(57)【要約】【課題】良好な発光特性を有する半導体発光素子およびその製造方法を提供すること。【解決手段】ＺｎＯからなる成長基板を用いて成長した、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面が窒素極性面を有する緩衝層と、前記緩衝層上に形成され、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面がＩＩＩ族極性面を有する活性層と、を備える。また、ＺｎＯからなる成長基板上に、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面が窒素極性面を有する緩衝層を成長する緩衝層形成工程と、前記緩衝層上に、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面がＩＩＩ族極性面を有する活性層を成長する活性層形成工程と、を含む。【選択図】図１
2011205076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｎＯからなる成長基板を用いて成長した、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面が窒素極性面を有する緩衝層と、
前記緩衝層上に形成され、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面がＩＩＩ族極性面を有する活性層と、
を備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記成長基板の主表面の面方位がｃ面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記成長基板の主表面はｃ面から微傾斜した微傾斜面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記成長基板の主表面は酸素極性面であることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
端面発光型レーザ素子または発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記緩衝層は、前記成長基板を用いて成長した、ＺｎＭｇＢｅＣｄＯ系材料からなる低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層した構造からなる多層膜反射鏡の直上に成長したものであり、当該半導体発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記成長基板を支持基板として備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
ＺｎＯからなる成長基板上に、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面が窒素極性面を有する緩衝層を成長する緩衝層形成工程と、
前記緩衝層上に、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面がＩＩＩ族極性面を有する活性層を成長する活性層形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記活性層形成工程において、前記緩衝層形成工程における前記緩衝層の成長温度よりも高い温度で前記活性層を成長することを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記緩衝層形成工程において、５００℃より低い温度で前記緩衝層を成長し、前記活性層形成工程において、５００℃より高い温度で前記活性層を成長することを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記緩衝層形成工程から前記活性層形成工程への昇温時において、ＩＩＩ族及び窒素ラジカルの供給を停止することを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記緩衝層形成工程において、始めに窒素ラジカルを供給し、次いでＩＩＩ族元素を供給して、前記緩衝層を成長することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記活性層形成工程において、始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給して、前記活性層を成長することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記緩衝層形成工程において、ＩＩＩ族元素に対して窒素ラジカルが１：１の比よりも過剰になるように供給して、前記緩衝層を成長することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記活性層形成工程において、窒素ラジカルに対してＩＩＩ族元素が１：１の比よりも過剰になるように供給して、前記活性層を成長することを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子等に使用するための結晶品質の良いＩｎＧａＮ層（ＩｎＮ層を含む）を実現する方法として、ＺｎＯ基板上に、５００℃未満の温度でＩｎＧａＮ層を成長する技術が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１によれば、上記技術を用いることによって、結晶成長時にＺｎＯとＩｎＧａＮとの界面反応が起こらないようにすることができるので、ＺｎＯ基板と格子整合した、結晶品質の良いＩｎＧａＮ層を実現できるとされている。
【０００３】
また、結晶品質の良いＩｎＧａＮ層を実現する他の方法として、窒素極性表面を有するＩｎＧａＮ層を用いる方法が開示されている（特許文献２参照）。特許文献２によれば、上記方法を用いることによって、より高い成長温度で結晶成長を行うことができるので、結晶品質の良いＩｎＧａＮ層を実現できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０５３６４０号公報
【特許文献２】特開２００４−１４０３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが、ＺｎＯ基板上に５００℃未満の温度でＩｎＧａＮ層を成長し、その発光特性を評価したところ、発光スペクトルの半値幅が広く、十分な強度の発光が得られないという問題があることを見出した。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良好な発光特性を有する半導体発光素子およびその製造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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体発光素子は、ＺｎＯからなる成長基板を用いて成長した、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面が窒素極性面を有する緩衝層と、前記緩衝層上に形成され、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面がＩＩＩ族極性面を有する活性層と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記の発明において、前記成長基板の主表面の面方位がｃ面であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記の発明において、前記成長基板の主表面はｃ面から微傾斜した微傾斜面であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記の発明において、前記成長基板の主表面は酸素極性面であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記の発明において、端面発光型レーザ素子または発光ダイオードであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記の発明において、前記緩衝層は、前記成長基板を用いて成長した、ＺｎＭｇＢｅＣｄＯ系材料からなる低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層した構造からなる多層膜反射鏡の直上に成長したものであり、当該半導体発光素子は面発光レーザ素子であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記の発明において、前記成長基板を支持基板として備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、ＺｎＯからなる成長基板上に、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面が窒素極性面を有する緩衝層を成長する緩衝層形成工程と、前記緩衝層上に、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ系材料からなり、成長面がＩＩＩ族極性面を有する活性層を成長する活性層形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
た、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記の発明において、前記活性層形成工程において、前記緩衝層形成工程における前記緩衝層の成長温度よりも高い温度で前記活性層を成長することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記の発明において、前記緩衝層形成工程において、５００℃より低い温度で前記緩衝層を成長し、前記活性層形成工程において、５００℃より高い温度で前記活性層を成長することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記の発明において、前記緩衝層形成工程から前記活性層形成工程への昇温時において、ＩＩＩ族及び窒素ラジカルの供給を停止することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記の発明において、前記緩衝層形成工程において、始めに窒素ラジカルを供給し、次いでＩＩＩ族元素を供給して、前記緩衝層を成長することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記の発明において、前記活性層形成工程において、始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給して、前記活性層を成長することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記の発明において、前記緩衝層形成工程において、ＩＩＩ族元素に対して窒素ラジカルが１：１の比よりも過剰になるように供給して、前記緩衝層を成長することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記の発明において、前記活性層形成工程において、窒素ラジカルに対してＩＩＩ族元素が１：１の比よりも過剰になるように供給して、前記活性層を成長することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、良好な発光特性を有する半導体発光素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２】図２は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料の結晶格子のａ軸方向の格子定数（ａ）とバンドギャップエネルギーとの関係を示す図である。
【図３】図３は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料の格子定数（ａ）と屈折率との関係を示す図である。
【図４】図４は、比較例１に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施例１に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図６】図６は、ＡＢＦ-ＳＴＥＭ法を用いて得られた、実施例１の半導体発光素子の発光層と活性層とを含むＩｎＧａＮ層の像を示す図である。
【図７】図７は、ＡＢＦ-ＳＴＥＭ法を用いて得られた、実施例１の半導体発光素子の緩衝層の像を示す図である。
【図８】図８は、比較例１に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示す図である。
【図９】図９は、実施例１に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体発光素子およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態１に係る半導体発光素子は、レーザ発振波長が５３０ｎｍの端面発光型のレーザ素子である。
【００２６】
図１は、本実施の形態１に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る半導体発光素子１００は、基板１と、基板１上に順次形成された、緩衝層２と、下部コンタクト層３と、下部クラッド層４と、活性層５と、上部クラッド層６と、上部コンタクト層７と、パッシベーション膜８と、下部電極９と、上部電極１０とを備えている。なお、パッシベーション膜８は絶縁性であり、保護膜として半導体発光素子１００の表面を覆っているが、上部コンタクト層７の表面上と、下部コンタクト層３の表面のうち下部クラッド層４が形成されている領域以外の一部領域とにそれぞれ開口部を有している。下部電極９および上部電極１０は、それぞれの開口部を介して、下部コンタクト層３または上部コンタクト層７にオーム性接触をしている。
【００２７】
また、この半導体発光素子１００は、紙面奥行き側と紙面手前側とに、互いに平行な端面が劈開等によって形成されている。これらの端面のうち光出射側端面には反射率がたとえば１０％以下の低反射率膜が形成されており、光反射側端面には反射率がたとえば９０％以上の高反射率膜が形成されている。これらの高反射率膜と低反射率膜は活性層５を挟んだ光共振器を構成している。
【００２８】
以下、各構成要素について具体的に説明する。まず、支持基板かつ成長基板としての基板１は、ウルツ鉱型結晶構造を有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＯの単結晶からなり、結晶格子のｃ面を主表面とする。ここで、基板の主表面とは、半導体層を成長させる主表面を意味する。このように、成長基板となる基板１の主表面をｃ面とすることで、基板１上に成長させる半導体層と基板１とをほぼ格子整合することができる。なお、基板１が、その主表面がｃ面からｍ軸の方向にオフ角度が±１度程度で微傾斜した微傾斜基板であれば、この主表面上に平坦な半導体層を成長させることが容易であり、好ましい。また、基板１の主表面は、特に酸素極性面である−ｃ（０００＿１）面が好ましい。基板１の主表面を酸素極性面とすることで、より主表面上に平坦な半導体層を成長させることが容易となり、さらに好ましい。
【００２９】
つぎに、基板１上に成長した緩衝層２から上部コンタクト層７までの各半導体層の組成について具体的に説明する。これらの半導体層は、いずれもウルツ鉱型結晶構造を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、ＡｌＧａＩｎＮ系材料であるＩｎＧａＮからなるが、その組成比については、半導体層ごとに設定されている。
【００３０】
図２は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料の結晶格子のａ軸方向の格子定数（ａ）とバンドギャップエネルギーとの関係を示す図である。また、図３は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料の格子定数（ａ）と波長５３０ｎｍにおける屈折率との関係を示す図である。以下、格子定数（ａ）とはａ軸方向の格子定数を意味するものとする。
【００３１】
図２、３において、黒丸はそれぞれＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮの格子定数（ａ）とバンドギャップエネルギーまたは屈折率との関係を示すデータ点である。また、窒化ガリウム（ＧａＮ）の格子定数（ａ）は３．１８９オングストローム（Å、１Åは０．１ｎｍ）であり、窒化インジウム（ＩｎＮ）の格子定数（ａ）は３．５４８Åであり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のａ軸方向の格子定数は３．１１２Åである。ＡｌＧａＩｎＮ系材料の場合は、各組成の組成比に応じて、この黒丸を結んだ三角形の実線の辺上または内部にデータ点が存在する。また、線Ｌ１は、基板１を構成するＺｎＯの格子定数（ａ）である３．２４０７Åの位置を示している。
【００３２】
活性層５は、Ｉｎ組成が３０％程度のＩｎＧａＮからなり、図２、３において線Ｌ２で示す格子定数（ａ）を有している。したがって、活性層５のバンドギャップエネルギーは、図２におけるＧａＮおよびＩｎＮを示すデータ点を結ぶ実線と、線Ｌ２との交点の位置のバンドギャップエネルギーである２．３４ｅＶであり、光の波長に換算すると、この半導体発光素子１００のレーザ発振波長である５３０ｎｍとなる。また、活性層５の屈折率は、図３におけるＧａＮおよびＩｎＮを示す２点を結ぶ実線と、線Ｌ２との交点の屈折率となる。
【００３３】
また、図２、３の線Ｌ１、Ｌ２が示すように、基板１の格子定数（ａ）と活性層５の格子定数（ａ）とは、ＧａＮの格子定数（ａ）とＩｎＮの格子定数（ａ）との間の、互いに近い値を有している。
【００３４】
緩衝層２、下部コンタクト層３、下部クラッド層４、上部クラッド層６、および上部コンタクト層７は、基板１とほぼ格子整合しており、そのバンドギャップエネルギーおよび屈折率は、図２、３におけるＧａＮおよびＩｎＮを示す２点を結ぶ実線と、線Ｌ２との交点の値となる。従って、これらの半導体層のバンドギャップエネルギーは、いずれも活性層５のバンドギャップエネルギーよりも高くなっている。また、これらの半導体層の屈折率は、いずれも活性層５の屈折率よりも低くなっている。したがって、これらの半導体層によって、活性層５に光およびキャリアを閉じ込めることができる。
【００３５】
また、下部コンタクト層３および下部クラッド層４は、ｎ型の導電型を有している。一方、上部クラッド層６および上部コンタクト層７はｐ型の導電型を有している。
【００３６】
さらに、緩衝層２は、その成長面の一部または全面が窒素極性面である。一方、緩衝層２の上に形成されている下部コンタクト層３、下部クラッド層４、活性層５、上部クラッド層６、および上部コンタクト層７は、いずれもその成長面の全面がＩＩＩ族極性面である。
【００３７】
また、パッシベーション膜８は、たとえばＳｉＯ２、ＺｒＯ２等の誘電体からなる。また、下部電極９は、たとえばＴｉ／Ａｌ構造やＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造を有する。上部電極１０は、たとえばＮｉ／Ａｕ構造やＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造を有する。
【００３８】
つぎに、この半導体発光素子１００の動作について説明する。上部電極１０と下部電極９との間に電圧を印加し、活性層５に電流を注入すると、活性層５は波長５３０ｎｍを含む光を発生する。発生した光は、導波路である活性層５を導波しながら活性層５により光増幅され、低反射率膜と高反射率膜とが構成する光共振器の作用によって、波長５３０ｎｍでレーザ発振する。レーザ光は低反射率膜側の端面から出射されるため、この半導体発光素子１００は端面発光型の半導体レーザ素子となる。
【００３９】
ここで、この半導体発光素子１００は、上述したように、緩衝層２の成長面の一部または全面が窒素極性面を有しており、緩衝層２の上に形成されている下部コンタクト層３、下部クラッド層４、活性層５、上部クラッド層６、および上部コンタクト層７の成長面がいずれもＩＩＩ族極性面を有している。これによって、この半導体発光素子１００は、活性層５が十分な発光強度と狭い半値幅の発光スペクトルとを有するという効果を奏し、極めて良好な発光特性を有するレーザ素子となる。
【００４０】
以下、本実施の形態１において得られる効果を、本発明の実施例、比較例を用いて説明する。まず、比較例１として、図４に模式的な断面を示す半導体発光素子２００を製造した。この半導体発光素子２００は、特許文献１に開示されるような５００℃より低い低温での結晶成長によって、主表面がｃ面のＺｎＯからなる基板１１上に、ＩｎＧａＮからなる緩衝層１２と、単一量子井戸構造を有する活性層１３ａを含むＩｎＧａＮからなる発光層１３とを順次成長させて製造したものである。活性層１３ａのＩｎ組成は、発光中心波長が５３０ｎｍになるように設定した。なお、この比較例１に係る半導体発光素子の製造中および製造後に同軸型直衝突イオン散乱分光法(ＣＡＩＣＩＳＳ)により表面状態を調べたところ、緩衝層１２および発光層１３のいずれも成長面が窒素極性面を有するものであった。
【００４１】
つぎに、実施例１として、図５に模式的な断面を示す半導体発光素子３００を製造した。この半導体発光素子３００は、特許文献１に開示されるような低温での結晶成長によって、主表面がｃ面のＺｎＯからなる基板１１上に、ＩｎＧａＮからなる緩衝層１２を成長させた後に、５００℃以上の高温において、単一量子井戸構造を有する活性層１４ａを含むＩｎＧａＮからなる発光層１４を成長させて製造したものである。活性層１４ａのＩｎ組成は、比較例１と同様に発光中心波長が５３０ｎｍになるように設定した。なお、この実施例１に係る半導体発光素子の製造中および製造後にＣＡＩＣＩＳＳにより表面状態を調べたところ、緩衝層１２の成長面は窒素極性面を有し、発光層１４の成長面はＩＩＩ族極性面を有するものであった。
【００４２】
緩衝層１２と発光層１４の成長面をより詳しく調べるために、実施例１において製造した半導体発光素子３００をＡＢＦ-ＳＴＥＭ法(環状明視野―走査透過電子顕微鏡法)を用いて観察した。ＡＢＦ-ＳＴＥＭ法はＴＥＭ(透過電子顕微鏡)を用いる方法の一種であり、通常のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ(高角度散乱暗視野走査透過電子顕微鏡)では観察が難しい窒素原子の位置を確認することが可能である。図６は、ＡＢＦ-ＳＴＥＭ法を用いて得られた、実施例１の半導体発光素子３００の発光層１４と活性層１４ａとを含むＩｎＧａＮ層の像を示す図である。白丸はＧａまたは窒素の原子の位置を示す。図６には、Ｇａ極性面の模式的な原子配置も示している。図６に示すように、発光層１４と活性層１４ａとを含むＩｎＧａＮ層の表面はＩＩＩ族極性を有していることが確認できる。
【００４３】
図７は、ＡＢＦ-ＳＴＥＭ法を用いて得られた、実施例１の半導体発光素子３００の緩衝層１２の像を示す図である。白丸はＧａまたは窒素の原子の位置を示す。図７には、窒素極性面の模式的な原子配置も示している。図７に示すように、緩衝層１２の表面は、一部は極性が異なるものの大部分は窒素極性からなっていることが確認できる。このように本ＡＢＦ−ＳＴＥＭ法を用いることにより、製造された半導体発光素子の面極性を判別することが可能である。また、図６の方が図７に比べＡＢＦ−ＳＴＥＭ像における原子の位置が明確である。これは異種材料であるＺｎＯ基板にＩｎＧａＮ活性層を直接成長させるよりも、緩衝層１２を導入した方が活性層の結晶性を良くすることが出来ることを表している。
【００４４】
つぎに、実施例１、比較例１に係る半導体発光素子に励起光を照射し、そのＰＬ（フォトルミネッセンス）特性を測定した。図８は、比較例１に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示す図である。なお縦軸の光強度は相対値である。また、波長３８０ｎｍの発光ピークは基板を構成するＺｎＯの発光である。
【００４５】
図８に示すように、比較例１に係る半導体発光素子からは、強度が弱いブロードな発光スペクトルが観測された。この発光スペクトルのピーク波長は５４０ｎｍであり、活性層の組成から期待される波長とは異なっていたので、結晶中の不純物や固有欠陥からの発光であると考えられる。
【００４６】
一方、図９は、実施例１に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示す図である。なお縦軸の光強度は相対値であるが、図８の縦軸とその尺度が一致するようにしている。図９に示すように、実施例１に係る半導体発光素子からは、比較例１のピークの約２５倍ものピーク強度の発光スペクトルが観測された。この発光スペクトルのピーク波長は略５３０ｎｍであり、活性層の組成から期待される波長であった。また、この発光スペクトルのピークのスペクトル半値幅は十分に狭いため、活性層の結晶品質が良好であると考えられる。
【００４７】
すなわち、この実施例１のように、ＺｎＯからなる基板上に成長した、成長面が窒素極性面を有するＩｎＧａＮからなる緩衝層と、この緩衝層の上に成長した、成長面がＩＩＩ族極性を有するＩｎＧａＮからなる活性層とを備える半導体発光素子によって、発光強度が高く、発光特性が極めて良好な半導体発光素子を実現できることが確認された。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態１に係る半導体発光素子１００は、活性層５が十分な発光強度を有するという効果を奏し、極めて良好な発光特性を有するレーザ素子となる。
【００４９】
なお、レーザ発振波長として青色より長い波長（約４８０ｎｍ以上）、特に青色から緑色の波長（約４８０〜５５０ｎｍ）を実現するために、活性層を高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮとした場合、以下の問題が発生する。すなわち、相分離が生じて活性層中のＩｎ組成が不均一になりやすくなり、発光効率が低下するおそれがある。また、ＩｎＧａＮの場合、結晶構造に起因して内部にピエゾ電界が発生するが、高Ｉｎ組成の場合はピエゾ電界が大きくなり、発光再結合確率が低下し、発光効率が低下するおそれがある。また、ピエゾ電界が大きくなると、電流注入した際に活性層の発光波長がシフトするという問題も発生する。
【００５０】
これに対して、本実施の形態１に係る半導体発光素子１００は、緩衝層２、下部コンタクト層３および下部クラッド層４、さらには上部クラッド層６および上部コンタクト層７が基板１に格子整合し、かつ活性層５の格子定数とも近い値となっている。その結果、活性層５におよぶ歪みの影響がきわめて低減されるため、上述した相分離の発生、ピエゾ電界の増大、および貫通転位やクラックの発生は極めて抑制される。したがって、活性層５はさらに高品質なものとなり、さらに良好な光学特性および信頼性を有する半導体発光素子１００となる。
【００５１】
（製造方法）
つぎに、本実施の形態１に係る半導体発光素子１００の製造方法について説明する。
【００５２】
（半導体層の成長）
はじめに、ＺｎＯ単結晶からなる基板１を準備する。なお、ＺｎＯ単結晶からなる基板については直径が３インチ（７６．２ｍｍ）という大口径の基板が実現されており、素子の量産化に適するものである。また、ＺｎＯからなる基板はサファイア基板よりも熱伝導性が高いので好ましい。また、基板１の主表面はｃ面であるが、特に酸素極性面である−ｃ（０００＿１）面が好ましく、微傾斜基板であればさらに好ましい。以下では、基板１は主表面が−ｃ（０００＿１）面であるとする。
【００５３】
（工程１）
はじめに、基板１に対する表面平坦化処理を行う。まず、基板１のＣＭＰ(化学機械研磨)処理を行う。その後、表面平坦化処理として、大気中で熱処理を行い、基板１の主表面にステップ・テラス構造を形成する。この表面平坦化処理は、基板１を酸化ジルコニアや酸化亜鉛などの無機材質平板で挟んだ状態で行うのが好ましい。また、熱処理条件は、温度１０００〜１３００℃で１〜５時間が好ましい。その後、基板１を成長チャンバーに導入する。
【００５４】
（工程２）
つぎに、成長チャンバー内で、大気圧下または減圧下で、基板１に対してサーマルクリーニング処理を行う。具体的には、７００〜７５０℃の温度で基板１を１〜１０分加熱し、有機物などを除去する。このサーマルクリーニング処理によって、基板１の洗浄と表面再構成が行なわれ、ＲＨＥＥＤ(反射高速電子線回折)測定によりストリークパターンが観測される。
【００５５】
つぎに、Ｖ族原料である窒素を窒素ラジカルとして供給できるＲＦ（高周波）ラジカルセルを用いて、窒素ＲＦラジカルソースＭＢＥ（分子ビームエピタキシー）法により、緩衝層２から上部コンタクト層７までの窒化物半導体層を、成長基板としての基板１上にエピタキシャル成長する。
【００５６】
（工程３）
まず、５００℃より低い温度、例えば２００以上の低温で、ＩＩＩ族元素であるインジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）と窒素ラジカルとを基板１表面に最適な供給量で同時に供給することにより、基板１上に成長面が窒素極性面を有するＩｎＧａＮ結晶を３０ｎｍ程度成長させて、緩衝層２を形成する。なお、このようにＩｎＧａＮ結晶の成長を低温で行うのは、基板１を構成するＺｎＯとＩｎＧａＮとの界面反応を抑制するためである。また、成長温度を２５０℃以上とすれば、結晶品質がより良好となり好ましい。また、まず始めに窒素ラジカルを供給し、次いでＩＩＩ族元素を供給するようにすれば、結晶品質がより良好となり好ましい。
【００５７】
なお、ＩＩＩ族元素であるＧａ、Ｉｎ、および本工程では使用しないアルミニウム（Ａｌ）は、クヌーセンセルを用いて供給することができる。これらのＩＩＩ族元素、および窒素ラジカルの供給量は、成長温度に応じて、ＩＩＩ族元素と窒素ラジカルとの比が１：１に近くなるように、且つ所望の格子定数の条件を満たすように適宜調整する。また、このときＩＩＩ族元素に対して窒素ラジカルが１：１の比よりも過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がより良好となり好ましい。さらに、始めに窒素ラジカルを供給し、次いでＩＩＩ族元素を供給するようにし、かつＩＩＩ族元素に対して窒素ラジカル１：１の比よりも過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がさらに良好となるのでより好ましい。
【００５８】
（工程４）
つぎに、ＩｎとＧａと窒素ラジカルとの供給を一旦停止し、成長温度を５００℃より高い温度、例えば６５０℃以下の高温に設定し、原料の供給セルを所望のセル温度に設定する。その後、ＩｎとＧａと窒素ラジカルとを同時に供給することにより、成長面がＩＩＩ族極性面を有する下部コンタクト層３、下部クラッド層４を順次成長する。このように、成長温度を高温とし、所望の量のＩｎとＧａと窒素ラジカルとを供給することによって、成長面の極性をＩＩＩ族極性面とすることができる。また、まず始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給するようにすれば、結晶品質がより良好となり好ましく、窒素ラジカルに対してＩＩＩ族元素が１：１の比よりも過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がより良好となり好ましい。さらに、始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給するようにし、かつ窒素ラジカルに対してＩＩＩ族元素が過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がさらに良好となるので好ましい。なお、成長の際に、ｎ型ドーパントであるたとえばシリコン（Ｓｉ）を適量ドーピングすることにより、下部コンタクト層３、下部クラッド層４をｎ型導電性にすることができる。このように、本実施の形態１では、下部コンタクト層３、下部クラッド層４は、窒化ガリウムインジウム［ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜x＜１）］で構成されている。
【００５９】
（工程５）
つぎに、成長温度を５００℃より高い温度、例えば６５０℃以下の高温に設定したまま、最適なＩｎ／Ｇａ比、かつＶ／ＩＩＩ比になるようにセル温度の設定を変更して（もしくは、あらかじめ最適な温度に設定しておいた別のＩｎセルとＧａセルとに切り替えて）、ＩｎとＧａと窒素ラジカルとを同時に供給することによって、所望の発光波長に応じたＩｎ組成を有するＩｎＧａＮからなり、成長面がＩＩＩ族極性面を有する活性層５を成長する。この場合も、工程４と同様に、まず始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給するようにすれば、結晶品質がより良好となり好ましく、窒素ラジカルに対してＩＩＩ族元素が１：１の比よりも過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がより良好となり好ましい。さらに、始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給するようにし、かつ窒素ラジカルに対してＩＩＩ族元素が過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がさらに良好となるのでより好ましい。このように、活性層５の結晶品質が良好であれば、その発光特性が良好になる。また、活性層５の下部に形成される緩衝層２、下部コンタクト層３、および下部クラッド層４の結晶品質が良好であれば、その上に形成される活性層５の結晶品質もそれに応じて良好になるので、発光特性がさらに良好になる。
【００６０】
（工程６）
つぎに、成長温度を５００℃より高い温度、例えば６５０℃以下の高温に設定したまま、最適なＩｎ／Ｇａ比、かつＶ／ＩＩＩ比になるようにセル温度の設定を変更して（もしくは、あらかじめ最適な温度に設定しておいた別のＩｎセルとＧａセルとに切り替えて）、ＩｎとＧａと窒素ラジカルとを同時に供給することによって、成長面がＩＩＩ族極性面を有する上部クラッド層６と上部コンタクト層７とを成長する。この場合も、工程４と同様に、まず始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給するようにすれば、結晶品質がより良好となり好ましく、窒素ラジカルに対してＩＩＩ族元素が１：１の比よりも過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がより良好となり好ましい。さらに、始めにＩＩＩ族元素を供給し、次いで窒素ラジカルを供給するようにし、かつＩＩＩ族元素に対して窒素ラジカルが過剰になるような供給条件にすれば、結晶品質がさらに良好となるのでより好ましい。なお、成長の際に、ｐ型ドーパントである、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を適量ドーピングすることにより、上部クラッド層６、上部コンタクト層７をｐ型導電性にすることができる。なお、ｐ型ドーパントとしては、ベリリウム（Ｂｅ）を用いることもできる。また、ｐ型コドーピングとして、マグネシウム（Ｍｇ）とシリコン（Ｓｉ）とのコドープをしてもよい。
【００６１】
上記エピタキシャル成長の工程の後に、成長チャンバー内からエピタキシャルウェハを取り出した後、高温で熱処理を施してＭｇを活性化させることにより、Ｍｇをドーピングした層をｐ型導電性にすることができる。
【００６２】
なお、上記工程において、窒素プラズマ条件としては、例えば、プラズマ電力は２００〜５００Ｗであり、窒素ガス流量は１．０〜５．０ｓｃｃｍ(standard  cc/min)である。
【００６３】
以上の工程１〜６により、本実施の形態１に係る半導体発光素子１００用のエピタキシャルウェハを製造する。
【００６４】
（レーザダイオード構造の形成）
つぎに、このようにして製造されたエピタキシャルウェハを用いて、半導体発光素子１００のレーザダイオード構造を形成する手順を説明する。
【００６５】
はじめに、フォトリソグラフィーおよびドライエッチング技術により、下部クラッド層４から上部コンタクト層７までを図１に示すリッジ構造に形成する。
【００６６】
つぎに、パッシベーション膜８を形成する。パッシベーション膜８は、たとえばＳｉＯ２、ＺｒＯ２をＰＣＶＤ（Plasma  Chemical  Vapor  Deposition）法により堆積させて形成する。
【００６７】
つぎに、上部電極１０を形成する。まず、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、上部コンタクト層７上のパッシベーション膜８を除去した後、抵抗加熱蒸着(ＲＨ)、電子線蒸着（ＥＢ）、あるいはスパッタ蒸着により、Ｎｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造の電極金属を蒸着させた後、シンタリング（焼結）処理により上部電極１０を形成する。形成された上部電極１０は、ｐ型導電性である上部コンタクト層７に対してオーム性接触することになる。
【００６８】
つぎに、下部電極９を形成する。まず、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、下部コンタクト層３上のパッシベーション膜８を除去した後、抵抗加熱、電子線蒸着、あるいはスパッタ蒸着により、Ｔｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の電極金属を蒸着させた後、シンタリング処理により下部電極９を形成する。形成された下部電極９は、ｎ型導電性である下部コンタクト層３に対してオーム性接触することになる。
【００６９】
つぎに、光共振器の端面を劈開により形成する。ここで、劈開面はｍ面とする。さらに、形成された光共振器端面の光出射側端面および光反射側端面にそれぞれ低反射率膜および高反射率膜を形成する。その後、ダイシングにより素子分離して、端面発光型のレーザ素子である本実施の形態１に係る半導体発光素子１００が完成する。
【００７０】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態２に係る半導体発光素子は、レーザ発振波長が５３０ｎｍの面発光レーザ素子である。
【００７１】
図１０は、本実施の形態２に係る半導体発光素子４００の模式的な断面図である。図１０に示すように、この半導体発光素子４００は、基板１５と、基板１５上に順次形成された、下部多層膜反射鏡として機能する下部ＤＢＲミラー１６と、緩衝層１７と、下部コンタクト層１８と、下部電極１９と、下部クラッド層２０と、活性層２１と、上部クラッド層２２と、上部コンタクト層２３と、電流狭窄層２４と、透明導電膜２５と、上部電極２６と、上部多層膜反射鏡として機能する上部ＤＢＲミラー２７とを備える。このうち、下部クラッド層２０から上部コンタクト層２３までの積層構造は、エッチング処理等によって柱状に成形されたメサポストＭとして形成されている。また、下部ＤＢＲミラー１６と上部ＤＢＲミラー２７とは、活性層２１を挟んで光共振器を構成している。
【００７２】
以下、各構成要素について具体的に説明する。まず、基板１５は、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と同様に、ＺｎＯからなり、ｃ面を主表面とするが、特に酸素極性面である−ｃ（０００＿１）面が好ましく、微傾斜基板であればさらに好ましい。
【００７３】
下部ＤＢＲミラー１６は、ＺｎＭｇＢｅＣｄＯ系材料であるＭｇＢｅＯからなる低屈折率層１６ａとＺｎＯからなる高屈折率層１６ｂとが、交互に積層した構造を有している。低屈折率層１６ａおよび高屈折率層１６ｂの厚さはいずれもλ／４ｎ（λ：レーザ発振波長、ｎ：屈折率）であり、下部ＤＢＲミラー１６の反射中心波長がレーザ発振波長と一致するように設定されている。なお、低屈折率層１６ａと高屈折率層１６ｂは、上述した材料に限られず、ＺｎＭｇＢｅＣｄＯ系材料から適宜選択することができる。
【００７４】
また、緩衝層１７から上部コンタクト層２３までの各半導体層は、いずれもＩｎＧａＮからなるが、その組成比については、半導体層ごとに設定されている。
【００７５】
活性層２１は、Ｉｎ組成が３０％程度のＩｎＧａＮからなり、図２、３において線Ｌ２で示す格子定数（ａ）を有しており、そのバンドギャップエネルギーは光の波長に換算すると５３０ｎｍである。
【００７６】
緩衝層１７、下部コンタクト層１８、下部クラッド層２０、上部クラッド層２２、および上部コンタクト層２３は、基板１５とほぼ格子整合しており、そのバンドギャップエネルギーおよび屈折率は、図２、３におけるＧａＮおよびＩｎＮを示す２点を結ぶ実線と、線Ｌ２との交点の値となる。従って、これらの半導体層は、バンドギャップエネルギーが、いずれも活性層２１のバンドギャップエネルギーよりも高く、屈折率が、いずれも活性層２１の屈折率よりも低くなっている。したがって、これらの半導体層によって、活性層２１に光およびキャリアを閉じ込めることができる。
【００７７】
また、下部コンタクト層１８および下部クラッド層２０は、ｎ型の導電型を有している。一方、上部クラッド層２２および上部コンタクト層２３はｐ型の導電型を有している。
【００７８】
さらに、緩衝層１７は、その成長面の一部または全面が窒素極性面である。一方、緩衝層１７の上に形成されている下部コンタクト層１８、下部クラッド層２０、活性層２１、上部クラッド層２２、および上部コンタクト層２３は、いずれもその成長面の全面がＩＩＩ族極性面である。
【００７９】
また、下部電極１９は、たとえばＴｉ／Ａｌ構造やＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造を有し、下部コンタクト層１８のメサポストＭの外周側に延設した部分に、上方から見てＣ字状に形成されている。
【００８０】
電流狭窄層２４は、上部コンタクト層２３上に積層しており、電流注入部としての開口部２４ａを有するリング状に形成されている。この電流狭窄層２４は、絶縁性を有しており、上部電極２６から注入される電流を狭窄して開口部２４ａ内に集中させることで、活性層２１に注入される電流の電流密度を高めている。電流狭窄層２４は、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２などの絶縁性材料からなるものである。なお、電流狭窄層２４としては、ＧａＩｎＮからなる層にイオン注入によりプロトン(Ｈ＋)を注入することによって、高電気抵抗を付与したものを用いてもよい。
【００８１】
透明導電膜２５は、電流狭窄層２４上、および開口部２４ａ内に露出した上部コンタクト層２３を覆うように形成されている。この透明導電膜２５は、ＩＴＯ(Indium  Tin  Oxide:インジウム錫酸化物)、酸化アンチモンもしくはフッ素をドープした酸化スズ、またはＡｌやＧａをドープしたＺｎＯからなる。この透明導電膜２５は、活性層２１が発光する光を透過するとともに、上部電極２６から注入される電流を横方向(面内方向)に広げて電流狭窄層２４の開口部２４ａから上部コンタクト層２３へと注入させる機能を有する。
【００８２】
上部電極２６は、たとえばＮｉ／Ａｕ構造やＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造を有し、透明導電膜２５を介して上部コンタクト層２３上にリング状に形成されている。
【００８３】
上部ＤＢＲミラー２７は、透明導電膜２５を介して上部コンタクト層２３上に、開口部２４ａを覆うように形成されている。この上部ＤＢＲミラー２７としては、たとえば下部ＤＢＲミラー１６と同一構造のものを用いたり、誘電体多層膜からなるものを用いたりすることができる。上部ＤＢＲミラー２７の反射率は９０％以上、好ましくは９９％以上とする。なお、下部ＤＢＲミラー１６および上部ＤＢＲミラー２７の反射率を高くすることによって半導体発光素子４００の閾値電流密度が低減されるので好ましい。
【００８４】
上部ＤＢＲミラー２７として誘電体多層膜を用いる場合には、低屈折率層および高屈折率層の材料を適宜選択して組み合わせ、所望の反射率を実現するようなペア数だけ積層して誘電体多層膜を構成する。たとえば、低屈折率層としては、ＺｒＯ２(２．３)、Ｔａ２Ｏ５(２．２)、ＨｆＯ２(２．１１)、ＭｇＯ(１．７４)、Ａｌ２Ｏ３(１．７)、ＳｉＯ２(１．５)などの酸化物誘電体、Ｓｉ３Ｎ４(２．０)、ＡｌＮ(２．１)などの窒化物誘電体、ＳｉＯＮ(２．０−１．５)などの酸窒化物誘電体、またはＭｇＦ２(１．３８)などのフッ化物誘電体を用いることができる。なお、()内は各物質の屈折率を表す。
【００８５】
また、高屈折率層としては、ＴｉＯ２（２．５）、Ｎｂ２Ｏ５（２．４）、ＺｒＯ２（２．３）、Ｔａ２Ｏ５（２．２）、ＨｆＯ２（２．１１）、ＭｇＯ（１．７４）、Ａｌ２Ｏ３（１．７）、ＳｉＯ２（１．５）などの酸化物誘電体、Ｓｉ３Ｎ４（２．０）、ＡｌＮ（２．１）などの窒化物誘電体、ＳｉＯＮ（２．０−１．５）などの酸窒化物誘電体、またはα−Ｓｉ：Ｈ（４．０）などのアモルファスシリコンを用いることができる。
【００８６】
つぎに、この半導体発光素子４００の動作について説明する。上部電極２６と下部電極１９との間に電圧を印加し、駆動電流を注入すると、上部電極２６からは電流が電流狭窄層２４の開口部２４ａ内に集中して密度が高められた状態で、活性層２１に注入される。電流が注入された活性層２１は波長５３０ｎｍを含む光を発生する。発生した光は、活性層２１の光増幅作用、および下部ＤＢＲミラー１６と上部ＤＢＲミラー２７とが構成する光共振器の作用によって、波長５３０ｎｍでレーザ発振する。レーザ光は上部ＤＢＲミラー２７から上方に向かって出力される。
【００８７】
ここで、この半導体発光素子４００は、上述したように、緩衝層１７の成長面の一部または全面が窒素極性面を有しており、緩衝層１７の上に形成されている下部コンタクト層１８、下部クラッド層２０、活性層２１、上部クラッド層２２、および上部コンタクト層２３の成長面がいずれもＩＩＩ族極性面を有している。これによって、この半導体発光素子４００は、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と同様に、活性層２１が十分な発光強度を有するという効果を奏し、極めて良好な発光特性を有するレーザ素子となる。
【００８８】
また、この半導体発光素子４００は、緩衝層１７、下部コンタクト層１８、および下部クラッド層２０、さらには上部クラッド層２２および上部コンタクト層２３が基板１５に格子整合し、かつ活性層２１の格子定数とも近い値となっている。さらに、層数が多い下部ＤＢＲミラー１６の平均的な格子定数が、基板１５の格子定数と一致し、かつ活性層２１の格子定数とも近い値となっている。その結果、活性層２１におよぶ歪みの影響がきわめて低減されて高品質なものとなるので、良好な光学特性および信頼性を有する半導体発光素子４００となる。
【００８９】
なお、本実施の形態２では、下部ＤＢＲミラー１６は、低屈折率層１６ａがＭｇＢｅＯからなり、高屈折率層１６ｂがＺｎＯからなるが、他の組成のＺｎＭｇＢｅＣｄＯ系材料を組み合わせて下部ＤＢＲミラーを形成してもよい。
【００９０】
下部ＤＢＲミラーのＺｎＭｇＢｅＣｄＯ材料の組成としては、その低屈折率層と高屈折率層との平均の格子定数が基板１５または活性層２１の格子定数の±３％以内の値となるような組成とすれば、歪みの影響が抑制されて好ましい。さらに、下部ＤＢＲミラーの組成を、バンドギャップエネルギーが活性層２１のバンドギャップエネルギーよりも高い組成とすれば、下部ＤＢＲミラーが活性層２１からの光を吸収しないので、レーザ発振の閾値向上またはレーザ光の強度低下が発生するというおそれがないので好ましい。
【００９１】
（製造方法）
つぎに、本実施の形態２に係る半導体発光素子４００の製造方法について説明する。はじめに、ＺｎＯ単結晶からなる基板１５を準備し、上述した実施の形態１の場合の工程１、２を行なう。
【００９２】
つぎに、基板１５を成長基板として、基板１５上に、所望の組成に調整した低屈折率層１６ａと高屈折率層１６ｂとを所望のペア数だけエピタキシャル成長し、下部ＤＢＲミラー１６を形成する。この下部ＤＢＲミラー１６の形成は、ＰＬＤ(パルスレーザデポジション)法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ(有機金属化学気相成長)法などを用いて行う。
【００９３】
ＰＬＤ法やＭＢＥ法では、酸素源として酸素ラジカルを生成することができる酸素プラズマセルを用いることができる。Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄは金属原料としてクヌーセンセルを用いて供給することができる。
【００９４】
ＭＯＣＶＤ法では、ＩＩ族材料であるＺｎ原料としてのジエチルジンク(ＤＥＺｎ)やジメチルジンク(ＤＭＺｎ)、Ｍｇ原料としてのジエチルマグネシウム(ＤＥＭｇ)やジメチルマグネシウム(ＤＭＭｇ)、Ｃｄ原料としてのジエチルカドミウム(ＤＥＣｄ)やジメチルカドミウム(ＤＭＣｄ)、Ｂｅ原料としてのジエチルベリリウム(ＤＥＢｅ)やジメチルベリリウム(ＤＭＢｅ)といった有機金属材料と、Ｏ原料としての酸素(Ｏ２)とを、原料として供給して、下部ＤＢＲミラー１６を形成することができる。
【００９５】
つぎに、上述した実施の形態１の場合の工程３〜６と同様の工程によって、成長面が窒素極性面を有する緩衝層１７、ならびに、成長面がＩＩＩ族極性面を有する下部コンタクト層１８、下部クラッド層２０、活性層２１、上部クラッド層２２、および上部コンタクト層２３を成長して、本実施の形態２に係る半導体発光素子４００用のエピタキシャルウェハを製造する。
【００９６】
（面発光レーザ構造の形成）
つぎに、このようにして製造されたエピタキシャルウェハを用いて、半導体発光素子４００の面発光レーザ構造を形成する手順を説明する。
【００９７】
はじめに、メサポストＭを形成する。すなわち、フォトリソグラフィーによって、上部電極２６の外周に対応する円形のマスクパターンを形成し、これをマスクとして上部コンタクト層２３から下部コンタクト層１８の上までをウェットエッチングまたはドライエッチングし、メサポストＭを形成する。
【００９８】
つぎに、下部電極１９を形成する。はじめに、下部電極１９の形状に対応するパターンのマスクを形成し、抵抗加熱蒸着、電子線蒸着、あるいはスパッタ蒸着によりＴｉ／ＡｌまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造の電極金属を蒸着させた後、リフトオフとシンタリング処理とを行なって下部電極１９を形成する。形成された下部電極１９は、ｎ型導電性である下部コンタクト層１８に対してオーム性接触することになる。
【００９９】
つぎに、電流狭窄層２４を形成する。すなわち、上部コンタクト層２３上にＳｉＯ２層またはＳｉ３Ｎ４層をスパッタやＰＣＶＤ法などにより堆積し、フォトリソグラフィーによって電流狭窄層２４を形成する。
【０１００】
つぎに、たとえばＩＴＯ膜を全面に堆積して透明導電膜２５を形成する。さらに、透明導電膜２５上に、電流狭窄層２４の開口部２４ａを取り囲むように、Ｎｉ／Ａｕ構造やＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造を有する上部電極２６を形成する。続いて、この上部電極２６の開口部内にスパッタやＰＣＶＤ法を用いて上部ＤＢＲミラー２７を形成する。その後、ダイシングにより素子分離して、面発光レーザ素子である本実施の形態２に係る半導体発光素子４００が完成する。
【０１０１】
なお、ダイシングの際に１次元的または２次元的に配列した複数の面発光レーザ素子を切り出して、面発光レーザアレイ素子としてもよい。また、これらの素子をＴＯ−ＣＡＮなどのＣＡＮのパッケージに実装する場合には、たとえば以下のように行う。まず、切り出した素子をヒートシンク又はサブマウント上にボンディングした後に、銅などのヒートシンク上にボンディングする。そして、この素子をボンディングしたものをＣＡＮに載せて、素子の電極部とＣＡＮをワイヤボンディングする。そして、最後に真空又は窒素雰囲気などでＣＡＮを封止して、素子のＣＡＮへの実装が完了する。
【０１０２】
また、上記実施の形態では、窒素ＲＦラジカルソースＭＢＥ法を用いて、活性層を含む窒化物半導体層を成長しているが、ガスソースＭＢＥなどの他のＭＢＥ法や、ＰＬＤ法、ＭＯＣＶＤ法などを用いてもよい。
【０１０３】
ＰＬＤ法およびＭＢＥ法では、窒素源として窒素ラジカルを生成する窒素プラズマセルを用いることができる。また、ＩＩＩ族原料としては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎを、クヌーセンセルを用いて供給する。
【０１０４】
ＭＯＣＶＤ法では、窒素源としてアンモニア(ＮＨ３)を用いることができる。また、ＩＩＩ族原料として、Ａｌ原料としてのトリメチルアルミニウム(ＴＭＡ)やトリエチルアルミニウム(ＴＥＡ)、Ｇａ原料としてのトリメチルガリウム(ＴＭＧ)やトリエチルガリウム(ＴＥＧ)、Ｉｎ原料としてのトリメチルインジウム(ＴＭＩ)やトリエチルインジウム(ＴＥＩ)をそれぞれ適宜供給することによって、各窒化物半導体層の成長を行う。
【０１０５】
なお、アンモニアと酸化物半導体とは比較的低温で反応して酸化物半導体が昇華してしまうため、酸化物半導体からなる下部ＤＢＲミラー１６上に緩衝層１７を形成するには、ＭＢＥ法等を用いる方が好ましい。そして、酸化物半導体と窒化物半導体との界面形成後には、ＭＯＣＶＤ法を用いることにより、より良好な結晶品質の各窒化物半導体層を得ることができる。また、酸化物半導体からなる基板１５および下部ＤＢＲミラー１６の側面や裏面は、ＭＯＣＶＤ法で各窒化物半導体層を成長している間にアンモニアと反応して昇華してしまうおそれがあるため、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２といった絶縁膜、金属等で保護しておくことが好ましい。
【０１０６】
また、上記実施の形態では、緩衝層以外の窒化物半導体層の成長面がＩＩＩ族極性面を有するが、少なくとも活性層の成長面がＩＩＩ族極性面を有すれば、発光特性がきわめて良好であるという本発明の効果が得られる。また、上記実施の形態のように、緩衝層の成長面の全面が窒素極性面であり、活性層の成長面の全面がＩＩＩ族極性面であるか、または少なくとも緩衝層の成長面の一部に窒素極性面を有すれば、本発明の効果が得られる。
【０１０７】
また、上記実施の形態は、支持基板としてＺｎＯからなる基板を用いているが、本発明はこれに限定されず、たとえばＺｎＯからなる基板を成長基板として各半導体層を成長させた後、成長基板と半導体積層構造とを分離し、半導体積層構造をＳｉ基板のような、ＺｎＯ基板よりもさらに熱伝導性の高い支持基板やヒートシンク等に搭載してもよい。このように、より熱伝導性の高い支持基板を用いれば、良好な光学特性および信頼性を有するとともに、より高温環境にも適する半導体発光素子となる。また、成長基板を分離せずに、ＣＭＰ等の研磨によって成長基板の一部を除去して厚さを薄くし、他の熱伝導性の高い支持基板等に搭載してもよい。
【０１０８】
成長基板と半導体積層構造との分離は、公知のレーザリフトオフ技術を用いて行うことができる。また、ＣＭＰ等の研磨によって成長基板を半導体積層構造から全部除去することによって行なってもよい。また、ウェットエッチングにより成長基板を全部除去してもよい。また、窒化物半導体層の成長に、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法を用いて、厚い半導体層を形成すれば、成長基板の分離または研磨による一部または全部の除去が容易となり好ましい。このような成長基板の分離または研磨による一部または全部の除去は、上述した素子作製の前または後に行うことができる。
【０１０９】
また、上記実施の形態では、半導体発光素子はレーザ素子であるが、本発明に係る半導体発光素子はレーザ素子に限定されず、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light  Emitting  Diode）でもよい。
【０１１０】
また、上記実施の形態において、活性層はバルク構造であるが、単一または多重量子井戸構造を有していてもよい。また、活性層と下部クラッド層との間、および活性層と上部クラッド層との間に、光ガイド層を設けた分離閉じ込め（ＳＣＨ）構造を実現するための光閉じ込め層やキャリア閉じ込め層を形成してもよい。
【０１１１】
また、上記実施の形態において、活性層とｐ型光ガイド層又はｐ型クラッド層との間にキャリア（電子）ブロック層を設けてもよい。
【０１１２】
また、上記実施の形態では、活性層に対して下部の半導体層がｎ型導電性であり、上部の半導体層がｐ型導電性であるが、下部半導体層側をｐ型導電性としてもよい。
【０１１３】
また、基板上にｎ型またはｐ型の導電型のＺｎＯ層をエピタキシャル成長して、これを緩衝層または下部ＤＢＲミラーの下地層としてもよい。
【０１１４】
また、上記実施の形態では、下部ＤＢＲミラーがＺｎＭｇＢｅＣｄＯ材料からなっているが、ＡｌＧａＩｎＮ材料を用いてもよい。その際には、窒素極性面のＡｌＧａＩｎＮからなる緩衝層は、下部ＤＢＲミラーとＺｎＯからなる成長基板の間に挿入するのがよい。
【０１１５】
また、活性層のＡｌＧａＩｎＮ材料の組成および厚さを適宜選択すれば、紫外領域から可視領域の広範囲にわたる所望の発光波長またはレーザ発振波長を有する半導体発光素子を実現できる。
【０１１６】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１１７】
１、１１、１５  基板
２、１２、１７  緩衝層
３、１８  下部コンタクト層
４、２０  下部クラッド層
５、１３ａ、１４ａ、２１  活性層
６、２２  上部クラッド層
７、２３  上部コンタクト層
８  パッシベーション膜
９、１９  下部電極
１０、２６  上部電極
１３、１４  発光層
１６  下部ＤＢＲミラー
１６ｂ  高屈折率層
１６ａ  低屈折率層
２４  電流狭窄層
２４ａ  開口部
２５  透明導電膜
２７  上部ＤＢＲミラー
１００〜４００  半導体発光素子
Ｌ１、Ｌ２  線
Ｍ  メサポスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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【図７】
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