ＩＩＩ族窒化物半導体光素子、及びＩＩＩ族窒化物半導体光素子を作製する方法
【課題】活性層の歪みを低減可能なIII族窒化物半導体光素子を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体光素子１１ａでは、半導体領域１３の主面１３ａは無極性又は半極性を示す。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられ、この主面１３ａは基準面ＲＣに対して１０度以上の角度を成す。第１導電型バッファ層１５の材料は半導体領域１３の材料と異なる。キャリアブロック層１９は第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる。活性層１７は窒化ガリウム系半導体層２１ａを含む。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和する一方で、窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包する。第１導電型バッファ層１５の格子緩和により、窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料と半導体領域１３の主面１３ａの材料との格子定数差に起因する応力が、活性層１７に加わることがない。
【解決手段】III族窒化物半導体光素子１１ａでは、半導体領域１３の主面１３ａは無極性又は半極性を示す。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられ、この主面１３ａは基準面ＲＣに対して１０度以上の角度を成す。第１導電型バッファ層１５の材料は半導体領域１３の材料と異なる。キャリアブロック層１９は第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる。活性層１７は窒化ガリウム系半導体層２１ａを含む。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和する一方で、窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包する。第１導電型バッファ層１５の格子緩和により、窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料と半導体領域１３の主面１３ａの材料との格子定数差に起因する応力が、活性層１７に加わることがない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体光素子、及びIII族窒化物半導体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、ＡｌＧａＮを含むエピタキシャル層構造にクラックが発生し難い窒化物半導体発光素子が記載されている。この窒化物半導体発光素子は、ＧａＮ半導体からなる支持体、第１導電型ＡｌＧａＮ領域、第２導電型ＧａＮ系半導体層、及び活性層を備える。支持体のＧａＮ半導体のｃ軸は、一方の側面から他方の側面に伸びているので、基板主面は実質的にｍ面またはａ面である。ＡｌＧａＮ領域およびＧａＮ系半導体層は、支持体の主面上に設けられている。ＡｌＧａＮ領域のアルミニウム組成は０．０５以上であり、またＡｌＧａＮ領域の厚さＤ１は５００ｎｍ以上である。活性層は、第１導電型ＡｌＧａＮ領域と第２導電型ＧａＮ系半導体層との間に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７７５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化ガリウム系半導体光素子では、所望の導電型の半導体層（例えばｎ型半導体層）及び活性層は、下地の半導体領域、例えばｃ面ＧａＮ主面を有する窒化ガリウム系半導体基板上に成長される。活性層はｎ型半導体層上に設けられ、ｎ型半導体層は、ｎ型キャリア、つまり電子を活性層に提供するように働く。活性層がｎ型半導体層及び窒化ガリウム系半導体基板上に成長されるので、ｎ型半導体層は、窒化ガリウム系半導体基板とｎ型半導体層との格子定数に基づく歪みを内包する。また、窒化ガリウム系半導体基板と活性層との格子定数に基づく歪みが活性層に加わる。ｎ型半導体層の材料と活性層の材料との違いは不可避であるけれども、活性層への応力が低減されるとき、窒化ガリウム系半導体光素子の発光効率が向上する。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、活性層の歪みを低減可能なIII族窒化物半導体光素子を提供することを目的し、またこのIII族窒化物半導体光素子を作製する方法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】
【０００６】
本発明の一側面は、III族窒化物半導体光素子である。このIII族窒化物半導体光素子は、（ａ）第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる主面を有する半導体領域上に設けられ、該第１の六方晶系III族窒化物半導体と異なる第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層と、（ｂ）窒化ガリウム系半導体層を含む活性層と、（ｃ）第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層とを備える。前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、前記第１導電型バッファ層は、前記半導体領域の前記主面上において格子緩和しており、前記第１導電型バッファ層、前記活性層及び前記キャリアブロック層は、前記半導体領域の前記主面の法線軸の方向に配列されており、該窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包し、前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示す。
【０００７】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層が、半導体領域のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成す主面上に設けられる。これ故に、第１導電型バッファ層を半導体領域の主面上において格子緩和させることができる。第１導電型バッファ層の格子緩和により、活性層が、窒化ガリウム系半導体層の材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いに起因する歪みの全てを内包することにはならない。このため、活性層に内包される歪みは、窒化ガリウム系半導体層の材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いによる応力の大きさに比べて小さくなる。
【０００８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表され、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、前記横成分Ｖ１Ｔは前記横成分Ｖ２Ｔと異なる。
【０００９】
このIII族窒化物半導体光素子では、格子緩和は、例えば横成分Ｖ１Ｔと横成分Ｖ２Ｔとの違いにより観察される。上記の場合では、ｃ軸の格子定数の関係を規定しているけれども、ａ軸及びｍ軸についてもｃ軸と同様に格子ベクトルを用いて格子定数の関係を規定できる。
【００１０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の格子定数と前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層に固有のｃ軸の格子定数との間にある。また、前記キャリアブロック層は歪みを内包する。
【００１１】
このIII族窒化物半導体光素子では、第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸格子定数が第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸格子定数と活性層の窒化ガリウム系半導体層に固有のｃ軸格子定数との間にあるので、第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数は、第１の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数に比べて、活性層の窒化ガリウム系半導体層の格子定数に近い。これ故に、格子定数差により窒化ガリウム系半導体層に生成される歪みを低減できる。また、キャリアブロック層は歪みを内包するので、キャリアブロック層は格子緩和していない。これ故に、キャリアブロック層には、その格子緩和による欠陥が生成されない。したがって、該欠陥及び格子定数差の影響を活性層が受けることはない。
【００１２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型バッファ層はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦０．５０、０≦Ｙ≦０．５０）からなることができる。このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層として様々な材料（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ）を用いることができる。また、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮの組成における臨界膜厚よりも、第１導電型バッファ層の膜厚は大きい。
【００１３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮであり、前記窒化ガリウム系半導体層はＩｎＧａＮからなることが好ましい。
【００１４】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層の膜厚はＩｎＧａＮのインジウム組成における臨界膜厚より大きい。また、第２の六方晶系III族窒化物半導体がＩｎＧａＮであると共に窒化ガリウム系半導体層がＩｎＧａＮからなるので、第１導電型バッファ層と窒化ガリウム系半導体層との格子定数差を小さくできる。
【００１５】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＡｌＧａＮであることができる。
【００１６】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層の膜厚は、ＩｎＡｌＧａＮのインジウム組成及びアルミニウム組成における臨界膜厚より大きい。また、四元系ＩｎＡｌＧａＮを用いることによって、バンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更できる。これ故に、第１導電型バッファ層における電気的及び光学的な特性と活性層への応力の大きさとが互いに独立して調整可能になる。
【００１７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であり、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以下であることができる。
【００１８】
このIII族窒化物半導体光素子では、活性層への応力及び歪みの制約が低減されるので、広い波長範囲の光を発生可能な活性層が作製されることができる。
【００１９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型バッファ層の膜厚は３００ｎｍ以上であることができる。
【００２０】
このIII族窒化物半導体光素子では、膜厚３００ｎｍ以上であることによって、バッファ層としての機能を発揮可能になる。
【００２１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、非極性主面を有する支持体を更に備えることが好ましい。前記第１導電型バッファ層は前記支持体の前記主面上に設けられており、前記支持体の前記非極性主面は、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる前記半導体領域の主面を提供し、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数より小さい。
【００２２】
このIII族窒化物半導体光素子では、支持体の材料におけるｃ軸格子定数と第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸格子定数との格子定数差が生じているけれども、支持体の主面上の第１導電型バッファ層が格子緩和させることによって、活性層の発光特性に上記の格子定数差が与える影響を低減できる。
【００２３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記支持体は導電性ＧａＮからなることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、ＧａＮ支持体を用いることによって良好な結晶成長が可能になる。
【００２４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型バッファ層と前記半導体領域との界面における転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。
【００２５】
このIII族窒化物半導体光素子では、ｃ軸が法線軸と有限な角度を成すことに起因してｃ面等のすべりによりすべり面が生成される。このすべり面の生成によって、上記の界面には転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第１導電型バッファ層は、第１導電型バッファ層に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。
【００２６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、刃状転位の導入により、格子定数差に起因する歪みを緩和することができる。
【００２７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子は、第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を更に備えることが好ましい。前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層と前記活性層との間に設けられ、前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。
【００２８】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していないので、第１導電型クラッド層は歪みを内包する。第４の六方晶系III族窒化物半導体と活性層の窒化ガリウム系半導体層の材料との格子定数差が窒化ガリウム系半導体層における歪みの増加の原因になることはない。
【００２９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を更に備えることが好ましい。前記キャリアブロック層は前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ、前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第２導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。
【００３０】
このIII族窒化物半導体光素子では、第２導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していないので、第２導電型クラッド層は歪みを内包する。第２導電型クラッド層の格子緩和による欠陥による影響を活性層が受けることがない。
【００３１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、ＩｎＡｌＧａＮは、そのバンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更可能であるので、第１導電型クラッド層と第１導電型バッファ層との格子定数差を調整できる。また、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、ＩｎＡｌＧａＮは、そのバンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更可能であるので、第２導電型クラッド層と第１導電型バッファ層との格子定数差を調整できる。
【００３２】
本発明の別の側面に係る発明は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に、第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層を、該第１導電型バッファ層が格子緩和するように成長する工程と、（ｂ）前記第１導電型バッファ層上に活性層を成長する工程と、（ｃ）第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層を前記活性層上に成長する工程と備える。前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、前記キャリアブロック層は歪みを内包し、前記活性層は、歪みを内包する窒化ガリウム系半導体層を含む。
【００３３】
この方法では、半導体領域の主面が、第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成すので、第１導電型バッファ層を格子緩和させることができる。活性層の窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包するけれども、その歪みの大きさを上記の格子緩和により低減できる。
【００３４】
本発明の別の側面に係る方法は、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれか一方であり、前記第１導電型バッファ層の膜厚は、該第２の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より大きい。
【００３５】
この方法では、第１導電型バッファ層の材料としてＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかを用いることができる。ＩｎＧａＮでは、第１導電型バッファ層の膜厚はＩｎＧａＮのインジウム組成における臨界膜厚より大きい。また、窒化ガリウム系半導体層がＩｎＧａＮからなるとき、第１導電型バッファ層と窒化ガリウム系半導体層との格子定数差を小さくできる。また、ＩｎＡｌＧａＮでは、第１導電型バッファ層の膜厚は、ＩｎＡｌＧａＮのインジウム組成及びアルミニウム組成における臨界膜厚より大きい。四元系ＩｎＡｌＧａＮを用いることによって、バンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更できる。これ故に、第１導電型バッファ層における電気的及び光学的な特性と活性層への応力の大きさとが互いに独立して調整可能になる。
【００３６】
本発明の別の側面に係る方法では、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であると共に２．８エレクトロンボルト以下であることが好ましい。この方法では、活性層への応力及び歪みの制約が低減されるので、広い波長範囲の光を発生可能な活性層を含むIII族窒化物半導体光素子を作製できる。
【００３７】
本発明の別の側面に係る方法では、第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を前記第１導電型バッファ層上に成長する工程を更に備えることが好ましい。前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第１導電型クラッド層の膜厚は前記第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下である。
【００３８】
この方法では、第１導電型クラッド層の膜厚は第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下であるので、第１導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。このため、第４の六方晶系III族窒化物半導体と活性層の窒化ガリウム系半導体層の材料との格子定数差が窒化ガリウム系半導体層における歪みの増加の原因になることはない。
【００３９】
本発明の別の側面に係る方法では、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を前記キャリアブロック層上に成長する工程を更に備えることが好ましい。前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第２導電型クラッド層の膜厚は前記第５の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下であり、前記第２導電型クラッド層は格子緩和していない。
【００４０】
このIII族窒化物半導体光素子では、第２導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。第２導電型クラッド層の格子緩和による欠陥による影響を活性層が受けることがない。
【００４１】
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】
【００４２】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、活性層の歪みを低減可能なIII族窒化物半導体光素子を提供できる。また、本発明の別の側面によれば、このIII族窒化物半導体光素子を作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の一例を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子の別の例を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、図３に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図６】図６は、図５に示された工程フローの作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【図７】図７は、実施例１において、ＩｎＧａＮバッファ層及びＧａＮバッファ層をそれぞれ用いた２種類の発光ダイオード構造と格子定数との関係を示す図面である。
【図８】図８は、ＩｎＧａＮバッファ層を用いた発光ダイオード構造の逆格子マッピングを示す図面である。
【図９】図９は、実施例２におけるレーザダイオード構造と格子定数との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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III族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板、並びにエピタキシャル基板を作製する方法及びIII族窒化物半導体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。
【００４５】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を模式的に示す図面である。図２は、図１に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。図１及び図２には、直交座標系Ｓが示されている。図１及び図２に示された構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）といった面発光素子に好適である。III族窒化物半導体光素子１１ａは、第１導電型バッファ層１５と、活性層１７と、キャリアブロック層１９とを備える。第１導電型バッファ層１５、活性層１７及びキャリアブロック層１９は、半導体領域１３の主面１３ａにおける法線軸Ｎｘの方向に配列されている。法線軸Ｎｘの方向は直交座標系ＳのＺ軸の方向に延在し、主面１３ａは直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸によって規定される平面と平行である。半導体領域１３の主面１３ａは無極性及び半極性のいずれかを示す。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられ、この主面１３ａは第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる。半導体領域１３の主面１３ａは、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面ＲＣに対して１０度以上の角度を成す。図１には、ｃ軸方向を示すｃ軸ベクトルＶＣ１３、ＶＣ１５、ＶＣ１９及び基準軸Ｃｘが示されている。第１導電型バッファ層１５は、第１の六方晶系III族窒化物半導体と異なる第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる。キャリアブロック層１９は第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる。第３の六方晶系III族窒化物半導体は、例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。活性層１７は窒化ガリウム系半導体層２１ａを含むことができる。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和する一方で、窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包する。
【００４６】
このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５が、半導体領域１３の基準面ＲＣに対して１０度以上の角度ＡＬＰＨＡを成す主面上に設けられる。これ故に、第１導電型バッファ層１５を半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和させることができる。第１導電型バッファ層１５の格子緩和により、窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いに起因する応力が、活性層１７に加わることがない。このため、活性層１７に内包される歪みは、窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いによる応力の大きさに比べて小さくなる。
【００４７】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５の膜厚は３００ｎｍ以上であるとき、バッファ層としての機能を発揮可能になる。また、活性層１７は量子井戸構造２１を有することができる。活性層２１は、ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＮ（０≦Ｕ≦０．５０、０≦Ｖ≦０．５０）からなることが好ましい。活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａは例えば井戸層であり、量子井戸構造２１は障壁層２１ｂを含むことができる。障壁層２１ｂは半導体層２１ａにキャリア障壁を提供する。井戸層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。また、障壁層２１ｂは、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。
【００４８】
活性層１７の発光領域のバンドギャップは半導体領域１３のバンドギャップエネルギＥ１３より小さい。具体的には、窒化ガリウム系半導体層２１ａのバンドギャップエネルギＥ２１ａは、第１導電型バッファ層１５のバンドギャップエネルギＥ１５より小さいので、第１導電型バッファ層１５のバンドギャップエネルギＥ１５は、発光領域のバンドギャップに近いことが好ましい。第１導電型バッファ層１５のバンドギャップエネルギＥ１５は、半導体領域１３のバンドギャップエネルギＥ１３より小さいことが好ましい。
【００４９】
本実施例では、第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３と接合２０ａを成す。この接合２０ａにおける格子定数の関係を詳細に説明する。III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表される。格子ベクトルＬＶＣ１は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ１Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなる。また、第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表される。格子ベクトルＬＶＣ２は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ２Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなる。横成分Ｖ１Ｔは横成分Ｖ２Ｔと異なる。
【００５０】
このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、格子緩和は、例えば横成分Ｖ１Ｔと横成分Ｖ２Ｔとの違いにより規定される。接合２０ａにおいて、横成分Ｖ１Ｔと横成分Ｖ２Ｔとが互いに異なる。このため、半導体領域１３から第１導電型バッファ層１５への応力が低減される。また、第１導電型バッファ層１５の歪みの一部又は全部が解放される。上記の場合ではｃ軸の格子定数の関係を規定しているけれども、ａ軸及びｍ軸についてもｃ軸と同様に格子ベクトルを用いて格子定数の関係を規定できる。
【００５１】
一方、本実施例では、第１導電型バッファ層１５は活性層１７と接合２０ｂを成す。活性層１７は第１導電型バッファ層１５の主面１５ａ上において格子緩和していないので、この接合２０ｂにおいて、活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄｗの大きさとは格子ベクトルＬＶＣＷによって表される。格子ベクトルＬＶＣＷは法線軸Ｎｘの方向の縦成分ＶＷＬとこの縦成分に直交する横成分ＶＷＴとからなる。窒化ガリウム系半導体層２１ａが歪んで、横成分ＶＷＴは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００５２】
また、キャリアブロック層１９も歪みを内包する。本実施例では、キャリアブロック層１９は活性層１７と接合２０ｃを成す。この接合２０ｃにおける格子定数の関係を詳細に説明する。第３の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３によって表される。格子ベクトルＬＶＣ３は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ３Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなる。キャリアブロック層１９が歪んで、横成分Ｖ３Ｔは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００５３】
III族窒化物半導体光素子１１ａは、キャリアブロック層１９上に設けられたコンタクト層２３を更に備えることができる。コンタクト層２３も歪みを内包する。本実施例では、コンタクト層２３はキャリアブロック層１９と接合２０ｄを成す。この接合２０ｄにおける格子定数の関係を詳細に説明する。コンタクト層２３は六方晶系III族窒化物半導体からなり、この六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄＣの大きさとは格子ベクトルＬＶＣＣによって表される。格子ベクトルＬＶＣＣは法線軸Ｎｘの方向の縦成分ＶＣＬとこの縦成分に直交する横成分ＶＣＴとからなる。コンタクト層２３が歪んで、横成分ＶＣＴは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００５４】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５、活性層１７、キャリアブロック層１９及びコンタクト層２３は、半導体積層２５を構成する。半導体積層２５内の半導体層の各々における格子ベクトルの横成分は、互いに実質的に同じである。緩和された第１導電型バッファ層１５の転位は、第１導電型バッファ層１５上の半導体層に伝搬することない。これ故に、活性層１７は、第１導電型バッファ層１５における格子緩和の影響を受けることなく、この格子緩和による発光特性の劣化はない。
【００５５】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、上記のように、キャリアブロック層１９は歪みを内包する。また、半導体領域１３の主面１３ａにおけるｃ軸の格子定数が第１導電型バッファ層１５におけるｃ軸の格子定数より小さい。さらに、第１導電型バッファ層１５におけるｃ軸の格子定数は半導体領域１３の主面１３ａのｃ軸の格子定数と窒化ガリウム系半導体層２１ａに固有のｃ軸の格子定数（歪んでいない格子定数）との間にある。第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数は、第１の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数に比べて、活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａの格子定数に近い。これ故に、格子定数差により窒化ガリウム系半導体層２１ａに生成される歪みを低減できる。また、キャリアブロック層１９は歪みを内包するので、キャリアブロック層１９は格子緩和していない。これ故に、キャリアブロック層１９には、その格子緩和による欠陥が生成されない。したがって、該欠陥及び格子定数差の影響を活性層１７が受けることはない。
【００５６】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦０．５０、０≦Ｙ≦０．５０）からなることができる。このとき、第１導電型バッファ層１５として様々な材料（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ）を用いることができる。また、第１導電型バッファ層１５の膜厚は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮの組成における臨界膜厚よりも大きい。
【００５７】
具体的には、第１導電型バッファ層１５の材料がＩｎＧａＮであると共に、窒化ガリウム系半導体層２１ａがＩｎＧａＮからなるとき、第１導電型バッファ層１５と窒化ガリウム系半導体層２１ａとの格子定数差を小さくできる。第１導電型バッファ層１５の膜厚は、当該ＩｎＧａＮのインジウム組成における臨界膜厚より大きい。
【００５８】
また、第１導電型バッファ層１５の材料はＩｎＡｌＧａＮであることが好ましい。第１導電型バッファ層１５の膜厚は、当該ＩｎＡｌＧａＮのインジウム組成及びアルミニウム組成における臨界膜厚より大きい。また、四元系ＩｎＡｌＧａＮを用いることによって、バンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更できる。これ故に、第１導電型バッファ層１５における電気的及び光学的な特性と活性層１７への応力の大きさとが互いに独立して調整可能になる。
【００５９】
第１導電型半導体領域２７ａ（１５）と第２導電型半導体領域２７ｂ（２３）との間に設けられた活性層１７では、窒化ガリウム系半導体層２１ａのバンドギャップは２．１エレクトロンボルト（１ｅＶ＝１．６０２×１０−１９ジュールで換算される）以上であることが好ましい。また、窒化ガリウム系半導体層２１ａのバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、活性層１７への応力及び歪みの制約が低減される。これ故に、広い波長範囲の光を発生可能な活性領域を作製できる。例えば、活性層１７の発光波長は例えば４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。この活性層１７は、様々な波長範囲の光を発光可能である。
【００６０】
第１導電型バッファ層１５と半導体領域１３との接合（或いは、界面）２０ａにおける転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、半導体領域１３のｃ軸が法線軸Ｎｘと有限な角度を成すことに起因してｃ面等のすべりによりすべり面が生成される。このすべり面の生成によって、上記の接合２０ａには転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第１導電型バッファ層１５は、この第１導電型バッファ層１５に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。また、接合２０ａにおける転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。刃状転位の導入により、格子定数差に起因する歪みを緩和することができる。III族窒化物半導体光素子１１ａでは、接合２０ａの転位密度は、他の接合２０ｂ〜２０ｄにおける転位密度よりも大きい。
【００６１】
III族窒化物半導体光素子１１ａは、非極性主面を有する支持体３５を更に備えることが好ましい。第１導電型バッファ層１５は支持体３５の主面３５ａ上に設けられている。支持体３５の非極性主面３５ａは第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域１３の主面１３ａを提供する。第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数より小さい。
【００６２】
このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、支持体３５の材料におけるｃ軸格子定数と第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸格子定数との格子定数差が生じているけれども、支持体３５上の第１導電型バッファ層１５を格子緩和させることによって、活性層１７の発光特性に上記の格子定数差が与える影響を低減できる。
【００６３】
支持体３５は例えば導電性ＧａＮからなることが好ましい。ＧａＮ支持体を用いることによって良好な結晶成長が可能になる。
【００６４】
エピタキシャル基板ＥＰＩａは、第１導電型バッファ層１５と、活性層１７と、キャリアブロック層１９と、第２導電型コンタクト層２３とを備える。このコンタクト層２３は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。
【００６５】
エピタキシャル基板ＥＰＩａ上には、第１電極３１ａ（例えばアノード）及び第２電極３１ｂ（例えばカソード）が設けられている。コンタクト層２３には第１電極３１ａが設けられており、例えば第１電極３１ａは絶縁膜２９の開口を介してコンタクト層２３に接触している。第２電極３１ｂが支持体３５の裏面３５ｂに設けられており、第２電極３１ｂは半導体領域１３に電気的に接続される。裏面３５ｂも非極性を示す。
【００６６】
図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を模式的に示す図面である。図４は、図３に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。図３及び図４には、直交座標系Ｓが示されている。図３及び図４に示された構造は、レーザダイオード（ＬＤ）といった端面発光素子に好適である。III族窒化物半導体光素子１１ｂは、第１導電型バッファ層１５と、発光層４１と、キャリアブロック層１９とを備える。III族窒化物半導体光素子１１ｂでは、第１導電型半導体領域２７ａは、第１導電型バッファ層１５と、第１導電型クラッド層３７とを含む。発光層４１は、活性層１７と、第１の光ガイド層４３と、第２の光ガイド層４５とを含む。活性層１７は第１の光ガイド層４３と第２の光ガイド層４５との間に位置する。第２導電型半導体領域２７ｂは、第２導電型クラッド層３９と、第２導電型のコンタクト層２３とを含む。
【００６７】
第１導電型クラッド層３７は第４の六方晶系III族窒化物半導体からなり、この第４の六方晶系III族窒化物半導体は第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なる。第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５と活性層１７との間に設けられる。第１導電型クラッド層３７の厚さは第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より薄く、第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していない。
【００６８】
このIII族窒化物半導体光素子１１ｂでは、第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していないので、第４の六方晶系III族窒化物半導体と活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料との格子定数差が窒化ガリウム系半導体層２１ａにおける歪みの増加の原因になることはない。
【００６９】
第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５と接合２０ｅを成す。第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５の主面１５ａ上において格子緩和していない。この接合２０ｅにおいて、第４の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ４の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ４によって表される。格子ベクトルＬＶＣ４は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ４Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ４Ｔとからなる。第１導電型クラッド層３７が歪んで、横成分Ｖ４Ｔは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００７０】
第１導電型クラッド層３７のバンドギャップは第１導電型バッファ層１５のバンドギャップより大きく、また第１導電型クラッド層３７の屈折率は第１導電型バッファ層１５の屈折率より低い。第１導電型クラッド層３７の屈折率は活性層１７の平均屈折率より低い。
【００７１】
第１導電型クラッド層３７は発光層４１と接合２０ｆを成す。第１導電型クラッド層３７上において活性層１７が歪んで、横成分ＶＷＴは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００７２】
第２導電型クラッド層３９は、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる。第５の六方晶系III族窒化物半導体は第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なる。キャリアブロック層１９は第２導電型クラッド層３９と活性層１７との間に設けられる。第２導電型クラッド層３９は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していない。第２導電型クラッド層３９の厚さは第５の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より薄い。このIII族窒化物半導体光素子１１ｂでは、第２導電型クラッド層３９は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していないので、第２導電型クラッド層３９は格子緩和により欠陥を含まない。これ故に、活性層１７は、第２導電型クラッド層３９の格子緩和による欠陥による影響を受けることがない。
【００７３】
第２導電型クラッド層３９はコンタクト層２３と接合２０ｄを成す。また、第２導電型クラッド層３９は発光層４１と接合２０ｇを成す。第２導電型クラッド層３９は発光層４１の主面上において格子緩和していない。この接合２０ｇにおいて、第５の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ５の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ５によって表される。格子ベクトルＬＶＣ５は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ５Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ５Ｔとからなる。第２導電型クラッド層３９が歪んで、横成分Ｖ５Ｔは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００７４】
第２導電型クラッド層３９のバンドギャップは第１導電型バッファ層１５のバンドギャップより大きく、また第２導電型クラッド層３９の屈折率は第１導電型バッファ層１５の屈折率より低い。第２導電型クラッド層３９の屈折率は活性層１７の平均屈折率より低い。第１導電型クラッド層３７及び第２導電型クラッド層３９により、活性層１７からの光は発光層４１に閉じ込められる。
【００７５】
第１の光ガイド層４３が第１導電型クラッド層３７の主面上に設けられるので、第１の光ガイド層４３のｃ軸が半導体領域１３の主面１３ａに対して傾斜している。第１の光ガイド層４３は、第１導電型クラッド層３７上において格子緩和されず、歪みを内包する。第１の光ガイド層４３は、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。必要な場合には、第１の光ガイド層４３は第１及び第２の部分４３ａ、４３ｂを含むことができる。第２の部分４３ｂは第１の部分４３ａと活性層１７との間に位置する。第１の部分４３ａのバンドギャップは第２の部分４３ｂのバンドギャップより大きい。
【００７６】
第２の光ガイド層４５が活性層１７の主面上に設けられるので、第２の光ガイド層４５のｃ軸が半導体領域１３の主面１３ａに対して傾斜している。第２の光ガイド層４５は、第１導電型バッファ層１５上において格子緩和されず、歪みを内包する。第１の光ガイド層４５は、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。必要な場合には、第２の光ガイド層４５は第１及び第２の部分４５ａ、４５ｂを含むことができる。第１の部分４５ａは第２の部分４５ｂと活性層１７との間に位置する。第１の部分４５ａのバンドギャップは第２の部分４５ｂのバンドギャップより小さい。キャリアブロック層１９は、第１の部分４５ａと第２の部分４５ｂとの間に位置することがきる。また、キャリアブロック層１９は、第１の光ガイド層４５ａと活性層１７との間に位置することがきる。さらに、キャリアブロック層１９は、第２の光ガイド層４５ｂと第２導電型クラッド層３９との間に位置することがきる。
【００７７】
III族窒化物半導体光素子１１ｂでは、接合２０ａの転位密度は、他の接合２０ｄ〜２０ｇにおける転位密度よりも大きい。
【００７８】
図５は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。図６は、上記の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【００７９】
有機金属気相成長法により発光素子のエピタキシャル構造を作製した。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）を用いる。ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いる。引き続く説明では、例えば非極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系窒化ガリウム基板を用いる。例えば無極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系無極性窒化ガリウム基板を用いることができる。或いは、例えば半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を用いることができる。引き続く説明では、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を参照しながら説明する。
【００８０】
工程Ｓ１０１では、図６（ａ）に示されるように、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板５１を準備する。ＧａＮ基板５１の主面５１ａには、法線ベクトルＶＮとｃ軸ベクトルＶＣ５１が示されている。ＧａＮ基板５１の主面５１ａはｃ面からｍ面の方向又はｃ面からａ面の方向に１０〜１７０度の角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００８１】
工程Ｓ１０２では、反応炉１０内にＧａＮ基板５１を設置した後に、ＧａＮ基板５１のサーマルクリーニングを成長炉１０を用いて行う。摂氏１０５０度の温度で、ＮＨ３とＨ２を含むガスを成長炉１０に流しながら、１０分間の熱処理を行う。
【００８２】
工程Ｓ１０３では、エピタキシャル基板を作製する。まず、図６（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０４では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ０を成長炉１０に供給して、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、第１導電型窒化ガリウム系半導体層５３をエピタキシャルに成長する。ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、窒化ガリウム系半導体層５３は、窒化ガリウム系半導体からなる半導体層が格子緩和するように成長される。窒化ガリウム系半導体層５３はｎ型バッファ層（以下、「ｎ型バッファ層５３」として説明を行う）として働く。ｎ型バッファ層５３として、例えばＳｉドープＩｎＧａＮ層及び／又はＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層を成長する。例えばＩｎＧａＮ半導体を非極性面上に成長するとき、格子緩和の有無は、成長するＩｎＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、ＧａＮ基板５１の主面５１ａにおけるＧａＮと、これに接合を成すｎ型バッファ層５３のＩｎＧａＮとによって規定される。このＩｎＧａＮ層の厚さは例えば２μｍである。ｎ型バッファ層５３のＩｎ組成は、例えば０．０６である。ＩｎＧａＮ層の膜厚は、この組成において臨界膜厚を越えている。原料ガスＧ０は例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含み、成長温度は例えば摂氏８７０度である。ｎ型バッファ層５３が格子緩和しているので、基板５１とｎ型バッファ層５３との接合５０ａには多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成される。
【００８３】
次いで、工程Ｓ１０５では、ｎ型バッファ層５３上に、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む半導体領域を成長する。半導体領域内のIII族窒化物半導体層は格子緩和していない。
【００８４】
発光ダイオードを作製するとき、工程Ｓ１０５において、活性層５５を成長する。活性層５５の成長では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、工程Ｓ１０６ａにおいて、摂氏８７０度の基板温度でＩｎＧａＮ障壁層をｎ型バッファ層５３上に成長する。Ｉｎ組成は例えば０．０６である。ＩｎＧａＮ障壁層５５ａのための原料ガスは例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。このＩｎＧａＮ障壁層５５ａの厚さは例えば１５ｎｍである。次いで、摂氏７５０度に基板温度を下げる。工程Ｓ１０６ｂにおいて、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、ＧａＮ障壁層５５ａ上に、摂氏７５０度の基板温度で、アンドープＩｎＧａＮ井戸層５５ｂをエピタキシャルに成長する。ＩｎＧａＮ井戸層５５ｂの厚さは例えば３ｎｍである。ＩｎＧａＮ井戸層５５ｂのＩｎ組成は例えば０．２５である。必要な場合には、障壁層５５ａ及び井戸層５５ｂの成長を繰り返して活性層５５を成長する。活性層５５の障壁層５５ａ及び井戸層５５ｂの厚さは、それぞれ、障壁層５５ａの組成及び井戸層５５ｂの組成における臨界膜厚に比べて薄い。例えば井戸層５５ｂは歪みを内包する。活性層５５の成長後に、電子ブロック層を成長する工程Ｓ１１０に進む。そして、電子ブロック層の成長後に、ｐ型コンタクト層を成長する工程Ｓ１１２に進む。
【００８５】
レーザダイオードを作製するとき、工程１０７では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、摂氏８７０度の基板温度で、格子緩和したｎ型バッファ層５３上にｎ型クラッド層５７をエピタキシャルに成長する。ｎ型クラッド層５７は例えばＩｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎからなり、その厚さは例えば２μｍである。ｎ型クラッド層５７は、Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０ＮのＩｎ組成及びＡｌ組成において臨界膜厚を超えていない。
【００８６】
工程Ｓ１０８では、第１の光ガイド層５９をｎ型クラッド層５７上にエピタキシャルに成長する。第１の光ガイド層５９は、格子緩和していない。この光ガイド層５９は、例えばｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層５９ａ及びアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層５９ｂからなる。Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎの膜厚は例えば２５０ナノメートルであり、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎの膜厚は例えば５０ナノメートルである。非極性面においては格子緩和の有無は、成長するＩｎＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、下地ＩｎＧａＮと、これに接合を成す光ガイド層５９のＩｎＧａＮとによって規定される。光ガイド層５９の膜厚はこの厚さにおいて臨界膜厚を越えていない。これらのＩｎＧａＮの成長温度は例えば摂氏８７０度である。原料ガスは、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。
【００８７】
引き続き、既に説明したように、工程Ｓ１０６では、量子井戸構造を有する活性層５５を成長する。
【００８８】
工程Ｓ１０９では、摂氏８７０度の基板温度において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に導入して、活性層５５上に第２の光ガイド層６１をエピタキシャルに成長する。第２の光ガイド層６１は、活性層５５上において格子緩和していない。この光ガイド層６１は、例えばアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層６１ａ及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層６１ｂからなる。Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎの膜厚は例えば５０ナノメートルであり、Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎの膜厚は例えば２５０ナノメートルである。非極性面においては格子緩和の有無は、成長するＩｎＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、下地ＩｎＧａＮ又はＧａＮと、これに接合を成す光ガイド層６１のＩｎＧａＮとによって規定される。光ガイド層６１の膜厚はこの厚さにおいて臨界膜厚を越えていない。これらのＩｎＧａＮの成長温度は例えば摂氏８７０度である。原料ガスは、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。
【００８９】
工程Ｓ１１０では、電子ブロック層６３をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。電子ブロック層６３の厚さは例えば１０ｎｍであり、そのＡｌ組成は例えば０．１２である。電子ブロック層６３の厚さはその臨界膜厚に比べて薄いので、電子ブロック層６３は歪みを内包する。
【００９０】
必要な場合には、電子ブロック層６３を光ガイド層６１の成長に先立って行うことができる。また、光ガイド層６１の成長では、電子ブロック層６３の成長に先立って光ガイド層６１の一部分を成長でき、電子ブロック層６３の成長の後に光ガイド層６１の残りを成長できる。
【００９１】
次いで、工程Ｓ１１１において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に導入して、第２の光ガイド層６１上に、第２導電型窒化ガリウム系半導体クラッド層（以下「ｐ型クラッド層」として説明を行う）６５をエピタキシャルに成長する。第２の光ガイド層６１の主面６１ｃ上に、ｐ型クラッド層６５は、ｐ型クラッド層６５が格子緩和しないように成長される。ｐ型クラッド層６５として、例えばＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。非極性面においては格子緩和の有無は、成長するＩｎＡｌＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、第２の光ガイド層６１の主面６１ｃにおけるＩｎＧａＮと、これに接合を成すｐ型クラッド層６５のＩｎＡｌＧａＮとによって規定される。このＩｎＡｌＧａＮ層の厚さは例えば４００ナノメートルである。窒化ガリウム系半導体層６５のＡｌ組成は、例えば０．１０である。Ｉｎ組成は例えば０．１０である。このＩｎＡｌＧａＮ層の膜厚は臨界膜厚を越えない。成長温度は例えば摂氏８７０度である。
【００９２】
続けて、工程Ｓ１１２において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に導入して、ｐ型クラッド層６５上にｐ型コンタクト層６７をエピタキシャルに成長する。原料ガスは、例えばＴＭＧ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型コンタクト層６７の厚さは例えば５０ｎｍである。ｐ型コンタクト層６７の厚さはその臨界膜厚に比べて薄いので、ｐ型コンタクト層６７は歪みを内包する。
【００９３】
引き続く工程では、コンタクト窓を有する絶縁膜を形成した後に、エピタキシャル基板ＥＰＩ０のｐ型窒化ガリウム系半導体領域上にアノード電極を形成してｐ型コンタクト層６７に電気的な接続を成すと共に基板５１の裏面５１ｂを必要に応じて研磨した後に研磨裏面にカソード電極を形成する。これらの電極は、例えば蒸着により作製される。
【００９４】
（実施例１）
２枚のＧａＮ基板を準備した。これらのＧａＮ基板の主面は（２０−２１）面であった。有機金属気相成長法で、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される発光ダイオード構造を以下のように作製した。
【００９５】
一方のＧａＮ基板に、図７（ａ）に示されるように、ｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎバッファ層を成長した。このｎ型バッファ層の成長温度は摂氏８７０度であった。ｎ型バッファ層の厚さは２μｍであった。次いで、このｎ型バッファ層上に活性層を形成した。活性層は３ＱＷの量子井戸構造を有し、この量子井戸構造は、交互に配列されたＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層及びＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を含む。障壁層の成長温度は摂氏８７０度であった。井戸層の成長温度は摂氏７５０度であった。井戸層及び障壁層の厚さは、それぞれ、３ｎｍ及び１５ｎｍであった。この後に、活性層上に、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ電子ブロック層及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎコンタクト層を順に成長した。これらの成長温度は摂氏９００度であった。電子ブロック層及びｐ型コンタクト層の厚さは、それぞれ、１０ｎｍ及び５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル基板Ａが作製された。
【００９６】
他方のＧａＮ基板に、ｎ型ＧａＮバッファ層を成長した。このｎ型バッファ層の成長温度は摂氏１０００度であった。ｎ型バッファ層の厚さは２μｍであった。次いで、ｎ型バッファ層上に活性層を形成した。活性層は３ＱＷの量子井戸構造を有し、この量子井戸構造は、交互に配列されたＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層及びＧａＮ障壁層を含む。障壁層の成長温度は摂氏８７０度であった。井戸層の成長温度は摂氏７５０度であった。井戸層及び障壁層の厚さは、それぞれ、３ｎｍ及び１５ｎｍであった。この後に、活性層上に、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ電子ブロック層及びｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長した。これらの成長温度は摂氏９００度であった。電子ブロック層及びｐ型コンタクト層の厚さは、それぞれ、１０ｎｍ及び５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル基板Ｃが作製された。
【００９７】
これらのエピタキシャル基板に、フォトリソグラフィーおよび超音波洗浄等を用いてＲＩＥ法でメサを形成した。この後に、電極を形成した。電極の形成として、ｐ側透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）形成、ｐ側パッド電極（Ａｕ）形成、ｎ側電極（Ｔｉ／Ａｌ）の形成を蒸着により行った。電極の形成の後に、電極アニールを行った。アニール温度が摂氏５５０度であり、アニール時間は１分であった。これらの工程により、図７に示される発光ダイオードＬＥＤＡ、ＬＥＤＣが作製された。これらのチップサイズは４００μｍ角であった。これらの発光ダイオードに１２０ｍＡの電流を印加して、発光波長及び発光パワーを測定すると共に、１ｍＡから２００ｍＡにおけるブルーシフト量を測定した。
試料名称 発光波長 光パワー ブルーシフト
発光ダイオードＬＥＤＡ：５２１ｎｍ、２２ｍＷ、３ｎｍ
発光ダイオードＬＥＤＣ：５１９ｎｍ、１４ｍＷ、１４ｎｍ
であった。
【００９８】
発光ダイオードＬＥＤＡでは、すべり面（例えばｃ面）を生成するように、半極性面上に、高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜を成長して、このＩｎＧａＮ厚膜を格子緩和させた。そして、格子緩和したＩｎＧａＮ厚膜上に、コヒーレントに光学素子構造を作製した。活性層の井戸層の歪みが小さくなり、この結晶の品質が向上した。ＧａＮ基板上に成長されるバッファ層として、より高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜に格子緩和を施すほど、活性層の結晶品質が向上した。例えば発光ダイオード構造を作製した場合には、上記のように、その発光出力が向上した。
【００９９】
ｃ面上においては高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜を成長してヘテロ接合を作製するとき、ある臨界膜厚以上の厚膜では多量の貫通転位が発生し、堆積物の表面が黒色化する。
【０１００】
無極性面および半極性面上においては高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜を成長してヘテロ接合を作製するとき、すべり面の生成によりミスフィット転位が導入される。この転位が歪みを開放して、格子緩和が起こる。
【０１０１】
図８は、ＩｎＧａＮバッファ層を用いた発光ダイオード構造の逆格子マッピングを示す図面である。Ｘ線回折では、入射Ｘ線のスリットサイズは、縦０．２ｍｍ横２ｍｍである。オフ方向をＸ線の入射方向に合わせた後、ステージの高さ調整し、（２０−２５）面を用いた軸立てを行い、（０００２）面のオフセット角をゼロにセットした。縦軸はｃ軸の格子定数の逆数に係数を乗じたものを示し、横軸はａ軸の格子定数の逆数に係数を乗じたものを示す。図８を参照すると、逆格子マッピングでは、信号ＳＳＵＢはＧａＮ基板からの信号を示し、信号ＳＣＯＲＥは活性層及びｐ型半導体領域からの信号を示し、信号ＳＢＵＦはバッファ層からの信号を示す。信号ＳＣＯＲＥ及び信号ＳＢＵＦのピークは縦軸に平行に延びる直線上に並ぶけれども、信号ＳＳＵＢのピークは、縦軸に平行に延びる先の直線上に並ばない。故に、これら２群の半導体領域の格子定数は互いに異なる。逆格子マッピングにおいて、縦軸に平行な線分上に信号ピークが並ぶとき、これらの信号に対応する半導体における格子定数の横成分は、それぞれの界面において同じである。故に、図８の結果は、基板とｎ型バッファ厚膜との界面で格子緩和が生じたことを示しており、またｎ型バッファ厚膜と活性層との界面、活性層と電子ブロック層及びｐ型コンタクト層との界面で格子緩和が生じていないことを示している。ＧａＮ基板上においてｎ型ＩｎＧａＮバッファ厚膜が格子緩和しているので、エピタキシャル基板が黒色化することなく高インジウム組成のバッファ厚膜が得られる。このため、ＩｎＧａＮ層を含む活性層の歪みを低減できる。
【０１０２】
（実施例２）
ＧａＮ基板を準備した。これらのＧａＮ基板の主面は（２０−２１）面であった。有機金属気相成長法で、図９に示されるレーザダイオード構造を以下のように作製した。
【０１０３】
ＧａＮ基板に、ｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎバッファ層を成長した。このｎ型バッファ層の成長温度は摂氏８７０度であった。ｎ型バッファ層の厚さは２μｍであった。次いで、ｎ型バッファ層上にｎ型Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎクラッド層を成長した。ｎ型クラッド層の成長温度は摂氏８７０度であった。ｎ型クラッド層上に、光ガイド層として、ｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層とを順に成長した。光ガイド層の成長温度は摂氏８７０度であった。光ガイド層上に活性層を形成した。活性層は３ＱＷの量子井戸構造を有し、この量子井戸構造は、交互に配列されたＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層及びＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を含む。障壁層の成長温度は摂氏８７０度であった。井戸層の成長温度は摂氏７５０度であった。井戸層及び障壁層の厚さは、それぞれ、３ｎｍ及び１５ｎｍであった。この後に、まず、活性層上に、アンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層、ｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層、ｐ型Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎクラッド層及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎコンタクト層を順に成長した。これらの成長温度は摂氏９００度であった。アンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層、ｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層、ｐ型Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎクラッド層及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎコンタクト層の厚さは、それぞれ、５０ｎｍ、１０ｎｍ、２５０ｎｍ、４００ｎｍ及び５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル基板Ｂが作製された。
【０１０４】
このエピタキシャル基板Ｂに、ストライプ窓を有するシリコン酸化膜を形成した後に電極を形成した。電極の形成として、ｐ側電極（Ｎｉ／Ａｕ）形成及びｐ側パッド電極（Ａｕ）形成をエピ面に形成すると共に、ＧａＮ基板の裏面にｎ側電極（Ｔｉ／Ａｌ）を形成した。電極の形成の後に、電極アニールを行った。アニール温度が摂氏５５０度であり、アニール時間は１分であった。これらの工程により、基板生産物が作製された。この基板生産物を８００μｍ間隔でａ面劈開を行って、図９に示されるゲインガイド型レーザダイオードＬＤＢが作製された。レーザダイオードＬＤＢのしきい値は５ｋＡ／ｃｍ２であり、また発振波長は長波長の５００ｎｍであった。
【０１０５】
このレーザダイオードＬＤＢでは、非極性ＧａＮ基板上に高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮバッファ厚膜を成長して、ＩｎＧａＮバッファ厚膜に格子緩和を引き起こす。一方、クラッド層以降の成長においては、ＩｎＧａＮバッファ厚膜に格子整合するように成長する。このエピタキシャル層の構造により、活性層の歪みを減らすことができ、これによって活性層の結晶品質が向上される。光閉じ込め向上と格子整合とを両立するために、クラッド層の材料として四元ＩｎＡｌＧａＮ層を採用することが好ましい。このクラッド層は、ＩｎＧａＮバッファ厚膜よりも小さい屈折率と、バッファ層に格子整合する組成とを有する。レーザダイオードＬＤＢでは、光閉じ込めの向上と光出力の向上を両立できる。発振しきい値が大幅に低減される。
【０１０６】
実施例１及び実施例２では、半極性を示すＧａＮ基板を用いたけれども、無極性を示すＧａＮ基板を用いて作製された発光ダイオード及びレーザダイオードにおいても、同様の技術的寄与が得られる。故に、非極性主面の角度は、１０度以上１７０度以下の範囲にあることが好ましい。また、半極性主面の傾斜角は、１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲にあることが好ましい。さらに、半極性主面の傾斜角は、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にあることが更に好適である。
【０１０７】
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。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…反応炉、１１ａ、１１ｂ…III族窒化物半導体光素子、１３…半導体領域、１３ａ…半導体領域主面、１５…第１導電型バッファ層、１７…活性層、１９…キャリアブロック層、Ｎｘ…法線軸、ＲＣ…基準面、ＶＣ１３、ＶＣ１５、ＶＣ１９、ＶＣ５１…ｃ軸ベクトル、Ｃｘ…基準軸、２１ａ…窒化ガリウム系半導体層、２１…量子井戸構造、２１ｂ…障壁層、２３…第２導電型コンタクト層、ＬＶＣ１、ＬＶＣ２、ＬＶＣ３、ＬＶＣ４、ＬＶＣ５、ＬＶＣＷ、ＬＶＣＣ…格子ベクトル、Ｖ１Ｌ、Ｖ２Ｌ、Ｖ３Ｌ、Ｖ４Ｌ、Ｖ５Ｌ、ＶＷＬ、ＶＣＬ…縦成分、Ｖ１Ｔ、Ｖ２Ｔ、Ｖ３Ｔ、Ｖ４Ｔ、Ｖ５Ｔ、ＶＷＴ、ＶＣＴ…横成分、２０ａ〜２０ｇ…接合、２７ａ…第１導電型半導体領域、２７ｂ…第２導電型半導体領域、２９…絶縁膜、３７…第１導電型クラッド層、３９…第２導電型クラッド層、４１…発光層、４３…第１の光ガイド層、４５…第２の光ガイド層、５１…ＧａＮ基板、５３…第１導電型窒化ガリウム系半導体層、５５…活性層、５５ａ…ＧａＮ障壁層、５５ｂ…ＩｎＧａＮ井戸層、５７…ｎ型クラッド層、５９…第１の光ガイド層、６１…第２の光ガイド層、６３…電子ブロック層、６５…ｐ型クラッド層、６７…ｐ型コンタクト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体光素子、及びIII族窒化物半導体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、ＡｌＧａＮを含むエピタキシャル層構造にクラックが発生し難い窒化物半導体発光素子が記載されている。この窒化物半導体発光素子は、ＧａＮ半導体からなる支持体、第１導電型ＡｌＧａＮ領域、第２導電型ＧａＮ系半導体層、及び活性層を備える。支持体のＧａＮ半導体のｃ軸は、一方の側面から他方の側面に伸びているので、基板主面は実質的にｍ面またはａ面である。ＡｌＧａＮ領域およびＧａＮ系半導体層は、支持体の主面上に設けられている。ＡｌＧａＮ領域のアルミニウム組成は０．０５以上であり、またＡｌＧａＮ領域の厚さＤ１は５００ｎｍ以上である。活性層は、第１導電型ＡｌＧａＮ領域と第２導電型ＧａＮ系半導体層との間に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７７５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化ガリウム系半導体光素子では、所望の導電型の半導体層（例えばｎ型半導体層）及び活性層は、下地の半導体領域、例えばｃ面ＧａＮ主面を有する窒化ガリウム系半導体基板上に成長される。活性層はｎ型半導体層上に設けられ、ｎ型半導体層は、ｎ型キャリア、つまり電子を活性層に提供するように働く。活性層がｎ型半導体層及び窒化ガリウム系半導体基板上に成長されるので、ｎ型半導体層は、窒化ガリウム系半導体基板とｎ型半導体層との格子定数に基づく歪みを内包する。また、窒化ガリウム系半導体基板と活性層との格子定数に基づく歪みが活性層に加わる。ｎ型半導体層の材料と活性層の材料との違いは不可避であるけれども、活性層への応力が低減されるとき、窒化ガリウム系半導体光素子の発光効率が向上する。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、活性層の歪みを低減可能なIII族窒化物半導体光素子を提供することを目的し、またこのIII族窒化物半導体光素子を作製する方法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】
【０００６】
本発明の一側面は、III族窒化物半導体光素子である。このIII族窒化物半導体光素子は、（ａ）第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる主面を有する半導体領域上に設けられ、該第１の六方晶系III族窒化物半導体と異なる第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層と、（ｂ）窒化ガリウム系半導体層を含む活性層と、（ｃ）第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層とを備える。前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、前記第１導電型バッファ層は、前記半導体領域の前記主面上において格子緩和しており、前記第１導電型バッファ層、前記活性層及び前記キャリアブロック層は、前記半導体領域の前記主面の法線軸の方向に配列されており、該窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包し、前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示す。
【０００７】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層が、半導体領域のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成す主面上に設けられる。これ故に、第１導電型バッファ層を半導体領域の主面上において格子緩和させることができる。第１導電型バッファ層の格子緩和により、活性層が、窒化ガリウム系半導体層の材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いに起因する歪みの全てを内包することにはならない。このため、活性層に内包される歪みは、窒化ガリウム系半導体層の材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いによる応力の大きさに比べて小さくなる。
【０００８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表され、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、前記横成分Ｖ１Ｔは前記横成分Ｖ２Ｔと異なる。
【０００９】
このIII族窒化物半導体光素子では、格子緩和は、例えば横成分Ｖ１Ｔと横成分Ｖ２Ｔとの違いにより観察される。上記の場合では、ｃ軸の格子定数の関係を規定しているけれども、ａ軸及びｍ軸についてもｃ軸と同様に格子ベクトルを用いて格子定数の関係を規定できる。
【００１０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の格子定数と前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層に固有のｃ軸の格子定数との間にある。また、前記キャリアブロック層は歪みを内包する。
【００１１】
このIII族窒化物半導体光素子では、第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸格子定数が第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸格子定数と活性層の窒化ガリウム系半導体層に固有のｃ軸格子定数との間にあるので、第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数は、第１の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数に比べて、活性層の窒化ガリウム系半導体層の格子定数に近い。これ故に、格子定数差により窒化ガリウム系半導体層に生成される歪みを低減できる。また、キャリアブロック層は歪みを内包するので、キャリアブロック層は格子緩和していない。これ故に、キャリアブロック層には、その格子緩和による欠陥が生成されない。したがって、該欠陥及び格子定数差の影響を活性層が受けることはない。
【００１２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型バッファ層はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦０．５０、０≦Ｙ≦０．５０）からなることができる。このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層として様々な材料（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ）を用いることができる。また、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮの組成における臨界膜厚よりも、第１導電型バッファ層の膜厚は大きい。
【００１３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮであり、前記窒化ガリウム系半導体層はＩｎＧａＮからなることが好ましい。
【００１４】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層の膜厚はＩｎＧａＮのインジウム組成における臨界膜厚より大きい。また、第２の六方晶系III族窒化物半導体がＩｎＧａＮであると共に窒化ガリウム系半導体層がＩｎＧａＮからなるので、第１導電型バッファ層と窒化ガリウム系半導体層との格子定数差を小さくできる。
【００１５】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＡｌＧａＮであることができる。
【００１６】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型バッファ層の膜厚は、ＩｎＡｌＧａＮのインジウム組成及びアルミニウム組成における臨界膜厚より大きい。また、四元系ＩｎＡｌＧａＮを用いることによって、バンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更できる。これ故に、第１導電型バッファ層における電気的及び光学的な特性と活性層への応力の大きさとが互いに独立して調整可能になる。
【００１７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であり、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以下であることができる。
【００１８】
このIII族窒化物半導体光素子では、活性層への応力及び歪みの制約が低減されるので、広い波長範囲の光を発生可能な活性層が作製されることができる。
【００１９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型バッファ層の膜厚は３００ｎｍ以上であることができる。
【００２０】
このIII族窒化物半導体光素子では、膜厚３００ｎｍ以上であることによって、バッファ層としての機能を発揮可能になる。
【００２１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、非極性主面を有する支持体を更に備えることが好ましい。前記第１導電型バッファ層は前記支持体の前記主面上に設けられており、前記支持体の前記非極性主面は、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる前記半導体領域の主面を提供し、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数より小さい。
【００２２】
このIII族窒化物半導体光素子では、支持体の材料におけるｃ軸格子定数と第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸格子定数との格子定数差が生じているけれども、支持体の主面上の第１導電型バッファ層が格子緩和させることによって、活性層の発光特性に上記の格子定数差が与える影響を低減できる。
【００２３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記支持体は導電性ＧａＮからなることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、ＧａＮ支持体を用いることによって良好な結晶成長が可能になる。
【００２４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型バッファ層と前記半導体領域との界面における転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。
【００２５】
このIII族窒化物半導体光素子では、ｃ軸が法線軸と有限な角度を成すことに起因してｃ面等のすべりによりすべり面が生成される。このすべり面の生成によって、上記の界面には転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第１導電型バッファ層は、第１導電型バッファ層に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。
【００２６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、刃状転位の導入により、格子定数差に起因する歪みを緩和することができる。
【００２７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子は、第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を更に備えることが好ましい。前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層と前記活性層との間に設けられ、前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。
【００２８】
このIII族窒化物半導体光素子では、第１導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していないので、第１導電型クラッド層は歪みを内包する。第４の六方晶系III族窒化物半導体と活性層の窒化ガリウム系半導体層の材料との格子定数差が窒化ガリウム系半導体層における歪みの増加の原因になることはない。
【００２９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を更に備えることが好ましい。前記キャリアブロック層は前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ、前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第２導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。
【００３０】
このIII族窒化物半導体光素子では、第２導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していないので、第２導電型クラッド層は歪みを内包する。第２導電型クラッド層の格子緩和による欠陥による影響を活性層が受けることがない。
【００３１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第１導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、ＩｎＡｌＧａＮは、そのバンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更可能であるので、第１導電型クラッド層と第１導電型バッファ層との格子定数差を調整できる。また、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体光素子では、前記第２導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなることが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子では、ＩｎＡｌＧａＮは、そのバンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更可能であるので、第２導電型クラッド層と第１導電型バッファ層との格子定数差を調整できる。
【００３２】
本発明の別の側面に係る発明は、III族窒化物半導体光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に、第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層を、該第１導電型バッファ層が格子緩和するように成長する工程と、（ｂ）前記第１導電型バッファ層上に活性層を成長する工程と、（ｃ）第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層を前記活性層上に成長する工程と備える。前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、前記キャリアブロック層は歪みを内包し、前記活性層は、歪みを内包する窒化ガリウム系半導体層を含む。
【００３３】
この方法では、半導体領域の主面が、第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成すので、第１導電型バッファ層を格子緩和させることができる。活性層の窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包するけれども、その歪みの大きさを上記の格子緩和により低減できる。
【００３４】
本発明の別の側面に係る方法は、前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれか一方であり、前記第１導電型バッファ層の膜厚は、該第２の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より大きい。
【００３５】
この方法では、第１導電型バッファ層の材料としてＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかを用いることができる。ＩｎＧａＮでは、第１導電型バッファ層の膜厚はＩｎＧａＮのインジウム組成における臨界膜厚より大きい。また、窒化ガリウム系半導体層がＩｎＧａＮからなるとき、第１導電型バッファ層と窒化ガリウム系半導体層との格子定数差を小さくできる。また、ＩｎＡｌＧａＮでは、第１導電型バッファ層の膜厚は、ＩｎＡｌＧａＮのインジウム組成及びアルミニウム組成における臨界膜厚より大きい。四元系ＩｎＡｌＧａＮを用いることによって、バンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更できる。これ故に、第１導電型バッファ層における電気的及び光学的な特性と活性層への応力の大きさとが互いに独立して調整可能になる。
【００３６】
本発明の別の側面に係る方法では、前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であると共に２．８エレクトロンボルト以下であることが好ましい。この方法では、活性層への応力及び歪みの制約が低減されるので、広い波長範囲の光を発生可能な活性層を含むIII族窒化物半導体光素子を作製できる。
【００３７】
本発明の別の側面に係る方法では、第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を前記第１導電型バッファ層上に成長する工程を更に備えることが好ましい。前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第１導電型クラッド層の膜厚は前記第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下である。
【００３８】
この方法では、第１導電型クラッド層の膜厚は第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下であるので、第１導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。このため、第４の六方晶系III族窒化物半導体と活性層の窒化ガリウム系半導体層の材料との格子定数差が窒化ガリウム系半導体層における歪みの増加の原因になることはない。
【００３９】
本発明の別の側面に係る方法では、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を前記キャリアブロック層上に成長する工程を更に備えることが好ましい。前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、前記第２導電型クラッド層の膜厚は前記第５の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下であり、前記第２導電型クラッド層は格子緩和していない。
【００４０】
このIII族窒化物半導体光素子では、第２導電型クラッド層は第１導電型バッファ層上において格子緩和していない。第２導電型クラッド層の格子緩和による欠陥による影響を活性層が受けることがない。
【００４１】
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】
【００４２】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、活性層の歪みを低減可能なIII族窒化物半導体光素子を提供できる。また、本発明の別の側面によれば、このIII族窒化物半導体光素子を作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子の一例を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、図１に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体素子の別の例を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、図３に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図６】図６は、図５に示された工程フローの作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【図７】図７は、実施例１において、ＩｎＧａＮバッファ層及びＧａＮバッファ層をそれぞれ用いた２種類の発光ダイオード構造と格子定数との関係を示す図面である。
【図８】図８は、ＩｎＧａＮバッファ層を用いた発光ダイオード構造の逆格子マッピングを示す図面である。
【図９】図９は、実施例２におけるレーザダイオード構造と格子定数との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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III族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板、並びにエピタキシャル基板を作製する方法及びIII族窒化物半導体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。
【００４５】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を模式的に示す図面である。図２は、図１に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。図１及び図２には、直交座標系Ｓが示されている。図１及び図２に示された構造は、発光ダイオード（ＬＥＤ）といった面発光素子に好適である。III族窒化物半導体光素子１１ａは、第１導電型バッファ層１５と、活性層１７と、キャリアブロック層１９とを備える。第１導電型バッファ層１５、活性層１７及びキャリアブロック層１９は、半導体領域１３の主面１３ａにおける法線軸Ｎｘの方向に配列されている。法線軸Ｎｘの方向は直交座標系ＳのＺ軸の方向に延在し、主面１３ａは直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸によって規定される平面と平行である。半導体領域１３の主面１３ａは無極性及び半極性のいずれかを示す。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上に設けられ、この主面１３ａは第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる。半導体領域１３の主面１３ａは、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面ＲＣに対して１０度以上の角度を成す。図１には、ｃ軸方向を示すｃ軸ベクトルＶＣ１３、ＶＣ１５、ＶＣ１９及び基準軸Ｃｘが示されている。第１導電型バッファ層１５は、第１の六方晶系III族窒化物半導体と異なる第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる。キャリアブロック層１９は第３の六方晶系III族窒化物半導体からなる。第３の六方晶系III族窒化物半導体は、例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。活性層１７は窒化ガリウム系半導体層２１ａを含むことができる。第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和する一方で、窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包する。
【００４６】
このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５が、半導体領域１３の基準面ＲＣに対して１０度以上の角度ＡＬＰＨＡを成す主面上に設けられる。これ故に、第１導電型バッファ層１５を半導体領域１３の主面１３ａ上において格子緩和させることができる。第１導電型バッファ層１５の格子緩和により、窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いに起因する応力が、活性層１７に加わることがない。このため、活性層１７に内包される歪みは、窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料と第１の六方晶系III族窒化物半導体との違いによる応力の大きさに比べて小さくなる。
【００４７】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５の膜厚は３００ｎｍ以上であるとき、バッファ層としての機能を発揮可能になる。また、活性層１７は量子井戸構造２１を有することができる。活性層２１は、ＩｎＵＡｌＶＧａ１−Ｕ−ＶＮ（０≦Ｕ≦０．５０、０≦Ｖ≦０．５０）からなることが好ましい。活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａは例えば井戸層であり、量子井戸構造２１は障壁層２１ｂを含むことができる。障壁層２１ｂは半導体層２１ａにキャリア障壁を提供する。井戸層は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。また、障壁層２１ｂは、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。
【００４８】
活性層１７の発光領域のバンドギャップは半導体領域１３のバンドギャップエネルギＥ１３より小さい。具体的には、窒化ガリウム系半導体層２１ａのバンドギャップエネルギＥ２１ａは、第１導電型バッファ層１５のバンドギャップエネルギＥ１５より小さいので、第１導電型バッファ層１５のバンドギャップエネルギＥ１５は、発光領域のバンドギャップに近いことが好ましい。第１導電型バッファ層１５のバンドギャップエネルギＥ１５は、半導体領域１３のバンドギャップエネルギＥ１３より小さいことが好ましい。
【００４９】
本実施例では、第１導電型バッファ層１５は半導体領域１３と接合２０ａを成す。この接合２０ａにおける格子定数の関係を詳細に説明する。III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表される。格子ベクトルＬＶＣ１は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ１Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなる。また、第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表される。格子ベクトルＬＶＣ２は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ２Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなる。横成分Ｖ１Ｔは横成分Ｖ２Ｔと異なる。
【００５０】
このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、格子緩和は、例えば横成分Ｖ１Ｔと横成分Ｖ２Ｔとの違いにより規定される。接合２０ａにおいて、横成分Ｖ１Ｔと横成分Ｖ２Ｔとが互いに異なる。このため、半導体領域１３から第１導電型バッファ層１５への応力が低減される。また、第１導電型バッファ層１５の歪みの一部又は全部が解放される。上記の場合ではｃ軸の格子定数の関係を規定しているけれども、ａ軸及びｍ軸についてもｃ軸と同様に格子ベクトルを用いて格子定数の関係を規定できる。
【００５１】
一方、本実施例では、第１導電型バッファ層１５は活性層１７と接合２０ｂを成す。活性層１７は第１導電型バッファ層１５の主面１５ａ上において格子緩和していないので、この接合２０ｂにおいて、活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄｗの大きさとは格子ベクトルＬＶＣＷによって表される。格子ベクトルＬＶＣＷは法線軸Ｎｘの方向の縦成分ＶＷＬとこの縦成分に直交する横成分ＶＷＴとからなる。窒化ガリウム系半導体層２１ａが歪んで、横成分ＶＷＴは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００５２】
また、キャリアブロック層１９も歪みを内包する。本実施例では、キャリアブロック層１９は活性層１７と接合２０ｃを成す。この接合２０ｃにおける格子定数の関係を詳細に説明する。第３の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３によって表される。格子ベクトルＬＶＣ３は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ３Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなる。キャリアブロック層１９が歪んで、横成分Ｖ３Ｔは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００５３】
III族窒化物半導体光素子１１ａは、キャリアブロック層１９上に設けられたコンタクト層２３を更に備えることができる。コンタクト層２３も歪みを内包する。本実施例では、コンタクト層２３はキャリアブロック層１９と接合２０ｄを成す。この接合２０ｄにおける格子定数の関係を詳細に説明する。コンタクト層２３は六方晶系III族窒化物半導体からなり、この六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄＣの大きさとは格子ベクトルＬＶＣＣによって表される。格子ベクトルＬＶＣＣは法線軸Ｎｘの方向の縦成分ＶＣＬとこの縦成分に直交する横成分ＶＣＴとからなる。コンタクト層２３が歪んで、横成分ＶＣＴは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００５４】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５、活性層１７、キャリアブロック層１９及びコンタクト層２３は、半導体積層２５を構成する。半導体積層２５内の半導体層の各々における格子ベクトルの横成分は、互いに実質的に同じである。緩和された第１導電型バッファ層１５の転位は、第１導電型バッファ層１５上の半導体層に伝搬することない。これ故に、活性層１７は、第１導電型バッファ層１５における格子緩和の影響を受けることなく、この格子緩和による発光特性の劣化はない。
【００５５】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、上記のように、キャリアブロック層１９は歪みを内包する。また、半導体領域１３の主面１３ａにおけるｃ軸の格子定数が第１導電型バッファ層１５におけるｃ軸の格子定数より小さい。さらに、第１導電型バッファ層１５におけるｃ軸の格子定数は半導体領域１３の主面１３ａのｃ軸の格子定数と窒化ガリウム系半導体層２１ａに固有のｃ軸の格子定数（歪んでいない格子定数）との間にある。第２の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数は、第１の六方晶系III族窒化物半導体の格子定数に比べて、活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａの格子定数に近い。これ故に、格子定数差により窒化ガリウム系半導体層２１ａに生成される歪みを低減できる。また、キャリアブロック層１９は歪みを内包するので、キャリアブロック層１９は格子緩和していない。これ故に、キャリアブロック層１９には、その格子緩和による欠陥が生成されない。したがって、該欠陥及び格子定数差の影響を活性層１７が受けることはない。
【００５６】
III族窒化物半導体光素子１１ａでは、第１導電型バッファ層１５はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦０．５０、０≦Ｙ≦０．５０）からなることができる。このとき、第１導電型バッファ層１５として様々な材料（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ）を用いることができる。また、第１導電型バッファ層１５の膜厚は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮの組成における臨界膜厚よりも大きい。
【００５７】
具体的には、第１導電型バッファ層１５の材料がＩｎＧａＮであると共に、窒化ガリウム系半導体層２１ａがＩｎＧａＮからなるとき、第１導電型バッファ層１５と窒化ガリウム系半導体層２１ａとの格子定数差を小さくできる。第１導電型バッファ層１５の膜厚は、当該ＩｎＧａＮのインジウム組成における臨界膜厚より大きい。
【００５８】
また、第１導電型バッファ層１５の材料はＩｎＡｌＧａＮであることが好ましい。第１導電型バッファ層１５の膜厚は、当該ＩｎＡｌＧａＮのインジウム組成及びアルミニウム組成における臨界膜厚より大きい。また、四元系ＩｎＡｌＧａＮを用いることによって、バンドギャップ及び屈折率と格子定数とを互いに独立して変更できる。これ故に、第１導電型バッファ層１５における電気的及び光学的な特性と活性層１７への応力の大きさとが互いに独立して調整可能になる。
【００５９】
第１導電型半導体領域２７ａ（１５）と第２導電型半導体領域２７ｂ（２３）との間に設けられた活性層１７では、窒化ガリウム系半導体層２１ａのバンドギャップは２．１エレクトロンボルト（１ｅＶ＝１．６０２×１０−１９ジュールで換算される）以上であることが好ましい。また、窒化ガリウム系半導体層２１ａのバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、活性層１７への応力及び歪みの制約が低減される。これ故に、広い波長範囲の光を発生可能な活性領域を作製できる。例えば、活性層１７の発光波長は例えば４５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。この活性層１７は、様々な波長範囲の光を発光可能である。
【００６０】
第１導電型バッファ層１５と半導体領域１３との接合（或いは、界面）２０ａにおける転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有することが好ましい。このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、半導体領域１３のｃ軸が法線軸Ｎｘと有限な角度を成すことに起因してｃ面等のすべりによりすべり面が生成される。このすべり面の生成によって、上記の接合２０ａには転位が発生される。転位密度が１×１０８ｃｍ−２以上であるので、第１導電型バッファ層１５は、この第１導電型バッファ層１５に格子緩和が引き起こされるために十分な密度ですべり面を含む。また、接合２０ａにおける転位は刃状転位の成分を含むことが好ましい。刃状転位の導入により、格子定数差に起因する歪みを緩和することができる。III族窒化物半導体光素子１１ａでは、接合２０ａの転位密度は、他の接合２０ｂ〜２０ｄにおける転位密度よりも大きい。
【００６１】
III族窒化物半導体光素子１１ａは、非極性主面を有する支持体３５を更に備えることが好ましい。第１導電型バッファ層１５は支持体３５の主面３５ａ上に設けられている。支持体３５の非極性主面３５ａは第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域１３の主面１３ａを提供する。第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数より小さい。
【００６２】
このIII族窒化物半導体光素子１１ａでは、支持体３５の材料におけるｃ軸格子定数と第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸格子定数との格子定数差が生じているけれども、支持体３５上の第１導電型バッファ層１５を格子緩和させることによって、活性層１７の発光特性に上記の格子定数差が与える影響を低減できる。
【００６３】
支持体３５は例えば導電性ＧａＮからなることが好ましい。ＧａＮ支持体を用いることによって良好な結晶成長が可能になる。
【００６４】
エピタキシャル基板ＥＰＩａは、第１導電型バッファ層１５と、活性層１７と、キャリアブロック層１９と、第２導電型コンタクト層２３とを備える。このコンタクト層２３は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。
【００６５】
エピタキシャル基板ＥＰＩａ上には、第１電極３１ａ（例えばアノード）及び第２電極３１ｂ（例えばカソード）が設けられている。コンタクト層２３には第１電極３１ａが設けられており、例えば第１電極３１ａは絶縁膜２９の開口を介してコンタクト層２３に接触している。第２電極３１ｂが支持体３５の裏面３５ｂに設けられており、第２電極３１ｂは半導体領域１３に電気的に接続される。裏面３５ｂも非極性を示す。
【００６６】
図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子の構造を模式的に示す図面である。図４は、図３に示されたIII族窒化物半導体光素子における格子定数の変化をエピタキシャル基板と対応づけて示す図面である。図３及び図４には、直交座標系Ｓが示されている。図３及び図４に示された構造は、レーザダイオード（ＬＤ）といった端面発光素子に好適である。III族窒化物半導体光素子１１ｂは、第１導電型バッファ層１５と、発光層４１と、キャリアブロック層１９とを備える。III族窒化物半導体光素子１１ｂでは、第１導電型半導体領域２７ａは、第１導電型バッファ層１５と、第１導電型クラッド層３７とを含む。発光層４１は、活性層１７と、第１の光ガイド層４３と、第２の光ガイド層４５とを含む。活性層１７は第１の光ガイド層４３と第２の光ガイド層４５との間に位置する。第２導電型半導体領域２７ｂは、第２導電型クラッド層３９と、第２導電型のコンタクト層２３とを含む。
【００６７】
第１導電型クラッド層３７は第４の六方晶系III族窒化物半導体からなり、この第４の六方晶系III族窒化物半導体は第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なる。第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５と活性層１７との間に設けられる。第１導電型クラッド層３７の厚さは第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より薄く、第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していない。
【００６８】
このIII族窒化物半導体光素子１１ｂでは、第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していないので、第４の六方晶系III族窒化物半導体と活性層１７の窒化ガリウム系半導体層２１ａの材料との格子定数差が窒化ガリウム系半導体層２１ａにおける歪みの増加の原因になることはない。
【００６９】
第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５と接合２０ｅを成す。第１導電型クラッド層３７は第１導電型バッファ層１５の主面１５ａ上において格子緩和していない。この接合２０ｅにおいて、第４の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ４の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ４によって表される。格子ベクトルＬＶＣ４は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ４Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ４Ｔとからなる。第１導電型クラッド層３７が歪んで、横成分Ｖ４Ｔは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００７０】
第１導電型クラッド層３７のバンドギャップは第１導電型バッファ層１５のバンドギャップより大きく、また第１導電型クラッド層３７の屈折率は第１導電型バッファ層１５の屈折率より低い。第１導電型クラッド層３７の屈折率は活性層１７の平均屈折率より低い。
【００７１】
第１導電型クラッド層３７は発光層４１と接合２０ｆを成す。第１導電型クラッド層３７上において活性層１７が歪んで、横成分ＶＷＴは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００７２】
第２導電型クラッド層３９は、第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる。第５の六方晶系III族窒化物半導体は第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なる。キャリアブロック層１９は第２導電型クラッド層３９と活性層１７との間に設けられる。第２導電型クラッド層３９は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していない。第２導電型クラッド層３９の厚さは第５の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より薄い。このIII族窒化物半導体光素子１１ｂでは、第２導電型クラッド層３９は第１導電型バッファ層１５上において格子緩和していないので、第２導電型クラッド層３９は格子緩和により欠陥を含まない。これ故に、活性層１７は、第２導電型クラッド層３９の格子緩和による欠陥による影響を受けることがない。
【００７３】
第２導電型クラッド層３９はコンタクト層２３と接合２０ｄを成す。また、第２導電型クラッド層３９は発光層４１と接合２０ｇを成す。第２導電型クラッド層３９は発光層４１の主面上において格子緩和していない。この接合２０ｇにおいて、第５の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ５の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ５によって表される。格子ベクトルＬＶＣ５は法線軸Ｎｘの方向の縦成分Ｖ５Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ５Ｔとからなる。第２導電型クラッド層３９が歪んで、横成分Ｖ５Ｔは横成分Ｖ２Ｔに合わされている。
【００７４】
第２導電型クラッド層３９のバンドギャップは第１導電型バッファ層１５のバンドギャップより大きく、また第２導電型クラッド層３９の屈折率は第１導電型バッファ層１５の屈折率より低い。第２導電型クラッド層３９の屈折率は活性層１７の平均屈折率より低い。第１導電型クラッド層３７及び第２導電型クラッド層３９により、活性層１７からの光は発光層４１に閉じ込められる。
【００７５】
第１の光ガイド層４３が第１導電型クラッド層３７の主面上に設けられるので、第１の光ガイド層４３のｃ軸が半導体領域１３の主面１３ａに対して傾斜している。第１の光ガイド層４３は、第１導電型クラッド層３７上において格子緩和されず、歪みを内包する。第１の光ガイド層４３は、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。必要な場合には、第１の光ガイド層４３は第１及び第２の部分４３ａ、４３ｂを含むことができる。第２の部分４３ｂは第１の部分４３ａと活性層１７との間に位置する。第１の部分４３ａのバンドギャップは第２の部分４３ｂのバンドギャップより大きい。
【００７６】
第２の光ガイド層４５が活性層１７の主面上に設けられるので、第２の光ガイド層４５のｃ軸が半導体領域１３の主面１３ａに対して傾斜している。第２の光ガイド層４５は、第１導電型バッファ層１５上において格子緩和されず、歪みを内包する。第１の光ガイド層４５は、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。必要な場合には、第２の光ガイド層４５は第１及び第２の部分４５ａ、４５ｂを含むことができる。第１の部分４５ａは第２の部分４５ｂと活性層１７との間に位置する。第１の部分４５ａのバンドギャップは第２の部分４５ｂのバンドギャップより小さい。キャリアブロック層１９は、第１の部分４５ａと第２の部分４５ｂとの間に位置することがきる。また、キャリアブロック層１９は、第１の光ガイド層４５ａと活性層１７との間に位置することがきる。さらに、キャリアブロック層１９は、第２の光ガイド層４５ｂと第２導電型クラッド層３９との間に位置することがきる。
【００７７】
III族窒化物半導体光素子１１ｂでは、接合２０ａの転位密度は、他の接合２０ｄ〜２０ｇにおける転位密度よりも大きい。
【００７８】
図５は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。図６は、上記の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
【００７９】
有機金属気相成長法により発光素子のエピタキシャル構造を作製した。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）を用いる。ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いる。引き続く説明では、例えば非極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系窒化ガリウム基板を用いる。例えば無極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系無極性窒化ガリウム基板を用いることができる。或いは、例えば半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を用いることができる。引き続く説明では、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を参照しながら説明する。
【００８０】
工程Ｓ１０１では、図６（ａ）に示されるように、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板５１を準備する。ＧａＮ基板５１の主面５１ａには、法線ベクトルＶＮとｃ軸ベクトルＶＣ５１が示されている。ＧａＮ基板５１の主面５１ａはｃ面からｍ面の方向又はｃ面からａ面の方向に１０〜１７０度の角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００８１】
工程Ｓ１０２では、反応炉１０内にＧａＮ基板５１を設置した後に、ＧａＮ基板５１のサーマルクリーニングを成長炉１０を用いて行う。摂氏１０５０度の温度で、ＮＨ３とＨ２を含むガスを成長炉１０に流しながら、１０分間の熱処理を行う。
【００８２】
工程Ｓ１０３では、エピタキシャル基板を作製する。まず、図６（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０４では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ０を成長炉１０に供給して、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、第１導電型窒化ガリウム系半導体層５３をエピタキシャルに成長する。ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、窒化ガリウム系半導体層５３は、窒化ガリウム系半導体からなる半導体層が格子緩和するように成長される。窒化ガリウム系半導体層５３はｎ型バッファ層（以下、「ｎ型バッファ層５３」として説明を行う）として働く。ｎ型バッファ層５３として、例えばＳｉドープＩｎＧａＮ層及び／又はＳｉドープＩｎＡｌＧａＮ層を成長する。例えばＩｎＧａＮ半導体を非極性面上に成長するとき、格子緩和の有無は、成長するＩｎＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、ＧａＮ基板５１の主面５１ａにおけるＧａＮと、これに接合を成すｎ型バッファ層５３のＩｎＧａＮとによって規定される。このＩｎＧａＮ層の厚さは例えば２μｍである。ｎ型バッファ層５３のＩｎ組成は、例えば０．０６である。ＩｎＧａＮ層の膜厚は、この組成において臨界膜厚を越えている。原料ガスＧ０は例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含み、成長温度は例えば摂氏８７０度である。ｎ型バッファ層５３が格子緩和しているので、基板５１とｎ型バッファ層５３との接合５０ａには多数の転位（例えばミスフィット転位）が生成される。
【００８３】
次いで、工程Ｓ１０５では、ｎ型バッファ層５３上に、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む半導体領域を成長する。半導体領域内のIII族窒化物半導体層は格子緩和していない。
【００８４】
発光ダイオードを作製するとき、工程Ｓ１０５において、活性層５５を成長する。活性層５５の成長では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、工程Ｓ１０６ａにおいて、摂氏８７０度の基板温度でＩｎＧａＮ障壁層をｎ型バッファ層５３上に成長する。Ｉｎ組成は例えば０．０６である。ＩｎＧａＮ障壁層５５ａのための原料ガスは例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。このＩｎＧａＮ障壁層５５ａの厚さは例えば１５ｎｍである。次いで、摂氏７５０度に基板温度を下げる。工程Ｓ１０６ｂにおいて、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、ＧａＮ障壁層５５ａ上に、摂氏７５０度の基板温度で、アンドープＩｎＧａＮ井戸層５５ｂをエピタキシャルに成長する。ＩｎＧａＮ井戸層５５ｂの厚さは例えば３ｎｍである。ＩｎＧａＮ井戸層５５ｂのＩｎ組成は例えば０．２５である。必要な場合には、障壁層５５ａ及び井戸層５５ｂの成長を繰り返して活性層５５を成長する。活性層５５の障壁層５５ａ及び井戸層５５ｂの厚さは、それぞれ、障壁層５５ａの組成及び井戸層５５ｂの組成における臨界膜厚に比べて薄い。例えば井戸層５５ｂは歪みを内包する。活性層５５の成長後に、電子ブロック層を成長する工程Ｓ１１０に進む。そして、電子ブロック層の成長後に、ｐ型コンタクト層を成長する工程Ｓ１１２に進む。
【００８５】
レーザダイオードを作製するとき、工程１０７では、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に供給して、摂氏８７０度の基板温度で、格子緩和したｎ型バッファ層５３上にｎ型クラッド層５７をエピタキシャルに成長する。ｎ型クラッド層５７は例えばＩｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎからなり、その厚さは例えば２μｍである。ｎ型クラッド層５７は、Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０ＮのＩｎ組成及びＡｌ組成において臨界膜厚を超えていない。
【００８６】
工程Ｓ１０８では、第１の光ガイド層５９をｎ型クラッド層５７上にエピタキシャルに成長する。第１の光ガイド層５９は、格子緩和していない。この光ガイド層５９は、例えばｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層５９ａ及びアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層５９ｂからなる。Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎの膜厚は例えば２５０ナノメートルであり、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎの膜厚は例えば５０ナノメートルである。非極性面においては格子緩和の有無は、成長するＩｎＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、下地ＩｎＧａＮと、これに接合を成す光ガイド層５９のＩｎＧａＮとによって規定される。光ガイド層５９の膜厚はこの厚さにおいて臨界膜厚を越えていない。これらのＩｎＧａＮの成長温度は例えば摂氏８７０度である。原料ガスは、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。
【００８７】
引き続き、既に説明したように、工程Ｓ１０６では、量子井戸構造を有する活性層５５を成長する。
【００８８】
工程Ｓ１０９では、摂氏８７０度の基板温度において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に導入して、活性層５５上に第２の光ガイド層６１をエピタキシャルに成長する。第２の光ガイド層６１は、活性層５５上において格子緩和していない。この光ガイド層６１は、例えばアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層６１ａ及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層６１ｂからなる。Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎの膜厚は例えば５０ナノメートルであり、Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎの膜厚は例えば２５０ナノメートルである。非極性面においては格子緩和の有無は、成長するＩｎＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、下地ＩｎＧａＮ又はＧａＮと、これに接合を成す光ガイド層６１のＩｎＧａＮとによって規定される。光ガイド層６１の膜厚はこの厚さにおいて臨界膜厚を越えていない。これらのＩｎＧａＮの成長温度は例えば摂氏８７０度である。原料ガスは、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。
【００８９】
工程Ｓ１１０では、電子ブロック層６３をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。電子ブロック層６３の厚さは例えば１０ｎｍであり、そのＡｌ組成は例えば０．１２である。電子ブロック層６３の厚さはその臨界膜厚に比べて薄いので、電子ブロック層６３は歪みを内包する。
【００９０】
必要な場合には、電子ブロック層６３を光ガイド層６１の成長に先立って行うことができる。また、光ガイド層６１の成長では、電子ブロック層６３の成長に先立って光ガイド層６１の一部分を成長でき、電子ブロック層６３の成長の後に光ガイド層６１の残りを成長できる。
【００９１】
次いで、工程Ｓ１１１において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に導入して、第２の光ガイド層６１上に、第２導電型窒化ガリウム系半導体クラッド層（以下「ｐ型クラッド層」として説明を行う）６５をエピタキシャルに成長する。第２の光ガイド層６１の主面６１ｃ上に、ｐ型クラッド層６５は、ｐ型クラッド層６５が格子緩和しないように成長される。ｐ型クラッド層６５として、例えばＭｇドープＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。非極性面においては格子緩和の有無は、成長するＩｎＡｌＧａＮ半導体の組成、膜厚及び格子定数差によって制御できる。この格子定数差は、第２の光ガイド層６１の主面６１ｃにおけるＩｎＧａＮと、これに接合を成すｐ型クラッド層６５のＩｎＡｌＧａＮとによって規定される。このＩｎＡｌＧａＮ層の厚さは例えば４００ナノメートルである。窒化ガリウム系半導体層６５のＡｌ組成は、例えば０．１０である。Ｉｎ組成は例えば０．１０である。このＩｎＡｌＧａＮ層の膜厚は臨界膜厚を越えない。成長温度は例えば摂氏８７０度である。
【００９２】
続けて、工程Ｓ１１２において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスを成長炉１０に導入して、ｐ型クラッド層６５上にｐ型コンタクト層６７をエピタキシャルに成長する。原料ガスは、例えばＴＭＧ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型コンタクト層６７の厚さは例えば５０ｎｍである。ｐ型コンタクト層６７の厚さはその臨界膜厚に比べて薄いので、ｐ型コンタクト層６７は歪みを内包する。
【００９３】
引き続く工程では、コンタクト窓を有する絶縁膜を形成した後に、エピタキシャル基板ＥＰＩ０のｐ型窒化ガリウム系半導体領域上にアノード電極を形成してｐ型コンタクト層６７に電気的な接続を成すと共に基板５１の裏面５１ｂを必要に応じて研磨した後に研磨裏面にカソード電極を形成する。これらの電極は、例えば蒸着により作製される。
【００９４】
（実施例１）
２枚のＧａＮ基板を準備した。これらのＧａＮ基板の主面は（２０−２１）面であった。有機金属気相成長法で、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される発光ダイオード構造を以下のように作製した。
【００９５】
一方のＧａＮ基板に、図７（ａ）に示されるように、ｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎバッファ層を成長した。このｎ型バッファ層の成長温度は摂氏８７０度であった。ｎ型バッファ層の厚さは２μｍであった。次いで、このｎ型バッファ層上に活性層を形成した。活性層は３ＱＷの量子井戸構造を有し、この量子井戸構造は、交互に配列されたＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層及びＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を含む。障壁層の成長温度は摂氏８７０度であった。井戸層の成長温度は摂氏７５０度であった。井戸層及び障壁層の厚さは、それぞれ、３ｎｍ及び１５ｎｍであった。この後に、活性層上に、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ電子ブロック層及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎコンタクト層を順に成長した。これらの成長温度は摂氏９００度であった。電子ブロック層及びｐ型コンタクト層の厚さは、それぞれ、１０ｎｍ及び５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル基板Ａが作製された。
【００９６】
他方のＧａＮ基板に、ｎ型ＧａＮバッファ層を成長した。このｎ型バッファ層の成長温度は摂氏１０００度であった。ｎ型バッファ層の厚さは２μｍであった。次いで、ｎ型バッファ層上に活性層を形成した。活性層は３ＱＷの量子井戸構造を有し、この量子井戸構造は、交互に配列されたＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層及びＧａＮ障壁層を含む。障壁層の成長温度は摂氏８７０度であった。井戸層の成長温度は摂氏７５０度であった。井戸層及び障壁層の厚さは、それぞれ、３ｎｍ及び１５ｎｍであった。この後に、活性層上に、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ電子ブロック層及びｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長した。これらの成長温度は摂氏９００度であった。電子ブロック層及びｐ型コンタクト層の厚さは、それぞれ、１０ｎｍ及び５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル基板Ｃが作製された。
【００９７】
これらのエピタキシャル基板に、フォトリソグラフィーおよび超音波洗浄等を用いてＲＩＥ法でメサを形成した。この後に、電極を形成した。電極の形成として、ｐ側透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）形成、ｐ側パッド電極（Ａｕ）形成、ｎ側電極（Ｔｉ／Ａｌ）の形成を蒸着により行った。電極の形成の後に、電極アニールを行った。アニール温度が摂氏５５０度であり、アニール時間は１分であった。これらの工程により、図７に示される発光ダイオードＬＥＤＡ、ＬＥＤＣが作製された。これらのチップサイズは４００μｍ角であった。これらの発光ダイオードに１２０ｍＡの電流を印加して、発光波長及び発光パワーを測定すると共に、１ｍＡから２００ｍＡにおけるブルーシフト量を測定した。
試料名称 発光波長 光パワー ブルーシフト
発光ダイオードＬＥＤＡ：５２１ｎｍ、２２ｍＷ、３ｎｍ
発光ダイオードＬＥＤＣ：５１９ｎｍ、１４ｍＷ、１４ｎｍ
であった。
【００９８】
発光ダイオードＬＥＤＡでは、すべり面（例えばｃ面）を生成するように、半極性面上に、高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜を成長して、このＩｎＧａＮ厚膜を格子緩和させた。そして、格子緩和したＩｎＧａＮ厚膜上に、コヒーレントに光学素子構造を作製した。活性層の井戸層の歪みが小さくなり、この結晶の品質が向上した。ＧａＮ基板上に成長されるバッファ層として、より高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜に格子緩和を施すほど、活性層の結晶品質が向上した。例えば発光ダイオード構造を作製した場合には、上記のように、その発光出力が向上した。
【００９９】
ｃ面上においては高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜を成長してヘテロ接合を作製するとき、ある臨界膜厚以上の厚膜では多量の貫通転位が発生し、堆積物の表面が黒色化する。
【０１００】
無極性面および半極性面上においては高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ厚膜を成長してヘテロ接合を作製するとき、すべり面の生成によりミスフィット転位が導入される。この転位が歪みを開放して、格子緩和が起こる。
【０１０１】
図８は、ＩｎＧａＮバッファ層を用いた発光ダイオード構造の逆格子マッピングを示す図面である。Ｘ線回折では、入射Ｘ線のスリットサイズは、縦０．２ｍｍ横２ｍｍである。オフ方向をＸ線の入射方向に合わせた後、ステージの高さ調整し、（２０−２５）面を用いた軸立てを行い、（０００２）面のオフセット角をゼロにセットした。縦軸はｃ軸の格子定数の逆数に係数を乗じたものを示し、横軸はａ軸の格子定数の逆数に係数を乗じたものを示す。図８を参照すると、逆格子マッピングでは、信号ＳＳＵＢはＧａＮ基板からの信号を示し、信号ＳＣＯＲＥは活性層及びｐ型半導体領域からの信号を示し、信号ＳＢＵＦはバッファ層からの信号を示す。信号ＳＣＯＲＥ及び信号ＳＢＵＦのピークは縦軸に平行に延びる直線上に並ぶけれども、信号ＳＳＵＢのピークは、縦軸に平行に延びる先の直線上に並ばない。故に、これら２群の半導体領域の格子定数は互いに異なる。逆格子マッピングにおいて、縦軸に平行な線分上に信号ピークが並ぶとき、これらの信号に対応する半導体における格子定数の横成分は、それぞれの界面において同じである。故に、図８の結果は、基板とｎ型バッファ厚膜との界面で格子緩和が生じたことを示しており、またｎ型バッファ厚膜と活性層との界面、活性層と電子ブロック層及びｐ型コンタクト層との界面で格子緩和が生じていないことを示している。ＧａＮ基板上においてｎ型ＩｎＧａＮバッファ厚膜が格子緩和しているので、エピタキシャル基板が黒色化することなく高インジウム組成のバッファ厚膜が得られる。このため、ＩｎＧａＮ層を含む活性層の歪みを低減できる。
【０１０２】
（実施例２）
ＧａＮ基板を準備した。これらのＧａＮ基板の主面は（２０−２１）面であった。有機金属気相成長法で、図９に示されるレーザダイオード構造を以下のように作製した。
【０１０３】
ＧａＮ基板に、ｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎバッファ層を成長した。このｎ型バッファ層の成長温度は摂氏８７０度であった。ｎ型バッファ層の厚さは２μｍであった。次いで、ｎ型バッファ層上にｎ型Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎクラッド層を成長した。ｎ型クラッド層の成長温度は摂氏８７０度であった。ｎ型クラッド層上に、光ガイド層として、ｎ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層とアンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層とを順に成長した。光ガイド層の成長温度は摂氏８７０度であった。光ガイド層上に活性層を形成した。活性層は３ＱＷの量子井戸構造を有し、この量子井戸構造は、交互に配列されたＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ井戸層及びＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ障壁層を含む。障壁層の成長温度は摂氏８７０度であった。井戸層の成長温度は摂氏７５０度であった。井戸層及び障壁層の厚さは、それぞれ、３ｎｍ及び１５ｎｍであった。この後に、まず、活性層上に、アンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層、ｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層、ｐ型Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎクラッド層及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎコンタクト層を順に成長した。これらの成長温度は摂氏９００度であった。アンドープＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎ層、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層、ｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層、ｐ型Ｉｎ０．１０Ａｌ０．１０Ｇａ０．８０Ｎクラッド層及びｐ型Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎコンタクト層の厚さは、それぞれ、５０ｎｍ、１０ｎｍ、２５０ｎｍ、４００ｎｍ及び５０ｎｍであった。これらの工程により、エピタキシャル基板Ｂが作製された。
【０１０４】
このエピタキシャル基板Ｂに、ストライプ窓を有するシリコン酸化膜を形成した後に電極を形成した。電極の形成として、ｐ側電極（Ｎｉ／Ａｕ）形成及びｐ側パッド電極（Ａｕ）形成をエピ面に形成すると共に、ＧａＮ基板の裏面にｎ側電極（Ｔｉ／Ａｌ）を形成した。電極の形成の後に、電極アニールを行った。アニール温度が摂氏５５０度であり、アニール時間は１分であった。これらの工程により、基板生産物が作製された。この基板生産物を８００μｍ間隔でａ面劈開を行って、図９に示されるゲインガイド型レーザダイオードＬＤＢが作製された。レーザダイオードＬＤＢのしきい値は５ｋＡ／ｃｍ２であり、また発振波長は長波長の５００ｎｍであった。
【０１０５】
このレーザダイオードＬＤＢでは、非極性ＧａＮ基板上に高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮバッファ厚膜を成長して、ＩｎＧａＮバッファ厚膜に格子緩和を引き起こす。一方、クラッド層以降の成長においては、ＩｎＧａＮバッファ厚膜に格子整合するように成長する。このエピタキシャル層の構造により、活性層の歪みを減らすことができ、これによって活性層の結晶品質が向上される。光閉じ込め向上と格子整合とを両立するために、クラッド層の材料として四元ＩｎＡｌＧａＮ層を採用することが好ましい。このクラッド層は、ＩｎＧａＮバッファ厚膜よりも小さい屈折率と、バッファ層に格子整合する組成とを有する。レーザダイオードＬＤＢでは、光閉じ込めの向上と光出力の向上を両立できる。発振しきい値が大幅に低減される。
【０１０６】
実施例１及び実施例２では、半極性を示すＧａＮ基板を用いたけれども、無極性を示すＧａＮ基板を用いて作製された発光ダイオード及びレーザダイオードにおいても、同様の技術的寄与が得られる。故に、非極性主面の角度は、１０度以上１７０度以下の範囲にあることが好ましい。また、半極性主面の傾斜角は、１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲にあることが好ましい。さらに、半極性主面の傾斜角は、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にあることが更に好適である。
【０１０７】
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。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…反応炉、１１ａ、１１ｂ…III族窒化物半導体光素子、１３…半導体領域、１３ａ…半導体領域主面、１５…第１導電型バッファ層、１７…活性層、１９…キャリアブロック層、Ｎｘ…法線軸、ＲＣ…基準面、ＶＣ１３、ＶＣ１５、ＶＣ１９、ＶＣ５１…ｃ軸ベクトル、Ｃｘ…基準軸、２１ａ…窒化ガリウム系半導体層、２１…量子井戸構造、２１ｂ…障壁層、２３…第２導電型コンタクト層、ＬＶＣ１、ＬＶＣ２、ＬＶＣ３、ＬＶＣ４、ＬＶＣ５、ＬＶＣＷ、ＬＶＣＣ…格子ベクトル、Ｖ１Ｌ、Ｖ２Ｌ、Ｖ３Ｌ、Ｖ４Ｌ、Ｖ５Ｌ、ＶＷＬ、ＶＣＬ…縦成分、Ｖ１Ｔ、Ｖ２Ｔ、Ｖ３Ｔ、Ｖ４Ｔ、Ｖ５Ｔ、ＶＷＴ、ＶＣＴ…横成分、２０ａ〜２０ｇ…接合、２７ａ…第１導電型半導体領域、２７ｂ…第２導電型半導体領域、２９…絶縁膜、３７…第１導電型クラッド層、３９…第２導電型クラッド層、４１…発光層、４３…第１の光ガイド層、４５…第２の光ガイド層、５１…ＧａＮ基板、５３…第１導電型窒化ガリウム系半導体層、５５…活性層、５５ａ…ＧａＮ障壁層、５５ｂ…ＩｎＧａＮ井戸層、５７…ｎ型クラッド層、５９…第１の光ガイド層、６１…第２の光ガイド層、６３…電子ブロック層、６５…ｐ型クラッド層、６７…ｐ型コンタクト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体光素子であって、
第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる主面を有する半導体領域上に設けられ、該第１の六方晶系III族窒化物半導体と異なる第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層と、
窒化ガリウム系半導体層を含む活性層と、
第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層と
を備え、
前記第１導電型バッファ層のバンドギャップエネルギは前記半導体領域のバンドギャップエネルギより小さく、
前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップエネルギは前記第１導電型バッファ層のバンドギャップエネルギより小さく、
前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、
前記第１導電型バッファ層は、前記半導体領域の前記主面上において格子緩和しており、
前記第１導電型バッファ層、前記活性層及び前記キャリアブロック層は、前記半導体領域の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
前記窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包し、
前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示す、ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項２】
前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表され、
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、
前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、
前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、
前記横成分Ｖ１Ｔは前記横成分Ｖ２Ｔと異なる、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項３】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の格子定数と前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層に固有のｃ軸の格子定数との間にあり、前記キャリアブロック層は歪みを内包する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項４】
前記第１導電型バッファ層はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦０．５０、０≦Ｙ≦０．５０）からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項５】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮであり、
前記窒化ガリウム系半導体層はＩｎＧａＮからなる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III族窒化物半導体光素子。
【請求項６】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＡｌＧａＮである、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III族窒化物半導体光素子。
【請求項７】
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であり、
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項８】
前記第１導電型バッファ層の膜厚は３００ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項９】
非極性主面を有する支持体を更に備え、
前記第１導電型バッファ層は前記支持体の前記主面上に設けられており、
前記支持体の前記非極性主面は、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる前記半導体領域の主面を提供し、
前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数より小さい、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１０】
前記支持体は導電性ＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項９に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１１】
前記第１導電型バッファ層と前記半導体領域との界面における転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有する、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１２】
前記転位は刃状転位の成分を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１３】
第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を更に備え、
前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層と前記活性層との間に設けられ、
前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１４】
第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を更に備え、
前記キャリアブロック層は前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ、
前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第２導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない、ことを特徴とする請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１５】
前記第１導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなり、
前記第２導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１６】
III族窒化物半導体光素子を作製する方法であって、
第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に、第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層を、該第１導電型バッファ層が格子緩和するように成長する工程と、
前記第１導電型バッファ層上に活性層を成長する工程と、
第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層を前記活性層上に成長する工程と
を備え、
前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、
前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、
前記活性層は、歪みを内包する窒化ガリウム系半導体層を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれか一方であり、
前記第１導電型バッファ層の膜厚は、該第２の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より大きい、ことを特徴とする請求項１６に記載された方法。
【請求項１８】
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であり、
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以下である、ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載された方法。
【請求項１９】
第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を前記第１導電型バッファ層上に成長する工程を更に備え、
前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第１導電型クラッド層の膜厚は前記第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下である、ことを特徴とする請求項１６〜請求項１８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２０】
第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を前記キャリアブロック層上に成長する工程を更に備え、
前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第２導電型クラッド層の膜厚は前記第５の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下である、ことを特徴とする請求項１６〜請求項１８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１】
III族窒化物半導体光素子であって、
第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる主面を有する半導体領域上に設けられ、該第１の六方晶系III族窒化物半導体と異なる第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層と、
窒化ガリウム系半導体層を含む活性層と、
第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層と
を備え、
前記第１導電型バッファ層のバンドギャップエネルギは前記半導体領域のバンドギャップエネルギより小さく、
前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップエネルギは前記第１導電型バッファ層のバンドギャップエネルギより小さく、
前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、
前記第１導電型バッファ層は、前記半導体領域の前記主面上において格子緩和しており、
前記第１導電型バッファ層、前記活性層及び前記キャリアブロック層は、前記半導体領域の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
前記窒化ガリウム系半導体層は歪みを内包し、
前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示す、ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項２】
前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表され、
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、
前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、
前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、
前記横成分Ｖ１Ｔは前記横成分Ｖ２Ｔと異なる、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項３】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸の格子定数と前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層に固有のｃ軸の格子定数との間にあり、前記キャリアブロック層は歪みを内包する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項４】
前記第１導電型バッファ層はＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦０．５０、０≦Ｙ≦０．５０）からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項５】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮであり、
前記窒化ガリウム系半導体層はＩｎＧａＮからなる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III族窒化物半導体光素子。
【請求項６】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＡｌＧａＮである、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III族窒化物半導体光素子。
【請求項７】
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であり、
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項８】
前記第１導電型バッファ層の膜厚は３００ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項９】
非極性主面を有する支持体を更に備え、
前記第１導電型バッファ層は前記支持体の前記主面上に設けられており、
前記支持体の前記非極性主面は、前記第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる前記半導体領域の主面を提供し、
前記第１の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体におけるｃ軸の格子定数より小さい、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１０】
前記支持体は導電性ＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項９に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１１】
前記第１導電型バッファ層と前記半導体領域との界面における転位は、１×１０８ｃｍ−２以上の密度を有する、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１２】
前記転位は刃状転位の成分を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１３】
第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を更に備え、
前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層と前記活性層との間に設けられ、
前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第１導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１４】
第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を更に備え、
前記キャリアブロック層は前記第２導電型クラッド層と前記活性層との間に設けられ、
前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第２導電型クラッド層は前記第１導電型バッファ層上において格子緩和していない、ことを特徴とする請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１５】
前記第１導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなり、
前記第２導電型クラッド層はＩｎＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１６】
III族窒化物半導体光素子を作製する方法であって、
第１の六方晶系III族窒化物半導体からなる半導体領域の主面上に、第２の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型バッファ層を、該第１導電型バッファ層が格子緩和するように成長する工程と、
前記第１導電型バッファ層上に活性層を成長する工程と、
第３の六方晶系III族窒化物半導体からなるキャリアブロック層を前記活性層上に成長する工程と
を備え、
前記半導体領域の前記主面は、該第１の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸に直交する基準面に対して１０度以上の角度を成し、
前記半導体領域の前記主面は無極性及び半極性のいずれかを示し、
前記活性層は、歪みを内包する窒化ガリウム系半導体層を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記第２の六方晶系III族窒化物半導体はＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれか一方であり、
前記第１導電型バッファ層の膜厚は、該第２の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚より大きい、ことを特徴とする請求項１６に記載された方法。
【請求項１８】
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．１エレクトロンボルト以上であり、
前記活性層の前記窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは２．８エレクトロンボルト以下である、ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載された方法。
【請求項１９】
第４の六方晶系III族窒化物半導体からなる第１導電型クラッド層を前記第１導電型バッファ層上に成長する工程を更に備え、
前記第４の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第１導電型クラッド層の膜厚は前記第４の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下である、ことを特徴とする請求項１６〜請求項１８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２０】
第５の六方晶系III族窒化物半導体からなる第２導電型クラッド層を前記キャリアブロック層上に成長する工程を更に備え、
前記第５の六方晶系III族窒化物半導体は前記第２の六方晶系III族窒化物半導体と異なり、
前記第２導電型クラッド層の膜厚は前記第５の六方晶系III族窒化物半導体の組成における臨界膜厚以下である、ことを特徴とする請求項１６〜請求項１８のいずれか一項に記載された方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−４４６６９（Ｐ２０１１−４４６６９Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９３５０７（Ｐ２００９−１９３５０７）
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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