(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を、ｐ型層とｎ型層とで挟みこむ構造を有し、ｐ型層がｐ型クラッド層を有し、ｎ型層がｎ型クラッド層を有し、該ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟まれた導波路構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、
前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、
ｎ型クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｚがｚ＞０である窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、
ｐ型クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｕがｚ＞ｕである第２の窒化物半導体層のｐ側光ガイド層と、前記ｐ型クラッド層よりバンドギャップエネルギーの大きいｐ側電子閉込め層と、を有し、
前記第１の窒化物半導体層と前記ｎ型クラッド層との間が、該第１の窒化物半導体より小さい屈折率で、In混晶比の小さいｎ側光ガイド層で構成され、
前記ｎ側光ガイド層が、前記活性層側に低濃度領域と、該低濃度領域の前記ｎ型クラッド層側に該低濃度領域より高濃度のｎ型不純物を有する高濃度領域と、を有することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
活性層を、ｐ型層とｎ型層とで挟みこむ構造を有し、ｐ型層がｐ型クラッド層を有し、ｎ型層がｎ型クラッド層を有し、該ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟まれた導波路構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、
前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、
ｎ型クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｚがｚ＞０である窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、
ｐ型クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｕがｚ＞ｕである第２の窒化物半導体層と、ｐ側電子閉込め層と、を有し、
前記第１の窒化物半導体層と前記ｎ型クラッド層との間が、該第１の窒化物半導体より小さい屈折率で、In混晶比の小さいｎ側光ガイド層で構成され、
前記ｎ側光ガイド層が、前記活性層側にｎ型不純物が低濃度である低濃度領域と、該低濃度領域の前記ｎ型クラッド層側に該低濃度領域より高濃度のｎ型不純物を有する高濃度領域と、を有し、
前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に、前記第２の窒化物半導体層のｐ側光ガイド層を有し、
前記ｐ側光ガイド層が、前記活性層側に低濃度領域と、該低濃度領域の前記ｐ型クラッド層側に該低濃度領域より高濃度のｐ型不純物を有する高濃度領域と、を有することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記低濃度領域が、前記ガイド層内において、少なくとも前記活性層側から５０ｎｍまでの領域であり、低濃度領域が５×１０１７／ｃｍ３以下である請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体層の膜厚が３００Å以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記ｐ側電子閉込め層が、活性層と前記ｐ側光ガイド層との間、若しくは前記ｐ側光ガイド層内に、設けられた前記ｐ型クラッド層よりバンドギャップエネルギーの大きいＡｌを含む窒化物半導体であり、
前記活性層が、活性層内で最もｐ型層側の井戸層と、該井戸層のｐ型層側にｐ側障壁層とを有し、
該井戸層と前記ｐ側電子閉込め層との距離が１００Å以上であり、前記活性層と前記ｐ側電子閉込め層との距離が１０００Å以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記ｐ型層が、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｐ側電子閉じ込め層を有し、該ｐ側電子閉込め層が、活性層に接して、又は、前記ｐ側電子閉込め層よりも低いＡｌ混晶比であるＡｌを含む窒化物半導体若しくはＧａＮのバッファ層を介して接して設けられていることを特徴とする請求項５記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記活性層内で最もｎ型層側に配置されたｎ側障壁層を有し、該ｎ側障壁層と前記第１の窒化物半導体層との膜厚の和が、３００Å以上であり、
前記第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｚと、前記ｎ側障壁層のＩｎ混晶比ｖとが、ｚ≦ｖであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層が、Ａｌを含む窒化物半導体の単一膜、又は少なくともＡｌを含む窒化物半導体の第１の層と、第１の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第２の層とが交互に積層された多層膜である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記低濃度領域より活性層側である、第１の窒化物半導体層のｎ型不純物、及び／又は、前記ｐ側電子閉じ込め層のｐ型不純物、は、該低濃度領域より高濃度である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記第１の窒化物半導体層がＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）であり、第２の窒化物半導体層がＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ＜１）である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、レーザダイオード素子（ＬＤ）等
の発光素子、スーパーフォトルミネセンスダイオード、太陽電池、光センサ等の
受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられ
る窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）を用いた
窒化物半導体素子に関し、特に光の波長が４４０ｎｍ以上であるＩｎを含む窒化
物半導体層を活性層に有する窒化物半導体素子、並びに、光閉込めのクラッド層
に挟まれた導波路構造を有する端面発光素子、レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、窒化物半導体を用いた半導体レーザは、ＤＶＤなど、大容量・高密度の
情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高まりを見
せている。このため、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、研究が盛んに
なされている。また、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域から赤
色に至るまで、幅広く可視光域での発振が可能と考えられ、その応用範囲は、上
記光ディスクシステムの光源にとどまらず、レーザプリンタ、光ネットワークな
どの光源など、多岐にわたるものと期待されている。また、本出願人は、４０５
ｎｍ、室温、５ｍＷの連続発振の条件で、１万時間を超えるレーザを発表した。
【０００３】
また、窒化物半導体を用いた発光素子、受光素子などには、Ｉｎを含む窒化物
半導体を用いて活性層とした構造を有しており、活性層におけるより優れた活性
領域の形成が、素子特性の向上において重要となる。
【０００４】
窒化物半導体のレーザ素子、若しくは発光素子において、長波長の発光を得る
には、活性層若しくは発光層のＩｎを含む窒化物半導体におけるＩｎ混晶比を、
変化させることで、発光波長を変えることができ、特にＩｎ混晶比を高くすると
発光波長を長くすることができる。また、端面発光素子、レーザ素子において、
活性層が上部、下部クラッド層に挟まれた構造を有する場合に、両クラッド層の
屈折率を小さくし、上部、下部クラッド層に挟まれた導波路内の屈折率を高くす
ることで、導波路内に効率よく光が閉じこめられ、結果としてレーザ素子におい
てはしきい値電流密度の低下に寄与する。
【０００５】
従来、このようなクラッド層を有する窒化物半導体素子において、４４０ｎｍ
以上の長波長の発光を得る構造として、例えば、レーザ素子において、ガイド層
にＩｎＧａＮ、クラッド層にＡｌＧａＮを用いたＳＣＨ構造が提案されている。
【０００６】
しかしながら、長波が長くなるに従ってＡｌＧａＮとＩｎＧａＮとの屈折率差
が小さくなり、すなわち、導波路内のガイド層で光の吸収による損失が発生し、
閾値電流が高くなる。更に、上部クラッド層をｐ型窒化物半導体、下部クラッド
層をｎ型窒化物半導体とした場合に、上部ガイド層にｐ型のＩｎＧａＮを用いる
が、ｐ型ＩｎＧａＮを形成すると結晶性が他の層に比べて悪く、素子特性に悪影
響を及ぼし、更にその上に形成するＡｌＧａＮの上部クラッド層の結晶性も悪化
し、これによる、素子特性の低下が問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明では、活性層が上部クラッド層、下部クラッド層に挟まれた構造を有す
る窒化物半導体素子で、光の波長が４４０ｎｍ以上の長波長域の発光素子におい
て、両クラッド層に挟まれた導波路において、光の吸収を低く抑え、活性層を含
む導波路内へ効率的に光を閉込め、さらに良好な結晶性で、素子構造を形成する
ことが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、閾値電流密度などの素子特性
に優れ、且つ結晶性の良好な窒化物半導体素子を得るものである。
【０００９】
すなわち本発明の半導体素子は、下記の構成により本発明の目的を達成するこ
とができる。
【００１０】
活性層を、ｐ型層とｎ型層とで挟みこむ構造を有し、ｐ型層がｐ型クラッド層
を有し、ｎ型層がｎ型クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前記活性
層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、ｎ型クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶
比がｚ＞０である窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、ｐ型クラ
ッド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｕがｚ＞ｕである第２の窒化物半導体層を有
することを特徴とする。この構成により、ｎ型層には、Ｉｎ混晶比ｚ（ｚ＞ｕ）
の大きな第１の窒化物半導体層が設けられ、ｐ型層には第１の窒化物半導体層よ
りもＩｎ混晶比ｕ（ｕ＝０も含む）が小さい第２の窒化物半導体層が設けられた
構造となり、後述する導波路構造において、導波路内の活性層を挟む非対称構造
が形成される。また、別の発明としては活性層をｐ型クラッド層とｎ型クラッド
層とで挟みこむ構造を有する窒化物半導体素子において、前記活性層がＩｎを含
む窒化物半導体を有し、ｎ型クラッド層と活性層との間にＩｎを含む窒化物半導
体からなる第１の窒化物半導体層を有し、ｐ型クラッド層と活性層との間にＩｎ
混晶比が０である第２の窒化物半導体層を有することを特徴とする。この構成に
より、活性層とｐ型クラッド層との間に、Ｉｎを含まない、若しくはＩｎ混晶比
の小さい窒化物半導体（第２の窒化物半導体層）を用いることで、結晶性の悪化
を抑制し、活性層とｎ型クラッド層との間には、Ｉｎを含む窒化物半導体（第１
の窒化物半導体層）を用いることで、両クラッド層に挟まれる導波路とクラッド
層との間に適度な屈折率差を設けることができる。特に活性層内で４４０ｎｍ以
上の長波長の発光がある窒化物半導体素子において、閾値電流の低いレーザ素子
が得られるなど、素子特性に優れた窒化物半導体素子となる。これは、ｐ型とｎ
型のクラッド層に挟まれた導波路において、４４０ｎｍ以上の長波長の光を適度
な広がりでもって導波させるには、活性層に用いられるＩｎを含む窒化物半導体
のＩｎ混晶比以下のＩｎを含む窒化物半導体、例えば後述する光ガイド層、を導
波路内に設けることが好ましいと考えられていたが、ｐ型不純物であるＭｇをド
ープしたＩｎを含む窒化物半導体は、結晶性が大きく悪化するため、素子特性を
悪化させることにある。すなわち、本発明では、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド
層で挟まれた導波路内に、組成が異なり、活性層を挟む第１の窒化物半導体層と
第２の窒化物半導体層とを有することで、非対称な導波路構造とし、長波長にお
いて素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。また、ｎ型、ｐ型クラッド
層としては、このような導波路構造を形成するように、光閉込めのクラッド層と
して設ける他、導波路を有していない素子においては、キャリア閉込め層として
機能させた構造とすることもできる。このようなクラッド層としては、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーを大きくすること、活性層が量子井戸構造の場合
には、井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくし、好ましくは、障壁層
よりもバンドギャップエネルギーを大きくする。
【００１１】
さらに、上記ｎ型層中の第１の窒化物半導体層とｐ型層中の第２の窒化物半導
体層との間に活性層が設けられた素子構造において、前記活性層が、活性層内の
障壁層の中で、最も前記ｎ型層側に配置されたｎ側障壁層（２ａ）と、最も前記
ｐ型層側に配置されたｐ側障壁層（２ｃ）と、ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層
（２ｂ）との間に少なくとも１つのＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有
すると共に、前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ型不純物濃度が、ｎ側障壁層（２ａ）
のｎ型不純物濃度より小さい構成とすることが好ましい。これは、後述するよう
に、ｐ側障壁層（２ｃ）がキャリアの注入口となり、ｐ側障壁層（２ｃ）にｎ型
不純物が高濃度にドープされていると、ホールの活性層への注入を阻害する傾向
にあるため、ｎ側障壁層（２ａ）よりもｎ型不純物濃度を小さくして、ｎ側、ｐ
側障壁層の機能を異なるものとでき、キャリアの注入が良好なものとできる。一
方で、ｎ側障壁層（２ａ）は、ｐ側障壁層のｎ型不純物濃度より大きくすること
で、ｎ型層からのキャリアの注入を促進させる構造とできる。またｐ側障壁層（
２ｃ）のｎ型不純物濃度としては、ｐ型層近く、若しくは接して形成されること
から、ｐ型不純物の拡散が発生する場合があり、この場合、ｐ側障壁層（２ｃ）
をｎ型不純物ドープして形成すると、ｎ型、ｐ型不純物を有する障壁層となるた
め、ｐ側障壁層（２ｃ）のキャリア注入機能が低下する傾向にある。そのため、
このような場合、好ましくはｐ側障壁層（２ｃ）のｎ型不純物濃度をｐ型不純物
濃度より小さくすると、このような機能低下を回避できる。また、ｐ側障壁層に
は、いずれにおいても、ｎ型不純物濃度を低濃度にすることが好ましく、具体的
には、５×１０１６／ｃｍ３未満とすることで、ｐ側障壁層（２ｃ）の機能向上
を図ることができる。
【００１２】
本発明の窒化物半導体素子において、前記ｐ型層が、活性層と第２の窒化物半
導体層との間、若しくは活性層とｐ型クラッド層との間に、Ａｌを含む窒化物半
導体からなるｐ側電子閉じ込め層を有ることが好ましい。このｐ側電子閉込め層
は、ｎ型層からのキャリアを活性層内に閉じ込める層として機能し、ｐ型クラッ
ド層が光閉込め層である場合には、ｐ型クラッド層よりも活性層の近くに配置さ
れたｐ側電子閉込め層により、主にキャリア閉込めとして機能させ、クラッド層
において、主に光閉込めとして機能させた構造となり、端面発光素子、レーザ素
子に用いることができる。また、ｐ型クラッド層が光閉込めとして機能させる必
要がない素子、例えば発光素子においては、ｐ型クラッド層とｐ側キャリア閉込
め層とで、キャリア閉込める構造となる。ｐ側電子閉込め層としては、クラッド
層と同様に活性層よりもバンドギャップエネルギーを大きくし、量子井戸構造の
活性層においては、井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくし、好まし
くは障壁層よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることが好ましい。また
、ｐ型クラッド層が光閉込め層である場合においては、実施例に示すようにｐ型
クラッド層よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることで障壁を大きくで
き、効率的な電子閉込めを可能となり好ましく、一方で、Ａｌ混晶比が大きくな
ると、後述するｐ側電子閉込め層の抵抗値も大きくなる傾向にあることから、こ
のような場合には、Ａｌ混晶比、バンドギャップエネルギーをｐ型クラッド層よ
りも小さくして、高抵抗層による発熱を抑えて、活性層の機能を高めた構造とで
きるため好ましい。
【００１３】
また、ｐ側電子閉込め層の位置として好ましくは、活性層に接して、若しくは
バッファ層を介して接して設けられていることで、電子閉込め機能を高めた構造
とできる。バッファ層については、後述するように、Ａｌを含む窒化物半導体に
よる大きな圧電界と、さらにＡｌを含む窒化物半導体が、活性層、井戸層に用い
られるＩｎを含む窒化物半導体近くに設けられることによる内部応力とによる活
性層への悪影響を抑え、成長時においては、下地層として好適な結晶性を得られ
るように形成される。バッファ層の具体的な組成としては、後述するように、Ｇ
ａＮ若しくは、Ａｌ混晶比がｐ側電子閉込め層より小さいＡｌを含む窒化物半導
体で構成すると良い。また、このようなｐ側電子閉込め層が、活性層、特に井戸
層に及ぼす悪影響は、両者の距離を大きくすることで回避できることを示したが
、バッファ層も、ｐ側障壁層（２ｃ）と同様に、このようなスペーサーとしての
機能を持たせることができる。すなわち、活性層内で最もｐ側電子閉込め層に近
くに、前記ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層（２ｂ）との間に設けられた井戸層
（１ｂ）を有し、該井戸層（１ｂ）とｐ側障壁層との距離が１００Å以上とする
構成により、素子特性に優れたものが得られる。この井戸層（１ｂ）とｐ側障壁
層との距離を決定するものは、両者の間に介在する層により決定されるものであ
り、具体的にはｐ側障壁層、活性層とｐ側電子閉込め層との間に介在するバッフ
ァ層であり、これらの層の膜厚を調節することにより、素子特性の向上を図れる
。この距離の上限としては、後述するように、４００Å以下とすることである。
また、ｐ側障壁層（２ｃ）を、Ｉｎを含む窒化物半導体で構成すると、第１の窒
化物半導体層と同様に、導波路、特に活性層近傍の屈折率を高めて、光閉込めの
クラッド層との間で屈折率差を高めて、長波長域のレーザ素子、端面発光素子に
優れた素子構造を形成することができる。第２の窒化物半導体層と、これらバッ
ファ層、ｐ側障壁層（２ｃ）などのｐ側電子閉込め層と井戸層（１ｂ）との間に
介在する層との違いは、素子のバイアス時に、活性層近くに設けられたｐ側電子
閉込め層の近傍において、ｐ−ｎ接合が形成されることにより、ｐ−ｎ接合部よ
りも活性層近くに配置されたバッファ層、ｐ側障壁層（２ｃ）は、ｐ型層側にＩ
ｎを含む窒化物半導体を設けることによる悪影響を回避できる傾向にあるためで
ある。
【００１４】
これら前記ｎ側障壁層（２ａ）、及び／又は、ｐ側障壁層（２ｃ）は、活性層
内で最も外側に配置されている構造とすることが、上述したｎ側障壁層（２ａ）
、ｐ側障壁層（２ｃ）の機能を高めることができ好ましい。
【００１５】
前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層が、Ａｌを含む窒化物半導体を有するこ
とを特徴とする。この構成により、両クラッド層に挟まれた導波路と、各クラッ
ド層との間に、大きな屈折率差を設けることが可能となり、光の導波に優れた導
波路構造が形成され、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。ここで、
Ａｌを含む窒化物半導体として好ましくは、Ｉｎ混晶比が０でＩｎを含まない窒
化物半導体を用いることで、結晶性に優れ、より大きな屈折率差を設けることが
でき、さらにＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される窒化物半導体を用いるこ
とがさらに好ましい。
【００１６】
前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造を
有し、前記第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比が井戸層のＩｎ混晶比より小さい
ことを特徴とする。この構成により、量子井戸構造の活性層とすることで、量子
井戸構造でない場合に比べて、発光再結合が促進され、閾値電流を低下させ、出
力を向上させ、素子特性に優れた窒化物半導体素子が得られる。また、第１の窒
化物半導体層に用いられる窒化物半導体のＩｎ混晶比を、井戸層よりも小さくす
ることで、井戸層とのバンドギャップエネルギー差を大きくでき、キャリアの注
入を良好にでき素子特性の向上につながる。それに加えて、Ｉｎは光の導波にお
いて、光を吸収・散乱させる作用があることから、Ｉｎ混晶比の低い窒化物半導
体の第１の窒化物半導体層と、Ｉｎを含まない第２の窒化物半導体層を用いるこ
とで、光の損失を抑えて、閾値電流、駆動電流を低下させた窒化物半導体素子と
なる。ここで、活性層が量子井戸構造でない場合にも、活性層に用いられる窒化
物半導体のＩｎ混晶比より、第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比を小さくするこ
とで同様な効果が得られる。
【００１７】
前記第１の窒化物半導体層が活性層に接して設けられることを特徴とする。この構成により、図５，６に示すように、ｎ型クラッド層から段階的にバンドギャップエネルギー差が小さくなって活性層につながる構造となり、活性層、井戸層内にキャリアが効率的に注入され、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。また、上述したように、Ｉｎによる光の損失が発生があることから、第１の窒化物半導体層を活性層に接して設けることで、導波路内での光の分布が、活性層に重なったピークを有して、活性層内に多くの光が分布する構造となるものと考えられ、活性層とほぼ同様な層として機能し、導波路内での光の損失を低く抑えることができる。一方で、図１０に示すように、第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｚを、前記ｎ側障壁層（２ａ）のＩｎ混晶比ｖと、ほぼ同じか、大きくすること、すなわち、ｚ≧ｖであることによって、Ｉｎ混晶比をｎ側障壁層よりも大きくでき、このことにより導波路の屈折率を大きくした構造とできる。この場合、ｐ型層からのキャリア閉込めは、主にｎ側障壁層（２ｂ）が担うこととなるが、ホールの拡散長が電子よりも小さい窒化物半導体においては、ｐ側電
子閉込め層のように大きな障壁を設けなくても、活性層内へのキャリア閉込めが可能とできる。すなわち、ｐ型層からのキャリア閉込めにおいては、バンドギャップエネルギーの大きなｎ側障壁層（２ａ）が担うように、最小にして、簡略化を実現し、た構造とし、一方で、第１の窒化物半導体層が大きなＩｎ混晶比を有することで、活性層、導波路中心部の屈折率を大きくして、光の導波に優れた素子構造の形成が可能となる。
【００１８】
ｐ型クラッド層と活性層との間に前記第２の窒化物半導体層からなるｐ型光ガ
イド層と、該ｐ型光ガイド層と活性層との間にＡｌを含む窒化物半導体からなる
ｐ側電子閉込め層を有することを特徴とする。この構成により、導波路内におい
て、活性層とｐ型クラッド層との間を、ｐ側電子閉込め層と第２の窒化物半導体
層からなるｐ型光ガイド層を有することで、結晶性の悪化、Ｉｎによる光の損失
を抑えて、素子特性が向上する。このとき、ｐ側電子閉込め層を有することで、
電子が活性層に効率的に閉じ込められて、素子特性が良好なものとなり、このよ
うに作用させるには、Ａｌを含む窒化物半導体をｐ側電子閉込め層に用いること
が必用であり、特に光の損失を低く抑えるため好ましくは、Ｉｎを含まない窒化
物半導体を用いることであり、さらに好ましくは、ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１
）で表される窒化物半導体を用いることである。
【００１９】
前記活性層と第１の窒化物半導体層との間に、Ｉｎ混晶比が０である窒化物半
導体からなるｎ型光ガイド層を有することを特徴とする。この構成により、導波
路内において、ｎ型光ガイド層は、Ｉｎを含まないことから光の損失のないガイ
ド層となり、第１の窒化物半導体層は、導波路とクラッド層との間の屈折率差を
大きくする層として機能し、素子特性が向上する。
【００２０】
前記第１の窒化物半導体層の膜厚が３００Å以上であることを特徴とする。こ
の構成により、上述した第１の窒化物半導体層を有することによる導波路内の屈
折率を大きくする効果が大きくなり、クラッド層との屈折率差を大きくでき、素
子特性が向上する。
【００２１】
前記活性層内で最もｎ型層側の層としてｎ側障壁層を有し、該ｎ側障壁層と前
記第１の窒化物半導体層との膜厚の和が、３００Å以上であることを特徴とする
。
【００２２】
また、本発明の別の形態としては、前記ｐ型クラッド層と、ｎ型クラッド層と
が、光閉込めのクラッド層であり、前記ｐ型クラッド層と、ｎ型クラッド層との
少なくとも一方は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体を有する第１の層と、第
１の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第２の層とが交互に積層された多
層膜クラッド層を、光閉込め層とすることである。クラッド層を多層膜で形成す
る場合には、組成の異なる窒化物半導体を複数積層するものであり、具体的には
Ａｌ組成比の異なる窒化物半導体を複数積層する。このように多層膜で形成する
と、単一膜の場合における結晶性の悪化、クラックの発生を、抑制することが可
能となる。具体的には、多層膜として、第１の層と、それと異なる組成の第２の
層とを積層し、屈折率、バンドギャップエネルギーの異なる層を複数設ける。例
えば、Ａｌ組成比ｘ１の第１の層と、Ａｌ組成比ｘ２（ｘ１≠ｘ２）の第２の層
とを積層した構造の多層膜でも良く、この時Ａｌ組成比をｘ１＞ｘ２（０≦ｘ２
、ｘ１≦１）とした構成とすると、Ａｌ組成比の大きな第１の層で屈折率を小さ
く、バンドギャップエネルギーを大きくし、Ａｌ組成比の小さい第２の層で、第
１の層を形成することによる結晶性の悪化を抑えることができる。また、第１の
層、第２の層を積層し、第２の層と組成の異なる第５の層を積層するなどして、
更に複数の組成の異なる層を積層しても良い。また、第１の層、第２の層を交互
に複数積層した構造であっても良く、少なくとも第１の層、第２の層を有する対
を、複数対形成した構造としても良い。このような、多層膜構造では、Ａｌを含
む窒化物半導体の結晶性悪化を抑えて、膜厚を大きくすることができるため、光
閉込めにおいて重要となる膜厚を得ることが可能となる。
【００２３】
多層膜構造のクラッド層において、超格子構造とすることで、更に結晶性を良
好なものとして、クラッド層を形成することができ好ましい。ここで、超格子構
造は、クラッド層の少なくとも一部に設けることであり、好ましくは全てにおい
て超格子構造を設けることで、結晶性良くクラッド層を形成できる。この時、超
格子構造としては、光ガイド層の場合と同様に、少なくとも第１の層と、第２の
層とを交互に複数積層したり、少なくとも第１の層と第２の層とを有する対を、
複数対設けた構造とする。超格子構造を構成する各層の膜厚としては、組成及び
各層の組み合わせによりその膜厚は異なるが、具体的には、１０ｎｍ以下とする
ことであり、好ましくは７．５ｎｍ以下とすることで結晶性を良好に保つことが
でき、更に好ましくは５ｎｍ以下とすることで、より良好な結晶性とすることが
できる。このとき、少なくとも第１、２の層の一方を上記膜厚範囲とし、好まし
くは両方の膜厚とも上記膜厚範囲とすることで厚膜でのクラッド層形成が良好な
結晶性となる。
【００２４】
クラッド層には、少なくとも各導電型の不純物をドープすることが好ましく、
光ガイド層と同様に、全体にドープしても、部分的にドープしても良い。また、
多層膜の場合にも光ガイド層と同様に、例えば前記第１の層、第２の層を有する
多層膜で、両方にドープしても良く、又は第１の層と第２の層とで異なるドープ
量とするか、一方にドープして、他方をアンドープとした変調ドープとしても良
い。例えば、前記第１の層／第２の層が、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦
１）／Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、ｘ１＞ｘ２）の超格子多層膜構
造である場合に、Ａｌ組成比の小さい第２の層に不純物ドープして、第１の層を
アンドープとすることで、光ガイド層と同様に結晶性を良くすることができる。
【００２５】
クラッド層の膜厚としては特に限定されないが、１０ｎｍ以上２μｍ以下、５
０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲で形成する。これは、１０ｎｍ以上とすることでキ
ャリアの閉込めが可能で、２μｍ以下とすることで、結晶性の悪化を抑え、更に
５０ｎｍ以上とすることで光閉込めが可能となりレーザ素子、端面発光素子など
に用いることができ、１μｍ以下とすることで、結晶性良くクラッド層を形成す
ることができる。
【００２６】
さらに、上記光閉込めのクラッド層に加えて、前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラ
ッド層の少なくとも一方と、活性層との間に、光ガイド層を有し、該光ガイド層
は、少なくともＩｎを含む窒化物半導体を有する第３の層と、第３の層とはバン
ドギャップエネルギーの異なる第４の層とが交互に積層された多層膜光ガイド層
を設けた構造とすることができる。この多層膜光ガイド層の組成については、上
記多層膜クラッド層と同様に、超格子構造の多層膜とすることが好ましい。具体
的には、Ｉｎ組成比の異なる窒化物半導体を複数積層する。このように多層膜で
形成すると、図１０に示すように、ｎ型層側には、活性層近傍に配置された第１
の窒化物半導体層と、クラッド層側に配置された多層膜光ガイド層とが設けられ
る構造とでき、導波路の屈折率を低下できる構造となり、単一膜のＩｎを含む窒
化物半導体からなる光ガイド層を設ける場合における結晶性の悪化を、抑制する
ことが可能となる。具体的には、多層膜として、第６の層と、それと異なる組成
の第４の層とを積層し、屈折率、バンドギャップエネルギーの異なる層を複数設
ける。例えば、Ｉｎ組成比ｙ１の第３の層と、Ｉｎ組成比ｙ２（ｙ１≠ｙ２）の
第４の層とを積層した構造の多層膜でも良く、この時Ｉｎ組成比をｙ１＞ｙ２（
０≦ｙ２、ｙ１≦１）とした構成とすると、Ｉｎ組成比の大きな第３の層で屈折
率を大きく、バンドギャップエネルギーを大きくし、Ｉｎ組成比の小さい第４の
層で、第３の層を形成することによる結晶性の悪化を抑えることができる。また
、第３の層、第４の層を積層し、第４の層と組成の異なる第６の層を積層するな
どして、更に複数の組成の異なる層を積層しても良い。また、第３の層、第４の
層を交互に複数積層した構造であっても良く、少なくとも第３の層、第４の層を
有する対を、複数対形成した構造としても良い。このような、多層膜構造では、
Ｉｎを含む窒化物半導体の結晶性悪化を抑えて、導波路の屈折率を大きくした構
造とでき、クラッド層との屈折率差を高めることができる。
【００２７】
多層膜構造の光ガイド層において、超格子構造とすることで、更に結晶性を良
好なものとして、光ガイド層を形成することができ好ましい。ここで、超格子構
造は、光ガイド層の少なくとも一部に設けることであり、好ましくは全てにおい
て超格子構造を設けることで、結晶性良く光ガイド層を形成できる。この時、超
格子構造としては、クラッド層の場合と同様に、少なくとも第３の層と、第４の
層とを交互に複数積層したり、少なくとも第３の層と第４の層とを有する対を、
複数対設けた構造とする。超格子構造を構成する各層の膜厚としては、組成及び
各層の組み合わせによりその膜厚は異なるが、具体的には、１０ｎｍ以下とする
ことであり、好ましくは７．５ｎｍ以下とすることで結晶性を良好に保つことが
でき、更に好ましくは５ｎｍ以下とすることで、より良好な結晶性とすることが
できる。このとき、少なくとも第１、２の層の一方を上記膜厚範囲とし、好まし
くは両方の膜厚とも上記膜厚範囲とすることで光ガイド層形成が良好な結晶性と
なる。
【００２８】
クラッド層には、少なくとも各導電型の不純物をドープすることが好ましく、
光ガイド層と同様に、全体にドープしても、部分的にドープしても良い。また、
多層膜の場合にも光ガイド層と同様に、例えば前記第３の層、第４の層を有する
多層膜で、両方にドープしても良く、又は第３の層と第４の層とで異なるドープ
量とするか、一方にドープして、他方をアンドープとした変調ドープとしても良
い。例えば、前記第３の層／第４の層が、Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｙ１Ｎ（０＜ｙ１≦
１）／Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｙ２Ｎ（０≦ｙ２≦１、ｙ１＞ｙ２）の超格子多層膜構
造である場合に、Ｉｎ組成比の小さい第４の層に不純物ドープして、第３の層を
アンドープとすることで、クラッド層と同様に結晶性を良くすることができる。
【００２９】
また、光ガイド層の膜厚としては、特に限定されるものではないが、１０ｎｍ
以上１μｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで、上記第
１，２の窒化物半導体層とを組み合わせた構造において、優れた導波路構造が形
成される。さらに好ましくは、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることで、前
記第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層と光ガイド層とを組み合わせて
用いる構成において、好適な光導波路が形成され、効率的に光が閉じ込められて
、閾値電流を低減させることができる。
【００３０】
ｎ型層が、光ガイド層を有し、該ｎ型層の光ガイド層と活性層との間に、第１
の窒化物半導体層を有することで、良好な導波路構造が形成される。
前記ｐ型層が、光ガイド層を有し、該ｐ型層の光ガイド層が、前記第２の窒化
物半導体層を有することで、Ｉｎを含む窒化物半導体にによる結晶性悪化を抑え
ると共に、導波路の屈折率を高めた構造とできる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の窒化物半導体素子は、長波長域において、閾値電流を低く抑えたレー
ザ素子、および素子特性に優れる端面発光素子が得られる。特に、図９に示すよ
うに、ガイド層にＩｎを含む窒化物半導体を用いた参考例の構造に比べて、本発
明のように導波路内の構造を非対称な構造とすることで、４４０ｎｍの長波長域
で優れた素子特性の窒化物半導体素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の窒化物半導体素子に用いる窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、
もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半導体（Ｉｎx
ＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）がある。その他に前記窒化ガ
リウム系化合物半導体の一部を、Ｂ、Ｐで置換した、混晶でもよい。また、活性
層、井戸層、障壁層などに用いられるＩｎを含む窒化物半導体は、具体的には、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導
体を用いることである。また、Ａｌを含む窒化物半導体として、具体的には、Ｉ
ｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体
を用いることである。
【００３３】
（活性層）
本発明における活性層としては、少なくともＩｎを含む窒化物半導体を有し、
特に波長４４０ｎｍ以上の発光をするものである。ここで、Ｉｎを含む窒化物半
導体としては、その組成は特に限定されないが、好ましくはＩｎxＧａ1-xＮ（０
＜ｘ≦１）で表される窒化物半導体を用いることである。このとき、Ｉｎを含む
窒化物半導体には、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれ
でもよいが、好ましくはノンドープ若しくはアンドープ、又はｎ型不純物ドープ
のＩｎを含む窒化物半導体を活性層内に設けることで、レーザ素子、発光素子な
どの窒化物半導体素子において、高出力化が図れる。また、活性層が、量子井戸
構造を有する場合には、このＩｎを含む窒化物半導体が少なくとも井戸層に用い
られる。ここで、量子井戸構造としては、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造
のどちらでも良い。好ましくは、多重量子井戸構造とすることで、出力の向上、
発振閾値の低下などが図ることが可能となる。活性層の量子井戸構造としては、
後述する井戸層、障壁層を積層したものを用いることができる。この時、量子井
戸構造である場合に、井戸層数としては、１以上４以下とすることで、例えばレ
ーザ素子においては、閾値電流を低くすることが可能となり好ましく、更に好ま
しくは、井戸層数を２又は３とした多重量子井戸構造とすることで、高出力のレ
ーザ素子、発光素子が得られる傾向にある。
【００３４】
また、多重量子井戸構造において、井戸層に挟まれた障壁層は、特に１層であ
ること（井戸層／障壁層／井戸層）に限るものではなく、２層若しくはそれ以上
の層の障壁層を、「井戸層／障壁層(1)／障壁層(2) ／障壁層(3)／・・・／井戸
層」というように、組成・不純物量等の異なる障壁層を複数設けても良い。例え
ば、井戸層の上に、Ａｌを含む窒化物半導体からなる上部障壁層と、その上に上
部障壁層よりもエネルギーバンドギャップの小さな下部障壁層を設ける構造など
があげられる。具体的には、井戸層の上に配置されＡｌを含む窒化物半導体から
なる上部障壁層を設けることで、井戸層内に、Ｉｎの偏析、Ｉｎ濃度の面内分布
を誘発し、量子ドット、量子細線効果が得られる傾向にあるため、これを用いて
も良い。この時、Ａｌを含む窒化物半導体としては、具体的には、ＩｎxＡｌyＧ
ａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いるこ
とであり、好ましくは３元混晶のＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）を用いることで
、結晶性、制御性良く成長させることが可能となるため好ましい。また、Ａｌを
含む窒化物半導体は、上部障壁層に限らず、井戸層の下に配置された下部障壁層
としても良く、前記障壁層(1)と(3)に挟まれた障壁層(2)として設けても良い。
好ましくは、井戸層の下部に接して設けられる下部障壁層以外に用いることであ
り、なぜなら良好な結晶性でもって井戸層が形成される傾向にあり、また上述し
た量子効果が得られやすい傾向にあるからである。井戸層の下に接する下部障壁
層としては、Ａｌを含まない窒化物半導体を用いることが好ましく、ＩｎxＧａ1
-xＮ（０≦ｘ≦１）の窒化物半導体を用いることが、井戸層の結晶性の点から好
ましく、さらにはＩｎ混晶比ｘが０より大きいＩｎＧａＮとする方が、井戸層に
対する下地層の効果が得られ好ましい。
【００３５】
（井戸層）
本発明における井戸層としては、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いることが好
ましく、この時具体的な組成としては、ＩｎαＧａ1-αＮ（０＜α≦１）を好ま
しく用いることができる。このことにより、良好な発光・発振を可能とする井戸
層となる。この時、Ｉｎ混晶比により、発光波長を決めることができる。
【００３６】
また、井戸層の膜厚及び井戸層の数としては、膜厚及び井戸層の数を任意に決
めることが可能である。具体的な膜厚としては、１０Å以上３００Å以下の範囲
、好ましくは２０Å以上２００Å以下の範囲とすることで、Ｖｆ、しきい値電流
密度を低減させることができる。また、結晶成長の観点からは、２０Å以上であ
ると、膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２００Å以下と
することで結晶欠陥の発生を低く抑えて結晶成長が可能となる。活性層内の井戸
層数としては特に限定されず、１以上であり、この時、井戸層の数が４以上であ
る場合には、活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚
くなって、Ｖｆの上昇を招くこととなるため、井戸層の膜厚を１００Å以下の範
囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。
【００３７】
本発明の井戸層には、前記活性層内のＩｎを含む窒化物半導体と同様に、ｎ型
不純物がドープされていても、いなくても良い。しかしながら、井戸層はＩｎを
含む窒化物半導体が用いられ、ｎ型不純物濃度が大きくなると結晶性が悪化する
傾向にあるため、ｎ型不純物濃度を低く抑えて結晶性の良好な井戸層とすること
が好ましい。具体的には、結晶性を最大限に良好なものとするために井戸層をア
ンドープで成長させることであり、この時ｎ型不純物濃度は５×１０16／cm3以
下と実質的にｎ型不純物を含まない井戸層とすることである。また、井戸層にｎ
型不純物をドープする場合には、ｎ型不純物濃度が１×１０18以下５×１０16以
上の範囲でドープされていると、結晶性の悪化を低く抑え、なおかつキャリア濃
度を高くすることができ、しきい値電流密度、Ｖｆを低下させることができる。
この時、井戸層のｎ型不純物濃度としては、障壁層のｎ型不純物濃度とほぼ同じ
か、若しくは小さくすることで、井戸層での発光再結合を促し、発光出力が向上
する傾向にあるため好ましい。この時、井戸層、障壁層をアンドープで成長させ
て、活性層の一部を構成しても良い。
【００３８】
特に、大電流で素子を駆動させた場合（高出力のＬＤ、ハイパワーＬＥＤ、ス
ーパーフォトルミネセンスダイオードなど）では、井戸層がアンドープで、実質
的にｎ型不純物を含有しないことで、井戸層でのキャリアの再結合が促進され、
高い効率での発光再結合が実現され、逆にｎ型不純物が井戸層にドープされると
、井戸層でのキャリア濃度が高いため、かえって発光再結合の確率が減少し、一
定出力下で駆動電流、駆動電流の上昇を招く悪循環が発生し、素子の信頼性（素
子寿命）が大幅に低下する傾向にある。このため、このような高出力の素子では
、井戸層のｎ型不純物濃度を、少なくとも１×１０18／cm3以下にすることであ
り、好ましくはアンドープ若しくは実質的にｎ型不純物を含有しない濃度とする
ことで、高出力で安定した駆動が可能な窒化物半導体素子が得られる。また、井
戸層にｎ型不純物をドープしたレーザ素子では、レーザ光のピーク波長のスペク
トル幅が広がる傾向にあるため、好ましくなく１×１０18／cm3、好ましくは１
×１０17／cm3以下とすることである。
【００３９】
（障壁層）
本発明において、障壁層の組成としては、特に限定されないが、井戸層との間
にバンドギャップエネルギー差が設けられる、井戸層よりもバンドギャップエネ
ルギーが大きくなる、ように、井戸層よりＩｎ混晶比の低いＩｎを含む窒化物半
導体若しくはＧａＮ、Ａｌを含む窒化物半導体などを用いることができる。具体
的な組成としては、ＩｎβＧａ1-βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮ、Ａｌγ
Ｇａ1-γＮ（０＜γ≦１）などを用いることができる。ここで、井戸層に接して
下地層となる障壁層（下部障壁層）の場合には、Ａｌを含まない窒化物半導体を
用いることが好ましい。これは、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層をＡｌ
ＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体の上に直接成長させると、結晶性が低下す
る傾向にあり、井戸層の機能が悪化する傾向にあるためである。
【００４０】
また、障壁層には、ｐ型不純物、ｎ型不純物がドープされていても、ノンドー
プであっても良いが、好ましくはｎ型不純物がドープされているかノンドープ若
しくはアンドープとされていることである。この時、障壁層中のｎ型不純物をド
ープする場合にはその濃度として、少なくとも５×１０16／cm3以上ドープされ
ていることである。具体的には、例えばＬＥＤである場合には、５×１０16／cm
3以上２×１０18／cm3以下の範囲でｎ型不純物を有することであり、また、より
高出力のＬＥＤ及び高出力のＬＤでは、５×１０17／cm3以上１×１０20／cm3以
下の範囲、好ましくは１×１０18／cm3以上５×１０19／cm3以下の範囲でドープ
されていることが好ましく、このように高濃度でドープする場合には、井戸層を
ｎ型不純物を実質的に含まないか、アンドープで成長させることが好ましい。
【００４１】
一方で、図３、５〜８に示すように、活性層内で、最も外側で、最もｐ型層１
３側に位置する障壁層２ｃは、好ましくはｎ型不純物を実質的に含まないように
することで、ｐ型層１３からのキャリアの注入が良好となり、素子寿命が向上す
る傾向にある。これは、最もｐ側の障壁層２ｃは、ｐ型層に接して設けられ、ｐ
型層からのキャリアの注入口となり、ｎ型不純物を有する場合には、キャリアの
注入を妨げていると考えられ、ｎ型不純物を実質的に含まないことで、ｐ型層１
３からのキャリアがより深部の、ｐ型層から遠くの、井戸層にまで、安定して効
率的にキャリアが注入されるためと考えられる。これは、特に、大電流で、多量
のキャリアを注入するような、大電流駆動で高出力のＬＤ、ＬＥＤなどにおいて
、顕著にその素子寿命の向上効果が得られる傾向にある。この時、実質的にｎ型
不純物を含まないとは、最もｐ側の障壁層２ｃのｎ型不純物濃度が、５×１０16
／cm3未満となるようにすることである。また、この最もｐ側の障壁層２ｃは、
好ましくは、活性層内で最も外側に形成されることが好ましいが、前記効果は小
さくなるものの最も外側にでない場合、例えば・・・井戸層／障壁層／井戸層／
ｐ型層１３の順に積層された構造、であっても、その効果は期待できる。この最
もｐ側の障壁層２ｃの位置としては、好ましくは活性層内で最も外側に配置され
ること、更に好ましくは、後述するｐ側電子閉込め層に接して設けられることで
、電子の閉込めと、ｐ型層からのキャリアの注入が更に効率的なものとなる。さ
らにまた、最もｐ側の障壁層２ｃが、ｐ型不純物を有することで、更に深部の井
戸層、ｐ型層１３から遠くに位置する井戸層、に対してもｐ型層１３からのキャ
リアが効率的に注入され、さらに素子寿命が向上する傾向にあるため、ｎ型不純
物を実質的に含まず且つｐ型不純物を含む障壁層とすることが好ましい。この時
、ｐ型不純物量としては、５×１０16／cm3以上１×１０20／cm3以下の範囲、好
ましくは、５×１０16／cm3以上１×１０18／cm3以下の範囲である。これは、１
×１０20／cm3以上とｐ型不純物を多くしても、キャリア濃度は殆ど変化しない
ため、不純物を含有することによる結晶性の悪化、不純物による光の散乱作用に
よる損失が大きくなり、かえって活性層における発光効率を低下させる。更に、
１×１０18／cm3以下であると、上記不純物の増加による発光効率の低下を低く
抑え、なおかつ活性層内へのｐ型層からのキャリア濃度を安定して高く保つこと
が可能となる。加えて、ｐ型不純物の下限としては、僅かながらでもｐ型不純物
を有することが好ましく、これは不純物が低濃度である場合には、高濃度である
場合に比較して高い確率で、ｐ型不純物がキャリアとして機能するものとなる傾
向にあるためである。
【００４２】
障壁層の膜厚としては、特に限定されず５００Å以下、より具体的には井戸層
と同様に１０Å以上３００Å以下の範囲が適用できる。
【００４３】
（導波路構造）
本発明の窒化物半導体素子において、素子構造としては、活性層を、ｐ型窒化
物半導体層、ｎ型窒化物半導体層内のｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とで挟み
込む構造を少なくとも有するものとなる。このとき、活性層には、Ｉｎを含む窒
化物半導体を用いることが好ましく、さらに、活性層内で、波長４４０ｎｍ以上
の発光が得られるＩｎ混晶比とすることが好ましい。また、クラッド層と活性層
との間に、活性層を挟む光ガイド層を設けても良い。ここで、ｐ型クラッド層と
ｎ型クラッド層とで挟まれる領域を、導波路と呼ぶ。
【００４４】
本発明において、図２に示す光ガイド層のように、クラッド層と活性層との間の層が、導波路の形成において、重要なものとなる。これは、導波路内に光を閉じ込めるためには、導波路に比べて相対的にクラッド層の屈折率を下げて、屈折率差を大きくするか、導波路内の屈折率を大きくすることであるが、活性層からの光の波長が長くなると、困難な問題が発生する。それは、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮとの屈折率差では、波長が短い領域、例えば４００ｎｍ付近で、大きな屈折率差を有しているが、波長が長くなるに従って、その屈折率差が小さくなるからである。このため、クラッド層に用いられる窒化物半導体のＡｌ混晶比を大きくして、クラッド層の屈折率を小さくするか、若しくは光ガイド層にＩｎを含む窒化物半導体を用いて、導波路内の屈折率を大きくして、導波路とクラッド層との屈折率差を大きくすることが必要になる。しかしながら、クラッド層のＡｌ混晶比を大きくすると、結晶性の悪化が大きく、またクラックなどの発生もあり、リーク電流の原因になるなど、素子特性を悪化させるため、クラッド層のように、厚膜で高いＡｌ混晶比の窒化物半導体を素子構造内に設けることが困難である。さらに、活性層を除く導波路内の窒化物半導体層、例えば光ガイド層、に、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いて、導波路の屈折率を大きくする構造では、Ｉｎを含む窒化物半導体による光の吸収が起こり、このため、導波路内で光の損失が発生し、閾値電流の増大など素子特性の悪化が起こる。また、上述したように、ｐ型窒化物半導体として、例えば、図２に示すｐ型光ガイド層に、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いると、ｐ型不純物として好ましく用いられるＭｇを含むことでの結晶性の悪化が大きく、結果として素子特性を悪化させる。
【００４５】
本発明において、図２に示す光ガイド層のように、クラッド層と活性層との間
の層が、導波路の形成において、重要なものとなる。これは、導波路内に光を閉
じ込めるためには、導波路に比べて相対的にクラッド層の屈折率を下げて、屈折
率差を大きくするか、導波路内の屈折率を大きくすることであるが、活性層から
の光の波長が長くなると、困難な問題が発生する。それは、ＡｌＧａＮとＩｎＧ
ａＮとの屈折率差では、波長が短い領域、例えば４００ｎｍ付近で、大きな屈折
率差を有しているが、波長が長くなるに従って、その屈折率差が小さくなるから
である。このため、クラッド層に用いられる窒化物半導体のＡｌ混晶比を大きく
して、クラッド層の屈折率を小さくするか、若しくは光ガイド層にＩｎを含む窒
化物半導体を用いて、導波路内の屈折率を小さくして、導波路とクラッド層との
屈折率差を大きくすることが必要になる。しかしながら、クラッド層のＡｌ混晶
比を大きくすると、結晶性の悪化が大きく、またクラックなどの発生もあり、リ
ーク電流の原因になるなど、素子特性を悪化させるため、クラッド層のように、
厚膜で高いＡｌ混晶比の窒化物半導体を素子構造内に設けることが困難である。
さらに、活性層を除く導波路内の窒化物半導体層、例えば光ガイド層、に、Ｉｎ
を含む窒化物半導体を用いて、導波路の屈折率を大きくする構造では、Ｉｎを含
む窒化物半導体による光の吸収が起こり、このため、導波路内で光の損失が発生
し、閾値電流の増大など素子特性の悪化が起こる。また、上述したように、ｐ型
窒化物半導体として、例えば、図２に示すｐ型光ガイド層に、Ｉｎを含む窒化物
半導体を用いると、ｐ型不純物として好ましく用いられるＭｇを含むことでの結
晶性の悪化が大きく、結果として素子特性を悪化させる。
【００４６】
本発明では、両クラッド層に挟まれた導波路として、活性層を挟む第１の窒化
物半導体層、第２の窒化物半導体層を有することで、長波長における導波路、及
び結晶性の問題を解決している。すなわち、ｎ型クラッド層と活性層との間に、
Ｉｎを含む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を設けることで、導波路
内の屈折率をクラッド層に比して、相対的に大きくし、一方で、ｐ型クラッド層
と活性層との間に、Ｉｎを含まない（Ｉｎ混晶比が０の）窒化物半導体からなる
第２の窒化物半導体層を設けて、ｐ型層側の結晶性悪化の問題を解決した構造を
有するものである。このため、導波路内は、Ｉｎを含む第１の窒化物半導体層と
Ｉｎを含まない第２の窒化物半導体層とで活性層を挟む構造で、組成が非対称な
構造を有している。
【００４７】
従来、活性層の発光波長が長波長になる導波路構造としては、上述した長波長
域におけるＩｎＧａＮとＡｌＧａＮとの屈折率差の低下の問題と、Ａｌ高混晶に
よる結晶性の悪化の問題から、導波路内にＩｎＧａＮなどのＩｎを含む窒化物半
導体を光ガイド層に用いた構造、例えばＩｎＧａＮ単一膜、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ
多層膜（超格子層）などが考えられていた。しかしながら、ｐ型光ガイド層をＩ
ｎＧａＮ／ＧａＮの超格子多層膜として結晶性の悪化を低く抑えてもなお素子特
性に影響を及ぼさない程度までの結晶性を得ることが困難であり、また、上述し
たＩｎによる光の損失も素子特性悪化の大きな原因となる。これは、活性層の発
光波長が長くなるほど、前記ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮとの屈折率差が小さくなり
、導波路内の屈折率を大きくするために光ガイド層などに用いる窒化物半導体の
Ｉｎ混晶比を大きくしなければならないが、Ｉｎ混晶比が大きくなれば結晶性、
光の損失などによる素子特性の悪化も大きくなることにある。
【００４８】
しかしながら、本発明では、導波路内において、ｎ型クラッド層側にＩｎを含
む第１の窒化物半導体層を用いて導波路全体の屈折率をクラッド層に比して大き
くし、クラッド層との屈折率差を大きくし、ｐ型クラッド層側に第２の窒化物半
導体層を設けることで、Ｉｎを含む窒化物半導体による結晶性の悪化と、光の損
失を回避し、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られるものである。以下、
各層について、説明する。
【００４９】
（第１の窒化物半導体層）
本発明における第１の窒化物半導体層は、導波路内において、活性層とｎ型ク
ラッド層との間に配置され、Ｉｎを含む窒化物半導体からなるものである。ここ
で、第１の窒化物半導体層の組成としては、好ましくは、Ａｌを含まない窒化物
半導体とすることであり、これにより、Ａｌを含む窒化物半導体を用いたクラッ
ド層との屈折率差を大きくすること、すなわち、クラッド層とそれに挟まれた導
波路において、導波路内を相対的に屈折率を大きくすることが可能となり、また
ＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）で表される窒化物半導体を形成することで、結晶
性も良い第１の窒化物半導体層を得ることができる。また、第１の窒化物半導体
層と活性層若しくはｎ型クラッド層との間に、別の層を設けても良く、設けなく
ても良く、すなわち、第１の窒化物半導体層を活性層若しくはｎ型クラッド層、
又は両方に接して設けても良く、どちらか一方若しくは両方に離れて設けても良
い。また、第１の窒化物半導体層を、それとは組成の異なる層と交互に積層する
などして、複数積層した多層膜構造を用いても良い。本発明の第１の窒化物半導
体層は、活性層とｎ型クラッド層との間にあって、導波路内にあることから、光
ガイド層として機能する一方、Ｉｎを含むことで導波路全体の屈折率を大きくし
て、導波路内への光の閉込めに寄与することから、ｐ型層側の第２の窒化物半導
体層に比して、第２の光閉込め層としても機能していると考えられる。
【００５０】
また、第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｚは、活性層中のＩｎを含む窒化物
半導体のＩｎ混晶比、若しくは量子井戸構造の活性層の場合には井戸層のＩｎ混
晶比、をｗとすると、好ましくはｚ≦ｗとすることであり、更に好ましくはｚ＜
ｗとすることである。例えば、図５、６などに示すように、活性層１２中の井戸
層１の混晶比ｗに比べて、第１の窒化物半導体層３１のＩｎ混晶比ｚを、ｚ≦ｗ
となるようにすることで、図に示すように、段階的なバンドギャップエネルギー
構造を形成でき、導波路内の活性層へのキャリアの効率的な注入、特にｎ型層１
１側からのキャリアの注入に寄与するものとなる。この時、ｚ＜ｗであることで
、井戸層内のＩｎを含む窒化物半導体層、若しくは井戸層、と第１の窒化物半導
体層との間に、大きなバッドギャップエネルギー差を設けることができ、前記キ
ャリアの注入効率を向上させることができる。更に、第１の窒化物半導体層３１
が活性層１２に隣接して設けられ、活性層中で最も外側で、最もｎ型層１１側に
配置され、第１の窒化物半導体層３１に隣接する障壁層２ａが設けられる場合に
は、第１の窒化物半導体層３１のＩｎ混晶比ｚは、この障壁層２ａのＩｎ混晶比
ｖに比べて、ｚ≦ｖとなるようにすると更に好ましく、更にｚ＜ｖとなるように
すると好ましい。これは、図５，６に示すように、ｚ≦ｖであると活性層１２と
ｎ型層１１との接合部付近で、ｎ型層１１から活性層１２に近づくに従って段階
的に、バンドギャップエネルギーが小さくなる構造とでき、ｎ型層１１から活性
層へのキャリアの注入を効率的にし、図５に示すように更に段階的なバンドギャ
ップ構造とすることができ、更に効果的なものとなるからである。
【００５１】
また、一方で、図１０に示すように、第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｚを
、障壁層のＩｎ混晶比ｖとほぼ同じか、それよりも大きくすると（ｚ≧ｖ）、好
ましくは大きくすること（ｚ＞ｖ）であり、バンドギャップエネルギーが障壁層
よりも小さくなるが、Ｉｎ混晶比が大きく、障壁層（ｎ側障壁層）よりも大きな
膜厚で形成される第１の窒化物半導体層により、導波路の屈折率が大きくなり、
光閉込めのクラッド層との屈折率差を大きくすることができる。この場合、ｎ型
層からのキャリアが注入される際に、第１の窒化物半導体層とｎ側障壁層との間
に障壁が設けられる構造となるが、バイアス地においては、その障壁が小さくな
り、その影響は少なくなる。一方で、ｎ側障壁層２ａが、主にｐ型層からのキャ
リアの閉込め層となるが、窒化物半導体ではホールの拡散長が小さいため、障壁
が小さく、膜厚が薄くなることによる影響は比較的低く抑えられる。また、光ガ
イド層と第１の窒化物半導体層とのＩｎ混晶比については、図８に示すように、
光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーを小さくして、Ｉｎ混晶比を大きく
することが好ましい。これは、第１の窒化物半導体層が屈折率を高めるために設
け、導波路構造の中心部に当たる活性層近傍の屈折率を高めることが好ましいこ
とから、Ｉｎ混晶比を光ガイド層よりも大きくした第１の窒化物半導体層を、光
ガイド層よりも活性層の近くに設けることで、より優れた導波路構造を形成する
ことができる。ここで、本発明において、クラッド層、光ガイド層が多層膜で構
成される場合、特に超格子多層膜で構成される場合において、各層のＩｎ混晶比
、Ａｌ混晶比、バンドギャップエネルギーは、平均組成、平均エネルギーで、他
の層と比較する者であり、この平均組成、平均エネルギーは、多層膜を構成する
第１の層（第３の層）、第２の層（第４の層）の各膜厚で、Ａｌ、Ｉｎ組成、エ
ネルギーを、加重平均した値となる。例えば、光ガイド層が、Ｉｎ混晶比ｙ１、
膜厚ｄ３の第３の層、Ｉｎ混晶比ｙ２、膜厚ｄ４の第４の層とが交互に積層され
た超格子構造にあっては、Ｉｎの平均混晶比ｙｍは、ｙｍ＝［（ｄ３×ｙ１）＋
（ｄ４×ｙ２）］／（ｄ３＋ｄ４）で求められる。
【００５２】
また、図５，６，１０に示すように、クラッド層２５，３０と活性層１２との
間に、光ガイド層２６，２９が設けられ、さらにｎ型層１１側にあっては、光ガ
イド層２６と活性層との第１の窒化物半導体層を有する場合、図１０に示すよう
に、光ガイド層のＩｎ混晶比若しくは平均組成よりも、活性層内で外側に配置さ
れたｎ側障壁層２ａのＩｎ組成ｚを大きくすることが好ましい。これは、上述し
た第１の窒化物半導体層による屈折率増加の機能を好適に引き出すものであり、
具体的には、光ガイド層２６よりも活性層側に設けられる第１の窒化物半導体層
のＩｎ混晶比を大きくし、活性層近傍の屈折率を高めることで、導波路中央付近
に位置する活性層を中心に屈折率の大きな層が設けられることで、良好な光分布
を実現できる。一方、ｐ型層側にあっては、ｐ側障壁層がこの役割を担い、すな
わち、ｐ側障壁層２ｃのＩｎ組成比を、ｐ型層の光ガイド層２９のＩｎ組成比よ
り大きくすることで、第１の窒化物半導体層と同様な機能が得られる。
【００５３】
ここで、第１の窒化物半導体層の位置における前記各形態について言及すると
、活性層及びｎ型クラッド層に接して第１の窒化物半導体層を設ける形態では、
Ｉｎを含む窒化物半導体を結晶性良く厚膜で形成することが困難な傾向にあるこ
とから、導波路として十分な膜厚で形成すると結晶性の悪化による素子特性の悪
化が現れ、逆に結晶性が素子特性を悪化しない程度の膜厚で形成すると、導波路
として機能するのに不十分な膜厚となり、クラッド層外への光の漏れによる損失
により素子特性の悪化が起こる傾向にある。第１の窒化物半導体層を活性層とｎ
型クラッド層との間に、複数積層した多層膜とする場合には、例えば超格子構造
として、Ｉｎを含まない窒化物半導体と共に多数積層して、結晶性の悪化を抑え
て厚膜を形成することができる。例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層膜層、若し
くは、ｎ型クラッド層から活性層に近づくにつれてＩｎ混晶比が大きくなるよう
に組成傾斜させた構造とすることができる。一方で、導波路の屈折率を単一膜と
同等とするには、多層膜の膜厚が厚くなり、その多層膜内において、Ｉｎを含む
第１の窒化物半導体層が散在する構造となることから、単一膜よりも厚膜の多層
膜でもってＩｎによる光の損失が発生することから、単一膜よりもその損失が大
きくなる傾向にある。また、第１の窒化物半導体層の位置としては、具体的には
ｎ型クラッド層と活性層との間であり、ｎ型クラッド層と活性層との間に光ガイ
ド層が設けられる場合には、図５，６，１０に示すように光ガイド層と活性層と
の間、又は図６，７に示すように光ガイド層内部、若しくは光ガイド層内部に第
１の窒化物半導体層を設けることができる。本発明において上記様々な形態を適
用しうるが、好ましくは活性層に近づけて、更に好ましくは活性層に接して配置
することが良い傾向にある。これは、詳しいことは不明であるが、図５，６等に
示すように、ｎ型クラッド層から活性層に至る領域で、バンドギャップ構造を段
階的なものとし、ｎ型層側１１からのキャリアの注入を促進させることが影響し
ていると考えられる。
【００５４】
第１の窒化物半導体層の膜厚としては、特に限定されるものではないが、上述
したようにＩｎによる光の損失の発生を考慮して、少なくとも１５００Å以下と
することであり、好ましくは３００Å以上とすることで導波路全体の屈折率を上
昇させ、ｎ型クラッド層との間に大きな屈折率差を形成することができ、損失が
少なく、閾値電流を低減させた優れた導波路が形成される。この時、後述するよ
うに、導波路としての機能は、クラッド層と活性層とで挟まれる領域の膜厚の総
和に作用されることから、ｎ型クラッド層と活性層とで挟まれる領域の膜厚の総
和を考慮して、第１の窒化物半導体層を決定すると良い。また、図５，６などに
示すように、第１の窒化物半導体層が最もｎ型層側の障壁層２ａに隣接して配置
される場合には、第１の窒化物半導体層は、障壁層として寄与すると考えられる
ことから、この場合の第１の窒化物半導体層の膜厚は、障壁層２ａとの膜厚の総
和が３００Å以上となるようにすることで、障壁層、光の閉込めとして良好に寄
与するものとなり好ましく、この時の膜厚の上限としては前記の１５００Å以下
とすることが好ましい。
【００５５】
第１の窒化物半導体層には、ｎ型不純物がドープされていても、ドープされて
いなくても良いが、好ましくはｎ型不純物をドープして、良好なｎ型導電性を有
することである。この時、第１の窒化物半導体層は、Ｉｎを含む窒化物半導体で
あるため、上述したようにｐ型不純物ほどではないものの、ｎ型不純物をドープ
することによる結晶性の悪化があるため、好ましくはドープ量を１×１０19／ｃ
ｍ3以下の範囲とすることで、Ｉｎを含む窒化物半導体における結晶性の悪化を
抑制できる。
【００５６】
（第２の窒化物半導体層）
本発明において、第２の窒化物半導体層としては、Ｉｎ混晶比が０の窒化物半
導体を用いることであり、この第２の窒化物半導体層をｐ型クラッド層と活性層
との間に設けることで、結晶性に優れ、導波路として機能する層となる。これは
、前記第１の窒化物半導体層とこの第２の窒化物半導体層とで活性層を挟む構造
を導波路内に設けること、すなわちｎ型層側の第１の窒化物半導体層とｐ型層側
の第２の窒化物半導体層とし、両方の層を活性層を介して対向して配置し、組成
が異なることにより、導波路内で異なる機能を有する非対称な導波路構造とする
ものである。第２の窒化物半導体層に用いられる窒化物半導体のＩｎ混晶比ｕを
、ｕ＝０とすることで、結晶性に優れた層を形成でき、結晶性悪化によるＶｆ、
閾値電流の上昇を回避できる。これは、Ｉｎを含む窒化物半導体は、Ｉｎを含ま
ないものに比べて、結晶性が悪化する傾向にあるからである。また、第２の窒化
物半導体層は、第１の窒化物半導体層と異なり、ｐ型不純物をドープしてｐ型導
電性を持たせる必要があり、不純物ドープによる結晶性の悪化が起こり、更にｐ
型不純物として好ましく用いられるＭｇでは大幅な結晶性の悪化が起こり、これ
は、Ｉｎを含む窒化物半導体において、Ｉｎを含まないものに比べて、その結晶
性の悪化は顕著なものである。
【００５７】
また、図２〜４に示すように、通常、ＬＥＤ、ＬＤなどの窒化物半導体素子で
は、基板上に、ｎ型層１１／活性層１２／ｐ型層１３の順に積層された構造が多
く採用されているが、このような場合には、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いた活
性層１２の下部に配置されたｎ型層１１と、上部に配置されたｐ型層１３とでは
、通常成長条件が異なり、活性層よりも上部に配置されたｐ型層１３では、通常
活性層中のＩｎが分解するなどして結晶性を悪化させないような温度条件で成長
させる必要があり、ｎ型層１１はそのような制限がない。このことから、低い温
度で成長させるｐ型層１３では、良好な結晶成長条件で、成長させることが困難
な場合がある。
【００５８】
具体的には、図２に示すように、ｎ型層１１，ｐ型層１３との間に活性層１１
が設けられた構造を、基板（図示せず）の上などに有し、本発明の基本的な構成
として、ｎ型層１１には、ｎ型クラッド層２６が設けられ、ｐ型層１３には、ｐ
型クラッド層３０が設けられた構造がある。更に、各導電型層には、これらクラ
ッド層２６，３０よりも活性層から離れた位置に、ｎ型コンタクト層２５、ｐ型
コンタクト層が形成し、電極をその表面に設けても良く、基板の上に、ｎ型層１
１、活性層１２、ｐ型層１３が順に積層された構造において、基板のｎ型層に対
向する面側に電極を設けて、ｎ型コンタクト層２５を電荷注入層として、ｎ型ク
ラッド層２６よりも高濃度でｎ型不純物ドープをドープした層を設けることもで
きる。また、これらクラッド層がコンタクト層を兼ねる構成であってもよい。こ
のような基本的な構造において、図３に示すように、第１の窒化物半導体層３１
、第２の窒化物半導体層３２を、それぞれｎ型クラッド層２６、ｐ型クラッド層
３０と活性層１２との間に、設ける構造となる。また、図３，４に示すように、
光ガイド層２６、２９が、活性層とクラッド層との間に設けられる場合には、光
ガイド層と活性層との間に、第１、２の窒化物半導体層が設けられても良く、光
ガイド層が、第１の窒化物半導体層若しくは、第２の窒化物半導体層を有する構
造とすることもできる。このため、光ガイド層が、多層膜構造を有する場合には
、第１の窒化物半導体層、若しくは第２の窒化物半導体層を有する多層膜構造と
できる。
【００５９】
第２の窒化物半導体層の組成としては、Ｉｎを含まない窒化物半導体をもちい
ることであり、好ましくはＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ＜１）で表される窒化物半導
体を用いることである。また、この時、ｐ型クラッド層との屈折率差を設けるた
め、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比より第２の窒化物半導体のＡｌ混晶比ｔを小さ
くすることが好ましい。更にまた、クラッド層と導波路との屈折率差を考慮して
、ｔ≦０．５として、低いＡｌ混晶比で形成するか、導波路内の屈折率を最大限
に大きくするために、ｔ＝０のＧａＮを用いることが最も好ましい。また、第２
の窒化物半導体層は、ｐ型不純物を有することが好ましく、ｐ型不純物を含有し
て、ｐ型導電性を有することで良好な導電性のｐ型層として機能させることがで
きる。この時、ｐ型不純物のドープ量としては特に限定されないが、Ｉｎを含ま
ない窒化物半導体であってもＩｎを含む場合に比べて結晶性の悪化は小さいもの
の、ドープ量が小さいほど結晶性が良好になる傾向にあるため、好ましくは１×
１０18／ｃｍ3以下の範囲とすることで良好な結晶性の第２の窒化物半導体層が
得られる。後述する実施例では、第２の窒化物半導体層をアンドープで成長させ
て、隣接層からの拡散によりｐ型不純物がドープされるが、特にこの方法に限定
されず、他の層についても同様であるが、成長後の拡散でも、ドープしながら成
長させる方法でも、どちらでも良い。
【００６０】
第２の窒化物半導体層は、単一膜で形成されても良く、多層膜で形成されても
良い。多層膜としては、ＡｌＧａＮ／ＧａＮを複数積層した多層膜でも良く、Ａ
ｌ混晶比を活性層から離れるに従って大きくするような組成傾斜させた層であっ
ても良い。
【００６１】
第２の窒化物半導体層をｐ型光ガイド層に用いる場合には、第２の窒化物半導
体層だけでp型光ガイド層を構成しても良く、第２の窒化物半導体層とは組成の
異なる層と組み合わせて構成しても良い。この時、好ましくはＩｎを含まない第
２の窒化物半導体層だけで構成すると、導波路内のＩｎによる光の損失が回避で
き好ましい。この時、ｐ型光ガイド層の膜厚としては、特に限定されるものでは
ないが、少なくとも２００Å以上の膜厚で形成することで、導波路として良好で
、損失の少ない光の導波が実現され、閾値電流の低下につながり、この時膜厚の
上限としては４０００Å以下とすることで、閾値電流、Ｖｆの上昇を抑えること
ができ、好ましくは５００Å以上２０００Å以下とすることで、閾値電流、Ｖｆ
を低くし、光の導波に適した膜厚の導波路が形成できる。この膜厚については、
クラッド層と活性層に挟まれる領域のｎ型層側、すなわちｎ型クラッド層と活性
層とで挟まれる領域の膜厚にも適用できる。具体的には、ｎ型クラッド層と活性
層との間に、第１の窒化物半導体層を有する場合にはその膜厚、第１の窒化物半
導体層とｎ型光ガイド層などの別の層を有する場合にはそれらの層の膜厚の総和
について、適用できる。このように、クラッド層と活性層に挟まれた領域の膜厚
を、ｐ型層側、ｎ型層側共にほぼ同等な膜厚として膜厚が活性層を介して対称な
導波路構造としても良く、両者の膜厚を異ならしめて、膜厚が非対称な導波路構
造としても良く、得られる窒化物半導体素子の特性を考慮して適宜選択すればよ
い。
【００６２】
また、本発明の別の態様によっては、第２の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｕが
、第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｚより小さくする構成（ｕ＜ｚ）では、ｐ
型層側に、Ｉｎを含む窒化物半導体が設けられることによる結晶性低下を抑えて
、ｐ型層側にも導波路の屈折率を大きくする層を形成でき、導波路の光分布が、
ｎ型層側にシフトすることを抑えた構造とできる。
【００６３】
（ｐ側電子閉込め層）
本発明において、ｐ型窒化物半導体層として、特にレーザ素子、端面発光素子
において、ｐ側電子閉込め層を設けることが好ましい。このｐ側電子閉込め層と
しては、Ａｌを含む窒化物半導体を用いるものであり、具体的にはＡｌγＧａ1-
γＮ（０＜γ＜１）を用いる。この時、Ａｌ混晶比γとしては、電子閉込め層と
して機能するように、活性層より十分に大きなバンドギャップエネルギーを有す
る（オフセットをとる）必要があり、少なくとも０．１≦γ＜１の範囲とするこ
とであり、好ましくは０．２≦ａ＜０．５の範囲とすることである。なぜなら、
γが０．１以下であるとレーザ素子において、十分な電子閉込め層として機能せ
ず、０．２以上であると十分に電子閉込め（キャリアの閉込め）がなされ、キャ
リアのオーバーフローを抑え、加えて０．５以下であるとクラックの発生を低く
抑えて成長させることができ、更に好ましくはγを０．３５以下とすることで良
好な結晶性で成長できる。この時、Ａｌ混晶比は、ｐ型クラッド層よりも大きく
することが好ましく、これはキャリアの閉込めには光の閉込めとなるクラッド層
より高い混晶比の窒化物半導体が必要となるからである。このｐ側電子閉込め層
は、本発明の窒化物半導体素子に用いることができ、特にレーザ素子のように、
大電流で駆動させ、多量のキャリアを活性層内に注入する場合において、ｐ側電
子閉込め層を有していない場合に比べて、効果的なキャリアの閉込めを可能とし
、レーザ素子だけでなく、高出力のＬＥＤにも用いることができる。
【００６４】
本発明のｐ側電子閉込め層の膜厚としては、少なくとも１０００Å以下とする
ことであり、好ましくは４００Å以下とすることである。これは、Ａｌを含む窒
化物半導体は、他の窒化物半導体（Ａｌを含まない）に比べて、バルク抵抗が大
きく、更にｐ側電子閉込め層のＡｌ混晶比は上述したように高く設定されるため
、１０００Åを超えて素子内に設けると、極めて高抵抗な層となり、順方向電圧
Ｖｆの大幅な増加を招くこととなるためであり、４００Å以下であるとＶｆの上
昇を低く抑えることが可能で、更に好ましくは２００Å以下とすることで更に低
く抑えることが可能となる。ここで、ｐ側電子閉込め層の膜厚の下限としては、
少なくとも１０Å以上、好ましくは５０Å以上とすることで、電子閉込めとして
良好に機能する。
【００６５】
また、レーザ素子において、このｐ側電子閉込め層は、図３，４に示すように
、電子閉込め層として機能させるため、活性層とクラッド層との間に設けるもの
であり、更に第２の窒化物半導体層と活性層との間に設けることである。また、
窒化物半導体素子が導波路構造を有し、クラッド層と活性層との間に光ガイド層
を有する場合において、ｐ側電子閉込め層は、光ガイド層２９と活性層２７との
間に設けることで、活性層に近接してｐ側電子閉込め層が設けられた構造とでき
るため好適なキャリア閉込め構造を実現でき、また別の形態としては、光ガイド
層内部にｐ側電子閉込め層を設ける構成とすることもでき、これによりｐ側電子
閉込め層と活性層とが離間した構造とでき、ｐ側電子閉込め層が活性層に近接す
ることによる内部応力、圧電界、発熱作用を回避でき好ましい。この時、活性層
とｐ側電子閉込め層との距離は、少なくとも１０００Å以下とすることでキャリ
アの閉込めとして機能し、好ましくは５００Å以下とすることで良好なキャリア
の閉込めが可能となる。すなわち、ｐ側電子閉込め層は活性層に近いほどキャリ
アの閉込めが効果的に機能し、その上レーザ素子、発光素子において活性層とｐ
側電子閉込め層との間には、殆どの場合、特に他の層を必要とすることがないた
め、通常は活性層に接してｐ側電子閉込め層を設けうることが最も好ましい。こ
の時、量子井戸構造の活性層内で最もｐ型窒化物半導体層側に位置する層と、ｐ
側電子閉込め層と、を接して設けると結晶性が悪化する場合に、それを避けるた
め結晶成長におけるバッファ層を両者の間に設けることも可能である。例えば、
活性層の最もｐ側の層をＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮのｐ側電子閉込め層との間に、
ＧａＮからなるバッファ層を設けること、又はｐ側電子閉込め層よりも低いＡｌ
混晶比のＡｌを含む窒化物半導体からなるバッファ層、などがある。
【００６６】
ここで、ｐ側電子閉込め層として、具体的には、ｐ側電子閉込め層が活性層に
近いほどしきい値電流密度を低下させるが、近くなるほど素子寿命が低下させる
ものとなる。これは、上述したように、ｐ側電子閉込め層が他の層に比べて極め
て高い抵抗を有する層であるため、素子駆動時において発熱量の大きなものとな
り、すなわち素子内において高温を呈しているものと考えられ、これが熱に弱い
活性層、井戸層に悪影響を及ぼし素子寿命を大きく低下させているものと考えら
れる。一方で、上述したように、キャリアの閉込めを担うｐ側電子閉込め層は、
活性層、特に井戸層に近づくほどキャリアの閉込めが効果的になるため、活性層
から離れるとその効果が弱まる。このため、ｐ側電子閉込め層は、キャリア閉込
めとして好適に機能するように、活性層よりもバンドギャップエネルギーを大き
く、好ましくは活性層内の少なくとも１つの障壁層よりもバンドギャップエネル
ギーより大きくし、更に好ましくは活性層内の全ての障壁層よりもバンドギャッ
プエネルギーが大きくなるような組成が選択される。また、導波路構造を有する
端面発光素子、レーザ素子においては、ｐ側電子閉込め層を、光ガイド層の一部
、好ましくは全部よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることがガイド層
によるキャリア閉込めが不十分な場合に、ガイド層よりも活性層の近くに配置さ
れたｐ側電子閉込め層により好適な活性層内へのキャリア閉込めが実現でき好ま
しく、さらには、光閉込めのクラッド層の一部、若しくは全部よりもバンドギャ
ップエネルギーを大きくすると大きな障壁が、活性層近傍に配置された構造とな
り好適なキャリア閉込めを実現し、また、ｐ側電子閉込め層の膜厚を小さくして
もその機能を維持することが可能となり好ましい。
【００６７】
従って、素子寿命の低下を抑えるために、図５，６において、活性層内で最も
ｐ側電子閉込め層に近い井戸層１ｂからｐ側電子閉込め層２８の距離を少なくと
も１００Å以上とすることであり、好ましくは１２０Å以上とすることであり、
更に好ましくは１４０Å以上とすることである。なぜなら、井戸層とｐ側電子閉
込め層との距離が１００Åより短いと、素子寿命が急激に低下する傾向が観られ
るためであり、１２０Å以上であると素子寿命の大幅な向上が可能であり、１５
０Å以上であると更に素子寿命が向上する傾向にあるが、しきい値電流密度は徐
々に高くなる傾向が観られ始める。更に、その距離が２００Åより大きくなると
、しきい値電流密度の明らかな上昇傾向が観られ、４００Åより大きいとしきい
値電流密度の急激な上昇が起こる傾向にあるため、上記距離の上限としては、４
００Å以下、好ましくは２００Å以下とすることである。これは、ｐ側電子閉込
め層が井戸層から離れることで、キャリア閉込めの効率が低下し、これが主な原
因となってしきい値電流密度が上昇し、また発光効率の低下を招くものと考えら
れる。
【００６８】
本発明のｐ側電子閉込め層には、通常ｐ型不純物がドープされ、レーザ素子、
ハイパワーＬＥＤなどの大電流で駆動させる場合には、キャリアの移動度を高め
るため、高濃度でドープする。具体的なドープ量としては、少なくとも５×１０
16／cm3以上ドープすることで、好ましくは１×１０18／cm3以上ドープすること
であり、前記大電流駆動の素子にあっては、１×１０18／cm3以上、好ましくは
１×１０19／cm3以上ドープすることである。ｐ型不純物量の上限は特に限定さ
れないが、１×１０21／cm3以下とすることである。但し、ｐ型不純物量が多く
なると、バルク抵抗が大きくなる傾向にあり、結果としてＶｆが上昇することに
なるため、これを回避する場合に好ましくは、必要なキャリア移動度を確保しう
る最低限のｐ型不純物濃度とすることである。また、ｐ側電子閉込め層を低濃度
でドープすること、例えば、ガイド層、クラッド層などのｐ側電子閉込め層近傍
の層よりも低濃度でドープすることも可能であり、またノンドープ層とすること
もできる。
【００６９】
本発明の窒化物半導体素子では、実施例に示すように、ストライプ状の導波路
として、リッジを設けた後、リッジ側面に埋込層となる絶縁膜を形成する。この
時、埋込層としては、ここで、第２の保護膜の材料としてはＳｉＯ2以外の材料
、好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少な
くとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの内の少なくと
も一種で形成することが望ましく、その中でもＺｒ、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、Ｓｉ
Ｃを用いることが特に好ましい。更に、埋込層として、半絶縁性、ｉ型の窒化物
半導体、リッジ部とは逆の導電型、実施例においてはｎ型の窒化物半導体、電流
狭窄層とするにはＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体、等を用いることが
できる。また、エッチングなどによりリッジを設けずに、Ｂ、Ａｌなどのイオン
を注入して、非注入領域をストライプ状として、電流が流れる領域とする構造を
とることもできる。この時用いられる窒化物半導体としては、ＩｎxＡｌ1-yＧａ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）で表される窒化物半導体を好
ましく用いることができる。
【００７０】
また、リッジ幅としては、１μｍ以上３μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以上
２μｍ以下とすることで、光ディスクシステムの光源として、優れたスポット形
状、ビーム形状のレーザ光が得られる。
【００７１】
ここで、各図について以下に説明する。図２、３は、本発明の一実施形態に係
る模式断面図であり、特にレーザ素子構造、発光素子構造において、活性層１２
がｎ型層１１とｐ型層１３とで挟み込まれる構造を示すものである。図２は、活
性層１２が上部クラッド層３０と下部クラッド層２５で挟まれ、活性層１２と上
部クラッド層３０との間に電子閉込め層であるｐ側電子閉込め層２８を有する素
子構造を説明するものである。図３，４は、本発明の特徴として、上部、下部ク
ラッド層に挟まれた領域の導波路内に、前記第１の窒化物半導体層、第２の窒化
物半導体層が設けられ、第１の窒化物半導体層は、ｎ型クラッド層内（図示せず
）、ｎ型光ガイド層２６と活性層１２との間（図３，４に示す）、ｎ型光ガイド
層２６とｎ型クラッド層２５との間（図示せず）、に設けられ、第２の窒化物半
導体層は、ｐ型光ガイド層２９に用いられる。また、図３は、活性層１２の量子
井戸構造について図示するもので、障壁層２ａ／井戸層１ａを一対として繰り返
し積層され、最後に障壁層２ｃが設けられた構造を有している。図５〜８は、本
発明の一実施形態における活性層１２、上部、下部クラッド層２６，３０で挟ま
れる領域の導波路構造、及び活性層周辺についての積層構造２０と、その積層構
造２０の下に、それに対応したエネルギーバンドギャップ２１を示すものである
。図１０についても図５〜８と同様に積層構造２０とその積層構造に対応してエ
ネルギーバンド図２１を示し、それらに加えて各層におけるＡｌ組成比４１、Ｉ
ｎ組成比４２の一実施形態を示す模式図が示されている。
【００７２】
本発明の窒化物半導体素子における各層のドープ量について、図１１を用いて
以下説明する。本発明の光ガイド層の不純物ドープについて、図１１に、ドープ
量変化４３として示すように、第１，２の光ガイド層２２６，２２９において、
不純物ドープ量を、活性層に近づくに従ってドープ量を小さくする、若しくは、
活性層から遠い領域に比べて活性層に近い領域のドープ量を小さくすると、導波
路、特に光ガイド層内において、光の損失を更に減少させて、良好な光の導波を
実現でき、閾値電流密度の低減、駆動電流の低減化を図ることができる。これは
、不純物ドープした領域を光が導波すると、不純物により光の吸収が発生しする
ために光の損失が起こるからである。これに加えて、導波路は上述したように、
第１の光ガイド層２２６と第２の光ガイド層２２９とで活性層２２７を挟む構造
を少なくとも有しており、さらにそのガイド層の外側若しくは導波路を、ガイド
層より屈折率の小さい上部・下部クラッド層２２５，２３０とで挟む構造でもっ
て光が導波路内に閉じこめられた構造となり、導波路内の活性層２７及び活性層
近傍に多くの光が分布するため、その活性層近傍の領域において不純物ドープ量
を少なくすることで、光が多く分布する領域での光の損失が減少することとなり
、光の損失の少ない導波路となる。具体的には、第１の光ガイド層２２６、第２
の光ガイド層２２９において、各層の膜厚の半分で領域を区切り活性層に近い領
域と遠い領域を考えた場合、活性層に近い領域の導電型不純物濃度を、活性層に
遠い領域の不純物濃度よりも小さくすることである。光ガイド層の不純物濃度と
しては、特に限定されないが、具体的には活性層に近い領域において５×１０１
７／ｃｍ３以下とすることである。ここで、上記不純物ドープとは、第１の光ガ
イド層に第１導電型の不純物ドープ、第２の光ガイド層に第２導電型の不純物ド
ープ、することを指すものである。
【００７３】
光ガイド層内でドープ量を変化させる形態としては、具体例として、各光ガイ
ド層内において、活性層に近づくに従ってなだらかに、連続的にドープ量を小さ
くする形態（４３ａ）、不連続で段階的にドープ量を小さくする形態（４３ｂ）
、またその段階的なドープ量変化を細かくし、光ガイド層内で部分的にドープ量
変化を設ける形態（４３ｃ）、のいずれかでも良く、またこれらを組み合わせて
用いても良い。好ましくは、光ガイド層内において、活性層側からの距離が、５
０ｎｍ以下の領域を低濃度ドープ領域（２２６ｂ，２２９ａ）、好ましくはアン
ドープとすることで光の損失低減が可能となり、好ましくは１００ｎｍ以下の領
域を低濃度ドープ領域（２２６ｂ，２２９ａ）とすることで良好な光損失の低減
、閾値電流密度、駆動電流の低減が可能となる。この時、光ガイド層の膜厚は、
低濃度ドープ領域（２２６ｂ，２２９ａ）を５０ｎｍ以下の領域とする場合には
、５０ｎｍ以上の膜厚とし、１００ｎｍ以下の領域とする場合には、１００ｎｍ
以上の膜厚とすることはいうまでもない。この時、上記低濃度ドープ領域（２２
６ｂ，２２９ａ）を光ガイド層内に設ける場合、好ましくは、上述した組成傾斜
構造の光ガイド層と組み合わせて用いることであり、これは図１１に示すように
、バンドギャップエネルギーが、活性層に近づくに従って小さくなるバンド構造
であることにより、不純部ドープされない領域が活性層近傍に設けられても、キ
ャリアの注入効率の低下を抑えた光ガイド層が形成されるためである。この時、
組成傾斜の光ガイド層は、上述したようにＧＲＩＮ構造が好ましく、また上記多
層膜構造で、バンドギャップエネルギーが活性層に近づくに従って小さくなる構
造であっても、低濃度ドープ領域の形成に効果がある。ここで、各光ガイド層内
において、成長時に不純物ドープしなくても、すなわち低濃度ドープで光ガイド
層を成長させても、隣接層から不純物が拡散する場合があり、その場合には低濃
度ドープで成長させた上記領域においても、不純物がドープされたものとなる。
具体的には、ｐ型不純物として好ましく用いられるＭｇは、このような拡散現象
が起こりやすく、４３ａは、拡散によりｐ側電子閉込め層２２８から隣接層へ不
純物が拡散する形態を模式的に示すものであり、高濃度ドープのｐ側電子閉込め
層２２９に隣接する光ガイド層（２２９ａの領域）、活性層（ｐ側障壁層付近）
では、濃度傾斜が発生して、拡散する形態が観測される。また、実施例１で示す
ように、低濃度ドープでｐ側光ガイド層を形成しても、隣接層の電子閉込め層と
クラッド層からの拡散により、ｐ型不純物がドープされる。このように、拡散に
より不純物ドープが成される場合には、上述したように活性層に近い領域の不純
物濃度を、遠い領域よりも小さくすることである。このようなドープ領域は、少
なくとも一方の光ガイド層に設けることが好ましく、更に好ましくは両方の光ガ
イド層に設けることで光の損失を低減させた導波路となる。なお、図中の５１、
５２は、各光ガイド層におけるドープ量変化を示している。
【００７４】
また、上記光ガイド層における層構成、不純物ドープの形態、組成、膜厚など
は、第１の光ガイド層、第２の光ガイド層とで同様なものとしても良く、異なる
ようにしても良い。例えば、第１の光ガイド層を単一膜とし、第２の光ガイド層
を多層膜として、両光ガイド層の層構成を異なるようにした形態などがある。
本発明では、クラッド層２２５，２３０と、活性層２２７との間に、クラッド
層側に配置された高濃度ドープ領域（２２６ａ，２２９ｂ）と、その高濃度ドー
プ領域よりも低濃度でドープされ、活性層側に配置された低濃度ドープ領域（２
２６ｂ，２２９ａ）とが設けられることで、導波路内における光損失を低減させ
た構造とできる。更に好ましくは、低濃度ドープ領域（２２６ｂ，２２９ａ）と
活性層との間、すなわち、光ガイド層よりも活性層側に、高濃度ドープ層（２３
１，２２８）を設けることが好ましい。ここで、高濃度ドープ層は、活性層近傍
に位置するｐ側電子閉込め層２２８、第１の窒化物半導体層２３１の一部、若し
くは全部として設けることができ、高濃度ドープ層２３１と２２８のドープ量は
、それぞれ、それよりも各クラッド層側に位置する低濃度ドープ領域２２６ｂ，
２２９ａよりも、高濃度でドープされることであり、好ましくは、ｐ型層内の高
濃度ドープ層２２８のドープ量を、ｐ型層内の高濃度ドープ領域２２９ｂよりも
大きくすることで、高濃度ドープ層において、ｐｎ接合部が形成され、ｐ型層側
からのキャリアの注入に優れ、不純物ドープ量変化、キャリア濃度変化を設ける
ことができ、好ましい。ここで、図１の２２５〜２３０は、図１０における積層
構造２０における各層２５〜３０に対応している。
【実施例】
【００７５】
［実施例１］
以下、実施例として、図１に示すようなレーザ素子構造、また図６に示す導波
路構造について、窒化物半導体を用いたレーザ素子について、説明する。
【００７６】
ここで、本実施例では、ＧａＮ基板を用いているが、基板として窒化物半導体
と異なる異種基板を用いても良い。異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及
びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4のような絶
縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓ
ｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させる
ことが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いるこ
とができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。
また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフア
ングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長
させるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造
形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法
により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、ま
た、素子構造形成後に、異種基板を除去する方法でも良い。
【００７７】
異種基板を用いる場合には、バッファ層（低温成長層）、窒化物半導体（好ま
しくはＧａＮ）からなる下地層を介して、素子構造を形成すること、窒化物半導
体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上に設ける下地層（成長基板）と
して、その他に、ELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半
導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ELOG層の具体例としては、
異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困
難な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる
非マスク領域を、ストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成
長させることで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成されることに
より、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜された層などがある。その他
の形態では、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口
部側面から横方向への成長がなされて、成膜される層でもよい。
【００７８】
（基板１０１）  基板として、異種基板に成長させた窒化物半導体、本実施例で
はＧａＮ、を厚膜（１００μｍ）で成長させた後、異種基板を除去して、８０μ
ｍのＧａＮからなる窒化物半導体基板を用いる。基板の詳しい形成方法は、以下
の通りである。２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭ
ＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（
ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Å
の膜厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンドープのＧａＮを１．５μｍの
膜厚で成長させて、下地層とする。次に、下地層表面にストライプ状のマスクを
複数形成して、マスク開口部（窓部）から窒化物半導体、本実施例ではＧａＮを
選択成長させて、横方向の成長を伴った成長（ＥＬＯＧ）により成膜された窒化
物半導体層を、さらに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層を除去
して、窒化物半導体基板を得る。この時、選択成長時のマスクは、ＳｉＯ2から
なり、マスク幅１５μｍ、開口部（窓部）幅５μｍとする。
【００７９】
（バッファ層１０２）  窒化物半導体基板の上に、温度を１０５０℃にして、Ｔ
ＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア
を用い、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるバッファ層１０２を４μｍの膜厚で成長さ
せる。この層は、ＡｌＧａＮのｎ型コンタクト層と、ＧａＮからなる窒化物半導
体基板との間で、バッファ層として機能する。次に、窒化物半導体からなる下地
層の上に、素子構造となる各層を積層する。
【００８０】
（ｎ型コンタクト層１０３）
次に得られたバッファ層１０２上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガス
としてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎより
なるｎ型コンタクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト層、
若しくはバッファ層などの下地層に、Ａｌを含む窒化物半導体、具体的にはＡｌ
xＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）、を用いることで、ＧａＮなどのＡｌを含まない窒化
物半導体に比べて、ＥＬＯＧを用いたことによる結晶性の悪化、特にピットの発
生を抑えて、良好な下地層表面を提供できる傾向にあり、Ａｌを含む窒化物半導
体を用いることが好ましい。
【００８１】
（クラック防止層１０４）  次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、
アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるクラック
防止層１０４を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は
省略可能である。
【００８２】
（ｎ型クラッド層１０５）  次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ
、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95ＮよりなるＡ層
を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガ
スを用い、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜
厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ２００回繰り返してＡ層とＢ層の
積層し、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０６を
成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌ混晶比としては、０．０５以
上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設け
ることができる。
【００８３】
（ｎ型光ガイド層１０６）  次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモ
ニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０６を０．１μｍの
膜厚で成長させる。また、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００８４】
（第１の窒化物半導体１３１）  次に、図６に示すように、温度を８００℃にし
て、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧを用い、Ｓｉドープの
Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ、膜厚５００Åよりなる第１の窒化物半導体層を形成する。
【００８５】
（活性層１０７）  次に、温度を８００℃にして、図６に示すように、原料ガス
にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧを用い、アンドープのＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎよりなる障壁層、その上に、アンドープのＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎよりなる井
戸層を、障壁層２ａ／井戸層１ａ／障壁層２ｂ／井戸層１ｂ／障壁層２ｃの順に
積層する。この時、図６に示すように、障壁層２ａ、２ｂ、２ｃを１３０Åの膜
厚で、井戸層１ａ、１ｂを２５Åの膜厚で形成する。活性層１０７は、総膜厚約
４４０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００８６】
（ｐ側電子閉込め層１０８）  次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ
及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマ
グネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０19／cm3ドープしたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎより
なるｐ型電子閉込層１０８を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設け
られていなくても良いが、設けることで電子閉込めとして機能し、閾値の低下に
寄与するものとなる。
【００８７】
（ｐ型光ガイド層１０９：第２の窒化物半導体層）  次に、温度を１０５０℃に
して、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ
型光ガイド層１０９を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００８８】
このｐ型光ガイド層１０９は、アンドープとして成長させるが、ｐ側電子閉込
め層１０８、ｐ型クラッド層１０９等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃
度が５×１０16／cm3となりｐ型を示す。またこの層は成長時に意図的にＭｇを
ドープしても良い。
【００８９】
（ｐ型クラッド層１１０）  続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95
Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ2Ｍｇを用
いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰
り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１１０を成長さ
せる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互
いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製
した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを
行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。ク
ラッド層１１０は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくはＡｌXＧａ1-XＮ（０
＜X≦１）を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはＧａＮと
ＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ側クラッド層１１０を超格子構造
とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、
クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大き
くなるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、超格子としたこ
とにより、クラッド層自体に発生するピットが超格子にしないものよりも少なく
なるので、ショートの発生も低くなる。
【００９０】
（ｐ型コンタクト層１１１）  最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１１０の
上に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層
１１１を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層１１１はｐ型のＩｎX
ＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましく
はＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極１２０と最も好ましいオーミック接
触が得られる。コンタクト層１１１は電極を形成する層であるので、１×１０17
／cm3以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０17／cm3よりも低い
と電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコンタク
ト層の組成をＧａＮとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られやすくな
る。反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニ
ーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００９１】
以上のようにして窒化物半導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容
器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を
形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ4ガスによりエッ
チングし、図１に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０３の表
面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜とし
てＳｉＯ2が最適である。
【００９２】
次に上述したストライプ状の導波路領域として、リッジストライプを形成する
。まず、最上層のｐ型コンタクト層（上部コンタクト層）のほぼ全面に、ＰＶＤ
装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の保護膜１６１を
０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ
、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、フォトリ
ソグラフィー技術によりストライプ幅１．６μｍの第１の保護膜１６１とする。
この時、リッジストライプの高さ（エッチング深さ）は、ｐ型コンタクト層１１
１、およびｐ型クラッド層１０９、ｐ型光ガイド層１１０の一部をエッチングし
て、ｐ型光ガイド層１０９の膜厚が０．１μｍとなる深さまでエッチングして、
形成する。
【００９３】
次に、リッジストライプ形成後、第１の保護膜１６１の上から、Ｚｒ酸化物（
主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜１６２を、第１の保護膜の上と、エッ
チングにより露出されたｐ型光ガイド層１０９の上に０．５μｍの膜厚で連続し
て形成する。
【００９４】
第２の保護膜１６２形成後、ウエハを６００℃で熱処理する。このようにＳｉ
Ｏ2以外の材料を第２の保護膜として形成した場合、第２の保護膜成膜後に、３
００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化物半導体の分解温度以下（１２００
℃）で熱処理することにより、第２の保護膜が第１の保護膜の溶解材料（フッ酸
）に対して溶解しにくくなるため、この工程を加えることがさらに望ましい。
【００９５】
次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第１の保護膜１６１をリフトオフ法により除
去する。このことにより、ｐ型コンタクト層１１１の上に設けられていた第１の
保護膜１６１が除去されて、ｐ型コンタクト層が露出される。以上のようにして
、図１に示すように、リッジストライプの側面、及びそれに連続する平面（ｐ型
光ガイド層１０９の露出面）に第２の保護膜１６２が形成される。
【００９６】
このように、ｐ型コンタクト層１１２の上に設けられた第１の保護膜１６１が
、除去された後、図１に示すように、その露出したｐ型コンタクト層１１１の表
面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０を形成する。但しｐ電極１２０は１００μ
ｍのストライプ幅として、図１に示すように、第２の保護膜１６２の上に渡って
形成する。第２の保護膜１６２形成後、既に露出させたｎ型コンタクト層１０３
の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるストライプ状のｎ電極１２１をストライプと平行
な方向で形成する。
【００９７】
次に、ｎ電極を形成するためにエッチングして露出された面でｐ，ｎ電極に、
取り出し電極を設けるため所望の領域にマスクし、ＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘
電体多層膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−
１０００Å−８０００Å）よりなる取り出し（パット）電極１２２，１２３をそ
れぞれ設けた。この時、活性層１０７の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂
直な方向の幅）であり、共振器面（反射面側）にもＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘
電体多層膜が設けられる。
【００９８】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形成した後、ストライプ状の電極に垂
直な方向で、窒化物半導体のＭ面（ＧａＮのＭ面、（1 1- 0 0）など）でバー状
に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。この時、共振器
長は、６５０μｍである。このようにして得られるレーザ素子は、図６に示す積
層構造２０、及びバンドギャップエネルギー図となるものである。
【００９９】
得られるレーザ素子は、しきい値電流密度２．８ｋＡ／ｃｍ2、波長４４８ｎ
ｍの窒化物半導体素子が得られ、参考例１の光ガイド層をＩｎＧａＮとした場合
に比べて、長波長域において、低いしきい値電流密度のレーザが得られる。
【０１００】
図８は、実施例１において、井戸層１のＩｎ混晶比を変化させて、波長４２５
〜４５０ｎｍのレーザ素子を作製し、閾値電流密度Ｊｔｈを測定して、しきい値
電流密度の波長依存性を示すものである。図８から明らかなように、４３０ｎｍ
以下の短波長域では、参考例１のようにＩｎを含む窒化物半導体を有する上部、
下部光ガイド層で活性層を挟む構造を導波路構造に用いる方が、閾値電流密度が
低い傾向にあり、４４０ｎｍ付近（４３５ｎｍ〜４４５ｎｍ）で、参考例１と実
施例１の閾値電流密度が逆転し、４４０ｎｍ以上の長波長の領域では、実施例１
がなだらかな上昇傾向を示すのに対し、参考例１は、急激な上昇傾向が観られる
ことがわかる。実施例１のように、本発明の特徴である第１の窒化物半導体層、
第２の窒化物半導体層とで活性層を挟み込む構造を、導波路内に設けることで、
上述したようなＩｎによる光の損失、ｐ型光ガイド層の結晶性の問題を改善でき
、長波長域において優れた素子特性の窒化物半導体素子が得られることがわかる
。
【０１０１】
［実施例２］
実施例１において、図５に示すように、障壁層２のＩｎ混晶比より低い混晶比
のアンドープＩｎ0.025Ｇａ0.975Ｎからなる第１の窒化物半導体層を５００Åの
膜厚で形成する。得られるレーザ素子は、第1の窒化物半導体層３１のＩｎ混晶
比が実施例１よりも小さいことから、上部、下部クラッド層に挟まれた導波路、
本実施例ではｎ型光ガイド層、ｐ型光ガイド層で挟まれる領域、とクラッド層と
の屈折率差が、実施例１に比べて小さくなるため、閾値電流が大きくなるものの
、長波長域のレーザ素子としてなお優れた特性のものが得られる。
【０１０２】
［実施例３］
実施例２において、図８に示すように、第1の窒化物半導体層３１を、活性層
から２００Å離れたところに設ける。このとき、ｎ側クラッド層と活性層とで挟
まれた積層構造が、ｎ型クラッド層２５／第１のｎ型光ガイド層２６ａ／第1の
窒化物半導体層３１／第２のｎ型光ガイド層２６ｂ／活性層１２の順に積層され
た構造となり、第１のｎ型光ガイド層２６ａをアンドープＧａＮで８００Åとし
、第２のｎ型光ガイド層２６ｂをアンドープＧａＮで２００Åとする。得られる
レーザ素子は、実施例２に比べて、第１の窒化物半導体層が活性層から離れてい
ることから、第１の窒化物半導体層による光の閉じ込め、キャリアの注入効果が
弱まり、また導波路内での光の分布が実施例１よりもｎ型クラッド層側に多く分
布するものとなり、活性層での誘導放出が減少し、また第１の窒化物半導体によ
る光の損失も発生し、実施例２よりも閾値電流が大きくなる傾向にある。
【０１０３】
［実施例４］
実施例１において、図７に示すように、ｎ型光ガイド層としてアンドープＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ、膜厚０．１５μｍからなる第１の窒化物半導体を用い、実施例
１と同様にしてレーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例１に比べて、
ＩｎＧａＮからなるｎ型光ガイド層により、導波路とクラッド層との屈折率差が
大きくなるが、厚膜のｎ型光ガイド層による光の吸収が大きくなり、また導波路
内での光分布も、活性層からｎ型クラッド層に至る領域にブロードに広がって分
布しているものと思われ、活性層での誘導放出が減少し、実施例１に比べて、閾
値電流が大きくなる。この時、ｎ型光ガイド層（第１の窒化物半導体層）をＩｎ
ＧａＮ／ＧａＮからなる超格子多層膜で形成しても、単一膜で形成する場合に比
べて、膜の結晶性は良くなるものの、光の分布、導波路の屈折率、の問題は、単
一膜の場合と同等なもので、得られるレーザ素子も同様な傾向の特性のものとな
る。
【０１０４】
［参考例１］
実施例４において、ｐ側光ガイド層を、ｎ側光ガイド層と同じアンドープＩ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎとして、その他は実施例４と同様にして、レーザ素子を得る。
得られるレーザ素子は、実施例１の導波路構造に比較して、第１の窒化物半導体
を設けずに、ｎ型光ガイド層をｐ型光ガイド層と同じ膜厚にして、両方の光ガイ
ド層ともＩｎを含む窒化物半導体を用いた構造となる。このようにして得られる
レーザ素子は、ｐ型光ガイド層にＩｎを含む窒化物半導体を用いていることによ
り、大きく結晶性が悪化し、さらに、光ガイド層による光の吸収が発生し、実施
例１に比べて閾値電流が大きくなる。図９は、参考例１で、井戸層のＩｎ混晶比
を変化させて、４２５ｎｍ〜４５０ｎｍの波長のレーザ素子を作製し、しきい値
電流密度Ｊｔｈを測定して、閾値電流密度の波長依存性を示すものである。図９
から明らかなように、上部、下部光ガイド層にＩｎを含む窒化物半導体を用いた
構造では、４３０ｎｍ付近から波長が長くなるに従って急激な閾値電流密度の上
昇傾向を示し、４４０ｎｍ以上の長波長域では、実施例１に比べて、閾値電流密
度が大きくなり、そしてそれより波長が長くなるに従って、その差が大きくなる
ことがわかる。
【０１０５】
［実施例５］
実施例１において、ｎ型層、ｐ型層のクラッド層、ガイド層、活性層を以下の
ように形成し、図１０に示す構造のレーザ素子を作製する。
【０１０６】
（ｎ型クラッド層１０５）  ｎ型コンタクト層１０３、クラック防止層１０４（
省略可）の上に、ｎ型クラッド層として、アンドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ
よりなる第１の層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガ
スとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０
５Ｇａ０．９５Ｎよりなる第２の層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この
操作をそれぞれ２００回繰り返して第１の層と第２の層とを交互に積層し、総膜
厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０６を成長させる。
このｎ型クラッド層は、活性層の下に設けられた下部クラッド層となる場合、超
格子多層膜で構成しなくても、単一膜、若しくは膜厚１００Å以上の層を有する
多層膜でもクラッド層を形成することができる。
【０１０７】
（ｎ型光ガイド層１０６）  ＳｉドープのＧａＮよりなる第３の層を膜厚１５Å
で成長させ、続いて、アンドープのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる第４の
層を膜厚１５Åで成長させる。そして、この操作をそれぞれ６０回繰り返して第
３の層と第４の層とを交互に積層し、総膜厚０．１８μｍの多層膜（超格子構造
）よりなるｎ型光ガイド層１０６を、ｎ型クラッド層の上に、成長させる。
【０１０８】
（第１の窒化物半導体１３１）  次に、ＳｉドープのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５
Ｎ、膜厚５３０Åよりなる第１の窒化物半導体層を、ｎ型光ガイド層の上に形成
する。
【０１０９】
（活性層１０７）  図１０に示すように、膜厚１３０ÅのアンドープのＧａＮよ
りなるｎ側障壁層２ａ、膜厚２５ÅのアンドープのＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ
よりなる井戸層１ａ、膜厚１００ÅのアンドープＧａＮよりなる障壁層２ｂ、そ
の上に、井戸層１ａと同じ井戸層１ｂ、膜厚５３０ÅのアンドープＩｎ０．０５
Ｇａ０．９５Ｎよりなるｐ側障壁層２ｃを、障壁層２ａ／井戸層１ａ／障壁層２
ｂ／井戸層１ｂ／障壁層２ｃの順に積層する。活性層１０７は、総膜厚約８１０
Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となり、第１の窒化物半導体層の上に形成され
る。また、ｎ側障壁層２ａと第１の窒化物半導体層が接する場合には、第１の窒
化物半導体層がｎ側障壁層２ａを兼ねることができ、この場合には、ｎ側障壁層
２ａを省略でき、活性層に接する第１の窒化物半導体層がｎ側障壁層２ａとして
も機能する。
【０１１０】
（ｐ側電子閉込め層１０８）  次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ
及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマ
グネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ
よりなるｐ型電子閉込層１０８を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に
設けられていなくても良いが、設けることで電子閉込めとして機能し、閾値の低
下に寄与するものとなる。
【０１１１】
（ｐ型光ガイド層１０９）  ＭｇドープのＧａＮよりなる第３の層を膜厚１５Å
で成長させ、続いて、アンドープのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる第４の
層を膜厚５Åで成長させる。そして、この操作をそれぞれ９０回繰り返して第３
の層と第４の層とを交互に積層し、総膜厚０．１８μｍの多層膜（超格子構造）
よりなるｐ型光ガイド層１０９を、ｐ側電子閉込め層の上に成長させる。この時
、本発明の第２の窒化物半導体層は、第３の層として形成される。
【０１１２】
（ｐ型クラッド層１１０）  アンドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第１
の層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＭｇをドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０
．９５Ｎよりなる第２の層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそ
れぞれ９０回繰り返して第１の層と第２の層とを交互に積層し、総膜厚０．４５
μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層１１０を、ｐ型光ガイド層
の上に成長させる。
【０１１３】
このように、ｎ型クラッド層２５、ｎ型光ガイド層２７、第１の窒化物半導体
層３１、活性層２７、ｐ側電子閉込め層２８、ｐ型光ガイド層２９、ｐ型クラッ
ド層３０が、図１０に示すように積層された構造となり、その時の各層における
Ｉｎ組成、Ａｌ組成は、４１、４２に示すような構造となる。また、この実施例
では、光ガイド層において、多層膜ｎ型光ガイド層を構成する第４の層が、ｐ型
光ガイド層の第４の層よりも膜厚が厚く形成されており、すなわち、ｎ型光ガイ
ド層のＩｎ混晶比（平均組成）が、ｐ型光ガイド層に比べて大きくした構造とな
っていることで、ｐ型層側にＩｎを含む窒化物半導体層を設けることの結晶性悪
化を低減した構造となっている。また、Ｉｎ混晶比が、ｎ型光ガイド層よりもｐ
型光ガイド層を小さくする構成としては、膜厚を小さくするほかに、多層膜を構
成する第３，４の層のＩｎ混晶比を小さくすることでも可能である。
このようにして得られるレーザ素子は、しきい値電流密度１．９ｋＡ／ｃｍ2
、波長４５３ｎｍ、室温での連続発振が可能で、６０℃、５ｍＷの連続発振にお
ける素子寿命１万時間に達する窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【０１１４】
［実施例６］
実施例５において、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層の多層膜を構成する第１
の層を、アンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎとし、第２の層を、それぞれＳ
ｉ、ＭｇドープＧａＮとする他は、実施例５と同様にしてレーザ素子を得る。
【０１１５】
これら実施例１，５，６の素子構造において、井戸層のＩｎ混晶比を変化させ
て、波長変化させた場合における閾値電流変化を図１２に、実施例１を黒丸●、
実施例５を白抜き三角△、実施例６を白抜き四角□で示す。図１２からわかるよ
うに、波長４４０ｎｍ以上の長波長域において、実施例５、６が閾値電流が低減
したレーザ素子が得られ、また、実施例５と６との比較において、実施例５が優
れた特性のレーザ素子が得られることがわかる。
実施例１と、実施例５，６とでは、ｐ側障壁層、ｎ側障壁層の膜厚が大きく異
なり、両方の障壁層とも２００Å以上、好ましくは、３００Å以上、更に好まし
くは４００Å以上とすることで、閾値電流の低減傾向が観られ、特にｐ側障壁層
、若しくはｐ側電子閉込め層と活性層内で最もｐ型層側の井戸層１ｂとの距離を
大きくすること、すなわち、２００Å以上、好ましくは３００Å以上、更に好ま
しくは４００Å以上とすることで良好な長波長域での導波路構造が形成され、図
１２に示すような閾値電流特性となると考えられる。また、その他の構成の違い
として、光ガイド層が、Ｉｎを含む窒化物半導体層を有する多層膜構造を有する
ことであり、実施例５，６では、このことによる導波路内の屈折率向上が図られ
、素子特性向上につながったと考えられる。
また、実施例５と実施例６とでは、クラッド層のＡｌ混晶比（平均組成）が異
なる構造であり、クラッド層のＡｌ混晶比（平均組成）を０．０５以上とするこ
とで、長波長域において、優れた導波路構造が形成されたことにより特性向上が
得られたと考えられ、この時クラッド層のＡｌ混晶比（平均組成）の上限として
は、結晶性を考慮して、０．５以下とすることであり、多層膜のクラッド層とす
る場合には、Ａｌを含む窒化物半導体層（第１の層）と、第１の層よりＡｌ混晶
比の小さいＡｌを含む窒化物半導体層（第２の層）とが少なくとも交互に積層さ
れた多層膜構造とすること、が好ましく、第１の層のＡｌ混晶比ｘ１は、第２の
層のＡｌ混晶比ｘ２より大きく、ｘ１＞ｘ２（ｘ２＞０）とすることが長波長域
のレーザ素子、端面発光素子において優れた素子特性が得られることがわかる。
また、実施例５において、発振波長４６５，４７０における素子寿命は、実施例
５と同等な条件において、１万時間、３千時間に達するレーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。
【図２】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。
【図３】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。
【図４】本発明の一実施形態を説明する模式図。
【図５】本発明の一実施形態に係る積層構造２０と、その積層構造に対応するバンド構造２１を説明する模式図。
【図６】本発明の一実施形態に係る積層構造２０と、その積層構造に対応するバンド構造２１を説明する模式図。
【図７】本発明の一実施形態に係る積層構造２０と、その積層構造に対応するバンド構造２１を説明する模式図。
【図８】本発明の一実施形態に係る積層構造２０と、その積層構造に対応するバンド構造２１を説明する模式図。
【図９】本発明の一実施形態と参考例１の実施形態における閾値電流密度の波長依存性を示す図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る積層構造２０と、その積層構造に対応するバンド構造２１、Ａｌ組成比４１、Ｉｎ組成比４２とを説明する模式図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る図１０の積層構造２０に対応する不純物濃度変化（５１，５２）を説明する模式図。
【図１２】本発明の各実施形態（実施例１，５，６）における閾値電流の波長依存性を示す図。
【符号の説明】
【０１１７】
１・・・井戸層、    ２（２ｂ）・・・障壁層、    ２ａ・・・ｎ側障壁層、  
２ｃ・・・ｐ側障壁層、    １１・・・ｎ型窒化物半導体層、    １２・・・
活性層、    １３・・・ｐ型窒化物半導体層、    ２０・・・積層構造、    １
０１・・・基板（ＧａＮ基板）    １０２・・・バッファ層、    １０３・・・
ｎ型コンタクト層、    １０４・・・クラック防止層、    １０５，２５，２２
５・・・ｎ型クラッド層（下部クラッド層）、    １０６，２６，２２６・・・
ｎ型光ガイド層（下部光ガイド層）、    １０７，２７，２２７・・・活性層、
１０８，２８，２２８・・・ｐ側電子閉込め層、    １０９，２９，２２９
・・・ｐ型光ガイド層（上部光ガイド層）、    １１０，３０，２３０・・・ｐ
型クラッド層（上部クラッド層）、    １１１・・・ｐ型コンタクト層、    １
２０・・・ｐ電極、    １２１・・・ｎ電極、    １２２・・・ｐパッド電極、
１２３・・・ｎパッド電極、    １３１，３１，２３１・・・第１の窒化物
半導体層、    ３２，２３２・・・第２の窒化物半導体層、    １６３・・・第
３の保護膜、    １６４・・・絶縁膜
【図１】
0004441563.tif 000002
【図２】
0004441563.tif 000003
【図３】
0004441563.tif 000004
【図４】
0004441563.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004441563.tif 000008
【図８】
0004441563.tif 000009
【図９】
0004441563.tif 000010
【図１０】
0004441563.tif 000011
【図１１】
0004441563.tif 000012
【図１２】
0004441563.tif 000013