(57)【要約】【課題】ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成の均一性を向上可能な窒化物半導体レーザを作製する方法を提供する。【解決手段】工程Ｓ１１０では、ＴＭＧ、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給して井戸層の膜厚ＤＷ０より薄い膜厚ＤＷ１（ＤＷ１＜ＤＷ０）のＩｎＧａＮ薄膜の堆積を温度Ｔ１で行う。この薄膜は１ｎｍ厚である。工程Ｓ１１１では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら温度Ｔ１からＴ２（Ｔ１＜Ｔ２）に温度を変更する。工程Ｓ１１２では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら温度を温度Ｔ２に保つ。工程Ｓ１１３では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら温度Ｔ２からＴ１に温度を変更する。堆積されたＩｎＧａＮ薄膜が工程Ｓ１１１〜Ｓ１１３によって改質されて、改質されたＩｎＧａＮ薄膜の組成の均一性が向上されている。井戸層は改質された３層の１ｎｍのＩｎＧａＮ薄膜からなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体レーザを作製する方法であって、
第１の膜厚を有しており活性層のための第１のＩｎＧａＮ膜を窒化ガリウム系半導体領域上に形成する工程を備え、
前記第１のＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程は、
第１のガリウム原料、第１のインジウム原料及び第１の窒素原料を成長炉に供給して、前記ＩｎＧａＮ膜の形成ために、第１の温度で前記第１の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行う工程と、
第２のインジウム原料及び第２の窒素原料を前記成長炉に供給しながら、前記第１の温度より高い第２の温度で前記ＩｎＧａＮの熱処理を行う工程と、
前記熱処理の後に、少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積を行って前記第１のＩｎＧａＮ膜を形成する工程と
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記インジウム原料は有機金属である、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記第２の窒素原料はアンモニア及びアミン類窒素原料の少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記第１のＩｎＧａＮ膜は、前記活性層の井戸層及び障壁層のいずれか一方である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層であり、
前記少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積を行って前記第１のＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程では、前記第１の膜厚のＩｎＧａＮの堆積が完了するまで、前記ＩｎＧａＮの堆積及び前記ＩｎＧａＮの熱処理が繰り返される、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層であり、
前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．２５以上であり、
前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．３５以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の障壁層であり、
前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．０２以上であり、
前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．０８以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
第２の膜厚を有しており前記活性層のための第２のＩｎＧａＮ膜を形成する工程を更に備え、
前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の一方は、前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の他方上に形成され、
前記第２のＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程は、
第３のガリウム原料、第３のインジウム原料及び第３の窒素原料を成長炉に供給して、前記ＩｎＧａＮ膜の形成ために、第３の温度で前記第２の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行う工程と、
前記ＩｎＧａＮを堆積した後に、第４のインジウム原料及び第４の窒素原料を前記成長炉に供給しながら、前記第３の温度より大きな第４の温度で熱処理を行う工程と、
前記少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積及び前記熱処理を前記第２の膜厚の堆積が完了するまで行って、前記第２のＩｎＧａＮ膜を形成する工程と
を含み、
前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の一方は前記活性層の井戸層のために形成され、
前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の他方は前記活性層の障壁層のために形成される、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】
六方晶系材料からなるウエハを準備する工程を更に備え、
前記ウエハの主面は、前記六方晶系材料のｃ面から１５度以上３０度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
前記第１のＩｎＧａＮ膜は、前記活性層の井戸層のために形成され、
前記第１の温度は、摂氏６３０度以上であり、摂氏７８０度以下である、ことを特徴とする請求項９に記載された方法。
【請求項１１】
六方晶系材料からなるウエハを準備する工程を更に備え、
前記ウエハの主面は前記六方晶系材料の極性面である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１２】
前記第１のＩｎＧａＮ膜は、前記活性層の井戸層のために形成され、
前記第１の温度は、摂氏６８０度以上であり、摂氏８３０度以下である、ことを特徴とする請求項１１に記載された方法。
【請求項１３】
六方晶系材料からなるウエハを準備する工程を更に備え、
前記ウエハの主面は前記六方晶系材料の非極性面である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１４】
前記第１のＩｎＧａＮ膜は、前記活性層の井戸層のために形成され、
前記第１の温度は、摂氏６５０度以上であり、摂氏８００度以下である、ことを特徴とする請求項１３に記載された方法。
【請求項１５】
前記活性層は量子井戸構造を有しており、
前記活性層のフォトルミネッセンスの半値全幅は４０ｎｍ以下である、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１６】
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は４９０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１７】
窒化物半導体レーザ用のエピタキシャルウエハを作製する方法であって、
ウエハ上に第１導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程と、
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成した後に、所定の膜厚を有しており活性層のためのＩｎＧａＮ膜をウエハ上に形成する工程と、
前記活性層を形成した後に、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程と
を備え、
前記ＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程は、
第１のガリウム原料、第１のインジウム原料及び第１の窒素原料を成長炉に供給して、前記ＩｎＧａＮ膜の形成ために、第１の温度で前記第１の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行う工程と、
第２のインジウム原料及び第２の窒素原料を前記成長炉に供給しながら、前記第１の温度より高い第２の温度で前記ＩｎＧａＮの熱処理を行う工程と、
前記熱処理の後に、少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積を行って前記ＩｎＧａＮ膜を形成する工程と
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記ＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層であり、
前記少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積を行って前記ＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程では、前記第１の膜厚のＩｎＧａＮの堆積が完了するまで、前記ＩｎＧａＮの堆積及び前記ＩｎＧａＮの熱処理が繰り返される、ことを特徴とする請求項１７に記載された方法。
【請求項１９】
第１導電型III族窒化物半導体層と、
第２導電型III族窒化物半導体層と、
複数のＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層と複数の障壁層とを有する活性層と
を備え、
前記活性層は、前記第１導電型III族窒化物半導体層と前記第２導電型III族窒化物半導体層との間に設けられ、
前記ＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層のインジウム組成Ｘは０．２４以上であり、
前記ＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層のインジウム組成分布における最大値及び最小値は、前記インジウム組成分布の平均値の−１５％〜＋１５％の範囲にある、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項２０】
前記井戸層は、複数のＩｎＸＧａ１−ＸＮ薄膜の積層を含み、
各ＩｎＸＧａ１−ＸＮ薄膜のインジウム組成は互いに実質的に同じである、ことを特徴とする請求項１９に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザを作製する方法、エピタキシャルウエハを作製する方法及び窒化物半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、平坦で連続したＧａＮ膜を形成する方法が記載されている。ＧａＮ膜の成長の期間の最初の部分では、ガリウム（Ｇａ）が化学量論的に過剰な成膜条件下で膜の成長が行われる。成長期間の引き続く部分では、窒素（Ｎ）が化学量論的に過剰な成膜条件下で膜の成長が行われる。いずれの期間でも、Ｇａ及びＮが成長期間にわたって基板に同時に到着する。
【０００３】
特許文献２には、良質なＧａＡｓＮ単結晶を形成する方法が記載されている。ミシビリティギャップ組成のＧａＡｓＮ混晶の成長において、Ｇａ供給、窒化、Ｇａ供給、砒化のサイクルを繰り返してＧａＡｓＮ混晶を成長する。
【０００４】
特許文献３には、熱平衡状態において非混和領域の組成を有するＧａＩｎＮＡｓ系化合物半導体混晶を成長する方法が記載されている。ＧａＩｎＮＡｓ系化合物半導体混晶を成長する工程中に、ＧａＩｎＮＡｓ化合物半導体混晶の結晶成長を中断し、ＧａＡｓ化合物半導体薄膜を結晶成長する。ＧａＡｓ化合物半導体は、ＧａＩｎＮＡｓ化合物半導体混晶の構成元素からなり、熱平衡状態において混和領域の組成を有する。
【０００５】
特許文献４には、高品位の原子層を短時間で成長できる窒化物薄膜を形成する方法が記載されている。この方法では、１×１０−３〜１Ｐａのアンモニア雰囲気中で有機金属ガスを含む原料ガスを基板に吹き付けて、この基板上に金属元素層を形成する。この後に原料ガスの吹付けを停止し、基板上に金属元素層の窒化物である窒化物薄膜を形成する。
【０００６】
特許文献５には、窒化物系化合物半導体層を有機金属化学気相成長法を用いて製造する方法が記載されている。この方法では、III族源の有機金属を含むIII族原料ガスを間欠的に基板上に供給すると共に、窒素を含むガスを基板上に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願平９−１４４２９１号公報
【特許文献２】特開２０００−４９１０４号公報
【特許文献３】特開２０００−２１６１０１号公報
【特許文献４】特開２００４−１６５５７１号公報
【特許文献５】特開２００３−６８６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
III族窒化物半導体レーザにおいて長波長の発光を得るためには、大きなインジウム組成のＩｎＧａＮ井戸層を用いる。インジウム組成の増加に伴って、ＩｎＧａＮ井戸層の結晶品質が低下する。ＩｎＧａＮ井戸層に非発光領域が増加して、発光効率が低下する。また、インジウム組成の増加に伴って、発光波長のブルーシフトが増加する。大きなブルーシフトを示すIII族窒化物半導体レーザでは、レーザ発振までに印加される電流の増加に伴って発光波長が変化するので、ＬＥＤモードにおいてブルーシフトを示す発光は、レーザ発振のための誘導放出に寄与しない。さらに、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成の増加に伴って、フォトルミネッセンススペクトルにおける半値全幅が大きくなる。半値全幅の増大により、光学的利得を示す波長範囲が大きくなる。レーザ発振に寄与しない波長でもＬＥＤモードの発光が生じるので、レーザ発振の閾値電流が増大する。
【０００９】
発明者の知見によれば、これらはＩｎＧａＮ井戸層の空間的なゆらぎの増加に関連している。
【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成の均一性を向上可能な窒化物半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とし、また、窒化物半導体レーザ用のエピタキシャルウエハを作製する方法を提供することを目的とし、さらに、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成の均一性が向上された窒化物半導体レーザ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】
【００１１】
本発明の一側面は、窒化物半導体レーザを作製する方法である。この方法は、第１の膜厚を有しており活性層のための第１のＩｎＧａＮ膜を窒化ガリウム系半導体領域上に形成する工程を備える。前記第１のＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程は、（ａ）第１のガリウム原料、第１のインジウム原料及び第１の窒素原料を成長炉に供給して、前記ＩｎＧａＮ膜の形成ために、第１の温度で前記第１の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行う工程と、（ｂ）第２のインジウム原料及び第２の窒素原料を前記成長炉に供給しながら、前記第１の温度より高い第２の温度で前記ＩｎＧａＮの熱処理を行う工程と、（ｃ）前記熱処理の後に、前記ＩｎＧａＮの堆積を少なくとも一回行って前記第１のＩｎＧａＮ膜を形成する工程とを含む。
【００１２】
この方法によれば、第１のＩｎＧａＮ膜を形成するために、第１のＩｎＧａＮ膜の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行った後に、インジウム原料及び窒素原料を含む雰囲気中で、成長温度より高い第２の温度でＩｎＧａＮの熱処理を行う。このため、ＩｎＧａＮ堆積物における組成均一性が向上される。これ故に、良好な組成の均一性を有するＩｎＧａＮ膜を成長できる。インジウム原料及び窒素原料が成長後の熱処理中に供給されるので、ＩｎＧａＮからのＩｎＮの分解を抑制できる。
【００１３】
本発明に係る方法では、前記第１のインジウム原料は有機金属であることが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。また、前記第２のインジウム原料は有機金属であることが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記第１の窒素原料は、アンモニア及びアミン類窒素原料の少なくともいずれかを含むことが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。また、前記第２の窒素原料は、アンモニア及びアミン類窒素原料の少なくともいずれかを含むことが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。
【００１５】
この方法では、前記アミン類窒素原料は、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、及びトリエチルアミンの少なくともいずれかを含むことができる。この方法によれば、アミン類窒素原料は、低温におけるＩｎＧａＮ成長に適している。
【００１６】
本発明に係る方法では、前記第１のＩｎＧａＮ膜は、前記活性層の井戸層及び障壁層のいずれか一方であることができる。この方法によれば、良好な組成均一性を有するＩｎＧａＮ井戸層及びＩｎＧａＮ障壁層の形成が提供される。
【００１７】
本発明に係る方法では、前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層であり、前記ＩｎＧａＮの堆積を少なくとも一回行って前記第１のＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程では、前記第１の膜厚のＩｎＧａＮの堆積が完了するまで、前記ＩｎＧａＮの堆積及び前記ＩｎＧａＮの熱処理が繰り返されることができる。この方法によれば、複数回のＩｎＧａＮ薄膜の成長と該成長後の熱処理とにより、ＩｎＧａＮ膜の組成均一性が向上される。また、本発明に係る方法では、井戸層及び障壁層がＩｎＧａＮからなることができる。また、井戸層がＩｎＧａＮからなり、障壁層がＧａＮからなることができる。
【００１８】
本発明に係る方法では、前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層であり、前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．２５以上であり、前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．３５以下であることが好ましい。この方法によれば、高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ井戸層を形成できる。したがって、本方法によれば、長波長の発光素子を提供できる。
【００１９】
本発明に係る方法では、前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の障壁層であり、前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．０２以上であり、前記第１のＩｎＧａＮ膜のインジウム組成は０．０８以下であることができる。この方法によれば、高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ井戸層に好適なＩｎＧａＮ障壁層を形成することができる。したがって、本方法によれば、長波長の発光素子を提供できる。
【００２０】
本発明に係る方法は、第２の膜厚を有しており前記活性層のための第２のＩｎＧａＮ膜を形成する工程を更に備えることができる。前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の一方は、前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の他方上に形成されている。前記第２のＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程は、（ａ）第３のガリウム原料、第３のインジウム原料及び第３の窒素原料を成長炉に供給して、前記ＩｎＧａＮ膜の形成ために、第３の温度で前記第２の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行う工程と、（ｂ）前記ＩｎＧａＮを堆積した後に、第４のインジウム原料及び第４の窒素原料を前記成長炉に供給しながら、前記第４の温度で熱処理を行う工程と、（ｃ）少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積を前記第２の膜厚の堆積が完了するまで行って、前記第２のＩｎＧａＮ膜を形成する工程とを含むことができる。前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の一方は前記活性層の井戸層のために形成され、前記第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の他方は前記活性層の障壁層のために形成される。
【００２１】
この方法によれば、第１及び第２のＩｎＧａＮ膜の一方が活性層の井戸層のために形成され、他方が障壁層のために形成されるので、優れた組成均一性の井戸層及び障壁層の活性層が提供される。なお、前記第３の窒素原料は、アンモニア及びアミン類窒素原料の少なくともいずれかを含むことが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。前記第３のインジウム原料は有機金属であることが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。前記第４の窒素原料は、アンモニア及びアミン類窒素原料の少なくともいずれかを含むことが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。前記第４のインジウム原料は有機金属であることが好ましい。この方法は、有機金属気相成長法による窒化物成長に適している。
【００２２】
本発明に係る方法は、六方晶系材料からなるウエハを準備する工程を更に備えることができる。前記ウエハの主面は、前記六方晶系材料のｃ面から１５度以上３０度以下の角度で傾斜していることができる。この方法によれば、半極性六方晶系ウエハを用いて半導体レーザを作製できる。
【００２３】
本発明に係る方法では、前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層のために形成され、前記第１の温度は、摂氏６３０度以上であり、摂氏７８０度以下であることができる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する半極性ＩｎＧａＮ層が提供される。
【００２４】
本発明に係る方法は、六方晶系材料からなるウエハを準備する工程を更に備えることができる。前記ウエハの主面は、前記六方晶系材料の極性面であることができる。この方法によれば、極性六方晶系ウエハ上に半導体レーザを作製できる。
【００２５】
本発明に係る方法では、記第１のＩｎＧａＮ膜は、前記活性層の井戸層のために形成され、前記第１の温度は、摂氏６８０度以上であり、摂氏８３０度以下であることができる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する極性ＩｎＧａＮ層が提供される。
【００２６】
本発明に係る方法は、六方晶系材料からなるウエハを準備する工程を更に備えることができる。前記ウエハの主面は、前記六方晶系材料の非極性面であることができる。この方法によれば、非半極性六方晶系ウエハを用いて半導体レーザを作製できる。
【００２７】
本発明に係る方法では、前記第１のＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層のために形成され、前記第１の温度は、摂氏６５０度以上であり、摂氏８００度以下であることができる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する非極性ＩｎＧａＮ層が提供される。
【００２８】
本発明に係る方法では、前記活性層は量子井戸構造を有しており、前記活性層のフォトルミネッセンスの半値全幅は４０ｎｍ以下であることができる。この方法によれば、ＩｎＧａＮ膜の組成均一性が向上されるので、半値全幅がレーザ発振に好適な程度に小さくできる。
【００２９】
本発明に係る方法では、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は４９０ｎｍ以上であることができる。この方法によれば、III族窒化物半導体レーザは長波長のレーザ発振に好適な構造を有する。
【００３０】
本発明の別の側面は、窒化物半導体レーザ用のエピタキシャルウエハを作製する方法である。この方法は、（ａ）ウエハ上に第１導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程と、（ｂ）前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成した後に、所定の膜厚を有しており活性層のためのＩｎＧａＮ膜をウエハ上に形成する工程と、（ｃ）前記活性層を形成した後に、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成する工程とを備える。前記ＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程は、（ｂ１）第１のガリウム原料、第１のインジウム原料及び第１の窒素原料を成長炉に供給して、前記ＩｎＧａＮ膜の形成ために、第１の温度で前記第１の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行う工程と、（ｂ２）第２のインジウム原料及び第２の窒素原料を前記成長炉に供給しながら、前記第１の温度よい高い第２の温度で前記ＩｎＧａＮの熱処理を行う工程と、（ｂ３）前記熱処理の後に、少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積を行って前記ＩｎＧａＮ膜を形成する工程とを含むことができる。
【００３１】
この方法によれば、第１のＩｎＧａＮ膜を形成するために、第１のＩｎＧａＮ膜の膜厚より薄いＩｎＧａＮの堆積を行った後に、インジウム原料及び窒素原料を含む雰囲気中で、成長温度より高い第２の温度でＩｎＧａＮの熱処理を行う。このため、ＩｎＧａＮ堆積物において組成均一性が向上される。これ故に、組成の良好な均一性を有するＩｎＧａＮ膜を成長できる。インジウム原料及び窒素原料が成長後の熱処理中に供給されるので、ＩｎＧａＮからのＩｎＮの分解を抑制できる。
【００３２】
本発明に係る方法では、前記ＩｎＧａＮ膜は前記活性層の井戸層であり、前記少なくとも一回のＩｎＧａＮ堆積を行って前記ＩｎＧａＮ膜を形成する前記工程では、前記第１の膜厚のＩｎＧａＮの堆積が完了するまで、前記ＩｎＧａＮの堆積及び前記ＩｎＧａＮの熱処理が繰り返される。この方法によれば、複数回のＩｎＧａＮ薄膜の成長と該成長後の熱処理とにより、ＩｎＧａＮ膜の組成均一性が向上される。
【００３３】
本発明の更なる別の側面に係るIII族窒化物半導体レーザは、（ａ）第１導電型III族窒化物半導体層と、（ｂ）第２導電型III族窒化物半導体層と、（ｃ）複数のＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層と複数の障壁層とを有する活性層とを備えることができる。前記活性層は、前記第１導電型III族窒化物半導体層と前記第２導電型III族窒化物半導体層との間に設けられ、前記ＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層のインジウム組成Ｘは０．２４以上であり、前記ＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層の各々のインジウム組成分布における最大値及び最小値は、前記インジウム組成分布の平均値の−１５％〜＋１５％の範囲にある。
【００３４】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層のインジウム組成分布における最大値及び最小値が該井戸層におけるインジウム組成分布の平均値の−１５％〜＋１５％の範囲にあるので、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ井戸層の組成均一性が向上される。故に、良好な組成均一性のＩｎＧａＮ膜によって、半値全幅がレーザ発振に好適な程度に縮小される。
【００３５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザは、前記井戸層は、複数のＩｎＸＧａ１−ＸＮ薄膜の積層を含み、各ＩｎＸＧａ１−ＸＮ薄膜のインジウム組成は互いに実質的に同じであることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ薄膜の厚みが薄いので、個々のＩｎＸＧａ１−ＸＮ薄膜のインジウム組成の均一性を向上可能である。この結果、インジウム組成分布における最大値及び最小値が平均値の−１５％〜＋１５％の範囲内にまで低減可能である。
【００３６】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成の均一性を向上可能な窒化物半導体レーザを作製する方法が提供される。また、本発明の別の側面によれば、窒化物半導体レーザ用のエピタキシャルウエハを作製する方法が提供される。さらに、本発明に係る更なる別の側面によれば、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成の均一性が向上された窒化物半導体レーザが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザを作製する方法及びエピタキシャルウエハを作製する方法の主要な工程を示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザを作製する方法及びエピタキシャルウエハを作製する方法の主要な工程を示す図面である。
【図３】図３は、活性層の作製のためのガス供給及び温度変更のタイミングを示す図面である。
【図４】図４は、活性層の作製のためのガス供給及び温度変更のタイミングを示す図面である。
【図５】図５は、エピタキシャルウエハの構造を示す図面である。
【図６】図６は、半導体レーザの構造を示す図面である。
【図７】図７は、実施例１における活性層の作製の主要な工程フローを示す図面である。
【図８】図８は、実施例２における活性層の作製の主要な工程フローを示す図面である。
【図９】図９は、実施例３における活性層の作製の主要な工程フローを示す図面である。
【図１０】図１０は、実施例４における活性層の作製の主要な工程フローを示す図面である。
【図１１】図１１は、実施例５における活性層の作製の主要な工程フローを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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、本発明の窒化物半導体レーザを作製する方法、窒化物半導体レーザ用のエピタキシャルウエハを作製する方法、及び窒化物半導体レーザに係る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。
【００４０】
図１及び図２は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザを作製する方法及びエピタキシャルウエハを作製する方法の主要な工程を示す図面である。図１の工程フロー１００ａを参照すると、工程Ｓ１０１では、六方晶系材料からなるウエハを準備する。六方晶系材料として、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、サファイア等を用いることができる。引き続く工程において、ウエハの主面上にIII窒化物半導体膜のエピタキシャル成長が行われる。
【００４１】
ウエハの主面は、上記の六方晶系材料のｃ面から傾斜している半極性面のウエハであることができる。傾斜角が、例えば１５度以上であるとき、内部電界が小さいという利点がある。傾斜角が、例えば３０度以下の角度であるとき、大口径のウエハを利用可能であるという利点がある。この半極性六方晶系ウエハを用いて、小さいブルーシフトを示す半導体レーザを作製できる。
【００４２】
また、ウエハの主面は、六方晶系材料の極性面であることができる。六方晶系材料の極性面として、ＧａＮのｃ面を用いることができる。極性六方晶系ウエハ上に半導体レーザを作製できる。
【００４３】
さらに、ウエハの主面は、六方晶系材料の非極性面であることができる。六方晶系材料の非極性面として、ＧａＮのａ面及びｍ面を用いることができる。非半極性六方晶系ウエハを用いて半導体レーザを作製できる。
【００４４】
引き続く例示的な説明では、ＧａＮウエハ上に半導体レーザを作製する。引き続く製造工程におけるエピタキシャル膜は、例えば有機金属気相成長法により作製される。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、またドーパントしてシラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いる。ＧａＮウエハを成長炉にセットした後に、工程Ｓ１０２では、ＧａＮウエハのサーマルクリーニングを行う。このために、成長炉に水素及びアンモニアを供給する。熱処理温度は、例えば摂氏１０５０度である。
【００４５】
工程Ｓ１０３では、ウエハ主面上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域を成長する。このｎ型窒化ガリウム系半導体領域の成長では、工程Ｓ１０４において、例えばｎ型窒化ガリウム系半導体クラッド層を成長する。クラッド層は、例えばｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎからなることができ、その成長温度は、例えば摂氏１０５０度であることができる。ｎ型ＡｌＧａＮにはシリコンが添加されている。ｎ型ＡｌＧａＮの膜厚は、例えば２３００ｎｍであることができる。
【００４６】
次いで、必要な場合には、工程Ｓ１０５においてクラッド層上にｎ型窒化ガリウム半導体層を成長する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップはクラッド層のバンドギャップより小さく、この後に成長される光ガイド層のバンドギャップより大きい。また、ｎ型窒化ガリウム系半導体層の屈折率はクラッド層の屈折率より大きく、この後に成長される光ガイド層の屈折率より小さい。このｎ型窒化ガリウム系半導体層は、例えばｎ型ＧａＮからなることができる。成長温度は、例えば摂氏１０５０度であることができる。ｎ型ＧａＮの膜厚は、例えば５０ｎｍであることができる。本実施の形態におけるＡｌＧａＮ及びＧａＮの成長では、［Ｖ］／［III］（流量モル比）として９００〜６０００が用いられる。ＡｌＧａＮの成長における炉内圧力は、例えば４０〜８０ｋＰａであり、ＧａＮ及びＩｎＧａＮの成長における炉内圧力は、例えば１００ｋＰａである。
【００４７】
工程Ｓ１０６では、クラッド層上にｎ側の光ガイド層を成長する。この光ガイド層は、例えばアンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなることができる。成長温度は、例えば摂氏８２０度であることができる。このＩｎＧａＮの膜厚は、例えば６５ｎｍであることができる。この光ガイド層の成長温度の範囲は、例えば摂氏７５０度以上であり、また摂氏９００度以下であることができる。
【００４８】
工程Ｓ１０７において活性層を形成する。III族窒化物半導体レーザを作製する方法では、例えば４９０ｎｍ以上の発振波長を得るように活性層が形成される。また、活性層は、例えば５４０ｎｍ以下の発振波長を得るように形成される。長波長のレーザ発振に好適な構造が以下の成長方法により提供される。活性層の形成では、工程Ｓ１０８における障壁層の成長と工程Ｓ１０９における井戸層の成長とが行われる。有機金属気相成長法による窒化物成長に適しているので、活性層の成長では、インジウム原料は有機金属を含み、窒素原料はアンモニア及びアミン類窒素原料の少なくともいずれかを含むことが好ましい。アミン類窒素原料は、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、及びトリエチルアミンの少なくともいずれかを含むことができる。アミン類窒素原料は、低温におけるＩｎＧａＮ成長に適している。
【００４９】
まず、第１層目の障壁層の組成が光ガイド層の組成と同じときは、膜厚を調整して、光ガイド層の成膜条件を用いて障壁層の成長を行うことができる。このとき、光ガイド層上に井戸層を成長することができる。他の場合には、工程Ｓ１０９においてＩｎＧａＮ障壁層を成長する。このとき、障壁層上に井戸層を成長することができる。ＩｎＧａＮ障壁層は、例えばＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎであることができ、アンドープであることができる。
【００５０】
工程Ｓ１０８の井戸層成長では、図３に示されるように、活性層のためのＩｎＧａＮ膜１１を窒化ガリウム系半導体領域１３上に形成する。ＩｎＧａＮ膜１１は膜厚ＤＷ０を有する。このＩｎＧａＮ膜１１は、例えば以下のように成長される。工程Ｓ１１０では、時刻ｔ０〜ｔ１の期間にＩｎＧａＮ薄膜を成長する。この成長では、ガリウム原料（例えばＴＭＧ）、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）を成長炉に供給して、第１の温度Ｔ１で膜厚ＤＷ０より薄いＩｎＧａＮの堆積を行う。このＩｎＧａＮの膜厚ＤＷ１（ＤＷ１＜ＤＷ０）は、例えば１ｎｍ程度である。ガリウム原料の供給を停止して成長を終了する。
【００５１】
工程Ｓ１１１では、図３に示されるように、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に、成長炉温度の温度Ｔ１から温度Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）に変更する。この温度変更中に、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）が成長炉に供給される。この温度変更中には、ＩｎＮといった成膜が生じない。ＴＭＩｎといったインジウム原料及びＮＨ３といった窒素原料の供給により、ＩｎＧａＮ薄膜の表面からＩｎＮの分離を熱処理の全期間にわたって避けることができる。温度Ｔ１が摂氏６００度以上であれば、ＩｎＮの堆積は生じない。１００〜１０００００の範囲の［Ｖ族流量］／［III族流量］を用いることによって、結晶からのＩｎＮの分離を避けることができる。昇温時間は、例えば２分である。［Ｖ族流量］／［III族流量］として、例えば１００００を用いる。成膜温度Ｔ１と熱処理温度Ｔ２との差は、例えば５０度以上であることが好ましい。また、この差は、例えば２５０度以下であることが好ましい。
【００５２】
工程Ｓ１１２では、時刻ｔ２〜ｔ３の期間に成長炉を温度Ｔ２に保つ。この温度保持中に、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）が成長炉に供給される。このときも、ＩｎＮといった成膜が生じない。ＴＭＩｎといったインジウム原料及びＮＨ３といった窒素原料の供給により、ＩｎＧａＮ薄膜の表面からＩｎＮの分離を避けることができる。保持時間は、例えば１分である。［Ｖ族流量］／［III族流量］として例えば１００００を用いる。
【００５３】
工程Ｓ１１３では、時刻ｔ３〜ｔ４の期間に、成長炉温度の温度Ｔ２から温度Ｔ１（Ｔ２＜Ｔ１）に変更する。この温度変更中に、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）が成長炉に供給される。変更時間は、例えば２分である。［Ｖ族流量］／［III族流量］として、例えば１００００を用いる。
【００５４】
工程Ｓ１１０における成長の後の工程Ｓ１１１、Ｓ１１２、Ｓ１１３によって、堆積されたＩｎＧａＮ薄膜が改質されて、改質されたＩｎＧａＮ薄膜１５ａでは、その組成の均一性が向上されている。
【００５５】
工程Ｓ１１４では、所望の厚さのＩｎＧａＮが成長されるまで、上記の薄膜の成長と熱処置とを繰り返す。図３に示されるように、時刻ｔ４〜ｔ５に工程Ｓ１１０を行い、時刻ｔ５〜ｔ６の期間に工程Ｓ１１１を行い、時刻ｔ６〜ｔ７の期間に工程Ｓ１１２を行う。この成長で、膜厚ＤＷ２の別のＩｎＧａＮ薄膜がＩｎＧａＮ薄膜１５ａ上に成長される。本実施例では、繰り返しにより合計３ｎｍのＩｎＧａＮ膜１１が成長される。
【００５６】
この方法によれば、ＩｎＧａＮ膜１１を形成するために、ＩｎＧａＮ膜１１の膜厚より薄いＩｎＧａＮ１５ａの形成、ＩｎＧａＮ１５ｂの堆積を行った後に、ガリウム原料を供給することなく、インジウム原料及び窒素原料を含む雰囲気中で、成長温度Ｔ１より高い温度Ｔ２でＩｎＧａＮの熱処理を行う。このため、ＩｎＧａＮ堆積物において組成の均一性が向上される。これ故に、良好な組成均一性を有するＩｎＧａＮ膜１１を成長できる。インジウム原料及び窒素原料が成長後の熱処理中に供給されるので、ＩｎＧａＮからのＩｎＮの分解を抑制できる。
【００５７】
工程Ｓ１０９における障壁層成長では、図４に示されるように、活性層のためのＩｎＧａＮ膜１７を井戸層上に形成する。障壁層のためのＩｎＧａＮ膜１７は膜厚ＤＢ１を有する。このＩｎＧａＮ膜１７は、例えば以下のように成長される。工程Ｓ１１５では、時刻ｓ０〜ｓ１の期間にＩｎＧａＮ薄膜を成長する。この成長では、ガリウム原料（例えばＴＭＧ）、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）を成長炉に供給して、第１の温度Ｔ３で膜厚ＤＢ０より薄い膜厚ＤＢ１（ＤＢ１＜ＤＢ０）のＩｎＧａＮの堆積を行う。このＩｎＧａＮの膜厚ＤＢ１は、例えば１ｎｍ程度である。ガリウム原料の供給を停止して成長を終了する。
【００５８】
工程Ｓ１１６では、図４に示されるように、時刻ｓ１〜ｓ２の期間に、成長炉温度の温度Ｔ３から温度Ｔ４（Ｔ３＜Ｔ４）に変更する。この温度変更中に、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）が成長炉に供給される。この温度変更中には、ＩｎＮといった成膜が生じない。ＴＭＩｎといったインジウム原料及びＮＨ３といった窒素原料の供給により、ＩｎＧａＮ薄膜の表面からＩｎＮの分離を避けることができる。このための条件は、例えば井戸層のための用いた条件と同じ条件を用いることができる。昇温時間は、例えば２分である。［Ｖ族流量］／［III族流量］として、例えば１００００を用いる。
【００５９】
工程Ｓ１１７では、時刻ｓ２〜ｓ３の期間に、成長炉を温度Ｔ４に保つ。この温度保持中に、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）が成長炉に供給される。このときも、ＩｎＮといった成膜が生じない。ＴＭＩｎといったインジウム原料及びＮＨ３といった窒素原料の供給により、ＩｎＧａＮ薄膜の表面からＩｎＮの分離を避けることができる。保持時間は、例えば１分である。［Ｖ族流量］／［III族流量］として例えば１００００を用いる。
【００６０】
工程Ｓ１１８では、時刻ｓ３〜ｓ４の期間に、成長炉温度の温度Ｔ４から温度Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ４）に変更する。この温度変更中に、インジウム原料（例えばＴＭＩｎ）及び窒素原料（例えばＮＨ３）が成長炉に供給される。変更時間は、例えば２分である。［Ｖ族流量］／［III族流量］として、例えば１００００を用いる。成膜温度Ｔ３と熱処理温度Ｔ４との差は、例えば５０度以上であることが好ましい。また、この差は、例えば１５０度以下であることが好ましい。
【００６１】
工程Ｓ１１５における成長の後の工程Ｓ１１６、Ｓ１１７、Ｓ１１８によって、堆積されたＩｎＧａＮ薄膜が改質されて、改質されたＩｎＧａＮ薄膜１９ａでは、その組成の均一性が向上される。
【００６２】
工程Ｓ１１９では、所望の厚さのＩｎＧａＮが成長されるまで、上記の薄膜の成長と熱処置とを繰り返す。図４に示されるように、時刻ｓ４〜ｓ５に工程Ｓ１１５を行い、時刻ｓ５〜ｓ６の期間に工程Ｓ１１６を行い、時刻ｓ６〜ｓ７の期間に工程Ｓ１１７を行う。一回の成長で、ＩｎＧａＮ薄膜１９ｂがＩｎＧａＮ薄膜１９ａ上に成長される。本実施例では、繰り返しにより合計１５ｎｍのＩｎＧａＮ膜１７が成長される。一回の成長で、膜厚ＤＢ２のＩｎＧａＮ薄膜が成長される。或いは、障壁層のインジウム組成が井戸層のインジウム組成より小さいので、１４回の繰り返しに替えて、所望の膜厚が得られるように、残りのＩｎＧａＮ膜を行うことができる。本実施例では、一回の追加成長により合計１５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層が成長される。障壁層は、ＩｎＧａＮに替えてＧａＮからなることができる。このときは、一回の成長で所望の膜厚のＧａＮ膜を成長できる。
【００６３】
この方法によれば、ＩｎＧａＮ膜１７を形成するために、ＩｎＧａＮ膜１７の膜厚より薄いＩｎＧａＮ１９ａ、１９ｂの各々を行った後に、インジウム原料及び窒素原料を含む雰囲気中で、成長温度Ｔ３より高い温度Ｔ４でＩｎＧａＮ１９ａ、１９ｂの熱処理を行う。このため、ＩｎＧａＮ堆積物において組成の均一性が向上される。これ故に、良好な組成均一性を有するＩｎＧａＮ膜１７を成長できる。また、成膜温度よりも高い温度にＩｎＧａＮがさらされるけれども、インジウム原料及び窒素原料が成長後の熱処理中に供給されるので、ＩｎＧａＮからのＩｎＮの分解を抑制できる。
【００６４】
この後の工程では、所望の構造の量子井戸構造が形成されるまで、工程Ｓ１０８及びＳ１０９を繰り返して活性層を形成できる。このように成長された量子井戸構造の活性層は、半値全幅４０ｎｍ以下のフォトルミネッセンスを示す。ＩｎＧａＮ膜の組成均一性が向上されているので、半値全幅がレーザ発振に好適な程度に縮小される。半値全幅が縮小されたということは、レーザ発振に先立って、半導体レーザが発生するＬＥＤモードの光のスペクトルも狭くなる。これ故に、印加される電流が、レーザ発振を引き起こすために効率的に消費される。
【００６５】
ＩｎＧａＮ膜１１、１５ａ、１５ｂのインジウム組成は０．２５以上であり、ＩｎＧａＮ膜１１、１５ａ、１５ｂのインジウム組成は０．３５以下であることが好ましい。長波長の発光素子を提供できる高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ井戸層を形成することができる。ＩｎＧａＮ膜１７、１９ａ、１９ｂのインジウム組成は０．０２以上であり、ＩｎＧａＮ膜１７、１９ａ、１９ｂのインジウム組成は０．０８以下であることができる。長波長の発光素子を提供できる高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ井戸層に好適なＩｎＧａＮ障壁層を形成することができる。
【００６６】
活性層のＩｎＧａＮ成長の温度は、例えば以下のような範囲であることが好ましい。
【００６７】
半極性面の窒化ガリウム系半導体上への活性層の成長では、以下の条件が好ましい。井戸層のためのＩｎＧａＮ膜１１では、成膜温度Ｔ１は摂氏６３０度以上であることができ、これによって良好な発光特性を得ることができる。成膜温度Ｔ１は摂氏７８０度以下であることができ、これによって必要なＩｎ組成を得ることができる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する半極性ＩｎＧａＮ層が提供される。また、障壁層のためのＩｎＧａＮ膜１１では、成膜温度Ｔ３は摂氏７５０度以上であることができ、これによって良質な結晶が得られる。成膜温度Ｔ３は摂氏９００度以下であることができ、これによって井戸層の結晶品質の劣化が避けられる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する半極性ＩｎＧａＮ層が提供される。
【００６８】
極性面の窒化ガリウム系半導体上への活性層の成長では、以下の条件が好ましい。井戸層のためのＩｎＧａＮ膜１１では、成膜温度Ｔ１は摂氏６８０度以上であることができ、これによって良好な発光特性を得ることができる。成膜温度Ｔ１は摂氏８３０度以下であることができ、これによって必要なＩｎ組成を得ることができる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する半極性ＩｎＧａＮ層が提供される。また、障壁層のためのＩｎＧａＮ膜１１では、成膜温度Ｔ３は摂氏８００度以上であることができ、これによって良質な結晶が得られる。成膜温度Ｔ３は摂氏９００度以下であることができ、これによって井戸層の結晶品質の劣化が避けられる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する半極性ＩｎＧａＮ層が提供される。
【００６９】
非極性面の窒化ガリウム系半導体上への活性層の成長では、以下の条件が好ましい。井戸層のためのＩｎＧａＮ膜１１では、成膜温度Ｔ１は摂氏６５０度以上であることができ、これによって良好な発光特性を得ることができる。成膜温度Ｔ１は摂氏８００度以下であることができ、これによって必要なＩｎ組成を得ることができる。また、障壁層のためのＩｎＧａＮ膜１１では、成膜温度Ｔ３は摂氏７８０度以上であることができ、これによって良質な結晶が得られる。成膜温度Ｔ３は摂氏９００度以下であることができ、これによって井戸層の結晶品質の劣化が避けられる。この温度範囲によれば、高Ｉｎ組成を有する非極性ＩｎＧａＮ層が提供される。
【００７０】
図２の工程フロー１００ｂを参照すると、工程Ｓ１２０では、活性層上にｐ側の光ガイド層を成長する。この光ガイド層は、例えばアンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなることができる。成長温度は、例えば摂氏８２０度であることができる。ｐ型ＩｎＧａＮの膜厚は、例えば５０ｎｍであることができる。この光ガイド層の成長温度の範囲は、例えば摂氏７５０度以上であることができ、また摂氏９００度以下でることができる。必要な場合には、工程Ｓ１２０において、ＩｎＧａＮ層上にアンドープＧａＮ層を成長することができる。成長温度は、例えば摂氏８２０度であることができる。
【００７１】
工程Ｓ１２１では、ｐ側の光ガイド層上に、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域を成長する。このｐ型窒化ガリウム系半導体領域の成長における工程Ｓ１２２において、例えばｐ型窒化ガリウム系半導体電子ブロック層を成長する。電子ブロック層は、例えばｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎからなることができ、その成長温度は、例えば摂氏１０５０度であることができる。ｐ型ＡｌＧａＮにはマグネシウムが添加されている。ｐ型ＡｌＧａＮの膜厚は、例えば２０ｎｍであることができる。
【００７２】
工程Ｓ１２３において、例えば電子ブロック層上にｐ型窒化ガリウム系半導体クラッド層を成長する。クラッド層は、例えばｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなることができ、その成長温度は、例えば摂氏１０５０度であることができる。ｐ型ＡｌＧａＮにはマグネシウムが添加されている。ｐ型ＡｌＧａＮの膜厚は、例えば４００ｎｍであることができる。
【００７３】
工程Ｓ１２４において、例えばクラッド層上にｐ型窒化ガリウム系半導体コンタクト層を成長する。コンタクト層は、例えばｐ型ＧａＮからなることができ、その成長温度は、例えば摂氏１０５０度であることができる。ｐ型ＧａＮにはマグネシウムが添加されている。ｐ型ＧａＮの膜厚は、例えば５０ｎｍであることができる。
【００７４】
これらの工程によって、ウエハ上に成長された複数の窒化ガリウム系半導体エピタキシャル膜を含むエピタキシャルウエハＥが形成される。エピタキシャルウエハＥは、第１導電型窒化ガリウム系半導体ウエハ３１、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域３３、光ガイド層３７、優れたＩｎ組成均一性を有する井戸層を含む活性層４１、光ガイド層５１、５３、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域５５を含む。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域３３は、例えばｎ型クラッド層３５ａ及びｎ型ＧａＮ層３５ｂを含む。第２導電型窒化ガリウム系半導体領域５５は、例えばｐ型電子ブロック層５７ａ、ｐ型クラッド層５７ｂ及びｐ型コンタクト層５７ｃを含む。
【００７５】
活性層４１は、交互に配置された井戸層４３ａ及び障壁層４３ｂを含む多重量子井戸構造を有することができる。井戸層４３ａは、ＩｎＧａＮ積層４５からなり、ＩｎＧａＮ積層４５は、実質的に同一のＩｎ組成の複数のＩｎＧａＮ薄膜４５ａ、４５ｂ、４５ｃからなる。個々のＩｎＧａＮ薄膜４５ａ、４５ｂ、４５ｃの厚さは、例えば０．３ｎｍ〜３．０ｎｍの範囲にあることが好ましい。これによって、Ｉｎ組成の均一性が改善されるように、個々の薄膜４５ａ、４５ｂ、４５ｃを成長できる。ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成分布における最大値及び最小値は、インジウム組成分布の平均値の−１５％〜＋１５％の範囲に入る。また、障壁層４３ｂは、ＩｎＧａＮ積層４７からなり、ＩｎＧａＮ積層４７は、実質的に同一のＩｎ組成の複数のＩｎＧａＮ薄膜４９ａ、４９ｂからなる。この量子井戸構造の活性層は、半値全幅４０ｎｍ以下のフォトルミネッセンスを示す。ＩｎＧａＮ膜の組成均一性が向上されているので、半値全幅がレーザ発振に好適な程度に縮小される。このエピタキシャルウエハＥは、４９０ｎｍ以上の発振波長といった長波長のレーザ発振を提供する活性層を含むIII族窒化物半導体レーザに用いられる。
【００７６】
再び図２を参照しながら、エピタキシャルウエハＥを用いてIII族窒化物半導体レーザを作製する方法を説明する。工程Ｓ１２５では電極を形成する。電極の形成に先立って、レーザストライプのためのリッジ構造をエピタキシャルウエハＥに形成する。リッジ幅は例えば１．５μｍであり、リッジの深さは例えば５００ｎｍである。次いで、リッジ構造上にコンタクト窓を有する絶縁膜を形成する。絶縁膜は、例えばシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）等からなることができる。コンタクト層及び絶縁膜上に第１の電極（例えば、アノード）を形成する。エピタキシャルウエハＥの裏面を研削して、基板生産物を形成する。裏面研削の後に、レーザバーの裏面上に第２の電極（例えば、カソード）を形成する。次いで合金化アニールの処理を行う。基板生産物の劈開によりレーザバーを形成する。共振器長は、例えば６００μｍである。この後に、端面反射膜の形成を行う。さらに、チップ分離を行った後に、電気的な特性を評価するために、レーザチップをパッケージに収納した。
【００７７】
図６は、作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造の一例を示す図面である。III族窒化物半導体レーザＬＤは、第１導電型窒化ガリウム系半導体支持基体６１、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域６３、光ガイド層６７、優れたＩｎ組成均一性を有する井戸層を含む活性層７１、光ガイド層８１、８３、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域８５を含む。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域６３、光ガイド層６７、優れたＩｎ組成均一性を有する井戸層を含む活性層７１、光ガイド層８１、８３、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域８５は、支持基体６１の主面６１ａ上に搭載されている。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域６３は、例えばｎ型クラッド層６５ａ及びｎ型ＧａＮ層６５ｂを含む。第２導電型窒化ガリウム系半導体領域８５は、例えばｐ型電子ブロック層８７ａ、ｐ型クラッド層８７ｂ及びｐ型コンタクト層８７ｃを含む。第１の電極８９ａが、絶縁膜９１のコンタクト窓を介してコンタクト層８７ｃに接続されている。第２の電極８９ｂが、支持基体６１の裏面６１ｂに接続されている。
【００７８】
活性層７１の井戸層７３ａは、実質的に同一のＩｎ組成の複数のＩｎＧａＮ薄膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃからなる。個々の薄膜７５ａ、７５ｂ、７５ｃのＩｎ組成の均一性は改善されている。ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成は例えば０．２４以上である。ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成分布における最大値及び最小値は、インジウム組成分布の平均値の−１５％〜＋１５％の範囲に入る。障壁層７３ｂのＩｎＧａＮ積層７７は、実質的に同一のＩｎ組成の複数のＩｎＧａＮ薄膜７９、７９ｂからなる。この量子井戸構造の活性層は、半値全幅４０ｎｍ以下のフォトルミネッセンススペクトルを示す。ＩｎＧａＮ膜の組成均一性が向上されているので、半値全幅がレーザ発振に好適な程度に縮小される。半値全幅が縮小されたということは、４９０ｎｍ以上の発振波長といった長波長のレーザ発振に先立って、半導体レーザが発生するＬＥＤモードの光のスペクトルも狭くなる。これ故に、印加される電流が、効率的にレーザ発振を引き起こすことができる。
【００７９】
（実施例１）
活性層の形成を除いて、ｃ面ＧａＮウエハを用いて上記の実施の形態と同様にIII族窒化物半導体レーザを作製した。成長炉の温度は、サセプタの抵抗加熱ヒータを用いて変更された。図７は、実施例１のIII族窒化物半導体レーザの活性層を形成する際の主要な工程を示す図面である。有機金属気相成長法を用いて、工程Ｓ２０７では、図７に示される製造方法に従って活性層を作製した。摂氏７００度で厚さ３ｎｍのＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ井戸層を作製した後に、工程Ｓ２０９でＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を成長した。まず、工程Ｓ２１０で、摂氏７００度において厚さ１ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ薄膜を成長した。この薄膜成長の後に、工程Ｓ２１１では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を２分間かけて変更した。工程Ｓ２１２では、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を１分間保持した。保持の後に、工程Ｓ２１３では、ＴＭＧ、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給して摂氏８５０度において厚さ１４ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ薄膜を成長した。この結果、１５ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層が成長された。この昇温及び保持において、［ＮＨ３］／［ＴＭＩｎ］＝１００００を用いた。Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を成長した後に、工程Ｓ２１４では、ＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏７００度の温度に成長炉の温度を２分間かけて変更した。工程Ｓ２０８では、摂氏７００度で厚さ３ｎｍのＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ井戸層を作製した。工程Ｓ２１５では、これらの工程を繰り返して、３層の井戸層及び４層の障壁層を交互に成長した。
【００８０】
エピタキシャルウエハにおいて、波長４０５ｎｍの励起レーザ光を用いてフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを測定した。ピークＰＬ波長は、５７０ｎｍであり、半値全幅は３８ｎｍであった。実施の形態と同様にして、リッジ構造の半導体レーザを作製した。この半導体レーザの閾値電流密度Ｉｔｈは１８ｋＡ／ｃｍ２であった。半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍであった。通電条件として、周期５マイクロ秒、及びデューティ０．５％が用いられた。
【００８１】
（実施例２）
活性層の形成を除いて、ｃ面ＧａＮウエハを用いて上記の実施の形態と同様にIII族窒化物半導体レーザを作製した。成長炉の温度の変更は、サセプタの加熱用赤外線ランプを用いて行われた。抵抗加熱ヒータでは、摂氏７００度から摂氏８５０度への温度上昇及び逆の温度降下に、３〜５分程度の時間を要するけれども、赤外線ランプを用いると温度の上昇及び降下の各々を１０秒から３０秒で行うことができた。図８は、実施例２のIII族窒化物半導体レーザの活性層を形成する際の主要な工程を示す図面である。活性層の成長を工程Ｓ３０８で行った。まず、工程Ｓ３１０で、摂氏７００度において厚さ１ｎｍのＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜を成長した。この薄膜成長の後に、工程Ｓ３１１では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間かけて変更した。工程Ｓ３１２では、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間一定に保った。保持の後に、工程Ｓ３１３では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏７００度の温度に成長炉の温度を約１５秒間かけて変更した。この昇温及び保持において、［ＮＨ３］／［ＴＭＩｎ］＝１００００を用いた。工程Ｓ３１４では、上記の薄膜成長、昇温、熱処理及び降温の２回の繰り返しを行って２層のＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜を成長した。Ｉｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜各々の厚さは１ｎｍであった。この結果、３ｎｍのＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ井戸層が成長された。工程Ｓ３０９では、ＴＭＧ、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給して摂氏８５０度においてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を成長した。工程Ｓ３１５では、これらの工程を繰り返して、３層の井戸層及び４層の障壁層を交互に成長した。
【００８２】
エピタキシャルウエハにおいて、波長４０５ｎｍの励起レーザ光を用いてＰＬスペクトルを測定した。ピークＰＬ波長は、５７０ｎｍであり、半値全幅は３５ｎｍであった。実施の形態と同様にして、リッジ構造の半導体レーザを作製した。この半導体レーザの閾値電流密度Ｉｔｈは１５ｋＡ／ｃｍ２であった。半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍであった。
【００８３】
（実施例３）
活性層の形成を除いて、ａ軸の方向にｃ面から２１度の角度で傾斜した半極性面ＧａＮウエハを用いて上記の実施の形態と同様にIII族窒化物半導体レーザを作製した。成長炉の温度は、サセプタの加熱用赤外線ランプを用いて変更された。図９は、実施例３のIII族窒化物半導体レーザの活性層を形成する際の主要な工程を示す図面である。工程Ｓ４０７で活性層が形成された。まず、工程Ｓ４１０で、摂氏６７０度において厚さ１ｎｍのＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜を成長した。この薄膜成長の後に、工程Ｓ４１１では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間かけて変更した。工程４１２では、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間一定に保った。保持の後に、工程Ｓ４１３では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏６７０度の温度に成長炉の温度を約１５秒間かけて変更した。この昇温及び保持において、［ＮＨ３］／［ＴＭＩｎ］＝１００００を用いた。工程Ｓ４１４では、上記の薄膜成長、昇温、熱処理及び降温の２回の繰り返しを行って２層のＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜を成長した。Ｉｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜各々の厚さは１ｎｍであった。この結果、３ｎｍのＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ井戸層が成長された。工程Ｓ４０９では、ＴＭＧ、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給して摂氏８２０度においてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を成長した。工程Ｓ４１５では、これらの工程を繰り返して、３層の井戸層及び４層の障壁層を交互に成長した。
【００８４】
エピタキシャルウエハにおいて、波長４０５ｎｍの励起レーザ光を用いてＰＬスペクトルを測定した。ピークＰＬ波長は、５７０ｎｍであり、半値全幅は３５ｎｍであった。ｍ面劈開を用いて、実施の形態と同様にしてリッジ構造の半導体レーザを作製した。この半導体レーザの閾値電流密度Ｉｔｈは１５ｋＡ／ｃｍ２であった。半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍであった。
【００８５】
（実施例４）
活性層の形成を除いて、ａ軸の方向にｃ面から２１度の角度で傾斜した半極性面ＧａＮウエハを用いて上記の実施の形態と同様にIII族窒化物半導体レーザを作製した。成長炉の温度は、サセプタの加熱用赤外線ランプを用いて変更された。図１０は、実施例４のIII族窒化物半導体レーザの活性層を形成する際の主要な工程を示す図面である。工程Ｓ５０７で活性層を形成した。実施例４は、実施例１〜３と以下の点で異なる。それは、ＩｎＧａＮ井戸層が厚さ１．８ｎｍを有し、インジウム組成は０．３２を有する。まず、工程Ｓ５１０で、摂氏６６０度において厚さ１ｎｍのＩｎ０．３２Ｇａ０．６８Ｎ薄膜を成長した。この薄膜成長の後に、工程Ｓ５１１では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間かけて変更した。工程５１２では、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間一定に保った。保持の後に、工程Ｓ５１３では、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給しながら、摂氏６６０度の温度に成長炉の温度を約１５秒間かけて変更した。この昇温及び保持において、［ＮＨ３］／［ＴＭＩｎ］＝１００００を用いた。工程Ｓ５１４では、上記の薄膜成長、昇温、熱処理及び降温の１回を行って２層のＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜を成長した。この結果、１．８ｎｍのＩｎ０．３２Ｇａ０．６８Ｎ井戸層が成長された。工程Ｓ５０９では、ＴＭＧ、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給して摂氏８２０度においてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を成長した。工程Ｓ４１５では、これらの工程を繰り返して、３層の井戸層及び４層の障壁層を交互に成長した。
【００８６】
エピタキシャルウエハにおいて、波長４０５ｎｍの励起レーザ光を用いてＰＬスペクトルを測定した。ピークＰＬ波長は、５７０ｎｍであり、半値全幅は３５ｎｍであった。ｍ面劈開を用いて、実施の形態と同様にしてリッジ構造の半導体レーザを作製した。この半導体レーザの閾値電流密度Ｉｔｈは１０ｋＡ／ｃｍ２であった。半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍであった。基板の主面がｃ面から大きく傾斜しており、また井戸層の厚さが薄いので、レーザ光の主偏光方向をａ軸方向とすることができる。
【００８７】
（実施例５）
活性層の形成を除いて、ａ軸の方向にｃ面から２１度の角度で傾斜した半極性面ＧａＮウエハを用いて上記の実施の形態と同様にIII族窒化物半導体レーザを作製した。成長炉の温度は、サセプタの加熱用赤外線ランプを用いて変更された。図１１は、実施例５のIII族窒化物半導体レーザの活性層を形成する際の主要な工程を示す図面である。工程Ｓ６０７で活性層が成長された。窒素原料にアミン系ガスを用いたことにおいて、実施例５は実施例１〜４と異なる。アンモニアに比べて、アミン系ガスの分解効率は低温において高い。アミン系ガスとしてモノメチルアミンを用いた。モノメチルアミンガスは、井戸層の成長にアンモニアと共に使用され、モノメチルアミン／アンモニアの供給比率は、モル比で１０％であった。解離平行定数を考慮すると、摂氏５００度でアンモニアの１００万倍の活性窒素（ＮＨ２）を供給すると期待される。
【００８８】
まず、工程Ｓ６１０では、ＴＭＧ、ＴＭＩｎ、ＮＨ３及びモノメチルアミンを成長炉に供給して、摂氏６６０度において厚さ１ｎｍのＩｎ０．３２Ｇａ０．６８Ｎ薄膜を成長した。この薄膜成長の後に、工程Ｓ６１１では、ＴＭＩｎ、ＮＨ３及びモノメチルアミンを成長炉に供給しながら、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間かけて変更した。工程６１２では、摂氏８５０度の温度に成長炉の温度を約１０秒間一定に保った。保持の後に、工程Ｓ６１３では、ＴＭＩｎ、ＮＨ３及びモノメチルアミンを成長炉に供給しながら、摂氏６６０度の温度に成長炉の温度を約１５秒間かけて変更した。この昇温及び保持において、［全窒素原料］／［ＴＭＩｎ］＝１００００を用いた。工程Ｓ６１４では、上記の薄膜成長、昇温、熱処理及び降温の１回を行って２層のＩｎ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ薄膜を成長した。この結果、１．８ｎｍのＩｎ０．３２Ｇａ０．６８Ｎ井戸層が成長された。工程Ｓ６０９では、ＴＭＧ、ＴＭＩｎ及びＮＨ３を成長炉に供給して摂氏８２０度においてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を成長した。工程Ｓ４１５では、これらの工程を繰り返して、３層の井戸層及び４層の障壁層を交互に成長した。
【００８９】
エピタキシャルウエハにおいて、波長４０５ｎｍの励起レーザ光を用いてＰＬスペクトルを測定した。ピークＰＬ波長は５３０ｎｍであり、半値全幅は３２ｎｍであった。ｍ面劈開を用いて、実施の形態と同様にしてリッジ構造の半導体レーザを作製した。この半導体レーザの閾値電流密度Ｉｔｈは７ｋＡ／ｃｍ２であった。
【００９０】
一方、実施例１〜５と別に、活性層の井戸層が単一の成膜で作製されたIII族窒化物半導体レーザ構造を作製した。活性層の成膜を除いて、ｃ面ＧａＮウエハを用いて上記の実施の形態と同様にIII族窒化物半導体レーザを作製した。
【００９１】
エピタキシャルウエハにおいて、波長４０５ｎｍの励起レーザ光を用いてＰＬスペクトルを測定した。ピークＰＬ波長は、５７０ｎｍであり、半値全幅は５０ｎｍであった。この半導体レーザ構造は、電流密度２０ｋＡ／ｃｍ２まで印加したけれども、レーザ発振を行わなかった。
【００９２】
以上説明した実施例では、ＩｎＧａＮ薄膜として１ｎｍ程度の厚みを利用したけれども、本実施の形態は、このような特定の値に限定されるものではない。所望の井戸厚よりも薄いＩｎＧａＮ薄膜の複数回の成長と改質を利用することによって、高い均一性のＩｎ組成を高いＩｎ組成のＩｎＧａＮに提供できる。
【００９３】
（実施例６）
上記の実施例のように作製されたＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成の分布を調べた。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ−ＥＤＸ）を用いて組成分析を行った。２０ｎｍ間隔で１００個の測定値を収集した。ＥＤＸ測定は、事前にＸ線回折法で平均組成を求めたＩｎＧａＮ単層膜を用いて作成した構成データを用いて、点分析で行われた。この結果、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成分布は、その最大値及び最小値を用いて（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）により計算したとき、インジウム組成分布の平均値の−１５％〜＋１５％の範囲に入る。また、ＩｎＧａＮ半導体のインジウム組成は、Ｘ線回折測定法により決定された。
【００９４】
発明者は、上記の実施例とは異なる様々な実験を行った。これらの実験から、複数のＩｎＧａＮ薄膜の積層からなるＩｎＧａＮ井戸層を含む活性層において、このＰＬスペクトルの半値全幅が４０ｎｍ以下になるとき、レーザ発振が可能であると判断した。また、レーザ発振可能な活性層の井戸層では、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成分布における最大値及び最小値は、インジウム組成分布の平均値の−１５％〜＋１５％の範囲内にあった。
【００９５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成のゆらぎ（空間的な不均一）は、その成長温度が高いほど小さくなる。一方、インジウムは、成長温度が低くなるにつれてＩｎＧａＮに取り込まれやすくなり、高いＩｎ組成のＩｎＧａＮを形成することが容易になる。以上説明したように、インジウムの取り込み量を増加できる低温においてＩｎＧａＮを堆積すると共に、インジウム及び窒素を含む雰囲気中で高温の熱処置を行って、Ｉｎ組成のゆらぎを低減する。このゆらぎ低減は、薄いＩｎＧａＮにおいて行うことが好適である。これ故に、ＩｎＧａＮ薄膜の成長と熱処理によるＩｎ組成の均一性の改良とを繰り返して、所望の厚さのＩｎＧａＮ層を形成する。複数のＩｎＧａＮ薄膜の積層からなる井戸層及び障壁層では、Ｉｎ組成のゆらぎが低減されており、これよって活性層のＰＬスペクトルの半値全幅が改善される。例えば、活性層の同一井戸層におけるＩｎ組成のゆらぎが１５％程度まで低減される。一方、単一の成長で作製されたＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成のゆらぎは１５％を越える２０％程度まで増加する。
【００９７】
特に、４９０ｎｍ以上の発振波長のIII族窒化物半導体レーザでは、大きなインジウム組成（０．２４以上の組成）の井戸層が必要である。本実施の形態では、Ｉｎ組成のゆらぎが、井戸層の構成するＩｎＧａＮ薄膜毎に低減されているので、井戸層の全体にわたってもＩｎ組成のゆらぎが小さい。この結果、活性層は、４０ｎｍ以下のＰＬスペクトルの半値全幅を有するように設けられる。
【００９８】
窒化ガリウム系半導体レーザの発振には、小さい半値全幅のＰＬスペクトルの井戸層が求められている。発明者らの知見によれば、長波長の発振波長を得るためには、大きなインジウム組成の井戸層が必要である。このような井戸層の成長は低温で行う必要があり、この結果、Ｉｎ組成のゆらぎが増大する。故に、短波長の窒化ガリウム系半導体レーザのように小さいＰＬスペクトル半値全幅の活性層を成長することは容易ではない。４０ｎｍ以下のＰＬスペクトルの半値全幅を有する活性層では、２０ｋＡ／ｃｍ２までの印加電流の範囲でレーザ発振が観測された。
【符号の説明】
【００９９】
１１、１５ａ、１５ｂ…ＩｎＧａＮ膜、１７、１９ａ、１９ｂ…ＩｎＧａＮ膜、Ｅ…エピタキシャルウエハ、３１…第１導電型窒化ガリウム系半導体ウエハ、３３…第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、３７…光ガイド層、４１…活性層、４３ａ…井戸層、４３ｂ…障壁層、５１、５３…光ガイド層、５５…第２導電型窒化ガリウム系半導体領域、３５ａ…ｎ型クラッド層、３５ｂ…ｎ型ＧａＮ層、５７ａ…ｐ型電子ブロック層、５７ｂ…ｐ型クラッド層、５７ｃ…ｐ型コンタクト層、４５…ＩｎＧａＮ積層、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ…ＩｎＧａＮ薄膜、４７…ＩｎＧａＮ積層、４９ａ、４９ｂ…ＩｎＧａＮ薄膜、ＬＤ…III族窒化物半導体レーザ、６１…第１導電型窒化ガリウム系半導体支持基体、６３…第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、６７…光ガイド層、７１…活性層、８１、８３…光ガイド層、８５…第２導電型窒化ガリウム系半導体領域、６５ａ…ｎ型クラッド層、６５ｂ…ｎ型ＧａＮ層、７３ａ…井戸層、７３ｂ…障壁層、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ…ＩｎＧａＮ薄膜、７７…ＩｎＧａＮ積層、７９、７９ｂ…ＩｎＧａＮ薄膜、８７ａ…ｐ型電子ブロック層、８７ｂ…ｐ型クラッド層、８７ｃ…ｐ型コンタクト層、８９ａ…第１の電極、８９ｂ…第２の電極  
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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