(57)【要約】【課題】非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に大きな発光強度を提供できる構造の窒化物系半導体発光素子を提供する。【解決手段】活性層１７は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の発光波長の光を発生するように設けられる。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、所定の軸Ａｘの方向に配列されている。活性層１７は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなる井戸層を含み、インジウム組成Ｘは歪み組成で表されている。六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が所定の軸Ａｘの方向に向いている。井戸層の厚さは３ｎｍより大きく２０ｎｍ以下である。井戸層の厚みを３ｎｍ以上にすることによって、発光波長４４０ｎｍ以上の発光素子を作製することができる。【選択図】図１
2008258503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と、
第２導電型窒化ガリウム系半導体領域と、
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられており、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層と
を備え、
前記活性層は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、インジウム組成Ｘは歪み組成）からなる井戸層を含み、
前記井戸層の厚さＤは３ｎｍより大きく、
前記井戸層の厚さＤは２０ｎｍ以下であり、
前記インジウム組成Ｘの厚さＤは、Ｘ≧−０．１６×Ｄ＋０．８８の関係にあり、
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、所定の軸の方向に配列されており、
前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面は、前記所定の軸の方向に向いている、ことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記活性層は、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）からなる障壁層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を更に含み、
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の主面上に搭載されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板の前記主面は、ｍ面からあるオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしている、ことを特徴とする請求項３に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記基板の貫通転位は、ｃ軸方向に伸びており、
前記基板のｃ面を横切る貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２以下である、ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい第２の領域とを含み、
前記基板の前記主面には前記第１および第２の領域が現れている、ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項６に記載された窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
窒化物系半導体発光素子を作製する方法であって、
六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を準備する工程と、
第１導電型窒化ガリウム系半導体膜を前記基板の主面上に形成する工程と、
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜上に、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第２導電型窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程と
を備え、
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体膜は、前記基板の主面上において所定の軸の方向に配列されており、
前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなり第１のガリウム組成の第１の半導体層を第１の温度で成長し、
前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙ＜Ｘ、Ｙは歪み組成）からなり第２のガリウム組成の第２の半導体層を第２の温度で成長し、
前記第１のガリウム組成は前記第２のガリウム組成よりも低く、
前記第１の温度は前記第２の温度よりも低く、
前記第１の温度と前記第２の温度との差は９５度以上であり、
前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面は、前記所定の軸の方向に向いている、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記基板は、ｃ軸方向に成長された六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）の結晶からｍ軸に交差するように切り出されており、前記基板の前記主面は、研磨処理されていると共にｍ軸に交差する平面に沿って延びる、ことを特徴とする請求項８に記載された方法。
【請求項１０】
前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい複数の第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい複数の第２の領域とを含み、
前記第１および第２の領域は交互に配置されており、
前記基板の前記主面には前記第１および第２の領域が現れている、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載された方法。
【請求項１１】
前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満である、ことを特徴とする請求項１０に記載された方法。
【請求項１２】
前記基板の前記主面は、ｍ面からオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしている、ことを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１３】
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の形成に先立って、アンモニアおよび水素を含むガスを供給しながら前記基板を熱処理する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、発光ダイオードが記載されている。この発光ダイオードは、高比抵抗ＧａＮ基板の無転位ｍ面上に形成されており、また５周期ＳｉドープＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造を有する。ＩｎＧａＮ井戸層はＳｉドープであり、またその厚さは３ｎｍである。ＧａＮ障壁層は９ｎｍである。ｍ面への窒化ガリウム系半導体の成長は、ｃ面ＧａＮ用に最適化された成長条件で行われた。樹脂封止後、２０ミリアンペアの印加電流で、ピーク波長は４３５ｎｍであり、光出力は１．７９ミリワットであり、外部量子効率は３．１％であった。
【０００３】
非特許文献２には、発光ダイオードが記載されている。この発光ダイオードは、低転位のｍ面のＧａＮ基板上に形成されており、ＧａＮ基板のキャリア密度は１×１０１７ｃｍ−３である。この発光ダイオードは、６周期ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造を有する。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さは８ｎｍである。ＧａＮ障壁層は１６ｎｍである。ｍ面への窒化ガリウム系半導体の成長は、ｃ面ＧａＮ用に最適化された成長条件とほぼ同じである。樹脂封止後、２０ミリアンペアの印加電流で、ピーク波長は４０７ｎｍであり、出力は２３．７ミリワットであり、外部量子効率は３８．９％であった。
【０００４】
特許文献１には、ＧａＮ（１−１００）基板上に設けられたＩｎ０，１Ｇａ０．９Ｎ活性層を有する半導体レーザが記載されている。また、高比抵抗ＳｉＣ（１１−２０）基板上に設けられたＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層およびＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎバリア層を有する面発光半導体レーザが記載されている。さらに、（１−１００）面または（１１−２０）面の高比抵抗ＳｉＣ基板上に設けられた４ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層および４ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎバリア層を有する面発光半導体レーザが記載されている。
【非特許文献１】Japanese  Journal  of  Applied  Physics  Vol.  45,  No.45,  2006,  pp.  L1197-L1199
【非特許文献２】Japanese  Journal  of  Applied  Physics  Vol.  46,  No.7,  2007,  pp.  L126-L128（UCSB）
【特許文献１】特開平１０−１３５５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化ガリウム系半導体からなる活性層を有する半導体発光素子では、いわゆるｃ面ＧａＮ基板を用いているので、ピエゾ効果に起因する影響が活性層にも現れる。一方、ＧａＮであってもｍ面は非極性を示し、このため、活性層がピエゾ効果に起因する影響を受けないことが期待される。非特許文献１および２には、ｍ面上に作製されたＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造の発光ダイオードが示されている。特許文献１では、いくつかのインジウム組成を有するＩｎＧａＮ活性層およびＩｎＧａＮ井戸層が記載されているけれども、発光波長や発光強度に関する具体的な記載はほとんどない。
【０００６】
非特許文献１および２の発光ダイオードのピーク波長よりも長い発光波長の発光ダイオードが求められている。ところが、発明者の実験によれば、ｃ面ＧａＮ上に量子井戸構造を形成するための成膜条件を用いてｍ面ＧａＮ上に量子井戸構造を形成すると、所望のフォトルミネッセンス波長が得られない。また、様々な実験の結果、フォトルミネッセンス波長だけでなく発光強度の点でも、ｍ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系活性層の発光素子はｃ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系活性層の発光素子と異なる傾向を示す。
【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、非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる構造の窒化物系半導体発光素子を提供することを目的とし、また非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる、窒化物系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】
本発明の一側面によれば、窒化物系半導体発光素子は、（ａ）第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と、（ｂ）第２導電型窒化ガリウム系半導体領域と、（ｃ）前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域との間に設けられており、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層とを備える。前記活性層は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、インジウム組成Ｘは歪み組成）からなる井戸層を含み、前記井戸層の厚さＤは３ｎｍより大きく、前記井戸層の厚さＤは２０ｎｍ以下であり、前記インジウム組成Ｘの厚さＤは、Ｘ≧−０．１６×Ｄ＋０．８８の関係にあり、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、所定の軸の方向に配列されており、前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面は、前記所定の軸の方向に向いている。
【０００９】
この窒化物系半導体発光素子によれば、井戸層の六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が所定の軸の方向に向いているので、活性層は実質的な非極性を示す。また、井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなる。この非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成は、ｃ面用成膜条件を用いて形成した窒化物系半導体発光素子の非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成に比べて大きい。これ故に、このｃ面用成膜条件による窒化物系半導体発光素子に比べて、本件の窒化物系半導体発光素子の発光強度が良好になる。さらに、井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなるとと共に、井戸層の厚さは３ｎｍより大きく２０ｎｍ以下であるので、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の発光波長を発生するような量子井戸構造が提供される。
【００１０】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記活性層は、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）からなる障壁層を含むことができる。
【００１１】
この窒化物系半導体発光素子によれば、活性層は量子井戸構造を有することができ、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）は非極性ＩｎＧａＮ障壁層のためのインジウム組成に好適である。
【００１２】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を更に含むことができる。前記第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体領域は、前記基板の主面上に搭載されている。
【００１３】
この窒化物系半導体発光素子によれば、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体上に第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、活性層および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域を形成できるので、これらの結晶性が良好になる。
【００１４】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板の前記主面は、ｍ面からオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしていることができる。この窒化物系半導体発光素子によれば、極性の実質的な影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
【００１５】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板の貫通転位は、ｃ軸方向に伸びている。この窒化物系半導体発光素子によれば、貫通転位はｃ軸方向に走るので、これらの貫通転位は、基板の主面と実質的に平行に伸びる。また、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板のｃ面を横切る貫通転位の平均密度は１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。この窒化物系半導体発光素子によれば、ｃ面を横切る貫通転位の密度が低いので、ｍ面主面上への成長の際に引き継がれる貫通転位の密度も小さくなる。
【００１６】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい第２の領域とを含み、前記基板の前記主面には前記第１および第２の領域が現れている。
【００１７】
この窒化物系半導体発光素子によれば、ｍ面主面に現れる第２の領域上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。
【００１８】
本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満であることが好ましい。この窒化物系半導体発光素子によれば、１×１０７ｃｍ−２未満である第２の領域がｍ面主面に現れるので、この上に成長される半導体は非常に低い貫通転位密度になる。
【００１９】
本発明の別の側面は、窒化物系半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を準備する工程と、（ｂ）第１導電型窒化ガリウム系半導体膜を前記基板の主面上に形成する工程と、（ｃ）前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜上に、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層を形成する工程と、（ｄ）前記活性層上に第２導電型窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程と備える。前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜、前記活性層および前記第２導電型窒化ガリウム系半導体膜は、前記基板の主面上において所定の軸の方向に配列されており、前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなり第１のガリウム組成の第１の半導体層を第１の温度で成長し、前記活性層を形成する前記工程では、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙ＜Ｘ、Ｙは歪み組成）からなり第２のガリウム組成の第２の半導体層を第２の温度で成長し、前記第１のガリウム組成は前記第２のガリウム組成よりも低く、前記第１の温度は前記第２の温度よりも低く、前記第１の温度と前記第２の温度との差は９５度以上であり、前記六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面は、前記所定の軸の方向に向いている。
【００２０】
この方法によれば、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が上記所定の軸の方向に向いている活性層の作製において、第１のガリウム組成は第２のガリウム組成よりも低い２種類の窒化ガリウム系半導体の成長温度の差が９５度以上であるので、第１の半導体層のインジウム組成を高めて井戸層として適用できる。
【００２１】
本発明に係る方法では、前記基板は、ｃ軸方向に成長された六方晶系ＡｌＺＧａ  １−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）の結晶からｍ軸に交差するように切り出されており、前記基板の前記主面は、研磨処理されていると共にｍ軸に交差する平面に沿って延びる。
【００２２】
この方法では、ｃ軸方向に結晶成長が進行するので、貫通転位もｃ軸方向に伸びていく。六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体結晶から半導体板をｍ軸に交差するように切り出せば、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が所定の軸の方向に向いた活性層を作製するために好適な基板が提供される。
【００２３】
本発明に係る方法では、前記基板は、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より大きい複数の第１の領域と、ｃ軸方向に伸びる貫通転位の密度が第１の貫通転位密度より小さい複数の第２の領域とを含み、前記第１および第２の領域は交互に配置されており、前記基板の前記主面には前記第１および第２の領域が現れていることができる。
【００２４】
この方法によれば、ｍ面主面に現れる第２の領域上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。
【００２５】
本発明に係る方法では、前記第２の領域の前記貫通転位の密度は１×１０７ｃｍ−２未満であることが好ましい。この方法によれば、転位の影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
【００２６】
本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、ｍ面からオフ角（−２°≦θ≦＋２°）でオフしていることができる。この方法によれば、極性の実質的な影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
【００２７】
本発明に係る方法では、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の形成に先立って、アンモニアおよび水素を含むガスを供給しながら前記基板を熱処理する工程を更に備えることができる。
【００２８】
この方法では、窒化ガリウム系半導体の成長前に基板をアンモニアと水素を含むガス中で熱処理するので、平坦な基板表面が得られやすく、さらに良好な発光特性を持つ半導体発光素子が得られる。
【００２９】
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】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる構造の窒化物系半導体発光素子が提供される。また、本発明によれば、窒化物系半導体発光素子を作製する方法が提供さえれ、この方法によれば、非極性窒化ガリウム系半導体を用いると共に良好な発光強度を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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、本発明の窒化物系半導体発光素子、および窒化物系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。
【００３２】
図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。窒化物系半導体発光素子としては、例えば発光ダイオード、半導体レーザ等がある。窒化物系半導体発光素子１１は、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３と、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５と、活性層１７とを備える。活性層１７は、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３と第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５との間に設けられている。活性層１７は、単一のＩｎＧａＮ半導体井戸層からなることができ、或いは、また量子井戸構造１９を有することができる。活性層１７は、波長４４０ｎｍ以上の波長の光を発生するように設けられている。また、活性層１７は、５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられている。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、所定の軸Ａｘの方向に配列されている。活性層１７は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮからなる井戸層を含み、インジウム組成Ｘは歪み組成で表されている。六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が所定の軸Ａｘの方向に向いている。活性層１７の井戸層には、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５から提供されたキャリアが閉じ込めされる。この井戸層のバンドギャップに比べて、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５のバンドギャップは大きい。
【００３３】
井戸層の厚みを３ｎｍ以上にすることによって、発光波長４４０ｎｍ以上の発光素子を作製することができる。井戸層の厚みが２０ｎｍを超えるとＩｎＧａＮの結晶品質が悪化し、発光特性が悪化する。
【００３４】
図１に示される座標系から理解されるように、ｃ軸とこのｃ軸の直交する３つの軸ａ１、ａ２、ａ３を用いて、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮが表される。３つの軸ａ１、ａ２、ａ３は互いに１２０度の角度（γ１、γ２、γ３）を成す。六方晶系のｃ軸は直交座標系ＳのＺ軸に向いており、軸ａ２は直交座標系ＳのＸ軸に向いている。図１には、代表的なｍ面が示されている。
【００３５】
この六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が所定の軸Ａｘの方向に向いた窒化物系半導体発光素子１１では、インジウム組成Ｘは０．１６以上であれば、発光波長４４０ｎｍ以上の発光素子のための活性層として好適である。また、インジウム組成Ｘは０．４を越えると、ＩｎＧａＮの結晶品質が悪化し、発光特性が悪化する。
【００３６】
この理由は以下のようなものである。ｍ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のインジウム組成がｃ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のインジウム組成と同じ場合でも、ｍ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のフォトルミネッセンス波長は、ｃ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子のフォトルミネッセンス波長に比べて短い。このため、ｍ面ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮ系発光素子において、所望のフォトルミネッセンス波長を得るためには、より大きなインジウム組成のＩｎＧａＮを成長しなくてはならない。また、非特許文献１および２の発光ダイオードにおける発光波長よりも長波長化のためには、インジウム組成をさらに高めることが必要である。
【００３７】
以上説明したように、窒化物系半導体発光素子１１によれば、井戸層の六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が所定の軸の方向に向いているので、活性層１７は非極性を示す。また、活性層１７の井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなる。この非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成は、ｃ面用成膜条件を用いて形成した窒化物系半導体発光素子の非極性ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成に比べて大きい値に設定されたので、ｃ面用成膜条件による窒化物系半導体発光素子に比べて、本件の窒化物系半導体発光素子の発光強度が良好になる。さらに、活性層１７の井戸層が六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなると共に、井戸層の厚さは３ｎｍより大きく２０ｎｍ以下であるので、活性層１７は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の発光波長の光を発生するように設けられる。
【００３８】
第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３は、例えば、活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップの窒化ガリウム系半導体からなるクラッド層２１を含むことができ、窒化ガリウム系半導体は例えばｎ型ＧａＮ等である。必要な場合には、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３は、ｎ型ＡｌＧａＮ窒化ガリウム半導体からなる半導体層２３を含むことができる。
【００３９】
第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、例えば、活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップの窒化ガリウム系半導体からなる電子ブロック層２５を含むことができ、窒化ガリウム系半導体は例えばｐ型ＡｌＧａＮ等である。第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、例えば、ｐ型の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層２７を含むことができ、窒化ガリウム系半導体は例えばｐ型ＧａＮ等である。
【００４０】
一実施例の窒化物系半導体発光素子１１では、活性層１７は、量子井戸構造１９を含むことができる。量子井戸構造１９は井戸層２９ａおよび障壁層２９ｂを含むことができる。井戸層２９ａおよび障壁層２９ｂは交互に配置されている。窒化物系半導体発光素子１１では、井戸層２９ａは、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなることができる。また、活性層１７の障壁層２９ｂは、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙは歪み組成）からなることができる。六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮは非極性ＩｎＧａＮ障壁層のためのインジウム組成に好適である。六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮのインジウム組成が０以上であることができる。また、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮのガリウム組成が０．０５以下であることができる。この理由は井戸層との間に十分なエネルギー障壁が得られるからである。このガリウム組成は歪み組成で表される。障壁層２９ｂの膜厚は、５ｎｍ以上であることができる。この理由は井戸層に十分にキャリアを閉じ込めることができるからである。また、障壁層２９ｂの膜厚は、２０ｎｍ以下であることができる。この理由は十分に低い素子抵抗が得られるからである。障壁層２９ｂは、例えばＧａＮまたはＩｎＧａＮからなる。
【００４１】
窒化物系半導体発光素子１１は、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板３１を更に含むことができる。基板３１は導電性を示すことが好ましい。第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５は、基板３１の主面３１ａ上に搭載されている。六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体上に第１導電型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１７および第２導電型窒化ガリウム系半導体領域１５を形成できるので、これらの結晶性が良好になる。基板３１の材料として、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等を用いることができる。好ましくは、基板３１の材料はｎ型のＧａＮである。基板３１の裏面３１ｂ上には、電極３２ａ（例えばカソード）が設けられており、コンタクト層２７上には別の電極３２ｂ（例えばアノード）が設けられている。
【００４２】
基板３１の主面３１ａは、ｍ面に平行であることができるが、ｍ面からあるオフ角でオフしていることができる。オフ角ＡｎｇｌｅＯＦＦは、基板３１の主面３１ａの法線とｍ面の法線との成す角により規定される。オフ角ＡｎｇｌｅＯＦＦは、例えばｃ軸方向に−２°≦θ≦＋２°の角度範囲であることができ、またａ軸方向に−２°≦θ≦＋２°の角度範囲であることができる。この基板３１によれば、極性の影響を受けることなく良好な品質の半導体結晶が得られる。
【００４３】
窒化物系半導体発光素子１１では、基板３１の貫通転位はｃ軸方向に伸びている。貫通転位はｃ軸方向に走るので、これらの貫通転位は、基板３１の主面３１ａと実質的に平行に伸びる。また、基板３１のｃ面を横切る貫通転位の平均密度は１×１０７ｃｍ−２（例えば、ランダムに分布する貫通転位の密度）以下であることが好ましい。この基板３１によれば、ｃ面を横切る貫通転位の密度が低いので、ｍ面主面上への成長の際に引き継がれる貫通転位の密度も小さくなる。このような基板３１は、ｃ軸方向に成長された六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）の結晶からｍ軸に交差するように切り出されており、主面３１ａは、研磨処理されていると共にｍ軸に交差する平面に沿って延びる。基板３１のための半導体結晶の成長がｃ軸方向に進行するので、貫通転位もｃ軸方向に伸びていく。六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体結晶から半導体板をｍ軸に交差するように切り出せば、この基板３１は、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が所定の軸Ａｘの方向に向いた活性層を作製するために好適である。
【００４４】
図２は、窒化物系半導体発光素子１１のための窒化ガリウム基板の一例を示す図面である。図２にも、図１と同じく六方晶系のための座標系が示されている。図２には、参照符号「Ｃ」によりｃ面が示されており、参照符号「Ｍ」によってｍ面が示されている。一例の窒化ガリウム基板３３の第１の面３３ａは、比較的大きい貫通転位密度を有する第１の領域（高転位領域）３３ｃが現れた第１のエリアと、比較的小さい貫通転位密度を有する第２の領域（低転位領域）３３ｄが現れた第２のエリアとを有する。第１の領域３３ｃおよび第２の領域３３ｄは交互に配列されており、第１の面３３ａにおいて、第１のエリアはストライプ形状を有する。貫通転位の大部分はｃ軸方向に走っている。ｍ面主面に現れる第２の領域３３ｄ上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。なお、既に説明したように、窒化ガリウム基板３３の第１の面３３ａは、ｍ面を基準にしてある角度で傾斜していることもできる。
【００４５】
ｃ面において第２の領域３３ｄの貫通転位密度は、例えばは１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。１×１０７ｃｍ−２以下である第２の領域３３ｄがｍ面主面に現れるので、第２の領域３３ｄ上に成長される半導体は非常に低い貫通転位密度になる。
【００４６】
図３は、窒化物系半導体発光素子１１のための窒化ガリウム基板の別の例を示す図面である。図３にも、図１と同じく六方晶系のための座標系が示されている。図３には、参照符号「Ｃ」によりｃ面が示されており、参照符号「Ｍ」によってｍ面が示されている。一例の窒化ガリウム基板３５の第１の面３５ａは、比較的大きい貫通転位密度を有する第１の領域（高転位領域）３５ｃが現れた第１のエリアと、比較的小さい貫通転位密度を有する第２の領域（低転位領域）３５ｄが現れた第２のエリアとを有する。第１の領域３５ｃは第２の領域３５ｄ内に配置されている。このため、第１の面３５ａにおいて、第１のエリアは、第２のエリア内にドット状に配列されている。貫通転位の多くはｃ軸方向に走っている。ｍ面主面に現れる第２の領域３５ｄ上に成長される半導体は、低い貫通転位密度になる。なお、既に説明したように、窒化ガリウム基板３５の第１の面３５ａは、ｍ面を基準にしてある角度で傾斜していることもできる。ｃ面において第２の領域３５ｄの貫通転位密度は、例えば１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。第１の面３５ａに第１の領域（高転位領域）３５ｃが現れないように、ｍ面を切り出すことによって、第１の面３５ａに第２の領域（低転位領域）３５ｄのみが現れた基板を作製できる。１×１０７ｃｍ−２以下である第２の領域３５ｄがｍ面主面に現れるので、第２の領域３５ｄ上に成長される半導体は非常に低い貫通転位密度になる。
【００４７】
（実施例）
以下の通り、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層を含む発光素子を作製できる。同本実施例では、有機金属気相成長法により青色発光素子を作製した。有機金属気相成長法の原料には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、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。図４は、発光素子を作製する主要な工程のフロー１００を示す図面である。
【００４８】
図４に示されるように、工程Ｓ１０１において、六方晶系ＡｌＺＧａ１−ＺＮ半導体（０≦Ｚ≦１）からなる基板を準備する。この実施例では、ｃ面における貫通転位密度１×１０６ｃｍ−２未満の低欠陥領域とストライプ状に分布する欠陥集中領域を有しており（０００１）方向に成長したｎ型ＧａＮ結晶をスライスしてＧａＮ自立体を形成した後に、このＧａＮ自立体を研磨してｍ面ＧａＮ（１０−１０）基板を作製した。
【００４９】
工程Ｓ１０３において、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の形成に先立って、アンモニアおよび水素を含むガスを供給しながらｍ面ＧａＮ基板を熱処理する。このために、ｎ型ｍ面ＧａＮ基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を３０ｋＰａに制御すると共に炉内にアンモニアと水素を供給して、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間のクリーニングを行った。この熱処理により、平坦な基板表面が得られやすく、さらに良好な発光特性を持つ半導体発光素子が得られる。
【００５０】
工程Ｓ１０５において、その後、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜を基板の主面上に形成する。本実施例では、摂氏１１００度の基板温度に上昇させた後、ｎ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（４．３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、モノシランを供給した。ＡｌＧａＮ膜厚は例えば５０ｎｍである。
【００５１】
次に、成長を一旦中断して、摂氏１１５０度に基板温度を上昇させた後、ｎ型ＧａＮ層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４４μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３３ｍｏｌ／分）、モノシランを供給した。ＧａＮ膜の膜厚は例えば２μｍである。
【００５２】
次に、工程Ｓ１０７において、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜上に、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するような活性層を形成する。このために、成長を一旦中断して、摂氏８８０度に基板温度を低下させた後、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層を成長した。この障壁層の厚さは例えば１５ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（１．６μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２７ｍｏｌ／分）を供給した。ＩｎＧａＮ障壁層を成長した後、摂氏７８０度に基板温度を低下させた後に、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ｎ井戸層を成長した。この井戸層の膜厚は例えば４ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（２４μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３６ｍｏｌ／分）を供給した。アンドープ障壁層およびアンドープ井戸層の成長を繰り返すことによって、例えば６周期の量子井戸層を形成した。
【００５３】
次に、工程Ｓ１０９において、活性層上に第２導電型窒化ガリウム系半導体膜を形成する。このために、再度成長を中断し、基板温度を摂氏１０５０度に上昇させた後に、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ電子ブロック層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（２．３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。電子ブロック層の膜厚は例えば２０ｎｍである。
【００５４】
ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層を成長した後に、ｐ型ＧａＮ層を成長した。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（９９μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。このＧａＮ層の厚さは、例えば２５ｎｍである。
【００５５】
ｐ型ＧａＮ層を成長した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さは例えば２５ｎｍである。この成長のために、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（６７μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを供給した。これらの工程によって、この発光ダイオード（ＬＥＤ）のためのエピタキシャル基板が作製された。エピタキシャル基板の各窒化ガリウム系半導体膜のｍ面は、ＧａＮ基板の主面に沿って延びる平面と実質的に平行である。
【００５６】
その後、ＧａＮ基板を炉内から取り出し、（１−１００）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）を行った。図５（ａ）は、Ｘ線角度分布の測定結果を示す図面である。この測定によれば、ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は約２７％であった。このエピタキシャル基板のｐ型ＧａＮ層上に適切な金属材料で４００μｍ角（電極面積として、例えば１．６×１０−３ｃｍ２）の半透明ｐ電極を形成すると共に、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極を形成した。これによって、ＬＥＤ素子が作製された。
【００５７】
図６は、このベアチップのＬＥＤに室温でパルス電流印加を行って得られた発光スペクトルを示す。図７は、電流−光出力特性および電流−外部量子効率特性を示す図面である。ピーク発光波長は４６２ｎｍであり、純青色である。電流値２０mA（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、光出力が１．４ｍWであり、外部量子効率が２．６％であった。電流値２００ｍＡ（電流密度１２５Ａ／ｃｍ２）において、光出力が１３．２ｍＷであり、外部量子効率が２．４％であった。このチップを、エポキシ樹脂でモールドしてＬＥＤランプを作製した。モールド封止後の測定では、電流値２０ｍＡ（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、ピーク波長が４６２ｎｍであり、光出力が４．２ｍＷであり外部量子効率が７．８％であった。
【００５８】
このＬＥＤにおいて、第１導電型窒化ガリウム系半導体膜、活性層および第２導電型窒化ガリウム系半導体膜は、ＧａＮ基板の主面上に搭載されており、また所定の軸の方向に順に配置されている。六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．１６≦Ｘ≦０．４、Ｘは歪み組成）からなり第１のガリウム組成の井戸用の半導体層を第１の温度ＴＷで成長すると共に、六方晶系ＩｎＹＧａ１−ＹＮ（０≦Ｙ≦０．０５、Ｙ＜Ｘ、Ｙは歪み組成）からなり第２のガリウム組成の障壁用の半導体層を第２の温度ＴＢで成長した。第１のガリウム組成は第２のガリウム組成よりも低く、第１の温度ＴＷは第２の温度ＴＢよりも低く、第１の温度ＴＷと第２の温度ＴＢとの差は９５度以上である。この方法によれば、六方晶系ＩｎＸＧａ１−ＸＮのｍ面が上記所定の軸の方向に向いている活性層の作製において、第１のガリウム組成は第２のガリウム組成よりも低い２種類の窒化ガリウム系半導体の成長温度の差が９５度以上であるので、第１の半導体層のインジウム組成を高めて井戸層として適用可能である。
【００５９】
図８は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層のためのインジウム組成、井戸層の厚さの関係を示す図面である。領域「Ａ１」内の活性層は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生できる。領域「Ａ２」では、インジウム組成が低すぎて、活性層は、４４０ｎｍ以上の波長の光を発生できない。領域「Ａ３」では、井戸層が薄すぎて、活性層は、４４０ｎｍ以上の波長の光を発生できない。領域「Ａ４」では、インジウム組成および井戸層厚の関係から、活性層は、４４０ｎｍ以上の波長の光を発生できない。領域「Ａ５」では、インジウム組成が高すぎて、良質のＩｎＧａＮ結晶が得られない。図８において
ラインＬ１：Ｘ＝０．４
ラインＬ２：Ｘ＝０．１６
ラインＬ３：Ｄ＝３
ラインＬ４：Ｘ＝−０．１６×Ｄ＋０．８８
ラインＬ５：Ｄ＝２０
であり、ポイントＰ１〜Ｐ５は、それぞれ、発光波長３９５ｎｍ、４２０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７４ｎｍ、４７７ｎｍの測定点を示す。ラインＬ１〜Ｌ５によって囲まれる領域（境界を含む）が、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層のためのインジウム組成および井戸層の厚さの関係に関して好適である。
【００６０】
図８から理解されるように、インジウム増加は容易なことではない。ＩｎＧａＮ井戸層の成長を摂氏７５０度の基板温度で行って、他の条件は先の実施例１と同様にして、ＬＥＤ用のエピタキシャル基板を作製した。このエピタキシャル基板の外観は、黒色化しており、量子井戸発光層からのフォトルミネッセンススペクトルは観測されなかった。図５（ｂ）は、このエピタキシャル基板の（１０−１０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）の結果を示す図面である。量子井戸発光層のサテライトピークが全く観測されていない。故に、量子井戸構造が形成されていない。インジウム組成は４０％を越えていると推測される。このように、ＩｎＧａＮの成長においてインジウム組成を増加させると、結晶品質は極端に悪くなる。
【００６１】
また、ＩｎＧａＮ井戸層の成長をトリメチルインジウムの供給量を５８μｍｏｌ／分に設定して、他の条件は先の実施例１と同様にして、ＬＥＤ用のエピタキシャル基板を作製した。このエピタキシャル基板の外観は、黒色化しており、量子井戸発光層からのフォトルミネッセンススペクトルは観測されなかった。（１０−１０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）の結果において、量子井戸発光層のサテライトピークが全く観測されなかった。故に、量子井戸構造が形成されていない。インジウム組成は４０％を越えていると推測される。これらのことからも、ＩｎＧａＮ組成を増加させると、結晶品質は極端に悪くなることが理解される。
【００６２】
したがって、ｍ面を用いた発光素子を作製するためには、井戸層の厚さ、井戸層のインジウム組成を制御すると共に、井戸層と障壁層との成長温度差を大きくすることが重要である。
【００６３】
更なる別の実施例を説明する。実施例１と同様の成長条件を用いて、ＩｎＧａＮ井戸層の厚みを３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍと変えて、ＬＥＤ構造のエピタキシャル基板を作製した。図９は、井戸層の厚みとＰＬスペクトルＷ３、Ｗ４、Ｗ５との関係を示している。井戸層が厚くなるにつれて、ＰＬ波長は長くなる。図９を参照すると、井戸幅４ｎｍで４６０ｎｍのＰＬ波長であり、井戸幅５ｎｍで４７５ｎｍのＰＬ波長である。
【００６４】
エピタキシャル基板を用いて実施例１と同様にＬＥＤを作製すると、実施例１同様に高い発光出力と外部量子効率が得られた。例えば、ピーク発光波長は４７０ｎｍであり、純青色である。電流値２０mA（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、光出力が１．６mWであり、外部量子効率が３．０％であった。電流値２００ｍＡ（電流密度１２５Ａ／ｃｍ２）において、光出力が１３．７ｍＷであり、外部量子効率が２．６％であった。このチップを、エポキシ樹脂でモールドしてＬＥＤランプを作製した。モールド封止後の測定では、電流値２０ｍＡ（電流密度１２．５Ａ／ｃｍ２）において、ピーク波長４７０ｎｍがであり、光出力が４．８ｍＷであり外部量子効率が９．０％であった。
【００６５】
ＧａＮ基板と異なる基板を用いてＬＥＤを作製した。
実施例１と同様な条件を用いて、ｎ型ｍ面ＧａＮ（１０−１０）基板に代わりに４Ｈ−ＳｉＣ（１０−１０）基板やＬｉＡｌＯ２（１００）基板上にＬＥＤ用エピタキシャル構造を成長してＬＥＤを作製した。積層欠陥が多く発生し、非常に弱い出力しか得られなかった。
【００６６】
また、ｃ面ＧａＮ基板を用いてＬＥＤを作製した。以下の通り有機金属気相成長法により青色発光素子を作製した。原料には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、アンモニア、モノシラン、シクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。ｃ面ＧａＮ基板は貫通転位密度１×１０６ｃｍ−２未満の低欠陥領域と線状に分布する欠陥集中領域を有する（０００１）方向に成長したｎ型ＧａＮをスライス、研磨することによって作製した。
【００６７】
ｎ型ｃ面ＧａＮ（０００１）基板をサセプタ上に配置し、炉内圧力を３０ｋＰａにコントロールしながら炉内にアンモニアと水素を導入し、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間クリーニングを行った。その後、基板温度を１１００℃に上昇させた後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（４．３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、モノシランを導入し、膜厚５０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ組成１２％）を成長した。次に、成長を一旦中断し、基板温度を摂氏１１５０度に上昇させた後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（２４４μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３３ｍｏｌ／分）、モノシランを導入し、膜厚２μｍのｎ型ＧａＮ層を成長した。
【００６８】
次に、成長を一旦中断し、摂氏８８０度に基板温度を低下させた後、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（２４μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（１．６μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２７ｍｏｌ／分）を導入し、厚さ１５ｎｍのＩｎＧａＮ障壁層（Ｉｎ組成１％）を成長した後、基板温度を摂氏８００度に低下させ、キャリアガスを主に窒素としてトリメチルガリウム（１６μｍｏｌ／分）、トリメチルインジウム（１３μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．３６ｍｏｌ／分）を導入し膜厚３ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層を成長した。この工程を繰り返すことによって６周期の量子井戸発光層を形成した。
【００６９】
次に、再度成長を中断し、基板温度を摂氏１０５０度に上昇させた後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（１７μｍｏｌ／分）、トリメチルアルミニウム（２．８μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入し、膜厚２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層（Ａｌ組成１８％）を成長した。この後、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（９９μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入し、厚さ２５ｎｍのｐ型ＧａＮ層を成長した。次に、キャリアガスを主に水素としてトリメチルガリウム（６７μｍｏｌ／分）、アンモニア（０．２２ｍｏｌ／分）、シクロペンタジエニルマグネシウムを導入し、厚さ２５ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。
【００７０】
その後、ＧａＮ基板を炉内から取り出し、Ｘ線回折測定（ω−２θ測定）を行ったところ、ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成は約１０％であった。このＬＥＤエピ構造に、適当な金属材料でｐ型ＧａＮ層上に４００μｍ角（電極面積１．６×１０−３ｃｍ２）の半透明ｐ電極、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極を形成し、ＬＥＤ素子を作製した。このベアチップのＬＥＤに室温でパルス電流印加を行ったところ、波長４６０ｎｍの純青色で、高い発光効率が得られたが、図１０に示す通り、電流増加に伴う発光波長のブルーシフトが観察された。一方、実施例１のＬＥＤでは電流増加に伴う発光波長のブルーシフトが観察されなかった。
【００７１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、窒化物系半導体発光素子のための窒化ガリウム基板の一例を示す図面である。
【図３】図３は、窒化物系半導体発光素子のための窒化ガリウム基板の別の例を示す図面である。
【図４】図４は、発光素子を作製する主要な工程を示す図面である。
【図５】図５は（１０−１０）面のＸ線回折測定（ω−２θ測定）の結果を示す図面である。
【図６】図６は、ベアチップのＬＥＤに室温でパルス電流印加を行って得られた発光スペクトルを示すグラフである。
【図７】図７は、電流−光出力特性および電流−外部量子効率特性を示す図面である。
【図８】図８は、波長４４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲の波長の光を発生するように設けられた活性層のためのインジウム組成、井戸層の厚さの関係を示す図面である。
【図９】図９は、井戸層の厚みとＰＬ波長との関係を示す図面である。
【図１０】図１０は、ｃ面基板上に作製されたＬＥＤにおける電流増加に伴う発光波長のブルーシフトを示す図面である。
【符号の説明】
【００７３】
Ａｘ…所定の軸、１１…窒化物系半導体発光素子、１３…第１導電型窒化ガリウム系半導体領域、１５…第２導電型窒化ガリウム系半導体領域、１７…活性層、１９…量子井戸構造、２１…クラッド層、２３…半導体層、２５…電子ブロック層、２７…コンタクト層、２９ａ…井戸層、２９ｂ…障壁層、３１…基板、３２ａ、３２ｂ…電極、３３、３５…基板、３３ｃ、３５ｃ…第１の領域（高転位領域）、３３ｄ、３５ｄ…  第２の領域（低転位領域）
【図１】
2008258503.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】
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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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