(57)【要約】【課題】活性層の熱ダメージを抑制することにより、優れた発光効率を実現することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】ファブリペロー型の半導体レーザダイオード７０は、基板１と、この基板１上に形成されたIII族窒化物半導体積層構造２とを含む。基板１は、ｍ面を主面としたＧａＮ単結晶基板である。III族窒化物半導体積層構造２が結晶成長させられている。III族窒化物半導体積層構造２は、ｍ軸を結晶成長の主面としており、ｍ軸方向に、ｎ型半導体層１１、Ｉｎを含む発光層１０、およびｐ型半導体層１２を積層して構成されている。ｎ型半導体層１１はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４を含み、ｐ型半導体層１２はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８を含む。III族窒化物半導体積層構造２の主面は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°の範囲のｍ面（非極性面）である。【選択図】図１
2008306062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎを含む活性層ならびにこの活性層を挟むように積層されたｐ型層およびｎ型層を有するIII族窒化物半導体積層構造を含み、前記III族窒化物半導体積層構造が、ｃ軸方向へのオフ角が負の非極性面を主面とするIII族窒化物半導体からなる、半導体発光素子。
【請求項２】
前記活性層の発光波長が４５０ｎｍ以上である、請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記III族窒化物半導体積層構造を構成するIII族窒化物半導体は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°を満たしている、請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
Ｉｎを含む活性層ならびにこの活性層を挟むように積層されたｐ型層およびｎ型層を有するIII族窒化物半導体積層構造を含む半導体発光素子を製造するための方法であって、
ｃ軸方向へのオフ角が負の非極性面を主面としてIII族窒化物半導体を成長させることにより、前記III族窒化物半導体積層構造を形成する工程を含む、半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記活性層の発光波長が４５０ｎｍ以上である、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記主面が、ｃ軸方向へのオフ角が負のｍ面である、請求項４または５記載に半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記III族窒化物半導体積層構造を形成する工程は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°を満たす非極性面を主面とするIII族窒化物半導体を成長させる工程を含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記III族窒化物半導体積層構造を形成する工程は、ｃ軸方向へのオフ角が負の主面を有するIII族窒化物半導体単結晶基板上にIII族窒化物半導体を成長させる工程を含む、請求項４〜７のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記III族窒化物半導体単結晶基板がＧａＮ基板である、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード、レーザダイオード等の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体は「III族窒化物半導体」と呼ばれ、その代表例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）である。一般には、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。
ｃ面を主面とする窒化ガリウム（ＧａＮ）基板上にIII族窒化物半導体を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって成長させる窒化物半導体の製造方法が知られている。この方法を適用することにより、ｎ型層およびｐ型層ならびにこれらに挟まれた活性層（発光層）を有するIII族窒化物半導体積層構造を形成することができ、この積層構造を利用した発光デバイスを作製できる。このような発光デバイスは、たとえば、液晶パネル用バックライトの光源として利用可能である。
【０００３】
ｃ面を主面とするＧａＮ基板上に再成長されたIII族窒化物半導体の主面はｃ面である。このｃ面から取り出される光は、ランダム偏光（無偏光）状態となっている。そのため、液晶パネルに入射する際に、入射側偏光板に対応した特定偏光以外は遮蔽され、出射側への輝度に寄与しない。そのため、高輝度な表示を実現し難い（効率は最大でも５０％）という問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、ｃ面以外、すなわち、ａ面、ｍ面等の無極性（ノンポーラ）面、または半極性（セミポーラ）面を主面とするIII族窒化物半導体を成長させて、発光デバイスを作製することが検討されている。無極性面または半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層によってｐ型層およびｎ型層を有する発光デバイスを作製すると、強い偏光状態の発光が可能である。そこで、このような発光デバイスの偏光の方向と、液晶パネルの入射側偏光板の通過偏光の方向とを一致させておくことにより、入射側偏光板での損失を少なくすることができる。その結果、高輝度な表示を実現できる。
【特許文献１】特開２００７−１２９０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
４５０ｎｍ以上の長波長域の発光を実現するためには、活性層のＩｎ（インジウム）組成を多くする必要がある。たとえば、発光波長を４５０ｎｍとするには、Ｉｎ組成を１５％程度とする必要があるが、この場合には、活性層は７５０℃程度の低温で成長させる必要がある。ところが、活性層の後に成長させられるｐ型層の成長温度は、１０００℃程度である。そのため、ｐ型層の成長時の温度のために活性層が熱ダメージを受けるため、所望の発光効率が得られなくなってしまう。
【０００６】
一方、本願の発明者は、先に提出した特願２００７−０４００７４号において、ｍ面等の非極性面を成長主面とするIII族窒化物半導体積層構造で構成した半導体レーザを提案している。この構造により、発光効率がよく、低閾値の半導体レーザを実現することができる。
しかし、半導体レーザにおいても、４５０ｎｍ以上の長波長域での発光を実現しようとすると、前述の場合と同様の問題に遭遇する。そのため、長波長域で発振効率に優れた半導体レーザを実現するには、なお課題が残されていた。
【０００７】
活性層の熱ダメージの問題は、程度の差はあるが、４５０ｎｍ未満の波長域の半導体発光素子の場合であっても同様である。すなわち、活性層を低温で成長させてＩｎ原子を取り込む必要があるので、その後のｎ型層またはｐ型層の高温成長時に熱ダメージを受ける。
そこで、この発明の目的は、活性層の熱ダメージを抑制することにより、優れた発光効率を実現することができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、Ｉｎを含む活性層（ＡｌＩｎＧａＮからなる活性層）ならびにこの活性層を挟むように積層されたｐ型層およびｎ型層を有するIII族窒化物半導体積層構造を含み、前記III族窒化物半導体積層構造が、ｃ軸方向へのオフ角が負の非極性面を主面とするIII族窒化物半導体からなる、半導体発光素子である。
【０００９】
III族窒化物半導体は、六方晶の結晶構造を有しており、一つのIII族原子に対して４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、III族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。この４つの窒素原子は、一つの窒素原子がIII族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の三つの窒素原子がIII族原子に対して−ｃ軸側に位置している。ｃ面に平行な２つの面でIII族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はIII族原子が並んだ結晶面となり、−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子が並んだ結晶面（窒素面）となる。したがって、＋ｃ面と−ｃ面とは異なる結晶面となり、異なる物性を示す。具体的には、＋ｃ面は、アルカリに強いなどといった化学反応性に対する耐久性が高く、逆に、−ｃ面は化学的に弱く、たとえば、アルカリに溶けてしまうことが分かっている。
【００１０】
このように、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで物性が異なる。そして、この物性の相違のために、III族窒化物半導体には、ｃ軸方向に沿う分極が生じている。そのため、ｃ面は、極性面と呼ばれている。
ｍ面およびａ面は、ｃ面に垂直であり、ｍ軸およびａ軸方向に沿う分極はないので、非極性面と呼ばれる。
【００１１】
この発明では、III族窒化物半導体積層構造を構成するIII族窒化物半導体は、その主面が非極性面（ｍ面またはａ面）となっており、この非極性面のｃ軸方向へのオフ角が負となっている。オフ角とは、ジャスト面からの傾斜角である。すなわち、ジャスト面の法線方向を基準方向（ｍ軸方向またはａ軸方向）とすると、III族窒化物半導体主面の法線方向と基準方向とのなす角がオフ角である。ｃ軸方向へのオフ角を考える際には、基準方向とｃ軸方向とを含む仮想平面（ａ面またはｍ面に平行な平面）を考え、さらに、III族窒化物半導体主面の法線方向を当該仮想平面に投影して当該法線方向の正射影を考える。この正射影と基準方向とのなす角がｃ軸方向へのオフ角である。この場合、当該法線方向の正射影が基準方向に対して＋ｃ軸側に傾斜しているとき、「ｃ軸方向へのオフ角が正である」などという。逆に、当該法線方向の正射影が基準方向に対して−ｃ軸側に傾斜しているとき、「ｃ軸方向へのオフ角が負である」などという。
【００１２】
有意なオフ角を有する非極性面からなるIII族窒化物半導体主面には、原子レベルの微小なステップが生じている。−ｃ軸方向へのオフ角を有する非極性面の場合には、ステップにおいて露出するのは、−ｃ面（窒素面）である。そのため、III族窒化物半導体の結晶成長時には、−ｃ面方向に膜状に結晶成長（二次元成長）が進みつつ厚さ方向（主面の法線方向）への結晶成長が進む。前述のとおり、−ｃ面側は化学的に不安定であり、そのため、結晶成長時に不純物を取り込みやすい。これにより、III族窒化物半導体を結晶成長させるときに、不純物としてのＩｎ原子が取り込まれやすくなる。したがって、Ｉｎ原子が比較的取り込まれにくい高温の条件（たとえば、７５０℃以上）であっても、Ｉｎ組成の多いIII族窒化物半導体を成長させることができる。
【００１３】
こうして、Ｉｎを含む活性層を高温の条件で成長させることができる（同じ温度であれば、より高いＩｎ組成の活性層を成長させることができる）ので、このような活性層は熱差ダメージに強くなる。すなわち、活性層の成長温度とｐ型層またはｎ型層の成長温度との差が小さく、熱影響に起因する活性層の特性劣化を抑制することができる。その結果、発光効率の高い半導体発光素子を実現することができる。
【００１４】
また、III族窒化物半導体積層構造の主面が自発分極やピエゾ分極のない非極性面であるので、多重量子井戸層で構成する場合に、量子井戸での自発圧電分極によるキャリアの分離が抑制される。これによって、ｃ面を主面とするIII族窒化物半導体を用いる場合を超える内部量子効率を実現できるので、発光効率を向上させることができる。
請求項２記載の発明は、前記活性層の発光波長が４５０ｎｍ以上である、請求項１記載の半導体発光素子である。発光波長が４５０ｎｍ以上（たとえば、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下。より具体的には、たとえば５００ｎｍ）である場合、活性層のＩｎ組成は、たとえば、１５％以上（たとえば、１５％以上２５％以下。発光波長が５００ｎｍの場合にはたとえば２０％）とする必要がある。この発明を適用することによって、このようにＩｎ組成の大きな活性層を比較的高温（たとえば、７５０℃以上）の条件で成長させることができる。したがって、４５０ｎｍ以上の波長域においても、活性層の熱ダメージを抑制して、発光効率の高い半導体発光素子を実現できる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記III族窒化物半導体積層構造を構成するIII族窒化物半導体は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°を満たしている、請求項１または２記載の半導体発光素子である。このような範囲のオフ角の非極性面を用いることにより、III族窒化物半導体積層構造は、欠陥の少ない良好な結晶構造を有することができる。その結果、発光効率を一層向上することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、Ｉｎを含む活性層ならびにこの活性層を挟むように積層されたｐ型層およびｎ型層を有するIII族窒化物半導体積層構造を含む半導体発光素子を製造するための方法であって、ｃ軸方向へのオフ角が負の非極性面を主面としてIII族窒化物半導体を成長させることにより、前記III族窒化物半導体積層構造を形成する工程を含む、半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
この方法により、Ｉｎを含む活性層を比較的高温の条件で成長させることができるので、活性層の熱ダメージを低減できる。その結果、発光効率のよい半導体発光素子を実現できる。
請求項５記載の発明は、前記活性層の発光波長が４５０ｎｍ以上である、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法である。４５０ｎｍ以上の波長域の発光のためには、活性層のＩｎ組成を高める必要があるが、この発明では、Ｉｎ組成の高い活性層の形成も比較的高温の温度条件で行うことができる。これにより、４５０ｎｍ以上の波長域においても、発光効率の良い半導体発光素子を実現できる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記主面が、ｃ軸方向へのオフ角が負のｍ面である、請求項４または５記載に半導体発光素子の製造方法である。ｍ面を結晶成長の主面とすることにより、結晶性を向上することができる。これにより、より高性能の半導体発光素子を実現できる。
請求項７記載の発明は、前記III族窒化物半導体積層構造を形成する工程は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°を満たす非極性面を主面とするIII族窒化物半導体を成長させる工程を含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法である。オフ角θの範囲を−１°＜θ＜０°とすることにより、平坦なIII族窒化物半導体積層構造を形成することができる。これにより、半導体発光素子の発光効率を一層向上することができる。
【００１９】
請求項８記載の発明は、前記III族窒化物半導体積層構造を形成する工程は、ｃ軸方向へのオフ角が負の主面を有するIII族窒化物半導体単結晶基板上にIII族窒化物半導体を成長させる工程を含む、請求項４〜７のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法である。この方法では、III族窒化物半導体単結晶基板上にIII族窒化物半導体積層構造を成長させるので、欠陥の少ない良好な結晶性のIII族窒化物半導体積層構造を形成できる。これにより、発光効率が一層向上された半導体発光素子を得ることができる。
【００２０】
請求項９記載の発明は、前記III族窒化物半導体単結晶基板がＧａＮ基板である、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法である。ＧａＮ基板を用いることによって、III族窒化物半導体積層構造は、欠陥の少ない高品質の結晶となる。これにより、さらに高性能の半導体発光素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿う縦断面図であり、図３は、図１のIII−III線に沿う横断面図である。
この半導体レーザダイオード７０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成されたIII族窒化物半導体積層構造２と、基板１の裏面（III族窒化物半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ側電極３と、III族窒化物半導体積層構造２の表面に接触するように形成されたｐ側電極４とを備えたファブリペロー型のものである。
【００２２】
基板１は、この実施形態では、ＧａＮ単結晶基板で構成されている。この基板１は、非極性面の一例であるｍ面を主面としたものであり、この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体積層構造２が形成されている。したがって、III族窒化物半導体積層構造２は、ｍ面を結晶成長主面とするIII族窒化物半導体からなる。
III族窒化物半導体積層構造２は、発光層（活性層）１０と、ｎ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１２とを備えている。ｎ型半導体層１１は発光層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１２は発光層１０に対してｐ側電極４側に配置されている。こうして、発光層１０が、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層１０には、ｎ型半導体層１１から電子が注入され、ｐ型半導体層１２から正孔が注入される。これらが発光層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００２３】
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３（たとえば２μｍ厚）、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４（１．５μｍ厚以下。たとえば１．０μｍ厚）およびｎ型ＧａＮガイド層１５（たとえば０．１μｍ厚）を積層して構成されている。一方、ｐ型半導体層１２は、発光層１０の上に、順に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１６（たとえば２０ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＮガイド層１７（たとえば０．１μｍ厚）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８（１．５μｍ厚以下。たとえば０．４μｍ厚）およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９（たとえば０．３μｍ厚）を積層して構成されている。
【００２４】
ｎ型ＧａＮコンタクト層１３およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９は、それぞれｎ側電極３およびｐ側電極４とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｎ型ＧａＮコンタクト層１３は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０１８cm−３）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０１９cm−３）することによってｐ型半導体層とされている。
【００２５】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、発光層１０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４は、ＡｌＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０１８cm−３）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０１９cm−３）することによってｐ型半導体層とされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４は、ｎ型ＧａＮガイド層１５よりもバンドギャップが広く、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、ｐ型ＧａＮガイド層１７よりもバンドギャップが広い。これにより、良好な閉じ込めを行うことができ、低閾値および高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２６】
ｎ型ＧａＮガイド層１５およびｐ型ＧａＮガイド層１７は、発光層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め効果を生じる半導体層である。これにより、発光層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｎ型ＧａＮガイド層１５は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０１８cm−３）することによりｎ型半導体とされており、ｐ型ＧａＮガイド層１７は、ＧａＮにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープする（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０１８cm−３）ことによってｐ型半導体とされている。
【００２７】
ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１６は、ＡｌＧａＮにｐ型ドーパントとしてのたとえばＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０１８cm−３）して形成されたｐ型半導体であり、発光層１０からの電子の流出を防いで、電子および正孔の再結合効率を高めている。
発光層１０は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ(multiple-quantum well)構造（多重量子井戸構造）を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。発光層１０は、具体的には、ＩｎＧａＮ層（たとえば３ｎｍ厚）とＧａＮ層（たとえば９ｎｍ厚）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成されている。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層（障壁層）として機能する。たとえば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とは交互に２〜７周期繰り返し積層されて、ＭＱＷ構造の発光層１０が構成されている。発光波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成を調整することによって、４００ｎｍ〜５５０ｎｍとされている。前記ＭＱＷ構造は、Ｉｎを含む量子井戸の数が３以下とされることが好ましい。たとえば、発光波長を４５０ｎｍ以上とするときの量子井戸層のＩｎ組成は、１５％以上とされる。より具体的には、発光波長を５００ｎｍとするときのＩｎ組成は１８％〜２２％である。
【００２８】
ｐ型半導体層１２は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ２０を形成している。より具体的には、ｐ型コンタクト層１９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８およびｐ型ＧａＮガイド層１７の一部がエッチング除去され、横断面視ほぼ台形形状（メサ形）のリッジストライプ２０が形成されている。このリッジストライプ２０は、ｃ軸方向に沿って形成されている。
【００２９】
III族窒化物半導体積層構造２は、リッジストライプ２０の長手方向両端における劈開により形成された一対の端面２１，２２（劈開面）を有している。この一対の端面２１，２２は、互いに平行であり、いずれもｃ軸に垂直である。こうして、ｎ型ＧａＮガイド層１５、発光層１０およびｐ型ＧａＮガイド層１７によって、端面２１，２２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、発光層１０で発生した光は、共振器端面２１，２２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面２１，２２からレーザ光として素子外に取り出される。
【００３０】
ｎ側電極３およびｐ側電極４は、たとえばＡｌ金属からなり、それぞれｐ型コンタクト層１９および基板１にオーミック接続されている。ｐ側電極４がリッジストライプ２０の頂面のｐ型ＧａＮコンタクト層１９だけに接触するように、ｎ型ＧａＮガイド層１７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８の露出面を覆う絶縁層６が設けられている。これにより、リッジストライプ２０に電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。また、リッジストライプ２０の表面は、ｐ側電極４との接触部を除く領域が絶縁層６で覆われて保護されているので、横方向の光閉じ込めを緩やかにして制御を容易にすることができるとともに、側面からのリーク電流を防ぐことができる。絶縁層６は、屈折率が１よりも大きな絶縁材料、たとえば、ＳｉＯ２やＺｒＯ２で構成することができる。
【００３１】
さらに、リッジストライプ２０の頂面はｍ面となっていて、このｍ面にｐ側電極４が形成されている。そして、ｎ側電極３が形成されている基板１の裏面もｍ面である。このように、ｐ側電極４およびｎ側電極３のいずれもがｍ面に形成されているので、レーザの高出力化や高温動作に十分に耐えられる信頼性を実現できる。
共振器端面２１，２２は、それぞれ絶縁膜２３，２４（図１では図示を省略した。）によって被覆されている。共振器端面２１は、＋ｃ軸側端面であり、共振器端面２２は−ｃ軸側端面である。すなわち、共振器端面２１の結晶面は＋ｃ面であり、共振器端面２２の結晶面は−ｃ面である。−ｃ面側の絶縁膜２４は、アルカリに溶けるなど化学的に弱い−ｃ面を保護する保護膜として機能することができ、半導体レーザダイオード７０の信頼性の向上に寄与する。
【００３２】
図４に図解的に示すように、＋ｃ面である共振器端面２１を被覆するように形成された絶縁膜２３は、たとえばＺｒＯ２の単膜からなる。これに対し、−ｃ面である共振器端面２２に形成された絶縁膜２４は、たとえばＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜とを交互に複数回（図４の例では５回）繰り返し積層した多重反射膜で構成されている。絶縁膜２３を構成するＺｒＯ２の単膜は、その厚さがλ／２ｎ１（ただし、λは発光層１０の発光波長。ｎ１はＺｒＯ２の屈折率）とされている。一方、絶縁膜２４を構成する多重反射膜は、膜厚λ／４ｎ２（但しｎ２はＳｉＯ２の屈折率）のＳｉＯ２膜と、膜厚λ／４ｎ１のＺｒＯ２膜とを交互に積層した構造となっている。
【００３３】
このような構造により、＋ｃ軸側端面２１における反射率は小さく、−ｃ軸側端面２２における反射率が大きくなっている。より具体的には、たとえば、＋ｃ軸側端面２１の反射率は２０％程度とされ、−ｃ軸側端面２２における反射率は９９．５％程度（ほぼ１００％）となる。したがって、＋ｃ軸側端面２１から、より大きなレーザ出力が出射されることになる。すなわち、この半導体レーザダイオード７０では、＋ｃ軸側端面２１が、レーザ出射端面とされている。
【００３４】
このような構成によって、ｎ側電極３およびｐ側電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２から電子および正孔を発光層１０に注入することによって、この発光層１０内で電子および正孔の再結合を生じさせ、波長４００ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生させることができる。この光は、共振器端面２１，２２の間をガイド層１５，１７に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面２１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００３５】
図５は、III族窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを表した図解図である。III族窒化物半導体の結晶構造は、六方晶系で近似することができ、一つのIII族原子に対して４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、III族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に位置している。これらの４つの窒素原子は、一つの窒素原子がIII族原子に対して＋ｃ軸方向に位置し、他の三つの窒素原子がIII族原子に対して−ｃ軸側に位置している。このような構造のために、III族窒化物半導体では、分極方向がｃ軸に沿っている。
【００３６】
ｃ軸は六角柱の軸方向に沿い、このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面（０００１）である。ｃ面に平行な２つの面でIII族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ軸側の面（＋ｃ面）はIII族原子が並んだ結晶面となり、−ｃ軸側の面（−ｃ面）は窒素原子が並んだ結晶面（窒素面）となる。そのため、ｃ面は、＋ｃ軸側と−ｃ軸側とで異なる性質を示すので、極性面(Polar Plane)と呼ばれる。
【００３７】
＋ｃ面と−ｃ面とは異なる結晶面であるので、それに応じて、異なる物性を示す。具体的には、＋ｃ面は、アルカリに強いなどといった化学反応性に対する耐久性が高く、逆に、−ｃ面は化学的に弱く、たとえば、アルカリに溶けてしまうことが分かっている。
一方、六角柱の側面がそれぞれｍ面（１０-１０）であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面（１１-２０）である。これらは、ｃ面に対して直角な結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、非極性面(Nonpolar Plane)である。
【００３８】
たとえば、ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板は、ｃ面を主面としたＧａＮ単結晶から切り出して作製することができる。切り出された基板のｍ面は、たとえば、化学的機械的研磨処理によって研磨され、（０００１）方向（ｃ軸方向）に関する方位誤差（ｃ軸方向へのオフ角）が−１°〜０°（好ましくは、−０．３°〜０°）とされ、（１１−２０）方向（ａ軸方向）に関する方位誤差が、±１°以内（好ましくは±０．３°以内）とされる。こうして、ｍ面を主面とし、かつ、転位や積層欠陥といった結晶欠陥のないＧａＮ単結晶基板が得られる。このようなＧａＮ単結晶基板の表面には、原子レベルの段差（ステップ）が生じているにすぎない。
【００３９】
とくに、この実施形態では、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０（好ましくは、−０．３°＜θ＜０）の範囲の負の値を持つようにＧａＮ単結晶基板の主面の方位が定められる。
このようにして得られるＧａＮ単結晶基板上に、有機金属気相成長法によって、半導体レーザダイオード構造を構成するIII族窒化物半導体積層構造２が成長させられる。
【００４０】
ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板１上にｍ面を成長主面とするIII族窒化物半導体積層構造２を成長させてａ面に沿う断面を電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：走査透過電子顕微鏡）で観察すると、III族窒化物半導体積層構造２には、転位の存在を表す条線が見られない。そして、表面状態を光学顕微鏡で観察すると、ｃ軸方向への平坦性（最後部と最低部との高さの差）は１０Å以下であることが分かる。このことは、発光層１０、とくに量子井戸層のｃ軸方向への平坦性が１０Å以下であることを意味し、発光スペクトルの半値幅を低くすることができる。このように、基板１としてＧａＮ単結晶基板を用いることにより、III族窒化物半導体積層構造２は、欠陥の少ない高い結晶品質を有することができる。その結果、高性能のレーザダイオードを実現できる。
【００４１】
さらにまた、実質的に転位のないＧａＮ単結晶基板上にIII族窒化物半導体積層構造を成長させることにより、このIII族窒化物半導体積層構造２は基板１の再成長面（ｍ面）からの積層欠陥や貫通転位が生じていない良好な結晶とすることができる。これにより、欠陥に起因する発光効率低下などの特性劣化を抑制することができる。
また、ｍ面を主面としたＧａＮ単結晶基板上に結晶成長させられるIII族窒化物半導体は、ｍ面を成長主面として成長する。ｃ面を主面として結晶成長した場合には、ｃ軸方向の分極の影響で、発光層１０での発光効率が悪くなるおそれがある。これに対して、ｍ面を結晶成長主面とすれば、量子井戸層での分極が抑制され、発光効率が増加する。これにより、閾値の低下やスロープ効率の増加を実現できる。また、分極が少ないため、発光波長の電流依存性が抑制され、安定した発振波長を実現できる。
【００４２】
さらにまた、ｍ面を主面とすることにより、ｃ軸方向およびａ軸方向に物性の異方性が生じる。加えて、Ｉｎを含む発光層１０（活性層）には、格子歪みによる２軸性応力が生じている。その結果、量子バンド構造が、ｃ面を主面として結晶成長された活性層とは異なるものとなる。したがって、ｃ面を成長主面とした活性層の場合とは異なる利得が得られ、レーザ特性が向上する。
【００４３】
また、ｍ面を結晶成長の主面とすることにより、III族窒化物半導体結晶の成長を極めて安定に行うことができ、ｃ面やａ面を結晶成長主面とする場合よりも、結晶性を向上することができる。これにより、高性能のレーザダイオードの作製が可能になる。
発光層１０は、ｍ面を結晶成長主面として成長させられたIII族窒化物半導体からなるので、ここから発生する光は、ａ軸方向、すなわちｍ面に平行な方向に偏光しており、ＴＥモードの場合、その進行方向はｃ軸方向である。したがって、半導体レーザダイオード７０は、結晶成長主面が偏光方向に平行であり、かつ、ストライプ方向、すなわち導波路の方向が光の進行方向と平行に設定されている。これにより、ＴＥモードの発振を容易に生じさせることができ、レーザ発振を生じさせるための閾値電流を低減することができる。
【００４４】
図６は、ＧａＮ単結晶基板１のｃ軸方向へのオフ角θを説明するための図である。ＧａＮ単結晶基板１の主面はｍ面であり、ジャストｍ面の法線方向はｍ軸方向に一致する。このｍ軸方向が基準方向である。実際の主面の法線方向１Ａは、基準方向（ｍ軸方向）に対してオフ角を有している。その法線方向１Ａのａ面（ｃ軸およびｍ軸を含む平面）への正射影が基準方向（ｍ軸方向）に対してなす角が、ｃ軸方向へのオフ角θである。法線方向１Ａの前記正射影が基準方向に対して＋ｃ軸側に傾斜しているとき、オフ角θは正の値をとる。逆に、法線方向１Ａの前記正射影が基準方向に対して−ｃ軸側に傾斜しているとき、オフ角θは負の値をとる。この実施形態では、前述のとおり、オフ角θは負の値とされている。
【００４５】
図７は、ＧａＮ単結晶基板１上でのIII族窒化物半導体の結晶成長の様子を示す図解図である。この図７には、ｃ軸方向とｍ軸方向とを含む平面（すなわち、ａ面）に沿った断面が図解的に表されている。
ＧａＮ単結晶基板１の主面は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°〜０°の負の値を有する。このＧａＮ単結晶基板１の表面には、原子レベルのステップ１００が生じている。各ステップ１００は、−ｃ軸方向に向いた表面、すなわち、−ｃ面（窒素面）となっている。このようなＧａＮ単結晶基板１の主面上にIII族窒化物半導体を結晶成長させると、−ｃ軸方向に膜状に半導体結晶が二次元成長しながら、厚さ方向（ｍ軸方向）へと結晶成長していく。
【００４６】
前述のとおり、−ｃ面は、化学的に不安定な表面であるため、結晶成長時に不純物を取り込みやすくなる。この実施形態では、これを利用して、不純物としてのＩｎ原子を比較的高温の条件（たとえば７５０℃以上）で多量に（たとえば、１５％以上）取り込んで、４５０ｎｍ以上の長波長域に発光波長を有する発光層１０を成長させる。
図８は、III族窒化物半導体積層構造２を構成する各層を成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。処理室３０内に、ヒータ３１を内蔵したサセプタ３２が配置されている。サセプタ３２は、回転軸３３に結合されており、この回転軸３３は、処理室３０外に配置された回転駆動機構３４によって回転されるようになっている。これにより、サセプタ３２に処理対象のウエハ３５を保持させることにより、処理室３０内でウエハ３５を所定温度に昇温することができ、かつ、回転させることができる。ウエハ３５は、前述のＧａＮ単結晶基板１を構成するＧａＮ単結晶ウエハである。
【００４７】
処理室３０には、排気配管３６が接続されている。排気配管３６はロータリポンプ等の排気設備に接続されている。これにより、処理室３０内の圧力は、１／１０気圧〜常圧とされ、処理室３０内の雰囲気は常時排気されている。
一方、処理室３０には、サセプタ３２に保持されたウエハ３５の表面に向けて原料ガスを供給するための原料ガス供給路４０が導入されている。この原料ガス供給路４０には、窒素原料ガスとしてのアンモニアを供給する窒素原料配管４１と、ガリウム原料ガスとしてのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を供給するガリウム原料配管４２と、アルミニウム原料ガスとしてのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を供給するアルミニウム原料配管４３と、インジウム原料ガスとしてのトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を供給するインジウム原料配管４４と、マグネシウム原料ガスとしてのエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を供給するマグネシウム原料配管４５と、シリコンの原料ガスとしてのシラン（ＳｉＨ４）を供給するシリコン原料配管４６とが接続されている。これらの原料配管４１〜４６には、それぞれバルブ５１〜５６が介装されている。各原料ガスは、いずれも水素もしくは窒素またはこれらの両方からなるキャリヤガスとともに供給されるようになっている。
【００４８】
たとえば、ｍ面を主面とするＧａＮ単結晶ウエハをウエハ３５としてサセプタ３２に保持させる。この状態で、バルブ５２〜５６は閉じておき、窒素原料バルブ５１を開いて、処理室３０内に、キャリヤガスおよびアンモニアガス（窒素原料ガス）が供給される。さらに、ヒータ３１への通電が行われ、ウエハ温度が１０００℃〜１１００℃（たとえば、１０５０℃）まで昇温される。これにより、表面の荒れを生じさせることなくＧａＮ半導体を成長させることができるようになる。
【００４９】
ウエハ温度が１０００℃〜１１００℃に達するまで待機した後、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびシリコン原料バルブ５６が開かれる。これにより、原料ガス供給路４０から、キャリヤガスとともに、アンモニア、トリメチルガリウムおよびシランが供給される。その結果、ウエハ３５の表面に、シリコンがドープされたＧａＮ層からなるｎ型ＧａＮコンタクト層１３が成長する。
【００５０】
次に、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびシリコン原料バルブ５６に加えて、アルミニウム原料バルブ５３が開かれる。これにより、原料ガス供給路４０から、キャリヤガスとともに、アンモニア、トリメチルガリウム、シランおよびトリメチルアルミニウムが供給される。その結果、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４がエピタキシャル成長させられる。
【００５１】
次いで、アルミニウム原料バルブ５３を閉じ、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびシリコン原料バルブ５６を開く。これにより、原料ガス供給路４０から、キャリヤガスとともに、アンモニア、トリメチルガリウムおよびシランが供給される。その結果、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４上にｎ型ガイド層がエピタキシャル成長させられる。
【００５２】
次に、シリコン原料バルブ５６が閉じられ、多重量子井戸構造の発光層１０（活性層）の成長が行われる。発光層１０の成長は、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびインジウム原料バルブ５４を開いてアンモニア、トリメチルガリウムおよびトリメチルインジウムをウエハ３５へと供給することによりＩｎＧａＮ層を成長させる工程と、インジウム原料バルブ５４を閉じ、窒素原料バルブ５１およびガリウム原料バルブ５２を開いてアンモニアおよびトリメチルガリウムをウエハ３５へと供給することにより、無添加のＧａＮ層を成長させる工程とを交互に実行することによって行える。たとえば、ＧａＮ層を始めに形成し、その上にＩｎＧａＮ層を形成する。これを、たとえば、５回に渡って繰り返し行う。発光層１０の形成時には、ウエハ３５の温度は、たとえば、７５０℃〜８００℃とされることが好ましい。このとき、成長圧力は７００torr以上とすることが好ましく、これにより、耐熱性を向上することができる。
【００５３】
前述のとおり、結晶成長は、−ｃ軸方向に膜状に進むので、量子井戸層としてのＩｎＧａＮ層の成長時に、不純物としてのＩｎ原子を取り込みやすい。そのため、ＩｎＧａＮ層を形成する際に、比較的高温の条件（７５０℃以上）とすることができる。このような高温の条件においても、Ｉｎ組成の高いＩｎＧａＮ層を形成できる。たとえば、４５０ｎｍ以上（たとえば、５００ｎｍ）の発光波長を実現するためにＩｎ組成を１５％以上（たとえば、２０％）とする場合でも、７８０℃程度の温度条件とすることができる。また、発光波長を４５０ｎｍとする場合でも、より高温でＩｎＧａＮ層を成長させることができる。
【００５４】
こうして、発光層１０が形成されると、次いで、ｐ型電子ブロック層１６が形成される。すなわち、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２、アルミニウム原料バルブ５３およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれ、他のバルブ５４，５６が閉じられる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたＡｌＧａＮ層からなるｐ型電子ブロック層１６が形成されることになる。このｐ型電子ブロック層１６の形成時には、ウエハ３５の温度は、１０００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。
【００５５】
次に、アルミニウム原料バルブ５３が閉じられ、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたｐ型ＧａＮ層からなるガイド層１７が形成されることになる。このｐ型ＧａＮガイド層１７の形成時には、ウエハ３５の温度は、９００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。
【００５６】
次いで、再び、アルミニウム原料バルブ５３が開かれる。すなわち、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２、アルミニウム原料バルブ５３およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれ、他のバルブ５４，５６が閉じられる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされてｐ型とされたＡｌＧａＮ層からなるクラッド層１８が形成されることになる。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８の形成時には、ウエハ３５の温度は、９００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。
【００５７】
次に、ｐ型コンタクト層１９が形成される。すなわち、窒素原料バルブ５１、ガリウム原料バルブ５２およびマグネシウム原料バルブ５５が開かれ、他のバルブ５３，５４，５６が閉じられる。これにより、ウエハ３５に向けて、アンモニア、トリメチルガリウムおよびエチルシクロペンタジエニルマグネシウムが供給され、マグネシウムがドープされたＧａＮ層からなるｐ型ＧａＮコンタクト層１９が形成されることになる。ｐ型ＧａＮコンタクト層１９の形成時には、ウエハ３５の温度は、９００℃〜１１００℃（たとえば１０００℃）とされることが好ましい。
【００５８】
ｐ型半導体層１２を構成する各層は、１０００℃以下の平均成長温度で結晶成長させられることが好ましい。これにより、発光層１０への熱ダメージを低減できる。
ウエハ３５（ＧａＮ単結晶基板１）上にIII族窒化物半導体積層構造２の構成層１０，１３〜１９を成長するのに際しては、いずれの層の成長の際も、処理室３０内のウエハ３５に供給されるガリウム原料（トリメチルガリウム）のモル分率に対する窒素原料（アンモニア）のモル分率の比であるＶ／III比は、１０００以上（好ましくは３０００以上）の高い値に維持される。より具体的には、ｎ型クラッド層１４から最上層のｐ型コンタクト層１９までにおいて、Ｖ／III比の平均値が１０００以上であることが好ましい。これにより、ｎ型クラッド層１４、発光層１０およびｐ型クラッド層１８の全ての層において、点欠陥の少ない良好な結晶を得ることができる。
【００５９】
この実施形態では、上記のような高いＶ／III比を用い、かつ、ＧａＮ単結晶基板１とIII族窒化物半導体積層構造２との間にバッファ層を介在することなく、ｍ面等を主面とするIII族窒化物半導体積層構造２が、無転位の状態で、かつ、平坦に成長する。このIII族窒化物半導体積層構造２は、ＧａＮ単結晶基板１の主面から生じる積層欠陥や貫通転位を有していない。
【００６０】
こうして、ウエハ３５上にIII族窒化物半導体積層構造２が成長させられると、このウエハ３５は、エッチング装置に移され、たとえばプラズマエッチング等のドライエッチングによって、ｐ型半導体層１２の一部を除去してリッジストライプ２０が形成される。このリッジストライプ２０は、ｃ軸方向に平行になるように形成される。
リッジストライプ２０の形成後には、絶縁層６が形成される。絶縁層６の形成は、たとえば、リフトオフ工程を用いて行われる。すなわち、ストライプ状のマスクを形成した後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９の全体を覆うように絶縁体薄膜を形成した後、この絶縁体薄膜をリフトオフしてｐ型ＧａＮコンタクト層１９を露出させるようにして、絶縁層６を形成できる。
【００６１】
次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９にオーミック接触するｐ側電極４が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層１３にオーミック接触するｎ側電極３が形成される。これらの電極３，４の形成は、たとえば、抵抗加熱または電子線ビームによる金属蒸着装置によって行うことができる。
次の工程は、個別素子への分割である。すなわち、ウエハ３５をリッジストライプ２０に平行な方向およびこれに垂直な方向に劈開して、半導体レーザダイオードを構成する個々の素子が切り出される。リッジストライプに平行な方向に関する劈開はａ面に沿って行われる。また、リッジストライプ２０に垂直な方向に関する劈開はｃ面に沿って行われる。こうして、＋ｃ面からなる共振器端面２１と、−ｃ面からなる共振器端面２２とが形成される。
【００６２】
次に、共振器端面２１，２２に、それぞれ前述の絶縁膜２３，２４が形成される。この絶縁膜２３，２４の形成は、たとえば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）成膜法によって行うことができる。
以上のように、この実施形態によれば、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°の範囲の負の値を有するｍ面を主面としたＧａＮ単結晶基板１を用い、このＧａＮ単結晶基板１の主面上にIII族窒化物半導体積層構造２を結晶成長させるようにしている。これにより、発光層１０の形成時に、比較的高温の条件でＩｎ組成の高いＩｎＧａＮ層を形成することができる。したがって、発光層１０は、熱ダメージに対して良好な耐久性を有する。そのため、発光層１０を形成した後のｐ型半導体層１２の形成時における特性劣化を抑制することができる。これにより、発光効率の高い窒化物半導体発光素子を得ることができる。とくに、発光層１０のＩｎ組成を高くして長波長（４５０ｎｍ以上）化を図る場合に、すぐれた発光効率を実現することができる。
【００６３】
図９は、この発明の第２の実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を示す斜視図であり、図１０は、図９の切断線X−Xに沿う縦断面図である。これらの図９および図１０において、前述の図１〜図３に示された各部に相当する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態の半導体レーザダイオード８０では、リッジストライプ２０がａ軸方向に平行に形成されており、したがって、共振器端面２１，２２は、いずれもａ面となっている。これらの共振器端面２１，２２も、劈開によって形成された劈開面である。
【００６４】
III族窒化物半導体積層構造２をエピタキシャル成長する際に生じる積層欠陥は、ｃ面に平行に発生する。そのため、前述の第１の実施形態の構成では、積層欠陥と導波路とが交差することになる。これに対して、この実施形態では、ストライプ方向をａ軸に平行にしてあり、したがって、導波路はａ軸と平行になっている。そして、ａ軸はｃ面と平行であるので、ｃ面と平行に発生する積層欠陥が導波路と交差することがなくなる。これによって、積層欠陥による光導波の妨害やリーク電流の増加を回避することができる。
【００６５】
図１１は、この発明の第３の実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図である。この図１１において、前述の図１に示された各部に相当する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態の半導体レーザダイオード９０では、III族窒化物半導体積層構造２は、基板１とｎ型ＧａＮコンタクト層１３との間に、２軸性応力を含むＩｎを含む層、すなわちｎ型ＩｎＧａＮ層２６（たとえば、０．１μｍ厚。ｎ型不純物濃度は１×１０１８cm−３）が介在されている。このｎ型ＩｎＧａＮ層２６を設けることにより、その２軸性応力によって、III族窒化物半導体積層構造２にｃ面と平行なクラックが生じることを抑制することができる。
【００６６】
基板１をｍ面を主面とするＧａＮ単結晶基板１とし、この上にIII族窒化物半導体積層構造２を成長させると、その成長主面はｍ面となり、むろん、ｎ型ＩｎＧａＮ層２６もｍ面を成長主面として成長する。これにより、ｎ型ＩｎＧａＮ層２６は、２軸性応力を有することになる。
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。
【００６７】
たとえば、前述の実施形態では、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°の範囲のｍ面を主面とするIII族窒化物半導体積層構造２を用いる例について説明したが、他の非極性面であるａ面を主面とするIII族窒化物半導体でIII族窒化物半導体積層構造２を形成してもよい。この場合、III族窒化物半導体積層構造２は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°の範囲の負の値を有するａ面を主面とするIII族窒化物半導体で構成すればよい。このような、III族窒化物半導体積層構造２は、ｃ軸方向へのオフ角θが−１°＜θ＜０°の範囲の負の値を有するａ面を主面とするＧａＮ半導体単結晶基板上に形成することができる。
【００６８】
また、III族窒化物半導体積層構造２を構成する各層の層厚や不純物濃度等は一例であり、適宜適切な値を選択して用いることができる。また、クラッド層１４，１８は、ＡｌＧａＮの単層である必要はなく、ＡｌＧａＮ感層とＧａＮ層とで構成された超格子によりクラッド層を構成することもできる。
また、III族窒化物半導体積層構造２を形成した後にレーザリフトオフなどで基板１を除去し、基板１のない半導体レーザダイオードとすることもできる。
【００６９】
さらにまた、前述の実施形態では、半導体レーザダイオードを例にとって説明したが、むろん、この発明は、発光ダイオードのような他の構造の半導体発光素子にも適用することができ、その発光効率を向上することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿う縦断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う横断面図である。
【図４】共振器端面に形成された絶縁膜（反射膜）の構成を説明するための図解図である。
【図５】III族窒化物半導体の結晶構造のユニットセルを表した図解図である。
【図６】ＧａＮ単結晶基板のｃ軸方向へのオフ角を説明するための図である。
【図７】ＧａＮ単結晶基板上でのIII族窒化物半導体の結晶成長の様子を示す図解図である。
【図８】III族窒化物半導体積層構造を構成する各層を成長させるための処理装置の構成を説明するための図解図である。
【図９】この発明の第２の実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を示す斜視図である。
【図１０】図９の切断線X−Xに沿う縦断面図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      基板（ＧａＮ単結晶基板）
１Ａ    主面の法線方向
２      III族窒化物半導体積層構造
３      ｎ側電極
４      ｐ側電極
６      絶縁層
１０    発光層
１１    ｎ型半導体層
１２    ｐ型半導体層
１３    ｎ型ＧａＮコンタクト層
１４    ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１５    ｎ型ＧａＮガイド層
１６    ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１７    ｐ型ＧａＮガイド層
１８    ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１９    ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０    リッジストライプ
２１    端面
２２    端面
２３    絶縁膜
２４    絶縁膜
２６    ｎ型ＩｎＧａＮ層
３０    処理室
３１    ヒータ
３２    サセプタ
３３    回転軸
３４    回転駆動機構
３５    基板
３６    排気配管
４０    原料ガス導入路
４１    窒素原料配管
４２    ガリウム原料配管
４３    アルミニウム原料配管
４４    インジウム原料配管
４５    マグネシウム原料配管
４６    シリコン原料配管
５１    窒素原料バルブ
５２    ガリウム原料バルブ
５３    アルミニウム原料バルブ
５４    インジウム原料バルブ
５５    マグネシウム原料バルブ
５６    シリコン原料バルブ
７０    半導体レーザダイオード
８０    半導体レーザダイオード
９０    半導体レーザダイオード
１００  ステップ（窒素面）
【図１】
2008306062.tif 000003
【図２】
2008306062.tif 000004
【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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