(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体発光素子であって、
III族窒化物半導体からなる基板と、
前記基板の主面上に設けられた第１のIII族窒化物半導体領域と、
前記基板の前記主面上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、
前記第１のIII族窒化物半導体領域と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた活性層と、
前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた第１の光ガイド層と、
前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた第２の光ガイド層と、
を備え、
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜し、
前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型半導体層を含み、
前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型半導体層を含み、
前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
前記活性層は、５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられており、
前記活性層は半導体エピタキシャル層を含み、
前記半導体エピタキシャル層は窒化ガリウム系半導体からなり、
前記窒化ガリウム系半導体はIII族構成元素としてインジウムを含み、
前記半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であり、
前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して傾斜しており、
前記基準軸の向きは前記III族窒化物半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向であり、
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の総厚は０．７μｍ以上であり、
前記第１の光ガイド層は、第１光ガイド部及び第２光ガイド部を含み、
前記第２光ガイド部の屈折率は前記第１光ガイド部の屈折率より大きく、
前記第１光ガイド部は前記第２光ガイド部と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記第２光ガイド部は前記第１光ガイド部と前記活性層との間に設けられ、
前記第２光ガイド部はＩｎＡｌＮ層を含み、
前記第１光ガイド部は、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、及びＧａＮ層の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項２】
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７０度以上の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項３】
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜している、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族窒化物半導体光素子。
【請求項４】
前記III族窒化物半導体のａ軸方向のオフ角は有限の値であり、
また−３度以上＋３度以下の範囲にある、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III族窒化物半導体光素子。
【請求項５】
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面及び｛２０−２−１｝面のいずれかから該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に−３度以上＋３度以下の範囲の角度で傾斜した半導体面である、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III族窒化物半導体光素子。
【請求項６】
前記活性層は単一量子井戸構造を有する、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III族窒化物半導体光素子。
【請求項７】
前記活性層は、６５０ｎｍより大きく８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられている、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III族窒化物半導体光素子。
【請求項８】
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の総厚は、０．９μｍ以上である、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族窒化物半導体光素子。
【請求項９】
前記第１の光ガイド層は、インジウム組成０．０７以上の第１のＩｎＧａＮ層を含む、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族窒化物半導体光素子。
【請求項１０】
前記第１の光ガイド層は第１のＩｎＡｌＮ層を含み、
前記第１のＩｎＡｌＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より大きい、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族窒化物半導体光素子。
【請求項１１】
前記第１のＩｎＡｌＮ層の格子定数はＧａＮに格子整合する、ことを特徴とする請求項１０に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１２】
前記第２の光ガイド層は、インジウム組成０．０７以上の第２のＩｎＧａＮ層を含む、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族窒化物半導体光素子。
【請求項１３】
前記第２の光ガイド層は第２のＩｎＡｌＮ層を含み、
前記第２のＩｎＡｌＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より大きい、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族窒化物半導体光素子。
【請求項１４】
前記基板はＧａＮからなり、
前記第１の光ガイド層は、ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ層（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１）及びＧａＮ層を含み、
前記第２の光ガイド層は、ＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ層（０≦Ｘ２≦１、０≦Ｙ２≦１）及びＧａＮ層を含む、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族窒化物半導体光素子。
【請求項１５】
前記第２導電型はｐ型であり、
前記第１導電型はｎ型であり、
当該III族窒化物半導体光素子は、前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた電子ブロック層を更に備え、
前記電子ブロック層は前記基板の材料と同じである、ことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１６】
III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板であって、
III族窒化物半導体からなる基板と、
前記基板の主面上に設けられた第１のIII族窒化物半導体領域と、
前記基板の前記主面上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、
前記第１のIII族窒化物半導体領域と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた活性層と、
前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた第１の光ガイド層と、
前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた第２の光ガイド層と、
を備え、
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜し、
前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型半導体層を含み、
前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型半導体層を含み、
前記活性層は、５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられており、
前記活性層は半導体エピタキシャル層を含み、
前記半導体エピタキシャル層は窒化ガリウム系半導体からなり、
前記窒化ガリウム系半導体はIII族構成元素としてインジウムを含み、
前記半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であり、
前記III族窒化物半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、
前記基準軸の向きは前記III族窒化物半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向であり、
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の総厚は０．７μｍ以上であり、
前記第１の光ガイド層は、第１光ガイド部及び第２光ガイド部を含み、
前記第２光ガイド部の屈折率は前記第１光ガイド部の屈折率より大きく、
前記第１光ガイド部は前記第２光ガイド部と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記第２光ガイド部は前記第１光ガイド部と前記活性層との間に設けられ、
前記第２光ガイド部はＩｎＡｌＮ層を含み、
前記第１光ガイド部は、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、及びＧａＮ層の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項１７】
III族窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、
前記基板の主面上に第１のIII族窒化物半導体領域を成長する工程と、
第１の光ガイド層を成長する工程と、
５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を前記基板の前記主面上に生成する活性層を成長する工程と、
第２の光ガイド層を成長する工程と、
前記基板の前記主面上に第２のIII族窒化物半導体領域を成長する工程と、
を備え、
前記第１の光ガイド層は前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記第２の光ガイド層は前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記活性層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜し、
前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型半導体層を含み、
前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型半導体層を含み、
前記活性層は半導体エピタキシャル層を含み、
前記半導体エピタキシャル層は窒化ガリウム系半導体からなり、
前記窒化ガリウム系半導体はIII族構成元素としてインジウムを含み、
前記半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であり、
前記III族窒化物半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、
前記基準軸の向きは、前記III族窒化物半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向であり、
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の総厚は０．７μｍ以上であり、
前記第１の光ガイド層は、第１光ガイド部及び第２光ガイド部を含み、
前記第２光ガイド部の屈折率は前記第１光ガイド部の屈折率より大きく、
前記第１光ガイド部は前記第２光ガイド部と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記第２光ガイド部は前記第１光ガイド部と前記活性層との間に設けられ、
前記第２光ガイド部はＩｎＡｌＮ層を含み、
前記第１光ガイド部は、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、及びＧａＮ層の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板、及びIII族窒化物半導体光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、窒化ガリウム系半導体からなる発光ダイオードが記載されている。この発光ダイオードはＧａＮの（１１−２２）面上に作製されている。発光ダイオードの発光波長は、青色からアンバー色までの波長４２０ｎｍ程度、５２０ｎｍ程度及び６２０ｎｍ程度である。
【０００３】
非特許文献２には、窒化ガリウム系半導体からなるレーザダイオードが記載されている。このレーザダイオードはＧａＮのｍ面上に作製されている。レーザダイオードの発光波長は４９９．８ｎｍである。
【０００４】
特許文献１には、ＧａＮ基板の｛１１− ２２｝ 面上に作製されたレーザダイオードが記載されている。このレーザダイオードの発振波長としては、４８０ｎｍ〜６５０ｎｍが得られると記述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９ −７１１２７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 26, 2006, pp.L659-L662
【非特許文献２】APPLIED PHYSICS LETTERS 94,  2009, 071105
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明者らの検討によれば、III族元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体、例えばＩｎＧａＮをＧａＮのｍ面及びＧａＮの｛１１− ２２｝ 面上に成長するとき、これらの面方位はインジウムの取り込み能力に優れるけれども、成長されたＩｎＧａＮ膜のＩｎ組成の揺らぎが大きい。これ故に、発光スペクトルの半値全幅が大きい。また、窒化ガリウム系半導体を用いたレーザダイオードでは、青色レーザだけでなく緑色レーザも達成された。更に長波長の発光にまで発光波長の範囲を広げるために、広いインジウム組成の範囲でより小さい組成揺らぎの井戸層を成長することが求められる。また、長波長の発光は、更なるＩｎ組成の揺らぎの影響に敏感であると考えられる。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、比較的高いＩｎ組成及び小さいＩｎ組成揺らぎの井戸層を含むIII族窒化物半導体光素子を提供することを目的とし、また該III族窒化物半導体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し、さらにIII族窒化物半導体光素子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】
【０００９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体発光素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなる基板と、（ｂ）前記基板の主面上に設けられた第１のIII族窒化物半導体領域と、（ｃ）前記基板の前記主面上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、（ｄ）前記第１のIII族窒化物半導体領域と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた活性層とを備える。前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜し、前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型半導体層を含み、前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型半導体層を含み、前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、前記基板の前記主面の法線軸の方向に配列されており、前記活性層は半導体エピタキシャル層を含み、前記半導体エピタキシャル層は窒化ガリウム系半導体からなり、前記窒化ガリウム系半導体はIII族構成元素としてインジウムを含み、前記半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であり、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は前記法線軸に対して傾斜しており、前記基準軸の向きは前記III族窒化物半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向である。
【００１０】
このIII族窒化物半導体光素子によれば、活性層が、III族構成元素としてインジウムを含む半導体エピタキシャル層を有すると共に５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成する。また、この活性層は、III族窒化物半導体からなる基板主面上に設けられ、基板主面は該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜する。これ故に、半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であるけれども、半導体エピタキシャル層のＩｎ組成揺らぎは小さい。
【００１１】
本発明の別の側面は、III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板である。このエピタキシャル基板は、（ａ）III族窒化物半導体からなる基板と、（ｂ）前記基板の主面上に設けられた第１のIII族窒化物半導体領域と、（ｃ）前記基板の前記主面上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、（ｄ）前記第１のIII族窒化物半導体領域と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた活性層とを備える。前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜し、前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型半導体層を含み、前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型半導体層を含み、前記活性層は、５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられており、前記活性層は半導体エピタキシャル層を含み、前記半導体エピタキシャル層は窒化ガリウム系半導体からなり、前記窒化ガリウム系半導体はIII族構成元素としてインジウムを含み、前記半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であり、前記III族窒化物半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、前記基準軸の向きは前記III族窒化物半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向である。
【００１２】
このエピタキシャル基板によれば、活性層が、III族構成元素としてインジウムを含む半導体エピタキシャル層を有すると共に５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成する。また、この活性層は、III族窒化物半導体からなる基板主面上に設けられ、基板主面は該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜する。これ故に、半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であるけれども、半導体エピタキシャル層のＩｎ組成揺らぎは小さい。
【００１３】
本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなる基板を準備する工程と、（ｂ）前記基板の主面上に第１のIII族窒化物半導体領域を成長する工程と、（ｃ）５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を前記基板の前記主面上に生成する活性層を成長する工程と、（ｄ）前記基板の前記主面上に第２のIII族窒化物半導体領域を成長する工程とを備える。前記活性層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜し、前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型半導体層を含み、前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型半導体層を含み、前記活性層は半導体エピタキシャル層を含み、前記半導体エピタキシャル層は窒化ガリウム系半導体からなり、前記窒化ガリウム系半導体はIII族構成元素としてインジウムを含み、前記半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であり、前記III族窒化物半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、前記基準軸の向きは、前記III族窒化物半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向である。
【００１４】
この方法によれば、半導体エピタキシャル層を有すると共に５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成する活性層を形成する際に、この活性層をIII族窒化物半導体からなる基板主面上に成長する。この基板主面は該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜する。これ故に、半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であるけれども、小さいＩｎ組成揺らぎの半導体エピタキシャル層を成長できる。
【００１５】
本発明に係る上記の側面では、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７０度以上の角度で傾斜していることが良い。この発明によれば、７０度以上の角度の基板主面では更にＩｎ組成の揺らぎを低減できる。
【００１６】
本発明に係る上記の側面では、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜していることが良い。この発明によれば、この角度範囲では特にステップ端成長が顕著になり、Ｉｎ偏析がさらに改善される。
【００１７】
本発明に係る上記の側面では、前記III族窒化物半導体のａ軸方向のオフ角は有限の値であり、また−３度以上＋３度以下の範囲にあることが良い。この方法によれば、ａ軸方向のオフ角が−３度以上＋３度以下の範囲にあるとき、表面モフォロジが良くなる。
【００１８】
本発明に係る上記の側面では、前記基板の前記主面は、該III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面及び｛２０−２−１｝面のいずれかから−３ 度以上＋３ 度以下の範囲の角度で傾斜した半導体面であることができる。この方法によれば、これらの面方位及び角度範囲では、Ｉｎ取込とＩｎ偏析のバランスが良く、結晶性の良い井戸層が形成される。
【００１９】
本発明に係る上記の側面では、前記活性層は単一量子井戸構造を有することが良い。この方法によれば、赤色〜赤外の波長領域の発光を提供する井戸層は０．３以上のＩｎ組成を有することになる。井戸層がＩｎＧａＮ層からなるとき、このＩｎＧａＮ層の歪みが高くなる。この結果、ＩｎＧａＮ層に欠陥発生を引き起こす。一方、活性層が単一量子井戸構造を有するとき、大きな歪みの井戸層の繰り返しを避けることができ、結果として活性層の結晶性を良くできる。また、長波長を発生する井戸層では量子井戸深さも深くなるため、多重量子井戸では井戸間のキャリア分布が顕著になるので、単一量子井戸が好ましい。
【００２０】
本発明に係る上記の側面では、前記活性層は、６５０ｎｍより大きく８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることができる。この発明によれば、６５０ｎｍより大きく８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成する活性層を用いるとき、活性層は、大きなＩｎ組成の井戸層を含む。この井戸層に、小さいＩｎ組成揺らぎを提供できる。
【００２１】
本発明に係る上記の側面は、前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた第１の光ガイド層と、前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた第２の光ガイド層とを更に備えることができる。前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の総厚は０．７μｍ以上であることが良い。
【００２２】
この方法によれば、III族窒化物半導体光素子がレーザダイオードを含むことができる。このレーザダイオードでは、０．７μｍ以上の総厚を有する第１及び第２の光ガイド層は、高Ｉｎ組成及び低Ｉｎ揺らぎ井戸層を含む活性層並びに第１及び第２の光ガイド層からなる領域に好適な光閉じ込めを可能にする。
【００２３】
本発明に係る上記の側面では、前記第１の光ガイド層は、III族構成元素としてインジウムを含む第１のIII族窒化物半導体層を含み、前記第２の光ガイド層は、III族構成元素としてインジウムを含む第２のIII族窒化物半導体層を含み、第１及び第２のIII族窒化物半導体層のインジウム組成は０．０２を超えることが良い。
【００２４】
この方法によれば、第１及び第２のIII族窒化物半導体層のインジウム組成は０．０２を超えるので、光ガイド層と井戸層との間のＩｎ組成差を小さくできる。この光ガイド層は、井戸層の格子定数がクラッド層の格子定数と大きく異なるけれども、これらの層の間の大きな格子定数差を段階的な変化を可能にする。また、これらの光ガイド層がIII族構成元素としてインジウムを含むIII族窒化物半導体層を有するので、活性層とクラッド層との間に好適な屈折率変化を提供できる。
【００２５】
本発明に係る上記の側面では、前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の総厚は、０．９μｍ以上であることが良い。
【００２６】
この発明によれば、第１及び第２の光ガイド層の総厚が０．９μｍ以上であるので、光ガイド層及び活性層への光閉じ込めの実現が容易になる。
【００２７】
本発明に係る上記の側面では、前記第１の光ガイド層は、第１及び第２光ガイド部を含み、前記第２光ガイド部の屈折率は前記第１光ガイド部の屈折率より大きく、前記第１光ガイド部は前記第２光ガイド部と前記第１のIII族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記第２光ガイド部は前記第１光ガイド部と前記活性層との間に設けられることができる。この方法によれば、段階的な屈折率変化により光閉じ込めが容易になる。
【００２８】
本発明に係る上記の側面では、前記第２光ガイド部はＩｎＧａＮ層を含み、前記第１光ガイド部は、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、及びＧａＮ層の少なくともいずれかを含むことが良い。
【００２９】
この発明によれば、好適な屈折率分布をクラッド層から活性層の間の領域に提供できる。
【００３０】
本発明に係る上記の側面では、前記第２光ガイド部はＩｎＡｌＮ層を含み、前記第１光ガイド部は、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、及びＧａＮ層の少なくともいずれかを含むことができる。
【００３１】
この発明によれば、好適な屈折率分布をクラッド層から活性層の間の領域に提供できる。
【００３２】
本発明に係る上記の側面では、前記第１の光ガイド層は、インジウム組成０．０７以上の第１のＩｎＧａＮ層を含むことができる。この発明によれば、活性層及び光ガイド層への適切な光閉じ込めを実現できる。また、本発明に係る上記の側面では、前記第２の光ガイド層は、インジウム組成０．０７以上の第２のＩｎＧａＮ層を含むことができる。この発明によれば、活性層及び光ガイド層への適切な光閉じ込めを実現できる。
【００３３】
本発明に係る上記の側面では、前記第１の光ガイド層は第１のＩｎＡｌＮ層を含み、前記第１のＩｎＡｌＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より大きいことが良い。
【００３４】
この発明によれば、ＩｎＡｌＮは、Ｇａ原子の原子半径より大きいＩｎ原子とＧａ原子の原子半径より小さいＡｌ原子とを含むので、そのＩｎ組成及びＡｌ組成に応じて、格子定数及びバンドギャップを独立して変更できる組成範囲を有する。これ故に、ＩｎＡｌＮは光ガイド層として使用可能である。
【００３５】
本発明に係る上記の側面では、前記第１のＩｎＡｌＮ層の格子定数はＧａＮに格子整合することが良い。
【００３６】
この発明によれば、ＩｎＡｌＮはバンドギャップボウイングを示すので、ＧａＮに格子整合する組成でＧａＮより高い屈折率を提供できる。これ故に、ＩｎＡｌＮは、光ガイド層の屈折率及び格子定数の調整に好適である。
【００３７】
本発明に係る上記の側面では、前記第２の光ガイド層は第２のＩｎＡｌＮ層を含み、前記第２のＩｎＡｌＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より大きいことが良い。
【００３８】
この発明によれば、第２のＩｎＡｌＮ層の屈折率をＧａＮの屈折率より大きくするので、格子定数の調整により、大きなＩｎ組成の活性層に好適な光ガイド層を提供できる。
【００３９】
本発明に係る上記の側面では、前記基板はＧａＮからなり、前記第１光ガイド層は、ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ層（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１）及びＧａＮ層を含み、前記第２の光ガイド層は、ＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ層（０≦Ｘ２≦１、０≦Ｙ２≦１）及びＧａＮ層を含むことができる。
【００４０】
この発明によれば、光ガイド層が少なくとも２つの半導体層を含むとき、光ガイド層は、以下の組み合わせの半導体層を含むことができる：InGaN/InGaN、InGaN/InAlGaN、InAlN/GaN、InAlN/InAlGaN、InGaN/InAlN、InAlN/InGaN。
【００４１】
本発明に係る上記の側面では、前記第２導電型はｐ型であり、前記第１導電型はｎ型である。当該III族窒化物半導体光素子は、前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域との間に設けられた電子ブロック層を更に備えることができる。前記電子ブロック層は前記基板の材料と同じであることが良い。
【００４２】
この発明によれば、電子ブロック層の材料は基板の材料と同じであるとき、電子ブロック層の歪みを低くできる。例えば、基板及び電子ブロック層はＧａＮからなることができる。
【００４３】
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】
【００４４】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、比較的高いＩｎ組成及び小さいＩｎ組成揺らぎの井戸層を含むIII族窒化物半導体光素子が提供される。また、本発明に係る別の側面によれば、該III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板が提供される。さらに、本発明に更なる別の側面によれば、このIII族窒化物半導体光素子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】
【００４５】
【図１】図１は本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。
【図３】図３は、電界分布計算のためのプレーナ光導波路モデルを示す図面である。
【図４】図４は、電界分布の計算結果から見積もられた光閉じ込め係数（Γwell）の評価を示す図面である。
【図５】図５は、実施例２におけるエピタキシャル基板の構造を示す図面である。
【図６】図６は、実施例３における工程フローを示す図面である。
【図７】図７は、実施例３におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。
【図８】図８は、実施例４におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。
【図９】図９は、実施例５におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例６におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
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族窒化物半導体光素子、III族窒化物半導体光素子を作製する方法、エピタキシャルウエハ及びIII族窒化物半導体領域を成長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。なお、本記述においては、六方晶系結晶の結晶軸を示すａ１軸、ａ２軸、ａ３軸、ｃ軸において、各結晶軸の正方向と逆向きを示す表記に関して、例えば［０００−１］軸は［０００１］軸の逆向きであり、逆向きを示すために数字（例えば「１」）の前に負号を付する「−１」を用いる。
【００４７】
図１は本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。III族窒化物半導体光素子１１ａとしては、例えば発光ダイオード等がある。
【００４８】
III族窒化物半導体光素子１１ａは、基板１３と、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５と、活性層１７とを備える。基板１３は、第１のIII族窒化物半導体からなり、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等であることができる。ＧａＮは、二元化合物であるＧａＮ系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。また、第１のIII族窒化物半導体は、例えばＡｌＮ等からなることができる。基板１３のｃ面は、図１に示された平面Ｓｃに沿って延びている。平面Ｓｃ上では、六方晶系III族窒化物半導体の結晶軸を示すための座標系ＣＲ（ｃ軸、ａ軸、ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、この第１のIII族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から該第１のIII族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度によって規定され、この角度αは、本実施例では、ベクトルＶＣ＋とベクトルＶＮとの成す角に等しい。III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５は、主面１３ａ上に設けられている。III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５は一又は複数の半導体層を含むことができる。III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５上には、活性層１７が設けられている。活性層１７は、５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられている。活性層１７は、少なくとも一つの半導体エピタキシャル層１９を含む。半導体エピタキシャル層１９は、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５上に設けられている。半導体エピタキシャル層１９は、インジウムを含む第２のIII族窒化物半導体からなり、第２のIII族窒化物半導体はIII族構成元素としてインジウムを含む。第２のIII族窒化物半導体は、例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。半導体エピタキシャル層１９のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下である。窒化ガリウム系半導体のｃ軸は法線軸に対して傾斜している。また、半導体エピタキシャル層１９の膜厚方向は、基準軸Ｃｘに対して傾斜している。この基準軸Ｃｘは、第１のIII族窒化物半導体の［０００１］軸の方向、或いは［０００−１］軸の方向に向いていることができる。本実施例では、基準軸Ｃｘは、ベクトルＶＣ＋で示される方向に向いており、この結果、ベクトルＶＣ−は［０００−１］軸の方向に向いている。
【００４９】
このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、活性層１７が、III族構成元素としてインジウムを含む半導体エピタキシャル層１９を有すると共に５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成する。また、この活性層１７は、III族窒化物半導体からなる基板主面１３ａ上に設けられ、基板主面１３ａは該III族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜する。これ故に、半導体エピタキシャル層のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下であるけれども、半導体エピタキシャル層のＩｎ組成揺らぎは小さい。上記の傾斜角の基板１３では、その主面１３ａは、図１に示されるような幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ１からなる。基板１３上にはIII族窒化物半導体エピタキシャル領域１５が設けられているので、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５の結晶軸は、基板１３の結晶軸を引き継いでいる。これ故に、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜しており、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ２を有する。これらのテラスの配列はマイクロステップを構成する。上記の角度範囲のテラスの幅が狭いので、複数のテラスにわたってＩｎ組成の不均一は生じにくい。故に、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。
【００５０】
また、テラス構造がｃ軸からの傾斜角に関係しているので、該傾斜角が第１のIII族窒化物半導体の（０００１）面を基準に規定される基板、及び該傾斜角が第１のIII族窒化物半導体の（０００−１）面を基準に規定される基板のいずれにおいても、発光特性の低下が抑制される。つまり、基準軸Ｃｘは第１のIII族窒化物半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向に向いていても、発光特性の低下が抑制される。
【００５１】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、基板１３の主面１３ａは、該第１のIII族窒化物半導体のｍ軸の方向に基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜していることが好ましい。この角度範囲の基板主面１３ａは、更に幅の狭い複数のテラスを有する。III族窒化物半導体光素子１１ａによれば、活性層１７におけるＩｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。
【００５２】
図１を参照すると、座標系Ｓが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、またＸ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。
【００５３】
III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５は、一又は複数の第１導電型III族窒化物半導体層を含むことができる。本実施例では、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５は、Ｚ方向に配列されたｎ型ＧａＮ半導体層２３及びｎ型ＩｎＧａＮ半導体層２５を含んでいる。ｎ型ＧａＮ半導体層２３及びｎ型ＩｎＧａＮ半導体層２５が、基板１３の主面１３ａにエピタキシャル成長されるので、ｎ型ＧａＮ半導体層２３の主面２３ａ及びｎ型ＩｎＧａＮ半導体層２５の主面２５ａ（本実施例では、表面１５ａと等価）も、それぞれ、テラス構造を有するモフォロジＭ３、Ｍ２を有する。
【００５４】
モフォロジＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、ｃ軸傾斜の方向に配列された複数のマイクロステップを有しており、これらのマイクロステップは、傾斜方向に交差する方向に延びている。マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面及び｛１０−１１｝面を含む。上記の構成面及びステップ端においては、Ｉｎの取り込みが良好である。
【００５５】
III族窒化物半導体光素子１１ａは、活性層１７上に設けられたIII族窒化物半導体領域２１を備えることができる。III族窒化物半導体領域２１は、一又は複数の第２導電型III族窒化物半導体層を含むことができる。III族窒化物半導体領域２１は、Ｚ方向に配列された電子ブロック層２７及びコンタクト層２９を含む。電子ブロック層２７は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮからなることができ、またコンタクト層２９は、例えばｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなることができる。
【００５６】
活性層１７は単一量子井戸構造を有することが良い。この素子１１ａによれば、赤色〜赤外の波長領域の発光を提供する井戸層は０．３以上のＩｎ組成を有することになる。井戸層がＩｎＧａＮ層からなるとき、このＩｎＧａＮ層の歪みが高くなる。この結果、ＩｎＧａＮ層に欠陥発生を引き起こす。一方、活性層１７が単一量子井戸構造を有するとき、大きな歪みの井戸層の繰り返しを避けることができ、結果として活性層１７の結晶性が良くできる。また、長波長を発生する井戸層１７では量子井戸深さも深くなるため、多重量子井戸では井戸間のキャリア分布が顕著になるので、単一量子井戸が好ましい。
【００５７】
また、活性層１７は、量子井戸構造３１を有することができ、この量子井戸構造３１は、所定の軸Ａｘの方向に交互に配置された井戸層３３及び障壁層３５を含むことができる。本実施例では、井戸層３３は半導体エピタキシャル層１９からなり、井戸層３３は例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。また、障壁層３５はIII族窒化物半導体からなり、III族窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型III族窒化物半導体層２３、２５、活性層１７及びIII族窒化物半導体層２７、２９は、所定の軸Ａｘの方向に配列される。基準軸Ｃｘの方向は所定の軸Ａｘの方向と異なる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、小さいＩｎ偏析は、単層膜からなる半導体エピタキシャル層だけでなく、量子井戸構造３１において達成されている。
【００５８】
また、活性層１７は、６５０ｎｍより大きく８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、６５０ｎｍより大きく８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成する活性層を用いるとき、活性層１７は、大きなＩｎ組成の井戸層を含む。この井戸層に小さいＩｎ組成揺らぎを提供できる。また、この波長範囲にあるような長波長では、大きなＩｎ組成（０．４〜０．６５）が井戸層に必要であり、大きなＩｎ偏析を示す面、例えばｃ面やｍ面及び（１０−１１）面等では、発光強度が大きく低下する。一方、本実施の形態の角度範囲では、Ｉｎ偏析が小さいため、６５０ｎｍを超える長波長領域でも発光強度の低下が小さい。
【００５９】
基板１３の主面１３ａは、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に基準軸Ｃｘに直交する面から７０度以上の角度で傾斜していることが良い。７０度以上の角度の基板主面では更にＩｎ組成の揺らぎを低減できる。
【００６０】
基板１３の主面１３ａは、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に基準軸ｘに直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜していることが良い。この角度範囲では特にステップ端成長が顕著になり、Ｉｎ偏析がさらに改善される。
【００６１】
III族窒化物半導体光素子１１ａは、コンタクト層２９上に設けられた第１の電極３７（例えば、アノード）を含むことができ、第１の電極３７は、コンタクト層２９を覆う透明電極を含むことができる。透明電極としては、例えばＮｉ／Ａｕが用いられる。III族窒化物半導体光素子１１ａは、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極３９（例えば、カソード）を含むことができ、第２の電極３９は、例えばＴｉ／Ａｌから成る。
【００６２】
活性層１７は、電極３７、３９の両端に印加された外部電圧に応答して光Ｌ１を生成し、本実施例ではIII族窒化物半導体光素子１１ａは面発光素子を含む。この活性層１７において、ｃ面に比べてピエゾ電界が小さい。
【００６３】
基板１３におけるａ軸方向のオフ角ＡＯＦＦは有限の値であることが好ましい。ａ軸方向のオフ角ＡＯＦＦは、エピタキシャル領域の表面モフォロジを良好にする。このオフ角ＡＯＦＦはＸＺ面内における角度である。III族窒化物半導体のオフ角ＡＯＦＦの範囲が、例えば−３度以上＋３度以下の範囲にあることが良い。基板１３の主面１３ａは、該III族窒化物半導体の｛２０−２１｝面及び｛２０−２−１｝面のいずれかから該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に−３ 度以上＋３ 度以下の範囲の角度で傾斜した半導体面であることができる。これらの面方位及び角度範囲では、Ｉｎ取込とＩｎ偏析のバランスが良く、結晶性の良い井戸層が形成される。具体的には、オフ角ＡＯＦＦの範囲は、例えば−３度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋３度以下の範囲にあることが好ましい。オフ角ＡＯＦＦの範囲が例えば−０．４度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋０．４度以下の範囲にあるとき、表面モフォロジがさらに良好になる。
【００６４】
図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。III族窒化物半導体光素子１１ｂとしては、例えば半導体レーザ等がある。III族窒化物半導体光素子１１ｂは、III族窒化物半導体光素子１１ａと同様に、基板１３と、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５と、活性層１７とを備える。基板１３のｃ面は、図２に示された平面Ｓｃに沿って延びている。平面Ｓｃ上には、座標系ＣＲ（ｃ軸、ａ軸、ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、この第１のIII族窒化物半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から該第１のIII族窒化物半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度によって規定され、この角度は、本実施例では、ベクトルＶＣ＋とベクトルＶＮとの成す角に等しい。III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５は、主面１３ａ上に設けられている。活性層１７は、少なくとも一つの半導体エピタキシャル層１９を含む。活性層１７は、５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられている。半導体エピタキシャル層１９のインジウム組成は０．３５以上０．６５以下である。半導体エピタキシャル層１９は、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５上に設けられている。半導体エピタキシャル層１９は第２のIII族窒化物半導体からなり、第２のIII族窒化物半導体は構成元素としてインジウムを含む。半導体エピタキシャル層１９の膜厚方向は、基準軸Ｃｘに対して傾斜している。この基準軸Ｃｘは、第１のIII族窒化物半導体の［０００１］軸の方向、或いは［０００−１］軸の方向に向いていることができる。本実施例では、基準軸Ｃｘは、ベクトルＶＣ＋で示される方向に向いており、この結果、ベクトルＶＣ−は、［０００−１］軸の方向に向いている。また、図２にも、オフ角ＡＯＦＦが示されており、このオフ角ＡＯＦＦはＸＺ面内における角度である。
【００６５】
このIII族窒化物半導体光素子１１ｂによれば、基板１３では、その主面１３ａは、図２に示されるような幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ１からなる。また、基板１３上にはIII族窒化物半導体エピタキシャル領域１５が設けられている。III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５の結晶軸は、基板１３の結晶軸を引き継いでいる。これ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。したがって、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ２を有する。これらのテラスの配列はマイクロステップを構成する。上記の角度範囲のテラスの幅が狭いので、複数のテラスにわたってＩｎ組成の不均一は生じにくい。故に、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。
【００６６】
III族窒化物半導体光素子１１ｂの一実施例では、III族窒化物半導体エピタキシャル領域１５は、ｎ型クラッド層４１を含んでいる。ｎ型クラッド層４１及び光ガイド層４３ａは、Ａｘ軸の方向（Ｚ方向）に配列されている。ｎ型クラッド層４１は、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＧａＮからなることができる。ｎ型クラッド層４１及び光ガイド層４３ａが、基板１３の主面１３ａにエピタキシャル成長されるので、ｎ型クラッド層４１の主面４１ａ及び光ガイド層４３ａの主面４３ｃ（本実施例では、表面１５ａと等価）も、それぞれ、テラス構造を有する表面モフォロジを有する。上記の表面モフォロジは、ｃ軸の傾斜方向に配列された複数のマイクロステップを有しており、これらのマイクロステップは、傾斜方向に交差する方向に延びている。マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面、｛２０−２１｝面及び｛１０−１１｝面等を含む。上記の構成面及びステップ端においては、Ｉｎの取り込みが良好である。
【００６７】
III族窒化物半導体光素子１１ｂは、III族窒化物半導体領域２１は、電子ブロック層４５、クラッド層４７及びコンタクト層４９を含む。光ガイド層４３ｂ、電子ブロック層４５、クラッド層４７及びコンタクト層４９はＺ方向に配列される。電子ブロック層４５は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮからなることができ、クラッド層４７は、例えばｐ型ＩｎＡｌＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＧａＮからなることができ、またコンタクト層４９は、例えばｐ型ＧａＮまたはｐ型ＩｎＧａＮからなることができる。
【００６８】
III族窒化物半導体光素子１１ｂは、活性層１７とIII族窒化物半導体領域２１との間に設けられた電子ブロック層４５を備えるとき、電子ブロック層４５は基板の材料と同じであることが良い。電子ブロック層４５の材料は基板１３の材料と同じであるとき、電子ブロック層４５の歪みを低くできる。例えば、基板１３及び電子ブロック層４５はＧａＮからなることができる。
【００６９】
III族窒化物半導体光素子１１ｂは、コンタクト層４９上に設けられた第１の電極５１（例えば、アノード）を含むことができ、第１の電極５１は、コンタクト層４９を覆う絶縁膜５３のストライプ窓を介してコンタクト層４９に接続される。第１の電極５１としては、例えばＮｉ／Ａｕを用いられる。III族窒化物半導体光素子１１ｂは、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極５５（例えば、カソード）を含むことができ、第２の電極５５は、例えばＴｉ／Ａｌから成る。
【００７０】
活性層１７は、電極５１、５５の両端に印加された外部電圧に応答して光Ｌ２を生成し、本実施例ではIII族窒化物半導体光素子１１ｂは端面発光素子を含む。この活性層１７において、ピエゾ電界のＺ成分（所定の軸Ａｘの方向に関する成分）は、ｐ型III族窒化物半導体層４３ａ、４５、４７、４９からｎ型III族窒化物半導体層４１、４３ａへ向かう方向と逆向きである。このIII族窒化物半導体光素子１１ｂによれば、ピエゾ電界のＺ成分が、電極５１、５５の両端に印加された外部電圧による電界の方向と逆向きであるので、発光波長のシフトが低減される。
【００７１】
III族窒化物半導体光素子１１ａ、１１ｂでは、基板１３におけるａ軸方向のオフ角ＡＯＦＦは有限の値であることが好ましい。ａ軸方向のオフ角ＡＯＦＦは、エピタキシャル領域の表面モフォロジを良好にする。オフ角ＡＯＦＦの範囲が、例えば−３度以上＋３度以下の範囲にあることができ、具体的には、オフ角ＡＯＦＦの範囲は、例えば−３度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋３度以下の範囲にあることが好ましい。オフ角ＡＯＦＦの範囲が例えば−０．４度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋０．４度以下の範囲にあるとき、表面モフォロジがさらに良好になる。
【００７２】
III族窒化物半導体光素子１１ａ、１１ｂでは、活性層１７は単一量子井戸構造を有することが良い。この素子１１ａによれば、赤色〜赤外の波長領域の発光を提供する井戸層は０．３以上のＩｎ組成を有することになる。井戸層がＩｎＧａＮ層からなるとき、このＩｎＧａＮ層の歪みが高くなる。この結果、ＩｎＧａＮ層に欠陥発生を引き起こす。一方、活性層１７が単一量子井戸構造を有するとき、大きな歪みの井戸層の繰り返しを避けることができ、結果として活性層１７の結晶性が良くできる。また、長波長を発生する井戸層１７では量子井戸深さも深くなるため、多重量子井戸では井戸間のキャリア分布が顕著になるので、単一量子井戸が好ましい。
【００７３】
また、活性層１７は、量子井戸構造３１を有することができ、この量子井戸構造３１は、所定の軸Ａｘの方向に交互に配置された井戸層３３及び障壁層３５を含む。本実施例では、井戸層３３は半導体エピタキシャル層１９からなり、井戸層３３は例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。また、障壁層３５はIII族窒化物半導体からなり、III族窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型III族窒化物半導体層２３、２５、活性層１７及びIII族窒化物半導体層２７、２９は、所定の軸Ａｘの方向に配列される。基準軸Ｃｘの方向は所定の軸Ａｘの方向と異なる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、小さいＩｎ偏析は、単層膜からなる半導体エピタキシャル層だけでなく、量子井戸構造３１において達成されている。
【００７４】
また、活性層１７は、６５０ｎｍより大きく８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられていることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、６５０ｎｍより大きく８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成する活性層を用いるとき、活性層１７は、大きなＩｎ組成の井戸層を含む。この井戸層に小さいＩｎ組成揺らぎを提供できる。また、この波長範囲にあるような長波長では、大きなＩｎ組成が井戸層に必要であり、大きなＩｎ偏析を示す面、例えばｃ面やｍ面及び（１０−１１）面等では、発光強度が大きく低下する。一方、本実施の形態の角度範囲では、Ｉｎ偏析が小さいため、４８０ｎｍ以上の長波長領域でも発光強度の低下が小さい。長波長の発光のための井戸層の厚さは、例えば２．５ｎｍ以下であることが良い。
【００７５】
基板１３の主面１３ａは、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に基準軸Ｃｘに直交する面から７０度以上の角度で傾斜していることが良い。７０度以上の角度の基板主面では更にＩｎ組成の揺らぎを低減できる。
【００７６】
基板１３の主面１３ａは、該III族窒化物半導体のｍ軸の方向に基準軸ｘに直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜していることが良い。この角度範囲では特にステップ端成長が顕著になり、Ｉｎ偏析がさらに改善される。
【００７７】
III族窒化物半導体光素子１１ｂでは、第１の光ガイド層４３ａは活性層１７とIII族窒化物半導体領域１５との間に設けられており、第２の光ガイド層４３ｂは、活性層１７とIII族窒化物半導体領域２１との間に設けられている。第１の光ガイド層４３ａ及び第２の光ガイド層４３ｂの総厚は０．７μｍ以上であることが良い。このレーザダイオードでは、０．７μｍ以上の総厚を有する第１及び第２の光ガイド層４３ａ、４３ｂは、高Ｉｎ組成及び低Ｉｎ揺らぎの活性層１７並びに井戸層１９及び光ガイド層４３ａ、４３ｂを含む発光領域に、好適な光閉じ込めを可能にする。
【００７８】
例えば、基板１３がＧａＮからなるとき、第１光ガイド層４３ａはＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ層（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１）及びＧａＮ層を含むことが良い。また、第２の光ガイド層４３ｂはＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ層（０≦Ｘ２≦１、０≦Ｙ２≦１）及びＧａＮ層を含むことが良い。
【００７９】
第１の光ガイド層４３ａはIII族構成元素としてインジウムを含む第１のIII族窒化物半導体層を含み、第２の光ガイド層４３ｂはIII族構成元素としてインジウムを含む第２のIII族窒化物半導体層を含み、第１及び第２のIII族窒化物半導体層のインジウム組成は０．０２を超えることが良い。第１及び第２のIII族窒化物半導体層のインジウム組成は０．０２を超えるので、光ガイド層４３ａ、４３ｂと井戸層との間のＩｎ組成差を小さくできる。この光ガイド層４３ａ、４３ｂは、井戸層の格子定数がクラッド層の格子定数と大きく異なるけれども、これらの層の間の大きな格子定数差を段階的な変化を可能にする。また、これらの光ガイド層４３ａ、４３ｂがIII族構成元素としてインジウムを含むIII族窒化物半導体層を含むので、活性層１７とクラッド層４１、４７との間に好適な屈折率変化を提供できる。第１の光ガイド層４３ａ及び第２の光ガイド層４３ｂの総厚は、０．９μｍ以上であることが良い。第１及び第２の光ガイド層４３ａ、４３ｂの総厚が０．９μｍ以上であるので、光ガイド層４３ａ、４３ｂ及び活性層１７への光閉じ込めの実現が容易になる。
【００８０】
第１の光ガイド層４３ａは、第１及び第２光ガイド部４２ａ、４２ｂを含む。第１光ガイド部４２ａの材料はIII族窒化物半導体であり、また第２光ガイド部４２ｂの材料はIII族窒化物半導体である。第２光ガイド部４２ｂのIII族窒化物半導体に固有の格子定数は第１光ガイド部４２ａのIII族窒化物半導体に固有の格子定数より大きい。さらに、第２光ガイド部４２ｂの屈折率は第１光ガイド部４２ａの屈折率より大きい。第１光ガイド部４２ａは第２光ガイド部４２ｂとIII族窒化物半導体領域１５との間に設けられる。第２光ガイド部４２ｂは第１光ガイド部４２ａと活性層１７との間に設けられることができる。この構造によれば、段階的な屈折率変化により光閉じ込めが容易になる。第２光ガイド部４２ｂはＩｎＧａＮ層を含み、第１光ガイド部４２ａは、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、及びＧａＮ層の少なくともいずれかを含むことが良い。この組み合わせによれば、好適な屈折率分布をクラッド層４１から活性層１９の間の領域に提供できる。また、第２光ガイド部４２ｂはＩｎＡｌＮ層を含み、第１光ガイド部４２ａは、ＩｎＧａＮ層、ＩｎＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、及びＧａＮ層の少なくともいずれかを含むことができる。この組み合わせによれば、好適な屈折率分布をクラッド層４１から活性層１９の間の領域に提供できる。
【００８１】
第１の光ガイド層４３ａは、インジウム組成０．０７以上の第１のＩｎＧａＮ層を含むことができる。このとき、活性層１７及び光ガイド層４３ａ、４３ｂへの適切な光閉じ込めを実現できる。また、第２の光ガイド層４３ｂは、インジウム組成０．０７以上の第２のＩｎＧａＮ層を含むことができる。このとき、活性層１７及び光ガイド層４３ａ、４３ｂへの適切な光閉じ込めを実現できる。
【００８２】
第１の光ガイド層４３ａは第１のＩｎＡｌＮ層を含み、この第１のＩｎＡｌＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より大きいことが良い。このとき、ＩｎＡｌＮは、Ｇａ原子の原子半径より大きいＩｎ原子とＧａ原子の原子半径より小さいＡｌ原子とを含むので、そのＩｎ組成及びＡｌ組成に応じて、格子定数及びバンドギャップを独立して変更できる組成範囲を有する。これ故に、ＩｎＡｌＮは光ガイド層として使用可能である。このＩｎＡｌＮ層の格子定数はＧａＮに格子整合することが良い。このとき、ＩｎＡｌＮはバンドギャップボウイングを示すので、ＧａＮに格子整合する組成でＧａＮより高い屈折率を提供できる。これ故に、ＩｎＡｌＮは、光ガイド層の屈折率及び格子定数の調整に好適である。
【００８３】
第２の光ガイド層４３ｂは第２のＩｎＡｌＮ層を含み、このＩｎＡｌＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より大きいことが良い。このとき、第２のＩｎＡｌＮ層の屈折率をＧａＮの屈折率より大きくするので、格子定数の調整により、大きなＩｎ組成の活性層に好適な光ガイド層を提供できる。なお、第２のＩｎＡｌＮ層の格子定数はＧａＮに格子整合することが良い、なお、第２の光ガイド層４３ｂも第１の光ガイド層４３ａと同様の構造を有することができ、例えば第２の光ガイド層４３ｂも、第１及び第２光ガイド部４４ａ、４４ｂを含む。第１光ガイド部４４ａの材料はIII族窒化物半導体であり、また第２光ガイド部４４ｂの材料はIII族窒化物半導体である。
【００８４】
光ガイド層４３ａ、４３ｂが少なくとも２つの半導体層を含むとき、光ガイド層は、以下の組み合わせの半導体層を含むことができる：InGaN/InGaN、InGaN/InAlGaN、InAlN/GaN、InAlN/InAlGaN、InGaN/InAlN、InAlN/InGaN。
【００８５】
（実施例１）
光ガイド層に必要な組成を見積もるために、図３に示されるプレーナ光導波路構造で電界分布計算を行った。図４は、この計算結果から見積もられた光閉じ込め係数（Γ）の評価を示す図面である。光閉じ込め係数（Γ）は全ての光の電界強度に対する井戸層内での電界強度の比率として表される。また、電子ブロック層の組成が与える影響を見積もった。
【００８６】
（１）電子ブロック層のＡｌ組成ｙが０．１２の場合。
光ガイド層のＩｎＧａＮにおけるＩｎ組成ｘが０．０３であるとき、発光波長が緑（520nm）から赤（650nm）へ変化することによって、ＩｎＧａＮ井戸層での光閉じ込め係数（Γ）は０．６７から０．４７に低下した。一方、光ガイド層のＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を増加させることにより、光閉じ込め係数を増加させることができる。光ガイド層のＩｎＧａＮ層のＩｎ組成に関して、レーザ発振波長５２０ｎｍに必要なＩｎ組成は最低０．０２であるので、波長６００ｎｍにおけるレーザ発振に必要なＩｎ組成は０．０７〜０．０８以上と見積もられる。
【００８７】
光ガイド層のＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は、ＩｎＧａＮ層の臨界膜厚を考慮して０．１３以下であると見積もられる。この組成範囲は、ＩｎＧａＮ層のフォトルミネッセンス波長で表すと３９２ｎｍ〜４２９ｎｍであり、またエネルギで表すと２．８９ｅＶ〜３．１６ｅＶである。
【００８８】
（２）電子ブロック層のＡｌ組成がゼロである場合。
波長５２０ｎｍ、６５０ｎｍいずれの波長においても、光閉じ込め係数を増加させることができる。これは電子ブロック層のＡｌ組成が高いとき、電界分布がｎ側とｐ側で非対称になるためと考えられる。６５０ｎｍ帯の発光では光ガイド層のＩｎ組成が高くなるので、電子ブロック層のバンドギャップが低くても電子のオーバーフローを防ぐことができる。これ故に、電子ブロック層の材料としてＧａＮを用いても良い。その場合、電子ブロック層が基板に格子整合するので、結晶性も良くなる。
【００８９】
（実施例２）
ＩｎＡｌＮは大きなバンドギャップボウイングを示すIII族窒化物半導体である。ＩｎＡｌＮの使用について検討した。ＩｎＡｌＮがＧａＮに格子整合するとき（格子整合条件：Ｉｎ組成が０．１７７〜０．２６１）、この組成のＩｎＡｌＮ（例えば、ａ軸方向の格子定数が一致するときは、Ｉｎ組成が０．１７７である）におけるバンドギャップは２．８ｅＶであり、この値はＧａＮのバンドギャップより低い。これ故に、ＩｎＡｌＮがＧａＮに格子整合又は格子整合に近い組成であるとき、ＩｎＡｌＮを高屈折率の光ガイド層として使用可能である。
【００９０】
ついて、ＩｎＡｌＮの格子緩和について検討した。m軸方向にｃ面を例えば７５度傾斜させた半極性ＧａＮ基板（｛２０−２１｝面に相当する面方位）)を用いて、図５に示されるエピタキシャル基板Ｅ２を作製した。エピタキシャル基板Ｅ２は、ｎ型基板６１、ｎ型クラッド層６２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層６３ａ、ｎ型ＩｎＸＡｌ１−ＸＮ光ガイド層６３ｂ、Ｉｎ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ井戸層６４、アンドープＩｎＸＡｌ１−ＸＮ光ガイド層６５ａ、ｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層６６、ｐ型ＩｎＸＡｌ１−ＸＮ光ガイド層６５ｂ、ｐ型ＧａＮ光ガイド層６５ｃ、ｐ型クラッド層６７、ｐ型コンタクト層６８を含む。格子緩和の有無はエピタキシャル基板のＸ線回折の逆格子マッピングを測定した。エピタキシャル基板Ｅ２において、ＩｎＡｌＮ層の全厚みは０．３μｍであり、また四元ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（厚さ１．２μｍ）の組成はＧａＮ基板に格子整合する条件である。
【００９１】
逆格子マッピング測定の結果によれば、ＩｎＡｌＮ層の延在する主面内での格子定数の不整合度が−１．５％〜＋１．５％の範囲にあるとき、ＩｎＡｌＮは格子緩和せずに保たれる。これを超える範囲では、ｃ面内に転位が発生し、格子緩和を起こす可能性があることがわかった。
【００９２】
ＩｎＡｌＮでは、ＩｎＮとＡｌＮとの間において格子定数比ｃ／ａの違いが大きく異なる。例えば、ｃ／ａ＝１．６０１(ＡｌＮ)、１．６２３（ＩｎＮ）である。これ故に、ｃ軸、ａ軸それぞれの軸に関して格子整合する組成が大きく異なる。ａ軸に関して格子整合する組成ではＩｎ組成が１７．７％であり、ｃ軸に関して格子整合する組成ではＩｎ組成が２６．１％である。｛２０−２１｝面やｍ面といった面方位、つまりｃ面からの傾斜が大きい半極性及び無極性面では、ＩｎＡｌＮのａ軸及びｃ軸ともに基板主面に平行であるかまたは平行に近いので、これら両軸の格子整合度が重要である。格子不整合度が上記の範囲に入るとき、その組成の範囲はＩｎ組成＝１６％（△ａ＝−０．３％、△ｃ＝−１．５％）から、Ｉｎ組成＝２９％（△ａ＝＋１．５％、△ｃ＝＋０．４％）である。この組成範囲におけるＩｎＡｌＮのバンドギャップは、３．１６〜２．７２ｅＶであった。一方、このバンドギャップに対応するＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は、０．６〜０．１６である。
【００９３】
したがって、ＩｎＡｌＮを用いることによって、ＩｎＧａＮよりも低い格子不整合度で、広いバンドギャップ範囲すなわち屈折率の範囲をカバーできる。また、ＩｎＧａＮよりも小さなバンドギャップすなわち高い屈折率を得ることができる。これにより、ＩｎＧａＮよりも高結晶性で高屈折率のガイド層を提供でき、クラッド層と光ガイド層との屈折率差を高くでき、燈色より長波のレーザが実現可能である。
【００９４】
（実施例３）
図６に示される工程フローを参照しながら、図７に示されるレーザダイオードを作製した。工程Ｓ１０１では、ｃ面に対してm軸方向に７５度の角度で傾斜した半極性面を有するＧａＮ基板７１を準備した。この面方位は、｛２０−２１｝面である。まず、工程Ｓ１０２では、ＧａＮ基板７１を成長炉内に設置した。工程Ｓ１０３では、摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理による表面改質によって、基板表面に、オフ角によって規定されるテラス構造が形成された。この熱処理の後に、工程Ｓ１０４では、III族窒化物半導体領域が成長される。工程Ｓ１０４では、厚さ１．２μｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層７２を半極性ＧａＮ面上に摂氏９２０度の温度で成長した。そのＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４であった。次の工程Ｓ１０５では、摂氏１０５０度の温度に基板温度を変更した後に、厚さ０．４μｍのｎ型ＧａＮ層７３ａをｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層７２上に成長した。続けて、摂氏７５０度の基板温度で厚さ０．１５μｍのｎ型ＩｎＧａＮ層７３ｂを成長した。このＩｎＧａＮのＩｎ組成は０．０７であった。
【００９５】
工程Ｓ１０６では、光ガイド層７３ａ、７３ｂ上に活性層７４を成長した。この活性層７４は、単一量子井戸構造を有する。工程Ｓ１０７におけるＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は、摂氏６９０度であり、Ｉｎ組成は０．４５であった。井戸層の厚さは２．２ｎｍであった。
【００９６】
工程Ｓ１０８及び工程Ｓ１０９では、光ガイド層及び電子ブロック層を成長する。まず、摂氏７５０度の基板温度で厚さ０．０３μｍのアンドープＩｎＧａＮ層７５ａを成長した。このＩｎＧａＮのＩｎ組成は０．０７であった。続けて、摂氏８８０度の温度でｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層を活性層上に成長した。この電子ブロック層７６のＡｌ組成は０．１２であった。基板温度を摂氏７５０度に変更した後に、厚さ０．１２μｍのｐ型ＩｎＧａＮ層７５ｂを電子ブロック層７６上に成長した。このＩｎＧａＮのＩｎ組成は０．０７であった。さらに、基板温度を摂氏８８０度に変更した後に、厚さ０．４μｍのｐ型ＧａＮ層７５ｃをｐ型ＩｎＧａＮ層７５ｂ上に成長した。続けて、工程Ｓ１１０では、基板温度を変更せずに、ｐ型ＧａＮ層７５ｃ上に、厚さ０．４μｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７及び厚さ０．０５μｍのｐ型コンタクト層７８を順に成長した。ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４であった。なお、ｎ型及びｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７の成長は、６０ｋＰａの圧力で行われ、それ以外の半導体層の成長は１００ｋＰａの圧力で行われた。これらの工程により、エピタキシャル基板が作製された。
【００９７】
工程Ｓ１１１では、ＬＤ構造を有するエピタキシャル基板上に電極を形成した。まず、エピタキシャル基板上にシリコン酸化膜といった絶縁膜を成長した。フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、この絶縁膜に幅１０マイクロのストライプ窓を形成した。ストライプ窓はｍ軸を基板主面に投影した方向に延在する。次いで、絶縁膜及びストライプ窓上にアノード電極（例えばＮｉ／Ａｕ）７９ａを蒸着により形成すると共に、基板の裏面にカソード電極（例えばＴｉ／Ａｌ）７９ｂを蒸着により形成した。これらの電極上には、さらにパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を蒸着により形成した。これらの工程により、基板生産物が作製された。
【００９８】
この後に、工程Ｓ１１２において、共振器長６００μｍのレーザバーを形成して、ゲインガイド型レーザを作製した。レーザバーの端面には、多層反射膜（フロント側８０％の反射率、リア側９５％の反射率）をコーティングした。
【００９９】
このレーザダイオードを室温でパルス駆動（パルス幅０．５秒、デューティー０．１％）で行ったところ、レーザ発振を確認した。発振波長は６５０ｎｍ〜６７０ｎｍであった。
【０１００】
（実施例４）
図８に示されるレーザダイオードを作製した。ｃ面に対してm軸方向に７５度の角度で傾斜した半極性面を有するＧａＮ基板８１を準備した。この面方位は、｛２０−２１｝面である。まず、ＧａＮ基板８１を成長炉内に設置した。摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理の後に、厚さ１．２μｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層８２を半極性ＧａＮ面上に摂氏９２０度の温度で成長した。そのＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４であった。次に、摂氏１０５０度の温度に基板温度を変更した後に、厚さ０．４μｍのｎ型ＧａＮ層８３ａをｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層８２上に成長した。続けて、摂氏７５０度の基板温度で厚さ０．１５μｍのｎ型ＩｎＡｌＮ層８３ｂを成長した。このＩｎＡｌＮのＩｎ組成は０，２７であった。
【０１０１】
この光ガイド層８３ａ、８３ｂ上に活性層８４を成長した。この活性層８４は、単一量子井戸構造を有する。ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は、摂氏６９０度であり、Ｉｎ組成は０．４５であった。井戸層の厚さは２．２ｎｍであった。
【０１０２】
続けて、摂氏７５０度の基板温度で厚さ０．０３μｍのアンドープＩｎＡｌＮ層８５ｂを成長した。このＩｎＡｌＮのＩｎ組成は０．２７であった。摂氏８８０度の温度でｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層８６を活性層上に成長した。この電子ブロック層のＡｌ組成は０．１２であった。基板温度を摂氏７５０度に変更した後に、厚さ０．１２μｍのｐ型ＩｎＡｌＮ層８５ｂを電子ブロック層８６上に成長した。このＩｎＡｌＮのＩｎ組成は０．２７であった。さらに、基板温度を摂氏８８０度に変更した後に、厚さ０．４μｍのｐ型ＧａＮ層８５ｃをｐ型ＩｎＧａＮ層８５ｂ上に成長した。続けて、基板温度を変更せずに、ｐ型ＧａＮ層８５ｃ上に、厚さ０．４μｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層８７及び厚さ０．０５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層８８を順に成長した。ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層８７のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４であった。なお、ｎ型及びｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層の成長は６０ｋＰａの圧力で行われ、ＩｎＡｌＮ層８３ｂ、８５ａ、８５ｂの成長は４０ｋＰａの圧力で行われ、それ以外の半導体層の成長は１００ｋＰａの圧力で行われた。これらの工程により、エピタキシャル基板が作製された。
【０１０３】
ＬＤ構造を有するエピタキシャル基板上に電極を形成した。まず、エピタキシャル基板上にシリコン酸化膜といった絶縁膜を成長した。フォトリソグラフィーとウェットエッチングにより、この絶縁膜に幅１０マイクロのストライプ窓を形成した。ストライプ窓はｍ軸を基板主面に投影した方向に延在する。次いで、絶縁膜及びストライプ窓上にアノード電極（例えばＮｉ／Ａｕ）８９ａを蒸着により形成すると共に、基板の裏面にカソード電極（例えばＴｉ／Ａｌ）８９ｂを蒸着により形成した。アノード電極上には、さらにパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を蒸着により形成した。これらの工程により、基板生産物ＳＰ４が作製された。
【０１０４】
この後に、共振器長６００μｍのレーザバーを形成して、ゲインガイド型レーザを作製した。レーザバーの端面には、多層反射膜（フロント側８０％の反射率、リア側９５％の反射率）をコーティングした。
【０１０５】
このレーザダイオードを室温でパルス駆動（パルス幅０．５秒、デューティー０．１％）で行ったところ、レーザ発振を確認した。発振波長は６５０ｎｍ〜６７０ｎｍであった。
【０１０６】
（実施例５）
図９に示される発光ダイオードを作製した。ｃ面に対してm軸方向に７５度の角度で傾斜した半極性面を有するＧａＮ基板９１を準備した。この面方位は、｛２０−２１｝面である。まず、ＧａＮ基板９１を成長炉内に設置した。摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理の後に、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層９２を半極性ＧａＮ面上に摂氏１０５０度の温度で成長した。次に、摂氏７５０度の温度に基板温度を変更した後に、厚さ０．１０μｍのｎ型ＩｎＧａＮバッファ層９３ａをｎ型ＧａＮ層９２上に成長した。
【０１０７】
このバッファ層９３ａ上に活性層９４を成長した。この活性層は、単一量子井戸構造を有する。ＩｎＧａＮ井戸層の成長では、摂氏６９０度〜７２０度の温度範囲内の温度を使用して、Ｉｎ組成０．３５〜０．６５のＩｎＧａＮを成長した。井戸層の厚さは２．２ｎｍであった。基板温度摂氏８８０度に変更した後に、アンドープＧａＮバリア層９５ａを成長した。
【０１０８】
続けて、摂氏８８０度の温度でｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層９６をＧａＮ層９５ａ上に成長した。この電子ブロック層９６のＡｌ組成は０．１２であった。基板温度を変更することなく、厚さ０．０５μｍのｐ型コンタクトＧａＮ層９７を成長した。全ての半導体層の成長は１００ｋＰａの圧力で行われた。これらの工程により、エピタキシャル基板が作製された。
【０１０９】
ＬＥＤ構造を有するエピタキシャル基板上に電極を形成した。エピタキシャル基板上にアノード電極（例えばＮｉ／Ａｕ）９８ａを蒸着により形成すると共に、基板の裏面にカソード電極（例えばＴｉ／Ａｌ）９８ｂを蒸着により形成した。これらの電極上には、さらにパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を蒸着により形成した。これらの工程により、基板生産物ＳＰ５が作製された。
【０１１０】
この発光ダイオードを室温でパルス駆動（電流２０ｍＡ、パルス幅０．５マイクロ秒、デューティ２％）で行ったところ、上記のＩｎ組成範囲において発光を確認した。発光波長は５８０ｎｍ〜８００ｎｍであった。
【０１１１】
（実施例６）
図１０に示される発光ダイオードを作製した。ｃ面に対してm軸方向に７５度の角度で傾斜した半極性面を有するＧａＮ基板９１を準備した。この面方位は、｛２０−２１｝面である。まず、ＧａＮ基板９１を成長炉内に設置した。摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理の後に、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層９２を半極性ＧａＮ面上に摂氏１０５０度の温度で成長した。次に、摂氏７５０度の温度に基板温度を変更した後に、厚さ０．１０μｍのｎ型ＩｎＡｌＮバッファ層９３ｂをｎ型ＧａＮ層９２上に成長した。
【０１１２】
このバッファ層９３ｂ上に活性層９４を成長した。この活性層９４は、単一量子井戸構造を有する。ＩｎＧａＮ井戸層の成長では、摂氏６９０度〜７２０度の温度範囲内の温度を使用して、Ｉｎ組成０．３５〜０．６５のＩｎＧａＮを成長した。井戸層の厚さは２．２ｎｍであった。
【０１１３】
基板温度摂氏８８０度に変更した後に、アンドープＧａＮ電子ブロック層９５ｂを成長した。基板温度を変更することなく、厚さ０．０５μｍのｐ型コンタクトＧａＮ層９９を成長した。ＩｎＡｌＮ層は４０ｋＰａで、それ以外の全ての半導体層の成長は１００ｋＰａの圧力で行われた。これらの工程により、エピタキシャル基板が作製された。
【０１１４】
ＬＥＤ構造を有するエピタキシャル基板上に電極を形成した。エピタキシャル基板上にアノード電極（例えばＮｉ／Ａｕ）９８ａを蒸着により形成すると共に、基板の裏面にカソード電極（例えばＴｉ／Ａｌ）９８ｂを蒸着により形成した。これらの電極上には、さらにパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を蒸着により形成した。これらの工程により、基板生産物が作製された。
【０１１５】
この発光ダイオードを室温でパルス駆動（電流２０ｍＡ、パルス幅０．５マイクロ秒、デューティ２％）で行ったところ、上記のＩｎ組成範囲において発光を確認した。発光波長は５８０ｎｍ〜８００ｎｍであった。
【０１１６】
燈色の波長より長い波長領域に発光を提供する活性層では、井戸層の深さが大きくなるので、電子のオーバーフローが少なくなる。また、｛２０−２１｝面のようなピエゾ電界の向きが（０００１）面と逆向きになる面方位では、井戸層に対するｐ型半導体領域の障壁の高さが高くなるように、井戸層のピエゾ電界の方向が向くので、電子ブロック層として通常用いられるＡｌＧａＮに代えて、障壁の低いＧａＮを用いることができる。
【０１１７】
また、ｎ型半導体領域におけるバッファ層として用いられるｎ型ＩｎＧａＮ層は、井戸層の歪みを緩和する働きを有する。この層は、Ｉｎ組成が高く、厚みが厚い方が、歪み緩和効果は高いが、ＩｎＧａＮ層自体の歪みが増加してＩｎＧａＮ層に欠陥が導入されて、結果として結晶性が悪化する。これ故に、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成と厚みに限界がある。これを克服するには、ＩｎＡｌＮバッファ層を利用できる。ＩｎＡｌＮバッファ層の利用により、格子不整合度は小さくかつ、歪み緩和効果が高くなる。
【０１１８】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、比較的高いＩｎ組成及び小さいＩｎ組成揺らぎの井戸層を含むIII族窒化物半導体光素子が提供される。また、本発明の実施の形態によれば、該III族窒化物半導体光素子のためのエピタキシャル基板が提供される。さらに、本発明の実施の形態によれば、このIII族窒化物半導体光素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【０１１９】
赤色発光が窒化物系半導体素子で実現できるので、ＲＧＢの全ての発光が窒化物系半導体素子を用いて提供される。例えば、３つの波長、例えばＤＶＤ用の発光(650nm)、緑色の発光(例えば520nm)、青色の発光(例えば440nm)を単一の窒化物系半導体レーザによって提供できる。このとき、温度特性が良くなる等のメリットが得られる。また３つの発光素子のチップの組立や、３つのビームの芯だしも不要となる。活性層１７が８００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するので、ＣＤ用の発光（780nm）も提供できる。このとき、４波長の発光を単一の窒化物系半導体レーザによって提供できる。
【０１２０】
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】
【０１２１】
近年、III族窒化物系の発光素子において、長波長の発光が望まれており、ｃ面から傾斜角を取った半極性面や、ｍ面及びａ面に代表される非極性面が注目されている。その理由は、以下のものである。長波長の発光を得るために井戸層のＩｎ組成が増えるので、井戸層と障壁層との格子定数差が大きくなり、発光層に大きな歪みが生じる。このとき、ｃ面のような極性面では、ピエゾ電界の働きにより、発光素子の量子効率が低下する。これを避けるために、非極性面（ａ面やｍ面）等の様々な結晶面における研究が進められている。しかし、いまだｃ面上の効率を超えるものは出来ていないのが現状である。発明者らは、基板の主面が、ｃ面からｍ軸方向に約６２度の角度で傾斜された｛１０−１１｝面とｍ面からなるマイクロステップ構造を形成するために、ｃ面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾けた面に注目した。特に、ｃ面からｍ軸方向に７５度の傾斜面である｛２０−２１｝面と、この面を中心とするｃ面からｍ軸方向への傾斜角６３度さらには７０度以上８０度未満の領域に注目した。この領域は、基板の主面に｛１０−１１｝面からなるテラスの幅とｍ面からなるテラスの幅が小さく、ステップ密度が大きくなり、Ｉｎ偏析が小さくなる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１ａ、１１ｂ…ＧａＮ系半導体光素子、ＶＮ…法線ベクトル、ＶＣ＋…［０００１］軸方向のベクトル、ＶＣ−…［０００−１］軸方向のベクトル、Ｓｃ…平面、Ｃｘ…基準軸、Ａｘ…所定の軸、１３…基板、１３ａ…基板の主面、１５…ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域、１７…活性層、α…主面傾斜角、１９…半導体エピタキシャル層、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…表面モフォロジ、２１…ＧａＮ系半導体領域、２３…ｎ型ＧａＮ半導体層、２５…ｎ型ＩｎＧａＮ半導体層、２７…電子ブロック層、２９…コンタクト層、３１…量子井戸構造、３３…井戸層、３５…障壁層、３７…第１の電極、３９…第２の電極、ＡＯＦＦ…ａ軸方向のオフ角、４１…ｎ型クラッド層、４３ａ…光ガイド層、４３ｂ…光ガイド層、４５…電子ブロック層、４７…クラッド層、４９…コンタクト層、５１…第１の電極、５３…絶縁膜、５５…第２の電極  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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