(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にガリウムを含む第１のIII族窒化物系半導体層が形成され、前記第１のIII族窒化物系半導体層上に、超格子多層膜と第２のIII族窒化物系半導体層とをこの順に含む１組以上の積層構造が形成され、前記積層構造上に素子領域を有する第３のIII族窒化物系半導体層が形成され、前記超格子多層膜は少なくともインジウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり第１の格子定数を有する第１の膜と、少なくともアルミニウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり前記第１の格子定数と異なる第２の格子定数を有する第２の膜とがこの順で交互に積層されてなり、前記第１のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、前記第２のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、前記超格子多層膜の前記第１の膜はＩｎＧａＮからなり、前記超格子多層膜の前記第２の膜はＡｌＧａＮからなると共に、前記第１の膜と前記第２の膜の対を２対以上９対以下としたことを特徴とする窒化物系半導体素子。
【請求項２】
前記第１のIII族窒化物半導体層上に、前記積層構造が複数組積層され、複数組の前記積層構造に含まれる前記第２のIII族窒化物半導体層は同じ組成または異なる組成を有することを特徴とする請求項１記載の窒化物系半導体素子。
【請求項３】
前記超格子多層膜の前記第１の膜および第２の膜の平均格子定数が前記第１のIII族窒化物半導体層の格子定数とほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項４】
前記超格子多層膜の前記第１の膜および前記第２の膜の各々は厚さが５Å以上７０Å以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物系半導体素子。
【請求項５】
基板上にガリウムを含む第１のIII族窒化物系半導体層を形成する工程と、前記第１のIII族窒化物系半導体層上に、超格子多層膜と第２のIII族窒化物系半導体層とをこの順に含む１組以上の積層構造を形成する工程と、前記積層構造上に素子領域を有する第３のIII族窒化物系半導体層を形成する工程とを含み、
前記超格子多層膜は、少なくともインジウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり第１の格子定数を有する第１の膜と、少なくともアルミニウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり前記第１の格子定数を有する第２の膜とをこの順で交互に積層してなり、前記第１のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、前記第２のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、前記超格子多層膜の前記第１の膜はＩｎＧａＮからなり、前記超格子多層膜の前記第２の膜はＡｌＧａＮからなると共に、前記第１の膜と前記第２の膜の対を２対以上９対以下としたことを特徴とする窒化物系半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記積層構造を形成する工程は、前記第１のIII族窒化物系半導体層上に前記積層構造を複数組積層する工程を含み、複数組の前記積層構造に含まれる前記第２のIII族窒化物系半導体層は同じ組成または異なる組成を有することを特徴とする請求項５記載の窒化物系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化タリウム）またはこれらの混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する窒化物系半導体素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ系窒化物系半導体素子の研究が進められている。ＧａＮ系半導体素子の製造の際には、ＧａＮからなる基板が存在しないため、ＧａＮと同じ六方晶系であるサファイアからなる基板を用いる。このサファイア基板上にＧａＮ系半導体層を成長させる。
【０００３】
ここで、ＧａＮ結晶の格子定数（ａ軸）は３．１９Åであり、サファイア結晶の格子定数（ａ軸）は４．８Åである。このように、ＧａＮとサファイアとでは格子定数が大きく異なるため、サファイア基板上に成長させたＧａＮ層には歪が存在する。この歪により、ＧａＮ層中に多数の格子欠陥が発生する。サファイア基板上に成長させたＧａＮ層の欠陥密度は１０11〜１０12ｃｍ-2程度である。
【０００４】
このようなＧａＮの格子欠陥はＧａＮ層上に成長させた半導体層にも伝播するため、サファイア基板を用いて作製した半導体素子においては、多数の格子欠陥が存在する。格子欠陥は、半導体素子におけるリーク電流の発生、不純物の拡散等の原因となり、半導体素子の素子特性に悪影響を与える。
【０００５】
例えば、格子欠陥が多数存在する半導体レーザ素子においては、格子欠陥によりリーク電流が多く発生する。このため、半導体レーザ素子の動作電流が高くなる。それにより、半導体レーザ素子の劣化が著しく、素子の寿命が低下する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記のような格子欠陥を低減するために、従来においては以下のような方法が用いられている。
【０００７】
まず、サファイア基板上に成長させた格子欠陥の多数存在するＧａＮ層上に、ＩｎＧａＮ層を介してＧａＮ系半導体層を成長させる方法がある。
【０００８】
図１１（ａ）に示すように、ＩｎＮ結晶の格子定数（ａ軸）は３．５５Åであり、ＩｎＮはＧａＮに比べて格子定数がサファイアに近い。このことを利用して、この方法においては、サファイアに近い格子定数を有するＩｎＧａＮ層を介してＧａＮ系半導体層を成長させることにより格子欠陥の低減を図るものである。しかしながら、この方法においては十分に格子欠陥を低減することができない。
【０００９】
一方、サファイア基板上に成長させた格子欠陥の多数存在するＧａＮ層上にＩｎＧａＮ膜とＧａＮ膜とを交互に積層してなるＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層膜を形成し、このＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層膜を介してＧａＮ系半導体層を成長させる方法がある。
【００１０】
この場合、前述のようにＩｎＮの格子定数はＧａＮに比べてサファイアに近いので、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層膜の平均格子定数は、図１１（ｂ）に示すように、ＧａＮ単層の場合に比べてサファイアの格子定数に近くなる。また、この場合はＧａＮ膜とＩｎＧａＮ膜との多層構造なので、ＩｎＧａＮ単層の場合に比べてＧａＮの格子定数にも近くなる。このことを利用して、この方法においては、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多層膜を介してＧａＮ系半導体層を成長させることにより格子欠陥の低減を図るものである。しかしながら、この方法においては十分に格子欠陥を低減することができない。
【００１１】
また、サファイア基板上に成長させた格子欠陥の多数存在するＧａＮ層上に、ＡｌＧａＮ膜とＧａＮ膜とを交互に積層してなるＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜を形成し、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜を介してＧａＮ系半導体層を成長させる方法がある。
【００１２】
この場合、ＡｌＮ結晶の格子定数（ａ軸）が３．１１Åであることから、図１１（ｃ）に示すように、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜の平均格子定数はＧａＮの格子定数に比べて小さくなる。この方法においては、このようなＡｌＧａＮ／ＧａＮ多層膜に格子欠陥の原因となる歪を集中させることにより格子欠陥の低減を図るものである。しかしながら、この方法においては十分に格子欠陥を低減することができない。
【００１３】
一方、特開平８−５６０１５号には、サファイア基板上に成長させた格子欠陥の多数存在するＧａＮ層上に、ＡｌＧａＮ膜とＩｎＧａＮ膜とを交互に積層してなるＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜を形成し、このＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜を介してＧａＮ系半導体層を成長させる方法が開示されている。
【００１４】
この方法においては、格子欠陥が多数存在するＧａＮ層上に、基板温度８００℃でＡｌＧａＮ膜を成長させ、さらにＩｎＧａＮ膜を成長させる。ここでは、ＡｌＧａＮ膜およびＩｎＧａＮ膜が対になったものを１周期とし、連続して合計４０周期形成する。このようにして形成したＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜により、ＧａＮ層から延びる格子欠陥の低減を図るものでる。
【００１５】
しかしながら、上記のＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜においては、まず初めに基板温度８００℃でＧａＮ層上にＡｌＧａＮ膜を成長させるため、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜において初めに形成したＡｌＧａＮ膜の結晶性が悪い。ここで、複数のＡｌＧａＮ膜およびＩｎＧａＮ膜を積層してなるＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜においては、初めに成長させた膜、すなわちＡｌＧａＮ膜の結晶性が、上に成長させる膜の結晶性に影響する。したがって、初めに成長させたＡｌＧａＮ膜の結晶性が悪いために、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜においては良好な結晶性が実現できず、十分に格子欠陥を低減することができない。
【００１６】
また、上記の方法においてはＡｌＧａＮ膜とＩｎＧａＮ膜との対を４０周期で形成しているが、ＡｌＧａＮ膜をこのような多層で積層してなるＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜においては良好な結晶性が実現できず、十分に格子欠陥を低減することができない。
【００１７】
以上のことから、特開平８−５６０１５号に開示された方法においては、半導体素子において素子特性の向上を図ることが困難である。
【００１８】
一方、格子欠陥を低減する方法として、選択成長マスクを用いた選択横方向成長がある。この方法においては、サファイア基板上に成長させた格子欠陥の多数存在するＧａＮ層上に、ストライプ状の選択成長マスクを形成する。そして、ＨＶＰＥ法（ハライドエピタキシャル気相成長法）により、ＧａＮ層上および選択成長マスク上にＧａＮを再成長させる。それにより、再成長させたＧａＮ層において格子欠陥を欠陥密度６×１０7 ｃｍ-2程度まで低減することが可能となる。
【００１９】
このような選択成長マスクを用いた方法は、半導体素子の格子欠陥を低減するために最も広く用いられている方法である。現在のところ、長寿命の窒化物系半導体レーザ素子は、この方法によってのみ得られている。
【００２０】
しかしながら、上記の方法においては、一旦ウエハを結晶成長装置から取り出して選択成長マスクを形成するとともに、選択成長マスク形成後に再び結晶成長装置内にウエハを戻してＧａＮを再成長させる必要がある。このため、半導体素子の製造工程が複雑となり、製造コストが高くなる。
【００２１】
本発明の目的は、格子欠陥が低減されて良好な素子特性を有するとともに、低コストで製造が可能な窒化物系半導体素子およびその製造方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る窒化物系半導体素子は、基板上にガリウムを含む第１のIII族窒化物系半導体層が形成され、第１のIII族窒化物系半導体層上に、超格子多層膜と第２のIII族窒化物系半導体層とをこの順に含む１組以上の積層構造が形成され、積層構造上に素子領域を有する第３のIII族窒化物系半導体層が形成され、超格子多層膜は少なくともインジウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり第１の格子定数を有する第１の膜と、少なくともアルミニウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり第１の格子定数と異なる第２の格子定数を有する第２の膜とがこの順で交互に積層されてなり、第１のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、第２のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、超格子多層膜の前記第１の膜はＩｎＧａＮからなり、超格子多層膜の第２の膜はＡｌＧａＮからなると共に、第１の膜と第２の膜の対を２対以上９対以下としたものである。
【００２３】
本発明に係る窒化物系半導体素子の超格子多層膜において、インジウムを含む第１の膜の格子定数（第１の格子定数）が、アルミニウムを含む第２の膜の格子定数（第２の格子定数）に比べて大きくなる。
【００２４】
この場合、超格子多層膜の第１の膜と第２の膜とでは格子定数が異なることから、第１のIII 族窒化物系半導体層から超格子多層膜に伝播した貫通欠陥は、超格子多層膜において圧縮歪および引張り歪を受け、横方向に折れ曲がる。このように横方向に折れ曲がった貫通欠陥は互いに相殺しあう。このような歪補償効果により、超格子多層膜において貫通欠陥の低減が図られる。
【００２５】
ところで、上記のような超格子多層膜を形成する際には、第１の膜のインジウムの遊離を防止するため、第１の膜および第２の膜を低温で成長させる。ここで、第２の膜はアルミニウムを含むことから、低温で成長させた第２の膜の結晶性は、第１の膜の結晶性に比べて劣化する。
【００２６】
ここで、上記の窒化物系半導体素子の超格子多層膜においては、第１の膜と第２の膜とを積層する際に、第２の膜に比べて良好な結晶性を有する第１の膜をまず初めに形成する。このため、初めに成長させた第１の膜の結晶性が、その上に積層された膜の結晶性に良好な影響を与える。それにより、超格子多層膜において、結晶性の向上が図られる。
【００２７】
以上のように、超格子多層膜において格子欠陥が低減されて良好な結晶性が実現されることから、超格子多層膜上に形成された第２のIII 族窒化物系半導体層において結晶性の向上が図られる。
【００２８】
上記の窒化物系半導体素子においては、結晶性の向上が図られた第２のIII 族窒化物系半導体層上に素子領域を含む第３のIII 族窒化物系半導体層が形成されているため、第３のIII 族窒化物系半導体層、特に素子領域において良好な結晶性が得られる。それにより、窒化物系半導体素子において、素子特性の向上が図られる。
【００２９】
また、このような窒化物系半導体素子においては、超格子多層膜を形成することにより、選択成長マスクを用いることなく結晶性の向上を図ることが可能となる。このため、製造が容易であり、製造コストの低減が図られる。
【００３０】
第１のIII 族窒化物系半導体層上に、積層構造が複数組積層され、複数組の積層構造に含まれる第２のIII 族窒化物系半導体層は同じ組成または異なる組成を有することが好ましい。このように積層構造が複数組積層された場合においては、単独の積層構造において低減することができなかった格子欠陥を、この積層構造の上に形成された積層構造において低減することができる。それにより、格子欠陥を効果的に低減することが可能となる。
【００３１】
超格子多層膜の第１の膜および第２の膜の平均格子定数が第１のIII 族窒化物系半導体層の格子定数とほぼ等しいことが好ましい。このような超格子多層膜においては、前述の歪補償効果がより大きくなるため、格子欠陥をより効果的に低減することが可能となる。
【００３２】
第２のIII 族窒化物系半導体層はガリウムを含んでもよい。また、第１のIII 族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、第２のIII 族窒化物系半導体層はＩｎＧａＮからなり、超格子多層膜の第１の膜はＩｎＧａＮからなり、超格子多層膜の第２の膜はＡｌＧａＮからなってもよい。
【００３３】
この場合、ＩｎＧａＮはＧａＮよりも格子定数が大きいため、超格子多層膜の第１の膜は圧縮歪を有する。一方、ＡｌＧａＮはＧａＮよりも格子定数が小さいため、超格子多層膜の第２の膜は引張り歪を有する。このような圧縮歪を有する第１の膜と、引張り歪を有する第２の膜とが積層されてなる超格子多層膜においては、第１のIII 族窒化物系半導体層から伝播した貫通欠陥が圧縮歪および引張り歪を受け、貫通欠陥が横方向に折れ曲がる。このように横方向に折れ曲がった貫通欠陥は互いに相殺しあう。このような歪補償効果により、超格子多層膜において、貫通欠陥の低減が図られる。
【００３４】
上記のような超格子多層膜においては、第１の膜および第２の膜の各々は厚さが５Å以上７０Å以下であることが好ましい。また、超格子多層膜は、第１の膜および第２の膜の対を２以上９以下含むことが好ましい。
【００３５】
このような厚さおよび層数の第１の膜および第２の膜からなる超格子多層膜においては、格子欠陥の低減を効果的に図ることが可能となる。
【００３６】
特に、ＡｌＧａＮからなる第２の膜を２層以上かつ９以下とすることにより、超格子多層膜において、ＡｌＧａＮからなる層の過剰な積層により発生する結晶性の劣化を防止することができる。したがって、超格子多層膜において結晶性の向上が図られ、格子欠陥の低減効果が大きくなる。
【００３７】
本発明に係る窒化物系半導体素子の製造方法は、基板上にガリウムを含む第１のIII族窒化物系半導体層を形成する工程と、第１のIII族窒化物系半導体層上に、超格子多層膜と第２のIII族窒化物系半導体層とをこの順に含む１組以上の積層構造を形成する工程と、積層構造上に素子領域を有する第３のIII族窒化物系半導体層を形成する工程とを含み、超格子多層膜は、少なくともインジウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり第１の格子定数を有する第１の膜と、少なくともアルミニウムおよびガリウムを含むIII族窒化物系半導体からなり前記第１の格子定数を有する第２の膜とをこの順で交互に積層してなり、第１のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、第２のIII族窒化物系半導体層はＧａＮからなり、超格子多層膜の前記第１の膜はＩｎＧａＮからなり、超格子多層膜の前記第２の膜はＡｌＧａＮからなると共に、第１の膜と第２の膜の対を２対以上９対以下としたものである。
【００３８】
本発明に係る窒化物系半導体素子の製造方法においては、格子定数の異なる第１の膜と第２の膜とを積層してなる超格子多層膜を第１のIII 族窒化物系半導体層上に形成する。
【００３９】
この場合、超格子多層膜において、インジウムを含む第１の膜の格子定数（第１の格子定数）は、アルミニウムを含む第２の膜の格子定数（第２の格子定数）に比べて大きくなる。したがって、第１のIII 族窒化物系半導体層から超格子多層膜に伝播した貫通欠陥は、超格子多層膜において圧縮歪および引張り歪を受け、横方向に折れ曲がる。このように横方向に折れ曲がった貫通欠陥は、互いに相殺しあう。このような歪補償効果により、超格子多層膜において貫通欠陥の低減が図られる。
【００４０】
ところで、上記のような超格子多層膜を形成する工程においては、第１の膜のインジウムの遊離を防止するため、第１の膜および第２の膜を低温で成長させる。アルミニウムを含む第２の膜をこのような低温で成長させると、第２の膜の結晶性が劣化する。
【００４１】
ここで、本発明の方法においては、超格子多層膜を形成する際に、第２の膜に比べて良好な結晶性を有する第１の膜をまず初めに成長させる。このため、初めに成長させた第１の膜の良好な結晶性が、その上に積層された膜の結晶性に良好な影響を与える。それにより、超格子多層膜において、結晶性の向上を図ることが可能となる。
【００４２】
以上のように、超格子多層膜において格子欠陥を低減して良好な結晶性を実現することが可能となるため、超格子多層膜上に形成した第２のIII 族窒化物系半導体層において結晶性の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
上記の窒化物系半導体素子の製造方法においては、結晶性の向上が図られた第２のIII 族窒化物系半導体層上に素子領域を含む第３のIII 族窒化物系半導体層を形成するため、第３のIII 族窒化物系半導体層、特に素子領域において良好な結晶性が得られる。したがって、良好な素子特性を有する窒化物系半導体素子を製造することが可能となる。
【００４４】
また、上記の窒化物系半導体素子の製造方法においては、超格子多層膜を形成することにより、選択成長マスクを用いることなく結晶性の向上を図ることが可能となる。このため、製造工程が容易であり、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４５】
積層構造を形成する工程は、第１のIII 族窒化物系半導体層上に積層構造を複数組積層する工程を含み、複数組の積層構造に含まれる第２のIII 族窒化物系半導体層は同じ組成または異なる組成を有することが好ましい。
【００４６】
このように積層構造を複数組積層する場合においては、単独の積層構造において低減することができなかった格子欠陥を、この積層構造の上に形成された積層構造において低減することができる。それにより、格子欠陥を効果的に低減することが可能となる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下においては、本発明に係る窒化物系半導体素子として、窒化物系半導体レーザ素子について説明する。
【００４８】
図１は本発明の一実施例における半導体レーザ素子を示す模式的な断面図である。図１に示す半導体レーザ素子５００は、以下の方法により作製される。
【００４９】
半導体レーザ素子５００の作製時には、まず、サファイア基板１上に各層２〜６を成長させる。各層２〜６の成長条件は表１に示す通りである。
【００５０】
【表１】
0003778765.tif 000002
【００５１】
以下に、各層２〜６の成長時の詳細について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１上にバッファ層２および第１のアンドープＧａＮ層３を成長させる。このようにして成長させた第１のアンドープＧａＮ層３には、サファイア基板１とＧａＮとの格子定数の差により発生した多数の格子欠陥２０が存在する。この場合、第１のアンドープＧａＮ層３の欠陥密度は１．０×１０11ｃｍ-2である。
【００５２】
続いて、図２（ｂ）に示すように、第１のアンドープＧａＮ層３上に、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜をこの順で交互に積層してなる第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を成長させる。さらに、この第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に、第２のアンドープＧａＮ層４を成長させる。
【００５３】
図３は、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０の詳細な構造を示す図である。図３に示すように、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０は、ＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂが順に積層されて対になったものが合計５対積層されている。この場合、ＩｎＧａＮ膜３０ａは膜厚２５ÅのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなり、ＡｌＧａＮ膜３０ｂは膜厚２５ÅのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる。
【００５４】
ここで、図５に示すように、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、ＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂの平均格子定数がＧａＮの格子定数とほぼ一致するように、ＩｎＧａＮ膜３０ａにおけるＩｎ組成およびＡｌＧａＮ膜３０ｂにおけるＡｌ組成が設定されている。
【００５５】
図６は、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層の格子定数、すなわちＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の平均格子定数がＧａＮの格子定数と一致する場合におけるＡｌＧａＮ膜のＡｌ組成とＩｎＧａＮ膜のＩｎ組成との関係を示す図である。
【００５６】
本実施例の第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、ＩｎＧａＮ膜３０ａがＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなり、ＩｎＧａＮ膜３０ａのＩｎ組成が５％である。また、ＡｌＧａＮ膜３０ｂはＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなり、ＡｌＧａＮ膜３０ｂのＡｌ組成が２５％である。したがって、図６に示すように、ＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂの平均格子定数がＧａＮの格子定数とほぼ一致している。
【００５７】
このように、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０の平均格子定数をＧａＮの格子定数と一致させることにより、後述の歪補償効果がより大きくなる。
【００５８】
上記の第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、前述のようにＩｎＮの格子定数がＧａＮの格子定数に比べて大きいことから、第１のアンドープＧａＮ層３上の各ＩｎＧａＮ膜３０ａにおいて圧縮歪が生じる。一方、前述のようにＡｌＮの格子定数がＧａＮの格子定数に比べて小さいことから、第１のアンドープＧａＮ層３上の各ＡｌＧａＮ膜３０ｂにおいて引張り歪が生じる。
【００５９】
このような圧縮歪を有するＩｎＧａＮ膜３０ａと引張り歪を有するＡｌＧａＮ膜３０ｂとが交互に複数積層されてなる第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、第１のアンドープＧａＮ層３から伝播した貫通欠陥が圧縮歪および引張り歪を繰り返し受けるため、貫通欠陥が横方向に折れ曲がる。この横方向に折れ曲がった貫通欠陥は互いに相殺しあう。このような歪補償効果により、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、貫通欠陥の低減が図られる。
【００６０】
ここで、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、第１のアンドープＧａＮ層３上にまず初めに基板温度８００℃でＩｎＧａＮ膜３０ａを成長させ、続いて基板温度８００℃でＡｌＧａＮ膜３０ｂを成長させている。この場合、基板温度８００℃で成長させたＩｎＧａＮは基板温度８００℃で成長させたＡｌＧａＮに比べて結晶性が良好であることから、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０において初めに形成されたＩｎＧａＮ膜３０ａは、ＡｌＧａＮ膜３０ｂに比べて良好な結晶性を有する。
【００６１】
図３に示すような多層膜構造を有する第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、初めに成長させた膜の結晶性が、その上に積層する膜の結晶性にも影響する。したがって、初めに結晶性の良好なＩｎＧａＮ膜３０ａを成長させてなる第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、この膜３０ａの上に続けて成長させたＡｌＧａＮ膜３０ｂおよびＩｎＧａＮ膜３０ａの結晶性が向上する。それにより、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、結晶性の向上が図られる。
【００６２】
また、本実施例においては、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を構成するＡｌＧａＮ膜３０ｂが５層である。このため、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、ＡｌＧａＮ膜の過剰な積層が原因となって発生する結晶性の劣化が生じない。
【００６３】
以上のように、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０において良好な結晶性が実現されるため、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に成長させた第２のアンドープＧａＮ層４において、格子欠陥２０の低減が図られる。この場合、第２のアンドープＧａＮ層４の欠陥密度は５．０×１０9 ｃｍ-2である。
【００６４】
続いて、図４（ｃ）に示すように、第２のアンドープＧａＮ層４上に第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０を形成し、さらにその上に第３のアンドープＧａＮ層５を成長させる。
【００６５】
この第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０は、図３に示す第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０と同様の構造を有する。すなわち、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０は、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜が順に積層されて対になったものが合計５対積層されてなる。
【００６６】
第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０のＩｎＧａＮ膜は膜厚２５ÅのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる。また、ＡｌＧａＮ膜は膜厚２５ÅのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる。
【００６７】
このように、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、ＩｎＧａＮ膜におけるＩｎ組成が５％であり、かつＡｌＧａＮ膜におけるＡｌ組成が２５％である。したがって、図６に示すように、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の平均格子定数がＧａＮの平均格子定数とほぼ一致している。このような第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、後述の補償効果がより大きくなる。
【００６８】
第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０の場合と同様、第２のアンドープＧａＮ層４上の各ＩｎＧａＮ膜において圧縮歪が生じるとともに、各ＡｌＧａＮ膜において引張り歪が生じる。
【００６９】
このような圧縮歪を有するＩｎＧａＮ膜と引張り歪を有するＡｌＧａＮ膜とが交互に積層されてなる第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、第２のアンドープＧａＮ層４から伝播した貫通欠陥が圧縮歪および引張り歪を繰り返し受けるため、貫通欠陥が横方向に折れ曲がる。この横方向に折れ曲がった貫通欠陥は互いに相殺しあう。このような歪補償効果により、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、貫通欠陥の低減が図られる。
【００７０】
ここで、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、第２のアンドープＧａＮ層４上にまず初めに基板温度８００℃でＩｎＧａＮ膜を成長させ、続いて基板温度８００℃でＡｌＧａＮ膜を成長させている。この場合、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０において初めに形成された膜、すなわちＩｎＧａＮ膜において、ＡｌＧａＮ膜よりも良好な結晶性が得られる。
【００７１】
このように、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、初めに結晶性の良好なＩｎＧａＮ膜を成長させるため、このＩｎＧａＮ膜上に続けて成長させたＡｌＧａＮ膜およびＩｎＧａＮ膜の結晶性が向上する。したがって、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、結晶性の向上が図られる。
【００７２】
また、本実施例においては、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０を構成するＡｌＧａＮ膜が５層である。このため、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、ＡｌＧａＮ膜の過剰な積層が原因となって発生する結晶性の劣化が生じない。
【００７３】
以上のように、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０において良好な結晶性が実現されるため、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０上に成長させた第３のアンドープＧａＮ層５において、格子欠陥２０の低減が図られる。この場合、第３のアンドープＧａＮ層５の欠陥密度は３．０×１０8 ｃｍ-2である。
【００７４】
さらに、図４（ｄ）に示すように、第３のアンドープＧａＮ層５上に第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０を形成し、さらにその上に第４のアンドープＧａＮ層６を成長させる。
【００７５】
この第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０は、図３に示す第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０と同様の構造を有する。すなわち、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０は、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜が順に積層されて対になったものが合計５対積層されてなる。
【００７６】
第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０のＩｎＧａＮ膜は膜厚２５ÅのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる。また、ＡｌＧａＮ膜は膜厚２５ÅのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる。このように、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、ＩｎＧａＮ膜におけるＩｎ組成が５％でありかつＡｌＧａＮ膜におけるＡｌ組成が２５％である。したがって、図６に示すように、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の平均格子定数がＧａＮの平均格子定数とほぼ一致している。このような第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、後述の歪補償効果がより大きくなる。
【００７７】
第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０の場合と同様、第３のアンドープＧａＮ層５上の各ＩｎＧａＮ膜において圧縮歪が生じるとともに、各ＡｌＧａＮ膜において引張り歪が生じる。
【００７８】
このような圧縮歪を有するＩｎＧａＮ膜と引張り歪を有するＡｌＧａＮ膜とが交互に積層されてなる第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、第２のアンドープＧａＮ層４から伝播した貫通欠陥が圧縮歪および引張り歪を繰り返し受けるため、貫通欠陥が横方向に折れ曲がる。この横方向に折れ曲がった貫通欠陥は互いに相殺しあう。このような歪補償効果により、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、貫通欠陥の低減が図られる。
【００７９】
ここで、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、第３のアンドープＧａＮ層４上にまず初めに基板温度８００℃でＩｎＧａＮ膜を成長させ、続いて基板温度８００℃でＡｌＧａＮ膜を成長させている。この場合、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０において初めに形成された膜、すなわちＩｎＧａＮ膜において、ＡｌＧａＮ膜よりも良好な結晶性が得られる。
【００８０】
このように、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、初めに結晶性の良好なＩｎＧａＮ膜を成長させるため、このＩｎＧａＮ膜上に続けて成長させたＡｌＧａＮ膜およびＩｎＧａＮ膜の結晶性が向上する。したがって、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０においては、結晶性の向上が図られる。
【００８１】
また、本実施例においては、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０を構成するＡｌＧａＮ膜が５層である。このため、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０においては、ＡｌＧａＮ膜の過剰な積層が原因となって発生する結晶性の劣化が生じない。
【００８２】
以上のように、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０において良好な結晶性が実現されるため、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０上に成長させた第４のアンドープＧａＮ層６において、格子欠陥２０の低減が図られる。この場合、第４のアンドープＧａＮ層６の欠陥密度は１．０×１０8 ｃｍ-2である。
【００８３】
上記のようにして各層２〜６を成長させた後、図１に示す素子構造１００を以下の方法により作製する。
【００８４】
素子構造１００の作製時には、まず第４のアンドープＧａＮ層６上に各層７〜１５を成長させる。各層７〜１５の成長条件は表２に示す通りである。
【００８５】
【表２】
0003778765.tif 000003
【００８６】
次に、ｐ−コンタクト層１５からｎ−コンタクト層７までの一部領域をエッチングして除去し、ｎ−コンタクト層７を露出させる。露出したｎ−コンタクト層７上にｎ電極５１を形成する。また、ｐ−コンタクト層１５の所定領域上にｐ電極５２を形成する。さらに、共振器端面を形成して共振器構造を形成する。最後に、サファイア基板１とともに各層２〜１５を分割し、個々の半導体レーザ素子５００に分離する。
【００８７】
このようにして、図１に示す半導体レーザ素子５００が作製される。
上記の方法により作製された半導体レーザ素子５００においては、第１から第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０，４０，５０により格子欠陥を低減できるため、第１から第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０，４０，５０上に形成された第２〜第４のアンドープＧａＮ層４〜６において、結晶性の向上が図られる。
【００８８】
特に、この場合においては、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層上にアンドープＧａＮ層が積層された構造を１周期として、この積層構造が３周期形成されている。したがって、１周期目で低減されなかった格子欠陥２０は２周期目で低減され、さらに２周期目で低減されなかった格子欠陥２０は３周期目で低減される。このように、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびアンドープＧａＮ層の積層構造を複数周期で形成することにより、重複して格子欠陥２０を低減することができる。したがって、３周期目の第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０上に形成された第４のアンドープＧａＮ層６においては、格子欠陥２０が効果的に低減される。
【００８９】
半導体レーザ素子５００においては、上記のように格子欠陥２０が低減されて良好な結晶性を有する第４のアンドープＧａＮ層６上に素子構造１００が形成されている。このため、素子構造１００を構成する各層７〜１５において良好な結晶性が得られる。それにより、半導体レーザ素子５００においては、リーク電流の発生、不純物の拡散等が防止され、良好な素子特性が実現される。
【００９０】
例えば、格子欠陥２０が低減された半導体レーザ素子５００では、リーク電流の発生が防止されるため、動作電流が低減される。このため、素子の劣化が抑制され、素子の寿命が長くなる。
【００９１】
また、半導体レーザ素子５００においては、選択成長マスクを用いることなく容易に格子欠陥２０を低減することができる。このため、半導体レーザ素子５００は容易に製造が可能であり、低コストでの製造が可能となる。
【００９２】
続いて、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層に関して、格子欠陥を低減するための最適な条件について検討を行った。ここでは、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層におけるＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の厚さ、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層におけるＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の数、ならびにＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮからなる積層構造を形成する周期について調べた。
【００９３】
まず、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層におけるＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の厚さの検討を以下の方法により行った。
【００９４】
この場合、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１上にバッファ層２および第１のアンドープＧａＮ層３を成長させた。このようにして形成した第１のアンドープＧａＮ層３には１×１０11ｃｍ-2の格子欠陥２０が存在していた。
【００９５】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１のアンドープＧａＮ層３上に図３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層層３０を成長させ、さらにその上に第２のアンドープＧａＮ層４を成長させた。
【００９６】
ここで、この場合においては、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層層３０の成長時にＩｎ0.05Ｇａ0.95ＮからなるＩｎＧａＮ膜３０ａの膜厚、およびＡｌ0.25Ｇａ0.75ＮからなるＡｌＧａＮ膜３０ｂの膜厚を変化させ、ＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂの膜厚がそれぞれ異なる複数のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を形成した。なお、この場合においては、ＩｎＧａＮ膜３０ａの膜厚とＡｌＧａＮ膜３０ｂの膜厚とを等しくしている。
【００９７】
ＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂの膜厚がそれぞれ異なる複数のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に形成した各々の第２のアンドープＧａＮ層４について、格子欠陥２０の欠陥密度を調べた。その結果を図７に示す。
【００９８】
図７は、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０におけるＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂの厚さと、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に形成された第２のアンドープＧａＮ層４の欠陥密度との関係を示す図である。
【００９９】
図７に示すように、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０におけるＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂの膜厚の各々が５〜７０Åの場合に、第２のアンドープＧａＮ層４の欠陥密度が１×１０10ｃｍ-2以下となる。また、ＩｎＧａＮ膜３０ａおよびＡｌＧａＮ膜３０ｂの膜厚の各々が５〜４０Åの範囲内において、第２のアンドープＧａＮ４の欠陥密度が著しく低減される。
【０１００】
以上のことから、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層においては、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の各々の膜厚を５〜７０Åとすることが好ましく、特に５〜４０Åとすることが好ましい。それにより、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層上に成長させたＧａＮ層において、格子欠陥２０を効果的に低減することが可能となる。
【０１０１】
次に、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層を構成するＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の数の検討を以下の方法により行った。
【０１０２】
この場合、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１上にバッファ層２および第１のアンドープＧａＮ層３を成長させた。このようにして形成したアンドープ第１のＧａＮ層３には１×１０11ｃｍ-2の格子欠陥２０が存在していた。
【０１０３】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１のアンドープＧａＮ層３上に、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる膜厚２０ÅのＩｎＧａＮ膜とＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる膜厚２０ÅのＡｌＧａＮ膜とをこの順で交互に積層してなるＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を成長させた。さらに、このＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に第１のアンドープＧａＮ層４を成長させた。
【０１０４】
なお、ここでは、ＩｎＧａＮ膜とＡｌＧａＮ膜とを１対とし、この対の数がそれぞれ異なる複数のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を形成した。
【０１０５】
ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の対の数がそれぞれ異なるＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に形成した各々の第２のアンドープＧａＮ層４について、格子欠陥２０の欠陥密度を調べた。その結果を図８に示す。
【０１０６】
図８は、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０におけるＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の対の数と、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に形成された第２のアンドープＧａＮ層４の欠陥密度との関係を示す図である。
【０１０７】
図８に示すように、２対以上９対以下のＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜を含むＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を形成した場合、第２のアンドープＧａＮ層４の欠陥密度が１×１０10ｃｍ-2以下となる。また、３〜６対のＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜を含むＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を形成した場合には、第２のアンドープＧａＮ層４の欠陥密度が著しく低減される。一方、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜を１０対以上含むＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層においては、欠陥密度の低減効果が減少した。
【０１０８】
このことから、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０においては、ＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜からなる対を２対以上９対以下設けることが好ましく、特に３〜６対設けることが好ましい。それにより、第２のアンドープＧａＮ層４において、格子欠陥２０を効果的に低減することが可能となる。
【０１０９】
続いて、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を形成する周期の検討を以下の方法により行った。
【０１１０】
この場合、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１上にバッファ層２および第１のアンドープＧａＮ層３を成長させた。このようにして形成した第１のアンドープＧａＮ層３には１×１０11ｃｍ-2の格子欠陥２０が存在していた。
【０１１１】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１のアンドープＧａＮ層３上に、図３に示す構造を有する第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０を成長させた。
【０１１２】
なお、この場合の第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０は、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる膜厚２０ÅのＩｎＧａＮ膜３０ａとＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる膜厚２０ÅのＡｌＧａＮ膜３０ｂとが対になったものが合計５対積層されてなる。
【０１１３】
さらに、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０上に、第２のアンドープＧａＮ層４を成長させ、この第２のアンドープＧａＮ層４の欠陥密度を求めた。このようにして、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を１周期形成した場合の欠陥の低減効果を調べた。
【０１１４】
続いて、図４（ｃ）に示すように、第２のアンドープＧａＮ層４上に第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０を成長させた。なお、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０の構造は、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０の構造と同様である。
【０１１５】
さらに、第２のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層４０上に、第３のアンドープＧａＮ層５を成長させ、この第３のアンドープＧａＮ層５の欠陥密度を求めた。このようにして、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を２周期形成した場合の欠陥の低減効果を調べた。
【０１１６】
さらに、図４（ｄ）に示すように、第３のアンドープＧａＮ層５上に第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０を成長させた。なお、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０の構造は、第１のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層３０の構造と同様である。
【０１１７】
さらに、第３のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層５０上に第４のアンドープＧａＮ層６を成長させ、この第４のアンドープＧａＮ層６の欠陥密度を求めた。このようにして、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を３周期形成した場合の欠陥の低減効果を調べた。
【０１１８】
以下、同様にして、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を４周期以上形成した場合についても欠陥の低減効果を調べた。その結果を図９に示す。
【０１１９】
図９は、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を形成する周期と、各ＧａＮ層の欠陥密度との関係を示す図である。
【０１２０】
図９に示すように、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を２周期以上形成した場合においては、各周期における欠陥の低減効果が重複されるため、欠陥密度が著しく低減された。ここでは、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を２周期以上形成した場合に、ＧａＮ層の欠陥密度が５．０×１０9 ｃｍ-2程度まで減少した。
【０１２１】
このことから、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造は２周期以上形成することが好ましい。それにより、ＧａＮ層において、格子欠陥を効果的に低減することが可能となる。
【０１２２】
なお、上記の実施例の半導体レーザ素子５００においては、基板としてサファイア基板１を用いているが、ＳｉＣ基板等のサファイア以外の基板を用いてもよい。この場合においても、上記と同様の効果が得られる。
【０１２３】
また、半導体レーザ素子５００の各層の組成は上記に限定されるものではなく、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＢおよびＴｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成されていればよい。
【０１２４】
なお、超格子欠陥低減層に隣接する層は、少なくともＧａを含む。すなわち、超格子欠陥低減層に隣接する層はＡｌx Ｂy Ｉｎz Ｔｌw Ｇａ1-x-y-z-w （０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１，０≦ｗ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＜１）から構成される。なお、超格子欠陥低減層に隣接する層の各々が異なる組成を有していてもよい。さらには、不純物をドープした層としてもよい。
【０１２５】
また、超格子欠陥低減層は、少なくともＡｌおよびＧａを含む膜と、この膜とは異なる格子定数を有しかつ少なくともＩｎおよびＧａを含む膜とにより構成されていればよい。なお、この場合、各膜の格子定数の平均が、超格子欠陥低減層に隣接する層の格子定数とほぼ一致することが好ましい。さらには、不純物をドープした層としてもよい。
【０１２６】
上記の実施例においては、本発明を半導体レーザ素子に適用した場合について説明したが、本発明は半導体レーザ素子以外の半導体素子にも適用可能である。
【０１２７】
【実施例】
実施例においては、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびアンドープＧａＮ層からなる積層構造が３周期形成された図１の半導体レーザ素子５００を作製し、この半導体レーザ素子５００の素子寿命を調べた。
【０１２８】
また、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびアンドープＧａＮ層からなる積層構造が１周期形成された点を除いて半導体レーザ素子５００と同様の構造を有する半導体レーザ素子、ならびにこの積層構造が２周期形成された点を除いて半導体レーザ素子５００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製し、この半導体レーザ素子の素子寿命について調べた。
【０１２９】
なお、半導体レーザ素子の駆動条件は、周波数１ｋＨｚ、デューティー比１０％のパルス駆動である。
【０１３０】
なお、実施例のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層においては、膜厚５０ÅのＩｎ0.05Ｇａ0.95ＮからなるＩｎＧａＮ膜および膜厚５０ÅのＡｌ0.3 Ｇａ0.7 ＮからなるＡｌＧａＮ膜が合計８対形成されている。
【０１３１】
比較のため、図１のアンドープＧａＮ層３上に素子構造１００が形成された半導体レーザ素子を作製し、この半導体レーザ素子の素子寿命について調べた。
【０１３２】
以上の結果を図１０に示す。
図１０に示すように、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層を設けることにより、半導体レーザ素子の寿命の向上が図られる。特に、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造を２周期以上形成した場合においては、著しく半導体レーザ素子の寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子の製造工程を示す模式的工程断面図である。
【図３】図１に示す半導体レーザ素子の製造工程を示す模式的な部分拡大断面図である。
【図４】図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図５】ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層におけるＩｎＧａＮ膜とＡｌＧａＮ膜との格子定数の関係を示す図である。
【図６】ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層の平均格子定数がＧａＮの格子定数と等しくなる場合のＡｌＧａＮ膜におけるＡｌ組成とＩｎＧａＮ膜におけるＩｎ組成の関係を示す図である。
【図７】ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層におけるＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜との膜厚と欠陥密度との関係を示す図である。
【図８】ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層におけるＩｎＧａＮ膜およびＡｌＧａＮ膜の対の数と欠陥密度との関係を示す図である。
【図９】ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層およびＧａＮ層からなる積層構造の周期と欠陥密度との関係を示す図である。
【図１０】実施例の結果を示す図である。
【図１１】格子欠陥を低減するための従来の方法を示す図である。
【符号の説明】
１  サファイア基板
２  バッファ層
３，４，５，６  アンドープＧａＮ層
７  ｎ−コンタクト層
８  ｎ−クラック防止層
９  ｎ−クラッド層
１０  ｎ−ガイド層
１１  発光層
１２  ｐ−キャリアブロック層
１３  ｐ−ガイド層
１４  ｐ−クラッド層
１５  ｐ−コンタクト層
３０，４０，５０  ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子欠陥低減層
３０ａ  ＩｎＧａＮ膜
３０ｂ  ＡｌＧａＮ膜
１００  半導体レーザ素子構造
５００  半導体レーザ素子
【図１】
0003778765.tif 000004
【図２】
0003778765.tif 000005
【図３】
0003778765.tif 000006
【図４】
0003778765.tif 000007
【図５】
0003778765.tif 000008
【図６】
0003778765.tif 000009
【図７】
0003778765.tif 000010
【図８】
0003778765.tif 000011
【図９】
0003778765.tif 000012
【図１０】
0003778765.tif 000013
【図１１】
0003778765.tif 000014