(57)【要約】【課題】活性層におけるＩｎの偏析及びＩｎの組成むらを抑制し、閾値電流密度が低い窒化物半導体発光装置を実現できるようにする。【解決手段】半導体発光装置は、基板１０１の上に形成されたｎ型クラッド層１０２と、ｎ型クラッド層１０２の上に形成され、井戸層及び障壁層を有する活性層１０５と、活性層１０５の上に形成されたｐ型クラッド層１０９とを備えている。井戸層は、インジウムを含む窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層１０２よりも水素濃度が高く且つｐ型クラッド層１０９よりも水素濃度が低い。【選択図】図２
2011171431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成されたｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上に形成され、井戸層及び障壁層を有する活性層と、
前記活性層の上に形成されたｐ型クラッド層とを備え、
前記井戸層は、インジウムを含む窒化物半導体からなり、前記ｎ型クラッド層よりも水素濃度が高く且つ前記ｐ型クラッド層よりも水素濃度が低いことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記井戸層の水素濃度は、前記ｎ型クラッド層の水素濃度の２倍よりも高く且つ１０倍未満であると共に、前記ｐ型クラッド層の水素濃度の０．０７倍よりも高く且つ０．３５倍未満であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記井戸層の水素濃度は、７×１０１７ｃｍ−３よりも高く且つ３×１０１８ｃｍ−３未満であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記井戸層と前記障壁層とは、水素濃度が等しいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記井戸層は、一般式がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ＜１）で表される化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記井戸層は、インジウムの組成比が０．１以上であることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記活性層は、インジウムの偏析密度が１×１０６ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記活性層は、フォトルミネッセンス光の半値幅が１２０ｍｅＶ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
基板の上にｎ型クラッド層を成長させる工程（ａ）と、
前記工程（ａ）よりも後に、水素を含むキャリアガスを用いて活性層を成長させる工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）よりも後に、ｐ型クラッド層を成長させる工程（ｃ）とを備え、
前記活性層は、井戸層及び障壁層を有し、
前記井戸層は、インジウムを含む窒化物半導体からなり、前記ｎ型クラッド層よりも水素濃度が高く且つ前記ｐ型クラッド層よりも水素濃度が低いことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記工程（ｂ）では、前記井戸層の水素濃度が前記ｎ型クラッド層の２倍よりも高く且つ１０倍未満となると共に、前記ｐ型クラッド層の０．０７倍よりも高く且つ０．３５倍未満となるようにすることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ｂ）では、前記井戸層の水素濃度が７×１０１７ｃｍ−３よりも高く且つ３×１０１８ｃｍ−３未満となるようにすることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｂ）では、前記井戸層の水素濃度と前記障壁層の水素濃度とが等しくなるようにすることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記井戸層は、一般式がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ＜１）で表される化合物からなることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記井戸層は、インジウムの組成比が０．１以上であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記活性層は、インジウムの偏析密度が１×１０６ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１６】
前記活性層は、フォトルミネッセンス光の半値幅が１２０ｍｅＶ以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光装置及びその製造方法に関し、特に窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるIII-Ｖ族窒化物系化合物半導体、いわゆる窒化物半導体が注目を集めている。窒化物半導体は、一般式がＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される、III族元素であるアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）と、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）とからなる化合物半導体である。光デバイスの分野においては、窒化物半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）が、大型ディスプレイ装置及び信号機等の要素として用いられている。また、窒化物半導体を用いたＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤも一部商品化されており、将来的に発光効率が改善されれば、現状の照明装置に置き換わることも期待されている。
【０００３】
一方、窒化物半導体を用いた青紫色〜純緑色領域の半導体レーザ装置も、非常に盛んに研究開発が行われている。青紫色半導体レーザ装置は、従来のコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）等の光ディスクに用いられている赤色域や赤外域の光を発光する半導体レーザ装置と比べて、光ディスク上におけるスポット径を小さくすることが可能であるため、光ディスクの記録密度を向上させることが可能である。また、発光波長が４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの純青色レーザ装置及び、５２５ｎｍ〜５３５ｎｍの純緑色レーザ装置は、レーザディスプレイ及び液晶のバックライト用途として利用できる。これらを用いることにより、従来のディスプレイよりも色再現性が非常に高いディスプレイを実現することが可能となる。
【０００４】
これら窒化物半導体レーザ装置のうち、特に純青色及び純緑色レーザ装置は発振閾値電流が非常に高いため、未だ製品化されていない。一般に、発光波長が４３０ｎｍ以上の窒化物半導体レーザ装置を得るためには、量子井戸構造を有する活性層における井戸層のＩｎ組成を高くする必要がある。この理由は、井戸層のＩｎ組成を高くし、井戸層のエネルギバンドギャップを減少させることが、発光波長を増大させるために必要とされるためである。Ｉｎ組成が高い井戸層を結晶成長させるためには、気相中のＩｎ原料の濃度を高くする必要がある。しかし、結晶成長の際に気相中のＩｎ濃度を高くすると、井戸層中に取り込むことができなかったＩｎが井戸層の表面に偏析する。Ｉｎが表面に偏析した領域は非発光領域となり、活性層の発光効率が著しく低下してしまう。また、Ｉｎ組成が高い井戸層では、Ｉｎの偏析だけでなく、Ｉｎ組成のむらも生じやすい。そのため、フォトルミネッセンス光の半値幅が大きくなる。フォトルミネッセンス光の半値幅が大きくなるほど、レーザ発振に至るまでの利得を得ることが困難となる。
【０００５】
井戸層におけるＩｎの偏析を抑制するため、井戸層を結晶成長させた後、一旦成長を中断し、アンモニアガス、窒素ガス及び水素ガスを含むキャリアガスを供給することにより偏析したＩｎを除去する方法が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９-０５４６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来のＩｎの偏析を抑制する方法では、井戸層におけるＩｎの偏析を十分に抑制できないことを本願発明者らは見出した。また、Ｉｎの組成むらを抑制することも困難である。さらに、キャリアガスとして供給する水素の割合を高くしなければならないため、水素エッチング効果による表面モホロジーの悪化が生じるということも見出した。このように、従来のＩｎの偏析を抑制する方法では、半導体レーザ装置の閾値電流密度の上昇を抑えること及びフォトルミネセンス光の半値幅の増大を抑制することが困難である。また、半導体レーザ装置だけでなく発光ダイオード等の他の半導体発光装置においても同様の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、活性層におけるＩｎの偏析及びＩｎの組成むらを抑制し、閾値電流密度が低い窒化物半導体発光装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体発光装置を、インジウムを含む井戸層がｎ型クラッド層よりも高く且つｐ型クラッド層よりも低い濃度の水素を含む構成とする。
【００１０】
具体的に、本発明に係る半導体発光装置は、基板の上に形成されたｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成され、井戸層及び障壁層を有する活性層と、活性層の上に形成されたｐ型クラッド層とを備え、井戸層は、インジウムを含む窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層よりも水素濃度が高く且つｐ型クラッド層よりも水素濃度が低い。
【００１１】
本発明の半導体発光装置は、井戸層がインジウム（Ｉｎ）を含む窒化物半導体であり、ｎ型クラッド層よりも水素濃度が高く且つｐ型クラッド層よりも水素濃度が低い。このため、水素によるＩｎの偏析を抑える効果を発揮させると共に、水素による表面モホロジーを悪化させる効果を抑えることができる。従って、閾値電流密度が低い半導体発光装置を実現することが可能となる。また、フォトルミネッセンス光の半値幅の増大を抑え、容易にレーザ発振させることが可能となる。
【００１２】
本発明の半導体発光装置において、井戸層の水素濃度は、ｎ型クラッド層の水素濃度の２倍よりも高く且つ１０倍未満であると共に、ｐ型クラッド層の水素濃度の０．０７倍よりも高く且つ０．３５倍未満とすればよい。
【００１３】
本発明の半導体発光装置において、井戸層の水素濃度は、７×１０１７ｃｍ−３よりも高く且つ３×１０１８ｃｍ−３未満とすればよい。
【００１４】
本発明の半導体発光装置において、井戸層と障壁層とは、水素濃度が等しくてもよい。
【００１５】
本発明の半導体発光装置において、井戸層は、一般式がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ＜１）で表される化合物とすればよい。
【００１６】
本発明の半導体発光装置において、井戸層は、インジウムの組成比が０．１以上とすればよい。
【００１７】
本発明の半導体発光装置において、活性層は、インジウムの偏析密度が１×１０６ｃｍ−２以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の半導体発光装置において、活性層は、フォトルミネッセンス光の半値幅が１２０ｍｅＶ以下であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の上にｎ型クラッド層を成長させる工程（ａ）と、工程（ａ）よりも後に、水素を含むキャリアガスを用いて活性層を成長させる工程（ｂ）と、工程（ｂ）よりも後に、ｐ型クラッド層を成長させる工程（ｃ）とを備え、活性層は井戸層及び障壁層を含み、井戸層は、インジウムを含む窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層よりも水素濃度が高く且つｐ型クラッド層よりも水素濃度が低い。
【００２０】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、水素を含むキャリアガスを用いて活性層を成長させる工程を備えている。このため、活性層におけるＩｎの偏析を抑えることができる。また、井戸層は、ｎ型クラッド層よりも水素濃度が高く且つｐ型クラッド層よりも水素濃度が低い。このため、水素エッチング効果による表面モホロジーの悪化を抑えることができ、フォトルミネッセンス光の半値幅の増大及び閾値電流密度の上昇が生じにくい半導体発光装置の製造方法を実現できる。
【００２１】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、工程（ｂ）では、井戸層の水素濃度がｎ型クラッド層の２倍よりも高く且つ１０倍未満となると共に、ｐ型クラッド層の０．０７倍よりも高く且つ０．３５倍未満となるようにすればよい。
【００２２】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、工程（ｂ）では、井戸層の水素濃度が７×１０１７ｃｍ−３よりも高く且つ３×１０１８ｃｍ−３未満となるようにすればよい。
【００２３】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、工程（ｂ）では、井戸層の水素濃度と障壁層の水素濃度とが等しくなるようにしてもよい。
【００２４】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、井戸層は、一般式がＩｎｘＧａ１−ｘＮ（但し、０＜ｘ＜１）で表される化合物とすればよい。
【００２５】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、井戸層は、インジウムの組成比が０．１以上とすればよい。
【００２６】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、活性層は、インジウムの偏析密度が１×１０６ｃｍ−２以下であることが好ましい。
【００２７】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、活性層は、フォトルミネッセンス光の半値幅が１２０ｍｅＶ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る窒化物半導体発光装置及びその製造方法によれば、活性層におけるＩｎの偏析及びＩｎの組成むらを抑制し、閾値電流密度が低い窒化物半導体発光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はＩｎの偏析を抑制する原理を示し、（ａ）はキャリアガスが窒素の場合におけるＩｎＧａＮの結晶成長を示し、（ｂ）はキャリアガスが窒素と水素との混合ガスの場合におけるＩｎＧａＮの結晶成長を示す。
【図２】一実施形態に係る窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図３】一実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る窒化物半導体発光装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる条件において製造したＩｎＧａＮ層の原子間力顕微鏡像である。
【図６】量子井戸活性層における水素濃度とフォトルミネッセンス光の半値幅との関係を示す図である。
【図７】（ａ）は量子井戸活性層における水素濃度とｎ型クラッド層における水素濃度との比と、フォトルミネッセンス光の半値幅との関係を示す図であり、（ｂ）は量子井戸活性層における水素濃度とｐ型クラッド層における水素濃度との比と、フォトルミネッセンス光の半値幅との関係を示す図である。
【図８】電流密度と光出力との関係を示す図である。
【図９】閾値電流密度とフォトルミネッセンス光の半値幅との関係を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る窒化物半導体発光装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
まず、本実施形態におけるＩｎの偏析を抑制する原理について説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、ＩｎＧａＮの成長を示している。図１（ａ）はキャリアガスが窒素（Ｎ２）の場合であり、図１（ｂ）はキャリアガスが窒素（Ｎ２）と水素（Ｈ２）との混合ガスの場合である。図１（ａ）に示すように水素が添加されていない窒素のみのキャリアガスの場合には、Ｉｎの供給量が高い状態でＩｎＧａＮを成長させると、正常なＩｎＧａＮの成長が生じるだけでなく過剰なＩｎの一部が互いに結合しＩｎの偏析が生じる。一方、キャリアガスに水素が添加されている場合には、水素エッチング効果により一旦生じたＩｎ同士の結合が分解される。このため、Ｉｎの偏析を抑制することが可能となる。水素の添加量は、キャリアガス流量に対し０．５％以下とするのが好ましい。
【００３１】
図２は一実施形態に係る半導体発光装置の断面構成を示している。図２に示すように本実施形態の半導体発光装置は、半導体レーザ装置（レーザダイオード）である。ｎ−ＧａＮからなる基板１０１の（０００１）面の上に、ｎ型クラッド層１０２、第１のｎ型ガイド層１０３、第２のｎ型ガイド層１０４、活性層１０５、第１のｐ型ガイド層１０６、第２のｐ型ガイド層１０７、電子障壁層１０８、ｐ型クラッド層１０９及びコンタクト層１１０が順次形成されている。
【００３２】
各層は例えば次のようにして形成すればよい。まず、図３（ａ）に示すように基板１０１の上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型クラッド層１０２、第１のｎ型ガイド層１０３及び第２のｎ型ガイド層１０４を順次成長する。ｎ型クラッド層１０２はｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ、第１のｎ型ガイド層１０３はｎ−ＧａＮ、第２のｎ型ガイド層１０４はｎ−Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎとすればよい。
【００３３】
次に、図３（ｂ）に示すように、量子井戸構造の活性層１０５を形成する。活性層１０５はＩｎ０．１５Ｇａ０．８５ＮとＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎとを３周期成長させる。井戸層は、Ｉｎを含む一般式がＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜≦ｘ＜１）で表される化合物であればよいが、波長が４３０ｎｍ以上の半導体レーザ装置とするためには、Ｉｎの組成ｘが０．１以上であることが好ましい。障壁層は一般式がＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜ｘ）で表される化合物であればよい。活性層１０５を形成する際に、キャリアガス中に水素を微量添加する。水素の添加量はキャリアガス流量に対し０．５％以下となるように添加するのが好ましい。本実施形態においては、活性層１０５に含まれる水素の濃度が７×１０１７ｃｍ−３よりも高く且つ３．５×１０１８ｃｍ−３未満となるようにした。本実施形態においては、障壁層を形成する際にもキャリアガスに水素を添加した。しかし、障壁層がＩｎを含まない場合には、障壁層を形成する際に水素を添加しなくてもよい。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ｐ−Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる第１のｐ型ガイド層１０６、ｐ−ＧａＮからなる第２のｐ型ガイド層１０７、ｐ−Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ｎからなる電子障壁層１０８、ｐ−Ａｌ０．１Ｇａ０．９ＮとＧａＮとが交互に積層されたｐ型クラッド層１０９及びｐ−ＧａＮからなるコンタクト層１１０を順次形成する。
【００３５】
次に、図４（ａ）に示すように、幅が１．５μｍ程度のリッジストライプ部を形成した後、絶縁膜１１１を形成する。リッジストライプ部の形成は次のようにすればよい。まず、コンタクト層１１０の上に、プラズマ化学気相堆積法（ＣＶＤ法）を用いて厚さが３００ｎｍのＳｉＯ２膜を形成する。その後、フォトリソグラフィー及びフッ酸を用いたエッチングにより、ＳｉＯ２膜を選択的に除去して、幅が１．５μｍのストライプ状のエッチングマスクを形成する。次に、塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた誘導結合型（ＩＣＰ）ドライエッチングにより、エッチングマスクに覆われていない部分を０．３５μｍ程度の深さまで除去する。
【００３６】
絶縁膜１１１は、厚さが３００ｎｍ程度のＳｉＯ２膜とすればよい。エッチングマスクを除去した後、基板１０１上の全面を覆うように、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィー及びドライエッチングにより、コンタクト層１１０の上面が露出するように、ＳｉＯ２膜を選択的に除去する。
【００３７】
次に、図４（ｂ）に示すように、ｐ電極１１２、配線電極（図示せず）、パッド電極１１３及びｎ電極１１４を形成する。ｐ電極１１２は、電子線（ＥＢ）蒸着法等により形成した、厚さが３５ｎｍ程度のパラジウム膜と厚さが４０ｎｍ程度の白金膜とすればよい。配線電極は、厚さが５０ｎｍのチタン膜、厚さが２００ｎｍの白金膜及び厚さが５０ｎｍのチタン膜の積層体とすればよく、劈開面と平行な方向の幅が２０μｍ程度とすればよい。パッド電極１１３は、厚さが５０ｎｍのチタン膜と、厚さが１０００ｎｍの金膜とを、共振器方向の長さが５５０μｍ程度で劈開面の平行な方向の幅が１５０μｍ程度となるように形成した後、電界めっきにより、金膜の厚さを１０μｍ程度まで増膜すればよい。ｎ電極１１４は、ダイヤモンドスラリーにより基板１０１の厚さを１００μｍ程度まで薄くした後、厚さが５ｎｍのチタン膜と、厚さが１０ｎｍの白金膜と、厚さが１０００ｎｍの金膜とを基板１０１の裏面にＥＢ蒸着法等を用いて形成すればよい。この後、劈開によりチップを分離する。
【００３８】
図５（ａ）〜（ｅ）は、種々の条件により形成した活性層１０５の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察した結果を示している。（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ活性層１０５の水素濃度が、７×１０１７ｃｍ−３、１×１０１８ｃｍ−３、２×１０１８ｃｍ−３、３×１０１８ｃｍ−３、３．５×１０１８ｃｍ−３の場合を示している。図５において黒枠により囲んだ部分は偏析が生じている部分を示している。また、表１は活性層１０５に含まれる水素の濃度と、ＡＦＭ像から求めたＩｎの偏析密度との関係を示している。活性層１０５に含まれる水素の濃度が高くなるに従い、Ｉｎの偏析による異常成長が減少し、水素濃度が２×１０１８ｃｍ−３の場合にはＩｎの偏析密度が１×１０６ｃｍ−２以下となり、異常成長がほとんど認められなかった。しかし、水素濃度が２×１０１８ｃｍ−３を越えると、Ｉｎの偏析による異常成長が増加した。
【００３９】
【表１】
2011171431.tif 000003
【００４０】
図６は、活性層１０５における水素濃度と、フォトルミネッセンス光の半値幅（ＰＬ半値幅）との関係を示している。活性層１０５に含まれる水素の濃度が高くなるに従い、ＰＬ半値幅は減少し、水素濃度が２×１０１８ｃｍ−３場合にはＰＬ半値幅は１１５ｍｅＶ程度となった。しかし、水素濃度がさらに高くなると、ＰＬ半値幅は上昇した。
【００４１】
半導体レーザ装置におけるＰＬ半値幅は、１５０ｍｅＶ程度よりも小さいことが好ましい。従って、活性層１０５における水素濃度を７×１０１７ｃｍ−３よりも高く且つ３×１０１８ｃｍ−３よりも小さくすることが好ましい。特に、活性層１０５における水素濃度を、１．８×１０１８ｃｍ−３以上且つ２．２×１０１８ｃｍ−３以下とすることにより、発光波長が４３０ｎｍ以上の半導体レーザ装置においても、ＰＬ半値幅を１２０ｍｅＶ程度以下とすることができる。現在量産化されている波長が４００ｎｍ〜４１０ｎｍ程度の青紫色のレーザダイオードのＰＬ半値幅は１１０ｍｅＶ〜１２０ｍｅＶ程度である。従って、この場合には、波長が４３０ｎｍ以上の純青色レーザダイオード等においても、青紫色レーザダイオードとほぼ同等の特性を実現することができる。
【００４２】
図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ活性層１０５における水素濃度と、ｎ型クラッド層１０２及びｐ型クラッド層１０９における水素濃度との比とＰＬ半値幅との関係を示している。図７（ａ）に示すように活性層１０５における水素濃度とｎ型クラッド層１０２における水素濃度との比（Ａ／Ｎ）が大きくなるに従い、ＰＬ半値幅は次第に小さくなる。Ａ／Ｎが７程度においてＰＬ半値幅は最小となり、Ａ／Ｎがそれ以上大きくなるとＰＬ半値幅は次第に大きくなる。また、図７（ｂ）に示すように活性層１０５における水素濃度とｐ型クラッド層１０９における水素濃度との比率（Ａ／Ｐ）が大きくなるに従い、ＰＬ半値幅は次第に小さくなる。Ａ／Ｐが０．２５程度においてＰＬ半値幅は最小となり、Ａ／Ｐがそれ以上大きくなるとＰＬ半値幅は次第に大きくなる。Ａ／Ｎを２よりも大きく且つ１０よりも小さくすると共に、Ａ／Ｐを０．０７よりも大きく且つ０．３５よりも小さくすることにより、ＰＬ半値幅を１５０ｍｅＶ程度よりも小さくすることができる。つまり、活性層における水素濃度を、ｎ型クラッド層における水素濃度の２倍よりも大きく且つ１０倍未満とすると共に、ｐ型クラッド層における水素濃度の０．０７倍よりも大きく且つ０．３５倍未満とすることにより、ＰＬ半値幅を１５０ｍｅＶ程度よりも小さくすることができる。特に、Ａ／Ｎを５．９以上且つ７．２以下とすると共に、Ａ／Ｐを０．２２以上且つ２．７以下とすれば、ＰＬ半値幅を１２０ｍｅＶ程度以下とすることができる。
【００４３】
ｐ型クラッド層１０９における水素濃度が活性層１０５よりも高くなる理由は、ｐ型クラッド層１０９を成膜する際にｐ型不純物であるＭｇを添加するためである。Ｍｇは水素と結合しやすいため、Ｍｇを含むｐ型クラッド層１０９における水素濃度は活性層１０５よりも高くなる。
【００４４】
図８は、電流密度と光出力との関係を示している。Ａ／Ｎが６．６でＡ／Ｐが０．２５の場合には、レーザ発振が生じる閾値電流密度が７．５ＫＡ／ｃｍ２程度となった。一方、Ａ／Ｎが２でＡ／Ｐが０．０７の場合には、閾値電流密度は９．４ＫＡ／ｃｍ２程度まで上昇した。図９は閾値電流密度とＰＬ半値幅との関係を示している。閾値電流密度が小さい場合には、ＰＬ半値幅も小さくなる。
【００４５】
本実施形態は井戸層が、ＩｎＧａＮの場合を例として示したが、井戸層がＩｎに代えて又はＩｎに加えてアルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）又は亜鉛（Ｚｎ）等を含んでいてもよい。
【００４６】
本実施形態においては、基板を主面が（０００１）面であるＧａＮ基板としたが、主面が（１０−１ｘ）面又は（１１−２ｘ）面（但し、ｘは０よりも大きい整数である。）等のＧａＮ基板を用いてもよい。また、ＧａＮ基板に代えて、サファイア基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板又はスピネル基板を用いてもよい。また、実施形態において示した各層の組成及び膜厚等は一例であり、適宜変更してかまわない。
【００４７】
本実施形態は、リッジ型の光導波路を有する半導体レーザ装置について説明したが、埋め込み型レーザ装置においても同様の効果が得られる。また、半導体レーザ装置に限らず、スーパールミネッセンスダイオード等に適用することも可能である。さらに、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）にも適用することが可能であり、ＬＥＤとする場合には、例えば図１０に示すような構成とすればよい。基板２０１の上に、ｎ−ＧａＮからなるｎコンタクト層２０２と、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０３と、ｐ−ＧａＮからなるｐコンタクト層２０４とが順次形成されている。ｐコンタクト層２０４上には、ｐ電極２０５が形成され、ｎコンタクト層２０２の上には、ｎ電極２０６が形成されている。この構成の場合においても、Ｉｎ偏析が抑制されているため、量子井戸活性層の内部量子効率が非常に高くなる。またＩｎ組成むらが抑制されているため、ＰＬ半値幅を１１０ｍｅＶ〜１２０ｍｅＶ程度まで狭くすること可能となる。これらにより、ＬＥＤの発光効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る窒化物半導体発光装置及びその製造方法は、活性層におけるＩｎの偏析及びＩｎの組成むらを抑制し、閾値電流密度が低い窒化物半導体発光装置を実現でき、特に窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法等として有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１      基板
１０２      ｎ型クラッド層
１０３      第１のｎ型ガイド層
１０４      第２のｎ型ガイド層
１０５      活性層
１０６      第１のｐ型ガイド層
１０７      第２のｐ型ガイド層
１０８      電子障壁層
１０９      ｐ型クラッド層
１１０      コンタクト層
１１１      絶縁膜
１１２      ｐ電極
１１３      パッド電極
１１４      ｎ電極
２０１      基板
２０２      ｎコンタクト層
２０３      ＩｎＧａＮ量子井戸活性層
２０４      ｐコンタクト層
２０５      ｐ電極
２０６      ｎ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図５】
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