(57)【要約】【課題】通電に伴う順方向電圧Ｖｆの変動を低減できる構造を有する窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】ｎ型クラッド層２３からの電子は活性層１５に供給される。キャリアオーバーフローが生じると電子は活性層１５から溢れ、該電子はセンタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａを伝搬して、第２ヘテロ界面ＨＪ２に到達する。第２ヘテロ界面ＨＪ２には第２III族窒化物半導体領域１７においてミスフィット転位が形成されている。非発光再結合において生成されるエネルギーは、活性化されたｐ型ドーパントが残留水素と再結合する反応を生成可能な大きさであり、遊離した残留水素は、既に活性化されたｐ型ドーパントに結合してアクセプタキラーとして作用する。しかし、第２ヘテロ界面ＨＪ２に到達した上記オーバーフロー電子はミスフィット転位を介して非発光再結合により消失する。【選択図】図１
2014110389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体発光素子であって、
窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面を有しており、ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面上に設けられ、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と、
複数のＩｎＧａＮ層を含み、前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられたセンタ半導体領域と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、
各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積を前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、
前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、
前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して、４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜している、請求項１に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上である、請求項１又は請求項２に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記ミスフィット転位の密度は５×１０５ｃｍ−１以下である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は、０．０１５以上であり、０．０５５以下である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２ＩｎＧａＮ層における水素濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域の第１窒化ガリウム系半導体層に接触を成して前記第２ヘテロ界面を構成し、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第１窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮである、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記活性層の発光波長は５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲にある、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１III族窒化物半導体領域、前記センタ半導体領域、及び前記第２III族窒化物半導体領域を搭載しており、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板を更に備え、
前記基板の前記半極性主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して傾斜し、
前記第２ヘテロ界面は前記基準面に対して傾斜する、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記基板の前記III族窒化物半導体はＧａＮからなる、請求項９に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記基板の前記III族窒化物半導体の前記半極性主面は、該III族窒化物半導体のｃ面を基準にして４０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜し、
前記ｃ面の傾斜は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸から前記III族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸に向かう方向に成される、請求項９又は請求項１０に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ面を基準にして６３度以上８０度以下の範囲の傾斜角で傾斜する、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域のＧａＮ層に接触を成して前記該第２ヘテロ界面を構成し、
前記ＧａＮ層のｐ型ドーパント濃度は前記ｐ型クラッド層のｐ型ドーパント濃度より小さい、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域のＡｌＧａＮ層に接触を成して前記該第２ヘテロ界面を構成し、
前記ＡｌＧａＮ層のｐ型ドーパント濃度は前記ｐ型クラッド層のｐ型ドーパント濃度より小さい、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第２III族窒化物半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成す半導体層を含み、
前記半導体層は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第２III族窒化物半導体領域の全体にわたってｐ型ドーパントが添加されている、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第２III族窒化物半導体領域は、第１半導体層及び第２半導体層を含み、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体層は、前記第１半導体層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
前記第１半導体層は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成し、
前記第１半導体層は、ｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に、前記第２半導体層は、ｐ型ドーパントを添加しながら成長される、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第２III族窒化物半導体領域は、第１半導体層及び第２半導体層を含み、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体層は、前記第１半導体層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層及び前記ｐ型クラッド層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有し、
前記第１半導体層の厚さは、前記第２半導体層の厚さより薄い、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
前記第１半導体層はＡｌＧａＮからなり、
前記ＡｌＧａＮのアルミニウム組成は０．０２以上０．０６以下の範囲にあり、
前記第１半導体層の膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項１８に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
前記センタ半導体領域は前記活性層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に第３ＩｎＧａＮ層を含み、
前記第２ＩｎＧａＮ層のバンドギャップは前記ＩｎＧａＮ井戸層のバンドギャップと前記第３ＩｎＧａＮ層のバンドギャップとの間であり、
前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成と前記第３ＩｎＧａＮ層のインジウム組成との間である、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項２１】
前記第２ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０５以上０．１以下の範囲にあり、
前記第２ＩｎＧａＮ層の膜厚は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲にある、請求項２０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２２】
前記活性層は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮの障壁層を含む、請求項１〜請求項２１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２３】
前記活性層の前記障壁層は、厚さ２０ｎｍ以下のＧａＮを含む、請求項２２に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項２４】
窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域の半極性主面上に、複数のＩｎＧａＮ層を含むセンタ半導体領域を形成する工程と、
前記センタ半導体領域及び前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面上に、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域を形成する工程と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の成長では、ｐ型ドーパントを供給せずに前記第２ＩｎＧａＮ層を成長し、
前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、
各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積の前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、
前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、
前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２５】
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して、４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜している、請求項２４に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２６】
前記ミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上である、請求項２４又は請求項２５に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２７】
前記ミスフィット転位の密度は５×１０５ｃｍ−１以下である、請求項２４〜請求項２６のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２８】
前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は、０．０１５以上であり、０．０５５以下である、請求項２４〜請求項２７のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２９】
前記第２ＩｎＧａＮ層における水素濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である、請求項２４〜請求項２８のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３０】
前記第２III族窒化物半導体領域の前記ｐ型クラッド層は前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成す、請求項２４〜請求項２９のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３１】
前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始から第１半導体領域を成長し、該第１半導体領域の成長の後に第２半導体領域を成長し、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
前記第１半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成し、
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記ｐ型クラッド層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する、請求項２４〜請求項３０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３２】
前記センタ半導体領域の成長では、ｐ型ドーパントを供給せずに前記第２ＩｎＧａＮ層を成長し、
前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始からｐ型ドーパントを供給せずに第３半導体領域を成長し、該第３半導体領域の成長の後にｐ型ドーパントを供給しながら第４半導体領域を成長し、
前記第３半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成す、請求項２４〜請求項３０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３３】
前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始からｐ型ドーパントを供給しながら前記第２III族窒化物半導体領域を成長する、請求項２４〜請求項３１のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３４】
窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
複数の基板を準備する工程と、
前記複数の基板上に、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを変更して、III族窒化物半導体からなりｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、複数のＩｎＧａＮ層を含むセンタ半導体領域と、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と備えるエピタキシャル基板を形成する工程と、
電極を形成するため前記エピタキシャル基板を加工して、複数の基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物から複数の窒化物半導体発光素子を作製する工程と、
前記複数の窒化物半導体発光素子の各々に対して、通電試験を行って通電の前後における順方向電圧の差に係る見積もりを行う工程と、
前記見積もりに基づき、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを決定する工程と、
決定されたタイミングを用いて、窒化物半導体発光素子を作製する工程と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含む、窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３５】
窒化物半導体発光素子であって、
窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面を有しており、ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、
前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられ、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と、
複数のＩｎＧａＮ層を含み、前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられたセンタ半導体領域と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層、第２ＩｎＧａＮ層及び第３ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、前記第３ＩｎＧａＮ層は前記第２ＩｎＧａＮ層と前記活性層との間に設けられ、前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は前記第３ＩｎＧａＮ層のインジウム組成より大きく、前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さく、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層、前記第２ＩｎＧａＮ層、及び前記第３ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、
各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積を前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、
前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、
前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、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、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、低い動作電流または動作電圧で動作可能な窒化物半導体発光素子を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５９７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らの知見によれば、半極性面を利用する窒化物半導体発光素子に連続的な通電を行うとき、通電に伴って窒化物半導体発光素子の順方向電圧Ｖｆが上昇していく。発明者らは、この順方向電圧Ｖｆの原因を検討してきた。順方向電圧Ｖｆの増大の原因の一つとして、電極とｐ型半導体とのコンタクト特性の変動がある。しかし、発明者らの実験からは、順方向電圧の変動に対応するコンタクト特性の変動は見出されていない。発明者らは更に検討を行った結果、窒化物半導体発光素子の活性層と電極との間の半導体領域の特性が通電に伴って変化していることを見出した。
【０００５】
特許文献１では、発光素子は、基板の非極性主面上に、ｎ型層、ｐ型層及び活性層を形成する。活性層は、障壁層及び量子井戸層を備え、基板に最も近い障壁層は、アンドープ層であり、残りの障壁層のうち少なくとも一層はｎドープ層である。この発光素子では、活性層から溢れた電子は、成長の際に取り込まれた水素が残留する半導体領域で非発光再結合により消失する。
【０００６】
本発明は、通電に伴う順方向電圧Ｖｆの変動を低減できる構造を有する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とし、またこの窒化物半導体発光素子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】
【０００７】
本発明の窒化物半導体発光素子は、（ａ）窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面を有しており、ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられ、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と、（ｃ）複数のＩｎＧａＮ層を含み、前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられたセンタ半導体領域とを備える。前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積を前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。
【０００８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、（ａ）窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面を有しており、ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられ、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と、（ｃ）複数のＩｎＧａＮ層を含み、前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられたセンタ半導体領域とを備える。前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層、第２ＩｎＧａＮ層及び第３ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、前記第３ＩｎＧａＮ層は前記第２ＩｎＧａＮ層と前記活性層との間に設けられる。前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は前記第３ＩｎＧａＮ層のインジウム組成より大きく前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さい。前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層、前記第２ＩｎＧａＮ層、及び前記第３ＩｎＧａＮ層を備え、前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々はインジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルである。各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積を前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。
【０００９】
上記の窒化物半導体発光素子によれば、センタ半導体領域が複数のＩｎＧａＮ層を備えると共にセンタ半導体領域の窒化ガリウム系半導体がＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する一方で、第２III族窒化物半導体領域がＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなる。
【００１０】
センタ半導体領域の該複数のＩｎＧａＮ層の各々におけるインジウム組成及び層厚の積をセンタ半導体領域にわたって総和した値が８以上である共に第２III族窒化物半導体領域の厚さが５５０ｎｍ以上であるとき、センタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層が第２III族窒化物半導体領域に接触を成した第２ヘテロ界面において、第２III族窒化物半導体領域はミスフィット転位を含む。
【００１１】
ｎ型クラッド層からの電子は活性層に供給される。キャリアオーバーフローが生じると電子は活性層から溢れ、該電子はセンタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層を伝搬して、第２ヘテロ界面に到達する。第２ヘテロ界面には第２III族窒化物半導体領域にミスフィット転位が形成されているので、第２ヘテロ界面に到達した上記オーバーフロー電子はミスフィット転位を介して非発光再結合により消失する。
【００１２】
オーバーフロー電子の非発光再結合過程では、エネルギーが放出される。発明者らの知見によれば、多数の非発光再結合の少なくとも一部において生成されるエネルギーは、活性化されたｐ型ドーパントが残留水素と再結合する反応を生成可能な大きさである。このため、第２III族窒化物半導体領域内において遊離した残留水素は、既に活性化されたｐ型ドーパントに結合してアクセプタキラーとして作用する。ｐ型ドーパントを供給することなくセンタ半導体領域が成長されるので、センタ半導体領域は実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。一方、第２III族窒化物半導体領域の一部又は全部は、活性化されたｐ型ドーパント及び残留水素を共に含む。しかしながら、この窒化物半導体発光素子では第２ヘテロ界面の両側に水素が残留しているのではないので、残留水素が第２ヘテロ界面における再結合に起因するエネルギーを受け取る可能性を低減できる。また、オーバーフロー電子はミスフィット転位を介して非発光再結合するため、第２III族窒化物半導体領域で非発光再結合する割合が低減する。よって、第２III族窒化物半導体領域内の残留水素が非発光再結合に起因するエネルギーを受け取る割合を低減することができる。
【００１３】
したがって、活性化されたｐ型ドーパントが、遊離した残留水素と再結合することを低減でき、また該再結合に起因する第２III族窒化物半導体領域の比抵抗の増加を低減できる。
【００１４】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して、４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜していることができる。
【００１５】
この窒化物半導体発光素子によれば、半極性主面が第１III族窒化物半導体領域の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜するとき、第２III族窒化物半導体領域の成長の際に取り込まれる水素が抜けにくい。このため、窒化物半導体発光素子に残留する水素の総量を低減することが容易ではない。
【００１６】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記ミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上であることが好ましい。
【００１７】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２III族窒化物半導体領域とセンタ半導体領域とのヘテロ界面におけるミスフィット転位密度が５×１０３ｃｍ−１以上である。ヘテロ界面のミスフィット転位が、活性層からオーバーフローしてきた電子を非発光過程を介して消失させる。
【００１８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記ミスフィット転位密度は５×１０５ｃｍ−１以下であることが好ましい。
【００１９】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２III族窒化物半導体領域に係るヘテロ界面のミスフィット転位密度が素子特性に関して許容可能な範囲である。また、発光層に到達するホール濃度の著しい低下を避けることができる。
【００２０】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は、０．０１５以上であり、０．０５５以下であることが好ましい。このとき、第２ヘテロ界面において第２III族窒化物半導体にミスフィット転位を導入する条件を満たしやすくなる。また、本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２ＩｎＧａＮ層における水素濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下であることができる。この窒化物半導体発光素子によれば、第２ＩｎＧａＮ層がアンドープとして成長されるとき、第２ＩｎＧａＮ層における水素濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下になる。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域の第１窒化ガリウム系半導体層に接触を成して前記第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第１窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮであることができる。
【００２２】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２ヘテロ界面は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮといった第１窒化ガリウム系半導体層と第２ＩｎＧａＮ層とから構成される。第２ヘテロ界面におけるひずみが大きくなるため、ミスフィット転位を導入する箇所を第２ヘテロ界面に制御することが容易になる。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記活性層の発光波長は５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲にあることができる。
【００２４】
この窒化物半導体発光素子によれば、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲に発光波長を低要する活性層は、大きなインジウム組成のＩｎＧａＮ井戸層を必要とする。
【００２５】
本発明に係る窒化物半導体発光素子は、前記第１III族窒化物半導体領域、前記センタ半導体領域、及び前記第２III族窒化物半導体領域を搭載しており、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板を更に備えることができる。前記基板の前記半極性主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して傾斜し、前記第２ヘテロ界面は前記基準面に対して傾斜することができる。
【００２６】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２ヘテロ界面の傾斜は、第１III族窒化物半導体領域、センタ半導体領域、及び第２III族窒化物半導体領域を搭載する基板の半極性主面の傾斜により調整される。
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記基板の前記III族窒化物半導体はＧａＮからなることが好ましい。この窒化物半導体発光素子によれば、基板のIII族窒化物半導体がＧａＮからなるとき、ミスフィット転位の生成の制御が容易になる。
【００２８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記基板の前記III族窒化物半導体の前記半極性主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ面を基準にして４０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜し、前記ｃ面の傾斜は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸から前記III族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸に向かう方向に成されることができる。
【００２９】
この窒化物半導体発光素子によれば、基板の半極性主面が基板のIII族窒化物半導体のｃ軸に対して４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜する。この基板の半極性主面の利用は、第２ヘテロ界面におけるミスフィット転位の生成だけでなく、第１ヘテロ界面におけるミスフィット転位の生成の制御を容易にする。ミスフィット転位は、ｃ面がすべり面として作用して生成され、ｃ面に印加されるせん断応力は傾斜角４５度において大きくなる。
【００３０】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ面を基準にして６３度以上８０度以下の範囲の傾斜角で傾斜することができる。
【００３１】
この窒化物半導体発光素子によれば、第１III族窒化物半導体領域の半極性主面が該窒化ガリウム系半導体のｃ面を基準にして６３度以上８０度以下の範囲の傾斜角で傾斜するとき、この半極性主面上に成長されるＩｎＧａＮは優れたＩｎ取り込みを有しており、また組成均一性に優れている。また、この角度範囲においては、ＩｎＧａＮは低い点欠陥密度を有することができる。
【００３２】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域のＧａＮ層に接触を成して前記第２ヘテロ界面を構成することが好ましい。
【００３３】
この窒化物半導体発光素子によれば、ミスフィット転位に係る第２ヘテロ界面は、センタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層と第２III族窒化物半導体領域のＧａＮ層との接触により形成される。
【００３４】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域のＡｌＧａＮ層に接触を成して前記該第２ヘテロ界面を構成することができる。
【００３５】
この窒化物半導体発光素子によれば、ミスフィット転位に係る第２ヘテロ界面は、センタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層と第２III族窒化物半導体領域のＡｌＧａＮ層との接触により形成される。
【００３６】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２III族窒化物半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成す半導体層を含み、前記半導体層は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まないことができる。
【００３７】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２ヘテロ界面に係る第２III族窒化物半導体領域の半導体層は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、アンドープ層として成長されるので、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。このとき、第２III族窒化物半導体の半導体層の残留水素が少なくなるため、残留水素が第２ヘテロ界面における再結合に起因するエネルギーを受け取る割合を低減でき、通電による第２III族窒化物半導体の比抵抗の増加を低減できる。
【００３８】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２III族窒化物半導体領域の全体にわたってｐ型ドーパントが添加されていることができる。この窒化物半導体発光素子によれば、第２III族窒化物半導体領域の全体にわたってｐ型ドーパントが添加されているので、第２III族窒化物半導体領域の比抵抗が低減されることができる。
【００３９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２III族窒化物半導体領域は、第１半導体層及び第２半導体層を含み、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体層は、前記第１半導体層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、前記第１半導体層は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成し、前記第１半導体層は、ｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に、前記第２半導体層は、ｐ型ドーパントを添加しながら成長されることができる。
【００４０】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２III族窒化物半導体領域内の第１半導体層及び第２半導体層の成長において、第１半導体層はｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に第２半導体層はｐ型ドーパントのドーピング層となる。これ故に、ｐ型ドーパントを添加しながら成長される半導体領域を、第２ヘテロ界面から離すことができる。
【００４１】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２半導体層は、前記第１半導体層及び前記ｐ型クラッド層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有し、前記第１半導体層の厚さは、前記第２半導体層の厚さより薄いことができる。
【００４２】
この窒化物半導体発光素子によれば、第１半導体層が第２ヘテロ界面において第２ＩｎＧａＮ層に接合を成すと共に第１半導体層のバンドギャップが第２半導体層のバンドギャップより大きいので、第２ＩｎＧａＮ層に対するバリアとして機能し、活性層から溢れてきた電子を阻止できる。第２III族窒化物半導体におけるオーバーフロー電子の非発光再結合が低減するため、第２III族窒化物半導体の残留水素がｐ型ドーパントと再結合することを抑制できる。また、第２半導体層の厚さを第１半導体層の厚さより薄くすることで、バリアの機能を高めても、抵抗の増加や結晶品質の低下を抑制することができる。
【００４３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第１半導体層はＡｌＧａＮからなり、前記ＡｌＧａＮのアルミニウム組成は０．０２以上０．０６以下の範囲にあり、前記第１半導体層の膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることができる。
【００４４】
この窒化物半導体発光素子によれば、ＡｌＧａＮのアルミニウム組成が０．０２以上であるとき、この第１半導体層は、ミスフィット転位密度の制御に効果的である。また、第１半導体層の膜厚が５ｎｍ以上であるとき、この第１半導体層は、ミスフィット転位密度の制御に効果的である。ＡｌＧａＮのアルミニウム組成が０．０６以下であるとき、この第１半導体層の結晶品質の低下が抑制される。また、第１半導体層の膜厚が３０ｎｍ以下であるとき、この第１半導体層の結晶品質の低下が抑制される。Ａｌ組成の増大は、本件の半極性面に関しては酸素濃度の増加に起因してｐ型特性の低下を引き起こる可能性がある。このｐ型特性の低下は、電子オーバーフローの増加に係る新たに原因を招くことになるので、Ａｌ組成は０．０６以下が好ましい。
【００４５】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記センタ半導体領域は前記活性層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に第３ＩｎＧａＮ層を含み、前記第２ＩｎＧａＮ層のバンドギャップは前記ＩｎＧａＮ井戸層のバンドギャップと前記第３ＩｎＧａＮ層のバンドギャップとの間であり、前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成と前記第３ＩｎＧａＮ層のインジウム組成との間であることができる。
【００４６】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２ＩｎＧａＮ層のバンドギャップが第３ＩｎＧａＮ層及び第２III族窒化物半導体領域のバンドギャップより小さいので、第２ＩｎＧａＮ層は、オーバーフロー電子を捕獲できる。第２III族窒化物半導体におけるオーバーフロー電子の非発光再結合が低減するため、第２III族窒化物半導体の残留水素がｐ型ドーパントと再結合することを抑制できる。
【００４７】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０５以上０．１以下の範囲にあり、前記第２ＩｎＧａＮ層の膜厚は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲にあることができる。
【００４８】
この窒化物半導体発光素子によれば、第２ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が０．０５以上であるとき、電子の捕獲とミスフィット転位密度の制御が効果的に行われることができる。また、第２ＩｎＧａＮ層の膜厚が２ｎｍ以上であるとき、電子の捕獲とミスフィット転位密度の制御が効果的に行われることができる。第２ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が０．１を超えるとき、ＩｎＧａＮ層の結晶性が悪化する可能性があり、所望の範囲にミスフィット転位密度を制御することが容易ではなくなる。また、第２ＩｎＧａＮ層の膜厚が１０ｎｍを超えるとき、ＩｎＧａＮ層の結晶性が悪化する可能性があり、所望の範囲にミスフィット転位密度を制御することが容易ではなくなる。第２ＩｎＧａＮ層はｐ型ドーパントを添加しながら成長しても良い。このとき、第２ＩｎＧａＮ層は通電によって高抵抗化する可能性がある。厚すぎる膜厚は素子の電気特性を低下させる可能性があるので、第２ＩｎＧａＮ層の膜厚は１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４９】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記活性層は、井戸層のＩｎ組成より小さいＩｎＧａＮ及びＧａＮの障壁層を含むことができる。この窒化物半導体発光素子によれば、ＧａＮ又はＩｎＧａＮの障壁層は良好な量子井戸構造の形成するために寄与できる。
【００５０】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記活性層の前記障壁層は、厚さ２０ｎｍ以下のＧａＮを含むことができる。
【００５１】
この窒化物半導体発光素子によれば、厚さ２０ｎｍ以下のＧａＮ（又はＩｎＧａＮ）の障壁層は、ミスフィット転位の制御の容易性に実質的に影響しない。
【００５２】
本発明は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）ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域の半極性主面上に、複数のＩｎＧａＮ層を含むセンタ半導体領域を形成する工程と、（ｂ）前記センタ半導体領域及び前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面上に、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域を形成する工程とを備え、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、前記センタ半導体領域の成長では、ｐ型ドーパントを供給せずに前記第２ＩｎＧａＮ層を成長し、前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積を前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。
【００５３】
この窒化物半導体発光素子を作製する方法（以下、「作製方法」と記す）によれば、センタ半導体領域が複数のＩｎＧａＮ層を備えると共にセンタ半導体領域の窒化ガリウム系半導体がＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する一方で、第２III族窒化物半導体領域がＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなる。
【００５４】
センタ半導体領域の該複数のＩｎＧａＮ層の各々におけるインジウム組成及び層厚の積をセンタ半導体領域にわたって総和した値が８以上である共に第２III族窒化物半導体領域の厚さが５５０ｎｍ以上であるとき、センタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層が第２III族窒化物半導体領域に接触を成した第２ヘテロ界面において、第２III族窒化物半導体領域はミスフィット転位を含む。
【００５５】
ｎ型クラッド層からの電子は活性層に供給される。キャリアオーバーフローが生じると電子は活性層から溢れ、該電子はセンタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層を伝搬して、第２ヘテロ界面に到達する。第２ヘテロ界面には第２III族窒化物半導体領域においてミスフィット転位が形成されているので、第２ヘテロ界面に到達した上記オーバーフロー電子はミスフィット転位を介して非発光再結合により消失する。
【００５６】
オーバーフロー電子は非発光再結合の過程によりエネルギーを放出する。発明者らの知見によれば、多数生じる非発光再結合の少なくとも一部において生成されるエネルギーは、活性化されたｐ型ドーパントが残留水素と再結合する反応を生成可能な大きさである。このため、第２III族窒化物半導体領域内において遊離した残留水素は、既に活性化されたｐ型ドーパントに結合してアクセプタキラーとして作用する。ｐ型ドーパントを供給することなくセンタ半導体領域が成長されるので、センタ半導体領域は実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。一方、第２III族窒化物半導体領域の一部又は全部は、活性化されたｐ型ドーパント及び残留水素を共に含む。しかしながら、この窒化物半導体発光素子では第２ヘテロ界面の両側に大量の水素が残留しているのではないので、残留水素が第２ヘテロ界面における再結合に起因するエネルギーを受け取る可能性を低減できる。また、オーバーフロー電子はミスフィット転位を介して非発光再結合するため、第２III族窒化物半導体領域で非発光再結合する割合が低減する。よって、第２III族窒化物半導体領域内の残留水素が非発光再結合に起因するエネルギーを受け取る割合を低減することができる。
【００５７】
したがって、活性化されたｐ型ドーパントが、遊離した残留水素と再結合することを低減でき、また該再結合に起因する第２III族窒化物半導体領域の比抵抗の増加を低減できる。
【００５８】
本発明に係る作製方法では、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して、４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜していることができる。
【００５９】
この作製方法によれば、半極性主面が第１III族窒化物半導体領域の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜するとき、第２III族窒化物半導体領域の成長の際に取り込まれる水素が抜けにくい。このため、窒化物半導体発光素子に残留する水素の総量を低減することが容易ではない。
【００６０】
本発明に係る作製方法では、前記ミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上であることができる。この作製方法によれば、第２III族窒化物半導体領域とセンタ半導体領域とのヘテロ界面におけるミスフィット転位密度が５×１０３ｃｍ−１以上であるとき、ヘテロ界面のミスフィット転位が、活性層からオーバーフローしてきた電子を非発光過程を介して消失させる。
【００６１】
本発明に係る作製方法では、前記ミスフィット転位の密度は５×１０５ｃｍ−１以下であることができる。この作製方法によれば、第２III族窒化物半導体領域に係るヘテロ界面のミスフィット転位の形成が素子特性に関して許容可能である。また、発光層に到達するホール濃度の著しい低下を避けることができる。
【００６２】
本発明に係る作製方法では、前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は、０．０１５以上であり、０．０５５以下であることができる。このとき、第２ヘテロ界面において第２III族窒化物半導体にミスフィット転位を導入する条件を満たしやすくなる。本発明に係る作製方法では、前記第２ＩｎＧａＮ層における水素濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下であることができる。この作製方法によれば、第２ＩｎＧａＮ層はｐ型ドーパントを提供することなく成長される。
【００６３】
本発明に係る作製方法では、前記第２III族窒化物半導体領域の前記ｐ型クラッド層は前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成すことができる。この作製方法によれば、ｐ型クラッド層は第２ＩｎＧａＮ層に接合を成すように成長される。
【００６４】
本発明に係る作製方法においては、前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始から第１半導体領域を成長し、該第１半導体領域の成長の後に第２半導体領域を成長し、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、前記第１半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成し、前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記ｐ型クラッド層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有することができる。
【００６５】
この作製方法によれば、第１半導体領域及びｐ型クラッド層のバンドギャップは、第２半導体領域のバンドギャップより大きいので、第２ヘテロ界面におけるミスフィット転位を制御して導入することが容易になる。
【００６６】
本発明に係る作製方法では、前記センタ半導体領域の成長では、ｐ型ドーパントを供給せずに前記第２ＩｎＧａＮ層を成長し、前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始からｐ型ドーパントを供給せずに第３半導体領域を成長し、該第３半導体領域の成長の後にｐ型ドーパントを供給しながら第４半導体領域を成長し、前記第３半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成すことができる。
【００６７】
この作製方法によれば、第２III族窒化物半導体領域の成長では、第２III族窒化物半導体領域の成長の開始からｐ型ドーパントを供給せずに第３半導体領域を成長した後に、ｐ型ドーパントを供給しながら第４半導体領域を成長するので、ｐ型ドーパントを添加しながら成長した半導体領域を第２ヘテロ界面から離すことができる。
【００６８】
本発明に係る作製方法では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始からｐ型ドーパントを供給しながら前記第２III族窒化物半導体領域を成長することができる。この作製方法によれば、第２III族窒化物半導体領域の全体にわたってｐ型ドーパントを添加できる。
【００６９】
本発明は、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）複数の基板を準備する工程と、（ｂ）前記複数の基板上に、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを変更して、III族窒化物半導体からなりｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、複数のＩｎＧａＮ層を含むセンタ半導体領域と、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域とを備えるエピタキシャル基板を形成する工程と、（ｃ）電極を形成するために前記エピタキシャル基板を加工して、複数の基板生産物を形成する工程と、（ｄ）前記基板生産物から複数の窒化物半導体発光素子を作製する工程と、（ｅ）前記複数の窒化物半導体発光素子の各々に対して、通電試験を行って通電の前後における順方向電圧の差に係る評価を行う工程と、（ｆ）前記評価に基づき、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを決定する工程と、（ｄ）決定されたタイミングを用いて、窒化物半導体発光素子を作製する工程とを備える。前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含む。
【発明の効果】
【００７０】
以上説明したように、本発明によれば、通電に伴う順方向電圧Ｖｆの変動を低減できる構造を有する窒化物半導体発光素子を提供でき、またこの窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子に係る構造を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、窒化物半導体レーザＬＣの構造を示す図面である。
【図３】図３は、この窒化物半導体レーザＬＣに連続的に通電して長期間にわたり順方向電圧の変化を測定した特性を示す図面である。
【図４】図４は、ｐ型半導体層の抵抗変動のメカニズムを模式的に示す図面である。
【図５】図５は、オーバーフローした電子の非発光再結合の領域と残留水素濃度の大きい領域とを互いに分離する領域分離に係る構造を示す図面である。
【図６】図６は、オーバーフローした電子の非発光再結合の領域と残留水素濃度の大きい領域とを互いに分離する領域分離に係る構造を示す図面である。
【図７】図７は、窒化ガリウム系半導体中のマグネシウム濃度及び水素濃度を示す図面である。
【図８】図８は、半極性面上に作製されるリッジ型窒化物半導体レーザを示す図面である。
【図９】図９は、窒化物半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例に係る構造Ｉ、構造Ｊ及び構造Ｋを模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、実施例に係る構造Ｌ及び構造Ｍを示す図面である。
【図１２】図１２は、実施例に係る構造Ｐを示す図面である。
【図１３】図１３は、実施例に係る構造Ｑを示す図面である。
【図１４】図１４は、Ｉｎ組成及び膜厚の積和に係る実施例を示す図面である。
【図１５】図１５は、窒化物半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
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、窒化物半導体発光素子、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法に係る本発明の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。
【００７３】
図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子に係る構造を示す図面である。図１には、ＸＹＺ座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが記載されている。結晶座標系ＣＲはｃ軸、ａ軸及びｍ軸を有する。図１を参照すると、窒化物半導体発光素子１１は、利得導波路型構造を有するけれども、リッジ構造、及びその他の構造を有することもできる。
【００７４】
窒化物半導体発光素子１１は、第１III族窒化物半導体領域１３、及びセンタ半導体領域１９、及び第２III族窒化物半導体領域１７を含む。センタ半導体領域１９は、活性層１５、第１ＩｎＧａＮ層２１ａ、及び第２ＩｎＧａＮ層２５ａを含み、活性層１５は第１ＩｎＧａＮ層２１ａと第２ＩｎＧａＮ層２５ａとの間に設けられる。一実施例では、第１ＩｎＧａＮ層２１ａは活性層１５と接触を成し、活性層１５は第２ＩｎＧａＮ層２５ａと接触を成す。センタ半導体領域１９は、第１III族窒化物半導体領域１３上に設けられる。第２III族窒化物半導体領域１７は、センタ半導体領域１９上に設けられる。第１III族窒化物半導体領域１３は、窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面１３ａを有する。活性層１５は、窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面１５ａを有する。第２III族窒化物半導体領域１７は、窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面１７ａを有する。
センタ半導体領域１９は、第１III族窒化物半導体領域１３の半極性主面１３ａと第２III族窒化物半導体領域１７との間に設けられ、センタ半導体領域１９は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなる。第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなる。センタ半導体領域１９は、第１III族窒化物半導体領域１３上に設けられた複数のＩｎＧａＮ層を含む。
【００７５】
第１III族窒化物半導体領域１３は、第１内側半導体層２１ｂ及びｎ型クラッド層２３を含む。第１内側半導体層２１ｂはｎ型クラッド層２３上に設けられる。一実施例では、ｎ型クラッド層２３は第１内側半導体層２１ｂに接触を成す。センタ半導体領域１９は、第１内側半導体層２１ｂ上に設けられる。一実施例では、センタ半導体領域１９は、第１III族窒化物半導体領域１３（第１内側半導体層２１ｂ）に接触を成す。第１ＩｎＧａＮ層２１ａから第１内側半導体層２１ｂまでの半導体領域はｎ側光ガイド層を構成する。図１に示される実施例では、この光ガイド層は第１ＩｎＧａＮ層２１ａ及び第１内側半導体層２１ｂを含み、第１内側半導体層２１ｂは第１ＩｎＧａＮ層２１ａに接合を成す。第１内側半導体層２１ｂは、例えばＧａＮ等からなることができる。
【００７６】
第２III族窒化物半導体領域１７は、第２内側半導体層２５ｂ及びｐ型クラッド層２７を含む。ｐ型クラッド層２７は第２内側半導体層２５ｂ上に設けられる。一実施例では、第２内側半導体層２５ｂはｐ型クラッド層２７に接触を成す。第２内側半導体層２５ｂはセンタ半導体領域１９上に設けられる。一実施例では、センタ半導体領域１９は、第２III族窒化物半導体領域１７（第２内側半導体層２５ｂ）に接触を成す。第２ＩｎＧａＮ層２５ａから第２内側半導体層２５ｂまでの半導体領域はｐ側光ガイド層を構成する。図１に示される実施例では、この光ガイド層は第２ＩｎＧａＮ層２５ａ及び第２内側半導体層２５ｂを含み、第２内側半導体層２５ｂは第２ＩｎＧａＮ層２５ａにヘテロ接合を成す。第２内側半導体層２５ｂは、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００７７】
第１内側半導体層２１ｂは活性層１５とｎ型クラッド層２３との間に設けられる。第１ＩｎＧａＮ層２１ａは活性層１５と第１内側半導体層２１ｂとの間に設けられる。第２内側半導体層２５ｂは活性層１５とｐ型クラッド層２７との間に設けられる。第２ＩｎＧａＮ層２５ａは活性層１５と第２内側半導体層２５ｂとの間に設けられる。電極４１は、第２III族窒化物半導体領域１７上に設けられ、第２III族窒化物半導体領域１７の表面に接触を成す。第１III族窒化物半導体領域１３、センタ半導体領域１９及び第２III族窒化物半導体領域１７は、積層軸Ａｘ（座標系ＳのＺ軸の方法）に沿って順に配列される。
【００７８】
光閉じ込めの視点からは、第１ＩｎＧａＮ層２１ａ、第１内側半導体層２１ｂ、活性層１５、第２ＩｎＧａＮ層２５ａ及び第２内側半導体層２５ｂはコア領域３１を構成し、コア領域３１はｎ型クラッド層２３とｐ型クラッド層２７との間に設けられる。ｎ型クラッド層２３、コア領域３１及びｐ型クラッド層２７は光導波路構造を構成する。
【００７９】
第１内側半導体層２１ｂは第１ＩｎＧａＮ層２１ａと第１ヘテロ接合ＨＪ１を構成する。ｎ型クラッド層２３はIII族窒化物半導体からなり、第１ヘテロ接合ＨＪ１は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角Ａｎｇｌｅで傾斜する。図１では、ｎ型クラッド層２３における基準面は、結晶座標系ＣＲのｃ軸の方向を示す軸（ベクトルＶＣで示される軸）に直交する。
【００８０】
第２内側半導体層２５ｂは第２ＩｎＧａＮ層２５ａと第２ヘテロ接合ＨＪ２を構成する。ｎ型クラッド層２３はIII族窒化物半導体からなり、第２ヘテロ接合ＨＪ２は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角Ａｎｇｌｅで傾斜する。
【００８１】
活性層１５は、一又は複数の井戸層３３ａを含み、該井戸層３３ａは例えば窒化ガリウム系半導体からなり、井戸層３３ａは例えばＩｎＧａＮ層を含むことができる。井戸層３３ａは圧縮歪みを内包する。
【００８２】
活性層１５は、必要な場合には、複数の井戸層３３ａ及び少なくとも１つの障壁層３３ｂを含むことができる。隣り合う井戸層３３ａの間には障壁層３３ｂが設けられる。活性層１５の最外層は、井戸層からなることができる。障壁層３３ｂは例えば窒化ガリウム系半導体からなり、障壁層３３ｂは例えばＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層を含むことができる。活性層１５において最もｎ型クラッド層２３に近い井戸層３３ａは、第１ＩｎＧａＮ層２１ａにヘテロ接合を成す。活性層１５において最もｐ型クラッド層２７に近い井戸層３３ａは、第２ＩｎＧａＮ層２５ａにヘテロ接合を成す。
【００８３】
障壁層３３ｂは、ＧａＮ又はＩｎＧａＮの障壁層を含むとき、障壁層３３ｂは良好な量子井戸構造の形成するために寄与できる。障壁層３３ｂは、総和として厚さ２０ｎｍ以下のＧａＮを含むことができる。厚さ２０ｎｍ以下のＧａＮ層は、ミスフィット転位の制御の容易性に実質的に影響しない。
【００８４】
既に説明したように、第２III族窒化物半導体領域２７は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなる。第２III族窒化物半導体領域１７の厚さＤ１７は５５０ｎｍ以上である。本実施例では、第２III族窒化物半導体領域１７がコンタクト層２９を含むように描かれているが、コンタクト層２９がＧａＮ以上のバンドギャップを有するときに、コンタクト層２９は第２III族窒化物半導体領域１７の膜厚に含められる。
【００８５】
また、既に説明したように、センタ半導体領域１９は、活性層１５、第１ＩｎＧａＮ層２１ａ及び第２ＩｎＧａＮ層２５ａを含む。この活性層１５は、第１ＩｎＧａＮ層２１ａと第２ＩｎＧａＮ層２５ａとの間に設けられる。活性層１５は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備える。これらのＩｎＧａＮ層は、ＩｎＧａＮ井戸層３３ａ、第１ＩｎＧａＮ層２１ａ及び第２ＩｎＧａＮ層２５ａを備える。障壁層３３ｂがＩｎＧａＮからなるときは、センタ半導体領域１９は、一又は複数のＩｎＧａＮ障壁層を含む。このように、センタ半導体領域１９は、第１III族窒化物半導体領域１３上に設けられた複数のＩｎＧａＮ層を含む。センタ半導体領域１９内の複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有する。層厚における単位はナノメートルであり、各ＩｎＧａＮ層のインジウム組成と層厚との積をセンタ半導体領域１９にわたって総和した値は８以上である。
【００８６】
センタ半導体領域１９の第１ＩｎＧａＮ層２１ａは、第１III族窒化物半導体領域１３に接触を成して第１ヘテロ界面ＨＪ１を構成する。センタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａは第２III族窒化物半導体領域１７に接触を成して第２ヘテロ界面ＨＪ２を構成する。第２III族窒化物半導体領域１７は該第２ヘテロ界面ＨＪ２においてミスフィット転位を含む。センタ半導体領域１９は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。
【００８７】
この窒化物半導体発光素子１１によれば、センタ半導体領域１９が複数のＩｎＧａＮ層２１ａ、２５ａ、３３ａを備えると共にセンタ半導体領域１９の窒化ガリウム系半導体がＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する一方で、第２III族窒化物半導体領域１７がＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなる。
【００８８】
センタ半導体領域１９内の全てのＩｎＧａＮ層（例えばＩｎＧａＮ層２１ａ、２５ａ、３３ａ）の各々におけるインジウム組成及び層厚の積をセンタ半導体領域１９の全体にわたって加算した値が８以上である共に第２III族窒化物半導体領域１７の厚さが５５０ｎｍ以上であるとき、センタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａが第２III族窒化物半導体領域１７に接触を成した第２ヘテロ界面ＨＪ２において、第２III族窒化物半導体領域１７はミスフィット転位を含む。
【００８９】
ｎ型クラッド層２３からの電子は活性層１５に供給される。キャリアオーバーフローが生じると電子は活性層１５から溢れ、該電子はセンタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａを伝搬して、第２ヘテロ界面ＨＪ２に到達する。第２ヘテロ界面ＨＪ２には第２III族窒化物半導体領域１７においてミスフィット転位が形成されているので、第２ヘテロ界面ＨＪ２に到達した上記オーバーフロー電子はミスフィット転位を介して非発光再結合により消失する。
【００９０】
オーバーフロー電子は非発光再結合の過程によりエネルギーを放出する。発明者らの知見によれば、非発光再結合の少なくとも一部において生成されるエネルギーは、活性化されたｐ型ドーパントが残留水素と再結合する反応を生成可能な大きさである。このため、第２III族窒化物半導体領域１７内において遊離した残留水素は、既に活性化されたｐ型ドーパントに結合してアクセプタキラーとして作用する。ｐ型ドーパントを供給することなくセンタ半導体領域１９が成長されるので、センタ半導体領域１９は実質的に該ｐ型ドーパントを含まない。一方、第２III族窒化物半導体領域１７の一部又は全部は、活性化されたｐ型ドーパント及び残留水素の両方を含む。しかしながら、この窒化物半導体発光素子１１では第２ヘテロ界面ＨＪ２の両側に大量の水素が残留しているのではないので、残留水素が第２ヘテロ界面ＨＪ２における再結合に起因するエネルギーを受け取る可能性を低減できる。また、オーバーフロー電子はミスフィット転位を介して非発光再結合するため、第２III族窒化物半導体領域１７で非発光再結合する割合が低減する。よって、第２III族窒化物半導体領域１７内の残留水素が非発光再結合に起因するエネルギーを受け取る割合を低減することができる。
【００９１】
したがって、活性化されたｐ型ドーパントと遊離した残留水素との再結合の発生を低減でき、また該再結合に起因する第２III族窒化物半導体領域の比抵抗の増加を低減できる。
【００９２】
窒化物半導体発光素子１１は、基板３９を更に備えることができる。基板３９は、III族窒化物半導体からなる半極性主面３９ａを有する。半極性主面３９ａは、III族窒化物半導体のｃ軸の方向の延在する軸（ベクトルＶＣで示される軸Ｃｘ）に直交する基準面Ｓｃに対して傾斜する。第２ヘテロ界面ＨＪ２の傾斜は、第１III族窒化物半導体領域１３、センタ半導体領域１９、及び第２III族窒化物半導体領域１７を搭載する基板３９の半極性主面３９ａの傾斜により規定される。基板３９の裏面３９ｂには、電極４３が設けられる。
【００９３】
半極性主面３９ａと基準面Ｓｃとの成す角度（実質的に角度Ａｎｇｌｅにほぼ等しい角度）は、４０度以上８０度以下又は１１０度以上１７０度以下の範囲にあることができる。これらの角度範囲は、半極性面をｃ面から区別することを可能にする。
【００９４】
第１III族窒化物半導体領域１３、センタ半導体領域１９及び第２III族窒化物半導体領域１７は、半極性主面３９ａ上に搭載される。上記の基板３９上にエピタキシャル成長されるＩｎＧａＮ層がＧａＮ、ＡｌＧａＮ等とヘテロ接合を成す。基板３９はＧａＮからなることができる。ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長されるＩｎＧａＮ層には、圧縮歪みが内包される。基板３９のIII族窒化物半導体はＧａＮからなるとき、ミスフィット転位の生成の制御が容易になる。
【００９５】
また、傾斜角Ａｎｇｌｅは、該窒化ガリウム系半導体のｃ面を基準にして４０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。また、ｃ面の傾斜は、基板３９のIII族窒化物半導体のｃ軸からIII族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸に向かう方向に成されることができる。この基板３９の半極性主面の利用は、第２ヘテロ界面ＨＪ２におけるミスフィット転位の生成だけでなく、第１ヘテロ界面ＨＪ１におけるミスフィット転位の生成の制御を容易にする。ミスフィット転位は、ｃ面がすべり面として作用して生成され、ｃ面に印加されるせん断応力は傾斜角４５度において大きくなる。
【００９６】
さらに、基板３９の半極性主面３９ａは、該III族窒化物半導体のｃ面を基準にして６３度以上８０度以下の範囲の傾斜角Ａｎｇｌｅで傾斜する。傾斜角Ａｎｇｌｅは６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。上記の傾斜角Ａｎｇｌｅの半極性面３９ａは、均質なＩｎ取り込み及び高Ｉｎ組成の窒化ガリウム系半導体の成長を可能にする。また、第１III族窒化物半導体領域１３の半極性主面１３ａが該窒化ガリウム系半導体のｃ面を基準にして６３度以上８０度以下の範囲の傾斜角で傾斜するとき、この半極性主面１３ａ上に成長されるＩｎＧａＮは優れたＩｎ取り込みを有しており、また組成均一性に優れている。また、この角度範囲においては、ＩｎＧａＮは低い点欠陥密度を有することができる。
【００９７】
活性層１５は、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成するように設けられることができる。５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲に発光波長を低要する活性層は、大きなインジウム組成のＩｎＧａＮ井戸層を必要とする。５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成する活性層１５は、半極性面を利用して作製される。
【００９８】
窒化物半導体発光素子１１では、第１III族窒化物半導体領域１３の半極性主面１３ａは、第１III族窒化物半導体領域１３の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して、４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜していることができる。この傾斜角の範囲では、第２III族窒化物半導体領域１７の成長の際に取り込まれる水素が抜けにくい。このため、窒化物半導体発光素子１１に残留する水素の総量を低減することが容易ではない。
【００９９】
ヘテロ接合ＨＪ２におけるミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上であることが好ましい。第２III族窒化物半導体領域１７とセンタ半導体領域１９とのヘテロ界面ＨＪ２におけるミスフィット転位密度が５×１０３ｃｍ−１以上であるとき、ヘテロ界面ＨＪ２のミスフィット転位が、活性層１５からオーバーフローしてきた電子を非発光過程を介して消失させることができる。
【０１００】
ヘテロ接合ＨＪ２におけるミスフィット転位の密度は５×１０５ｃｍ−１以下であることが好ましい。第２III族窒化物半導体領域１７に係るヘテロ界面ＨＪ２のミスフィット転位の形成が素子特性に関して許容可能である。また、第２III族窒化物半導体領域１７から活性層１５に到達するホール濃度の著しい低下を避けることができる。
【０１０１】
第２ＩｎＧａＮ層２５ａにおける水素濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下であることができる。第２ＩｎＧａＮ層２５ａがアンドープとして成長されるとき、第２ＩｎＧａＮ層２５ａにおける水素濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下になる。
【０１０２】
第２ＩｎＧａＮ層２５ａのインジウム組成に関しては、第２ＩｎＧａＮ層２５ａのインジウム組成が０．０１５以上であるとき、第２III族窒化物半導体領域１７とセンタ半導体領域１９とのヘテロ界面ＨＪ２におけるミスフィット転位の導入と制御が容易になる。また、第２ＩｎＧａＮ層２５ａのインジウム組成が０．０５５以下であるとき、過度なミスフィット転位の導入や第２ＩｎＧaＮ層２５ａの結晶品質の悪化を避けることができる。また、この範囲のインジウム組成では、光閉じ込めを良好にできる。
【０１０３】
第１III族窒化物半導体領域１３に係るヘテロ接合ＨＪ１におけるミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上であることが好ましい。第１III族窒化物半導体領域１３とセンタ半導体領域１９とのヘテロ界面ＨＪ１におけるミスフィット転位密度が５×１０３ｃｍ−１以上であるとき、第２III族窒化物半導体領域１７とセンタ半導体領域１９とのヘテロ界面ＨＪ２におけるミスフィット転位の密度を好適な範囲に制御できる。
【０１０４】
ヘテロ接合ＨＪ１におけるミスフィット転位の密度は５×１０５ｃｍ−１以下であることが好ましい。第１III族窒化物半導体領域１３に係るヘテロ界面ＨＪ１のミスフィット転位の形成が素子特性に関して許容可能である。また、第１III族窒化物半導体領域１３から活性層１５に到達する電子濃度の著しい低下を避けることができる。
【０１０５】
センタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａは、第２III族窒化物半導体領域１７の第１窒化ガリウム系半導体層に接触を成して第２ヘテロ界面ＨＪ２を構成する。第２III族窒化物半導体領域１７の第１窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮであることができる。
【０１０６】
第２III族窒化物半導体領域１７の全体にわたってｐ型ドーパントが添加されているので、第２III族窒化物半導体領域１７の比抵抗が低減されることができる。例えばｐ型ＧａＮガイド層のｐ型ドーパント濃度は、例えば５×１０１７〜５×１０１８ｃｍ−３程度である。
【０１０７】
ｎ側光ガイド層２１については、第１ＩｎＧａＮ層２１ａのインジウム組成は、０．０１５以上であり、０．０５５以下であることが好ましい。第１ＩｎＧａＮ層２１ａのインジウム組成が０．０１５以上であるとき、第１III族窒化物半導体領域１３とセンタ半導体領域１９とのヘテロ界面ＨＪ１におけるとミスフィット転位密度、ひいては第２III族窒化物半導体領域１７とセンタ半導体領域１９とのヘテロ界面ＨＪ２におけるミスフィット転位密度の導入と制御が容易になる。また、第１ＩｎＧａＮ層２１ａのインジウム組成が０．０５５以下であるとき、過度なミスフィット転位の導入や第１ＩｎＧaＮ層２１ａの結晶品質の悪化を避けることができる。また、この範囲のインジウム組成では、光閉じ込めを良好にできる。
【０１０８】
図１を参照すると、窒化物半導体発光素子１１に適用可能な構造Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４が例示されている。
構造Ａ１。
第２III族窒化物半導体領域１７の第２内側半導体層２５ｂはＧａＮ層からなり、第２内側半導体層２５ｂのＧａＮ層は、センタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａに接触を成して第２ヘテロ界面ＨＪ２を構成する。
【０１０９】
この構造Ａ１によれば、ミスフィット転位に係る第２テロ界面は、センタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層２５ａと第２III族窒化物半導体領域のＧａＮ層との接触により形成される。ＧａＮは光ガイド層として機能する。
第２ヘテロ界面ＨＪ２を境にして、第２内側半導体層２５ｂはｐ型ドーパントを含み、第２ＩｎＧａＮ層２５ａはアンドープ層として成長される。
構造Ａ２。
構造Ａ１と同様に、第２内側半導体層２５ｂのＧａＮ層は第２ＩｎＧａＮ層２５ａに接触を成して第２ヘテロ界面ＨＪ２を構成する。この構造Ａ２によれば、ミスフィット転位に係る第２テロ界面は、センタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａと第２III族窒化物半導体領域１７のＧａＮ層との接触により形成される。
【０１１０】
ｐ型ドーパントプロファイルの視点からは、第２ヘテロ界面ＨＪ２を境にして、第２ＩｎＧａＮ層２５ａはアンドープ層として成長される。或いは、第２III族窒化物半導体領域１７の一部（例えば第２内側半導体層２５ｂの一部又は全部）がアンドープ層として成長され、また第２III族窒化物半導体領域１７の残り（例えばｐ型クラッド層２７及びｐ型コンタクト層２９）がｐ型ドーパントを含み、ｐ導電性を示す。本構造及び他の構造において、第２III族窒化物半導体領域１７がアンドープ層を含む実施例では、このアンドープ層の膜厚は３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１１１】
また、第２III族窒化物半導体領域１７は、実質的にアンドープの第１半導体層と、ｐ型ドープの第２半導体層とを含む。第２半導体層は、第１半導体層と同じ材料又は異なる材料であってもよい。第１半導体層の厚さは第２半導体層の厚さより薄い。第１半導体層が第２ヘテロ界面ＨＪ２において第２ＩｎＧａＮ層２５ａに接合を成すと共に第１半導体層のバンドギャップが第２半導体層のバンドギャップより大きいので、第２ＩｎＧａＮ層２５ａに対するバリアとして機能し、活性層１５から溢れてきた電子を阻止できる。第２III族窒化物半導体領域１７におけるオーバーフロー電子の非発光再結合が低減するため、第２III族窒化物半導体領域１７の残留水素がｐ型ドーパントと再結合することを抑制できる。第２III族窒化物半導体領域１７がアンドープ層として第１半導体層を含むとき、このアンドープ層の膜厚は３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。キャリア注入効率や抵抗の顕著な悪化を招くことなく、第２ヘテロ界面ＨＪ２近傍の水素濃度を減らすことができる。
構造Ａ３。
第２III族窒化物半導体領域１７の第２内側半導体層２５ｂはＡｌＧａＮ層からなり、第２内側半導体層２５ｂのＡｌＧａＮ層は、センタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａに接触を成して第２ヘテロ界面ＨＪ２を構成する。
【０１１２】
この窒化物半導体発光素子によれば、ミスフィット転位に係る第２テロ界面は、センタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａと第２III族窒化物半導体領域１７のＡｌＧａＮ層との接触により形成される。ＡｌＧａＮは電子ブロック層として作用する。第２III族窒化物半導体領域１７は、第２内側半導体層２５ｂに加えて第３内側半導体層２５ｃを含むことができる。第３内側半導体層２５ｃは例えばＧａＮ層を含むことができる。第２内側半導体層２５ｂは、第２ＩｎＧａＮ層２５ａと第３内側半導体層２５ｃとの間に位置し、第２ＩｎＧａＮ層２５ａ及び第３内側半導体層２５ｃに接触を成す。この形態では、第３内側半導体層２５ｃのバンドギャップはクラッド層２７より小さいバンドギャップを有するので、第３内側半導体層２５ｃは光ガイド層に含まれる。
【０１１３】
ＡｌＧａＮ層のアルミニウム組成は０．０２以上０．０６以下の範囲にあることが好ましい。ＡｌＧａＮ層の膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることができる。ＡｌＧａＮ層のアルミニウム組成が０．０２以上であるとき、このＡｌＧａＮ層は、ミスフィット転位密度の制御に効果的である。また、ＡｌＧａＮ層の膜厚が５ｎｍ以上であるとき、このＡｌＧａＮ層は、ミスフィット転位密度の制御に効果的である。ＡｌＧａＮのアルミニウム組成が０．０６以下であるとき、このＡｌＧａＮ層の結晶品質の低下が抑制される。また、ＡｌＧａＮ層の膜厚が３０ｎｍ以下であるとき、このＡｌＧａＮ層の結晶品質の低下が抑制される。Ａｌ組成の増大は、本件の半極性面に関しては酸素濃度の増加に起因してｐ型特性の低下を引き起こる可能性がある。このｐ型特性の低下は、電子オーバーフローの増加に係る新たに原因を招くことになる。
【０１１４】
ｐ型ドーパントプロファイルの視点からは、第２ＩｎＧａＮ層２５ａはｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に、第２内側半導体層２５ｂはｐ型ドーパントを添加しながら成長されることができる。
【０１１５】
或いは、第２III族窒化物半導体領域１７は、実質的にアンドープの第１半導体層と、ｐ型ドープの第２半導体層とを含むことができる。ここで、第２III族窒化物半導体領域１７がアンドープ層として第１半導体層を含むとき、このアンドープ層の膜厚は３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。第２半導体層は、第１半導体層とｐ型コンタクト層又はクラッド層２７との間に設けられる。第１半導体層（例えば第２内側半導体層２５ｂ）は、第２ヘテロ界面ＨＪ２においてセンタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａに接合を成す。第１半導体層は、ｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に、第２半導体層は、ｐ型ドーパントを添加しながら成長されることができる。これ故に、ｐ型ドーパントを添加しながら成長される半導体を、第２ヘテロ界面から離すことができ、第２ヘテロ界面ＨＪ２近傍の水素濃度を減らすことができる。
【０１１６】
例えば、第２ＩｎＧａＮ層２５ａはアンドープであり、第２内側半導体層２５ｂ（例えばＡｌＧａＮ層）の一部又は全部はアンドープとして成長される。第２内側半導体層２５ｂの全部がアンドープとして成長されるとき、第３内側半導体層（例えばＧａＮ層）２５ｃの一部又は全部はアンドープとして成長されることができる。
【０１１７】
構造Ａ４。
センタ半導体領域１９は第３ＩｎＧａＮ層２５ｄを含むことができ、また第３ＩｎＧａＮ層２５ｄは活性層１５と第２ＩｎＧａＮ層２５ａとの間に設けられる。第３ＩｎＧａＮ層２５ｄのバンドギャップはＩｎＧａＮ井戸層３３ａのバンドギャップと第２ＩｎＧａＮ層２５ａのバンドギャップとの間である。第３ＩｎＧａＮ層２５ｄのインジウム組成はＩｎＧａＮ井戸層３３ａのインジウム組成と第２ＩｎＧａＮ層２５ａのインジウム組成との間であることができる。
【０１１８】
この構造Ａ４では、第２ＩｎＧａＮ層２５ａのバンドギャップが第３ＩｎＧａＮ層２５ｄのバンドギャップより小さいので、第２ＩｎＧａＮ層２５ａはオーバーフロー電子を捕獲できる。また、小さいバンドギャップの第２ＩｎＧａＮ層２５ａは、電子の再結合を促進できる。
【０１１９】
第２ＩｎＧａＮ層２５ａのインジウム組成が第３ＩｎＧａＮ層２５ｄのインジウム組成より大きいので、第２ヘテロ界面ＨＪ２におけるミスフィット転位の導入が容易になる。適切な量のミスフィット転位密度は、電子の再結合の促進による技術的利益を提供できる。
【０１２０】
第２ＩｎＧａＮ層２５ａのＩｎ組成は０．０５以上０．１以下の範囲にあり、第２ＩｎＧａＮ層２５ａの膜厚は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲にあることができる。第２ＩｎＧａＮ層２５ａのＩｎ組成が０．０５以上であるとき、電子の捕獲とミスフィット転位密度の制御が効果的に行われることができる。また、第２ＩｎＧａＮ層２５ａの膜厚が２ｎｍ以上であるとき、電子の捕獲とミスフィット転位密度の制御が効果的に行われることができる。第２ＩｎＧａＮ層２５ａのＩｎ組成が０．１を超えるとき、ＩｎＧａＮ層の結晶性が悪化する可能性があり、所望の範囲にミスフィット転位密度を制御することが容易ではなくなる。また、第２ＩｎＧａＮ層２５ａの膜厚が１０ｎｍを超えるとき、ＩｎＧａＮ層の結晶性が悪化する可能性があり、所望の範囲にミスフィット転位密度を制御することが容易ではなくなる。
【０１２１】
ｐ型ドーパントプロファイルの視点からは、第３ＩｎＧａＮ層２５ｄはｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に、第２内側半導体層２５ｂはｐ型ドーパントを添加しながら成長されることができる。このとき、第２ＩｎＧａＮ層２５ａは通電によって高抵抗化する可能性があるので、厚すぎる膜厚は素子の電気特性を低下させる可能性があり、１０ｎｍ以下のＩｎＧａＮ層を用いることが好ましい。
【０１２２】
或いは、第２III族窒化物半導体領域１７は、実質的にアンドープの第１半導体層と、ｐ型ドープの第２半導体層とを含む。ここで、第２半導体層は、第１半導体層とｐ型コンタクト層２９又はクラッド層２７との間に設けられる。第１半導体層（例えば第２内側半導体層２５ｂ）は、第２ヘテロ界面ＨＪ２においてセンタ半導体領域１９の第２ＩｎＧａＮ層２５ａに接合を成す。第１半導体層は、ｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に、第２半導体層は、ｐ型ドーパントを添加しながら成長されることができる。これ故に、ｐ型ドーパントを添加しながら成長される半導体を、第２ヘテロ界面から離すことができ、第２ヘテロ界面ＨＪ２近傍の水素濃度を減らすことができる。
【０１２３】
例えば、第２ＩｎＧａＮ層２５ａはアンドープであり、第２内側半導体層２５ｂ（例えばＧａＮ層）の一部又は全部はアンドープとして成長される。
【０１２４】
小さいバンドギャップの第２ＩｎＧａＮ層２５ａをｐ型ドーパントを添加せずに成長できる。しかしながら、第２ＩｎＧａＮ層２５ａをｐ型ドーパントを添加しながら成長するようにしても良い。
【０１２５】
（実施例１）
図２は、窒化物半導体レーザＬＣの構造を示す図面である。窒化物半導体レーザＬＣは面方位（２０−２１）面ＧａＮ基板（以下「ｍ７５度オフ」として参照する）を用いる。窒化物半導体レーザＬＣを参照すると、ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の途中までｐ型ドーパントが添加されている。これ故に、ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層とｐ型ＧａＮガイド層とのヘテロ界面は完全にｐ型領域に含まれて、ヘテロ界面の両側には共に大きな濃度のｐ型ドーパント及び水素が存在する。窒化物半導体レーザＬＣでは、ｐ型ドーパントを含むｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層では、活性層からオーバーフローした電子が、ＩｎＧａＮ光ガイド層中の欠陥を介した非発光再結合によりホールと再結合する。
【０１２６】
図３は、この窒化物半導体レーザＬＣに連続的に通電して長期間にわたり順方向電圧の変化を測定した特性を示す図面である。ｍ７５度オフＧａＮ基板を用いた図２に示す窒化物半導体レーザＬＣは、図３に示されるように、通電によって順方向電圧Ｖｆが上昇する。発明者らの実験から、この順方向電圧Ｖｆの上昇は、アノード側のオーミック電極の劣化ではないことが示されている。更なる実験により、ｐ型半導体層の抵抗が高くなるように変動していることが分かっている。このような比抵抗変動は、ｃ面ＧａＮ基板を用いる窒化物半導体レーザでは、発明者らが知る限りにおいて、これまでに報告されていない。この点から、半極性面に特有の現象であると考えられる。
【０１２７】
図４は、ｐ型半導体層の抵抗変動のメカニズムを模式的に示す図面である。ｐ層とｎ層とが接合を成しており、ダイオードの基本的な構造を示す。図４の（ａ）部に示されるように、as-grownでは、ｐ型ドーパントのＭｇは水素によって不活性化されている。この水素以外に、結晶中の空孔に結合している水素や格子間に位置する水素も存在する。
【０１２８】
図４の（ｂ）部に示されるように、何らかの活性化法により、ｐ型半導体領域から水素が抜けて、ｐ型半導体領域がｐ導電性を示すようになり、低い抵抗を示すようになる。このように作製された窒化物半導体レーザＬＣは、通電により緑色のレーザ光を発生する。
【０１２９】
図４の（ｃ）部に示されるように、通電中に活性層からｐ型半導体領域にオーバーフローした電子は非発光再結合により消失する。この消失の際に、ｐ型半導体領域中に残留していた水素（例えば、空孔と結合していた水素や格子間に位置していた水素）にエネルギーを与える。エネルギを得た水素の一部分はＭｇに結合して再びｐ型ドーパントのＭｇを不活性化して、この不活性化がｐ型半導体領域の抵抗を上昇させる（高抵抗化）。
【０１３０】
（実施例２）
上記のようなメカニズムに基づき、電子のオーバーフローを低減できる構造、や電子のオーバーフローにより劣化しないｐ型半導体領域の構造、等について検討してきた。この検討から、半極性面を用いる窒化物半導体レーザでは、図５及び図６に示されるような、領域分離（オーバーフローした電子の非発光再結合の領域と残留寿水素濃度の大きい領域とを互いに分離する）ことが好適であることを見出した。
【０１３１】
図５の（ａ）は、領域分離構造Ｅの一例を示す図面である。ＩｎＧａＮガイド層とｐ−ＧａＮガイド層とはヘテロ界面ＨＪを構成しており、この界面にはミスフィット転位が形成されている。エピタキシャル成長の際に、ｐ型ドーパントの供給をヘテロ界面ＨＪから行う。領域分離構造Ｅでは、ミスフィット転位がｐ型半導体層に近いので、ホール(ｐ側おけるマジョリティキャリア)の非発光再結合による減少は非常に小さい。
【０１３２】
図５の（ｂ）は、領域分離構造Ｆの一例を示す図面である。ヘテロ界面ＨＪを形成した後にヘテロ界面ＨＪから離れた位置からｐ型ドーパントの供給を開始する。この構造により、非発光再結合が起こるヘテロ界面ＨＪと残留水素濃度が大きいｐ型半導体層を離すことができる。ｐ型クラッド層からのホールの一部が、発光層に注入される前にｐ型キャリア濃度の低い領域を通過し、この低キャリア領域において非発光再結合に消費される。これ故に、ヘテロ界面ＨＪのミスフィット転位密度を制御することが好ましい。
【０１３３】
図５の（ｃ）は、領域分離構造Ｇの一例を示す図面である。ＩｎＧａＮガイド層とｐ−ＡｌＧａＮ層とはヘテロ界面ＨＪを構成しており、この界面にはミスフィット転位が形成されている。エピタキシャル成長の際に、ｐ型ドーパントの供給をヘテロ界面ＨＪから行う。ＡｌＧａＮを用いることで、ミスフィット転位密度の制御が容易になる。領域分離構造Ｇでは、ｐ−ＡｌＧａＮ層のＭｇ濃度を低くすることが好適であり（例えばＭｇ濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下）、これによりヘテロ界面ＨＪ近傍の水素濃度を低減できる。
【０１３４】
図５の（ｄ）は、領域分離構造Ｈの一例を示す図面である。
ｐ−ＩｎＧａＮ層とｐ−ＧａＮガイド層とはヘテロ界面ＨＪを構成しており、この界面にはミスフィット転位が形成されている。エピタキシャル成長の際に、ｐ型ドーパントの供給をヘテロ界面ＨＪから行うことができる。しかしながら、ｐ−ＩｎＧａＮ層にｐ型ドーパントを添加してもよい。領域分離構造Ｈでは、再結合は、ヘテロ界面ＨＪのミスフィット転位及び薄いｐ−ＩｎＧａＮ層内のいずれにおいても生じる。ｐ−ＩｎＧａＮ層にｐ型ドーパントを添加する形態では、ｐ−ＩｎＧａＮ層自身が、水素によるＭｇ不活性化の影響で高抵抗になる可能性もあるけれども、このＩｎＧａＮ層のバンドギャップは両隣のバンドギャップより小さく、及び／またはｐ−ＩｎＧａＮ層も薄いので、素子特性に現れるような変動はない。
【０１３５】
図７は、窒化ガリウム系半導体中のマグネシウム濃度（ｐ型ドーパント濃度）及び水素濃度を示す図面である。ｐ型半導体層中の水素濃度は、as-grownとしてＭｇ濃度とほぼ同程度の濃度である。これ故に、活性化処理後の水素濃度はＭｇ濃度に依存する。また、活性化処理の方法によっても、処理後の水素濃度は変化する。図に示されるように、アニール温度が高い場合あるいは処理雰囲気が真空の場合に、水素抜けが促進される傾向がある。
【０１３６】
（実施例３）
ｃ面に作製されるリッジ型窒化物半導体レーザでは、持続的な通電状態の下に置かれるとき、ｐ型窒化物半導体領域の抵抗が高くなることは観察されない。一方、図８に示される、半極性面上に作製されるリッジ型窒化物半導体レーザ１１ａでは、持続的な通電状態の下に置かれるとき、ｐ型窒化物半導体領域の抵抗が高くなる。
【０１３７】
図９は、窒化物半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。工程Ｓ１０１では、半極性ＧａＮ基板１０ａを準備する。この半極性ＧａＮ基板の主面は｛２０−２１｝面を有する。｛２０−２１｝面では、基板のＧａＮのｃ軸はこのＧａＮのｍ軸の方向に７５度の角度で傾斜している。結晶成長は有機金属気相成長法で行われる。工程Ｓ１０２では、成長炉においてＧａＮ基板のサーマルクリーニングを行う。サーマルクリーニングは、アンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を含む雰囲気中で行われ、熱処理温度は、摂氏１０５０度である。この前処理の後に、工程Ｓ１０３では、第１III族窒化物半導体領域１０ｂを成長する。まず、工程Ｓ１０４では、ＧａＮ基板の半極性主面上に、ｎ型ＧａＮ層を成長する。成長温度は摂氏１０５０度である。工程Ｓ１０５では、基板温度を摂氏８４０度に下げた後に、このｎ型ＧａＮ層上にｎ型クラッド層を成長する。本実施例では、ｎ型クラッド層として、厚さ２μｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４である。工程Ｓ１０６では、摂氏８４０度の基板温度において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に、ｎ型ＧａＮ光ガイド層を成長する。
【０１３８】
次いで、工程Ｓ１０７では、センタ半導体領域１０ｃを成長する。まず、工程Ｓ１０８では、ｎ型ＧａＮ光ガイド層をヘテロ接合を成すように、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０４である。これらの光ガイド層からなるｎ側の内側半導体層を形成した後に、工程Ｓ１０９では、この内側半導体層上に活性層を成長する。この実施例では、活性層として、工程Ｓ１１０では、摂氏７９０度の基板温度においてＩｎＧａＮ井戸層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．３０であり、ＩｎＧａＮ層の厚さは２．５ｎｍである。この後に、工程Ｓ１１１では、摂氏８４０度の基板温度においてＩｎＧａＮ層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０４であり、ＩｎＧａＮ層の厚さは２．５ｎｍである。次いで、摂氏７９０度の基板温度においてＩｎＧａＮ井戸層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．３０であり、ＩｎＧａＮ層の厚さは２．５ｎｍである。これらの成長により活性層の作製が完了する。活性層上に、例えば、基板温度を摂氏８４０度に上昇した後に、工程Ｓ１１２では、活性層上にアンドープ又はＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０２である。
【０１３９】
次いで、工程Ｓ１１３では、第２のIII族窒化物半導体領域１０ｄを成長する。アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層にヘテロ接合を成すように、工程Ｓ１１４では、ｐ型ＧａＮ光ガイド層を成長する。これらの光ガイド層からなるｐ側の内側半導体層を形成した後に、工程Ｓ１１５では、この内側半導体層上に厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０２であり、Ａｌ組成は０．０７である。基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、工程Ｓ１１６では、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長する。これらの工程によりエピタキシャル基板を作製できる。
【０１４０】
工程Ｓ１１７では、エピタキシャル基板から基板生産物を作製する。このエピタキシャル基板にフォトリソグラフィ、ドライエッチング及び真空蒸着を適用して、幅２μｍの半導体リッジ及び長さ６００μｍの光共振器のリッジ型窒化ガリウム系半導体レーザを作製する。
【０１４１】
この作製において、第２のIII族窒化物半導体領域をエッチングして半導体リッジを形成する。半導体リッジの加工は、ドライエッチングにより行われる。
【０１４２】
工程Ｓ１１８では、ドライエッチングによる加工により、半導体リッジの上面及び側面が形成される。半導体リッジを形成した後に、工程Ｓ１１９では、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（具体的にはＳｉＯ２）を形成する。この絶縁膜は、半導体リッジの側面及び光ガイド層の表面（エッチングにより形成された表面）を覆うと共に半導体リッジの上面（半極性を示すコンタクト面）に開口を有する。半導体リッジの上に電極を形成する。工程Ｓ１２０では、半導体リッジ上面にはアノード電極（例えばＮｉ／Ａｕ）を蒸着により形成する。このオーミック電極を覆うようにパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。ＧａＮ基板の裏面は研磨して、基板膜厚８０μｍの研磨基板を形成する。このＧａＮ基板の研磨面上の全面にカソード電極（例えばＴｉ／Ａｌ）とパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。これらの工程により、基板生産物が作製される。
【０１４３】
電極を形成した後に、工程Ｓ１２１では、基板生産物の割断を行って光共振器のための端面（へき開面と異なる端面）を形成する。これらの端面上に誘電体多層膜を成膜する。工程Ｓ１２２では、誘電体多層膜はＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。工程Ｓ１２３では、レーザバーの分離により半導体レーザが作製される。これらの工程により、、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜させた半極性ＧａＮ基板｛２０−２１｝面上に半導体レーザが作製される。この半導体レーザは５２０ｎｍ波長帯で発光できる。
【０１４４】
（実施例４）
ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜した半極性主面を有するＧａＮ基板上（（２０−２１）面に相当）に波長５２０ｎｍ帯において動作するレーザ構造を作製する。ＧａＮ基板をアンモニア及び水素の雰囲気内に摂氏１０５０度の温度で、約１０分間、保持して、前処理(サーマルクリーニング)を行う。この後に、ＧａＮ基板の半極性主面上にＳｉドープＧａＮ層を摂氏１０５０度の温度で成長する。基板温度を摂氏８４０度に設定した後に、厚さ２μｍのＳｉドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層（Ｉｎ組成：０．０３、Ａｌ組成：０．１４）層を成長する。基板温度を摂氏８４０度において、下側ＳｉドープＧａＮ光ガイド層を成長する。次いで、下側ＳｉドープＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成：０．０４）を成長する。光ガイド領域上に活性層を成長する。活性層は２ＱＷ構造を有する。ＩｎＧａＮ井戸層は摂氏７９０度の成長温度で成長され、その厚さは３ｎｍであり、Ｉｎ組成は０．３である。ＩｎＧａＮ障壁層は摂氏８４０度の成長温度で成長され、その厚さは２．５ｎｍであり、Ｉｎ組成は０．０４である。基板温度を摂氏８４０度において、活性層上に光ガイド領域を成長する。上側アンドープ又はＭｇドープＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成：０．０４）を成長する。次いで、上側アンドープ又はＭｇドープＧａＮ光ガイド層を成長する。摂氏８４０度の基板温度において、厚さ４００ｎｍのＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層（Ｉｎ組成：０．０２、Ａｌ組成：０．０７）層を成長する。クラッド層上に、摂氏１０００度の温度で、厚さ５０ｎｍのＭｇドープＧａＮコンタクト層を成長する。
【０１４５】
ｐ側半導体領域におけるＭｇ濃度は以下のものである。ここで、例えば「２Ｅ＋１８」の表記は、“２×１０１８”を示す。
上側ＧａＮガイド層：２Ｅ＋１８ｃｍ−３。
ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層：１Ｅ＋１９ｃｍ−３。
ｐ型ＧａＮコンタクト層：１Ｅ＋２０ｃｍ−３。
２つのＩｎＧａＮ井戸層を含む活性層上に成長されたアンドープ層（ＩｎＧａＮ又はＧａＮ）の水素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法の評価において検出下限以下の値：［Ｈ］＜７Ｅ＋１６ｃｍ−３。
２つのＩｎＧａＮ井戸層を含む活性層上に成長されたＭｇドープＩｎＧａＮ又はＧａＮ層のＭｇ濃度：１．５Ｅ＋１７ｃｍ−３。
ｎ側のＩｎＧａＮ／ＧａＮの界面におけるミスフィット転位密度の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像による評価：１．３Ｅ＋５ｃｍ−１。
ｐ側のＩｎＧａＮ／ＧａＮの界面におけるミスフィット転位密度の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像による評価：８Ｅ＋４ｃｍ−１。
ｎ側のヘテロ接合ＨＪ１にも、ｐ側のヘテロ接合ＨＪ２と同じくミスフィット転位が導入される（ほぼ同じ数値範囲）。
【０１４６】
上記のような基本構造を有するレーザ構造の作製において、Ｍｇドーパントの供給開始のタイミングを変更して、５２０ｎｍ帯で動作する３種類のレーザ構造を作製する。図１０において、矢印がＭｇドープ開始位置を示す。
【０１４７】
構造Ｉ、構造Ｊ及び構造Ｋに対して、フォトリソグラフィ、ドライエッチング及び真空蒸着を用いて、幅２μｍ、共振器長６００μｍのリッジ型レーザダイオードを作製する。ドライエッチングにより加工したリッジ側面にはＳｉＯ２を蒸着すると共に、リッジ上面にはｐ側電極としてオーミック電極（Ｎｉ／Ａｕ）を蒸着する。これらを覆うようにｐパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を蒸着する。ＧａＮ基板の裏面を厚さ８０μｍまで研磨した後にｎ側電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を条津悪し、ｎパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を全面に蒸着する。これらの工程により、基板生産物が作製される。
【０１４８】
基板生産物の分離によってレーザバーを成形する。レーザバーの共振器端面には誘電体多層膜（ＳｉＯ２/ＴｉＯ２）を成膜する。このレーザバーに、レーザバーからレーザチップを作製する。このように作製されたレーザダイオードにパルス電流印加によって初期特性を評価したところ、構造Ｉ、構造Ｊ及び構造Ｋのしきい値Ｉｔｈの測定において、これらの代表値は、それぞれ、６０ｍＡ、６０ｍＡ、７０ｍＡである。構造Ｋのしきい値Ｉｔｈは、構造Ｉ及び構造Ｊに比べて若干大きい。この理由は、Ｍｇドープの開始位置が、ミスフィット転位箇所（非発光再結合が起こる位置）から離れていることである考えられる。
【０１４９】
次いで、動作電流２００ｍＡ、環境温度Ｔｃ＝摂氏６０度において、１００時間の通電試験を行う。構造Ｉ、構造Ｊ及び構造Ｋの通電試験の前後の順方向電圧の差△Ｖを測定する。
構造  、順方向電圧の差△Ｖ。
構造Ｉ、０．４ボルト。
構造Ｊ、０．０８ボルト。
構造Ｋ、０．０６ボルト。
構造Ｉ（０．４ボルト）は構造Ｊ及び構造Ｋにおける電圧値に比べて大きい。これは、ミスフィット転位において非発光再結合が生じるヘテロ接合と残留水素が多いＭｇ添加領域が同一であるためと考えられる。構造Ｊ及び構造Ｋにおける順方向電圧の差は構造Ｉに比べて小さく、これはヘテロ接合がＭｇ添加開始位置と同じかＭｇ添加領域から離れていることに起因すると考えられる。好ましい値として、ミスフィット転位の界面からＭｇドープ開始位置までの距離は２０ｎｍ以下である。この範囲では、通電による順方向電圧変化、及び初期電気特性の両方を満たすことができる。
【０１５０】
（実施例５）
実施例４における構造Ｊにおいて、ｐ側ＧａＮガイド層のＭｇ濃度を変化させて、構造Ｌ及び構造Ｍを作製する。構造Ｌ及び構造Ｍは図１１に示される。
構造  、Ｍｇ濃度［Ｍｇ］、水素濃度［Ｈ］、順方向電圧の差△Ｖ。
構造Ｊ、２Ｅ＋１８ｃｍ−３、１．５Ｅ＋１７ｃｍ−３、０．０８ボルト。
構造Ｌ、５Ｅ＋１８ｃｍ−３、４Ｅ＋１７ｃｍ−３、０．１ボルト。
構造Ｍ、８Ｅ＋１８ｃｍ−３、８Ｅ＋１７ｃｍ−３、０．１１ボルト。
Ｍｇ濃度に応じてＨ濃度も変化している。
通常（例えばｃ面上のレーザダイオード）、マグネシウム（Ｍｇ）を適正な範囲で増加させるとき、ホール濃度が増加するので、電子のオーバーフローは低減する。しかしながら、半極性面に係る上記の実験では、通電後の順方向電圧の差△Ｖは、Ｍｇ濃度の増加に伴って大きくなっている。この理由は、Ｍｇ濃度の増加に伴って通電後の順方向電圧の上昇を引き起こす起源である水素濃度の増加が大きいからであると考えられる。
【０１５１】
この結果から、ミスフィット転位箇所に近いｐ型半導体領域のＭｇ濃度は、オーバーフローを抑制するために必要と考えられるＭｇ濃度よりも小さい範囲に留めることが好適である。Ｍｇ濃度の添加範囲及びＭｇ濃度の大きさは、通電後の順方向電圧の上昇という半極性に特有の課題を克服するために有用である。
【０１５２】
（実施例６）
実施例４における構造Ｊにおいて、ｐ側ＩｎＧａＮガイド層とＧａＮガイド層との間に設けられた厚さ１０ｎｍのＡｌＧａＮ層（Ａｌ組成：０．０５）を含む構造Ｐを作製する。構造Ｐは図１２に示される。
ｐ型ＡｌＧａＮ層は、摂氏８４０度の成長温度で成長される。Ｍｇ濃度は２×１０１８ｃｍ−３である。このＭｇ濃度は、低いレベルであり、５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲内のＭｇ濃度を使用できる。
ＩｎＧａＮ/ＡｌＧａＮ界面のミスフィット転位密度は１×１０５ｃｍ−１であり、構造Ｊに比べて僅かに増加している。この増加は、格子不整合度が増加したことに起因すると考えられる。
実施例４と同じ条件で通電して順方向電圧Ｖｆの上昇を調べたところ、通電前後の差△Ｖは構造Ｊ（０．０８Ｖ）Vに対して、構造Ｐ差△Ｖは０．０６Ｖであり、構造Ｊに比べて小さい。
このＡｌＧａＮ層が電子ブロック層として機能していることに加えて、界面のミスフィット転位の増加にも寄与している。これらの要因から、電子がオーバーフローを抑制していると考えられる。
【０１５３】
（実施例７）
実施例４における構造Ｊにおいて、ｐ側ＩｎＧａＮガイド層とＧａＮガイド層との間に設けられた厚さ３ｎｍのＩｎＧａＮ層（Ｉｎ組成：０．０７）を含む構造Ｐを作製する。構造Ｑは図１３に示される。
ｐ型ＩｎＧａＮ層は、摂氏８４０度の成長温度で成長される。Ｍｇ濃度は２×１０１８ｃｍ−３である。このＭｇ濃度として、５×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３の範囲内のＭｇ濃度を使用できる。
ＩｎＧａＮ/ＡｌＧａＮ界面のミスフィット転位密度は２×１０４ｃｍ−１であり、構造Ｊの値とほぼ同等レベルである。
実施例４と同じ条件で通電して順方向電圧Ｖｆの上昇を調べたところ、通電前後の差△Ｖは構造Ｊ（０．０８Ｖ）Vに対して、構造Ｐ差△Ｖは０．０７Ｖであり、構造Ｊに比べて小さい。
非発光遷移を引き起こすためにヘテロ界面に加えて薄いＩｎＧａＮ層による電子の捕獲を用いるので、電子のオーバーフローがより効果的に抑制されると考えられる。
【０１５４】
（実施例８）
実施の形態におけるセンタ半導体領域は、複数のＩｎＧａＮ層（井戸層、ガイド層、場合によっては障壁層）を含む。これらのＩｎＧａＮ領域は、歪みに関して一体となって歪むようであり、これ故に、ミスフィット転位はセンタ半導体領域（ＩｎＧａＮ領域）と第２III族窒化物領域（ＧａＮ以上の格子定数の領域、以下「非ＩｎＧａＮ領域」として引用する）との界面とに導入される。このため、ｐ側半導体領域（活性層とアノード電極との間の半導体領域）にミスフィット転位を導入するためには、以下のような手法が考えられる。
（１）ＩｎＧａＮ領域のＩｎ組成及び膜厚をある値以上にすること。
（２）ＧａＮ以上の格子定数の領域の膜厚をある値以上にすること。
発明者らの実験によれば、以下の条件がミスフィット転位を所望の位置に導入するために役立つ。
（ａ）ＩｎＧａＮ領域の各層において（Ｉｎ組成）及び（膜厚）の積和が８以上であること。
（ｂ）非ＩｎＧａＮ領域の合計膜厚が５５０ｎｍ以上であること。
この条件は、少し緩和できて、センタ半導体領域は、厚さ２０ｎｍ以下のＧａＮ層を含むことができる。これらの条件によって、所望のミスフィット転位を所望の界面に導入することができる。Ｉｎ組成は、０から１の範囲の数値であり、Ｉｎのモル比を示す。膜厚はナノメートル単位で表される。
図１４に示されるエピ構造において、条件（ｂ）については、非ＩｎＧａＮ領域の合計膜厚が６５０ｎｍと見積もられる。条件（ａ）について、各ＩｎＧａＮ層の積を示す。
ｎ側ＩｎＧａＮ層：０．０４×１５０＝６。
ＩｎＧａＮ井戸層：０．３０×２．５＝０．７５。
ＩｎＧａＮ障壁層：０．０４×２．５＝０．１。
ｐ側ＩｎＧａＮ層：０．０２×１５０＝３。
これらの総和は、６＋０．７５×２＋０．１＋３＝１０．６である。
上記のような知見に基づき、Ｉｎ組成及び厚さの積和は１０以上１２．６以下であることが好適である。
【０１５５】
図１５は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。工程Ｓ２０１では、複数の基板を準備する。この基板は、例えば半極性面を有するＧａＮ基板であることができる。工程Ｓ２０２では、複数の基板上に、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを変更して、ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、複数のＩｎＧａＮ層を含むセンタ半導体領域と、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と備えるエピタキシャル基板を形成する。工程Ｓ２０３では、電極を形成するため前記エピタキシャル基板を加工して、複数の基板生産物を形成する。工程Ｓ２０４では、基板生産物から複数の窒化物半導体発光素子を作製する。工程２０５では、複数の窒化物半導体発光素子の各々に対して、通電試験を行って通電の前後における順方向電圧の差に係る見積もりを行う。工程Ｓ２０６では、見積もりに基づき、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを決定する。工程２０７では、決定された供給開始タイミングを用いて、窒化物半導体発光素子を作製する。この作成は、例えば既に説明された実施例における作製方法を適用できる。
センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなる。センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備える。複数のＩｎＧａＮ層は、ＩｎＧａＮ井戸層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を備える。センタ半導体領域の第１ＩｎＧａＮ層は第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成する。センタ半導体領域の第２ＩｎＧａＮ層は第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成する。第２III族窒化物半導体領域は第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含む。
【０１５６】
この作製方法によれば、通電の前後において順方向電圧の差が小さい窒化物半導体発光素子を提供できる。ｐ型ドーパントの供給開始タイミングの調整により、第２ヘテロ接合とｐ型ドーパントプロファイルとの関係を決定できる。
【０１５７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本実施の形態によれば、通電に伴う順方向電圧Ｖｆの変動を低減できる構造を有する窒化物半導体発光素子を提供でき、またこの窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供できる。
【符号の説明】
【０１５９】
１１…窒化物半導体発光素子、１３…第１のIII族窒化物半導体領域、１５…活性層、１７…第２のIII族窒化物半導体領域、１９…センタ半導体領域、２１…第１内側半導体層、２３…ｎ型クラッド層、２５…第２内側半導体層、２７…ｐ型クラッド層、２９…ｐ型コンタクト層、Ａｘ…積層軸、３１…コア領域、ＨＪ１、ＨＪ２…ヘテロ接合、３３ａ…井戸層、３３ｂ…障壁層、３９…基板、３９ａ…半極性主面、Ａｎｇｌｅ…傾斜角、Ｓｃ…基準面。
【図１】
2014110389.tif 000003
【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】
2014110389.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2014110389.tif 000013
【図１２】
2014110389.tif 000014
【図１３】
2014110389.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月7日(2014.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体発光素子であって、
窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面を有しており、ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面上に設けられ、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と、
複数のＩｎＧａＮ層を含み、前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられたセンタ半導体領域と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、
各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積を前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、
前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、前記ミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上であり、
前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して、４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜している、請求項１に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ミスフィット転位の密度は５×１０５ｃｍ−１以下である、請求項１又は請求項２に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は、０．０１５以上であり、０．０５５以下である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２ＩｎＧａＮ層における水素濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記活性層の発光波長は５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長範囲にある、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１III族窒化物半導体領域、前記センタ半導体領域、及び前記第２III族窒化物半導体領域を搭載しており、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板を更に備え、
前記基板の前記半極性主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して傾斜し、
前記第２ヘテロ界面は前記基準面に対して傾斜する、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記基板の前記III族窒化物半導体はＧａＮからなる、請求項７に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記基板の前記III族窒化物半導体の前記半極性主面は、該III族窒化物半導体のｃ面を基準にして４０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜し、
前記ｃ面の傾斜は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸から前記III族窒化物半導体のｍ軸又はａ軸に向かう方向に成される、請求項７又は請求項８に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、該窒化ガリウム系半導体のｃ面を基準にして６３度以上８０度以下の範囲の傾斜角で傾斜する、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域の第１窒化ガリウム系半導体層に接触を成して前記第２ヘテロ界面を構成し、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第１窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ又はＡｌＧａＮである、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域のＧａＮ層に接触を成して前記該第２ヘテロ界面を構成し、
前記ＧａＮ層のｐ型ドーパント濃度は前記ｐ型クラッド層のｐ型ドーパント濃度より小さい、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域のＡｌＧａＮ層に接触を成して前記該第２ヘテロ界面を構成し、
前記ＡｌＧａＮ層のｐ型ドーパント濃度は前記ｐ型クラッド層のｐ型ドーパント濃度より小さい、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第２III族窒化物半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成す半導体層を含み、
前記半導体層は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第２III族窒化物半導体領域の全体にわたってｐ型ドーパントが添加されている、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第２III族窒化物半導体領域は、第１半導体層及び第２半導体層を含み、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体層は、前記第１半導体層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
前記第１半導体層は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成し、
前記第１半導体層は、ｐ型ドーパントを添加せずに成長されると共に、前記第２半導体層は、ｐ型ドーパントを添加しながら成長される、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第２III族窒化物半導体領域は、第１半導体層及び第２半導体層を含み、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体層は、前記第１半導体層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
前記第２半導体層は、前記第１半導体層及び前記ｐ型クラッド層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有し、
前記第１半導体層の厚さは、前記第２半導体層の厚さより薄い、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第１半導体層はＡｌＧａＮからなり、
前記ＡｌＧａＮのアルミニウム組成は０．０２以上０．０６以下の範囲にあり、
前記第１半導体層の膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項１７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
前記センタ半導体領域は前記活性層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に第３ＩｎＧａＮ層を含み、
前記第２ＩｎＧａＮ層のバンドギャップは前記ＩｎＧａＮ井戸層のバンドギャップと前記第３ＩｎＧａＮ層のバンドギャップとの間であり、
前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成と前記第３ＩｎＧａＮ層のインジウム組成との間である、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
前記第２ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０５以上０．１以下の範囲にあり、
前記第２ＩｎＧａＮ層の膜厚は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１９に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項２１】
前記活性層は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮの障壁層を含む、請求項１〜請求項２０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２２】
前記活性層の前記障壁層は、厚さ２０ｎｍ以下のＧａＮを含む、請求項２１に記載された窒化物半導体発光素子。
【請求項２３】
窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域の半極性主面上に、複数のＩｎＧａＮ層を含むセンタ半導体領域を形成する工程と、
前記センタ半導体領域及び前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面上に、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域を形成する工程と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の成長では、ｐ型ドーパントを供給せずに前記第２ＩｎＧａＮ層を成長し、
前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、
各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積の前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、
前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、前記ミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上であり、
前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２４】
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して、４０度以上８０度以下の範囲又は１００度以上１７０度以下の範囲内の角度で傾斜している、請求項２３に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２５】
前記ミスフィット転位の密度は５×１０５ｃｍ−１以下である、請求項２３又は請求項２４に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２６】
前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は、０．０１５以上であり、０．０５５以下である、請求項２３〜請求項２５のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２７】
前記第２ＩｎＧａＮ層における水素濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下である、請求項２３〜請求項２６のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２８】
前記第２III族窒化物半導体領域の前記ｐ型クラッド層は前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成す、請求項２３〜請求項２７のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項２９】
前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始から第１半導体領域を成長し、該第１半導体領域の成長の後に第２半導体領域を成長し、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
前記第１半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成し、
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域及び前記ｐ型クラッド層のバンドギャップより小さいバンドギャップを有する、請求項２３〜請求項２７のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３０】
前記センタ半導体領域の成長では、ｐ型ドーパントを供給せずに前記第２ＩｎＧａＮ層を成長し、
前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始からｐ型ドーパントを供給せずに第３半導体領域を成長し、該第３半導体領域の成長の後にｐ型ドーパントを供給しながら第４半導体領域を成長し、
前記第３半導体領域は、前記第２ヘテロ界面において前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層に接合を成す、請求項２３〜請求項２７のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３１】
前記第２III族窒化物半導体領域の成長では、前記第２III族窒化物半導体領域の成長の開始からｐ型ドーパントを供給しながら前記第２III族窒化物半導体領域を成長する、請求項２３〜請求項２９のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３２】
窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
複数の基板を準備する工程と、
前記複数の基板上に、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを変更して、III族窒化物半導体からなりｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、複数のＩｎＧａＮ層を含むセンタ半導体領域と、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域とを備えるエピタキシャル基板を形成する工程と、
電極を形成するため前記エピタキシャル基板を加工して、複数の基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物から複数の窒化物半導体発光素子を作製する工程と、
前記複数の窒化物半導体発光素子の各々に対して、通電試験を行って通電の前後における順方向電圧の差から前記第２III族窒化物半導体領域における前記ｐ型ドーパントの不活性化に係る見積もりを行う工程と、
前記見積もりに基づき、ｐ型ドーパントの供給開始タイミングを決定する工程と、
決定されたタイミングを用いて、窒化物半導体発光素子を作製する工程と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層及び第２ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層及び前記第２ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含む、窒化物半導体発光素子を作製する方法。
【請求項３３】
窒化物半導体発光素子であって、
窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面を有しており、ｎ型クラッド層を含む第１III族窒化物半導体領域と、
前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられ、ｐ型クラッド層を含む第２III族窒化物半導体領域と、
複数のＩｎＧａＮ層を含み、前記第１III族窒化物半導体領域上に設けられたセンタ半導体領域と、
を備え、
前記センタ半導体領域は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性主面と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記センタ半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以下のバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体からなり、
前記センタ半導体領域は、活性層、第１ＩｎＧａＮ層、第２ＩｎＧａＮ層及び第３ＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層は前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記活性層は一又は複数のＩｎＧａＮ井戸層を備え、前記第３ＩｎＧａＮ層は前記第２ＩｎＧａＮ層と前記活性層との間に設けられ、前記第２ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は前記第３ＩｎＧａＮ層のインジウム組成より大きく、前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さく、
前記複数のＩｎＧａＮ層は、前記ＩｎＧａＮ井戸層、前記第１ＩｎＧａＮ層、前記第２ＩｎＧａＮ層、及び前記第３ＩｎＧａＮ層を備え、
前記センタ半導体領域の前記複数のＩｎＧａＮ層の各々は、インジウム組成及び層厚を有し、前記層厚における単位はナノメートルであり、
各ＩｎＧａＮ層の前記インジウム組成と前記層厚との積を前記センタ半導体領域にわたって総和した値は８以上であり、
前記第２III族窒化物半導体領域は、ＧａＮのバンドギャップ以上のバンドギャップを有するIII族窒化物半導体からなり、前記第２III族窒化物半導体領域の厚さは５５０ｎｍ以上であり、
前記センタ半導体領域の前記第１ＩｎＧａＮ層は、前記第１III族窒化物半導体領域に接触を成して第１ヘテロ界面を構成し、
前記センタ半導体領域の前記第２ＩｎＧａＮ層は、前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成して第２ヘテロ界面を構成し、前記第２III族窒化物半導体領域は該第２ヘテロ界面においてミスフィット転位を含み、前記ミスフィット転位の密度は５×１０３ｃｍ−１以上であり、
前記センタ半導体領域は、ｐ型ドーパントを供給することなく成長されて、実質的に該ｐ型ドーパントを含まない、窒化物半導体発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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