(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性面基板と半極性面基板とのうち、いずれか１つの基板と、
前記基板上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦ｘ≦１）障壁層とＡｌXＧａ1-XＮ（０≦ｘ≦１）井戸層からなる量子井戸構造を有するＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層と、
前記ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層とを備え、
ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示し、前記結晶成長面で結晶成長した前記活性層内に形成されるレーザ共振器の端面がａ面で形成され、前記ｃ軸が前記活性層の量子井戸面内にあり、前記活性層の前記井戸数を３以下とすることを特徴とする紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記結晶成長の主面には、前記非極性面基板を選択した場合、非極性面が含まれ、前記半極性面基板を選択した場合、半極性面が含まれ、前記半極性面の選択範囲は、前記ｃ軸とのなす角が４０°〜９０°の範囲で連続的に任意に変化させられることを特徴とする請求項１に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記非極性面には、前記非極性面基板としてｍ面基板を選択した場合、ｍ面が含まれ、前記非極性面基板としてａ面基板を選択した場合、ａ面が含まれることを特徴とする請求項２に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記半極性面基板を選択した場合、前記半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれることを特徴とする請求項２に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いることを特徴とする請求項１に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記ａ面は、へき開面であることを特徴とする請求項５に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、前記ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、前記ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率と前記ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
ｍ面基板と、
前記ｍ面基板上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＩｎＮ層と、
前記ＡｌＩｎＮ層上に配置されたＡｌ1-XＩｎXＮ障壁層とＡｌ1-XＩｎXＮ井戸層からなる量子井戸構造を有するＡｌ1-XＩｎXＮ/Ａｌ1-XＩｎXＮ活性層と、
前記Ａｌ1-XＩｎXＮ/Ａｌ1-XＩｎXＮ活性層上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＩｎＮ層とを備え、
ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示し、前記結晶成長面で結晶成長した前記活性層内に形成されるレーザ共振器の端面がａ面で形成され、前記ｃ軸が前記活性層の量子井戸面内にあり、前記活性層の前記井戸数を３以下とすることを特徴とする紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＩｎＮモル分率が５％以下であることを特徴とする請求項８に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
ｍ面基板を準備する工程と、
ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、前記ｍ面基板上にｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層を形成する工程と、
前記ＡｌＧａＮ層上にＡｌXＧａ1-XＮ障壁層とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層からなる量子井戸構造を有し前記活性層の前記井戸数を３以下とするようにＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層を形成する工程と、
前記ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層上にｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層を形成する工程と、
ａ面に沿ってレーザ共振器の反射面を形成する工程と
を有することを特徴とする紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ａ面に沿ってレーザ共振器の反射面を形成する工程は、へき開を有することを特徴とする請求項１０に記載の紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ｎ型不純物はＳｉであり、前記ｐ型不純物はＭｇであることを特徴とする請求項１０に記載の紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ｃ軸が前記活性層の量子井戸面内に存在することを特徴とする請求項１または８に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項１４】
前記ｃ軸が前記活性層の量子井戸面内に存在することを特徴とする請求項１０に記載の紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記活性層の前記井戸数を２以下とすることを特徴とする請求項１または８に記載の紫外線窒化物半導体発光素子。
【請求項１６】
前記活性層の前記井戸数を２以下とすることを特徴とする請求項１０に記載の紫外線窒化物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】
本発明は、紫外線窒化物半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、深紫外線波長のレーザ光を発生する低しきい値電流密度の紫外線窒化物半導体発光素子および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長３００ｎｍ以下の短波長光は、照明、殺菌・浄水、医療分野、生化学産業など幅広い分野で必須の光源として用いられている。特に、深紫外線レーザは波長の短いコヒーレント光源であることから、半導体製造工程において、リソグラフィー用の光源として用いられている。通常はエキシマランプ乃至はレーザがリソグラフィー光源として用いられるが、リソグラフィー装置には多数の光学部品が用いられるため、装置全体としては大型化してしまう。
【０００３】
また、ネオジム（Ｎｄ）ドープＹＡＧレーザから発振させた波長１０６４ｎｍの赤外線光を、非線形光学結晶を通して第４高調波（２６６ｎｍ）を発生させ、深紫外線レーザ光を得る手法も用いられるが、変換効率が０．１％以下と低く、低消費電力化は不可能である。これを深紫外線半導体レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）に置き換えることができれば、装置の小型化が図れる。 また、市販の青色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）において実現された５０％程度の発光効率を得ることが出来れば、低消費電力化が可能となる。
【０００４】
現在までのところ、波長３００ｎｍ以下の短波長光が得られる材料としては、ｃ面サファイア基板上にエピタキシャル成長させた、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）モル分率ｘが０．３以上の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌXＧａ1-XＮ）混晶や、その量子井戸（ＱＷ：Quantum Well）が専ら用いられている。例えば、波長２５０ｎｍに迫るＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）発光ダイオード（ＬＥＤ）が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、サファイア基板上のＡｌＧａＮエピタキシャル成長層には、市販の青色ＬＥＤに含まれる貫通転位（密度：１０8ｃｍ-2程度）に比べ、２〜３桁程度高い密度の貫通転位が含まれる。その上、窒化物半導体結晶がｃ軸に沿った反転対称性を持たないこと、III族原子と窒素原子のサイズが異なることにより生じる「自発分極」と、更に井戸層と障壁層の格子定数の差により生じる「圧電分極」によって、ｃ面内にシート状に発生するヘテロ界面電荷のため、井戸内には１ＭＶ/ｃｍを越える強い内部電場が発生してしまう。このため、発光効率は０．１％に満たない。
【０００６】
また、同波長領域のＬＤの開発に関しては、光励起による誘導放出に関する報告はあるものの、転位・欠陥密度の低減、ｐ型層の最適化、光の導波方向の選定など多くの課題が残り実用化の目処は立っていない（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００７】
特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）とＡｌＮは価電子帯におけるバンドオーダリング（ある対称性を持つバンドのエネルギーの並び順）が異なるため、ＡｌＮモル分率ｘの増加に従いＡｌXＧａ1-XＮ混晶の偏光方向は、光の電界成分Ｅがｃ軸に対して垂直な方向から平行な方向へと変化する。このため、ＡｌXＧａ1-XＮ系のＬＤでは、光を効率良く導波させるために、市販の窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系のＬＤとは異なる構造が必要となる。
【０００８】
これまでに、内部電界を低減させる技術として非極性面（ａ面、ｍ面）または半極性面成長を行ったＩｎＧａＮ/ＧａＮ  ＭＱＷがＬＥＤやＬＤの活性層へ利用され、市販の青紫色ＬＥＤの外部量子効率（約５０％）に迫る効率（３８．９％）を示すｍ面ＬＥＤが報告されている（例えば、非特許文献３参照。）。また、室温で連続発振する波長４００ｎｍの青紫色ｍ面ＬＤも報告されている（例えば、非特許文献４参照。）。
【０００９】
従来の紫外線（波長約３００ｎｍ以下）発光ＬＤは、ＧａＮ結晶（六方晶系）のｃ軸（極性面）面上またはｃ軸からやや傾斜させた結晶成長面で構成されている（例えば、特許文献１参照。）。このため、歪みにより発生する圧電分極に起因する内部電界効果を十分に低減できなかった。また、紫外線の偏光特性も電界ベクトルＥとｃ軸が垂直のもので、発光効率が低いという問題があった。
【００１０】
また、ｃ軸配向した基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、発光層およびｐ型窒化物半導体層を積層して成るＬＥＤにおいて、ＭＱＷ構造のＡｌＧａＮ混晶で、Ａｌモル分率を３０％以下乃至６０％以上のものも既に開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
しかしながら、ＭＱＷ構造のＡｌＧａＮ混晶で、Ａｌモル分率を３０％〜６０％の範囲のものはいまだ開示されていない。
【００１２】
また、特許文献１に開示されているように、ｃ軸またはｃ軸近傍で傾斜させた例は存在するが、ｃ軸から、例えば、４０°〜９０°と大幅に活性層の軸方位を傾斜させた紫外領域の技術は、未だ開示されていない。
【特許文献１】特開２００７−２０１０１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５４０５号公報
【非特許文献１】エム・アシフカーン、エム・シャタロフ、エイチ・ピー・マルスカ、およびイー・クオクティス（M. Asif Khan, M. Shatalov, H. P. Maruska, H. M. Wang, and E. Kuokstis）著、“ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Jpn. J. Appl. Phys.）”、第４４巻、第７１９１ページ（２００５年）
【非特許文献２】例えば、ティー・タカノ、ワイ・ナリタ、エイ・ホリウチ、およびエイチ・カワニシ（For example see, T. Takano, Y. Narita, A. Horiuchi, and H. Kawanishi）著、“アプライド・フィジックス・レターズ（Appl. Phys. Lett.）”、第８４巻、第３５６７ページ（２００４年）
【非特許文献３】エム・シー・シュミット、ケイ・シー・キム、エイチ・サトー、エヌ・フェローズ、エイチ・マスイ、エス・ナカムラ、エス・ピー・デンバース、およびジェイ・エス・スペック（M. C. Schmidt, K.-C. Kim, H. Sato, N. Fellows, H. Masui, S. Nakamura, S. P. DenBaars, and J. S. Speck）著、“ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Jpn. J. Appl. Phys.）”、第４６巻、第１２６ページ（２００７年）
【非特許文献４】ケイ・オカモト、エイチ・オオタ、エス・エフ・チチブ、ジェイ・イチハラ、およびエイチ・タカス（K. Okamoto, H. Ohta, S. F. Chichibu, J. Ichihara, and H. Takasu）著、“ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Jpn. J. Appl. Phys.）”、第４６巻、第１８７ページ（２００７年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
歪みｍ面ＩｎＧａＮ/ＧａＮ  ＭＱＷからの発光は、その電界成分Ｅが主にａ軸に平行な偏光方向を示すため、共振器ミラー面をｃ面に沿って形成せねばならない。ｃ面はａ面にくらべてへき開性が良好ではなく、歩留まり低下の要因となっている。
【００１４】
本発明の目的は、深紫外線レーザの大型化、低効率といった課題を解決すべく、しきい値電流密度の低い紫外線窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【００１５】
本発明の目的は、六方晶系の非極性面（ａ面、ｍ面）または半極性面で結晶成長させたＡｌＧａＮ混晶と、活性層に用いたＡｌＧａＮ結晶のＡｌとＧａのモル分率を最適化させた量子井戸構造により、発光効率を向上させ、低しきい値電流密度化を実現し、深紫外線波長のレーザ光を発生する紫外線窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、非極性面基板と半極性面基板とのうち、いずれか１つの基板と、前記基板上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層と、前記ＡｌＧａＮ層上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦ｘ≦１）障壁層とＡｌXＧａ1-XＮ（０≦ｘ≦１）井戸層からなる量子井戸構造を有するＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層と、前記ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示し、前記結晶成長面で結晶成長した前記活性層内に形成されるレーザ共振器の端面がａ面で形成され、前記活性層の前記井戸数を３以下とする紫外線窒化物半導体発光素子が提供される。
【００１７】
前記結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【００１８】
前記非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【００１９】
前記半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【００２０】
結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面をレーザ共振器の反射鏡として用いる。
【００２１】
前記ａ面は、へき開面である。
【００２２】
前記活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、前記ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、前記ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率と前記ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【００２３】
本発明の他の態様によれば、ｍ面基板と、前記ｍ面基板上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＩｎＮ層と、前記ＡｌＩｎＮ層上に配置されたＡｌ1-XＩｎXＮ障壁層とＡｌ1-XＩｎXＮ井戸層からなる量子井戸構造を有するＡｌ1-XＩｎXＮ/Ａｌ1-XＩｎXＮ活性層と、前記Ａｌ1-XＩｎXＮ/Ａｌ1-XＩｎXＮ活性層上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＩｎＮ層とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示し、前記結晶成長面で結晶成長した前記活性層内に形成されるレーザ共振器の端面がａ面で形成され、前記活性層の前記井戸数を３以下とする紫外線窒化物半導体発光素子が提供される。
【００２４】
前記活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＩｎＮモル分率が５％以下である。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、ｍ面基板を準備する工程と、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、前記ｍ面基板上にｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層を形成する工程と、前記ＡｌＧａＮ層上にＡｌXＧａ1-XＮ障壁層とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層からなる量子井戸構造を有し前記活性層の前記井戸数を３以下とするようにＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層を形成する工程と、前記ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層上にｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層を形成する工程と、ａ面に沿ってレーザ共振器の反射面を形成する工程とを有する紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法が提供される。
【００２６】
前記ａ面に沿ってレーザ共振器の反射面を形成する工程は、へき開を有する。
【００２７】
前記ｎ型不純物はＳｉであり、前記ｐ型不純物はＭｇである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、六方晶系の非極性面（ａ面、ｍ面）または半極性面で結晶成長させたＡｌＧａＮ混晶と、活性層に用いたＡｌＧａＮ結晶のＡｌとＧａのモル分率を最適化させた量子井戸構造により、発光効率を向上させ、低しきい値電流密度で深紫外線波長のレーザ光を発生する、紫外線窒化物半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００３０】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００３１】
[第１の実施の形態] 
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子に適用するＧａＮ層およびＡｌＮ層のバンドダイヤグラムの比較であって、図１（ａ）は、ＧａＮのΓ点におけるバンドダイヤグラム、図１（ｂ）は、ＡｌＮのΓ点におけるバンドダイヤグラムを示す。
【００３２】
III族窒化物半導体は、安定相として六方晶系のウルツ鉱型構造をとる。このため、価電子帯は、スピン−軌道分裂（Δso）に加え、結晶場分裂（Δcr）を生じる。その結果、無歪ＧａＮの価電子帯は、図１（ａ）に示すように、高エネルギー側から順にΓ9V、Γu7V、Γl7Vの対称性を持つこととなる。
【００３３】
各々のバンドから伝導帯（Γ7C）への遷移は、順にＡ遷移、Ｂ遷移、Ｃ遷移と呼ばれ、Ａ、Ｂ遷移は光の電界ベクトルＥと結晶の光学軸であるｃ軸が垂直（Ｅ⊥ｃ）の時に、Ｃ遷移はＥとｃ軸が平行（Ｅ//ｃ）の時に、主に許容される。
【００３４】
これに対し、無歪ＡｌＮでは、結晶場分裂Δcrが負のため、図１（ｂ）に示すように、バンドオーダリングは高エネルギー側から順にΓu7V、Γ9V、Γl7Vとなる。この場合、Ａ遷移は電界ベクトルＥとｃ軸が平行（Ｅ//ｃ）、Ｂ、Ｃ遷移は電界ベクトルＥとｃ軸が垂直（Ｅ⊥ｃ）の時に主に許容となる。
【００３５】
これまでに、ＧａＮのバンド端近傍の光学的特性に関する報告は数多くされており、例えば、励起子遷移エネルギーの歪依存性や、ΔsoやΔcrなどのバンドパラメータの実験値も報告されている（S. Chichibu, A. Shikanai, T. Azuhata, T. Sota, A. Kuramata, K. Horino, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 68, 3766 (1996)、および A. Shikanai, T. Azuhata, T. Sota, S. Chichibu, A. Kuramata, K. Horino, and S. Nakamura, J. Appl. Phys. 81, 417 (1996)）。その一方で、ＡｌＮに対しては同様な報告はこれまでになされていない。
【００３６】
本発明者らは、ｃ面サファイア基板上に成長したＡｌＮにおける励起子遷移エネルギーの歪依存性を実験データとして集め、それらの理論フィッティングからＡｌＮのバンドパラメータを初めて定量化した。それを基にして、ＧａＮとＡｌＮのデータの線形補間をすることによってＡｌXＧａ1-XＮ混晶のバンドパラメータを導き出し、価電子帯のバンドオーダリングのＡｌＮモル分率ｘの依存性を得た。
【００３７】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子に適用するＡｌXＧａ1-XＮ混晶の特性であって、図２（ａ）は、無歪みＡｌXＧａ1-XＮ混晶の価電子帯頂上のバンドオーダリングのＡｌＮモル分率ｘ依存性、図２（ｂ）は、無歪みＧａＮ基板上で面内に伸張歪みを受けたＡｌXＧａ1-XＮ混晶のｃ軸方向の歪みεzz(％)のＡｌＮモル分率ｘ依存性を示す。
【００３８】
図２において、Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3は価電子帯頂上から伝導帯への遷移エネルギーを表している。ＧａＮの場合、Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3はＡ、Ｂ、Ｃ遷移エネルギーに相当する。また、δaは、ＡｌＧａＮ混晶の面内格子定数ａの非線形項の係数を表す。
【００３９】
図２に示すように、無歪みのＡｌXＧａ1-XＮ混晶では、ＡｌＮモル分率ｘ＝０．０９５、ＧａＮ上に成長した面内に伸張歪みを受けたＡｌXＧａ1-XＮ混晶では、ｘ＝０．０３２〜０．０４８を越えると、バンドオーダリングはΓ9V、Γu7V、Γl7VからΓu7V、Γ9V、Γl7Vへと入れ替わる。
【００４０】
図２（ａ）より明らかなように、基準線であるＥ1(Γ9)線とＥ2(Γ7)−Ｅ1(Γ9)線の交点（ｘ＝０．０９５）において、Γ9VとΓu7Vが入れ替わる。
【００４１】
また、図２（ｂ）において、δa＝０（Å）の線は、混晶の面内格子定数ａへ非線形効果を考慮しない場合の結果を表す。また、δa＝−０．０４（Å）の線は非線形効果を考慮した場合の結果を表す（B. T. Liou, S. H. Yen, and Y. K. Kuo, Appl. Phys. A 81, 1459 (2005)）。
【００４２】
これらに対し、Ｅ2(Γ7)＝Ｅ1(Γ9)線は、価電子帯頂上のバンドオーダリングが入れ替わる境界を表す。Ｅ2(Γ7)＝Ｅ1(Γ9)線の上部はΓ9V、Γu7V、Γl7V、下部はΓu7V、Γ9V、Γl7Vとなる。それぞれ、ｘ＝０．０３２、ｘ＝０．０４８で、Γ9VとΓu7Vが入れ替わる。
【００４３】
そのため、ＡｌＮモル分率ｘが０．１以上のＡｌXＧａ1-XＮ混晶及びその量子井戸をＬＤの活性層に用いた場合、その発光は、電界ベクトルＥとｃ軸が平行（Ｅ//ｃ）の偏光特性を示す。
【００４４】
（基本素子構造）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子に適用する非極性面および半極性面について説明するための模式図である。
【００４５】
図３（ａ）は、III族窒化物半導体の結晶構造を示す模式図、図３（ｂ）は、非極性面であるｍ面｛１−１００｝およびａ面｛１１−２０｝を説明するための模式図、図３（ｃ）は、半極性面｛１０−１１｝を説明するための模式図、図３（ｄ）は、半極性面｛１０−１２｝を説明するための模式図、図３（ｅ）は、半極性面｛１１−２２｝を説明するための模式図をそれぞれ示す。
【００４６】
図３（ｂ）から明らかなように、ｍ面に垂直なｍ軸方向＜１０−１０＞は、ｃ軸方向＜０００１＞に対して角度θ＝９０°をなす。また、ａ面｛１１−２０｝とｃ軸は平行であり、ａ面｛１１−２０｝に垂直なａ軸方向＜１１−２０＞は、ｃ軸方向＜０００１＞に対して９０°をなす。
【００４７】
図３（ｃ）から明らかなように、半極性面｛１０−１１｝に垂直な＜１０−１１＞方向は、ｃ軸方向＜０００１＞に対して角度θ＝６２°をなす。
【００４８】
図３（ｄ）から明らかなように、半極性面｛１０−１２｝に垂直な＜１０−１２＞方向は、ｃ軸方向＜０００１＞に対して角度θ＝４３°をなす。
【００４９】
図３（ｅ）から明らかなように、半極性面｛１０−２２｝に垂直な＜１０−２２＞方向は、ｃ軸方向＜０００１＞に対して角度θ＝５８°をなす。
【００５０】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的鳥瞰図であって、同時にｍ面ＧａＮ基板１０上へＭＱＷ構成のＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６を形成したＬＤの概念図を示す。
【００５１】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図４に示すように、ｍ面基板１０と、ｍ面基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層（１２，１４）と、ＡｌＧａＮ層（１２，１４）上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層からなる量子井戸構造を有するＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層（１８，２０）とを備え、図３（ｂ）乃至図３（ｅ）に示すように、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【００５２】
ここで、図３（ｄ）の例では、半極性面｛１０−１２｝に垂直な＜１０−１２＞方向は、ｃ軸方向＜０００１＞に対して角度θ＝４３°をなすが、実際に結晶成長面を構成する場合には、プラス/マイナス約３°程度のオフ角面を適用して所望の結晶成長速度と表面モフォロジーを確保している。
【００５３】
従って、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面としている。
【００５４】
また、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、図３（ｂ）乃至図３（ｅ）に示すように、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれることを特徴とする。
【００５５】
また、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、図３（ｂ）に示すように、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれることを特徴とする。
【００５６】
また、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、図３（ｃ）乃至図３（ｅ）に示すように、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれることを特徴とする。
【００５７】
また、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いることを特徴とする。
【００５８】
すなわち、図３（ｂ）乃至図３（ｅ）に示すように、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面のいずれの面を選択した場合においても、図４に示すストライプ構造からなるレーザ共振器の端面は、ａ面となる。
【００５９】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ｍ面基板１０を使用し、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面として用いた場合、いずれの面を結晶成長の主面として選択した場合においても、図４に示すストライプ構造からなるレーザ共振器の端面は、ａ面となる。
【００６０】
また、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【００６１】
また、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上であることを特徴とする。
【００６２】
（詳細素子構造）
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図４に示すように、ｍ面ＧａＮ基板１０と、ｍ面ＧａＮ基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層１２と、ＡｌＧａＮクラッド層１２上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４と、ＡｌＧａＮ導波層１４上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８と、ＡｌＧａＮ導波層１８上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層２０と、ＡｌＧａＮクラッド層２０に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置されＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、ｐ側電極２６と対向してｍ面ＧａＮ基板１０上に配置され，ｍ面ＧａＮ基板１０とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【００６３】
結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【００６４】
非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【００６５】
半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【００６６】
結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【００６７】
ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【００６８】
活性層１６は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【００６９】
図４においては、ＡｌＧａＮコンタクト層２２およびＡｌＧａＮクラッド層２０の一部分をストライプ形状に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などのエッチング技術を用いて除去し、リッジストライプ構造を形成している。すなわち、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０の一部およびｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２２には、横モード制御のため、ドライエッチングにより、ａ軸に沿ってリッジ構造が形成される。このようなリッジストライプ構造を有するＡｌＧａＮコンタクト層２２上には、ｐ側電極２６が配置されて、分離閉じ込め型の構造となっている。
【００７０】
ｐ側電極２６は、ａ軸に沿うストライプ状の領域に形成され、ストライプ方向に沿って共振器が形成されており、端面はａ面になっている。
【００７１】
ＧａＮのａ面は良好なへき開性を示すため、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体レーザダイオードにおいては、端面における反射ロスを低減し、しきい値電流密度を低減させることができる。
【００７２】
図４に示すＬＤは、ｎ型導電性を示す自立ｍ面ＧａＮを基板として用い、裏面にｎ側電極を形成している。ｍ面ＳｉＣやｒ面サファイアなどの絶縁性基板を用いた場合は、ｍ面基板１０とｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２の間にｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層を挿入し、メサ構造を作製した後に、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層上にｎ側電極２４を形成しても良い。
【００７３】
また、ＧａＮｍ面基板１０での紫外線光の吸収を回避するため、自立ＡｌＮやＡｌＧａＮ基板を用いてもよい。自立ｍ面ＧａＮ基板のオフ角は、例えば、約プラス/マイナス１°以内とする。
【００７４】
ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２２は、ｐ側電極２６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。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、例えば、約３×１０19 cm-3程度）することによってｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２２を形成することができる。
【００７５】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０は、ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６からの光を閉じ込めるための層である。
【００７６】
厚さは、例えば、約１μｍ程度とし、ｎ型ドーパントとしてはＳｉ（ドーピング濃度は、例えば、約１×１０18 ｃｍ-3）、ｐ型ドーパントとしてはＭｇ（ドーピング濃度は、例えば、約１×１０19 ｃｍ-3）をドープすることによって、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０を形成することができる。
【００７７】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０は、ＡｌＧａＮ導波層１４よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることにより、良好な光閉じ込めを行うことができる。
【００７８】
ｎ型ＡｌＧａＮ導波層１４およびｐ型ＡｌＧａＮ導波層１８は、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるための層である。ｎ型ＡｌＧａＮ導波層１４およびｐ型ＡｌＧａＮ導波層１８の厚さは、例えば、約０．１μｍ程度とし、ｎ型ドーパントとしてはＳｉ（ドーピング濃度は、例えば、約１×１０18 ｃｍ-3程度）、ｐ型ドーパントとしてはＭｇ（ドーピング濃度は、例えば、約５×１０18 ｃｍ-3程度）をドープすることによって、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０を形成することができる。
【００７９】
ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６は、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層（例えば３ｎｍ厚）とＡｌXＧａ1-XＮ障壁層（例えば、９ｎｍ厚） を複数周期積層して構成される。活性層体積を減らし、しきい値電流密度低減を図るため井戸数は３以下とする。
【００８０】
ｐ側電極２６と、ｐ側電極２６と対向してｍ面ＧａＮ基板１０上に配置されるｎ側電極２４との間に順方向バイアス電圧を印加し、順方向電流を導通することで、ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６に電流が注入されて、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６内にレーザ共振器が形成される。レーザ共振器の端面は、へき開で形成されたａ面で構成され、レーザ共振器の長手方向はリッジストライプ形状に沿って形成される。このように、ｐ側電極２６と、ｐ側電極２６と対向してｍ面ＧａＮ基板１０上に配置されるｎ側電極２４との間のＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６内に形成されるレーザ共振器がゲイン構造を構成している。
【００８１】
ＡｌＧａＮクラッド層１２およびＡｌＧａＮクラッド層２０は、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６へのキャリアの閉じ込め効果を備える。
【００８２】
また、ＡｌＧａＮ導波層１４およびＡｌＧａＮ導波層１８は、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光の閉じ込め効果を備える。
【００８３】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子から出射されるレーザ光は、図４中の実線で示すように、電界ベクトル成分Ｅがｃ軸[０００１]に平行なＥ//ｃの偏光特性を有するＴＥモードの偏波特性を示す。通常、へき開共振器ＬＤでは、ＴＥモードを導波させるため、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、効率的な導波性能を示し、しきい値電流密度を低下させることができる。この結果、発光効率を向上させ、低しきい値電流密度で深紫外線波長のレーザ光を発生することができる。
【００８４】
（比較例）
図５は、本発明の比較例に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的鳥瞰図であって、ｃ面ＧａＮ基板１００上へＭＱＷ構成のＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６０を形成したＬＤの概念図を示す。図５は、波長４０５ｎｍの青紫色ＬＤの構造に対応している。
【００８５】
本発明の比較例に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図５に示すように、ｃ面ＧａＮ基板１００と、ｃ面ＧａＮ基板１００上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層１２０と、ＡｌＧａＮクラッド層１２０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４０と、ＡｌＧａＮ導波層１４０上に配置され，ＭＱＷ構成のＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６０と、ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６０上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８０と、ＡｌＧａＮ導波層１８０上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層２００と、ＡｌＧａＮクラッド層２００に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２０と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２０上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２０とオーミック接触するｐ側電極２６０と、ｐ側電極２６０と対向してｃ面ＧａＮ基板１００上配置され，ｃ面ＧａＮ基板１００とオーミック接触するｎ側電極２４０とを備える。
【００８６】
図５においても、リッジストライプ構造を形成している。
【００８７】
ｐ側電極２６０と、ｐ側電極２６０と対向してｃ面ＧａＮ基板１００上に配置されるｎ側電極２４０との間に順方向バイアス電圧を印加し、順方向電流を導通することで、ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６０に電流が注入されて、ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６０内にレーザ共振器が形成される。レーザ共振器の端面は、ｍ面で構成され、レーザ共振器の長手方向はリッジストライプ形状に沿ってｍ軸方向に形成される。このように、ｐ側電極２６０と、ｐ側電極２６０と対向してｍ面ＧａＮ基板１００上に配置されるｎ側電極２４０との間のＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６０内に形成されるレーザ共振器がゲイン構造を構成している。
【００８８】
本発明の比較例に係る紫外線窒化物半導体発光素子から出射されるレーザ光は、図５中の点線で示すように、電界ベクトル成分Ｅがｃ軸に平行なＥ//ｃの偏光特性を有する発光は、ＴＭモードの偏波特性を備える。通常、へき開共振器ＬＤでは、ＴＥモードを導波させるため、それが許容されるバンドまでキャリアを満たさないと発振に至らないので、本発明の比較例に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、しきい値電流密度の増加は避けられない。
【００８９】
（共振器ミラー面と導波モード）
図６（ａ）は、ｃ面を共振器ミラー面２８ａ，２８ｂとして用いた場合の導波モードを表す図であり、図６（ｂ）は、ａ面を共振器ミラー面３０ａ，３０ｂとして用いた場合の導波モードを表す図である。図６（ａ）の例では、図６（ａ）中の実線で示されるように、電界ベクトル成分Ｅがｃ軸に垂直なＥ⊥ｃの偏光特性を有する光がＴＥモードの導波特性を示す。これに対して、図６（ｂ）の例では、図６（ｂ）中の実線で示されるように、電界ベクトル成分Ｅがｃ軸に平行なＥ//ｃの偏光特性を有する光がＴＥモードの導波特性を示す。
【００９０】
図６(ｂ)に示すように、共振器ミラー面２８ａ，２８ｂをａ面で形成すると、Ｅ//ｃの偏光特性をもつ光は導波路に対してＴＥモードの偏波特性を示すため、効率的な光導波が可能となる。同様に、共振器ミラー面２８ａ，２８ｂをｍ面で形成すると、Ｅ//ｃの偏光特性をもつ光は導波路に対してＴＥモードの偏波特性を示すため、効率的な光導波が可能となる。
【００９１】
そこで、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子では、非極性面（ａ面、ｍ面）または半極性面成長を行ったＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ ＭＱＷを活性層として採用する。これにより、図６(ｂ)に示すように、共振器ミラー面３０ａ，３０ｂをａ面あるいはｍ面で形成すると、Ｅ//ｃの偏光特性をもつ光は導波路に対してＴＥモードの偏波特性を示すため、効率的な光導波が可能となる。
【００９２】
これに加えて、図４および図６（ｂ）に示すように、分極の生じる方向であるｃ軸が量子井戸面内にあるため、量子井戸の上下の界面に固定電荷が発生せず、内部電界効果を低減することができる。
【００９３】
さらに、ＧａＮはａ面でへき開され易いため、ｍ面成長を行ってａ面を反射鏡として共振器を設ける方が歩留まり向上の観点から有利である。
【００９４】
以上の三つの理由によって、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、しきい値電流密度の低減化を図ることができる。
【００９５】
図４では、ｍ面成長させるために自立ｍ面ＧａＮを基板として用いているが、ｍ面ＳｉＣや、(１００)面ＬｉＡｌＯ2などを異種基板として用いてもよい。また、ａ面成長させるためにｒ面サファイアなどを基板として用いてもよい。
【００９６】
半極性面とは、図３（ｃ）乃至図３（ｅ）に示すように、ｃ面と非極性面（ａ面、ｍ面）の間の傾斜した面を意味する。この面を利用する場合は、Ｅ//ｃの偏光特性をもつ光が優先的にＴＥモードの偏波特性をもつように、ｃ軸が、量子井戸面の法線方向に対してｍ軸（またはａ軸）方向に例えば、約４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を選択する。例えば、{１０−１１}面、｛１０−１２｝面、｛１１−２２｝面などである。
【００９７】
（ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率）
図１８（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子におけるレーザ光の発振波長とＡｌＮモル分率ｘとの関係を示す。また、図１８（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子におけるバンドギャップエネルギーとＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率ｘとの関係を示す。ここで、バンドギャップエネルギーＥg(ｘ)は、次式で表すことができる（T. Onuma, S. F. Chichibu et al., JAP 95, 2495(2004)）。
【００９８】
Ｅｇ（ｘ）＝６．０４ｘ＋３．４１２（１−ｘ）−０．８２ｘ（１−ｘ）      （１）
波長３００ｎｍで発光させる場合は、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率ｘを０．３、波長２８５ｎｍで発光させる場合はＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率ｘを０．４、波長２７０ｎｍで発光させる場合はＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率ｘを０．５とする。
【００９９】
（ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率）
これらに対し、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率ｘは、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層への過大な圧縮歪みを回避するべく、以下の手順で設計する。
【０１００】
図７は、無歪みＡｌXＧａ1-XＮ障壁層の上に積層したＡｌXＧａ1-XＮ井戸層に発生するｃ軸方向の歪みεzz(％)の、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率ｘ依存性を示す。
【０１０１】
結果は、図２で得られた結果を基に導き出したものである。図７中において交差する直線は、価電子帯頂上のバンドオーダリングが入れ替わる境界を表す。
【０１０２】
図７中において交差する直線の上部は、Γ9V、Γu7V、Γl7V、下部は、Γu7V、Γ9V、Γl7Vとなる。例えば、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層がｘ＝０．４の時、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層がｘ＞０．５６で面内への圧縮歪みにより、Γu7V、Γ9V、Γl7VであったバンドオーダリングがΓu7V、Γ9V、Γl7VからΓ9V、Γu7V、Γl7Vへ入れ替わる。
【０１０３】
このため、発光の電界成分Ｅはａ軸に平行な偏光方向となり、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子において得られるＥ//ｃの偏光特性をもつ発光が得られなくなってしまう。
【０１０４】
以上の理由から、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率ｘを０．３、０．４、０．５とする場合は、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率を０．４１、０．５６、０．７１以下とする。
【０１０５】
ｎ側電極２４は、例えば、Ｔｉ/Ａｌ合金からなり、ｐ側電極２６は、例えば、Ａｌ金属、Ｐｄ/Ａｕ合金からなり、それぞれｎ型ＧａＮ基板１０、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２２にオーミック接触される。
【０１０６】
（ＭＱＷの井戸数）
図１９は、ＧａＮ/ＩｎＧａＮ青紫ＬＤの一構造を例とする正孔密度と距離の関係を示す図であって、ＭＱＷ活性層への不均一な正孔分布を説明する図である（K. Domen et al., MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 3, 2(1988)）。また、図２０は、ＧａＮ/ＩｎＧａＮ青紫ＬＤの別の構造を例とする正孔密度と距離の関係を示す図であって、ＭＱＷ活性層への不均一な正孔分布を説明する図である(J. Y. Chang et al., JAP 93, 4992(2003))。また、図２１は、ＧａＮ/ＩｎＧａＮ青紫ＬＤにおける閾値電流密度Ｊ（ｋＡ/ｃｍ2 ）とＩｎＧａＮ井戸数の関係を示す図である(S. Nakamura et al., JJAP 37, L1020 (1998))。
【０１０７】
図１９乃至図２０に示すように、ＭＱＷ活性層の各井戸へ注入される正孔密度は不均一であることがわかる。ＭＱＷの周期数を増加すると最上層の量子井戸の結晶性は向上するが、下部の井戸は正孔が十分に注入されないため、自己吸収層として働いてしまう。また、図２１に示すように、ＭＱＷの周期数が２の時に、閾値電流密度が最も小さくなる。
【０１０８】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においてもＭＱＷの周期数には最適な数が存在する。本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においてもＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のＭＱＷの周期数の最適な数は、３以下である。ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のＭＱＷの周期数を増加しても最上層の量子井戸の結晶性は向上するが、下部の井戸は正孔が十分に注入されないため、自己吸収層として働いてしまうことから、極最上層の２ペア〜３ペアが有効なＭＱＷの周期数となるからである。
【０１０９】
（製造装置）
―ＭＯＶＰＥ装置―
図１６は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法に適用されるＭＯＶＰＥ装置の模式的構成を示す。
【０１１０】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法に適用されるＭＯＶＰＥ装置は、図１６に示すように、反応槽６０内にサセプタ５６と、サセプタ５６上に配置された基板５２を備え、反応槽６０の外部には、加熱機構を備える。反応槽６０の外部の入力側には、水素（または窒素またはこれらの両方）キャリアガス供給槽４０と、水素（または窒素またはこれらの両方）キャリアガス供給槽４０に連結されるアルミニウム（Ａｌ）供給槽４２，ガリウム（Ｇａ）供給槽４４，インジウム（Ｉｎ）供給槽４５, マグネシウム（Ｍｇ）供給槽４７,およびジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）供給槽４６と、水素（または窒素またはこれらの両方）キャリアガス供給槽４０とは独立して反応槽６０に連結されるアンモニア（ＮＨ3）ガスボンベ４８とシリコン（Ｓｉ）供給用ガスボンベ４９とを備える。また、反応槽６０の外部の出力側には、排気口が連結される。なお、図１６の構成例においては、反応槽６０への原料供給ガスラインを、アンモニア，ジメチルヒドラジンとIII族元素を分離しているが、このような構成に限定されるものではない。
【０１１１】
加熱機構は、ヒータ、赤外線（ＩＲ）ランプ、高周波誘導などで構成する。加熱機構により過熱されるサセプタの温度は、例えば約１０５０℃以上である。
【０１１２】
アルミニウム（Ａｌ）供給槽４２には、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、或いはトリイソブチルアルミニウム(ＴＩＢＡｌ)などを適用する。
【０１１３】
ガリウム（Ｇａ）供給槽４４には、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、或いはトリプロピルガリウム(ＴＰＧ)などを適用する。
【０１１４】
インジウム（Ｉｎ）供給槽４５には、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）或いはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）などを適用する。
【０１１５】
マグネシウム（Ｍｇ）供給槽４７には、例えば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）或いはビスエチルシスロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）などを適用する。
【０１１６】
シリコン原料には、例えば、シラン（ＳｉＨ４）或いはモノメチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）を適用する。原料は、水素なしいは窒素で１〜１００，０００ｐｐｍに希釈されている。
【０１１７】
ＡｌXＧａ1-XＮ層の結晶成長温度は、例えば、約１０５０℃以上であり、１０５０℃〜１３００℃、望ましくは、例えば約１２６０℃〜１２７０℃である。場合によっては、１４００℃以上であっても良い。
【０１１８】
ＡｌXＧａ1-XＮ層の結晶成長における反応槽６０の圧力は、例えば、約０．０２気圧（ａｔｍ）〜０．３気圧程度であり、望ましくは約０．１気圧程度である。
【０１１９】
―ＭＢＥ装置―
図１７は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法に適用されるＭＢＥ装置の模式的構成を示す。
【０１２０】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法に適用されるＭＢＥ装置は、図１７に示すように、反応槽内に基板ヒータ７４，基板ホルダ７２および基板５２を備える。
【０１２１】
反応槽の内壁部は、液体窒素シュラウド７６で形成され、反応槽の外部には、電子ビーム源７０，Ｇａセル６２，Ａｌセル６４，Ｉｎセル６７, Ｓｉセル６５, Ｍｇセル６３, アンモニア（ＮＨ3）または窒素（Ｎ２）ガスボンベ４８に連結されたアンモニア（ＮＨ3）セルまたはＲＦプラズマソース６６，ＲＨＥＥＤスクリーン６８が配置される。
【０１２２】
さらに、基板５２に対して、電子ビーム源７０から電子ビーム７０ａが照射され、回折された電子ビーム７０ｂは、ＲＨＥＥＤスクリーン６８に導かれる。
【０１２３】
さらに、反応槽の外部の出力側には、排気バルブ７８を介して排気口５４が連結される。
【０１２４】
（製造方法）
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法は、図４に示すように、ｍ面ＧａＮ基板１０を準備する工程と、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、ｍ面ＧａＮ基板１０上にｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層１２を形成する工程と、ＡｌＧａＮクラッド層１２上にｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４を形成する工程と、ＡｌＧａＮ導波層１４上にＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６を形成する工程と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上にｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８を形成する工程と、ＡｌＧａＮ導波層１８上にｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層２０を形成する工程と、ＡｌＧａＮクラッド層２０上にｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２を形成する工程と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上にオーミック接触するｐ側電極２６を形成する工程と、ｐ側電極２６と対向してｍ面ＧａＮ基板１０上にオーミック接触するｎ側電極２４を形成する工程と、ａ面に沿って共振器の反射面を形成する工程とを有する。
【０１２５】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法を以下に詳述する。
【０１２６】
―ＭＯＶＰＥによる製造方法―
（ａ）基板５２ウェハをサセプタに保持させる。この状態で、反応管へキャリアガスおよび窒素原料ガス（アンモニアガスまたはジメチルヒドラジン）を供給する。キャリアガスには水素もしくは窒素またはこれらの両方を用いる。さらに加熱機構５０によりウェハを昇温させる。ただし、サファイア, ＳｉＣ，ＬｉＡｌＯ2, ＭｇＡｌ12 Ｏ4基板を用いる場合は、基板５２表面の窒化を避けるため、窒素原料ガスを供給せずに昇温する。
【０１２７】
（ｂ）基板５２ウェハ温度が、例えば約１０５０℃以上に達するまで待機した後、アルミニウム原料、ガリウム原料、窒素原料ガス、及びシリコン原料を反応管へ供給し、ウェハ表面に、シリコンが添加されたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｎ型ＡｌＧａＮ導波層１４を成長させる。
【０１２８】
（ｃ）ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６の成長を行う。井戸層成長時と障壁層成長時で、アルミニウム原料とガリウム原料の供給流量比を変化させる。これを例えば３回に渡って繰り返す。この成長中は、シリコン原料の供給を停止してもよい。
【０１２９】
（ｄ）次いで、マグネシウム原料を反応管へ供給し、マグネシウムが添加されたｐ型ＡｌＧａＮ導波層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０、及びｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２２を成長させる。
【０１３０】
（ｅ）成長後、ＡｌＧａＮコンタクト層２２およびＡｌＧａＮクラッド層２０の一部分を、ＲＩＥ、或いは収束イオンビーム（ＦＩＢ : Focused Ion Beam）などのエッチング技術を用いてストライプ形状に加工し、例えばc軸に沿ったリッジストライプ構造を形成する。
【０１３１】
（ｆ）リッジストライプ構造を有するＡｌＧａＮコンタクト層２２上へ、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例えば、Ａｕ/Ｎｉ金属、或いはＰｔ/Ａｕ/Ｐｄ金属などを積層させたｐ側電極２６を配置させ、分離閉じ込め型の構造を形成する。また、同様に、基板１０ウェハの裏面へ例えばＴｉ/Ａｌ金属などを積層させたｎ側電極２４を形成する。
【０１３２】
（ｇ）上記のストライプ方向に沿って共振器を形成する。この時、端面はａ面とする。
【０１３３】
以上の工程により紫外線窒化物半導体レーザダイオードを作製する。
【０１３４】
―ＭＢＥによる製造方法―
アルミニウム原料、ガリウム原料、インジウム原料、シリコン原料、マグネシウム原料は、クヌーセンセルのるつぼ内に配置し、ヒータ加熱によって蒸発させ原子ビームとして供給する。シリコン原料に関しては、電子線や通電加熱により蒸発させ供給してもよい。また、これらの原料の代替えとしてＭＯＶＰＥ法に記載の有機金属原料を用いてもよい。
【０１３５】
（ａ）基板５２ウェハを基板ホルダ７２に保持させる。超高真空中での熱伝導性をよくするため、基板５２裏面に熱伝導のよい金属等を蒸着してもよい。この状態で、基板５２へ窒素原料ガス（例えばアンモニアガスや窒素プラズマソース）を供給する。加熱機構（基板ヒータ７４）によりウェハを昇温させる。ただし、サファイア, ＳｉＣ, ＬｉＡｌＯ2, ＭｇＡｌ12 Ｏ4基板を用いる場合は、基板表面の窒化を避けるため、窒素原料ガスを供給せずに昇温する。
【０１３６】
（ｂ）ウェハ温度が例えば８００〜１０００℃以上に達するまで待機した後、アルミニウム原料、ガリウム原料、窒素原料ガス、及びシリコン原料を基板５２へ供給し、ウェハ表面に、シリコンが添加されたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２およびｎ型ＡｌＧａＮ導波層１４を成長させる。成長時の表面形態は、ＲＨＥＥＤ像により観察する。
【０１３７】
（ｃ）ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６の成長を行う。井戸層成長時と障壁層成長時で、アルミニウム原料とガリウム原料の供給流量比を変化させる。これを例えば３回に渡って繰り返す。この成長中は、シリコン原料の供給を停止してもよい。
【０１３８】
（ｄ）次いで、マグネシウム原料を基板へ供給し、マグネシウムが添加されたｐ型ＡｌＧａＮ導波層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０、及びｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２２を成長させる。
【０１３９】
（ｅ）成長後、ＡｌＧａＮコンタクト層２２およびＡｌＧａＮクラッド層２０の一部分を、ＲＩＥ、或いは収束イオンビーム（ＦＩＢ : Focused Ion Beam）などのエッチング技術を用いてストライプ形状に加工し、例えばc軸に沿ったリッジストライプ構造を形成する。
【０１４０】
（ｆ）リッジストライプ構造を有するＡｌＧａＮコンタクト層２２上へ、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例えば、Ａｕ/Ｎｉ金属、或いはＰｔ/Ａｕ/Ｐｄ金属などを積層させたｐ側電極２６を配置させ、分離閉じ込め型の構造を形成する。また、同様に、基板１０ウェハの裏面へ例えばＴｉ/Ａｌ金属などを積層させたｎ側電極２４を形成する。
【０１４１】
（ｇ）上記のストライプ方向に沿って共振器を形成する。この時、端面はａ面とする。
【０１４２】
以上の工程により紫外線窒化物半導体レーザーダイオードを作製する。
【０１４３】
ＡｌＧａＮ系ＬＤの効率改善のためには、転位を縦方向に伝播させない横方向成長技術（ＬＯＧ：Lateral Overgrowth）あるいはＡｌＧａＮ成長の初期に界面で転位の発生しにくいＡｌＮ基板等の導入によって転位・欠陥を低減させることが必須である。
【０１４４】
本発明の紫外線窒化物半導体発光素子によれば、転位・欠陥低減化と並行して進めるべき、効率的な光導波を実現でき、分極による内部電場効果を低減でき、非極性面（ａ面、ｍ面）または半極性面成長を行ったＡｌXＧａ1-XＮ混晶や、その量子井戸を活性層に用いたＬＤの構造により、低しきい値電流密度化を図ることができる。
【０１４５】
本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子および製造方法によれば、波長３００ｎｍ以下の紫外光を発光させるために、結晶成長面をｃ軸（極性面）から約４０°〜９０°程度に傾斜させて分極による内部電界効果を低減するとともに、発光層にＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を用い、井戸層のＡｌモル分率を、３０％以上６０％以下とし、さらに井戸層のＡｌモル分率と障壁層のＡｌモル分率とのモル分率比を０．７以上とすることにより、井戸層の面内圧縮歪みを低減し、光の電界ベクトルＥとｃ軸を平行ならしめることができる。
【０１４６】
これによって、紫外線窒化物半導体発光素子（ＬＤ）の閾値電流密度が低減し、発光効率を向上させることができる。
【０１４７】
[第２の実施の形態]
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図８に示すように、ｍ面基板１０と、ｍ面基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層１３と、ＡｌＧａＮ層１３上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層１７と、ＡｌＧａＮ層１７上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、ｐ側電極２６と対向してｍ面基板１０上配置され，ｍ面基板１０とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０１４８】
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０１４９】
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０１５０】
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０１５１】
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０１５２】
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０１５３】
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０１５４】
ｍ面基板１０は、導電性を備えており、例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、或いはＡｌＧａＮ基板で構成することができる。
【０１５５】
本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のストライプ方向のへき開面をａ面とすることによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、相対的に厚いＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。その結果、第１の実施の形態に較べ、クラッド層、リッジストライプ構造、および導波層を不要とし、もっとも簡単な構成を実現することができる。
【０１５６】
[第３の実施の形態]
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図９に示すように、ｍ面基板１０と、ｍ面基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層１１と、ＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層１３と、ＡｌＧａＮ層１３上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ層１７と、ＡｌＧａＮ層１７上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、ｍ面基板１０面に対して、ｐ側電極２６と同一表面側に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２の表面からエッチングにより露出されたＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層１１とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０１５７】
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０１５８】
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０１５９】
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０１６０】
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０１６１】
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０１６２】
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０１６３】
ｍ面基板１０は、例えば、絶縁性ｍ面ＳｉＣ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＮ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＧａＮ基板、ｒ面若しくはｍ面サファイア基板、（００１）ＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板で構成することができる。
【０１６４】
本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のストライプ方向のへき開面をａ面とすることによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、相対的に厚いＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０１６５】
その結果、第１の実施の形態に較べ、クラッド層、リッジストライプ構造、および導波層を不要とし、簡単な構成を実現することができる。
【０１６６】
しかもｐ側電極２６およびｎ側電極２４を同一表面側から取り出すことができ、実装も容易となる。
【０１６７】
[第４の実施の形態]
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図１０に示すように、ｍ面基板１０と、ｍ面基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４と、ＡｌＧａＮ導波層１４上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８と、ＡｌＧａＮ導波層１８上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、ｐ側電極２６と対向してｍ面基板１０上配置され，ｍ面基板１０とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０１６８】
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０１６９】
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０１７０】
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０１７１】
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０１７２】
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０１７３】
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０１７４】
ｍ面基板１０は、導電性を備えており、例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、或いはＡｌＧａＮ基板で構成することができる。
【０１７５】
本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のストライプ方向のへき開面をａ面とすることによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、ｎ型ＡｌＧａＮ導波層１４およびｐ型ＡｌＧａＮ導波層１８に挟まれ，相対的に厚いＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０１７６】
その結果、第１の実施の形態に較べ、クラッド層、およびリッジストライプ構造を不要とし、相対的に簡単な構成を実現することができる。
【０１７７】
[第５の実施の形態]
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図１１に示すように、基板１０と、基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層１１と、ＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４と、ＡｌＧａＮ導波層１４上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８と、ＡｌＧａＮ導波層１８上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、基板１０面に対して、ｐ側電極２６と同一表面側に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２の表面からエッチングにより露出されたＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層１１とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０１７８】
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０１７９】
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０１８０】
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０１８１】
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０１８２】
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０１８３】
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０１８４】
基板１０は、例えば、絶縁性ｍ面ＳｉＣ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＮ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＧａＮ基板、ｒ面若しくはｍ面サファイア基板、（００１）面ＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板で構成することができる。
【０１８５】
本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のストライプ方向のへき開面をａ面として利用することによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、ｎ型ＡｌＧａＮ導波層１４およびｐ型ＡｌＧａＮ導波層１８に挟まれ，相対的に厚いＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０１８６】
その結果、第１の実施の形態に較べ、クラッド層、およびリッジストライプ構造を不要とし、相対的に簡単な構成を実現することができる。
【０１８７】
しかもｐ側電極２６およびｎ側電極２４を同一表面側から取り出すことができ、実装も容易となる。
【０１８８】
[第６の実施の形態]
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図１２に示すように、ｍ面基板１０と、ｍ面基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層１２と、ＡｌＧａＮクラッド層１２上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４と、ＡｌＧａＮ導波層１４上に配置され，のＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８と、ＡｌＧａＮ導波層１８上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層２０と、ＡｌＧａＮクラッド層２０に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置されＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、ｐ側電極２６と対向してｍ面基板１０上に配置され，ｍ面基板１０とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０１８９】
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０１９０】
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０１９１】
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０１９２】
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０１９３】
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０１９４】
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０１９５】
ｍ面基板１０は、導電性を備えており、例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、或いはＡｌＧａＮ基板で構成することができる。
【０１９６】
本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のストライプ方向のへき開面をａ面として利用することによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、相対的に厚いＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０１９７】
その結果、第１の実施の形態に較べ、リッジストライプ構造を不要とし、簡単な構成を実現することができる。
【０１９８】
[第７の実施の形態]
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図１３に示すように、基板１０と、基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層１１と、ＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層１２と、ＡｌＧａＮクラッド層１２上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４と、ＡｌＧａＮ導波層１４上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８と、ＡｌＧａＮ導波層１８上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層２０と、ＡｌＧａＮクラッド層２０上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、基板１０面に対して、ｐ側電極２６と同一表面側に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２の表面からエッチングにより露出されたＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層１１とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０１９９】
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０２００】
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０２０１】
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０２０２】
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０２０３】
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０２０４】
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０２０５】
基板１０は、例えば、絶縁性ｍ面ＳｉＣ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＮ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＧａＮ基板、ｒ面若しくはｍ面サファイア基板、（００１）面ＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板で構成することができる。
【０２０６】
本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６のストライプ方向のへき開面をａ面として利用することによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、相対的に厚いＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０２０７】
その結果、第１の実施の形態に較べ、リッジストライプ構造を不要とし、相対的に簡単な構成を実現することができる。
【０２０８】
しかもｐ側電極２６およびｎ側電極２４を同一表面側から取り出すことができ、実装も容易となる。
【０２０９】
[第８の実施の形態]
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図１４に示すように、ｍ面ＧａＮ基板１０と、ｍ面ＧａＮ基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層１２と、ＡｌＧａＮクラッド層１２上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４と、ＡｌＧａＮ導波層１４上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８と、ＡｌＧａＮ導波層１８上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層２０と、ＡｌＧａＮクラッド層２０に配置され，リッジストライプ構造を備え，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置されＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、ｐ側電極２６と対向してｍ面ＧａＮ基板１０上に配置され，ｍ面ＧａＮ基板１０とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０２１０】
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０２１１】
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０２１２】
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０２１３】
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０２１４】
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０２１５】
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０２１６】
ｍ面基板１０は、導電性を備えており、例えば、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、或いはＡｌＧａＮ基板で構成することができる。
【０２１７】
本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ストライプ方向のへき開面をａ面として利用することによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０２１８】
[第９の実施の形態]
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、図１５に示すように、基板１０と、基板１０上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層１１と、ＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層１２と、ＡｌＧａＮクラッド層１２上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１４と、ＡｌＧａＮ導波層１４上に配置され，ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６と、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮ導波層１８と、ＡｌＧａＮ導波層１８上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮクラッド層２０と、ＡｌＧａＮクラッド層２０上に配置され，リッジストライプ構造を備え，ｐ型不純物をドープされたＡｌＧａＮコンタクト層２２と、ＡｌＧａＮコンタクト層２２上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２とオーミック接触するｐ側電極２６と、基板１０面に対して、ｐ側電極２６と同一表面側に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層２２の表面からエッチングにより露出されたＡｌＧａＮコンタクト層１１上に配置され，ＡｌＧａＮコンタクト層１１とオーミック接触するｎ側電極２４とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０２１９】
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０２２０】
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０２２１】
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０２２２】
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０２２３】
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０２２４】
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率は３０％以上６０％以下であり、かつ、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率とＡｌXＧａ1-XＮ井戸層のＡｌＮモル分率の比は０．７以上である。
【０２２５】
基板１０は、例えば、絶縁性ｍ面ＳｉＣ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＮ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＧａＮ基板、ｒ面若しくはｍ面サファイア基板、（００１）面ＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板で構成することができる。
【０２２６】
本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ストライプ方向のへき開面をａ面として利用することによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、ＡｌXＧａ1-XＮ/ＡｌXＧａ1-XＮ活性層１６への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０２２７】
しかもｐ側電極２６およびｎ側電極２４を同一表面側から取り出すことができ、実装も容易となる。
【０２２８】
[第１０の実施の形態]
図２２（ａ）は、本発明の第１０の実施の形態に係るＡｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層を備える紫外線窒化物半導体発光素子におけるレーザ光の発振波長とＩｎＮモル分率ｘとの関係を示す。また、図２２（ｂ）は、本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子におけるバンドギャップエネルギーとＩｎＮモル分率ｘとの関係を示す。
【０２２９】
図２３は、本発明の第１０の実施の形態に係るＡｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層を備える紫外線窒化物半導体発光素子におけるバンドギャップエネルギーとａ軸の格子定数の関係、および発光波長とａ軸の格子定数の関係を示す。
【０２３０】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の構成において、ＡｌＧａＮの代わりにＡｌＩｎＮを適用した点に特徴を有する。
【０２３１】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、ｍ面基板と、ｍ面基板上に配置され，ｎ型不純物をドープされたＡｌＩｎＮ層と、ＡｌＩｎＮ層上に配置されたＡｌ1-X ＩｎXＮ障壁層とＡｌ1-X ＩｎXＮ井戸層からなる量子井戸構造を有するＡｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層と、Ａｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層上に配置され，ｐ型不純物をドープされたＡｌＩｎＮ層とを備え、ｃ軸が結晶成長の主面の法線方向から４０°〜９０°の範囲内で傾いた面を結晶成長の主面とし、光の電界成分Ｅが主にｃ軸と平行（Ｅ//ｃ）なる偏光特性を示すことを特徴とする。
【０２３２】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面には、非極性面または半極性面が含まれる。
【０２３３】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、非極性面には、ｍ面またはａ面が含まれる。
【０２３４】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、半極性面には、{１０−１１}面、{１０−１２}面、或いは{１１−２２}面の内、いずれか１つが含まれる。
【０２３５】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、結晶成長の主面としてｍ面、{１０−１１}面、或いは{１０−１２}面の内、いずれか１つの面を選択した場合、ａ面を共振器の反射鏡として用いる。
【０２３６】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、ａ面は、へき開面であることを特徴とする。
【０２３７】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、活性層は、単一井戸ないしは多重量子井戸構造を備え、ＩｎＮモル分率が５％以下であることを特徴とする。
【０２３８】
基板１０は、例えば、絶縁性ｍ面ＳｉＣ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＮ基板、絶縁性ｍ面ＡｌＧａＮ基板、ｒ面若しくはｍ面サファイア基板、（００１）面ＭｇＡｌ2 Ｏ4 基板で構成することができる。
【０２３９】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子は、非極性面を結晶成長面とし、ストライプ方向のへき開面をａ面とすることによって、水平横モードは利得・偏光導波性能を備え、一方垂直横モードは、Ａｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層（例えば、ＭＱＷの井戸数を３以下として、全体の厚さ約３０ｎｍ程度）を利用することによって、Ａｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層への光閉じ込め効果による導波の利用が可能となる。
【０２４０】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子においては、第１の実施の形態のみならず第２乃至第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の構成において、ＡｌＧａＮの代わりにＡｌＩｎＮを適用した構成とすることも可能である。
【０２４１】
本発明の紫外線窒化物半導体発光素子によれば、効率的な光導波を実現でき、分極による内部電場効果を低減でき、非極性面（ａ面、ｍ面）または半極性面成長を行ったＡｌ1-X ＩｎXＮ混晶や、その量子井戸を活性層に用いたＬＤの構造により、低しきい値電流密度化を図ることができる。
【０２４２】
本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子によれば、波長３００ｎｍ以下の紫外光を発光させるために、結晶成長面をｃ軸（極性面）から約４０°〜９０°程度に傾斜させて分極による内部電界効果を低減するとともに、発光層にＡｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ  ＭＱＷ構造を用い、ＩｎＮモル分率が５％以下とすることによって、井戸層の面内圧縮歪みを低減し、光の電界ベクトルＥとｃ軸を平行ならしめることができる。
【０２４３】
これによって、紫外線窒化物半導体発光素子（ＬＤ）の閾値電流密度が低減し、発光効率を向上させることができる。
【０２４４】
[その他の実施の形態]
以上、本発明を第１乃至第１０の実施形態について説明したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０２４５】
本発明の実施の形態においては、主として半導体レーザダイオードについて説明したが、発光ダイオードにも適用できることは明らかである。
【０２４６】
上記のように、本発明は第１乃至第１０の実施の形態によって記載したが、このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２４７】
本発明の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子およびその製造方法によれば、III族窒化物半導体からなる深紫外線波長のレーザ光を発生する窒化物半導体レーザダイオードの低しきい値電流密度化を実現することができることから、殺菌・浄水、医療機器、生化学産業、半導体リソグラフィーなどの幅広い分野で必須の光源を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０２４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子に適用するＧａＮ層およびＡｌＮ層のバンドダイヤグラムの比較であって、（ａ）ＧａＮのΓ点におけるバンドダイヤグラム、（ｂ）ＡｌＮのΓ点におけるバンドダイヤグラム。
【図２】（ａ）無歪みＡｌXＧａ1-XＮ混晶の価電子帯頂上のバンドオーダリングのＡｌＮモル分率ｘ依存性、（ｂ）無歪みＧａＮ基板上で面内に伸張歪みを受けたＡｌXＧａ1-XＮ混晶のｃ軸方向の歪みεzz(％)のＡｌＮモル分率ｘ依存性。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子に適用する非極性面および半極性面について説明するための模式図であって、（ａ）III族窒化物半導体の結晶構造を示す模式図、（ｂ）非極性面であるｍ面｛１−１００｝およびａ面｛１１−２０｝を説明するための模式図、（ｃ）半極性面｛１０−１１｝を説明するための模式図、（ｄ）半極性面｛１０−１２｝を説明するための模式図、（ｅ）半極性面｛１１−２２｝を説明するための模式図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的鳥瞰図であって、ｍ面ＧａＮ基板１０上へＭＱＷ構成のＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６を形成したＬＤの概念図。
【図５】本発明の比較例に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的鳥瞰図であって、ｃ面ＧａＮ基板１００上へＭＱＷ構成のＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層１６０を形成したＬＤの概念図。
【図６】（ａ）ｃ面を共振器ミラー面２８ａ，２８ｂとして用いた場合の導波モード(Ｅ⊥ｃ：ＴＥモード)を表す図、（ｂ）ａ面を共振器ミラー面３０ａ，３０ｂとして用いた場合の導波モード(Ｅ//ｃ：ＴＥモード)を表す図。
【図７】無歪みＡｌXＧａ1-XＮ障壁層の上に積層したＡｌYＧａ1-YＮ井戸層に発生するｃ軸方向の歪みεzz(％)の、ＡｌXＧａ1-XＮ障壁層のＡｌＮモル分率ｘ依存性。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１２】本発明の第６の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１３】本発明の第７の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１４】本発明の第８の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１５】本発明の第９の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の模式的断面構造図。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法に適用されるＭＯＶＰＥ装置の模式的構成図。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子の製造方法に適用されるＭＢＥ装置の模式的構成図。
【図１８】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子におけるレーザ光の発振波長とＡｌＮモル分率ｘとの関係を示す図、（ｂ）本発明の第１の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子におけるバンドギャップエネルギーとＡｌＮモル分率ｘとの関係を示す図。
【図１９】ＧａＮ/ＩｎＧａＮ青紫ＬＤの一構造を例とする正孔密度と距離の関係を示す図であって、ＭＱＷ活性層への不均一な正孔分布を説明する図。
【図２０】ＧａＮ/ＩｎＧａＮ青紫ＬＤの別の構造を例とする正孔密度と距離の関係を示す図であって、ＭＱＷ活性層への不均一な正孔分布を説明する図。
【図２１】ＧａＮ/ＩｎＧａＮ青紫ＬＤにおける閾値電流密度Ｊ（ｋＡ/ｃｍ2 ）とＩｎＧａＮ井戸数の関係を示す図。
【図２２】（ａ）本発明の第１０の実施の形態に係るＡｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層を備える紫外線窒化物半導体発光素子におけるレーザ光の発振波長とＩｎＮモル分率ｘとの関係を示す図、（ｂ）本発明の第１０の実施の形態に係る紫外線窒化物半導体発光素子におけるバンドギャップエネルギーとＩｎＮモル分率ｘとの関係を示す図。
【図２３】本発明の第１０の実施の形態に係るＡｌ1-X ＩｎXＮ/Ａｌ1-X ＩｎXＮ活性層を備える紫外線窒化物半導体発光素子におけるバンドギャップエネルギーとａ軸の格子定数の関係、および発光波長とａ軸の格子定数の関係を示す図。
【符号の説明】
【０２４９】
１０…基板
１１…ＡｌＧａＮコンタクト層
１２，２０…ＡｌＧａＮクラッド層
１３，１７…ＡｌＧａＮ層
１４，１８…ＡｌＧａＮ導波層
１６…ＡｌＧａＮ/ＡｌＧａＮ活性層
２２…ＡｌＧａＮコンタクト層
２４…ｎ側電極
２６…ｐ側電極
２８ａ，２８ｂ，３０ａ，３０ｂ…共振ミラー面
４０…水素キャリアガス槽
４２…アルミニウム（Ａｌ）供給槽
４４…ガリウム（Ｇａ）供給槽
４５…インジウム（Ｉｎ）供給槽
４６…ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）供給槽
４７…マグネシウム（Ｍｇ）供給槽
４８…アンモニア（ＮＨ3）または窒素(Ｎ2 )ガスボンベ
４９…シリコン（Ｓｉ）供給用ガスボンベ
５０…加熱機構
５２…基板
５４…排気口
５６…サセプタ
６０…反応槽
６２…Ｇａセル
６３…Ｍｇセル
６４…Ａｌセル
６５…Ｓｉセル
６６…ＮＨ3セルまたはＲＦプラズマソース
６７…Ｉｎセル
６８…ＲＨＥＥＤスクリーン
７０…電子ビーム源
７０ａ，７０ｂ…電子ビーム
７２…基板ホルダ
７４…基板ヒータ
７６…液体窒素シュラウド
７８…排気バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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