(57)【要約】【課題】通電による動作電圧の上昇を抑制したｐ型の窒化物半導体を備える窒化物半導体発光素子を提供すること。【解決手段】ｐ側クラッド層Ｌ７は、ｐ型ドーパントが添加されており、ｐ側電極が接合されており、ｐ型ドーパントは、Ｍｇであり、ｐ側クラッド層Ｌ７のＸ線吸収微細構造スペクトルは、ピークＰ１とピークＰ２とを備えており、ピークＰ１は、入射Ｘ線のＫ吸収端から高エネルギー側にある第１番目のピークであり、ピークＰ２は、高エネルギー側においてピークＰ１の隣にあり、入射Ｘ線のＫ吸収端から高エネルギー側にある第２番目のピークであり、ピークＰ２の値に対するピークＰ１の値の割合は、７０［％］以上２００［％］以下の範囲にある。【選択図】図３
2014229812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基体と、
エピタキシャル層と、
を備え、
前記支持基体と前記エピタキシャル層とは、何れも、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体であり、
前記エピタキシャル層は、量子井戸の発光層とクラッド層とを備えており、前記支持基体の主面の上に設けられており、
前記クラッド層は、ｐ型ドーパントが添加されており、
前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇであり、
前記クラッド層のＸ線吸収微細構造スペクトルは、第１のピークと第２のピークとを備えており、
前記第１のピークは、入射Ｘ線のＫ吸収端から高エネルギー側にある第１番目のピークであり、
前記第２のピークは、入射Ｘ線の高エネルギー側において前記第１のピークの隣にあり、入射Ｘ線のＫ吸収端から高エネルギー側にある第２番目のピークであり、
前記第２のピークの値に対する前記第１のピークの値の割合は、７０［％］以上２００［％］以下の範囲にある、
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記クラッド層のＸ線吸収微細構造スペクトルにおける前記第１のピークは、入射Ｘ線のエネルギーの１３００［ｅＶ］から１３０９［ｅＶ］の間に生じ、
前記クラッド層のＸ線吸収微細構造スペクトルにおける前記第２のピークは、入射Ｘ線のエネルギーの１３０９［ｅＶ］から１３２０［ｅＶ］の間に生じる、
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】
前記クラッド層のＭｇ濃度は、１×１０１８［ｃｍ−３］以上５×１０２１［ｃｍ−３］以下である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記クラッド層の水素濃度は、２×１０１７［ｃｍ−３］未満の範囲にあり、
前記クラッド層の点欠陥の濃度は、１×１０１６［ｃｍ−３］未満の範囲にある、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記点欠陥の熱的活性化エネルギーは、０．１［ｅＶ］以上１．７［ｅＶ］以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記支持基体の前記主面は、半極性であり、
前記主面は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体のｃ面に対し、１０度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１７０度以下の範囲の何れかの範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜５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】
前記支持基体の前記主面は、半極性であり、
前記主面は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体のｃ面に対し、６３度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１１７度以下の範囲の何れかの範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜５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８】
支持基体と、
エピタキシャル層と、
を備え、
前記支持基体と前記エピタキシャル層とは、何れも、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体であり、
前記エピタキシャル層は、量子井戸の発光層とクラッド層とを備えており、前記支持基体の主面の上に設けられており、
前記クラッド層は、ｐ型ドーパントが添加されており、
前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇであり、
前記クラッド層の水素濃度は、２×１０１７［ｃｍ−３］未満の範囲にあり、
前記クラッド層の点欠陥の濃度は、１×１０１６［ｃｍ−３］未満の範囲にある、
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記クラッド層のＭｇ濃度は、１×１０１８［ｃｍ−３］以上５×１０２１［ｃｍ−３］以下である、
ことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記点欠陥の熱的活性化エネルギーは、０．１［ｅＶ］以上１．７［ｅＶ］以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記支持基体の前記主面は、半極性であり、
前記主面は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体のｃ面に対し、１０度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１７０度以下の範囲の何れかの範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項８〜１０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】
前記支持基体の前記主面は、半極性であり、
前記主面は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体のｃ面に対し、６３度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１１７度以下の範囲の何れかの範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ｐ型伝導を実現する手法を開示する。特許文献１の技術は、ウエハ面内で均一に低抵抗なｐ型窒化ガリウム系半導体を作製する技術であって、アクセプタ不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加した窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を窒素雰囲気中で４００［℃］以上の温度でアニーリングすることによって、成される、窒化物半導体のｐ型伝導の困難性は、アクセプタ不純物として添加したＭｇが水素（Ｈ）と結合することにより不活性化することに起因する、と考えられる。特許文献１の技術は、Ｍｇと水素との結合を破ることで、ｐ型伝導の困難性が緩和された窒化ガリウム系半導体を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２５４０７９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、緑色ＬＤ（ＬＤ：レーザダイオード）は、通電により、動作電圧が上昇する問題がある。緑色ＬＤに係るこのような電圧上昇の原因としては、窒化ガリウム系半導体の残留水素原子に起因するアクセプタ不純物Ｍｇの不活性化が、広く認められている。しかし、残留水素原子に起因しない他の不活性化の要因については、十分に解明されていない。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、通電による動作電圧の上昇を抑制したｐ型窒化物半導体を備える窒化物半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、支持基体と、エピタキシャル層と、を備え、前記支持基体と前記エピタキシャル層とは、何れも、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体であり、前記エピタキシャル層は、量子井戸の発光層とクラッド層とを備えており、前記支持基体の主面の上に設けられており、前記クラッド層は、ｐ型ドーパントが添加されており、前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇであり、前記クラッド層のＸ線吸収微細構造スペクトルは、第１のピークと第２のピークとを備えており、前記第１のピークは、入射Ｘ線のＫ吸収端から高エネルギー側にある第１番目のピークであり、前記第２のピークは、入射Ｘ線の高エネルギー側において前記第１のピークの隣にあり、入射Ｘ線のＫ吸収端から高エネルギー側にある第２番目のピークであり、前記第２のピークの値に対する前記第１のピークの値の割合は、７０［％］以上２００［％］以下の範囲にある、ことを特徴とする。通電による動作電圧の上昇を抑制・克服したｐ型窒化物半導体を実現することが、例えば緑色ＬＤの実用化には不可欠であるが、発明者は、通電による電子・正孔の非発光性の再結合によってアクティブになった点欠陥がアクセプタ不純物Ｍｇと結合し、アクセプタ不純物Ｍｇが不活性となる、という現象を、動作電圧の上昇の主な一因であると考えた。そこで、発明者は、窒化物半導体内のＭｇの状態解析手法について鋭意研究し、Ｘ線吸収微細構造解析による状態解析手法を見出し、本発明のＸ線吸収微細構造スペクトルの場合に、通電による動作電圧の上昇を抑制できることを、見出した。
【０００６】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記クラッド層のＸ線吸収微細構造スペクトルにおける前記第１のピークは、入射Ｘ線のエネルギーの１３００［ｅＶ］から１３０９［ｅＶ］の間に生じ、前記クラッド層のＸ線吸収微細構造スペクトルにおける前記第２のピークは、入射Ｘ線のエネルギーの１３０９［ｅＶ］から１３２０［ｅＶ］の間に生じる、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記クラッド層のＭｇ濃度は、１×１０１８［ｃｍ−３］以上５×１０２１［ｃｍ−３］以下である、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記クラッド層の水素濃度は、２×１０１７［ｃｍ−３］未満の範囲にあり、前記クラッド層の点欠陥の濃度は、１×１０１６［ｃｍ−３］未満の範囲にある、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記点欠陥の熱的活性化エネルギーは、０．１［ｅＶ」以上１．７［ｅＶ］以下の範囲にある、ことを特徴とする。点欠陥の熱的活性化エネルギーがこの範囲にあると、深い準位において、キャリヤが束縛されるので、有効キャリヤ濃度の低減の原因となる。
【００１０】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、半極性であり、前記主面は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体のｃ面に対し、１０度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１７０度以下の範囲の何れかの範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする。この面方位の範囲において、この面方位に特有の点欠陥が導入される。この点欠陥が、電圧上昇の主要因となる。この点欠陥とは、Ｇａ空孔、窒素空孔、Ｇａ格子間原子、窒素格子間原子、及びこれらと不純物原子Ｍｇがカップルした複合欠陥のことである。
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記支持基体の前記主面は、半極性であり、前記主面は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体のｃ面に対し、６３度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１１７度以下の範囲の何れかの範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする。この面方位の範囲において、高Ｉｎ組成の結晶成長が、ｃ面、非極性面、半極性ａ面よりも高い結晶品質で、可能となる。ａ面とは｛１１−２０｝面であり、半極性ａ面とはａ面からｃ軸方向に傾いた面であり、例えば｛１１−２２｝面のことである。
【００１２】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、支持基体と、エピタキシャル層と、を備え、前記支持基体と前記エピタキシャル層とは、何れも、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体であり、前記エピタキシャル層は、量子井戸の発光層とクラッド層とを備えており、前記支持基体の主面の上に設けられており、前記クラッド層は、ｐ型ドーパントが添加されており、前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇであり、前記クラッド層の水素濃度は、２×１０１７［ｃｍ−３］未満の範囲にあり、前記クラッド層の点欠陥の濃度は、１×１０１６［ｃｍ−３］未満の範囲にある、ことを特徴とする。通電による動作電圧の上昇を抑制・克服したｐ型窒化物半導体を実現することが、例えば緑色ＬＤの実用化には不可欠であるが、発明者は、通電による電子・正孔の非発光性の再結合によってアクティブになった点欠陥がアクセプタ不純物Ｍｇと結合し、アクセプタ不純物Ｍｇが不活性となる、という現象を、動作電圧の上昇の主な一因であると考えた。そこで、発明者は、窒化物半導体内のＭｇの状態解析手法について鋭意研究し、Ｘ線吸収微細構造解析による状態解析手法を見出し、本発明のＸ線吸収微細構造スペクトルの場合に、通電による動作電圧の上昇を抑制できることを、見出した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通電による動作電圧の上昇を抑制したｐ型窒化物半導体を備える窒化物半導体発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る窒化物半導体発光素子の層構造を示す図である。
【図３】実施形態に係る窒化物半導体発光素子の特性を説明するために用いる図である。
【図４】実施形態に係る窒化物半導体発光素子の特性の測定方法を説明ために用いる図である。
【図５】実施形態に係る窒化物半導体発光素子の特性の測定方法を説明ために用いる図である。
【図６】実施例に対する検証結果を示す図である。
【図７】実施例に対する検証結果を示す図である。
【図８】実施例に対する検証結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。発明者は、窒化物半導体のＭｇ（ｐ型ドーパント）の状態解析手法について鋭意研究し、Ｘ線吸収微細構造解析による状態解析手法を見出し、通電電圧上昇を抑制したｐ型窒化物半導体デバイスを実現した。本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１は、半極性面のＧａＮ単結晶基板上に作製されたリッジ導波路型ＬＤで、図１に示すような構成を備える。窒化物半導体発光素子１は、緑色レーザを出力する。
【００１６】
図１は、実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す図である。図１は、窒化物半導体発光素子１の導波路の延びる方向に直交する面に沿ってみた、窒化物半導体発光素子１の内部の層構造を示す。図１に示すように、窒化物半導体発光素子１は、支持基体Ｌ１と、エピタキシャル層Ｅｐと、ｐ側電極Ｌ９と、ｎ側電極Ｌ１０とを備える。支持基体Ｌ１とエピタキシャル層Ｅｐとは、何れも六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体である。エピタキシャル層Ｅｐは、支持基体Ｌ１の主面Ｓ１に設けられている。ｐ側電極Ｌ９は、エピタキシャル層Ｅｐに接合され、ｎ側電極Ｌ１０は、支持基体Ｌ１に接合される。エピタキシャル層Ｅｐは、ｎ側クラッド層Ｌ２、ｎ側ガイド層Ｌ３、発光層Ｌ４、ｐ側ガイド層Ｌ５、ｐ側ガイド層Ｌ６、ｐ側クラッド層Ｌ７、コンタクト層Ｌ８、ｐ側電極Ｌ９を備える。ｎ側クラッド層Ｌ２、ｎ側ガイド層Ｌ３、発光層Ｌ４、ｐ側ガイド層Ｌ５、ｐ側ガイド層Ｌ６、ｐ側クラッド層Ｌ７、コンタクト層Ｌ８は、支持基体Ｌ１の主面Ｓ１上において、順に、設けられている。発光層Ｌ４は、量子井戸を備える。
【００１７】
主面Ｓ１は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体のｃ面に対し角度αで傾斜している。角度αは、１０度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１７０度以下の範囲、の何れかの範囲にあることができる。角度αは、６３度以上８０度以下の範囲、及び、１００度以上１１７度以下の範囲、の何れかの範囲にあることもできる。主面Ｓ１は、例えば、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体の半極性（２０−２１）面であることができる。
【００１８】
エピタキシャル層Ｅｐは、リッジ導波路３を備える。エピタキシャル層Ｅｐのｐ側ガイド層Ｌ６の一部と、ｐ側クラッド層Ｌ７の一部と、コンタクト層Ｌ８の一部とは、リッジ導波路３を構成する。リッジ導波路３は、ｐ側ガイド層Ｌ５の上に設けられ、主面Ｓ１の法線方向Ｎｘに延びている。ｐ側電極Ｌ９は、リッジ導波路３の二つの側面と、リッジ導波路３の二つの側面のそれぞれの側にある表面とを覆うように延在している。リッジ導波路３の二つの側面は、主面Ｓ１に垂直に、導波路の延びる方向に、延びている。ｐ側電極Ｌ９は、リッジ部電極Ｌ９ａを含む。リッジ部電極Ｌ９ａは、リッジ導波路３の端部３ａに設けられ、リッジ導波路３の端部３ａに接合している。ｐ側電極Ｌ９は、エピタキシャル層Ｅｐのコンタクト層Ｌ８に接合されている。ｐ側電極Ｌ９のリッジ部電極Ｌ９ａは、特に、リッジ導波路３におけるエピタキシャル層Ｅｐのコンタクト層Ｌ８の端面に接合されている。ｎ側電極Ｌ１０は、支持基体Ｌ１の裏面（主面Ｓ１の反対側の面）に設けられる。
【００１９】
支持基体Ｌ１〜コンタクト層Ｌ８の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体である。支持基体Ｌ１の材料は、例えば、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮである。ｎ側クラッド層Ｌ２の材料は、例えば、ｎ−ＧａＮである。ｎ側クラッド層Ｌ２の材料は、他に、ｎ−ＩｎＧａＮであることもできる。ｎ側ガイド層Ｌ３の材料は、例えば、ｉ−ＩｎＧａＮである。ｎ側ガイド層Ｌ３の材料は、他に、ｉ−ＧａＮであることもできる。発光層Ｌ４の材料は、例えば、ｉ−ＩｎＧａＮである。ｐ側ガイド層Ｌ５の材料は、例えば、ｉ−ＩｎＧａＮである。ｐ側ガイド層Ｌ５の材料は、他に、ｉ−ＧａＮであることもできる。ｐ側ガイド層Ｌ６の材料は、例えば、ｐ−ＧａＮである。ｐ側ガイド層Ｌ６の材料は、他に、ｐ−ＩｎＧａＮであることもできる。ｐ側ガイド層Ｌ６のｐ型ドーパントは、Ｍｇである。ｐ側クラッド層Ｌ７の材料は、例えば、ｐ−ＡｌＧａＮである。ｐ側クラッド層Ｌ７の材料は、他に、ｐ−ＩｎＡｌＧａＮであることもできる。ｐ側クラッド層Ｌ７のｐ型ドーパントは、Ｍｇである。コンタクト層Ｌ８の材料は、例えば、ｐ−ＧａＮである。ｐ側クラッド層Ｌ７におけるＭｇ濃度は、１×１０１８［ｃｍ−３］以上５×１０２１［ｃｍ−３］以下である。ｐ側クラッド層Ｌ７の厚みは、１［ｎｍ］以上１０００［ｎｍ］以下の程度である。ｐ側クラッド層Ｌ７の組成については、Ｉｎの組成をｘ、Ａｌの組成をｙ、Ｇａの組成を１−ｘ−ｙとすると（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ）、ｘは０以上１．０以下であり、ｙは０以上１．０以下であり、ｘ＋ｙ≦１である。このようなｐ側クラッド層Ｌ７の組成の場合、（２０−２１）を含むｍ面半極性における光閉じ込めが良好となり、低しきい値発振に好適である。その反面、この面方位の面に起因した欠陥が入りやすい。ｍ面とは｛２０−２０｝面であり、ｍ面半極性とはｍ面からｃ軸に傾いた面のことであって例えば｛２０−２１｝面のことである。
【００２０】
窒化物半導体発光素子１のｐ側クラッド層Ｌ７は、後述の図３の測定結果Ｇ１と同様のＸＡＦＳスペクトルを有する。測定結果Ｇ１と同様のＸＡＦＳスペクトルのｐ側クラッド層Ｌ７を備える窒化物半導体発光素子１は、以下に説明する図８のグラフＧ７に示すように、通電による動作電圧の上昇が良好に抑制される。
【００２１】
（実施例）
図２を参照して、窒化物半導体発光素子１の製造方法を説明する。ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１の主面は、ｍ軸方向にｃ面に対して７５度傾斜した面であり、半極性（２０−２１）面である。ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１を成長炉に格納し、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１の主面にエピタキシャル成長による結晶成長を行う。ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１の主面に、トリメチル・ガリウム、トリメチル・アルミニウム、アンモニアを母体材料の供給ガスとし、ｎ型，ｐ型の添加物としてシラン、トリメチル・マグネシウムを原料とし、以下の各層を、順次、エピタキシャル成長した。すなわち、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１の主面に、ｎ−ＧａＮクラッド層Ｍ２、ｉ−ＩｎＧａＮガイド層Ｍ３、ｉ−ＩｎＧａＮ発光層Ｍ４、ｉ−ＩｎＧａＮガイド層Ｍ５、ｐ−ＧａＮガイド層Ｍ６、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層Ｍ７、ｐ−ＧａＮコンタクト層Ｍ８をエピタキシャル成長した。そして、このようなｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１の主面におけるエピタキシャル成長によって、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１、ｎ−ＧａＮクラッド層Ｍ２、ｉ−ＩｎＧａＮガイド層Ｍ３、ｉ−ＩｎＧａＮ発光層Ｍ４、ｉ−ＩｎＧａＮガイド層Ｍ５、ｐ−ＧａＮガイド層Ｍ６、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層Ｍ７、ｐ−ＧａＮコンタクト層Ｍ８を備える基板生産物Ｍｍを製造した。
【００２２】
ｎ−ＧａＮクラッド層Ｍ２は、ｎ−ＩｎＧａＮであることもできる。ｉ−ＩｎＧａＮガイド層Ｍ３は、ｉ−ＧａＮであることもできる。ｉ−ＩｎＧａＮガイド層Ｍ５は、ｉ−ＧａＮであることもできる。ｐ−ＧａＮガイド層Ｍ６は、ｐ−ＩｎＧａＮであることもできる。ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層Ｍ７は、ｐ−ＩｎＡｌＧａＮであることもできる。
【００２３】
この基板生産物Ｍｍから、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とを用いて、窒化物半導体発光素子１に対応するリッジ導波路型ＬＤ（リッジ幅：２μｍ）を製造し、ｐ側電極Ｌ９（リッジ部電極Ｌ９ａを含む）に対応するｐ側電極としてＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｄ電極を設け、ｎ側電極Ｌ１０に対応するｎ側電極として、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ支持基体Ｍ１の裏面（主面の反対側にある面）を研磨・ドライエッチングした後に、Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌを、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱法を組合わせて蒸着し、オーミック電極を形成した。この後、リッジ導波路、ｐ側電極、ｎ側電極が設けられた基板生産物を、共振器長５００μｍに劈開してＬＤチップに分割し、ＬＤチップである窒化物半導体発光素子１を形成し、この窒化物半導体発光素子１をステムに実装した。
【００２４】
次に、実施例と比較例とは、下記の検証１〜検証４によって、詳細に検証された。実施例と比較例とは、エピタキシャル成長の成長環境、製造プロセスが異なるのみであり、同じ層構造を備える。上記の成長炉における実施例に係る結晶成長の条件は、成長炉における比較例に係る従来の成長環境が異なっている。実施例は、窒化物半導体発光素子１に対応し、図３の測定結果Ｇ１が得られる素子である。比較例は、従来の窒化物半導体発光素子に対応し、図３の測定結果Ｇ２が得られる素子である。以下、検証１〜検証４の説明では、実施例の各構成に対応する比較例の各構成については、実施例と比較例とで、符号及び材料名を除いて同様の名称を用いる。
【００２５】
（検証１）
実施例は、電流３００［ｍＡ］で１００［ｈ］（ｈ：時間）の間の通電後のものである。実施例の動作電圧は、実施例の通電後における最初の動作電圧よりも＋０．０２［Ｖ］上昇していた。比較例として、例１及び例２を用意した。例１は、未通電のものであり、例２は、電流３００［ｍＡ］で１００［ｈ］の間の通電後のものである。例２の動作電圧は、例１の通電後における最初の動作電圧よりも＋０．５３［Ｖ］上昇していた。例１の通電後における最初の動作電圧は、実施例の通電後における最初の動作電圧と同様であった。
【００２６】
次に、実施例、例１、例２のそれぞれの試料に対し、王水によるウェットエッチングにより、図１と図４とに示すように、リッジ導波路の上部にあるリッジ部電極を、除去した。図４は、リッジ部電極が除去された後のリッジ導波路を、支持基体の主面の上から撮影した写真である。そして、四個の実施例を用意し、四個の実施例を、図５の図中符号Ｓ１に示すように正方格子状に配置することによって、実施例の信号強度を４倍とするように工夫を施した。例１、例２についても、それぞれ、四個ずつを、図５の図中符号Ｓ１に示すように配置することによって、例１、例２それぞれの信号強度を４倍とするように工夫を施した。更に、実施例、例１、例２の何れの試料においても、リッジ導波路以外の信号を抑制するため、図５に示すように、リッジ導波路以外をＡｌ箔でマスクした。
【００２７】
以上のようにして、実施例、例１、例２のそれぞれに対し、支持基体の主面の上から入射Ｘ線を照射し、リッジ導波路の通電部のｐ型のコンタクト層中のＭｇのＸ線吸収微細構造スペクトル（ＸＡＦＳスペクトル）を、測定した（ＸＡＦＳ：X-ray  absorption  fine  structure）。図５の図中符号Ｓ２に示す領域に入射Ｘ線が照射される。ＸＡＦＳスペクトルの測定結果を、図３に示す。図３の横軸は、入射Ｘ線のエネルギー［ｅＶ］を示し、図３の縦軸は、入射Ｘ線のＸ線吸収量［ａ．ｕ．］を示す。図３の測定結果Ｇ１は、実施例のＸＡＦＳ信号の測定結果であり、図３の測定結果Ｇ２は、例２のＸＡＦＳ信号の測定結果である。例１のＸＡＦＳ信号の測定結果は、測定結果Ｇ１と同様である。図３に示す測定結果は、入射Ｘ線の偏光ベクトルＥを、ｃ軸から４０度傾斜させて得られた。
【００２８】
図３において、ｐ側のコンタクト層に対するＸ線吸収微細構造スペクトルは、第１のピーク（ピークＰ１）と第２のピーク（ピークＰ２）とを備える。ピークＰ１は、図３において、ＭｇのＫ吸収端（１３０３［ｅＶ］程度）から高エネルギー側にある第１番目のピークである。ピークＰ２は、高エネルギー側においてピークＰ１の隣にあり、入射Ｘ線のＫ吸収端から高エネルギー側にある第２番目のピークである。ピークＰ１においては、実施例に係る測定結果Ｇ１の方が、例２に係る測定結果Ｇ２よりも、突出しており、ピークＰ２においては、例２に係る測定結果Ｇ２の方が、例１に係る測定結果Ｇ１よりも、突出している。図３において、ピークＰ１は、入射Ｘ線のエネルギーの１３００［ｅＶ］から１３０９［ｅＶ］の間に生じ、ピークＰ２は、入射Ｘ線のエネルギーの１３０９［ｅＶ］から１３２０［ｅＶ］の間に生じていた。
【００２９】
このように、図３において、ピークＰ１とピークＰ２とに着目すると、実施例に係る測定結果Ｇ１と、例２に係る測定結果Ｇ２とは、明確に異なっていた。更に、図３の結果を得た測定と同様の複数の測定を行った結果、実施例において、ピークＰ１に対応する箇所のＸ線吸収量をＭ１とし、ピークＰ２に対する箇所のＸ線吸収量をＭ２とすると、Ｍ２に対するＭ１の割合（Ｍ１／Ｍ２×１００［％］）が７０［％］以上２００［％］以下の場合に、以下に説明する図８のグラフＧ７に示すように、通電による動作電圧の上昇が好適に抑制された。
【００３０】
実施例において通電の動作電圧の上昇が抑制されることの理由を説明する。通電後の従来型の例２では、電流注入による電子・正孔の非発光の再結合により、ｐ側のコンタクト層中の点欠陥がアクティブになり、このアクティブとなった点欠陥がＭｇアクセプタに結合し、Ｍｇアクセプタが不活性となったことによって、例２のＸＡＦＳスペクトルが、未通電の従来型の例１のＸＡＦＳスペクトル（測定結果Ｇ１と同様のグラフ）と異なった、と考えられる。すなわち、ＸＡＦＳスペクトルにおける実施例（更には例１）と例２との間の相違点は、点欠陥の初期の濃度にある、と考えられる。実施例と例２とにおける点欠陥の初期（未通電時）の濃度の相違が、通電によって、ＸＡＦＳスペクトルの相違として、明確に表われた、と考えられる。
【００３１】
（検証２）
検証２によって、実施例と比較例との点欠陥の濃度の範囲と、ｐ型層、特にクラッド層層における点欠陥の準位とを見積もった。検証２の結果を、図６に示す。図６に示す測定結果は、クラッド層に対する測定結果である。測定結果Ｇ３は、実施例の測定結果を示す。測定結果Ｇ４は、比較例の測定結果を示す。図６の横軸は、測定対象の素子の温度［Ｋ］を示す。図６の縦軸は、ＤＬＴＳ  ｓｉｎｇｎａｌ−ΔＣ／Ｃ、であるが、この値に、測定時のキャリア濃度を乗じた値が、欠陥濃度に対応する。ΔＣは、ＤＬＴＳ信号のピーク強度（図６の場合には、１６０［Ｋ］での値をピーク値としている）を表し、Ｃは、このピーク値に対応する温度（図６の場合には、１６０［Ｋ］）での逆方向バイアスの印可時のキャパシタンスを表す。図６に示す結果は、以下の条件のもとで得られた；レート・ウィンドウτ＝２１．５［ｍｓ］（レート・ウィンドウ：rate-window）、逆方向バイアスＶＲ＝０．０［Ｖ］，＋２．０［Ｖ］、順方向パルス電圧のパルス幅Ｗｐ＝１０［ｍｓ］。レート・ウィンドウは、点欠陥からのキャリア放出をモニタする時定数である。
【００３２】
測定結果Ｇ３によれば、実施例の温度が少なくとも１５０［Ｋ］〜２００［Ｋ］の範囲において、実施例の欠陥濃度は１０１６［ｃｍ−３］を下回っている、ことがわかる。従って、実施例では、温度範囲１５０［Ｋ］〜２００［Ｋ］に対応するエネルギーの点欠陥の濃度は、１０１６［ｃｍ−３］程度（又、下回っている程度）である、ことがわかる。これに対し、測定結果Ｇ４によれば、比較例の温度が少なくとも１５０［Ｋ］〜２００［Ｋ］の範囲において、比較例の点欠陥の濃度は１×１０１７［ｃｍ−３］程度であって、点欠陥の濃度のピークは、温度範囲１３０［Ｋ］〜２５０［Ｋ］にある、ことがわかる。従って、比較例では、温度範囲１３０［Ｋ］〜２５０［Ｋ］に対応する熱的活性化エネルギーΔＥに、１×１０１６［ｃｍ−３］未満の程度の濃度の点欠陥を有していることがわかる。このように、熱的活性化エネルギーΔＥの点欠陥は、実施例の方が比較例よりも大幅に少ない、ということがわかる。ΔＥは、欠陥準位に束縛されたキャリヤの熱的な障壁であり、欠陥準位のキャリヤ放出における熱的活性化エネルギーと定義される。今回、検出された温度域のΔＥは、０．１［ｅＶ］以上１．７［ｅＶ］以下である。
【００３３】
（検証３）
検証３によって、実施例と比較例とにおいて、動作電圧Ｖｏｐと水素濃度との相関が、測定された。検証３の結果を、図７に示す。図７の測定結果に係る水素濃度は、ｐ側クラッド層の水素濃度である。図７の測定結果に係る水素濃度は、ＳＩＭＳを用いて測定された。測定結果Ｇ５は、実施例の測定結果を示す。測定結果Ｇ６は、四つの比較例の測定結果を示す。測定結果Ｇ６に係る四つの比較例は、互いに水素濃度が異なるのみである。測定結果Ｇ５に係る実施例の水素濃度は、２×１０１７［ｃｍ−３］未満である。図７の横軸は、ｐ−ＧａＮクラッド層の水素濃度［ｃｍ−３］を示す。図７の縦軸は、動作電圧の差分ΔＶ［Ｖ］を示す。動作電圧の差分ΔＶは、５００［ｈ］の通電の後の動作電圧Ｖｏｐ５００ｈから、通電されていない状態から最初に通電が開始された際の動作電圧Ｖｏｐ０ｈを差し引いた値（ΔＶ＝Ｖｏｐ５００ｈ−Ｖｏｐ０ｈ）である。
【００３４】
測定結果Ｇ６によれば、比較例では、水素濃度が２×１０１７［ｃｍ−３］以上の場合、水素濃度の増加に伴って動作電圧の差分ΔＶも増加するが、水素濃度が２×１０１７［ｃｍ−３］未満の場合、水素濃度が変化しても動作電圧の差分ΔＶはほとんど変化しなことがわかる。すなわち、水素濃度が２×１０１７［ｃｍ−３］未満の場合、水素濃度以外の他の要因によって、動作電圧の差分ΔＶが変化するものと考えられる。そこで、測定結果Ｇ５を参照すると、実施例のほうが、実施例と同程度の水素濃度の比較例よりも、動作電圧の差分ΔＶが低いことがわかる。従って、図７の測定結果によれば、少なくとも、水素濃度が２×１０１７［ｃｍ−３］未満の場合に、動作電圧の差分ΔＶを変化させる要因は、水素濃度ではなく、実施例のように１０１６［ｃｍ−３］程度（又は、下回っている程度）の濃度の点欠陥であることが考えられる。
【００３５】
（検証４）
検証４によって、実施例と比較例とにおいて、通電時間に応じた動作電圧の変化が、測定された。検証４の結果を、図８に示す。測定結果Ｇ７は、実施例の測定結果を示す。測定結果Ｇ８は、複数（七つ）の比較例の測定結果を示す。図８の横軸は、通電時間［ｈ］を示す。図８の縦軸は、動作電圧Ｖｏｐ［Ｖ］を示す。
【００３６】
図８の結果によれば、測定結果Ｇ８に示す複数の比較例の場合、通電時間の増加に伴って、動作電圧Ｖｏｐも増加するが、測定結果Ｇ７に示す実施例の場合、通電時間が増加しても、動作電圧Ｖｏｐは、ほとんど変化しないことがわかる。例えば、通電時間が１００［ｈ］の場合の動作電圧Ｖｏｐの変化は、比較例のほうが、実施例よりも、大幅に大きいことがわかる。
【００３７】
以上の検証２〜検証４によって、実施例のほうが、比較例よりも、０．１［ｅＶ］以上１．７［ｅＶ］以下の程度の熱的活性化エネルギーΔＥの点欠陥が、１×１０１６［ｃｍ−３］未満であって大幅に少なく、従来では水素濃度の変化によっても動作電圧の差分ΔＶがほとんど変化しないような２×１０１７［ｃｍ−３］未満の水素濃度の場合であっても動作電圧の差分ΔＶが大幅に低く、通電時間による動作電圧Ｖｏｐの変化は大きい、ということがわった。以上によって、発明者は、実施例において、通電による動作電圧の上昇の抑制は、熱的活性化エネルギーΔＥ（０．１［ｅＶ］以上１．７［ｅＶ］以下）の点欠陥が、大幅に低減されていることが起因していると、考えた。
【００３８】
以上、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】
【００３９】
１…窒化物半導体発光素子、３…リッジ導波路、３ａ…端部、Ｅｐ…エピタキシャル層、Ｌ１…支持基体、Ｌ１０…ｎ側電極、Ｌ２…ｎ側クラッド層、Ｌ３…ｎ側ガイド層、Ｌ４…発光層、Ｌ５…ｐ側ガイド層、Ｌ６…ｐ側ガイド層、Ｌ７…ｐ側クラッド層、Ｌ８…コンタクト層、Ｌ９…ｐ側電極、Ｌ９ａ…リッジ部電極、Ｍ１…ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ基板、Ｍ２…ｎ−ＧａＮクラッド層、Ｍ３…ｉ−ＩｎＧａＮガイド層、Ｍ４…ｉ−ＩｎＧａＮ発光層、Ｍ５…ｉ−ＩｎＧａＮガイド層、Ｍ６…ｐ−ＧａＮガイド層、Ｍ７…ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、Ｍ８…ｐ−ＧａＮコンタクト層、Ｍｍ…基板生産物、Ｎｘ…法線方向、Ｓ１…主面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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