(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間の前記ｎ型窒化物半導体層上にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層の前記井戸層と障壁層の間に、前記障壁層よりバンドギャップエネルギーが大きい少なくとも１つのＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなる中間層を有し、かつ該中間層が前記井戸層の上に成長されており、
前記中間層は前記障壁層よりも膜厚が薄いことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記活性層において、すべての井戸層上にそれぞれ中間層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記障壁層の膜厚は、１０オングストローム以上４００オングストローム以下である請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記中間層の膜厚は、一原子層以上１００オングストローム以下である請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記障壁層は、ＩｎＧａＮからなる請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記中間層は、前記井戸層に接している請求項１乃至５のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ≦１）からなるｎ型クラッド層とＡｌＣＧａ１−ＣＮ（０≦Ｃ≦１）からなるｐ型クラッド層の間の前記ｎ型クラッド層上にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層は１つの井戸層と障壁層とを備えた単一量子井戸構造であって、前記井戸層と前記障壁層の間に該障壁層よりバンドギャップエネルギーの大きい少なくとも１つのＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなる中間層を有し、かつ該中間層が前記井戸層の上に成長されており、
前記中間層は前記障壁層よりも膜厚が薄いことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記障壁層の膜厚は、１０オングストローム以上４００オングストローム以下である請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記中間層の膜厚は、一原子層以上１００オングストローム以下である請求項７または８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記障壁層は、ＩｎＧａＮからなる請求項７乃至９のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記中間層は、前記井戸層に接している請求項７乃至１０のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＬＥＤ、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光デバイス、またはフォトダイオード等の受光デバイスに利用される窒化物半導体（ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）よりなる素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
我々はＧａＮ基板の上に、活性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した（INCS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-L1571,Part2,No.12A,1 December 1997)。さらに、前記レーザ素子よりサファイア基板を除去してＧａＮ単独とすることにより、５ｍＷ出力でも１万時間以上の連続発振に成功したことを発表した(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309-L312,及びAppl.Phys.Lett.Vol.72(1998)No.16,2014-2016)。
【０００３】
最近のレーザ素子の構造は、基本的に異種基板上、又はＧａＮ基板上に成長されたｎ型ＧａＮの上にＩｎＧａＮからなるクラック防止層、クラック防止層に接して形成されたＡｌＧａＮを含む超格子構造からなるｎ側クラッド層、ｎ側クラッド層上部に量子井戸構造からなる活性層とｐ側クラッド層を含むダブルへテロ構造を有する(詳細はJpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309-L312参照)。このレーザ素子は７０ｍＡ、閾値電流密度５ｋＡ／ｃｍ2において、４０８．５ｎｍのシングルモードで発振する。閾値における電圧は６Ｖである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来までの活性層は、ＩｎＧａＮからなる井戸層を井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きい障壁層で挟んだ量子井戸構造を用い、井戸層と障壁層を繰り返し積層した多重量子井戸構造が発光効率を高めるためには好ましく用いられている。また、これらのＩｎＧａＮからなる井戸層上に混晶比あるいは組成の違うＡｌＧａＩｎＮからなる障壁層を形成するには結晶性の問題から成長温度をそれぞれにあった温度で成長させなければならなく、この場合井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きい障壁層の成長温度は井戸層の成長温度より高くしなければならない。
【０００５】
しかしながら井戸層を成長後、障壁層を成長させるために温度を昇温した際、井戸層のＩｎが井戸層の全面にわたって分解してしまい、鋭い発光ピークが得られないという問題があった。また、障壁層を井戸層と同一の温度で成長させても活性層上に続けて窒化物半導体を形成させる際に温度を昇温するため同様の問題があった。これらは多重量子井戸を用いた窒化物半導体発光素子においては無視することのできない大きな問題のひとつである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の目的は、窒化物半導体レーザ素子の発光効率を良くすることを目的とし、量子井戸からなるインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層の井戸層と障壁層の間に障壁層よりバンドギャップエネルギーの大きい中間層を井戸層の上に形成する。このように中間層を形成した後、障壁層の成長温度まで昇温したとき、井戸層のＩｎの分解が部分的に起こり、闘値電圧を下げることが可能となった。また、本発明の第２の目的は、窒化物半導体発光素子の発光効率を良くすることを目的とし、量子井戸からなるインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層の井戸層と障壁層の間に障壁層よりバンドギャップエネルギーの大きいＡｌＧａＮからなる中間層を井戸層の上に形成する。このように中間層を形成した後、障壁層の成長温度まで昇温したとき、井戸層のＩｎの分解が部分的に起こり、駆動電圧や闘値電圧を下げることが可能となった。さらに中間層を形成後、障壁層の成長温度まで昇温したときの中間層の表面形態の違いによって、駆動電圧や闘値電圧を大幅に下げることが可能となった。
【０００７】
本願発明に係る窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する多重量子井戸又は単一量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体レーザ素子において、闘値電圧を下げる目的として、
前記障壁層よりバンドギャップエネルギーの大きい少なくとも１つの中間層が前記井戸層の上に成長されているものである。
【０００８】
すなわち、請求項１の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層の間の前記ｎ型窒化物半導体層上にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層の前記井戸層と障壁層の間に、前記障壁層よりバンドギャップエネルギーが大きい少なくとも１つのＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなる中間層を有し、かつ該中間層が前記井戸層の上に成長されており、
前記中間層は前記障壁層よりも膜厚が薄いことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の窒化物半導体発光素子は、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子において、前記活性層において、すべての井戸層上にそれぞれ中間層が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子は、前記障壁層の膜厚は、１０オングストローム以上４００オングストローム以下である。
【００１１】
請求項４記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子において、前記中間層の膜厚は、一原子層以上１００オングストローム以下である。
【００１２】
請求項５記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子において、前記障壁層は、ＩｎＧａＮからなるものである。
【００１３】
請求項６記載の窒化物半導体発光素子は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子において、前記中間層は、前記井戸層に接しているとしたものである。
【００１４】
請求項７記載の窒化物半導体発光素子は、ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ≦１）からなるｎ型クラッド層とＡｌＣＧａ１−ＣＮ（０≦Ｃ≦１）からなるｐ型クラッド層の間の前記ｎ型クラッド層上にインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層は１つの井戸層と障壁層とを備えた単一量子井戸構造であって、前記井戸層と前記障壁層の間に該障壁層よりバンドギャップエネルギーの大きい少なくとも１つのＡｌＺＧａ１−ＺＮ（０≦Ｚ≦１）からなる中間層を有し、かつ該中間層が前記井戸層の上に成長されており、
前記中間層は前記障壁層よりも膜厚が薄いことを特徴とする。
【００１５】
請求項８の窒化物半導体発光素子は、請求項７に記載の窒化物半導体発光素子において前記障壁層の膜厚は、１０オングストローム以上４００オングストローム以下であるとしたものである。
【００１６】
請求項９記載の窒化物半導体発光素子は、請求項７または８に記載の窒化物半導体発光素子において、前記中間層の膜厚は、一原子層以上１００オングストローム以下であるとしたものである。
【００１７】
請求項１０の窒化物半導体発光素子は、請求項７乃至９のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子において、前記障壁層は、ＩｎＧａＮからなるとしたものである。
【００１８】
請求項１１の窒化物半導体発光素子は、請求項７乃至１０のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子において、前記中間層は、前記井戸層に接しているとしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の主要な要素である活性層の構成について図を用いて詳細に説明する。実施の形態１では窒化物半導体レーザ素子について、実施の形態２では窒化物半導体ＬＥＤ素子について説明する。また図１は単一量子井戸からなる活性層１０６（２０７）を、図２は多重量子井戸からなる活性層１０６（２０７）を示した図である。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明に係る実施の形態１の発光素子は図４に示す構造を有する窒化物半導体レーザ素子であって、ｎ型光ガイド層１０５とｐ型光ガイド層１０８に挟まれたインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層１０６を備えている。本実施の形態１では、量子井戸からなる活性層１０６が井戸層１１、中間層１２、障壁層１３で形成され、中間層１２のバンドギャップエネルギーは図３に示すように障壁層１３のバンドギャップエネルギーより大きく設定されかつ、中間層１２はかならず井戸層１１を形成後、井戸層１１に接して形成されていることを特徴としている。なお、この中間層１２は活性層１０６のどの井戸層１１上にあっても良く、少なくとも井戸層１１と障壁層１３の間に中間層１２を有する構成を１つ含んでいればよい。しかしながら中間層１２は、活性層１０６のすべての井戸層１１上に形成されていることが最も望ましく、このようにするとさらに闘値電圧を下げることができる。
【００２１】
このように本実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子において、中間層１２は障壁層１３のバンドギャップエネルギーより大きく、即ち活性層１０６中では最もバンドギャップが大きくなるように構成することにより、闘値電圧を大幅に下げることができる。もし中間層１２のバンドギャップエネルギーが障壁層１３より小さく井戸層１１より大きいと、井戸層１１と障壁層１３との間の井戸型ポテンシャルが成り立たなくなり、本発明のように閾値電圧を大幅に下げることは不可能である。
【００２２】
また、中間層１２の膜厚は障壁層１３の膜厚より薄く、一原子層以上１００オングストローム以下とすることが好ましい。１００オングストロームより厚くなってしまうと、中間層１２と井戸層１１との間でミニバンドが形成されてしまい発光効率が悪くなってしまう。また、この中間層はできるだけ薄いことが望ましい。
【００２３】
また、障壁層１３の膜厚は１０オングストローム以上４００オングストローム以下とすることができ、また井戸層１１の膜厚は１０オングストローム以上７０オングストローム以下とする。
【００２４】
また、活性層１０６の成長温度は障壁層１３の成長温度（以下、第１の温度という。）については７５０℃以上１１００℃以下、井戸層１１の成長温度（以下、第２の温度という。）については第１の温度より低く、７５０℃以上８８０℃以下。中間層１２の成長温度（以下、第３の温度という。）については井戸層１１と同温度の第２の温度か、それ以上で第１の温度よりは低い、７５０℃以上８８０℃以下とする。しかし、中間層１２についてはあまり成長温度が高くなると、井戸層の全面にわたってＩｎが分解してしまうので、本発明の課題の解決に反してしまう。従って中間層１２の成長温度は、最も好ましくは井戸層１１の成長温度と同温度とする。また、これらの温度は窒化物半導体素子を作成の際、発光させる波長によって井戸層１１のＩｎの混晶比は変わってくるので、そのＩｎの混晶比に対応させて最適な温度を決める必要がある。
【００２５】
活性層１０６は本実施の形態のようにＳｉなどのｎ型不純物及び／又はＭｇなどのｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。不純物は井戸層、障壁層両方にドープしても良く、井戸層のみにドープしてもよい。また中間層にドープしても良い。なお障壁層にのみｎ型不純物をドープすると閾値をより低下させることができ好ましい。
【００２６】
また、本発明で用いている窒化物半導体であるＩｎYＧａ1-YＮ（０≦Ｙ≦１）のＩｎの混晶比ＹはバンドギャップエネルギーＥｇとの関係式、Ｅｇ＝３．４＊（１−Ｙ）＋１．９５＊Ｙ−Ａ＊Ｙ＊（１−Ｙ）において、Ａ＝１としたときに概算された値であり、またＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）のＡｌの混晶比ＸはバンドギャップエネルギーＥｇとの関係式、Ｅｇ＝３．４＊（１−Ｘ）＋６．２＊Ｘ−Ａ＊Ｘ＊（１−Ｘ）において、Ａ＝１としたときに概算された値である。上記２つの関係式の第１項と第２項の係数はそれぞれ、３．４はＧａＮのバンドギャップエネルギー（ｅＶ）を、１．９５はＩｎＮのバンドギャップエネルギー（ｅＶ）を、６．２はＡｌＮのバンドギャップエネルギー（ｅＶ）を示している。
【００２７】
なお、これらの活性層の特徴は図１のような単一量子井戸の場合であっても同様であることはいうまでもない。
【００２８】
次に、実施の形態１として活性層１０６以外の窒化物半導体層などの他の構成について説明する。いうまでもないが、本発明は以下の構成に限られるものではない。
基板１０１としてはサファイアなどの異種基板、または公知の方法によって得られたＧａＮ基板を用いることができる。また基板１０１上には、ＧａＮよりなるバッファ層１０２を形成することが好ましく、これによって後に基板上に形成する窒化物半導体の結晶性を良好にすることができる。このバッファ層１０２は異種基板上に窒化物半導体を形成するときに特に有効である。なお、異種基板とは窒化物半導体とは異なる材料からなる基板のことをいう。
【００２９】
ｎ型コンタクト層１０３はｎ側電極を形成するための層であって、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープすることで、オーミック性が良好となるようにする。この層は、ｐ側層を形成した後にｐ側層からエッチングしてｎ型コンタクト層の一部を露出させて、露出させたｎ型コンタクト層１０３上にｎ側電極を形成する。
【００３０】
ｎ型コンタクト層１０３上に形成するクラック防止層はアンドープとすることで基板側からのクラックを低減させるために形成されている。またこのクラック防止層は、ＩｎＧａＮなどで形成し、上部ｎ型クラッド層との屈折率差を設けることで、発光層から発せられた光が異種基板に当たって反射して再び窒化物半導体層に戻ってくるのを防ぐ層として機能させることができる。またこの層は省略してもよい。
【００３１】
ｎ型クラッド層１０４は発光層への電子の供給層であると共にキャリアおよび光を活性層に閉じこめる層としてはたらき、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープした単層、また例えばアンドープ層とｎ型不純物ドープ層とを交互に積層した超格子構造とすることができる。
【００３２】
ｎ型光ガイド層１０５は、多重量子井戸構造などの膜厚が薄くなった活性層１０６の膜厚を補うことで、活性層１０６とともに光導波路を構成するものである。従って、上部活性層１０６と屈折率差があまりなく、ｎ型クラッド層１０４との屈折率差を十分に設けるような組成とする。またこの層は、ｎ型不純物をドープしてもよく、アンドープでもよく、ｎ型不純物がドープされた層とアンドープの層との超格子としてもよい。
【００３３】
活性層１０６上にあるｐ側キャップ層１０７はＭｇなどのｐ型不純物を高ドープとすることで活性層１０６に供給されるｎ側からの電子に対して不足しがちな正孔を補うことができる。またｐ型光ガイド層１０８、ｐ型クラッド層１０９よりもｐ型不純物濃度を高くすることで、ｐ側キャップ層１０７上に形成されるｐ側層にｐ型不純物が拡散するようになり好ましい。さらにこの層は活性層１０６のＩｎの分解を抑える効果もあり、その機能を主として発揮させる場合はアンドープでもよい。また、このｐ側キャップ層１０７は省略することもできる。
【００３４】
ｐ型光ガイド層１０８はＭｇなどのｐ型不純物が含まれた層であるが、意図的にｐ型不純物をドープして形成するのはものはもちろんのこと、ｐ側キャップ層１０７をｐ型不純物をドープして形成した場合はｐ型不純物がｐ側キャップ層１０７から拡散されるので、アンドープで形成してもよい。このｐ型光ガイド層１０８はｎ型光ガイド層１０５と同様に、光導波路を設けるための層で、下部活性層１０６と屈折率差があまりなく、ｐ型クラッド層１０９との屈折率差を十分に設けるような組成とする。
【００３５】
ｐ型クラッド層１０９は発光層への正孔の供給層としてはたらき、例えばＭｇなどのｐ型不純物をドープした単層、また例えばアンドープ層とｐ型不純物ドープ層とを交互に積層した超格子構造を用いて構成することができる。
【００３６】
ｐ型コンタクト層１１０はｐ側電極を形成する層であり、Ｍｇなどのｐ型不純物を比較的多くドープすることで、ｐ側電極とのオーミック性が良好となるようにする。
【００３７】
さらに窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ側クラッド層１０９とｐ側光ガイド層１０８との界面付近までエッチングを行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路を形成する。このように、活性層１０６よりも上部にある層をストライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層１０６の発光がストライプリッジの下に集中するようになって閾値を低下させることができる。特にｐ側クラッド層以上の層をリッジ形状とすることが望ましい。
【００３８】
ｐ側電極はｐ型コンタクト層１１０のリッジ最表面にｐ側オーミック電極１２０、さらにその上にｐ側パッド電極１２１があり、ｐ型コンタクト層１１０と好ましいオーミックが得られるｐ側オーミック電極１２０の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ等を挙げることができる。またｐ側パッド電極１２１は実質的なｐ側オーミック電極１２０の表面積を広げて、ｐ電極側をワイヤーボンディング、ダイボンディングできるようにするためのものでＡｕなどが挙げられる。
【００３９】
ｎ側電極はｎ型コンタクト層１０３上にｎ側オーミック電極１２２、さらにその上にｎ側パッド電極１２３があり、ｎ型コンタクト層１０３と好ましいオーミックが得られるｎ側オーミック電極１２２の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属もしくは合金が挙げられる。またｎ側パッド電極１２３はｎ側オーミック電極１２２の剥がれを防止する作用がありＡｕなどが挙げられる。
【００４０】
（実施の形態２）
本発明に係る実施の形態２の発光素子は、図５に示すように、ｎ型クラッド層であるｎ型第２多層膜層２０６とｐ型クラッド層であるｐ型多層膜層２０８に挟まれたインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層２０７を備えた窒化物半導体ＬＥＤ素子である。実施の形態２の活性層２０７は、実施の形態１で記されている活性層１０６と同様の形態であるか、さらに中間層１２を以下のような組成としている。
【００４１】
すなわち中間層１２の組成はＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）とし、好ましくはＡｌZＧａ1-ZＮ（０．３０≦Ｚ≦１）とする。本実施の形態２の素子は中間層１２におけるＡｌの混晶比を０．３０以上とすることで、この中間層を設ける効果がさらに顕著に現れること、およびその効果は中間層１２を成長後、障壁層１３の成長温度まで温度を上昇させたときの中間層１２の表面形態と大きな関連があることを見いだし、ＬＥＤ素子に適用したものである。図６〜図９は中間層１２を８２０℃で形成後、温度を１０５０℃まで昇温した際の中間層１２の表面形態をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で観察したものである。図６はＡｌの混晶比Ｚ＝０．１５、図７はＺ＝０．３０、図８はＺ＝０．４５、図９はＺ＝０．６０であり、図を見てもわかるようにＡｌの混晶比がＺ≧０．３０になると、中間層１２の表面が陥没または貫通した複数の領域を有する網目構造となる。これは中間層１２であるＡｌＧａＮを低温で形成しているため、このＡｌＧａＮの結晶性および膜厚が不均一であり、中間層１２を成長後、障壁層１３の成長温度まで温度を上昇させたとき、ＡｌＧａＮの結晶性の悪いところおよび／または膜厚の薄いところで井戸層１１の一部のＩｎが分解してしまい、中間層１２の表面が陥没または貫通し、井戸層１１の表面の一部などが露出したものと考えられる。さらにこの陥没または貫通した領域は中間層１２の表面積の１割以上となるＡｌ混晶比Ｚが０．３０以上の時、駆動電圧が大きく低下することがわかった。この結果を図１０に本発明の窒化物半導体ＬＥＤ素子におけるＡｌ混晶比に対する駆動電圧の変化をして示す。
【００４２】
なお、本発明の実施の形態２における活性層の各層の好ましい膜厚等は実施の形態１と同様である。
【００４３】
また、これらの活性層の特徴は図１のような単一量子井戸の場合であっても同様であることは言うまでもない。
【００４４】
すなわち量子井戸からなる活性層２０７が井戸層１１、中間層１２、障壁層１３で形成され、中間層１２のバンドギャップエネルギーは図３に示すように障壁層１３のバンドギャップエネルギーより大きく設定されかつ、中間層１２はかならず井戸層１１を形成後、井戸層１１に接して形成されていることを特徴としている。なお、この中間層１２は活性層２０７のどの井戸層１１上にあっても良く、少なくとも井戸層１１と障壁層１３の間に中間層１２を有する構成を１つ含んでいればよい。しかしながら中間層１２は、活性層２０７のすべての井戸層１１上に形成されていることが最も望ましく、このようにするとさらに闘値電圧を下げることができる。
【００４５】
また、中間層１２の膜厚は障壁層１３の膜厚より薄く、一原子層以上１００オングストローム以下とすることが好ましい。１００オングストロームより厚くなってしまうと、中間層１２と井戸層１１との間でミニバンドが形成されてしまい発光効率が悪くなってしまう。また、この中間層はできるだけ薄いことが望ましい。
【００４６】
また、障壁層１３の膜厚は１０オングストローム以上４００オングストローム以下とすることができ、また井戸層１１の膜厚は１０オングストローム以上７０オングストローム以下とする。
【００４７】
次に、実施の形態２として活性層２０７以外の窒化物半導体層などの他の構成について説明する。いうまでもないが、本発明は以下の構成に限られるものではない。
基板２０１としてはサファイアなどの異種基板、または公知の方法によって得られたＧａＮ基板を用いることができる。また、基板２０１上にはＧａＮよりなるバッファ層２０２を形成することが好ましく、これによって後に基板上に形成する窒化物半導体の結晶性を良好にすることができる。このバッファ層２０２は異種基板上に窒化物半導体を形成するときに特に有効であり、基板の種類、成長方法等によっては省略もできる。また、このバッファ層はＡｌの割合の小さいＡｌＧａＮを用いることもできる。
【００４８】
第１のアンドープＧａＮ層２０３はバッファ層２０２よりも高温でアンドープのＧａＮを形成したものであり、この層を設けることでバッファ層２０２と同じく窒化物半導体の結晶性を良好にすることができる。
【００４９】
ｎ型コンタクト層２０４はｎ側電極を形成するための層であって、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープすることでオーミック性を良好となるようにする。この層は、後にｐ側層からエッチングしてｎ型コンタクト層２０４の一部を露出させて、露出させたｎ型コンタクト層２０４上にｎ側電極を形成する。
【００５０】
ｎ型第１多層膜層２０５は静電耐圧を低下させる目的で、ｎ型第２多層膜層２０６はアンドープの超格子構造とすることで発光出力を良好にする目的で形成され、ｎ型第２の多層膜層２０６のみ、またはｎ型第２の多層膜層２０６およびｎ型第１の多層膜層２０５とで、公知のｎ型クラッド層を構成するものである。
【００５１】
ｐ型多層膜層２０８は例えばＭｇなどのｐ型不純物をドープした超格子構造とすることで公知のｐ型クラッド層のはたらきをする。
【００５２】
ｐ型コンタクト層２０９はｐ側電極を形成する層であり、例えばＭｇなどのｐ型不純物を比較的多くドープすることで、ｐ側電極とのオーミック性が良好となるようにする。
【００５３】
また、ｐ側電極、ｎ側電極に関しては第１の実施に記されている構成と同じである。
また、実施の形態２は窒化物半導体ＬＥＤ素子を例に説明したものであるが、ＬＥＤ素子に限られず、窒化物半導体レーザ素子でもよい。
【００５４】
【実施例】
図４は本発明の一実施例の係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。以下、この図を元に実施例１について説明する。なお本発明の発光素子は図４の構造に限定されるものではない。
［実施例１］
（バッファ層１０２）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板１０１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなる第１のバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。第１のバッファ層成長後、昇温して同じくＧａＮよりなる第２のバッファ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００５５】
（ｎ側コンタクト層１０３）
次にアンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。
【００５６】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００５７】
（ｎ側クラッド層１０４）
続いて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層１０４を成長させる。
【００５８】
（ｎ側光ガイド層１０５）
次に、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０５を７５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５９】
（活性層１０６）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層１３を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層１１を５０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚５８０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００６０】
（ｐ側キャップ層１０７）
次にＴＭＩを止め、Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側キャップ層１０７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６１】
（ｐ側光ガイド層１０８）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０８を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層１０８は、アンドープとして成長させるが、ｐ側キャップ層１０７からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０16／ｃｍ3となりｐ型を示す。
【００６２】
（ｐ側クラッド層１０９）
続いてＣｐ２Ｍｇを止め、ＴＭＡを流し、１０５０℃でアンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇ濃度が１×１０19／ｃｍ3からなるアンドープＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１０９を成長させる。
【００６３】
（ｐ側コンタクト層１１０）
最後に、ｐ側クラッド層１０９の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１１０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６４】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウエハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層１１０の表面に、所定の形状のマスクを介して、幅１．５μｍのストライプからなるＳｉＯ2よりなる保護膜を作製する。保護膜形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い、図４に示すように、ｐ側クラッド層１０９とｐ側光ガイド層１０８との界面付近までエッチングを行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路を形成する。
【００６５】
ストライプ導波路形成後、ＳｉＯ2マスクをつけたまま、窒化物半導体層の表面にＺｒＯ2よりなる絶縁膜を形成する。絶縁膜形成後、バッファードフッ酸に浸潰して、ｐ側コンタクト層１１０上に形成したＳｉＯ2を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ2と共に、ｐ側コンタクト１１０層上にあるＺｒＯ2を除去する。
【００６６】
次にリッジ表面にＳｉＯ2マスクを形成し、ＲＩＥにてエッチングを行い、ｎ側コンタクト層１０３の表面を露出させる。
【００６７】
次にｐ側コンタクト層１１０のリッジ最表面にＮｉとＡｕよりなるｐ側オーミック電極１２０をストライプ状に形成する。
【００６８】
一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ側オーミック電極１２２を先ほど露出させたｎ側コンタクト層１０３の表面にストライプ状に形成する。
【００６９】
次に図４に示すようにｐ側オーミック電極１２０と、ｎ側オーミック電極１２２との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜１３０を形成し、この絶縁膜１３０を介してｐ側オーミック電極１２０と電気的に接続したｐ側パッド電極１２１、およびｎ側オーミック電極１２２と電気的に接続したｎ側パッド電極１２３を形成する。
【００７０】
以上のようにして、ｐ、ｎ両パッド電極形成後、サファイア基板のＡ面に沿った、窒化物半導体のＭ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してウエハーをバー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振面作製後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウエハーを切断してレーザチップとした。
【００７１】
次にそれぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、Ｉｎの分解を押さえることができ、鋭い発光ピークが得られ、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、発振波長４５０ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。また闘値電圧も４．０Ｖと大きく下げることができた。
【００７２】
［比較例１］
実施例１と比較するために活性層を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層）
温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長させる。
以上のようにした他は実施例１と同様に作製したところ発光ピークはブロードしており、闘値電圧は４．６Ｖであった。
【００７３】
［実施例２］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにした。
（活性層１０６）
温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる障壁層１３を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、アンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層１１を５０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚５８０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
以上のようにした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、発光ピークも鋭く、室温において闘値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４８０ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。
【００７４】
［実施例３］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにした。
（活性層１０６）
温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ0.28Ｇａ0.72Ｎよりなる障壁層１３を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、アンドープのＩｎ0.50Ｇａ0.50Ｎよりなる井戸層１１を５０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚５８０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
以上のようにした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、発光ピークも鋭く、室温において闘値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長５１０ｎｍの連続発振が確認され、５００時間以上の寿命を示した。
【００７５】
［実施例４］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにした。
（活性層１０６）
温度を８２０℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層１３を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、同温度でシランガスを止め、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層１１を５０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚５８０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
以上のように障壁層１３の成長温度を井戸層１１と同じにした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、発光ピークも鋭く、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧４．２Ｖで、発振波長４５０ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。
【００７６】
［実施例５］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにした。
（活性層１０６）
温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層１３を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層１１を５０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚５８０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
以上のように中間層１２のＡｌの混晶比を０．４５とした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の特性を得ることができた。
【００７７】
［実施例６］
実施例１において、活性層１０６の中間層１２をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎとした他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、鋭い発光ピークが得られ、Ｉｎの分解を押さえることができたが、闘値電圧は４．４Ｖと大きく下げることはできなかったが、中間層を形成しないときと比べて低下がみられた。
【００７８】
［実施例７］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにした。
（活性層１０６）
温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる障壁層１３を６０オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層１１を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度でＴＭＡを用い、ＧａＮよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに５回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚６６０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
以上のようにした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、発光ピークも鋭く、室温において闘値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧４．２Ｖで、発振波長４８０ｎｍの連続発振が確認され、５００時間以上の寿命を示した。
【００７９】
［実施例８］
図５は本発明の一実施例に係る窒化物半導体ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図である。以下、この図を元に実施例８について説明する。なお本発明の発光素子は図５の構造に限定されるものではない。
（バッファ層２０２）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板２０１（サファイア基板でもよい）をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、ＴＭＧとアンモニアを用い、ＧａＮ基板２０１上にＧａＮよりなるバッファ層２０２を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００８０】
（第１のアンドープＧａＮ層２０３）
バッファ層２０２成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、第１のアンドープＧａＮ層２０３を１μｍの膜厚で成長させる。
【００８１】
（ｎ型コンタクト層２０４）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０19／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２０４を４μｍの膜厚で成長させる。
【００８２】
（ｎ型第１多層膜層２０５）
次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮからなる下層を３０００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮからなる中層を３００オングストロームの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープＧａＮからなる上層を５０オングストロームの膜厚で成長させ、３層からなる総膜厚３３５０オングストロームのｎ型第１多層膜層２０５を成長させる。
【００８３】
（ｎ型第２多層膜層２０６）
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる第１の窒化物半導体層を２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第２＋第１の順で交互に１０層づつ積層させ、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を４０オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなるｎ型第２多層膜層２０６を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００８４】
（活性層２０７）
ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層１３を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層１１を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚１４００オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２０７を成長させる。
【００８５】
（ｐ型多層膜層２０８）
次に、温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第３の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇを５×１０19／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる第４の窒化物半導体層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ型多層膜層２０８を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。
【００８６】
（ｐ型コンタクト層２０９）
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層２０９を７００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００８７】
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。さらにアニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層２０９の表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、図５に示すようにｎ型コンタクト層２０４の表面を露出させる。
【００８８】
エッチング後、最上層にあるｐ型コンタクト層２０９のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉとＡｕを含む透光性のｐ側電極２１０と、エッチングにより露出させたｎ型コンタクト層２０４の表面にはＷとＡｌを含むｎ側電極２１１を形成してＬＥＤ素子とした。
【００８９】
このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示し、駆動電圧は３．０Ｖであった。また、障壁層の成長温度まで昇温時の中間層１２の表面形態は図７であった。
【００９０】
［比較例２］
実施例８と比較するために活性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層）
ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらにこの障壁層、井戸層を４回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚１３５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長させる。
以上のようにした他は実施例８と同様に作製したところ発光ピークはブロードしており、駆動電圧は３．８Ｖであった。
【００９１】
［比較例３］
実施例８と比較するために活性層を以下のようにしてＬＥＤ素子を作製した。
（活性層）
ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらにバンドギャップエネルギーが障壁層と井戸層との間にあるアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる中間層を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層、中間層の３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚１４００オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長させる。以上のように中間層のバンドギャップエネルギーを障壁層より小さく、井戸層よりも大きくした他は実施例８と同様に作製したところ、駆動電圧は下がることなく４．０Ｖであった。
【００９２】
［実施例９］
実施例８において、活性層２０７の中間層１２をＡｌ0.45Ｇａ0.55Ｎとした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示し、駆動電圧は３．０Ｖであった。また、障壁層の成長温度まで昇温時の中間層１２の表面形態は図８であった。
【００９３】
［実施例１０］
実施例８において、活性層２０７の中間層１２をＡｌ0.60Ｇａ0.40Ｎとした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示し、駆動電圧は２．８Ｖであった。また、障壁層の成長温度まで昇温時の中間層１２の表面形態は図９であった。
【００９４】
［実施例１１］
実施例８において、活性層２０７の中間層１２をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎとした他は同様にしてＬＥＤ素子を作製した。
このＬＥＤ素子は順方向電圧２０ｍＡにおいて、４７０ｎｍの青色発光を示し、駆動電圧は３．６Ｖであった。また、障壁層の成長温度まで昇温時の中間層１２の表面形態は図６であった。
【００９５】
［実施例１２］
実施例８において、活性層２０７を以下のようにした。
（活性層２０７）
ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用い、１０５０℃でＳｉを５×１０17／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる障壁層１３を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８２０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、Ｉｎ0.8Ｇａ0.2Ｎよりなる井戸層１１を３０オングストロームの膜厚で成長させる。さらにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる中間層１２を１０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層１３、井戸層１１、中間層１２の３層構造をさらに４回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚１４００オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層２０７を成長させる。
以上のように井戸層１１のＩｎの混晶比を０．８とした他は実施例８と同様にしてＬＥＤ素子を作製したところ、順方向電圧２０ｍＡにおいて、５７０ｎｍの黄色発光を示し、駆動電圧は２．９Ｖと、同条件で中間層１２を形成しないときの駆動電圧３．７Ｖと比べて大きな低下が見られた。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、量子井戸からなるインジウムを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する活性層の井戸層と障壁層の間に障壁層よりバンドギャップエネルギーの大きい中間層を井戸層の上に形成することで、発光効率を良くすることができた。特に多重量子井戸構造を用いた窒化物半導体レーザ素子で閾値電圧を大幅に下げることができ、さらにレーザ素子のみならずＬＥＤ素子でも駆動電圧を大幅に下げることができた。また、これらは中間層を成長後、障壁層の成長温度まで温度を上昇させたときの中間層の表面形態に大きな特徴があり、中間層のＡｌ混晶比をＺ≧０．３０としたときに大きな効果が現れることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における単一量子井戸からなる活性層近傍の構造を模式的に示した断面図。
【図２】  本発明における多重量子井戸からなる活性層近傍の構造を模式的に示した断面図。
【図３】  本発明における活性層近傍のエネルギーレベルの相関を示した図。
【図４】  本発明の一実施例に係る窒化物半導体レーザ素子の構造を示す模式的な断面図。
【図５】  本発明の他の実施例に係る窒化物半導体ＬＥＤ素子の構造を示す模式的な断面図。
【図６】  本発明の一実施の製造工程で見られる中間層の表面形態を示したＡＦＭ像。
【図７】  本発明の他の実施の製造工程で見られる中間層の表面形態を示したＡＦＭ像。
【図８】  本発明の他の実施の製造工程で見られる中間層の表面形態を示したＡＦＭ像。
【図９】  本発明の他の実施の製造工程で見られる中間層の表面形態を示したＡＦＭ像。
【図１０】  Ａｌ混晶比Ｚと、駆動電圧との関係を示す図。
【符号の簡単な説明】
１１・・・井戸層、
１２・・・中間層、
１３・・・障壁層、
１０１・・・ＧａＮ基板（またはサファイア基板）、
１０２・・・バッファ層、
１０３・・・ｎ型コンタクト層、
１０４・・・ｎ型クラッド層、
１０５・・・ｎ型光ガイド層、
１０６・・・活性層、
１０７・・・ｐ側キャップ層、
１０８・・・ｐ型光ガイド層、
１０９・・・ｐ型クラッド層、
１１０・・・ｐ型コンタクト層、
１２０・・・ｐ側オーミック電極、
１２１・・・ｐ側パッド電極、
１２２・・・ｎ側オーミック電極、
１２３・・・ｎ側パッド電極、
１３０・・・絶縁膜、
２０１・・・ＧａＮ基板（またはサファイア基板）、
２０２・・・バッファ層、
２０３・・・アンドープＧａＮ層、
２０４・・・ｎ型コンタクト層、
２０５・・・ｎ型第１多層膜層、
２０６・・・ｎ型第２多層膜層、
２０７・・・活性層、
２０８・・・ｐ型多層膜層、
２０９・・・ｐ型コンタクト層、
２１０・・・ｐ側電極、
２１１・・・ｎ側電極。
【図１】
0003705047.tif 000002
【図２】
0003705047.tif 000003
【図３】
0003705047.tif 000004
【図４】
0003705047.tif 000005
【図５】
0003705047.tif 000006
【図６】
0003705047.tif 000007
【図７】
0003705047.tif 000008
【図８】
0003705047.tif 000009
【図９】
0003705047.tif 000010
【図１０】
0003705047.tif 000011