(57)【要約】【課題】ファーフィールドパターンのアスペクト比を調整可能なIII族窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】レーザダイオードＬＤでは、活性層６９の屈折率がブロック層７６のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい。レーザダイオードＬＤにおいて、活性層６９がｎ型III族窒化物半導体クラッド層６５と及びｐ型III族窒化物半導体クラッド層７３との間に配置されると共に活性層６９の第１の部分６９ａ及びブロック層７６が法線軸Ｎｘに交差する基準面に沿って配列されるので、２つのクラッド層６５、７３及びブロック層７６の利用により、活性層６９の上下左右に低屈折率の領域を配置できる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
基板の主面上に、該主面の法線軸に交差する第１の基準面に沿って設けられた第１及び第２の部分を含む第１のIII族窒化物半導体領域を成長する工程と、
前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分上に開口を有するように、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物からなるブロック層を前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第２の部分上に形成する工程と、
前記ブロック層を形成した後に、III族窒化物半導体層を成長炉で成長する工程と、
前記III族窒化物半導体層を形成した後に、III族窒化物半導体からなり活性層のための半導体層を前記成長炉で成長する工程と、
前記活性層を形成した後に、第２のIII族窒化物半導体領域を前記成長炉で成長する工程と
を備え、
前記第１のIII族窒化物半導体領域はｎ型III族窒化物半導体層を含み、
前記第２のIII族窒化物半導体領域はｐ型III族窒化物半導体層を含み、
前記活性層の厚さは、前記ブロック層の厚さより小さく、
前記活性層の前記半導体層は、前記ｎ型III族窒化物半導体層の前記第１の部分上に設けられた第１の部分を有し、
前記半導体層の前記第１の部分及び前記ブロック層は、前記法線軸に交差する第２の基準面に沿って配列されており、
前記ブロック層の前記III族窒化物は一又は複数のIII族構成元素を含み、
前記活性層の前記半導体層の屈折率は、前記ブロック層のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ブロック層を形成する前記工程は、
前記ブロック層のためのIII族窒化物層を成長して基板生産物を形成する工程と、
前記基板生産物を前記成長炉から取り出した後に、前記III族窒化物層上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記III族窒化物層をウエットエッチングして前記ブロック層を形成する工程と
を備え、
前記ブロック層のための前記III族窒化物層の成長温度は前記活性層のための前記半導体層の成長温度より低い、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記ブロック層の前記III族窒化物は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記ブロック層の前記III族窒化物は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、
前記III族窒化物層のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下である、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】
前記ブロック層の前記III族窒化物は非単結晶III族窒化物を含む、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】
前記ブロック層の前記III族窒化物は多結晶III族窒化物及びアモルファスIII族窒化物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〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記ブロック層の前記III族窒化物層の成長温度は、摂氏２００度より大きく摂氏６００度より小さい、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
前記ブロック層の前記III族窒化物層の成長温度は、摂氏３００度より大きく摂氏５００度より小さい、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】
前記ブロック層の厚さは、前記活性層から光のピーク波長λ及び前記活性層の実効屈折率ｎを用いて表されたλ／ｎより大きい、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】
III族窒化物半導体発光素子であって、
支持基体の主面の法線軸に交差する基準面に沿って設けられた第１及び第２の部分を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第２の部分上に設けられ、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物からなるブロック層と、
前記第１のIII族窒化物半導体領域上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と
を備え、
前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型III族窒化物半導体クラッド層を含み、
前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型III族窒化物半導体クラッド層を含み、
前記第１導電型III族窒化物半導体クラッド層、前記活性層及び前記第２導電型III族窒化物半導体クラッド層は、前記法線軸の方向に配列されており、
前記活性層の厚さは、前記ブロック層の厚さより小さく、
前記活性層は、III族窒化物からなりキャリア注入により光を発生する半導体層を含み、
前記活性層の前記半導体層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分の主面上に設けられた第１の部分を有し、
前記半導体層の前記第１の部分及び前記ブロック層は、前記所定の軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記ブロック層は、一又は複数のIII族構成元素を含み、
前記活性層の前記半導体層の屈折率は、前記ブロック層のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい、ことを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ブロック層の側面及び前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分上に設けられたIII族窒化物半導体層を更に備え、
前記III族窒化物半導体層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分と前記活性層との間にあり、
前記第１導電型III族窒化物半導体層はｎ導電性を有し、
前記第２導電型III族窒化物半導体層はｐ導電性を有する、ことを特徴とする請求項１０に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ブロック層のIII族窒化物は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含む、ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記ブロック層のIII族窒化物は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、
前記ブロック層のIII族窒化物のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下である、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記ブロック層の厚さは、前記活性層から光のピーク波長λ及び前記活性層の実効屈折率ｎを用いて表されたλ／ｎより大きい、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１５】
第１及び第２の光ガイド層を更に備え、
前記第１及び第２の光ガイド層並びに前記活性層は発光層を構成し、
前記活性層は前記第１及び第２の光ガイド層の間に設けられ、
前記第１の光ガイド層は、前記活性層と前記第１導電型III族窒化物半導体層との間に設けられ、
前記第２の光ガイド層は、前記活性層と前記第２導電型III族窒化物半導体層との間に設けられ、
前記第１及び第２の光ガイド層のいずれか一方は、前記ブロック層の側面上に設けられ、
前記発光層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分上に設けられた第１の部分を有し、
前記発光層の前記第１の部分及び前記ブロック層は、前記所定の軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記発光層の前記第１の部分は前記半導体層の前記第１の部分を含む、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第２のIII族窒化物半導体領域上に設けられた第１の電極と、
前記支持基体の裏面上に設けられた第２の電極と
を備え、
前記支持基体の前記主面は、III族窒化物からなり、
前記支持基体は導電性を有する、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は、半極性面及び無極性面のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は、前記第１導電型III族窒化物半導体クラッド層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜している、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項１９】
前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は、前記第１導電型III族窒化物半導体クラッド層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲の傾斜角で傾斜している、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項２０】
前記主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面であることを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２１】
前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は極性面を含む、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族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、III族窒化物半導体発光素子、及びIII族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には、III族窒化物半導体素子の製造方法が記載されている。この製造方法では、ｐ型クラッド層上に電流狭窄層を形成している。電流狭窄層は、成長時において非結晶層である。この非結晶層としてＡｌＮを用いる。この非結晶層は、形成温度よりも高い温度で熱処理されて、結晶層に変換される。
【０００３】
特許文献２には、半導体発光装置が記載されている。半導体発光装置はＡｌＮ横モード制御層を備える。半導体発光装置の一形態では、ＡｌＮ横モード制御層はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層上に設けられている。半導体発光装置の別の形態では、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層がＡｌＮ横モード制御層上に設けられている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層はＡｌＮ横モード制御層に起因する凹部を埋め込み、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の表面は平坦になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３７８５９７０号公報
【特許文献２】特許３９３６１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、アノード電極からの電流を狭窄するＡｌＮ層を用いる。これ故には、ＡｌＮ層はｐ型クラッド層上に形成される。この素子構造により、ＡｌＮ層を成長した後に成長される窒化ガリウム系半導体の総厚を低減できる。特許文献２では、横モード制御層は、活性層を基準にしてｐ型クラッド層又はｎ型クラッド層の外側に位置する。特許文献２では、活性層と横モード制御層との間にクラッド層を設けて、横モード制御層の形成の際に活性層へダメージを与える可能性、及び／又は横モード制御層の表面モフォロジを劣化させる可能性を避けている。
【０００６】
特許文献１及び２のいずれも、基板の主面の法線軸に方向に関して、低屈折率のクラッド層が活性層の両側に設けられており、クラッド層の外側に、ストライプ状開口を有するＡｌＮ層が設けられる。また、特許文献２におけるＡｌＮ層の下限は１ｎｍであり、この厚さのＡｌＮ層は屈折率差による閉じ込めの作用を発揮できない。さらに、特許文献１では、ＡｌＮ層が電流狭窄層として有効に作用したことによりファーフィールドパターンが垂直及び水平方向に単峰になることをＡｌＮ層の効果として記載している。しかしながら、ファーフィールドパターンには、単に単峰であるだけなく、そのアスペクト比を調整することが求められる。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ファーフィールドパターンのアスペクト比を調整可能なIII族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III族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】
【０００８】
本発明の一側面に係る発明は、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）基板の主面上に、該主面の法線軸に交差する第１の基準面に沿って設けられた第１及び第２の部分を含む第１のIII族窒化物半導体領域を成長する工程と、（ｂ）前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第２の部分上に開口を有するように、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物からなるブロック層を前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分上に形成する工程と、（ｃ）前記ブロック層を形成した後に、III族窒化物半導体層を成長炉で成長する工程と、（ｄ）前記III族窒化物半導体層を形成した後に、III族窒化物半導体からなり活性層のための半導体層を前記成長炉で成長する工程と、（ｅ）前記発光層を形成した後に、第２のIII族窒化物半導体領域を前記成長炉で成長する工程とを備える。前記第１のIII族窒化物半導体領域はｎ型III族窒化物半導体層を含み、前記第２のIII族窒化物半導体領域はｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記活性層の厚さは、前記ブロック層の厚さより小さく、前記活性層の前記半導体層は、前記ｎ型III族窒化物半導体層の前記第２の部分上に設けられた第１の部分を有し、前記半導体層の前記第１の部分及び前記ブロック層は、前記法線軸に交差する第２の基準面に沿って配列されており、前記ブロック層の前記III族窒化物は一又は複数のIII族構成元素を含み、前記活性層の前記半導体層の屈折率は、前記ブロック層のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい。
【０００９】
この方法によれば、第１のIII族窒化物半導体領域の第２の部分上に開口を有するブロック層を第１のIII族窒化物半導体領域の第１の部分上に形成した後に、活性層のための半導体層を成長する。これ故に、この半導体層の第１の部分及びブロック層が、基板主面の法線軸に交差する第２の基準面に沿って配列される。活性層の半導体層の屈折率は、ブロック層のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きく、このような低屈折率のブロック層が活性層のための半導体層の両側に配置される。これらの工程によれば、上記の位置関係に活性層のための半導体層及びブロック層を形成できる。
【００１０】
また、ブロック層を形成するが故に、第１のIII族窒化物半導体領域の成長から第２のIII族窒化物半導体領域の成長まで連続したエピタキシャル成長はできない。再成長のスタートとして、ブロック層を形成した後に活性層の形成に先立って、III族窒化物半導体層を成長炉で成長する。この成長に引き続き、該成長炉で活性層のための半導体層を成長する。活性層の形成に先立ってIII族窒化物半導体層を成長炉で成長するので、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、活性層の成長に及ばない。また、ｐ型III族窒化物半導体層を含む第２のIII族窒化物半導体領域の成長は、活性層の成長完了の後である。これ故に、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、ｐ型III族窒化物半導体層の成長に及ばない。
【００１１】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層を形成する前記工程は、前記ブロック層のためのIII族窒化物層を成長して基板生産物を形成する工程と、前記基板生産物を前記成長炉から取り出した後に、前記III族窒化物層上にマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記III族窒化物層をウエットエッチングして前記ブロック層を形成する工程とを備える。前記ブロック層のための前記III族窒化物層の成長温度は前記活性層のための前記半導体層の成長温度より低い。
【００１２】
この方法によれば、開口を有するブロック層の形成において、ブロック層のためのIII族窒化物層が活性層のための半導体層の成長温度より低い成長温度で成長されると共に該III族窒化物層がIII族構成元素としてアルミニウムを含むので、III族窒化物半導体発光素子を構成するIII族窒化物領域に対してブロック層のためのIII族窒化物層をウエットエッチングにより選択的に除去できる。
【００１３】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層の前記III族窒化物は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含むことができる。この方法によれば、III族窒化物層がIII族構成元素としてアルミニウムを含むとき、ブロック層形成のためのエッチングにおいて所定のエッチャントを用いて所望の選択比を得ることができる。
【００１４】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層の前記III族窒化物は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、前記III族窒化物層のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下であることができる。この方法によれば、III族窒化物層が上記のＡｌ組成範囲を有するとき、このIII族窒化物層のウエットエッチングが容易である。
【００１５】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層の前記III族窒化物は非単結晶III族窒化物を含むことができる。この方法によれば、III族窒化物層の成長温度を活性層のための半導体層の成長温度より低くして、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物層を成長できる。このとき、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域のエッチング速度より大きくできる。
【００１６】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層の前記III族窒化物は、III族窒化物微結晶、III族窒化物多結晶及びIII族窒化物アモルファスの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの成長物は、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域のエッチング速度より大きくできる。
【００１７】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層の前記III族窒化物の成長温度は、摂氏２００度より大きく摂氏６００度より小さいことが好ましい。この方法によれば、III族窒化物の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物層を成長できる。このとき、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域のエッチング速度より大きくできる。
【００１８】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層の前記III族窒化物の成長温度は、摂氏３００度より大きく摂氏５００度より小さいことが好ましい。
【００１９】
この方法によれば、III族窒化物半導体層の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物層を成長できる。このとき、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域のエッチング速度より大きくできる。
【００２０】
本発明の一側面に係る作製方法では、前記ブロック層の厚さｄは、前記発光層から光のピーク波長λ及び前記発光層の実効屈折率ｎを用いて表されたλ／ｎより大きいことが好ましい。この方法によれば、ファーフィールドパターンのアスペクト比を１に近づけることができる。
【００２１】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体発光素子は、（ａ）支持基体の主面の法線軸に交差する基準面に沿って設けられた第１及び第２の部分を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第２の部分上に設けられ、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物からなるブロック層と、（ｃ）前記第１のIII族窒化物半導体領域上に設けられた活性層と、（ｄ）前記活性層上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域とを備える。前記第１のIII族窒化物半導体領域は第１導電型III族窒化物半導体クラッド層を含み、前記第２のIII族窒化物半導体領域は第２導電型III族窒化物半導体クラッド層を含み、前記第１導電型III族窒化物半導体クラッド層、前記活性層及び前記第２導電型III族窒化物半導体クラッド層は、前記法線軸の方向に配列されており、前記活性層の厚さは、前記ブロック層の厚さより小さく、前記活性層は、III族窒化物からなりキャリア注入により光を発生する半導体層を含み、前記活性層の前記半導体層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分の主面上に設けられた第１の部分を有し、前記半導体層の前記第１の部分及び前記ブロック層は前記法線軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記ブロック層は一又は複数のIII族構成元素を含み、前記活性層の前記半導体層の屈折率は、前記ブロック層のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい。
【００２２】
このIII族窒化物半導体発光素子によれば、活性層の半導体層の屈折率がブロック層のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい。このIII族窒化物半導体発光素子において、第１導電型III族窒化物半導体クラッド層、活性層及び第２導電型III族窒化物半導体クラッド層が法線軸の方向に配列されると共に半導体層の第１の部分及びブロック層が法線軸に交差する基準面に沿って配列されるので、２つのクラッド層及びブロック層の利用により、活性層の上下左右に低屈折率の領域を配置できる。
【００２３】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体発光素子は、前記ブロック層の側面及び前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分上に設けられたIII族窒化物半導体層を更に備えることができる。前記III族窒化物半導体層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分と前記発光層との間にあり、前記第１導電型III族窒化物半導体層はｎ導電性を有し、前記第２導電型III族窒化物半導体層はｐ導電性を有することができる。
【００２４】
このIII族窒化物半導体発光素子では、ブロック層の形成ゆえに、第１のIII族窒化物半導体領域の成長から第２のIII族窒化物半導体領域の成長まで連続したエピタキシャル成長はできない。III族窒化物半導体層は、再成長のスタートとして、ブロック層を形成した後に活性層の形成に先立って成長炉で成長されるので、このIII族窒化物半導体層がブロック層の側面及び第１のIII族窒化物半導体領域の第１の部分上に設けられる。この成長に引き続き、該成長炉で活性層のための半導体層を成長できるので、III族窒化物半導体層上に活性層が設けられる。活性層の形成に先立ってIII族窒化物半導体層を成長炉で成長する。この素子構造によれば、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、活性層の成長に及ばない。また、ｐ型III族窒化物半導体層を含む第２のIII族窒化物半導体領域の成長は、活性層の成長完了の後である。これ故に、この素子構造によれば、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、ｐ型III族窒化物半導体層の成長に及ばない。本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体発光素子では、前記ブロック層のIII族窒化物は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含むことができる。
【００２５】
このIII族窒化物半導体発光素子によれば、ブロック層がIII族構成元素としてアルミニウムを含むとき、ブロック層形成のためのエッチングにおいて所定のエッチャントを用いて所望の選択比を得ることができる。これ故に、ブロック層及び下地のIII族窒化物半導体領域の形状を再現性よく規定できる。
【００２６】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体発光素子では、前記ブロック層のIII族窒化物は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、前記ブロック層のIII族窒化物のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体発光素子によれば、ブロック層が上記のＡｌ組成範囲を有するとき、このIII族窒化物のウエットエッチングが容易である。これ故に、ブロック層及び下地のIII族窒化物半導体領域の形状を再現性よく規定できる。
【００２７】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体発光素子では、前記ブロック層の厚さｄは、前記活性層から光のピーク波長λ及び前記発光層の実効屈折率ｎを用いて表されたλ／ｎより大きいことが好ましい。
【００２８】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体発光素子は、第１及び第２の光ガイド層を更に備えることができる。前記第１及び第２の光ガイド層並びに前記活性層は発光層を構成し、前記活性層は前記第１及び第２の光ガイド層の間に設けられ、前記第１の光ガイド層は、前記活性層と前記第１導電型III族窒化物半導体層との間に設けられ、前記第２の光ガイド層は、前記活性層と前記第２導電型III族窒化物半導体層との間に設けられ、前記第１及び第２の光ガイド層のいずれか一方は、前記ブロック層の側面上に設けられ、前記発光層は、前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１の部分上に設けられた第１の部分を有し、前記発光層の前記第１の部分及び前記ブロック層は、前記所定の軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記発光層の前記第１の部分は前記半導体層の前記第１の部分を含む。
【００２９】
このIII族窒化物半導体発光素子によれば、第１の光ガイド層が活性層と第１導電型III族窒化物半導体層との間に設けられると共に第２の光ガイド層が活性層と第２導電型III族窒化物半導体層との間に設けられるので、基板主面の法線方向に関して良好な光閉じ込めが提供される。また、第１及び第２の光ガイド層のいずれか一方がブロック層の側面上に設けられるので、基板主面の法線に垂直な面において、ブロック層から活性層に向かう方向に段階的な屈折率変化が提供される。これ故に、該垂直方向に関しても、良好な光閉じ込めが提供される。
【００３０】
本発明の別の側面に係るIII族窒化物半導体発光素子は、前記第２のIII族窒化物半導体領域上に設けられた第１の電極と、前記支持基体の裏面上に設けられた第２の電極とを備えることができる。前記支持基体は、III族窒化物からなる主面を有し、前記支持基体は導電性を有する。
【００３１】
このIII族窒化物半導体発光素子によれば、発光素子のための電流が、第１の電極から第２の電極に発光素子を横切って流れる。これ故に、ブロック層による電流ガイドが良好に働く。
【００３２】
上記側面に係る発明では、第１のIII族窒化物半導体領域の主面は、半極性面を含むことが好ましい。この発明によれば、ブロック層の開口に半極性面を提供できる。これ故に、活性層は、開口の半極性面上に設けられる。また、上記側面に係る発明では、前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は無極性面を含むことが好ましい。この発明によれば、ブロック層の開口に無極性面を提供できる。これ故に、活性層は、開口の無極性面上に設けられる。
【００３３】
上記側面に係る発明では、前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は、前記第１導電型III族窒化物半導体クラッド層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に起因する性質が上記主面に強くなる。また、８０度を越える或いは１００度未満の角度では、無性面に起因する性質が上記主面に強くなる。
【００３４】
上記側面に係る発明では、前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は、前記第１導電型III族窒化物半導体クラッド層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して８０度を越える或いは１００度未満の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。８０度〜１００度未満の角度範囲では、無極性面に近い性質を利用できる。
【００３５】
上記側面に係る発明では、前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面の前記傾斜角は、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることが好ましい。
【００３６】
上記側面に係る発明では、前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は極性面を含むことができる。この方法によれば、ブロック層の開口に極性面を提供できる。これ故に、活性層は、開口の極性面上に設けられる。
【００３７】
上記側面に係る発明では、前記第１のIII族窒化物半導体領域の主面は、前記第１導電型III族窒化物半導体クラッド層のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度未満或いは１７０度を越える角度の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に近い性質を利用できる。
【００３８】
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】
【００３９】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、ファーフィールドパターンのアスペクト比を調整可能なIII族窒化物半導体発光素子が提供される。また、本発明に係る別の側面によれば、このIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における工程フローを示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における工程フローを示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図７】図７は、実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図８】図８は、ＡｌＮからなるブロック層とＦＦＰとの関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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III族窒化物半導体発光素子、及びIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法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。
【００４２】
図１及び図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における工程フローを示す図面である。図３〜図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【００４３】
図１を参照すると、工程Ｓ１０１では基板を準備する。この基板上に、良好な結晶寝室のIII族窒化物半導体層の成長を行う。このために、基板は、III族窒化物からなる主面を有しており、III族窒化物としては、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができる。III族窒化物主面の面方位として、極性面、半極性面及び無極性面のいずれかであることができる。
【００４４】
工程Ｓ１０２では、図３（ａ）に示されるように、基板１１を成長炉１０ａに配置した後に、基板１１の主面１１ａ上に第１のIII族窒化物半導体領域１３を成長炉１０ａで成長する。III族窒化物半導体領域１３の成長は、例えば有機金属気相成長法等で行われることができるが、これに限定されるものではない。工程Ｓ１０２において、III族窒化物半導体からなるエピタキシャル領域を基板上に成長する。まず、図３（ａ）に示されるように、基板１１上に、ｎ型III族窒化物半導体層１５をエピタキシャルに成長する。ｎ型III族窒化物半導体層１５は、例えばｎ型クラッド層であることができ、ｎ型クラッド層としては、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮであることができる。次いで、必要な場合には、図３（ａ）に示されるように、ｎ型III族窒化物半導体層１５上に第１の光ガイド層１７をエピタキシャルに成長する。光ガイド層１７は、例えばｎ型ＧａＮ、ｎ型ＩｎＧａＮ、アンドープＧａＮ、アンドープＩｎＧａＮからなることができる。
【００４５】
工程Ｓ１０３では、ブロック層を形成する。まず、工程Ｓ１０４では、成長炉１０ａにおいて基板温度を下げる。温度の低下後において、基板温度は例えば摂氏６００度より小さいことがよい。工程Ｓ１０５では、図３（ｂ）に示されるように、ブロック層のためのIII族窒化物層１９を成長炉１０ａで成長して基板生産物ＳＰ１を形成する。III族窒化物層１９の成長温度は半導体層１５、１７の成長温度より低い。III族窒化物層１９は、例えばIII族構成原子としてアルミニウムを含むことが好ましい。III族窒化物層１９は、摂氏６００度未満の成長温度で成長されると共にIII族構成原子としてアルミニウムを含むので、所定のエッチャントの使用において下地のIII族窒化物半導体領域１３に対して所望のエッチング選択性を示す。
【００４６】
工程Ｓ１０６では、ブロック層のためのIII族窒化物層１９をウエットエッチングにより選択的に除去するために、基板生産物ＳＰ１を成長炉１０ａから取り出す。これ故に、基板生産物ＳＰ１の表面は大気にさらされる。この後に、工程Ｓ１０７では、図４（ａ）に示されるように、III族窒化物層１９上にマスク２１を形成する。マスク２１は例えばレジストからなることができる。マスク２１の開口２１ａは、活性層ストライプの形状を規定する。
【００４７】
工程Ｓ１０８では、図４（ｂ）に示されるように、マスク２１を用いてIII族窒化物層１９をウエットエッチングして、ブロック層２３を形成する。既に説明したように、III族窒化物層１９は、下地のIII族窒化物半導体領域１３に対して選択的にエッチングされる。このエッチングにより、III族窒化物層１９に開口が形成されて、ブロック層２３が提供される。ブロック層２３は開口２３ａとこの開口２３ａを規定する側面２３ｂとを有する。この開口２３ａには、下地のIII族窒化物半導体領域１３の表面１３ａが露出される。エッチングの終了後に、マスク２１を除去する。この工程により、図５（ａ）に示されるように、ブロック層２３を含む基板生産物ＳＰ２が作製される。第１のIII族窒化物半導体領域１３は、基板１１の主面１１ａの法線軸Ａｘに交差する基準面に沿って設けられた第１及び第２の部分１３ｂ、１３ｃを含む。ブロック層２３は、第１のIII族窒化物半導体領域１３の第１の部分１３ｂ（１５ｂ、１７ｂ）上に開口２３ａを有すると共に、第１のIII族窒化物半導体領域の第２の部分１３ｃ（１５ｃ、１７ｃ）上に形成される。
【００４８】
工程Ｓ１０９では、ブロック層２３を有する基板生産物ＳＰ２を成長炉１０ａに配置する。この後に、成長炉１０ａを用いて、複数のIII族窒化物半導体層が基板生産物ＳＰ２の開口２３ａの表面１３ａにエピタキシャルに成長される。
【００４９】
工程Ｓ１１０では、図５（ｂ）に示されるように、ブロック層２３の開口２３ａの表面１３ａにIII族窒化物半導体層２５を成長される。III族窒化物半導体層２５は、例えばｎ側半導体領域における光ガイド層の一部を構成することができる。このため、III族窒化物半導体層２５は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等であることができる。III族窒化物半導体層２５は、開口２３ａの表面１３ａにエピタキシャルに成長される第１の部分２５ａ及び開口２３ａの側面２３ｂ上に堆積される第２の部分２５ｂを含み、またブロック層２３の上面２３ｃ上に堆積される第３の部分２５ｃを更に含むことができる。
【００５０】
また、工程Ｓ１１１では、図５（ｂ）に示されるように、III族窒化物半導体層２５上に活性層２７を成長する。活性層２７は、例えばＩｎＧａＮ井戸層及びＧａＮ障壁層を含むことができる。活性層２７の成長温度は、III族窒化物層１９の成長温度よりも高い。活性層２７のための一又は複数のIII族窒化物半導体層は、開口２３ａの表面１３ａにエピタキシャルに成長される第１の部分２７ａ及び開口２３ａの側面２３ｂ上に堆積される第２の部分２７ｂを含み、またブロック層２３の上面２３ｃ上に堆積される第３の部分２７ｃを更に含むことができる。
【００５１】
活性層２７の厚さはブロック層２３の厚さより薄い。ｎ型III族窒化物半導体領域１３の第１の部分１３ｂ上に設けられた第１の部分２７ａ及びブロック層２３は、法線軸Ａｘに交差する基準面に沿って配列されている。
【００５２】
ブロック層２３のIII族窒化物は一又は複数のIII族構成元素を含み、活性層２７を構成する半導体層の屈折率は、ブロック層２３のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい。この屈折率は、例えば活性層２７の平均屈折率よりも小さい。また、ブロック層２３のIII族窒化物は例えばアンドープであり、活性層２７を構成する個々の半導体層の抵抗率より大きい抵抗率を有する。さらに、活性層２７を構成する個々の半導体層のバンドギャップは、III族窒化物層１９のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体のバンドギャップより大きい。ブロック層２３は、アノード電極からカソード電極への電流を活性層２７の第１部分２７ａに案内する。
【００５３】
ブロック層２３の形成のため、第１のIII族窒化物半導体領域１３の成長から活性層２５及びｐ型III族窒化物半導体領域２９の成長まで連続した半導体成長はできない。このため、再成長を行う半導体表面には、シリコンのパイルアップが生じている可能性がある。ブロック層２３を形成した後に、成長炉１０ａにおける再成長のスタートとして、活性層２７の形成に先立って、III族窒化物半導体層２５を成長炉１０ａで成長する。この成長に引き続き、該成長炉１０ａで活性層２７のための半導体層を成長できる。活性層２７の形成に先立ってIII族窒化物半導体層２５を成長炉１０ａで成長するので、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、活性層２７の成長に及ばない。また、第２のIII族窒化物半導体領域（図６（ａ）に示された、ｐ型III族窒化物半導体領域を含む領域２９）の成長は、活性層２７の成長完了の後である。これ故に、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、ｐ型III族窒化物半導体の成長にも及ばない。
【００５４】
この方法によれば、ブロック層２３を第１のIII族窒化物半導体領域１３の第２の部分１３ｃ上に形成した後に、活性層２７のための半導体層を成長する。これ故に、この活性層２７の第１の部分２７ａ及びブロック層２３が、基板主面１１ａの法線軸Ａｘに交差する基準面に沿って配列される。活性層２７の屈折率は、ブロック層２３のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きく、このような低屈折率のブロック層２３が活性層２７の両側に配置される。
【００５５】
工程Ｓ１１２では、活性層２７上に第２のIII族窒化物半導体領域２９を成長炉１０ａで成長する。第２のIII族窒化物半導体領域２９の成長温度は、III族窒化物層１９の成長温度よりも高い。
【００５６】
まず、活性層２７上にｐ側の光ガイド層３１を成長する。光ガイド層３１は、半導体部２５ａ、２７ａと同様に開口２３ａの表面１３ａの結晶軸を引き継いで第１の部分２７ａ上にエピタキシャルに成長される第１の部分３１ａと、第２及び第３の部分２７ｂ、２７ｃ上に堆積される第２の部分３１ｂを含む。光ガイド層３１は、例えばｐ型ＧａＮ、ｐ型ＩｎＧａＮ、アンドープＧａＮ、アンドープＩｎＧａＮ等からなることができる。
【００５７】
本実施例では、光ガイド層３１を成長した後に、電子ブロック層３３を成長炉１０ａで成長する。この成長の順序は交換可能であり、またｐ側の光ガイド層内に電子ブロック層を設けることもできる。電子ブロック層３３は、開口２３ａの表面１３ａの結晶軸を引き継いで第１の部分３１ａ上にエピタキシャルに成長される第１の部分３３ａと、第２の部分３１ｂ上に堆積される第２の部分３３ｂを含む。電子ブロック層３３は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ、アンドープＡｌＧａＮ、アンドープＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００５８】
次いで、電子ブロック層３３を成長した後に、ｐ型クラッド層３５を成長炉１０ａで成長する。ｐ型クラッド層３５は、開口２３ａの表面１３ａの結晶軸を引き継いで第１の部分３３ａ上にエピタキシャルに成長される第１の部分３５ａと、第２の部分３３ｂ上に堆積される第２の部分３５ｂを含む。ｐ型クラッド層３５は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００５９】
引き続き、ｐ型クラッド層３５を成長した後に、ｐ型コンタクト層３７を成長炉１０ａで成長する。ｐ型コンタクト層３７は、開口２３ａの表面１３ａの結晶軸を引き継いで第１の部分３５ａ上にエピタキシャルに成長される第１の部分３７ａと、第２の部分３３ｂ上に堆積される第２の部分３５ｂを含む。ｐ型コンタクト層３７は、例えばｐ型ＧａＮ、ｐ型ＩｎａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００６０】
工程Ｓ１１３では、電極４３、４５を形成する。まず、ｐ型コンタクト層３７上に絶縁膜４１を形成する。絶縁膜４１は、ブロック層２３の開口２３ａに位置合わせされた開口４１ａを有する。絶縁膜４１は例えばシリコン酸化物からなることができる。ｐ型コンタクト層３７及び絶縁膜４１上に（アノード）電極４３を形成すると共に、基板１１の裏面１１ｂに（カソード）電極４５を形成する。
【００６１】
ブロック層２３のIII族窒化物は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一つを含むことができる。このIII族窒化物層１９がIII族構成元素としてアルミニウムを含むとき、ブロック層２３の形成のためのエッチングにおいて所定のエッチャントを用いて所望の選択比を得ることができる。
【００６２】
また、ブロック層２３のIII族窒化物はＩｎＸＡｌＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ＜１、０＜Ｙ≦１、０＜Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、このIII族窒化物層１９のアルミニウム組成Ｙは０．５以上１．０以下であることができる。III族窒化物層が上記のＡｌ組成範囲を有するとき、このIII族窒化物層１９のウエットエッチングが容易である。
【００６３】
ブロック層２３のIII族窒化物は非単結晶III族窒化物を含むことができる。このIII族窒化物層１９の成長温度を活性層２５の成長温度より低くして、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物層１９を成長できる。このとき、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層１９のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域１３のエッチング速度より大きくできる。ＧａＮのバンドギャップよりも大きなバンドギャップのＡｌＺＩｎ１−ＺＮを得るためには、Ｚ＞０．７であることが良い。
【００６４】
ブロック層２３のためのIII族窒化物層１９は、III族窒化物微結晶、III族窒化物多結晶及びIII族窒化物アモルファスの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの成長物は、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層１９のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域１３のエッチング速度より大きくできる。
【００６５】
ブロック層のためのIII族窒化物層１９の成長温度は、摂氏２００度より大きく摂氏６００度より小さいことが好ましい。III族窒化物層１９の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物層１９を成長できる。このとき、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層１９のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域１３のエッチング速度より大きくできる。また、ブロック層２３のためのIII族窒化物層１９の成長温度は摂氏３００度より大きく摂氏５００度より小さいことが好ましい。III族窒化物層１９の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物層１９を成長できる。このとき、ブロック層形成のためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物層１９のエッチング速度を下地のIII族窒化物半導体領域１３のエッチング速度より大きくできる。
【００６６】
第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａは半極性面を含むことが好ましい。ブロック層２３の開口２３ａに半極性面を提供できる。これ故に、活性層２５の第１の部分２５ａは、開口２３ａの半極性面上に設けられる。また、第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａは無極性面を含むことが好ましい。ブロック層２３の開口２３ａに無極性面を提供できる。これ故に、活性層２５の第１の部分２５ａは開口２３ａの無極性面上に設けられる。
【００６７】
第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａはｎ型III族窒化物半導体クラッド層１５のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に起因する性質が上記主面１３ａに強くなる。また、８０度を越える或いは１００度未満の角度では、無性面に起因する性質が上記主面１３ａに強くなる。
【００６８】
第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａは、ｎ型III族窒化物半導体クラッド層１５のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して８０度を越える或いは１００度未満の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。８０度〜１００度未満の角度範囲では、無極性面に近い性質を利用できる。
【００６９】
第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａの傾斜角は６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることが好ましい。傾斜角が６３度以上であるとき、平坦性の高い良質の結晶性が得られる。傾斜角が８０度以下であるとき、傾斜を利用したドーピングの制御がし易く。傾斜角が１００度以上であるとき、成長方向のピエゾ分極が少ないので発光効率が向上する。傾斜角が１１７度以下であるとき、良好な活性層が成長されやすい。
【００７０】
第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａは極性面を含むことができる。この方法によれば、ブロック層２３の開口２３ａに極性面を提供できる。これ故に、活性層２５は、開口２３ａの極性面上に設けられる。
【００７１】
第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａは、ｎ型III族窒化物半導体クラッド層１５のｃ軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して１０度未満或いは１７０度を越える角度の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。１０度未満及び１７０度を越える角度では、極性面に近い性質を利用できる。
【００７２】
基板１１の主面１１ａは、第１のIII族窒化物半導体領域１３の主面１３ａに極性面、半極性面または無極性面を提供できるように、基板１１のIII族窒化物のｃ軸に対して上記の角度範囲で傾斜することができる。
【００７３】
図７は、実施例におけるデバイス構造を示す図面である。レーザダイオードＬＤは、ＧａＮ支持基体６１を含み、その主面６１ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸の方向に延在する。ＧａＮ支持基体６１の主面６１ａ上には、エピタキシャル半導体領域６３が形成される。エピタキシャル半導体領域６３はIII族窒化物半導体からなり、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６５及びｎ型ＧａＮ光ガイド層６６を含む。エピタキシャル半導体領域６３は、支持基体６１の主面６１ａの法線軸Ｎｘ（直交座標系ＳのＺ軸）に交差する基準面に沿って設けられた第１及び第２の部分６３ａ、６３ｂを含む。ブロック層７６は、第１の部分６３ａに開口を有すると共に、第２の部分６３ｂ上に設けられている。ブロック層７６は、III族構成元素としてアルミニウムを含むIII族窒化物からなる。アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層６７及び活性層６９は、III族窒化物半導体領域６３上に設けられ、さらにIII族窒化物半導体領域６３上にブロック層７６があるときはブロック層７６上に設けられる。アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層６７は、ブロック層７６の側面７６ｂ及びIII族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａを覆う。これ故に、ブロック層７６の形成に伴う製造上のＳｉといったコンタミネーションの影響から、活性層６９及びｐ型半導体層を保護できる。アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層６７は、III族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａと活性層６９との間にある。エピタキシャル半導体領域７７は、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層７１、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７２、ＡｌＧａＮ電子ブロック層７４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７３、ｐ型ＧａＮコンタクト層７５を含む。ｐ型ＧａＮコンタクト層７５にはアノード電極７９ａが接合を成し、またＧａＮ支持基体６１の裏面６１ｂにはカソード電極７９ｂが接合を成す。ｐ型ＧａＮコンタクト層７５の表面は平坦であり、保護膜８１で覆われている。アノード電極７９ａが保護膜８１の開口８１ａを介してｐ型ＧａＮコンタクト層７５の接触面７５ａに接触を成す。埋込型のブロック層７６を用いたので、ｐ型半導体領域７７の加工が不要である。ｐ型半導体領域７７における電流の流れは、保護膜８１の開口８１ａのサイズとコンタクト抵抗に依存する。ブロック層７６による電流ブロック構造が、波長５００ｎｍ以上のレーザ発振といった長波長のレーザ発振を提供するレーザダイオードＬＤにおいて電流狭窄するために形成される。アノード電極７９ａといったｐ側電極、カソード電極７９ｂといったｎ側電極を蒸着法により形成できる。
【００７４】
ＧａＮ支持基体６１といった支持基体が導電性を有するので、発光素子のための電流が、アノード電極７９ａからカソード電極７９ｂに発光素子を横切って流れる。これ故に、縦方向の電流経路においてブロック層７６による電流ガイドが良好に働く。
【００７５】
III族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層６５、活性層６９及びIII族窒化物半導体ｐ型クラッド層７３は、法線軸Ｎｘの方向に配列されている。活性層６９の厚さは、ブロック層７６の厚さより薄い。活性層６９は、III族窒化物からなりキャリア注入により光を発生させるための半導体層（例えば井戸層及び／又は障壁層）を含む。活性層６９（井戸層、障壁層）は、第１〜第３の部分６９ａ、６９ｂ、６９ｃを有する。第１の部分６９ａは、III族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａの主面６３ｃ上に設けられ、第２及び第３の部分６９ｂ、６９ｃは、それぞれ、ブロック層７６の側面７６ｂ及び上面７６ｃ上に設けられる。
【００７６】
また、光ガイド層６７は、第１〜第３の部分６７ａ、６７ｂ、６７ｃを有する。第１の部分６７ａは、III族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａの主面６３ｃ上に設けられ、III族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａの主面６３ｃの結晶軸を引き継いでいる。第２及び第３の部分６７ｂ、６７ｃは、それぞれ、ブロック層７６の側面７６ｂ及び上面７６ｃを覆う。光ガイド層７１は、第１及び第２の部分７１ａ、７１ｂを有する。第１の部分７１ａは、活性層６９の第１の部分６９上に設けられ、活性層６９の第１の部分６９ａ（III族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａの主面６３ｃ）の結晶軸を引き継いでいる。第２の部分７１ｂは、それぞれ、活性層６９の第２及び第３の部分６９ｂ、６９ｃを覆う。活性層６９の第１の部分６９ａ及びブロック層７６は法線軸Ｎｘに交差する基準面に沿って配列されている。光ガイド層６７の第１の部分６７ａ及びブロック層７６も、法線軸Ｎｘに交差する基準面に沿って配列されている。また、光ガイド層７１の第１の部分７１ａ及びブロック層７６も、法線軸Ｎｘに交差する基準面に沿って配列されている。ブロック層７６は一又は複数のIII族構成元素を含み、活性層６９、光ガイド層６７及び光ガイド層７１の屈折率は、ブロック層７６のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい。
【００７７】
このレーザダイオードＬＤによれば、活性層６９の屈折率がブロック層７６のIII族構成元素それぞれのモル比によって規定される単結晶III族窒化物半導体の屈折率より大きい。レーザダイオードＬＤにおいて、活性層６９がｎ型III族窒化物半導体クラッド層６５と及びｐ型III族窒化物半導体クラッド層７３との間に配置されると共に活性層６９の第１の部分６９ａ及びブロック層７６が法線軸Ｎｘに交差する基準面に沿って配列されるので、２つのクラッド層６５、７３及びブロック層７６の利用により、活性層６９の上下左右に低屈折率の領域を配置できる。
【００７８】
保護膜８１の材料として酸化シリコンといった絶縁体を用いたが、これに代えて窒化シリコン及び窒化アルミニウムを少なくともいずれか一つを用いることができる。これらの材料も、酸化シリコンと表面保護の効果を提供できる。保護膜８１の材料としてＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮといったIII族窒化物でもよい。このIII族窒化物は、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有することができる。ＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮといった半導体材料を閉じ込め部に用いたレーザダイオードは、酸化シリコン及び窒化シリコンを用いたレーザダイオードに比べて、２倍程度高い素子寿命を得た。これは、保護膜８１の材料のためのIII族窒化物と活性層との格子定数が近く、また膨張係数も近いからであると考えられる。また、III属窒化物からなるブロック層７６の追加は、活性層６９への歪みをあまり増加させないためと考えられる。
【００７９】
このレーザダイオードＬＤの構造では、ブロック層７６を含むが故に、III族窒化物半導体領域６３の成長からIII族窒化物半導体領域７７の成長まで連続したエピタキシャル成長はできない。III族窒化物半導体層（本実施例では、光ガイド層６７）がブロック層７６の側面７６ｂ及びIII族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａの表面６３ｃ上に設けられるので、活性層６９の直下のIII族窒化物半導体層は、再成長のスタートとして、ブロック層７６を形成した後に活性層６９の形成に先立って成長炉で成長される。この成長に引き続き、該成長炉で活性層６９のための井戸層及び障壁層を成長できる。このように、活性層６９の形成に先立ってIII族窒化物半導体層を成長するので、レーザダイオードＬＤの構造によれば、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、活性層６９の成長に及ばない。また、レーザダイオードＬＤの構造によれば、ｐ型III族窒化物半導体層７２、７３、７５を含むIII族窒化物半導体領域７７の成長は、活性層６９の成長完了の後である。これ故に、再成長に伴うシリコンのパイルアップの影響が、ｐ型III族窒化物半導体層７２、７３、７５の成長にも及ばない。
【００８０】
活性層６９は光ガイド層６７、７１の間に設けられる。この光ガイド層６７、７１を用いて基板主面の法線方向に関して良好な光閉じ込めが提供される。光ガイド層６７、７１及び活性層６９は発光層を構成する。この発光層も、III族窒化物半導体領域６３の第１の部分６３ａ上に設けられた部分を有し、発光層の該部分及びブロック層７６も法線軸Ｎｘに交差する基準面に沿って配列されている。また、光ガイド層６７がブロック層７６の側面７６ｂ上に設けられるので、基板主面の法線に垂直な方向に関して段階的な屈折率変化が提供される。これ故に、該垂直方向に関しても、良好な光閉じ込めが提供される。
【００８１】
なお、本実施の形態では、ブロック層７６の厚さが、光ガイド層６７及び活性層６９の厚さの総和より薄い形態を説明している。しかしながら、ブロック層７６の厚さは、必要に応じて厚くすることができ、例えばブロック層７６の厚さを、ブロック層７６の形成後の再成長によるIII族窒化物半導体層の厚さの総和を上限として所望の値に設定することができる。
【００８２】
本実施の形態は、窒化物半導体レーザ及びその作製方法に関する。レーザ発振しきい値電流を低減させる手法としてインナーストライプ型があるが、水平横モードを容易には制御できなかった。レーザダイオードＬＤでは、レーザビームのファーフィールドパターン（ＦＦＰ）の縦横比が改善される。
【００８３】
（実施例１）
発明者らは、エピタキシャル半導体領域の内部にストライプ状の活性層を作製するためのマスクとしてエッチングで除去可能なＡｌＧａＮを採用し、且つ、そのマスクを水平横方向の光閉じ込め及び電流閉じ込めのブロック層として使用することを見出した。先行技術におけるマスクの位置はｐ型又はｎ型クラッド層と活性層との間であるけれども、本実施例では活性層の横に配置するようにした。これにより、水平横方向の光が低屈折率であるブロック層により閉じ込められ、縦横比の制御性に優れた非常に良いレーザビームが提供される。
【００８４】
ｎ型ＧａＮ基板上に以下の構造を作製された。
ｎ型ＧａＮバッファ層：０．５μｍ；
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層：１．２μｍ；
ｎ型ＧａＮ光ガイド層の一部（途中）：５０ｎｍ；
ＡｌＧａＮマスク・光閉じ込め・電流狭窄層：３００ｎｍ（摂氏４００度）；
を成長した。その後、フォトリソグラフィーにより、２μｍ幅のストライプ状にレジストパターンを形成した。この後に、ＡｌＧａＮマスク・光閉じ込め・電流狭窄層をアルカリ系ウェットエッチャント（例えば、テトラメチルアンモニウム）でエッチングして、パターン形成されたＡｌＧａＮマスク・光閉じ込め・電流狭窄層を作製した。
レジストを除去した後に、再度の結晶成長を下記のように行った。
ｎ型ＧａＮ光ガイド層の残り：１５０ｎｍ；
アンドープＩｎＧａＮ活性層：３ｎｍ；
ｐ型ＧａＮガイド層：２００ｎｍ；
アンドープＡｌＧａＮ電子ブロック層：１０ｎｍ；
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層：０．４μｍ；
ｐ型ＧａＮキャップ層：10nmを成長。
ＡｌＧａＮマスク・光閉じ込め・電流狭窄層が、活性層の横に位置するよう配置される。このＬＤ構造において、レーザビームのファーフィールドパターン（ＦＦＰ）像は、ほぼ真円であった。これに対して、従来のリッジ型ＬＤ構造のＦＦＰ像は楕円であった。
【００８５】
発明者らの実験によれば、マスク・光閉じ込め・電流狭窄層のＡｌＸＧａ１−ＸＮのＡｌ組成は、０＜Ｘ≦１であることができ、好ましくは０．５≦Ｘ≦１である。このＡｌ組成範囲ではウエットエッチングが容易となる範囲である。
マスク・光閉じ込め・電流狭窄層のためのＡｌＧａＮの成長温度Ｔは、摂氏２００度より大きく、摂氏６００度以下であれば良く、好ましくは、摂氏３００度より大きく摂氏５００度未満であることが良かった。この温度範囲における成膜によれば、ＡｌＧａＮが、ウェットエッチング容易な多結晶となる。
【００８６】
また、本実施例のＬＤ構造が、ｃ面ＧａＮ基板だｋでなう、（10-1-1）面、(10-1-3)面、(11-22)面といった半極性面ＧＡＮ基板、ｍ面、a面といった非極性面ＧａＮ基板上においても有効であった
【００８７】
（実施例２）
ＡｌＧａＮ層の厚みとＦＦＰ像の縦横比の関係を調べた。図８は、ＡｌＮからなるブロック層とＦＦＰとの関係を示す図面である。図８（ａ）を参照すると、ブロック層（ＡｌＮ層）の厚さｄとＦＦＰのアスペクト比（縦横比）との関係を表すシミュレーション結果が示される。
ＡｌＮ層厚み、縦横比；
50、        0.3；
100、        0.5；
150、        0.8；
200、        0.9；
250、          0.85。
活性層の厚さは３ｎｍである。この結果を含めた様々な検討により、ＡｌＧａＮ層の厚さ（図７におけるブロック層７６の厚さｄ）は、活性層から光のピーク波長λ及び活性層の実効屈折率ｎを用いて表されたλ／ｎより大きいことが好ましい。ファーフィールドパターンのアスペクト比を１に近づけることができる。ＡｌＧａＮ層の厚みが１５０ｎｍ未満であるとき、ＦＦＰの縦横比は減少した。この値は、ＬＤ発振波長λ（５２０ｎｍ）を活性層及びガイド層の平均屈折率（例えば、約３）ｎで割った値（λ／ｎ）に一致する。これ故に、半導体層における実効発振波長より厚い膜厚であるとき、ＦＦＰ像の縦横比をほぼ１になるように制御可能である。
【００８８】
図８（ｂ）を参照すると、法線軸Ｎｘの方向に関するブロック層（ＡｌＮ層）と活性層との位置関係に関するシミュレーション結果が示される。横軸は、直交座標系ＳのＺ軸方向に関して、活性層の中央とブロック層の中央との差を表す。活性層の厚さは３ｎｍである。ＡｌＮ層の厚さは２００ｎｍである。
ＡｌＮ層の位置、縦横比；
0、            0.85；
50、          0.9；
100、          0.8；
150、          0.7；
200、          0.5；
250、          0.25。
発光に寄与する活性層の両側にブロック層が設けられることが好ましい。直交座標系ＳのＺ軸方向に関して、活性層の下端及び上端が、それぞれ、ブロック層の下端及び上端を越えないことが良い。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ファーフィールドパターンのアスペクト比を調整可能なIII族窒化物半導体発光素子が提供される。また、本実施の形態によれば、このIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法が提供される。
【００９０】
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。
【符号の説明】
【００９１】
１０ａ…成長炉、１１…基板、１３…III族窒化物半導体領域、１３ａ…III族窒化物半導体領域表面、１５…ｎ型III族窒化物半導体層、１７…第１の光ガイド層、１９…III族窒化物層、ＳＰ１…基板生産物、ＳＰ２…基板生産物、２１…マスク、２３…ブロック層、２３ａ…ブロック層の開口、２５…III族窒化物半導体層（光ガイド層の一部）、２７…活性層、Ａｘ、Ｂｘ…法線軸、２９…ｐ型III族窒化物半導体領域、３１…光ガイド層、３３…電子ブロック層、３５…ｐ型クラッド層、３７…ｐ型コンタクト層、４３、４５…電極、６１…ＧａＮ支持基体、６３…エピタキシャル半導体領域、６５…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６６…ｎ型ＧａＮ光ガイド層、６７…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、６９…活性層、７１…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、７２…ｐ型ＧａＮ光ガイド層、７３…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、７４…ＡｌＧａＮ電子ブロック層、７５…ｐ型ＧａＮコンタクト層、７７…エピタキシャル半導体領域、７６…ブロック層、７９ａ…アノード電極、７９ｂ…カソード電極、８１…絶縁膜。
【図１】
2011108752.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】
2011108752.tif 000008
【図７】
2011108752.tif 000009
【図８】
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