(57)【要約】【課題】ＺｎＯ基板等の基板上に、基板劣化を抑制して、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長させる。【解決手段】本発明の半導体層は、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（式中、０≦ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とし、レーザアシスト有機金属気相成長法により成膜されたものである。半導体発光素子１は、第１導電型ＺｎＯ基板１１に、第１導電型電極２２と、第１導電型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１２と、ＧａＩｎＮ量子井戸層１４Ａ／ＧａＩｎＮ又はＡｌＧａＩｎＮ障壁層１４Ｂの積層構造からなる多重量子井戸活性層である半導体活性層１４と、第２導電型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１６と、第２導電型電極２１とが設けられた素子である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（式中、０≦ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とし、レーザアシスト有機金属気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする半導体層。
【請求項２】
III族原料として有機金属化合物を用い、Ｖ族原料としてアンモニアを用いて、成膜されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体層。
【請求項３】
ＺｎＯ基板上に成膜されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体層。
【請求項４】
８００℃以下の成膜温度で成膜されたものであることを特徴とする請求項３に記載の半導体層。
【請求項５】
基板上に、レーザアシスト有機金属気相成長法により、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（式中、０≦ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とする半導体層を成膜することを特徴とする半導体層の成膜方法。
【請求項６】
前記基板の直上を該基板の基板面に対して略水平方向にレーザ光が通るように、前記基板に対して少なくとも一方向からレーザ光を照射しながら、前記基板に対する成膜原料の供給を実施して、前記成膜を行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体層の成膜方法。
【請求項７】
前記基板面に対して平行方向のレーザ光強度分布が略均一であり、前記基板面に対して垂直方向のレーザ光強度分布がガウス分布に近似される分布であるレーザプロファイルで、前記レーザ光の照射を行うと共に、
前記基板面から垂直方向に２ｍｍ以内の範囲に、前記垂直方向のレーザ光強度分布のピークが存在するように、前記レーザ光を照射することを特徴とする請求項６に記載の半導体層の成膜方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
第１導電型半導体基板と第１導電型電極と第１導電型クラッド層と半導体活性層と第２導電型クラッド層と第２導電型電極とを備えた半導体発光素子において、
前記第１導電型半導体基板がＺｎＯ基板であり、
前記第１導電型クラッド層及び前記第２導電型クラッド層がＡｌＧａＩｎＮ層であり、
前記半導体活性層が、ＧａＩｎＮ量子井戸層と、ＧａＩｎＮ障壁層又はＡｌＧａＩｎＮ障壁層との積層構造からなる多重量子井戸活性層であり、
前記第１導電型クラッド層、前記半導体活性層、及び前記第２導電型クラッド層が、レーザアシスト有機金属気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１導電型半導体基板がＺｎＯ（０００１）基板であり、
前記第１導電型クラッド層及び前記第２導電型クラッド層が、該第１導電型半導体基板に略格子整合していることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記半導体活性層をなす前記ＧａＩｎＮ量子井戸層の格子定数が、前記第１導電型半導体基板の格子定数より大きく、
前記半導体活性層をなす前記ＧａＩｎＮ障壁層又はＡｌＧａＩｎＮ障壁層が、前記第１導電型半導体基板に略格子整合していることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１導電型半導体基板が導電性ＺｎＯ基板であり、該基板が前記第１導電型電極を兼ねていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
発振波長が４８０〜６３０ｎｍの波長域内にある半導体レーザであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記半導体活性層に遷移波長の異なる複数の前記ＧａＩｎＮ量子井戸層が含まれた発光ダイオードであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記半導体活性層をなす前記複数のＧａＩｎＮ量子井戸層の遷移波長は、前記第１導電型半導体基板側が最も短波長であり、該基板から離れるにつれて順次長波長化していることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記複数のＧａＩｎＮ量子井戸層は、組成及び／又は厚さがそれぞれ異なっていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第１導電型電極が開口部を有するパターンで形成されており、該開口部を介して外部に光が取り出される構成を有することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記半導体活性層から直接白色光を発光する発光ダイオードであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
中心発光波長の異なる複数の発光部を有する発光ダイオードであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記複数の発光部においては、前記第１導電型電極と前記第２導電型電極とのうち少なくとも一方の電極が電気的に独立していることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
実装基板上に、請求項２０に記載の半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記複数の発光部に流れる電流を各々制御する電流制御部とが集積されていることを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（式中、０≦ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とする半導体層とその成膜方法、該半導体層を備えた半導体発光素子、及び該半導体発光素子を備えた半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードでは、ＧａＮ系材料の開発による高効率な青〜緑色の発光ダイオードの実用化により、赤・緑・青の３原色が揃い、ディスプレイ用途等への応用が産まれている。
【０００３】
また、青色発光ダイオードの周囲に、該発光ダイオードから発せられる光により励起されて他の波長域の光を発光する蛍光体を配し、青色発光ダイオードから発せられる光と蛍光体からの発光とを合わせて白色光を得る白色発光ダイオードが実用化されている。
【０００４】
一方、半導体レーザでは、３７５ｎｍ（近紫外）〜４５０ｎｍ（青色光）の半導体レーザが実用化されているが、これより長波長の緑〜黄色の半導体レーザは実用化の見通しが立っていないのが現状である。
【０００５】
特許文献１には、基板としてＺｎＯ基板を用いたＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザが提案されている。現在実用化されている半導体レーザの発振波長が青の４５０ｎｍ領域までで律速している原因の一つとして、基板にＧａＮ基板を用いていることが挙げられる。ＧａＮ基板よりも格子定数が大きいＺｎＯ基板を用いることで、ＺｎＯ基板に格子整合させたＡｌＧａＩｎＮ系材料のバンドギャップエネルギーを小さくすることができ、半導体レーザの発振波長を長波長化することができると考えられる。
【特許文献１】特開平１−１７４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体レーザは製造上の問題を有している。半導体レーザの製造で広く利用されている有機金属気相成長（以下ＭＯＶＰＥ）法により、ＺｎＯ基板上にＡｌＧａＩｎＮ系材料を成長すると、基板であるＺｎＯの酸素が脱離して結晶成長前に基板自体が劣化して、良質な結晶を成長させることができない。また、特許文献１では半導体活性層がバルク構造となっており、高効率な特性が得られにくい素子構造となっている。
【０００７】
上記のように、特許文献１では、基板の劣化とＡｌＧａＩｎＮ系材料の低結晶性という製造上の問題と、バルク構造の半導体活性層という素子構造の問題とを有しており、高効率で発光特性が良好な半導体レーザを実現することは難しい。また、特許文献１の実施例では、青〜紫色の発振のみが記載されているように、緑色以上の長波長発振は報告されていない。
【０００８】
また、従来の発光ダイオードは単体では直接白色光を発光させることができず、青色発光ダイオードにより蛍光体を励起して、青色発光ダイオードから発せられる光と蛍光体からの発光とを合わせて間接的に白色光を得ている。発光効率を考慮すれば、直接白色光を発光する白色発光ダイオードが実現されることが好ましい。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＺｎＯ基板等の基板上に、基板劣化を抑制して、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長する成膜方法、及び該成膜方法により成膜された半導体層を提供することを目的とするものである。  
本発明はまた、上記成膜技術を用いることで、高効率で発光特性に優れた半導体発光素子を提供することを目的とするものである。  
本発明はまた、緑〜黄色の半導体レーザを提供することを目的とするものである。  
本発明はまた、直接白色光を発光する高効率な白色発光ダイオードを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体層は、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（式中、０≦ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とし、レーザアシスト有機金属気相成長法（レーザアシストＭＯＶＰＥ法）により成膜されたものであることを特徴とするものである。
【００１１】
レーザアシストＭＯＶＰＥ法は、基板に対してレーザ光の照射を行いながら、有機金属化合物を含む１種又は複数種の成膜原料を気相で供給し、該成膜原料の少なくとも一部を分解させて、基板上に成膜原料の構成元素を含む膜を気相成長させる方法である。  
本明細書において、「主成分」は、含量９９モル％以上の成分と定義する。
【００１２】
本発明の半導体層は、III族原料として有機金属化合物を用い、Ｖ族原料としてアンモニアを用いて、成膜することができる。本発明の半導体層は、ＺｎＯ基板上に成膜することができる。本発明の半導体層は、８００℃以下の成膜温度で成膜することができる。
【００１３】
本発明の半導体層の成膜方法は、基板上に、レーザアシスト有機金属気相成長法により、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（式中、０≦ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とする半導体層を成膜することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の半導体層の成膜方法において、前記基板の直上を該基板の基板面に対して略水平方向にレーザ光が通るように、前記基板に対して少なくとも一方向からレーザ光を照射しながら、前記基板に対する成膜原料の供給を実施して、前記成膜を行うことが好ましい。  
本明細書において、「レーザ光の照射方向が基板面に対して略水平方向」であるとは、「レーザ光の照射方向と基板の法線方向とのなす角が９０±２度の範囲と定義する。
【００１５】
さらに、前記基板面に対して平行方向のレーザ光強度分布が略均一であり、前記基板面に対して垂直方向のレーザ光強度分布がガウス分布に近似される分布であるレーザプロファイルで、前記レーザ光の照射を行うと共に、前記基板面から垂直方向に２ｍｍ以内の範囲に、前記垂直方向のレーザ光強度分布のピークが存在するように、前記レーザ光を照射することが好ましい。
【００１６】
本発明の第１の半導体発光素子は、上記の本発明の半導体層を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第２の半導体発光素子は、第１導電型半導体基板と第１導電型電極と第１導電型クラッド層と半導体活性層と第２導電型クラッド層と第２導電型電極とを備えた半導体発光素子において、
前記第１導電型半導体基板がＺｎＯ基板であり、
前記第１導電型クラッド層及び前記第２導電型クラッド層がＡｌＧａＩｎＮ層であり、
前記半導体活性層が、ＧａＩｎＮ量子井戸層と、ＧａＩｎＮ障壁層又はＡｌＧａＩｎＮ障壁層との積層構造からなる多重量子井戸活性層であり、
前記第１導電型クラッド層、前記半導体活性層、及び前記第２導電型クラッド層が、レーザアシスト有機金属気相成長法により成膜されたものであることを特徴とするものである。
【００１８】
本明細書において、「第１導電型」及び「第２導電型」はｐ型又はｎ型に相当し、導電型の異なることを示している。  
本発明の第２の半導体発光素子において、第１導電型電極と第２導電型電極とは、半導体基板の異なる面に形成されてもよく、同一面に形成されていてもよい。また、第１導電型半導体基板として導電性ＺｎＯ基板を用いることができ、この場合、該基板が第１導電型電極を兼ねることができる。
【００１９】
本発明の第２の半導体発光素子において、前記第１導電型半導体基板がＺｎＯ（０００１）基板であり、前記第１導電型クラッド層及び前記第２導電型クラッド層が、該第１導電型半導体基板に略格子整合していることが好ましい。
【００２０】
また、前記半導体活性層をなす前記ＧａＩｎＮ量子井戸層の格子定数が、前記第１導電型半導体基板の格子定数より大きく、
前記半導体活性層をなす前記ＧａＩｎＮ障壁層又はＡｌＧａＩｎＮ障壁層が、前記第１導電型半導体基板に略格子整合していることが好ましい。
【００２１】
本明細書において、「略格子整合している」とは、２つの層の格子定数をａ１，ａ２とした場合に（ａ１−ａ２）／ａ１＜３％と定義する。
【００２２】
本発明によれば、上記本発明の第２の半導体発光素子の素子構成を有し、発振波長が  ４８０〜６３０ｎｍ（緑〜赤色）の波長域内にある半導体レーザを提供することができる。
【００２３】
本発明によれば、上記本発明の第２の半導体発光素子の素子構成を有し、さらに前記半導体活性層に遷移波長の異なる複数の前記ＧａＩｎＮ量子井戸層が含まれた構成を有する発光ダイオードを提供することができる。
【００２４】
上記構成の発光ダイオードにおいては、前記半導体活性層をなす前記複数のＧａＩｎＮ量子井戸層の遷移波長は、前記第１導電型半導体基板側が最も短波長であり、該基板から離れるにつれて順次長波長化していることが好ましい。
【００２５】
上記構成の発光ダイオードにおいては、前記複数のＧａＩｎＮ量子井戸層の組成及び／又は厚さをそれぞれ異ならせることで、これらの遷移波長を変えることができる。
【００２６】
上記構成の発光ダイオードにおいては、前記第１導電型電極が開口部を有するパターンで形成されており、該開口部を介して外部に光が取り出される構成が好ましい。
【００２７】
本発明によれば、前記半導体活性層から直接白色光を発光する発光ダイオードを実現することができる。  
本明細書において、「白色光」とは、４７０〜６４０ｎｍのいわゆる青色から赤色までの波長域の光を含むブロード光と定義する。
【００２８】
本発明によれば、上記本発明の第２の半導体発光素子の素子構成を有し、さらに中心発光波長の異なる複数の発光部を有する発光ダイオードを提供することができる。かかる構成によっても、白色光を発光する発光ダイオードを実現することができる。
【００２９】
上記構成の発光ダイオードにおいては、前記半導体活性層の面積、厚さ、及び組成のうち少なくとも１つの特性を前記発光部ごとに異ならせることで、前記複数の発光部の中心発光波長を変えることができる。
【００３０】
前記複数の発光部においては、前記第１導電型電極と前記第２導電型電極とのうち少なくとも一方の電極が電気的に独立していることが好ましい。
【００３１】
本発明によれば、実装基板上に、前記第１導電型電極と前記第２導電型電極とのうち少なくとも一方の電極が電気的に独立した前記複数の発光部を有する発光ダイオードである上記の本発明の半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記複数の発光部に流れる電流を各々制御する電流制御部とが集積されていることを特徴とする半導体発光装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明では、レーザアシスト有機金属気相成長法（レーザアシストＭＯＶＰＥ法）により、ＺｎＯ基板等の基板上に、ＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長する構成としている。かかる構成では、ＺｎＯ基板等の基板上に、基板劣化を抑制して、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長することができる。この成膜技術を用いることで、高効率で発光特性に優れた半導体発光素子を提供することができる。
【００３３】
本発明の技術により、高効率な緑〜黄色の半導体レーザを実現することができる。本発明の技術により、半導体レーザにおいても赤・緑・青の３原色が揃うこととなり、フルカラーレーザディスプレイ等への応用が期待される。
【００３４】
本発明の技術により、直接白色光を発光する高効率な白色発光ダイオードを実現することができる。本発明の白色発光ダイオードでは、青色発光ダイオードにより蛍光体を励起して、青色発光ダイオードから発せられる光と蛍光体からの発光とを合わせて間接的に白色光を得る従来の白色発光ダイオードよりも、格段に発光効率が良く、消費電力を大幅に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
「半導体層と成膜方法」
本発明の半導体層は、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（式中、０≦ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるIII−Ｖ族半導体化合物を主成分とし、レーザアシスト有機金属気相成長法（レーザアシストＭＯＶＰＥ法）により成膜されたものであることを特徴とするものである。
【００３６】
本発明の半導体層は、ｐ型又はｎ型のドーパントがドープされたものでもよいし、ノンドープでもよい。
【００３７】
本発明の半導体層は任意の基板上に成膜することができ、通常のＭＯＶＰＥ法では基板が劣化するＺｎＯ基板上にも成膜することができる。ＺｎＯ基板としては、ｎ型ＺｎＯ（０００１）基板が好ましく用いられる。
【００３８】
本発明の半導体層は、III族原料として有機金属化合物を用い、Ｖ族原料としてアンモニアを用いて、成膜することができる。III族原料としては、例えば、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）／ＴＭＧ（トリメチルガリウム）又はＴＥＧ（トリエチルガリウム）／ＴＭＩ（トリメチルインジウム）が好ましく使用される。
【００３９】
通常のＭＯＶＰＥ法によりＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長する場合、水素又は窒素をキャリアガスとして上記原料が基板上に供給され、基板温度８００〜１１００℃の条件で成膜が行われる。上記原料を基板直上で分解させるために、１０００℃前後の温度が必要とされている。特に、アンモニアの分解に１０００℃前後の温度が必要とされている。
【００４０】
ＺｎＯ基板を用いて、かかる通常のＭＯＶＰＥ法によりＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長すると、基板中の酸素が脱離して基板表面に酸素欠損による空欠陥が形成されて基板が劣化し、良質な結晶を成長させることができない。
【００４１】
本発明者は、レーザ光を照射しながら有機金属気相成長を行うレーザアシストＭＯＶＰＥ法を採用することで、レーザ光のフォトンエネルギーによりアンモニア等の原料の分解を促進し、ＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を低温成長できることを見出している。
【００４２】
具体的には、本発明の半導体層は、８００℃以下の成膜温度（基板温度）で成膜することができる。本発明者は、５００℃以下の温度でも成長可能であることを確認している。ただし、成膜温度が高すぎても低すぎても結晶品質が安定しない傾向にある。本発明者は、５００〜８００℃の成膜温度が好ましく、７００℃程度の成膜温度で最良の結晶品質が得られることを見出している。
【００４３】
本発明によれば、低温成長が可能となったことで、基板としてＺｎＯ基板を用いても、基板の劣化を抑制し、良質な結晶を成長させることができる。
【００４４】
図１に基づいて、本発明の半導体層の成膜に用いて好適なレーザアシストＭＯＶＰＥ装置の構成例について説明する。図１（ａ）では基板を上面図で図示してあり、図１（ｂ）では基板を側面図で図示してある。
【００４５】
図１に示す成膜装置１００は、少なくともレーザ光Ｌが通る部分が透光性を有する反応管１１０と、反応管１１０内にレーザ光Ｌを照射するレーザ光照射光学系１２０とから概略構成されている。レーザ光Ｌは炭酸ガスレーザ光に代表されるような連続光でもよいし、エキシマレーザ光に代表されるパルス光でも構わない。
【００４６】
反応管１１０内には、ＺｎＯ基板等の基板２００が載置されるカーボン製等のサセプタ１１１が設置されている。サセプタ１１１及び基板２００が円板状である場合について図示してある。サセプタ１１１はヒータ（図示略）にて所望の温度に加熱可能とされており、これによって基板２００が所望の温度に加熱可能とされている。本発明では、上記した如く、８００℃以下の成膜温度（基板温度）で成膜することができる。
【００４７】
反応管１１０内には、III族原料（例えばＴＭＡ／ＴＥＧ／ＴＭＩ）、Ｖ族原料（例えばアンモニア）、及び必要に応じて水素等のキャリアガスを含む原料ガスＧが導入されるようになっている。
【００４８】
レーザ光照射光学系１２０は、レーザ光源１２１と、レーザ光源１２１からの出射光の光径を拡大する拡大レンズ１２２と、拡大レンズ１２２からの出射光を平行光束化するコリメートレンズ１２３と、コリメートレンズ１２３からの出射光を基板２００側に反射させる反射ミラー１２４とから構成されている。レーザ光照射光学系１２０は、基板２００にレーザ光Ｌを照射できればよく、その光学系は適宜設計変更可能である。
【００４９】
レーザ光源１２１としては特に制限なく、フォトンエネルギーが高く、結合エネルギーから見て原料分解の促進効果が高いことから、発振波長が１５０〜３１０ｎｍの波長域にある紫外レーザが好ましく用いられる。紫外レーザとしては、エキシマレーザ（ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、Ｆ２等）、及び紫外固体レーザ等が挙げられる。
【００５０】
レーザ光Ｌが、基板２００の直上を一方向から基板面に対して略水平方向に通過するように、レーザ光照射光学系１２０の配置が設計されている。また、基板２００の全面にレーザ光Ｌが照射されるように、レーザ光照射光学系１２０の拡大光学系等が設計されている。
【００５１】
レーザ光Ｌの照射方向は適宜設計でき、基板面に対して垂直方向又は斜め方向からレーザ光Ｌを照射しても構わない。ただし、かかる方向からレーザ光Ｌを照射する場合、照射条件によっては、レーザ光Ｌが基板面に対して強く衝突して、基板２００あるいは成長中の結晶に対してダメージを与える恐れがある。
【００５２】
したがって、図示する例のように、基板２００の直上を基板面に対して略水平方向にレーザ光Ｌが通るように、基板２００に対してレーザ光Ｌを照射することが最も好ましい。かかる方向でレーザ光Ｌを照射すれば、基板２００へのダメージを抑制することができ、成長中の結晶がレーザ光Ｌによって分解されて再脱離することを抑制することができる。
【００５３】
基板面に対して平行方向のレーザ光強度分布が略均一であり、基板面に対して垂直方向のレーザ光強度分布がガウス分布に近似される分布であるレーザプロファイルで、レーザ光Ｌの照射を行うことができる。かかるレーザプロファイルでレーザ光Ｌの照射を行うことで、基板２００の略全面を略均一に処理することができ、均質な膜を成長させることができる。
【００５４】
図１（ｃ）に、レーザ光Ｌの基板面に垂直方向のレーザ光強度分布の例を示す。  
基板面から垂直方向に２ｍｍ以内の範囲に、垂直方向のレーザ光強度分布のピークが存在するように、レーザ光Ｌを照射することが好ましい。かかるレーザプロファイルでレーザ光Ｌの照射を行えば、基板２００の直上を通るレーザ光Ｌの光強度を大きく確保することができ、基板２００上での気相成長の反応を効果的に実施することができる。
【００５５】
レーザ光源１２１は、単数又は複数備えることができる。レーザ光源１２１の数が多い程、基板２００に照射されるトータルのレーザ光量が増し、使用する原料によっては原料分解がより促進されることが期待される。
【００５６】
レーザ光源１２１を複数備える場合には、複数のレーザ光源１２１からのレーザ光Ｌを基板２００に対して異なる方向から各々独立に基板２００に照射してもよいし、複数のレーザ光源１２１からのレーザ光Ｌを合波して、照射しても構わない。
【００５７】
レーザ光源１２１を複数備える場合には、複数のレーザ光源１２１の発振波長は同一でも非同一でも構わない。  
複数種の成膜原料を用いる場合などには、発振波長の異なる複数のレーザ光源１２１を用い、発振波長の異なる複数のレーザ光Ｌを各々独立に、又は発振波長の異なる複数のレーザ光Ｌを合波して、基板２００に照射することが好ましい。結合エネルギーの異なる複数種の成膜原料を用いる場合には、複数種の成膜原料の結合エネルギーに応じて複数のレーザ光源１２１の発振波長を変えることで、複数種の成膜原料を効率よく分解することができる。
【００５８】
上記構成の成膜装置１００を用いることで、基板２００にレーザ光Ｌ（好ましくは紫外レーザ光）を照射しながら有機金属気相成長を行い、ＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を低温成長させることができる。
【００５９】
以上のように、本発明では、レーザアシストＭＯＶＰＥ法を用いて、ＺｎＯ基板等の基板上にＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長することにより、低温成長を可能とし、基板劣化を抑制して、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長することを実現した。
【００６０】
「第１実施形態の半導体発光素子（半導体レーザ）」
図２に基づいて、本発明に係る第１実施形態の半導体発光素子である半導体レーザの構成について説明する。図２（ａ）は素子の全体断面図、図２（ｂ）は半導体活性層の拡大断面図である。
【００６１】
本実施形態の半導体レーザ（半導体発光素子）１は、ｎ型（第１導電型）半導体基板１１の図示上面に、該基板側から、ｎ型クラッド層１２と、ノンドープ下部光ガイド層１３と、半導体活性層１４と、ノンドープ上部光ガイド層１５と、ｐ型（第２導電型）クラッド層１６と、ｐ型コンタクト層１７と、絶縁膜２０と、ｐ型電極２１とが順次積層され、基板１１の図示下面にｎ型電極２２が形成された素子である。
【００６２】
本実施形態において、半導体活性層１４は、量子井戸層１４Ａと障壁層１４Ｂとが交互に積層された積層構造からなる多重量子井戸活性層である。
【００６３】
本実施形態の素子においては、絶縁膜２０が開口部２０Ａを有するパターンで形成され、その他の層は基板全面に形成されている。すなわち、本実施形態の素子は、絶縁膜２０の開口部２０Ａの開口領域にのみ選択的に電流が流れるストライプ構造を有している。
【００６４】
以下に、基板と各層の組成、及び各層の厚みの設計例を挙げる。  
ｎ型半導体基板１１：ｎ−ＺｎＯ（０００１）基板、
ｎ型クラッド層１２：ｎ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層（１．２μｍ厚）、
ノンドープ下部光ガイド層１３：Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ層（０．１μｍ厚）、
半導体活性層１４：Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ量子井戸層（各層３ｎｍ厚、計３層）とＡｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ障壁層（各層５ｎｍ厚、計２層）とが交互に積層された積層構造、
ノンドープ上部光ガイド層１５：Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ層（０．１μｍ厚）、
ｐ型クラッド層１６：ｐ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層（１．２μｍ厚）、
ｐ型コンタクト層１７：ｐ−Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層（０．２μｍ厚）。
【００６５】
本実施形態では、ｎ型クラッド層１２と、ノンドープ下部光ガイド層１３と、ノンドープ上部光ガイド層１５と、ｐ型クラッド層１６と、ｐ型コンタクト層１７とが、ｎ型半導体基板１１に略格子整合するよう、層組成を調整してある。  
また、半導体活性層１４をなす量子井戸層１４Ａの格子定数がｎ型半導体基板１１の格子定数より大きく、半導体活性層１４をなす障壁層１４Ｂが半導体基板１１に略格子整合するよう、層組成を調整してある。  
上記のような格子定数の関係とすることで、波長を長波長側にシフトさせることが可能となり、６３０ｎｍの赤色領域までの発振を実現することが可能となる。また、歪によって閾値電流を下げる効果も得られるため、駆動電流を下げることができ、効率向上及び低消費電力化の効果も得られる。
【００６６】
本実施形態では、ｎ型クラッド層１２〜ｐ型コンタクト層１７のすべての半導体層が、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により成膜された本発明の半導体層である。  
本実施形態の半導体レーザ１は、以上のように構成されている。
【００６７】
本実施形態の半導体レーザ１は、基板１１としてＺｎＯ基板を用い、その上に、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層である半導体層１２〜１７を成膜して製造されたものである。本実施形態では、製造時の基板１１の劣化が抑制され、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長することができる。また、本実施形態の半導体レーザ１は、特許文献１と異なり、半導体活性層１４を多重量子井戸構造としている。
【００６８】
基板１１の劣化が抑制され、半導体層１２〜１７の結晶性が良好で、半導体活性層１４を多重量子井戸構造とした本実施形態の半導体レーザ１では、これらの効果が相俟って、高効率で発光特性に優れたものとなる。
【００６９】
本実施形態の構成により、発振波長が４８０〜６３０ｎｍの波長域内にある半導体レーザ１を提供することができる。本実施形態によれば、従来実用化されていない高効率な緑〜黄色の半導体レーザ１を実現することができる（後記実施例１を参照）。
【００７０】
本実施形態では、基板１１として導電性ＺｎＯ基板を用いることができる。この場合、基板１１がｎ型電極２２を兼ねた構成とすることができる。
【００７１】
「第２実施形態の半導体発光素子（半導体レーザ）」
図３に基づいて、本発明に係る第２実施形態の半導体発光素子である単一横モードの半導体レーザの構成について説明する。図３は素子の全体断面図であり、第１実施形態と同様の構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００７２】
本実施形態の半導体レーザ（半導体発光素子）２は、ｎ型（第１導電型）半導体基板１１の図示上面に、該基板側から、ｎ型クラッド層１２と、ノンドープ下部光ガイド層１３と、半導体活性層１４と、ノンドープ上部光ガイド層１５と、ｐ型（第２導電型）第１クラッド層１６と、ｎ型電流阻止層１８と、ｐ型第２クラッド層１９と、ｐ型コンタクト層１７と、ｐ型電極２１とが順次積層され、基板１１の図示下面にｎ型電極２２が形成された素子である。
【００７３】
本実施形態は、ｐ型第１クラッド層１６を全面形成した後、その一部を選択的にエッチングしてリッジストライプ部１６Ａを形成し、ｐ型第１クラッド層１６上であってリッジストライプ部１６Ａの非形成領域に、リッジストライプ部１６Ａを挟むように、ｎ型電流阻止層１８を選択的に成長し、その上に、ｐ型第２クラッド層１９とｐ型コンタク層１７とｐ型電極２１とを順次全面形成して、製造されたものである。本実施形態は、ｐ型第１クラッド層１６のリッジストライプ部１６Ａの形成領域にのみ選択的に電流が流れるストライプ構造を有している。
【００７４】
本実施形態においても、半導体活性層１４は、量子井戸層１４Ａと障壁層１４Ｂとが交互に積層された積層構造からなる多重量子井戸活性層である（図示略、図２（ｂ）を参照）。
【００７５】
以下に、基板と各層の組成、及び各層の厚みの設計例を挙げる。  
ｎ型半導体基板１１：ｎ−ＺｎＯ（０００１）基板、
ｎ型クラッド層１２：ｎ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層（２．０μｍ厚）、
ノンドープ下部光ガイド層１３：Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ層（０．１μｍ厚）、
半導体活性層１４：Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ歪量子井戸層（各層２．４ｎｍ厚、計４層）とＧａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ障壁層（各層４ｎｍ厚、計３層）とが交互に積層された積層構造、
ノンドープ上部光ガイド層１５：Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ層（０．１μｍ厚）、
ｐ型第１クラッド層１６：ｐ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層（全体厚約１．０μｍ、リッジストライプ部１６Ａの幅２μｍ、リッジストライプ部１６Ａの高さ０．５μｍ）、
ｎ型電流阻止層１８：ｎ−Ａｌ0.68Ｉｎ0.32Ｎ層（０．５μｍ厚）、
ｐ型第２クラッド層１９：ｐ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層（２．５μｍ厚）、
ｐ型コンタクト層１７：ｐ−Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層（０．２μｍ厚）。
【００７６】
本実施形態では、ｎ型クラッド層〜ｐ型コンタクト層のすべての半導体層１２〜１９が、ｎ型半導体基板１１に略格子整合するよう、層組成を調整してある。これらのすべての半導体層１２〜１９が、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により成膜された本発明の半導体層である。  
本実施形態の半導体レーザ２は、以上のように構成されている。
【００７７】
本実施形態の半導体レーザ２は、基板１１としてＺｎＯ基板を用い、その上に、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層である半導体層１２〜１９を成膜して製造されたものである。本実施形態では、製造時の基板１１の劣化が抑制され、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長することができる。また、本実施形態の半導体レーザ２は、特許文献１と異なり、半導体活性層１４を多重量子井戸構造としている。
【００７８】
基板１１の劣化が抑制され、半導体層１２〜１９の結晶性が良好で、半導体活性層１４を多重量子井戸構造とした本実施形態の半導体レーザ２では、これらの効果が相俟って、高効率で発光特性に優れたものとなる。
【００７９】
本実施形態の構成により、発振波長が４８０〜６３０ｎｍの波長域内にある半導体レーザ２を提供することができる。本実施形態によれば、従来実用化されていない高効率な緑〜黄色の半導体レーザ２を実現することができる（後記実施例２を参照）。
【００８０】
本実施形態においても、基板１１として導電性ＺｎＯ基板を用いることができる。この場合、基板１１がｎ型電極２２を兼ねた構成とすることができる。
【００８１】
「第３実施形態の半導体発光素子（発光ダイオード）」
図４に基づいて、本発明に係る第３実施形態の半導体発光素子である発光ダイオードの構成について説明する。図４（ａ）は素子の全体断面図であり、第１実施形態と同様の構成要素には同じ参照符号を付してある。図４（ｂ）は、基板と主な層のバンドダイアグラムを示す図である。
【００８２】
本実施形態の発光ダイオード（半導体発光素子）３は、第１実施形態と同様、ｎ型（第１導電型）半導体基板１１の図示上面に、該基板側から、ｎ型クラッド層１２と、ノンドープ下部光ガイド層１３と、半導体活性層１４と、ノンドープ上部光ガイド層１５と、ｐ型（第２導電型）クラッド層１６と、ｐ型コンタクト層１７と、絶縁膜２０と、ｐ型電極２１とが順次積層され、基板１１の図示下面にｎ型電極２２が形成された素子である。
【００８３】
本実施形態においても、半導体活性層１４は、量子井戸層１４Ａと障壁層１４Ｂとが交互に積層された積層構造からなる多重量子井戸活性層である（図２（ｂ）及び図４（ｂ）を参照）。
【００８４】
本実施形態の素子においては、絶縁膜２０が開口部２０Ａを有するパターンで形成され、ｎ型電極２２が開口部２２Ａを有するパターンで形成されており、その他の層は基板全面に形成されている。絶縁膜２０の開口部２０Ａとｎ型電極２２の開口部２２Ａは、略同一位置に略同一幅で開口されている。すなわち、本実施形態の素子は、絶縁膜２０の開口部２０Ａの開口領域にのみ選択的に電流が流れるストライプ構造を有し、ｎ型電極２２の開口部２２Ａから外部に光が取り出される構成となっている。
【００８５】
以下に、基板と各層の組成、及び各層の厚みの設計例を挙げる。  
ｎ型半導体基板１１：ｎ−ＺｎＯ（０００１）基板、
ｎ型クラッド層１２：ｎ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層（３μｍ厚）、
ノンドープ下部光ガイド層１３：Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ層（０．２μｍ厚）、
半導体活性層１４：Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ量子井戸層（計４層）とＡｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ障壁層（計３層）とが交互に積層された積層構造、
ノンドープ上部光ガイド層１５：Ａｌ0.1Ｇａ0.7Ｉｎ0.2Ｎ層（０．２μｍ厚）、
ｐ型クラッド層１６：ｐ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層（３．０μｍ厚）、
ｐ型コンタクト層１７：ｐ−Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層（０．２μｍ厚）。
【００８６】
本実施形態では、半導体活性層１４をなす複数の量子井戸層１４Ａ（本実施形態では４層）は、遷移波長がそれぞれ異なるよう設計されている。本実施形態では、半導体活性層１４をなす複数の量子井戸層１４Ａは、組成は同一であるが厚さがそれぞれ異なっており、これによって各量子井戸層１４Ａの遷移波長が異なり、各量子井戸層１４Ａから発せられる光の波長が異なるように設計されている。
【００８７】
半導体活性層１４をなす量子井戸層１４Ａの層数は、適宜設計できる。発光スペクトルをより広帯域にする、あるいは発光スペクトルをより滑らかなスペクトル形状とするために、量子井戸層１４Ａの数を５層以上にしてもよい。逆に、量子井戸層１４Ａの数を３層以下にしても構わない。
【００８８】
本実施形態では、半導体活性層１４をなす複数の量子井戸層１４Ａの組成を同一とし、厚さをそれぞれ異ならせる構成としたが、半導体活性層１４をなす複数の量子井戸層１４Ａの組成及び／又は厚さを異ならせることで、各量子井戸層１４Ａの遷移波長を異ならせることができる。
【００８９】
光をｎ型電極２２側から取り出すために、半導体活性層１４をなす複数の量子井戸層１４Ａの遷移波長は、半導体基板１１側が最も短波長であり、該基板から離れるにつれて順次長波長化するよう設計されていることが好ましい。
【００９０】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、ｎ型クラッド層１２と、ノンドープ下部光ガイド層１３と、ノンドープ上部光ガイド層１５と、ｐ型クラッド層１６と、ｐ型コンタクト層１７とが、ｎ型半導体基板１１に略格子整合するよう、層組成を調整してある。
【００９１】
また、半導体活性層１４をなす量子井戸層１４Ａの格子定数がｎ型半導体基板１１の格子定数より大きく、半導体活性層１４をなす障壁層１４Ｂが半導体基板１１に略格子整合するよう、層組成を調整してある。
【００９２】
本実施形態においても、ｎ型クラッド層１２〜ｐ型コンタクト層１７のすべての半導体層が、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により成膜された本発明の半導体層である。  
本実施形態の発光ダイオード３は、以上のように構成されている。
【００９３】
本実施形態の発光ダイオード３は、基板１１としてＺｎＯ基板を用い、その上に、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層である半導体層１２〜１７を成膜して製造されたものである。本実施形態では、製造時の基板１１の劣化が抑制され、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長することができる。また、本実施形態の発光ダイオード３は、特許文献１と異なり、半導体活性層１４を多重量子井戸構造としている。
【００９４】
基板１１の劣化が抑制され、半導体層１２〜１７の結晶性が良好で、半導体活性層１４を多重量子井戸構造とした本実施形態の発光ダイオード３では、これらの効果が相俟って、高効率で発光特性に優れたものとなる。
【００９５】
本実施形態の構成により、半導体活性層１４から直接白色光を発光する白色発光ダイオードを実現することができる（後記実施例３を参照）。この白色発光ダイオードでは、青色発光ダイオードにより蛍光体を励起して、青色発光ダイオードから発せられる光と蛍光体からの発光とを合わせて間接的に白色光を得る従来の白色発光ダイオードよりも、格段に発光効率が良く、消費電力を大幅に抑えることができる。
【００９６】
本実施形態においても、基板１１として導電性ＺｎＯ基板を用いることができる。この場合、基板１１がｎ型電極２２を兼ねた構成とすることができる。
【００９７】
「第４実施形態の半導体発光素子（発光ダイオード）、及びこれを備えた半導体発光装置」
図５及び図６に基づいて、本発明に係る第４実施形態の半導体発光素子である発光ダイオード及びこれを実装基板に実装した半導体発光装置の構成について説明する。図５（ａ）は発光ダイオードの全体斜視図であり、図５（ｂ），（ｃ）は半導体発光装置の全体斜視図（図５（ｂ）では封止樹脂の図示を省略）である。図６は図５（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図である。第３実施形態と同様の構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００９８】
本実施形態の発光ダイオード（半導体発光素子）４は、ｎ型（第１導電型）半導体基板１１’の図示上面に、該基板側から、ｎ型クラッド層１２と、ノンドープ下部光ガイド層１３（図示略）と、半導体活性層１４と、ノンドープ上部光ガイド層１５（図示略）と、ｐ型（第２導電型）クラッド層１６と、ｐ型コンタクト層１７（図示略）と、ｐ型電極２１とが順次積層された素子である（ノンドープ下部光ガイド層１３とノンドープ上部光ガイド層１５とｐ型コンタクト層１７については、図４を参照）。
【００９９】
本実施形態において、半導体活性層１４は、量子井戸層１４Ａと障壁層１４Ｂとが交互に積層された積層構造からなる多重量子井戸活性層である（図示略、図２（ｂ）を参照）。本実施形態では、半導体基板１１’が導電性ＺｎＯ基板であり、半導体基板１１’がｎ型（第１導電型）電極を兼ねた構成になっている。
【０１００】
第３実施形態の発光ダイオード３では、半導体活性層１４をなす複数の量子井戸層１４Ａの遷移波長を異ならせることで白色発光を実現したのに対して、本実施形態では、複数の発光部４Ａ〜４Ｄに分けて、各々の発光部４Ａ〜４Ｄの中心発光波長を異ならせることで白色発光を得る構成としている。本実施形態では、発光部の数は４つであるが、その数は適宜設計できる。中心発光波長の異なる複数の発光部を設けることによって各発光部からの発光の混色光を得る発光ダイオードの構成自体が、新規である。
【０１０１】
図６に示すように、本実施形態においては、半導体基板１１’の全面にｎ型クラッド層１２とノンドープ下部光ガイド層１３（図示略）とが形成されており、その上に、半導体活性層１４とノンドープ上部光ガイド層１５（図示略）とｐ型クラッド層１６とｐ型コンタクト層１７（図示略）とｐ型電極２１とが、パターン形成されている。
【０１０２】
複数の発光部４Ａ〜４Ｄにおいては、ｎ型電極とｐ型電極とのうちｐ型電極が互いに電気的に独立した構成になっている。
【０１０３】
本実施形態では、半導体活性層１４及びそれより上の層が絶縁膜マスク２３を用いた選択成長法により成膜されており、発光部４Ａ〜４Ｄごとに、絶縁膜マスク２３の開口率を変えて半導体活性層１４の面積を変えてある。
【０１０４】
具体的には、発光部４Ａ内には絶縁膜マスク２３が形成されておらず、発光部の面積と半導体活性層１４の面積とが一致している。発光部４Ｂ〜４Ｄ内には絶縁膜マスク２３が形成されており、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの順に、絶縁膜マスク２３の形成面積が大きく（＝絶縁膜マスク２３の開口率が小さく）、半導体活性層１４の面積が小さくなっている。絶縁膜マスク２３の開口率及び開口パターンは図示するものに限らず、適宜設計できる。
【０１０５】
絶縁膜マスク２３の開口率によって、半導体活性層１４及びそれより上の層の結晶成長面積が決まる。また、結晶成長面積によって結晶成長速度が変わるので、発光部４Ａ〜４Ｄごとに、半導体活性層１４及びそれより上の層の厚さ及び組成を変えることもできる。
【０１０６】
本実施形態では、発光部４Ａ〜４Ｄごとに、絶縁膜マスク２３の開口率を変えることによって、半導体活性層１４の面積、厚さ、及び組成を変えて、発光部４Ａ〜４Ｄの中心発光波長を異ならせている。なお、複数の発光部４Ａ〜４Ｄにおいて、半導体活性層１４の面積、厚さ、及び組成のうち少なくとも１つの特性が異なる構成とすれば、発光部４Ａ〜４Ｄの中心発光波長を異ならせることができる。
【０１０７】
以下に、基板と各層の組成及び絶縁膜マスク２３の開口率の設計例を挙げる。  
ｎ型半導体基板１１’：導電性を有するｎ−ＺｎＯ（０００１）基板、
ｎ型クラッド層１２：ｎ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層、
ノンドープ下部光ガイド層１３：Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層、
半導体活性層１４：Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ歪量子井戸層（計４層）とＧａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ障壁層（計３層）とが交互に積層された積層構造、
ノンドープ上部光ガイド層１５：Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層、
ｐ型クラッド層１６：ｐ−Ａｌ0.34Ｇａ0.41Ｉｎ0.25Ｎ層、
ｐ型コンタクト層１７：ｐ−Ｇａ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層、
絶縁膜マスク２３：ＳｉＯ２、
絶縁膜マスク２３の開口率：１００％（発光部４Ａ）／９０％（発光部４Ｂ）／７５％（発光部４Ｃ）／５０％（発光部４Ｄ）。
【０１０８】
本発明者は、上記設計例において例えば、中心発光波長４５０ｎｍ（発光部４Ａ）／５２０ｎｍ（発光部４Ｂ）／５８０ｎｍ（発光部４Ｃ）／６３０ｎｍ（発光部４Ｄ）を実現し、これらの混色によって白色発光を実現している。
【０１０９】
本実施形態においても、ｎ型クラッド層１２〜ｐ型コンタクト層１７のすべての半導体層が、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により成膜された本発明の半導体層である。  
本実施形態の発光ダイオード４は、以上のように構成されている。
【０１１０】
本実施形態の発光ダイオード４は、基板１１’としてＺｎＯ基板を用い、その上に、レーザアシストＭＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層である半導体層１２〜１７を成膜して製造されたものである。本実施形態では、製造時の基板１１’の劣化が抑制され、結晶性が良好なＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層を成長することができる。また、本実施形態の発光ダイオード４は、特許文献１と異なり、半導体活性層１４を多重量子井戸構造としている。
【０１１１】
基板１１’の劣化が抑制され、半導体層１２〜１７の結晶性が良好で、半導体活性層１４を多重量子井戸構造とした本実施形態の発光ダイオード４では、これらの効果が相俟って、高効率で発光特性に優れたものとなる。
【０１１２】
本実施形態の構成により、白色発光ダイオードを実現することができる。この白色発光ダイオードでは、青色発光ダイオードにより蛍光体を励起して、青色発光ダイオードから発せられる光と蛍光体からの発光とを合わせて間接的に白色光を得る従来の白色発光ダイオードよりも、格段に発光効率が良く、消費電力を大幅に抑えることができる。
【０１１３】
本実施形態の発光ダイオード４は、青色発光ダイオードにより蛍光体を励起して、青色発光ダイオードから発せられる光と蛍光体からの発光とを合わせて間接的に白色光を得る従来の白色発光ダイオードよりも、発光寿命が長いという特徴も有している。
【０１１４】
ＺｎＯ基板は可視光に対して透明であり、かつ高い導電性を有するものが市販されている。本実施形態の発光ダイオード４では半導体基板１１’として導電性ＺｎＯ基板を用い、半導体基板１１’がｎ型電極を兼ねた構成としている。
【０１１５】
従来一般的な白色発光ダイオードではｎ型ＳｉＣ基板もしくはｎ型ＧａＮ基板を用いるのが一般的であり、この場合ｎ型電極が必須である。ｎ型電極としては、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、極薄膜の金属膜、及びメッシュ状金属膜等が挙げられるが、いずれも多少の損失を伴うため、光取り出し効率を下げる要因となっている。本実施形態では、半導体基板１１’がｎ型電極を兼ねた構成であるので、ｎ型電極を形成した従来の発光ダイオードに比べ、光の取り出し効率を高くできる。
【０１１６】
本実施形態では、ＺｎＯ基板の表面を平坦としているが、光の取り出し効率を高めるためには、表面に凹凸を形成した方が更によい。表面の凹凸形状は例えばMoth-eye構造と言われるような小さな円錐形状あるいは角錐形状がアレイ状に並んだものが好ましい。その大きさは波長と同程度若しくはそれよりも小さいことが好ましい。
【０１１７】
半導体発光装置５は、表面に電極３１及び配線等がパターン形成された実装基板３０のヒートシンク上に、上記発光ダイオード４を実装したものである。
【０１１８】
本実施形態では、発光ダイオード４のｐ型電極２１側を実装基板３０に融着固定し実装する、いわゆるジャンクション方式を採用しており、ｎ型電極を兼ねた発光ダイオード４の半導体基板１１’と実装基板３０とが金ワイヤ等のボンディングワイヤ３３を介して導通されている。
【０１１９】
発光ダイオード４の発光部４Ａ〜４Ｄは中心発光波長が各々異なることから、好適な駆動電圧が多少なりとも異なる。そこで、本実施形態では、各発光部４Ａ〜４Ｄに流す電流を制御し好適化するために、電流制御部３２を設けている。電流制御部３２として、本実施形態では、電極３１と各発光部４Ａ〜４Ｄとの間にそれぞれ抵抗値の異なる抵抗３２Ａ〜３２Ｄを直列に介挿させている。
【０１２０】
電流制御部３２によって、発光部４Ａ〜４Ｄごとに流す電流を好適化できるので、色温度を調節することもできる。設計条件によっては、発光部４Ａ〜４Ｄに流す電流が同量であることが好ましい場合もあり、この場合にも電流制御部３２によって、発光部４Ａ〜４Ｄに流す電流を同量化することができる。
【０１２１】
本実施形態では、半導体発光装置５上で発光部４Ａ〜４Ｄごとに流す電流を制御し好適化する構成としているので、商品ラインアップを揃える上で好都合である。例えば、色温度を変えた商品ラインアップを揃える場合にも、半導体発光装置５の製造品種を増やすことなく、搭載する抵抗を変えるだけで他品種に対応可能であり、低コスト化に有利である。
【０１２２】
図５（ｃ）に示すように、半導体発光装置５の電極３１を除いた部分は透光性を有する封止樹脂３４により、樹脂封止されている。  
本実施形態の半導体発光装置５は、以上のように構成されている。
【０１２３】
従来の白色発光ダイオードの寿命は封止樹脂の劣化が律速であり、これはフォトンエネルギーの高い青色光が原因であるとされている。このことは最近の発光ダイオードの高出力化を図る上で致命的な問題となっている。本問題が障害となって照明用等としての応用が困難となっている。しかしながら、本実施形態の半導体発光装置５では従来と比較して青色発光の割合が小さいため、長寿命となる。このためランニングコストの点においても優位である。
【０１２４】
（設計変更例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、素子構造は適宜設計変更可能である。
【実施例】
【０１２５】
本発明に係る実施例について説明する。
【０１２６】
（実施例１）
図１に示した成膜装置１００を用いて、ＺｎＯ基板１１上にＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層である半導体層１２〜１７を成膜し、上記第１実施形態の半導体レーザ１を製造した。層組成と厚みは、上記実施形態に記載の通りとした。
【０１２７】
レーザ光源１２１としてＡｒＦエキシマレーザを用い、レーザ光の出力を２００ｍＪ、パルス周期を１００Ｈｚとした。レーザ光源１２１からの出射光を拡大レンズ１２２及びコリメートレンズ１２３により２インチ大のコリメート光とし、レーザ光Ｌが基板直上を基板面に対して水平方向に通過するように照射した。基板の昇温開始から降温終了までの間、基板上へのレーザ光Ｌの照射を続けた。基板温度は５００℃とした。
【０１２８】
III族原料としてＴＭＡ／ＴＥＧ／ＴＭＩを用い、Ｖ族原料としてアンモニアを用い、水素をキャリヤガスとして、反応管１１０内に導入した。ｎ型ド−パント源としてはＳｉＨ４（シラン）、ｐ型ド−パント源としてはＣｐ２Ｍｇ（ビシクロペンタジェニルマグネシウム）を用いた。反応管内１１０内の圧力は、２０ｋＰａとした。
【０１２９】
ｐ型コンタクト層１７を成膜した後、ＳｉＯ２絶縁膜２０を所定のパターンで形成し、ｐ型電極２１を蒸着及び熱処理により形成し、素子の全体厚みが１００μｍ程度になるまで基板１１を研磨し、その後ｎ型電極２２を蒸着及び熱処理により形成して、半導体レーザ１を得た。
【０１３０】
半導体レーザ１のストライプ幅は５０μｍ、共振器長は５００μｍとした。素子の前方端面に反射率１０％、後方端面に反射率９０％の誘電体多層膜コーティングを施した。
【０１３１】
得られた素子を、実装基板の銅製ヒートシンクにジャンクションダウン方式にて実装した。得られた素子は、外部量子効率が１０％であり、高効率な素子であった。発振波長は室温で５２０ｎｍであり、緑色光が得られた。
【０１３２】
（実施例２）
実施例１と同様の方法にて、ＺｎＯ基板１１上にＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層である半導体層１２〜１９を成膜し、上記第２実施形態の半導体レーザ２を製造した。層組成と厚みは、上記実施形態に記載の通りとした。
【０１３３】
共振器長は３００μｍとした。半導体レーザ１のストライプ幅はリッジストライプ部１６Ａの幅（＝２μｍ）に相当する。素子の前方端面に反射率３０％、後方端面に反射率６０％の誘電体多層膜コーティングを施した。
【０１３４】
得られた素子を、実装基板の鉄製ヒートシンクにジャンクションアップ方式にて実装した。発振波長は室温で６００ｎｍであり、黄色光が得られた。
【０１３５】
（実施例３）
実施例１と同様の方法にて、ＺｎＯ基板１１上にＡｌＧａＩｎＮ層又はＧａＩｎＮ層である半導体層１２〜１７を成膜し、上記第３実施形態の発光ダイオード３を製造した。層組成と厚みは、上記実施形態に記載の通りとした。
【０１３６】
半導体活性層１４をなす計４層のＧａＩｎＮ量子井戸層１４Ａは、組成は同一とし厚さをそれぞれ異ならせ、基板側から順に、遷移波長が４４０ｎｍ／５１０ｎｍ／５８０ｎｍ／６４０ｎｍとなるように調整した。
【０１３７】
得られた素子のｐ型電極２１側を実装基板の鉄製ヒートシンクに実装し、ｎ型電極２２側から光を取り出すようにした。半導体活性層１４から直接白色光を発光する発光ダイオードが得られ、その発光効率は１２０１ｍ／Ｗであった。これは、青色発光ダイオードにより蛍光体を励起して、青色発光ダイオードから発せられる光と蛍光体からの発光とを合わせて間接的に白色光を得る従来の白色発光ダイオードの発光効率の３倍程度である。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明の技術は、半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光素子に好ましく適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の半導体層の成膜に用いて好適な成膜装置、（ｃ）はレーザプロファイル例
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る第１実施形態の半導体発光素子である半導体レーザの構成を示す図
【図３】本発明に係る第２実施形態の半導体発光素子である半導体レーザの構成を示す図
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る第３実施形態の半導体発光素子である発光ダイオードの構成を示す図
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る第４実施形態の半導体発光素子である発光ダイオード及びこれを備えた半導体発光装置の構成を示す図
【図６】図５（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図
【符号の説明】
【０１４０】
１、２  半導体レーザ（半導体発光素子）
３、４  発光ダイオード（半導体発光素子）
５  半導体発光装置
１１  ｎ型ＺｎＯ基板（第１導電型半導体基板）
１１’  ｎ型電極を兼ねた導電性のｎ型ＺｎＯ基板（第１導電型半導体基板）
１２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（第１導電型クラッド層）
１４  半導体活性層
１４Ａ  ＧａＩｎＮ量子井戸層
１４Ｂ  ＧａＩｎＮ障壁層又はＡｌＧａＩｎＮ障壁層
１６、１９  ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（第２導電型クラッド層）
２１  ｐ型電極（第２導電型電極）
２２  ｎ型電極（第１導電型電極）
２２Ａ  ｎ型電極の開口部
４Ａ〜４Ｄ  発光部
３２  電流制御部
１００  成膜装置
２００  基板
Ｌ  レーザ光
【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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