WO2019188318A1 - 半導体発光素子 - Google Patents

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WO2019188318A1
WO2019188318A1 PCT/JP2019/010449 JP2019010449W WO2019188318A1 WO 2019188318 A1 WO2019188318 A1 WO 2019188318A1 JP 2019010449 W JP2019010449 W JP 2019010449W WO 2019188318 A1 WO2019188318 A1 WO 2019188318A1
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layer
well
light emitting
semiconductor light
film thickness
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PCT/JP2019/010449
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狩野　隆司
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パナソニック株式会社
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
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    • 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

  • the present disclosure relates to a semiconductor light emitting device.
  • semiconductor light-emitting elements such as semiconductor laser elements have been used as light sources for projectors.
  • a semiconductor laser element including an active layer having a single quantum well (SQW) structure as disclosed in Patent Document 1 is known.
  • an active current having a single quantum well structure is provided to effectively use an injection current into a semiconductor laser element.
  • the present disclosure has been made to solve the above-described problem, and is a semiconductor light-emitting device including an active layer having a single quantum well structure, in which the thickness of the active layer can be measured by an X-ray diffraction method. An element is provided.
  • an aspect of a semiconductor light emitting device includes a first cladding layer, a first barrier layer disposed above the first cladding layer, a first barrier layer, and a first barrier layer including In and GaN.
  • the superlattice layer includes a plurality of second well layers including GaN, and a plurality of second barrier layers including GaN and having an In composition ratio different from that of the second well layer. And are alternately stacked.
  • An aspect of the semiconductor light emitting device includes: a first conductivity type first cladding layer; an active layer having a single quantum well structure disposed above the first cladding layer; A second clad layer of a second conductivity type disposed above; and a superlattice layer disposed at least one below the first clad layer and above the second clad layer, the active layer Includes a single first well layer containing In and a first barrier layer, and the superlattice layer includes a plurality of second well layers and a plurality of second barrier layers, and the plurality of second well layers.
  • Each of the well layers and each of the plurality of second barrier layers are alternately arranged, and each of the plurality of second well layers has an In composition ratio equal to that of the first well layer and the first well.
  • Each of the plurality of second barrier layers is made of GaN, and has a thickness that is a natural number times the layer thickness. Natural number times the thickness of the barrier layer, or has a film thickness of 1 times the natural fraction.
  • a semiconductor light emitting device including an active layer having a single quantum well structure, in which the thickness of the active layer can be measured by an X-ray diffraction method.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting element according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an active layer according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to the comparative example.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a flow of a manufacturing method of the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a table showing the configuration of the superlattice layer in each example of the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a table showing the average In composition ratio and the film thickness period of the superlattice layer in each example of the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the superlattice layer according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the superlattice layer according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 2.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the superlattice layer according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 3.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the superlattice layer according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 2.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the superlattice layer according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 4.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the superlattice layer according to the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a graph showing the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 5.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light emitting device according to Example 6.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the superlattice layer according to the sixth embodiment.
  • FIG. 21 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 6.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor light emitting device 1010 according to a comparative example.
  • a semiconductor light emitting device 1010 includes a substrate 101, a first cladding layer 102, a first light guide layer 103, an active layer 104, a second light guide layer 105, The overflow suppression layer 106, the second cladding layer 107, the contact layer 108, the insulating layer 109, the second electrode 110, the pad electrode 111, and the first electrode 112 are included.
  • the active layer 104 has a single quantum well structure.
  • the structure of the active layer 104 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the active layer 104 according to the comparative example. As shown in FIG. 2, the active layer 104 includes one first well layer 104a and two first barrier layers 104b sandwiching the first well layer 104a from above and below in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device 1010 according to the comparative example.
  • FIG. 3 shows the X-ray diffraction intensity distribution with respect to the diffraction angle ( ⁇ / 2 ⁇ ).
  • peaks corresponding to the substrate 101 made of GaN and the first cladding layer 102 made of Si-doped AlGaN are detected. Further, the satellite peak of the second cladding layer 107 having a repeating structure of the Mg-doped Al 0.06 Ga 0.94 N layer and the Mg-doped GaN layer is also detected. However, since the active layer 104 has a single quantum well structure as shown in FIG. 2 and does not have a repetitive structure like a multiple quantum well (MQW) structure, it corresponds to the active layer 104. Satellite peak to be detected is not detected.
  • MQW multiple quantum well
  • the active layer 104 has a multiple quantum well structure
  • a plurality of satellite peaks are detected in the “satellite peak generation region of the MQW active layer” shown in FIG.
  • the film thickness of the active layer having a multiple quantum well structure can be measured based on the difference in diffraction angle at which these satellite peaks are detected.
  • the film thickness of the active layer 104 can be measured. Can not. For this reason, the active layer film thickness of the semiconductor light emitting element after the semiconductor layer film formation cannot be measured easily.
  • the present disclosure provides a semiconductor light emitting device including an active layer having a single quantum well structure, and capable of measuring the thickness of the active layer by an X-ray diffraction method.
  • One aspect of the semiconductor light emitting device includes a first conductivity type first cladding layer, an active layer having a single quantum well structure disposed above the first cladding layer, and an upper side of the active layer.
  • a second clad layer of the second conductivity type disposed; and a superlattice layer disposed at least one of the lower side of the first clad layer and the upper side of the second clad layer, the active layer comprising:
  • each of the plurality of second well layers has an In composition ratio equal to that of the first well layer
  • Each of the plurality of second barrier layers has an In composition ratio with that of the first barrier layer.
  • the semiconductor light emitting device since the semiconductor light emitting device includes a superlattice layer having a repetitive structure, a plurality of satellite peaks corresponding to the repetitive structure of the superlattice layer can be detected in the X-ray diffraction method. Based on these satellite peaks, the period of the repetitive structure can be detected.
  • the second well layer and the second barrier layer of the superlattice layer have the same In composition ratio as the first well layer and the first barrier layer of the active layer, respectively.
  • the film thickness of the active layer can be calculated.
  • the film thickness of the active layer can be easily measured after the semiconductor layer is formed without damaging the electrical characteristics and optical properties of the semiconductor light emitting device.
  • An aspect of the semiconductor light emitting device includes: a first conductivity type first cladding layer; an active layer having a single quantum well structure disposed above the first cladding layer; A second conductivity type second clad layer disposed above and a superlattice layer disposed below the first clad layer or above the second clad layer, the active layer comprising an In
  • Each of the plurality of second barrier layers is alternately arranged, each of the plurality of second well layers has the same In composition ratio as that of the first well layer, and the film of the first well layer
  • Each of the plurality of second barrier layers is made of GaN, and has a film thickness of the first barrier layer. Natural with a thickness of several times.
  • the second barrier layer is made of GaN, and the In composition ratio is not necessarily equal to that of the first barrier layer.
  • the second well layer has the same In composition ratio as the first well layer, a plurality of satellite peaks corresponding to the repetitive structure of the superlattice layer can be obtained even in the semiconductor light emitting device having such a configuration. Therefore, also in this aspect, similarly to the above aspect, the period of the repetitive structure can be detected based on these satellite peaks. Therefore, the thickness of the active layer can be calculated in the same manner as in the above embodiment.
  • the number of the plurality of second well layers may be two or three.
  • the number of layers constituting the superlattice layer can be minimized. Therefore, the configuration of the semiconductor light emitting element can be simplified, and the influence of the superlattice layer on the characteristics of the semiconductor light emitting element can be minimized.
  • the thickness of each of the plurality of second well layers is one or twice the thickness of the first well layer, and the plurality of second well layers
  • the thickness of each barrier layer may be 1 or 2 times the thickness of the first barrier layer.
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute space recognition, but are based on the stacking order in the stacking configuration. Is used as a term defined by the relative positional relationship. The terms “upper” and “lower” are used not only when two components are spaced apart from each other and there is another component between the two components. This is also applied to the case where they are arranged in contact with each other.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light emitting element 10 according to the present embodiment.
  • the semiconductor light emitting device 10 is, for example, a semiconductor laser device that emits laser light.
  • the semiconductor light emitting element 10 may have a resonator end face (not shown). In FIG. 4, a cross section perpendicular to the resonance direction of the semiconductor light emitting element 10 is shown.
  • the semiconductor light emitting device 10 includes a substrate 101, a first cladding layer 102, a first light guide layer 103, an active layer 104, and the semiconductor light emitting device 1010 according to the comparative example.
  • the second light guide layer 105, the overflow suppression layer 106, the second cladding layer 107, the contact layer 108, the insulating layer 109, the second electrode 110, the pad electrode 111, and the first electrode 112 are included.
  • the semiconductor light emitting device 10 according to the present embodiment further includes a superlattice layer 200.
  • the substrate 101 is a base material of the semiconductor light emitting element 10.
  • the substrate 101 is an n-type GaN substrate.
  • the first cladding layer 102 is a first conductivity type cladding layer disposed above the substrate 101.
  • the cladding layer made of n-type Al 0.03 Ga 0.97 N having a thickness of 3 ⁇ m. It is.
  • the first cladding layer 102 is doped with Si having a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the configuration of the first cladding layer 102 is not limited to this.
  • the first cladding layer 102 may function as a first conductivity type cladding layer.
  • the first light guide layer 103 is a guide layer disposed above the first cladding layer 102.
  • the first light guide layer 103 is a stacked film made of n-type GaN having a thickness of 220 nm and undoped In 0.01 Ga 0.99 N having a thickness of 40 nm.
  • the n-type GaN of the first light guide layer 103 is doped with Si having a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the configuration of the first light guide layer 103 is not limited to this.
  • the first light guide layer 103 may have a single layer structure.
  • the semiconductor light emitting element 10 may not include the first light guide layer 103.
  • the active layer 104 is a light emitting layer disposed above the first cladding layer 102. In the present embodiment, the active layer 104 is disposed on the first light guide layer 103.
  • the active layer 104 has a single quantum well structure like the active layer 104 according to the comparative example shown in FIG. As shown in FIG. 2, the active layer 104 includes a single first well layer 104a containing In, and two first barrier layers 104b sandwiching the first well layer 104a from above and below in FIG. including.
  • the first well layer 104 a is a well layer that forms the single quantum well structure of the active layer 104.
  • the first well layer 104a is made of undoped In 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of 7.5 nm.
  • the film thickness and composition of the first well layer 104a are not limited to this.
  • the film thickness of the first well layer 104a may be greater than 7.5 nm, and the composition of the first well layer 104a may be In x Ga 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 1). .
  • the first barrier layer 104 b is a barrier layer that forms the single quantum well structure of the active layer 104.
  • the first barrier layer 104b is made of undoped In 0.02 Ga 0.98 N with a thickness of 14 nm.
  • the thickness and composition of the first barrier layer 104b are not limited thereto.
  • the film thickness of the first barrier layer 104b may be greater than 14 nm, and the composition of the first barrier layer 104b may be In x Ga 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the second light guide layer 105 is a guide layer disposed above the active layer 104.
  • the second light guide layer 105 is made of undoped In 0.01 Ga 0.99 N having a thickness of 110 nm.
  • the configuration of the second light guide layer 105 is not limited to this.
  • the second light guide layer 105 may have a multilayer structure.
  • the semiconductor light emitting element 10 may not include the second light guide layer 105.
  • the overflow suppression layer 106 is a layer that suppresses carrier leakage from the active layer 104 to the second cladding layer 107.
  • overflow suppression layer 106 is a layer that suppresses leakage of electrons, and is made of p-type Al 0.3 Ga 0.7 N having a thickness of 5 nm.
  • the overflow suppression layer 106 is doped with Mg having a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the configuration of the overflow suppression layer 106 is not limited to this, and any configuration that can realize a function of suppressing leakage of carriers from the active layer 104 to the second cladding layer 107 is acceptable.
  • the second cladding layer 107 is a cladding layer of a second conductivity type different from the first conductivity type disposed above the active layer 104, and in this embodiment, the p-type Al 0.06 Ga 0 having a thickness of 2 nm. .94 N and a superlattice clad layer in which 165 layers of p-type GaN having a thickness of 2 nm are stacked.
  • Each layer of the second cladding layer 107 is doped with Mg having a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the configuration of the second cladding layer 107 is not limited to this.
  • the second cladding layer 107 may function as a second conductivity type cladding layer.
  • the second cladding layer 107 has a ridge portion. Thereby, the current flowing through the semiconductor light emitting element 10 is narrowed and a waveguide is formed.
  • the contact layer 108 is a second conductivity type layer disposed above the second cladding layer 107.
  • the contact layer 108 is made of p-type GaN having a thickness of 60 nm.
  • the region of 50 nm thickness near the cladding layer of the contact layer 108 is doped with Mg having a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3
  • the region of 10 nm thickness near the second electrode 110 has a concentration of 2 ⁇ 10 8. 20 cm ⁇ 3 of Mg is doped.
  • the configuration of the contact layer 108 is not limited to this.
  • the contact layer 108 may be a layer that is in ohmic contact with the second electrode 110.
  • the contact layer 108 is disposed in the ridge portion of the second cladding layer 107.
  • the insulating layer 109 is a layer made of an insulating material and disposed above the second cladding layer 107. In the present embodiment, the insulating layer 109 is disposed in a region other than the upper surface of the ridge portion in the upper surface of the second cladding layer 107.
  • the insulating layer 109 is made of SiO 2 having a thickness of 300 nm. The structure of the insulating layer 109 is not limited to this. The thickness of the insulating layer 109 may be set as appropriate.
  • the insulating layer 109 may be made of an insulating material other than SiO 2 .
  • the second electrode 110 is a layer made of a conductive material disposed above the contact layer 108.
  • the second electrode 110 is in contact with the contact layer 108.
  • the second electrode 110 is a stacked film in which Pd with a thickness of 40 nm and Pt with a thickness of 35 nm are stacked in this order from the contact layer 108 side.
  • the film thickness and film configuration of each metal film of the second electrode 110 are not limited to this.
  • the second electrode 110 may be a single layer film or a multilayer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the second electrode 110 may also be formed on the insulating layer 109.
  • the pad electrode 111 is a pad-like electrode disposed above the second electrode 110.
  • the pad electrode 111 is made of Au and is disposed above the second electrode 110 and the insulating layer 109.
  • the configuration of the pad electrode 111 is not limited to this.
  • the pad electrode 111 may be, for example, a single layer film or a multilayer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the film thickness of the pad electrode 111 is not particularly limited.
  • the film thickness of the pad electrode 111 may be, for example, 100 nm or more.
  • the first electrode 112 is an electrode disposed below the substrate 101.
  • the first electrode 112 is a laminated film in which Ti, Pt, and Au are laminated in order from the substrate 101 side.
  • the configuration of the first electrode 112 is not limited to this.
  • the first electrode 112 may be a laminated film of Ti and Au, for example.
  • the film thickness of the first electrode 112 is not particularly limited.
  • the first electrode 112 may be, for example, a stacked film in which Ti with a thickness of 5 nm, Pt with a thickness of 10 nm, and Au with a thickness of 1000 nm are stacked.
  • the superlattice layer 200 is a layer having a superlattice structure disposed at least one below the first cladding layer 102 and above the second cladding layer 107.
  • FIG. 4 shows an example in which the superlattice layer 200 is disposed below the first cladding layer 102.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer 200 according to the present embodiment.
  • the superlattice layer 200 includes a plurality of second well layers 200a and a plurality of second barrier layers 200b, and each of the plurality of second well layers 200a and the plurality of second barrier layers 200b. Are alternately arranged.
  • Each of the plurality of second well layers 200a has the same In composition ratio as the first well layer 104a of the active layer 104, and has a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first well layer 104a.
  • Each of the plurality of second barrier layers 200b has an In composition ratio equal to that of the first barrier layer 104b of the active layer 104, and has a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first barrier layer 104b.
  • the description that the In composition ratios are equal means not only the case where the In composition ratios of the two layers completely match, but also the case where they are substantially equal. Specifically, the description that the In composition ratio is equal means, for example, a case where the error of the In composition ratio between the two layers is 5% or less.
  • the description of a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first well layer 104a includes not only a case where the film thickness completely matches the film thickness that is a natural number multiple, but also a case where the film thickness is substantially equal. means. Specifically, the description of a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first well layer 104a means a film thickness that has an error of 5% or less from the film thickness that is a natural number multiple. The same applies to the description of a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first barrier layer 104b.
  • the crystal growth conditions for forming such a superlattice layer 200 will be described.
  • the crystal growth conditions excluding the two conditions of the film thickness and the supply amount of the conductivity type impurities are the same as the crystal of the first well layer 104a of the active layer 104 Match the growth conditions.
  • the In composition ratio of the second well layer 200a and the In composition ratio of the first well layer 104a can be exactly matched.
  • the relationship between the thickness of the second well layer 200a and the thickness of the first well layer 104a can be adjusted accurately.
  • the crystal growth conditions at the time of forming the second barrier layer 200b are the same as those of the active layer 104.
  • the crystal growth conditions of the one barrier layer 104b are matched. Thereby, the relationship between the film thickness of the second barrier layer 200b and the film thickness of the first barrier layer 104b can be accurately adjusted. Further, when the In composition ratio of the second well layer 200a is made equal to the In composition ratio of the first well layer 104a, the supply amount of the In raw material may be matched.
  • each layer of the superlattice layer 200 is doped with a conductive impurity. Thereby, it is possible to suppress an increase in operating voltage caused by inserting the superlattice layer 200 into the semiconductor light emitting element 10.
  • Each of the plurality of second well layers 200a is made of, for example, In 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of 7.5 nm
  • each of the plurality of second barrier layers 200b is made of, for example, In 0 having a thickness of 14 nm. .02 Ga 0.98 N.
  • the first conductivity type impurity is doped, and the superlattice layer 200 becomes the second cladding layer 107.
  • the second conductivity type impurity is doped.
  • each layer of the superlattice layer 200 is doped with, for example, Si having a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the second well layer 200a may have an In composition ratio equal to that of the first well layer 104a and a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first well layer 104a.
  • the second barrier layer 200b may have an In composition ratio equal to that of the first barrier layer 104b and a thickness that is a natural number multiple of the thickness of the first barrier layer 104b.
  • FIG. 6 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device 10 according to the present embodiment.
  • the graph of the diffraction intensity distribution for the semiconductor light emitting device 10 according to the present embodiment shown in FIG. A peak corresponding to is detected. Specifically, one peak corresponding to the average In composition ratio of the superlattice layer 200 and a plurality of satellite peaks corresponding to the repeating structure of the superlattice layer 200 are detected.
  • the period of the repeating structure of the superlattice layer 200 that is, as shown in FIG. 5
  • the sum B of the thickness of the second well layer 200a and the thickness of the second barrier layer 200b can be obtained.
  • the period of the repetitive structure of the superlattice layer 200 is obtained based on the difference in diffraction angle between the peak corresponding to the average In composition ratio and the plurality of satellite peaks corresponding to the repetitive structure of the superlattice layer 200. You can also.
  • each of the plurality of second well layers 200a has a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first well layer 104a
  • each of the plurality of second barrier layers 200b includes the first barrier layer 104b. It has a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness. Therefore, from the sum B of the thickness of the second well layer 200a and the thickness of the second barrier layer 200b, the thickness of the first well layer 104a of the active layer 104 and the thickness of the first barrier layer 104b You can find the sum.
  • the crystal growth conditions of each layer of the active layer 104 and the crystal growth conditions of each layer of the superlattice layer 200 can be matched exactly, based on the measurement result of the film thickness of the superlattice layer 200.
  • the film thickness of the active layer 104 can be accurately measured.
  • the film thickness of the active layer 104 can be measured.
  • the In composition ratio can be obtained.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a flow of a manufacturing method of the semiconductor light emitting device 10 according to the present embodiment.
  • each semiconductor layer is performed on the substrate 101 (S11).
  • a stacked body of semiconductor layers among the components constituting the plurality of semiconductor light emitting elements 10 is only formed on the wafer constituting the substrate 101.
  • the laminated structure formed in step S11 is evaluated by the X-ray diffraction method (S12).
  • the average In composition ratio and the film thickness of the active layer 104 are measured using the X-ray diffraction method, and the measurement results are evaluated.
  • the predetermined standard may be appropriately set according to the quality required for the semiconductor light emitting element 10. For example, the predetermined standard is that an error with respect to a target In composition ratio and film thickness is less than 10%.
  • the process proceeds to the wafer process (S15).
  • the wafer process a laminated structure composed of semiconductor layers and electrodes as shown in FIG. 4 is formed.
  • the crystal growth conditions need to be corrected based on the result of evaluation using the X-ray diffraction method (correction is necessary in S12).
  • the crystal growth conditions are changed (S13), and the changed crystal growth conditions are reflected in the next crystal growth (S11).
  • the crystal growth condition is corrected when at least one of the average In composition ratio and the film thickness does not satisfy a predetermined standard (NG in S12). Further, even when both the average In composition ratio and the film thickness satisfy predetermined standards (OK in S12), the crystal growth conditions may be corrected so as to be closer to the target value.
  • the average In composition ratio and the film thickness of the active layer 104 can be easily measured by the X-ray diffraction method. For this reason, if it is found that at least one of the In composition ratio and the film thickness is out of specification based on the measurement result, the semiconductor light emitting device out of specification can be obtained by stopping the manufacturing process of the semiconductor light emitting device. It is possible to avoid being manufactured continuously. Thereby, it is possible to reduce a loss caused by manufacturing a non-standard semiconductor light emitting device.
  • the film thickness of the active layer 104 can be evaluated immediately after the crystal growth, the average In composition ratio and the film thickness of the active layer 104 are fed back by feeding back the evaluation results in the crystal growth of the semiconductor light emitting device 10 to be manufactured next. It can be closer to the target value.
  • the semiconductor light emitting device 10 it is not necessary to separately perform a confirmation film formation for examining the film thickness of the active layer 104, so that the manufacturing man-hours and costs can be reduced.
  • FIG. 8 is a table showing the configuration of the superlattice layer in each example of the semiconductor light emitting device according to this embodiment.
  • FIG. 9 is a table showing the average In composition ratio and the film thickness period of the superlattice layer in each example of the semiconductor light emitting device 10 according to the present embodiment.
  • the well layer and the barrier layer shown in FIG. 8 indicate the second well layer and the second barrier layer of the superlattice layer, respectively.
  • the average In composition ratio Rave includes the In composition ratio Rw of the second well layer, the In composition ratio Rb of the second barrier layer, the film thickness Tw of the second well layer, and the film of the second barrier layer.
  • the thickness Tb it can be calculated by the following formula.
  • the film thickness cycle shown in FIG. 9 is the sum of the film thickness of the second well layer and the film thickness of the second barrier layer.
  • the acceptable standard shown in FIG. 9 means a range in which an error from a central value that is a target value of an average In composition ratio and a film thickness cycle is 10% or less.
  • FIG. 9 shows the maximum value and the minimum value of the acceptable standard range.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer 201 according to this example.
  • the superlattice layer 201 is disposed between the substrate 101 and the first cladding layer 102 as in the semiconductor light emitting device 10 shown in FIG.
  • the number of repetition periods of the second well layer 200a and the second barrier layer 200b is 2 (that is, the number of layers of the second well layer 200a is 2).
  • each of the two second well layers 200a is made of In 0.07 Ga 0.93 N having a thickness of 7.5 nm, and includes three second barrier layers.
  • Each of 200b is made of In 0.02 Ga 0.98 N having a film thickness of 14 nm.
  • Each of these layers is doped with Si having a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • Each of these layers is crystal-grown at the same growth rate as each layer of the active layer 104.
  • the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to the present embodiment including such a superlattice layer 201 is a diffraction intensity distribution as shown in FIG.
  • the same average In composition ratio as that of the active layer 104 can be measured by the superlattice layer 201 of this embodiment.
  • the superlattice layer 201 having the superlattice structure of InGaN / InGaN does not emit light due to carrier recombination.
  • the superlattice layer 201 is doped with Si, an increase in the operating voltage of the semiconductor light emitting element is suppressed.
  • the number of second well layers is two. For this reason, the number of layers constituting the superlattice layer 201 can be minimized. Therefore, the configuration of the semiconductor light emitting element can be simplified, and the influence of the superlattice layer 201 on the characteristics of the semiconductor light emitting element can be minimized.
  • the thickness of the second well layer 200a is equal to the thickness of the first well layer 104a
  • the thickness of the second barrier layer 200b is equal to the thickness of the first barrier layer 104b.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer 202 according to this example.
  • the number of repetition periods of the second well layer 200a and the second barrier layer 200b is 3 (that is, the number of the second well layers 200a). 3) is different from the semiconductor light emitting device according to Example 1 in that it is the same in other points.
  • FIG. 12 is a graph showing the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to this example.
  • the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 1 is also indicated by a broken line.
  • the total thickness of the second well layer 200a is 1.5 times as the number of repetition periods of the superlattice layer 202 is increased from that in Example 1. From this, as shown in FIG. 12, the diffraction intensity at the satellite peak is 1.5 times that of Example 1, and the satellite peak is detected more clearly. Other effects are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer 203 according to this example.
  • the superlattice layer 203 includes a second well layer 200a and a second barrier layer 203b.
  • the semiconductor light emitting device according to this example is different from Example 1 in that the In composition ratio of the second barrier layer 203 b is zero, that is, the second barrier layer 203 b is made of GaN. This is different from the semiconductor light emitting device according to the above, and is identical in other points.
  • FIG. 14 is a graph showing the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to this example.
  • the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 1 is also indicated by a broken line.
  • the peak corresponding to the average In composition ratio and the satellite peak corresponding to the repetitive structure of the superlattice layer 203 are detected.
  • the average In composition ratio between the second well layer 200a and the second barrier layer 203b in the superlattice layer 203 can be known from the peak corresponding to the average In composition ratio.
  • the second barrier layer 203b is changed from In 0.02 Ga 0.98 N in Example 1 to GaN, the average In composition ratio decreases from 0.037 in Example 1 to 0.024. To do.
  • the In composition ratio and the film thickness of the second well layer 200a in the superlattice layer 203 are the same as those of the active layer 104, and the second barrier layer 203b is GaN (that is, the In composition ratio is zero).
  • the In composition ratio of the second well layer 200a of the superlattice layer 203 is derived from the average In composition ratio of the second well layer 200a and the second barrier layer 203b in the superlattice layer 203, which can be derived from the evaluation using the X-ray diffraction method. be able to.
  • the second well layer 200a of the superlattice layer 203 has the same In composition ratio as the first well layer 104a of the active layer 104, the In composition ratio of the first well layer 104a in the active layer 104 can also be obtained. it can. Other effects are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer 204 according to this example.
  • the superlattice layer 204 includes a second well layer 204a and a second barrier layer 204b.
  • the film thicknesses of the second well layer 204a and the second barrier layer 204b are the film thicknesses of the first well layer 104a and the first barrier layer 104b, respectively. Is different from the semiconductor light emitting device according to Example 1 in that it is twice as much as the above.
  • FIG. 16 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to this example.
  • the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 1 is also indicated by a broken line.
  • the total film thickness of the second well layer 204a is doubled by doubling the thickness of the second well layer 204a in the superlattice layer 204, so that the diffraction intensity peak is doubled.
  • the satellite peak is detected more clearly than in the first embodiment.
  • the film thickness period of the second well layer 204a and the second barrier layer 204b of the superlattice layer 204 is twice that of the first embodiment, the average In composition ratio peak and the satellite peak, and the adjacent satellite peak The difference in diffraction angle is smaller than that in the first embodiment. From the difference in diffraction angles, the film thickness period between the second well layer 204a and the second barrier layer 204b can be obtained. Therefore, the film thickness cycle between the first well layer 104a and the first barrier layer 104b of the active layer 104 can be measured as 1/2 the film thickness cycle of the superlattice layer 204. Other effects are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer 205 according to this example.
  • the superlattice layer 205 includes a second well layer 205a and a second barrier layer 205b.
  • the In composition ratio of the second barrier layer 205b is zero, and the film thicknesses of the second well layer 205a and the second barrier layer 205b are respectively
  • the semiconductor light emitting device according to the first embodiment is different from the semiconductor light emitting device according to the first embodiment in that the film thickness is twice the thickness of the first well layer 104a and the first barrier layer 104b and the repetition period number of the superlattice layer 204 is 3. , Otherwise match.
  • FIG. 18 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to this example.
  • the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device according to Example 1 is also indicated by a broken line.
  • the average In composition ratio peak between the second well layer 205a and the second barrier layer 205b of the superlattice layer 205 has the same diffraction angle as in Example 3 in which the second barrier layer 205b is made of GaN. appear.
  • the In composition ratio between the second well layer 205a and the second barrier layer 205b is the same as that in the third embodiment, and the film thickness of the second well layer 205a and the second barrier layer 205b is twice that in the third embodiment.
  • the film thickness ratio between the second well layer 205a and the second barrier layer 205b is the same as that of the third embodiment.
  • Example 1 and Example 2 the average In composition ratio is 0.037, but the average In composition ratio in Example 5 is 0.024, and the average In composition ratio peak is higher than that in Examples 1 and 2. Also approaches the peak corresponding to the GaN substrate.
  • the film thickness of each layer in the superlattice layer 205 is double the film thickness of each layer in the first embodiment.
  • the number of repetition periods is increased from 2 to 3 to 1.5 times. Yes.
  • the peak intensity of the average In composition ratio is 3 in Example 1. Double. As a result, the satellite peak by the X-ray diffraction method is detected more clearly than in Example 1.
  • the thicknesses of the second well layer and the second barrier layer are the same as those of Example 4.
  • the difference in diffraction angle between the average In composition ratio peak and the satellite peak and the difference in diffraction angle between adjacent satellite peaks are the same as those in Example 4, respectively. It becomes smaller than Example 3.
  • the film thickness period of the second well layer and the second barrier layer is doubled compared to Example 1 and Example 2, the diffraction angle between the average In composition ratio peak and the satellite peak is The difference and the difference in diffraction angle between adjacent satellite peaks is small. From the difference between these diffraction angles, the film thickness period between the second well layer 205a and the second barrier layer 205b can be obtained as in the fourth embodiment. Therefore, the film thickness cycle of the first well layer 104a and the first barrier layer 104b of the active layer 104 can be measured as 1/2 the film thickness cycle of the superlattice layer 205. Other effects are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light emitting device 16 according to this example.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the superlattice layer 206 according to this example.
  • the semiconductor light emitting device 16 according to this example is different from the semiconductor light emitting device according to Example 1 in the arrangement of the superlattice layer 206 and the configuration of the superlattice layer 206, and is identical in other points.
  • the superlattice layer 206 is disposed above the second cladding layer 107. More specifically, the superlattice layer 206 is disposed between the second cladding layer 107 and the contact layer 108.
  • the superlattice layer 206 includes a second well layer 206a and a second barrier layer 206b.
  • the repetition period of the superlattice layer 206 is 2.
  • the configuration of each layer of the superlattice layer 206 is the same as that of the superlattice layer 201 according to the first embodiment except that the impurity is Mg.
  • FIG. 21 is a graph showing a diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device 16 according to this example.
  • the arrangement of the superlattice layer 206 is different from that in the first embodiment. It is equivalent to the In composition ratio and film thickness of each layer. For this reason, as shown in FIG. 21, the diffraction intensity distribution is substantially the same as the diffraction intensity distribution of the first embodiment. Thereby, similarly to Example 1, the average In composition ratio and the film thickness of the active layer 104 can be measured.
  • the superlattice layer 206 having an InGaN / InGaN superlattice structure does not emit light due to carrier recombination.
  • the superlattice layer 206 is doped with Mg, an increase in the operating voltage of the semiconductor light emitting element 16 is suppressed.
  • the second well layer and the second barrier layer have the same In composition ratio as the first well layer and the first barrier layer, respectively, but the second well layer and the second barrier layer are The In composition ratio may not be equal to that of the first well layer and the first barrier layer, respectively.
  • each second well layer has a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first well layer, but each second well layer has a natural film thickness of the first well layer. It is not necessary to have several times the film thickness.
  • the film thickness of each second well layer may be a natural number times the film thickness of the first well layer. That is, the thickness of each second well layer may be 1 time, 1/2 time, 1/3 time, 1/4 time, or the like of the first well layer.
  • each second barrier layer has a film thickness that is a natural number multiple of the film thickness of the first barrier layer, but each second barrier layer has a film thickness that is the natural thickness of the first barrier layer. It is not necessary to have several times the film thickness.
  • the film thickness of each second barrier layer may be a natural number one times the film thickness of the first well layer. That is, the thickness of each second barrier layer may be 1 time, 1/2 time, 1/3 time, 1/4 time, or the like of the first well layer.
  • the semiconductor light emitting device has a single quantum well structure including a first cladding layer, a first barrier layer disposed above the first cladding layer, and a first well layer containing In and GaN.
  • the lattice layer may have a structure in which a plurality of second well layers containing GaN and a plurality of second barrier layers containing GaN and having different In composition ratios from the second well layers are alternately stacked. .
  • the period of the repetitive structure of the superlattice layer can be measured from a graph showing the diffraction intensity distribution obtained when the X-ray diffraction method is applied to the semiconductor light emitting device. If the relationship between the period of the repetitive structure of the superlattice layer and the film thickness of the active layer is known, the film thickness of the active layer can be accurately measured.
  • the semiconductor light emitting element is a semiconductor laser element.
  • the semiconductor light emitting element is not limited to the semiconductor laser element.
  • the semiconductor light emitting device may be a super luminescent diode.
  • the semiconductor light emitting device of the present disclosure can be applied to a projector or the like as a high output light source, for example.
  • Second electrode 112 First electrode 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206 Superlattice layer 200a, 204a, 205a, 206a Second well layer 200b, 203b, 204b, 205b 206b Second barrier layer

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Abstract

半導体発光素子（１０）は、第１クラッド層（１０２）と、第１クラッド層（１０２）の上方に配置され、第１障壁層（１０４ｂ）と、Ｉｎ及びＧａＮを含む第１井戸層（１０４ａ）とを有する単一量子井戸構造の活性層（１０４）と、活性層（１０４）の上方に配置された第２クラッド層（１０７）と、第１クラッド層（１０２）の下方、及び、第２クラッド層（１０７）の上方の少なくとも一方に配置された超格子層（２００）とを備え、超格子層（２００）は、ＧａＮを含む複数の第２井戸層（２００ａ）と、ＧａＮを含み、第２井戸層（２００ａ）とはＩｎ組成比が異なる複数の第２障壁層（２００ｂ）とが交互に積層された構造を有する。

Description

半導体発光素子
　本開示は、半導体発光素子に関する。
　従来、半導体レーザ素子などの半導体発光素子がプロジェクタ用の光源として用いられている。プロジェクタ用の高出力かつ高効率なレーザ光源として、特許文献１に開示されたような単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　ｗｅｌｌ）構造の活性層を備える半導体レーザ素子が知られている。特許文献１に記載された発明においては、単一量子井戸構造の活性層を備えることにより、半導体レーザ素子への注入電流を有効利用しようとしている。
特開平１１－３４０５８０号公報
　半導体レーザ素子においては、半導体層成膜後の出来栄えを評価する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示された半導体レーザ素子においては、単一量子井戸構造の活性層の膜厚を、半導体レーザ素子の電気特性及び光学特性を損なうことなく簡易に評価することができない。
　そこで、本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、単一量子井戸構造の活性層を備える半導体発光素子であって、活性層の膜厚をＸ線回折法によって測定できる半導体発光素子を提供する。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体発光素子の一態様は、第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上方に配置され、第１障壁層と、Ｉｎ及びＧａＮを含む第１井戸層とを有する単一量子井戸構造の活性層と、前記活性層の上方に配置された第２クラッド層と、前記第１クラッド層の下方、及び、前記第２クラッド層の上方の少なくとも一方に配置された超格子層とを備え、前記超格子層は、ＧａＮを含む複数の第２井戸層と、ＧａＮを含み、前記第２井戸層とはＩｎ組成比が異なる複数の第２障壁層とが交互に積層された構造を有する。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様は、第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上方に配置された単一量子井戸構造の活性層と、前記活性層の上方に配置された第２導電型の第２クラッド層と、前記第１クラッド層の下方、及び、前記第２クラッド層の上方の少なくとも一方に配置された超格子層とを備え、前記活性層は、Ｉｎを含む単一の第１井戸層と、第１障壁層とを含み、前記超格子層は、複数の第２井戸層と複数の第２障壁層とを含み、前記複数の第２井戸層の各々と前記複数の第２障壁層の各々とが交互に配置され、前記複数の第２井戸層の各々は、前記第１井戸層とＩｎ組成比が等しく、かつ、前記第１井戸層の膜厚の自然数倍の膜厚を有し、前記複数の第２障壁層の各々は、ＧａＮからなり、前記第１障壁層の膜厚の自然数倍、又は、自然数分の１倍の膜厚を有する。
　本開示によれば、単一量子井戸構造の活性層を備える半導体発光素子であって、活性層の膜厚をＸ線回折法によって測定できる半導体発光素子を提供できる。
図１は、比較例に係る半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図２は、比較例に係る活性層の構成を示す模式的な断面図である。 図３は、比較例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。 図４は、実施の形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図５は、実施の形態に係る超格子層の構成を示す模式的な断面図である。 図６は、実施の形態に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。 図７は、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の流れを示すフローチャートである。 図８は、実施の形態に係る半導体発光素子の各実施例における超格子層の構成を示す表である。 図９は、実施の形態に係る半導体発光素子の各実施例における超格子層の平均Ｉｎ組成比及び膜厚周期を示す表である。 図１０は、実施例１に係る超格子層の構成を示す模式的な断面図である。 図１１は、実施例２に係る超格子層の構成を示す模式的な断面図である。 図１２は、実施例２に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。 図１３は、実施例３に係る超格子層の構成を示す模式的な断面図である。 図１４は、実施例３に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。 図１５は、実施例４に係る超格子層の構成を示す模式的な断面図である。 図１６は、実施例４に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。 図１７は、実施例５に係る超格子層の構成を示す模式的な断面図である。 図１８は、実施例５に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。 図１９は、実施例６に係る半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図２０は、実施例６に係る超格子層の構成を示す模式的な断面図である。 図２１は、実施例６に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。
　（本開示の基礎となった知見）
　本開示の実施の形態に先立ち、本開示の基礎となった知見について説明する。
　まず、特許文献１に開示された半導体発光素子と同様の単一量子井戸構造の活性層を備える比較例に係る半導体発光素子について図１を用いて説明する。図１は、比較例に係る半導体発光素子１０１０の構成を示す模式的な断面図である。
　図１に示されるように、比較例に係る半導体発光素子１０１０は、基板１０１と、第１クラッド層１０２と、第１光ガイド層１０３と、活性層１０４と、第２光ガイド層１０５と、オーバーフロー抑制層１０６と、第２クラッド層１０７と、コンタクト層１０８と、絶縁層１０９と、第２電極１１０と、パッド電極１１１と、第１電極１１２とを有する。
　活性層１０４は、単一量子井戸構造を有する。活性層１０４の構成について、図２を用いて説明する。図２は、比較例に係る活性層１０４の構成を示す模式的な断面図である。図２に示されるように、活性層１０４は、一つの第１井戸層１０４ａと、第１井戸層１０４ａを、図２の上方及び下方から挟む二層の第１障壁層１０４ｂとを有する。
　ここで、このような構成を有する比較例の半導体発光素子１０１０の層構造にＸ線回折法を適用した結果について図３を用いて説明する。図３は、比較例に係る半導体発光素子１０１０にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。図３においては、回折角（ω／２θ）に対するＸ線の回折強度分布が示されている。
　図３に示されるように、ＧａＮからなる基板１０１及びＳｉドープＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０２に対応するピークが検出される。また、ＭｇドープＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層及びＭｇドープＧａＮ層の繰り返し構造を有する第２クラッド層１０７のサテライトピークも検出される。しかしながら、活性層１０４は、図２に示されるように単一量子井戸構造を有し、多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　ｗｅｌｌ）構造のように繰り返し構造を有さないため、活性層１０４に対応するサテライトピークが検出されない。なお、活性層１０４が、多重量子井戸構造を有する場合には、図３に示す「ＭＱＷ活性層のサテライトピーク発生領域」に複数のサテライトピークが検出される。これらのサテライトピークが検出される回折角の差などに基づいて多重量子井戸構造の活性層の膜厚を計測できる。
　以上のように、比較例に係る半導体発光素子では、Ｘ線回折法によって、単一量子井戸構造の活性層１０４に対応するサテライトピークが検出されないため、活性層１０４の膜厚を計測することができない。このため、半導体層成膜後の半導体発光素子の活性層膜厚を簡易に計測できない。
　そこで、本開示は、単一量子井戸構造の活性層を備える半導体発光素子であって、活性層の膜厚をＸ線回折法によって計測できる半導体発光素子を提供する。
　本開示に係る半導体発光素子の一態様は、第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上方に配置された単一量子井戸構造の活性層と、前記活性層の上方に配置された第２導電型の第２クラッド層と、前記第１クラッド層の下方、及び、前記第２クラッド層の上方の少なくとも一方に配置された超格子層とを備え、前記活性層は、Ｉｎを含む単一の第１井戸層と、第１障壁層とを含み、前記超格子層は、複数の第２井戸層と複数の第２障壁層とを含み、前記複数の第２井戸層の各々と前記複数の第２障壁層の各々とが交互に配置され、前記複数の第２井戸層の各々は、前記第１井戸層とＩｎ組成比が等しく、かつ、前記第１井戸層の膜厚の自然数倍の膜厚を有し、前記複数の第２障壁層の各々は、前記第１障壁層とＩｎ組成比が等しく、かつ、前記第１障壁層の膜厚の自然数倍の膜厚を有する。
　このように、半導体発光素子が繰り返し構造を有する超格子層を備えるため、Ｘ線回折法において、超格子層の繰り返し構造に対応する複数のサテライトピークを検出できる。これらのサテライトピークに基づいて、繰り返し構造の周期を検出できる。ここで、超格子層の第２井戸層及び第２障壁層は、それぞれ活性層の第１井戸層及び第１障壁層と、Ｉｎ組成比が等しいことから、それらの膜厚の関係に基づいて、活性層の膜厚を算出できる。このように、本開示の半導体発光素子によれば、半導体層の成膜後に、半導体発光素子の電気特性及び光学特性を損なうことなく簡易に活性層の膜厚を計測できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様は、第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上方に配置された単一量子井戸構造の活性層と、前記活性層の上方に配置された第２導電型の第２クラッド層と、前記第１クラッド層の下方、又は、前記第２クラッド層の上方に配置された超格子層とを備え、前記活性層は、Ｉｎを含む単一の第１井戸層と、第１障壁層とを含み、前記超格子層は、複数の第２井戸層と複数の第２障壁層とを含み、前記複数の第２井戸層の各々と前記複数の第２障壁層の各々とが交互に配置され、前記複数の第２井戸層の各々は、前記第１井戸層とＩｎ組成比が等しく、かつ、前記第１井戸層の膜厚の自然数倍の膜厚を有し、前記複数の第２障壁層の各々は、ＧａＮからなり、前記第１障壁層の膜厚の自然数倍の膜厚を有する。
　このように、第２障壁層がＧａＮからなり、必ずしも第１障壁層とＩｎ組成比が等しくならない。しかしながら、第２井戸層が第１井戸層とＩｎ組成比が等しいことから、このような構成の半導体発光素子においても、超格子層の繰り返し構造に対応する複数のサテライトピークを得られる。したがって、本態様においても、上記態様と同様に、これらのサテライトピークに基づいて、繰り返し構造の周期を検出できる。したがって、上記態様と同様に活性層の膜厚を算出できる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、複数の第２井戸層の層数は、２又は３であってもよい。
　これにより、超格子層を構成する層数を最小限に抑えることができる。したがって、半導体発光素子の構成を簡素化でき、かつ、超格子層が半導体発光素子の特性に与える影響を最小限に抑えることができる。
　また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記複数の第２井戸層の各々の膜厚は、前記第１井戸層の膜厚の１倍又は２倍であり、前記複数の第２障壁層の各々の膜厚は、前記第１障壁層の膜厚の１倍又は２倍であってもよい。
　これにより、超格子層の膜厚が大きくなることを抑制できる。したがって、超格子層の厚さを抑制できるため、超格子層が半導体発光素子の特性に与える影響を抑制できる。
　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。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　（実施の形態）
　［１．構成］
　実施の形態に係る半導体発光素子について説明する。まず、本実施の形態に係る半導体発光素子の構成について図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る半導体発光素子１０の構成を示す模式的な断面図である。
　本実施の形態に係る半導体発光素子１０は、例えば、レーザ光を出射する半導体レーザ素子である。半導体発光素子１０は、図示しない共振器端面を有してもよい。なお、図４においては、半導体発光素子１０の共振方向に垂直な断面が示されている。
　図４に示されるように、半導体発光素子１０は、比較例に係る半導体発光素子１０１０と同様に、基板１０１と、第１クラッド層１０２と、第１光ガイド層１０３と、活性層１０４と、第２光ガイド層１０５と、オーバーフロー抑制層１０６と、第２クラッド層１０７と、コンタクト層１０８と、絶縁層１０９と、第２電極１１０と、パッド電極１１１と、第１電極１１２とを有する。本実施の形態に係る半導体発光素子１０は、さらに、超格子層２００を備える。
　基板１０１は、半導体発光素子１０の基材である。本実施の形態では、基板１０１は、ｎ型ＧａＮ基板である。
　第１クラッド層１０２は、基板１０１の上方に配置された第１導電型のクラッド層であり、本実施の形態では、厚さ３μｍのｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるクラッド層である。第１クラッド層１０２には、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。なお、第１クラッド層１０２の構成はこれに限定されない。第１クラッド層１０２は、第１導電型のクラッド層として機能すればよい。
　第１光ガイド層１０３は、第１クラッド層１０２の上方に配置されたガイド層である。本実施の形態では、第１光ガイド層１０３は、厚さ２２０ｎｍのｎ型ＧａＮ、及び、厚さ４０ｎｍのアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる積層膜である。第１光ガイド層１０３のｎ型ＧａＮには、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。なお、第１光ガイド層１０３の構成はこれに限定されない。例えば、第１光ガイド層１０３は、単層構造であってもよい。また、半導体発光素子１０は、第１光ガイド層１０３を備えなくてもよい。
　活性層１０４は、第１クラッド層１０２の上方に配置された発光層である。本実施の形態では、活性層１０４は、第１光ガイド層１０３上に配置される。活性層１０４は、図２に示される比較例に係る活性層１０４と同様に単一量子井戸構造を有する。図２に示されるように、活性層１０４は、Ｉｎを含む単一の第１井戸層１０４ａと、第１井戸層１０４ａを、図２の上方及び下方から挟む二層の第１障壁層１０４ｂとを含む。
　第１井戸層１０４ａは、活性層１０４の単一量子井戸構造を形成する井戸層である。本実施の形態では、第１井戸層１０４ａは、膜厚７．５ｎｍのアンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる。なお、第１井戸層１０４ａの膜厚及び組成はこれに限定されない。例えば、第１井戸層１０４ａの膜厚は、７．５ｎｍより厚くてもよいし、第１井戸層１０４ａの組成は、ＩｎｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）であってもよい。
　第１障壁層１０４ｂは、活性層１０４の単一量子井戸構造を形成する障壁層である。本実施の形態では、第１障壁層１０４ｂは、膜厚１４ｎｍのアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる。なお、第１障壁層１０４ｂの膜厚及び組成はこれに限定されない。例えば、第１障壁層１０４ｂの膜厚は、１４ｎｍより厚くてもよいし、第１障壁層１０４ｂの組成は、ＩｎｘＧａ１－ｘＮ（０≦ｘ＜１）であってもよい。
　第２光ガイド層１０５は、活性層１０４の上方に配置されたガイド層である。本実施の形態では、第２光ガイド層１０５は、厚さ１１０ｎｍのアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる。なお、第２光ガイド層１０５の構成はこれに限定されない。例えば、第２光ガイド層１０５は、多層構造であってもよい。また、半導体発光素子１０は、第２光ガイド層１０５を備えなくてもよい。
　オーバーフロー抑制層１０６は、活性層１０４から第２クラッド層１０７へのキャリアの漏れを抑制する層である。本実施の形態では、オーバーフロー抑制層１０６は、電子の漏れを抑制する層であり、膜厚５ｎｍのｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる。オーバーフロー抑制層１０６には、濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされている。なお、オーバーフロー抑制層１０６の構成はこれに限定されず、活性層１０４から第２クラッド層１０７へのキャリアの漏れを抑制する機能を実現できる構成であればよい。
　第２クラッド層１０７は、活性層１０４の上方に配置された第１導電型と異なる第２導電型のクラッド層であり、本実施の形態では、厚さ２ｎｍのｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎと、厚さ２ｎｍのｐ型ＧａＮとを、１６５層ずつ積層した超格子クラッド層である。第２クラッド層１０７の各層には、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされている。なお、第２クラッド層１０７の構成はこれに限定されない。第２クラッド層１０７は、第２導電型のクラッド層として機能すればよい。
　本実施の形態では、第２クラッド層１０７には、リッジ部が形成されている。これにより、半導体発光素子１０に流れる電流を狭窄し、かつ、導波路を形成する。
　コンタクト層１０８は、第２クラッド層１０７の上方に配置された、第２導電型の層である。本実施の形態では、コンタクト層１０８は、膜厚６０ｎｍのｐ型ＧａＮからなる。コンタクト層１０８のクラッド層寄りの膜厚５０ｎｍの領域には、濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされており、第２電極１１０寄りの膜厚１０ｎｍの領域には、濃度２×１０２０ｃｍ－３のＭｇがドープされている。コンタクト層１０８の構成はこれに限定されない。コンタクト層１０８は、第２電極１１０とオーミック接触する層であればよい。本実施の形態では、コンタクト層１０８は、第２クラッド層１０７のリッジ部に配置される。
　絶縁層１０９は、第２クラッド層１０７の上方に配置された、絶縁材料からなる層である。本実施の形態では、絶縁層１０９は、第２クラッド層１０７の上面のうちリッジ部上面以外の領域に配置される。絶縁層１０９は、膜厚３００ｎｍのＳｉＯ２からなる。絶縁層１０９の構成は、これに限定されない。絶縁層１０９の膜厚は適宜設定されればよい。また、絶縁層１０９はＳｉＯ２以外の絶縁材料からなってもよい。
　第２電極１１０は、コンタクト層１０８の上方に配置される導電材料からなる層である。第２電極１１０は、コンタクト層１０８と接触する。本実施の形態では、第２電極１１０は、コンタクト層１０８側から順に膜厚４０ｎｍのＰｄ及び膜厚３５ｎｍのＰｔが積層された積層膜である。第２電極１１０の各金属膜の膜厚及び膜構成はこれに限定されない。第２電極１１０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ってもよい。また、第２電極１１０は、絶縁層１０９上にも形成されてもよい。
　パッド電極１１１は、第２電極１１０の上方に配置されたパッド状の電極である。本実施の形態では、パッド電極１１１は、Ａｕからなり、第２電極１１０及び絶縁層１０９の上方に配置される。パッド電極１１１の構成はこれに限定されない。パッド電極１１１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ってもよい。パッド電極１１１の膜厚は特に限定されない。パッド電極１１１の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上であってもよい。
　第１電極１１２は、基板１０１の下方に配置される電極である。本実施の形態では、第１電極１１２は、基板１０１側から順にＴｉ、Ｐｔ及びＡｕが積層された積層膜である。第１電極１１２の構成はこれに限定されない。第１電極１１２は、例えば、Ｔｉ及びＡｕなどの積層膜であってもよい。第１電極１１２の膜厚は特に限定されない。第１電極１１２は、例えば、膜厚５ｎｍのＴｉ、膜厚１０ｎｍのＰｔ及び膜厚１０００ｎｍのＡｕが積層された積層膜であってもよい。
　超格子層２００は、第１クラッド層１０２の下方、及び、第２クラッド層１０７の上方の少なくとも一方に配置された超格子構造を有する層である。なお、図４には、超格子層２００が第１クラッド層１０２の下方に配置される例が示されている。超格子層２００の詳細構成について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る超格子層２００の構成を示す模式的な断面図である。図５に示されるように、超格子層２００は、複数の第２井戸層２００ａと複数の第２障壁層２００ｂとを含み、複数の第２井戸層２００ａの各々と複数の第２障壁層２００ｂの各々とが交互に配置される。複数の第２井戸層２００ａの各々は、活性層１０４の第１井戸層１０４ａとＩｎ組成比が等しく、かつ、第１井戸層１０４ａの膜厚の自然数倍の膜厚を有する。複数の第２障壁層２００ｂの各々は、活性層１０４の第１障壁層１０４ｂとＩｎ組成比が等しく、かつ、第１障壁層１０４ｂの膜厚の自然数倍の膜厚を有する。
　なお、ここで、Ｉｎ組成比が等しいとの記載は、二つの層のＩｎ組成比が完全に一致する場合だけでなく、実質的に等しい場合をも意味する。具体的には、Ｉｎ組成比が等しいとの記載は、例えば、二つの層のＩｎ組成比の誤差が５％以下である場合を意味する。
　また、第１井戸層１０４ａの膜厚の自然数倍の膜厚との記載は、膜厚が、当該自然数倍の膜厚に完全に一致する場合だけでなく、実質的に等しい場合をも意味する。具体的には、第１井戸層１０４ａの膜厚の自然数倍の膜厚との記載は、例えば、当該自然数倍の膜厚からの誤差が５％以下である膜厚を意味する。第１障壁層１０４ｂの膜厚の自然数倍の膜厚との記載についても同様である。
　このような超格子層２００を形成するための結晶成長条件に付いて説明する。例えば、第２井戸層２００ａの成膜時における結晶成長条件のうち、膜厚、及び、導電型不純物供給量の二つの条件を除く結晶成長条件を、活性層１０４の第１井戸層１０４ａの結晶成長条件と一致させる。これにより、第２井戸層２００ａのＩｎ組成比と、第１井戸層１０４ａのＩｎ組成比とを正確に一致させることができる。また、第２井戸層２００ａの膜厚と、第１井戸層１０４ａの膜厚との関係を正確に調整できる。
　また、第２障壁層２００ｂの成膜時における結晶成長条件のうち、膜厚、Ｉｎ原料の供給量、及び、導電型不純物供給量の三つの条件を除く結晶成長条件を、活性層１０４の第１障壁層１０４ｂの結晶成長条件と一致させる。これにより、第２障壁層２００ｂの膜厚と、第１障壁層１０４ｂの膜厚との関係を正確に調整できる。また、第２井戸層２００ａのＩｎ組成比を、第１井戸層１０４ａのＩｎ組成比と等しくする場合には、Ｉｎ原料の供給量を一致させてもよい。
　また、超格子層２００の各層には、導電型不純物がドープされる。これにより、半導体発光素子１０に超格子層２００を挿入することに起因する動作電圧の上昇を抑制できる。
　複数の第２井戸層２００ａの各々は、例えば、膜厚７．５ｎｍのＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなり、複数の第２障壁層２００ｂの各々は、例えば、膜厚１４ｎｍのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる。図４に示されるように、超格子層２００が、第１クラッド層１０２の下方に配置される場合には、第１導電型の不純物がドープされ、超格子層２００が、第２クラッド層１０７の上方に配置される場合には、第２導電型の不純物がドープされる。図４に示される例では、超格子層２００の各層には、例えば、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。なお、超格子層２００の各層の構成はこれに限定されない。第２井戸層２００ａは、第１井戸層１０４ａとＩｎ組成比が等しく、かつ、第１井戸層１０４ａの膜厚の自然数倍の膜厚を有していればよい。第２障壁層２００ｂは、第１障壁層１０４ｂとＩｎ組成比が等しく、かつ、第１障壁層１０４ｂの膜厚の自然数倍の膜厚を有していればよい。
　［２．膜厚測定方法］
　次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１０における活性層１０４の膜厚測定方法について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る半導体発光素子１０にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。
　図３に示される比較例の半導体発光素子１０１０に対する回折強度分布のグラフと比較すると、図６に示される本実施の形態に係る半導体発光素子１０に対する回折強度分布のグラフにおいては、超格子層２００に対応するピークが検出される。詳しくは、超格子層２００の平均Ｉｎ組成比に対応する一つのピークと、超格子層２００の繰り返し構造に対応する複数のサテライトピークとが検出される。超格子層２００の繰り返し構造に対応する複数のサテライトピークのうち、隣り合うサテライトピーク間の回折角の差Δω１に基づいて、超格子層２００の繰り返し構造の周期、つまり、図５に示される、第２井戸層２００ａの膜厚と、第２障壁層２００ｂの膜厚との和Ｂを求めることができる。また、平均Ｉｎ組成比に対応するピークと、超格子層２００の繰り返し構造に対応する複数のサテライトピークとの間の回折角の差に基づいて、超格子層２００の繰り返し構造の周期を求めることもできる。
　ここで、複数の第２井戸層２００ａの各々は、第１井戸層１０４ａの膜厚の自然数倍の膜厚を有し、複数の第２障壁層２００ｂの各々は、第１障壁層１０４ｂの膜厚の自然数倍の膜厚を有する。したがって、第２井戸層２００ａの膜厚と、第２障壁層２００ｂの膜厚との和Ｂから、活性層１０４の第１井戸層１０４ａの膜厚と、第１障壁層１０４ｂの膜厚との和を求めることができる。本実施の形態では、活性層１０４の各層の結晶成長条件と、超格子層２００の各層の結晶成長条件とを正確に一致させることができるため、超格子層２００の膜厚の計測結果に基づいて、活性層１０４の膜厚を正確に計測できる。
　以上のように、本実施の形態では、活性層１０４の膜厚を計測できる。
　また、図６に示される、ＧａＮからなる基板１０１に対応するピークと、超格子層２００の平均Ｉｎ組成比に対応するピークとの回折角の差（Δω０）から、超格子層２００の平均Ｉｎ組成比を求めることができる。
　［３．製造方法］
　次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１０の製造方法について図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る半導体発光素子１０の製造方法の流れを示すフローチャートである。
　図７に示されるように、まず、基板１０１上に、各半導体層の結晶成長を行う（Ｓ１１）。ここでは、基板１０１を構成するウェハーに、複数の半導体発光素子１０を構成する構成要素のうち半導体層の積層体を形成するだけである。
　次に、ステップＳ１１で形成した積層構造体に対してＸ線回折法により評価を行う（Ｓ１２）。ここでは、上述したように、Ｘ線回折法を用いて、活性層１０４の平均Ｉｎ組成比及び膜厚を計測し、計測結果について評価を行う。ここで、平均Ｉｎ組成比及び膜厚の少なくとも一方が所定の規格を満たさない場合（Ｓ１２でＮＧ）、半導体発光素子１０における結晶成長工程に問題があると判断して、製造を中止する（Ｓ１４）。つまり、製造工程の流れを中止する。所定の規格は、半導体発光素子１０に要求される品質に応じて適宜設定されればよい。例えば、所定の規格とは、目標とするＩｎ組成比及び膜厚に対する誤差が１０％未満であることなどである。
　一方、平均Ｉｎ組成比及び膜厚の両方が所定の規格を満たす場合（Ｓ１２でＯＫ）、ウェハープロセスに移行する（Ｓ１５）。ウェハープロセスにより、図４に示されるような半導体層及び電極からなる積層構造体を形成する。
　また、Ｘ線回折法を用いて評価した結果に基づき、結晶成長条件を補正する必要があると判断されれば（Ｓ１２で要補正）。結晶成長条件を変更し（Ｓ１３）、次の結晶成長（Ｓ１１）において変更後の結晶成長条件を反映させる。例えば、平均Ｉｎ組成比及び膜厚の少なくとも一方が所定の規格を満たさなかった場合（Ｓ１２でＮＧ）に、結晶成長条件を補正する。また、平均Ｉｎ組成比及び膜厚の両方が所定の規格を満たした場合（Ｓ１２でＯＫ）でも、より目標値に近い値となるように結晶成長条件を補正してもよい。
　ウェハープロセスの終了後、基板１０１の一次劈開を行う（Ｓ１６）。続いて、劈開面に端面コートを施す（Ｓ１７）。さらに必要に応じて追加される工程を経て半導体発光素子１０が製造される。
　以上のように、本実施の形態に係る半導体発光素子１０によれば、活性層１０４の平均Ｉｎ組成比及び膜厚をＸ線回折法により簡易に計測できる。このため、計測結果に基づいて、Ｉｎ組成比及び膜厚の少なくとも一方が規格外であることが判明した場合には、半導体発光素子の製造工程を中止することで、規格外の半導体発光素子が製造され続けることを回避できる。これにより、規格外の半導体発光素子が製造されることによる損失を削減できる。
　また、活性層１０４の膜厚を結晶成長直後に評価できるため、次に製造する半導体発光素子１０の結晶成長において、評価結果をフィードバックすることで、活性層１０４の平均Ｉｎ組成比及び膜厚をより目標値に近づけることができる。
　また、本実施の形態に係る半導体発光素子１０によれば、活性層１０４の膜厚を調べるための確認成膜を別途行う必要がないため、製造工数及びコストを削減できる。
　［４．実施例］
　次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１０の実施例について図８及び図９を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る半導体発光素子の各実施例における超格子層の構成を示す表である。図９は、本実施の形態に係る半導体発光素子１０の各実施例における超格子層の平均Ｉｎ組成比及び膜厚周期を示す表である。図８に示される井戸層及び障壁層は、それぞれ超格子層の第２井戸層及び第２障壁層を示す。
　なお、図９において、平均Ｉｎ組成比Ｒａｖｅは、第２井戸層のＩｎ組成比Ｒｗ、第２障壁層のＩｎ組成比Ｒｂ、第２井戸層の膜厚Ｔｗ、及び、第２障壁層の膜厚Ｔｂを用いて、以下の式で計算できる。
　　　Ｒａｖｅ＝（Ｒｗ×Ｔｗ＋Ｒｂ×Ｔｂ）／（Ｔｗ＋Ｔｂ）
　また、図９に示される膜厚周期は、第２井戸層の膜厚と、第２障壁層の膜厚との和である。また、図９に示される合格規格とは、平均Ｉｎ組成比及び膜厚周期の目標値である中心値との誤差が１０％以下の範囲を意味する。図９には、合格規格の範囲の最大値と最小値とが示されている。
　以下、図８及び図９に示される実施例１～６に係る半導体発光素子について説明する。
　［４－１．実施例１］
　実施例１に係る半導体発光素子について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施例に係る超格子層２０１の構成を示す模式的な断面図である。
　本実施例に係る半導体発光素子は、図４に示される半導体発光素子１０と同様に、基板１０１と第１クラッド層１０２との間に超格子層２０１が配置される。図８及び図１０に示されるように、第２井戸層２００ａと第２障壁層２００ｂとの繰り返し周期数が２（つまり、第２井戸層２００ａの層数が２）である。
　図８に示されるように、本実施例に係る２層の第２井戸層２００ａの各々は、膜厚７．５ｎｍのＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなり、３層の第２障壁層２００ｂの各々は、膜厚１４ｎｍのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる。これらの各層には、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされている。これらの各層は、活性層１０４の各層と同一の成長速度で結晶成長される。
　このような超格子層２０１を備える本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布は、上述した図６に示されるような回折強度分布となる。
　回折強度分布において、活性層１０４のみでは、サテライトピークは検出されない（図３参照）。しかしながら、活性層１０４の各層と同じ成長速度で形成され、活性層１０４の各層と同じ膜厚、及び、同じ周期を有する超格子層２０１を挿入することにより、図６に示す通り、超格子層２０１の平均Ｉｎ組成比ピークと、超格子層２０１の繰り返し構造に対応するサテライトピークとが現れる。ここで、平均Ｉｎ組成比に対応するピークとサテライトピークとの回折角の差、及び、隣り合うサテライトピークの回折角の差から超格子層２０１の第２井戸層２００ａの膜厚７．５ｎｍと第２障壁層２００ｂの膜厚１４ｎｍとの和である膜厚周期２１．５ｎｍを計測できる。
　加えて本実施例の超格子層２０１により活性層１０４と同じ平均Ｉｎ組成比を計測できる。
　なお、第１クラッド層１０２でキャリアがブロックされているため、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの超格子構造を有する超格子層２０１でキャリア再結合による発光はない。
　また、活性層１０４でキャリア再結合により発する光は第１クラッド層１０２で閉じ込められているため、超格子層２０１を備えることにより発生する光の漏れはない。
　また、超格子層２０１にはＳｉがドープされているため、半導体発光素子の動作電圧が上昇することが抑制される。
　また、本実施例では、第２井戸層の層数は、２である。このため、超格子層２０１を構成する層数を最小限に抑えることができる。したがって、半導体発光素子の構成を簡素化でき、かつ、超格子層２０１が半導体発光素子の特性に与える影響を最小限に抑えることができる。
　また、本実施例では、第２井戸層２００ａの膜厚は、第１井戸層１０４ａの膜厚と等しく第２障壁層２００ｂの膜厚は、第１障壁層１０４ｂの膜厚と等しい。これにより、超格子層２０１の膜厚が大きくなることを抑制できる。したがって、超格子層２０１の厚さを抑制できるため、超格子層が半導体発光素子の特性に与える影響を抑制できる。
　［４－２．実施例２］
　実施例２に係る半導体発光素子について図１１を用いて説明する。図１１は、本実施例に係る超格子層２０２の構成を示す模式的な断面図である。
　本実施例に係る半導体発光素子は、図８及び図１１に示されるように、第２井戸層２００ａと第２障壁層２００ｂとの繰り返し周期数が３（つまり、第２井戸層２００ａの層数が３）である点において実施例１に係る半導体発光素子と相違し、その他の点で一致する。
　このような超格子層２０２を備える本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布について図１２を用いて説明する。図１２は、本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。図１２においては、実施例１に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布についても、合わせて破線で示されている。
　本実施例では、超格子層２０２の繰り返し周期数を実施例１より増加させていることに伴い、第２井戸層２００ａの総膜厚が１．５倍になる。このことから、図１２に示すとおり、実施例１と比較してサテライトピークにおける回折強度が１．５倍となり、サテライトピークがより鮮明に検出される。その他の効果などについては、実施例１と同様である。
　［４－３．実施例３］
　実施例３に係る半導体発光素子について図１３を用いて説明する。図１３は、本実施例に係る超格子層２０３の構成を示す模式的な断面図である。図１３に示されるように、超格子層２０３は、第２井戸層２００ａと第２障壁層２０３ｂとを含む。
　本実施例に係る半導体発光素子は、図８に示されるように、第２障壁層２０３ｂのＩｎ組成比がゼロである点、つまり、第２障壁層２０３ｂがＧａＮからなる点において、実施例１に係る半導体発光素子と相違し、その他の点で一致する。
　このような超格子層２０３を備える本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布について図１４を用いて説明する。図１４は、本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。図１４においては、実施例１に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布についても、合わせて破線で示されている。
　図１４に示されるように、本実施例においても、実施例１と同様に、平均Ｉｎ組成比に対応するピークと、超格子層２０３の繰り返し構造に対応するサテライトピークとが検出される。平均Ｉｎ組成比に対応するピークにより、超格子層２０３での第２井戸層２００ａと第２障壁層２０３ｂとの平均Ｉｎ組成比を知ることができる。ここで、第２障壁層２０３ｂが実施例１のＩｎ０．０２Ｇａ０．９８ＮからＧａＮに変更されていることから、平均Ｉｎ組成比は実施例１の０．０３７から０．０２４に減少する。ここで超格子層２０３での第２井戸層２００ａのＩｎ組成比及び膜厚は活性層１０４と同一であり、第２障壁層２０３ｂがＧａＮ（つまり、Ｉｎ組成比がゼロ）であることから、Ｘ線回折法を用いた評価から導き出せる超格子層２０３での第２井戸層２００ａと第２障壁層２０３ｂとの平均Ｉｎ組成比から超格子層２０３の第２井戸層２００ａのＩｎ組成比を導き出すことができる。超格子層２０３の第２井戸層２００ａは活性層１０４の第１井戸層１０４ａと同一のＩｎ組成比にしていることから、活性層１０４での第１井戸層１０４ａのＩｎ組成比も求めることができる。その他の効果などについては、実施例１と同様である。
　［４－４．実施例４］
　実施例４に係る半導体発光素子について図１５を用いて説明する。図１５は、本実施例に係る超格子層２０４の構成を示す模式的な断面図である。図１５に示されるように、超格子層２０４は、第２井戸層２０４ａと第２障壁層２０４ｂとを含む。
　本実施例に係る半導体発光素子は、図８に示されるように、第２井戸層２０４ａ及び第２障壁層２０４ｂの膜厚が、それぞれ、第１井戸層１０４ａ及び第１障壁層１０４ｂの膜厚の２倍である点において、実施例１に係る半導体発光素子と相違し、その他の点で一致する。
　このような超格子層２０４を備える本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布について図１６を用いて説明する。図１６は、本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。図１６においては、実施例１に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布についても、合わせて破線で示されている。
　本実施例では、超格子層２０４での第２井戸層２０４ａの膜厚を２倍にすることで第２井戸層２０４ａの総膜厚が２倍になるため、回折強度のピークが２倍になり、実施例１よりもサテライトピークがより鮮明に検出される。
　また、超格子層２０４の第２井戸層２０４ａと第２障壁層２０４ｂとの膜厚周期が実施例１の２倍になるため、平均Ｉｎ組成比ピークとサテライトピーク、及び、隣り合うサテライトピークの回折角の差は実施例１に対し小さくなる。これらの回折角の差から、第２井戸層２０４ａと第２障壁層２０４ｂとの膜厚周期を求めることができる。したがって、活性層１０４の第１井戸層１０４ａと第１障壁層１０４ｂとの膜厚周期を、超格子層２０４の膜厚周期の１／２として計測することができる。その他の効果などについては、実施例１と同様である。
　［４－５．実施例５］
　実施例５に係る半導体発光素子について図１７を用いて説明する。図１７は、本実施例に係る超格子層２０５の構成を示す模式的な断面図である。図１７に示されるように、超格子層２０５は、第２井戸層２０５ａと第２障壁層２０５ｂとを含む。
　本実施例に係る半導体発光素子は、図８に示されるように、第２障壁層２０５ｂのＩｎ組成比がゼロである点、第２井戸層２０５ａ及び第２障壁層２０５ｂの膜厚が、それぞれ、第１井戸層１０４ａ及び第１障壁層１０４ｂの膜厚の２倍である点、及び、超格子層２０４の繰り返し周期数が３である点において、実施例１に係る半導体発光素子と相違し、その他の点で一致する。
　このような超格子層２０５を備える本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布について図１８を用いて説明する。図１８は、本実施例に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。図１８においては、実施例１に係る半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布についても、合わせて破線で示されている。
　図１８に示されるように、第２障壁層２０５ｂをＧａＮにしている実施例３と同じ回折角に超格子層２０５の第２井戸層２０５ａと第２障壁層２０５ｂとの平均Ｉｎ組成比ピークが現れる。この理由は第２井戸層２０５ａと第２障壁層２０５ｂとのＩｎ組成比が実施例３と同じであり、第２井戸層２０５ａ及び第２障壁層２０５ｂの膜厚が実施例３の２倍になっているものの、第２井戸層２０５ａと第２障壁層２０５ｂとの膜厚比が実施例３と同じである点にある。
　実施例１及び実施例２では平均Ｉｎ組成比が０．０３７であるが、実施例５での平均Ｉｎ組成比が０．０２４になり、平均Ｉｎ組成比ピークは実施例１及び実施例２よりもＧａＮ基板に対応するピークに近づく。
　本実施例では、超格子層２０５での各層の膜厚を実施例１の各層の膜厚の２倍にしており、加えて繰り返し周期数を２から３へと１．５倍に増加させている。このため、実施例１に対し第２井戸層２０５ａの総膜厚が２倍と１．５倍との積の３倍になることから、平均Ｉｎ組成比のピーク強度が、実施例１の３倍になる。このことにより、実施例１よりもＸ線回折法によるサテライトピークがより鮮明に検出される。
　本実施例では、実施例４と第２井戸層及び第２障壁層の膜厚が同じである。このため、平均Ｉｎ組成比ピークとサテライトピークとの回折角の差、及び、隣り合うサテライトピークの間の回折角の差は、それぞれ実施例４と同じになり、実施例１、実施例２及び実施例３よりも小さくなる。本実施例においては、実施例１及び実施例２に対し、第２井戸層と第２障壁層との膜厚周期が２倍になるため、平均Ｉｎ組成比ピークとサテライトピークとの回折角の差、及び、隣り合うサテライトピークの間の回折角の差は小さくなる。これらの回折角の差から、実施例４と同様に、第２井戸層２０５ａと第２障壁層２０５ｂとの膜厚周期を求めることができる。したがって、活性層１０４の第１井戸層１０４ａと第１障壁層１０４ｂとの膜厚周期を、超格子層２０５の膜厚周期の１／２として計測することができる。その他の効果などについては、実施例１と同様である。
　［４－６．実施例６］
　実施例６に係る半導体発光素子について図１９及び図２０を用いて説明する。図１９は、本実施例に係る半導体発光素子１６の構成を示す模式的な断面図である。図２０は、本実施例に係る超格子層２０６の構成を示す模式的な断面図である。
　本実施例に係る半導体発光素子１６は、超格子層２０６の配置、及び、超格子層２０６の構成において、実施例１に係る半導体発光素子と相違し、その他の点において一致する。
　図１９に示されるように、超格子層２０６が第２クラッド層１０７の上方に配置されている。より詳しくは、超格子層２０６は、第２クラッド層１０７とコンタクト層１０８との間に配置されている。
　図２０に示されるように、超格子層２０６は、第２井戸層２０６ａと、第２障壁層２０６ｂとを含む。超格子層２０６の繰り返し周期は、２である。超格子層２０６の各層の構成は、不純物がＭｇであること以外は、実施例１に係る超格子層２０１と同様である。
　このような超格子層２０６を備える本実施例に係る半導体発光素子１６にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布について図２１を用いて説明する。図２１は、本実施例に係る半導体発光素子１６にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフである。
　上述したように、本実施例においては、超格子層２０６の配置は、実施例１と異なるものの、超格子層２０６の各層のＩｎ組成比及び膜厚は、実施例１に係る超格子層２０１の各層のＩｎ組成比及び膜厚と同等である。このため、図２１に示されるように、回折強度分布は、実施例１の回折強度分布とほぼ同じとなる。これにより、実施例１と同様に、活性層１０４の平均Ｉｎ組成比及び膜厚を計測できる。
　本実施例では、オーバーフロー抑制層１０６及び第２クラッド層１０７でキャリアがブロックされているため、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの超格子構造を有する超格子層２０６でキャリア再結合による発光はない。
　また、活性層１０４でキャリア再結合により発する光は第２電極１１０の吸収を活用して閉じ込められているため、超格子層２０６を備えることにより発生する光の漏れはない。
　また、超格子層２０６にはＭｇがドープされているため、半導体発光素子１６の動作電圧が上昇することが抑制される。
　（変形例など）
　以上、本開示に係る半導体発光素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態においては、第２井戸層及び第２障壁層は、それぞれ、第１井戸層及び第１障壁層とＩｎ組成比が等しいが、第２井戸層及び第２障壁層は、それぞれ、第１井戸層及び第１障壁層とＩｎ組成比が等しくなくてもよい。また、上記実施の形態においては、各第２井戸層は、第１井戸層の膜厚の自然数倍の膜厚を有するが、各第２井戸層は、第１井戸層の膜厚の自然数倍の膜厚を有さなくてもよい。例えば、各第２井戸層の膜厚は、第１井戸層の膜厚の自然数分の１倍であってもよい。つまり、各第２井戸層の膜厚は、第１井戸層の膜厚の１倍、１／２倍、１／３倍又は１／４倍などであってもよい。
　また、上記実施の形態においては、各第２障壁層は、第１障壁層の膜厚の自然数倍の膜厚を有するが、各第２障壁層は、第１障壁層の膜厚の自然数倍の膜厚を有さなくてもよい。例えば、各第２障壁層の膜厚は、第１井戸層の膜厚の自然数分の１倍であってもよい。つまり、各第２障壁層の膜厚は、第１井戸層の膜厚の１倍、１／２倍、１／３倍又は１／４倍などであってもよい。
　つまり、本開示に係る半導体発光素子は、第１クラッド層と、第１クラッド層の上方に配置され、第１障壁層と、Ｉｎ及びＧａＮを含む第１井戸層とを有する単一量子井戸構造の活性層と、活性層の上方に配置された第２クラッド層と、第１クラッド層の下方、及び、第２クラッド層の上方の少なくと一方に配置された超格子層とを備え、超格子層は、ＧａＮを含む複数の第２井戸層と、ＧａＮを含み、第２井戸層とはＩｎ組成比が異なる複数の第２障壁層とが交互に積層された構造を有してもよい。
　このような構成を有する半導体発光素子においても、半導体発光素子にＸ線回折法を適用した場合に得られる回折強度分布を示すグラフから、超格子層の繰り返し構造の周期を計測することができる。また、超格子層の繰り返し構造の周期と、活性層の膜厚との関係が分かっていれば、活性層の膜厚を正確に計測できる。
　また、上記各実施の形態においては、半導体発光素子が半導体レーザ素子である例を示したが、半導体発光素子は、半導体レーザ素子に限定されない。例えば、半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。
　また、上記各実施の形態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。
　本開示の半導体発光素子は、例えば、高出力な光源としてプロジェクタなどに適用できる。
１０、１６、１０１０　半導体発光素子
１０１　基板
１０２　第１クラッド層
１０３　第１光ガイド層
１０４　活性層
１０４ａ　第１井戸層
１０４ｂ　第１障壁層
１０５　第２光ガイド層
１０６　オーバーフロー抑制層
１０７　第２クラッド層
１０８　コンタクト層
１０９　絶縁層
１１０　第２電極
１１１　パッド電極
１１２　第１電極
２００、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６　超格子層
２００ａ、２０４ａ、２０５ａ、２０６ａ　第２井戸層
２００ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂ、２０６ｂ　第２障壁層

Claims (9)

  1. 　第１クラッド層と、
    　前記第１クラッド層の上方に配置され、第１障壁層と、Ｉｎ及びＧａＮを含む第１井戸層とを有する単一量子井戸構造の活性層と、
    　前記活性層の上方に配置された第２クラッド層と、
    　前記第１クラッド層の下方、及び、前記第２クラッド層の上方の少なくとも一方に配置された超格子層とを備え、
    　前記超格子層は、ＧａＮを含む複数の第２井戸層と、ＧａＮを含み、前記第２井戸層とはＩｎ組成比が異なる複数の第２障壁層とが交互に積層された構造を有する
    　半導体発光素子。
  2. 　前記複数の第２井戸層と、前記第１井戸層とは、互いにＩｎ組成比が等しい
    　請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 　前記複数の第２井戸層の各々の膜厚は、前記第１井戸層の膜厚の自然数倍、又は、自然数分の１倍である
    　請求項１に記載の半導体発光素子。
  4. 　前記第１障壁層は、ＧａＮを含み、かつ、前記第１井戸層とＩｎ組成比が異なり、
    　前記複数の第２障壁層は、前記第１障壁層とＩｎ組成比が等しい
    　請求項１に記載の半導体発光素子。
  5. 　前記第１障壁層は、ＧａＮを含み、かつ、前記第１井戸層とＩｎ組成比が異なり、
    　前記複数の第２障壁層の各々の膜厚は、前記第１障壁層の膜厚の自然数倍、又は、自然数分の１倍である
    　請求項１に記載の半導体発光素子。
  6. 　第１導電型の第１クラッド層と、
    　前記第１クラッド層の上方に配置された単一量子井戸構造の活性層と、
    　前記活性層の上方に配置された第２導電型の第２クラッド層と、
    　前記第１クラッド層の下方、及び、前記第２クラッド層の上方の少なくとも一方に配置された超格子層とを備え、
    　前記活性層は、Ｉｎを含む単一の第１井戸層と、第１障壁層とを含み、
    　前記超格子層は、複数の第２井戸層と複数の第２障壁層とを含み、
    　前記複数の第２井戸層の各々と前記複数の第２障壁層の各々とが交互に配置され、
    　前記複数の第２井戸層の各々は、前記第１井戸層とＩｎ組成比が等しく、かつ、前記第１井戸層の膜厚の自然数倍、又は、自然数分の１倍の膜厚を有し、
    　前記複数の第２障壁層の各々は、ＧａＮからなり、前記第１障壁層の膜厚の自然数倍、又は、自然数分の１倍の膜厚を有する
    　半導体発光素子。
  7. 　前記複数の第２井戸層の層数は、２又は３である
    　請求項６に記載の半導体発光素子。
  8. 　前記複数の第２井戸層の各々の膜厚は、前記第１井戸層の膜厚の１倍又は２倍であり、
    　前記複数の第２障壁層の各々の膜厚は、前記第１障壁層の膜厚の１倍又は２倍である
    　請求項６に記載の半導体発光素子。
  9. 　前記複数の第２井戸層の各々の膜厚は、前記第１井戸層の膜厚の１倍、１／２倍、１／３倍、又は、１／４倍であり、
    　前記複数の第２障壁層の各々の膜厚は、前記第１障壁層の膜厚の１倍、１／２倍、１／３倍、又は、１／４倍である
    　請求項６に記載の半導体発光素子。
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