少する構成には、Ａｌ組成比が積層方向において一定である領域を含む構成も含まれる。例えば、Ａｌ組成比が単調に減少する構成には、Ａｌ組成比がステップ状に減少するような構成も含まれる。図３４に示されるグラフにおいて、位置ｘ＝Ｘｓが、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面を指し、位置ｘ＝Ｘｅが電子障壁層８０９のＰ型クラッド層７１０との界面を指す。なお、位置ｘ＝Ｘｓは、Ｐ型クラッド層７１０に近づくにしたがってＡｌ組成比が増加する領域の端部で定義されてもよい。位置ｘ＝Ｘｅは、Ｐ型クラッド層７１０に近づくにしたがってＡｌ組成比が減少する領域の端部、言い換えると、積層方向においてＡｌ組成比が一定である領域の端部で定義されてもよい。位置ｘ＝Ｘｍは、電子障壁層８０９においてＡｌ組成比が最大となる位置である。また、位置ｘ＝Ｘｓから位置ｘ＝Ｘｍまでの領域が、Ａｌ組成比増加領域であり、位置ｘ＝Ｘｍから位置ｘ＝Ｘｅまでの領域が、Ａｌ組成比減少領域である。
　電子障壁層８０９の膜厚は、５ｎｍ以下である。Ａｌ組成比増加領域の膜厚は、２ｎｍ以下である。Ａｌ組成比減少領域の膜厚は、Ａｌ組成比増加領域の膜厚より大きい。電子障壁層８０９においてＡｌ組成比が最大である領域の膜厚は、０．５ｎｍ以下である。ここで、Ａｌ組成比が最大である領域とは、Ａｌ組成比が、電子障壁層８０９におけるＡｌ組成比の最大値の９５％以上である領域を意味する。
　図３４に示されるグラフには、電子障壁層８０９の積層方向における位置に対するＡｌ組成比の分布を示す曲線ｆ（ｘ）と併せて直線ｇ（ｘ）及びｈ（ｘ）が示されている。直線ｇ（ｘ）は、曲線ｆ（ｘ）の位置ｘ＝Ｘｓにおける点と、位置ｘ＝Ｘｍにおける点とを通る直線である。直線ｈ（ｘ）は、曲線ｆ（ｘ）の位置ｘ＝Ｘｍにおける点と、位置ｘ＝Ｘｅにおける点とを通る直線である。図３４に示されるように、曲線ｆ（ｘ）は、位置ｘ＝Ｘｓから位置ｘ＝Ｘｍの範囲において、下に凸の曲線である。また、曲線ｆ（ｘ）は、位置ｘ＝Ｘｍから位置ｘ＝Ｘｅの範囲において、下に凸の曲線である。言い換えると、位置ｘ＝Ｘｓと位置ｘ＝Ｘｍとの中間点（つまり、位置ｘ＝Ｘｓと位置ｘ＝Ｘｍとの間において、位置ｘ＝Ｘｓ及び位置ｘ＝Ｘｍから等距離である点）に相当する位置ｘ＝Ｘｄ１においてｆ（Ｘｄ１）＜ｇ（Ｘｄ１）である。また、位置ｘ＝Ｘｍと位置ｘ＝Ｘｅとの中間点に相当する位置ｘ＝Ｘｄ２においてｆ（Ｘｄ２）＜ｈ（Ｘｄ２）である。
　以上のように、電子障壁層８０９の活性層４０５に近い側のＡｌ組成比を傾斜させることで、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面で形成される正のピエゾ分極電荷をＡｌ組成比増加領域に分散させることができる。これに伴い、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面において、正のピエゾ分極電荷により誘引される電子濃度が低減される。この結果、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面の価電子帯のポテンシャルエネルギーの低下を抑制できる。これにより、Ｐ型クラッド層７１０から活性層４０５へ流れる正孔に対する電位障壁が小さくなり動作電圧が低減する。
　また、Ａｌ組成比が最大である領域の膜厚を０．５ｎｍ以下とすることで、正孔に対する価電子帯での電位障壁を小さくすることができ、動作電圧を低減することができる。
　また、電子障壁層８０９の膜厚を５ｎｍ以下とすることで、電子障壁層８０９で形成される価電子帯の電位障壁の幅（つまり厚さ）を狭めることができる。この結果、正孔に対するＰ型クラッド層７１０から活性層４０５への電気伝導障壁を小さくすることができるため、動作電圧が低減する。ここで、電子障壁層８０９の膜厚が２ｎｍより薄くなると活性層４０５からＰ型クラッド層７１０へ電子障壁層８０９を超えて流れる電子が増大するため、電子障壁層８０９の膜厚は２ｎｍ以上必要である。
　また、Ａｌ組成比増加領域の膜厚が、２ｎｍ以下の場合、電子障壁層８０９の膜厚を５ｎｍ以下としつつ、電子障壁層８０９のＡｌ組成比減少領域の膜厚をＡｌ組成比増加領域の膜厚より大きくすることで、活性層４０５からＰ型クラッド層７１０へ電子障壁層８０９を超えて流れる電子の発生を抑制することができる。
　また、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面近傍に形成される正のピエゾ分極電荷は、Ａｌ組成比の変化率が相対的に小さい中間層４０８に近い領域より、Ａｌ組成比の変化率が相対的に大きい領域の方が多くなる。電子障壁層８０９のＡｌ組成比増加領域における曲線ｆ（ｘ）の形状を下に凸とすることで、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面近傍におけるＡｌ組成比の変化率を小さくできるため、当該界面において正のピエゾ分極電荷を低減できる。したがって、当該界面において正のピエゾ分極電荷により誘引される電子濃度が低下する。これに伴い、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面における正孔に対する価電子帯の電位障壁を小さくすることができる。
　さらに、電子障壁層８０９のＡｌ組成比減少領域における曲線ｆ（ｘ）の形状を下に凸とすることで、位置ｘ＝Ｘｍ近傍のＡｌ組成比の高い領域の膜厚を薄くすることができ、電子障壁層８０９で形成される価電子帯の電位障壁の幅をさらに狭めることができる。この結果、正孔のＰ型クラッド層７１０から活性層４０５への電気伝導障壁を小さくすることができ、動作電圧が低減する。
　本実施の形態に係る電子障壁層８０９におけるＭｇ濃度は１．５×１０１９ｃｍ－３以下であってもよい。電子障壁層８０９の活性層４０５に近い側の領域（つまり、Ａｌ組成比増加領域）におけるＡｌ組成が傾斜しているため、Ｍｇ濃度を１．５×１０１９ｃｍ－３以下としても電子障壁層８０９における正孔に対する電位障壁を小さくすることができる。これにより、電子障壁層８０９のＡｌ組成比を３０％以上に高めても動作電圧の増大を抑制できる。
　また、電子障壁層８０９の活性層４０５に近い側の領域（つまり、Ａｌ組成比増加領域）における曲線ｆ（ｘ）の形状を下に凸とすることで、価電子帯の電位障壁形成抑制効果が高まり、Ｍｇ濃度を１×１０１９ｃｍ－３以下とすることが可能となる。なお、Ｍｇ濃度を０．７×１０１８ｃｍ－３以上としてもよい。これにより、電子障壁層８０９の価電子帯の電位が低下し過ぎることを抑制できる。
　本実施の形態では、電子障壁層８０９は、中間層４０８との界面付近において、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎで表される組成を有し、Ｐ型クラッド層７１０に近づくにしたがって、電子障壁層８０９のＡｌ組成比が単調に増加する。そして、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面からの距離が１ｎｍである位置ｘ＝Ｘｍにおいて、電子障壁層８０９は、Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎで表される組成を有する。位置ｘ＝ＸｍからＰ型クラッド層７１０に近づくにしたがって、電子障壁層８０９のＡｌ組成比が単調に減少する。電子障壁層８０９は、Ｐ型クラッド層７１０との界面付近において、Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎで表される組成を有する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子８００によっても、実施の形態７に係る窒化物系半導体発光素子７００と同様の効果が奏される。また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子８００では、さらに、電子障壁層８０９の活性層４０５に近い側のＡｌ組成比を傾斜させることで、電子障壁層８０９の中間層４０８との界面の価電子帯のポテンシャルエネルギーの低下を抑制できる。これにより、窒化物系半導体発光素子８００の動作電圧を低減できる。
　（実施の形態９）
　実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ側ガイド層の構成において、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について図３５Ａ～図４１を用いて説明する。
　［９－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成について図３５Ａ及び図３５Ｂを用いて説明する。図３５Ａは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の全体構成を示す模式的な断面図である。図３５Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００が備える活性層９０５の構成を示す模式的な断面図である。
　図３５Ａに示されるように、窒化物系半導体発光素子９００は、半導体積層体９００Ｓと、電流ブロック層９１２と、Ｐ側電極９１３と、Ｎ側電極９１４とを備える。半導体積層体９００Ｓは、基板９０１と、Ｎ型第１クラッド層９０２と、Ｎ型第２クラッド層９０３と、Ｎ側ガイド層９０４と、活性層９０５と、Ｐ側ガイド層９０６と、中間層９０８と、電子障壁層９０９と、Ｐ型クラッド層９１０と、コンタクト層９１１とを有する。
　基板９０１は、窒化物系半導体発光素子９００の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板９０１は、Ｎ型ＧａＮ基板である。
　Ｎ型第１クラッド層９０２は、基板９０１の上方に配置されるＮ型クラッド層の一例である。Ｎ型第１クラッド層９０２は、活性層９０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、Ｎ型第１クラッド層９０２は、膜厚１２００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層である。Ｎ型第１クラッド層９０２には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　Ｎ型第２クラッド層９０３は、基板９０１の上方に配置されるＮ型クラッド層の一例である。本実施の形態では、Ｎ型第２クラッド層９０３は、Ｎ型第１クラッド層９０２の上方に配置される。Ｎ型第２クラッド層９０３は、活性層９０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、Ｎ型第２クラッド層９０３は、膜厚１００ｎｍのＮ型ＧａＮ層である。Ｎ型第２クラッド層９０３には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。Ｎ型第２クラッド層９０３のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型第１クラッド層９０２のバンドギャップエネルギーより小さく、かつ、Ｐ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの最大値以上である。
　Ｎ側ガイド層９０４は、Ｎ型第２クラッド層９０３の上方に配置される光ガイド層である。Ｎ側ガイド層９０４は、Ｎ型第１クラッド層９０２及びＮ型第２クラッド層９０３より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。Ｎ側ガイド層９０４のバンドギャップエネルギーは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって（つまり、各半導体層の結晶成長の向きと逆向きにＮ型第１クラッド層９０２に近づくにしたがって）単調に増加する。ここで、バンドギャップエネルギーが単調に増加する構成には、積層方向においてバンドギャップエネルギーが一定である領域が存在する構成も含まれる。また、Ｎ側ガイド層９０４は、バンドギャップエネルギーが、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含む。ここで、バンドギャップエネルギーが積層方向において連続的に単調に増加する構成には、積層方向において不連続的にバンドギャップエネルギーが変化する構成は含まれない。本開示においては、バンドギャップエネルギーが連続的に単調に増加する構成とは、バンドギャップエネルギーの不連続な増加量がその位置のバンドギャップエネルギーの２％未満である構成である。例えば、Ｎ側ガイド層９０４において活性層９０５から遠ざかるにしたがってバンドギャップエネルギーが連続的に単調に増加する構成とは、Ｎ側ガイド層９０４のある位置におけるバンドギャップエネルギーに対する、当該位置から結晶成長の向きと逆向きに微小な距離だけ変位した位置におけるバンドギャップエネルギーの増加量が当該位置のバンドギャップエネルギーの２％未満である構成である。例えば、バンドギャップエネルギーが連続的に単調に増加する構成には、バンドギャップエネルギーが積層と逆の方向においてステップ状に２％以上増加するような構成は含まれないが、バンドギャップエネルギーが積層方向においてステップ状に２％未満だけ変化するような構成は含まれる。本実施の形態では、Ｎ側ガイド層９０４全体において、バンドギャップエネルギーが、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加するが、Ｎ側ガイド層９０４構成はこれに限定されない。例えば、Ｎ側ガイド層９０４全体の膜厚に対する、バンドギャップエネルギーが活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分の膜厚の割合は、５０％以上であってもよい。また、当該割合は、７０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。
　ここで、Ｎ側ガイド層９０４のバンドギャップエネルギーのＮ型第２クラッド層９０３に近づく向き（結晶成長の向きと逆の向き）における増大量をΔＥｇｎとする。Ｎ側ガイド層９０４のバンドギャップエネルギーの結晶成長の向きと逆の向きにおける増大量とは、例えば、Ｎ側ガイド層９０４の活性層９０５に近い側の界面におけるバンドギャップエネルギーと、Ｎ型第２クラッド層９０３に近い側の界面におけるバンドギャップエネルギーとの差で定義される。また、ΔＥｇｎの内、連続的に増加するバンドギャップエネルギーの大きさのΔＥｇｎに対する割合は、７０％以上あればよい。また、当該割合は、８０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。このように、Ｎ側ガイド層９０４のバンドギャップエネルギーを結晶成長の向きと逆向きに増大させることで、Ｎ側ガイド層９０４の屈折率は、活性層９０５に近づくにしたがって連続的に単調に増加する。この場合、Ｎ側ガイド層９０４の屈折率が、活性層９０５に近づくにしたがって増大するため、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に近づけることができる。ここで、ΔＥｇｎが小さいと、その効果が小さく、逆に大きくなり過ぎると、Ｎ側ガイド層９０４のうち活性層９０５に隣接するバンドギャップエネルギーの小さい領域で、活性層９０５から発生する光が吸収されることで、導波路損失が増大してしまう。このような導波路損失を抑制するために、ΔＥｇｎは１００ｍｅＶ以上、４００ｍｅＶ以下であってもよい。
　Ｎ側ガイド層９０４が、ＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮからなる場合には、Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比Ｘｎは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって単調に減少する。これにより、Ｎ側ガイド層９０４のバンドギャップエネルギーは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって単調に増加する。ここで、Ｉｎ組成比Ｘｎが単調に減少する構成には、積層方向においてＩｎ組成比Ｘｎが一定である領域が存在する構成も含まれる。また、Ｎ側ガイド層９０４は、Ｉｎ組成比が、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に減少する部分を含む。ここで、Ｉｎ組成比Ｘｎが連続的に単調に減少する構成には、積層方向において不連続的にＩｎ組成比Ｘｐが変化する構成は含まれない。連続的に単調に減少する構成とは、Ｎ側ガイド層９０４のある位置におけるＩｎ組成比Ｘｎの積層方向における不連続な減少量が、その位置におけるＩｎ組成比Ｘｎの２０％未満である構成である。
　Ｎ側ガイド層９０４の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギー以下である。言い換えると、Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比の平均値は、Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比の平均値以上である。本実施の形態では、Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比の平均値は、Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比の平均値と等しい。つまり、Ｎ側ガイド層９０４の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギーと等しい。また、Ｎ側ガイド層９０４の膜厚をＴｎ、Ｐ側ガイド層９０６の膜厚をＴｐとすると、
　Ｔｎ＜Ｔｐ　　　　　　　　　　　　　　　　（３１）
の関係を満足する。
　また、Ｎ側ガイド層９０４におけるＩｎ組成比の最大値は、各バリア層のＩｎ組成比以下である。
　本実施の形態では、Ｎ側ガイド層９０４は、膜厚１６０ｎｍのＮ型ＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮ層である。Ｎ側ガイド層９０４には、不純物として濃度３×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。より具体的には、Ｎ側ガイド層９０４は、活性層９０５に近い方の界面付近においてＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎで表される組成を有し、活性層９０５から遠い方の界面付近においてＧａＮで表される組成を有する。Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比Ｘｎは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。
　活性層９０５は、Ｎ側ガイド層９０４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９０５は、図３５Ｂに示されるように、ウェル層９０５ｂ及び９０５ｄと、バリア層９０５ａ、９０５ｃ、及び９０５ｅとを有する。
　バリア層９０５ａは、Ｎ側ガイド層９０４の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層９０５ａは、膜厚７ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　ウェル層９０５ｂは、バリア層９０５ａの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。ウェル層９０５ｂは、バリア層９０５ａとバリア層９０５ｃとの間に配置される。本実施の形態では、ウェル層９０５ｂは、膜厚３ｎｍのアンドープＩｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層である。
　バリア層９０５ｃは、ウェル層９０５ｂの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層９０５ｃは、膜厚７ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　ウェル層９０５ｄは、バリア層９０５ｃの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。ウェル層９０５ｄは、バリア層９０５ｃとバリア層９０５ｅとの間に配置される。本実施の形態では、ウェル層９０５ｄは、膜厚３ｎｍのアンドープＩｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ層である。
　バリア層９０５ｅは、ウェル層９０５ｄの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層９０５ｅは、膜厚５ｎｍのアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　窒化物系半導体発光素子９００は、以上のような構成を有する活性層９０５を備えることで、４３０ｎｍ以上４５５ｎｍ以下の波長の光を出射できる。
　本実施の形態では、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下である。つまり、各バリア層の屈折率は、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６の屈折率より大きい。したがって、活性層９０５への光閉じ込め係数を高めることができる。本実施の形態に係る各バリア層のように、各バリア層がＩｎＸｂＧａ１－ＸｂＮからなる場合には、各バリア層のＩｎ組成比は、Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比の最大値以上であり、かつ、Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比の最大値以上である。
　Ｐ側ガイド層９０６は、活性層９０５の上方に配置される光ガイド層である。Ｐ側ガイド層９０６は、Ｐ型クラッド層９１０より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。Ｐ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって単調に増加する。
　ここで、Ｐ側ガイド層９０６におけるバンドギャップエネルギーが単調に増加する構成には、積層方向においてバンドギャップエネルギーが一定である領域が存在する構成も含まれる。また、Ｐ側ガイド層９０６は、バンドギャップエネルギーが、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含む。ここで、バンドギャップエネルギーが連続的に単調に増加する構成には、積層方向において不連続的にバンドギャップエネルギーが変化する構成は含まれない。本開示においては、バンドギャップエネルギーが連続的に単調に増加する構成とは、前述のＮ側ガイド層と同様に、ある位置におけるバンドギャップエネルギーの不連続な増加量がその位置のバンドギャップエネルギーの２％未満である構成である。例えば、バンドギャップエネルギーが連続的に単調に増加する構成には、バンドギャップエネルギーが積層方向においてステップ状に２％以上増加するような構成は含まれないが、バンドギャップエネルギーが積層方向においてステップ状に２％未満だけ変化するような構成は含まれる。本実施の形態では、Ｐ側ガイド層９０６全体において、バンドギャップエネルギーが、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加するが、Ｐ側ガイド層９０６の構成はこれに限定されない。例えば、Ｐ側ガイド層９０６全体の膜厚に対する、バンドギャップエネルギーが活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分の膜厚の割合は、５０％以上であってもよい。また、当該割合は、７０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。
　ここで、Ｐ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーのＮ型第２クラッド層９０３の方向における増大量をΔＥｇｐする。Ｐ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの積層方向における増大量とは、例えば、Ｐ側ガイド層９０６の活性層９０５に近い側の界面におけるバンドギャップエネルギーと、Ｐ型クラッド層９１０に近い側の界面におけるバンドギャップエネルギーとの差で定義される。また、ΔＥｇｐの内、連続的に増加するバンドギャップエネルギーの大きさのΔＥｇｐに対する割合は、７０％以上あればよい。また、当該割合は、８０％以上であってもよいし、９０％以上であってもよい。このように、Ｐ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーを積層方向に増大させることで、Ｐ側ガイド層９０６の屈折率は、活性層９０５に近づくにしたがって連続的に単調に増加する。この場合、Ｐ側ガイド層９０６の屈折率が、活性層９０５に近づくにしたがって増大するため、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に近づけることができる。ここで、ΔＥｇｐが小さいと、その効果が小さく、逆に大きくなり過ぎると、Ｐ側ガイド層９０６のうち活性層９０５に隣接するバンドギャップエネルギーの小さい領域で、活性層９０５から発生する光が吸収されることで、導波路損失が増大してしまう。このような導波路損失を抑制するために、ΔＥｇｐは１００ｍｅＶ以上、４００ｍｅＶ以下であってもよい。
　Ｐ側ガイド層９０６が、ＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮからなる場合には、Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比Ｘｐは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって単調に減少する。これにより、Ｐ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加する。また、Ｐ側ガイド層９０６は、Ｉｎ組成比Ｘｐが活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含む。これにより、Ｐ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含む。
　上述したとおり、Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層９０４の平均バンドギャップエネルギー以上である。言い換えると、Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比の平均値は、Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比の平均値以下である。本実施の形態では、Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比の平均値は、Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比の平均値と等しい。また、Ｐ側ガイド層９０６の膜厚Ｔｐは、Ｎ側ガイド層９０４の膜厚Ｔｎより大きい。Ｐ側ガイド層９０６におけるＩｎ組成比の最大値は、各バリア層のＩｎ組成比以下である。
　本実施の形態では、Ｐ側ガイド層９０６は、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮ層である。より具体的には、Ｐ側ガイド層９０６は、活性層９０５に近い方の界面付近においてＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎで表される組成を有し、活性層９０５から遠い方の界面付近においてＧａＮで表される組成を有する。Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比Ｘｐは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。
　中間層９０８は、活性層９０５の上方に配置される層である。本実施の形態では、中間層９０８は、Ｐ側ガイド層９０６と、電子障壁層９０９との間に配置され、Ｐ側ガイド層９０６と、電子障壁層９０９との格子定数の違いに起因して生じる応力を低減する。これにより、窒化物系半導体発光素子９００における結晶欠陥の発生を抑制できる。本実施の形態では、中間層９０８は、膜厚２０ｎｍのアンドープＧａＮ層である。
　電子障壁層９０９は、活性層９０５の上方に配置され、少なくともＡｌを含む窒化物系半導体層である。本実施の形態では、電子障壁層９０９は、中間層９０８と、Ｐ型クラッド層９１０との間に配置される。電子障壁層９０９は、膜厚５ｎｍのＰ型Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎ層である。電子障壁層９０９には、不純物として濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。電子障壁層９０９により、電子が活性層９０５からＰ型クラッド層９１０へ漏れることを抑制できる。
　Ｐ型クラッド層９１０は、活性層９０５の上方に配置されるＰ型のクラッド層である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層９１０は、電子障壁層９０９とコンタクト層９１１との間に配置される。Ｐ型クラッド層９１０は、活性層９０５より屈折率が小さく、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９１０の膜厚は、４６０ｎｍ以下であってもよい。これにより、窒化物系半導体発光素子９００の電気抵抗を抑制できる。したがって、窒化物系半導体発光素子９００の動作電圧を低減できる。また、窒化物系半導体発光素子９００の動作中における自己発熱を低減できるため、窒化物系半導体発光素子９００の温度特性を高めることができる。したがって、窒化物系半導体発光素子９００の高出力動作が可能となる。なお、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００において、Ｐ型クラッド層９１０のクラッド層としての機能を十分に発揮するために、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚は２００ｎｍ以上であればよい。また、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚は２５０ｎｍ以上であってもよい。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層９１０は、膜厚４５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層である。Ｐ型クラッド層９１０には、不純物としてＭｇがドープされている。また、Ｐ型クラッド層９１０の活性層９０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層９０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層９１０は、活性層９０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層と、活性層９０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層とを有する。
　窒化物系半導体発光素子９００のＰ型クラッド層９１０には、リッジ９１０Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層９１０には、リッジ９１０Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝９１０Ｔが形成されている。本実施の形態では、リッジ幅Ｗは、３０μｍ程度である。また、図３５Ａに示されるように、リッジ９１０Ｒの下端部（つまり、溝９１０Ｔの底部）と活性層９０５との間の距離をｄｐとしている。また、リッジ９１０Ｒの下端部におけるＰ型クラッド層９１０の膜厚（つまり、リッジ９１０Ｒの下端部と、Ｐ型クラッド層９１０及び電子障壁層９０９の界面との間の距離）をｄｃとしている。
　コンタクト層９１１は、Ｐ型クラッド層９１０の上方に配置され、Ｐ側電極９１３とオーミック接触する層である。本実施の形態では、コンタクト層９１１は、膜厚６０ｎｍのＰ型ＧａＮ層である。コンタクト層９１１には、不純物として濃度１×１０２０ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　電流ブロック層９１２は、Ｐ型クラッド層９１０の上方に配置され、活性層９０５からの光に対して透過性を有する絶縁層である。電流ブロック層９１２は、Ｐ型クラッド層９１０の上面のうち、リッジ９１０Ｒの上面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９１２は、ＳｉＯ２層である。
　Ｐ側電極９１３は、半導体積層体９００Ｓの上方に配置される導電層である。本実施の形態では、Ｐ側電極９１３は、コンタクト層９１１及び電流ブロック層９１２の上方に配置され、コンタクト層９１１と接する。Ｐ側電極９１３は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜である。
　Ｎ側電極９１４は、基板９０１の下方に（つまり、基板９０１のＮ型第１クラッド層９０２などが配置された主面の反対側の主面に）配置される導電層である。Ｎ側電極９１４は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜である。
　窒化物系半導体発光素子９００は、以上のような構成を有することにより、図３５Ａに示されるように、リッジ９１０Ｒの下方の部分と、溝９１０Ｔの下方の部分との間に実効屈折率差ΔＮが生じる。これにより、活性層９０５のリッジ９１０Ｒの下方の部分で発生した光を水平方向（つまり、Ｘ軸方向）に閉じ込めることができる。
　［９－２．光強度分布及び光出力の安定性］
　次に本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の光強度分布及び光出力の安定性について説明する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の積層方向における光強度分布について、図３６を用いて説明する。図３６は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の活性層９０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、動作電圧を低減するためにＰ型クラッド層９１０の膜厚が比較的薄く設定されている。これに伴い、リッジ９１０Ｒの高さ（つまり、リッジ９１０Ｒの溝９１０Ｔの底面からの高さ）も比較的低く設定されている。一般にこのような構成を有する半導体発光素子においては、積層方向における光強度分布のピーク位置が活性層９０５からＮ型第２クラッド層９０３へ近づく向きにずれる。このため、活性層９０５への光閉じ込め係数が低下し、これに伴い、光出力の熱飽和レベルが低下する。したがって、半導体発光素子の高出力での動作が困難となる。本実施の形態では、上述したように、Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層９０４の平均バンドギャップエネルギーと等しい。一方、Ｐ側ガイド層９０６の膜厚Ｔｐは、Ｎ側ガイド層９０４の膜厚Ｔｎより大きい（上記不等式（３１））。このように、各クラッド層より屈折率が大きいＰ側ガイド層９０６の膜厚を大きくすることで、光強度分布を活性層９０５からＰ側ガイド層９０６へ近づく向きに移動させることが可能となる。したがって、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００によれば、積層方向における光強度分布のピークが活性層９０５に位置するように制御することが可能となる。
　さらに、本実施の形態では、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加する。つまり、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６の屈折率は、活性層９０５に近づくにしたがって連続的に単調に増加する。このようにＮ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６の屈折率が、活性層９０５に近づくにしたがって増大するため、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に近づけることができる。
　本実施の形態では、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６の組成は、それぞれ、ＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮ、及び、ＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮで表される。Ｎ側ガイド層９０４の活性層９０５に近い方の界面付近、及び、遠い方の界面付近における組成は、それぞれ、ＩｎＸｎ１Ｇａ１－Ｘｎ１Ｎ、及び、ＩｎＸｎ２Ｇａ１－Ｘｎ２Ｎで表される。Ｐ側ガイド層９０６の活性層９０５に近い方の界面付近、及び、遠い方の界面付近における組成は、それぞれ、ＩｎＸｐ１Ｇａ１－Ｘｐ１Ｎ、及び、ＩｎＸｐ２Ｇａ１－Ｘｐ２Ｎで表される。上述したとおり、本実施の形態では、Ｘｎ１＝Ｘｐ１＝０．０４であり、Ｘｎ２＝Ｘｐ２＝０である。
　また、本実施の形態では、活性層９０５のバリア層９０５ａ、９０５ｃ及び９０５ｅは、ＩｎＸｂＧａ１－ＸｂＮからなり、各バリア層、Ｎ側ガイド層９０４、及びＰ側ガイド層９０６のＩｎ組成比Ｘｂ、Ｘｎ及びＸｐについて、
　Ｘｐ≦Ｘｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　（３２）
　Ｘｎ≦Ｘｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　（３３）
の関係を満足する。これにより、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下となる。つまり、各バリア層の屈折率を、Ｐ側ガイド層９０６及びＮ側ガイド層９０４より大きくすることができる。これにより、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に近づけることができる。また、光強度分布が活性層９０５からＰ型クラッド層９１０へ近づく向きに移動し過ぎることを抑制できる。この効果は、各バリア層のバンドギャップエネルギーを、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの最小値未満とした方が大きくなり、光閉じ込め係数も大きくなる。
　以上のような構成により、本実施の形態では、リッジ９１０Ｒの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークの位置ＰＳ１を１５．９ｎｍとすることができる。つまり、光強度分布のピークを活性層９０５に位置させることができる。また、ΔＰを６．２ｎｍに抑制することができる。これにより、活性層９０５への光閉じ込め係数を１．４４％程度まで高めることができる。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００によれば、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に位置させることができる。なお、積層方向における光強度分布のピークが活性層９０５に位置するとは、窒化物系半導体発光素子９００の水平方向の少なくとも一つの位置において、積層方向における光強度分布のピークが活性層９０５に位置する状態を意味し、水平方向のすべての位置において、積層方向における光強度分布のピークが活性層９０５に位置する状態に限定されない。
　本実施の形態のように、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に位置させると、光強度分布のピークがＮ側ガイド層９０４に位置する場合より、光のうちＰ型クラッド層９１０に位置する部分の割合が増加し得る。ここで、Ｐ型クラッド層９１０は、Ｎ型第１クラッド層９０２及びＮ型第２クラッド層９０３より不純物濃度が高いため、光のうちＰ型クラッド層９１０に位置する部分の割合が増加することで、Ｐ型クラッド層９１０におけるフリーキャリア損失の増大が懸念される。しかしながら、本実施の形態では、Ｐ側ガイド層９０６をアンドープ層とし、Ｐ側ガイド層９０６の膜厚Ｔｐを比較的大きくすることで、光強度分布のうち、アンドープ層に位置する部分の割合を高めることができる。したがって、フリーキャリア損失の増大を抑制できる。具体的には、本実施の形態では、導波路損失を２．８ｃｍ－１程度に抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、出射光の水平方向（つまり、Ｘ軸方向）における拡がり角を低減するために、リッジ９１０Ｒの下方の部分と、溝９１０Ｔの下方の部分との間の実効屈折率差ΔＮが比較的小さくなるように設定されている。具体的には、実効屈折率差ΔＮは、電流ブロック層９１２と活性層９０５との間の距離ｄｐ（図３５Ａ参照）を調整することによって設定される。ここで、距離ｄｐを大きくするほど実効屈折率差ΔＮは小さくなる。本実施の形態では、実効屈折率差ΔＮは、２．９×１０－３程度である。したがって、本実施の形態では、実効屈折率差ΔＮが２．９×１０－３より大きい場合より、リッジ９１０Ｒによって形成される導波路を伝搬可能な高次モード（つまり、高次横モード）の個数が少ない。このため、窒化物系半導体発光素子９００の出射光に含まれるすべての横モードのうち、各高次モードが占める割合が比較的大きくなる。したがって、モード数の増減、及び、モード間結合に起因する活性層９０５への光閉じ込め係数の変化量が比較的大きくなる。このため、窒化物系半導体発光素子９００においてモード数の増減、及び、モード間結合が発生する場合、供給される電流に対する光出力の特性（いわゆるＩＬ特性）の線形性が低下する。言い換えると、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分（いわゆる、キンク）が生じる。これに伴い、窒化物系半導体発光素子９００の光出力の安定性が低下し得る。
　上述したような光出力の安定性の低下について、以下で説明する。窒化物系半導体発光素子９００では、リッジ９１０Ｒの下方の部分での光強度分布は、基本モード（つまり、０次モード）が支配的であり、溝９１０Ｔの下方の部分での光強度分布は、高次モードが支配的である。このため、窒化物系半導体発光素子９００のリッジ９１０Ｒの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークの位置ＰＳ１と、溝９１０Ｔの下方の部分での積層方向における光強度分布のピークの位置ＰＳ２との差ΔＰが大きい場合に、モード数の増減、及び、モード間結合が発生すると、活性層９０５への光閉じ込め係数が変動するため、光出力の安定性が低下する。
　例えば、高次モードが減少した場合、リッジ９１０Ｒ及び溝９１０Ｔの両方の下方の部分における光強度分布を足し合わせた光強度分布のピークは、位置ＰＳ１に近い位置に移動する。このため、位置ＰＳ１と位置ＰＳ２との差ΔＰが大きいほど、モード数が変化した場合の活性層９０５への光閉じ込め係数の変動が大きくなる。したがって、光出力の安定性が低下する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、上述したとおりの構成を有するＮ側ガイド層９０４と、Ｐ側ガイド層９０６とを備えるため、リッジ９１０Ｒの下方の部分、及び、溝９１０Ｔの下方の部分の両方において、光強度分布のピークを活性層９０５に位置させることができる。つまり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１と位置ＰＳ２との差ΔＰを小さくすることができる。これにより、仮にモード数の増減、及び、モード間結合が発生した場合においても、リッジ９１０Ｒ及び溝９１０Ｔの両方の下方の部分における光強度分布を足し合わせた光強度分布のピークの積層方向における位置の変動が抑制される。したがって、光出力の安定性を高めることができる。
　なお、上述したように、実効屈折率差ΔＮを比較的小さい値に設定するために、距離ｄｐは比較的大きい値に設定される。距離ｄｐが設定される際に、リッジ９１０Ｒの下端部（つまり、溝９１０Ｔの底部）が電子障壁層９０９より下方に位置するように設定すると、電子障壁層９０９はバンドギャップエネルギーが大きいため、コンタクト層９１１から注入された正孔は、電子障壁層９０９を通過する場合にリッジ９１０Ｒの側壁からリッジ９１０Ｒの外側へ漏れやすくなる。その結果、正孔は溝９１０Ｔの下方に流れる。これに伴い、溝９１０Ｔの下方の活性層９０５では光強度が小さいため活性層９０５に注入された電子と正孔との発光再結合確率が低下し、非発光再結合が増大する。このような非発光再結合の増大により窒化物系半導体発光素子９００が劣化しやすくなる。このような劣化を抑制するため、リッジ９１０Ｒの下端部は、電子障壁層９０９より上方に位置するように設定される。また、リッジ９１０Ｒの下端部から電子障壁層９０９までの距離ｄｃ（図３５Ａ参照）が大きくなり過ぎると、正孔がリッジ９１０Ｒから、溝９１０Ｔと電子障壁層９０９との間に流れ込み、漏れ電流となる。このような漏れ電流が増大することを抑制するために、距離ｄｃは可能な限り小さい値に設定される。距離ｄｃは、例えば、１０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。本実施の形態では、距離ｄｃは、４０ｎｍである。
　［９－３．効果］
　［９－３－１．各ガイド層］
　上述した本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の各ガイド層の効果について、比較例の窒化物系半導体発光素子と比較しながら図３７～図３９を用いて説明する。図３７は、比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子、及び、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の積層方向における屈折率分布と光強度分布とを示すグラフである。図３７のグラフ（ａ）～グラフ（ｃ）には、それぞれ、比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子の屈折率分布と光強度分布とが示されている。図３７のグラフ（ｄ）には、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の屈折率分布と光強度分布とが示されている。図３７の各グラフにおいて、屈折率分布は実線で、光強度分布は破線で、それぞれ示されている。
　図３８は、比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子、及び、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の積層方向における価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図３８のグラフ（ａ）～グラフ（ｃ）には、それぞれ、比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子の価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布が示されている。図３８のグラフ（ｄ）には、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の価電子帯電位及び正孔フェルミ準位の分布が示されている。図３８の各グラフにおいて、価電子帯電位は実線で、正孔フェルミ準位は破線で、それぞれ示されている。
　図３９は、比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子、及び、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の積層方向におけるキャリア濃度の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図３９のグラフ（ａ）～グラフ（ｃ）には、それぞれ、比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子のキャリア濃度の分布が示されている。図３９のグラフ（ｄ）には、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００のキャリア濃度の分布が示されている。図３９の各グラフにおいて、電子の濃度分布は実線で、正孔の濃度分布は破線で、それぞれ示されている。
　比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子は、Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層の構成において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００と相違する。図３７のグラフ（ａ）に示される比較例１２の窒化物系半導体発光素子は、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＮ側ガイド層２１０４と、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＰ側ガイド層２１０６とを備える。図３７のグラフ（ｂ）に示される比較例１３の窒化物系半導体発光素子は、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＮ側ガイド層２２０４と、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＰ側ガイド層２２０６とを備える。図３７のグラフ（ｃ）に示される比較例１４の窒化物系半導体発光素子は、膜厚１６０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層からなるＮ側ガイド層４０４と、膜厚２８０ｎｍのＰ側ガイド層４０６とを備える。比較例１４の窒化物系半導体発光素子のＰ側ガイド層４０６は、本実施の形態に係るＰ側ガイド層９０６と同様の構成を有する。また、比較例１２～比較例１４の窒化物系半導体発光素子においては、Ｐ側電極は、Ａｇではなく、Ｐｄからなる。
　比較例１２の窒化物系半導体発光素子では、Ｎ側ガイド層２１０４及びＰ側ガイド層２１０６の組成が同一であり、Ｎ側ガイド層２１０４の方が、Ｐ側ガイド層２１０６より膜厚が大きい。したがって、比較例１２の窒化物系半導体発光素子では、図３７のグラフ（ａ）に示されるように、積層方向における光強度分布のピークがＮ側ガイド層２１０４に位置する。このため、比較例１２の窒化物系半導体発光素子では、光閉じ込め係数が１．３３％という低い値となる。また、図３８のグラフ（ａ）に示されるように、Ｐ側ガイド層２１０６において、正孔をＰ側ガイド層２１０６から活性層９０５へ伝導させるために、Ｐ側ガイド層２１０６における活性層９０５から遠い方の界面から、活性層９０５に近い方の界面に近づくにしたがって、正孔フェルミ準位は増大する。一方、価電子帯電位は、Ｐ側ガイド層２１０６の積層方向においてほぼ一定である。このため、Ｐ側ガイド層２１０６における正孔フェルミ準位と価電子帯電位との差は、活性層９０５に近づくにしたがって大きくなる。このため、図３９のグラフ（ａ）に示されるように、Ｐ側ガイド層２１０６の積層方向における正孔及び電子の濃度、つまり、フリーキャリア濃度は、活性層９０５から遠ざかるにしたがって大きくなる。このように、比較例１２の窒化物系半導体発光素子では、Ｐ側ガイド層２１０６の積層方向におけるフリーキャリア濃度を低減できないため、フリーキャリア損失の低減、及び非発光再結合確率の低減を実現できない。比較例１２の窒化物系半導体発光素子では、実効屈折率差ΔＮが３．６×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ－３４．１ｎｍ及び－７５．６ｎｍであり、差ΔＰは、４１．５ｎｍである。また、導波路損失は、４．５ｃｍ－１であり、Ｎ側ガイド層２１０４及びＰ側ガイド層２１０６におけるフリーキャリア損失は、２．８ｃｍ－１である。
　比較例１３の窒化物系半導体発光素子では、Ｐ側ガイド層２２０６の膜厚がＮ側ガイド層２２０４の膜厚より大きいため、図３７のグラフ（ｂ）に示されるように、積層方向における光強度分布のピークは、比較例１２の窒化物系半導体発光素子より活性層９０５に近づく。このため、比較例１３の窒化物系半導体発光素子では、光閉じ込め係数は、比較例１２の窒化物系半導体発光素子より若干改善される。しかしながら、図３８のグラフ（ｂ）に示されるように、比較例１２と同様に、Ｐ側ガイド層２２０６における正孔フェルミ準位と価電子帯電位との差は、活性層９０５に近づくにしたがって大きくなる。このため、図３９のグラフ（ｂ）に示されるように、Ｐ側ガイド層２２０６の積層方向における正孔及び電子の濃度、つまり、フリーキャリア濃度は、活性層９０５から遠ざかるにしたがって大きくなる。このように、Ｐ側ガイド層２２０６の積層方向におけるフリーキャリア濃度を低減できないため、比較例１３の窒化物系半導体発光素子では、フリーキャリア損失の低減、及び非発光再結合確率の低減を実現できない。比較例１３の窒化物系半導体発光素子では、実効屈折率差ΔＮが３．３×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ３１．３ｎｍ及び１０．８ｎｍであり、差ΔＰは、２０．５ｎｍである。また、導波路損失は、５．２ｃｍ－１であり、ガイド層フリーキャリア損失は、３．６ｃｍ－１である。
　比較例１４の窒化物系半導体発光素子では、図３７のグラフ（ｃ）に示されるように、Ｐ側ガイド層４０６の屈折率が、活性層９０５に近づくにしたがって増大するため、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に近づけることができる。このため、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、光閉じ込め係数は、比較例１３の窒化物系半導体発光素子よりさらに改善される。また、Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーが活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加するため、図３８のグラフ（ｄ）に示されるように、活性層９０５から遠ざかるにしたがって価電子帯電位が連続的に減少する。これにより、Ｐ側ガイド層４０６において、正孔フェルミ準位と価電子帯電位との差をほぼ一定にすることが可能となる。このため、図３９のグラフ（ｃ）に示されるように、Ｐ側ガイド層４０６の積層方向における正孔及び電子の濃度を低減し、かつ、ほぼ一定とすることができる。このように、Ｐ側ガイド層４０６の積層方向におけるフリーキャリア濃度を低減できる。しかしながら、Ｎ側ガイド層４０４における活性層９０５から遠い方の界面（つまり、Ｎ型第２クラッド層９０３との界面）において、バンドギャップエネルギーが不連続となるため、図３９のグラフ（ｃ）に示されるように、当該界面において正孔の濃度がスパイク状に増大する。このため、比較例の窒化物系半導体発光素子においても、Ｎ側ガイド層４０４における非発光再結合とフリーキャリア損失とを低減できない。比較例１４の窒化物系半導体発光素子では、実効屈折率差ΔＮが２．１×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ１．３ｎｍ及び－４．３ｎｍであり、差ΔＰは、５．６ｎｍである。また、導波路損失は、３．２０ｃｍ－１であり、ガイド層フリーキャリア損失は、１．８ｃｍ－１である。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、図３７のグラフ（ｄ）に示されるように、Ｐ側ガイド層９０６の屈折率だけでなく、Ｎ側ガイド層９０４の屈折率も、活性層９０５に近づくにしたがって増大するため、積層方向における光強度分布のピークをより一層、活性層９０５に近づけやすくなる。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、光閉じ込め係数は、比較例１４の窒化物系半導体発光素子と同等の光閉じ込め係数を得られる。また、Ｎ側ガイド層９０４のバンドギャップエネルギーが活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加するため、Ｎ側ガイド層９０４の活性層９０５から遠い方の界面における、バンドギャップエネルギーの不連続性を低減できる。したがって、図３９のグラフ（ｄ）に示されるように、当該界面及びＮ側ガイド層９０４における正孔の濃度を、比較例１４の窒化物系半導体発光素子より大幅に低減できる。このように、Ｐ側ガイド層９０６及びＮ側ガイド層９０４におけるフリーキャリア濃度を低減できるため、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、フリーキャリア損失の低減、及び非発光再結合確率の低減を実現できる。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、実効屈折率差ΔＮが２．９×１０－３であり、光強度分布のピークの位置ＰＳ１及びＰＳ２が、それぞれ１５．９ｎｍ及び９．７ｎｍであり、差ΔＰは、６．２ｎｍである。このように、本実施の形態では、光強度分布のピークを活性層９０５に近づけることで、位置ＰＳ１及び差ΔＰを低減できるため、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分が生じにくくなる。また、本実施の形態では、導波路損失及びフリーキャリア損失を低減できる。特に、本実施の形態では、各比較例と比べて、フリーキャリア損失を低減できる。
　続いて、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の動作電圧を低減する効果について、上述した比較例１４の窒化物系半導体発光素子と比較しながら、図４０及び図４１を用いて説明する。図４０は、比較例１４の窒化物系半導体発光素子の積層方向における位置と、ピエゾ分極電荷密度、ピエゾ分極電界、及び伝導帯電位との関係を示すグラフである。図４１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００の積層方向における位置と、ピエゾ分極電荷密度、ピエゾ分極電界、及び伝導帯電位との関係を示すグラフである。図４０及び図４１のグラフ（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）には、それぞれ、各窒化物系半導体発光素子の積層方向における位置と、ピエゾ分極電荷密度、ピエゾ分極電界、及び伝導帯電位との関係が示されている。なお、図４０及び図４１のグラフ（ｃ）には、正孔フェルミ準位が併せて破線で示されている。
　図４０のグラフ（ａ）に示されるように、比較例１４の窒化物系半導体発光素子のＮ側ガイド層４０４のピエゾ分極電荷密度は、積層方向において一定である。このため、Ｎ側ガイド層４０４とＮ型第２クラッド層９０３及び活性層９０５との各界面におけるピエゾ分極電荷密度のギャップが大きい。これに伴い、Ｎ側ガイド層４０４とＮ型第２クラッド層９０３及び活性層９０５との各界面にピエゾ分極電荷が局所的に形成される。これにより、大きいピエゾ分極電界が発生する。したがって、図４０のグラフ（ｂ）に示されるように、Ｎ側ガイド層４０４とＮ型第２クラッド層９０３及び活性層９０５との各界面にスパイク状のピエゾ分極電界が発生する。この結果、Ｎ側ガイド層４０４とＮ型第２クラッド層９０３及び活性層９０５との各界面近傍に、正孔が誘引され、当該界面における伝導帯電位が増大する（図４０のグラフ（ｃ）に示されるΔＥ１参照）。
　一方、図４１のグラフ（ａ）に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００のＮ側ガイド層９０４の分極電荷密度は、活性層９０５に近い方の界面から遠い方の界面に近づくにしたがって、単調に減少する。このため、Ｎ側ガイド層９０４とＮ型第２クラッド層９０３及び活性層９０５との各界面におけるピエゾ分極電荷密度のギャップが抑制される。これにより、ピエゾ分極電荷は、Ｎ側ガイド層９０４の積層方向に分散される。したがって、図４１のグラフ（ｂ）に示されるように、Ｎ側ガイド層９０４とＮ型第２クラッド層９０３及び活性層９０５との各界面におけるピエゾ分極電界を抑制できる。この結果、図４１のグラフ（ｃ）に示されるように、Ｎ側ガイド層９０４とＮ型第２クラッド層９０３及び活性層９０５との各界面近傍における、正孔が誘引されることに起因する伝導帯電位の増大（図４１のグラフ（ｃ）に示されるΔＥ１）を抑制できる。これにより、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、Ｎ型第２クラッド層９０３から活性層９０５へ向かって流れる電子の伝導性を向上させることができるため、動作電圧を低減できる。
　［９－３－２．Ｎ側ガイド層における不純物］
　次に、本実施の形態に係るＮ側ガイド層９０４における不純物による効果について説明する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００においては、Ｎ側ガイド層のＩｎ組成比が均一である窒化物系半導体発光素子より、光閉じ込め係数を高めることができる。また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００において、光閉じ込め係数は、不純物濃度にはほぼ依存しない。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００においては、不純物を添加しない場合を除いて、Ｎ側ガイド層のＩｎ組成比が均一である窒化物系半導体発光素子より導波路損失を低減できる。これは、不純物の添加により電子濃度は増大するが、Ｎ側ガイド層９０４の積層方向におけるバンドギャップエネルギー分布によって正孔濃度が減少することに起因すると考えられる。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００においては、Ｎ側ガイド層のＩｎ組成比が均一である比較例の窒化物系半導体発光素子より動作電圧を低減できる。また、窒化物系半導体発光素子９００に添加する不純物の濃度を高めることで、Ｎ側ガイド層９０４における電子濃度を高めることができるため、より一層動作電圧を低減できる。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、Ｎ側ガイド層９０４における不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３以上６×１０１７ｃｍ－３以下とすることで、導波路損失の大幅な増大を抑制しつつ、動作電圧を低減できる。
　また、Ｎ側ガイド層９０４にＮ型不純物をドープすることで、図３８のグラフ（ｄ）の価電子帯のバンド構造に示すように、Ｎ側ガイド層９０４のバンドギャップエネルギーは活性層９０５から遠ざかるにしたがって増大している。このため、Ｎ側ガイド層９０４の価電子帯の電位は、活性層９０５から遠ざかるにしたがって低下する。したがって、Ｎ側ガイド層９０４の価電子帯の電位は、Ｐ型層から活性層９０５へ注入される正孔電流がＮ型層へ漏れることを抑制する電位障壁として機能する。ここで、Ｎ型不純物濃度を高めると、正孔の漏れを抑制する効果が高まり、活性層９０５で電子と正孔とが発光再結合する確率を向上させることができる。これにより、窒化物系半導体発光素子９００の量子効率を増大させることができるため、発光効率を向上させることができる。
　さらに、Ｎ側ガイド層９０４にＮ型不純物をドープすることで、Ｎ側ガイド層９０４での電子の電気伝導性が高まるため、窒化物系半導体発光素子９００の動作電圧を低減することができる。Ｎ側ガイド層９０４におけるＮ型不純物濃度は、例えば、３×１０１７ｃｍ－３以上であってもよい。これにより、上記各効果がより確実に奏される。また、Ｎ側ガイド層９０４におけるＮ型不純物濃度が高すぎる場合、Ｎ側ガイド層９０４におけるフリーキャリア損失が増大し、かつ、正孔の漏れを抑制する効果が飽和し得る。このため、Ｎ側ガイド層９０４におけるＮ型不純物濃度は、２×１０１８ｃｍ－３以下であってよい。このように、Ｎ側ガイド層９０４におけるＮ型不純物を３×１０１７ｃｍ－３以上、２×１０１８ｃｍ－３以下とすれば、Ｎ型不純物のドープに起因するフリーキャリア損失の増大を抑制しつつ、正孔の漏れを抑制する効果と、電子の電気伝導性向上による低動作電圧化の効果とを奏することができる。これにより、窒化物系半導体発光素子９００の発光効率を向上させることができる。
　［９－３－３．Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層の膜厚］
　次に、本実施の形態に係るＮ側ガイド層９０４とＰ側ガイド層９０６との膜厚の関係による効果について説明する。
　Ｎ側ガイド層９０４の膜厚Ｔｎを１６０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とすることで、位置ＰＳ１を活性層９０５に位置させることができる。言い換えると、Ｎ側ガイド層９０４の膜厚を、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６の膜厚の和の３６％以上５７％以下としてもよい。これにより、位置ＰＳ１を－７ｎｍ以上１８ｎｍ以下とすること、つまり、光強度分布のピークを活性層９０５内に位置させることができる。
　Ｎ側ガイド層９０４の膜厚Ｔｎを２２０ｎｍ未満とすることで、つまり、Ｐ側ガイド層９０６の膜厚Ｔｐより小さくすることで、差ΔＰを低減できる。特に、Ｎ側ガイド層９０４の膜厚を、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層の膜厚の和の２３％以上４３％以下とすることで、差ΔＰを２０ｎｍ以下とすることができる。また、Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比を２％で一定とした場合においても、Ｎ側ガイド層の膜厚をＰ側ガイド層９０６の膜厚より小さくすることで、差ΔＰを低減できるが、本実施の形態に係るＰ側ガイド層９０６のように、活性層９０５から遠ざかるにしたがってＩｎ組成比を連続的に単調に減少させた場合の方が、より一層差ΔＰを低減できる。
　［９－３－４．Ｐ型クラッド層］
　次に、本実施の形態に係るＰ型クラッド層９１０の膜厚について、図４２及び図４３を用いて説明する。図４２は、比較例１５の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。ここで、比較例１５の窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側電極がＰｄからなる点において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００と相違し、その他の点において一致する。図４３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００のＰ型クラッド層９１０の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。本シミュレーションにおいては、Ｐ型クラッド層９１０のうち、濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされたＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層の膜厚を変化させることで、Ｐ型クラッド層９１０全体の膜厚を、０．４５μｍ、０．３５μｍ、０．２５μｍ、及び０．２０μｍに変化させた。
　図４２及び図４３に示されるように、導波路損失以外の数値は、比較例１５と本実施の形態とで大きな違いはないが、導波路損失は、比較例１５と本実施の形態とで大きく異なる。具体的には、Ｐ型クラッド層の膜厚が小さくなるにしたがって、比較例１５においては、導波路損失が大きくなる。これは、Ｐ型クラッド層の膜厚が小さくなるにしたがって、ＰｄからなるＰ側電極にしみ出して光損失が発生していることに起因する。一方、本実施の形態では、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚が小さくなっても、Ａｇを含むＰ側電極９１３への光のしみ出しを抑制できるため、導波路損失がほとんど増大しない。
　このように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、Ａｇを含むＰ側電極９１３を備えることで、Ｐ型クラッド層９１０が２００ｎｍ程度まで薄くなっても、導波路損失の増大を抑制できる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、上述したとおり、光閉じ込め係数を高めることができる。また、本実施の形態では、上述した各ガイド層及び各バリア層の構成により、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚を２００ｎｍまで薄くしても、光閉じ込め係数が低下しない。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００では、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚を低減することが可能となるため、動作電圧を低減できる。
　［９－３－５．各バリア層］
　次に、本実施の形態に係る活性層９０５の各バリア層の構成の効果について比較例と比較しながら説明する。本実施の形態では、上述したように、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層９０４及びＰ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下である。これにより、光閉じ込め係数を増大させることができる。これに伴い、差ΔＰを低減できるため、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分が生じにくくなる。
　［９－３－６．Ｐ側電極］
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子９００においても、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様に、Ｐ側電極９１３がＡｇを含む。これにより、Ｐ側電極９１３における光損失を低減でき、かつ、窒化物系半導体発光素子９００を高効率化できる。
　（実施の形態１０）
　実施の形態１０に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側ガイド層のバンドギャップエネルギー分布において、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００との相違点を中心に説明する。
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成について図４４及び図４５を用いて説明する。図４４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１０００の全体構成を示す模式的な断面図である。図４５は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１０００の活性層９０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　図４４に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１０００は、半導体積層体１０００Ｓと、電流ブロック層９１２と、Ｐ側電極９１３と、Ｎ側電極９１４とを備える。半導体積層体１０００Ｓは、基板９０１と、Ｎ型第１クラッド層９０２と、Ｎ型第２クラッド層９０３と、Ｎ側ガイド層９０４と、活性層９０５と、Ｐ側ガイド層１００６と、中間層９０８と、電子障壁層９０９と、Ｐ型クラッド層９１０と、コンタクト層９１１とを有する。
　本実施の形態に係るＰ側ガイド層１００６は、図４５に示されるように、積層方向においてバンドギャップエネルギーが一定である点において、実施の形態９に係るＰ側ガイド層９０６と相違する。本実施の形態では、Ｐ側ガイド層１００６は、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮ層であり、Ｐ側ガイド層１００６のＩｎ組成比Ｘｐは、２％である。
　このような活性層９０５及びＰ側ガイド層１００６を有する窒化物系半導体発光素子１０００においても、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と同様に、動作電圧を低減でき、かつ、活性層９０５への光閉じ込め係数を高めることができる。
　本実施の形態によれば、実効屈折率差ΔＮが３．５×１０－３であり、位置ＰＳ１が１１．０ｎｍであり、位置ＰＳ２が２．５ｎｍであり、差ΔＰが８．５ｎｍであり、活性層９０５への光閉じ込め係数が１．３３％であり、導波路損失が４．３ｃｍ－１である窒化物系半導体発光素子１０００を実現できる。
　続いて、本実施の形態に係るＰ型クラッド層９１０の膜厚について、図４６及び図４７を用いて説明する。図４６は、比較例１６の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。ここで、比較例１６の窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側電極がＰｄからなる点において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１０００と相違し、その他の点において一致する。図４７は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１０００のＰ型クラッド層９１０の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。本シミュレーションにおいては、Ｐ型クラッド層９１０のうち、濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされたＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層の膜厚を変化させることで、Ｐ型クラッド層９１０全体の膜厚を、０．４５μｍ、０．３５μｍ、０．２５μｍ、及び０．２０μｍに変化させた。
　図４６及び図４７に示されるように、導波路損失以外の数値は、比較例１６と本実施の形態とで大きな違いはないが、導波路損失は、比較例１６と本実施の形態とで大きく異なる。具体的には、Ｐ型クラッド層の膜厚が小さくなるにしたがって、比較例１６においては、導波路損失が大きくなる。これは、Ｐ型クラッド層の膜厚が小さくなるにしたがって、ＰｄからなるＰ側電極にしみ出して光損失が発生していることに起因する。一方、本実施の形態では、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚が小さくなっても、Ａｇを含むＰ側電極９１３への光のしみ出しを抑制できるため、導波路損失がほとんど増大しない。
　このように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１０００では、Ａｇを含むＰ側電極９１３を備えることで、Ｐ型クラッド層９１０が２００ｎｍ程度まで薄くなっても、導波路損失の増大を抑制できる。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１０００では、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚を低減することが可能となるため、動作電圧を低減できる。
　（実施の形態１１）
　実施の形態１１に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側ガイド層のバンドギャップエネルギー分布において、実施の形態１０に係る窒化物系半導体発光素子１０００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１０に係る窒化物系半導体発光素子１０００との相違点を中心に説明する。
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成について図４８及び図４９を用いて説明する。図４８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１１００の全体構成を示す模式的な断面図である。図４９は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１１００の活性層９０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　図４８に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１１００は、半導体積層体１１００Ｓと、電流ブロック層９１２と、Ｐ側電極９１３と、Ｎ側電極９１４とを備える。半導体積層体１１００Ｓは、基板９０１と、Ｎ型第１クラッド層９０２と、Ｎ型第２クラッド層９０３と、Ｎ側ガイド層９０４と、活性層９０５と、Ｐ側ガイド層１１０６と、中間層９０８と、電子障壁層９０９と、Ｐ型クラッド層９１０と、コンタクト層９１１とを有する。
　本実施の形態に係るＰ側ガイド層１１０６は、図４５に示されるように、積層方向においてバンドギャップエネルギーがステップ状に変化する点において、実施の形態１０に係るＰ側ガイド層１００６と相違する。Ｐ側ガイド層１１０６は、Ｐ側第１ガイド層１１０６ａと、Ｐ側第２ガイド層１１０６ｂとを有する。Ｐ側第１ガイド層１１０６ａは、活性層９０５の上方に配置され、活性層９０５より大きいバンドギャップエネルギーを有するガイド層である。Ｐ側第２ガイド層１１０６ｂは、Ｐ側第１ガイド層１１０６ａの上方に配置され、Ｐ側第１ガイド層１１０６ａより大きいバンドギャップエネルギーを有するガイド層である。本実施の形態では、Ｐ側第１ガイド層１１０６ａは、膜厚８０ｎｍのアンドープＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層であり、Ｐ側第２ガイド層１１０６ｂは、膜厚２００ｎｍのアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層である。このように、Ｐ側第１ガイド層１１０６ａは、Ｐ側第２ガイド層１１０６ｂよりＩｎ組成比が大きい。
　このようなＰ側ガイド層１１０６を有する窒化物系半導体発光素子１１００においても、実施の形態１０に係る窒化物系半導体発光素子１０００と同様に、動作電圧を低減でき、かつ、活性層９０５への光閉じ込め係数を高めることができる。
　本実施の形態によれば、実効屈折率差ΔＮが２．８×１０－３であり、位置ＰＳ１が１３．１ｎｍであり、差ΔＰが４．０ｎｍであり、活性層９０５への光閉じ込め係数が１．４７％であり、導波路損失が３．４ｃｍ－１である窒化物系半導体発光素子１１００を実現できる。
　続いて、本実施の形態に係るＰ型クラッド層９１０の膜厚について、図５０及び図５１を用いて説明する。図５０は、比較例１７の窒化物系半導体発光素子のＰ型クラッド層の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。ここで、比較例１７の窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側電極がＰｄからなる点において、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１１００と相違し、その他の点において一致する。図５１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１１００のＰ型クラッド層９１０の膜厚と、シミュレーションで求められた各数値との関係を示す図である。本シミュレーションにおいては、Ｐ型クラッド層９１０のうち、濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされたＰ型Ａｌ０．０３５Ｇａ０．９６５Ｎ層の膜厚を変化させることで、Ｐ型クラッド層９１０全体の膜厚を、０．４５μｍ、０．３５μｍ、０．２５μｍ、及び０．２０μｍに変化させた。
　図５０及び図５１に示されるように、導波路損失以外の数値は、比較例１７と本実施の形態とで大きな違いはないが、導波路損失は、比較例１７と本実施の形態とで大きく異なる。具体的には、Ｐ型クラッド層の膜厚が小さくなるにしたがって、比較例１７においては、導波路損失が大きくなる。これは、Ｐ型クラッド層の膜厚が小さくなるにしたがって、ＰｄからなるＰ側電極にしみ出して光損失が発生していることに起因する。一方、本実施の形態では、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚が小さくなっても、Ａｇを含むＰ側電極９１３への光のしみ出しを抑制できるため、導波路損失がほとんど増大しない。
　このように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１１００では、Ａｇを含むＰ側電極９１３を備えることで、Ｐ型クラッド層９１０が２００ｎｍ程度まで薄くなっても、導波路損失の増大を抑制できる。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１１００では、Ｐ型クラッド層９１０の膜厚を低減することが可能となるため、動作電圧を低減できる。
　（実施の形態１２）
　実施の形態１２に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、主に、Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギー分布において、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００との相違点を中心に説明する。
　［１２－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成について図５２及び図５３を用いて説明する。図５２は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１２００の全体構成を示す模式的な断面図である。図５３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１２００の活性層９０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　図５２に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１２００は、半導体積層体１２００Ｓと、電流ブロック層９１２と、Ｐ側電極９１３と、Ｎ側電極９１４とを備える。半導体積層体１２００Ｓは、基板９０１と、Ｎ型第１クラッド層９０２と、Ｎ型第２クラッド層９０３と、Ｎ側ガイド層１２０４と、活性層９０５と、Ｐ側ガイド層９０６と、中間層９０８と、電子障壁層９０９と、Ｐ型クラッド層９１０と、コンタクト層９１１とを有する。
　本実施の形態に係るＮ側ガイド層１２０４においては、実施の形態９に係るＮ側ガイド層９０４と同様に、バンドギャップエネルギーは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加する。本実施の形態では、Ｎ側ガイド層１２０４は、Ｎ型ＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮ層であり、Ｎ側ガイド層１２０４には、不純物として、濃度３×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。また、Ｎ側ガイド層１２０４の活性層９０５に近い側の界面からＮ側ガイド層１２０４の積層方向の中央部までの領域におけるＩｎ組成比の積層方向における平均変化率の絶対値は、中央部からＮ側ガイド層１２０４のＮ型第１クラッド層９０２に近い側の界面までの領域におけるＩｎ組成比の積層方向における平均変化率の絶対値よりも小さい。言い換えると、Ｎ側ガイド層１２０４の積層方向の位置とＩｎ組成比との関係を示す曲線は、上に凸な形状を有する。さらに言い換えると、Ｎ側ガイド層１２０４の積層方向の位置とバンドギャップエネルギーとの関係を示す曲線は、下に凸な形状を有する（図５３参照）。
　Ｎ側ガイド層１２０４は、Ｎ側第１ガイド層１２０４ａと、Ｎ側第２ガイド層１２０４ｂとを有する。Ｎ側第１ガイド層１２０４ａは、Ｎ型第２クラッド層９０３の上方に配置されるガイド層である。Ｎ側第１ガイド層１２０４ａは、膜厚８０ｎｍのＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮ層である。より具体的には、Ｎ側第１ガイド層１２０４ａは、活性層９０５から遠い方の界面付近においてＩｎＸｎ２Ｇａ１－Ｘｎ２Ｎで表される組成を有し、活性層９０５に近い方の界面付近においてＩｎＸｎｍＧａ１－ＸｎｍＮで表される組成を有する（図５３参照）。Ｎ側第１ガイド層１２０４ａのＩｎ組成比Ｘｎは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。Ｎ側第２ガイド層１２０４ｂは、Ｎ側第１ガイド層１２０４ａの上方に配置されるガイド層である。言い換えると、Ｎ側第２ガイド層１２０４ｂは、Ｎ側第１ガイド層１２０４ａと活性層９０５との間に配置される。Ｎ側第２ガイド層１２０４ｂは、膜厚８０ｎｍのＮ型ＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮ層である。より具体的には、Ｎ側第２ガイド層１２０４ｂは、活性層９０５に近い方の界面付近においてＩｎＸｎ１Ｇａ１－Ｘｎ１Ｎで表される組成を有し、活性層９０５から遠い方の界面付近においてＩｎＸｎｍＧａ１－ＸｎｍＮで表される組成を有する。Ｎ側第２ガイド層１２０４ｂのＩｎ組成比Ｘｎは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。本実施の形態では、Ｘｎ１＝０．０４、Ｘｎｍ＝０．０３、Ｘｎ２＝０である。
　［１２－２．効果］
　本実施の形態に係る活性層９０５の各バリア層の構成の効果について比較例と比較しながら説明する。本実施の形態では、上述したように、各バリア層のバンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層１２０４及びＰ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの最小値以下である。
　本実施の形態では、各バリア層のバンドギャップエネルギーが各ガイド層以下であるため、つまり、各バリア層の屈折率が各ガイド層より大きい。このため、各バリア層のバンドギャップエネルギーが、Ｎ側ガイド層１２０４及びＰ側ガイド層９０６のバンドギャップエネルギーの最小値より大きい場合より、光閉じ込め係数を高めることができる。これに伴い、本実施の形態では、位置ＰＳ１及び差ΔＰも低減できる。このように本実施の形態では差ΔＰを低減できるため、ＩＬ特性を示すグラフにおいて、直線状でない部分が生じにくくなる。
　（実施の形態１３）
　実施の形態１３に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ型第１クラッド層とＰ型クラッド層とのＡｌ組成比の関係、及び、電子障壁層の構成において、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００との相違点を中心に図５４を用いて説明する。
　図５４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１３００の全体構成を示す模式的な断面図である。
　図５４に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１３００は、半導体積層体１３００Ｓと、電流ブロック層９１２と、Ｐ側電極９１３と、Ｎ側電極９１４とを備える。半導体積層体１３００Ｓは、基板９０１と、Ｎ型第１クラッド層１３０２と、Ｎ型第２クラッド層９０３と、Ｎ側ガイド層９０４と、活性層９０５と、Ｐ側ガイド層９０６と、中間層９０８と、電子障壁層１３０９と、Ｐ型クラッド層１３１０と、コンタクト層９１１とを有する。
　本実施の形態に係るＮ型第１クラッド層１３０２は、膜厚１２００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０３６Ｇａ０．９６４Ｎ層である。Ｎ型第１クラッド層１３０２には、不純物として濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　本実施の形態に係るＰ型クラッド層１３１０は、電子障壁層１３０９とコンタクト層９１１との間に配置される。Ｐ型クラッド層１３１０は、活性層９０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが高い層である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１３１０は、膜厚４５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層である。Ｐ型クラッド層１３１０には、不純物としてＭｇがドープされている。また、Ｐ型クラッド層１３１０の活性層９０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層９０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層１３１０は、活性層９０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層と、活性層９０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎ層とを有する。
　Ｐ型クラッド層１３１０には、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と同様に、リッジ１３１０Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層１３１０には、リッジ１３１０Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝１３１０Ｔが形成されている。
　本実施の形態においては、Ｎ型第１クラッド層１３０２及びＰ型クラッド層１３１０は、Ａｌを含み、Ｎ型第１クラッド層１３０２及びＰ型クラッド層１３１０のＡｌ組成比をそれぞれ、Ｙｎｃ、及び、Ｙｐｃとすると、
　Ｙｎｃ＞Ｙｐｃ　　　　　　　　　　　　　　　（３４）
の関係を満足する。
　ここで、Ｎ型第１クラッド層１３０２及びＰ型クラッド層１３１０の少なくとも一方が、超格子構造である場合、組成比Ｙｎｃ及びＹｐｃは、平均のＡｌ組成比を示す。例えば、Ｎ型第１クラッド層１３０２が、複数の厚さ２ｎｍのＧａＮ層と、複数の厚さ２ｎｍのＡｌ組成比０．０７のＡｌＧａＮ層とを含み、複数のＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＧａＮ層の各々とが交互に積層される場合、ＹｎｃはＮ型第１クラッド層１３０２全体での平均のＡｌ組成比である０．０３５となる。Ｐ型クラッド層１３１０が、複数の厚さ２ｎｍのＧａＮ層と、複数の厚さ２ｎｍのＡｌ組成比０．０７のＡｌＧａＮ層とを含み、複数のＧａＮ層の各々と、複数のＡｌＧａＮ層の各々とが交互に積層される場合、ＹｐｃはＰ型クラッド層１３１０全体での平均のＡｌ組成比である０．０３５となる。
　上記式（３４）が成り立つことにより、Ｎ型第１クラッド層１３０２の屈折率を、Ｐ型クラッド層１３１０の屈折率より低減できる。したがって、窒化物系半導体発光素子１３００の動作電圧を低減するために、Ｐ型クラッド層１３１０の膜厚を低減しても、Ｎ型第１クラッド層１３０２の屈折率が、Ｐ型クラッド層１３１０の屈折率より小さいため、積層方向における光強度分布のピークが活性層９０５からＮ型第１クラッド層１３０２へ近づく向きに移動することを抑制できる。
　電子障壁層１３０９は、活性層９０５の上方に配置され、少なくともＡｌを含む窒化物系半導体層である。本実施の形態では、電子障壁層１３０９は、中間層９０８と、Ｐ型クラッド層１３１０との間に配置される。電子障壁層１３０９は、膜厚５ｎｍのＰ型ＡｌＧａＮ層である。また、電子障壁層１３０９は、Ｐ型クラッド層１３１０に近づくにしたがってＡｌ組成比が単調増加するＡｌ組成比傾斜領域を有する。ここで、Ａｌ組成比が単調増加する構成には、Ａｌ組成比が積層方向において一定である領域を含む構成も含まれる。例えば、Ａｌ組成比が単調増加する構成には、Ａｌ組成比がステップ状に増加するような構成も含まれる。本実施の形態に係る電子障壁層１３０９においては、電子障壁層１３０９全体がＡｌ組成比増加領域であり、積層方向において、一定の変化率でＡｌ組成比が増加する。具体的には、電子障壁層１３０９は、中間層９０８との界面付近において、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎで表される組成を有し、Ｐ型クラッド層１３１０に近づくにしたがって、Ａｌ組成比が単調増加し、Ｐ型クラッド層１３１０との界面付近において、Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎで表される組成を有する。電子障壁層１３０９には、不純物として濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　電子障壁層１３０９により、電子が活性層９０５からＰ型クラッド層１３１０へ漏れることを抑制できる。また、電子障壁層１３０９が、Ａｌ組成比が単調に増加するＡｌ組成比増加領域を有することで、Ａｌ組成比が一様である場合より、電子障壁層１３０９の価電子帯の電位障壁を低減できる。これにより、Ｐ型クラッド層１３１０から活性層９０５へ正孔が流れやすくなる。したがって、本実施の形態のように、アンドープ層であるＰ側ガイド層９０６の膜厚が大きい場合にも、窒化物系半導体発光素子１３００の電気抵抗の増大を抑制できる。これにより、窒化物系半導体発光素子１３００の動作電圧を低減できる。また、窒化物系半導体発光素子１３００の動作中における自己発熱を低減できるため、窒化物系半導体発光素子１３００の温度特性を高めることができる。したがって、窒化物系半導体発光素子１３００の高出力動作が可能となる。
　（実施の形態１４）
　実施の形態１４に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーが、Ｎ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーより大きい点において、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００との相違点を中心に図５５及び図５６を用いて説明する。
　図５５は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１４００の全体構成を示す模式的な断面図である。図５６は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１４００の活性層９０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　図５５に示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１４００は、半導体積層体１４００Ｓと、電流ブロック層９１２と、Ｐ側電極９１３と、Ｎ側電極９１４とを備える。半導体積層体１４００Ｓは、基板９０１と、Ｎ型第１クラッド層９０２と、Ｎ型第２クラッド層９０３と、Ｎ側ガイド層９０４と、活性層９０５と、Ｐ側ガイド層１４０６と、中間層９０８と、電子障壁層９０９と、Ｐ型クラッド層９１０と、コンタクト層９１１とを有する。
　本実施の形態では、Ｐ側ガイド層１４０６は、膜厚２８０ｎｍのアンドープＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮ層である。より具体的には、Ｐ側ガイド層１４０６は、活性層９０５に近い方の界面付近においてＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎで表される組成を有し、活性層９０５から遠い方の界面付近においてＧａＮで表される組成を有する。Ｐ側ガイド層１４０６のＩｎ組成比Ｘｐは、活性層９０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で減少する。
　このように、本実施の形態に係るＰ側ガイド層１４０６のＩｎ組成比の平均値は、Ｎ側ガイド層９０４のＩｎ組成比の平均値未満である。したがって、Ｐ側ガイド層１４０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｎ側ガイド層９０４の平均バンドギャップエネルギーより大きい（図５６参照）。言い換えると、Ｐ側ガイド層１４０６の平均屈折率は、Ｎ側ガイド層９０４の平均屈折率未満である。ここで、Ｐ側ガイド層１４０６の膜厚がＮ側ガイド層９０４の膜厚より大きいため、光強度分布のピークが、活性層９０５に対してＰ側ガイド層１４０６寄りに偏り得る。本実施の形態では、Ｐ側ガイド層１４０６の平均屈折率がＮ側ガイド層９０４の平均屈折率未満であるため、光強度分布のピークが、活性層９０５に対してＰ側ガイド層１４０６寄りに偏ることを抑制できる。
　また、Ｐ側ガイド層１４０６のＩｎ組成比は、活性層９０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に減少する。つまり、Ｐ側ガイド層１４０６の屈折率は、活性層９０５に近づくにしたがって連続的に単調に増加する。これにより、積層方向における光強度分布のピークを活性層９０５に近づけることができる。
　（実施の形態１５）
　実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、主に出射光の波長帯域において実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００との相違点を中心に図５７Ａ、図５７Ｂ、及び図５８を用いて説明する。
　図５７Ａは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１５００の全体構成を示す模式的な断面図である。図５７Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１５００が備える活性層１５０５の構成を示す模式的な断面図である。図５８は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１５００の活性層１５０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　図５７Ａに示されるように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１５００は、半導体積層体１５００Ｓと、電流ブロック層９１２と、Ｐ側電極９１３と、Ｎ側電極９１４とを備える。半導体積層体１５００Ｓは、基板９０１と、Ｎ型第１クラッド層１５０２と、Ｎ側ガイド層１５０４と、活性層１５０５と、Ｐ側ガイド層１５０６と、電子障壁層１５０９と、Ｐ型クラッド層１５１０と、コンタクト層９１１とを有する。
　本実施の形態に係るＮ型第１クラッド層１５０２は、膜厚７４０ｎｍのＮ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層である。Ｎ型第１クラッド層１５０２には、不純物として濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。
　本実施の形態に係るＮ側ガイド層１５０４は、膜厚１３０ｎｍのＮ型ＡｌＸｎａＧａ１－ＸｎａＮ層である。Ｎ側ガイド層１５０４には、不純物として濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。より具体的には、Ｎ側ガイド層１５０４は、活性層１５０５に近い方の界面付近においてＡｌＸｎａ１Ｇａ１－Ｘｎａ１Ｎで表される組成を有し、活性層１５０５から遠い方の界面付近においてＡｌＸｎａ２Ｇａ１－Ｘｎａ２Ｎで表される組成を有する。本実施の形態では、Ｎ側ガイド層１５０４の活性層１５０５に近い方の界面付近におけるＡｌ組成比Ｘｎａ１は０であり、Ｎ側ガイド層１５０４の活性層１５０５から遠い方の界面付近におけるＡｌ組成比Ｘｎａ２は、０．０６（つまり６％）である。Ｎ側ガイド層１５０４のＡｌ組成比Ｘｎａは、活性層１５０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で増加する。
　本実施の形態に係る活性層１５０５は、図５７Ｂに示されるように、ウェル層１５０５ｂと、バリア層１５０５ａ及び１５０５ｃとを有する。
　バリア層１５０５ａは、Ｎ側ガイド層１５０４の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層１５０５ａは、膜厚１１ｎｍのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　ウェル層１５０５ｂは、バリア層１５０５ａの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。ウェル層１５０５ｂは、バリア層１５０５ａとバリア層１５０５ｃとの間に配置される。本実施の形態では、ウェル層１５０５ｂは、膜厚１７．５ｎｍのアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層である。
　バリア層１５０５ｃは、ウェル層１５０５ｂの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、バリア層１５０５ｃは、膜厚１１ｎｍのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１５００は、以上のような構成を有する活性層１５０５を備えることで、３５０ｎｍ以上３９０ｎｍ以下の波長の光を出射できる。
　本実施の形態に係るＰ側ガイド層１５０６は、膜厚２８０ｎｍのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　本実施の形態に係る電子障壁層１５０９は、膜厚５ｎｍのＰ型Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎ層である。電子障壁層１５０９には、不純物として濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　本実施の形態に係るＰ型クラッド層１５１０は、電子障壁層１５０９とコンタクト層９１１との間に配置される。Ｐ型クラッド層１５１０は、活性層１５０５より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが高い層である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１５１０は、膜厚６６０ｎｍのＰ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層である。Ｐ型クラッド層１５１０には、不純物としてＭｇがドープされている。また、Ｐ型クラッド層１５１０の活性層１５０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層１５０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層１５１０は、活性層１５０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚２５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層と、活性層１５０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚４１０ｎｍのＰ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層とを有する。
　Ｐ型クラッド層１５１０には、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子９００と同様に、リッジ１５１０Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層１５１０には、リッジ１５１０Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝１５１０Ｔが形成されている。本実施の形態では、リッジ１５１０Ｒの下端部におけるＰ型クラッド層１５１０の膜厚ｄｃは、３０ｎｍである。
　以上のように、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１５００において、Ｎ側ガイド層１５０４のＡｌ組成比Ｘｎａは、活性層１５０５から遠ざかるにしたがって単調に増加する。つまり、Ｎ側ガイド層１５０４の屈折率は、活性層１５０５に近づくにしたがって単調に増加する。これにより、積層方向における光強度分布のピークを活性層１５０５に近づけることができる。
　また、本実施の形態では、Ｐ側ガイド層１５０６の膜厚は、Ｎ側ガイド層１５０４の膜厚より大きい。これにより、Ｐ側ガイド層１５０６の膜厚がＮ側ガイド層１５０４の膜厚以下である場合より、リッジ１５１０Ｒの下端部と活性層１５０５との間の距離ｄｐが大きくなるため、実効屈折率差ΔＮを小さくすることができる。したがって、窒化物系半導体発光素子１５００の光出力の安定性を高めることができる。
　また、本実施の形態では、Ｐ側ガイド層１５０６のＡｌ組成比が、Ｎ側ガイド層１５０４の平均Ａｌ組成比より大きい。つまり、Ｐ側ガイド層１５０６の平均バンドギャップエネルギーが、Ｎ側ガイド層１５０４の平均バンドギャップエネルギーより大きい（図５８参照）。したがって、Ｐ側ガイド層１５０６の平均屈折率は、Ｎ側ガイド層１５０４の平均屈折率未満である。上述のとおり、Ｐ側ガイド層１５０６の膜厚がＮ側ガイド層１５０４の膜厚より大きいため、光強度分布のピークが、活性層１５０５に対してＰ側ガイド層１５０６寄りに偏り得る。本実施の形態では、Ｐ側ガイド層１５０６の平均屈折率がＮ側ガイド層１５０４の平均屈折率未満であるため、光強度分布のピークが、活性層１５０５に対してＰ側ガイド層１５０６寄りに偏ることを抑制できる。
　また、本実施の形態では、Ｎ側ガイド層１５０４にＮ型不純物をドープすることで、実施の形態９と同様に、窒化物系半導体発光素子１５００の直列抵抗を低減できる。さらに、本実施の形態では、図５８に示されるように、Ｎ側ガイド層１５０４の最小バンドギャップエネルギー（つまり、Ｎ側ガイド層１５０４の活性層１５０５との界面付近におけるバンドギャップエネルギー）がバリア層１５０５ａのバンドギャップエネルギーより小さい。このように、Ｎ側ガイド層１５０４の活性層１５０５との界面付近におけるバンドギャップエネルギーがバリア層１５０５ａのバンドギャップエネルギーより小さくなる場合にも、Ｎ側ガイド層１５０４にＮ型不純物をドープすることで、Ｎ側ガイド層１５０４における正孔濃度の増大を抑制できる。この結果、Ｎ側ガイド層１５０４における電子と正孔との非発光再結合確率を低減できるため、窒化物系半導体発光素子１５００の発光効率及び長期信頼性の低下を抑制できる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１５００によれば、電子と正孔との基底量子準位間のエネルギー差に相当する波長が３８０ｎｍ以下となっても、バリア層１５０５ａ及び１５０５ｃが、Ａｌ組成が０．０４以上のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層で形成されているためバリア層１５０５ａ及び１５０５ｃのバンドギャップエネルギーが３．４７ｅＶ以上となり、波長３７５ｎｍに相当するエネルギー３．２８ｅＶより十分大きくなることから、ウェル層１５０５ｂに３７５ｎｍ帯の発光波長となる量子準位を容易に形成することができる。また、電子と正孔とを量子井戸領域の量子準位に閉じ込めることができるため、量子井戸領域における電子及び正孔がＮ側ガイド層１５０４及びＰ側ガイド層１５０６へ漏れることを抑制できる。したがって、窒化物系半導体発光素子１５００の発光効率を高めることができるため、窒化物系半導体発光素子１５００の温度特性を高めることができる。
　（実施の形態１５の変形例１）
　次に、実施の形態１５の変形例１に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本変形例に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側ガイド層の積層方向におけるバンドギャップエネルギー分布において、実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子１５００と相違し、その他の点において一致する。以下、本変形例に係る窒化物系半導体発光素子について、図５９を用いて説明する。図５９は、本変形例に係る窒化物系半導体発光素子の活性層１５０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　図５９に示されるように、本変形例に係る窒化物系半導体発光素子のＰ側ガイド層１５０６Ａは、Ｐ側第１ガイド層１５０６ａと、Ｐ側第２ガイド層１５０６ｂとを有する。Ｐ側第１ガイド層１５０６ａは、活性層１５０５の上方に配置されるガイド層である。Ｐ側第２ガイド層１５０６ｂは、Ｐ側第１ガイド層１５０６ａの上方に配置され、Ｐ側第１ガイド層１５０６ａより大きいバンドギャップエネルギーを有するガイド層である。本変形例では、Ｐ側第１ガイド層１５０６ａは、膜厚７０ｎｍのアンドープＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層であり、Ｐ側第２ガイド層１５０６ｂは、膜厚２１０ｎｍのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。このように、Ｐ側第１ガイド層１５０６ａは、Ｐ側第２ガイド層１５０６ｂよりＡｌ組成比が大きい。
　本変形例に係る窒化物系半導体発光素子においても、実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子１５００と同様の効果が奏される。さらに、本変形例では、Ｐ側ガイド層１５０６ＡのＡｌ組成比が、活性層１５０５から遠ざかるにしたがってステップ状に増加する。これにより、Ｐ側ガイド層１５０６Ａの活性層１５０５に近い領域の屈折率を、活性層１５０５から遠い領域の屈折率より高めることができるため、光強度分布のピークを活性層１５０５に近づけることができる。したがって、光閉じ込め係数、導波路損失及び光強度分布のピーク位置を改善できる。
　（実施の形態１５の変形例２）
　次に、実施の形態１５の変形例２に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本変形例に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側ガイド層の積層方向におけるバンドギャップエネルギー分布において、実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子１５００と相違し、その他の点において一致する。以下、本変形例に係る窒化物系半導体発光素子について、図６０を用いて説明する。図６０は、本変形例に係る窒化物系半導体発光素子の活性層１５０５及びその近傍の各層のバンドギャップエネルギーの分布を示す模式的なグラフである。
　本変形例に係るＰ側ガイド層１５０６Ｂは、膜厚２８０ｎｍのアンドープＡｌＸｐａＧａ１－ＸｐａＮ層である。より具体的には、Ｐ側ガイド層１５０６Ｂは、活性層１５０５に近い方の界面付近においてＧａＮで表される組成を有し、活性層１５０５から遠い方の界面付近においてＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎで表される組成を有する。Ｐ側ガイド層１５０６ＢのＡｌ組成比Ｘｐａは、活性層１５０５から遠ざかるにしたがって、一定の変化率で増加する。したがって、Ｐ側ガイド層１５０６Ｂのバンドギャップエネルギーは、活性層１５０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加する。
　本変形例に係る窒化物系半導体発光素子においても、実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子１５００と同様の効果が奏される。さらに、本変形例では、Ｐ側ガイド層１５０６ＢのＡｌ組成比が、活性層１５０５から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加する。これにより、Ｐ側ガイド層１５０６Ｂの屈折率が活性層１５０５に近づくにしたがって高くなるため、光強度分布のピークを活性層１５０５に近づけることができる。
　（変形例など）
　以上、本開示に係る窒化物系半導体発光素子について、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、窒化物系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、窒化物系半導体発光素子は、半導体レーザ素子に限定されない。例えば、窒化物系半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。この場合、窒化物系半導体発光素子が備える半導体積層体の端面の半導体積層体からの出射光に対する反射率は、０．１％以下であってもよい。このような反射率は、例えば、端面に、誘電体多層膜などからなる反射防止膜を形成することによって実現できる。又は、導波路となるリッジがフロント端面の法線方向から５°以上傾いてフロント端面と交わる傾斜ストライプ構造とすれば、フロント端面で反射した導波光が再び導波路と結合し導波光となる成分の割合を０．１％以下の小さい値とすることができる。
　また、上記実施の形態１及び実施の形態２においては、窒化物系半導体発光素子は、活性層の構造としてウェル層を２層含む構造を有していたが、単一のウェル層のみを含む構造であってもよい。このように、活性層に含まれる屈折率の高いウェル層が１層のみである場合においても、本開示のＮ側ガイド層１０４、Ｐ側第１ガイド層１０６、Ｐ側第２ガイド層１０７を用いれば、垂直方向（つまり、積層方向）の光分布の位置の制御性を高めることができるため、垂直方向の光分布のピークをウェル層近傍に位置させることができる。したがって、低発振しきい値、低導波路損失、高い光閉じ込め係数、及び、線形性にすぐれた電流－光出力（ＩＬ）特性を有する窒化物系半導体発光素子を実現することができる。
　また、上記各実施の形態においては、窒化物系半導体発光素子は、単一のリッジを有したが、窒化物系半導体発光素子は、複数のリッジを備えてもよい。このような窒化物系半導体発光素子について、図６１を用いて説明する。図６１は、変形例１に係る窒化物系半導体発光素子１６００の全体構成を示す模式的な断面図である。図６１に示されるように、変形例１に係る窒化物系半導体発光素子１６００は、複数の実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００が水平方向にアレイ状に配列された構成を有する。図６１では、窒化物系半導体発光素子１６００は、３個の窒化物系半導体発光素子１００が一体的に配列された構成を有するが、窒化物系半導体発光素子１６００が備える窒化物系半導体発光素子１００の個数は３個に限定されない。窒化物系半導体発光素子１６００が備える窒化物系半導体発光素子１００の個数は、２個以上であればよい。各窒化物系半導体発光素子１００は、光を出射する光出射部１００Ｅを有する。光出射部１００Ｅは、活性層１０５のうち、光を出射する部分であり、活性層１０５のうちリッジ１１０Ｒの下方に位置する部分に相当する。このように、変形例１に係る窒化物系半導体発光素子１６００は、アレイ状に配列される複数の光出射部１００Ｅを有する。これにより、一つの窒化物系半導体発光素子１６００から複数の出射光を得られるため、高出力の窒化物系半導体発光素子１６００を実現できる。なお、変形例１では、窒化物系半導体発光素子１６００は、複数の窒化物系半導体発光素子１００を備えたが、窒化物系半導体発光素子１６００が備える複数の窒化物系半導体発光素子はこれに限定されず、他の実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子であってもよい。
　また、図６２に示される変形例２に係る窒化物系半導体発光素子１６００ａのように、個々の光出射部１００Ｅが、幅（Ｘ軸方向における寸法）８μｍ以上２０μｍ以下、深さ（Ｚ軸方向における寸法）１．０μｍ以上１．５μｍ以下の分離溝１００Ｔで分離されていてもよい。この様な構造を採用することで、隣り合う光出射部１００Ｅ間の間隔が３００μｍ以下に狭くなった場合でも、個々の光出射部１００Ｅの動作中の自己発熱による熱干渉を低減することができる。
　また、本発明の窒化物系半導体発光素子はΔＮが小さく水平拡がり角を小さくすることが可能であるので、図６１及び図６２に示される光出射部１００Ｅの中心間の距離を狭くしても個々の光出射部１００Ｅからの出射光同士が干渉しにくくなり、光出射部１００Ｅの中心間の距離を２５０μｍ以下に狭くすることができる。変形例２では、当該距離は２２５μｍである。
　また、上記実施の形態１～実施の形態３に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ型第２クラッド層１０３、中間層１０８、電子障壁層４０９、及び電流ブロック層１１２を備えるが、これらの層を必ずしも備えなくてもよい。
　また、上記実施の形態４～実施の形態８に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ型第２クラッド層４０３、中間層４０８、電子障壁層４０９、及び電流ブロック層４１２を備えるが、これらの層を必ずしも備えなくてもよい。
　また、上記実施の形態９～実施の形態１５に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ型第２クラッド層、中間層、電子障壁層、及び電流ブロック層を備えるが、これらの層を必ずしも備えなくてもよい。
　また、上記実施の形態９～実施の形態１５及びその変形例では、各ガイド層は、ＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮ層であったが、各ガイド層の組成はこれに限定されない。例えば、Ｎ側ガイド層のＡｌ組成比をＸｎａとし、Ｐ側ガイド層のＡｌ組成比をＸｐａとすると、Ｎ側ガイド層は、ＡｌＸｎａＧａ１－ＸｎａＮからなり、Ｐ側ガイド層は、ＡｌＸｐａＧａ１－ＸｐａＮからなってもよい。この場合、Ｎ側ガイド層のＡｌ組成比は、活性層から遠ざかるにしたがって連続的に単調に増加し、Ｎ側ガイド層のＡｌ組成比の平均値は、Ｐ側ガイド層のＡｌ組成比の平均値より小さくてもよい。このような構成を有する窒化物系半導体発光素子によっても、動作電圧を低減でき、かつ、活性層への光閉じ込め係数を高めることができる。また、Ｎ側ガイド層の活性層に近い側の界面からＮ側ガイド層の積層方向の中央部までの領域におけるＡｌ組成比の積層方向における平均変化率の絶対値は、中央部からＮ側ガイド層のＮ型第１クラッド層に近い側の界面までの領域におけるＡｌ組成比の積層方向における平均変化率の絶対値よりも小さくてもよい。
　また、上記Ｐ型クラッド層４１０、９１０、１３１０は、Ａｌ組成比が均一な層であったが、各Ｐ型クラッド層の構成はこれに限定されない。例えば、各Ｐ型クラッド層は、複数のＡｌＧａＮ層の各々と、複数のＧａＮ層の各々とが交互に積層された超格子構造を有してもよい。具体的には、各Ｐ型クラッド層は、例えば、厚さ１．８５ｎｍのＡｌ組成比０．０５２（５．２％）のＡｌＧａＮ層と、厚さ１．８５ｎｍのＧａＮ層とが交互に積層された超格子構造を有してもよい。この場合、各Ｐ型クラッド層のＡｌ組成比は、超格子構造における平均のＡｌ組成比０．０２６（２．６％）で定義される。
　また、各実施の形態において、Ｎ側ガイド層がＩｎＧａＮからなっていてもＡｌＧａＮからなっていてもＮ型不純物をドープすることで、Ｎ側ガイド層は、Ｐ型層から活性層へ注入される正孔がＮ型層へ漏れることを抑制する電位障壁として機能し得る。ここで、Ｎ型不純物濃度を高めると、正孔の漏れを抑制する効果が高まり、活性層で電子と正孔とが発光再結合する確率を向上させることができる。これにより、窒化物系半導体発光素子の量子効率を増大させることができるため、発光効率を向上させることができる。
　さらに、Ｎ型ガイド層にＮ型不純物をドープすることで、Ｎ側ガイド層での電子の電気伝導性が高まるため、窒化物系半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。Ｎ側ガイド層におけるＮ型不純物濃度は、例えば、３×１０１７ｃｍ－３以上であってもよい。これにより、上記各効果がより確実に奏される。また、Ｎ側ガイド層におけるＮ型不純物濃度が高すぎる場合、Ｎ側ガイド層におけるフリーキャリア損失が増大し、かつ、正孔の漏れを抑制する効果が飽和し得る。このため、Ｎ側ガイド層におけるＮ型不純物濃度は、２×１０１８ｃｍ－３以下であってもよい。このように、Ｎ側ガイド層におけるＮ型不純物を、３×１０１７ｃｍ－３以上、２×１０１８ｃｍ－３以下とすれば、Ｎ型不純物のドープに起因するフリーキャリア損失の増大を抑制しつつ、正孔の漏れを抑制する効果と、電子の電気伝導性向上による低動作電圧化の効果とを奏することができる。これにより、窒化物系半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。Ｎ型不純物をＮ側ガイド層にドープすることによる正孔の漏れを抑制する効果は、Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーが一定の構造でも得られるが、バンドギャップエネルギーが活性層から遠ざかるにしたがって増大する構造の方がより大きくなる。
　また、Ｎ側ガイド層がＩｎＧａＮからなる実施の形態において、Ｎ側ガイド層とＡｌＧａＮからなるＮ型第１クラッド層との間にＮ型ＧａＮからなるＮ型第２クラッド層が配置される構造を示した。このような構造において、活性層への垂直方向の光閉じ込め係数を大きくすることで発振しきい電流値を低減するためには、屈折率の小さいＮ型第１クラッド層と活性層との間の膜厚を小さくする構成が効果的である。具体的には、例えば、Ｎ型ＧａＮからなるＮ型第２クラッド層の膜厚は、３０ｎｍ以下であってもよい。また、ＩｎＧａＮからなるＮ側ガイド層をＡｌＧａＮからなるＮ型第１クラッド層の直上、かつ、活性層の直下に配置してもよい。
　この場合、Ｎ型第１クラッド層は、Ｎ側ガイド層との界面を含む領域において、積層方向において原子組成が変化する組成変化領域を有してもよい。組成変化領域は、Ｎ型第１クラッド層の組成変化領域以外の領域の原子組成と、Ｎ側ガイド層の原子組成とを補間するように、原子組成が変化する。つまり、組成変化領域の原子組成は、Ｎ側ガイド層に近づくにしたがって、Ｎ側ガイド層の原子組成に近づき、Ｎ側ガイド層から遠ざかるにしたがって、Ｎ型第１クラッド層の組成変化領域以外の領域の原子組成に近づく。
　又は、半導体発光素子は、Ｎ側第１クラッド層と、Ｎ側ガイド層との間に配置されるＡｌ組成傾斜層を備えてもよい。Ａｌ組成傾斜層のＡｌ組成比は、活性層に近づくにしたがって減少する。
　Ｎ型第１クラッド層が組成変化領域を有さない場合、及び、半導体発光素子がＡｌ組成傾斜層を有さない場合には、Ｎ型第１クラッド層とＮ側ガイド層との界面に負のピエゾ分極電荷が集中して発生する。このため、当該界面の電気的中性条件を満足するように、界面近傍領域の正孔濃度が高まり、界面近傍領域のバンド構造が変化する。この結果、伝導帯電位にスパイク状の電位障壁が形成される。この伝導帯の電位障壁のために、Ｎ型第１クラッド層から活性層に流れる電子の電気伝導性が低下し、動作電圧が増大する。
　これに対して、Ｎ型第１クラッド層が組成変化領域を有するが形成される場合、又は、半導体発光素子がＡｌ組成傾斜層を有する場合には、Ｎ型第１クラッド層とＮ側ガイド層との間で生じる負のピエゾ分極電荷を、組成変化領域又はＡｌ組成傾斜層に分散させることができる。これにより、界面近傍領域の正孔濃度の高まりを抑制することができる。このため、伝導帯に形成される電位障壁が小さくなり、電子の電気伝導性が向上する。この結果、動作電圧の低減と光閉じ込め係数の増大とを同時に実現することができる。
　光閉じ込め係数を増大させることによる発振しきい電流値を低減する効果は、活性層が、屈折率の大きいウェル層が一層のみからなる単一量子井戸構造を有する場合、及び、Ｎ側ガイド層が、Ｉｎ組成比が活性層に近づくにしたがって小さくなるＩｎ組成傾斜構造を有する場合において、より大きくなる。Ｎ側ガイド層がＩｎ組成傾斜構造を有する場合、Ｉｎ組成比の小さい領域の屈折率が、Ｉｎ組成比が大きい領域の屈折率と比較して相対的に小さくなる。これに伴い、垂直方向の光強度分布がＮ型第１クラッド層側に拡がりやすくなることで活性層への光閉じ込め係数が小さくなる。このため、Ｎ側ガイド層がＩｎ組成傾斜構造を有する場合に、上記構成による発振しきい電流値を低減する効果が大きい。
　また、活性層が単一量子井戸構造を有する場合、ウェル層とＮ側のバリア層との間に、膜厚が１ｎｍ以上８ｎｍ以下の中間障壁層を配置してもよい。ここで、中間障壁層のバンドギャップエネルギーの大きさは、バリア層のバンドギャップエネルギーより小さく、ウェル層のバンドギャップエネルギーより大きい。このような中間障壁層により、ウェル層への光閉じ込め係数をさらに増大させ、発振しきい電流値を低減することができる。中間障壁層のバンドギャップエネルギーは、ウェル層へ近づくにしたがって減少してもよい。この場合、中間障壁層のバリア層側界面でのバンドギャップエネルギーは、バリア層の中間障壁層側界面でのバンドギャップエネルギーよりも小さく、中間障壁層のウェル層側界面でのバンドギャップエネルギーは、ウェル層の中間障壁層側界面でのバンドギャップエネルギーよりも大きくてもよい。これにより、中間障壁層と、ウェル層及びＮ側のバリア層の各々との界面に形成されるピエゾ分極電荷が、バンドギャップエネルギーがウェル層に近づくにしたがって減少している中間障壁層に分散される。この結果、中間障壁層がない場合においてＮ側のバリア層とウェル層との間に形成される伝導帯のスパイク状の電位障壁を低減できる。このため、Ｎ型層からウェル層に向かって流れる電子の電気伝導性が向上することで、窒化物系半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。中間障壁層のバンドギャップエネルギーをウェル層へ近づくにしたがって減少させるためには、中間障壁層がＩｎＧａＮである場合は、Ｉｎ組成比をウェル層に近づくにしたがって増大させてもよい。中間障壁層のバンドギャップエネルギーが一定である構造においても、ウェル層に近づくにしたがって減少する構造においても、中間障壁層の平均バンドギャップエネルギーが、ウェル層の平均バンドギャップエネルギーより大きく、Ｎ側のバリア層の平均バンドギャップエネルギーより小さければよい。あるいは、中間障壁層の平均Ｉｎ組成比が、ウェル層の平均Ｉｎ組成比より小さく、Ｎ側のバリア層の平均Ｉｎ組成比より大きければよい。
　なお、ＡｇからなるＰ側電極を用いる場合、活性層からの自然放出光がＰ側電極で反射されて、活性層へフィードバックされる。このフィードバックされた自然放出光が活性層で再吸収される結果、量子効率が向上し発光効率が高まる効果を得ることができる。ここで、フィードバックされた自然放出光の短波長側の成分が吸収されるような中間障壁層を用いる場合、量子効率をさらに向上させることができる。この効果を得るためには、中間障壁層とウェル層とをＩｎＧａＮで形成する場合、中間障壁層の最大Ｉｎ組成比とウェル層の平均Ｉｎ組成比の差を０．０６以下とすればよい。
　さらに、ＡｌＧａＮからなるＮ型第１クラッド層の活性層側の界面を含む領域において、Ｎ型第１クラッド層のＡｌ組成比が活性層へ近づくにしたがって小さくなる場合、界面で形成されるピエゾ分極電荷による伝導帯のスパイク状の電位障壁を小さくすることができる。これにより、電子の電気伝導性が高まるため、半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。
　また、ＡｇからなるＰ側電極と、コンタクト層との間に、透光性の導電性酸化膜を配置してもよい。これにより、Ｐ型クラッド層を０．３μｍ以下に薄膜化することができる。したがって、Ｐ型クラッド層でのフリーキャリア損失の発生を抑制できるため、導波路損失を低減できる。また、半導体発光素子の直列抵抗を低減できる。さらに、活性層からの自然放出光の活性層へのフィードバックによる量子効率向上に伴う発光効率を向上する効果を得ることができる。半導体発光素子が、Ｐ型クラッド層にリッジを形成するリッジ型の半導体レーザ素子である場合、Ｐ型クラッド層を薄くしすぎると、リッジと、リッジ側壁に配置される電流ブロック層との屈折率差により生じるリッジ内への水平横方向の光の閉じ込め作用が弱くなり、実効屈折率差ΔＮが小さくなる。このため、屈折率導波作用が弱まり、発振しきい値の増大、及び電流－光出力特性にキンクが生じやすくなる。このため、Ｐ型クラッド層厚は０．１μｍ以上であってもよい。
　また、Ｐ型クラッド層が０．２μｍ以下の場合、ΔＮを増大させるためには、リッジ下端部の形成位置は、電子障壁層と活性層との間であってもよい。この場合、電子障壁層は、リッジ内部に形成される。このため、電子障壁層がＡｌＧａＮからなる場合、Ａｌ組成比を０．３以上に高くすると電子障壁層の活性層側界面で形成される正のピエゾ分極電荷のため、当該活性層側界面での電子濃度が増大し価電子帯の電位が低下する。この結果、Ｐ型クラッド層から活性層へ流れる正孔に対する電位障壁が大きくなり、リッジ側壁では、電子障壁層が電流ブロック層と接して、リッジの幅方向における電子障壁層のバンド構造がリッジ側壁において不連続となる。これにより、電子障壁層のリッジ側壁に位置する界面の近傍領域において、正孔が漏れ得るため、発光効率の低下、及び、レーザ動作信頼性試験での半導体発光素子の劣化につながる。
　このような正孔のリッジの外部への漏れを抑制するために、電子障壁層が、Ａｌ組成比が活性層から遠ざかるにしたがって単調に増大するＡｌ組成傾斜部を有してもよい。これにより、電子障壁層の正のピエゾ分極電荷を、Ａｌ組成傾斜部に分散させることで、正のピエゾ分極電荷が電子障壁層の活性層側界面に集中することを抑制できる。電子障壁層の活性層側界面の電子濃度が小さくなることで、価電子帯の電位の低下が抑制されるため、リッジ側壁で発生する正孔のリッジの外部への漏れを抑制できる。
　Ａｌ組成傾斜部の厚さは、５ｎｍ以上であってもよい。これにより、ピエゾ分極電荷を分散する効果をより確実に得ることができる。
　電子障壁層には５×１０１８ｃｍ－３以上の高濃度のＭｇをドーピングする必要があることから、電子障壁層の厚さは、３０ｎｍ以下であってもよい。これにより、電子障壁層におけるフリーキャリア損失に起因する導波路損失を抑制できる。
　また、電子障壁層がＡｌ組成傾斜部を有することで、前述のように電子障壁層の活性層側界面での価電子帯電位の低下を抑制できる。このため、電子に対する伝導帯電位障壁が高くなり、活性層側からＰ型クラッド層側へ漏れる電子を低減することができる。このため、電子障壁層の最大Ａｌ組成比は、０．１５以上であってもよい。これにより電子のＰ型クラッド層への漏れを抑制することができる。電子障壁層の最大Ａｌ組成比は、０．３以下であってもよい。これにより、正孔に対する電子障壁層の電位障壁を抑制することができる。
　また電子障壁層における活性層側に近い側の領域（つまり、電子障壁層の積層方向中央と活性層側界面との間の領域）において、図３４に示されるように、積層方向の位置に対するＡｌ組成比の分布を示すグラフが下に凸である曲線となるように、活性層に近づくにしたがってＡｌ組成比を（加速度的に）増大させてもよい。これにより、電子障壁層の活性層側界面での価電子帯電位の低下をさらに抑制できる。これに伴い、電子障壁層の伝導帯電位の最大値が増大するため、活性層からＰ型クラッド層側へ電子障壁層を超えて流れる電子の発生がより抑制され、かつ、電子障壁層のリッジ側壁界面での正孔の漏れをさらに抑制できる。この場合、電子障壁層の最大Ａｌ組成比は、０．１以上、０．３５以下であってもよい。
　このように、Ｎ側ガイド層に不純物をドーピングし、かつ、Ｎ側ガイド層がＩｎ組成傾斜構造を有し、また、Ｐ側ガイド層がＩｎ組成傾斜構造を有し、さらに、電子障壁層がＡｌ組成傾斜部を有してもよい。これにより、Ｎ型クラッド層から活性層へ流れる電子の電気伝導性が向上し、かつ、Ｐ型クラッド層から活性層へ流れる正孔の電気伝導性が向上する。さらに、Ｐ側ガイド層での正孔の電気伝導性が向上するのに伴い、Ｐ側ガイド層での電子濃度が小さくなるため、Ｐ側ガイド層でのオージェ非発光再結合確率が低減される。また、Ｎ側ガイド層が正孔に対する電位障壁として機能し、活性層からＮ型クラッド層へ漏れる正孔が低減され、かつ、電子の電気伝導性が向上する。これに伴い、Ｎ側ガイド層での正孔濃度が小さくなるため、Ｎ側ガイド層でのオージェ非発光再結合確率が低減される。この結果、温度特性に優れた低動作電圧の半導体発光素子を実現することができる。
　さらに、Ｐ側電極にＡｇを含む場合、活性層からの自然放出光がＰ側電極で反射し、活性層で再吸収されるため、発振しきい電流値、及び動作電流値を低減できる。このため、Ｎ側ガイド層での動作正孔濃度とＰ側ガイド層での動作電子濃度が低減し、Ｎ側ガイド層及びＰ側ガイド層でのオージェ非発光再結合確率がさらに小さくなる。これに伴い、半導体発光素子の発光効率が向上する。この効果は、Ｎ側ガイド層、及びＰ側ガイド層がＩｎ組成傾斜構造を有さなくても得ることができる。Ｐ側ガイド層がＩｎ組成傾斜構造を有する場合は、Ｉｎ組成傾斜構造によりＰ側ガイド層での動作電子濃度がさらに低減する。Ｎ側ガイド層がＩｎ組成傾斜構造を有する場合は、Ｉｎ組成傾斜構造によりさらにＮ側ガイド層での動作正孔濃度がさらに低減する。
　また、Ｐ側電極にＡｇを含み、リッジ内に電子障壁層を形成する場合、動作電流値が低減するため電子障壁層と電流ブロック層との界面での正孔の漏れの発生をさらに抑制でき、半導体発光素子の発光効率が向上する。
　また、活性層が単一量子井戸構造の場合、発振しきいキャリア密度増大により漏れ電流が増大する可能性があるが、Ａｇを含むＰ側電極を用いることで、活性層からの自然放出光がＰ側電極で反射されて、活性層へフィードバックされ、活性層で再吸収されることにより量子効率が向上し、発光効率が向上する効果を得ることができる。この結果、低発振しきい値の半導体発光素子を実現することができる。また、Ｐ型クラッド層の膜厚を０．３５μｍ以下に薄膜化することで屈折率の低いＰ側電極と活性層間の距離を小さくしつつ、Ｎ型クラッド層のＡｌ組成比をＰ型クラッド層のＡｌ組成比よりも高めてＮ型クラッド層の屈折率を小さくすることで、活性層への垂直方向光閉じ込めが高まる。これに伴い、単一量子井戸構造を有する活性層の発振しきいキャリア密度がより低減されるため、上述した発光効率が向上する効果が増大する。
　また、自然放出光に対する反射率が高く、レーザ発振光に対して屈折率が低く、さらにＰ型クラッド層を薄くしてもＰ側電極の光吸収による導波路損失の増大を抑制できるＰ側電極用の材料として、上述したＡｇ以外にＡｌも挙げることができる。つまり、Ｐ側電極が、Ａｌを含む場合でも、Ａｇを含む場合と同様の効果が奏される。
　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に係る各クラッド層の構成を実施の形態３に係る各窒化物系半導体発光素子に適用してもよい。
　本開示の窒化物系半導体発光素子は、例えば、高出力かつ高効率な光源として加工機用の光源などに適用できる。
　１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１６００ａ　窒化物系半導体発光素子
　１００Ｅ　光出射部
　１００Ｆ、１００Ｒ　端面
　１００Ｔ　分離溝
　１００Ｓ、２００Ｓ、３００Ｓ、４００Ｓ、５００Ｓ、６００Ｓ、７００Ｓ、８００Ｓ、９００Ｓ、１０００Ｓ、１１００Ｓ、１２００Ｓ、１３００Ｓ、１４００Ｓ、１５００Ｓ　半導体積層体
　１０１、４０１、９０１　基板
　１０２、２０２、４０２、６０２、９０２、１３０２、１５０２　Ｎ型第１クラッド層
　１０３、４０３、９０３　Ｎ型第２クラッド層
　１０４、４０４、９０４、１２０４、１５０４、２１０４、２２０４、２３０４　Ｎ側ガイド層
　１０５、３０５、４０５、９０５、１５０５　活性層
　１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅ、４０５ａ、４０５ｃ、４０５ｅ、９０５ａ、９０５ｃ、９０５ｅ、１５０５ａ、１５０５ｃ　バリア層
　１０５ｂ、１０５ｄ、４０５ｂ、４０５ｄ、９０５ｂ、９０５ｄ、１５０５ｂ　ウェル層
　１０６、５０６ａ、１１０６ａ、１５０６ａ、２３０６ａ　Ｐ側第１ガイド層
　１０７、５０６ｂ、１１０６ｂ、１５０６ｂ、２３０６ｂ　Ｐ側第２ガイド層
　１０８、４０８、９０８　中間層
　１０９、４０９、６０９、７０９、８０９、９０９、１３０９、１５０９　電子障壁層
　１１０、２１０、４１０、７１０、９１０、１３１０、１５１０　Ｐ型クラッド層
　１１０Ｒ、２１０Ｒ、４１０Ｒ、７１０Ｒ、９１０Ｒ、１３１０Ｒ、１５１０Ｒ　リッジ
　１１０Ｔ、２１０Ｔ、４１０Ｔ、７１０Ｔ、９１０Ｔ、１３１０Ｔ、１５１０Ｔ　溝
　１１１、４１１、９１１　コンタクト層
　１１２、４１２、９１２　電流ブロック層
　１１３、４１３、９１３　Ｐ側電極
　１１４、４１４、９１４　Ｎ側電極
　４０６、５０６、９０６、１００６、１１０６、１４０６、１５０６、１５０６Ａ、１５０６Ｂ、２１０６、２２０６、２３０６　Ｐ側ガイド層
　１２０４ａ　Ｎ側第１ガイド層
　１２０４ｂ　Ｎ側第２ガイド層

Claims (21)

  1. 　半導体積層体と、前記半導体積層体の上方に配置されるＰ側電極とを備え、前記半導体積層体の積層方向に垂直な方向の端面から光を出射する窒化物系半導体発光素子であって、
    　前記半導体積層体は、
    　Ｎ型第１クラッド層と、
    　前記Ｎ型第１クラッド層の上方に配置されるＮ側ガイド層と、
    　前記Ｎ側ガイド層の上方に配置され、ウェル層とバリア層とを含み、量子井戸構造を有する活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるＰ側第１ガイド層と、
    　前記Ｐ側第１ガイド層の上方に配置されるＰ側第２ガイド層と、
    　前記Ｐ側第２ガイド層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを有し、
    　前記Ｐ側第２ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーより大きく、
    　前記Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｐ側第１ガイド層のバンドギャップエネルギー以上であり、
    　前記Ｐ側電極は、Ａｇを含む
    　窒化物系半導体発光素子。
  2. 　前記Ｐ側第１ガイド層の膜厚をＴｐ１、前記Ｐ側第２ガイド層の膜厚をＴｐ２、前記Ｎ側ガイド層の膜厚をＴｎ１とすると、
    　Ｔｎ１＜Ｔｐ１＋Ｔｐ２
    　の関係を満足する
    　請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
  3. 　Ｔｐ１＜Ｔｐ２
    　の関係を満足する
    　請求項２に記載の窒化物系半導体発光素子。
  4. 　Ｔｐ１＜Ｔｎ１
    　の関係を満足する
    　請求項２又は３に記載の窒化物系半導体発光素子。
  5. 　前記Ｐ側第１ガイド層と前記Ｐ側第２ガイド層との平均屈折率は、前記Ｎ側ガイド層の平均屈折率より小さい
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  6. 　前記Ｐ側第１ガイド層は、ＩｎＸｐ１Ｇａ１－Ｘｐ１Ｎからなり、
    　前記Ｎ側ガイド層は、ＩｎＸｎ１Ｇａ１－Ｘｎ１Ｎからなり、
    　Ｘｎ１≦Ｘｐ１
    　の関係を満足する
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  7. 　前記Ｐ側第２ガイド層は、ＩｎＸｐ２Ｇａ１－Ｘｐ２Ｎからなり、
    　Ｘｐ２＜Ｘｎ１
    　の関係を満足する
    　請求項６に記載の窒化物系半導体発光素子。
  8. 　前記バリア層は、ＩｎＸｂＧａ１－ＸｂＮからなり、
    　Ｘｐ１＜Ｘｂ
    　の関係を満足する
    　請求項６又は７に記載の窒化物系半導体発光素子。
  9. 　前記Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｐ側第１ガイド層のバンドギャップエネルギーより大きい
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  10. 　半導体積層体と、前記半導体積層体の上方に配置されるＰ側電極とを備え、前記半導体積層体の積層方向に垂直な方向の端面から光を出射する窒化物系半導体発光素子であって、
    　前記半導体積層体は、
    　Ｎ型第１クラッド層と、
    　前記Ｎ型第１クラッド層の上方に配置されるＮ側ガイド層と、
    　前記Ｎ側ガイド層の上方に配置され、ウェル層とバリア層とを含み、量子井戸構造を有する活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるＰ側ガイド層と、
    　前記Ｐ側ガイド層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを有し、
    　前記Ｐ側ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から遠ざかるにしたがって単調に増加し、
    　前記Ｐ側ガイド層は、バンドギャップエネルギーが、前記活性層から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含み、
    　前記Ｐ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギー以上であり、
    　前記バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層及び前記Ｐ側ガイド層のバンドギャップエネルギーの最小値以下であり、
    　前記Ｐ側電極は、Ａｇを含む
    　窒化物系半導体発光素子。
  11. 　半導体積層体と、前記半導体積層体の上方に配置されるＰ側電極とを備え、前記半導体積層体の積層方向に垂直な方向の端面から光を出射する窒化物系半導体発光素子であって、
    　前記半導体積層体は、
    　Ｎ型第１クラッド層と、
    　前記Ｎ型第１クラッド層の上方に配置されるＮ側ガイド層と、
    　前記Ｎ側ガイド層の上方に配置され、ウェル層とバリア層とを含み、量子井戸構造を有する活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるＰ側ガイド層と、
    　前記Ｐ側ガイド層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを有し、
    　前記Ｎ側ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から遠ざかるにしたがって単調に増加し、
    　前記Ｎ側ガイド層は、バンドギャップエネルギーが、前記活性層から遠ざかるにしたがって連続的に増加する部分を含み、
    　前記Ｐ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギー以上であり、
    　前記Ｐ側電極は、Ａｇを含む
    　窒化物系半導体発光素子。
  12. 　前記Ｐ側ガイド層の膜厚をＴｐ、前記Ｎ側ガイド層の膜厚をＴｎとすると、
    　Ｔｎ＜Ｔｐ
    　の関係を満足する
    　請求項１０又は１１に記載の窒化物系半導体発光素子。
  13. 　前記Ｎ側ガイド層は、ＩｎＸｎＧａ１－ＸｎＮからなり、
    　前記Ｐ側ガイド層は、ＩｎＸｐＧａ１－ＸｐＮからなり、
    　前記Ｎ側ガイド層のＩｎ組成比は、前記活性層から遠ざかるにしたがって単調に減少し、
    　前記Ｎ側ガイド層のＩｎ組成比の平均値は、前記Ｐ側ガイド層のＩｎ組成比の平均値以上である
    　請求項１０～１２のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  14. 　前記Ｎ側ガイド層のＩｎ組成比の平均値は、前記Ｐ側ガイド層のＩｎ組成比の平均値より大きい
    　請求項１３に記載の窒化物系半導体発光素子。
  15. 　前記Ｐ側ガイド層の前記活性層に近い側の界面から前記Ｐ側ガイド層の前記積層方向の中央部までの領域におけるＩｎ組成比の前記積層方向における平均変化率は、前記中央部から前記Ｐ側ガイド層の前記Ｐ型クラッド層に近い側の界面までの領域におけるＩｎ組成比の前記積層方向における平均変化率よりも大きい
    　請求項１３又は１４に記載の窒化物系半導体発光素子。
  16. 　前記バリア層は、ＩｎＸｂＧａ１－ＸｂＮからなり、
    　前記Ｐ側ガイド層におけるＩｎ組成比の最大値は、前記バリア層のＩｎ組成比以下である
    　請求項１３～１５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  17. 　前記バリア層は、ＩｎＸｂＧａ１－ＸｂＮからなり、
    　前記Ｎ側ガイド層におけるＩｎ組成比の最大値は、前記バリア層のＩｎ組成比以下であり、
    　前記Ｐ側ガイド層におけるＩｎ組成比の最大値は、前記バリア層のＩｎ組成比以下である
    　請求項１１～１５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  18. 　前記Ｎ側ガイド層は、ＡｌＸｎａＧａ１－ＸｎａＮからなり、
    　前記Ｐ側ガイド層は、ＡｌＸｐａＧａ１－ＸｐａＮからなり、
    　前記Ｎ側ガイド層のＡｌ組成比は、前記活性層から遠ざかるにしたがって単調に増加し、
    　前記Ｎ側ガイド層のＡｌ組成比の平均値は、前記Ｐ側ガイド層のＡｌ組成比の平均値以下である
    　請求項１１又は１２に記載の窒化物系半導体発光素子。
  19. 　前記Ｐ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーより大きい
    　請求項１１～１８のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  20. 　前記バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側ガイド層及び前記Ｐ側ガイド層の各々のバンドギャップエネルギーの最小値以下である
    　請求項１１～１９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  21. 　前記Ｐ型クラッド層の膜厚は、４６０ｎｍ以下である
    　請求項１～２０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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