(57)【要約】【課題】歪みの影響が低減されたＩｎＧａＮ層を活性層に含む発光素子を提供する。【解決手段】第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層１５は、基板（例えば、サファイア基板）１３の主面１３ａ上に設けられている。ＩｎＧａＮ半導体層１９ａは、第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層１５上に設けられている。第２導電型ＧａＮ系半導体層２１は活性領域１７上に設けられている。基板１３の主面１３ａに直交する軸Ａｘは、ＩｎＧａＮ半導体層１９ａにおけるｃ面Ｃと交差している。第１導電型ＩｎＧａＮ層１５の厚みＤ１は１０００ｎｍ以上である。例えば第１導電型ＩｎＧａＮ層１５はｎ型を示し、第２導電型ＧａＮ系はｐ型を示す。基板１３は、である。これにより、ピエゾ電界の影響を低減可能な発光素子が提供される。【選択図】図１
2009026956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる主面を有する基板と、
前記基板の前記主面上に設けられ第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層と、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層上に設けられ活性領域のためのＩｎＧａＮ半導体層と、
前記活性領域上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体層と
を備え、
前記基板の前記主面に直交する軸は、前記活性領域の前記ＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面と交差しており、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ層の厚みは１０００ｎｍ以上である、ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記基板上に設けられた窒化ガリウム系緩衝層を更に備え、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ層は前記窒化ガリウム系緩衝層上に設けられ、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ層のｃ軸格子定数は、ＧａＮバルクのｃ軸格子定数よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載された発光素子。
【請求項３】
前記基板上に設けられた窒化ガリウム系緩衝層を更に備え、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ層は前記窒化ガリウム系緩衝層上に設けられ、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ層のａ軸格子定数は、ＧａＮバルクのａ軸格子定数よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載された発光素子。
【請求項４】
前記窒化ガリウム系緩衝層はＩｎＧａＮからなり、
前記窒化ガリウム系緩衝層の厚さは前記第１導電型ＩｎＧａＮ層の厚さより小さい、ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載された発光素子。
【請求項５】
前記活性層の前記ＩｎＧａＮ半導体層は井戸層であり、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ層のインジウム組成の最小値は、前記井戸層のインジウム組成より小さい、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された発光素子。
【請求項６】
前記基板はサファイア基板である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された発光素子。
【請求項７】
発光素子を作製する方法であって、
III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる主面を有する基板上に、摂氏５００度以上の温度で、第１導電型ＩｎＧａＮ膜を形成する工程と、
活性領域のためのＩｎＧａＮ半導体層を前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜上に成長する工程と、
前記活性領域上に第２導電型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程と
を備え、
前記基板の前記主面に直交する軸は、前記活性領域の前記ＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面と交差しており、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜の厚みは１０００ｎｍ以上である、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜を形成する前に、摂氏５００度未満の温度で、前記基板の前記主面に直接に窒化ガリウム系緩衝層を成長する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項７に記載された方法。
【請求項９】
前記窒化ガリウム系緩衝層は低温成長ＩｎＧａＮからなり、
前記窒化ガリウム系緩衝層の厚さは前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜の厚さより小さい、ことを特徴とする請求項８に記載された方法。
【請求項１０】
発光素子のための基板生産物であって、
III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる基板と、
前記基板の主面上に設けられIII族としてインジウムを含む第１導電型ＩｎＧａＮ膜と、
前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜上に設けられＩｎＧａＮ半導体膜を含む活性領域と、
前記活性領域上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体膜と
を備え、
前記基板の前記主面に直交する軸は、前記活性領域の前記ＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面と交差しており、
前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の厚みは１０００ｎｍ以上である、ことを特徴とする基板生産物。
【請求項１１】
前記基板と前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜との間に設けられたＩｎＧａＮ緩衝膜を更に備え、
前記窒化ガリウム系緩衝層の厚さは前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜の厚さより小さい、ことを特徴とする請求項１０に記載された基板生産物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、発光素子のための基板生産物、および発光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、サファイア基板上にＡｌＮバッファ層が設けられた発光ダイオードが記載されている。特許文献２には、サファイア基板を用いる半導体レーザおよび発光ダイオードが記載されている。サファイア基板上には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなるバッファ層が設けられている。バッファ層上に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなるｎ型コンタクト層が設けられている。
【特許文献１】特開平１０−４２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
活性層のためのＩｎＧａＮ層がＧａＮ層上に設けられた窒化ガリウム系発光素子では、ＧａＮとＩｎＧａＮとの格子不整合に起因する結晶品質の悪化や歪みの増大によって、発光素子の特性が制限されている。サファイア基板といった基板上にｎ型クラッド層またはｎ型コンタクト層としてＧａＮを成長した後に、活性層のためのＩｎＧａＮ層を成長する。このＩｎＧａＮ層の成長では、ＩｎＧａＮは下地ＧａＮ層にコヒーレントに成長しようとするので、ＩｎＧａＮのａ軸の格子定数はＧａＮのａ軸格子定数にほぼ等しい。また、ｎ型ＧａＮ層上に厚いＩｎＧａＮ層を形成すると、格子不整合を緩和するために、厚いＩｎＧａＮ層に欠陥が導入される。したがって、ＩｎＧａＮ本来のａ軸の格子定数にほぼ等しい格子定数のＩｎＧａＮ層を得ることができず、ＩｎＧａＮ層に歪みが内包される。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、歪みの影響が低減されたＩｎＧａＮ層を活性領域に含む発光素子を提供することを目的とし、またこの発光素子を作製する方法を提供することを目的とし、さらに発光素子のための基板生産物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係る発光素子は、（ａ）III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記主面上に設けられ第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層と、（ｃ）前記第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層上に設けられ活性領域のためのＩｎＧａＮ半導体層と、（ｄ）前記活性領域上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体層とを備え、前記基板の前記主面に直交する軸は、前記活性領域の前記ＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面と交差しており、前記第１導電型ＩｎＧａＮ層の厚みは１０００ｎｍ以上である。
【０００６】
発光素子によれば、厚さ１０００ｎｍ以上である第１導電型ＩｎＧａＮ層上に、活性領域のためのＩｎＧａＮ半導体層を設けているので、活性領域における該ＩｎＧａＮ半導体層の歪みの影響が緩和される。活性領域のＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面は、基板の主面に直交する軸に交差するように延びているので、これまで通りのｃ面基板（オフ角を有する基板を含む）を用いて、ピエゾ電界の影響を低減可能な発光素子が提供される。
【０００７】
本発明に係る発光素子は前記基板上に設けられた窒化ガリウム系緩衝層を更に備えることができる。前記第１導電型ＩｎＧａＮ層のｃ軸格子定数は、ＧａＮバルクのｃ軸格子定数よりも大きい。
【０００８】
発光素子によれば、基板の主面が、III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなるので、この材料と第１導電型ＩｎＧａＮ層との格子定数の違いを補償するために窒化ガリウム系緩衝層が用いられる。第１導電型ＩｎＧａＮ層はＧａＮの影響を受けることが無く成長可能であるので、そのｃ軸格子定数はＧａＮバルクのｃ軸格子定数よりも大きくなる。
【０００９】
本発明に係る発光素子は、前記基板上に設けられた窒化ガリウム系緩衝層を更に備えることができる。前記第１導電型ＩｎＧａＮ層のａ軸格子定数は、ＧａＮバルクのａ軸格子定数よりも大きい。
【００１０】
発光素子によれば、基板の主面が、III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなるので、この材料と第１導電型ＩｎＧａＮ層との格子定数の違いを補償するために窒化ガリウム系緩衝層が用いられる。第１導電型ＩｎＧａＮ層はＧａＮの影響を受けることが無く成長可能であるので、そのａ軸格子定数はＧａＮバルクのａ軸格子定数よりも大きくなる。
【００１１】
本発明に係る発光素子では、前記窒化ガリウム系緩衝層はＩｎＧａＮからなることが好ましく、前記窒化ガリウム系緩衝層の厚さは前記第１導電型ＩｎＧａＮ層の厚さより小さい。或いは、本発明に係る発光素子では、前記窒化ガリウム系緩衝層は低温成長ＩｎＧａＮからなることが好ましく、前記窒化ガリウム系緩衝層の厚さは前記第１導電型ＩｎＧａＮ層の厚さより小さい。
【００１２】
本発明に係る発光素子では、前記活性層の前記ＩｎＧａＮ半導体層は井戸層であり、前記第１導電型ＩｎＧａＮ層のインジウム組成は、前記井戸層のインジウム組成より小さい。
【００１３】
本発明に係る発光素子では、前記基板はサファイア基板であることが好ましい。サファイア基板は窒化ガリウム系半導体を成長するために好適である。
【００１４】
本発明の別の側面は、発光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる主面を有する基板上に、摂氏５００度以上の温度で、第１導電型ＩｎＧａＮ膜を形成する工程と、（ｂ）活性領域のためのＩｎＧａＮ半導体層を前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜上に成長する工程と、（ｃ）前記活性領域上に第２導電型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程とを備え、前記基板の前記主面に直交する軸は、前記活性領域の前記ＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面と交差しており、前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜の厚みは１０００ｎｍ以上である。
【００１５】
この方法によれば、厚さ１０００ｎｍ以上である第１導電型ＩｎＧａＮ層上に、活性領域のためのＩｎＧａＮ半導体層を設けているので、活性領域における該ＩｎＧａＮ半導体層の歪みの影響が緩和される。活性領域のＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面は、基板の主面に直交する軸に交差するように延びているので、これまで通りのｃ面基板（オフ角を有する基板を含む）を用いて、ピエゾ電界の影響を低減可能な発光素子を作製できる。
【００１６】
本発明の方法は、（ｄ）前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜を形成する前に、摂氏５００度未満の温度で、前記サファイア基板の前記主面に直接に窒化ガリウム系緩衝層を成長する工程を更に備えることができる。
【００１７】
この方法によれば、第１導電型ＩｎＧａＮ膜はＧａＮの影響を受けることが無く成長可能であるので、そのｃ軸格子定数はＧａＮバルクのｃ軸格子定数よりも大きくなる。
【００１８】
本発明の方法では、前記窒化ガリウム系緩衝層は低温ＩｎＧａＮ緩衝層であることが好ましい。前記窒化ガリウム系緩衝層の厚さは前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜の厚さより小さい。
【００１９】
本発明の更なる別の側面は、発光素子のための基板生産物である。この基板生産物は、（ａ）III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる基板と、（ｂ）前記基板の主面上に設けられIII族としてインジウムを含む第１導電型ＩｎＧａＮ膜と、（ｃ）前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜上に設けられＩｎＧａＮ半導体膜を含む活性領域と、（ｄ）前記活性領域上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体膜とを備え、前記基板の前記主面に直交する軸は、前記活性領域の前記ＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面と交差しており、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体膜の厚みは１０００ｎｍ以上である。
【００２０】
この基板生産物によれば、厚さ１０００ｎｍ以上である第１導電型ＩｎＧａＮ膜上に、活性領域のためのＩｎＧａＮ半導体膜を設けているので、活性領域における該ＩｎＧａＮ半導体膜の歪みの影響が緩和される。活性領域のＩｎＧａＮ半導体膜におけるｃ面は、基板の主面に直交する軸に交差するように延びているので、これまで通りのｃ面基板（オフ角を有する基板を含む）を用いて、ピエゾ電界の影響を低減可能な発光素子が提供される。
【００２１】
本発明の更なる別の側面は、発光素子のための基板生産物である。この基板生産物は、前記基板と前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜との間に設けられたＩｎＧａＮ緩衝層を更に備えることができる。前記窒化ガリウム系緩衝層の厚さは前記第１導電型ＩｎＧａＮ膜の厚さより小さい。この基板生産物によれば、この基板生産物によれば、第１導電型ＩｎＧａＮ膜と基盤との間にはＩｎＧａＮ半導体が設けられるので、第１導電型ＩｎＧａＮ膜はＧａＮの影響を受けることが無く成長可能であり、そのｃ軸格子定数はＧａＮバルクのｃ軸格子定数よりも大きくなる。
【００２２】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、歪みの影響が低減されたＩｎＧａＮ層を活性領域に含む発光素子が提供される。また、本発明によれば、この発光素子を作製する方法が提供される。さらに、本発明によれば、発光素子のための基板生産物が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の発光素子、発光素子のための基板生産物、および発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係る発光素子を概略的に示す図面である。発光素子１１は、基板１３と、第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層１５と、活性領域１７のためのＩｎＧａＮ半導体層１９ａと、第２導電型窒化ガリウム系（以下、第２導電型ＧａＮ系と記す）半導体層２１とを備える。基板１３は、III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる主面１３ａを有しており、基板１３は、例えばサファイア基板、ＳｉＣ基板等であることができる。第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層１５は、基板１３の主面１３ａ上に設けられている。ＩｎＧａＮ半導体層１９ａは、第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層１５上に設けられている。第２導電型ＧａＮ系半導体層２１は活性領域１７上に設けられている。基板１３の主面１３ａに直交する軸Ａｘは、ＩｎＧａＮ半導体層１９ａにおけるｃ面Ｃと交差している。第１導電型ＩｎＧａＮ層１５の厚みＤ１は１０００ｎｍ以上である。例えば第１導電型ＩｎＧａＮ層１５はｎ型を示し、第２導電型ＧａＮ系はｐ型を示す。
【００２６】
発光素子１１によれば、厚さ１０００ｎｍ以上である第１導電型ＩｎＧａＮ層１５上に、活性領域１７のためのＩｎＧａＮ半導体層１９ａを設けているので、該ＩｎＧａＮ半導体層１９ａの歪みの影響が低減される。活性領域におけるｃ面Ｃは、基板の主面に直交する軸に交差するように延びているので、これまで通りのｃ面基板（オフ角を有する基板を含む）を用いて、ピエゾ電界の影響を低減可能な発光素子が提供される。オフ角の範囲は、例えば０．１度以上であることが好ましい。また、オフ角の範囲は、例えば１０度以下であることが好ましい。
【００２７】
第１導電型ＩｎＧａＮ層１５の厚みＤ１が１０００ｎｍ以上であれば、容易に連続膜が得られること、また、素子抵抗を低下させることができる。
【００２８】
発光素子１１では、第１導電型ＩｎＧａＮ層１５のインジウム組成は、活性領域１７に含まれるＩｎＧａＮ層１９ａのインジウム組成より小さい。これにより、ＩｎＧａＮ層１９ａにキャリアの閉じ込めが可能になる。
【００２９】
本実施例では、活性領域１７は、図１に示されるように、量子井戸構造を有しており、ＩｎＧａＮ井戸層１９ａに加えて障壁層１９ｂを含んでいる。井戸層１９ａおよび障壁層１９ｂは交互に配列されている。障壁層１９ｂは、例えば、ＩｎＧａＮまたはＧａＮからなる。活性領域１７は、本実施例に記載された特定の構造に限定されるものではなく、例えば活性領域１７はバルク構造を有することができる。
【００３０】
発光素子１１は基板１３の主面１３ａ上に設けられた窒化ガリウム系緩衝層２３を更に備えることができる。第１導電型ＩｎＧａＮ層１５は窒化ガリウム系緩衝層２３上に設けられている。第１導電型ＩｎＧａＮ層１９ａのｃ軸格子定数は、ＧａＮバルクのｃ軸格子定数（０．５１８５１ｎｍ）よりも大きい。この発光素子１１によれば、基板１３の主面１３ａが、III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなるので、この材料と第１導電型ＩｎＧａＮ層１９ａとの格子定数の違いを補償するために窒化ガリウム系緩衝層２３が用いられる。第１導電型ＩｎＧａＮ層１９ａはＧａＮの影響を受けることが無く成長可能である。故に、ＩｎＧａＮ層１９ａのｃ軸格子定数はＧａＮバルクのｃ軸格子定数よりも大きくなる。上層が下地層上にエピタキシャルに成長されるので、下地層のｃ軸の格子定数が大きければ、上層のａ軸の格子定数が大きくなる。
【００３１】
また、第１導電型ＩｎＧａＮ層１９ａのａ軸格子定数は、ＧａＮバルクのａ軸格子定数（０．３１８９３ｎｍ）よりも大きい。基板１３の主面１３ａが、III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなるので、この材料と第１導電型ＩｎＧａＮ層１９ａとの格子定数の違いを補償するために窒化ガリウム系緩衝層２３が用いられる。第１導電型ＩｎＧａＮ層１９ａはＧａＮの影響を受けることが無く成長可能である。故に、ＩｎＧａＮ層１９ａのａ軸格子定数はＧａＮバルクのａ軸格子定数よりも大きくなる。上層が下地層上にエピタキシャルに成長されるので、下地層のａ軸の格子定数が大きければ、上層のａ軸の格子定数が大きくなる。
【００３２】
発光素子１１では、窒化ガリウム系緩衝層２３は低温成長ＩｎＧａＮからなることが好ましく、窒化ガリウム系緩衝層２３の厚さＤ２は第１導電型ＩｎＧａＮ層１５の厚さＤ１より小さい。低温成長ＩｎＧａＮの成長温度は、例えば摂氏８００度以下であることができ、また例えば摂氏３００度以上であることができる。
【００３３】
発光素子１１では、第２導電型ＧａＮ系半導体層２１は、例えば電子ブロック層であることができる。発光素子１１は、さらに、第２導電型ＧａＮ系半導体層２１上に設けられた第２導電型ＧａＮ系半導体層２５を含む。第２導電型ＧａＮ系半導体層２１のバンドギャップは、第２導電型ＧａＮ系半導体層２５のバンドギャップよりも大きい。
【００３４】
基板１３の主面１３ａは、活性領域を含む発光素子主要部のためのエリア１３ｂと、第１導電型コンタクト部のためのエリア１３ｃとを含む。エリア１３ｃでは半導体層２５、２１、１７および第１導電型ＩｎＧａＮ層１５の一部が除去されて、第１導電型ＩｎＧａＮ層１５が露出される。露出された第１導電型ＩｎＧａＮ層１５上には、第１の電極２７が設けられている。第１の電極２７は例えばカソードである。第２導電型ＧａＮ系半導体層２５上には、第２の電極２９が設けられている。第２の電極２９は例えばアノードである。
【００３５】
図２は、本実施の形態に係る、発光素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図２の工程フロー１００を参照すると、工程Ｓ１０１では、III族窒化物と異なる六方晶系の材料からなる主面を有する基板を準備する。基板としては、例えばサファイア基板である。引き続く説明では、基板としてサファイアき板を用いる。工程Ｓ１０３において、エピタキシャルウエハといった基板生産物を作製する。図３および図４は、本実施の形態に係る、エピタキシャルウエハを作製する方法の主要な工程を示す図面である。工程Ｓ１０５では、図３（ａ）に示されるようにサファイア基板４１を準備した後に、図３（ｂ）に示されるように、摂氏５００度未満の温度で、サファイア基板４１の主面４１ａに直接にＧａＮ系緩衝層４３を成長する。ＧａＮ系緩衝層４３は低温成長ＩｎＧａＮであることが好ましい。引き続き成長される第１導電型ＩｎＧａＮ膜はＧａＮの影響を受けることが無く成長可能であり、そのｃ軸格子定数はＧａＮバルクのｃ軸格子定数よりも大きくなる。窒化ガリウム系緩衝層４３の厚さＤ２は、例えば５０ｎｍ以下であることができ、１ｎｍ以上である。
【００３６】
工程Ｓ１０７では、図３（ｃ）に示されるように、サファイア基板４１上に、摂氏５００度以上の温度で、第１導電型（以下、ｎ型として説明する）ＩｎＧａＮ膜４５を形成する。ｎ型ＩｎＧａＮ膜４５は、窒化ガリウム系緩衝層よりの厚く成長される。このため、ＩｎＧａＮ膜４５の格子定数は、ＧａＮ上に形成されたＩｎＧａＮに比べて、ＩｎＧａＮ本来の格子定数に近くなり、好ましくはほぼ等しい。
【００３７】
工程Ｓ１０９では、図４（ａ）に示されるように、活性領域４７を成長する。活性領域４７には、ｎ型ＩｎＧａＮ膜上に成長されるＩｎＧａＮ半導体層を含む。このＩｎＧａＮ半導体層は例えばアンドープ井戸層であり、井戸層に先立って障壁層が成長され、井戸層の成長後に障壁層が成長される。厚さ１０００ｎｍ以上である第１導電型ＩｎＧａＮ層４３上に、活性領域４５のためのＩｎＧａＮ半導体層を設けているので、活性領域４５における該ＩｎＧａＮ半導体層の歪みの影響が緩和される。基板４１の主面４１ａに直交する軸は、活性領域４７のＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面と交差するので、これまで通りのｃ面基板を用いて、ピエゾ電界の影響を低減可能な発光素子を作製できる。基板４１の主面４１ａは、六方晶系のｃ面或いはｃ面から僅かなオフ角で傾斜した面である。また、活性領域４５のＩｎＧａＮ半導体層におけるｃ面は、基板４１の主面４１ａに直交する軸に交差するように延びている
【００３８】
工程Ｓ１１１では、図４（ｂ）に示されるように、第２導電型（以下、ｐ型として説明する）の窒化ガリウム系（以下、「ＧａＮ系」と記す）半導体層４９を活性領域４７上に成長する。ｐ型ＧａＮ系半導体層４９は、例えば電子ブロック層である。
【００３９】
工程Ｓ１１３では、図４（ｃ）に示されるように、第２導電型窒化ガリウム系（以下、「ＧａＮ系」と記す）半導体層５１をｐ型ＧａＮ系半導体層４９上に成長する。ｐ型ＧａＮ系半導体層５１は、例えばコンタクト層である。これえらの工程により、エピタキシャルウエハが作製された。
【００４０】
次いで、工程Ｓ１１５では、エピタキシャルウエハのｐ型ＧａＮ系半導体層５１上に半透明電極を形成する。工程Ｓ１１７では、エッチングにより、ｎ型ＩｎＧａＮ膜４５、活性領域４７、ｐ型ＧａＮ系半導体層４９およびｐ型ＧａＮ系半導体層５１を除去して、ｎ型ＩｎＧａＮ膜４５を部分的に露出させる。工程Ｓ１１９では、ｎ型ＩｎＧａＮ膜４５上にｎ電極を形成する。
【００４１】
（実施例）
以下の通り青色発光ダイオード構造を作製した。結晶成長には、有機金属気相成長法を用いた。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。サファイア（０００１）基板をサセプタ上に配置した。この後に、炉内圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら炉内にＨ２とＮ２を導入し、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間クリーニングを行った。
【００４２】
次いで、基板温度を降下させた後に、ＴＭＧ、ＴＭＩとＮＨ３を炉内に導入して２０ｎｍのＩｎＸＧａ１−ＸＮ緩衝層（インジウム組成Ｘ＝０．０３）を摂氏４７５度の基板温度で成長した。ＴＭＧ及びＴＭＩの供給を停止した後に、基板温度を上昇する。ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を供給して、厚さ５０００ｎｍのＳｉドープＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ下地層を摂氏９００度の基板温度で成長した。
【００４３】
次に、基板温度を下げる。摂氏８００度の基板温度で、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層、厚さ３ｎｍのＩｎ０．１４ＧａＮ井戸層を成長した。成長を繰り返して６周期の多重量子井戸構造からなる発光層を成長した。
【００４４】
その後に、基板温度を上昇した。ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを導入して、厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ−ＡｌＧａＮを摂氏１０００度の基板温度で成長した。次いで、ＴＭＩ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを導入して、厚さ５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層を成長した。
【００４５】
参考のために、以下に示す通りの方法でＧａＮ下地のエピタキシャルウエハを作製した。サファイア基板をクリーニングして、摂氏４７５度の基板温度で、２０ｎｍのＧａＮ低温緩衝層を成長した。ＴＭＧの供給を停止した後、摂氏１１００度の基板温度で、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を供給して、厚さ５０００ｎｍのＳｉドープＧａＮ下地層を成長した。
【００４６】
エピタキシャルウエハを成長炉から取り出した後、Ｘ線回折の２θ−ω法により、（０００２）面および（１１−２０）面の回折を用いて下地ＩｎＧａＮ層のｃ軸およびａ軸の格子定数を測定した。その結果、ＴＭＩの供給量に応じて、ｃ軸およびａ軸の格子定数が増加していた。
【００４７】
適切な金属材料でｐ型ＧａＮ層上に半透明ｐ電極を形成し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いてｎ−ＩｎＧａＮの一部を露出させた。露出面にｎ電極を形成した。これらの手順により、発光ダイオード（ＬＥＤ）が得られた。光出力を測定した結果、ＩｎＧａＮ下地層を含むＬＥＤは、出力向上を示し、またＩｎＧａＮ下地層を含むＬＥＤのブルーシフト量（電流流入にともなう波長変化）は、ＧａＮ下地層を含むＬＥＤのブルーシフト量に比べて小さかった。
【００４８】
以上説明したように、ｃ面基板上ＬＥＤでは、電流注入に伴う発光波長の短波長化が顕著である。このことは、最近の非極性面基板での研究結果からも明らかになってきた通り、活性層の下地から活性層への歪に起因してピエゾ電界が生じる。非極性面碁板上のＬＥＤの量子効率は、今後も向上されると考えられるが、Ｃ面基板上のＬＥＤの量子効率と比べて、まだ低い。本発明によれば、これまで開発されて来たＣ面エピタキシャル技術を利用可能である。
【００４９】
ＧａＮ系ＬＥＤでは、ＧａＮのパンドギャップのためＬＥＤの動作電圧が高い。故に、動作電圧を少しでも低減することが必要であり、ピエゾ電界が加わるとバンドを曲げるために電圧ドロップが生じる。本発明によれば、このピエゾ電界の元になる活性層の歪を低減できる。
【００５０】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る発光素子を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る、発光素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る、エピタキシャルウエハを作製する方法の主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る、エピタキシャルウエハを作製する方法の主要な工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００５２】
１１…発光素子、１３…基板、１５…第１導電型ＩｎＧａＮ半導体層、１７…活性領域、１９ａ…ＩｎＧａＮ半導体層、１９ｂ…障壁層、２１…第２導電型ＧａＮ系半導体層、２３…窒化ガリウム系緩衝層、２５…第２導電型ＧａＮ系半導体層、２７…第１の電極、２９…第２の電極  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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