(57)【要約】【課題】  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、窒化物半導体発光素子の製造方法および電子装置を提供する。【課題を解決するための手段】  本発明の窒化物半導体発光素子は、  非極性面を主面とする基板１０１の前記主面上に、ｎ型層１、ｐ型層２および活性層１０５が積層され、活性層１０５は、ｎ型層１とｐ型層２とに挟まれており、  活性層１０５は、Ｎ＋１層の障壁層と、前記各障壁層に挟まれたＮ層の量子井戸層とからなり、Ｎは２以上の整数であり、  基板１０１に最も近い前記障壁層は、アンドープ層であり、その他の前記障壁層のうち少なくとも一層はｎドープ層であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、ｎ型層、ｐ型層および活性層を有し、
前記ｎ型層、前記ｐ型層および前記活性層は、前記基板の主面上に積層され、
前記活性層は、前記ｎ型層と前記ｐ型層とに挟まれており、
前記活性層の下面と接する面の少なくとも一部が非極性面であり、
前記活性層は、Ｎ＋１層の障壁層と、前記各障壁層に挟まれたＮ層の量子井戸層とからなり、Ｎは２以上の整数であり、
前記基板に最も近い前記障壁層は、アンドープ層であり、その他の前記障壁層のうち少なくとも一層はｎドープ層であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板の主面が非極性面であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記基板の前記主面上に、前記ｎ型層、前記活性層および前記ｐ型層がこの順序で積層されており、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、アンドープ層であることを特徴とする請求項１または２記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板の前記主面上に、前記ｎ型層、前記活性層および前記ｐ型層がこの順序で積層されており、
前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、ｎドープ層であり、
前記ｐ型層は、ｐ型電子オーバーフロー防止層を含み、
前記活性層と前記ｐ型層との間に、さらに、他のアンドープ層および非発光再結合防止層が、前記活性層側から前記順序で配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記非発光再結合防止層が、前記ｐ型電子オーバーフロー防止層に隣接していることを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型電子オーバーフロー防止層は、前記ｐ型層を構成する各層中で最もバンドギャップが大きい層であり、
前記非発光再結合防止層中の炭素濃度は、前記活性層中の炭素濃度よりも低いことを特徴とする請求項４または５記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記障壁層において、前記ｎ型層に最も近い障壁層および前記ｐ型層に最も近い障壁層を除くＮ−１層の障壁層が、ｎドープ層であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記Ｎ層の量子井戸層が、アンドープ層であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
ｎドープ層である前記障壁層のｎ型不純物濃度が、１×１０１７ｃｍ−３以上、５×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
基板の主面上に、ｎ型層と、ｐ型層と、それらに挟まれた活性層とを積層する積層工程を含み、
前記積層工程において、非極性面を形成し、前記非極性面の上面に前記活性層を積層させ、前記活性層を、Ｎ＋１層の障壁層と、前記各障壁層に挟まれたＮ層の量子井戸層とから形成し、Ｎは２以上の整数であり、かつ、
前記基板に最も近い前記障壁層を、アンドープ層として形成し、その他の前記障壁層のうち少なくとも一層にｎドープすることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記基板の主面が非極性面であることを特徴とする請求項１０記載の製造方法。
【請求項１２】
前記積層工程において、前記基板の前記主面上に、前記ｎ型層、前記活性層および前記ｐ型層をこの順序で積層し、
前記ｐ型層に最も近い前記障壁層にｎドープし、
前記ｐ型層中にｐ型電子オーバーフロー防止層を含むように、かつ、前記ｐ型電子オーバーフロー防止層のバンドギャップが、前記ｐ型層を形成する各層中で最も大きくなるように前記ｐ型層を形成し、
前記活性層と前記ｐ型層との間に、さらに、他のアンドープ層および非発光再結合防止層を、前記活性層側から前記順序で形成し、かつ、前記非発光再結合防止層を、前記活性層の形成温度よりも高温で形成することを特徴とする請求項１０または１１記載の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の製造方法により製造されることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
光源を含み、前記光源が、請求項１から９および１３のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光素子であることを特徴とする電子装置。
【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、窒化物半導体発光素子の製造方法、および電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、可視光レーザを光源に用いたレーザディスプレイ（レーザプロジェクタとも呼ばれる）の開発が精力的に進められている。レーザディスプレイは、光の３原色である赤・青・緑のレーザ光を微小ミラーなどのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）で走査して映像を投射する新しいタイプのディスプレイであり、色再現性に優れる等の利点を有するため、種々の用途への応用が可能である。
【０００３】
窒化物半導体発光素子は、レーザディスプレイ等の用途に有用である。現在までに、多数の窒化物半導体発光素子が報告されている（例えば、特許文献１〜６等）。窒化物半導体発光素子は、通常、基板の主面上に窒化物半導体層を積層させて製造できる。前記基板の主面としては、ｃ面の他に、ａ面等の無極性面も用いられる（例えば、特許文献４〜６等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６-１９６９１２号公報
【特許文献２】特開平１１−２９８０９０号公報
【特許文献３】特許第４２５４３７３号公報
【特許文献４】特表２００７−５３７６００号公報
【特許文献５】特開２００２−２６１３９３号公報
【特許文献６】特開２００３−２０４１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体素子において、実用性の向上のためには、動作電流および動作電圧を低減させることが有効である。
【０００６】
そこで、本発明は、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、窒化物半導体発光素子の製造方法および電子装置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】
前記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体発光素子は、
基板、ｎ型層、ｐ型層および活性層を有し、
前記ｎ型層、前記ｐ型層および前記活性層は、前記基板の主面上に積層され、
前記活性層は、前記ｎ型層と前記ｐ型層とに挟まれており、
前記活性層の下面と接する面の少なくとも一部が非極性面であり、
前記活性層は、Ｎ＋１層の障壁層と、前記各障壁層に挟まれたＮ層の量子井戸層とからなり、Ｎは２以上の整数であり、
前記基板に最も近い前記障壁層は、アンドープ層であり、その他の前記障壁層のうち少なくとも一層はｎドープ層であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、
基板の主面上に、ｎ型層と、ｐ型層と、それらに挟まれた活性層とを積層する積層工程を含み、
前記積層工程において、非極性面を形成し、前記非極性面の上面に前記活性層を積層させ、前記活性層を、Ｎ＋１層の障壁層と、前記各障壁層に挟まれたＮ層の量子井戸層とから形成し、Ｎは２以上の整数であり、かつ、
前記基板に最も近い前記障壁層を、アンドープ層として形成し、その他の前記障壁層のうち少なくとも一層にｎドープすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の電子装置は、光源を含み、前記光源が、前記本発明の窒化物半導体発光素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、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、窒化物半導体発光素子の製造方法および電子装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態１における窒化物半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の窒化物半導体発光素子における活性層の構造を模式的に示す断面図である。図２（ｂ）は、図１の窒化物半導体発光素子の活性層周辺の伝導帯エネルギーを示す模式図である。
【図３】図３は、量子井戸層の伝導帯オフセットを例示する模式図である。
【図４】図４は、実施形態２における窒化物半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の窒化物半導体発光素子の光学利得の計算例を示すグラフである。
【図６】図６は、実施形態２における窒化物半導体発光素子の動作電圧の計算例を示すグラフである。
【図７】図７は、実施形態３における窒化物半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なる場合がある。
【００１３】
［実施形態１］
図１の断面図に、本実施形態（実施形態１）の窒化物半導体発光素子の構造を模式的に示す。同図は、前記窒化物半導体発光素子の光出射端面近傍部分を前記光出射端面に平行方向に切断して前記光出射端面に垂直方向から見た断面図である。図示の通り、この窒化物半導体発光素子は、非極性面を主面とするｎ型基板１０１と、その主面上に積層されたｎ型層１、ｐ型層２および活性層１０５を主要な構成要素とし、活性層１０５は、ｎ型層１とｐ型層２とに挟まれている。ｎ型層１は、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３およびｎ型光閉じ込め層１０４から形成されている。ｐ型層２は、ｐ型電子オーバーフロー防止層１０７、ｐ型光閉じ込め層１０８、ｐ型クラッド層１０９、およびｐ型コンタクト層１１０から形成されている。同図の窒化物半導体発光素子は、さらに、光閉じこめ層１０６、絶縁層１１１、ｐ型電極１１２、およびｎ型電極１１３を含む。ｎ型基板１０１上には、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型光閉じ込め層１０４、活性層１０５、光閉じ込め層１０６、ｐ型電子オーバーフロー防止層１０７、ｐ型光閉じ込め層１０８、ｐ型クラッド層１０９が、この順に積層されている。ｎ型基板１０１の主面が非極性面であるために、その上に形成された前記各層の主面も非極性面となっている。したがって、活性層１０５の下面と接する面（すなわち、ｎ型閉じこめ層１０４の上面）も、非極性面である。ｐ型クラッド層１０９は、中央付近が隆起したリッジ形状を有する。ｐ型クラッド層１０９上面には、前記リッジ形状最上部の上面にｐ型コンタクト層１１０が形成され、それ以外の部分には絶縁層１１１が形成されている。ｐ型コンタクト層１１０および絶縁層１１１の上面には、ｐ型電極１１２が形成されている。ｎ型基板１０１の下面には、ｎ型電極１１３が形成されている。
【００１４】
図１において、ｎ型基板１０１は、非極性面を主面とするＧａＮ基板からなる。前記非極性面は、ｃ面から傾斜した結晶面、例えば、無極性面（ｍ面、ａ面）または半極性面（｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛１０−１１｝、｛２０−２１｝など）である。ｎ型バッファ層１０２は、例えば、厚さ１μｍのＡｌＧａＮからなる。ｎ型クラッド層１０３は、例えば、厚さ２μｍのＡｌＧａＮからなる。ｎ型光閉じ込め層１０４は、例えば、厚さ０．１μｍのＧａＮからなる。活性層１０５は、例えば、厚さ３ｎｍのＩｎＧａＮ量子井戸層と厚さ４ｎｍのＩｎＧａＮ障壁層とからなる多重量子井戸構造からなる。光閉じ込め層１０６は、例えば、厚さ５０ｎｍのＧａＮからなる。ｐ型電子オーバーフロー防止層１０７は、例えば、厚さ１０ｎｍのＡｌＧａＮからなる。ｐ型光閉じ込め層１０８は、例えば、厚さ５０ｎｍのＧａＮからなる。ｐ型クラッド層１０９は、例えば、厚さ２．５ｎｍのＧａＮと厚さ２．５ｎｍのＡｌＧａＮからなる１００周期の超格子構造で構成され、前述のとおりリッジ形状を有する。ｐ型コンタクト層１１０は、例えば、厚さ０．１μｍのＧａＮからなる。ｐ型クラッド層１０９のリッジ高さは、例えば０．５μｍとする。ｐ型クラッド層１０９のリッジ底辺の幅は、横モードを単一とする場合には、例えば、１〜２μｍ、横モードを多数とする場合には、例えば、２〜１００μｍとする。絶縁層１１１は、例えば、ＳｉＯ２からなる。ｎ型不純物（ｄｏｐａｎｔ）は、例えば、Ｓｉであり、ｐ型不純物は、例えば、Ｍｇである。前記リッジ形状は、ｐ型クラッド層１０９の他の部分と比較して厚みが大きく、前記他の部分と等価屈折率が相違するため、光導波路として機能する。
【００１５】
図１の窒化物半導体発光素子では、活性層１０５は、Ｎ＋１層の障壁層と、前記各障壁層に挟まれたＮ層の量子井戸層とからなる（Ｎは２以上の整数）。活性層１０５において、全ての量子井戸層、ｎ型層に最も近い１つの障壁層、およびｐ型層に最も近い１つの障壁層をアンドープ層とし、その他の障壁層をｎドープ層とする。図２（ａ）の断面図に、図１の活性層１０５の構造を、Ｎ＝３である場合について模式的に例示する。図示の通り、活性層１０５は、４層（Ｎ＋１層）の障壁層１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅおよび１０５ｇと、前記各障壁層に挟まれた３層（Ｎ層）の量子井戸層１０５ｂ、１０５ｄおよび１０５ｆとからなる。３つの量子井戸層１０５ｂ、１０５ｄ、１０５ｆ、ｎ型層に最も近い障壁層１０５ａ、ｐ型層に最も近い障壁層１０５ｇはアンドープ層であり、各量子井戸層の間に位置する２つの障壁層１０５ｃ、１０５ｅはｎドープ層である。好ましくは、障壁層１０５ｃ、１０５ｅのｎドープ濃度（ｎ型不純物濃度）は１×１０１７（１ｅ１７）ｃｍ−３以上、５×１０１８（５ｅ１８）ｃｍ−３以下である。また、図２（ｂ）に、図２（ａ）の活性層１０５周辺の伝導帯構造を、Ｎ＝３の場合について模式的に例示する。図２（ｂ）において、横軸は、図２（ａ）における量子井戸層の層平面に垂直な方向（量子井戸層の積層方向）の座標であり、グラフ中では「積層方向位置」と記しており、単位は任意単位［ａ.ｕ.］である。縦軸は、伝導体エネルギー［ｅＶ］である。図示の伝導体構造では、障壁層１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅおよび１０５ｇは、ｎ型光閉じこめ層１０４よりも伝導体エネルギーが低く、量子井戸層１０５ｂ、１０５ｄおよび１０５ｆは、障壁層１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅおよび１０５ｇよりもさらに伝導体エネルギーが低い。なお、ここでは、ｎドープする各障壁層１０５ｃ、１０５ｅの全体にｎドープした構造を例示したが、ｎドープする各障壁層の少なくとも一部にｎドープされていれば良く、例えば、ｎドープする各障壁層の少なくともｎ型層側にｎドープされていれば良い。
【００１６】
なお、本発明の窒化物半導体発光素子において、前記ｎ型層および前記ｐ型層は、それぞれ、一層でもよいし、複数の層から形成されていても良い。図１の窒化物半導体発光素子においては、前記ｎ型層および前記ｐ型層は、前記の通り、それぞれ、複数の層から形成されている。また、前記活性層は、他の構成要素を介さずに前記ｎ型層および前記ｐ型層と直接接触していても良いし、前記活性層と前記ｎ型層との間に他の構成要素が配置されていても良いし、前記活性層と前記ｐ型層との間に他の構成要素が配置されていても良い。図１の窒化物半導体発光素子は、前記の通り、活性層１０５とｐ型層２との間に、光閉じ込め層１０６が配置されている。
【００１７】
なお、光閉じこめ層１０６は、アンドープ層である。本発明の窒化物半導体発光素子は、例えばこのように、前記活性層と前記ｐ型層との間に、さらに他のアンドープ層が配置されていても良い。例えば、前記他のアンドープ層により、ｐ型不純物（例えばＭｇ）または前記ｐ型不純物に起因する非発光再結合中心が活性層にまで拡散する現象を軽減または防止できる。これにより、活性層における非発光再結合を低減または防止し、窒化物半導体発光素子の特性悪化を防ぐことができる。
【００１８】
本発明において「上に」は、特に断らない限り、上面に直接接触した状態でも良いし、間に他の構成要素が配置されていても良い。「下に」も同様とする。例えば、基板の主面上にｎ型層、ｐ型層、および活性層が積層された状態とは、前記ｎ型層、ｐ型層、および活性層の積層体が前記基板の主面上に直接接触した状態でも良いし、前記基板の主面と前記積層体との間に他の構成要素が配置されていても良い。本発明において、「上面に」は、特に断らない限り、上面に直接接触した状態とする。「下面に」も同様とする。
【００１９】
半導体は、結晶状態である場合とアモルファス（非結晶）状態である場合とがある。本発明の窒化物半導体発光素子において、半導体層は、結晶状態であることが好ましく、単結晶状態であることがより好ましい。なお、前記半導体層は、例えば、最初から結晶層（結晶状態の層）として形成しても良いし、アモルファス層として形成した後に結晶層に変換しても良い。また、本発明において、半導体層、基板等の「主面」とは、半導体層、基板等において最も広い面、すなわち、いわゆる表面もしくは裏面、または上面もしくは下面をいう。
【００２０】
また、本発明において、「組成」とは、半導体層等を構成する元素の原子数の量的関係をいう。「組成比」とは、前記半導体層等を構成する特定の元素の原子数と、他の元素の原子数との相対的な割合をいう。例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮの組成で表される半導体層において、ｘの数値を「Ａｌ組成比」という。また、本発明において、半導体層の組成または組成比を規定する場合、導電性等を発現させる不純物（ドーパント）は、半導体層を構成する元素として考慮しないものとする。例えば、ｐ型ＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層とは、不純物（ドーパント）が異なるが、組成は同一であるものとする。また、例えば、ｎ型ＧａＮ層と、不純物濃度がさらに高いｎ＋ＧａＮ層とがあった場合、それらの組成は同一であるものとする。また、本発明において、半導体層中における不純物の濃度は、特に断らない限り、体積あたり（例えば１ｃｍ３あたり）存在する前記不純物の原子数で表す。
【００２１】
また、本発明において、「アンドープ層」は、理想的には、不純物濃度が０であるが、若干の不純物を含んでいても良い。例えば、近接する他の層の形成時に、不純物の拡散等の現象により、前記アンドープ層が不純物を含むことがある。本発明において、アンドープ層の不純物濃度は、好ましくは１×１０１７（１ｅ１７）ｃｍ−３未満、より好ましくは５×１０１６（５ｅ１６）ｃｍ−３以下である。
【００２２】
以下、本発明の作用効果について説明する。ただし、以下に述べる作用効果は例示であって、本発明を何ら限定しない。
【００２３】
本発明者らは、半導体発光素子について鋭意研究を重ねた結果、以下のことを見出した。
【００２４】
すなわち、まず、レーザディスプレイ等のキーデバイスである可視光源のうち、赤と青は半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）で実現されている一方で、緑色ＬＤは実用レベルの特性を得るのが極めて困難であった。その理由は、青〜緑色波長帯ＬＤの材料としては窒化ガリウム（ＧａＮ）等のIII族窒化物半導体が最も有望であるものの、長波長になるほど特性が悪化するためである。その一因は、極性面（ｃ面）ＧａＮ基板上に緑色ＬＤを作製する場合、その発光層として用いられるＩｎＧａＮ量子井戸層に数ＭＶ／ｃｍオーダの大きな内部電界が生じて電子と正孔が空間的に分離し、再結合による発光効率が低下することによる。
【００２５】
ｃ面から傾斜した結晶面、例えば無極性面（ｍ面、ａ面）や半極性面（｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛１０−１１｝、｛２０−２１｝など）といった非極性面上の多重量子井戸構造は、極性面上に比べて、光励起による発光効率は向上する。これは内部電界の影響が軽減されるためである。しかし、電流注入による発光効率は必ずしも向上せず、極性面上と同等か低下する傾向にあった。このため、例えば、非極性面上ＬＤは、極性面上ＬＤに比べて動作電圧が高い傾向にある。このように、非極性面を用いて形成された半導体発光素子は、動作電流および動作電圧が高く、実用レベルの特性が得られなかった。この原因はこれまで知られていなかったが、本発明者らによる検討の結果、次のように推定された。
【００２６】
図３（ａ）のグラフに、極性面上量子井戸層と、非極性面上量子井戸層との伝導体エネルギーを、それぞれ模式的に例示する。ただし、同図は、基板上に、ｎ型層、活性層およびｐ型層をこの順序で積層させた場合を示す図である。同図において、左側のグラフが極性面上量子井戸層の伝導体エネルギー図であり、中央のグラフが非極性面上量子井戸層の伝導体エネルギー図である。グラフにおいて、横軸は、量子井戸層の層平面に垂直な方向（量子井戸層の積層方向）の座標であり、グラフ中では「積層方向位置」と記しており、単位は任意単位［ａ.ｕ.］である。縦軸は、伝導体エネルギー［ｅＶ］である。図３（ａ）中央のグラフに示す通り、非極性面上の量子井戸層では内部電界が小さくなり、量子井戸層のｐ型層側の電子障壁（伝導帯オフセット）が極性面上（同図左側のグラフ）より高くなる。そのため、ｎ型層に近い量子井戸層に比べて、ｐ型層に近い量子井戸層へは電子が十分に供給されない。その結果、ｎ型層に近い量子井戸層では十分に利得が発生する一方、ｐ型層に近い量子井戸層では利得が十分に発生せず、各量子井戸層で発生する利得の総量としては、極性面上と同等か、むしろ低下する。
【００２７】
上記問題を解決する手段として、量子井戸層間の障壁層のバンドギャップ低減が考えられる。しかし、そのために、例えば前記障壁層のＩｎ組成比を上げると、活性層の平均歪量が増大し、結晶性が悪化するという別の問題を生ずるおそれがある。そこで、本発明では、前記量子井戸層間の障壁層のうち少なくとも一つをｎドープ層（ｎ型不純物をドーピングした層）とすることで、実効的な電子障壁を低減し、ｐ型層に近い量子井戸層への電子の供給を増加させる。具体的には、例えば、図３（ａ）右側のグラフに示すとおりである。ただし、このグラフは、前述のとおり、例示的な模式図であり、本発明を何ら限定しない。なお、本発明では、前記障壁層において、前記ｎ型層に最も近い障壁層および前記ｐ型層に最も近い障壁層を除くＮ−１層の障壁層が、ｎドープ層であることが好ましい。前記ｎ型層に最も近い障壁層および前記ｐ型層に最も近い障壁層については、後述する。
【００２８】
また、図３（ｂ）のグラフに、極性面上量子井戸層と、非極性面上量子井戸層との伝導体エネルギーの、図３（ａ）とは別の例を、それぞれ模式的に例示する。ただし、同図は、基板上に、ｐ型層、活性層およびｎ型層をこの順序で積層させた場合を示す図である。同図において、左側のグラフが極性面上量子井戸層の伝導体エネルギー図であり、中央のグラフが非極性面上量子井戸層の伝導体エネルギー図である。グラフにおいて、横軸は、量子井戸層の層平面に垂直な方向の座標（量子井戸層の積層方向）の座標であり、グラフ中では「積層方向位置」と記しており、単位は任意単位［ａ.ｕ.］である。縦軸は、伝導体エネルギー［ｅＶ］である。
【００２９】
図３（ｂ）左側のグラフに示すとおり、基板上にｐ型層、活性層およびｎ型層をこの順序で積層させた場合において、極性面上の量子井戸層では、量子井戸層のｐ型層側の電子障壁（伝導帯オフセット）が極めて高く、ｎ型層に近い量子井戸層に比べて、ｐ型層に近い量子井戸層へは電子が十分に供給されない。同図中央のグラフに示すように、非極性面上の量子井戸層では、内部電界が小さくなり、量子井戸層のｐ型層側の電子障壁（伝導帯オフセット）が極性面上より低くなる。また、内部電界が小さくなることにより、発光効率も向上する。しかしながら、この場合においても、図３（ａ）中央のグラフ（基板上にｎ型層、活性層およびｐ型層をこの順序で積層させた場合）と同様、前記ｐ型層側の電子障壁の高さは、十分に低いとは言えない。このため、ｎ型層に近い量子井戸層に比べて、ｐ型層に近い量子井戸層へは電子が十分に供給されず、各量子井戸層で発生する利得の総量は十分ではない。そこで、本発明では、前述のとおり、前記量子井戸層間の障壁層のうち少なくとも一つをｎドープ層（ｎ型不純物をドーピングした層）とすることで、実効的な電子障壁を低減し、ｐ型層に近い量子井戸層への電子の供給をさらに増加させる。具体的には、例えば、図３（ｂ）右側のグラフに示すとおりである。ただし、このグラフは、前述のとおり、例示的な模式図であり、本発明を何ら限定しない。
【００３０】
なお、本発明の窒化物半導体発光素子において、前記障壁層、および前記量子井戸層は、特に限定されないが、Ｉｎを含むことが好ましく、例えば、それぞれ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等により形成できる。前記障壁層に含まれる窒素以外の原子の全組成を１とすると、前記障壁層のＩｎ組成比は、上下に隣接する層の組成にもよるが、好ましくは０〜０．１、より好ましくは０〜０．０８、特に好ましくは０〜０．０６である。また、前記量子井戸層に含まれる窒素以外の原子の全組成を１とすると、前記量子井戸層のＩｎ組成比は、上下に隣接する前記障壁層の組成にもよるが、好ましくは０．０５〜０．５、より好ましくは０．１〜０．４、特に好ましくは０．１５〜０．３５である。ただし、前記障壁層のＩｎ組成比の好適範囲は、量子井戸層の構造（Ｉｎ組成、層厚、層数）、活性層の下の層構造（格子定数など）等にも依存し、必ずしも上記数値範囲に限定されない。また、前記量子井戸層のＩｎ組成比は、量子井戸幅、発光波長等にも依存し、必ずしも上記数値範囲に限定されない。また、各層の機能上、前記量子井戸層のバンドギャップが前記障壁層のバンドギャップよりも小さくなるように、前記Ｉｎ組成比を調整する必要がある。
【００３１】
本発明において、ｎドープ層である前記障壁層のｎドープ濃度（ｎ型不純物濃度）は、特に限定されないが、１×１０１７ｃｍ−３以上、５×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。本発明者らによる検討の結果では、実効的な電子障壁を低減し、ｐ型層に近い量子井戸層への電子の供給を増加させるという前記効果は、前記障壁層のｎドープ濃度が略１×１０１７ｃｍ−３以上において発揮されやすいためである。ただし、前記ｎドープ濃度が高すぎると、量子井戸層間の正孔障壁（価電子帯オフセット）が高くなる影響が顕著となり、ｐ型層に近い量子井戸層に比べてｎ型層に近い量子井戸層へは正孔が十分供給されなくなるおそれがある。その結果、ｐ型層に近い量子井戸層では十分に利得が発生する一方、ｎ型層に近い量子井戸層では利得が十分に発生しなくなる。この観点から本発明者らが検討した結果では、前述の通り、前記ｎドープ濃度が略５×１０１８ｃｍ−３を超えないことが好ましい。このように、本発明の窒化物半導体発光素子では、ｎドープ層である前記障壁層のｎドープ濃度を、前記各量子井戸層で発生する利得の総量を極大化する最適ｎドープ濃度範囲内とすることが特に好ましい。
【００３２】
図５のグラフに、本発明の窒化物半導体発光素子における光学利得の計算結果（Ｎ＝２）を例示する。同図において、横軸は、前記障壁層のｎドープ濃度であり、単位は［ｃｍ−３］である。縦軸は、光学利得であり、単位は任意単位［ａ.ｕ.］である。また、同図において、破線（ｎ）は、ｎ型層に近い量子井戸層で発生する利得であり、点線（ｐ）は、ｐ型層に近い量子井戸層で発生する利得であり、太線（ｎ＋ｐ）は、２つの量子井戸層で発生する利得の総量である。図示の通り、前記障壁層のｎドープ濃度が略１×１０１７ｃｍ−３以上において、ｐ型層に近い量子井戸層への電子の供給が増加し、その量子井戸層で発生する利得が増加する。ただし、前記ｎドープ濃度が高すぎると、ｎ型層に近い量子井戸への正孔の供給が阻害され、その量子井戸層で発生する利得が減少する。図５のグラフは計算結果の一例であるが、種々の素子構造に対して検討を重ねた結果、各量子井戸層で発生する利得の総量を極大化する最適ｎドープ濃度範囲は、前述のように、１×１０１７ｃｍ−３以上、５×１０１８ｃｍ−３以下であることを見出した。ただし、前述のとおり、本発明において、前記障壁層のｎドープ濃度（ｎ型不純物濃度）は、前記数値範囲に限定されるものではない。
【００３３】
本発明の窒化物半導体発光素子においては、前述の通り、前記基板に最も近い前記障壁層は、アンドープ層とする。これは、過剰なドーピングによる前記量子井戸層の結晶性悪化を防ぐためである。本実施形態（図１）の窒化物半導体発光素子では、前記基板の主面（非極性面）上に、前記ｎ型層、前記活性層および前記ｐ型層がこの順序で積層されている。このため、同図の素子では、前記基板に最も近い前記障壁層は、前記ｎ型層に最も近い前記障壁層であり、この層は、アンドープ層である。本発明の窒化物半導体発光素子は、これに限定されず、例えば図３（ｂ）で説明したように、前記基板の主面（非極性面）上に、前記ｐ型層、前記活性層および前記ｎ型層がこの順序で積層されていても良い。その場合は、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、前記基板に最も近い前記障壁層となるため、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層は、アンドープ層である必要がある。同様に、本発明の窒化物半導体発光素子において、過剰なドーピングによる前記量子井戸層の結晶性悪化を防ぐため、前記Ｎ層の量子井戸層（全ての量子井戸層）は、アンドープ層であることが好ましい。
【００３４】
一方、前記基板から最も遠い前記障壁層は、その上に量子井戸層を有さないため、ｎドープ層としても、前記量子井戸層の結晶性にはほとんど影響を及ぼさない。したがって、本発明においては、前記基板から最も遠い前記障壁層は、アンドープ層でなくても良い。例えば、図１のように、前記基板の主面（非極性面）上に、前記ｎ型層、前記活性層および前記ｐ型層がこの順序で積層されている窒化物半導体発光素子では、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層は、アンドープ層でなくても良い。しかし、前記基板の主面上に、前記ｎ型層、前記活性層および前記ｐ型層がこの順序で積層された構造であっても、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、アンドープ層であることが好ましい。前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、アンドープ層であると、例えば、前記活性層から前記ｐ型層側へ電子がオーバーフローする現象を軽減または防止し、窒化物半導体発光素子の特性悪化を防ぐことができる。なお、別の理由により、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、ｎドープ層であることが好ましい場合がある。これについては、実施形態２で後述する。
【００３５】
なお、本発明の窒化物半導体発光素子を形成する窒化物半導体は、前記のように、III族窒化物半導体が好ましい。各部の形成材料は、例えば、一般的な窒化物半導体発光素子またはIII族窒化物半導体発光素子を参考に適宜選択しても良い。具体的には、例えば、図１で説明したように、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等を適宜用いることができるが、図１の説明には限定されない。
【００３６】
また、本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、特に限定されないが、前記本発明の製造方法により製造されることが好ましい。
【００３７】
本実施形態の窒化物半導体発光素子（図１）の製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下の通りである。この製造方法は、基板の主面上に、ｎ型層と、ｐ型層と、それらに挟まれた活性層とを積層する積層工程を含む。前記積層工程において、非極性面を形成し、前記非極性面の上面に前記活性層を積層させ、前記活性層を、Ｎ＋１層の障壁層と、前記各障壁層に挟まれたＮ層の量子井戸層（Ｎは２以上の整数）とから形成し、かつ、前記基板に最も近い前記障壁層を、アンドープ層として形成し、その他の前記障壁層のうち少なくとも一層にｎドープする。
【００３８】
前記積層工程には、例えば、３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いる。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用いる。Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースには、それぞれトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムを用いる。ｎ型不純物としてシラン、ｐ型不純物としてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。
【００３９】
前記積層工程は、具体的には以下のように行う。すなわち、まず、（１１−２２）面を主面とするｎ型ＧａＮ基板１０１を成長装置に投入後、アンモニアを供給しながら基板を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始する。そして、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮ光閉じ込め層１０４、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造を有する活性層１０５、ＧａＮ光閉じ込め層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮ電子オーバーフロー防止層１０７、ｐ型ＧａＮ光閉じ込め層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０９、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を形成する。ｎ型基板１０１の主面が非極性面であるために、その上に形成された前記各層の主面も、非極性面となる。したがって、ｎ型ＧａＮ光閉じ込め層１０４の上面を非極性面として形成し、その非極性面の上面に活性層１０５を積層させることができる。活性層１０５は、量子井戸層数をＮ、障壁層数をＮ＋１（Ｎは２以上の整数）とし、全ての量子井戸層、ｎ型層に最も近い１つの障壁層、ｐ型層に最も近い１つの障壁層をアンドープとし、その他の障壁層をｎドープとする。成長温度は、例えば、活性層１０５は略８００℃、それ以外は略１１００℃とする。このようにして、非極性面を主面とするｎ型ＧａＮ基板１０１の前記主面上に、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３およびｎ型ＧａＮ光閉じ込め層１０４からなるｎ型層１と、ｐ型ＡｌＧａＮ電子オーバーフロー防止層１０７、ｐ型ＧａＮ光閉じ込め層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１０からなるｐ型層２と、それらに挟まれた活性層１０５とを積層する前記積層工程を行うことができる。なお、本実施形態では、前記の通り、前記活性層と前記ｐ型層との間に光閉じ込め層１０６も積層させる。
【００４０】
次に、ｐ型コンタクト層１１０上に、ＳｉＯ２膜を堆積し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、所望の幅を有するストライプ状のＳｉＯ２マスクを形成する。次に、通常のドライエッチング技術を用いて、ｐ型コンタクト層１１０とｐ型クラッド層１０９の一部をエッチングする。このようにして、所望の幅と高さを有するリッジを形成する。
【００４１】
さらに、エッチングしたｐ型クラッド層１０９の上面にＳｉＯ２膜を堆積し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、所望の開口幅を有するＳｉＯ２絶縁層１１１を形成する。その後、ｐ型コンタクト層１１０およびＳｉＯ２絶縁層１１１の上面にｐ型電極１１２を形成し、ｎ型基板１０１の下面にｎ型電極１１３を形成する。以上のようにして、本実施形態の窒化物半導体発光素子（図１）を製造することができる。
【００４２】
［実施形態２］
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
【００４３】
図４の断面図に、本実施形態（実施形態２）の窒化物半導体発光素子の構造を模式的に示す。図示の通り、この窒化物半導体発光素子は、光閉じ込め層１０６に代えて第１の光閉じ込め層１０６ａと第２の光閉じ込め層１０６ｂとを有する以外は、前記実施形態１の窒化物半導体発光素子（図１）と同様である。第１の光閉じ込め層１０６ａおよび第２の光閉じ込め層１０６ｂは、活性層１０５上に、前記順序で積層されている。第１の光閉じ込め層１０６ａは、例えば、厚さ２５ｎｍのＩｎＧａＮからなり、第２の光閉じ込め層１０６ｂは、例えば、厚さ２５ｎｍのＡｌＧａＮからなる。なお、第１の光閉じ込め層１０６ａおよび第２の光閉じ込め層１０６ｂは、いずれもアンドープ層である。第１の光閉じ込め層１０６ａは、前記「他のアンドープ層」に相当し、第２の光閉じ込め層１０６ｂは、後述するように、「非発光再結合防止層」に相当する。
【００４４】
本実施形態（実施形態２）の窒化物半導体発光素子では、活性層からｐ型層への電子オーバーフローを抑制するｐ型電子オーバーフロー防止層１０７をＡｌｙＧａ１−ｙＮとし、活性層の成長温度よりも高温で成長したＡｌｘＧａ１−ｘＮ層１０６ｂ（０≦ｘ＜ｙ≦１）を、ｐ型電子オーバーフロー防止層１０７よりも活性層側に、かつｐ型電子オーバーフロー防止層１０７に接して設け、活性層の量子井戸層数をＮ、障壁層数をＮ＋１（Ｎは２以上の整数）とし、全ての量子井戸層及びｎ型層に最も近い１つの障壁層をアンドープとし、その他の障壁層をｎドープとする。例として、図２（ａ）を用いて、Ｎ＝３の場合について説明する。３つの量子井戸層１０５ｂ、１０５ｄ、１０５ｆ、ｎ型層に最も近い１つの障壁層１０５ａはアンドープであり、各量子井戸層の間に位置する２つの障壁層１０５ｃ、１０５ｅ、ｐ型層に最も近い障壁層１０５ｇはｎドープ層である。ｎドープ層である前記障壁層のｎドープ濃度は、前記実施形態１と同様、好ましくは、１×１０１７ｃｍ−３以上、５×１０１８ｃｍ−３以下である。なお、ここでは、ｎドープする各障壁層１０５ｃ、１０５ｅ、１０５ｇの全体にｎドープした構造を例示したが、ｎドープする各障壁層の少なくとも一部にｎドープされていれば良く、例えば、ｎドープする各障壁層の少なくともｎ型層側にｎドープされていれば良い。
【００４５】
以下、本実施形態の窒化物半導体発光素子の作用効果について説明する。ただし、これらの作用効果は例示であって、本発明を限定しない。
【００４６】
本発明者らは、半導体発光素子について鋭意研究を重ねた結果、以下のことを見出した。
【００４７】
前記のように、本発明の窒化物半導体発光素子は、前記活性層と前記ｐ型層との間に、さらに他のアンドープ層が配置されていることが好ましい。例えば、前記他のアンドープ層により、ｐ型不純物（例えばＭｇ）または前記ｐ型不純物に起因する非発光再結合中心が活性層にまで拡散する現象を軽減または防止できる。これにより、活性層における非発光再結合を低減または防止し、窒化物半導体発光素子の特性悪化を防ぐことができる。しかしながら、本発明者らによる検討によれば、前記実施形態１で述べたように、非極性面上の量子井戸層では内部電界が小さくなり、量子井戸層のｐ型層側の電子障壁（伝導帯オフセット）が極性面上より高くなる（図３（ａ））。そのため、ｐ型層に最も近い量子井戸層からｐ型層側への電子オーバーフローが低減しすぎると、活性層とｐ型層に挟まれた前記他のアンドープ層が高抵抗化し、動作電圧が高くなるおそれがある。
【００４８】
前記他のアンドープ層の高抵抗化による動作電圧上昇を防止するためには、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層にｎドープすることで実効的な電子障壁を低減し、前記他のアンドープ層への電子オーバーフローを適度に増加させることができる。その際、前記他のアンドープ層へオーバーフローした電子が、前記他のアンドープ層で、もしくは前記他のアンドープ層とｐ型電子オーバーフロー防止層の界面で、またはその両方で非発光再結合すると、素子の特性悪化を招くおそれがある。そこで、前記ｐ型層に最も近い障壁層にｎドープすることに加え、前記活性層の成長温度よりも高温で成長することで高品質化した窒化物半導体層（非発光再結合防止層）を、ｐ型電子オーバーフロー防止層の活性層側にｐ型電子オーバーフロー防止層に接して設けることで、非発光再結合による特性悪化を防止する。
【００４９】
図６のグラフに、本実施形態の窒化物半導体発光素子における動作電圧の計算結果を例示する。同図において、横軸は、前記ｐ型層に最も近い障壁層のｎドープ濃度であり、単位は［ｃｍ−３］である。左の縦軸および破線は、前記電子オーバーフローの量であり、単位は任意単位［ａ.ｕ.］である。右の縦軸および実線は、素子の動作電圧であり、単位は任意単位［ａ.ｕ.］である。図示の通り、前記ｐ型層に最も近い障壁層にｎドープすることで、動作電圧をさらに低減することができる。
【００５０】
このように、本発明の窒化物半導体発光素子では、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、ｎドープ層であり、前記ｐ型層は、ｐ型電子オーバーフロー防止層を含み、前記活性層と前記ｐ型層との間に、さらに、他のアンドープ層および非発光再結合防止層が、前記活性層側から前記順序で配置されていることが好ましい。なお、前記ｐ型電子オーバーフロー防止層および前記非発光再結合防止層は、いずれも窒化物半導体層である。また、前記非発光再結合防止層は、例えば図４のように、前記ｐ型電子オーバーフロー防止層に隣接していることが、非発光再結合防止効果の観点から好ましい。ただし、本発明はこれに限定されない。すなわち、前記非発光再結合防止層は、前記ｐ型電子オーバーフロー防止層よりも活性層側にあれば良く、前記非発光再結合防止層と前記ｐ型電子オーバーフロー防止層との間に他の構成要素が配置されていても良い。
【００５１】
前記ｐ型電子オーバーフロー防止層は、特に制限されないが、例えば、図４のように、ｐ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ層であっても良い。前記Ａｌ組成比ｙは、特に制限されないが、例えば、０．１〜０．３、好ましくは０．１５〜０．２８、より好ましくは０．２〜０．２６である。前記非発光再結合防止層は、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦１）であっても良い。前記Ａｌ組成比ｘは、特に制限されないが、例えば、０〜０．２、好ましくは０〜０．１、より好ましくは０〜０．０５である。ただし、前記Ａｌ組成比ｙおよび前記Ａｌ組成比ｘの好適範囲は、上下に隣接する層の組成等にも依存し、必ずしも上記数値範囲に限定されない。また、各層の機能上、前記非発光再結合防止層のバンドギャップが前記ｐ型電子オーバーフロー防止層のバンドギャップよりも小さくなるように、前記Ａｌ組成比を調整する必要がある。また、前記非発光再結合防止層は、例えば、前記活性層の成長温度（例えば７００−８００度）よりも高温（例えば、前記活性層の成長温度よりも略１００度以上高い温度）で成長することで高品質化した窒化物半導体層であっても良い。
【００５２】
本発明の窒化物半導体発光素子において、前記ｐ型電子オーバーフロー防止層は、前記ｐ型層を構成する各層中で最もバンドギャップが大きい層であることが好ましい。前記ｐ型層を構成する各層中で最もバンドギャップが大きいことで、ｐ型電子オーバーフロー防止効果を発揮しやすいためである。また、前記非発光再結合防止層中の炭素濃度は、前記活性層中の炭素濃度よりも低いことが好ましい。窒化物半導体の結晶成長においては、成長温度を高くするに従い、例えば、不純物として結晶中に取り込まれる炭素濃度が低下し、結晶が高品質となるためである。前記非発光再結合防止層は、炭素濃度が前記活性層よりも低いＡｌＧａＮ層であることが特に好ましい。
【００５３】
また、本実施形態において、光閉じ込め層は、第１の光閉じ込め層１０６ａと第２の光閉じ込め層１０６ｂのみで構成されなくても良い。例えば、第１の光閉じ込め層１０６ａと第２の光閉じ込め層１０６ｂとが、その間に配置された傾斜組成層を介してバンドギャップが徐々に変化するように接続されても良い。また、第２の光閉じ込め層１０６ｂは、前記の通り、高品質の結晶とするために、前記活性層よりも高温で成長させた層であることが好ましい。第１の光閉じ込め層１０６ａの成長温度は、前記活性層よりも高温であっても、前記活性層よりも高温でなくても良い。また、例えば、第１の光閉じ込め層１０６ａと第２の光閉じ込め層１０６ｂが同一の組成で構成されても良い。その場合、例えば、第１の光閉じ込め層１０６ａが、成長温度が徐々に変化するように成長されても良く、第１の光閉じ込め層１０６ａと第２の光閉じ込め層１０６ｂとが、成長温度が徐々に変化するようにして成長された層を介して接続されても良い。
【００５４】
本実施形態の窒化物半導体発光素子では、前述の通り、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層が、ｎドープ層であり、前記ｐ型層は、ｐ型電子オーバーフロー防止層を含み、前記活性層と前記ｐ型層との間に、さらに、他のアンドープ層および非発光再結合防止層が、前記活性層側から前記順序で配置されている。このような窒化物半導体発光素子の製造方法は、特に制限されないが、例えば、前記本発明の製造方法の前記積層工程において、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層にｎドープし、前記ｐ型層中にｐ型電子オーバーフロー防止層を含むように、かつ、前記ｐ型電子オーバーフロー防止層のバンドギャップが、前記ｐ型層を形成する各層中で最も大きくなるように前記ｐ型層を形成し、前記活性層と前記ｐ型層との間に、さらに、他のアンドープ層および非発光再結合防止層を、前記活性層側から前記順序で形成し、かつ、前記非発光再結合防止層を、前記活性層の形成温度よりも高温で形成する。
【００５５】
本実施形態（図４）の窒化物半導体発光素子の製造方法は、例えば、以下の通りである。実施形態１の素子構造の製造方法との第１の相違点は、活性層１０５の量子井戸層数をＮ、障壁層数をＮ＋１（Ｎは２以上の整数）とし、全ての量子井戸層及びｎ型層に最も近い１つの障壁層をアンドープ層とし、その他の障壁層をｎドープ層とする点である。すなわち、前記積層工程において、前記ｐ型層に最も近い前記障壁層には、ｎドープする。第２の相違点は、図１のＧａＮ光閉じ込め層１０６相当を、ＩｎＧａＮ第１光閉じ込め層１０６ａとＡｌＧａＮ第２光閉じ込め層（非発光再結合防止層）１０６ｂで構成する点である。成長温度は、例えば、ＩｎＧａＮ第１光閉じ込め層１０６ａは略８００℃、ＡｌＧａＮ第２光閉じ込め層１０６ｂは略１１００℃とする。すなわち、ＩｎＧａＮ第１光閉じ込め層１０６ａの成長温度は、活性層１０５（略８００℃）とほぼ同じとし、ＡｌＧａＮ第２光閉じ込め層１０６ｂは、前記活性層１０５の形成温度よりも略３００℃高温で形成する。また、活性層１０５とｐ型層２との間に、他のアンドープ層（ＩｎＧａＮ第１光閉じ込め層１０６ａ）および非発光再結合防止層（ＡｌＧａＮ第２光閉じ込め層１０６ｂ）を、活性層１０５側から前記順序で形成することとなる。また、ｐ型層２中にｐ型電子オーバーフロー防止層１０７を含むように、かつ、ｐ型電子オーバーフロー防止層１０７のバンドギャップが、ｐ型層２を形成する各層中で最も大きくなるようにｐ型層２を形成する点は、前記実施形態１と同じである。これら以外の点は、すべて、前記実施形態１の窒化物半導体発光素子（図１）と同様にして製造することができる。ただし、本実施形態の窒化物半導体発光素子を製造する方法は、この例に限定されない。
【００５６】
［実施形態３］
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
【００５７】
図７（ａ）の断面図に、本実施形態（実施形態３）の窒化物半導体発光素子の構造を模式的に示す。同図は、前記窒化物半導体発光素子の光出射端面近傍部分を前記光出射端面に平行方向に切断して前記光出射端面に垂直方向から見た断面図である。この窒化物半導体発光素子は、基板主面が、極性面である。また、図示の通り、この窒化物半導体発光素子は、活性層１０５の下面と接する面（ｎ型光閉じこめ層１０４の上面）が、基板（ｎ型基板１０１）主面と平行な極性面１０４Ａと、基板主面から傾斜した非極性面１０４Ｂとからなる。ｎ型光閉じこめ層１０４の上面において、ｐ型クラッド層１０９中央のリッジ形状部分の直下の部分（導波路部分）は、その両端部分が非極性面１０４Ｂからなり、中央部分が極性面１０４Ａからなる。ｎ型光閉じこめ層１０４の上面において、前記導波路部分以外の部分は、極性面１０４Ａからなる。活性層１０５は、ｎ型光閉じこめ層１０４の上面（極性面１０４Ａおよび非極性面１０４Ｂ）に、ほぼ一定の厚みで積層されている。光閉じ込め層１０６は、活性層１０５の上面に積層され、光閉じこめ層１０６の上面は、基板（ｎ型基板１０１）主面と平行な極性面となっている。これら以外は、図７（ａ）の窒化物半導体発光素子の構造は、実施形態１の窒化物半導体発光素子（図１）と同様である。
【００５８】
また、図７（ｂ）の断面図に、本実施形態（実施形態３）の窒化物半導体発光素子の別の変形例の構造を模式的に示す。図示のとおり、この窒化物半導体発光素子は、ｎ型光閉じこめ層１０４の上面において、前記導波路部分の中央部分が、基板主面から傾斜した非極性面１０４Ｂからなり、それ以外の部分が、基板主面と平行な極性面１０４Ａからなる。これ以外は、同図の窒化物半導体発光素子の構造は、図７（ａ）の窒化物半導体発光素子と同様である。
【００５９】
本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば、実施形態１および２のように、基板の主面が非極性面であることが、動作電流または動作電圧の低減効果、製造の容易さ等の観点から好ましい。このような窒化物半導体発光素子の製造工程においては、例えば、実施形態１および２で説明したように、前記基板の主面上に各半導体層を順次積層することで、前記活性層を、非極性面の上面に形成できる。しかしながら、本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば、本実施形態のように、基板主面が極性面であっても良い。この場合、窒化物半導体発光素子の製造工程において、前記活性層の下面と接する面の少なくとも一部を非極性面とすることで、前記活性層の少なくとも一部を、前記非極性面の上面に形成できる。これにより、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得ることができる。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）の窒化物半導体発光素子は、活性層の下面と接する面（図７において、ｎ型光閉じこめ層１０４の上面）における導波路部分（リッジ導波路部分）の一部のみが非極性面である。しかしながら、本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば、基板主面が極性面であり、かつ、活性層の下面と接する面における導波路部分の全部が非極性面であっても（すなわち、前記活性層における導波路部分の全部が非極性面上に形成されていても）良い。前記導波路がリッジ導波路の場合のみならず、例えば、インナーストライプ型導波路の場合においても同様である。
【００６０】
本実施形態の窒化物半導体発光素子の製造方法は、特に制限されないが、前記本発明の製造方法により製造することが好ましい。非極性面１０４Ｂを形成するには、例えば、ｎ型光閉じこめ層１０４を形成後、エッチング等により加工しても良いし、ｎ型光閉じこめ層１０４を形成する際に、マスクを用いた選択成長により、基板主面から傾斜した非極性面１０４Ｂを形成しても良い。これ以外は、例えば、前記実施形態１の窒化物半導体発光素子と同様にして製造しても良い。
【００６１】
なお、図７においては、各層の構成は、実施形態１（図１）と同様であるが、本実施形態の窒化物半導体発光素子は、各層の構造が、実施形態２（図４）と同様であっても良いし、その他の任意の構造でも良い。
【００６２】
以上、本発明について、具体的な実施形態により説明したが、本発明はこれらに限定されず、種々の変更が可能である。例えば、実施形態１から３では、前記基板の主面（非極性面）上に、前記ｎ型層、前記活性層および前記ｐ型層がこの順序で積層された例を示したが、前述の通り、前記基板の主面（非極性面）上に、前記ｐ型層、前記活性層および前記ｎ型層がこの順序で積層されていても良い。この場合、例えば、前記基板が、非極性面を主面とするｐ型半導体基板であっても良い。前記基板は、半導体基板が好ましいが、非極性面を主面とする基板であれば特に制限されない。また、図１、４および７では、いわゆるリッジストライプ型の半導体レーザ（ＬＤ）を示したが、本発明の窒化物半導体発光素子は、これに限定されない。例えば、本発明の窒化物半導体発光素子は、いわゆるインナーストライプ型の半導体レーザ（ＬＤ）であっても良いし、前述の通り、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）等であっても良い。また、前述のとおり、本発明の窒化物半導体発光素子において、前記ｎ型層および前記ｐ型層は、それぞれ、一層でもよいし、複数の層から形成されていても良い。前記活性層は、他の構成要素を介さずに前記ｎ型層および前記ｐ型層と直接接触していても良いし、前記活性層と前記ｎ型層との間に他の構成要素が配置されていても良いし、前記活性層と前記ｐ型層との間に他の構成要素が配置されていても良い。前記ｎ型層、前記ｐ型層、およびその他の各層の形成材料、厚み、ドーピング濃度等も特に制限されず、例えば、一般的な窒化物半導体発光素子を参考に適宜設定可能である。
【００６３】
また、本発明の電子装置は、前記の通り、光源を含み、前記光源が、本発明の窒化物半導体発光素子であることを特徴とする。前記光源が複数である場合は、その少なくとも一つが本発明の窒化物半導体発光素子であれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上、説明したとおり、本発明によれば、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、窒化物半導体発光素子の製造方法および電子装置を提供することができる。本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば、動作電流並びに動作電圧の低い窒化物半導体発光素子として、特に、青色もしくは青色より長い波長の窒化物半導体発光素子、例えば、緑色ＬＤとして用いることができる。また、本発明の窒化物半導体発光素子は、これに限定されず、例えば、赤色、紫色等の任意の波長のＬＤであっても良い。さらに、本発明の窒化物半導体発光素子は、ＬＤに限定されず、どのような発光素子でも良く、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）として用いることができる。
【００６５】
本発明の電子装置は、低い動作電流または動作電圧で動作可能であるため、その有用性は高い、本発明の電子装置としては、例えば、ディスプレイ（画像表示装置）が挙げられる。すなわち、本発明の窒化物半導体発光素子は、特に、ディスプレイ（画像表示装置）全般の光源に用いる可視光半導体発光素子として使用可能である。本発明のディスプレイ（画像表示装置）としては、例えば、レーザプロジェクタ（レーザディスプレイ）が好ましい。本発明の窒化物半導体発光素子を光源として含む本発明のレーザプロジェクタ（レーザディスプレイ）によれば、例えば、色再現性の飛躍的な向上、省エネ・低コストで大画面・高精細化、光学系の超小型化等の効果を得ることも可能である。本発明のレーザプロジェクタ（レーザディスプレイ）は、具体的には、例えば、モバイルプロジェクタ、次世代リアプロジェクションＴＶ（ｒｅａｒ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ＴＶ）、デジタルシネマ、網膜走査ディスプレイ（ＲＳＤ：Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ  Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、または携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン等への組込型プロジェクタ（ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）等が挙げられ、幅広い市場に対する応用が可能である。
【００６６】
さらに、本発明の電子装置は、画像表示装置（ディスプレイ）に限定されず、情報記録再生装置（例えば光ディスクシステム）等にも用いることができる。本発明の窒化物半導体発光素子は、低い動作電流または動作電圧で動作可能であるという優れた性質を有するから、特に、次世代光ディスクシステムや次世代ディスプレイなどの光源として適する。また、本発明の窒化物半導体発光素子は、画像表示装置および情報記録再生装置に限定されず、例えば、光干渉断層計（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、光ファイバジャイロ、光ファイバ破断点検出等の製品用の発光素子としても使用可能である。したがって、本発明の窒化物半導体発光素子は、例えば医療・バイオ分野、各種センシング分野等の広範な分野にも応用が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１  ｎ型基板
１０２  ｎ型バッファ層
１０３  ｎ型クラッド層
１０４  ｎ型光閉じ込め層
１０５  活性層
１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅ、１０５ｇ  障壁層
１０５ｂ、１０５ｄ、１０５ｆ  量子井戸層
１０６  光閉じ込め層
１０６ａ  第１の光閉じ込め層
１０６ｂ  第２の光閉じ込め層
１０７  ｐ型電子オーバーフロー防止層
１０８  ｐ型光閉じ込め層
１０９  ｐ型クラッド層
１１０  ｐ型コンタクト層
１１１  絶縁層
１１２  ｐ型電極
１１３  ｎ型電極
【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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