(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、光を発生する活性層と光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテロ接合が形成されている半導体発光素子において、
活性層はＡｓを含んでいる(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α１≦１、０≦ｔ＜１)からなり、
クラッド層は活性層よりバンドギャップが大きくＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１記載の半導体発光素子において、半導体基板はＧａＰＡｓからなり、該半導体基板上にヘテロ接合部が結晶成長されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項１記載の半導体発光素子において、半導体基板はＧａＡｓまたはＧａＰからなり、半導体基板とクラッド層との間に、両者の格子不整を緩和する緩和バッファ層を介してヘテロ接合部が結晶成長されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、その格子定数が半導体基板の格子定数から成長方向に徐々に変化してクラッド層の格子定数に近づくグレーデッド層からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は少なくとも２種類の格子定数の違う材料を交互に積層した歪超格子構造からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層はクラッド層の成長温度より低い温度で成長した低温バッファ層からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、ＧａＩｎＰまたはＧａＰＡｓからなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、半導体基板の面方位は、(１００)面から[０１１]方向に０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、(１００)面から[０―１１]方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、これらと等価な面であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、ヘテロ接合部が結晶成長されるに先立って、ＧａＰＡｓ基板表面が機械的研磨により平坦化され、または、緩和バッファ層成長後であってヘテロ接合部が結晶成長される前の表面が機械的研磨により平坦化されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、半導体基板とヘテロ接合部との間に、層の界面の上面が下面(基板側)よりも平坦である層を含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体発光素子において、層の界面の上面が下面(基板側)より平坦である層は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、ヘテロ接合部は有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により成長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１４】
請求項１３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により成長されたものであることを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料およびＢ(ボロン)系材料を除きIII−Ｖ族半導体のなかで最も大きい直接遷移型の材料であり、バンドギャップエネルギーは最大で約２．３ｅＶ(波長５４０ｎｍ)が得られる。このため、従来よりカラーディスプレイ等に用いられる高輝度緑色〜赤色発光ダイオード等の発光素子や，レーザプリンタ，ＣＤ，ＤＶＤ等の光書き込み用等に用いられる可視光半導体レーザの材料として研究開発が行なわれている。これらの中で、特に、半導体レーザには、ＧａＡｓ基板に格子整合する材料が用いられている。特に高密度記録等のためには高温高出力安定動作し、かつ短波長である素子が必要となっている。
【０００３】
半導体レーザを作製するためには、クラッド層(活性層よりバンドギャップの大きい材料からなる)を用い、キャリアと光を活性層(発光層)に閉じ込める構造が必要である。通常のバルク活性層のダブルヘテロ(ＤＨ)構造で短波長にする場合は活性層にはＡｌが添加されたＡｌＧａＩｎＰを用いる必要がある。Ａｌの添加はバンドギャップを大きくする効果があるが、Ａｌが非常に活性なため、成長中、雰囲気内や原料内のわずかな酸素等と結合してディープレベルを形成し発光効率の低下を招きやすいので、Ａｌ組成は小さい方が好ましい。そこで、発振波長を短波長化する他の方法として、活性層（井戸層）にはＧａＩｎＰ量子井戸構造を用い、光ガイド層としてＡｌＧａＩｎＰを用いたＳＣＨ−ＱＷ（Separate  Confinement  Heterostructure-Quantum  Well）とする方法が行われている。さらに、低閾値化するために、特開平６−７７５９２号に示されるように、量子井戸層に歪を加えた歪量子井戸構造が通常用いられている。この場合、歪量子井戸層の格子定数は基板と異なるので、格子緩和が起こる臨界膜厚以下の厚さを用いることができる。また、６３５ｎｍ帯のような短波長レーザには歪の種類として引張り歪の方が有効であることが特開平６−２７５９１５号に示されている。引張り歪井戸層は、基板であるＧａＡｓに対してＧａＰに近い組成のＧａＩｎＰとなるので、ワイドギャップとなり圧縮歪井戸層に対して井戸層として適正な厚さの井戸層を用いることができ、界面の悪影響を低減できることが大きな理由と考えられる。だたし、引張り歪井戸層を用いると、ＴＭモードとなるため、他の波長帯の通常の半導体レーザ（ＴＥモード）と偏光が９０°違ってくるので、その利用には注意が必要である。
【０００４】
しかしながら、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ光ガイド層には光が閉じ込められるが、Ａｌ組成ｘが通常０．５程度と大きいため、レーザの共振器面となる端面でのＡｌに起因する表面再結合により端面破壊が起こりやすく高出力を出すことが困難であり、長時間安定動作させるのも困難であった。
【０００５】
また、ＡｌＧａＩｎＰ系ヘテロ接合を形成すると、伝導帯のバンドオフセット比が小さく、活性層（発光層）とクラッド層の伝導帯側のバンド不連続（ΔＥｃ）が小さいので、注入キャリア（電子）が活性層からクラッド層にオーバーフローしやすく半導体レーザの発振閾値電流の温度依存性が大きく、温度特性が悪いなどの問題があった。この問題は波長が短波長になるほど顕著になる。例えば６３５ｎｍ帯，６５０ｎｍ帯の赤色レーザで比較すると、わずかな波長差であるのにかかわらず６３５ｎｍ帯レーザの高温特性は圧倒的に悪い。
【０００６】
このような問題を解決するため、活性層とクラッド層との間に、非常に薄い層を多数積層した多重量子障壁（ＭＱＢ）構造を設け、注入キャリアを閉じ込める構造が特開平４−１１４４８６号に提案されている。しかし、この場合には、構造が複雑となるうえ、効果を得るためには厚さの制御を良くし、各層の界面を原子層レベルで平坦にする必要があり、現実にはその効果を得ることは困難であった。
【０００７】
このように、従来のＧａＡｓ基板格子整合系材料では、温度特性および短波長化には限界があり、高温（例えば８０°），高出力（例えば３０ｍＷ以上），安定動作（例えば一万時間）する６３５ｎｍ帯またはそれより短波長のレーザの実現は困難であった。上記のように、ＧａＡｓより格子定数が小さいＡｌＧａＩｎＰ系材料は、ＧａＡｓ基板上に成長できる材料に比べてワイドギャップなので、短波長化に有利である。このような他の材料系を用いた発振波長６００ｎｍ以下の短波長レーザの提案がなされている。例えば、ＧａＰ基板上に、クラッド層としてＡｌｙＧａ１−ｙＰ（０≦ｙ≦１）を用い、活性層として直接遷移型の圧縮歪ＧａｘＩｎ１−ｘＰ(０＜ｘ＜１)を用い、活性層にはアイソエレクトロニックトラップ（Isoelectronic  trap）の不純物としてＮをドープした素子が特開平６−５３６０２号に提案されている。しかしながら、この構造は、活性層のＡｌ含有量が少ない材料を用いて短波長化できるというメリットがあるが、最もＧａＰに格子定数が近くて直接遷移となるＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ活性層においてもＧａＰ基板と２．３％格子不整合しており、格子不整合に起因するミスフィット転位が発生しない臨界膜厚が薄くなってしまうので、実用上好ましくない。
【０００８】
また、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有する（ＡｌＧａ）ａＩｎ１−ａＰ（０．５１＜ａ≦０．７３）からなるダブルヘテロ構造体を、これに格子整合するＧａＰｘＡｓ１−ｘバッファ層などを介して形成する素子が特開平５−４１５６０号に提案されている。この技術では、バッファ層により基板とダブルヘテロ構造体の格子不整を解消している。図１に格子定数とバンドギャップエネルギーとの関係を示す。図１において、実線は直接遷移の材料、破線は間接遷移の材料である。ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有する（ＡｌＧａ）ａＩｎ１−ａＰ（０．５１＜ａ≦０．７３）系材料はＡｌＩｎＰとＧａＩｎＰとで囲まれた範囲の材料である。この技術では、ＧａＡｓ基板格子整合材料よりワイドギャップのＡｌＧａＩｎＰをクラッド層と活性層に用いることができるので、６００ｎｍより短い波長のレーザなど短波長化に有利であることがわかる。しかしながら、特開平５−４１５６０号に提案されているレーザは、６００ｎｍより短い波長のレーザを実現するための構造からなり、６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の６００ｎｍより長い波長のレーザを考慮した構造ではなかった。例えば、バンドギャップの格子定数依存性は、間接遷移材料であるＡｌＩｎＰよりもＧａＩｎＰの方が、直接遷移であるＧａ組成が０．７３までの範囲では大きいことがわかる。クラッド層にはワイドギャップ材料が適しているので、ＧａＰの格子定数に近い格子定数のＡｌ（Ｇａ）ＩｎＰを用いた方がよいが、逆に、６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯の活性層の材料となる（Ａｌ）ＧａＩｎＰの格子定数は、クラッド層のそれとは大きくずれてしまい、大きな圧縮歪を有し、好ましくないなど不十分であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどの半導体発光素子を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、半導体基板上に、光を発生する活性層と光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテロ接合が形成されている半導体発光素子において、
活性層はＡｓを含んでいる(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α１≦１、０≦ｔ＜１)からなり、
クラッド層は活性層よりバンドギャップが大きくＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)からなることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、半導体基板はＧａＰＡｓからなり、該半導体基板上にヘテロ接合部が結晶成長されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、半導体基板はＧａＡｓまたはＧａＰからなり、半導体基板とクラッド層との間に、両者の格子不整を緩和する緩和バッファ層を介してヘテロ接合部が結晶成長されていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、その格子定数が半導体基板の格子定数から成長方向に徐々に変化してクラッド層の格子定数に近づくグレーデッド層からなることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は少なくとも２種類の格子定数の違う材料を交互に積層した歪超格子構造からなることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項６記載の発明は、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層はクラッド層の成長温度より低い温度で成長した低温バッファ層からなることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、ＧａＩｎＰまたはＧａＰＡｓからなることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項８記載の発明は、請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、半導体基板の面方位は、(１００)面から[０１１]方向に０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、(１００)面から[０―１１]方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、これらと等価な面であることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項９記載の発明は、請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、ヘテロ接合部が結晶成長されるに先立って、ＧａＰＡｓ基板表面が機械的研磨により平坦化され、または、緩和バッファ層成長後であってヘテロ接合部が結晶成長される前の表面が機械的研磨により平坦化されていることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１０記載の発明は、請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、半導体基板とヘテロ接合部との間に、層の界面の上面が下面(基板側)よりも平坦である層を含むことを特徴としている。
【００２６】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の半導体発光素子において、層の界面の上面が下面(基板側)より平坦である層は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰであることを特徴としている。
【００２７】
また、請求項１２記載の発明は、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰであることを特徴としている。
【００２８】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、ヘテロ接合部は有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により成長されたものであることを特徴としている。
【００２９】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、有機金属気相成長法または分子線エピタキシー法により成長されたものであることを特徴としている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図である。図２を参照すると、この半導体発光素子は、ＧａＡｓの半導体基板１上に、光を発生する活性層２と光を閉じ込めるクラッド層３とを有するヘテロ接合部４が形成されている。
【００３１】
ここで、本発明の第１の実施形態では、活性層２は(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α≦１、０≦ｔ≦１)からなり、クラッド層３は活性層２よりバンドギャップが大きく、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)からなっている。
【００３２】
この第１の実施形態では、クラッド層３は、ＧａＰとＧａＡｓの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)であり、ＧａＡｓ半導体基板１に形成できるクラッド層材料よりバンドギャップが大きく短波長化に有利である。また、活性層２は(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α≦１、０≦ｔ≦１)からなるので、クラッド層３に対して歪みを有することもでき、さらに従来材料よりエネルギーギャップを狭いもの（ナローギャップ）にすることもできる。このため、従来より素子設計の幅が大きく広がり、６００ｎｍより短い波長のみならず、６００ｎｍより長い波長の発光素子においても良好な特性を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の第２の実施形態では、図２の半導体発光素子において、活性層２は(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α≦１、０≦ｔ≦１)単一量子井戸からなり、クラッド層３は活性層２よりバンドギャップが大きくＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)からなり、ヘテロ接合部４において、活性層２とクラッド層３との間には、図３に示すように、バンドギャップが活性層２より大きくクラッド層３より小さい(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０≦ｚ＜１、０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１)からなる光ガイド層５が設けられている。
【００３４】
この第２の実施形態では、クラッド層３はＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)であり、ＧａＡｓ半導体基板１に形成できるクラッド層材料よりバンドギャップが大きく短波長化に有利である。また、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０≦ｚ＜１、０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１) からなる光ガイド層５および(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α≦１、０≦ｔ≦１)からなる単一量子井戸の活性層２によりＳＣＨ構造を形成しているので、ＧａＡｓ基板格子整合材料より少ないＡｌ組成でワイドギャップが得られるようになり、従来に比べて光ガイド層５のＡｌ組成を低減でき、非発光再結合電流の低減，表面再結合電流の低減等により、発光効率を向上させることができ、レーザの場合、端面劣化しにくくなり、高出力でも安定動作が可能となる。また、クラッド層３に対して歪みを有することもでき、さらに従来材料よりエネルギーギャップを狭くする（ナローギャップにする）こともできる。さらに、ＧａＩｎＰはＧａ組成を小さくすると格子定数が大きくなるとともにバンドギャップは小さくなる。Ｓａｎｄｉｐ等（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，１９９２，ｐｐ６３０〜６３２）によるバンド不連続の見積もりを参考にすると、バンドギャップの変化は伝導帯側で起こり、価電子帯側のエネルギーはほとんど変化していない。つまり、組成を変えても価電子帯のエネルギーの変化は小さい。一方、ＧａＩｎＰへＡｌを添加すると、伝導帯エネルギーは大きくなり価電子帯エネルギーは小さくなる。その変化は価電子帯側の方が大きい。従来、ＧａＡｓ基板上構造では、大きなＡｌ組成のＡｌＧａＩｎＰを光ガイド層にする必要があり、ＧａＩｎＰ量子井戸層との間に大きな価電子帯側のバンド不連続を有していた。つまり、伝導帯側のバンド不連続は充分な大きさではなかった。これに対し、本発明の第２の実施形態によれば、光ガイド層５のＡｌ組成を低減できるので、大きな伝導帯バンド不連続が得られる。これにより、従来ＡｌＧａＩｎＰ系材料による赤色レーザで問題であった伝導帯側のバンド不連続が小さいためのキャリア（電子）オーバーフローを著しく改善することができる。このため、従来より素子設計の幅が大きく広がるので、６００ｎｍより短い波長のみならず、６００ｎｍより長い波長の発光素子においても良好な特性を得ることができる。
【００３５】
また、本発明の第３の実施形態では、図２の半導体発光素子において、ヘテロ接合部４の活性層２は、井戸層と障壁層とで構成される量子井戸構造であり、井戸層は(Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１)α１Ｉｎ１−α１Ｐｔ１Ａｓ１−ｔ１(０≦ｘ１＜１、０＜α１≦１、０≦ｔ１≦１)からなり、障壁層は(Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２)α２Ｉｎ１−α２Ｐｔ２Ａｓ１−ｔ２(０≦ｘ２＜１、０．５＜α２＜１、０≦ｔ２≦１)からなり、クラッド層３は活性層２よりバンドギャップが大きく、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)からなり、ヘテロ接合部４において、活性層２とクラッド層３との間には、図３に示したと同様に、バンドギャップが活性層２より大きくクラッド層３より小さい(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０≦ｚ＜１、０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１)からなる光ガイド層５が設けられている。
【００３６】
この第３の実施形態では、クラッド層３は、ＧａＰとＧａＡｓの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)であり、ＧａＡｓ半導体基板１に形成できるクラッド層材料よりバンドギャップが大きく、短波長化に有利である。また、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０≦ｚ＜１、０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１) からなる光ガイド層５、および、(Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１)α１Ｉｎ１−α１Ｐｔ１Ａｓ１−ｔ１(０≦ｘ１＜１、０＜α１≦１、０≦ｔ１≦１)からなる量子井戸と(Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２)α２Ｉｎ１−α２Ｐｔ２Ａｓ１−ｔ２(０≦ｘ２＜１、０＜α２≦１、０≦ｔ２≦１)からなる障壁層によりＳＣＨ構造を形成しているので、従来に比べて光ガイド層５のＡｌ組成を低減でき、非発光再結合電流の低減，表面再結合電流の低減等により発光効率を向上させることができ、レーザの場合、端面劣化しにくくなり、高出力でも安定動作が可能となる。また、クラッド層３に対して井戸層に歪みを有することもでき、障壁層の歪みの方向を井戸層と反対方向とすることで井戸層の歪みを補償して良好な量子井戸構造を得ることもできる。また、多重量子井戸構造とすることでキャリアを十分に井戸層に閉じ込めることが可能となる。また、従来材料よりエネルギーギャップを狭くする（ナローギャップにする）こともできる。さらに、ＧａＩｎＰは、Ｇａ組成を小さくすると、格子定数が大きくなるとともにバンドギャップは小さくなる。Ｓａｎｄｉｐら（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，１９９２，ｐｐ６３０〜６３２）によるバンド不連続の見積もりを参考にすると、バンドギャップの変化は伝導帯側で起こり価電子帯側のエネルギーはほとんど変化していない。つまり、組成を変えても価電子帯のエネルギーの変化は小さい。一方、ＧａＩｎＰへＡｌを添加すると、伝導帯エネルギーは大きくなり価電子帯エネルギーは小さくなる。その変化は価電子帯側の方が大きい。従来、ＧａＡｓ基板上構造では大きなＡｌ組成のＡｌＧａＩｎＰを光ガイド層にする必要があり、ＧａＩｎＰ量子井戸層との間に大きな価電子帯側のバンド不連続を有していた。つまり、伝導帯側のバンド不連続は充分な大きさではなかった。これに対し、本発明の第３の実施形態によれば、光ガイド層５のＡｌ組成を低減できるので、大きな伝導帯バンド不連続が得られる。これにより、従来ＡｌＧａＩｎＰ系材料による赤色レーザで問題であった伝導帯側のバンド不連続が小さいためのキャリア（電子）オーバーフローを著しく改善することができ、低閾値で温度特性は良好であった。このため、従来より素子設計の幅が大きく広がるので、６００ｎｍより短い波長のみならず、６００ｎｍより長い波長の発光素子においても、良好な特性を得ることができる。
【００３７】
また、本発明の第４の実施形態では、上記第１，第２または第３の実施形態の半導体発光素子において、活性層２は、Ａｓを含んでいる(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α１≦１、０≦ｔ≦１)からなっている。
【００３８】
この第４の実施形態では、Ａｓの添加はバンドギャップを小さくするので、格子定数がＧａＰに近く大きなバンドギャップであるクラッド層３を用いた場合でも、６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の６００ｎｍより長波長の素子に対応できる。すなわち、従来のＧａＡｓ半導体基板上の６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯の素子に比べて大きなバンドギャップのクラッド層３となり、キャリアのオーバーフローが低減され、高温安定動作など良好な素子特性を得ることができる。
【００３９】
また、本発明の第５の実施形態では、上記第２，第３または第４の実施形態の半導体発光素子において、光ガイド層５は、Ａｌを含まないＧａγＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１)からなっている。
【００４０】
この第５の実施形態は、格子定数がＧａＡｓより小さくなるとバンドギャップが大きくなり、同じバンドギャップの材料を得るためにはＡｌ組成を低減できることに着目してなされたものであり、この第５の実施形態によれば、従来に比べて光ガイド層５のＡｌ組成を低減できる。例えばＧａＡｓ半導体基板１上の赤色レーザでは、通常、バンドギャップ波長が５７０ｎｍ程度の(Ａｌ０．５Ｇａ０．５)０．５Ｉｎ０．５Ｐが用いられているが、第５の実施形態のＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有する材料によると、Ａｌを含まないＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｐによりこのバンドギャップ波長が達成される。このため、６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色レーザにおいても、活性領域をＡｌを含まない材料で形成でき、Ａｌに起因する非発光再結合電流，表面再結合電流を低減できること等により、発光効率を向上させることができ、端面劣化しにくくなり、高出力でも安定動作が可能となる。
【００４１】
また、本発明の第６の実施形態では、上記第１，第２，第３，第４または第５の実施形態の半導体発光素子において、クラッド層はＡｓを含んでいる(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ＜１)からなっている。
【００４２】
(１００)面や(１００)からの傾きが小さいＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＰ0.4Ａｓ0.6基板上にＭＯＣＶＤ法等でＡｌＧａＩｎＰを成長すると、成長表面にヒロックと呼ばれる丘状欠陥が多数観察された。これは、ＡｌＩｎＰ等のＡｌ組成が大きい場合に特に顕著であった。このヒロックが成長層中に多数存在すると、レーザ，ＬＥＤ等のデバイス特性を悪くしたり、歩留まりを落とす原因となり、生産上好ましくない。成長中にＡｌまたはＧａがドロップレットを形成し、これが核となってヒロックが形成される。本願の発明者らは、ＡｌＧａＩｎＰ成長中にＡｓを含ませることでヒロックの密度を激減できることを見い出した。図１１(ａ)，(ｂ)には、(１００)面から［１１０］方向に２°ｏｆｆしたＧａＰ0.4Ａｓ0.6エピ基板上のＡｌＩｎＰ（図１１(ａ)）とＡｌＩｎＰＡｓ(図１１ (ｂ))の表面ノマルスキー（表面モフォロジー）写真を示す。ここで、図１１（ａ）のＡｌＩｎＰと図１１（ｂ）のＡｌＩｎＰＡｓとは、７５０℃で成長した。ＡｌＩｎＰＡｓのＡｓ組成は約１０％であった。ヒロックは成長条件にも依存し、ＡｌＩｎＰの成長温度を７００℃から７５０℃に上げることでヒロック密度を低減できたが、図１１(ａ)に示すようにまだ多い。しかしながら、Ａｓを添加することで、図１１ (ｂ)に示すように、ヒロック密度を激減させることができた。成長温度を７００℃に下げても同様にヒロック密度が激減した。これは、ＡｌまたはＧａのドロップレット形成が抑えられるためであると考えられる。Ａｓ組成がわずかでも効果があり、Ａｓ組成が大きいほど、ヒロック密度の低減効果は大きかった。Ａｓ添加によるヒロック低減効果により、デバイス特性の悪化，歩留まり低下を抑えることができる。
【００４３】
また、本発明の第７の実施形態では、上記第２，第３，第４，第５または第６の実施形態の半導体発光素子において、井戸層の格子定数は、クラッド層より大きく、圧縮歪を有しているものとなっている。
【００４４】
従来のＧａＡｓ基板上の６３５ｎｍ帯レーザでは、圧縮歪井戸層にするとバンドギャップが小さい材料（主にＧａＩｎＰ）となり、井戸幅が狭くなりすぎ、界面の影響が大きくなって良好な性能が得られ難いことから、引張り歪井戸層が用いられている。このため、偏光はＴＭモードとなっていた。これに対し、本発明の第６の実施形態では、バンドギャップが大きくなるので、クラッド層３より格子定数が大きい材料を井戸層に用いても、最適な厚さの量子井戸層を形成でき、高性能の圧縮歪６３５ｎｍ帯レーザ構造を容易に得ることができる。また、圧縮歪を有することで偏光はＴＥモードとなり、一般的な他の波長帯のレーザと同じになり光学系を変更しないで使用できるなど、応用上都合が良い。
【００４５】
また、本発明の第８の実施形態では、第１，第２，第３，第４，第５，第６または第７の実施形態の半導体発光素子において、半導体基板１はＧａＰＡｓからなり、この半導体基板１上にヘテロ接合部４が結晶成長されている。
【００４６】
この第８の実施形態では、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数となるＧａＰＡｓを、ＧａＰまたはＧａＡｓ基板１上に厚く（例えば３０μｍの厚さに）成長し、実質的にＧａＰＡｓ基板とみなせるものをＶＰＥ（気相成長）法等により成長可能である。そして、最上部をヘテロ接合部４（少なくともクラッド層３）の格子定数と同じにすることで、格子不整なく本材料系を成長することができる。
【００４７】
また、本発明の第９の実施形態では、第１，第２，第３，第４，第５，第６または第７の実施形態の半導体発光素子において、半導体基板１はＧａＡｓまたはＧａＰからなり、図４に示すように、半導体基板１とクラッド層３との間に両者の格子不整を緩和する緩和バッファ層６を介してヘテロ接合部４が結晶成長されている。
【００４８】
この第９の実施形態では、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板１上に格子不整を緩和する緩和バッファ層６を介してヘテロ接合部４を形成することで、格子不整が緩和されてヘテロ接合部４を成長できる。また、一貫して同じ結晶成長装置で連続して成長を行なうことができ、一台の装置で済むので容易でありコスト的にメリットがある。
【００４９】
なお、第９の実施形態の半導体発光素子において、緩和バッファ層６は、その格子定数が半導体基板１の格子定数から成長方向に徐々に変化してクラッド層３の格子定数に近づくグレーデッド層として構成できる。
【００５０】
このように、グレーデッド層を緩和バッファ層６として用いる場合には、格子緩和が徐々に起こるので、貫通転位がグレーデッド層より上層に成長することを防ぐことができ、ヘテロ接合部４の結晶性を低下させないで済む。
【００５１】
また、第９の実施形態の半導体発光素子において、緩和バッファ層６は、少なくとも２種類の格子定数の違う材料を交互に積層した歪超格子構造として構成することもできる。
【００５２】
このように、歪超格子構造を緩和バッファ層６として用いる場合には、格子緩和に伴う結晶欠陥をこの歪超格子構造内に閉じ込めることができ、ヘテロ接合部４の結晶性の低下を防ぐことができる。
【００５３】
また、第９の実施形態の半導体発光素子において、緩和バッファ層６は、クラッド層３の成長温度より低い温度で成長した低温バッファ層として構成することができる。
【００５４】
このように、低温バッファ層を緩和バッファ層６として用いる場合には、格子緩和に伴う結晶欠陥をこの低温バッファ層内に閉じ込めることができ、ヘテロ接合部４の結晶性の低下を防ぐことができる。
【００５５】
また、上記の各例において、緩和バッファ層６には、ＧａＩｎＰまたはＧａＰＡｓを用いることができる。
【００５６】
ＧａＰＡｓまたはＧａＩｎＰは三元材料であり制御が容易である。ＧａＰＡｓを用いる場合、半導体基板１がＧａＰ基板の時はＧａＰにＡｓを加えるだけで良く、また、半導体基板１がＧａＡｓ基板の時はＧａＡｓにＰを加えるだけで良く、制御しやすい。また、ＧａＩｎＰの場合は、蒸気圧が高いＶ族がＰだけなので、特に歪超格子構造を成長するとき界面の制御がしやすい。
【００５７】
また、上記第８または第９の実施形態の半導体発光素子において、半導体基板１の面方位は、(１００)面から[０１１]方向に０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、(１００)面から[０―１１]方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、これらと等価な面であるのが良い。
【００５８】
すなわち、半導体基板１の面方位を、（１００）面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲で傾いたものとすることで、または、（１００）面から［０―１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いたものとすることで、自然超格子の形成を抑制でき、自然超格子が形成された場合に比べて同じ組成比でワイドギャップとなるので短波長化に有利となる。また、端面型レーザは、通常、へき開面を共振器に用いる。基板１の面方位を上記の方向に傾けると、傾けた方向に対して垂直方向のへき開面は垂直とならないが、傾けた方向にへき開すると垂直面が得られ、レーザの共振器にできる。上記方向以外に傾けると、へき開面は垂直とならないので好ましくない。また、基板の面方位を(１００)面から傾けることで、ヒロック密度を低減できる。これにより、デバイス特性の悪化，歩留まり低下を抑えることができる。
【００５９】
また、上記第８または第９の実施形態の半導体発光素子において、ヘテロ接合部が結晶成長されるに先立って、ＧａＰＡｓ基板表面が機械的研磨により平坦化され、または、緩和バッファ層成長後であってヘテロ接合部が結晶成長される前の表面が機械的研磨により平坦化されているのが良い。
【００６０】
ＧａＰＡｓ基板１の表面、または、緩和バッファ層６成長後の表面上には、通常、格子不整にかかわるクロスハッチ状の凹凸ができる。この凹凸はその上にヘテロ接合部４を成長した時の新たな結晶欠陥発生の起源となり得る。研磨により平坦にし、その上にヘテロ接合部４を成長することで、これを防ぐことができる。
【００６１】
また、第８または第９の実施形態の半導体発光素子において、半導体基板１と上記ヘテロ接合部４との間に、層の界面の上面が下面(基板側)より平坦である層を含むこともできる。
【００６２】
すなわち、ＧａＰＡｓ基板１の表面、または、緩和バッファ層６成長後の表面上には、通常、格子不整にかかわるクロスハッチ状の凹凸ができる。この凹凸は、その上にヘテロ接合部４を成長した時の新たな結晶欠陥発生の起源となり得る。このような凹凸を埋め込んで成長する層を含むと、その上層は平坦になり、これを防ぐことができる。
【００６３】
なお、この場合、層の界面の上面が下面(基板側)より平坦である層は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰとすることができる。
【００６４】
すなわち、本願の発明者は、Ｓｅを高濃度にドープしたＧａＩｎＰは、凹凸を埋め込んで成長する性質を有していることを見出した。これにより、層の界面の上面が下面（基板側）より平坦となるので、ヘテロ接合部４を成長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠陥発生を防ぐができる。
【００６５】
また、第９の実施形態の半導体発光素子において、緩和バッファ層６は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰであるのが良い。
【００６６】
すなわち、格子不整にかかわるクロスハッチ状の凹凸を発生させる起源となる緩和バッファ層６自体に、凹凸を埋め込んで成長する性質を有しているＳｅを高濃度にドープしたＧａＩｎＰを用いることで、格子不整を緩和する効果，表面を平坦にする効果を併せもたせることができ、トータルの成長層の厚さを低減できる。
【００６７】
また、上述した各例の半導体発光素子において、ヘテロ接合部４は、有機金属気相成長法(ＭＯＣＶＤ)または分子線エピタキシー法(ＭＢＥ)により、これを成長させることができる。
【００６８】
すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ（Ａｓ）系材料は、溶液から固相へのＡｌの偏析係数が大きく、組成制御の点から液層成長は困難である。また、ハロゲン輸送法による気相成長法（ＶＰＥ）は、原料であるＡｌＣｌが石英反応管を腐食する問題があり困難である。一方、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）は非平衡性の高い成長方法であり、成長がIII族原料供給律則となっているので、これらの材料の成長には極めて有効であり容易に成長できる。
【００６９】
また、緩和バッファ層６についても、これを有機金属気相成長法(ＭＯＣＶＤ)または分子線エピタキシー法(ＭＢＥ)により、成長させることができる。
【００７０】
この場合には、ヘテロ接合部の結晶成長装置と同じ装置で連続して成長を行なうことができ、一台の装置で済むので、容易でありコスト的にメリットがある。
【００７１】
【実施例】
以下に本発明に係る実施例について説明する。なお、以下の実施例１〜実施例７においては、半導体発光素子（半導体レーザ素子）の基本構成は、図５のようになっている。すなわち、各実施例ごとに材料や組成等を相違しているが、各実施例の基本構成は図５のものとなっている。従って、実施例１〜実施例７では、便宜上、実施例１〜実施例７の半導体発光素子が図５の基本構成のものとなっているとして説明する。なお、図５の半導体発光素子は、層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ構造である。
【００７２】
実施例１
実施例１では、まず（１００）面から［０１１］方向に１５°ｏｆｆしたＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｇａ組成を０．５から０．７まで徐々に変化させＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープした膜厚が２μｍのｎ−ＧａＩｎＰグレーデッドバッファ層１２を積層し、その上に表面平坦化層としてＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐからなる膜厚が１μｍの組成均一層１３を成長し、格子不整合を緩和させる。Ｓｅをドープすることにより格子緩和に伴うクロスハッチ状の凹凸が低減された。実験によると、Ｓｅを高濃度（５×１０１８ｃｍ３以上が好ましい）にドープしたＧａＩｎＰは凹凸を埋め込んで成長する性質を有していることがわかった。つまり、Ｓｅをドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ組成均一層１３の界面の上面が下面（基板側）より平坦であった。平坦でない表面上にヘテロ接合部を成長すると、この凹凸を起源とする新たな結晶欠陥が発生していたが、平坦にすることで、これを防ぐことができた。グレーデッド層にＳｅを高濃度に添加したので表面平坦化の効果が得られ表面平坦化層を薄くすることができた。
【００７３】
次に、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数であってＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｐの格子定数と等しいｎ−（ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ（ｙ＝１、β＝０．７、ｖ＝１）クラッド層１４（膜厚が１μｍ）、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０．１、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層１５（膜厚が０．１μｍ）、圧縮歪を有する(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(ｘ＝０、α＝０．６、ｔ＝１)単一量子井戸活性層１６（膜厚が８ｎｍ）、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０．１、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層１７（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝１、β＝０．７、ｖ＝１)クラッド層１８（膜厚が１μｍ）、ｐ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐキャップ層１９（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０（膜厚が０．００５μｍ）を成長させた。ここで、クラッド層１４，１８およびガイド層１５，１７は、Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ組成均一層１３に格子整合している。
【００７４】
そして、コンタクト層２０上には、絶縁膜２１としてのＳｉＯ２とｐ側電極２２とが形成され、また、基板１１の裏面にはｎ側電極２３が形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造として構成されているが、他の構造を用いることもできる。
【００７５】
この実施例１では、クラッド層１４，１８および光ガイド層１５，１７が従来のＧａＡｓ基板に格子整合する材料系よりもワイドギャップとなり、この構造により６００ｎｍよりも短い波長５９５ｎｍで発振する半導体レーザが得られた。そして、６００ｎｍよりも短い波長であるのにかかわらず、ＧａＡｓ基板上の従来の６３５ｎｍ帯レーザ等に用いられる光ガイド層に比べてＡｌ組成を低減することができた。このため、Ａｌに起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化のレベルも高くなり、高出力が得られるようになった。さらに、実施例１では量子井戸活性層１６にＧａＩｎＰを用いている。ＧａＩｎＰはＧａ組成を小さくすると格子定数が大きくなるとともにバンドギャップは小さくなる。Ｓａｎｄｉｐら（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，１９９２，ｐｐ６３０〜６３２）によるバンド不連続の見積もりを参考にすると、バンドギャップの変化は主に伝導帯側で起こり、価電子帯側のエネルギーはほとんど変化していない。つまり、組成を変えても価電子帯のエネルギーの変化は小さい。一方、ＧａＩｎＰへＡｌを添加すると、伝導帯エネルギーは大きくなり、価電子帯エネルギーは小さくなる。その変化は、価電子帯側の方が大きい。従来、ＧａＡｓ基板上構造では、大きなＡｌ組成のＡｌＧａＩｎＰを光ガイド層にする必要があり、ＧａＩｎＰ量子井戸層との間に大きな価電子帯側のバンド不連続を有していた。つまり、伝導帯側のバンドは充分な大きさではなかった。本発明によれば、光ガイド層１５，１７のＡｌ組成を低減できるので、大きな伝導帯バンド不連続が得られる。これにより、従来ＡｌＧａＩｎＰ系材料による赤色レーザで問題があった伝導帯側のバンド不連続が小さいためのキャリア（電子）オーバーフローを著しく改善することができ、低閾値で温度特性は良好であった。
【００７６】
また、実施例１において、クラッド層１４，１８の組成は、活性層１６よりもバンドギャップが大きく、Ａｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)を用いることができる。光ガイド層１５，１７は、バンドギャップがクラッド層１４，１８よりも小さく活性層１６よりも大きく格子定数がクラッド層１４，１８と同じである(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０≦ｚ＜１、０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１)を用いることができる。また、実施例１では、活性層１６は、単一量子井戸活性層を用いたが、多重量子井戸でも良い。また、クラッド層１４，１８のβの値によって格子定数が変わるが、緩和バッファ層（１２，１３）の最上面の格子定数をクラッド層１４，１８と同じになるように変えることで対応できる。
【００７７】
また、ＧａＡｓ基板の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲、または、（１００）面から［０１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いていると自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐことができ短波長化に有利である。また、端面型レーザは通常へき開面を共振器に用いる。基板１１の面方位を上記の方向に傾けると、傾けた方向に対して垂直方向のへき開面は垂直とならないが、傾けた方向にへき開すると垂直面が得られレーザの共振器にできる。上記方向以外に傾けると、へき開面は垂直とならないので好ましくない。また、基板の面方位を(１００)面から傾けることで、ヒロック密度を低減でき、これにより、デバイス特性の悪化，歩留まり低下を抑えることができる。また、実施例１では、格子緩和バッファ層１２，１３とヘテロ接合部とをＭＯＣＶＤ法により１回で成長しており、１台の装置で済むので容易でありコスト的にメリットがある。また、図５の構造は、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー）でも成長できる。ヘテロ接合部であるＡｌＧａＩｎＰ（Ａｓ）系材料は溶液から固相へのＡｌの偏析係数が大きく組成制御の点から液層成長は困難である。また、ハロゲン輸送法による気相成長法（ＶＰＥ）は原料であるＡｌＣｌが石英反応管を腐食する問題があり困難である。一方、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）は非平衡性の高い成長方法であり、成長がIII族原料供給律則となっているので、これらの材料の成長には極めて有効であり容易に成長できる。実施例１では、半導体レーザについて説明したが、発光ダイオードにも応用できる。
【００７８】
実施例２
実施例２はＡｓを含んだ量子井戸活性層による６３５ｎｍ，６５０ｎｍ等の赤色レーザへの応用例となっている。すなわち、実施例２では、量子井戸活性層にはＡｓが含まれている。実施例２では、まず（１００）面から［０１１］方向に１５°ｏｆｆしたＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｇａ組成を０．５から０．７まで徐々に変化させ、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープした膜厚が２μｍのｎ−ＧａＩｎＰグレーデッドバッファ層１２を積層し、その上にＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐからなる膜厚が１μｍの組成均一層１３を成長し、格子不整合を緩和させる。Ｓｅを高濃度にドープすることにより格子緩和に伴うクロスハッチ状の凹凸が低減された。つまり、Ｓｅをドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ組成均一層１３の界面の上面が下面（基板側）より平坦であった。これにより、ヘテロ接合部を成長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠陥発生を防ぐことができる。
【００７９】
次に、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数であってＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｐの格子定数と等しいｎ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７、ｖ＝１)クラッド層１４（膜厚が１μｍ）、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０．１、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層１５（膜厚が０．１μｍ）、圧縮歪を有するＡｓが含まれる(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(ｘ＝０、α＝０．６、ｔ＝０．９)単一量子井戸活性層１６（膜厚が８ｎｍ）、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０．１、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層１７（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７、ｖ＝１)クラッド層１８（膜厚が１μｍ）、ｐ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐキャップ層１９（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０（膜厚が０．００５μｍ）を成長する。クラッド層１４，１８および光ガイド層１５，１７は、Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐに格子整合している。
【００８０】
そして、コンタクト層２０上には、絶縁膜２１としてのＳｉＯ２とｐ側電極２２とが形成され、また、基板１１の裏面にはｎ側電極２３が形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造として構成されているが、他の構造を用いることもできる。
【００８１】
実施例２のクラッド層１４，１８の格子定数では、ＡｌＧａＩｎＰの中でバンドギャップが小さいＧａＩｎＰを用いても６３５ｎｍを得るには歪みが１％を大きく越えてしまい結晶性が低下するので、井戸層１６にＡｓを添加してバンドギャップを調整した。もちろん必要な波長が得られるような構造（組成）ならＡｓを添加しなくても良い。
【００８２】
実施例２の構造により、波長６３５ｎｍで発振する半導体レーザが得られた。また、圧縮歪量子井戸活性層１６を用いているので、偏光はＴＥモードであった。他の波長帯のレーザの多くはＴＥモードなので応用上都合がよい。もちろん、井戸層が直接遷移の材料であれば、引張り歪量子井戸活性層を用いてもかまわない。直接遷移である引張り歪量子井戸層を用いるためにはクラッド層の格子定数を実施例２のものより大きくすることが望ましい。クラッド層１４，１８および光ガイド層１５，１７が従来のＧａＡｓ基板に格子整合する材料系よりワイドギャップとなり，バンド不連続が大きくなった結果、キャリアの閉じ込めは良好になった。また、圧縮歪の効果，量子井戸の効果の他に、ワイドギャップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができるので、従来のＧａＡｓ基板に格子定数するクラッド層を用いた圧縮歪量子井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面の悪影響が低減された。また、光ガイド層のIII族にしめるＡｌ組成は０．０７であり、従来より低減でき、Ａｌに起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化のレベルも向上し、高出力が得られるようになった。
【００８３】
また、クラッド層１４，１８の組成は、活性層１６よりバンドギャップが大きく、Ａｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ (０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)を用いることができる。また、光ガイド層１５，１７は、バンドギャップがクラッド層１４，１８より小さく活性層１６より大きく格子定数がクラッド層と同じである(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０≦ｚ＜１、０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１)を用いることができる。また、実施例２では、単一量子井戸活性層を用いたが、多重量子井戸でも良い。また、クラッド層１４，１８のβの値によって格子定数が変わるが、格子緩和バッファ層の最上面の格子定数をクラッド層１４，１８と同じになるように変えることで対応できる。
【００８４】
また、実施例２のように、ＧａＡｓ基板１１の面方位は（１００）面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲、または、（１００）面から［０１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いていると、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐことができ、短波長化に有利である。また、上記例では、格子緩和バッファ層１２，１３とヘテロ接合部をＭＯＣＶＤ法により成長したが、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー）でも成長できる。
【００８５】
実施例３
実施例３が実施例２と違うところは格子緩和バッファ層１２の材料である。すなわち、実施例３では、（１００）面から［０１１］方向に１５°ｏｆｆしたＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｐ組成を０から０．４まで徐々に変化させ、Ｓｅをドープした膜厚が２μｍのｎ−ＧａＰＡｓグレーデッド格子緩和バッファ層１２を積層し、その上にＳｅをドープしたｎ−ＧａＰ０．４Ａｓ０．６からなる膜厚が１μｍの組成均一層１３を成長し、格子不整合を緩和させた。すなわち、実施例１，実施例２ではＧａＩｎＰを格子緩和バッファ層に用いているが、実施例３ではＧａＰＡｓを格子緩和バッファ層に用いている。他は実施例２と同じである。実施例３においても実施例２と同じ効果を得た。
【００８６】
実施例４
実施例４が実施例２と違うところは格子緩和バッファ層１２の構造である。すなわち、実施例４では、(１００)面から［０１１］方向に１５°オフしたＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、図６に示すように、ＧａＡｓ基板１１に格子整合するＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐとクラッド層１４の格子定数と同じであるＧａ０．７Ｉｎ０．３ＰとからなるＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたｎ−歪超格子からなる膜厚が２μｍの格子緩和バッファ層(ｎ−ＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ超格子バッファ層)１２を積層し、その上にＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐからなる１μｍの組成均一層１３を成長し、格子不整合を緩和させた。他は実施例２と同じである。実施例４においても実施例２と同じ効果を得た。
【００８７】
実施例５
実施例５が実施例２と違うところは格子緩和バッファ層１２の構造である。すなわち、実施例５では、(１００)面から［０１１］方向に１５°オフしたＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、クラッド層１４の格子定数と同じであるＧａＰ０．４Ａｓ０．６からなるクラッド層１４よりも低温で成長した膜厚が０．１μｍのｎ−低温格子緩和バッファ層(ｎ−ＧａＰＡｓ低温バッファ層)１２を積層し、その上にＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐからなる膜厚が２μｍの組成均一層１３を成長し、格子不整合を緩和させた。他は実施例２と同じである。実施例５においても実施例２と同じ効果を得た。
【００８８】
実施例６
実施例６はＡｌを含まない光ガイド層による６３５ｎｍ，６５０ｎｍ等の赤色レーザへの応用例となっている。実施例６では、まず(１００)面から［０１１］方向に１５°オフしたＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｇａ組成を０．５から０．７まで徐々に変化させ、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープした膜厚が２μｍのｎ−ＧａＩｎＰグレーデッドバッファ層１２を積層し、その上にＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐからなる膜厚が１μｍの組成均一層１３を成長し、格子不整合を緩和させる。Ｓｅを高濃度にドープすることにより、格子緩和に伴うクロスハッチ状の凹凸が低減された。つまり、Ｓｅをドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ組成均一層１３の界面の上面が下面(基板側)より平坦であった。これにより、ヘテロ接合部成長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠陥発生を防ぐことができる。
【００８９】
次に、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数であってＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｐの格子定数と等しいｎ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７、ｖ＝１)クラッド層１４(膜厚が１μｍ)，Ａｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層１５(膜厚が０．１μｍ)，図７にその構造を示すように圧縮歪を有する(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(ｘ＝０、α＝１、ｔ＝０．３)井戸層(膜厚が８ｎｍ)とＡｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７、ｕ＝１)障壁層(膜厚が１０ｎｍ)とが交互に３層積層された多重量子井戸活性層１６，Ａｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層１７(膜厚が０．１μｍ)，ｐ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７、ｖ＝１)クラッド層１８(膜厚が１μｍ)，ｐ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐキャップ層１９(膜厚が０．１μｍ)，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２０(膜厚が０．００５μｍ)を成長する。クラッド層１４，１８および光ガイド層１５，１７はＧａ０．７Ｉｎ０．３Ｐに格子整合している。
【００９０】
そして、コンタクト層２０上には、絶縁膜２１としてのＳｉＯ２とｐ側電極２２とが形成され、また、基板１１の裏面にはｎ側電極２３が形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造として構成されているが、他の構造を用いることもできる。
【００９１】
この実施例６のクラッド層１４，１８の格子定数では、ＡｌＧａＩｎＰの中でバンドギャップが小さいＧａＩｎＰを用いても６５０ｎｍを得るには歪みを大きくしなければならず、結晶性が低下するので、井戸層１６にはＡｓを添加してバンドギャップを調整した。また、ＧａＩｎＰはＧａ組成を小さくすると格子定数が大きくなるとともにバンドギャップは小さくなる。Sandipら(Appl.Phys.Lett．60,1992,pp630〜632)によるバンド不連続の見積もりを参考にするとバンドギャップの変化は伝導帯側で起こり、価電子帯側のエネルギーはほとんど変化していない。つまり、ＡｌフリーのワイドギャップＧａＩｎＰ光ガイド層とこれより格子定数が大きい圧縮歪ＧａＩｎＰ量子井戸層とのヘテロ接合を作ると、バンド不連続はほぼ伝導帯側だけとなる。これにより、従来ＡｌＧａＩｎＰ系材料による赤色レーザで問題であった伝導帯側のバンド不連続が小さいためのキャリア(電子)オーバーフローを著しく改善することができる。しかし逆に、価電子帯側でホールの閉じ込めが悪くなることが懸念される。ここで、ＧａＩｎＰへＡｓ添加するとバンドギャップが小さくなるが、これは価電子帯側の変化の方が大きいので、ホールをも充分閉じ込められる構造を実現できる効果がある。
【００９２】
実施例６の構造により、波長６５０ｎｍで発振する半導体レーザが得られた。偏光はＴＥモードであった。クラッド層１４，１８および光ガイド層１５，１７が従来のＧａＡｓ基板に格子整合する材料系よりワイドギャップとなりバンド不連続が大きくなった結果、キャリアの閉じ込めは良好になった。また、実施例６では、多重量子井戸構造としたので、キャリアをさらに十分に井戸層に閉じ込めることが可能となる。そして、圧縮歪の効果，量子井戸の効果の他にワイドギャップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができるので、従来のＧａＡｓ基板に格子整合するクラッド層を用いた圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面の悪影響が低減された。また、光ガイド層１５，１７および井戸層１６にはＡｌを含まない構造としたので、Ａｌに起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化のレベルも格段に向上し、高出力が得られるようになった。このため、高温高出力安定動作する赤色レーザが得られた。
【００９３】
クラッド層１４，１８の組成は、活性層１６よりバンドギャップが大きくＡｌを含んだ (ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)を用いることができる。また、クラッド層１４，１８のβの値によって格子定数が変わるが、格子緩和バッファ層１２の最上面の格子定数をクラッド層１４と同じになるように変えることで対応できる。また、実施例６では、障壁層にクラッド層１４，１８と同じ格子定数の障壁層を用いたが、井戸層の歪みが大きいときなどには歪組成とし、歪の方向を井戸層と反対方向とすることで、井戸層の歪みを補償し、良好な量子井戸構造を得ることができる。
【００９４】
また、実施例６のように、ＧａＡｓ基板１１の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲、または、（１００）面から［０１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いていると、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐことができ、同じ組成でもクラッド層１４，１８，光ガイド層１５，１７がワイドギャップになるので好ましい。また、実施例６では格子緩和バッファ層１２，１３とヘテロ接合部をＭＯＣＶＤ法により成長したが、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー）でも成長できる。
【００９５】
実施例７
実施例７はＡｌを含まない光ガイド層による６３５ｎｍ，６５０ｎｍ等の赤色レーザへの応用例となっている。実施例７では、まず(１００)面から［０１１］方向に１５°ｏｆｆしたＧａＰ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｇａ組成を１から０．７８まで徐々に変化させ、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープした膜厚が２μｍのｎ−ＧａＩｎＰグレーデッドバッファ層１２を積層し、その上にＳｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたｎ−Ｇａ０．７８Ｉｎ０．２２Ｐからなる膜厚が１μｍの組成均一層１３を成長し、格子不整合を緩和させる。Ｓｅを高濃度にドープすることにより格子緩和に伴うクロスハッチ状の凹凸が低減された。つまり、Ｓｅをドープしたｎ−Ｇａ０．７８Ｉｎ０．２２Ｐ組成均一層の界面の上面が下面(基板側)より平坦であった。これにより、ヘテロ接合部を成長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠陥発生を防ぐことができる。次に、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数であってＧａ０．７８Ｉｎ０．２２Ｐの格子定数と等しいｎ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７８、ｖ＝１)クラッド層１４(膜厚が１μｍ)，Ａｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７８、ｕ＝１)光ガイド層１５(膜厚が０．１μｍ)，図７にその構造を示すように圧縮歪を有する(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(ｘ＝０、α＝１、ｔ＝０．３)圧縮歪量子井戸層１６(膜厚が８ｎｍ)とＡｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７８、ｕ＝１)障壁層(膜厚が１０ｎｍ)とが交互に３層に積層された多重量子井戸活性層１６，Ａｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７８、ｕ＝１)光ガイド層１７(膜厚が０．１μｍ)，ｐ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７８、ｖ＝１)クラッド層１８(膜厚が１μｍ)，ｐ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐキャップ層１９(膜厚が０．１μｍ)，ｐ−ＧａＰコンタクト層２０(膜厚が０．００５μｍ)を成長する。クラッド層１４，１８および光ガイド層１５，１７はＧａ０．７８Ｉｎ０．２２Ｐに格子整合している。
【００９６】
そして、コンタクト層２０上には、絶縁膜２１としてのＳｉＯ２とｐ側電極２２とが形成され、また、基板１１の裏面にはｎ側電極２３が形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造として構成されているが、他の構造を用いることもできる。
【００９７】
実施例７のクラッド層１４，１８の格子定数では、ＡｌＧａＩｎＰの中でバンドギャップが小さいＧａＩｎＰを用いても６３５ｎｍを得るには歪みを大きくしなければならず、結晶性が低下するので、井戸層１６にはＡｓを添加してバンドギャップを調整した。
【００９８】
実施例７の構造により波長６３５ｎｍで発振する半導体レーザが得られた。偏光はＴＥモードであった。クラッド層１４，１８および光ガイド層１５，１７が従来のＧａＡｓ基板に格子整合する材料系よりワイドギャップとなりキャリアの閉じ込めは良好になった。そして、圧縮歪の効果，量子井戸の効果の他にワイドギャップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができるので、従来のＧａＡｓ基板に格子整合するクラッド層を用いた圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面の悪影響が低減された。また、光ガイド層１５，１７および井戸層１６にはＡｌを含まない構造としたので、Ａｌに起因する非発光再結合電流が低減され発光効率が向上した。また、表面再結合電流も低減され端面光劣化のレベルも格段に向上し高出力が得られるようになった。このため、高温高出力安定動作する赤色レーザが得られた。
【００９９】
クラッド層１４，１８の組成は、活性層１６よりバンドギャップが大きく、Ａｌを含んだ (ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)を用いることができる。また、クラッド層１４，１８のβの値によって格子定数が変わるが、格子緩和バッファ層１２，１３の最上面の格子定数をクラッド層１４と同じになるように変えることで対応できる。
【０１００】
また、実施例７のように、ＧａＡｓ基板１１の面方位は、（１００）面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲、または、（１００）面から［０１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いていると、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐことができ、同じ組成でもクラッド層１４，１８、光ガイド層１５，１７がワイドギャップになるので好ましい。また、実施例７では、格子緩和バッファ層１２，１３とヘテロ接合部をＭＯＣＶＤ法により成長したが、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー）でも成長できる。
【０１０１】
実施例８
図８は実施例８の半導体発光素子(半導体レーザ素子)を示す図である。層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ構造である。実施例８は、ＧａＰＡｓ基板を用いた例である。すなわち、実施例８では、（１００）面から［０１１］方向に１５°オフしたＧａＡｓ基板３１上に、ＶＰＥ法（気相成長）によりＰ組成を０から０．４まで徐々に変化させたＧａＰＡｓグレーデッド層３２を３０μｍの膜厚で積層し、その上にＧａＰ０．４Ａｓ０．６からなる組成均一層３３を２０μｍの膜厚で成長し、このようにして成長させた成長層の厚さが例えば５０μｍのＧａＰＡｓ基板３４を用いている。ここで、ＧａＰＡｓ基板３４とは、ＶＰＥ法等によりＧａＡｓまたはＧａＰ基板上に例えば３０μｍ以上厚く成長したエピ基板のことである。成長層の表面は格子不整合が充分緩和されており、ＧａＰＡｓ基板といえる。
【０１０２】
実施例８では、次に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｓｅをドープしたｎ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐバッファ層３５（膜厚が１μｍ）を成長し、表面を平坦化する。次に、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数であってＧａＰ０．４Ａｓ０．６の格子定数と等しいｎ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７、ｖ＝１)クラッド層３６(膜厚が１μｍ)、 (ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０．１、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層３７(膜厚が０．１μｍ)、圧縮歪を有する(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(ｘ＝０、α＝０．５５、ｔ＝１)単一量子井戸活性層３８(膜厚が８ｎｍ)、 (ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０．１、γ＝０．７、ｕ＝１) 光ガイド層３９(膜厚が０．１μｍ)、ｐ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７、ｖ＝１)クラッド層４０(膜厚が１μｍ)，ｐ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐキャップ層４１(膜厚が０．１μｍ)、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４２(膜厚が０．０５μｍ)を成長する。クラッド層３６，４０および光ガイド層３７，３９は、ＧａＰＡｓ基板３４に格子整合している。そして、コンタクト層４２上には、絶縁膜４３としてのＳｉＯ２とｐ側電極４４とが形成され、また、基板３１の裏面にはｎ側電極４５が形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造として構成されているが、他の構造を用いることもできる。
【０１０３】
実施例８の構造により、波長６３５ｎｍで発振する半導体レーザが得られた。偏光はＴＥモードであった。クラッド層３６，４０および光ガイド層３７，３９が従来のＧａＡｓ基板に格子整合する材料系よりワイドギャップとなり、キャリアの閉じ込めは良好になった。圧縮歪の効果，量子井戸の効果の他に、ワイドギャップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができるので、従来のＧａＡｓ基板に格子整合するクラッド層を用いた圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面の悪影響が低減された。また、従来より光ガイド層のＡｌ組成が低減され、端面光劣化する光出力レベルが高くなった。この結果、高温，高出力安定動作するレーザが得られた。
【０１０４】
クラッド層３６，４０の組成は活性層３８よりバンドギャップが大きく、Ａｌを含んだ (ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)を用いることができる。光ガイド層３７，３９は、バンドギャップがクラッド層より小さく活性層より大きく格子定数がクラッド層と同じである(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(０≦ｚ＜１、０．５＜γ＜１、０＜ｕ≦１)を用いることができる。また、実施例８では、単一量子井戸活性層を用いた多重量子井戸でも良い。また、クラッド層３６，４０のβの値によって格子定数が変わるが、ＧａＰＡｓ基板３４の最上面の格子定数をクラッド層３６，４０と同じになるように変えることで対応できる。また、この実施例８のように、ＧａＡｓ基板の面方位は(１００)面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲、または、（１００）面から［０１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いていると、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐことができ、同じ組成でも、クラッド層，光ガイド層がワイドギャップになるので好ましい。
【０１０５】
実施例９
図９は実施例９の半導体発光素子(半導体レーザ素子)を示す図である。実施例９はＡｌを含まない光ガイド層による６３５ｎｍ，６５０ｎｍ等の赤色レーザへの応用例である。層構造としてはＳＣＨ−ＭＱＷ構造である。実施例９では、まず、（１００）面から［０１１］方向に１５°オフしたＧａＰ基板５１上に、ＶＰＥ法（気相成長）により、Ｐ組成を１から０．５５まで徐々に変化させたＧａＰＡｓグレーデッド層５２を３０μｍの膜厚で積層し、その上にＧａＰ０．５５Ａｓ０．４５からなる組成均一層５３を２０μｍの膜厚で成長し、このように成長させた成長層の厚さが例えば５０μｍのＧａＰＡｓ基板５４を用いている。
【０１０６】
そして、実施例９では、ヘテロ接合部を結晶成長する前に、クロスハッチ状の凹凸が表面にあったＧａＰＡｓ基板５４の表面を機械的研磨することにより平坦化(ラッピングした界面)にした。また研磨によるダメージを取るために表面を少し薬液によりエッチングすることで除去した。これにより、凹凸が起源であるヘテロ接合部成長した時の新たな結晶欠陥発生を防ぐことができる。
【０１０７】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−Ｇａ０．７８Ｉｎ０．２２Ｐからなる膜厚が０．３μｍのバッファ層５５、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数であってＧａ０．７８Ｉｎ０．２２Ｐの格子定数と等しいｎ−（ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ（ｙ＝０．７、β＝０．７８、ｖ＝１）クラッド層５６（膜厚が１μｍ）、Ａｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７８、ｕ＝１)光ガイド層５７（膜厚が０．１μｍ）、圧縮歪を有する (ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(ｘ＝０、α＝１、ｔ＝０．３)（膜厚が８ｎｍ）とＡｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７８、ｕ＝１)障壁層（膜厚が１０μｍ）とが交互に３層に積層された多重量子井戸活性層５８、Ａｌを含まない(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７８、ｕ＝１)光ガイド層５９（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．７、β＝０．７８、ｖ＝１)クラッド層６０（膜厚が１μｍ）、ｐ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐキャップ層６１（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−ＧａＰコンタクト層６２（膜厚が０．００５μｍ）を成長する。クラッド層５６，６０およびガイド層５７，５９はＧａ０．７８Ｉｎ０．２２Ｐに格子整合している。
【０１０８】
そして、コンタクト層６２上には、絶縁膜６３としてのＳｉＯ２とｐ側電極６４とが形成され、また、基板５１の裏面にはｎ側電極６５が形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造として構成されているが、他の構造を用いることもできる。
【０１０９】
実施例９のクラッド層５６，６０の格子定数では、ＡｌＧａＩｎＰの中でバンドギャップが小さいＧａＩｎＰを用いても６３５ｎｍを得るには歪みを大きくしなければならず、結晶性の低下が懸念されるので、井戸層５８にはＡｓを添加してバンドギャップを調整した。
【０１１０】
実施例９の構造により波長６３５ｎｍで発振する半導体レーザが得られた。偏光はＴＥモードであった。クラッド層５６，６０および光ガイド層５７，５９が従来のＧａＡｓ基板に格子整合する材料系よりワイドギャップとなりキャリアの閉じ込めは良好になった。圧縮歪の効果，量子井戸の効果の他にワイドギャップの材料を圧縮歪量子井戸層として用いることができるので、従来のＧａＡｓ基板に格子整合するクラッド層を用いた圧縮歪井戸層に比べて井戸幅は厚くなり、界面の悪影響が低減された。また、光ガイド層５７，５９および井戸層５８にはＡｌを含まない構造としたので、Ａｌに起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化のレベルも向上し、高出力が得られるようになった。このため、高温高出力安定動作する赤色レーザが得られた。
【０１１１】
クラッド層５６，６０の組成は活性層５８よりバンドギャップが大きくＡｌを含んだ (ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)を用いることができる。また、クラッド層５６，６０のβの値によって格子定数が変わるが、格子緩和バッファ層の最上面の格子定数をクラッド層と同じになるように変えることで対応できる。
【０１１２】
また、実施例９のように、ＧａＰＡｓ基板の面方位は（１００）面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲、または、（１００）面から［０１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いていると、自然超格子の形成を抑制できるので、バンドギャップの減少を防ぐことができ、同じ組成でもクラッド層、光ガイド層がワイドギャップになるので好ましい。また、実施例９では、ヘテロ接合部をＭＯＣＶＤ法により成長したが、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー）でも成長できる。
【０１１３】
実施例１０
図１０は実施例１０の半導体発光素子（半導体レーザ素子）を示す図である。実施例１０も、層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ構造である。実施例１０では、まず、(１００)面から［１１０］方向に２°オフしたＧａＰ０．４Ａｓ０．６基板７１上に、ＶＰＥ法(気相成長)により、Ｐ組成を０から０．４まで徐々に変化させたＧａＰＡｓグレーデッド層７２を３０μｍの膜厚で積層し、その上にＧａＰ０．４Ａｓ０．６からなる組成均一層７３を２０μｍの膜厚で成長し、このように成長させた成長層の厚さが例えば５０μｍのＧａＰＡｓ基板７４を用いている。ここで、ＧａＰＡｓ基板とは、ＶＰＥ法等によりＧａＡｓまたはＧａＰ基板上に例えば３０μｍ以上厚く成長したエピ基板のことである。成長層の表面は格子不整合が充分緩和されており、ＧａＰＡｓ基板といえる。
【０１１４】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＰ０．４Ａｓ０．６バッファ層７５(膜厚が１μｍ)、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数であってＧａＰ０．４Ａｓ０．６の格子定数と等しいＡｓを含むｎ−（ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ（ｙ＝０．５、β＝０．８、ｖ＝０．８５）クラッド層７６（膜厚が１μｍ）、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７、ｕ＝１)光ガイド層７７（膜厚が０．１μｍ）、圧縮歪を有する (ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(ｘ＝０、α＝０．６５、ｔ＝０．９)単一量子井戸活性層７８（膜厚が２５ｎｍ）、(ＡｌｚＧａ１−ｚ)γＩｎ１−γＰｕＡｓ１−ｕ(ｚ＝０、γ＝０．７、ｕ＝１) 光ガイド層７９（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(ｙ＝０．５、β＝０．８、ｖ＝０．８５)クラッド層８０（膜厚が１μｍ）、ｐ−Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐキャップ層８１（膜厚が０．１μｍ）、ｐ−ＧａＰ０．４Ａｓ０．６コンタクト層８２（膜厚が０．２μｍ）を成長する。クラッド層７６，８０および光ガイド層７７，７９は、ＧａＰＡｓ基板７４に格子整合している。
【０１１５】
そして、コンタクト層８２上には、絶縁膜８３としてのＳｉＯ２とｐ側電極８４とが形成され、また、基板７１の裏面にはｎ側電極８５が形成されている。この半導体発光素子は、絶縁膜ストライプ構造として構成されているが、他の構造を用いることもできる。
【０１１６】
実施例１０の構造により、波長６６０ｎｍで発振する半導体レーザが得られた。
【０１１７】
実施例１０では、ＧａＰ０．４Ａｓ０．６基板７１の面方位は(１００)面から［１１０］方向に２°オフしており、わずかな傾きである。このような(１００)面や(１００)からの傾きが小さいＧａｐ，ＧａＡｓ，ＧａＰ０．４Ａｓ０．６基板上に、ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａＩｎＰを成長すると、成長表面にヒロックが多数観察された。このヒロックは、ＡｌＩｎＰ等、Ａｌ組成が大きい場合には、ＧａＩｎＰに比べて特に顕著であった。このヒロックが成長層中に多数存在すると、レーザ，ＬＥＤ等のデバイス特性を悪くしたり、歩留まりを落とす原因となり、生産上好ましくない。特に、実施例１０のようなレーザでは、クラッド層７６，８０は厚いのでその影響は大きい。本願の発明者等は、ＡｌＧａＩｎＰ成長中にＡｓを含ませることで、ヒロック密度を低減できることを見出した。これは、ＡｌまたはＧａのドロップレット形成が抑えられるためであると考えられる。これにより、デバイス特性の悪化，歩留まり低下を抑えることができた。また、光ガイド層７７，７９および井戸層７８には、Ａｌを含まない構造としたので、Ａｌに起因する非発光再結合電流が低減され、発光効率が向上した。また、表面再結合電流も低減され、端面光劣化のレベルも格段に向上し、高出力が得られるようになった。このため、高温高出力安定動作する赤色レーザが得られた。
【０１１８】
実施例１０では、単一量子井戸活性層を用いたが、多重量子井戸でも良い。その場合、障壁層には(Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２)α２Ｉｎ１−α２Ｐｔ２Ａｓ１−ｔ２(０≦ｘ２＜１、０．５＜α２≦１、０≦ｔ２≦１)を用いることができる。また、光ガイド層７７，７９にＡｓを含んでいても良い。
【０１１９】
上述した半導体レーザは、もちろん発光ダイオード（ＬＥＤ）に応用した場合にも効果がある。この場合、高輝度で温度特性の良好な可視ＬＥＤが得られる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、半導体基板上に、光を発生する活性層と光を閉じ込めるクラッド層とを有するヘテロ接合が形成されている半導体発光素子において、活性層はＡｓを含んでいる(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α１≦１、０≦ｔ＜１)からなり、クラッド層は活性層よりバンドギャップが大きく、ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数を有するＡｌを含んだ(ＡｌｙＧａ１−ｙ)βＩｎ１−βＰvＡｓ１−ｖ(０＜ｙ≦１、０．５＜β＜１、０＜ｖ≦１)からなり、活性層はＡｓを含んでいる(ＡｌｘＧａ１−ｘ)αＩｎ１−αＰｔＡｓ１−ｔ(０≦ｘ＜１、０＜α１≦１、０≦ｔ＜１)からなっており、Ａｓの添加はバンドギャップを小さくするので、格子定数がＧａＰに近く大きなバンドギャップであるクラッド層を用いた場合でも、６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の６００ｎｍより長波長の素子に対応できる。すなわち、従来のＧａＡｓ基板上の６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯の素子に比べて大きなバンドギャップのクラッド層となり、キャリアのオーバーフローが低減され、高温安定動作など良好な素子特性を得ることができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１２７】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の半導体発光素子において、半導体基板はＧａＰＡｓからなり、該半導体基板上にヘテロ接合部が結晶成長されることを特徴としている。ＧａＰとＧａＡｓとの間の格子定数となるＧａＰＡｓを、ＧａＰまたは基板上に厚く（例えば３０μｍの厚さに）成長し、実質的にＧａＰＡｓ基板とみなせるものをＶＰＥ（気相成長）法等により成長可能である。そして、最上部をヘテロ接合部（少なくともクラッド層）の格子定数と同じにすることで、格子不整なく本材料系を成長することができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１２８】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の半導体発光素子において、半導体基板はＧａＡｓまたはＧａＰからなり、半導体基板とクラッド層との間に、両者の格子不整を緩和する緩和バッファ層を介してヘテロ接合部が結晶成長されており、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板上に格子不整を緩和する緩和バッファ層を介してヘテロ接合部を形成することで、格子不整が緩和されてヘテロ接合部を成長できる。また、一貫して同じ結晶成長装置で連続して成長を行なうことができ、一台の装置で済むので容易でありコスト的にメリットがある。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１２９】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、その格子定数が半導体基板の格子定数から成長方向に徐々に変化してクラッド層の格子定数に近づくグレーデッド層からなっており、グレーデッド層を緩和バッファ層として用いることで格子緩和が徐々に起こるので、貫通転位がグレーデッド層より上層に成長することを防ぐことができ、ヘテロ接合部の結晶性を低下させないで済む。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３０】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、少なくとも２種類の格子定数の違う材料を交互に積層した歪超格子構造からなっており、歪超格子構造を緩和バッファ層として用いることで、格子緩和に伴う結晶欠陥をこの歪超格子構造内に閉じ込めることができ、ヘテロ接合部の結晶性の低下を防ぐことができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３１】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層はクラッド層の成長温度より低い温度で成長した低温バッファ層からなっており、低温バッファ層を緩和バッファ層として用いることで、格子緩和に伴う結晶欠陥をこの低温バッファ層内に閉じ込めることができ、ヘテロ接合部の結晶性の低下を防ぐことができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３２】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、ＧａＩｎＰまたはＧａＰＡｓからなることを特徴としている。ＧａＰＡｓまたはＧａＩｎＰは三元材料であり、制御が容易である。ＧａＰＡｓを用いる場合、半導体基板がＧａＰ基板の時はＧａＰにＡｓを加えるだけで良く、また、半導体基板がＧａＡｓ基板の時はＧａＡｓにＰを加えるだけで良く、制御しやすい。また、ＧａＩｎＰの場合は、蒸気圧が高いＶ族がＰだけなので、特に歪超格子構造を成長するとき界面の制御がしやすい。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３３】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、半導体基板の面方位は、(１００)面から[０１１]方向に０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、(１００)面から[０―１１]方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いた面、または、これらと等価な面となっており、半導体基板の面方位が（１００）面から［０１１］方向に０°から５４．７°の範囲、または、（１００）面から［０―１１］方向に１０°から５４．７°の範囲で傾いているので、自然超格子の形成を抑制でき、自然超格子が形成された場合に比べて同じ組成比でワイドギャップとなるので短波長化に有利となる。また、端面型レーザは、通常、へき開面を共振器に用いる。基板の面方位を上記の方向に傾けると、傾けた方向に対して垂直方向のへき開面は垂直とならないが、傾けた方向にへき開すると垂直面が得られ、レーザの共振器にできる。上記方向以外に傾けると、へき開面は垂直とならないので好ましくない。また、基板の面方位を(１００)面から傾けることで、ヒロック密度を低減でき、これにより、デバイス特性の悪化，歩留まり低下を抑えることができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３４】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、ヘテロ接合部が結晶成長されるに先立って、ＧａＰＡｓ基板表面が機械的研磨により平坦化され、または、緩和バッファ層成長後であってヘテロ接合部が結晶成長される前の表面が機械的研磨により平坦化されていることを特徴としている。ＧａＰＡｓ基板の表面、または、緩和バッファ層成長後の表面上には、通常、格子不整にかかわるクロスハッチ状の凹凸ができる。この凹凸はその上にヘテロ接合部を成長した時の新たな結晶欠陥発生の起源となり得る。研磨により平坦にし、その上にヘテロ接合部を成長することで、これを防ぐことができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３５】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項２または請求項３記載の半導体発光素子において、半導体基板とヘテロ接合部との間に、層の界面の上面が下面(基板側)よりも平坦である層を含むことを特徴としている。ＧａＰＡｓ基板の表面、または、緩和バッファ層成長後の表面上には、通常、格子不整にかかわるクロスハッチ状の凹凸ができる。この凹凸は、その上にヘテロ接合部成長した時の新たな結晶欠陥発生の起源となり得る。このような凹凸を埋め込んで成長する層を含むと、その上層は平坦になり、これを防ぐことができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３６】
また、請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の半導体発光素子において、層の界面の上面が下面(基板側)より平坦である層は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰであることを特徴としている。本願の発明者は、Ｓｅを高濃度にドープしたＧａＩｎＰは凹凸を埋め込んで成長する性質を有していることを見出した。これにより、層の界面の上面が下面（基板側）より平坦となるので、ヘテロ接合部を成長した時の凹凸を起源とする新たな結晶欠陥発生を防ぐができる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３７】
また、請求項１２記載の発明によれば、請求項３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、Ｓｅを５×１０１８ｃｍ−３以上にドープしたＧａＩｎＰであることを特徴としており、格子不整にかかわるクロスハッチ状の凹凸を発生させる起源となる緩和バッファ層自体に、凹凸を埋め込んで成長する性質を有しているＳｅを高濃度にドープしたＧａＩｎＰを用いることで、格子不整を緩和する効果，表面を平坦にする効果を併せもたせることで、トータルの成長層の厚さを低減できる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３８】
また、請求項１３記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子において、ヘテロ接合部は有機金属気相成長法(ＭＯＣＶＤ)または分子線エピタキシー法(ＭＢＥ)により成長されたものであることを特徴としている。ＡｌＧａＩｎＰ（Ａｓ）系材料は、溶液から固相へのＡｌの偏析係数が大きく、組成制御の点から液層成長は困難である。また、ハロゲン輸送法による気相成長法（ＶＰＥ）は、原料であるＡｌＣｌが石英反応管を腐食する問題があり困難である。一方、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）は非平衡性の高い成長方法であり、成長がIII族原料供給律則となっているので、これらの材料の成長には極めて有効であり容易に成長できる。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【０１３９】
また、請求項１４記載の発明によれば、請求項１３記載の半導体発光素子において、緩和バッファ層は、有機金属気相成長法(ＭＯＣＶＤ)または分子線エピタキシ法(ＭＢＥ)により成長されたものであるので、ヘテロ接合部の結晶成長装置と同じ装置で連続して成長を行なうことができ、一台の装置で済み、容易でありコスト的にメリットがある。これにより、高温，高出力，安定動作する６３５ｎｍ，６５０ｎｍ帯等の赤色半導体レーザ、室温において６００ｎｍより短い波長で発振する可視半導体レーザや高発光効率の可視発光ダイオードなどを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】格子定数とバンドギャップエネルギーとの関係を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る半導体発光素子の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施例１〜実施例７の半導体発光素子の基本構成を示す図である。
【図６】実施例４の超格子バッファ層を示す図である。
【図７】実施例６，実施例７の活性層を示す図である。
【図８】本発明の実施例８の半導体発光素子の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例９の半導体発光素子の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１０の半導体発光素子の構成を示す図である。
【図１１】  (１００)面から［１１０］方向に２°ｏｆｆしたＧａＰ0.4Ａｓ0.6エピ基板上のＡｌＩｎＰとＡｌＩｎＰＡｓの表面ノマルスキー（表面モフォロジー）写真を示す図である。
【符号の説明】
１            半導体基板
２            活性層
３            クラッド層
４            ヘテロ接合部
５            光ガイド層
６            緩和バッファ層
１１          半導体基板
１２          グレーデッドバッファ層，超格子バッファ層，低温バッファ層
１３          組成均一層
１４，１８    クラッド層
１５，１７    光ガイド層
１６          活性層
１９          キャップ層
２０          コンタクト層
２１          ＳｉＯ２
２２          ｐ側電極
２３          ｎ側電極
１１          半導体基板
１２          グレーデッドバッファ層，超格子バッファ層，低温バッファ層
１３          組成均一層
１４，１８    クラッド層
１５，１７    光ガイド層
１６          活性層
１９          キャップ層
２０          コンタクト層
２１          ＳｉＯ２
２２          ｐ側電極
２３          ｎ側電極
１１          半導体基板
１２          グレーデッドバッファ層，超格子バッファ層，低温バッファ層
１３          組成均一層
１４，１８    クラッド層
１５，１７    光ガイド層
１６          活性層
１９          キャップ層
２０          コンタクト層
２１          ＳｉＯ２
２２          ｐ側電極
２３          ｎ側電極
【図１】
0004100817.tif 000002
【図２】
0004100817.tif 000003
【図３】
0004100817.tif 000004
【図４】
0004100817.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004100817.tif 000007
【図７】
0004100817.tif 000008
【図８】
0004100817.tif 000009
【図９】
0004100817.tif 000010
【図１０】
0004100817.tif 000011
【図１１】
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