JP2000332362A - 半導体装置および半導体発光素子 - Google Patents

半導体装置および半導体発光素子

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JP2000332362A JP14321899A JP14321899A JP2000332362A JP 2000332362 A JP2000332362 A JP 2000332362A JP 14321899 A JP14321899 A JP 14321899A JP 14321899 A JP14321899 A JP 14321899A JP 2000332362 A JP2000332362 A JP 2000332362A
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light emitting
gan
optical waveguide
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Hiroyuki Okuyama
浩之 奥山
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 閾値電流密度および動作電圧の低減、ならび
に、紫外線領域に及ぶ発光波長の短波長化を実現するこ
とのできる、高品質かつ高性能な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を用いた半導体発光素子、電気的特性およ
び光学的特性に優れた高バンドギャップの窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置を提供する。 【解決手段】 ＧａＮ系半導体発光素子において、発光
素子構造を形成する複数の半導体層の所望の層を、Ｂを
含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成し、
かつ、その層のＢ組成を０．３以下とする。具体的に
は、サファイア基板１上に、Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ
層２を介して、Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ
0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、
Ｇａ0.85Ｉｎ0.15Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活
性層６、ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７、ｐ型Ｇａ
Ｎ光導波層８、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド
層９およびｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１０を順
次積層し、レーザ構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置および
半導体発光素子に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体を用いた半導体装置および半導体発光素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下「ＧａＮ系半導
体」ともいう）は、緑色から青色、さらには紫外線の領
域にわたる発光が可能な発光素子や高周波電子素子およ
び耐環境電子素子などの材料として有望である。特に、
このＧａＮ系半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）
が実用化されて以来、ＧａＮ系半導体は大きな注目を集
めている。また、ＧａＮ系半導体を用いた半導体レーザ
の実現も報告され、光ディスク装置の光源をはじめとし
た応用が期待されている。
【０００３】ＧａＮ系半導体レーザとしては、従来よ
り、ＡｌＧａＮをクラッド層、ＧａＮを光導波層、Ｇａ
ＩｎＮを活性層とするＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮ
ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructuer）構
造を有するものが知られている。図１１は、この従来の
ＧａＮ系半導体レーザを示す。
【０００４】図１１に示すように、この従来のＧａＮ系
半導体レーザにおいては、ｃ面のサファイア基板１０１
上に、低温成長によるアンドープのＧａＮバッファ層１
０２を介して、アンドープのＧａＮ層１０３、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッ
ド層１０５、ｎ型ＧａＮ光導波層１０６、アンドープの
Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎを量子井戸層とする活性層１０７、
ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8Ｎキャップ層１０８、ｐ型ＧａＮ
光導波層１０９、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１
１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１１が順次積層さ
れている。
【０００５】ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上層部、
ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０５、ｎ型ＧａＮ
光導波層１０６、活性層１０７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎキャップ層１０８、ｐ型ＧａＮ光導波層１０９、ｐ型
Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０およびｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１１は一方向に延在する所定幅のストラ
イプ形状を有する。
【０００６】ｐ型ＧａＮコンタクト層１１１上には、Ｎ
ｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｕ電極のようなスト
ライプ形状のｐ側電極１１２が設けられ、ストライプ部
に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上には、Ｔｉ
／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極のようなｎ側電極１１３が設け
られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者の
知見によれば、ＧａＮ系半導体レーザにおいて、連続発
振を実現する観点からは、クラッド層と活性層との間の
バンドギャップ差が５００ｍｅＶ以上あればよいことが
確認されている。しかしながら、従来のＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮ／ＧａＩｎＮ ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザ
においては、クラッド層と活性層とのバンドギャップ差
を大きくしようとして、クラッド層のＡｌ組成を大きく
すると、これらの成長が困難になるという問題がある。
また、Ａｌ組成の大きいＡｌＧａＮではｐ型キャリア濃
度が低下するために、ｐ型クラッド層の抵抗が高くなる
という問題も生じる。これらの問題は、活性層のバンド
ギャップが大きいほど、すなわち、発光波長が短波長化
されるほど顕著となる。
【０００８】また、従来のＧａＮ系半導体レーザでは、
活性層１０７とｐ型ＧａＮ光導波層１０９との間にＩｎ
の蒸発を防止するためのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎキャッ
プ層１０８が設けられるが、上述したように、Ａｌ組成
の大きいｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎキャップ層１０８は、
成長が困難である上に低抵抗化が困難である。そのた
め、このｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎキャップ層１０８によ
る電気的抵抗の上昇がレーザ特性に悪影響を及ぼすなど
の問題もあった。
【０００９】また、従来のＧａＮ系半導体レーザでは、
サファイア基板１０１とレーザ構造を形成するＧａＮ系
半導体層との格子定数が異なるため、ＧａＮ系半導体層
の結晶欠陥を低減する観点から、サファイア基板１０１
上にＧａＮバッファ層１０２を低温成長させ、この上部
にＧａＮ系半導体層を成長させる際にこれを結晶化さ
せ、このＧａＮバッファ層１０２上に成長させるＧａＮ
系半導体層の品質を向上させている。しかしながら、こ
の低温成長によるＧａＮバッファ層１０２を用いた場合
であっても、低減できる欠陥の密度には限界がある。
【００１０】したがって、この発明の目的は、閾値電流
密度および動作電圧の低減、ならびに、紫外線領域に及
ぶ発光波長の短波長化を実現することのできる、高品質
かつ高性能な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用い
た半導体発光素子を提供することにある。
【００１１】この発明の他の目的は、電気的特性および
光学的特性に優れた高バンドギャップの窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記した従来技術の有す
る問題点を解決すべく、本発明者は鋭意検討を行った。
以下に、その概要について説明する。
【００１３】ＩＩＩ族元素のホウ素（Ｂ）を含むＢＮな
どのＢ系半導体は、エネルギー的に安定であり、高エネ
ルギーの光、例えば紫外光などにも強く、将来有望であ
る。特に、Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
では、Ｂの添加によるバンドギャップの増大が期待され
る。さらに、本発明者の知見によれば、ＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体や他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体では、陽イ
オンの共有結合半径が小さくなるとｐ型化されやすくな
ることが確認されている（奥山浩之、石橋晃、応用物理
65,687(1996) 、以下、文献１と称する）。したがっ
て、文献１から類推すると、Ｂの添加によって陽イオン
元素の共有半径が小さくされたＢを含む窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体では、比較的高いｐ型キャリア濃度
を得ることができると考えられる。
【００１４】ここで、Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体として、Ｂp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただ
し、０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦
１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）を考え、このＢp Ａｌq Ｇａ
r Ｉｎs Ｎを発光素子構造を形成する半導体層の材料に
用いる場合について考察する。
【００１５】一般に、半導体発光素子においては、光吸
収の影響などを考慮に入れると、活性層からクラッド層
までを直接遷移型半導体で構成することが望ましいとさ
れている。しかしながら、ＢＮは間接遷移型半導体であ
るため、ＧａＮやＡｌＮなどの他の直接遷移型半導体と
の混晶を作製する場合、Ｂの組成範囲を決める必要があ
る。図１は、代表的なＧａＮ系半導体の格子定数とエネ
ルギーギャップとの関係を示す。図１においては、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮのガンマ点の極小のエネルギ
ーギャップとガンマ点以外の極小のエネルギーギャップ
とが示されている。格子定数は組成比によりリニアに変
化するというベガード（Ｖｅｇａｒｄ）則が成り立つと
すると、ウルツ鉱構造の極小はＬ点付近に現れる。これ
らを比較し、内挿から直接遷移と間接遷移との交点を求
めると、ＢＡｌＮはＢ組成がほぼ１０％以上で、ＢＧａ
ＮはＢ組成がほぼ３０％以上でそれぞれ間接遷移型半導
体になる。言い換えれば、Ｂp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎを
直接遷移型とするためには、Ｂ組成を０．３以下、好適
には０．１以下とすればよいと言える。
【００１６】また、Ｂp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎは、上述
したように、Ｂの添加によってバンドギャップの増大が
実現されるため、バンドギャップを大きくしたいクラッ
ド層の材料に適していると言える。また、このＢp Ａｌ
q Ｇａr Ｉｎs Ｎは、ＡｌＧａＮに比べてｐ型キャリア
濃度を高くすることができるため、ｐ型クラッド層の低
抵抗化を図る上でも有利である。ただし、Ｂp Ａｌq Ｇ
ａr Ｉｎs Ｎの成長を考えた場合、ＢＮの蒸気圧とＩｎ
Ｎの蒸気圧とが極端に異なり最適成長条件を求めること
が難しい。したがって、成長を容易に行う観点からは、
同一層にＢの添加とＩｎの添加とを同時に行わないよう
にすることが望ましいと言える。また、一般に、５元混
晶は成長制御が難しいため、組成を厳密に制御する必要
のある活性層には４元以下の混晶を用いることが望まし
い。特に、Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
は、成長条件によっては光学的特性が劣化することがあ
り、Ａｌを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、
酸化されやすく光学損傷に弱いことから、活性層の材料
を選定する際には、これらの点を考慮に入れる必要があ
る。光導波層についても同様のことが言える。
【００１７】さらに、Ｂp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs ＮはＧａ
Ｎ系半導体レーザのバッファ層やキャップ層の材料とし
ても有望であると考えられる。すなわち、Ｂp Ａｌq Ｇ
ａrＩｎs Ｎをバッファ層に用いた場合、Ｂの付着係数
が良好であり、熱的安定性が向上するため、ＧａＮバッ
ファ層に比べて成長温度を高くすることが可能である。
しかも、ＢＮは格子定数が小さいため、結合が強固で欠
陥が入りにくいという特徴がある。そのため、Ｂp Ａｌ
q Ｇａr Ｉｎs Ｎをバッファ層に用いた場合、バッファ
層の欠陥密度を低減することができ、さらに、その上に
成長される半導体層の欠陥密度を低減することもでき
る。また、成長温度を１０００℃としたときのＩｎＮ、
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＢＮの平衡蒸気圧はその順に低くな
る。そのため、Ｉｎの蒸発を防止するには、ＢＮの混晶
を用いる方が高い効果が得られると考えられる。
【００１８】以上のように、発光素子構造を形成する半
導体層を、適宜、Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体を用いて構成することは、上記した従来技術の有
する問題点を解決するのに有効であると考えられる。
【００１９】ところで、Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体からなる層と、Ｂを含まない窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる層とを複数積層する場
合、各層の格子定数の違いを考慮する必要がある。図２
は、代表的なＧａＮ系半導体のバンドギャップとＧａＮ
に対する格子不整合との関係を示す。Ｂの共有結合半径
は０．８８Åであり、ＧａおよびＡｌの共有結合半径
（１．２６Å）やＩｎの共有結合半径（１．４４Å）に
比べて小さい。そのため、図２に示すように、Ｂを含む
層は、Ｂの割合が増えるに連れて格子定数が小さくな
り、Ｂを含まない他の層と積層する際に引っ張り応力を
受ける。そこで、この問題を回避すべく、本発明者は鋭
意検討を行った結果、以下の手法を案出するに至った。
まず、第１の手法は、基板上に開口部を有するマスクを
形成し、開口部における基板上に半導体層を選択成長さ
せる手法である。また、第２の手法は、基板上にメサ部
を形成し、メサ部上に半導体層を選択成長させる手法で
ある。これらの第１の手法および第２の手法では、基板
の成長領域上に半導体層が台形状に成長し、したがっ
て、基板から離れるに連れて半導体層の成長面積が小さ
くなるため、クラックの発生を防止することができる。
【００２０】本発明者は、上記の検討に加えて、さら
に、ＧａＮ系半導体レーザの特性を向上させるべく、レ
ーザ構造および成長条件の最適化について検討を行っ
た。
【００２１】すなわち、本発明者は、これまでに行った
実験の結果から、クラッド層と活性層とのバンドギャッ
プ差が５００ｍｅＶ以上であれば、連続発振する良好な
レーザデバイスが得られるという知見を得ている。ま
た、本発明者は、図１１に示すと同様のＧａＮ系半導体
レーザにおいて、クラッド層と活性層とのバンドギャッ
プ差を変化させたときに、閾値電流密度がどのように変
化するかを調べた。図３に、その測定結果を示す。この
実験に用いた試料においては、ストライプサイズを４μ
ｍ×１ｍｍとし、クラッド層と活性層とのバンドギャッ
プ差の変化は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を
変化させることにより行った。図３より、クラッド層と
活性層とのバンドギャップ差を５００ｍｅＶ以上とする
ことで、閾値電流密度が低減されることがわかる。
【００２２】また、図１１に示すと同様のＧａＮ系半導
体レーザにおいて、クラッド層のＡｌ組成を変化させた
ときに、電極間に１ｋＡ／ｃｍ2 の電流密度で通電を行
ったときの電圧がどのように変化するかを調べた。図４
に、その測定結果を示す。図４より、クラッド層のＡｌ
組成が０．０６以上になると電圧の上昇が見られ、さら
に、クラッド層のＡｌ組成が０．１以上になると大きく
電圧が上昇することがわかる。以上は、クラッド層のＡ
ｌ組成についてであるが、クラッド層にＢを添加した場
合、そのＢ組成についても同様のことが言える。
【００２３】以上の実験結果より、ＧａＮ系半導体レー
ザの閾値電流密度を低減する観点からは、クラッド層と
活性層との間のバンドギャップ差を好適には５００ｍｅ
Ｖ以上とし、動作電圧を低減する観点からは、クラッド
層のＡｌ組成およびＢ組成を好適には０．１以下、より
好適には０．０６以下とすればよいことが言える。
【００２４】また、成長条件、特に、成長温度に関して
は、一般に、ＧａＩｎＮなどＩｎを含む窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体は、ＩｎＮの分解が問題となるため
６００〜８００℃程度で成長されるのに対して、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＧａＮなどＩｎを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体は、それよりも高温で成長させたほうが
結晶性が良いとされている。このことは、本発明者の行
った実験からも確認されている。図５は、成長温度を変
えて、基板上にＧａＮ膜をＭＯＣＶＤ法により成長さ
せ、得られたＧａＮ膜の表面ラフネスを測定した結果を
示す。表面ラフネスは、ＧａＮ膜の１０μｍ角中の段差
を調べ、最小値を１とおいて規格化した。図５より、成
長温度を６００〜８００℃とした場合よりも、１０００
℃以上とした場合の方がＧａＮ膜の表面平坦性が良好で
あることがわかる。また、Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体の成長は、ＢＮ単体が高圧で形成される
傾向があることから、例えば特開平９−１６８５５３号
公報に開示されている加圧型のＭＯＣＶＤ装置を用いて
行うことが好ましいと考えられる。
【００２５】この発明は、本発明者による以上のような
検討に基づいて案出されたものである。
【００２６】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第１の発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる複数の半導体層を有する半導体装置におい
て、複数の半導体層の少なくとも一部にＢを含む窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層を含み、かつ、
その層のＢ組成が０．３以下であることを特徴とするも
のである。
【００２７】この発明の第２の発明は、窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる複数の半導体層により形成
された発光素子構造を有する半導体発光素子において、
発光素子構造を形成する複数の半導体層の少なくとも一
部にＢを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る層を含み、かつ、その層のＢ組成が０．３以下である
ことを特徴とするものである。
【００２８】この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＢおよびＴｌから
なる群より選ばれた少なくとも１種類のＩＩＩ族元素
と、少なくともＮを含み、場合によってはＡｓまたはＰ
を含むＶ族元素とからなる。また、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体に導入されるｎ型不純物としては例えば
Ｓｉが用いられ、ｐ型不純物としては例えばＭｇ、Ｚｎ
またはＢｅが用いられる。
【００２９】この発明において、Ｂを含む窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる層の成長には、好適に
は、加圧型の有機金属化学気相成長装置が用いられる。
【００３０】この発明において、Ｂを含む窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる層のＢ組成は、好適には
０．１以下に選ばれる。
【００３１】この発明において、Ｂを含む窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる層は、好適には、Ｂp Ａ
ｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただし、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ
＜１、０＜ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）
からなる。
【００３２】この発明の第１の発明において、複数の半
導体層は、クラックの発生を抑制し、光学的特性を良好
とする観点から、好適には、基板上に開口部を有するマ
スクを形成し、開口部における基板上に窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体を選択的に成長させることにより形
成されるか、あるいは、基板の一主面にメサ部を形成
し、メサ部上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選
択的に成長させることにより形成される。同様に、この
発明の第２の発明において、発光素子構造を形成する複
数の半導体層は、クラックの発生を抑制し、光学的特性
を良好とする観点から、好適には、基板上に開口部を有
するマスクを形成し、開口部における基板上に窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択的に成長させることに
より形成されるか、あるいは、基板の一主面にメサ部を
形成し、メサ部上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を選択的に成長させることにより形成される。
【００３３】この発明の第２の発明において、発光素子
構造は、典型的には、活性層を第１のクラッド層と第２
のクラッド層とにより挟んだ構造を含み、好適には、第
１のクラッド層と活性層との間および活性層と第２のク
ラッド層との間に、それぞれ第１の光導波層および第２
の光導波層をさらに有する。
【００３４】この発明の第２の発明における第１のクラ
ッド層および第２のクラッド層の材料と活性層の材料と
の好適な第１の組み合わせにおいて、第１のクラッド層
および第２のクラッド層はＢp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ
（ただし、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、
０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）からなり、活性層は
Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜
１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる。第１のク
ラッド層および第２のクラッド層は、成長を容易に行う
観点から、より好適にはＢp Ａｌq Ｇａr Ｎ（ただし、
０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ
＝１）からなる。また、第１の光導波層および第２の光
導波層はＡｌa Ｇａb Ｉｎc Ｎ（ただし、０≦ａ＜１、
０＜ｂ≦１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）からなり、
より好適には、Ａｌa Ｇａb Ｎ（ただし、０≦ａ＜１、
０＜ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）からなる。この第１の組み合
わせの場合、第１のクラッド層および第２のクラッド層
にＢを含ませるようにしていることにより、これらの第
１のクラッド層および第２のクラッド層のバンドギャッ
プを大きくすることができる。また、活性層および光導
波層は、Ｂを含まない４元以下の混晶の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなるため、成長時の制御性およ
び光学的特性が良好である。また、活性層および光導波
層に必要に応じてＢを含ませることにより、これらのバ
ンドギャップを大きくすることができる。
【００３５】この発明の第２の発明における第１のクラ
ッド層および第２のクラッド層の材料と活性層の材料と
の好適な第２の組み合わせにおいて、第１のクラッド層
および第２のクラッド層はＢp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ
（ただし、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、
０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）からなり、活性層は
Ｂx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ
＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる。第１の
クラッド層および第２のクラッド層は、成長を容易に行
う観点から、より好適にはＢp Ａｌq Ｇａr Ｎ（ただ
し、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、ｐ＋ｑ
＋ｒ＝１）からなる。また、第１の光導波層および第２
の光導波層はＢa Ｇａb Ｉｎc Ｎ（ただし、０≦ａ≦
０．３、０＜ｂ≦１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）か
らなり、より好適にはＢa Ｇａb Ｎ（ただし、０≦ａ≦
０．３、０．７≦ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）からなる。この
第２の組み合わせの場合、第１のクラッド層および第２
のクラッド層にＢを含ませるようにしていることによ
り、これらの第１のクラッド層および第２のクラッド層
のバンドギャップを大きくすることができる。また、活
性層および光導波層は、Ａｌを含まない４元以下の混晶
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるため、光
学損傷レベルを向上させることができる。また、活性層
および光導波層に必要に応じてＢを含ませることによ
り、これらのバンドギャップを大きくすることができ
る。
【００３６】この発明の第２の発明における第１のクラ
ッド層および第２のクラッド層の材料と活性層の材料と
の好適な第３の組み合わせにおいて、第１のクラッド層
および第２のクラッド層はＢp Ａｌq Ｇａr Ｎ（ただ
し、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、ｐ＋ｑ
＋ｒ＝１）からなり、活性層はＢx Ａｌy Ｇａz Ｎ（た
だし、０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１）からなり、活性層、第１のクラッド層およ
び第２のクラッド層は１０００℃以上の成長温度で形成
される。活性層は、より好適にはＢx Ｇａz Ｎ（ただ
し、０≦ｘ≦０．３、０．７≦ｚ≦１、ｘ＋ｚ＝１）、
Ａｌy Ｇａz Ｎ（ただし、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｙ
＋ｚ＝１）またはＧａＮからなる。また、第１の光導波
層および第２の光導波層はＢa Ａｌb Ｇａc Ｎ（ただ
し、０≦ａ≦０．３、０≦ｂ＜１、０＜ｃ＜１）からな
る。この第３の組み合わせの場合、第１のクラッド層お
よび第２のクラッド層にＢを含ませるようにしているこ
とにより、これらの第１のクラッド層および第２のクラ
ッド層のバンドギャップを大きくすることができる。ま
た、活性層および光導波層に必要に応じてＢおよび／ま
たはＡｌを含ませることにより、これらのバンドギャッ
プを大きくすることができる。また、活性層、第１のク
ラッド層、第２のクラッド層、第１の光導波層および第
２の光導波層は、何れもＩｎを含まない窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなるため、成長温度を１０００
℃以上とすることができ、結晶性を向上させることがで
きる。
【００３７】この発明の第２の発明において、第１のク
ラッド層および第２のクラッド層の材料と活性層の材料
との組み合わせを上述の第１〜第３の組み合わせとした
場合、閾値電流密度を低減する観点から、第１のクラッ
ド層および第２のクラッド層のバンドギャップと活性層
のバンドギャップの差は、好適には５００ｍｅＶ以上に
選ばれる。特に、第３の組み合わせにおいては、第１の
クラッド層および第２のクラッド層のＢ組成と活性層の
Ｂ組成との差は５％以上に選ばれる。このＢ組成の５％
の差は、バンドギャップの５００ｍｅＶの差に相当す
る。
【００３８】この発明の第２の発明において、第１のク
ラッド層および第２のクラッド層の材料と活性層の材料
との組み合わせを上述の第１〜第３の組み合わせとした
場合動作電圧を低減する観点から、第１のクラッド層お
よび第２のクラッド層のＡｌ組成およびＢ組成は、好適
には、０．１以下、より好適には０．０６以下に選ばれ
る。
【００３９】この発明の第２の発明において、発光素子
構造を形成する複数の半導体層が、基板上にバッファ層
を介して設けられる場合は、そのバッファ層にＢp Ａｌ
q Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただし、０＜ｐ≦１、０≦ｑ＜１、
０≦ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）を用い
てもよい。この場合、バッファ層のバンドギャップが活
性層のバンドギャップより大きくなるように組成を選ぶ
ことにより、例えば、活性層からの光を基板側から取り
出すようなことが可能となる。
【００４０】この発明の第２の発明において、活性層の
近傍にＩｎの蒸発を防止するキャップ層が設けられる場
合は、そのキャップ層の材料にＢp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs
Ｎ（ただし、０＜ｐ≦１、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、０
≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）を用いてもよい。
【００４１】上述のように構成されたこの発明の第１の
発明および第２の発明によれば、複数の半導体層のうち
の所望の層に、直接遷移型となる範囲でＢを含ませるこ
とで、その層において良好な光学的特性を実現しつつ、
バンドギャップを大きくしたり、ｐ型キャリア濃度を高
くすることが可能である。
【００４２】特に、この発明の第２の発明によれば、発
光素子構造を形成する複数の半導体層のうち、クラッド
層にＢを含ませるようにした場合、クラッド層のバンド
ギャップを大きくすることができ、これによって、閾値
電流密度の低減を図ることができると共に、発光波長の
短波長化を図る上でも有利となる。
【００４３】また、基板と発光素子構造を形成する半導
体層との間に設けられるバッファ層にＢを含ませるよう
にした場合、バッファ層の熱的安定性を向上させること
ができ、したがって、その上に形成される半導体層の欠
陥密度を低減することができるので、半導体層の光学的
特性を向上させることができる。
【００４４】また、Ｉｎの蒸発を防止するために活性層
の近傍に設けられるキャップ層にＢを含ませるようにし
た場合、Ｉｎの蒸発防止効果を向上させることができる
上に、キャップ層の低抵抗化を図ることができるため、
キャップ層を設けることによる動作電圧の上昇を抑える
ことができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【００４６】まず、この発明の第１の実施形態として、
Ｂp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただし、０＜ｐ≦０．３、
０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ
＝１）をクラッド層、Ａｌa Ｇａb Ｉｎc Ｎ（ただし、
０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝
１）を光導波層、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦
ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を
活性層とするＧａＮ系半導体発光素子に対応する実施形
態について説明する。この系の特色は、クラッド層にＢ
を含ませ、そのバンドギャップを大きくすることで閾値
電流密度の低減を図りつつ、活性層および光導波層には
Ｂを含ませないことで良好な光学的特性を実現している
点にある。また、活性層および光導波層に必要に応じて
Ａｌを含ませることで、これらのバンドギャップを大き
くすることも可能である。以下に、具体的な例を挙げて
詳細に説明する。
【００４７】図６は、この発明の第１の実施形態による
ＧａＮ系半導体レーザの断面図である。この第１の実施
形態によるＧａＮ系半導体レーザは、ＢＡｌＧａＮをク
ラッド層、ＧａＮを光導波層、ＧａＩｎＮを活性層とす
るＳＣＨ構造を有し、活性層は多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造を有する。
【００４８】図６に示すように、この第１の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザにおいては、例えば、ｃ面の
サファイア基板１上に、低温成長によるアンドープのＢ
0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２を介して、アンドープのＢ
0.05Ｇａ0.95Ｎ層３、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎク
ラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、アンドープのＧａ
0.85Ｉｎ0.15Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活性層
６、ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７、ｐ型ＧａＮ光
導波層８、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層９
およびｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１０が順次積
層されている。
【００４９】Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２は厚さが例
えば３０ｎｍである。Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３は厚さが例
えば１μｍである。これらのＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ
層２およびＢ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３のバンドギャップは
３．９６ｅＶである。なお、Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ
層２は、従来のＧａＮバッファ層に比べて高い温度で成
長可能であり（熱的安定性が良好であり）、その上に成
長される層の欠陥密度を低くすることができるという特
徴がある。
【００５０】ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層
４は厚さが例えば３μｍであり、ｎ型不純物として例え
ばＳｉがドープされている。このｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.95Ｎクラッド層４のバンドギャップは３．７１ｅＶ
である。
【００５１】ｎ型ＧａＮ光導波層５は厚さが例えば１０
０ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープさ
れている。このｎ型ＧａＮ光導波層５のバンドギャップ
は３．４ｅＶである。
【００５２】活性層６のＧａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ量子井戸層
は厚さが例えば３．５ｎｍである。この活性層６のＧａ
0.85Ｉｎ0.15Ｎ量子井戸層のバンドギャップは３．０５
ｅＶである。この場合、発光波長は４００ｎｍ程度であ
り、青紫色発光可能である。
【００５３】ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７は厚さ
が例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇ
がドープされている。このｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャッ
プ層７のバンドギャップは４．５１ｅＶである。なお、
ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７は、従来のｐ型Ａｌ
ＧａＮキャップ層に比べてＩｎの蒸発防止効果が高く、
しかも、ｐ型キャリア濃度が高く低抵抗である。
【００５４】ｐ型ＧａＮ光導波層８は厚さが例えば１０
０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープさ
れている。このｐ型ＧａＮ光導波層８のバンドギャップ
は３．４ｅＶである。
【００５５】ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層
９は厚さが例えば１μｍであり、ｐ型不純物として例え
ばＭｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.95Ｎクラッド層９のバンドギャップは３．７１ｅＶ
である。
【００５６】ｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１０は
厚さが例えば１００ｎｍであり、ｐ型不純物として例え
ばＭｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎ
コンタクト層１０のバンドギャップは３．６２ｅＶであ
る。
【００５７】ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層
４の上層部、ｎ型ＧａＮ光導波層５、活性層６、ｐ型Ｂ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７、ｐ型ＧａＮ光導波層８、
ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層９およびｐ型
Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１０は、一方向に延在す
る所定幅のストライプ形状を有する。
【００５８】ｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１０上
には、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｕ電
極のようなストライプ形状のｐ側電極１１が設けられて
いる。ストライプ部に隣接するｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ
0.95Ｎクラッド層４上には、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／
Ａｕ電極のようなｎ側電極１２が設けられている。
【００５９】次に、この第１の実施形態によるＧａＮ系
半導体レーザの製造方法について説明する。
【００６０】この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザを製造するには、まず、サファイア基板１を例え
ば１０５０℃に加熱して、その表面のサーマルクリーニ
ングを行う。次に、サファイア基板１の表面を清浄に保
ったまま、その上にＭＯＣＶＤ法により例えば成長温度
を５００℃として、アンドープのＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッ
ファ層２を低温成長させる。引き続いて、ＭＯＣＶＤ法
によりＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２上に、アンドープ
のＢ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95
Ｎクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、アンドープの
Ｇａ0.85Ｉｎ0.15Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活
性層６、ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７、ｐ型Ｇａ
Ｎ光導波層８、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド
層９およびｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１０を順
次成長させる。Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ層３、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ
0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、
ｐ型ＧａＮ光導波層８、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎ
クラッド層９およびｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層
１０の成長温度は例えば１０００℃程度とし、活性層６
およびｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７の成長温度
は、ＩｎＮの分解を抑えるために例えば８００℃程度と
する。
【００６１】レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の
成長は、例えば、加圧型のＭＯＣＶＤ装置を用いて行
う。この際、ＩＩＩ族元素であるＧａの原料としてはト
リメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウ
ム（ＴＥＧａ）を、ＩＩＩ族元素であるＡｌの原料とし
てはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）またはトリエ
チルアルミニウム（ＴＥＡｌ）を、ＩＩＩ族元素である
Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）
またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）を、ＩＩＩ族
元素であるＢの原料としてはトリメチルボロン（ＴＭ
Ｂ）またはトリエチルボロン（ＴＥＢ）を、Ｖ族元素で
あるＮの原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）またはヒドラ
ジン系原料（例えばジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）な
ど）を用い、キャリアガスとしてはＨ2 およびＮ2 の混
合ガスを用いる。さらに、ｎ型不純物のドーパントとし
てはモノシラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型不純物のドーパン
トとしてはビス−メチルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム（（ＭｅＣｐ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００６２】このようにして、サファイア基板１上にレ
ーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させた後、
必要に応じて、熱アニール法（例えば、特開平５−１８
３１８９号公報）、電子線照射法（例えば、特開平２−
４２７７０号公報、特開平２−２５７６７９号公報、特
開平３−２１８６２５号公報）、冷却法（特開平８−３
２１１３号公報）などにより、ＧａＮ系半導体層に導入
された不純物、特にｐ型不純物の電気的活性化を行う。
ここで、Ｂを含む層は、Ｂの添加によって陽イオンの共
有結合半径が小さくなり、ｐ型不純物の活性化率が向上
する傾向があるため、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎク
ラッド層９やｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１０に
おいては、高いｐ型キャリア濃度が得られている。
【００６３】次に、ｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層
１０上に所定のストライプ形状のレジストパターンを形
成した後、このレジストパターンをマスクとしてＲＩＥ
法によりｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層４の
厚さ方向の途中の深さまでエッチングする。次に、レジ
ストパターンを除去した後、ｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコン
タクト層１０上にｐ側電極１１を形成すると共に、エッ
チングされた部分のｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラ
ッド層４上にｎ側電極１２を形成する。
【００６４】その後、レーザ構造を形成するＧａＮ系半
導体層をＲＩＥ法によりエッチングすることにより両共
振器端面を形成し、サファイア基板１をバー状に加工し
た後、このバーをチップ化する。なお、共振器端面の形
成は、サファイア基板１をその上のＧａＮ系半導体層と
共に劈開することにより行ってもよい。以上により、図
６に示すように、目的とするＳＣＨ構造のＧａＮ系半導
体レーザを完成させる。
【００６５】上述のように構成されたこの第１の実施形
態によれば、次のような種々の利点を得ることができ
る。
【００６６】すなわち、この第１の実施形態によれば、
ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層がＢを含む層から
なり、これらのｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層の
バンドギャップが大きくされているため、キャリアの閉
じ込めを効果的に行うことができる。また、Ｂの添加に
よってｐ型クラッド層のｐ型キャリア濃度を高くするこ
とができるため、ｐ型クラッド層を低抵抗化することも
できる。これにより、閾値電流密度および動作電圧が共
に低い、高性能なＧａＮ系半導体レーザを実現すること
ができるという第１の利点を得ることができる。特に、
この第１の実施形態においては、クラッド層と活性層と
のバンドギャップ差、クラッド層のＡｌ組成およびＢ組
成がそれぞれ最適化されているため、閾値電流密度およ
び動作電圧をより低減することが可能である。
【００６７】また、この第１の実施形態によれば、従来
のＧａＮバッファ層に代えて、より欠陥密度の低いＢ
0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２を用いているため、この上
に成長されるレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の
品質を向上させることができるという第２の利点を得る
ことができる。
【００６８】また、この第１の実施形態によれば、従来
のｐ型ＡｌＧａＮキャップ層に代えて、Ｉｎの蒸発防止
効果が高く、かつ、高いｐ型キャリア濃度を得ることの
できるｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層７を用いている
ため、活性層６の品質を向上させることができる上に、
キャップ層の抵抗による動作電圧の上昇を抑えることが
できるという第３の利点を得ることができる。
【００６９】次に、この発明の第２の実施形態について
説明する。この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レ
ーザは、ＢＡｌＧａＮをクラッド層、ＡｌＧａＮを光導
波層、ＡｌＧａＩｎＮを活性層とするＳＣＨ構造を有
し、活性層はＭＱＷ構造を有する。
【００７０】すなわち、この第２の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザにおいては、ｎ型ＧａＮ光導波層５お
よびｐ型ＧａＮ光導波層８に代えて、それぞれ、ｎ型Ａ
ｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98
Ｎ光導波層が用いられ、アンドープのＧａ0.85Ｉｎ0.15
Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活性層６に代えて、
アンドープのＡｌ0.02Ｇａ0.83Ｉｎ0.15Ｎを量子井戸層
とするＭＱＷ構造の活性層が用いられる。ｎ型Ａｌ0.02
Ｇａ0.98Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ光導
波層のバンドギャップは３．４５ｅＶであり、活性層の
Ａｌ0.02Ｇａ0.83Ｉｎ0.15Ｎ量子井戸層のバンドギャッ
プは３．１０ｅＶである。この場合、発光波長は４００
ｎｍ程度であり、青紫色発光可能である。
【００７１】この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの上記以外の構成は、第１の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【００７２】この第２の実施形態によれば、青紫色発光
可能なＢＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＩｎＮ Ｓ
ＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第１の実施
形態における第１〜第３の利点と同様の利点を得ること
ができる。
【００７３】次に、この発明の第３の実施形態について
説明する。この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レ
ーザは、ＢＡｌＧａＮをクラッド層、ＡｌＧａＮを光導
波層、ＧａＩｎＮを活性層とするＳＣＨ構造を有し、活
性層はＭＱＷ構造を有する。
【００７４】すなわち、この第３の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザにおいては、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ
0.95Ｎクラッド層４およびｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95
Ｎクラッド層９に代えて、それぞれ、ｎ型Ｂ0.03Ａｌ
0.03Ｇａ0.94Ｎクラッド層およびｐ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.94Ｎクラッド層が用いられ、ｎ型ＧａＮ光導波層５
およびｐ型ＧａＮ光導波層８に代えて、それぞれ、ｎ型
Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ0.04Ｇａ
0.96Ｎ光導波層が用いられ、アンドープのＧａ0.85Ｉｎ
0.15Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活性層６に代え
て、アンドープのＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎを量子井戸層とす
るＭＱＷ構造の活性層が用いられる。ｎ型Ｂ0.03Ａｌ
0.03Ｇａ0.94Ｎクラッド層およびｐ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.94Ｎクラッド層のバンドギャップは３．８ｅＶであ
り、ｎ型Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ
0.04Ｇａ0.96Ｎ光導波層のバンドギャップは３．５１ｅ
Ｖであり、活性層のＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ量子井戸層のバ
ンドギャップは３．３５ｅＶである。この場合、発光波
長は紫外線領域の３７０ｎｍ程度である。
【００７５】この第３の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの上記以外の構成は、第１の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【００７６】この第３の実施形態によれば、紫外線領域
で発光可能なＢＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ
ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第１の実
施形態における第１〜第３の利点と同様の利点を得るこ
とができる。
【００７７】次に、この発明の第４の実施形態について
説明する。この第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レ
ーザは、ＢＡｌＧａＮをクラッド層、ＡｌＧａＮを光導
波層、ＧａＩｎＮを活性層とするＳＣＨ構造を有し、活
性層はＭＱＷ構造を有する。
【００７８】すなわち、この第４の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザにおいては、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ
0.95Ｎクラッド層４およびｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95
Ｎクラッド層９に代えて、それぞれ、ｎ型Ｂ0.05Ａｌ
0.03Ｇａ0.92Ｎクラッド層およびｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.92Ｎクラッド層が用いられ、ｎ型ＧａＮ光導波層５
およびｐ型ＧａＮ光導波層８に代えて、それぞれ、ｎ型
Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ0.03Ｇａ
0.97Ｎ光導波層が用いられ、アンドープのＧａ0.85In
0.15Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活性層６に代え
て、アンドープのＧａ0.95Ｉｎ0.05Ｎを量子井戸層とす
るＭＱＷ構造の活性層が用いられる。また、アンドープ
のＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２、アンドープのＢ0.05
Ｇａ0.95Ｎ層３およびｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト
層１０に代えて、それぞれ、アンドープのＧａＮバッフ
ァ層、アンドープのＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタク
ト層が用いられ、さらに、ＧａＮ層とｎ型Ｂ0.05Ａｌ
0.03Ｇａ0.92Ｎクラッド層との間に、ｎ型不純物として
例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮコンタクト層が設
けられる。ｎ側電極１２はｎ型ＧａＮコンタクト層上に
設けられる。ｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.03Ｇａ0.92Ｎクラッド層
およびｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.03Ｇａ0.92Ｎクラッド層のバン
ドギャップは４．０ｅＶであり、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97
Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ光導波層のバ
ンドギャップは３．４８ｅＶであり、活性層のＧａ0.95
Ｉｎ0.05Ｎ量子井戸層のバンドギャップは３．２８ｅＶ
である。この場合、発光波長は紫外線領域の３８０ｎｍ
程度である。
【００７９】この第４の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの上記以外の構成は、第１の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【００８０】この第４の実施形態によれば、紫外線領域
で発光可能なＢＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＩｎＮ
ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第１の実
施形態における第１の利点と同様の利点を得ることがで
きる。
【００８１】次に、この発明の第５の実施形態として、
Ｂp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただし、０＜ｐ≦０．３、
０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ
＝１）をクラッド層、Ｂa Ｇａb Ｉｎc Ｎ（ただし、０
≦ａ≦０．３、０＜ｂ≦１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝
１）を光導波層、Ｂx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ただし、０≦ｘ
≦０．３、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
を活性層とするＧａＮ系半導体発光素子に対応する実施
形態について説明する。この系の特色は、クラッド層に
Ｂを含ませ、そのバンドギャップを大きくすることで閾
値電流密度の低減を図りつつ、活性層および光導波層に
はＡｌを含ませないことで酸化耐性および光学損傷レベ
ルを向上させている点にある。また、活性層および光導
波層に必要に応じてＢを含ませることで、これらのバン
ドギャップを大きくすることも可能である。以下に、具
体的な例を挙げて詳細に説明する。
【００８２】図７は、この発明の第５の実施形態による
ＧａＮ系半導体レーザの断面図である。この第５の実施
形態によるＧａＮ系半導体レーザは、ＢＡｌＧａＮをク
ラッド層、ＢＧａＮを光導波層、ＧａＩｎＮを活性層と
するＳＣＨ構造を有し、活性層はＭＱＷ構造を有する。
【００８３】図７に示すように、この第５の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザにおいては、例えば、ｃ面の
サファイア基板２１上に、低温成長によるアンドープの
Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２２を介して、アンドープ
のＢ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２３、ｎ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇａ
0.94Ｎクラッド層２４、ｎ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層
２５、アンドープのＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎを量子井戸層と
するＭＱＷ構造の活性層２６、ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキ
ャップ層２７、ｐ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層２８、ｐ
型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇａ0.94Ｎクラッド層２９およびｐ型
Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層３０が順次積層されてい
る。
【００８４】Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２２は厚さが
例えば３０ｎｍである。Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２３は厚さ
が例えば１μｍである。これらのＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッ
ファ層２２およびＢ0.05Ｇａ0.95Ｎ層２３のバンドギャ
ップは３．９６ｅＶである。
【００８５】ｎ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇａ0.94Ｎクラッド層
２４は厚さが例えば３μｍであり、ｎ型不純物として例
えばＳｉがドープされている。このｎ型Ｂ0.03Ａｌ0.03
Ｇａ0.94Ｎクラッド層２４のバンドギャップは３．８ｅ
Ｖである。
【００８６】ｎ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層２５は厚さ
が例えば１００ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばＳ
ｉがドープされている。このｎ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導
波層２５のバンドギャップは３．５１ｅＶである。
【００８７】活性層２６のＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ量子井戸
層は厚さが例えば３．５ｎｍである。この活性層２６の
Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ量子井戸層のバンドギャップは３．
３５ｅＶである。この場合、発光波長は紫外線領域の３
８０ｎｍ程度である。
【００８８】ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層２７は厚
さが例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭ
ｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャ
ップ層２７のバンドギャップは４．５１ｅＶである。
【００８９】ｐ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層２８は厚さ
が例えば１００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭ
ｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導
波層２８のバンドギャップは３．５１ｅＶである。
【００９０】ｐ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇａ0.94Ｎクラッド層
２９は厚さが例えば１μｍであり、ｐ型不純物として例
えばＭｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.03Ａｌ0.03
Ｇａ0.94Ｎクラッド層２９のバンドギャップは３．８ｅ
Ｖである。
【００９１】ｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層３０は
厚さが例えば１００ｎｍであり、ｐ型不純物として例え
ばＭｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎ
コンタクト層３０のバンドギャップは３．６２ｅＶであ
る。
【００９２】ｎ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇａ0.94Ｎクラッド層
２４の上層部、ｎ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層２５、活
性層２６、ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層２７、ｐ型
Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層２８、ｐ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇ
ａ0.94Ｎクラッド層２９およびｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコ
ンタクト層３０は、一方向に延在する所定幅のストライ
プ形状を有する。
【００９３】ｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層３０上
には、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｕ電
極のようなストライプ形状のｐ側電極３１が設けられて
いる。ストライプ部に隣接するｎ型Ｂ0.03Ａｌ0.03Ｇａ
0.94Ｎクラッド層２４上には、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ
／Ａｕ電極のようなｎ側電極３２が設けられている。
【００９４】この第５の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの製造方法は、第１の実施形態によるＧａＮ系半
導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【００９５】この第５の実施形態によれば、紫外線領域
で発光可能なＢＡｌＧａＮ／ＢＧａＮ／ＧａＩｎＮ Ｓ
ＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第１の実施
形態における第１〜第３の利点と同様の利点を得ること
ができる。
【００９６】次に、この発明の第６の実施形態について
説明する。この第６の実施形態によるＧａＮ系半導体レ
ーザは、ＢＡｌＧａＮをクラッド層、ＢＧａＮを光導波
層、ＢＧａＩｎＮを活性層とするＳＣＨ構造を有し、活
性層はＭＱＷ構造を有する。
【００９７】この第６の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、ｎ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層２５
およびｎ型Ｂ0.01Ｇａ0.99Ｎ光導波層２８に代えて、そ
れぞれ、ｎ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎ光導波層およびｐ型Ｂ
0.02Ｇａ0.98Ｎ光導波層が用いられ、アンドープのＧａ
0.98Ｉｎ0.02Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活性層
２６に代えて、アンドープのＢ0.01Ｇａ0.97Ｉｎ0.02Ｎ
を量子井戸層とするＭＱＷ構造の活性層が用いられる。
ｎ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎ光導波層およびｐ型Ｂ0.02Ｇａ
0.98Ｎ光導波層のバンドギャップは３．６２ｅＶであ
り、活性層のＢ0.01Ｇａ0.97Ｉｎ0.02Ｎ量子井戸層のバ
ンドギャップは３．４５ｅＶである。この場合、発光波
長は紫外線領域の３６０ｎｍ程度である。
【００９８】この第６の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの上記以外の構成は、第５の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【００９９】この第６の実施形態によれば、紫外線領域
で発光可能なＢＡｌＧａＮ／ＢＧａＮ／ＢＧａＩｎＮ
ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第５の実
施形態と同様の利点を得ることができる。
【０１００】次に、この発明の第７の実施形態として、
Ｂp Ａｌq Ｇａr Ｎ（ただし、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ
＜１、０＜ｒ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）をクラッド層、Ｂ
a Ａｌb Ｇａc Ｎ（ただし、０≦ａ≦０．３、０≦ｂ＜
１、０＜ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）を光導波層、Ｂx Ａ
ｌy Ｇａz Ｎ（ただし、０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ＜１、
０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を活性層とするＧａＮ系
半導体発光素子に対応する実施形態について説明する。
この系の特色は、クラッド層にＢを含ませ、そのバンド
ギャップを大きくすることで閾値電流密度の低減を図り
つつ、活性層、光導波層、クラッド層にＩｎを含ませな
いことで、これらの層を１０００℃以上で成長させるこ
とを可能としている点にある。また、活性層および光導
波層に必要に応じてＢおよび／またはＡｌを含ませるこ
とで、これらのバンドギャップを大きくすることも可能
であり、これまでにない発光波長の短波長化が可能であ
る。以下に、具体的な例を挙げて詳細に説明する。
【０１０１】図８は、この発明の第７の実施形態による
ＧａＮ系半導体レーザの断面図である。この第７の実施
形態によるＧａＮ系半導体レーザは、ＢＡｌＧａＮをク
ラッド層、ＢＡｌＧａＮを光導波層、ＡｌＧａＮを活性
層とするＳＣＨ構造を有し、活性層はＭＱＷ構造を有す
る。
【０１０２】図８に示すように、この第７の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザにおいては、例えば、ｃ面の
サファイア基板４１上に、低温成長によるアンドープの
Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２を介して、アンドープ
のＢ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４３、ｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ
0.88Ｎクラッド層４４、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ
光導波層４５、アンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎを量子
井戸層、アンドープのＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎを障壁層とす
るＭＱＷ構造の活性層４６、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ
0.91Ｎ光導波層４７、ｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎク
ラッド層４８およびｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層
４９が順次積層されている。ここで、この第７の実施形
態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層４６
にＩｎを含まないため、この活性層４６の近傍にＩｎの
蒸発を防止するためのキャップ層を設ける必要がない。
【０１０３】Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２は厚さが
例えば３０ｎｍである。Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４３は厚さ
が例えば１μｍである。これらのＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッ
ファ層４２およびＢ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４３のバンドギャ
ップは３．９６ｅＶである。
【０１０４】ｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層
４４は厚さが例えば３μｍであり、ｎ型不純物として例
えばＳｉがドープされている。このｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07
Ｇａ0.88Ｎクラッド層４４のバンドギャップは４．１５
ｅＶである。
【０１０５】ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４
５は厚さが例えば１００ｎｍであり、ｎ型不純物として
例えばＳｉがドープされている。このｎ型Ｂ0.02Ａｌ
0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４５のバンドギャップは３．８
７ｅＶである。
【０１０６】活性層４６のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸
層は厚さが例えば３．５ｎｍであり、Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎ障壁層は厚さが例えば６ｎｍである。この活性層４６
のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層のバンドギャップは
３．６０ｅＶであり、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ障壁層のバン
ドギャップは３．８２ｅＶである。この場合、発光波長
は紫外線領域の３２５ｎｍ程度である。
【０１０７】ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４
７は厚さが例えば１００ｎｍであり、ｐ型不純物として
例えばＭｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.02Ａｌ
0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４７のバンドギャップは３．８
７ｅＶである。
【０１０８】ｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層
４８は厚さが例えば１μｍであり、ｐ型不純物として例
えばＭｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.07
Ｇａ0.88Ｎクラッド層４８のバンドギャップは４．１５
ｅＶである。
【０１０９】ｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９は
厚さが例えば１００ｎｍであり、ｐ型不純物として例え
ばＭｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ
コンタクト層４９のバンドギャップは３．９６ｅＶであ
る。
【０１１０】ｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層
４４の上層部、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層
４５、活性層４６、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導
波層４７、ｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層４
８およびｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９は、一
方向に延在する所定幅のストライプ形状を有する。
【０１１１】ｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９上
には、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｕ電
極のようなストライプ形状のｐ側電極５０が設けられて
いる。ストライプ部に隣接するｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ
0.88Ｎクラッド層４４上には、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ
／Ａｕ電極のようなｎ側電極５１が設けられている。
【０１１２】次に、この第７の実施形態によるＧａＮ系
半導体レーザの製造方法について説明する。
【０１１３】この第７の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザを製造するには、まず、サファイア基板４１を例
えば１０５０℃に加熱して、その表面のサーマルクリー
ニングを行う。次に、サファイア基板４１の表面を清浄
に保ったまま、その上にＭＯＣＶＤ法により例えば成長
温度を５００℃としてＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２
を低温成長させる。引き続いて、ＭＯＣＶＤ法により、
Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２上に、Ｂ0.05Ｇａ0.95
Ｎ層４３、ｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層４
４、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４５、アン
ドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎを量子井戸層、アンドープ
のＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎを障壁層とするＭＱＷ構造の活性
層４６、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４７、
ｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層４８およびｐ
型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９を順次成長させ
る。ここで、この第７の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、活性層４６を含む全ての層がＩｎを
含まないため、レーザ構造を形成する全ての半導体層の
成長温度を１０００℃以上とすることが可能である。こ
こでは、Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４３、ｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07
Ｇａ0.88Ｎクラッド層４４、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ
0.91Ｎ光導波層４５、活性層４６、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07
Ｇａ0.91Ｎ光導波層４７、ｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88
Ｎクラッド層４８およびｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタク
ト層４９の成長温度は、例えば１０００℃程度とする。
【０１１４】以降、第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法と同様に工程を進め、図８に示すよ
うに、目的とするＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザを
完成させる。
【０１１５】上述のように構成されたこの第７の実施形
態によれば、紫外線領域で発光可能なＢＡｌＧａＮ／Ｂ
ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体
レーザにおいて、第１の実施形態における第１および第
２の利点と同様な利点を得ることができる上に、さら
に、次のような利点を得ることができる。
【０１１６】すなわち、この第７の実施形態によれば、
活性層４６にＩｎを含まないため、活性層４６を含む全
層の成長温度をを１０００℃以上とすることができる。
これにより、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の
結晶性を向上させることができるので、光学的特性の極
めて良好なＧａＮ系半導体レーザを得ることができる。
【０１１７】次に、この発明の第８の実施形態について
説明する。この第８の実施形態によるＧａＮ系半導体レ
ーザは、ＢＡｌＧａＮをクラッド層、ＡｌＧａＮを光導
波層、ＢＧａＮを活性層とするＳＣＨ構造を有し、活性
層はＭＱＷ構造を有する。
【０１１８】すなわち、この第８の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザにおいては、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ
0.91Ｎ光導波層４５およびｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91
Ｎ光導波層４７に代えて、それぞれ、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光導波層
が用いられ、アンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎを量子井
戸層とするＭＱＷ構造の活性層４６に代えて、アンドー
プのＢ0.01Ｇａ0.99Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の
活性層が用いられる。この活性層のＢ0.01Ｇａ0.99Ｎ量
子井戸層はＡｌを含まないため、酸化されにくく、光学
損傷にも強いという特徴がある。また、アンドープのＢ
0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２、アンドープのＢ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ層４３およびｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト
層４９に代えて、それぞれ、アンドープのＧａＮバッフ
ァ層、アンドープのＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタク
ト層が用いられ、さらに、ＧａＮ層とｎ型Ｂ0.05Ａｌ
0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層４４との間に、ｎ型不純物と
して例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮコンタクト層
が設けられる。ｎ側電極５１は、ｎ型ＧａＮコンタクト
層上に設けられる。ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光導波層お
よびｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光導波層のバンドギャップ
は３．６０ｅＶであり、活性層のＢ0.01Ｇａ0.99Ｎ量子
井戸層のバンドギャップは３．５１ｅＶである。この場
合、発光波長は紫外線領域の３５０ｎｍ程度である。
【０１１９】この第８の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの上記以外の構成は、第７の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【０１２０】この第８の実施形態によれば、紫外線領域
で発光可能なＢＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＢＧａＮ Ｓ
ＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第７の実施
形態と同様の利点を得ることができる。
【０１２１】次に、この発明の第９の実施形態について
説明する。この第９の実施形態によるＧａＮ系半導体レ
ーザは、ＢＡｌＧａＮをクラッド層、ＡｌＧａＮを光導
波層、ＧａＮを活性層とするＳＣＨ構造を有し、活性層
はＭＱＷ構造を有する。
【０１２２】この第９の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導
波層４５およびｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層
４７に代えて、それぞれ、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光導
波層およびｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光導波層が用いら
れ、アンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎを量子井戸層とす
るＭＱＷ構造の活性層４６に代えて、アンドープのＧａ
Ｎを量子井戸層とするＭＱＷ構造の活性層が用いられ
る。この活性層のＧａＮ量子井戸層は、Ｂを含まないた
め光学的特性が良好であると共に、Ａｌを含まないため
酸化されにくく、光学損傷にも強いという特徴がある。
また、アンドープのＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２、
アンドープのＢ0.05Ｇａ0.95Ｎ層４３およびｐ型Ｂ0.05
Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９に代えて、それぞれ、アン
ドープのＧａＮバッファ層、アンドープのＧａＮ層およ
びｐ型ＧａＮコンタクト層が用いられ、さらに、ＧａＮ
層とｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層４４との
間に、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされたｎ型
ＧａＮコンタクト層が設けられる。ｎ側電極５１は、ｎ
型ＧａＮコンタクト層上に設けられる。ｎ型Ａｌ0.07Ｇ
ａ0.93Ｎ光導波層およびｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ光導波
層のバンドギャップは３．６０ｅＶであり、活性層のＧ
ａＮ量子井戸層のバンドギャップは３．４ｅＶである。
この場合、発光波長は紫外線領域の３６０ｎｍ程度であ
る。
【０１２３】この第９の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの上記以外の構成は、第７の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同様であるので、説明を省略する。
【０１２４】この第９の実施形態によれば、紫外線領域
で発光可能なＢＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＳＣ
Ｈ構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて、第７の実施形
態と同様の利点を得ることができる。
【０１２５】次に、この発明の第１０の実施形態につい
て説明する。図９は、この第１０の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザの断面図である。この第１０の実施形
態によるＧａＮ系半導体レーザは、第７の実施形態にお
けるＧａＮ系半導体レーザと同様のレーザ構造を、成長
マスクを用いて基板上に選択成長させることにより、Ｂ
を含む層の歪を緩和するようにしたものである。
【０１２６】図９に示すように、この第１０の実施形態
によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、サファイア基
板４１上にｎ型ＧａＮ層５５が設けられている。ｎ型Ｇ
ａＮ層５５は厚さが例えば５μｍであり、ｎ型不純物と
して例えばＳｉがドープされている。ｎ型ＧａＮ層５５
上にＳｉＯ2 膜５６が設けられている。なお、ＳｉＯ2
膜５６に代えて、ＴＥＯＳ膜やＳｉＮ膜を用いてもよ
い。ＳｉＯ2 膜５６は、所定部分に成長領域を規定する
開口部５６ａを有する。開口部５６ａのサイズは、この
内部に設けられるレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体
層５７にクラックが発生しないように選ばれている。具
体的には、開口部５６ａは、例えば１ｍｍ×２０μｍの
サイズを有する。ここで、レーザ構造を形成するＧａＮ
系半導体層５７は、第７の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザにおけるレーザ構造と同様の積層構造を有する
ものである。ただし、この第１０の実施形態において、
レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層５７は、後述の
ように、ＳｉＯ2 膜５６をマスクとして、開口部５６ａ
におけるｎ型ＧａＮ層５５上に選択的に成長を行うこと
により形成され、台形状の断面形状を有する。
【０１２７】ｐ側電極５０は、ＧａＮ系半導体層５７の
最上層のｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９とコン
タクトしている。ｎ側電極５１は、ＳｉＯ2 膜５６のう
ち開口部５６ａの両側の部分に設けられた開口部５６
ｂ，５６ｃを通じて、ｎ型ＧａＮ層５５とコンタクトし
ている。
【０１２８】次に、この第１０の実施形態によるＧａＮ
系半導体レーザの製造方法について説明する。
【０１２９】この第１０の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法においては、まず、サファイア基板
４１上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＮ層５５を成長
させる。なお、このｎ型ＧａＮ層５５は、サファイア基
板４１上にバッファ層を介して成長させることが好まし
い。
【０１３０】次に、ｎ型ＧａＮ層５５上に、ＣＶＤ法に
よりＳｉＯ2 膜５６を形成する。次に、リソグラフィお
よびエッチングにより、ＳｉＯ2 膜５６の所定部分に成
長領域を規定する開口部５６ａを形成する。
【０１３１】次に、開口部５６ａにおけるｎ型ＧａＮ層
５５上にレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層５７、
すなわち、Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２からｐ型Ｂ
0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９までを選択的に成長さ
せる。
【０１３２】具体的には、上述のようにして形成された
構造基板を例えば１０５０℃に加熱して、その表面のサ
ーマルクリーニングを行う。次に、構造基板の表面を清
浄に保ったまま、開口部５６ａにおけるｎ型ＧａＮ層５
５上に、ＭＯＣＶＤ法により例えば成長温度を５００℃
として、アンドープのＢ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層４２
を低温成長させる。引き続いて、ＭＯＣＶＤ法により、
成長温度を例えば１０００℃程度として、Ｂ0.05Ｇａ
0.95Ｎバッファ層４２上に、アンドープのＢ0.05Ｇａ
0.95Ｎ層４３、ｎ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド
層４４、ｎ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４５、
活性層４６、ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.07Ｇａ0.91Ｎ光導波層４
７、ｐ型Ｂ0.05Ａｌ0.07Ｇａ0.88Ｎクラッド層４８およ
びｐ型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９を順次成長さ
せる。この際、熱処理を加えたり、成長様式としてＭＥ
Ｅ（Migration Enhanced Epitaxy）法を用いることによ
り、ＧａＮ系半導体層５７がＳｉＯ2 膜５６上に成長し
ないようにし、さらに、成長条件を調整することによ
り、ＧａＮ系半導体層５７がファセット上には成長しな
いようにする。これにより、開口部５６ａにおけるｎ型
ＧａＮ層５５上に、ＧａＮ系半導体層５７が台形状に成
長する。
【０１３３】次に、ＧａＮ系半導体層５７の最上層のｐ
型Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎコンタクト層４９上にｐ側電極５０
を形成すると共に、ＳｉＯ2 膜５６の所定部分に開口部
５６ｂ，５６ｃを形成し、これらの開口部５６ｂ，５６
ｃにおけるｎ型ＧａＮ層５５上にｎ側電極５１を形成す
る。その後、共振器端面の形成およびチップ化を行い、
図９に示すように、目的とするＳＣＨ構造のＧａＮ系半
導体レーザを完成させる。
【０１３４】この第１０の実施形態によれば、レーザ構
造を形成するＧａＮ系半導体層５７を比較的小さく区切
られた成長領域に選択成長させ、この際、ＧａＮ系半導
体層５７の成長面積が基板から離れるに連れて小さくな
るようにしているため、ＧａＮ系半導体層５７のうちの
Ｂを含む層が受ける応力を低減することができる。これ
により、ＧａＮ系半導体層５７にクラックが発生するの
を防止することができるので、ＧａＮ系半導体層５７の
光学的特性をさらに向上させることができるという利点
を得ることができる。
【０１３５】次に、この発明の第１１の実施形態につい
て説明する。図１０は、この発明の第１０の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザの断面図である。この第１１
の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザは、ＡｌＧａＮ
をクラッド層、ＧａＮを光導波層、ＧａＩｎＮを活性層
とするＳＣＨ構造を有し、活性層はＭＱＷ構造を有す
る。
【０１３６】図１０に示すように、この第１１の実施形
態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、例えば、ｃ
面のサファイア基板６１上に低温成長によるアンドープ
のＧａＮバッファ層６２を介して、アンドープのＧａＮ
層６３、ｎ型ＧａＮコンタクト層６４、ｎ型Ａｌ0.07Ｇ
ａ0.93Ｎクラッド層６５、ｎ型ＧａＮ光導波層６６、ア
ンドープのＧａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎを量子井戸層、アンドー
プのＧａ0.99Ｉｎ0.01Ｎを障壁層とするＭＱＷ構造の活
性層６７、ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層６８、ｐ型
ＧａＮ光導波層６９、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド
層７０およびｐ型ＧａＮコンタクト層７１が順次積層さ
れている。
【０１３７】ＧａＮバッファ層６２は厚さが例えば３０
ｎｍである。ＧａＮ層６３は厚さが例えば１μｍであ
る。これらのＧａＮバッファ層６２およびＧａＮ層６３
のバンドギャップは３．４ｅＶである。
【０１３８】ｎ型ＧａＮコンタクト層６４は厚さが例え
ば５μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープ
されている。このｎ型ＧａＮコンタクト層６４のバンド
ギャップは３．４ｅＶである。
【０１３９】ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層６５は
厚さが例えば１μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳ
ｉがドープされている。このｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層６５のバンドギャップは３．６５ｅＶである。
【０１４０】ｎ型ＧａＮ光導波層６６は厚さが例えば１
００ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープ
されている。このｎ型ＧａＮ光導波層６６のバンドギャ
ップは３．４ｅＶである。
【０１４１】活性層６７のＧａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ量子井戸
層は厚さが例えば３．５ｎｍである。この活性層６７の
Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ｎ量子井戸層のバンドギャップは３．
１５ｅＶである。この場合、発光波長は４００ｎｍ程度
であり、青紫色発光可能である。
【０１４２】ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層６８は厚
さが例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭ
ｇがドープされている。このｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャ
ップ層６８のバンドギャップは４．５１ｅＶである。な
お、このｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9Ｎキャップ層６８は、第１
〜第６の実施形態におけるｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャッ
プ層７，２７と同様のものである。
【０１４３】ｐ型ＧａＮ光導波層６９は厚さが例えば１
００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープ
されている。このｐ型ＧａＮ光導波層６９のバンドギャ
ップは３．４ｅＶである。
【０１４４】ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層７０は
厚さが例えば１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭ
ｇがドープされている。このｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラッド層７０のバンドギャップは３．６５ｅＶである。
【０１４５】ｐ型ＧａＮコンタクト層７１は厚さが例え
ば１００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがド
ープされている。このｐ型ＧａＮコンタクト層７１のバ
ンドギャップは３．４ｅＶである。
【０１４６】ｎ型ＧａＮコンタクト層６４の上層部、ｎ
型Ａｌ0.07Ｇａ0.93クラッド層６５、ｎ型ＧａＮ光導波
層６６、活性層６７、ｐ型Ｂ0.1 Ｇａ0.9 Ｎキャップ層
６８、ｐ型ＧａＮ光導波層６９、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93
Ｎクラッド層７０およびｐ型ＧａＮコンタクト層７１
は、一方向に延在する所定幅のストライプ形状を有す
る。
【０１４７】ｐ型ＧａＮコンタクト層７１上には、例え
ばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極またはＮｉ／Ａｕ電極のような
ストライプ形状のｐ側電極７２が設けられている。スト
ライプ部に隣接するｎ型ＧａＮコンタクト層６４上に
は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ電極のようなｎ側電
極７３が設けられている。
【０１４８】この第１１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法は、第１の実施形態によるＧａＮ系
半導体レーザの製造方法と同様であるので、説明を省略
する。
【０１４９】この第１１の実施形態によれば、従来構造
と同様のＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮ ＳＣＨ構造
のＧａＮ系半導体レーザにおいて、ＡｌＧａＮからなる
キャップ層に代えてＢＧａＮからなるキャップ層を用い
ていることにより、第１の実施形態における第３の利点
と同様の利点を得ることができる。
【０１５０】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。例えば、上述の第１〜第１１の実施形
態において挙げた数値、構造、原料、プロセスなどはあ
くまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数
値、構造、原料、プロセスなどを用いてもよい。具体的
には、上述の第１０の実施形態においては、第７の実施
形態におけるＧａＮ系半導体レーザと同様のレーザ構造
を基板上に選択成長させることにより、Ｂを含む層の歪
を低減するようにしているが、これと同様な手法を用い
て、第１〜第６、第８、第９および第１１の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザを製造してもよい。
【０１５１】また、上述の第１〜第１１の実施形態にお
いては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザ
に適用した場合について説明したが、この発明は、ＤＨ
（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半導体レー
ザは勿論、ＧａＮ系発光ダイオード（ＬＥＤ）に適用す
ることも可能である。また、活性層は単一量子井戸（Ｓ
ＱＷ）構造としてもよい。
【０１５２】また、上述の第１〜第１１の実施形態にお
いては、この発明を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を用いた半導体発光素子に適用した場合について説明し
たが、この発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を用いた半導体装置に適用することもできる。特に、こ
の発明を、ＦＥＴなどのキャリア走行素子やフォトダイ
オードなどの受光素子に適用することで、電気的特性お
よび光学的特性の優れた高バンドギャップのキャリア走
行素子および受光素子を実現することができる。
【０１５３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の第１の
発明によれば、複数の半導体層のうちの所望の層に、直
接遷移型となる範囲でＢを含ませることにより、その層
において良好な光学的特性を実現しつつ、バンドギャッ
プを大きくしたり、ｐ型キャリア濃度を高くすることが
できるため、電気的特性および光学的特性に優れた高バ
ンドギャップの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用
いた半導体装置を提供することができる。
【０１５４】この発明の第２の発明によれば、発光素子
構造を形成する複数の半導体層のうちの所望の層、特
に、クラッド層に、直接遷移型となる範囲でＢを含ませ
ることで、その層において良好な光学的特性を実現しつ
つ、バンドギャップを大きくしたり、ｐ型キャリア濃度
を高くすることができるため、閾値電流密度および動作
電圧が共に低く、しかも、紫外線領域でも発光可能な高
性能かつ高品質な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
用いた半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 代表的なＧａＮ系半導体の格子定数とエネル
ギーギャップとの関係を示す略線図である。
【図２】 代表的なＧａＮ系半導体のバンドギャップと
ＧａＮに対する格子不整合との関係を示す略線図であ
る。
【図３】 ＧａＮ系半導体レーザにおけるクラッド層と
活性層のバンドギャップ差と閾値電流密度との関係を示
す略線図である。
【図４】 ＧａＮ系半導体レーザにおけるクラッド層の
Ａｌ組成と電圧との関係を示す略線図である。
【図５】 ＧａＮ膜の成長温度と表面ラフネスとの関係
を示す略線図である。
【図６】 この発明の第１の実施形態によるＢＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮ ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体
レーザの断面図である。
【図７】 この発明の第５の実施形態によるＢＡｌＧａ
Ｎ／ＢＧａＮ／ＧａＩｎＮ ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導
体レーザの断面図である。
【図８】 この発明の第７の実施形態によるＢＡｌＧａ
Ｎ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ ＳＣＨ構造のＧａＮ系半
導体レーザの断面図である。
【図９】 この発明の第１０の実施形態によるＢＡｌＧ
ａＮ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ ＳＣＨ構造のＧａＮ系
半導体レーザの断面図である。
【図１０】 この発明の第１１の実施形態によるＡｌＧ
ａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮ ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導
体レーザの断面図である。
【図１１】 従来のＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＮ
ＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザの断面図である。
【符号の説明】
１・・・サファイア基板、２・・・Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎバ
ッファ層、３・・・Ｂ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、４・・・ｎ型
Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層、５・・・ｎ型Ｇ
ａＮ光導波層、６・・・活性層、７・・・ｐ型Ｂ0.1 Ｇ
ａ0.9 Ｎキャップ層、８・・・ｐ型ＧａＮ光導波層、９
・・・ｐ型Ｂ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎクラッド層、１０
・・・ｐ型Ｂ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
    なる複数の半導体層を有する半導体装置において、 上記複数の半導体層のうちの少なくとも一部にＢを含む
    窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層を含み、
    かつ、その層のＢ組成が０．３以下であることを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項２】 上記Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体からなる層がＢp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただ
    し、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、０≦ｓ
    ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）からなることを特徴とする
    請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 上記複数の半導体層は、基板上に開口部
    を有するマスクを形成し、上記開口部における上記基板
    上に上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択的に
    成長させることにより形成されたものであることを特徴
    とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 上記複数の半導体層は、基板の一主面に
    メサ部を形成し、上記メサ部上に上記窒化物系ＩＩＩ−
    Ｖ族化合物半導体を選択的に成長させることにより形成
    されたものであることを特徴とする請求項１記載の半導
    体装置。
  5. 【請求項５】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
    なる複数の半導体層により形成された発光素子構造を有
    する半導体発光素子において、上記発光素子構造を形成
    する上記複数の半導体層のうちの少なくとも一部にＢを
    含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層を含
    み、かつ、その層のＢ組成が０．３以下であることを特
    徴とする半導体発光素子。
  6. 【請求項６】 上記Ｂを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
    物半導体からなる層がＢp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただ
    し、０＜ｐ≦０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、０≦ｓ
    ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）からなることを特徴とする
    請求項５記載の半導体発光素子。
  7. 【請求項７】 上記発光素子構造を形成する上記複数の
    半導体層は、基板上に開口部を有するマスクを形成し、
    上記開口部における上記基板上に上記窒化物系ＩＩＩ−
    Ｖ族化合物半導体を選択的に成長させることにより形成
    されたものであることを特徴とする請求項５記載の半導
    体発光素子。
  8. 【請求項８】 上記発光素子構造を形成する上記複数の
    半導体層は、基板の一主面にメサ部を形成し、上記メサ
    部上に上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択的
    に成長させることにより形成されたものであることを特
    徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
  9. 【請求項９】 上記発光素子構造は活性層を第１のクラ
    ッド層と第２のクラッド層とにより挟んだ構造を含み、
    上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層がＢ
    p Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただし、０＜ｐ≦０．３、０
    ≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝
    １）からなり、上記活性層がＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（た
    だし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋
    ｚ＝１）からなることを特徴とする請求項５記載の半導
    体発光素子。
  10. 【請求項１０】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層がＢpＡｌq Ｇａr Ｎ（ただし、０＜ｐ≦
    ０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）か
    らなることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素
    子。
  11. 【請求項１１】 上記第１のクラッド層と上記活性層と
    の間および上記活性層と上記第２のクラッド層との間に
    それぞれ第１の光導波層および第２の光導波層をさらに
    有し、上記第１の光導波層および上記第２の光導波層が
    Ａｌa ＧａbＩｎc Ｎ（ただし、０≦ａ＜１、０＜ｂ≦
    １、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）からなることを特徴
    とする請求項９記載の半導体発光素子。
  12. 【請求項１２】 上記第１の光導波層および上記第２の
    光導波層がＡｌa Ｇａb Ｎ（ただし、０≦ａ＜１、０＜
    ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）からなることを特徴とする請求項
    １１記載の半導体発光素子。
  13. 【請求項１３】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層のバンドギャップと上記活性層のバンドギ
    ャップとの差が５００ｍｅＶ以上であることを特徴とす
    る請求項９記載の半導体発光素子。
  14. 【請求項１４】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層のＡｌ組成が０．１以下であり、Ｂ組成が
    ０．１以下であることを特徴とする請求項９記載の半導
    体発光素子。
  15. 【請求項１５】 上記発光素子構造は活性層を第１のク
    ラッド層と第２のクラッド層とにより挟んだ構造を含
    み、上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層
    がＢp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただし、０＜ｐ≦０．
    ３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ
    ＋ｓ＝１）からなり、上記活性層がＢx Ｇａy Ｉｎz Ｎ
    （ただし、０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、
    ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなることを特徴とする請求項５記
    載の半導体発光素子。
  16. 【請求項１６】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層がＢpＡｌq Ｇａr Ｎ（ただし、０＜ｐ≦
    ０．３、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）か
    らなることを特徴とする請求項１５記載の半導体発光素
    子。
  17. 【請求項１７】 上記第１のクラッド層と上記活性層と
    の間および上記活性層と上記第２のクラッド層との間に
    それぞれ第１の光導波層および第２の光導波層をさらに
    有し、上記第１の光導波層および上記第２の光導波層が
    Ｂa Ｇａb Ｉｎc Ｎ（ただし、０≦ａ≦０．３、０＜ｂ
    ≦１、０≦ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）からなることを特
    徴とする請求項１５記載の半導体発光素子。
  18. 【請求項１８】 上記第１の光導波層および上記第２の
    光導波層がＢa Ｇａb Ｎ（ただし、０≦ａ≦０．３、
    ０．７≦ｂ≦１、ａ＋ｂ＝１）からなることを特徴とす
    る請求項１７記載の半導体発光素子。
  19. 【請求項１９】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層のバンドギャップと上記活性層のバンドギ
    ャップとの差が５００ｍｅＶ以上であることを特徴とす
    る請求項１５記載の半導体発光素子。
  20. 【請求項２０】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層のＡｌ組成が０．１以下であり、Ｂ組成が
    ０．１以下であることを特徴とする請求項１５記載の半
    導体発光素子。
  21. 【請求項２１】 上記発光素子構造は活性層を第１のク
    ラッド層と第２のクラッド層とにより挟んだ構造を有
    し、上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層
    がＢp Ａｌq Ｇａr Ｎ（ただし、０＜ｐ≦０．３、０≦
    ｑ＜１、０＜ｒ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１）からなり、上記
    活性層がＢx Ａｌy Ｇａz Ｎ（ただし、０≦ｘ≦０．
    ３、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からな
    り、かつ、上記第１のクラッド層、上記第２のクラッド
    層および上記活性層は１０００℃以上の成長温度で形成
    されたものであることを特徴とする請求項５記載の半導
    体発光素子。
  22. 【請求項２２】 上記活性層がＢx Ｇａz Ｎ（ただし、
    ０≦ｘ≦０．３、０．７≦ｚ≦１、ｘ＋ｚ＝１）からな
    ることを特徴とする請求項２１記載の半導体発光素子。
  23. 【請求項２３】 上記活性層がＡｌy Ｇａz Ｎ（ただ
    し、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦１、ｙ＋ｚ＝１）からなるこ
    とを特徴とする請求項２１記載の半導体発光素子。
  24. 【請求項２４】 上記活性層がＧａＮからなることを特
    徴とする請求項２１記載の半導体発光素子。
  25. 【請求項２５】 上記第１のクラッド層と上記活性層と
    の間および上記活性層と上記第２のクラッド層との間に
    それぞれ第１の光導波層および第２の光導波層をさらに
    有し、上記第１の光導波層および上記第２の光導波層が
    Ｂa Ａｌb Ｇａc Ｎ（ただし、０≦ａ≦０．３、０≦ｂ
    ＜１、０＜ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）からなることを特
    徴とする請求項２１記載の半導体発光素子。
  26. 【請求項２６】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層のバンドギャップと上記活性層のバンドギ
    ャップとの差が５００ｍｅＶ以上であることを特徴とす
    る請求項２１記載の半導体発光素子。
  27. 【請求項２７】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層のＢ組成と上記活性層のＢ組成との差が５
    ％以上であることを特徴とする請求項２１記載の半導体
    発光素子。
  28. 【請求項２８】 上記第１のクラッド層および上記第２
    のクラッド層のＡｌ組成が０．１以下であり、Ｂ組成が
    ０．１以下であることを特徴とする請求項２１記載の半
    導体発光素子。
  29. 【請求項２９】 上記発光素子構造を形成する上記複数
    の半導体層は、基板上にバッファ層を介して設けられ、
    上記バッファ層がＢp Ａｌq Ｇａr Ｉｎs Ｎ（ただし、
    ０＜ｐ≦１、０≦ｑ＜１、０≦ｒ＜１、０≦ｓ＜１、ｐ
    ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）からなることを特徴とする請求項５
    記載の半導体発光素子。
  30. 【請求項３０】 上記発光素子構造は活性層を第１のク
    ラッド層および第２のクラッド層とにより挟んだ構造を
    含み、上記バッファ層のバンドギャップが上記活性層の
    バンドギャップより大きいことを特徴とする請求項２９
    記載の半導体発光素子。
  31. 【請求項３１】 上記発光素子構造はＩｎを含む窒化物
    系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層を第１のク
    ラッド層および第２のクラッド層とにより挟んだ構造を
    含むと共に、上記活性層の近傍にＩｎの蒸発を防止する
    キャップ層を有し、上記キャップ層がＢp Ａｌq Ｇａr
    Ｉｎs Ｎ（ただし、０＜ｐ≦１、０≦ｑ＜１、０＜ｒ＜
    １、０≦ｓ＜１、ｐ＋ｑ＋ｒ＋ｓ＝１）からなることを
    特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
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