JP2002158405A

JP2002158405A - 窒化物半導体発光素子、光ピックアップ装置、および、発光装置

Info

Publication number: JP2002158405A
Application number: JP2000351003A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Tsuda; 有三津田; Shigetoshi Ito; 茂稔伊藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】界面の急峻性を改善することにより、発光効
率の高い窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z井戸層（０
＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．３）と、前記井戸層に接しＩｎを含
有する窒化物半導体障壁層と、を有して構成される発光
層を有する窒化物半導体発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発光効率の高い窒化
物半導体発光素子と、その窒化物半導体発光素子を用い
た光ピックアップ装置、および、発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１０−２７０８０４号において、
ＧａＮＡｓ（またはＧａＮＰあるいはＧａＮＳｂ）井戸
層／ＧａＮ障壁層を発光層とする窒化物半導体発光素子
が報告された。

【０００３】しかしながら、上述の窒化物半導体発光素
子は、ＧａＮＡｓ井戸層とＧａＮ障壁層との界面におい
て急峻性が損なわれていた。このため発光半値幅の増大
を招き、さらには、色むらの増大、発光強度の低下（ま
たは利得の減少）を引き起こしていた。また、該井戸層
と該障壁層との界面の急峻性が損なわれていたというこ
とは、これら複数層からなる多重量子井戸構造の作製が
困難であったことも示唆していた。しかも、ＧａＮＡｓ
井戸層／ＧａＮ障壁層における問題は、ＧａＮＰ井戸層
／ＧａＮ障壁層や、ＧａＮＳｂ井戸層／ＧａＮ障壁層に
ついても同様であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題を
解決するものであり、界面の急峻性を改善することによ
り、発光効率の高い窒化物半導体発光素子を提供すると
ともに、その窒化物半導体発光素子を用いた光ピックア
ップ装置、および、発光装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る窒化物半導
体障壁層は、ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z井戸層（０＜
ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．３）と、前記井戸層に接しＩｎを含有
する窒化物半導体障壁層と、を有して構成される発光層
を有する窒化物半導体発光素子である。本発明の以下の
説明において、発光層とは、光を発する効果に関与する
層であって、井戸層と障壁層から構成されているものと
定義する。ここで、井戸層と障壁層のバンドギャップエ
ネルギーは、井戸層バンドギャップエネルギー＜障壁層
バンドギャップエネルギーの関係があるものとする。

【０００６】また、前記窒化物半導体障壁層の、ＩＩＩ
族元素に対するＩｎ組成比が０．１％以上１５％以下で
あることが好適である。

【０００７】また、前記窒化物半導体障壁層中に、Ａ
ｓ、ＰもしくはＳｂのうち少なくともいずれか一つの元
素を含有することが好適である。

【０００８】また、前記窒化物半導体障壁層中のＶ族元
素に対するＡｓ、Ｐ、Ｓｂの組成比の総和が２×１０^-5
％以上２０％以下であることが好適である。

【０００９】また、発光層を構成している井戸層の層数
が２層以上１０層以下であることが可能である。

【００１０】また、窒化物半導体基板上もしくは擬似Ｇ
ａＮ基板上に前記発光層を有する発光素子を形成するこ
とが好適である。

【００１１】本明細書で説明される窒化物半導体基板と
は、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ+ｙ+ｚ＝１）で構成された基板
である。前記窒化物半導体基板は、前記窒化物半導体基
板を構成している窒素元素の約１０％以下（ただし、六
方晶系であること）が、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群の
うち少なくとも何れかの元素で置換されても構わない。
また、前記窒化物半導体基板は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、
Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ，Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅの不純物群のう
ち、少なくとも何れかの不純物が添加されても構わな
い。前記窒化物半導体基板がｎ型導電性を有するための
不純物は、前記不純物群のうち、Ｓｉ、ＯおよびＣｌの
何れかが特に好ましい。

【００１２】本明細書で説明される擬似ＧａＮ基板と
は、例えば図２の擬似ＧａＮ基板２００のように、少な
くとも、窒化物半導体膜が結晶成長するための種基板２
０１と、窒化物半導体膜が結晶成長されにくい成長抑制
膜２０４で構成された基板であり、あるいは、図３
（ｂ）の擬似ＧａＮ基板２００ａのように、基板もしく
は窒化物半導体膜が溝状にエッチングされ、その後、前
記溝が窒化物半導体で被覆された基板である。

【００１３】また、井戸層の層厚が３ｎｍ以上２０ｎｍ
以下であり、かつ、障壁層の層厚が３ｎｍ以上２０ｎｍ
以下であることが好適である。

【００１４】また、井戸層の層厚が０．４ｎｍ以上２０
ｎｍ以下であり、かつ、障壁層の層厚が１ｎｍ以上２０
ｎｍ以下であることが好適である。

【００１５】また、前記発光層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｓ、
Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇのうち少なくともいずれか
一つを含む不純物を、その総添加量が１×１０¹⁶以上１
×１０ ²⁰／ｃｍ³以下になるように添加することが可能
である。

【００１６】また、本発明に係る光ピックアップ装置
は、本発明に係る窒化物半導体発光素子を用いた光ピッ
クアップ装置である。

【００１７】また、本発明に係る発光装置は、本発明に
係る窒化物半導体発光素子を用いた発光装置である。

【００１８】また、本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法は、前記窒化物半導体障壁層の構成元素が、
前記井戸層の構成元素を包括して作製される窒化物半導
体発光素子の製造方法である。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、従来の発光層と本発明の発
光層とを比較し、その後、本発明の実施の形態（レーザ
ダイオード）について述べる。

【００２０】特開平１０−２７０８０４号における従来
のＧａＮＡｓ井戸層／ＧａＮ障壁層の界面の状態を知る
ために、同構造をＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）によ
る分析を行った。

【００２１】前記井戸層と前記障壁層とを共にＧａＮＡ
ｓ井戸層の適正成長温度範囲内（６００℃〜８００℃）
で作製した場合、ＧａＮＡｓ井戸層上のＧａＮ障壁層界
面ではＡｓは急峻に変化していたが、ＧａＮ障壁層上の
ＧａＮＡｓ井戸層の界面ではＡｓの急峻性が顕著に損な
われていた。

【００２２】一方、前記井戸層はＧａＮＡｓ井戸層の適
正成長温度範囲内（６００〜８００℃）で作製し、前記
障壁層はＧａＮの適正成長温度（９００℃以上）で作製
した場合、上述した現象とは逆に、ＧａＮ障壁層上のＧ
ａＮＡｓ井戸層の界面ではＡｓは急峻に変化し、ＧａＮ
Ａｓ井戸層上のＧａＮ障壁層の界面では急峻性が顕著に
損なわれていた。

【００２３】以上のことから、従来のＧａＮＡｓ井戸層
／ＧａＮ障壁層を用いた発光素子では、成長条件（成長
温度）をコントロールしたとしても、ＧａＮ障壁層上の
ＧａＮＡｓ井戸層の界面急峻性とＧａＮＡｓ井戸層上の
ＧａＮ障壁層の界面急峻性を同時に改善することができ
なかった。すなわち、従来の発光層では、界面の乱れに
起因した発光半値幅の増大（色むらの増大）、発光強度
の低下（閾値電流密度の増大または発光強度の低下）を
招いていた。また、該井戸層と該障壁層の界面の急峻性
が損なわれるということは、これら複数層からなる多重
量子井戸構造の作製が困難であったことも示唆してい
た。なお、以上の説明は、ＧａＮＡｓ井戸層／ＧａＮ障
壁層に限らず、ＧａＮＰ井戸層／ＧａＮ障壁層やＧａＮ
Ｓｂ井戸層／ＧａＮ障壁層についても同様であった。

【００２４】（本発明の発光層）本発明では、ＧａＮＡ
ｓ井戸層（ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z井戸層（０＜ｘ
＋ｙ＋ｚ≦０．３）であれば同様である）に接する窒化
物半導体障壁層にＩｎを含有させることによって、前述
の課題を解決する。ここで、Ｉｎを含む窒化物半導体障
壁層とは、たとえば、ＩｎＧａＮ障壁層、ＩｎＧａＮＡ
ｓ障壁層、ＩｎＧａＮＰ障壁層、ＩｎＧａＮＳｂ障壁
層、ＩｎＧａＮＡｓＰ障壁層、ＩｎＧａＮＡｓＰＳｂ障
壁層である。

【００２５】本発明の発光層のＳＩＭＳ測定を行った結
果を図９、図１０および図１１を用いて説明する。図９
は、ＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮ障壁層のＳＩＭＳ測
定を行った結果である。図１０は、ＧａＮＡｓ井戸層／
ＩｎＧａＮＡｓ障壁層のＳＩＭＳ測定を行った結果であ
る。図１１は、ＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮＰ障壁層
のＳＩＭＳ測定を行った結果である。

【００２６】図９は、ＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮ障
壁層を共に同じ成長温度（８００℃）で作製したときの
ＳＩＭＳ結果である。図９からわかるように、本発明の
障壁層を用いることによって、界面の急峻性が改善され
ていることがわかる。このことは、これら複数層からな
る多重量子井戸構造の作製が可能であることも示してい
る。以上の効果は、井戸層がＧａＮＰ、ＧａＮＳｂ、Ｇ
ａＮＡｓＰ、ＧａＮＡｓＰＳｂであっても同様の効果を
得ることができる。また、井戸層と障壁層の各成長温度
は同一成長温度に限るものではなく、６００℃〜８００
℃の成長温度範囲であれば図９と同様の結果を得ること
ができる。

【００２７】図１０は、ＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮ
Ａｓ障壁層を共に同じ成長温度（８００℃）で作製した
ときのＳＩＭＳ結果である。図１０からもわかるよう
に、本発明の障壁層を用いることによって、界面の急峻
性が改善されていることがわかる。このことは、これら
複数層からなる多重量子井戸構造の作製が可能であるこ
とも示している。以上の効果は、井戸層／障壁層の組み
合わせが、ＧａＮＰ井戸層／ＩｎＧａＮＰ障壁層、Ｇａ
ＮＳｂ井戸層／ＩｎＧａＮＳｂ障壁層、ＧａＮＡｓＰ井
戸層／ＩｎＧａＮＡｓＰ障壁層、ＧａＮＡｓＰＳｂ井戸
層／ＩｎＧａＮＡｓＰＳｂ障壁層であっても同様のＳＩ
ＭＳ結果を得ることが可能である。また、井戸層と障壁
層の各成長温度は同一成長温度に限るものではなく、６
００℃〜８００℃の成長温度範囲であれば図１０と同様
の結果を得ることが可能である。

【００２８】図１１は、ＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮ
Ｐ障壁層を共に同じ成長温度（８００℃）で作製したと
きのＳＩＭＳ結果である。図１１からもわかるように、
本発明の障壁層を用いることによって、界面の急峻性が
改善されていることがわかる。このことは、これら複数
層からなる多重量子井戸構造の作製が可能であることも
示している。以上の効果は、井戸層／障壁層の組み合わ
せが、ＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮＡｓＰ障壁層、Ｇ
ａＮＰ井戸層／ＩｎＧａＮＡｓ障壁層、ＧａＮＰ井戸層
／ＩｎＧａＮＡｓＰ障壁層、ＧａＮＡｓＰ井戸層／Ｉｎ
ＧａＮＡｓ障壁層、ＧａＮＡｓＰ井戸層／ＩｎＧａＮＰ
障壁層であっても図１１と同様の急峻なＳＩＭＳ波形図
を得ることが可能である。また、井戸層と障壁層の各成
長温度は同一成長温度に限るものではなく、６００℃〜
８００℃の成長温度範囲であれば図１１と同様の結果を
得ることが可能である。

【００２９】以上、本発明の発光層を用いることによっ
て界面の急峻生が改善され得る。（ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z井戸層における、Ａｓ、
ＰまたはＳｂの添加量について）本発明の窒化物半導体
発光素子に係るＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z井戸層は、
ＧａＮ結晶中に、Ａｓ、ＰもしくはＳｂから選択される
１種類以上の元素が添加される。これらの元素の総添加
量ｘ＋ｙ＋ｚ（組成比）は３０％以下であり、好ましく
は２０％以下である。なぜならば、Ａｓ、ＰもしくはＳ
ｂの総添加量ｘ＋ｙ＋ｚが２０％よりも高くなると、井
戸層内のある領域ごとにＡｓ、ＰもしくはＳｂによる組
成比が異なる相分離が次第に起き始め、さらに前記総添
加量ｘ＋ｙ＋ｚが３０％よりも高くなると、今度は前記
相分離から六方晶系と立方晶系が混在する結晶系分離に
移行し始めるからである。そして、このような結晶系分
離は、井戸層と障壁層との間の界面急峻性を大きく損な
う。また、井戸層中の結晶系分離を起こした領域の比率
が、およそ５０％以上を占めると井戸層としての結晶性
も大きく低下する。

【００３０】前記総添加量ｘ＋ｙ＋ｚの下限値は、本発
明の井戸層と障壁層との間の界面急峻性の観点からは特
に制約はない。しかしながら、前記総添加量ｘ＋ｙ＋ｚ
が０．０１％よりも小さくなると、井戸層にＡｓ、Ｐも
しくはＳｂを添加したことによる効果（閾値電流密度の
低減または発光強度の向上）が得られにくくなる可能性
がある。一方、前記総添加量ｘ＋ｙ＋ｚが０．１％以上
になると、井戸層にＡｓ、ＰもしくはＳｂを添加したこ
とによる効果（閾値電流密度の低減または発光強度の向
上）が顕著に現れ始める。

【００３１】（窒化物半導体障壁層のＩｎ含有量につい
て）障壁層にＩｎをどの程度添加すれば、本発明の効果
（界面の急峻性）が得られるかを図１２を用いて説明す
る。図１２は、ＧａＮＡｓ井戸層／Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ障壁
層構造を有する発光層またはＧａＮＰ井戸層／Ｉｎ_xＧ
ａ_1-xＮ障壁層構造を有する発光層の、Ｉｎ組成比に対
する界面揺らぎを測定したものである。さらに図１２で
は、前記発光層を積層した基板依存性についても示して
いる。

【００３２】ここで、界面揺らぎとは、ＳＩＭＳ測定の
２次イオン強度の最大値から最小値に至る深さ（層厚）
を表わしたのものである（図９参照）。図１２中の白丸
印はＧａＮ基板（窒化物半導体基板の一例である）上に
成長したＧａＮＰ井戸層／Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ障壁層からな
る発光層を、黒丸印はサファイア基板（窒化物半導体基
板以外の基板の一例である）上に成長したＧａＮＰ井戸
層／Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ障壁層からなる発光層を、それぞれ
表している。また、図１２中の白四角印はＧａＮ基板
（窒化物半導体基板の一例である）上に成長したＧａＮ
Ａｓ井戸層／Ｉｎ _xＧａ_1-xＮ障壁層からなる発光層を、
黒四角印はサファイア基板（窒化物半導体基板以外の基
板の一例である）上に成長したＧａＮＡｓ井戸層／Ｉｎ
_xＧａ_1-xＮ障壁層からなる発光層を、それぞれ表してい
る。

【００３３】図１２をみると、基板や井戸層の種類に依
らず（ただし、井戸層はＧａＮ_1-x- _y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z井
戸層（０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．３）に限る）、Ｉｎ組成比
ｘが２×１０^-4以上になると界面揺らぎが改善され始
め、Ｉｎ組成比ｘが０．００１以上でほぼ界面揺らぎが
一定となる。さらにＩｎ組成比ｘが０．１５を超えて高
くなると、逆に界面の揺らぎが大きくなった。厳密に言
えば、ＧａＮ基板上に成長した発光層は、Ｉｎ組成比ｘ
が０．２程度まで界面の揺らぎは小さかった。Ｉｎ組成
比が高くなり過ぎると界面揺らぎが大きくなったのは、
Ｉｎ偏析による相分離のためだと考えられる。したがっ
て、窒化物半導体障壁層の、ＩＩＩ族元素に対するＩｎ
組成比が０．１％以上１５％以下であることが好適であ
る。このときの発光半値幅は、窒化物半導体障壁層中に
Ｉｎを含有していないそれと比べて、約５０％以上減少
していた。図１２が示す効果は、井戸層をＧａＮＳｂに
替えても同様の効果を得ることが可能である。また、前
記窒化物半導体障壁層にＡｓ、Ｐ、Ｓｂの何れかの元素
が複数種含有されていても、前述と同様の効果を得るこ
とが可能である。

【００３４】（本発明の障壁層について）本発明の好ま
しい窒化物半導体障壁層は、ＩｎＧａＮ障壁層と、前記
ＩｎＧａＮ障壁層にＡｓ、Ｐ、Ｓｂの何れかの元素が含
有したＩｎＧａＮＡｓ障壁層、ＩｎＧａＮＰ障壁層、Ｉ
ｎＧａＮＳｂ障壁層、ＩｎＧａＮＡｓＰ障壁層、ＩｎＧ
ａＮＡｓＰＳｂ障壁層などである。ＩｎＧａＮ障壁層
は、Ｉｎの供給量のみを変えることによって作製するこ
とができるため、製造方法が容易であるため好ましい。

【００３５】ＩｎＧａＮ障壁層にＡｓ、Ｐ、Ｓｂの何れ
かの元素を含有したＩｎＧａＮＡｓ障壁層、ＩｎＧａＮ
Ｐ障壁層、ＩｎＧａＮＳｂ障壁層、ＩｎＧａＮＡｓＰ障
壁層、ＩｎＧａＮＡｓＰＳｂ障壁層は以下の点で好まし
い。Ａｓ、Ｐ、Ｓｂ原子は、Ｎ原子よりもＩＩＩ族原子
に対する吸着率が非常に高いため、Ｇａ原子とＮ原子と
が結合されずに窒化物半導体障壁層中に残ったＧａ原子
と容易に結合することができる（Ｎ抜けによる空格子欠
陥を防止することが可能である）。また、Ａｓ、Ｐ、Ｓ
ｂ原子はＮ原子よりも原子半径が大きいために障壁層中
のＮ抜けを防止することも可能である。しかも、障壁層
中にはＩｎが含有されていて、Ｉｎ原子はＧａ原子より
原子半径が大きいため、障壁層中に添加されたＡｓ、
Ｐ、Ｓｂ原子は障壁層から抜け出にくいと考えられる。
これらのことは、障壁層の結晶性を改善すると共に発光
層の界面急峻性がより改善される方向に寄与する。前記
窒化物半導体障壁層中のＶ族元素に対するＡｓ、Ｐ、Ｓ
ｂの組成比の総和は２×１０ ^-5％以上２０％以下である
ことが好ましい。２×１０^-5％は１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ
／ｃｍ³に相当する。ただし、該障壁層のバンドギャッ
プエネルギーが井戸層のそれを下回らないようにしなけ
ればならない。前記組成比の総和が２×１０^-5％よりも
少ないと、窒化物半導体障壁層中にＡｓ、Ｐ、Ｓｂを添
加したことによる前述の効果が得られにくい。一方、前
記組成比の総和が２０％よりも高くなると、障壁層の結
晶性が低下するために好ましくない。また、前記障壁層
の構成元素が井戸層の構成元素を全て含んでいると以下
の点において好ましい。障壁層のＩｎの供給を停止する
ことによって井戸層の作製が可能である。すなわち、Ｖ
族原料を切り換える必要がなく、発光層の界面急峻性が
容易にコントロールされ得る。このような発光層は、た
とえば、ＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮＡｓ障壁層であ
り、ＧａＮＰ井戸層／ＩｎＧａＮＰ障壁層であり、Ｇａ
ＮＳｂ井戸層／ＩｎＧａＮＳｂ障壁層であり、ＧａＮＡ
ｓＰ井戸層／ＩｎＧａＮＡｓＰ障壁層である。

【００３６】加えて、本発明の窒化物半導体障壁層は、
ＧａＮ障壁層中にＩｎと、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂの何れかの元
素を含有しているため、ＧａＮ光ガイド層のバンドギャ
ップエネルギーよりも障壁層のそれを小さくすることが
できる（図１５（ａ）、（ｂ）参照）。このことによ
り、従来（特開平１０−２７０８０４号）の発光層（図
１６）に比べてサブバンドによる多重量子井戸効果が得
やすく、かつ光ガイド層よりも屈折率が大きくなるので
光り閉じ込め効率も上がり、垂直横モードの特性（単峰
化）が良くなるという効果もある。

【００３７】（本発明の発光素子を成長する基板につい
て）本発明の発光層は、発光層を構成している障壁層に
Ｉｎが含有されるが、結晶中のＩｎ組成比が高くなると
Ｉｎ偏析による相分離を起こし易くなる。この相分離
は、同障壁層中にＩｎ組成比の高い領域とＩｎ組成比の
低い領域を形成するために、その上に結晶成長した井戸
層との界面が荒れてしまう。図１２のＩｎ組成比が高く
なる（サファイア基板を用いた場合はＩｎ組成比０．１
５よりも大きいとき、ＧａＮ基板を用いた場合はＩｎ組
成比０．２よりも大きいとき）と界面揺らぎが大きくな
ったのは、このためだと考えられる。したがって、本発
明の井戸層と障壁層の界面急峻性を改善するためには、
Ｉｎの含有量を制御することと（図１２）、Ｉｎの偏析
を防止し相分離自体を生じにくくさせる必要がある。

【００３８】Ｉｎの偏析を防止するためには、Ｉｎの偏
析要因である結晶中の欠陥密度を低減する必要がある。
なぜならば、欠陥の周辺部でＩｎが偏析し易いからであ
る。さらに、本発明者らの知見によると、Ａｓ、Ｐ、Ｓ
ｂ原子に関しても欠陥付近に偏析し易く、井戸層の結晶
性を低下させていることがわかった（結果的に、発光層
の発光効率を低下させ、閾値電流密度の増大に繋が
る）。つまり、結晶中の欠陥密度は障壁層だけでなく井
戸層に関しても少なくする必要がある。

【００３９】欠陥密度を低減する具体的な手法として、
本発明の発光層を成長するための基板を選択する。本発
明者らによる知見によれば、最も好ましい基板は、窒化
物半導体基板（特にＧａＮ基板）であった。窒化物半導
体基板上に成長した窒化物半導体膜のエッチピット密度
は約５×１０⁷／ｃｍ²以下であった。これは、従来の窒
化物半導体発光素子の基板として使用されていたサファ
イア基板やＳｉＣ基板のエッチピット密度（約４×１０
⁸／ｃｍ²以上）よりも小さい値である。ここで、エッチ
ピット密度とは、燐酸：硫酸＝１：３のエッチング液
（温度２５０℃）にエピウエハー（発光素子）を１０分
間浸し、該ウエハーの表面に形成されたピット密度を測
定したものである。このエッチピット密度はエピウエハ
ー表面のピット密度を測定しているため、厳密には発光
層の欠陥を測定しているわけではない。しかしながら、
エッチピット密度が高ければ発光層中の欠陥密度も同時
に高くなるため、エッチピット密度の測定は、発光層中
に欠陥が多いかどうかの指標と成り得る。

【００４０】次に好ましい基板は、擬似ＧａＮ基板であ
る。擬似ＧａＮ基板の製造方法などについては、実施例
１で詳細に述べる。擬似ＧａＮ基板上に成長した窒化物
半導体膜のエッチピット密度は、最も少ないエッチピッ
ト密度の領域で約７×１０⁷／ｃｍ²以下であった。これ
は、窒化物半導体基板上に成長した窒化物半導体膜のそ
れと近い値であった。しかしながら、擬似ＧａＮ基板
は、エッチピット密度の低い領域と高い領域が混在して
いるため、窒化物半導体基板に比べて発光素子の歩留ま
りが低下する傾向にある。他方、擬似ＧａＮ基板は、窒
化物半導体基板に比べて安価で大面積のものが得られる
という利点を有している。

【００４１】ＧａＮ基板（窒化物半導体基板の一例であ
る）上に成長した本発明の発光層が再び図１２を用いて
説明される。図１２をみると明らかなように、ＧａＮ基
板上に成長した発光層の方が、サファイア基板（窒化物
半導体基板以外の基板の一例である）上に成長したそれ
と比較して、界面揺らぎが小さく、しかもＩｎ組成比ｘ
が０．２含有されていても界面揺らぎが小さかった。こ
れは、欠陥密度の減少による障壁層中のＩｎ偏析を抑制
できたためだと考えられる。なお、擬似ＧａＮ基板にお
けるＩｎ組成比と界面揺らぎとの関係は、図１２中のＧ
ａＮ基板とほぼ同じであった。

【００４２】一方、ＧａＮ基板（窒化物半導体基板の一
例である）を利用したことによる発光層中のＡｓ、Ｐ、
Ｓｂの偏析抑制効果が、本発明の発光層にどのように寄
与したかは、図１３と図１４をみるとわかるように、発
光素子がレーザダイオードの場合は、閾値電流密度の低
減効果に、発光素子が発光ダイオードの場合は、発光強
度の増大にそれぞれ寄与している。

【００４３】（不純物について）本発明の発光層の、不
純物添加について述べる。フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）測定によれば、発光層中（障壁層と井戸層の両方）
にＳｉを添加した方が、ＰＬ発光強度が約１．２倍から
１．４倍程度強くなった。このことから、発光層中に不
純物を添加することによって発光素子の特性を向上させ
ることができた。本発明の井戸層を構成している要素は
Ｉｎを含まない結晶であり、Ｉｎによる局在準位が形成
されないために、発光強度は井戸層（井戸層の結晶性を
良好にするためには井戸層に接する障壁層も結晶性が良
好でなければならない）の結晶性に強く依存する。

【００４４】そのため、Ｓｉなどの不純物の添加によっ
て発光層の結晶性が向上したのではないかと考えられ
る。不純物は前記Ｓｉ以外にＯ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、
Ｃｄ、Ｍｇの群のうち何れかを添加しても同様の効果が
得られる。また、前記不純物の添加量は、その総添加量
が１×１０¹⁶〜１×１０²⁰／ｃｍ³であれば良く、前記
不純物群のうち、複数添加されても構わない。不純物の
添加量が１×１０¹⁶／ｃｍ³よりも少ないと、発光強度
の優位性が得られにくく、不純物の添加量が１×１０²⁰
／ｃｍ³よりも多いと、不純物自体を添加したことによ
る結晶中の欠陥密度が増大し、発光強度が低下し始める
ため好ましくない。

【００４５】特に、窒化物半導体基板以外の基板、たと
えばサファイア基板などの上に結晶成長を行う場合は、
欠陥（エッチピット密度４×１０⁸／ｃｍ²以上）が多
く、上記不純物の添加による効果が顕著であった。

【００４６】（本発明の井戸層の層数について）本発明
に係る窒化物半導体発光素子においては、Ｉｎを含有す
る窒化物半導体障壁層を用いることによって、従来のＧ
ａＮＡｓ井戸層／ＧａＮ障壁層などの界面急峻性を改善
することができた。すなわち、該井戸層と該障壁層との
界面急峻性が良好であるということは、これら複数層か
らなる多重量子井戸構造を作製することが可能であり、
前記多重量子井戸構造から得られる特性も好ましいもの
であると期待される。

【００４７】そこで、本発明の発光層を用いた多重量子
井戸レーザダイオードの、井戸層の層数とレーザ閾値電
流密度との関係、および、前記レーザダイオードを作製
した基板の依存性について説明する。図１３に発光層
（多重量子井戸構造）を構成している井戸層の層数とレ
ーザ閾値電流密度との関係を示す。図１３で用いた発光
層はＧａＮ_0.97Ｐ_0.03井戸層／Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁
層であった。図中の白丸印はサファイア基板（窒化物半
導体基板以外の基板の一例）を、黒丸印はＧａＮ基板
（窒化物半導体基板の一例）を用いたときのレーザ閾値
電流密度をそれぞれ表している。ＧａＮ基板上に作製し
たレーザダイオード素子の製造方法は以下の「本発明を
用いた窒化物半導体レーザの実施の形態」と同様であ
る。一方、サファイア基板上に作製したレーザダイオー
ド素子の作製方法は以下の実施例２と同様である。

【００４８】図１３によると、基板に依らず、井戸層の
層数が１０層以下のときに閾値電流密度が１０ｋＡ／ｃ
ｍ²以下になり、室温連続発振が可能であった。発振閾
値電流密度を更に低減するためには、２層以上６層以下
が好ましかった。本発明の障壁層を用いたことによって
良好な多重量子井戸構造を作製できることがわかった。

【００４９】さらに、図１３によれば、サファイア基板
上のレーザダイオード素子よりもＧａＮ基板上のそれの
方が、閾値電流密度が低くなることがわかった。これ
は、障壁層中の欠陥周辺部でＩｎによる偏析が抑制され
たことによる界面揺らぎの改善（図１２）と、井戸層中
の同じく欠陥周辺部でＡｓ、ＰまたはＳｂの偏析を抑制
できたことによる結晶性の改善のためだと考えられる。
なお、擬似ＧａＮ基板における井戸層の層数と閾値電流
密度との関係は、図１３中のＧａＮ基板（窒化物半導体
基板の一例）とほぼ同じであった。上記（図１３）は、
ＧａＮ_0.97Ｐ_0.03井戸層／Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層の
発光層について述べられたが、上記発光層以外にも、本
発明の要件を満足する発光層であれば、図１３に示す井
戸層数と閾値電流密度との関係を得ることが可能であ
る。

【００５０】続いて、本発明の発光層を用いた多重量子
井戸発光ダイオードの、井戸層の層数と発光強度との関
係、および、前記発光ダイオードを作製した基板の依存
性について説明する。図１４に発光層を構成している井
戸層の層数と発光強度との関係を示す。図１４で用いた
発光層はＧａＮ_0.94Ｐ_0.06井戸層／Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ
_0.995Ｐ_0.005障壁層であった。図１４中の発光強度は、
ｎ型ＧａＮ層／ＧａＮ _0.94Ｐ_0.06単一量子井戸層／ｐ型
ＧａＮ層からなる発光ダイオードの発光強度で規格化し
ている（破線）。また、図中の白丸印はサファイア基板
（窒化物半導体基板以外の基板の一例）を、黒丸印はＧ
ａＮ基板（窒化物半導体基板の一例）を、それぞれ用い
たときの発光強度について表している。ＧａＮ基板上に
作製した発光ダイオード素子およびサファイア基板上に
成長した発光ダイオード素子の製造方法については以下
に記す実施例３と同様である。

【００５１】この図から、発光強度の強い井戸層の層数
は、基板に寄らず、２層以上１０層以下であることがわ
かった。また、サファイア基板（窒化物半導体基板以外
の基板の一例）よりもＧａＮ基板（窒化物半導体基板の
一例）を用いることによって発光強度が向上することも
わかった。これは、障壁層中の欠陥周辺部でＩｎによる
偏析が抑制されたことによる界面揺らぎの改善（図１
２）と、井戸層中の同じく欠陥周辺部でＡｓ、Ｐまたは
Ｓｂの偏析を抑制できたことによる結晶性の改善のため
だと考えられる。なお、擬似ＧａＮ基板における井戸層
の層数と発光強度の関係は、図１４中のＧａＮ基板とほ
ぼ同じであった。スーパールミネッセントダイオード素
子についても図１４と同様の結果を得ることが可能であ
る。上記（図１４）は、ＧａＮ_0.94Ｐ_0.06井戸層／Ｉｎ
_0.01Ｇａ_0.99Ｎ_0.995Ｐ_0.005障壁層の発光層について述
べたが、上記発光層以外にも、本発明の要件を満足する
発光層であれば、図１４に示す井戸層数と発光強度の関
係を得ることが可能である。

【００５２】（本発明の井戸層と障壁層の層厚につい
て）窒化物半導体基板以外の基板（たとえばサファイア
基板やＳｉＣ基板）上に成長した本発明の井戸層の層厚
と障壁層の層厚は、ともに３ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好
ましい。井戸層の層厚が３ｎｍよりも薄くなると、界面
揺らぎの影響を受けやすくなる。図１２を参照すると、
窒化物半導体基板以外の基板上に成長した発光層の界面
揺らぎは、Ｉｎ組成比ｘ＝０．００１〜０．１５におい
て最大約１．５ｎｍであるため、井戸層の層厚は少なく
とも３ｎｍ以上が好ましい。一方、井戸層の層厚が２０
ｎｍよりも厚くなると量子井戸効果が得られにくくな
る。障壁層の層厚が３ｎｍよりも薄くなると前記の井戸
層と同じく界面揺らぎの影響を受けやすくなる。一方、
障壁層の層厚が２０ｎｍよりも厚くなるとＩｎの含有量
にもよるが障壁層の最表面が荒れやすくなる。

【００５３】次に、窒化物半導体基板（たとえばＧａＮ
基板）上に成長した本発明の井戸層の層厚と障壁層の層
厚は、井戸層の層厚が０．４ｎｍ以上２０ｎｍ以下であ
り、かつ、障壁層の層厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であ
ることが好ましい。窒化物半導体基板上に成長した場合
（図１２参照）、界面揺らぎは、Ｉｎ組成比ｘ＝０．０
０１〜０．１５においてほぼ０ｎｍと考えることができ
るため、上記の窒化物半導体基板以外の基板のように、
界面揺らぎによる下限値の制約を受けない。井戸層の層
厚が０．４ｎｍよりも薄くなると量子井戸効果によるキ
ャリアの閉じ込め準位が高くなり過ぎて発光効率が低下
してしまう。一方、井戸層の層厚が２０ｎｍよりも厚く
なると量子井戸効果が得られにくくなる。障壁層の層厚
が１ｎｍよりも薄くなると本発明のＩｎの添加による界
面の急峻性が十分に得られにくい。一方、障壁層の層厚
が２０ｎｍよりも厚くなるとＩｎの含有量にもよるが障
壁層の最表面が荒れやすくなる。

【００５４】（本発明を用いた窒化物半導体レーザの実
施の形態）以下に、本発明による発光層を用いた窒化物
半導体レーザ素子の製造方法が、「結晶成長」、その
「プロセス工程」および、その「パッケージ実装」に分
けて順次説明される。

【００５５】（結晶成長）図１は、Ｃ面（０００１）ｎ
型ＧａＮ基板１００、低温ＧａＮバッファ層１０１、ｎ
型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラック防
止層１０３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０４、
ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５、発光層１０６、ｐ型Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１０７、ｐ型ＧａＮ
光ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１
０９、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０、ｎ電極１１１、
ｐ電極１１２、ＳｉＯ₂誘電体膜１１３から構成されて
いる。

【００５６】まず、ＭＯＣＶＤ装置（有機金属気相成長
法）に、ｎ型ＧａＮ基板１００をセットし、Ｖ族原料の
ＮＨ₃（アンモニア）とＩＩＩ族原料のＴＭＧａ（トリ
メチルガリウム）を用いて、５５０℃の成長温度で低温
ＧａＮバッファ層１０１を１００ｎｍ成長する。次に、
１０５０℃の成長温度で前記原料にＳｉＨ₄（シラン）
を加え、ｎ型ＧａＮ層１０２（Ｓｉ不純物濃度１×１０
¹⁸／ｃｍ³）を３μｍ形成する。続いて、成長温度を７
００℃から８００℃程度に下げ、ＴＭＩｎ（トリメチル
インジウム）のＩＩＩ族原料の供給を行い、ｎ型Ｉｎ
_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラック防止層１０３を４０ｎｍ成長す
る。再び、基板温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＡｌ（ト
リメチルアルミニウム）のＩＩＩ族原料を用いて、０．
８μｍ厚のｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０４（Ｓ
ｉ不純物濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）を成長し、続いてｎ
型ＧａＮ光ガイド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０¹⁸
／ｃｍ³）を０．１μｍ成長する。その後、基板温度を
８００℃に下げ、３周期の、厚さ４ｎｍのＧａＮ_0.97Ｐ
_0.03井戸層と厚さ８ｎｍのＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層よ
り構成される発光層（多重量子井戸構造）１０６を、障
壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁
層の順序で成長した。その際、障壁層と井戸層の両方に
ＳｉＨ₄（Ｓｉ不純物濃度は１×１０¹⁸／ｃｍ³）を添加
した。障壁層と井戸層、または井戸層と障壁層との間
に、1秒以上１８０秒以内の成長中断を行っても良い。
このことにより、各層の平坦性が向上し、発光半値幅が
減少して好ましい。

【００５７】井戸層中のＡｓ、Ｐ、もしくはＳｂの組成
比は、目的とする発光素子の波長に応じて調整すれば良
い。たとえば、紫外の３８０ｍｍ近傍の発光波長を得る
ためには、ＧａＮ_1-xＡｓ_xの場合は、ｘ＝０．００５、
ＧａＮ_1-yＰ_yの場合は、ｙ＝０．０１、ＧａＮ_1-zＳｂ_z
の場合は、ｚ＝０．００２である。青紫色の４１０ｎｍ
近傍の発光波長を得るためには、ＧａＮ_1-xＡｓ_xの場合
はｘ＝０．０２、ＧａＮ_1-yＰ_yの場合はｙ＝０．０３、
ＧａＮ_1-zＳｂ_zの場合はｚ＝０．０１である。また、青
色の４７０ｎｍ近傍の波長を得るためには、ＧａＮ_1-x
Ａｓ_xの場合はｘ＝０．０３、ＧａＮ_1-yＰ_yの場合はｙ
＝０．０６、ＧａＮ_1-zＳｂ_zの場合はｚ＝０．０２であ
る。さらに、緑色の５２０ｎｍ近傍の波長を得るために
は、ＧａＮ _1-xＡｓ_xの場合はｘ＝０．０５、ＧａＮ_1-y
Ｐ_yの場合はｙ＝０．０８、ＧａＮ_1- _zＳｂ_zの場合はｚ
＝０．０３である。さらにまた、赤色の６５０ｎｍ近傍
の波長を得るためには、ＧａＮ_1-xＡｓ_xの場合はｘ＝
０．０７、ＧａＮ_1-yＰ_yの場合はｙ＝０．１２、ＧａＮ
_1-zＳｂ_zの場合はｚ＝０．０４である。上記組成比の近
傍で井戸層を作製すれば、目的とする発光波長を得るこ
とが可能である。

【００５８】次に、基板温度を再び１０５０℃まで昇温
して、厚み２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブ
ロック層１０７、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１
０８、０．５μｍのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１
０９と０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を成
長する。前記ｐ型不純物としてＭｇ（ＥｔＣＰ₂Ｍｇ：
ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）を５×
１０¹⁹／ｃｍ³〜２×１０²⁰／ｃｍ³で添加した。ｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層１１０のｐ型不純物濃度は、ｐ電極１
１２の形成位置に向かって、ｐ型不純物濃度を多くした
方が好ましい。このことによりｐ電極形成によるコンタ
クト抵抗が低減する。また、ｐ型不純物であるＭｇの活
性化を妨げているｐ型層中の残留水素を除去するため
に、ｐ型層成長中に微量の酸素を混入させてもよい。

【００５９】この様にして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１
１０を成長後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクター内を全窒素
キャリアガスとＮＨ₃に変えて、６０℃／分で温度を降
下させた。基板温度が８００℃に達した時点で、ＮＨ₃
の供給量を停止して、５分間、前記基板温度で待機して
から、室温まで降下させた。上記基板の保持温度は６５
０℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、３分以
上１０分以下が好ましかった。また、降下温度の到達速
度は、３０℃／分以上が好ましい。このようにして作製
された成長膜をラマン測定によって評価した結果、従来
の窒化物半導体で利用されているｐ型化アニールを行わ
なくとも、成長後すでにｐ型化の特性を示していた（Ｍ
ｇが活性化していた）。また、ｐ電極形成によるコンタ
クト抵抗も低減していた。上記に加えて従来のｐ型化ア
ニールを組み合わせれば、Ｍｇの活性化率がより向上し
て好ましかった。

【００６０】本実施の形態の低温ＧａＮバッファ層１０
１は、低温Ａｌ_xＧａ_1-xＮバッファ層（０≦ｘ≦１）で
あれば良く、また、前記低温バッファ層自体形成しなく
ても構わない。しかしながら、現在、供給されているＧ
ａＮ基板は表面モフォロジーが好ましくないため、低温
Ａｌ_xＧａ_1-xＮバッファ層（０≦ｘ≦１）を挿入した方
が、表面モフォロジーが改善されて好ましい。ここで、
低温バッファ層とは、約４５０℃〜６００℃の成長温度
で形成するバッファ層のことを指す。これらの成長温度
範囲で作製したバッファ層は多結晶もしくは非晶質であ
る。

【００６１】本実施の形態のＩｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッ
ク防止層１０３は、Ｉｎ組成比０．０７以外であっても
構わないし、ＩｎＧａＮクラッド層自体なくても構わな
い。しかしながら、クラッド層とＧａＮ基板との格子不
整合が大きくなる場合は、前記ＩｎＧａＮクラック防止
層を挿入した方が好ましい。

【００６２】本実施の形態の発光層は、障壁層で始まり
障壁層で終わる構成（図１５（ａ））であったが、井戸
層で始まり井戸層で終わる構成（図１５（ｂ））であっ
てもよい。また、発光層の層数（井戸層の層数）は、前
述の３層に限らず、１０層以下であれば閾値電流密度が
低く、室温連続発振が可能であった。特に２層以上６層
以下のとき閾値電流密度が低くて好ましかった（図１
３）。

【００６３】本実施の形態の発光層は、井戸層と障壁層
の両層にＳｉ（ＳｉＨ₄）を１×１０¹⁸／ｃｍ³添加した
が、片方の層のみに不純物を添加しても良いし、両層と
もに不純物を添加しなくても構わない。これは、窒化物
半導体基板を用いた場合、結晶中の欠陥密度は減少して
いるので、不純物を添加することによって結晶性が向上
する効果よりも、不純物の添加による発光層中での光吸
収（利得損失）の方が大きくなる可能性があるためであ
る。窒化物半導体基板上に成長した発光層に不純物を添
加する場合は、不純物の添加量は約１×１０¹⁶〜１×１
０¹⁹／ｃｍ³程度が好ましく、不純物は前記Ｓｉ以外
に、Ｏ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、またはＭｇのうち
いずれかが好ましい。

【００６４】本実施の形態のｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャ
リアブロック層１０７は、Ａｌ組成比０．２以外であっ
ても構わないし、キャリアブロック層自体無くても構わ
ない。しかしながら、前記キャリアブロック層を設けた
方が閾値電流密度は低くかった。これは、キャリアブロ
ック層が発光層中にキャリアを閉じ込める働きがあるか
らである。前記キャリアブロック層のＡｌ組成比は、高
くすることによってキャリアの閉じ込めが強くなって好
ましい。また、キャリアの閉じ込めが保持される程度ま
でＡｌ組成比を小さくすれば、キャリアブロック層内の
キャリア移動度が大きくなり電気抵抗が低くなって好ま
しい。また、キャリアブロック層１０７はＡｌを含んで
いるため、発光層中のＩｎとＡｓ、Ｐ、またはＳｂが結
晶中から抜けでることを防止するので好ましい。

【００６５】本実施の形態では、ｐ型クラッド層とｎ型
クラッド層として、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ結晶を用いたが、
Ａｌの組成比０．１以外のＡｌＧａＮ３元結晶であって
もよい。Ａｌの混晶比を高くすると発光層とのエネルギ
ーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キャリアや光
が該発光層に効率良く閉じ込められ、レーザ発振閾値電
流密度の低減が図られる。また、キャリアおよび光の閉
じ込めが保持される程度でＡｌ組成比を小さくすれば、
クラッド層でのキャリア移動度が大きくなり、素子の動
作電圧を低くすることができる。

【００６６】ＡｌＧａＮクラッド層厚に関しては、０．
７μｍ〜１．０μｍが好ましい。このことにより、垂直
横モードの単峰化と光り閉じ込め効率が増し、レーザの
光学特性の向上とレーザ閾値電流密度の低減が図れる。

【００６７】前記クラッド層はＡｌＧａＮ３元混晶に限
らず、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ
４元混晶であっても良い。さらに、前記ｐ型クラッド層
は、電気抵抗を低減するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ
型ＧａＮ層からなる超格子構造、またはｐ型ＡｌＧａＮ
層とｐ型ＩｎＧａＮ層からなる超格子構造を有していて
も良い。

【００６８】本実施の形態では、ＧａＮ基板のＣ面｛０
００１｝基板について記載したが、該基板の主面となる
面方位は前記Ｃ面の他に、Ａ面｛１１−２０｝、Ｒ面
｛１−１０２｝、Ｍ面｛１−１００｝または｛１−１０
１｝面を用いても良い。また、上記面方位から２度以内
のオフ角度を有する基板であれば表面モフォロジーが良
好である。本実施の形態は、ＧａＮ基板が使用された
が、ＧａＮ基板以外の窒化物半導体基板を用いても構わ
ない。窒化物半導体レーザの場合、垂直横モードの単峰
化のためにはクラッド層よりも屈折率の低い層が該クラ
ッド層の外側に接している方が好ましく、ＡｌＧａＮ基
板を用いるのが好適である。

【００６９】本実施の形態では、ＭＯＣＶＤ装置による
結晶成長方法について説明したが、分子線エピタキシー
法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）で
行っても構わない。

【００７０】（プロセス工程）続いて、前述の「結晶成
長」で作製したエピウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り
出し、レーザ素子にするためのプロセス工程について説
明する。

【００７１】ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面側からＨｆ／
Ａｕの順序でｎ電極１１１を形成する。前記ｎ電極材料
の他に、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｍｏ、Ｈｆ／Ａｌなどを用
いてもよい。ｎ電極にＨｆを用いるとｎ電極のコンタク
ト抵抗を下げられるため好ましい。

【００７２】ｐ電極部分は、ＧａＮ基板の＜１―１００
＞方向に沿ってストライプ状にエッチングを行いリッジ
ストライプ部（図１）を形成する。このリッジストライ
プ部は、ストライプ幅が２μｍになるように作製した。
その後、ＳｉＯ₂誘電体膜１１３を蒸着し、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１０を露出させ、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕの順
序で蒸着してｐ電極１１２を形成した。前記ｐ電極材料
の他に、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕを
用いても構わない。

【００７３】最後に、ＧａＮ基板のへき開面を利用し
て、共振器長５００μｍのファブリ・ペロー共振器を作
製する。共振器長は一般に３００μｍから１０００μｍ
が好ましい。該共振器のミラー端面は、ＧａＮ基板のＭ
面（｛１−１００｝面）が端面になるように形成してい
る（図５参照）。ミラー端面を形成するためのへき開お
よびレーザ素子のチップ分割は、図５の破線に沿って基
板側からスクライバーで行っている。ただし、ミラー端
面を形成するためのへき開は、ウエハー全面にスクライ
バーによる罫書き傷をつけてからへき開するのではな
く、ウエハーの一部、たとえば、ウエハーの両端にのみ
スクライバーによる罫書き傷をつけてへき開する。これ
らのことにより、端面の急峻性やスクライブによる削り
カスがエピ表面に付着しないため歩留まりが良い。前記
レーザ共振器の帰還手法以外に、一般に知られているＤ
ＦＢ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ）、
ＤＢＲ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆ
ｌｅｃｔｏｒ）を用いても構わない。前記ファブリ・ペ
ロー共振器のミラー端面を形成後、該ミラー端面に７０
％の反射率を有するＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の誘電体膜を交互
に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。前記誘電体材
料以外に、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃を誘電多層反射膜として
用いても良い。このようにして、窒化物半導体レーザ素
子を作製する。

【００７４】前述のｎ電極１１１の形成にあたり、ｎ型
ＧａＮ基板１００の裏面側から電極形成を行ったが、ド
ライエッチング法を用いて、エピウエハーの表側からｎ
型ＧａＮ層１０２を露出させてｎ電極を形成しても構わ
ない（図４参照）。

【００７５】（パッケージ実装）次に、上記半導体レー
ザ素子をパッケージに実装する方法について述べる。前
記窒化物半導体レーザ素子が高出力（３０ｍＷ以上）レ
ーザとして用いられる場合、Ｉｎはんだ材を用いて、Ｊ
ｕｎｃｔｉｏｎｕｐより好ましくはＪｕｎｃｔｉｏｎ
ｄｏｗｎでパッケージ本体に接続される。または、前
記窒化物半導体レーザ素子が直接パッケージ本体やヒー
トシンク部に取り付けられるのではなく、Ｓｉ、Ａｌ
Ｎ、ダイヤモンド、Ｍｏ、ＣｕＷ、ＢＮ、Ａｕ、Ｓｉ
Ｃ、Ｃｕ、またはＦｅのサブマウントを介して接続され
ても良い。

【００７６】上述のようにして本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子チップを作製することができる。

【００７７】

【実施例】（実施例１）本実施例は、実施の形態（図
１）のＧａＮ基板１００を図２の擬似ＧａＮ基板２００
または図３（ｂ）の擬似ＧａＮ基板２００ａに置き換
え、図４のように片面側からｎ電極を形成した以外は実
施の形態と同じである。

【００７８】まず、擬似ＧａＮ基板について図２と図３
を用いて説明し、次に擬似ＧａＮ基板を用いた窒化物半
導体発光素子（レーザダイオード）について説明する。
本実施例では、図２の擬似ＧａＮ基板２００と図３
（ｂ）の擬似ＧａＮ基板２００ａの、２種類の擬似Ｇａ
Ｎ基板が説明される。図２の擬似ＧａＮ基板２００は、
種基板２０１、低温バッファ層２０２、ｎ型ＧａＮ膜２
０３、成長抑制膜２０４、ｎ型ＧａＮ厚膜２０５から構
成されている。擬似ＧａＮ基板２００は、種基板２０１
を有していて、この種基板２０１はｎ型ＧａＮ厚膜２０
５を成長するための母体として使用される。また、前記
の成長抑制膜とは、窒化物半導体膜が結晶成長されにく
い膜である。ここで述べる擬似ＧａＮ基板とは、図２で
示された構成に限るものではなく、少なくとも前記種基
板と前記成長抑制膜を有しているものであればよい。

【００７９】図３の擬似ＧａＮ基板２００ａは、種基板
２０１、低温バッファ層２０２、第１のｎ型ＧａＮ膜２
０３ａ、第２のｎ型ＧａＮ膜２０３ｂから構成されてい
る。ここで、図３（ａ）は擬似ＧａＮ基板２００ａを作
製するための、途中の工程を表し、図３（ｂ）は擬似Ｇ
ａＮ基板２００ａの完成図を表している。

【００８０】擬似ＧａＮ基板２００ａは、図３（ａ）に
示すように、まず、第１のｎ型ＧａＮ膜２０３ａを積層
後、ドライエッチング法またはウエットエッチング法に
よって該ＧａＮ膜表面を溝状に加工する。その後、再び
結晶成長装置に搬送し、第２のｎ型ＧａＮ膜２０３ｂを
積層して、擬似ＧａＮ基板２００ａを完成する（図３
（ｂ））。図３（ａ）では、第１のｎ型ＧａＮ膜の途中
までしか溝を形成していないが、低温バッファ層２０２
あるいは種基板２０１まで掘って溝を形成しても構わな
い。

【００８１】このようにして作製された擬似ＧａＮ基板
２００または２００ａ上に、窒化物半導体膜を成長する
と、該窒化物半導体膜の欠陥密度（エッチピット密度約
７×１０⁷／ｃｍ²以下）は、サファイア基板やＳｉＣ基
板上に成長したそれ（エッチピット密度約４×１０⁸／
ｃｍ²以上）と比べて低かった。ただし、欠陥密度の低
い部分は、図２においては成長抑制膜の幅の中央直上２
０６と成長抑制膜が形成されていない部分の幅の中央直
上２０７以外、図３（ｂ）においては溝の幅の中央直上
２０８と溝が形成されていない部分（丘）の幅の中央直
上２０９以外である。つまり、図２の２０６と２０７の
間の中央、図３（ｂ）においては、２０８と２０９の間
の中央付近が欠陥密度が低く、上記２０６、２０７、２
０８と２０９の部分では逆に欠陥密度が高い。したがっ
て、擬似ＧａＮ基板上に発光素子を形成する場合は、上
記の欠陥密度の低い領域に形成するとよい。

【００８２】上記種基板２０１の具体例として、Ｃ面サ
ファイア、Ｍ面サファイア、Ａ面サファイア、Ｒ面サフ
ァイア、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、スピネル、Ｇｅ、
Ｓｉ、ＧａＮ、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、もしくは
３Ｃ−ＳｉＣなどが挙げられる。また、上記成長抑制膜
２０４の具体例として、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＮ_x膜、ＴｉＯ
₂膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜などの誘電体膜、またはタングステン
膜などの金属膜が挙げられる。さらに、図２で示された
成長抑制膜２０４の位置に、前記成長抑制膜２０４の代
わりに、空洞部が設けられても構わない。ｎ型ＧａＮ厚
膜２０５中の空洞部が設けられると、前記空洞部の上方
では、結晶歪みが緩和され、結果的に発光素子の発光効
率向上に寄与するため好ましい。

【００８３】本実施例の種基板としてＳｉＣ基板やＳｉ
基板を使用する場合は、導電性基板であるため、実施の
形態の図１のように基板の裏面側からｎ電極を形成して
も構わない。ただし、低温バッファ層２０２の替わり
に、高温バッファ層を用いる必要がある。ここで、高温
バッファ層とは、少なくとも７００℃以上の成長温度で
作製するバッファ層を指す。また、前記高温バッファ層
は、少なくともＡｌを含有していなければならない。な
ぜならば、高温バッファ層中に少なくともＡｌを含有し
ていなければ、ＳｉＣ基板上またはＳｉ基板上に結晶性
の良い窒化物半導体膜を作製することができないからで
ある。最も好ましい高温バッファ層の構成はＩｎＡｌＮ
である。

【００８４】本実施例の種基板（六方晶系の場合）の主
面となる面方位は、Ｃ面｛０００１｝、Ａ面｛１１−２
０｝、Ｒ面｛１−１０２｝、Ｍ面｛１−１００｝もしく
は｛１−１０１｝面が好ましい。また、上記面方位から
２度以内のオフ角度を有する基板であれば表面モフォロ
ジーは良好であった。

【００８５】次に、前記擬似ＧａＮ基板を用いた窒化物
半導体発光素子（レーザダイオード）について図４を用
いて説明する。図４は、基板３００、低温ＧａＮバッフ
ァ層１０１、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ
_0.93Ｎクラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎク
ラッド層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５、発光層
１０６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１
０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１
０、ｎ電極１１１、ｐ電極１１２、ＳｉＯ₂誘電体膜１
１３から構成されている。本実施例の基板３００は、前
述の擬似ＧａＮ基板である。上記レーザダイオードの詳
細な製造方法は実施の形態と同じである。ただし、パッ
ケージ実装については、種基板が熱伝導率の悪い、たと
えばサファイア基板を用いている場合は、以下の実施例
２のように実装するのが好ましい。前記レーザダイオー
ドは、図１で示されたリッジストライプ部が、少なくと
も図２の２０６と２０７、または図３（ｂ）の２０８と
２０９を含まないように形成される。

【００８６】本実施例の低温ＧａＮバッファ層１０１
は、低温Ａｌ_xＧａ_1-xＮバッファ層（０≦ｘ≦１）であ
れば良く、また、前記低温バッファ層自体形成しなくて
も構わない。しかしながら、擬似ＧａＮ基板の表面モフ
ォロジーが好ましくない場合は、低温Ａｌ_xＧａ_1-xＮバ
ッファ層（０≦ｘ≦１）を挿入した方が、表面モフォロ
ジーが改善されて好ましい。前記基板３００は、研磨機
で種基板２０１を剥ぎとって、前記レーザダイオードが
作製されても構わない。さらに、基板３００は低温バッ
ファ層２０１以下の層を全て研磨機で剥ぎとって、前記
レーザダイオードが作製されても構わない。さらにま
た、基板３００は成長抑制膜２０４以下の層を全て研磨
機で剥ぎとって、前記レーザダイオードが作製されても
構わない。種基板２０１を剥ぎとった場合、レーザダイ
オードの、種基板を剥ぎ取った側からｎ電極１１１が形
成されても構わない。また、前記種基板２０１はレーザ
ダイオードが作製された後に剥ぎとっても構わない。

【００８７】（実施例２）本実施例は、窒化物半導体基
板以外の基板上に、窒化物半導体バッファ層を介して窒
化物半導体レーザ素子を作製したことと、図４のように
片面側からｎ電極を形成した以外は実施の形態と同じで
ある。

【００８８】図４は、基板３００、低温ＧａＮバッファ
層１０１（膜厚２５ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型
Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０５、発光層１０６、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリ
アブロック層１０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ
型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮコン
タクト層１１０、ｎ電極１１１、ｐ電極１１２、ＳｉＯ
₂誘電体膜１１３から構成されている。本実施例の基板
３００は、たとえばＣ面（０００１）サファイア基板で
ある。

【００８９】図４の窒化物半導体レーザ素子の結晶成長
方法およびプロセス工程は、実施の形態と同様である。
前記窒化物半導体レーザ素子をパッケージ実装する場合
は、サファイア基板は熱伝導率が低いので、たとえば、
Ｉｎはんだ材を用いて、Ｊｕｎｃｔｉｏｎｄｏｗｎで
パッケージ本体に接続すると良い。または、直接パッケ
ージ本体やヒートシンク部に取り付けるのではなく、Ｓ
ｉ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、Ｍｏ、ＣｕＷ、ＢＮ、Ａ
ｕ、ＳｉＣ、Ｃｕ、またはＦｅのサブマウントを介して
接続しても良い。ただし、窒化物半導体基板以外の基板
がＳｉＣ基板や、Ｓｉ基板のように熱伝導率の高い材料
である場合は、ｊｕｎｃｔｉｏｎｕｐで実施されても
構わない。

【００９０】本実施例では、サファイア基板について記
載したが、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、またはスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、などを基
板として用いても構わない。ただし、前記ＳｉＣ基板や
Ｓｉ基板は導電性基板であるため、実施の形態の図１の
ように基板の裏面側からｎ電極を形成しても構わない。
また、ＳｉＣ基板やＳｉ基板上に結晶性の良い窒化物半
導体膜を成長するためのバッファ層は、実施例１と同じ
く高温バッファ層である。

【００９１】本実施例では、Ｃ面｛０００１｝基板につ
いて説明したが、基板基板の主面となる面方位がＡ面
｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−１０２｝、Ｍ面｛１−１０
０｝または｛１−１０１｝面であっても構わない。ま
た、上記面方位から２度以内のオフ角度を有する基板で
あれば表面モフォロジーが良好である。

【００９２】（実施例３）本実施例では、本発明の発光
層を窒化物半導体発光ダイオード素子に適用した場合に
ついて説明する。図６は、窒化物半導体発光ダイオード
素子の断面図を示している。図６は、Ｃ面（０００１）
を有するｎ型ＧａＮ基板６００、低温ＧａＮバッファ層
６０１（膜厚１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層６０２（膜厚
３μｍ、Ｓｉ不純物濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）、発光層
６０３（たとえば、５周期のＧａＮ₀ _.97Ａｓ_0.03井戸層
／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層）、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
キャリアブロック層６０４（膜厚２０ｎｍ、Ｍｇ不純物
濃度６×１０¹⁹／ｃｍ³）、ｐ型ＧａＮコンタクト層６
０５（膜厚０．１μｍ、Ｍｇ不純物濃度１×１０²⁰／ｃ
ｍ³）、透光性電極６０６、ｐ電極６０７、ｎ電極６０
８から構成されている。

【００９３】本実施例のｎ電極は、ｎ型ＧａＮ基板１０
０の裏面側からＨｆ／Ａｕの順序でｎ電極６０８を形成
した。前記ｎ電極材料の他に、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｍ
ｏ、またはＨｆ／Ａｌなどを用いてもよい。特に、ｎ電
極にＨｆを用いるとｎ電極のコンタクト抵抗が下がるた
め好ましい。本実施例のｎ電極６０８は、ｎ型ＧａＮ基
板６００の裏面側から電極形成を行ったが、図７のよう
に、ドライエッチング法を用いて、エピウエハーのｐ電
極側からｎ型ＧａＮ層６０２を露出させてｎ電極を形成
しても構わない。

【００９４】ｐ電極形成は、透光性電極６０６として厚
み７ｎｍのＰｄを、ｐ電極６０７としてＡｕを蒸着し
た。前記透光性電極材料の他に、たとえばＮｉ、Ｐｄ／
Ｍｏ、Ｐｄ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ａｕ、またはＮｉ／Ａｕを用
いても構わない。

【００９５】最後に、ｎ型ＧａＮ基板６００の裏面側
（透光性電極６０６を蒸着した面の反対側）からスクラ
イバーを用いてチップ分割を行った。スクライブを基板
の裏面側から行ったのは、スクライブによる削り屑が光
を取り出す透光性電極側に付着しないようにするためで
ある。スクライブの方向は少なくとも一辺が窒化物半導
体基板のへき開面を含むようにチップ分割をおこなっ
た。このことにより、チッピング、クラッキングなどに
よるチップ形状の異常を防止し、ウエハー当たりの歩留
まりを向上させた。上述のようにして本発明の窒化物半
導体発光ダイオード素子を作製することができた。

【００９６】なお、ＧａＮ基板６００の替わりに実施例
１で説明した擬似ＧａＮ基板を用いても構わない。擬似
ＧａＮ基板上に成長した窒化物半導体発光ダイオード素
子の特性については、ＧａＮ基板上のそれとほぼ同じで
あった（図１４）。ただし、擬似ＧａＮ基板は、欠陥密
度の低い領域と高い領域が混在しているため、ＧａＮ基
板（窒化物半導体基板の一例）に比べて発光素子の歩留
まりが低下する傾向にある。他方、擬似ＧａＮ基板は、
窒化物半導体基板に比べて安価で大面積のものが得られ
るという利点を有している。擬似ＧａＮ基板の種基板が
絶縁性である場合は、図７のように片面側からｎ電極と
ｐ電極を形成すると良い。

【００９７】また、窒化物半導体基板以外の基板上に、
窒化物半導体バッファ層を介して窒化物半導体発光ダイ
オード素子を作製しても構わない。具体的な構造を図７
を用いて説明する。図７の窒化物半導体発光ダイオード
素子は、基板３００、低温ＧａＮバッファ層６０１（膜
厚２５ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層６０２（膜厚３μｍ、Ｓｉ
不純物濃度１×１０¹⁸／ｃｍ³）、本発明の発光層６０
３（たとえば、５周期のＧａＮ_0.97Ｐ_0.03井戸層／Ｉｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層）、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎキャリ
アブロック層６０４（膜厚２０ｎｍ、Ｍｇ不純物濃度６
×１０¹⁹／ｃｍ ³）、ｐ型ＧａＮコンタクト層６０５
（膜厚０．１μｍ、Ｍｇ不純物濃度１×１０²⁰／ｃ
ｍ³）、透光性電極６０６、ｐ電極６０７、ｎ電極６０
８、誘電体膜６０９から構成される。ここで、基板３０
０はサファイア基板である。基板３００がＳｉＣ基板や
Ｓｉ基板のように導電性基板である場合は、図６のよう
に両面側からｎ電極とｐ電極を形成しても構わない。ま
た、ＳｉＣ基板やＳｉ基板上に結晶性の良い窒化物半導
体膜を成長するためのバッファ層は、実施例１と同じく
高温バッファ層である。

【００９８】（実施例４）本実施例では、本発明の発光
層を窒化物半導体スーパールミネッセントダイオード素
子に適用したこと以外は実施の形態と同じである。該発
光素子の発光強度については発光ダイオード素子とほぼ
同様の効果を得ることができる（図１４）。

【００９９】（実施例５）本実施例では、本発明の窒化
物半導体レーザを光学装置に適用した場合について説明
する。本発明の井戸層には、少なくともＡｓ、Ｐ、Ｓｂ
の何れかの元素が含有されている。これらの元素が井戸
層中に含有されることによって、井戸層の電子とホール
の有効質量を小さく、また、電子とホールの移動度を大
きくすることができる。前者は少ない電流注入量でレー
ザ発振のためのキャリア反転分布が得られることを意味
し、後者は発光層で電子とホールが発光再結合によって
消滅しても新たに電子・ホールが拡散により高速に注入
されることを意味する。すなわち、現在報告されてい
る、井戸層にＡｓ、Ｐ、Ｓｂを含有しないＩｎＧａＮ系
窒化物半導体レーザ素子と比べて、閾値電流密度を低
く、自励発振特性の優れた（雑音特性に優れた）半導体
レーザを作製できると考えられる。しかしながら、井戸
層にＡｓ、Ｐ、Ｓｂの何れかを含有する窒化物半導体発
光素子は、井戸層と障壁層との間の界面急峻性が損なわ
れていたために、前記優位性を十分に得ることができな
かった。

【０１００】本発明では、ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z
井戸層（０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．３）に接する窒化物半導
体障壁層に、Ｉｎを含有することによって、前記界面の
急峻性を改善することができた。このことにより、多重
量子井戸構造の作製が可能となった。また、前記優位性
である半導体レーザの低閾値電流密度とそれに付随した
高出力、高寿命化が実現され得ると共に、雑音特性の優
れた半導体レーザが作製され得る。たとえば、本発明に
よる青紫色（４００〜４２０ｎｍの発振波長）窒化物半
導体レーザを作製すると、現在報告されているＩｎＧａ
Ｎ系窒化物半導体レーザに比べて、レーザ発振閾値電流
密度が低く、雑音にも強い半導体レーザを得ることがで
きる。また、高出力（５０ｍＷ）、高温雰囲気中で安定
して動作するため、高密度記録再生用光ディスクに適し
たレーザである。

【０１０１】図８に、本発明の窒化物半導体レーザダイ
オード素子を用いた光ディスク装置の概略図を示す。図
８のレーザ光は、入力情報に応じて光変調器で変調さ
れ、レンズを通してディスク上に記録される。再生時
は、ディスク上のピット配列によって光学的に変化を受
けたレーザ光がスプリッターを通して光検出器で検出さ
れ、再生信号となる。これらの動作は制御回路にて制御
されている。レーザ出力については、通常、記録時は３
０ｍＷで、再生時は５ｍＷ程度である。

【０１０２】上記光ディスクの他に、レーザプリンタ
ー、バーコードリーダー、本発明の発光層を用いた光の
三原色（青色、緑色、赤色）レーザダイオードによるプ
ロジェクターなどにも利用可能である。

【０１０３】（実施例６）本実施例は、本発明に係る窒
化物半導体発光素子を用いて作製した窒化物半導体発光
ダイオードの発光装置（たとえば、表示装置と白色光源
装置）について説明する。本発明の発光ダイオードを、
少なくとも光の三原色（赤色、緑色、青色）の一つに利
用したディスプレイ表示装置として利用できる。たとえ
ば、現在報告されているＩｎＧａＮ系窒化物半導体を用
いた琥珀色発光ダイオードはＩｎ組成比が極めて高く、
Ｉｎによる相分離が顕著になり過ぎて、信頼性と発光強
度の観点から商品化レベルには達していなかった。本発
明の発光層に含有されているＡｓ、Ｐ、Ｓｂは、Ｉｎと
同様に、井戸層のバンドギャップエネルギーを小さくす
る働きがある。したがって、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂの何れかを
井戸層に含有させることによってＩｎそのものを井戸層
から排除できるために好ましい発光層であると考えられ
る。しかしながら、井戸層にＡｓ、Ｐ、Ｓｂの何れかを
含有する窒化物半導体発光素子は、井戸層と障壁層の間
の界面急峻性が損なわれていたために、前記優位性を十
分に得ることができなかった。

【０１０４】本発明では、ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z
井戸層（０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．３）に接する窒化物半導
体障壁層に、Ｉｎを含有することによって、前記界面の
急峻性を改善することができた。このことにより、多重
量子井戸構造の作製が可能となった。また、色むらが少
なく発光強度の強い長波長色の発光ダイオードまたはス
ーパールミネッセントダイオードが作製可能である。そ
の他の発光色についても、実施の形態で示したとおり作
製することができる。

【０１０５】さらに、本発明の窒化物半導体発光ダイオ
ードが光の三原色を用いた発光ダイオードの一つとして
用いられ、白色光源装置としても利用できる。あるい
は、発光波長が３８０ｎｍ〜４３０ｎｍである本発明の
発光ダイオードに、蛍光塗料を塗布して白色光源装置と
してもよい。前記白色光源を用いることによって、従来
の液晶ディスプレイに用いられてきたハロゲン光源に替
わって、低消費電力かつ高輝度のバックライトとして利
用できる。これは、携帯ノートパソコン、携帯電話によ
るマン・マシーンインターフェイスの液晶ディスプレイ
用バックライトとして利用でき、小型化、高鮮明な液晶
ディスプレイを提供できる。

【０１０６】なお、今回開示された実施の形態および実
施例はすべての点で例示であって制限的なものではない
と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明
ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の
範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含ま
れることが意図される。

【０１０７】

【発明の効果】本発明は、ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z
井戸層（０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．３）を有する窒化物半導
体発光素子において、前記井戸層に接する窒化物半導体
障壁層にＩｎを含有させることにより、井戸層と障壁層
との界面急峻性を改善し、発光効率の高い窒化物半導体
発光素子とその光ピックアップ装置とその発光装置を提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態で説明したレーザ構造の一例であ
る。

【図２】擬似ＧａＮ基板の一例である。

【図３】擬似ＧａＮ基板の一例である。（ａ）は、擬
似ＧａＮ基板を作製するためのエッチング工程を、
（ｂ）はその完成図をそれぞれ示している。

【図４】実施例１と２で説明したレーザ構造の一例で
ある。

【図５】実施の形態で説明したレーザ構造の上面図で
ある。

【図６】実施例３で説明した発光ダイオード構造の一
例である。

【図７】実施例３で説明した発光ダイオード構造の一
例である。

【図８】光ディスク装置の概略図である。

【図９】本発明のＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮ障壁
層構造のＡｓに関するＳＩＭＳ測定結果である。

【図１０】本発明のＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮＡ
ｓ障壁層構造のＡｓに関するＳＩＭＳ測定結果である。

【図１１】本発明のＧａＮＡｓ井戸層／ＩｎＧａＮＰ
障壁層構造のＡｓとＰに関するＳＩＭＳ測定結果であ
る。

【図１２】障壁層中のＩｎの組成比ｘに対する界面揺
らぎの関係である。

【図１３】レーザダイオードの井戸層の層数と閾値電
流密度との関係である。

【図１４】発光ダイオードの井戸層の層数と発光強度
との関係である。

【図１５】実施の形態で説明したバンドギャップエネ
ルギー構造である。

【図１６】実施の形態で説明した従来のバンドギャッ
プエネルギー構造である。

【符号の説明】

１００ｎ型ＧａＮ基板、１０１低温ＧａＮバッファ
層、１０２ｎ型ＧａＮ層、１０３ｎ型Ｉｎ_0.07Ｇａ
_0.93Ｎクラック防止層、１０４ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
クラッド層、１０５ｎ型ＧａＮ光ガイド層、１０６
発光層、１０７ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロッ
ク層、１０８ｐ型ＧａＮ光ガイド層、１０９ｐ型Ａ
ｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層、１１０ｐ型ＧａＮコンタ
クト層、１１１ｎ電極、１１２ｐ電極、１１３誘
電体膜、２００，２００ａ擬似ＧａＮ基板、２０１
種基板、２０２低温バッファ層、２０３ｎ型ＧａＮ
膜、２０３ａ第１のｎ型ＧａＮ膜、２０３ｂ第２の
ｎ型ＧａＮ膜、２０４成長抑制膜、２０５ｎ型ＧａＮ
厚膜、２０６成長抑制膜の幅の中央直上、２０７成
長抑制膜が形成されていない部分の幅の中央直上、２０
８溝の幅の中央直上、２０９溝が形成されていない
部分（丘）の幅の中央直上、３００基板、６００ｎ
型ＧａＮ基板、６０１低温ＧａＮバッファ層、６０２
ｎ型ＧａＮ層、６０３発光層、６０４ｐ型Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎキャリアブロック層、６０５ｐ型ＧａＮ
コンタクト層、６０６透光性電極、６０７ｐ電極、
６０８ｎ電極、６０９誘電体膜。

フロントページの続きＦターム(参考） 4G077 AA03 BE11 BE15 DB08 EF01 EF03 HA02 5D119 AA43 BA01 FA05 5F041 AA11 CA05 CA34 CA40 CA57 CA65 CA74 CA76 CA82 CA88 CA92 FF01 FF16 5F045 AA02 AA04 AA05 AC08 AC12 AC19 AD09 AD12 AD14 AF04 BB05 DA55 DA63 DA64 5F073 AA13 AA45 AA55 AA74 BA04 CA20 CB02 CB05 CB07 DA24 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＮ_1-x-y-zＡｓ_xＰ_yＳｂ_z井戸層（０
＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．３）と、前記井戸層に接しＩｎを含有する窒化物半導体障壁層
と、を有して構成される発光層を有する窒化物半導体発光素
子。
【請求項２】前記窒化物半導体障壁層の、ＩＩＩ族元
素に対するＩｎ組成比が０．１％以上１５％以下である
請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】前記窒化物半導体障壁層中に、Ａｓ、Ｐ
もしくはＳｂのうち少なくともいずれか一つの元素を含
有する請求項２記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】前記窒化物半導体障壁層中のＶ族元素に
対するＡｓ、Ｐ、Ｓｂの組成比の総和が２×１０^-5％以
上２０％以下である請求項３記載の窒化物半導体発光素
子。
【請求項５】窒化物半導体障壁層の構成元素が、井戸
層の構成元素を包括して作製される請求項３または４記
載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】発光層を構成している井戸層の層数が２
層以上１０層以下である請求項２または５記載の窒化物
半導体発光素子。
【請求項７】窒化物半導体基板上もしくは擬似ＧａＮ
基板上に前記発光層を有する発光素子を形成する請求項
２、４、５もしくは６のいずれかに記載の窒化物半導体
発光素子。
【請求項８】井戸層の層厚が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下
であり、かつ、障壁層の層厚が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下
である請求項２、４、５もしくは６のいずれかに記載の
窒化物半導体発光素子。
【請求項９】井戸層の層厚が０．４ｎｍ以上２０ｎｍ
以下であり、かつ、障壁層の層厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ
以下である請求項７記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】前記発光層中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｓ、Ｃ、
Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇのうち少なくともいずれか一つ
を含む不純物を、その総添加量が１×１０¹⁶以上１×１
０²⁰／ｃｍ³以下になるように添加する請求項１記載の
窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】前記請求項１から１０記載のうちいず
れかに記載の窒化物半導体発光素子を用いた光ピックア
ップ装置。
【請求項１２】前記請求項１から１０記載のうちいず
れかに記載の窒化物半導体発光素子を用いた発光装置。