(57)【要約】【課題】高い光閉じ込め及びキャリア閉じ込めを提供できるクラッド層を有するIII族窒化物半導体レーザダイオードを提供する。【解決手段】（２０−２１）面ＧａＮ基板７１上にｎ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７２を格子緩和するように成長する。ｎ型クラッド層７２上にＧａＮ光ガイド層７３ａを格子緩和するように成長する。光ガイド層７３ａ上に活性層７４、ＧａＮ光ガイド層７３ｂ、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層７５及びＧａＮ光ガイド層７３ｃを格子緩和しないように成長する。光ガイド層７３ｃ上にｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７６を格子緩和するように成長する。ｐ型クラッド層７６上にｐ型ＧａＮコンタクト層７７を格子緩和しないように成長して、半導体レーザ１１ａを作製する。接合７８ａ〜７８ｃの転位密度は他の接合における転位密度より大きい。【選択図】図８
2010263162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体レーザダイオードであって、
第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に設けられ、第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に設けられ、第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１の光ガイド層と、
第４の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層と、
前記第１導電型クラッド層と前記キャリアブロック層との間に設けられた活性層と
を備え、
前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、
前記第１導電型クラッド層は前記半導体領域の前記主面上において格子緩和しており、
前記第１導電型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層及び前記キャリアブロック層は、前記半導体領域の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
前記キャリアブロック層は歪みを内包すると共に前記活性層は歪みを内包する半導体層を含み、
前記第１の光ガイド層は前記第１導電型クラッド層の主面上において格子緩和しており、
前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、
前記第１導電型クラッド層は前記半導体領域の前記主面上において格子緩和している、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表され、
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、
前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、
前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、
前記横成分Ｖ１Ｔは前記横成分Ｖ２Ｔと異なる、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記第３の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３によって表され、
前記格子ベクトルＬＶＣ３は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ３Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなり、
前記横成分Ｖ２Ｔは前記横成分Ｖ３Ｔと異なる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項４】
第５の六方晶系III族窒化物半導体からなり前記キャリアブロック層上に設けられた第２導電型クラッド層を更に備え、
前記キャリアブロック層は前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ、
前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第３の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第２導電型クラッド層は格子緩和している、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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ第６の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２の光ガイド層を更に備え、
前記第２導電型クラッド層の前記格子緩和は前記第２の光ガイド層上において生じている、ことを特徴とする請求項４に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項６】
前記第２導電型クラッド層はＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２≦０．５０、０≦Ｙ２≦０．５０）である、ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項７】
前記第２導電型クラッド層の膜厚は３００ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項８】
前記第１導電型クラッド層はＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦０．５０、０≦Ｙ１≦０．５０）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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項９】
前記第１導電型クラッド層の膜厚は３００ｎｍ以上である、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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１０】
前記活性層はＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＮ（０≦Ｕ≦０．５０、０≦Ｖ≦０．５０）からなる、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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１１】
前記活性層の発光波長は２５０ｎｍ以上６００ｎｍ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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１２】
前記第１のガイド層はＩｎＳＡｌＴＧａ１−Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ≦０．３０、０≦Ｔ≦０．３０）からなる、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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１３】
前記活性層の膜厚と前記第１の光ガイド層の膜厚との合計は３００ｎｍ以上である、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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１４】
前記第１導電型クラッド層と前記第１の光ガイド層との界面における転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有する、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III族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１５】
前記転位は刃状転位の成分を含む、ことを特徴とする請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１６】
非極性主面を有する支持体を更に備え、
前記第１導電型クラッド層は前記支持体の前記主面上に設けられており、
前記支持体の前記非極性主面は、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる前記半導体領域の主面を提供する、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１７】
前記支持体はＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなる、ことを特徴とする請求項１６に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１８】
前記支持体はＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１９】
III族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法であって、
第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を、該第１導電型クラッド層が格子緩和するように、第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に成長する工程と、
第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１の光ガイド層を、該第１の光ガイド層が格子緩和するように、前記第１導電型クラッド層上に成長する工程と、
前記第１の光ガイド層上に活性層を成長する工程と、
第４の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層を前記活性層上に成長する工程と
を備え、
前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、
前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、
前記キャリアブロック層は歪みを内包し、
前記活性層は歪みを内包する半導体層を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を、該第２導電型クラッド層の該第５の六方晶系III族窒化物半導体が格子緩和するように、前記キャリアブロック層上に成長する工程を更に備え、
前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第３の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第２導電型クラッド層は格子緩和している、ことを特徴とする請求項１９に記載された方法。
【請求項２１】
前記第２導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなり、
前記第２導電型クラッド層の膜厚は、該第５の六方晶系III族窒化物半導体のアルミニウム組成及びインジウム組成において臨界膜厚より大きい、ことを特徴とする請求項２０に記載された方法。
【請求項２２】
前記第２導電型クラッド層の成長に先立って、第６の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２の光ガイド層を、該第２の光ガイド層が格子緩和しないように、前記活性層上に成長する工程を更に備え、
前記第２導電型クラッド層の前記格子緩和は前記第２の光ガイド層上において生じている、ことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載された方法。
【請求項２３】
前記第２の光ガイド層はＩｎＧａＮからなり、
前記第２の光ガイド層の膜厚は、該第６の六方晶系III族窒化物半導体のインジウム組成において臨界膜厚より小さい、ことを特徴とする請求項２２に記載された方法。
【請求項２４】
前記第１導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなり、
前記第１導電型クラッド層の膜厚は、該第２の六方晶系III族窒化物半導体のアルミニウム組成及びインジウム組成において臨界膜厚より大きい、ことを特徴とする請求項１９〜請求項２３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２５】
前記第１の光ガイド層はＩｎＧａＮからなり、
前記第１の光ガイド層の膜厚は、該第３の六方晶系III族窒化物半導体のインジウム組成において臨界膜厚より大きい、ことを特徴とする請求項１９〜請求項２４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２６】
第１の六方晶系III族窒化物半導体からなり非極性主面を有する基板を準備する工程を更に備え、
前記半導体領域の前記主面は、前記非極性主面によって提供され、
前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮのいずれかからなる、ことを特徴とする請求項１９〜請求項２５のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体レーザダイオード、及びIII族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＡｌＧａＮを含むエピタキシャル層構造にクラックが発生し難い窒化物半導体発光素子が記載されている。この窒化物半導体発光素子は、ＧａＮ半導体からなる支持体、第１導電型ＡｌＧａＮ領域、第２導電型ＧａＮ系半導体層、及び活性層を備える。支持体のＧａＮ半導体のｃ軸は、一方の側面から他方の側面に伸びているので、基板主面は実質的にｍ面またはａ面である。ＡｌＧａＮ領域およびＧａＮ系半導体層は、支持体の主面上に設けられている。ＡｌＧａＮ領域のアルミニウム組成は０．０５以上であり、またＡｌＧａＮ領域の厚さＤ１は５００ｎｍ以上である。活性層は、第１導電型ＡｌＧａＮ領域と第２導電型ＧａＮ系半導体層との間に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７７５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くの窒化ガリウム系レーザダイオードでは、ｃ面ＧａＮといった窒化ガリウム系半導体領域上にクラッド層が成長される。このクラッド層は、光閉じ込め及びキャリア閉じ込めを提供するように働く。所望の光閉じ込め及びキャリア閉じ込めを得るために、クラッド層の組成及び膜厚が設計される。このため、クラッド層のバンドギャップ及び屈折率は、下地ＧａＮと異なるものになる。故に、クラッド層の半導体材料の格子定数はＧａＮと異なるものになり、これらの材料の格子定数に応じてクラッド層は歪みを内包することになる。また、窒化ガリウム系半導体領域とクラッド層との間の格子定数差は、井戸層に歪みを生じさせる。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、高い光閉じ込め及びキャリア閉じ込めを提供できるクラッド層を有するIII族窒化物半導体レーザダイオードを提供することを目的し、またこのIII族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法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】
【０００６】
本発明の一側面は、III族窒化物半導体レーザダイオードに係る。このレーザダイオードは、（ａ）第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に設けられ、第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層と、（ｂ）前記第１導電型クラッド層上に設けられ、第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１の光ガイド層と、（ｃ）第４の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層と、（ｄ）前記第１導電型クラッド層と前記キャリアブロック層との間に設けられた活性層とを備える。前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、前記第１導電型クラッド層は前記半導体領域の前記主面上において格子緩和しており、前記第１導電型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層及び前記キャリアブロック層は、前記半導体領域の前記主面の法線軸の方向に配列されており、前記キャリアブロック層は歪みを内包し、前記活性層は、歪みを内包する半導体層を含み、前記第１の光ガイド層は前記第１導電型クラッド層の主面上において格子緩和しており、前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、前記第１導電型クラッド層は前記半導体領域の前記主面上において格子緩和している。
【０００７】
このレーザダイオードによれば、半導体領域の主面は、ｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成すので、第１導電型クラッド層のｃ軸が半導体領域の主面に対して有限の角度を成す。これ故に、第１導電型クラッド層が半導体領域の主面上において格子緩和するようにできる。この格子緩和により、第１導電型クラッド層の第２の六方晶系III族窒化物半導体は、所望のクラッド特性に合わせた組成及び膜厚を有することができる。また、第１の光ガイド層が第１導電型クラッド層の主面上に設けられるので、第１の光ガイド層のｃ軸が半導体領域の主面に対して有限の角度を成す。これ故に、第１の光ガイド層が第１導電型クラッド層の主面上において格子緩和するようにできる。この格子緩和により、第１導電型クラッド層の組成が第１の光ガイド層の第３の六方晶系III族窒化物半導体の組成及び膜厚に与える制約を低減できる。さらに、この第１の光ガイド層上に活性層及びキャリアブロック層が設けられるので、第１の光ガイド層を支持する半導体の組成が活性層の歪みに与える制約を低減できる。一方、活性層及びキャリアブロック層の膜厚は十分に薄いので、これらには格子緩和が生じない。
【０００８】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表される。前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、前記横成分Ｖ１Ｔは前記横成分Ｖ２Ｔと異なる。
【０００９】
このレーザダイオードによれば、第１の六方晶系III族窒化物半導体における横成分Ｖ１Ｔが第２の六方晶系III族窒化物半導体における横成分Ｖ２Ｔと異なるので、第１及び第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数差に起因する歪みが第１導電型クラッド層において低減される。
【００１０】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第３の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３によって表され、前記格子ベクトルＬＶＣ３は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ３Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなり、前記横成分Ｖ２Ｔは前記横成分Ｖ３Ｔと異なる。
【００１１】
このレーザダイオードによれば、第２の六方晶系III族窒化物半導体における横成分Ｖ２Ｔが第３の六方晶系III族窒化物半導体における横成分Ｖ３Ｔと異なるので、第２及び第３の六方晶系III族窒化物半導体の間の格子定数差に起因する歪みが第１の光ガイド層において低減される。
【００１２】
本発明の一側面に係るレーザダイオードは、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなり前記キャリアブロック層上に設けられた第２導電型クラッド層を更に備えることが好ましい。前記キャリアブロック層は前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ、前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第３の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第２導電型クラッド層は格子緩和している。
【００１３】
このレーザダイオードによれば、第２導電型クラッド層が半導体領域の主面上に設けられるので、第２導電型クラッド層のｃ軸が半導体領域の主面に対して有限な角度を成す。これ故に、第２導電型クラッド層が格子緩和するようにできる。この格子緩和により、第２導電型クラッド層の格子定数と下地の半導体領域の格子定数との間の差が第２導電型クラッド層に適用可能な組成及び膜厚の範囲に課す制約を緩和できる。
【００１４】
本発明の一側面に係るレーザダイオードは、前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ第６の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２の光ガイド層を更に備えることが好ましい。前記第２導電型クラッド層の前記格子緩和は前記第２の光ガイド層上において生じる。
【００１５】
このレーザダイオードによれば、第２の光ガイド層が第１の光ガイド層の主面上に活性層を介して設けられるので、また第２の光ガイド層に内包される歪みは小さい。これ故に、第２の光ガイド層が格子緩和することないようにできる。この第２導電型クラッド層の格子緩和は第２の光ガイド層上において生じる。
【００１６】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第２導電型クラッド層はＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２≦０．５０、０≦Ｙ２≦０．５０）であることが好ましい。
【００１７】
このレーザダイオードによれば、第２導電型クラッド層はＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００１８】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第２導電型クラッド層の膜厚は３００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
このレーザダイオードによれば、第２導電型クラッド層は、所望の光閉じ込めを提供すると共に、格子緩和可能な膜厚を有する。
【００２０】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第１導電型クラッド層はＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦０．５０、０≦Ｙ１≦０．５０）であることが好ましい。
【００２１】
このレーザダイオードによれば、第１導電型クラッド層はＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００２２】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第１導電型クラッド層の膜厚は３００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
このレーザダイオードによれば、第１導電型クラッド層は、所望の光閉じ込めを提供すると共に、格子緩和可能な膜厚を有する。
【００２４】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記活性層はＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＮ（０≦Ｕ≦０．５０、０≦Ｖ≦０．５０）からなることが好ましい。
【００２５】
このレーザダイオードによれば、活性層は、様々な組成の窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含むことができる。
【００２６】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記活性層の発光波長は２５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
このレーザダイオードによれば、活性層は、様々な波長範囲の光を発光可能である。
【００２８】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第１のガイド層は、ＩｎＳＡｌＴＧａ１−Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ≦０．３０、０≦Ｔ≦０．３０）からなることが好ましい。
【００２９】
このレーザダイオードによれば、前記第１のガイド層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００３０】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記活性層の膜厚と前記第１の光ガイド層の膜厚との合計は２００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
このレーザダイオードによれば、活性層及び第１の光ガイド層の光導波は、様々な波長範囲の光を伝搬可能である。
【００３２】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記第１導電型クラッド層と前記第１の光ガイド層との界面における転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。
【００３３】
このレーザダイオードによれば、ｃ軸が法線軸と有限な角度を成すことに起因してｃ面等のすべりによりすべり面が生成される。このすべり面の生成によって、上記の界面には転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第１導電型クラッド層は前記第１の光ガイド層との界面に、第１の光ガイド層に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。
【００３４】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。
【００３５】
このレーザダイオードによれば、刃状転位の導入により、格子定数差に起因する歪みを緩和することができる。
【００３６】
本発明の一側面に係るレーザダイオードは、非極性主面を有する支持体を更に備えることが好ましい。前記第１導電型クラッド層は前記支持体の前記主面上に設けられており、前記支持体の前記非極性主面は、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる前記半導体領域の主面を提供する。
【００３７】
このレーザダイオードによれば、非極性主面を有する支持体を用いることによって、所与の条件に応じて半導体の格子緩和を引き起こすことができる。前記非極性は半極性及び無極性のいずれかである。
【００３８】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記支持体はＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなることが好ましい。
【００３９】
このレーザダイオードによれば、半導体の格子緩和の生成だけでなく、良好な結晶品質のIII族窒化物の成長を確実に行うことを可能にする。
【００４０】
本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記支持体はＧａＮからなることが好ましい。また、本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記支持体はＡｌＧａＮからなることが好ましい。さらに、本発明の一側面に係るレーザダイオードでは、前記支持体はＡｌＮからなることが好ましい。
【００４１】
本発明の別の側面は、III族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法である。この方法は、（ａ）第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を、該第１導電型クラッド層が格子緩和するように、第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に成長する工程と、（ｂ）第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１の光ガイド層を、該第１の光ガイド層が格子緩和するように、前記第１導電型クラッド層上に成長する工程と、（ｃ）前記第１の光ガイド層上に活性層を成長する工程と、（ｄ）第４の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層を前記活性層上に成長する工程とを備える。前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、前記キャリアブロック層は、歪みを内包し、前記活性層は、歪みを内包する半導体層を含む。
【００４２】
この方法によれば、半導体領域の主面は該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成すので、第１導電型クラッド層のｃ軸が半導体領域の主面に対して有限な角度を成す。これ故に、第１導電型クラッド層が半導体領域の主面上において格子緩和するように、第２の六方晶系III族窒化物半導体を成長できる。この格子緩和により、第１導電型クラッド層の第２の六方晶系III族窒化物半導体は、所望のクラッド特性に合わせた組成及び膜厚を有することができる。また、第１の光ガイド層が第１導電型クラッド層の主面上に設けられるので、第１の光ガイド層のｃ軸が半導体領域の主面に対して有限な角度を成す。これ故に、第１の光ガイド層が第１導電型クラッド層の主面上において格子緩和するように、第３の六方晶系III族窒化物半導体を成長できる。この格子緩和により、第１導電型クラッド層の組成が第１の光ガイド層の第３の六方晶系III族窒化物半導体の組成及び膜厚に与える制約を低減できる。さらに、この第１の光ガイド層上に活性層及びキャリアブロック層が設けられるので、第１の光ガイド層を支持する半導体の組成が活性層及びキャリアブロック層の歪みに与える制約を低減できる。一方、活性層の膜厚は、その臨界膜厚より薄いので、格子緩和が生じないように活性層を成長できる。キャリアブロック層の膜厚は、その臨界膜厚より薄いので、格子緩和が生じないようにキャリアブロック層を成長できる。
【００４３】
本発明の別の側面に係る方法では、前記第１導電型クラッド層はＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦０．５０、０≦Ｙ１≦０．５０）からなり、前記第１導電型クラッド層の膜厚は３００ｎｍ以上であることができる。
【００４４】
この方法によれば、第１導電型クラッド層はＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなると共に、ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎは所望の光閉じ込めを提供すると共に格子緩和可能な膜厚を有する。
【００４５】
本発明の別の側面に係る方法は、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を、該第２導電型クラッド層が格子緩和するように、前記キャリアブロック層上に成長する工程を更に備えることが好ましい。前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第３の六方晶系III族窒化物半導体と異なる。前記第２導電型クラッド層は格子緩和している。
【００４６】
この方法によれば、第２導電型クラッド層が半導体領域の主面上に設けられるので、第２導電型クラッド層のｃ軸が半導体領域の主面に対して有限な角度を成す。これ故に、格子緩和するように第２導電型クラッド層を成長できる。この格子緩和により、第２導電型クラッド層の格子定数と下地の半導体領域の格子定数との間の差が第２導電型クラッド層に適用可能な組成及び膜厚の範囲に与える制約を緩和できる。
【００４７】
本発明の別の側面に係る方法では、前記第２導電型クラッド層はＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることが好ましい。前記第２導電型クラッド層の膜厚は、該第５の六方晶系III族窒化物半導体のアルミニウム組成及びインジウム組成において臨界膜厚より大きい。
【００４８】
この方法によれば、第２導電型クラッド層に格子緩和を引き起こすことが容易になる。
【００４９】
本発明の別の側面に係る方法は、前記第２導電型クラッド層の成長に先立って、第６の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２の光ガイド層を、該第２の光ガイド層の該第６の六方晶系III族窒化物半導体が格子緩和しないように、前記活性層上に成長する工程を更に備えることが好ましい。前記第２導電型クラッド層の前記格子緩和は前記第２の光ガイド層上において生じている。
【００５０】
この方法によれば、第２の光ガイド層が第１の光ガイド層の主面上に活性層を介して設けられるので、また第２の光ガイド層に内包される歪みは小さい。これ故に、格子緩和しないように第２の光ガイド層を成長できる。この第２導電型クラッド層の格子緩和は第２の光ガイド層上において生じる。
【００５１】
本発明の別の側面に係る方法では、前記第２の光ガイド層はＩｎＧａＮからなることが好ましい。前記第２の光ガイド層の膜厚は、該第６の六方晶系III族窒化物半導体のインジウム組成において臨界膜厚より大きい。
【００５２】
この方法によれば、第２導電型クラッド層上において第２の光ガイド層に格子緩和を引き起こすことが容易になる。
【００５３】
本発明の別の側面に係る方法では、前記第１導電型クラッド層はＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることが好ましい。前記第１導電型クラッド層の膜厚は、該第２の六方晶系III族窒化物半導体のアルミニウム組成及びインジウム組成において臨界膜厚より大きい。
【００５４】
本発明の別の側面に係る方法では、前記第１の光ガイド層はＩｎＧａＮからなることが好ましい。前記第１の光ガイド層の膜厚は、該第３の六方晶系III族窒化物半導体のインジウム組成において臨界膜厚より大きい。
【００５５】
この方法によれば、第１導電型クラッド層上において第１の光ガイド層に格子緩和を引き起こすことが容易になる。
【００５６】
本発明の別の側面に係る方法は、第１の六方晶系III族窒化物半導体からなり非極性主面を有する基板を準備する工程を更に備えることが好ましい。前記半導体領域の前記主面は、前記非極性主面によって提供され、前記基板は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＡｌＮのいずれかからなる。
【００５７】
この方法によれば、非極性主面を有する支持体を用いることによって、所与の条件に応じて半導体の格子緩和を引き起こすことができ、また半導体の格子緩和の生成だけでなく、良好な結晶品質のIII族窒化物の成長を確実に行うことを可能にする。
【００５８】
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】
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、高い光閉じ込め及びキャリア閉じ込めを提供できるクラッド層を有するIII族窒化物半導体レーザダイオードを提供することを目的し、またこのIII族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードを模式的に示す図面である。
【図２】図２は、レーザダイオードを構成する半導体層の格子定数を示す図面である。
【図３】図３は図１に示されたレーザダイオードを概略的に示す斜視図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図５】図５は、上記の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【図６】図６は、上記の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【図７】図７は、上記の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【図８】図８は、実施例１における半導体レーザの構造及び格子定数を示す図面である。
【図９】図９は、図８に示されたエピタキシャル基板の逆格子マッピングを示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例２における半導体レーザの構造及び格子定数を示す図面である。
【図１１】図１１は、図１０に示されたエピタキシャル基板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】
【００６１】
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III族窒化物半導体レーザダイオード、III族窒化物半導体レーザダイオードのためのエピタキシャル基板、並びにエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法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。
【００６２】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードを模式的に示す図面である。III族窒化物半導体レーザダイオード（以下、「レーザダイオード」と記す）１１は、第１導電型クラッド層１５と、コア半導体領域１７とを備える。コア半導体領域１７は、第１の光ガイド層１９と、活性層２１と、キャリアブロック層２３とを含む。半導体領域１３の主面１３ａは、第１の六方晶系III族窒化物半導体からなり、また無極性及び半極性のいずれかを示す。第１の六方晶系III族窒化物半導体は、例えばＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。第１導電型クラッド層１５は、第２の六方晶系III族窒化物半導体からなり、また半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられる。第２の六方晶系III族窒化物半導体は、例えば窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。第１の光ガイド層１９は第３の六方晶系III族窒化物半導体からなり、また第１導電型クラッド層１５と活性層２１との間に設けられる。第３の六方晶系III族窒化物半導体は、例えば窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。キャリアブロック層２３は、第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる。第４の六方晶系III族窒化物半導体は、例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。活性層２１は、第１導電型クラッド層１５とキャリアブロック層２３との間に設けられる。第１導電型クラッド層１５、第１の光ガイド層１９、活性層２１及びキャリアブロック層２３は、半導体領域１３の主面１３ａの法線軸Ａｘの方向に順に配列されている。
【００６３】
半導体領域１３の主面１３ａは、基準面Ｒ１に対して１０度以上の角度を成し、基準面Ｒ１は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸（ｃ軸ベクトル「ＶＣ１３」で表される）に直交する。また、主面１３ａは、基準面Ｒ１に対して１７０度以下の角度を成すことができる。第１導電型クラッド層１５は主面１３ａ上において格子緩和している。キャリアブロック層２３は歪みを内包する。活性層２１は、歪みを内包する半導体層２５ａを含む。第１の光ガイド層１９は第１導電型クラッド層１５の主面１５ａ上において格子緩和しており、主面１５ａは基準面Ｒ１に対して１０度以上の角度を成す。また、主面１５ａは、基準面Ｒ１に対して１７０度以下の角度を成すことができる。
【００６４】
このレーザダイオード１１によれば、半導体領域１３の主面１３ａは、基準面Ｒ１に対して１０度以上の角度を成すので、第１導電型クラッド層１５のｃ軸が半導体領域１３の主面１３ａに対して傾斜している。これ故に、第１導電型クラッド層１５が半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和するようにできる。この格子緩和により、第１導電型クラッド層１５の第２の六方晶系III族窒化物半導体は、所望のクラッド特性に合わせた組成及び膜厚を有することができる。また、第１の光ガイド層１９が第１導電型クラッド層１５の主面１５ａ上に設けられるので、第１の光ガイド層１９のｃ軸（ｃ軸ベクトルＶＣ１９）が半導体領域１３の主面１３ａに対して傾斜している。これ故に、第１の光ガイド層１９が第１導電型クラッド層１５の主面１５ａ上において格子緩和するようにできる。この格子緩和により、第１導電型クラッド層１５の組成が第１の光ガイド層１９の第３の六方晶系III族窒化物半導体の組成及び膜厚に与える制約を低減できる。さらに、この第１の光ガイド層１９上に活性層２１及びキャリアブロック層２３が設けられるので、第１の光ガイド層１９を支持する半導体の組成が活性層２１及びキャリアブロック層２３の歪みに与える制約を低減できる。一方、活性層２１及びキャリアブロック層２３は十分に薄いので、これらの層２１、２３には格子緩和が生じない。
【００６５】
第１の六方晶系III族窒化物半導体は第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、第１導電型クラッド層１５の格子定数は、第２の六方晶系III族窒化物半導体に固有の格子定数（歪んでいない格子の格子定数）、或いはこの固有の格子定数に近い。第２の六方晶系III族窒化物半導体は第３の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、第１の光ガイド層１９の格子定数は第３の六方晶系III族窒化物半導体に固有の格子定数、或いはこの固有の格子定数に近い。また、第２の六方晶系III族窒化物半導体のバンドギャップは第３の六方晶系III族窒化物半導体のバンドギャップよりも大きく、また第２の六方晶系III族窒化物半導体の屈折率は第３の六方晶系III族窒化物半導体の屈折率よりも小さい。
【００６６】
第１導電型クラッド層１５はＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。この第１導電型クラッド層１５はＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦０．５０、０≦Ｙ１≦０．５０）であることが好ましい。また、第１導電型クラッド層１５の膜厚は３００ｎｍ以上であることが好ましい。この第１導電型クラッド層１５は、所望の光閉じ込めを提供すると共に、格子緩和可能な膜厚を有する。
【００６７】
活性層２１の半導体層２５ａは、第１の光ガイド層１９の格子定数に応じた歪みを内包する。また、キャリアブロック層２３の格子定数は、第４の六方晶系III族窒化物半導体に固有の格子定数と異なっており、キャリアブロック層２３は第１の光ガイド層１９の格子定数に応じた歪みを内包する。一方、第１導電型クラッド層１５は、格子緩和しているので、第１の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数と第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数との間の格子定数差に起因する歪みを内包することはない、或いはその歪みを低減できる。また、第１の光ガイド層１９は、格子緩和しているので、第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数と第３の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数との間の格子定数に起因する歪みを内包することはない、或いはその歪みを低減できる。
【００６８】
活性層２１は、ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＮ（０≦Ｕ≦０．５０、０≦Ｖ≦０．５０）からなることが好ましい。このレーザダイオード１１によれば、活性層２１は、様々な組成の窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含むことができる。活性層２１は、例えば量子井戸構造２５を有することが好ましい。量子井戸構造２５は、半導体層２５ａ及び障壁層２５ｂを含む。半導体層２５ａは井戸層として働き、障壁層２５ｂは半導体層２５ａにキャリア障壁を提供する。井戸層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。障壁層２５ｂは、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。
【００６９】
レーザダイオード１１では、活性層２１の発光波長は２５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。この活性層２１は、様々な波長範囲の光を発光可能である。
【００７０】
第１のガイド層１９は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。第１のガイド層１９は、ＩｎＳＡｌＴＧａ１−Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ≦０．３０、０≦Ｔ≦０．３０）からなることが好ましい。この第１のガイド層１９は、所望の光閉じ込めのための屈折率を提供すると共に、該第３のIII族窒化物半導体の組成において格子緩和可能な膜厚を有する。
【００７１】
レーザダイオード１１では、活性層２１の膜厚と第１の光ガイド層１９の膜厚との合計は２００ｎｍ以上であることが好ましい。活性層２１及び第１の光ガイド層１９は、様々な波長範囲の光を伝搬可能である。
【００７２】
第１導電型クラッド層１５が、半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和するために、第１導電型クラッド層１５と半導体領域１３との界面２７ａにおける転位は１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。このレーザダイオード１１によれば、非極性面の使用に起因するすべり面の生成によって、上記の界面２７ａには転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第１導電型クラッド層１５は、上記の界面２７ａに、第１導電型クラッド層１５に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。また、接合２７ａにおける転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。刃状転位の導入により、この接合において、格子定数差に起因する歪みを緩和できる。
【００７３】
第１の光ガイド層１９が、第１導電型クラッド層１５の主面１５ａ上において格子緩和しているので、第１導電型クラッド層１５と第１の光ガイド層１９との界面２７ｂにおける転位は１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。このレーザダイオード１１によれば、すべり面の生成によって、上記の界面２７ｂには転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第１の光ガイド層１９は、上記の界面２７ｂに、第１の光ガイド層１９に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。また、界面２７ｂにおける転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。刃状転位の導入により、この接合において、格子定数差に起因する歪みを緩和できる。
【００７４】
レーザダイオード１１は第２導電型クラッド層２９を更に備えることが好ましい。第２導電型クラッド層２９は、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる。第２導電型クラッド層２９はキャリアブロック層２３上に設けられ、キャリアブロック層２３は第２導電型クラッド層２９と活性層２１との間に設けられる。第５の六方晶系III族窒化物半導体は第３の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、第２導電型クラッド層２９は格子緩和している。
【００７５】
このレーザダイオード１１によれば、第２導電型クラッド層２９が半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられるので、第２導電型クラッド層２９のｃ軸（ｃ軸ベクトルＶＣ２９で表される）が半導体領域１３の主面１３ａに対して傾斜している。これ故に、第２導電型クラッド層２９が格子緩和するようにできる。第２導電型クラッド層２９の格子定数と下地半導体領域の格子定数との間に違いがあるけれども、この格子緩和により、第２導電型クラッド層に適用可能な組成及び膜厚の範囲を拡大できる。
【００７６】
第２導電型クラッド層２９はＧａＮまたはＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮからなることができる。また、第２導電型クラッド層２９は、ＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２≦０．５０、０≦Ｙ２≦０．５０）であることが好ましい。
【００７７】
第２導電型クラッド層２９の膜厚は３００ｎｍ以上であることが好ましい。この第２導電型クラッド層２９は、所望の光閉じ込めを提供すると共に、格子緩和可能な膜厚を有する。
【００７８】
また、レーザダイオード１１は、第２の光ガイド層３１及び３３の少なくともいずれか一方の半導体層３５（３１、３３）を更に備えることが好ましい。第２の光ガイド層３５（以下、第２の光ガイド層を参照符号「３５」で示す）は、第６の六方晶系III族窒化物半導体からなる。第２導電型クラッド層２９の格子緩和は第２の光ガイド層３５又はキャリアブロック層２３上において生じる。光ガイド層３５が複数の半導体層から構成されるとき、個々の半導体層の膜厚は、光ガイド層３５の総膜厚に比べて薄い。
【００７９】
レーザダイオード１１は、第２導電型クラッド層２９上に設けられた第２導電型コンタクト層３７を更に備えることができる。第２導電型コンタクト層３７は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。
【００８０】
このレーザダイオード１１によれば、第２の光ガイド層３５が第１の光ガイド層１９の主面１９ａ上に活性層２１を介して設けられるので、第２の光ガイド層３５に内包される歪みは小さい。これ故に、第２の光ガイド層３５（３１、３３）が格子緩和することがないようにできる。この第２導電型クラッド層２９の格子緩和は半導体層３５上において生じる。
【００８１】
レーザダイオード１１は、コンタクト層３７上に設けられた絶縁層３９を更に備える。絶縁層３９は開口を有しており、電極４１が絶縁層３９の開口を介して第２導電型コンタクト層３７に接触している。
【００８２】
第２導電型クラッド層２９の格子定数は、第５の六方晶系III族窒化物半導体に固有の格子定数、或いはこの固有の格子定数に近い。第５の六方晶系III族窒化物半導体は第６の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、第２の光ガイド層３５の格子定数は第６の六方晶系III族窒化物半導体に固有の格子定数、或いはこの固有の格子定数に近い。第５の六方晶系III族窒化物半導体のバンドギャップは第６の六方晶系III族窒化物半導体のバンドギャップよりも大きく、また第５の六方晶系III族窒化物半導体の屈折率は第６の六方晶系III族窒化物半導体の屈折率よりも小さい。
【００８３】
第２導電型クラッド層２９が、第２の光ガイド層３５の主面３５ａ上において格子緩和するために、第２導電型クラッド層２９と第２の光ガイド層３５との界面２７ｃにおける転位は１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。このレーザダイオード１１によれば、ｃ軸の向きに起因するすべり面の生成によって、上記の界面２７ｃには転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第２導電型クラッド層２９は、上記の界面２７ｃに、第２導電型クラッド層２９に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。また、界面２７ｃにおける転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。刃状転位の導入により、この接合において、格子定数差に起因する歪みを緩和できる。
【００８４】
図２はレーザダイオードを構成する半導体層の格子定数を示す図面である。
【００８５】
半導体領域１３の格子定数（例えばｃ軸の格子定数）は、格子ベクトルＬＶＣ１によって表される。格子ベクトルＬＶＣ１は、第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の向きと該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとを表す（ａ軸及びｍ軸に関する格子ベクトルもｃ軸と同様に規定できる）。格子ベクトルＬＶＣ１は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ１Ｌと縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなる。また、第１導電型クラッド層１５の格子定数（例えばｃ軸の格子定数）は、格子ベクトルＬＶＣ２によって表される。格子ベクトルＬＶＣ２は、第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の向きと該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとを表す。格子ベクトルＬＶＣ２は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ２Ｌと縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなる。横成分Ｖ１Ｔは横成分Ｖ２Ｔと異なる。これ故に、第１及び第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数差に起因する歪みが第１導電型クラッド層１５において低減される。
【００８６】
また、第１の光ガイド層１９は、格子ベクトルＬＶＣ３によって表される。格子ベクトルＬＶＣ３は、第３の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３の大きさとを表す。格子ベクトルＬＶＣ３は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ３Ｌと縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなり、横成分Ｖ２Ｔは横成分Ｖ３Ｔと異なる。これ故に、第２及び第３の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数差に起因する歪みが第１の光ガイド層１９において低減される。
【００８７】
第２導電型クラッド層２９の格子定数（例えばｃ軸の格子定数）は、格子ベクトルＬＶＣ５によって表される。格子ベクトルＬＶＣ５は、第５の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ５の大きさとを表す。格子ベクトルＬＶＣ５は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ５Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ５Ｔとからなる。横成分Ｖ５Ｔは横成分Ｖ３Ｔと異なることが好ましい。これ故に、第３及び第５の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数差に起因する歪みが第２導電型クラッド層２９において低減される。
【００８８】
また、第２の光ガイド層３５の格子定数（例えばｃ軸の格子定数）は、格子ベクトルＬＶＣ６によって表される。第６の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ６の大きさとを表す。格子ベクトルＬＶＣ６は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ６Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ６Ｔとからなる。横成分Ｖ６Ｔは横成分Ｖ５Ｔと異なることが好ましい。これ故に、第５及び第６の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数差に起因する歪みが第２導電型クラッド層２９において低減される。
【００８９】
第２導電型コンタクト層３７の格子定数（例えばｃ軸の格子定数）は、格子ベクトルＬＶＣ７によって表される。格子ベクトルＬＶＣ７は、第２導電型コンタクト層３７におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ７の大きさとを表す。格子ベクトルＬＶＣ７は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ７Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ７Ｔとからなる。横成分Ｖ７Ｔは横成分Ｖ５Ｔと実質的に同じであることが好ましい。これ故に、第２導電型コンタクト層３７は、第２導電型クラッド層２９上において格子緩和していない。
【００９０】
図２を参照すると、コア半導体領域１７と第１導電型クラッド層１５との接合２７ｂに転位が導入されて、コア半導体領域１７の第１の光ガイド層１９に格子緩和が生じている。コア半導体領域１７の残りの半導体層は、格子緩和することなく、第１の光ガイド層１９上に成長される。また、コア半導体領域１７と第２導電型クラッド層２９との接合２７ｃにおいて転位が導入されて、第２の光ガイド層３５上において第２導電型クラッド層２９に格子緩和が生じている。第２導電型コンタクト層３７が、格子緩和することなく、第２導電型クラッド層２９上に成長される。第１の光ガイド層１９、活性層２１、キャリアブロック層２３及び第２の光ガイド層３５がコア半導体領域１７内に含まれる。コア半導体領域１７における平均屈折率は、第２導電型クラッド層２９の屈折率より大きく、第１導電型クラッド層１５の屈折率より大きい。活性層２１内の個々の半導体層は薄く、臨界膜厚以下であるので、活性層２１は第１の光ガイド層１９の格子定数に合わせて歪んでいる。キャリアブロック層２３は第４の六方晶系III族窒化物半導体からなり、その格子定数（例えばｃ軸の格子定数）は、格子ベクトルＬＶＣ４によって表される。格子ベクトルＬＶＣ４の横成分Ｖ４Ｔは、第３の六方晶系III族窒化物半導体における横成分Ｖ３Ｔに実質的に等しい。キャリアブロック層２３は第１の光ガイド層１９の格子定数に合わせて歪んでいる。第２の光ガイド層３５の格子定数は、第１の光ガイド層１９の格子定数に実質的に等しい。
【００９１】
図３は、図１に示されたレーザダイオードを概略的に示す斜視図である。レーザダイオード１１は、支持体４３を更に備えることが好ましい。第１導電型クラッド層１５、コア半導体領域１７及び第２導電型クラッド層２９は、支持体４３の主面４３ａ上に搭載されている。支持体４３の非極性主面４３ａは、第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域１３の主面１３ａを提供することができる。非極性は半極性及び無極性のいずれかである。これ故に、支持体４３の非極性主面４３ａは、基準面Ｒ１に対して１０度以上の角度を成す。非極性主面４３ａを有する支持体４３を用いることによって、所与の条件に応じて半導体の格子緩和を引き起こすことができる。支持体４３はＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなることが好ましい。この支持体４３によれば、半導体の格子緩和の生成だけでなく、良好な結晶品質のIII族窒化物の成長を確実に行うことを可能になる。例えば、支持体４３はＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮからなることが好ましい。支持体４３は導電性、例えばｎ型を有することが好ましい。
【００９２】
レーザダイオード１１は、支持体４３に裏面４３ｂ上に設けられた別の電極４５を更に備えることができる。一実施例では、電極４１は例えばアノードであり、電極４５は例えばカソードである。図３に示された例では、電極４１は一方向に延在しており、電極４５は裏面４３ｂの全面に設けられている。
【００９３】
図４は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体レーザダイオードを作製する方法における工程フローを示す図面である。図５〜図７は、上記の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【００９４】
有機金属気相成長法により発光素子のエピタキシャル構造を作製した。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）を用いる。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）を用いる。引き続く説明では、例えば非極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系窒化ガリウム基板を用いることができる。例えば無極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系無極性窒化ガリウム基板を用いることができる。或いは、例えば半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を用いることができる。引き続く説明では、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を参照しながら説明する。
【００９５】
工程Ｓ１０１では、図５（ａ）に示されるように、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板５１を準備する。ＧａＮ基板５１の主面５１ａはｃ面からｍ面の方向又はｃ面からａ面の方向に１０〜１７０度の角度で傾斜している。反応炉１０内にＧａＮ基板５１を設置した後に、工程Ｓ１０２では、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。
【００９６】
工程Ｓ１０３では、図５（ｂ）に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ０を成長炉１０に供給して、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、第１導電型（以下、「ｎ型」として説明を行う）の窒化ガリウム系半導体層５３をエピタキシャルに成長する。窒化ガリウム系半導体層５３はｎ型クラッド層として働く。ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、窒化ガリウム系半導体層５３は、窒化ガリウム系半導体層５３が格子緩和するように成長される。窒化ガリウム系半導体層５３として、例えばＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層を成長する。非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る。この格子定数差は、ＧａＮ基板５１の主面５１ａにおけるＧａＮと、これに接合を成す窒化ガリウム系半導体層５３のＡｌＧａＮとによって規定される。このＡｌＧａＮ層の厚さは例えば２μｍである。窒化ガリウム系半導体層５３のＡｌ組成は、例えば０．０８である。ＡｌＧａＮ層の膜厚は、この組成において臨界膜厚を越えている。原料ガスＧ０は例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含み、成長温度は例えば摂氏１１５０度である。窒化ガリウム系半導体層５３が格子緩和しているので、基板５１と窒化ガリウム系半導体層５３との接合５０ａには多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成される。
【００９７】
次いで、工程Ｓ１０４では、窒化ガリウム系半導体層５３上にコア半導体領域を成長する。まず、工程Ｓ１０５では、図５（ｃ）に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ１を成長炉１０に供給して、第１の光ガイド層５５を窒化ガリウム系半導体層５３上にエピタキシャルに成長する。第１の光ガイド層５５は、第１の光ガイド層５５が格子緩和するように、窒化ガリウム系半導体層５３の主面５３ａ上に成長される。この光ガイド層５５は、例えばアンドープＧａＮからなる。このＧａＮの膜厚は例えば３００ナノメートルである。必要に応じて、光ガイド層５５の一部の領域、或いは全領域にｎ型ドープを施すこともできる。非極性面においては格子緩和の有無は、成長するＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、Ａｌ組成０．０８のＡｌＧａＮ層５３の主面５３ａにおけるＡｌＧａＮと、これに接合を成す光ガイド層５５のＧａＮとによって規定される。光ガイド層５５の膜厚はこの厚さにおいて臨界膜厚を越えている。このＧａＮの成長温度は例えば摂氏１１５０度である。原料ガスＧ１は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３を含む。光ガイド層５５が格子緩和しているので、窒化ガリウム系半導体層５３と光ガイド層５５との接合５０ｂには多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成される。
【００９８】
引き続き、図６（ａ）に示されるように、工程Ｓ１０６では、量子井戸構造を有する活性層５７を成長する。光ガイド層５５を成長した後に摂氏８７０度に基板温度を下げる。工程Ｓ１０７では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、摂氏８７０度の基板温度で、ＧａＮ障壁層をＩｎＧａＮ光ガイド層５５上に成長する。ＧａＮ障壁層のための原料ガスは例えばＴＭＧ、ＮＨ３を含む。このＧａＮ障壁層の厚さは例えば１５ｎｍである。次いで、摂氏７５０度に基板温度を下げる。工程Ｓ１０８では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、ＧａＮ障壁層上に、摂氏７５０度の基板温度で、アンドープＩｎＧａＮ井戸層をエピタキシャルに成長する。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは例えば３ｎｍである。ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は例えば０．２５である。必要な場合には、障壁層及び井戸層の成長を繰り返して活性層５７を成長する。活性層５７の障壁層及び井戸層の厚さは、それぞれ、障壁層及び井戸層の臨界膜厚に比べて薄いので、例えば井戸層は歪みを内包する。
【００９９】
工程Ｓ１０９では、基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ２を成長炉１０に導入して、図６（ａ）に示されるように、活性層５７上に、キャリアブロック層（ここでは、電子をブロックする）５９をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。キャリアブロック層５９の厚さは例えば１０ｎｍであり、そのＡｌ組成は例えば０．１２である。キャリアブロック層５９の厚さはその臨界膜厚に比べて薄いので、キャリアブロック層５９は歪みを内包する。
【０１００】
工程Ｓ１１０では、摂氏９００度の基板温度で、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ３を成長炉１０に供給して、光ガイド層５５と同様に、アンドープＧａＮ光ガイド層６１をエピタキシャルに成長する。この光ガイド層６１は、光ガイド層６１が格子緩和しないように成長される。多くの場合、光ガイド層６１の組成は、光ガイド層５５の組成に等しい、或いは非常に近いので、光ガイド層６１の歪みも、ゼロ或いは非常に小さい。光ガイド層６１の厚さは臨界膜厚より薄い。
【０１０１】
必要な場合には、光ガイド層６１は、キャリアブロック層５９の成長に先立って成長することができる。また、光ガイド層６１の成長では、キャリアブロック層５９の成長に先立って光ガイド層６１の一部分を成長でき、キャリアブロック層５９の成長の後に光ガイド層６１の残りを成長できる。このとき、キャリアブロック層５９の成長の後に成長した光ガイド層６１の領域にはｐ型ドープを施すことができる。
【０１０２】
次いで、工程Ｓ１１１において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ４を成長炉１０に導入して、図７（ａ）に示されるように、第２の光ガイド層６１上に、第２導電型（以下「ｐ型」として説明を行う）の窒化ガリウム系半導体層６３をエピタキシャルに成長する。窒化ガリウム系半導体層６３はｐ型クラッド層として働く。第２の光ガイド層６１の主面６１ａ上に、窒化ガリウム系半導体層６３は、窒化ガリウム系半導体層６３が格子緩和するように成長される。窒化ガリウム系半導体層６３として、例えばＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層を成長する。非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る。この格子定数差は、第２の光ガイド層６１の主面６１ａにおけるＧａＮと、これに接合５０ｃを成す窒化ガリウム系半導体層６３のＡｌＧａＮとによって規定される。このＡｌＧａＮ層の厚さは例えば４００ナノメートルである。窒化ガリウム系半導体層６３のＡｌ組成は、例えば０．０８である。このＡｌＧａＮ層の膜厚は臨界膜厚を越える。原料ガスＧ４は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。成長温度は例えば摂氏９００度である。窒化ガリウム系半導体層６３が格子緩和しているので、第２の光ガイド層６１と窒化ガリウム系半導体層６３との接合５０ｃには多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成される。
【０１０３】
続けて、工程Ｓ１１２において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ５を成長炉１０に導入して、図７（ｂ）に示されるように、ｐ型の窒化ガリウム系半導体層６３上にｐ型コンタクト層６５をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ５は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型コンタクト層６５の厚さは例えば５０ｎｍである。ｐ型コンタクト層６５の厚さはその臨界膜厚に比べて薄いので、ｐ型コンタクト層６５は歪みを内包する。
【０１０４】
工程Ｓ１１３では、コンタクト窓を有する絶縁膜を形成した後に、エピタキシャル基板ＥＰ１のｐ型窒化ガリウム系半導体領域上にアノード電極を形成してｐ型コンタクト層６５に電気的な接続を成すと共に基板５１の裏面５１ｂを必要に応じて研磨した後に研磨裏面にカソード電極を形成する。これらの電極は、例えば蒸着により作製される。
【０１０５】
（実施例１）
図８は、実施例１における半導体レーザの構造及び歪みを示す図面である。半導体レーザ１１ａを以下のように作製した。（２０−２１）面ＧａＮ基板７１を準備した。サーマルクリーニングの後に、ＧａＮ基板７１の（２０−２１）面上にｎ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７２を成長した。その成長温度は摂氏１１５０度であり、その膜厚は２マイクロメートルであった。ｎ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７２上にＧａＮ光ガイド層７３ａを成長した。その成長温度は摂氏１１５０度であり、その膜厚は３００ナノメートルであった。
【０１０６】
ＧａＮ光ガイド層７３ａ上に活性層７４を成長した。活性層７４の成長では、ＧａＮ障壁層７４ａ及びＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層７４ｂを交互に成長した。障壁層７４ａの成長温度は摂氏８７０度であり、その膜厚は１５ナノメートルであった。井戸層７４ｂの成長温度は摂氏７５０度であり、その膜厚は３ナノメートルであった。活性層７４上にＧａＮ光ガイド層７３ｂを成長した。その成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は５０ナノメートルであった。次いで、ＧａＮ光ガイド層７３ｂ上にＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層７５を成長した。成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は１０ナノメートルであった。この後に、電子ブロック層７５上にＧａＮ光ガイド層７３ｃを成長した。成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は２５０ナノメートルであった。
【０１０７】
ＧａＮ光ガイド層７３ｃ上にｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７６を成長した。その成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は４００ナノメートルであった。ｐ型クラッド層７６上にｐ型ＧａＮコンタクト層７７を成長した。その成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は５０ナノメートルであった。ｐ型ＧａＮコンタクト層７７上にシリコン酸化膜を成長した後に、フォトリソグラフィを用いてシリコン酸化膜にコンタクト窓を形成した。コンタクト窓は幅１０マイクロメートルのストライプ形状であった。コンタクト窓及びシリコン酸化膜上にアノード電極を形成すると共に、ＧａＮ基板７１の裏面にカソード電極を形成した。アノード電極はＮｉ／Ａｕからなる。カソード電極はＴｉ／Ａｌからなる。パッド電極はＴｉ／Ａｕからなる。この基板生産物を８００マイクロメートル間隔で劈開して、ゲインガイド型レーザを作製した。
【０１０８】
このゲインガイド型レーザ１１ａは、波長５００ｎｍでレーザ発振した。しきい値電流は、２０ｋＡ／ｃｍ２であった。図８においては、半導体層７２は格子緩和しているので、半導体層７２の格子定数は下地の半導体７１の格子定数に制約されない。例えば、図８において半導体７１を示す図形の横幅及び半導体層７２を示す図形の横幅は、素子における各格子定数の大小関係を示している。半導体層７２、半導体層７３ａ及び半導体７６は格子緩和しているので、接合７８ａ、７８ｂ、７８ｃの転位密度は、コア半導体領域（７３ａ、７４、７３ｂ、７５、７３ｃ）内の接合における転位密度より大きい。
【０１０９】
図９は、図８に示されたエピタキシャル基板の逆格子マッピングを示す図面である。図９を参照すると、信号ＳＳＵＢはＧａＮ基板からの信号を示し、信号ＳＣＯＲＥはコア半導体領域からの信号を示し、信号ＳＣＬＡＤはクラッド半導体領域からの信号を示す。これらの信号のピーク強度は、縦軸に平行に延びる直線上に並ばないので、３つの半導体領域の格子定数は互いに異なる。逆格子マッピングにおいて、縦軸に平行な線分上に信号ピークが並ぶとき、これらの信号に対応する半導体における格子定数の横成分は、それぞれの界面において同じである。故に、図９は、基板とｎ型クラッド層との界面、ｎ型クラッド層と下側光ガイド層との界面、上側光ガイド層とｐ型クラッド層との界面で格子緩和が生じたことを示している。
【０１１０】
ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層は格子緩和しているので、クラックフリーの高アルミニウム組成のクラッド層が得られる。故に、この半導体レーザ１１ａによれば、光閉じ込めを向上できる。
【０１１１】
光ガイド層はｎ型クラッド層に対して格子緩和しており、格子緩和された光ガイド層は、ｎ型クラッド層にコヒーレントに成長された光ガイド層に比べて、活性層の歪みを低減可能である。格子緩和された光ガイド層上に活性層を成長するとき、この活性層の歪み量は、ＧａＮ基板にコヒーレントに成長された活性層の歪み量に比べて同等、或いは小さくできる。故に、活性層の歪みによる光出力の低下を抑制できる。
【０１１２】
従って、実施例１によれば、光閉じ込めの向上と光出力の維持を両立できる。これ故に、発振しきい値を低減できる。
【０１１３】
（実施例２）
図１０は、実施例２における半導体レーザの構造及び歪みを示す図面である。半導体レーザ１１ｂを以下のように作製した。（２０−２１）面ＧａＮ基板８１を準備した。サーマルクリーニングの後に、ＧａＮ基板８１の（２０−２１）面上にｎ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層８２を成長した。その成長温度は摂氏１１５０度であり、その膜厚は２マイクロメートルであった。ｎ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層８２上にＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層８３ａを成長した。その膜厚は３００ナノメートルであった。
【０１１４】
光ガイド層８３ａ上に活性層８４を成長した。活性層８４の成長では、Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ障壁層８４ａ及びＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層８４ｂを交互に成長した。障壁層８４ａの膜厚は１５ナノメートルであった。井戸層８４ｂの膜厚は３ナノメートルであった。活性層８４上にＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層８３ｂを成長した。その膜厚は５０ナノメートルであった。次いで、光ガイド層８３ｂ上にＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層８５を成長した。成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は１０ナノメートルであった。この後に、電子ブロック層８５上にＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層８３ｃを成長した。その膜厚は２５０ナノメートルであった。
【０１１５】
光ガイド層８３ｃ上にｐ型Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層８６を成長した。その成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は４００ナノメートルであった。ｐ型クラッド層８６上にｐ型ＧａＮコンタクト層８７を成長した。その成長温度は摂氏９００度であり、その膜厚は５０ナノメートルであった。ｐ型ＧａＮクラッド層８７上にシリコン酸化膜を成長した後に、フォトリソグラフィを用いてシリコン酸化膜にコンタクト窓を形成した。コンタクト窓は幅１０マイクロメートルのストライプ形状であった。コンタクト窓及びシリコン酸化膜上にアノード電極を形成すると共に、ＧａＮ基板８１の裏面にカソード電極を形成した。アノード電極はＮｉ／Ａｕからなる。カソード電極はＴｉ／Ａｌからなる。パッド電極はＴｉ／Ａｕからなる。この基板生産物を８００マイクロメートル間隔で劈開して、ゲインガイド型レーザを作製した。
【０１１６】
このゲインガイド型レーザ１１ｂは、波長５００ｎｍでレーザ発振した。しきい値電流は、１０ｋＡ／ｃｍ２であった。図１０に示されるように、半導体層８２は格子緩和しているので、半導体層８２の格子定数は下地の半導体８１の格子定数に制約されない。例えば、半導体８１を示す図形の横幅及び半導体層８２を示す図形の横幅は、その格子定数の大小関係を示している。半導体層８２、半導体層８３ａ及び半導体８６は格子緩和しているので、接合８８ａ、８８ｂ、７８ｃの転位密度は他の接合における転位密度より大きい。
【０１１７】
図１１は、図１０に示されたエピタキシャル基板の逆格子マッピングを示す図面である。図１１を参照すると、信号ＳＳＵＢはＧａＮ基板からの信号を示し、信号ＳＣＯＲＥはコア半導体領域からの信号を示し、信号ＳＣＬＡＤ−Ｐはｐ型クラッド半導体領域からの信号を示し、信号ＳＣＬＡＤ−Ｎはｎ型クラッド半導体領域からの信号を示す。これらの信号のピーク強度は、縦軸に平行に延びる直線上に並ばないので、４つの半導体領域の格子定数は、互いに異なる。故に、図１１は、基板とｎ型クラッド層との界面８８ａ、ｎ型クラッド層と下側光ガイド層との界面８８ｂ、上側光ガイド層とｐ型クラッド層との界面８８ｃで格子緩和が生じたことを示している。
【０１１８】
下側光ガイド層はｎ型クラッド層に対して格子緩和しており、ＩｎＧａＮ成長において黒化の発生無く、ＩｎＧａＮ厚膜を成長できる。また、Ｉｎ組成を高めることができるので、クラッド／ガイド間の屈折率差を大きくできる。故に、光閉じ込め性が向上される。また、ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層は格子緩和しているので、クラックフリーの高アルミニウム組成のクラッド層が得られた。故に、この半導体レーザ１１ｂによれば、光閉じ込めを向上できる。
【０１１９】
光ガイド層はｎ型クラッド層に対して格子緩和しており、格子緩和された光ガイド層は、ｎ型クラッド層にコヒーレントに成長された光ガイド層に比べて、活性層の歪みを低減可能である。格子緩和された光ガイド層上に活性層を成長するとき、この活性層の歪み量は、ＧａＮ基板にコヒーレントに成長された活性層の歪み量に比べて小さくできる。故に、活性層の歪みによる光出力の低下を抑制できる。
【０１２０】
従って、実施例２によれば、光閉じ込めの向上と光出力の維持を両立できる。これ故に、発振しきい値を低減できる。
【０１２１】
実施例１及び実施例２では、半極性を示すＧａＮ基板を用いたけれども、無極性を示すＧａＮ基板を用いて作製された半導体レーザにおいても、同様の技術的寄与が得られる。また、半極性主面の傾斜角は、１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲にあることが好ましい。さらに、半極性主面の傾斜角は、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にあることが更に好適である。
【０１２２】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
活性層への光の閉じ込めを強くするために、レーザダイオード構造のＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を上げるとき、六方晶系ＧａＮのｃ面主面上のＡｌＧａＮにクラックが発生する。また、Ｉｎ組成を高めると共にＩｎＧａＮの臨界膜厚を越えてＩｎＧａＮ光ガイド層を成膜するとき、エピタキシャル膜の表面が黒ずむ。
【０１２４】
また、特に長波長及び短波長の発光素子を作製するとき、活性層とＧａＮ基板との格子定数差が大きくなる。このため、活性層は大きな歪みを内包することになり、これ故に、発光効率が低下する。
【０１２５】
ＧａＮのｃ面上では、歪みを緩和するために適当なすべり面が無いので、結果としてＩｎＧａＮ活性層は大きな歪みを内包するものになり、ＡｌＧａＮクラッド層にはクラックが発生する。
【０１２６】
半極性及び無極性を示す半導体領域としては、ｍ面、ａ面並びにｃ軸の回りに回転された無極性面、ｃ面から１０度以上ｍ面やａ面方向に傾けた半極性面を使用できる。これらの非極性面上にエピタキシャル成長を行うとき、エピタキシャル膜においてすべり面が生成される。これ故に、転位の導入により歪みの一部又は全部を開放できるので、高いＡｌ組成のＡｌＧａＮクラッド層にもクラックが入らず、また高いＩｎ組成のＩｎＧａＮを黒化の発生無く成膜できる。
【０１２７】
また、基板と活性層との間に格子緩和した半導体層を設けて、活性層の下地の半導体層の格子定数を活性層の格子定数に近づけることができる。このとき、活性層の歪みを低減可能な構造を作製できる。
【０１２８】
無極性面および半極性面では、ヘテロ接合を作製した際にすべり面を生成して転位が入りやすい。これを利用して、制御された転位導入によって、半導体層の歪みを緩和することが可能であり、クラックフリーの高Ａｌ組成のＡｌＧａＮや高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮを成長できる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０…反応炉、Ｒ１…基準面、１１、１１ａ、１１ｂ…III族窒化物半導体レーザダイオード（レーザダイオード）、１３…半導体領域、１３ａ…半導体領域主面、１５…第１導電型クラッド層、１７…コア半導体領域、１９…第１の光ガイド層、２１…活性層、２３…キャリアブロック層、Ａｘ…法線軸、ＶＣ１３、ＶＣ１９、ＶＣ２９…ｃ軸ベクトル、２５…量子井戸構造、２５ａ…半導体層（井戸層）、２５ｂ…障壁層、２７ａ、２７ｂ…界面、２９…第２導電型クラッド層、３１、３３、３５…第２の光ガイド層、３７…第２導電型コンタクト層、３９…絶縁層、４１、４５…電極、ＬＶＣ１〜ＬＶＣ７…格子ベクトル、Ｖ１Ｌ〜Ｖ７Ｌ…縦成分、Ｖ１Ｔ〜Ｖ７Ｔ…横成分、４３…支持体、４３ａ…非極性主面、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…接合、５１…窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、５３…窒化ガリウム系半導体層（ｎ型クラッド層）、５５…第１の光ガイド層、５７…活性層、５９…キャリアブロック層、６１…光ガイド層、６３…第２導電型（ｐ型クラッド層）窒化ガリウム系半導体層、６５…ｐ型コンタクト層  
【図１】
2010263162.tif 000003
【図２】
2010263162.tif 000004
【図３】
2010263162.tif 000005
【図４】
2010263162.tif 000006
【図５】
2010263162.tif 000007
【図６】
2010263162.tif 000008
【図７】
2010263162.tif 000009
【図８】
2010263162.tif 000010
【図１０】
2010263162.tif 000011
【図９】
2010263162.tif 000012
【図１１】
2010263162.tif 000013