(57)【要約】【課題】格子緩和によるキャリアブロック性能の低下を低減できる窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】支持基体１３の六方晶系ＧａＮのｃ軸ベクトルＶＣは主面１３ａの法線軸Ｎｘに対してＸ軸方向に傾斜する。半導体領域１５において、活性層１９、第１の窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３及び第２の窒化ガリウム系半導体層２５は支持基体１３の主面１３ａ上で法線軸Ｎｘに沿って配列されている。ｐ型クラッド層１７はＡｌＧａＮからなり、電子ブロック層２３はＡｌＧａＮからなる。電子ブロック層２３はＸ軸方向の引っ張り歪みを受ける。第１の窒化ガリウム系半導体層２１はＸ軸方向の圧縮歪みを受ける。界面２７ａにおけるミスフィット転位密度は界面２７ｂにおけるミスフィット転位密度より低い。ピエゾ分極により界面２７ａにおける電子へのバリアが高くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体発光素子であって、
六方晶系窒化ガリウム半導体からなる支持基体と、
活性層、第１の窒化ガリウム系半導体層、電子ブロック層及び第２の窒化ガリウム系半導体層を含み、前記支持基体の主面上に設けられた半導体領域と、
前記半導体領域の主面上に位置するｐ型クラッド層と
を備え、
前記六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸は前記支持基体の前記主面の法線軸に対して所定の方向に傾斜しており、
前記ｐ型クラッド層はＡｌＧａＮからなり、
前記電子ブロック層はＡｌＧａＮからなり、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記活性層と前記電子ブロック層との間に設けられ、
前記第２の窒化ガリウム系半導体層は前記ｐ型クラッド層と前記電子ブロック層との間に設けられ、
前記第２の窒化ガリウム系半導体層の材料は前記電子ブロック層の材料と異なり、
前記第２の窒化ガリウム系半導体層の材料は前記ｐ型クラッド層の材料と異なり、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは前記電子ブロック層のバンドギャップより小さく、
前記電子ブロック層は前記所定の方向の引っ張り歪みを受け、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記所定の方向の圧縮歪みを受け、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層と前記電子ブロック層との界面におけるミスフィット転位密度は、前記第２の窒化ガリウム系半導体層と前記ｐ型クラッド層との界面におけるミスフィット転位密度より低い、ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２の窒化ガリウム系半導体層の屈折率は前記電子ブロック層の屈折率よりも大きく、
前記第２の窒化ガリウム系半導体層の屈折率は前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記第２の窒化ガリウム系半導体層はＧａＮまたはＩｎＧａＮである、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２の窒化ガリウム系半導体層の膜厚は３０ｎｍ以上１μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記電子ブロック層の膜厚は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型クラッド層の膜厚は３００ｎｍ以上１．５μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記電子ブロック層のＡｌ組成は０．０５以上０．３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記ｐ型クラッド層のＡｌ組成は０．０３以上０．２以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記第２の窒化ガリウム系半導体層と前記ｐ型クラッド層との前記界面におけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１以上であり、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層と前記電子ブロック層との前記界面におけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１未満である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記ｐ型クラッド層は前記半導体領域上において少なくとも前記所定の方向に格子緩和している、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸と前記支持基体の前記法線軸との成す角度は５０度以上８０度以下又は１００度以上１３０度以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸と前記支持基体の前記法線軸との成す角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記ｐ型クラッド層の膜厚は該ｐ型クラッド層のＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備え、
前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮ層を含み、
前記ｎ型クラッド層は前記支持基体の前記主面において引っ張り歪みを受ける、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備え、
前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮ層を含み、
前記ｎ型クラッド層の膜厚は該ｎ型クラッド層のＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備え、
前記ｎ型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮ層を含み、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層はＩｎＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル基板であって、
六方晶系窒化ガリウム半導体からなる基板と、
活性層、第１の窒化ガリウム系半導体層、電子ブロック層及び第２の窒化ガリウム系半導体層を含み、前記支持基体の主面上に設けられた半導体領域と、
前記半導体領域の主面上に位置するｐ型クラッド層と
を備え、
前記六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸は前記基板の前記主面の法線軸に対して所定の方向に傾斜しており、
前記ｐ型クラッド層はＡｌＧａＮからなり、
前記電子ブロック層はＡｌＧａＮからなり、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記活性層と前記電子ブロック層との間に設けられ、
前記第２の窒化ガリウム系半導体層は前記ｐ型クラッド層と前記電子ブロック層との間に設けられ、
前記電子ブロック層は前記所定の方向の引っ張り歪みを受け、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記所定の方向の圧縮歪みを受け、
前記第１の窒化ガリウム系半導体層と前記電子ブロック層との界面におけるミスフィット転位密度は、前記第２の窒化ガリウム系半導体層と前記ｐ型クラッド層との界面におけるミスフィット転位密度より低い、ことを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項１８】
前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と前記基板の前記法線軸との成す角度は５０度以上８０度以下又は１００度以上１３０度以下である、ことを特徴とする請求項１７に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１９】
前記基板と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備え、
前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮ層を含み、
前記ｎ型クラッド層は前記基板の前記主面において引っ張り歪みを受ける、ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項２０】
前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備え、
前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮ層を含み、前記ｎ型クラッド層の膜厚は該ｎ型クラッド層のＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越える、ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載されたエピタキシャル基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体発光素子、及びエピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＧａＮ半導体を利用した半導体発光素子が記載されている。この半導体発光素子においてキャリア注入によって発生するキャリアオーバーフローを減らすために、積層されたＡｌＧａＮ／ＧａＮからなる多重量子障壁、又はＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮからなるストレイン補償多重量子障壁を活性層の上部および下部のいずれかに設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００１−３１２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、多重量子障壁を用いて、半導体発光素子の活性層へ注入されたキャリアのオーバーフローを低減することを提供する。特許文献１では、好ましい形態として、この半導体発光素子がサファイア基板上に作製されることを開示している。
【０００５】
窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含む。活性層上には、例えばＡｌＧａＮ電子ブロック層やＡｌＧａＮクラッド層が成長される。半極性面上では、これらのＡｌＧａＮ系半導体の格子緩和が生じやすい。発明者らの知見によれば、半極性上のＡｌＧａＮ系半導体ではすべり面（例えばｃ面すべり面）が活性になり、当該半導体におけるクラックの発生ではなく界面におけるミスフィット転位の導入によって、半極性上のＡｌＧａＮ系半導体は歪みを緩和する。この格子緩和の発生は、ＡｌＧａＮ系半導体の歪みを小さくし、またピエゾ分極を変化させる。これ故に、ＡｌＧａＮ系半導体及び該ＡｌＧａＮ系半導体に隣接する半導体において、ピエゾ分極の変化は電子ブロック構造の障壁に電気的な影響を及ぼす。発明者らの検討によれば、格子緩和によるピエゾ分極の変化は、ある場合には、電子ブロック層のキャリアブロック性能を低下させることがある。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、格子緩和によるキャリアブロック性能の低下を低減できる窒化物半導体発光素子を提供することを目的とし、また、この窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る窒化物半導体発光素子は、（ａ）六方晶系窒化ガリウム半導体からなる支持基体と、（ｂ）活性層、第１の窒化ガリウム系半導体層、電子ブロック層及び第２の窒化ガリウム系半導体層を含み、前記支持基体の主面上に設けられた半導体領域と、（ｃ）前記半導体領域の主面上に位置するｐ型クラッド層とを備える。前記六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸は前記支持基体の前記主面の法線軸に対して所定の方向に傾斜しており、前記ｐ型クラッド層はＡｌＧａＮからなり、前記電子ブロック層はＡｌＧａＮからなり、前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記活性層と前記電子ブロック層との間に設けられ、前記第２の窒化ガリウム系半導体層は前記ｐ型クラッド層と前記電子ブロック層との間に設けられ、前記第２の窒化ガリウム系半導体層の材料は前記電子ブロック層の材料と異なり、前記第２の窒化ガリウム系半導体層の材料は前記ｐ型クラッド層の材料と異なり、前記第１の窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは前記電子ブロック層のバンドギャップより小さく、前記電子ブロック層は前記所定の方向の引っ張り歪みを受け、前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記所定の方向の圧縮歪みを受け、前記第１の窒化ガリウム系半導体層と前記電子ブロック層との界面におけるミスフィット転位密度は、前記第２の窒化ガリウム系半導体層と前記ｐ型クラッド層との界面におけるミスフィット転位密度より低い。
【０００８】
この窒化物半導体発光素子は、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層及びＡｌＧａＮからなる電子ブロック層を備える。また、電子ブロック層と第１の窒化ガリウム系半導体層との界面におけるミスフィット転位密度がｐ型クラッド層と第２の窒化ガリウム系半導体層との界面におけるミスフィット転位密度より低い。このため、電子ブロック層ではミスフィット転位の導入による歪みの緩和は実質的に生じない。これ故に、電子ブロック層は所定の方向の引っ張り歪みを受ける。電子ブロック層が所定の方向の引っ張り歪みを受けるとき、電子ブロック層のピエゾ分極は、活性層からｐ型クラッド層へ向く成分を有している。このピエゾ分極により、電子ブロック層と第１の窒化ガリウム系半導体層との界面における電子へのバリアが高くなる。また、第１の窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは電子ブロック層のバンドギャップより小さく、第１の窒化ガリウム系半導体層は所定の方向の圧縮歪みを受ける。第１の窒化ガリウム系半導体層が所定の方向の圧縮歪みを受けるとき、第１の窒化ガリウム系半導体層のピエゾ分極は、ｐ型クラッド層から活性層へ向く成分を有している。さらに、第２の窒化ガリウム系半導体層とｐ型クラッド層との界面におけるミスフィット転位密度の導入により、ｐ型クラッド層の一部又は全部に格子緩和が生じると共にｐ型クラッド層では歪み起因の分極が小さくなる。このミスフィット転位により、活性層上に形成される半導体層とｐ型クラッド層との格子定数差による電子ブロック層への影響が低減される。電子ブロック層は、第２の窒化ガリウム系半導体層によってｐ型クラッド層から隔てられている。これ故に、ｐ型クラッド層が電子ブロック層の歪みに影響することを低減でき、これによって電子ブロック層に所望の歪みを付与できる。電子ブロック層は、ｐ型クラッド層の格子緩和に係る転位の影響を受けない。
【０００９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２の窒化ガリウム系半導体層の屈折率は前記電子ブロック層の屈折率よりも大きく、前記第２の窒化ガリウム系半導体層の屈折率は前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも大きいことが好ましい。
【００１０】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２の窒化ガリウム系半導体層は光ガイド層として働き、第１の窒化ガリウム系半導体層は光ガイド層として働くことができる。
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２の窒化ガリウム系半導体層の無歪み状態の格子定数は前記電子ブロック層の無歪み状態の格子定数よりも大きく、前記第２の窒化ガリウム系半導体層の無歪み状態の格子定数は前記ｐ型クラッド層の無歪み状態の格子定数よりも大きいことが好ましい。
【００１２】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２の窒化ガリウム系半導体層は、電子ブロック層とｐ型クラッド層との両者を互いに引き離すことができる。これによって、電子ブロック層がｐ型クラッド層に近くなりこれらが一体となって電子ブロック層に緩和を引き起こすことを低減でき、緩和に伴ってキャリア注入効率の悪化を招くことを低減できる。
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２の窒化ガリウム系半導体層はＧａＮまたはＩｎＧａＮであることが好ましい。
【００１４】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２の窒化ガリウム系半導体層が、Ａｌを含まないＧａＮまたはＩｎＧａＮからなるとき、ｐ型クラッド層の影響により電子ブロック層が格子緩和することを防ぐことができる。また、ＧａＮまたはＩｎＧａＮはガイド層として機能する。
【００１５】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２の窒化ガリウム系半導体層の膜厚が３０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
この窒化物半導体発光素子によれば、膜厚が３０ｎｍ以上であるとき、ｐ型クラッド層の影響により電子ブロック層が格子緩和することを低減できる。膜厚が１μｍを超えるとき、ｐ型クラッド層が活性層から離れてしまい、光閉じ込めが良好でない。
【００１７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記電子ブロック層の膜厚は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
この窒化物半導体発光素子では、膜厚が５ｎｍ以上であるとき、電子ブロック層が薄すぎることによりブロック効果が低下することを防ぐことができる。膜厚が５０ｎｍ以下であるとき、電子ブロック層の緩和を避けて電子ブロック層が歪みを内包できる。
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記ｐ型クラッド層の膜厚は３００ｎｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
この窒化物半導体発光素子によれば、膜厚が３００ｎｍ以上であるとき、所望の光閉じ込め性能が提供される。膜厚が１．５μｍ以下であるとき、スループットも考慮したとき実用的な上限値である。既に説明したように、第１の窒化ガリウム系半導体層と電子ブロック層との界面におけるミスフィット転位密度は第２の窒化ガリウム系半導体層とｐ型クラッド層との界面におけるミスフィット転位密度より低いので、ｐ型クラッド層の一部又は全部は半極性面上において格子緩和している。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記電子ブロック層のＡｌ組成は０．０５以上０．３以下であることが好ましい。
【００２２】
この窒化物半導体発光素子では、電子ブロック層のＡｌ組成が０．０５未満であるとき、ブロック効果が低下する。電子ブロック層のＡｌ組成が０．３以下であるとき、格子緩和を避けて、電子ブロック層の下側界面に転位が生成されることを避けることができる。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記ｐ型クラッド層のＡｌ組成は０．０３以上０．２以下であることができる。
【００２４】
この窒化物半導体発光素子では、クラッド層のＡｌ組成が０．０３以上であるとき、所望の光閉じ込めが提供される。クラッド層の結晶性、導電性及びスループットなどを考慮するとき、クラッド層のＡｌ組成が０．２以下であることが好ましい。クラッド層に格子緩和が生じても、キャリア注入の観点では、電子ブロック層におけるバンド曲がりへの悪影響は小さい。
【００２５】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第１の窒化ガリウム系半導体層と前記電子ブロック層との前記界面におけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１未満であることが好ましい。
【００２６】
この窒化物半導体発光素子では、ミスフィット転位密度が上記の範囲であるとき、電子ブロック層の歪みに由来するバンド曲がりにより、キャリアオーバーフローを低減できる。
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２の窒化ガリウム系半導体層と前記ｐ型クラッド層との前記界面におけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１以上であることが好ましい。
【００２８】
この窒化物半導体発光素子では、クラッド層のＡｌ組成を高めてクラッド層の一部又は全部に格子緩和を引き起こすことによって、クラッド層において光閉じ込めの向上を得ることができる。
【００２９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記ｐ型クラッド層は前記半導体領域上において少なくとも前記所定の方向に格子緩和している。
【００３０】
この窒化物半導体発光素子では、クラッド層において光閉じ込めの向上を得ることができる。
【００３１】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と前記支持基体の前記法線軸との成す角度は５０度以上８０度以下又は１００度以上１３０度以下であることが好ましい。
【００３２】
この窒化物半導体発光素子によれば、ピエゾ分極がｃ面主面の支持基体における発光素子と反対向きになる。
【００３３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と前記支持基体の前記法線軸との成す角度は６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下であることが好ましい。この窒化物半導体発光素子によれば、ピエゾ分極を大きくできる。
【００３４】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記ｐ型クラッド層の膜厚は該ｐ型クラッド層のＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越えることが好ましい。
【００３５】
この窒化物半導体発光素子によれば、ｐ型クラッド層が半極性面上に形成されるので、臨界膜厚以上の膜厚のｐ型クラッド層にはすべり面の作用により格子緩和が生じる。これ故に、クラッド層において光閉じ込めの向上を得ることができる。
【００３６】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備えることができる。前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮを含み、前記ｎ型クラッド層は前記支持基体の前記主面において引っ張り歪みを受ける。
【００３７】
この窒化物半導体発光素子によれば、ｎ型クラッド層は、格子緩和することなく、ｎ型クラッド層の格子定数と支持基体の格子定数との差に応じて歪んでいる。電子ブロック層を含む半導体領域は、歪んだｎ型クラッド層上に形成される。これ故に、電子ブロック層が引っ張り歪みを受け、キャリアオーバーフローが低減する方向にバンド曲がりが生じる。
【００３８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備えることが好ましい。前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮ層を含み、前記ｎ型クラッド層の膜厚は該ｎ型クラッド層のＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越えることが好ましい。
【００３９】
この窒化物半導体発光素子によれば、ｎ型クラッド層では格子緩和が生じている。第１の窒化ガリウム系半導体層を含む半導体領域は、格子緩和したｎ型クラッド層上に形成される。これ故に、第１の窒化ガリウム系半導体層は圧縮歪みを受け、キャリアオーバーフローが低減する方向にバンド曲がりが生じる。
【００４０】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備えることができる。前記ｎ型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮ層を含み、前記第１の窒化ガリウム系半導体層はＩｎＧａＮからなる。
【００４１】
この窒化物半導体発光素子によれば、ｎ型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮ層を含むので、ＡｌＧａＮからなるクラッド層に比較して、クラッドのために適切なバンドギャップ及び膜厚のＩｎＡｌＧａＮ層を提供できると共に、このＩｎＡｌＧａＮ層の格子定数をＧａＮの格子定数に近づけることができる。ＩｎＡｌＧａＮ層の使用により、第１の窒化ガリウム系半導体層をＩｎＧａＮとした場合でも格子緩和しにくくなり、第１の窒化ガリウム系半導体層に圧縮応力を加えることができる。
【００４２】
本発明に係る別の側面は、窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル基板である。エピタキシャル基板は、（ａ）六方晶系窒化ガリウム半導体からなる基板と、（ｂ）活性層、第１の窒化ガリウム系半導体層、電子ブロック層及び第２の窒化ガリウム系半導体層を含み、前記支持基体の主面上に設けられた半導体領域と、（ｃ）前記半導体領域の主面上に位置するｐ型クラッド層とを備える。前記六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸は前記基板の前記主面の法線軸に対して所定の方向に傾斜しており、前記ｐ型クラッド層はＡｌＧａＮからなり、前記電子ブロック層はＡｌＧａＮからなり、前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記活性層と前記電子ブロック層との間に設けられ、前記第２の窒化ガリウム系半導体層は前記ｐ型クラッド層と前記電子ブロック層との間に設けられ、前記電子ブロック層は前記所定の方向の引っ張り歪みを受け、前記第１の窒化ガリウム系半導体層は前記所定の方向の圧縮歪みを受け、前記第１の窒化ガリウム系半導体層と前記電子ブロック層との界面におけるミスフィット転位密度は、前記第２の窒化ガリウム系半導体層と前記ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層との界面におけるミスフィット転位密度より低い。
【００４３】
このエピタキシャル基板は、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層及びＡｌＧａＮからなる電子ブロック層を備える。また、電子ブロック層と第１の窒化ガリウム系半導体層との界面におけるミスフィット転位密度がｐ型クラッド層と第２の窒化ガリウム系半導体層との界面におけるミスフィット転位密度より低い。このため、電子ブロック層ではミスフィット転位の導入による歪みの緩和は実質的に生じていない。これ故に、電子ブロック層は所定の方向の引っ張り歪みを受ける。また、第１の窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは電子ブロック層のバンドギャップより小さく、このため第１の窒化ガリウム系半導体層は所定の方向の圧縮歪みを受ける。電子ブロック層が所定の方向の引っ張り歪みを受けるとき、電子ブロック層のピエゾ分極は、活性層からｐ型クラッド層へ向く成分を有している。第１の窒化ガリウム系半導体層が所定の方向の圧縮歪みを受けるとき、第１の窒化ガリウム系半導体層のピエゾ分極は、ｐ型クラッド層から活性層へ向く成分を有している。これらのピエゾ分極により、電子ブロック層と第１の窒化ガリウム系半導体層との界面における電子へのバリアが高くなる。また、第２の窒化ガリウム系半導体層とｐ型クラッド層との界面におけるミスフィット転位密度の導入により、ｐ型クラッド層において格子緩和が生じる。このため、活性層上に形成される半導体層の歪みが低減される。電子ブロック層は、第２の窒化ガリウム系半導体層によってｐ型クラッド層から隔てられている。これ故に、ｐ型クラッド層が電子ブロック層の歪みに影響することを低減でき、これによって電子ブロック層に所望の歪みを付与できる。また、電子ブロック層は、ｐ型クラッド層の格子緩和に係る転位の影響を受けない。
【００４４】
本発明に係るエピタキシャル基板では、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸と前記支持基体の前記法線軸との成す角度は５０度以上８０度以下又は１００度以上１３０度以下であることが好ましい。
【００４５】
本発明に係るエピタキシャル基板は、前記基板と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備えることができる。前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮ層を含み、前記ｎ型クラッド層は前記基板の前記主面において引っ張り歪みを受ける。
【００４６】
このエピタキシャル基板によれば、ｎ型クラッド層は、格子緩和することなく、ｎ型クラッド層の格子定数と支持基体の格子定数との差に応じて歪んでいる。電子ブロック層を含む半導体領域は、歪んだｎ型クラッド層上に形成される。これ故に、電子ブロック層が引っ張り歪みを受け、キャリアオーバーフローが低減する方向にバンド曲がりが生じる。
【００４７】
本発明に係るエピタキシャル基板は、前記支持基体と前記半導体領域との間に設けられたｎ型クラッド層を更に備えることが好ましい。前記ｎ型クラッド層はＡｌＧａＮ層を含み、前記ｎ型クラッド層の膜厚は該ｎ型クラッド層のＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越えることが好ましい。
【００４８】
このエピタキシャル基板によれば、ｎ型クラッド層では格子緩和が生じている。第１の窒化ガリウム系半導体層を含む半導体領域は、格子緩和したｎ型クラッド層上に形成される。これ故に、第１の窒化ガリウム系半導体層は圧縮歪みを受け、キャリアオーバーフローが低減する方向にバンド曲がりが生じる。
【００４９】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、格子緩和によるキャリアブロック性能の低下を低減できる窒化物半導体発光素子が提供され、また本発明の別の側面によれば、この窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示された窒化物半導体発光素子の活性層からｐ型クラッド層の伝導帯バンドダイアグラムを示す図面である。
【図３】図３は、電子ブロック層及びｐ型クラッド層が互いに接触している窒化物半導体発光素子の伝導帯バンド構造を示す図面である。
【図４】図４は、図１に示された窒化物半導体発光素子の半導体層における格子定数を示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の半導体層における格子定数を示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の半導体層における格子定数を示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子における一例の伝導帯バンド構造を示す図面である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子における別の例の伝導帯バンド構造を示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例における窒化物半導体発光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図１１】図１１は、実施例における窒化物半導体発光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を概略的に示す図面である。
【図１３】図１３は、実施例における窒化物半導体発光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図１４】図１４は、エピタキシャル基板における（２０−２４）の逆格子マッピングを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体発光素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００５３】
図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を概略的に示す図面である。図２は、図１に示された窒化物半導体発光素子の活性層からｐ型クラッド層の伝導帯バンドダイアグラムを示す図面である。窒化物半導体発光素子１１は、支持基体１３、半導体領域１５、およびｐ型クラッド層１７を備える。支持基体１３は主面１３ａ及び裏面１３ｂを含む。図１を参照すると、直交座標系Ｓ、ｃ軸ベクトルＶＣ及び法線ベクトルＶＮが示されている。支持基体１３は、六方晶系窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体からなる。この六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸（ベクトルＶＣで示される）は支持基体１３の主面１３ａの法線軸Ｎｘに対して所定の方向（例えばＸ軸方向）に傾斜している。好ましくは、所定の方向は六方晶系窒化ガリウム半導体のａ軸又はｍ軸等である。主面１３ａは、半極性を示すことができ、またＸ軸及びＹ軸によって規定される平面に平行である。ｐ型クラッド層１７は半導体領域１５の主面１５ａ上に位置する。半導体領域１５及びｐ型クラッド層１７は支持基体１３の主面１３ａ上において法線軸Ｎｘ（例えばＺ軸方向）に沿って配列されている。半導体領域１５は、支持基体１３の主面１３ａ上に設けられ、また活性層１９、第１の窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３及び第２の窒化ガリウム系半導体層２５を含む。活性層１９、第１の窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３及び第２の窒化ガリウム系半導体層２５は、支持基体１３の主面１３ａ上において法線軸Ｎｘに沿って配列されている。第１の窒化ガリウム系半導体層２１は活性層１９と電子ブロック層２３との間に設けられる。第２の窒化ガリウム系半導体層２５はｐ型クラッド層１７と電子ブロック層２３との間に設けられる。
【００５４】
ｐ型クラッド層１７はＡｌＧａＮからなり、電子ブロック層２３はＡｌＧａＮからなる。第２の窒化ガリウム系半導体層２５の材料は電子ブロック層２３の材料と異なる。第２の窒化ガリウム系半導体層２５の材料はｐ型クラッド層１７の材料と異なる。第１の窒化ガリウム系半導体層２１のバンドギャップＥ２１は電子ブロック層２３のバンドギャップＥ２３より小さい。第２の窒化ガリウム系半導体層２５のバンドギャップＥ２５は電子ブロック層２３のバンドギャップＥ２３より小さい。電子ブロック層２３は所定の方向の引っ張り歪みを受ける。第１の窒化ガリウム系半導体層２１と電子ブロック層２３との界面２７ａにおけるミスフィット転位密度は、第２の窒化ガリウム系半導体層２５とｐ型クラッド層１７との界面２７ｂにおけるミスフィット転位密度より低い。第１の窒化ガリウム系半導体層２１の材料は電子ブロック層２３の材料と異なる。第１の窒化ガリウム系半導体層２１は所定の方向の圧縮歪みを受ける。第１の窒化ガリウム系半導体層２１の材料はｐ型クラッド層１７の材料と異なる。界面２７ａ、２９ｂは例えばＸ軸及びＹ軸によって規定される平面に平行である。
【００５５】
この窒化物半導体発光素子１１では、電子ブロック層（ＡｌＧａＮ）と第１の窒化ガリウム系半導体層２１との界面２７ａにおけるミスフィット転位密度がｐ型クラッド層（ＡｌＧａＮ）と第２の窒化ガリウム系半導体層２５との界面２７ｂにおけるミスフィット転位密度より低い。このため、電子ブロック層２３ではミスフィット転位の導入による歪みの緩和は実質的に生じていない。これ故に、電子ブロック層２３は所定の方向（Ｘ軸方向）の引っ張り歪みを受ける。また、第１の窒化ガリウム系半導体層２１のバンドギャップE２１は電子ブロック層２３のバンドギャップE２３より小さく、第１の窒化ガリウム系半導体層２１は所定の方向の圧縮歪みを受ける。電子ブロック層２３が所定の方向の引っ張り歪みを受けるとき、電子ブロック層２３のピエゾ分極は、活性層１９からｐ型クラッド層１７へ向く成分ＰＺ２３を有する。このピエゾ分極により、界面２７ａにおける電子へのバリア△Ｐ２３が高くなる。また、第１の窒化ガリウム系半導体層２１が所定の方向の圧縮歪みを受けるとき、第１の窒化ガリウム系半導体層２１のピエゾ分極は、ｐ型クラッド層１７から活性層１９へ向く成分を有する。なお、図２では、電子ブロック層周辺のバンド曲がりを主に描いているので、図示を容易にするために量子井戸構造及びその他におけるバンド曲がりを省略しており、引き続く同趣旨のバンドダイアグラムにおいても同様の取り扱いをしている。
【００５６】
界面２７ｂにおけるミスフィット転位密度の導入により、ｐ型クラッド層１７の一部又は全部において格子緩和が生じると共にｐ型クラッド層１７では歪み起因の分極が小さくなる。このミスフィット転位の導入により、活性層１９上に形成される半導体層とｐ型クラッド層１７との格子定数差による電子ブロック層２３への影響が低減される。電子ブロック層２３は、第２の窒化ガリウム系半導体層２５によってｐ型クラッド層１７から隔てられる。これ故に、ｐ型クラッド層１７が電子ブロック層２３の歪みに影響することを低減でき、これによって電子ブロック層２３に所望の歪みを付与できる。また、電子ブロック層２３は、ｐ型クラッド層１７の格子緩和に係る転位の影響を受けない。
【００５７】
図１及び図２に示されるように、活性層１９は量子井戸構造２９を有する。量子井戸構造２９は、交互に配列された障壁層２９ａ及び井戸層２９ｂを含む。障壁層２９ａは例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ等からなり、井戸層２９ｂは例えばＩｎＧａＮ等からなる。井戸層２９ｂは、井戸層２９ｂの格子定数と支持基体１３の格子定数との差に応じた歪みを内包し、障壁層２９ａは、障壁層２９ａの格子定数と支持基体１３の格子定数との差に応じた歪みが存在する場合には、その歪みを内包する。
【００５８】
一実施例では、第１の窒化ガリウム系半導体層２１は光ガイド層として働くことができる。また、第２の窒化ガリウム系半導体層２５は光ガイド層として働くことができる。窒化ガリウム系半導体層２１、２５の屈折率は電子ブロック層２３の屈折率よりも大きく、ｐ型クラッド層１７の屈折率よりも大きい。
【００５９】
半導体領域１５は、支持基体１３と活性層１９との間に設けられた第３の窒化ガリウム系半導体層３１を含むことができる。一実施例では、第３の窒化ガリウム系半導体層３１は光ガイド層として働くことができる。窒化物半導体発光素子１１は、ｐ型クラッド層１７上に設けられたｐ型コンタクト層３３を含むことができる。ｐ型コンタクト層３３は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等から成ることができる。ｐ側電極３５ａは、絶縁膜３７の開口を介してｐ型コンタクト層３３に接触を成す。
【００６０】
図１に示されるように、窒化物半導体発光素子１１は、支持基体１３の裏面１３ｂに接触を成すｎ側電極３５ｂを含むことができる。支持基体１３の六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸（ＶＣ）と法線軸Ｎｘとの成す角度ＡＬＰＨＡは５０度以上８０度以下又は１００度以上１３０度以下であることが好ましい。この角度範囲によれば、ピエゾ分極がｃ面主面の支持基体における発光素子と反対向きになる。また、六方晶系窒化ガリウム半導体のｃ軸（ＶＣ）と法線軸Ｎｘとの成す角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下であることが好ましい。この角度範囲によれば、ピエゾ分極を大きくできる。これ故に、電子ブロック層周辺のバンド曲がりがキャリアオーバーフローしにくい構造になる。
【００６１】
第２の窒化ガリウム系半導体層２５の無歪み状態の格子定数はｐ型クラッド層１７の無歪み状態のＡｌＧａＮ格子定数よりも大きい。ｐ型クラッド層１７の無歪み状態のＡｌＧａＮ格子定数は電子ブロック層２３の無歪み状態のＡｌＧａＮ格子定数よりも大きい。第２の窒化ガリウム系半導体層２５は、電子ブロック層２３とｐ型クラッド層１７との両者を互いに引き離すことができる。この引き離しによって、電子ブロック層２３がｐ型クラッド層１７に近くなりこれらが一体となって電子ブロック層２３に緩和を引き起こすことを低減でき、緩和に伴ってキャリア注入効率の悪化を招くことを低減できる。
【００６２】
図３は、電子ブロック層及びｐ型クラッド層が互いに接触している窒化物半導体発光素子の伝導帯バンド構造を示す図面である。図３を参照すると、活性層１９上には、光ガイド層３９（ＩｎＧａＮ層３９ａ、ＧａＮ層３９ｂ）、電子ブロック層４０及びｐ型クラッド層４１が順に形成される。電子ブロック層４０はＡｌＧａＮからなり、ｐ型クラッド層４１もＡｌＧａＮからなる。電子ブロック層４０及びｐ型クラッド層４１は接合４３ａを成し、電子ブロック層４０及び光ガイド層３９は接合４３ｂを成す。接合４３ｂのミスフィット転位密度は接合４３ａのミスフィット転位密度より大きい。電子ブロック層４０及びｐ型クラッド層４１が一体となって歪みを内包し、接合４３ａではミスフィット転位密度が導入されない。一方、電子ブロック層４０の格子定数と光ガイド層３９の格子定数との違いにより、接合４３ｂにはミスフィット転位密度が導入される。電子ブロック層４０の歪みは大きくない。これ故に、歪みを利用して電子ブロック層４０の電子へのバリア△Ｐ３９を増大させることができない。
【００６３】
再び図１及び図２を参照する。半極性主面を有する支持基体１３では、すべり面（例えばｃ面すべり面）が活性であるので、ＡｌＧａＮ層が所定の方向（オフ方向）に緩和しやすい。緩和するとピエゾ分極が弱まり、この結果キャリアオーバーフローが生じやすくなる。また、電子ブロック層とｐ型クラッド層が連続して成膜されるとき、これら一体のひずみが電子ブロック層の下の界面にかかり、この界面に転位が入ることになる。
【００６４】
ｐ型クラッド層１７を電子ブロック層２３から隔置されるので、電子ブロック層がしっかり歪む。電子ブロック層１７とｐ型クラッド層２３の間にＧａＮ層／及び又はＩｎＧａＮ層を挿入するとき、薄い膜厚の電子ブロック層２３は緩和しにくくなる。一方、ｐ型クラッド層１７は緩和して、ミスフィット転位はｐ型クラッド層の下側の界面に生成されて、これらの転位は、電子ブロック層２３周辺のバンド曲がりへあまり影響しない。
【００６５】
より詳細に、図４を参照しながら格子定数の関係を説明する。図４は、図１に示された窒化物半導体発光素子の半導体層における格子定数を示す図面である。ｐ型クラッド層１７のＡｌＧａＮにおけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１７の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１７によって表される。格子ベクトルＬＶＣ１７は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ１７Ｌと該縦成分に直交する横成分Ｖ１７Ｔとからなる。電子ブロック層２３のＡｌＧａＮにおけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２３によって表される。格子ベクトルＬＶＣ２３は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ２３Ｌと該縦成分に直交する横成分Ｖ２３Ｔとからなる。横成分Ｖ１７Ｔは横成分Ｖ２３Ｔより小さい。
【００６６】
窒化ガリウム系半導体層２５の窒化ガリウム系半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２５の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２５によって表される。格子ベクトルＬＶＣ２５は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ２５Ｌと該縦成分に直交する横成分Ｖ２５Ｔとからなる。横成分Ｖ１７Ｔは横成分Ｖ２５Ｔより小さい。
【００６７】
窒化ガリウム系半導体層２１の窒化ガリウム系半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２１によって表される。格子ベクトルＬＶＣ２１は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ２１Ｌと該縦成分に直交する横成分Ｖ２１Ｔとからなる。横成分Ｖ１７Ｔは横成分Ｖ２１Ｔより小さい。
【００６８】
窒化ガリウム系半導体層３１の窒化ガリウム系半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３１によって表される。格子ベクトルＬＶＣ３１は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ３１Ｌと該縦成分に直交する横成分Ｖ３１Ｔとからなる。横成分Ｖ１７Ｔは横成分Ｖ３１Ｔより小さい。
【００６９】
図４を参照すると、ｎ型クラッド層上には、窒化ガリウム系半導体層３１、活性層１９、窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３、及び窒化ガリウム系半導体層２５がコヒーレントに成長され、窒化ガリウム系半導体層３１、活性層１９、窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３、及び窒化ガリウム系半導体層２５の格子定数の横成分は互いに実効的に等しい。また、これらの厚さは、いずれも臨界膜厚より薄い。
【００７０】
図１及び図２を参照すると、電子ブロック層２３の膜厚Ｄ２３は５ｎｍ以上であることが好ましい。膜厚Ｄ２３が５ｎｍ以上であるとき、電子ブロック層２３が薄すぎることによりブロック効果が低下することを防ぐことができる。また、膜厚Ｄ２３は５０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚Ｄ２３が５０ｎｍ以下であるとき、電子ブロック層２３の緩和が抑制されて、電子ブロック層が歪みを内包できる。
【００７１】
電子ブロック層２３のＡｌ組成は０．０５以上であることが好ましく、０．３以下であることが好ましい。電子ブロック層２３のＡｌ組成が０．０５未満であるとき、ブロック効果が低下する。電子ブロック層２３のＡｌ組成が０．３以下であるとき、格子緩和が抑制されて、電子ブロック層２３の下側界面に転位が生成されることを避けることができる。
【００７２】
第２の窒化ガリウム系半導体層２５はＧａＮまたはＩｎＧａＮであることが好ましい。第２の窒化ガリウム系半導体層２５が、Ａｌを含まない窒化ガリウム系半導体（ＧａＮまたはＩｎＧａＮ）からなるとき、ｐ型クラッド層１７の影響により電子ブロック層２３が格子緩和することを防ぐことができる。また、ＧａＮまたはＩｎＧａＮは窒化ガリウム系半導体層２５がガイド層として機能することを可能にする。同様に、窒化ガリウム系半導体層２１はＧａＮまたはＩｎＧａＮであることが好ましい。また、窒化ガリウム系半導体層３３はＧａＮまたはＩｎＧａＮであることが好ましい。
【００７３】
第２の窒化ガリウム系半導体層２５の膜厚Ｄ２５が３０ｎｍ以上であることが好ましい。膜厚Ｄ２５が３０ｎｍ以上であるとき、ｐ型クラッド層１７の影響により電子ブロック層２３が格子緩和することを低減できる。また、膜厚Ｄ２５が１μｍ以下であることが好ましい。膜厚Ｄ２５が１μｍを超えるとき、ｐ型クラッド層１７が活性層１９から離れてしまい、光閉じ込めが良好でない。
【００７４】
ｐ型クラッド層１７の膜厚Ｄ１７は３００ｎｍ以上であることが好ましい。膜厚Ｄ１７が３００ｎｍ以上であるとき、所望の光閉じ込め性能が提供される。また、膜厚Ｄ１７は１．５μｍ以下であることが好ましい。膜厚Ｄ１７が１．５μｍ以下であるとき、スループットも考慮したとき実用的な上限値である。
【００７５】
既に説明したように、第１の窒化ガリウム系半導体層２１と電子ブロック層２３との界面２７ａにおけるミスフィット転位密度は第２の窒化ガリウム系半導体層２５とｐ型クラッド層１７との界面２７ｂにおけるミスフィット転位密度より低いので、ｐ型クラッド層１７の一部又は全部は半導体領域１５の半極性面上において格子緩和している。
【００７６】
ｐ型クラッド層１７のＡｌ組成は０．０３以上であることができ、０．２以下であることができる。クラッド層１７のＡｌ組成が０．０３以上であるとき、所望の光閉じ込めが提供される。クラッド層１７の結晶性、導電性及びスループットなどを考慮するとき、クラッド層１７のＡｌ組成が０．２以下であることが好ましい。クラッド層１７に格子緩和が生じても、キャリア注入の観点では、電子ブロック層２３におけるバンド曲がりへの悪影響は小さい。
【００７７】
例えば上記のＡｌ組成において、ｐ型クラッド層１７の格子定数ベクトルＬＶＣ１７の横成分Ｖ１７Ｔの無歪み状態の値Ｖ１７０Ｔと第２の窒化ガリウム系半導体層２５の格子定数ベクトルＬＶＣ２５の横成分Ｖ２５Ｔの無歪み状態の値Ｖ２５０Ｔとの関係について説明する。第２の窒化ガリウム系半導体層２５とｐ型クラッド層１７との格子定数差（Ｖ１７０Ｔ−Ｖ２５０Ｔ）／Ｖ２５０Ｔは−１．１パーセント以上であることが好ましく、−０．０７パーセント以下であることが好ましい。第２の窒化ガリウム系半導体層２５は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮであり、このＩｎ組成はゼロ以上であり、０．０３以下である。
【００７８】
界面（第１の窒化ガリウム系半導体層２１と電子ブロック層２３との界面）２７ａにおけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１未満であることが好ましい。ミスフィット転位密度が上記の範囲であるとき、電子ブロック層２３の歪みに由来するバンド曲がりにより、キャリアオーバーフローを低減できる。
【００７９】
界面（第２の窒化ガリウム系半導体層２５とｐ型クラッド層１７との界面）２７ｂにおけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１以上であることが好ましい。クラッド層１７の膜厚及びＡｌ組成を高めてクラッド層１７の一部又は全部に格子緩和を引き起こすことによって、クラッド層１７において光閉じ込めの向上を得ることができる。
【００８０】
ｐ型クラッド層１７の膜厚Ｄ１７は該ｐ型クラッド層１７のＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越えることが好ましい。ｐ型クラッド層１７が半極性面上に形成されるので、臨界膜厚以上の膜厚のｐ型クラッド層１７にはすべり面の作用により格子緩和が生じる。これ故に、キャリア注入に悪影響を及ぼさずにクラッド層において光閉じ込めの向上を得ることができる。
【００８１】
窒化ガリウム系半導体層２５と電子ブロック層２３との界面２７ｃにおけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１未満であることが好ましい。また、ｐ型コンタクト層３３とｐ型クラッド層１７との界面２７ｄにおけるミスフィット転位密度は１×１０４ｃｍ−１未満であることが好ましい。
【００８２】
このような窒化物半導体発光素子１１では、ｐ型クラッド層１７は半導体領域１５の主面１５ａ上において格子緩和している。クラッド層１７において光閉じ込めの向上を得ることができる。
【００８３】
図１に示されるように、窒化物半導体発光素子１１は、支持基体１３と半導体領域１５との間に設けられたｎ型クラッド層４５を更に備えることができる。ｎ型クラッド層４５はＡｌＧａＮを含むことができる。
【００８４】
図５に示されるように、窒化物系発光素子１１ａでは、ｎ型クラッド層４５ａはＡｌＧａＮを含むことができる。支持基体１３の主面１３ａ上に、ｎ型クラッド層４５ａ、窒化ガリウム系半導体層３１、活性層１９、窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３、及び窒化ガリウム系半導体層２５がコヒーレントに成長される。これ故に、支持基体１３、ｎ型クラッド層４５ａ、窒化ガリウム系半導体層３１、活性層１９、窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３、及び窒化ガリウム系半導体層２５の格子定数の横成分は互いに等しい。
【００８５】
ｎ型クラッド層４５ａは、格子緩和することなく、ｎ型クラッド層４５ａの格子定数と支持基体１３の格子定数との差に応じて歪んでいる。電子ブロック層２３を含む半導体領域１５は、歪んだｎ型クラッド層４５ａ上に形成される。これ故に、電子ブロック層２３が引っ張り歪みを受け、キャリアオーバーフローが低減する方向にバンド曲がりが生じる。
【００８６】
これまでの格子ベクトルの記法に従って、窒化ガリウム系半導体層４５ａの窒化ガリウム系半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ４５の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ４５によって表される。格子ベクトルＬＶＣ４５は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ４５Ｌと該縦成分に直交する横成分Ｖ４５Ｔとからなる。
【００８７】
窒化ガリウム系半導体層１３の窒化ガリウム系半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１３によって表される。格子ベクトルＬＶＣ１３は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ１３Ｌと該縦成分に直交する横成分Ｖ１３Ｔとからなる。ｎ型クラッド層４５ａは支持基体１３の主面１３ａにおいて引っ張り歪みを受ける。
【００８８】
図６に示されるように、窒化物系発光素子１１ｂでは、ｎ型クラッド層４５ｂはＡｌＧａＮを含むことができる。支持基体１３の格子定数の横成分Ｖ１３Ｔはｎ型クラッド層４５ｂの格子定数の横成分Ｖ４５Ｔより大きい。ｎ型クラッド層４５ｂ上に、窒化ガリウム系半導体層３１、活性層１９、窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３、及び窒化ガリウム系半導体層２５がコヒーレントに成長される。これ故に、ｎ型クラッド層４５ｂ、窒化ガリウム系半導体層３１、活性層１９、窒化ガリウム系半導体層２１、電子ブロック層２３及び窒化ガリウム系半導体層２５の格子定数の横成分は互いに実質的に等しい。
【００８９】
ｎ型クラッド層４５ｂと支持基体１３の主面１３ａとの界面２７ｅにおけるミスフィット転位密度は、ｎ型クラッド層４５ｂと半導体領域１５の下面１５ｂとの界面２７ｆのミスフィット転位密度より大きい。ｎ型クラッド層４５ｂは、支持基体１３の主面１３ａ上において格子緩和しており、ｎ型クラッド層４５ｂの格子定数と支持基体１３の格子定数との差に応じて歪んでいる。活性層１９を含む半導体領域１５は、格子緩和により歪みの一部又は全部を解放したｎ型クラッド層４５ｂ上に形成される。半導体領域１５の歪みは、歪みを解放したｎ型クラッド層４５ｂの格子定数の影響を受ける。半導体領域１５上に電子ブロック層２３は設けられる。電子ブロック層２３はｎ型クラッド層４５ｂの歪みの影響を受ける。
【００９０】
ｎ型クラッド層４５ｂの膜厚Ｄ４５は該ｎ型クラッド層４５ｂのＡｌＧａＮのＡｌ組成における臨界膜厚を越えることが好ましい。ｎ型クラッド層４５ｂでは格子緩和が生じている。第１の窒化ガリウム系半導体層２１を含む半導体領域１５は、格子緩和したｎ型クラッド層４５ｂ上に形成される。これ故に、第１の窒化ガリウム系半導体層２１は圧縮歪みを受け、キャリアオーバーフローが低減する方向にバンド曲がりが生じる。
【００９１】
図７は、格子緩和したｎ型クラッド層上に形成される窒化物半導体発光素子の伝導帯バンド構造を示す図面である。図６に示されるように、ｎ型クラッド層４５ｂの格子緩和により、電子ブロック層２３直下の窒化ガリウム系半導体層２１の圧縮歪みが強くなる。これ故に、電子ブロック層２３におけるバンド曲がりが増強されて、電子ブロック層２３及び窒化ガリウム系半導体層２１におけるピエゾ分極（ＰＺ２１、ＰＺ２３）がさらにキャリア（本実施例では、キャリアは電子である）オーバーフローを低減する方向に動く。
【００９２】
また、図１に示されるように、窒化ガリウム系半導体層２１は、単一の組成を有する窒化ガリウム系半導体からなることができる。しかしながら、図２及び図７に示されるように、窒化ガリウム系半導体層２１が第１部分４７ａ及び第２部分４７ｂを含むことができる。図８に示されるように、第１部分４７ａのバンドギャップは第２部分４７ｂのバンドギャップよりも小さいことが好ましい。第１部分４７ａの屈折率は第２部分４７ｂの屈折率よりも大きいことが好ましい。第１部分４７ａの無歪み状態の格子定数の横成分は第２部分４７ｂの無歪み状態の格子定数の横成分よりも大きいことが好ましい。第１部分４７ａがＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなると共に第２部分４７ｂがＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜Ｘ＜１）からなるとき、電子ブロック層２３直下の窒化ガリウム系半導体層２１の圧縮歪みが強くなる。これ故に、電子ブロック層２３におけるバンド曲がりが増強されて、電子ブロック層２３及び窒化ガリウム系半導体層２１におけるピエゾ分極（ＰＺ４７、ＰＺ２３）がさらにキャリア（本実施例では、キャリアは電子である）オーバーフローを低減する方向に動く。
【００９３】
一実施例では、ｎ型クラッド層４５はＩｎＡｌＧａＮ層を含むことができる。第１の窒化ガリウム系半導体層２１はＩｎＧａＮからなる。ｎ型クラッド層４５はＩｎＡｌＧａＮ層を含むので、ＡｌＧａＮからなるクラッド層に比較して、クラッドのために適切なバンドギャップおよび膜厚のｎ型クラッド層４５を提供できると共に、このＩｎＡｌＧａＮ層の格子定数をＧａＮの格子定数に近づけることができる。ＩｎＡｌＧａＮ層の使用により、第１の窒化ガリウム系半導体層２１をＩｎＧａＮとした場合でも格子緩和しにくくなり、第１の窒化ガリウム系半導体層２１に圧縮応力を加えることができる。
【００９４】
（実施例１）
図９を参照しながら、窒化物レーザダイオードを作製する方法を説明する。この窒化物レーザダイオードは図１０（ａ）に示されるＬＤ構造を有する。工程Ｓ１０１では、半極性面を有するＧａＮ基板５１を準備した。このＧａＮ基板５１の主面５１ａは、ｍ軸方向に７５度で傾斜している。引き続く説明では、この半極性ＧａＮ基板の（２０−２１）面上に、４５０ｎｍ帯で発光するレーザダイオード（ＬＤ）構造を作製した。図９（ａ）を参照すると、主面５１ａの法線軸Nｘ及びｃ軸Ｃｘと共に、法線ベクトルＶＮ及びｃ軸ベクトルが示されている。引き続き有機金属気相成長法を用いて、ＧａＮ基板５１上に複数の窒化ガリウム系半導体層を成長して、エピタキシャル基板を作製する。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）を用いた。ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。
【００９５】
工程Ｓ１０２では、成長炉１０にＧａＮ基板５１を配置する。ＧａＮ基板５１のサーマルクリーニングを成長炉１０を用いて行う。摂氏１０５０度の温度で、ＮＨ３とＨ２を含むガスを成長炉１０に流しながら、１０分間の熱処理を行う。サーマルクリーニング後の成長工程では、原料ガスを成長炉１０に供給して、摂氏１１００度において、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上にｎ型ＧａＮバッファ層（厚さ１μｍ）５３及びｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層（厚さ１μｍ）５５を成長する。半極性面においては格子緩和の有無は、成長するＡｌＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御でき、本実施例でＡｌＧａＮ半導体は緩和していない。引き続き同じ温度で、ｎ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ１５０ｎｍ）５７ａを成長する。次いで、摂氏８４０度の温度で、アンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）５７ｂを成長する。光ガイド層５７ｂ上に、量子井戸構造の活性層５９を成長する。活性層５９は交互に配置された井戸層及び障壁層を含み、井戸層の数は３である。ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は摂氏７９０度であり、その厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ障壁層の成長温度は摂氏８４０度であり、その厚さは１５ｎｍである。最後の障壁層の成長が終了した後に、引き続き同じ温度で、アンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）６１ａを成長する。次いで、摂氏１０００度の温度で、光ガイド層６１ａ上に、ｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）６１ｂを成長する。同じ温度で、光ガイド層６１ｂ上にｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層（厚さ２０ｎｍ）６３を成長する。同じ温度で、電子ブロック層６３上にｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ１００ｎｍ）６１ｃを成長する。
【００９６】
工程Ｓ１０３では、成長炉１０において、摂氏１０００度の温度で、光ガイド層６１ｃ上に、ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎクラッド層（厚さ４００ｎｍ）６５及びｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）６７を成長する。これによって、エピタキシャル基板Ｅ１が作製された。エピタキシャル基板Ｅ１では、ＧａＮ光ガイド層の厚さがＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さより大きい。
【００９７】
電子ブロック層６３の下側界面Ｊ１にミスフィット転位は認められなかった。ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎクラッド層６５の厚さは、このＡｌ組成におけるＡｌＧａＮの臨界膜厚より大きい。クラッド層６５が格子緩和しているので、光ガイド層６１ｃとクラッド層６５との接合Ｊ２には多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成される。一方、ｐ型クラッド層６５との下側界面Ｊ２には密度３×１０４ｃｍ−１のミスフィット転位が認められた。
【００９８】
比較例として、図１０（ｂ）に示されるように、電子ブロック層とｐ型ＧａＮガイド層を入れ替えたＬＤ構造を作製した。このために、同じ温度で、光ガイド層６１ｂ上にｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ１００ｎｍ）６１ｄを成長する。光ガイド層６１ｄ上に、ｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層（厚さ２０ｎｍ）６２を成長する。次いで、摂氏１０００度の温度で、電子ブロック層６２上に、ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎクラッド層（厚さ４００ｎｍ）６４及びｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）６７を成長する。これによって、エピタキシャル基板ＥＣが作製された。
【００９９】
電子ブロック層６２の直下界面Ｊ３のミスフィット転位は５×１０４ｃｍ−１であった。ｐ型クラッド層６４の直下界面Ｊ４にはミスフィット転位は認められなかった。エピタキシャル基板ＥＣのように、電子ブロック層６２及びｐ型クラッド層６４を連続して形成するとき、電子ブロック層６２の直下にミスフィット転位が導入される。しかしながら、エピタキシャル基板Ｅ１では、電子ブロック層６３及びｐ型クラッド層６５はｐ型ＧａＮガイド層６１ｃによって隔てられるので、薄い電子ブロック層６３直下の界面Ｊ１ではなく、厚いｐ型クラッド層６５直下の界面Ｊ２にミスフィット転位が導入される。
【０１００】
電極工程では、エピタキシャル基板Ｅ１及びＥＣにおいて、シリコン酸化膜のストライプ窓に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極６９ａを形成すると共に、Ｔｉ／Ａｕから成るパッド電極を形成する。ＧａＮ基板５１の裏面には、Ｔｉ／Ａｌから成るｎ側電極６９ｂを形成すると共に、Ｔｉ／Ａｕから成るパッド電極を形成する。これらの電極は、蒸着により形成される。これらの工程により、エピタキシャル基板Ｅ１及びＥＣから、基板生産物Ｐ１、ＰＣが作製される。基板生産物Ｐ１、ＰＣを８００μｍ間隔でへき開して、それぞれゲインガイド型レーザＬＤ１、ＬＤＣを作製する。へき開面には、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる誘電体多層膜を形成する。
【０１０１】
実施例のＬＤ１はしきい値電流８００ｍＡでレーザ発振したのに対し、比較例のＬＤＣは発振しなかった。これらの自然放出光の強度を比較すると、比較例のＬＤＣにおける光の強度は実施例のＬＤ１における光の強度の約１／２に低下している。この点が発振を阻害しており、また比較例のＬＤＣでは電子ブロック層のひずみが緩和してキャリアオーバーフローが生じやすくなり、発光効率が低下したと考えられる。
【０１０２】
（実施例２）
この実施例では、図１１（ａ）に示されるＬＤ２を作製する。ｎ型クラッド層５５上に、引き続き同じ温度で、ｎ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ１００ｎｍ）５６ａを成長する。次いで、摂氏８４０度の温度で、アンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層（厚さ１００ｎｍ）５６ｂを成長する。光ガイド層５６上に、量子井戸構造の活性層５９を成長する。最後の障壁層の成長が終了した後に、引き続き同じ温度で、アンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層（厚さ１００ｎｍ）６６ａを成長する。次いで、光ガイド層６６ａ上にｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層（厚さ２０ｎｍ）６３を成長する。同じ温度で、電子ブロック層６３上にｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ１００ｎｍ）６６ｂを成長する。成長炉１０において、摂氏１０００度の温度で、光ガイド層６６ｂ上に、ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎクラッド層（厚さ４００ｎｍ）６５及びｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）６７を成長する。これによって、エピタキシャル基板Ｅ２が作製された。エピタキシャル基板Ｅ２では、ＧａＮ光ガイド層の厚さがＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さと等しい。
【０１０３】
電子ブロック層６３の下側界面Ｊ１にミスフィット転位は認められなかった。クラッド層６５が格子緩和しているので、光ガイド層６６ｂとクラッド層６５との接合Ｊ２には多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成される。一方、ｐ型クラッド層６５との下側界面Ｊ５には密度３×１０４ｃｍ−１のミスフィット転位が認められた。
【０１０４】
この実施例のＬＤ２はしきい値電流６００ｍＡでレーザ発振した。本実施例では電子ブロック層直下のＩｎＧａＮガイド層が圧縮ひずみを受けているので、さらにキャリアオーバーフローを抑制する方向にバンドが曲がっていると考えられる。
【０１０５】
（実施例３）
この実施例では、図１１（ｂ）に示されるＬＤ３を作製する。工程Ｓ１０１の後に、工程Ｓ１０４では、図１２（ａ）に示されるように、成長炉１０にＧａＮ基板５１を配置する。ＧａＮ基板５１のサーマルクリーニングを成長炉１０を用いて行う。摂氏１０５０度の温度で、ＮＨ３とＨ２を含むガスを成長炉１０に流しながら、１０分間の熱処理を行う。サーマルクリーニング後の成長工程では、原料ガスを成長炉１０に供給して、摂氏１１００度において、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上にｎ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層（厚さ２μｍ）５２ａを成長する。半極性面においては格子緩和の有無は、成長するＡｌＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御でき、本実施例でＡｌＧａＮ半導体は緩和している。
【０１０６】
工程Ｓ１０５では、半導体領域５２ｂの成長を行う。引き続き同じ温度で、ｎ型クラッド層５２ａ上に、ｎ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ１５０ｎｍ）５４ａを成長する。次いで、摂氏８４０度の温度で、アンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）５４ｂを成長する。光ガイド層５４ｂ上に、量子井戸構造の活性層５６を成長する。活性層５６は交互に配置された井戸層及び障壁層を含み、井戸層の数は３である。井戸層の成長温度は摂氏７９０度であり、その厚さは３ｎｍである。障壁層の成長温度は摂氏８４０度であり、その厚さは１５ｎｍである。最後の障壁層の成長が終了した後に、引き続き同じ温度で、アンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）６０ａを成長する。次いで、摂氏１０００度の温度で、光ガイド層６０ａ上に、ｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）６０ｂを成長する。同じ温度で、光ガイド層６０ｂ上にｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層（厚さ２０ｎｍ）７１を成長する。同じ温度で、電子ブロック層７１上にｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ１００ｎｍ）６０ｃを成長する。
【０１０７】
工程Ｓ１０６では、半導体領域５２ｂ上に、格子緩和されたｐ型窒化ガリウム系半導体領域の成長を行う。成長炉１０において、摂氏１０００度の温度で、光ガイド層６０ｃ上に、ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎクラッド層（厚さ４００ｎｍ）６５及びｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）６７を成長する。これによって、エピタキシャル基板Ｅ３が作製された。
【０１０８】
電子ブロック層７１の下側界面Ｊ１にミスフィット転位は認められなかった。ｎ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層５２ａの厚さは、このＡｌ組成におけるＡｌＧａＮの臨界膜厚より大きい。クラッド層５２ａが格子緩和するので、光ガイド層５４ａとｎ型クラッド層５２ａとの接合Ｊ６には多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成され、密度３×１０４ｃｍ−１のミスフィット転位が認められた。
【０１０９】
ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎクラッド層６５の厚さは、このＡｌ組成におけるＡｌＧａＮの臨界膜厚より大きい。クラッド層６５が格子緩和するので、光ガイド層６０ｃとクラッド層６５との接合Ｊ７には多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成され、密度３×１０４ｃｍ−１のミスフィット転位が認められた。
【０１１０】
このエピタキシャル基板Ｅ３に、実施例１と同様に電極を形成すると共に、へき開を行ってガイド型レーザダイオードＬＤ３を作製した。レーザダイオードＬＤ３の特性はレーザダイオードＬＤ２の特性とほぼ同じで、実施例１におけるレーザダイオードＬＤ１よりも良好であった。レーザダイオードＬＤ３ではｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の緩和が進み、また電子ブロック層直下のＧａＮガイド層がより大きな圧縮ひずみを受けるので、さらにキャリアオーバーフローを抑制する方向にバンドが曲がると考えられる。
【０１１１】
（実施例４）
この実施例では、図１３に示されるエピタキシャル基板Ｅ４を作製する。７５度オフ角の主面を有するＧａＮ基板５１を準備する。このＧａＮ基板５１上に以下の窒化ガリウム系半導体膜を成長した：ｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層（厚さ２３００ｎｍ）７３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）７５ａ、アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層（厚さ５０ｎｍ）７５ｂ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層（井戸層３ｎｍ、障壁層１５ｎｍ）７７、アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）７９ａ、ｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）７９ｂ、ｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層（厚さ２０ｎｍ）８１、ｐ型ＧａＮ光ガイド層（厚さ５０ｎｍ）７９ｃ、ｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎクラッド層（厚さ４００ｎｍ）８３、ｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ５０ｎｍ）８５。これらの成長によって、エピタキシャル基板Ｅ４が作製された。
【０１１２】
図１４は、エピタキシャル基板における（２０−２４）の逆格子マッピングを示す図面である。Ｘ線の入射方向は、ｃ軸の傾斜方向に平行な方向である。ＧａＮ基板の回折スポットに対してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の回折スポットがずれており、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は格子緩和している。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の回折スポットは、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の回折スポット及びＧａＮ基板の回折スポットに対してずれている。つまり、３つの回折スポットがｙ軸に平行な直線上に並んでいないので、これら３つの半導体は、格子整合の状態にない。
【０１１３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【０１１４】
１１、１１ａ、１１ｂ…窒化物半導体発光素子、１３…支持基体、１３ａ…支持基体主面、１５…半導体領域、１７…ｐ型クラッド層、Ｓ…直交座標系、ＶＣ…ｃ軸ベクトル、ＮＶ…法線ベクトル、１９…活性層、２１…第１の窒化ガリウム系半導体層、２３…電子ブロック層、２５…第２の窒化ガリウム系半導体層、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ…界面、２９…量子井戸構造、２９ａ…障壁層、２９ｂ…井戸層、３１…第３の窒化ガリウム系半導体層、３３…ｐ型コンタクト層、３５ａ…ｐ側電極、３７…絶縁膜、３５ｂ…ｎ側電極、ｄ１３、ｄ１７、ｄ２１、ｄ２３、ｄ２５、ｄ３１…格子定数、ＬＶＣ１３、ＬＶＣ１７、ＬＶＣ２１、ＬＶＣ２３、ＬＶＣ２５、ＬＶＣ４５…格子ベクトル、Ｖ１３Ｌ、Ｖ１７Ｌ、Ｖ２１Ｌ、Ｖ２３Ｌ、Ｖ２５Ｌ、Ｖ３１Ｌ、Ｖ４５Ｌ…縦成分、Ｖ１３Ｔ、Ｖ１７Ｔ、Ｖ２１Ｔ、Ｖ２３Ｔ、Ｖ２５Ｔ、Ｖ３１Ｔ、Ｖ４５Ｔ…横成分、４５、４５ａ、４５ｂ…ｎ型クラッド層  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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