(57)【要約】【課題】酸化物からなる基板上に高温で窒化物系半導体層(InGaNからなる活性層)を形成でき、高品質の窒化物系半導体層を得ることができる窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】窒化物系半導体素子１０は、ウルツ鉱型構造を有する酸化物単結晶からなる基板１１と、前記基板上に形成され、亜鉛（Ｚｎ）と、ＩＩ族の元素及びＩＩＩ族の元素の少なくとも一方とを含む酸化物からなる酸化物界面層１２と、前記酸化物界面層上に形成されたInGaN半導体層１３と、を備える。酸化物界面層１２は、酸化物である基板１１と、窒化物であるInGaN半導体層１３との間に形成されている。酸化物単結晶基板１１とInGaN半導体層１３界面に熱的に安定で薄くて均一な酸化物界面層１２を形成することにより、酸化物単結晶基板１１上に高温でInGaN半導体層１３を形成することができ、高品質のInGaN半導体層が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウルツ鉱型構造を有する酸化物単結晶からなる基板と、
前記基板上に形成され、亜鉛（Ｚｎ）と、ＩＩ族の元素及びＩＩＩ族の元素の少なくとも一方とを含む酸化物からなる酸化物界面層と、
前記酸化物界面層上に形成された窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N（０＜x＜１）］からなる活性層と、
を備えたことを特徴とする窒化物系半導体素子。
【請求項２】
前記酸化物界面層と前記活性層との間に、アルミニウム、ガリウム又はインジウムの少なくとも一つを含む窒化物からなる擬似格子整合層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体素子。
【請求項３】
前記基板は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム［Zn 1-a-b-c Mg a Be b Cd c（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c＜１）］からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記酸化物界面層は、ＩＩ族の元素としてベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、カドミウム（Ｃｄ）のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項５】
前記酸化物界面層は、ＩＩＩ属の元素として、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミウム（Ｈｏ）のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項６】
前記酸化物界面層は、膜厚が１分子層（ML）以上、前記基板に対して臨界膜厚以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項７】
ウルツ鉱型構造を有する酸化物単結晶からなる基板上に、所定の窒化物、酸化物及び金属のいずれかからなる前駆体を堆積させる前駆体堆積工程と、
前記前駆体を堆積させた後、熱処理を施すことにより、前記基板上に堆積させた前記前駆体の少なくとも一部を前記基板と反応させて酸化物界面層を形成する酸化物界面層形成工程と、
前記酸化物界面層上に、窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N（０＜x＜１）］からなる活性層を形成する活性層形成工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物単結晶からなる基板上に成長させて形成される窒化物系半導体層を備えた半導体発光素子等の窒化物系半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、青色発光（発光波長４８０ｎｍ以下）の半導体発光素子としてInGaNを用いた半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、InGaNを用いた半導体発光素子でより長波長の緑色発光を得るためには、Inの組成比を大きくすることにより、活性層の禁制帯幅を狭くすることが考えられる。しかし、Inの組成比を大きくすると、相分離が生じ、均一なIn組成を有する活性層を得ることが困難となり、発光効率が低下する。また、結晶構造に起因してピエゾ電界が発生すると、発光再結合確率が低下し、さらに発光効率が低下してしまうという問題点が生じる。また、基板との格子定数が大きく異なるために貫通転位が多量に存在し、発光効率の低下や良好な信頼性が得られないという問題がある。
【０００４】
これらを抑制するために、InGaNなどの窒化物系半導体の活性層に格子整合する基板や格子定数が近いクラッド層を使うことができる。このような基板や、クラッド層の材料として酸化亜鉛（ZnO）が適している。
【０００５】
酸化亜鉛（ZnO）単結晶からなる基板上にInGaN層を直接成長する場合、ZnO単結晶基板（酸化物層）とInGaN層（窒化物層）の界面が反応して、界面の急峻性が得られず、半導体発光素子の活性層として良好な結晶が得られないという問題がある。良好な結晶性を有するInGaN層が得られない原因として、ZnO単結晶基板中にInやGaが、InGaN層中にZnがそれぞれ相互拡散して、界面の急峻性が得られないこと、ZnO単結晶基板とInGaN層の界面に反応層（Ga2ZnO4）が形成されること等が挙げられる。InGaN層を低温成長することにより、上記InやGaの拡散や反応層（Ga2ZnO4）の形成は抑制されるが、積層欠陥が形成されてしまうために、InGaN層の結晶性が悪くなる。
【０００６】
従来、ZnO単結晶基板上にInGaN層を形成する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１に開示された従来技術では、MOCVD法でZnO基板上に窒化物を堆積する前にALD（Atomic Layer Deposition）法により低温(100℃)でアモルファスAl2O3を堆積させ、その後、高温(1100℃)で熱処理をしてAl2O3を再結晶化させると同時にZnAl2O4を形成させる。つまり、ZnOとアモルファスAl2O3を反応させてアモルファスAl2O3の一部をZnAl2O4にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−０６１５２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】MRS Symp.Proc.Vol.1035 L11-23  2007 Fall Meeting Nov. 26-30
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記非特許文献１に開示された従来技術では、ALD法により低温でZnO単結晶基板上に堆積させたアモルファスAl2O3の一部遷移層のみをAl2ZnO4に結晶化しても、その上に結晶構造の異なる又はアモルファスなAl2O3が存在していると、ZnO単結晶基板の格子定数等の情報を上部の窒化物系半導体層、特にInGaN層に伝達できない。そのため、良好な結晶品質のInGaN層を形成することができず、貫通転位や、相分離が生じるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、ZnO基板上に高温で窒化物系半導体層(InGaNからなる活性層)を形成でき、高品質の窒化物系半導体層を得ることができる窒化物系半導体素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意研究を行った結果、ウルツ鉱型構造を有する酸化物単結晶からなる基板上に、酸化物（例えばアルミニウム酸化物）、窒化物、又は金属（例えばアルミニウム単層）からなる前駆体又は窒化物を堆積させた後、高温で熱処理することにより、基板と、前駆体とが反応し、界面反応層が結晶としてできることを突き止めた。この界面反応層が熱的に安定な酸化物界面層である。この酸化物界面層を形成した後に、その上に上部層（InGaNからなる活性層）を高温で成長させることができ、高品質の窒化物系半導体層が得られることを見出した。この発明は上述した知見に基づきなされたものである。
【００１１】
上記課題を解消するために、本発明の第１の態様に係る窒化物系半導体素子は、ウルツ鉱型構造を有する酸化物単結晶からなる基板と、前記基板上に形成され、亜鉛（Ｚｎ）と、ＩＩ族の元素及びＩＩＩ族の元素の少なくとも一方とを含む酸化物からなる酸化物界面層と、前記酸化物界面層上に形成された窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N（０＜x＜１）］からなる活性層と、を備えたことを特徴とする。
ここにいう「ウルツ鉱型構造を有する酸化物単結晶からなる基板」は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を代表とする酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム［Zn 1-a-b-c Mg a Be b 
Cd c（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c＜１）］単結晶基板を含む他、サファイア(α-Al2O3)基板上に酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム［Zn 1-a-b-c Mg a Be b Cd c（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c＜１）］をエピタキシャル成長させた基板や、LiGaO2 やMgAlO3等の酸化物からなる基板上に酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム［Zn 1-a-b-c Mg a Be b Cd c（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c＜１）］をエピタキシャル成長させた基板等を含む。
【００１２】
本発明の他の態様に係る窒化物系半導体素子は、前記酸化物界面層と前記活性層との間に、アルミニウム、ガリウム又はインジウムの少なくとも一つを含む窒化物からなる擬似格子整合層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様に係る窒化物系半導体素子は、前記基板は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム［Zn 1-a-b-c Mg a Be b Cd c（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c＜１）］からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の態様に係る窒化物系半導体素子は、前記酸化物界面層は、ＩＩ族の元素としてベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、カドミウム（Ｃｄ）のいずれかを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様に係る窒化物系半導体素子は、前記酸化物界面層は、ＩＩＩ属の元素として、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミウム（Ｈｏ）のいずれかを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の態様に係る窒化物系半導体素子は、前記酸化物界面層は、膜厚が１分子層（ML）以上、前記基板に対して臨界膜厚以下であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の態様に係る窒化物系半導体素子の製造方法は、ウルツ鉱型構造を有する酸化物単結晶からなる基板上に、所定の窒化物、酸化物及び金属のいずれかからなる前駆体を堆積させる前駆体堆積工程と、前記前駆体を堆積させた後、熱処理を施すことにより、前記基板上に堆積させた前記前駆体の少なくとも一部を前記基板と反応させて酸化物界面層を形成する酸化物界面層形成工程と、前記酸化物界面層上に、窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N（０＜x＜１）］からなる活性層を形成する活性層形成工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸化物からなる基板と、窒化物からなる活性層との間に熱的に安定な酸化物界面層を形成することにより、酸化物からなる基板上に高温で窒化物系半導体層を形成でき、高品質の窒化物系半導体層が得られる。
酸化物単結晶からなる基板と窒化物からなる活性層との間に核生成層が形成されないため、基板上の全ての半導体層をエピタキシャル成長できるので、上部の窒化物系半導体層中の貫通転位密度が酸化物単結晶基板中と同程度もしくはそれ以下であり、高品質な窒化物系半導体層を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る窒化物系半導体素子の概略構成を示す断面図。
【図２】第２実施形態に係る窒化物系半導体素子の概略構成を示す断面図。
【図３】第３実施形態に係る半導体レーザダイオードの概略構成を示す断面図。
【図４】第４実施形態に係る半導体レーザダイオードの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る窒化物系半導体素子１０の概略構成を示している。
この窒化物系半導体素子１０は、酸化物単結晶からなる基板１１と、前記基板上に形成され、亜鉛（Ｚｎ）と、ＩＩ族の元素及びＩＩＩ族の元素の少なくとも一方とを含む酸化物界面層１２と、酸化物界面層の上部に形成されたInGaN半導体層１３と、を備えている。
本例では、酸化物界面層１２は、酸化物単結晶からなる基板１１と、窒化物であるInGaN半導体層１３との間に形成されている。このInGaN半導体層１３は、窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N（０＜x＜１）］からなる活性層を含む窒化物系半導体層である。
【００２２】
基板１１は、ウルツ鉱型構造を有しており、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位を基板面とした基板を用いている。基板１１の面方位は、m面(1_100)、a面(11_20)、c面(0001)、r面(11_22)、(10_1_1)面のいずれか一つの面方位、又は、それに等価な面方位である。また、酸化物基板１１の面方位は、c面(0001)でかつ酸素極性（O-polar）面であってもよい。
【００２３】
酸化物界面層１２は、結晶（酸化物単結晶）であり、基板１１の面内に均一に形成されている。
【００２４】
（実施例）
（実施例１）
酸化物界面層１２は、スピネル構造を有する酸化物単結晶層である。スピネル構造は、一般化学式ＡＢ2Ｘ4で表される構造を有する。
酸化物界面層１２は、例えば、Al2ZnO4単結晶層、Ga2ZnO4単結晶層、In2ZnO4単結晶層、B2ZnO4単結晶層、または、ZnOに格子整合するScAlMgO4(SCAM)から成る。
【００２５】
酸化物界面層１２は、超格子構造を有していてもよい。例えば、酸化物界面層１２は、M1M2O３(ZnO)m（ただし、Ｍ1は、Ga，Fe，Sc，In，Lu，Yb，Tm，Er，Ho及びYのうち少なくとも1種類、Ｍ2は、Mn，Fe，Ga，In，Alのうち少なくとも１種類とし、ｍは、１を含む１以上の自然数）で表される複合酸化物からなる自然超格子ホモロガス薄膜である。例えば、InGaO３(ZnO)5である。
酸化物界面層１２は、ペロブスカイト構造を有する酸化物単結晶層である。ペロブスカイト構造は、一般化学式ＡＢＯ３で表される構造を有する。
【００２６】
酸化物界面層１２は、その膜厚が１分子層（ML）以上、基板１１に対して臨界膜厚以下である。
例えば、酸化物界面層１２の膜厚は、1分子層(ML)以上、50nm以下であり、さらに好ましくは、酸化物界面層１２の膜厚は、1分子層(ML)以上20nm以下である。その膜厚が１分子層（ML）より薄いと、耐熱性に劣るので、好ましくない。その膜厚が20nmより厚いと、酸化物単結晶基板１１の格子定数が上部層に伝達されなくなるので、好ましくない。より好ましくは、酸化物界面層１２の膜厚は、1分子層(ML)以上5nm以下である。
【００２７】
ここにいう「分子層」とは、III族原子とＶ族原子を組として２次元的に並んだ最小の厚さの層単位を指し、モノレイヤ（ML：mono-layer）と同義に使用する。酸化物界面層１２を、例えばアルミニウム酸化物で構成した場合、その１分子層（ML）は約０．２５ｎｍになる。また、ここにいう「臨界膜厚」は、下の基板１１の上に酸化物界面層１２を成長させる際に、この酸化物界面層１２にクラックが入らない最大の膜厚であり、基板１１の格子定数を保てる最大の膜厚である。
【００２８】
また、酸化物界面層１２は、膜厚が１分子層（ML）以上、基板１１に対して臨界膜厚以下の異なる複数の酸化物からなる超格子層であってもよい。例えば、酸化物界面層１２は、膜厚が１分子層（ML）以上、基板１１に対して臨界膜厚以下のGa2O3とIn2O3からなる超格子層であってもよい。
さらに、InGaN半導体層１３中の貫通転位密度が基板１１中の貫通転位密度と同程度（105cm-2以下）であるのが好ましい。
【００２９】
図１に示す窒化物系半導体素子１０の製造方法は、以下の工程を備える。
（工程１）基板１１上に窒化物、酸化物及び金属のいずれかからなる前駆体を堆積させる工程。
（工程２）前駆体を堆積させた後、高温熱処理を施すことにより、基板１１上に堆積させた前駆体の少なくとも一部を基板１１と反応させて酸化物界面層１２を形成する工程。
（工程３）酸化物界面層１２上に、窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N（０＜x＜１）］からなるInGaN半導体層１３を形成する工程。
【００３０】
このような窒化物系半導体素子１０の製造方法としては、以下に記載する製法１、製法２、製法３及び製法４がある。
（製法１）
各金属原料（Al、Ga、In、B等）を抵抗加熱、電子線ビーム蒸着、スパッタ等で基板１１上に照射することにより薄い原子層を基板１１上に均一に形成する。その後に高温熱処理により均一な酸化物単結晶層（Al2ZnO4、Ga2ZnO4、In2ZnO4、B2ZnO4等）である酸化物界面層１２を形成し、その上に、窒化物系半導体層であるInGaN半導体層１３を形成する（図１参照）。
【００３１】
（製法２）
Al2O3（アルミニウム酸化物）、Ga2O3（ガリウム酸化物）、In2O3（インジウム酸化物）、B2O3（ボロン酸化物）等の酸化物をスパッタ、PLD（パルスレーザデポジション）、酸素プラズマセルアシストMBE（分子線エピタキシー）、CVD（化学気相成長）法等で基板１１上に堆積させて、その後に高温熱処理により均一な酸化物単結晶層である酸化物界面層１２を形成し、その上に、InGaN半導体層１３を形成する。
【００３２】
（製法３）
多結晶やアモルファス状態のGaAlO3(ZnO)5、InAlO3(ZnO)5、BAlO3(ZnO)5、InGaO3(ZnO)5、BGaO3(ZnO)5、BInO3(ZnO)5をスパッタ、PLD、酸素プラズマセルアシストMBE、CVD法等で基板１１上に堆積させて、その後に高温熱処理により均一な酸化物単結晶層を形成し、その上に、InGaN半導体層１３を形成する。
【００３３】
（製法４）
基板１１上に、構成元素を複数の層からなる積層構造に堆積させて、その後に高温熱処理により均一な酸化物界面層１２を形成し、その上に、InGaN半導体層１３を形成する。
【００３４】
（製法４ａ）
In2O3層とGa2O3層を酸化物基板１１上に交互に積層させた後、高温熱処理によりInGaO3(ZnO)5からなる均一な酸化物界面層１２を形成し、その上に、InGaN半導体層１３を形成する。
GaAlO3(ZnO)5、InAlO3(ZnO)5、BAlO3(ZnO)5、BGaO3(ZnO)5、BInO3(ZnO)5も同様に形成することができる。
上述した各製法において、熱処理温度は、８００℃以上で、１６００℃以下である。
酸化物層を形成する工程と上部窒化物系半導体層を形成する工程は大気に取り出すことなく真空搬送系でつながった複数の真空チャンバー（例えば、酸化物用真空チャンバーと窒化物用真空チャンバー）を有する装置で形成することが好ましい。
酸化物層を形成する工程において、スパッタ、PLD、酸素プラズマセルアシストMBE、CVD法等で基板上に高温熱処理なしで酸化物単結晶層を直接エピタキシャル成長で形成しても良い。
【００３５】
以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
・基板１１とInGaN半導体層１３界面の反応層の形成を抑制できる。
・基板１１とInGaN半導体層１３界面に熱的に安定な酸化物界面層１２を形成することにより、基板１１上に高温でInGaN半導体層１３を形成することができ、高品質のInGaN半導体層（窒化物系半導体層）が得られる。
【００３６】
・基板１１とInGaN半導体層１３との間に、薄くて(臨界膜厚以下)均一な層を形成することにより、基板の格子定数を保ったまま上部の窒化物系半導体層をエピタキシャル成長することができる。
【００３７】
・酸化物界面層１２は結晶であるが、形成方法としては、直接エピタキシャル成長する、又は、低温でアモルファス膜又は多結晶膜を堆積させて、その後で高温熱処理して結晶にすることにより、面内で均一な酸化物単結晶層を得ることができる。
・上記各製法において、単結晶化のための高温熱処理の際に、構成元素からなる酸化物焼結体を囲って(被せながら)、高温熱処理を行うことにより、基板及び酸化物界面層の蒸発を抑制することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る窒化物系半導体素子の概略構成を示している。
この窒化物系半導体素子１０Ａの特徴は、図１に示す第１実施形態に係る窒化物系半導体素子１０において、基板１１とInGaN半導体層１３との間、具体的には酸化物界面層１２とInGaN半導体層１３との間に擬似格子整合層１４を形成している点にある。擬似格子整合層１４は、ガリウム又はインジウムの窒化物からなる。
【００３９】
このように構成された第２実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
基板１１とInGaN半導体層１３との間に、アルミニウム、ガリウム又はインジウムの少なくともいずれかひとつを含む窒化物擬似格子整合層１４が形成されているので、基板１１とInGaN半導体層１３との間に急峻な窒化物/酸化物界面が得られ、更に良好な結晶性を有するInGaN層１３が得られる。
【００４０】
（第３実施形態）
図３は、第３実施形態に係る窒化物系半導体素子の概略構成を示す断面図である。この窒化物系半導体素子は、半導体レーザダイオード（半導体発光素子）として構成されている。
図３に示す半導体レーザダイオード１０Ｂは、基板１１Ａと、基板１１Ａ上に順に形成された酸化物からなる酸化物エピタキシャル層１５、酸化物界面層１２、下部コンタクト層１６、下部クラッド層１７、InGaN活性層１８、上部クラッド層１９、および上部コンタクト層２０とを備えている。酸化物エピタキシャル層１５は、基板１１Ａよりも表面を平坦にかつ結晶性を向上するために設けられた層である。
【００４１】
さらに、半導体レーザダイオード１０Ｂは、下部コンタクト層１６上に形成された下部電極層２１と、パッシベーション膜２２と、上部コンタクト層２０上に形成された上部電極層２３とを備えている。下部コンタクト層１６よび下部クラッド層１７の導電型はｎ型であり、上部クラッド層１９および上部コンタクト層２０の導電型はｐ型である。
【００４２】
この半導体レーザダイオード１０Ｂでは、基板１１Ａ上に形成される緑色域等の長波長の可視域で発光する半導体レーザダイオード用のエピタキシャルウェハが、酸化物エピタキシャル層１５、酸化物界面層１２、下部コンタクト層１６、下部クラッド層１７、InGaN活性層１８、上部クラッド層１９及び上部コンタクト層２０により構成されている。また、本実施形態では、そのエピタキシャルウェハが、基板１１Ａのc面(0001)でかつ酸素極性（O-polar）面上に形成されている。
【００４３】
下部コンタクト層１６は、下部コンタクト層１６の露出部上に形成された下部電極層２１とオーム性接触を実現するための層である。この下部コンタクト層１６は、窒化物である窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］で構成される。例えば、下部コンタクト層１６は、窒化ガリウムインジウム(InGaN)、窒化アルミニウムガリウムインジウム(AlInGaN)、窒化ガリウム(GaN)等の窒化物で構成される。ここでは、下部コンタクト層１６は、シリコン(Si)をドーピングすることによりn型の導電性を有している。
【００４４】
下部クラッド層１７は、InGaN活性層１８の格子定数に等しいか若しくはそれよりも小さい格子定数を有するように格子整合される格子整合系クラッド層であり、コアとして機能するInGaN活性層１８よりも屈折率が小さく、活性層１８内に光を安定に閉じ込めておく役割を果たしている。この下部クラッド層１７は、窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］（窒化物）で構成される。例えば、下部クラッド層１７は、窒化ガリウムインジウム(InGaN)、窒化アルミニウムインジウム(AlInN)、窒化アルミニウムガリウムインジウム(AlInGaN)、窒化ガリウム(GaN)等の窒化物で構成される。
【００４５】
なお、下部クラッド層１７は、InGaN活性層１８に格子整合される場合に限らず、InGaN活性層１８又はバッファ層１５又は基板１１Ａの少なくとも一方に格子整合される層であれば良い。ここでは、下部クラッド層１７は、シリコン(Si)をドーピングすることによりn型の導電性を有している。
【００４６】
InGaN活性層１８は、下部クラッド層１７上に窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N（０＜x＜１）］結晶（InGaN層）を成長させて形成されている。このInGaN活性層１８において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が480nm以上となるように設定されている。具体的には、InGaN活性層１８は、緑色域での発光波長を有するIn組成（Inの組成比が20％以上）のInGaN層で構成されている。本例では、InGaN活性層１８におけるInの組成比が30％程度になっている。
【００４７】
上部クラッド層１９は、InGaN活性層１８又は基板１１Ａの少なくとも一方に格子整合する窒化ガリウムインジウム(InGaN)、窒化アルミニウムインジウム(AlInN)、窒化アルミニウムガリウムインジウム(AlInGaN)、窒化ガリウム(GaN)等の窒化物を、InGaN活性層１８上に成長して形成される。ここでは、上部クラッド層１９は、マグネシウム（Mg）をドーピングすることにより、p型導電性を有している。
【００４８】
そして、コンタクト層２０は、最適なセル温度に設定したGa及びInの少なくとも一方を含む原料と一緒にNを基板上に供給することにより、上部クラッド層１９上に形成されている。コンタクト層２０は、マグネシウム（Mg）を供給することにより、ｐ型導電性を有している。つまり、コンタクト層はp型ドーピングされている。
【００４９】
このように構成された第３実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
【００５０】
・薄くて(臨界膜厚以下)均一な酸化物界面層を挿入することにより、基板１１Ａの格子定数を上部の窒化物系半導体層（緑色域等の長波長の可視域で発光する半導体レーザダイオード用のエピタキシャルウェハ）に伝達することができる。
・高品質な高In組成InGaN結晶を形成でき、ピエゾ電界、相分離、貫通転位を抑制することができ、発光層（InGaN活性層１８）の特性が向上して、青色よりも波長の長い（＞480nm）の発光波長を有する高発光効率の緑色半導体レーザダイオードを実現できる。
・貫通転位が無いので、高信頼性な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００５１】
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態に係る窒化物系半導体素子の概略構成を示している。
図４に示す半導体レーザダイオード１０Ｃでは、図３に示す半導体レーザダイオード１０Ｂにおいて、酸化物界面層１２と下部コンタクト層１６との間に、擬似格子整合層１４が形成されている。半導体レーザダイオード１０Ｃのその他の構成は、図３に示す半導体レーザダイオード１０Ｂと同様である。
【００５２】
このように構成された第４実施形態によれば、上記第３実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
基板１１ＡとInGaN半導体層１８との間に、アルミニウム、ガリウム又はインジウムの少なくともいずれか一つを含む窒化物擬似格子整合層１４が形成されているので、基板１１ＡとInGaN半導体層１８との間に急峻な窒化物/酸化物界面が得られ、更に良好な結晶性を有するInGaN層１８が得られる。
【００５３】
なお、本発明の上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記第１実施形態では、基板１１として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を代表とする酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム  ［Zn 1-a-b-c Mg a Be b Cd c（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c＜１）］からなる基板を用いているが、基板１１として、酸化物単結晶からなる基板に代えて、サファイア(α-Al2O3)基板上や、LiGaO2 やMgAlO3等の酸化物基板上に酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム  ［Zn 1-a-b-c Mg a Be b Cd c（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c＜１）］をエピタキシャル成長させた基板を用いても良い。
・上記第３及び第４実施形態において、上下のクラッド層と活性層との間にそれぞれ光ガイド層を設けた半導体レーザダイオードなどの半導体発光素子にも本発明は適用可能である。
【００５４】
・上記第３及び第４実施形態において、下部コンタクト層１６及び下部クラッド層１７にそれぞれｐ型導電性を持たせ、上部クラッド層１９及び上部コンタクト層２０にそれぞれｎ型導電性を持たせた半導体レーザダイオードなどの半導体発光素子にも本発明は適用可能である。
【００５５】
・上記第３及び第４実施形態において、導電性の基板を用い、酸化物界面層、および、酸化物エピタキシャル層にも不純物ドーピングすることにより導電性を持たせることにより、縦型デバイス構造とすることも可能である。
【００５６】
・上記第３及び第４実施形態では、半導体レーザダイオード用の上記エピタキシャルウェハを、基板１１Ａのc面(0001)でかつ酸素極性（O-polar）面上に形成しているが、そのエピタキシャルウェハを基板１１Ａのc面(0001)でかつ亜鉛極性（Zn-polar）面上に形成した半導体レーザダイオードなどの半導体発光素子にも本発明は適用可能である。この場合、酸素極性（O-polar）のc面(000_1)基板に比べて平坦性が多少粗いが、その表面平坦化処理で熱処理後に再度CMP（chemical mechanical polish）処理を行うことにより、亜鉛極性（Zn-polar）のc面において平坦性の良い綺麗な表面が得られる。これにより、基板１１Ａ中にInGaN活性層１８のGaが拡散するのが抑制されるので、基板１１ＡとInGaN活性層１８の間の急峻な界面が得られ、InGaN活性層１８の更に良好な結晶が得られる。その結果、発光効率が高く、信頼性の高い半導体レーザダイオードなどの半導体発光素子を得ることができる。
【００５７】
・上記各実施形態において、基板の微傾斜面（オフ角がｍ軸方向又はａ軸方向に1°以下傾斜した面）を利用しても良い。例えば、上記第１及び第２実施形態において、酸化物界面層１２を、基板１１の微傾斜面（オフ角がｍ軸方向又はａ軸方向に1°以下傾斜した面）上に形成してもよい。また、上記第３及び第４実施形態において、酸化物界面層１２を、基板１１Ａの微傾斜面上に、酸化物エピタキシャル層１５を介して形成してもよい。
【００５８】
・上記各実施形態において、基板１１の無極性及び非極性面を利用しても良い。例えば、上記各実施形態において、酸化物界面層１２を、基板１１、のｍ面（１＿１００）上に形成してもよい。
【００５９】
・上記第３及び第４実施形態において、酸化物エピタキシャル層１５の無い半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。
・上記第３及び第４実施形態において、InGaN活性層１８をダブルへテロ構造や量子井戸構造にした半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。
【００６０】
・上記第３及び第４実施形態において、InGaN活性層１８と下部クラッド層１７との間及びInGaN活性層１８と上部クラッド層１９との間に、それぞれ光閉じ込め層を設けた分離閉じ込め構造（ＳＣＨ：Separate Confinement Hetero-structure）を有する半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。
【００６１】
・本発明は、上記第１実施形態或いは第２実施形態の構造を有する各種電子デバイス、例えば、GaN系半導体を用いた電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）やＨＥＭＴ(High Electron Mobility Transistor： 高電子移動度トランジスタ)などにも適用可能である。
・上記第１実施形態或いは第２実施形態で説明した窒化物系半導体素子は、界面で反応性が高い異種半導体の界面形成技術（ヘテロエピタキシー）にも適用可能である。
【００６２】
・上記第２及び第４実施形態において、擬似格子整合層１４は、基板１１上での成長初期にGaNの２元系材料を成長させ、そのGaN層上に、In組成が次第に増やした層（InGaN傾斜組成層）を形成した擬似格子整合層であっても良い。この構成では、擬似格子整合層１４の成長初期にGaNの２元系材料を成長させることにより、酸化物からなる基板と窒化物系半導体層（InGaNからなる活性層）の間に急峻な界面が得られる。
【００６３】
・上記第３及び第４各実施形態では、半導体レーザダイオードとして構成した半導体発光素子について説明したが、ｐｎ接合部を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０，１０Ａ…窒化物系半導体素子
１０Ｂ，１０Ｃ…半導体レーザダイオード
１１，１１Ａ…基板
１２…酸化物界面層
１３…InGaN半導体層
１４…擬似格子整合層
１５…酸化物エピタキシャル層
１６…下部コンタクト層
１７…下部クラッド層
１８…InGaN活性層
１９…上部クラッド層
２０…上部コンタクト層
２１…下部電極
２２…パッシベーション膜
２３…上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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