JP2000349398A - 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来例に比較してさらに出力と素子信頼性の
高い窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層
と、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）からなりかつ活性層
に接して形成されたｐ型キャップ層とを備えた窒化物半
導体発光素子であって、ｐ型キャップ層は、Ａｌ_aＧａ
_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなり活性層に接して形成され
た第１のｐ型窒化物半導体層と、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜
ｂ＜１）からなり第１のｐ型窒化物半導体層より結晶欠
陥の少ない第２のｐ型窒化物半導体層とを含んでなり、
かつｐ型キャップ層全体の厚さが１０Å以上１０００Å
以下に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
レーザダイオード等の発光素子、又は太陽電池、光セン
サー等の受光素子に使用される窒化物半導体（Ｉｎ_XＡ
ｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる窒
化物半導体素子に係り、特に発光素子、レーザ素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物半導体からなる青色レーザ
ダイオードが実用可能になっている。例えば、本発明者
等は、Japanese Journal of Applied Physics. Vol.37
(1998)pp.L309-L312 に、サファイア上に成長させたＧ
ａＮ層上に、ＳｉＯ₂よりなる保護膜を部分的に形成
し、その保護膜上から再度ＧａＮを有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ）等の気相成長法により成長させること
で、保護膜が形成されていない部分（以下、窓部とい
う）から成長が開始し、次第に保護膜上部でＧａＮの横
方向の成長が生じ、隣接する窓部から横方向に成長した
ＧａＮ同士が保護膜上で接合して成長を続け、結晶欠陥
（以下、転位という場合もある）の極めて少ない窒化物
半導体を得ることができることを開示している。そし
て、得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体を基板と
し、この窒化物半導体基板上に素子構造を形成してなる
窒化物半導体レーザ素子は、１万時間以上の連続発振を
達成することができることが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化物
半導体発光素子は、更なる出力、素子信頼性の向上が必
要である。

【０００４】そこで、本発明は、従来例に比較してさら
に出力と素子信頼性の高い窒化物半導体発光素子を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成に
より前記目的を達成したものである。すなわち、本発明
の第１の窒化物半導体発光素子は、少なくともｎ型窒化
物半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含む窒化物半
導体からなる活性層、及びｐ型窒化物半導体からなるｐ
型クラッド層とを備えた窒化物半導体発光素子におい
て、前記活性層とｐ型クラッド層との間に、Ａｌ_aＧａ
_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなりかつ前記ｐ型クラッド層
よりエネルギーギャップの大きい第１のｐ型窒化物半導
体層と、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２の
ｐ型窒化物半導体層を有することを特徴とする。

【０００６】また、本発明の第１の窒化物半導体発光素
子においては、前記第１のｐ型窒化物半導体層が、前記
活性層に接して形成されていることが好ましい。

【０００７】さらに、本発明の第１の窒化物半導体発光
素子においては、前記第１の窒化物半導体層の膜厚が、
１０Å以上１００Å以下の厚さであり、前記第２の窒化
物半導体層の膜厚が、１０Å以上３００Å以下の厚さで
あることが好ましい。

【０００８】また、本発明の第１の窒化物半導体発光素
子においては、前記活性層が、Ｉｎ _cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ
＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造としても
よい。

【０００９】さらに、本発明の第１の窒化物半導体発光
素子においては、前記活性層を、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦
ｃ＜１）からなる井戸層を含む層とし、前記ｐ型クラッ
ド層をＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）とし、かつ前記Ａ
ｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物
半導体層と前記Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）からなる
第２のｐ型窒化物半導体層とをそれぞれ、ｘ≦ａ，ｘ≦
ｂを満足するように組成が設定された層で構成すること
ができる。

【００１０】また、本発明に係る第２の窒化物半導体発
光素子は、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と
ｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間にＩｎ
を含む窒化物半導体からなる活性層を備えた窒化物半導
体発光素子において、前記活性層とｐ型クラッド層との
間に前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大き
いＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなりかつ前記クラ
ッド層より低温で成長された第１のｐ型窒化物半導体層
を備えたことを特徴とする。

【００１１】このように、窒化物半導体発光素子におい
て、前記活性層とｐ型クラッド層との間に前記ｐ型クラ
ッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌ_aＧａ_1-aＮ
（０＜ａ＜１）からなり前記クラッド層より低温で成長
された第１のｐ型窒化物半導体層を備えることにより、
活性層の品質を良好に保つことができる。すなわち、結
晶性の良いＡｌＧａＮを成長させる成長条件の下では、
Ｉｎを含む活性層が分解するが、本発明に係る第２の窒
化物半導体素子では、まず、前記活性層と前記クラッド
層との間に、前記クラッド層より低温で前記第１のｐ型
窒化物半導体層を成長させて、その第１のｐ型窒化物半
導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の良いｐ
型窒化物半導体層（前記クラッド層を含む）を形成する
ことができるので、品質の良い活性層とその上に結晶性
の良好なｐ型窒化物半導体層とを備えた発光素子を提供
できる。

【００１２】また、本発明に係る第２の窒化物半導体発
光素子においては、活性層の分解を効果的に抑えるため
に、前記第１のｐ型窒化物半導体層がＮ₂ガスを用いた
有機金属気相成長法で成長されていることが好ましい。

【００１３】また、本発明に係る第２の窒化物半導体発
光素子においては、前記活性層を、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０
≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造とす
ることができる。

【００１４】また、本発明に係る第２の窒化物半導体発
光素子は、前記活性層をＩｎ_cＧａ_{1 -c}Ｎ（０≦ｃ＜１）
からなる井戸層を含んだ層とし、前記ｐ型クラッド層を
Ａｌ _xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）からなる層とし、かつ前
記Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒
化物半導体層を、ｘ≦ａを満足するように組成を設定す
ることにより構成できる。

【００１５】また、本発明に係る第３の窒化物半導体発
光素子は、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と
ｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間にＩｎ
を含む窒化物半導体からなる活性層を備え、かつ前記ｐ
型クラッド層と前記活性層との間に前記ｐ型クラッド層
よりバンドギャップの大きいＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜
１）からなるｐ型キャップ層が形成されてなる窒化物半
導体発光素子であって、前記ｐ型キャップ層は、ｐ型の
Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化
物半導体層と、該第１のｐ型窒化物半導体層上に形成さ
れたｐ型のＡｌ _bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）からなり前記
第１のｐ型窒化物半導体層より結晶欠陥の少ない第２の
ｐ型窒化物半導体層とからなり、かつ前記ｐ型キャップ
層全体の厚さが１０Å以上１０００Å以下に設定されて
いることを特徴とする。

【００１６】このように、本発明に係る第３の窒化物半
導体発光素子において、前記ｐ型キャップ層を、Ａｌ_a
Ｇａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなり前記活性層に接して
形成された第１のｐ型窒化物半導体層と、Ａｌ_bＧａ_1-b
Ｎ（０＜ｂ＜１）からなる結晶欠陥の少ない第２のｐ型
窒化物半導体層とによって構成することにより、活性層
にキャリアを閉じ込める機能を効果的に発揮させかつ活
性層の品質を良好に保つことができる。すなわち、結晶
性の良いＡｌＧａＮを成長させる成長条件の下では、Ｉ
ｎを含む活性層が分解するために、従来は該活性層が分
解しないような条件でＡｌＧａＮ層を成長させていたの
で、ＡｌＧａＮを用いた結晶性の良いｐ型キャップ層を
形成することが困難であり、その機能を効果的に発揮さ
せることが困難であった。また、結晶性の良いＡｌＧａ
Ｎからなるキャリア閉じ込め層を形成しようとすると、
活性層の分解が起こり発光特性の低下を招いていた。

【００１７】これに対して、本発明に係る第３の窒化物
半導体素子では、まず、前記活性層に近い側に前記第１
のｐ型窒化物半導体層を成長させて、その第１のｐ型窒
化物半導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の
良い第２のｐ型窒化物半導体層を形成することができる
ので、品質の良い活性層と結晶性の良好なｐ型キャップ
層とを備えた発光素子を提供できる。すなわち、本発明
の第３の窒化物半導体素子は、ｐ型キャップ層を、活性
層の分解を防止する第１のｐ型窒化物半導体層と、キャ
リアを効果的に活性層に閉じ込める第２のｐ型窒化物半
導体層とに機能的に分離した複数の層で形成することに
より、従来トレードオフの関係にあった問題点を解決し
たものである。

【００１８】また、本発明の第３の窒化物半導体素子に
おいて、前記第１のｐ型窒化物半導体層の膜厚は、１０
Å以上１００Å以下に設定することが好ましい。この範
囲に設定すると、活性層の分解を効果的に防止でき、か
つｐ型キャップ層全体としての結晶性の劣化を少なくで
きる。さらに、前記第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚
は、１０Å以上３００Å以下とすることが好ましい。こ
のように設定すると、ｐ型キャップ層全体としての結晶
性を比較的良好に保つことができ、活性層に効果的に電
子を閉じ込めることができる。

【００１９】また、本発明の第３の窒化物半導体素子に
おいて、前記活性層をＩｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ＜１）か
らなる井戸層を含む多重量子井戸構造とすることがで
き、このようにすると多重量子井戸構造の活性層の優れ
た発光機能をより効果的に発揮させることができる。

【００２０】すなわち、従来の窒化物半導体発光素子に
おいて、多重量子井戸構造の活性層を採用しても、ホー
ル拡散長が短いこと、キャリア側のオフセットが十分で
ないためオーバーフローが発生し易いこと等により、多
重量子井戸構造の活性層の機能を十分に発揮させること
ができないため、単一量子井戸構造に比較して期待され
たほど素子特性を向上させることができなかった。しか
しながら、本発明の第３の窒化物半導体発光素子におい
て、活性層を、ＩｎＧａＮからなる井戸層を複数有する
多重量子井戸構造として、かつ前記ｐ型キャップ層を、
第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層
とによって構成することにより、多重量子井戸構造の活
性層に効果的にキャリアを閉じ込めることができ、該井
戸層へのキャリアの注入が良好にできる。これによっ
て、多重量子井戸構造の活性層の特徴を十分な活用する
ことができ、良好な発光特性を実現することができる。

【００２１】本発明に係る窒化物半導体発光素子の製造
方法は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層上に、
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）からなるｐ型キャップ層
を成長させる工程を含む窒化物半導体発光素子の製造方
法であって、前記ｐ型キャップ層を成長させる工程は、
前記活性層上に窒素ガスを用いて有機金属気相成長法に
より、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ
型窒化物半導体層を成長させる第１の成長工程と、前記
第１のｐ型窒化物半導体層上に、水素ガスを用いて有機
金属気相成長法により、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）
からなる第２のｐ型窒化物半導体層を成長させる第２の
成長工程とを含み、前記第１のｐ型窒化物半導体層と第
２のｐ型窒化物半導体層とを有してなる前記ｐ型キャッ
プ層を１０Å以上１０００Å以下の厚さに成長させるこ
とを特徴とする。

【００２２】以上の本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、第１の成長工程において前記活性層上
に比較的低温で半導体層の成長が可能な窒素ガスを用い
て前記第１のｐ型窒化物半導体層を成長させているの
で、Ｉｎを含む活性層を分解させることなく、Ａｌ_aＧ
ａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）層を形成することができる。ま
た、第２の成長工程において、前記第１のｐ型窒化物半
導体層上に、結晶性の良いＡｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜
１）を成長させることができる水素ガスを用いて第２の
ｐ型窒化物半導体層を成長させているので、前記第１の
ｐ型窒化物半導体層により活性層の分解を防止しなが
ら、結晶性の良い第２のｐ型窒化物半導体層を成長させ
ることができる。また、Ｉｎ含む活性層におけるＩｎの
面内分布に起因した素子間の発光特性のばらつきも抑制
することができ、製造歩留まりを向上させることができ
る。さらに、第２のｐ型窒化物半導体層を第１のｐ型窒
化物半導体層と異なる雰囲気で形成することにより、結
晶成長形態の異なる層を形成することができ、機能分離
できる。

【００２３】このように、本発明に係る窒化物半導体発
光素子の製造方法では、活性層の結晶品質を損なうこと
なく、ｐ型キャップ層を形成することができるので、極
めて発光特性に優れかつバラツキの少ない窒化物半導体
発光素子を製造することができる。

【００２４】また、本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、前記第２の成長工程における成長温度
を、前記第１の成長工程における成長温度より高く設定
することが好ましい。このようにすると、より結晶性の
良い第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることができ
る。

【００２５】また、本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、前記第１の成長工程における成長温度
を、前記活性層を成長させる時の成長温度と実質的に同
一に設定することが好ましい。このようにすると、Ｉｎ
を含む活性層からの分解をより効果的に防止することが
でき、前記活性層の結晶品質をより良好に保持できる。

【００２６】また、本発明に係る窒化物半導体発光素子
の製造方法では、前記第１の成長工程において、前記第
１のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上１００Å以下の膜
厚に成長させ、前記第２の成長工程において、前記第２
のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上３００Å以下の膜厚
に成長させることが好ましい。このように、前記第１の
ｐ型窒化物半導体層の膜厚が、１０〜１００Åで、前記
第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚が１０〜３００Åの範
囲になるように成長させることにより、上述した第１の
ｐ型窒化物半導体層の成長において活性層を保護する機
能と、第２のｐ型窒化物半導体層によるキャリア閉じ込
め機能とを、いずれも良好に発揮させることができる。

【００２７】なぜなら、比較的結晶性の悪い第１のｐ型
窒化物半導体層を活性層を保護することができる最小限
の膜厚に留めて、第１のｐ型窒化物半導体層を介して良
好な結晶成長が可能な第２のｐ型窒化物半導体層を比較
的厚く成長させることで、活性層との良好なオフセット
が実現される。すなわち、前記膜厚の第１のｐ型窒化物
半導体層だけでは、トンネル効果による電子の活性層か
らの流出が問題となるが、第２のｐ型窒化物半導体層が
あることで、活性層内への良好なキャリア閉じ込めを実
現することができる。

【００２８】さらに、本発明の窒化物半導体発光素子の
製造方法では、前記第１の成長工程における成長温度
を、８５０℃以上９５０℃以下の温度に設定し、前記第
２の成長工程の成長温度を９５０℃以上の温度に設定す
ることが好ましい。このような温度範囲に成長温度を設
定することにより、上述した第１のｐ型窒化物半導体層
による活性層の保護をより効果的に図れ、よりいっそう
結晶性の良好な第２のｐ型窒化物半導体層を成長させる
ことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態の窒化物
半導体発光素子は、図１に示すように、Ｉｎを含む窒化
物半導体からなる活性層６上に、ｐ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ
（０＜ｘ＜１）からなり活性層６にキャリアを閉じ込め
る機能を有するｐ型キャップ層７が形成された窒化物半
導体発光素子であって、ｐ型キャップ層７は、ｐ型のＡ
ｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物
半導体層７ａと、ｐ型のＡｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）
からなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂとからなること
を特徴とするものである。

【００３０】このｐ型キャップ層７は、活性層６にキャ
リアを閉じ込めるための層として形成されるものであ
り、活性層６より大きいバンドギャップを有しかつ結晶
性のよい層であることが必要とされる。これらの条件を
満足する層を活性層に接して形成すると、活性層との間
に良好な電位障壁（オフセット）が形成され効果的にキ
ャリア閉じ込め機能を発揮させることができる。しかし
ながら、本発明が適用されるＩｎを含む活性層を備えた
窒化物半導体発光素子では、ｐ型キャップ層７として、
バンドギャップの大きさが所望の値になるようにＡｌの
含有量を調整したｐ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）
層が主として用いられるが、以下のような問題点があっ
た。

【００３１】すなわち、結晶欠陥の少ない結晶性の良好
なＡｌＧａＮ層を成長させるためには、有機金属気相成
長法を用いてＨ₂雰囲気で（Ｈ₂をキャリアガスとして）
比較的高温でＡｌＧａＮ層を成長させる必要があるが、
ＡｌＧａＮ層をＨ₂雰囲気中でＩｎを含む活性層６上に
直接成長させようとすると活性層が分解するという問題
点があった。このために、ｐ型のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜
ｘ＜１）からなる結晶性の良いｐ型キャップ層７を形成
することができても、活性層６そのものを劣化させるこ
とになり、結局は期待したほどの発光特性を得ることは
困難であった。Ｈ₂雰囲気中におけるＡｌＧａＮ層の成
長温度を高くすると、成長されるＡｌＧａＮ層の結晶性
はさらに良好にできるが、Ｉｎを含む活性層の分解がよ
り激しくなり、発光寿命を低下させる原因となってい
た。尚、本明細書において、単にＡｌＧａＮというとき
は、ＧａＮにおいてＧａの一部がＡｌにより置換された
窒化物半導体を言う。

【００３２】本発明は、Ｉｎを含む活性層上に、Ｈ₂雰
囲気に代えＮ₂雰囲気でかつ低温でＡｌＧａＮ層を成長
させると活性層を分解させることなくＡｌＧａＮ層を形
成することができることを見出し、その点に着目して完
成させたものである。すなわち、本発明に係る実施の形
態の窒化物半導体発光素子は、Ｉｎを含む窒化物半導体
からなる活性層６上に、Ｎ₂雰囲気で予め活性層を分解
させないように比較的薄いｐ型のＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜
ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを、電
子閉じ込め機能を劣化させない程度の厚さに形成し、そ
の第１のｐ型窒化物半導体層７ａによって活性層が分解
しないように保護しながら、Ｈ ₂雰囲気でｐ型のＡｌ_bＧ
ａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導
体層７ｂを形成するようにしたものである。

【００３３】以下に、図１を用いて本発明の実施の形態
について更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
の形態である窒化物半導体発光素子（窒化物半導体レー
ザ素子）を示す模式的断面図である。図１の窒化物半導
体レーザ素子は、サファイア等の窒化物半導体とは異な
る異種基板１００の上面にＥＬＯＧ成長させた窒化物半
導体基板１上に、ｎ型不純物（例えばＳｉ）をドープし
てなるＡｌ_kＧａ_1-kＮ（０＜ｋ＜１）よりなるｎ型コン
タクト層２、ＳｉドープのＩｎ_gＧａ_1-gＮ（０．０５≦
ｇ≦０．２）よりなるクラック防止層３、Ａｌ_eＧａ_1-e
Ｎ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含んでなる多層膜のｎ
型クラッド層４、アンドープのＧａＮからなるｎ型ガイ
ド層５、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ＜１）からなる多重量
子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌ_dＧａ_1-dＮ
（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも２層以上のｐ型キャ
ップ層７、アンドープのＧａＮからなるｐ型ガイド層
８、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含む多層膜からな
るｐ型クラッド層９、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ型
コンタクト層１０を備え、ｐ型コンタクト層１０〜ｎ型
コンタクト層２が所定の幅にエッチングされてリッジ形
状のストライプ２００が形成されてなる。尚、ｐ電極
は、リッジ形状のストライプ２００の最上層であるｐ型
コンタクト層１０に接するように形成され、リッジ形状
のストライプ２００の片側に露出させたｎ型コンタクト
層２上に形成される。

【００３４】以下、個々の要素について詳細に説明す
る。 （ＥＬＯＧ成長について）ＥＬＯＧ成長とは、窒化物半
導体の縦方向の成長を少なくとも部分的に一時的止め
て、横方向の成長を利用して転位の発生を抑制しながら
成長させることができる成長方法である。具体的に、窒
化物半導体と異なる材料からなる異種基板上に、窒化物
半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる
保護膜を部分的に形成し、その上から窒化物半導体を成
長させる。このようにすると、保護膜が形成されていな
い部分から窒化物半導体の成長が開始され、さらに成長
を続けることにより保護膜上に横方向に成長するように
なり、その結果、異種基板全体を覆う比較的厚膜の窒化
物半導体が形成される。

【００３５】異種基板としては、種々の基板を用いるこ
とができ、例えば、図２に示すＣ面、Ｒ面、Ａ面を主面
とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような
絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子
整合する酸化物基板等、従来知られている窒化物半導体
と異なる基板材料を用いることができる。

【００３６】前記の中で好ましい異種基板としては、サ
ファイアであり、更に好ましくはサファイアのＣ面であ
る。また、サファイアのＣ面がステップ状にオフアング
ルされ、オフアングル角θ（図３に示されるθ）が０．
１°〜０．３°の範囲のものを用いると、ＥＬＯＧ成長
して得られる窒化物半導体内部の微細なクラックの発生
を防止でき、よりいっそう好ましい。オフアングル角θ
が０．１°未満であるとＥＬＯＧ成長させた窒化物半導
体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾向があ
り、オフアングル角θが０．１°以上であるとその上に
構成されるレーザ素子の特性を安定させることができ
る。また、オフアングル角が０．３°を超えると、ＥＬ
ＯＧ成長させた窒化物半導体の表面がステップ状にな
り、その上に素子を構成すると、各半導体層においてス
テップが若干強調され、素子のショート及びしきい値上
昇を招き好ましくない。

【００３７】前記のようなステップ状にオフアングルさ
れたサファイア等の異種基板上に、保護膜を、直接又は
一旦窒化物半導体を成長させてから、部分的（例えば、
異種基板表面が一定間隔で露出するように）に形成す
る。保護膜としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長
しないかまたは成長しにくい性質を有する種々の材料を
用いることができ、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）、窒
化ケイ素（Ｓｉ_XＮ_Y）、酸化チタン（ＴｉＯ_X）、酸化
ジルコニウム（ＺｒＯ_X）等の酸化物、窒化物、またこ
れらの多層膜、さらには１２００℃以上の融点を有する
金属等を用いることができる。好ましい保護膜材料とし
ては、ＳｉＯ ₂及びＳｉＮが挙げられる。

【００３８】保護膜材料を窒化物半導体等の表面に形成
する方法としては、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の
気相成膜技術を用いることができる。また、部分的（選
択的）に形成する方法として、フォトリソグラフィー技
術を用いて所定の形状を有するフォトマスクを作製し、
そのフォトマスクを介して、前記材料を気相成膜する方
法を用いることができる。保護膜の形状は、特に限定さ
れるものではないが、例えばドット、ストライプ、碁盤
面状の形状で形成でき、好ましくはストライプ状の形状
とし、そのストライプがオリエンテーションフラット面
（サファイアのＡ面）に垂直になるように形成する。

【００３９】また、異種基板の表面のうち、保護膜を形
成する表面積の割合は、保護膜が形成されていない部分
の表面積より大きくすることが好ましく、このようにす
ると、成長させる窒化物半導体に発生する転位を防止す
ることができ、良好な結晶性を有する窒化物半導体基板
が得られる。例えば、保護膜をストライプ形状に形成す
る場合の保護膜のストライプ幅は、保護膜が形成されて
いない部分（窓部）の幅を３とした時に、１０以上にな
るようにすることが好ましい。この場合、保護膜のスト
ライプ幅ｗ１は、保護膜が形成されていない部分（窓
部）の幅ｗ２として、ｗ１：ｗ２＝１６〜１８：３を満
足するように設定することがさらに好ましい。保護膜を
ストライプ形状に形成する場合、保護膜のストライプ幅
と窓部の幅を前記の関係に設定すると、窒化物半導体が
保護膜を覆い易くなり、且つ転位を効果的に防止するこ
とができる。保護膜のストライプ幅としては、例えば６
〜２７μｍ、好ましくは１１〜２４μｍとして、窓部の
幅としては、例えば２〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍ
とする。

【００４０】また、ＥＬＯＧ成長して得られる窒化物半
導体上に素子を構成し、ｐ型窒化物半導体層にリッジ形
状のストライプ２００を形成する場合、リッジ形状のス
トライプ２００が、ストライプ状の保護膜の上であり、
かつその中心線（長手方向に平行な中心線）上を避けて
形成されていることが好ましく、このようにすると、し
きい値を低下させることができ、素子の信頼性を向上さ
せることができる。すなわち、保護膜上部に位置する窒
化物半導体の結晶性が、窓部上部等に比較して良好であ
り、また、保護膜の中心線上付近は、窓部から成長した
隣接する窒化物半導体同士が横方向の成長によって接合
する部分でありこのような接合箇所に空隙の生じる場合
があり、この空隙の上部にリッジ形状のストライプ２０
０が形成されると、レーザ素子の動作中に空隙から転位
が伝播し易くなり、素子の信頼性を劣化させる恐れがあ
るからである。

【００４１】また、保護膜は、異種基板に直接形成され
てもよいが、異種基板上に低温成長のバッファ層１０１
を形成させ、更にその上に高温成長の窒化物半導体から
なるバッファ層１０２を成長させた上に、形成すること
が好ましく、このようにすると、転位の少ないより結晶
性に優れた窒化物半導体基板を成長させることができ
る。また、本発明に係る窒化物半導体発光素子を形成す
るために用いることができる基板は、上述したＥＬＯＧ
成長させた窒化物半導体基板に限定されるものではな
い。本発明では、たとえば、サファイア基板の上にアン
ドープのＧａＮを数μｍから数十μｍの膜厚で成長させ
た下地層として成長させ、その上に素子を構成するよう
にしてもよい。また、ＥＬＯＧ成長に用いる低温成長の
バッファ層１０１としては、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ、及びＩｎＧａＮ等のいずれかを９００℃以下
２００℃以上の温度で、膜厚数十オングストローム〜数
百オングストロームで成長させたものを用いることがで
きる。これらのバッファ層は、異種基板と比較的高温で
成長される窒化物半導体層との間の格子定数不整を緩和
することができ、成長させる層におれる転位の発生を防
止することができる。

【００４２】高温成長の窒化物半導体からなるバッファ
層１０２としては、アンドープのＧａＮ、ｎ型不純物を
ドープしたＧａＮ、またＳｉをドープしたＧａＮを用い
ることができ、好ましくはアンドープのＧａＮを用い
る。またこれらの窒化物半導体は、高温、具体的には９
００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃でバッファ
層１０１上に成長される。本発明において、このバッフ
ァ層１０２の膜厚は特に限定されるものではないが、例
えば１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０μｍとする。

【００４３】次に保護膜を形成した上に、窒化物半導体
をＭＯＣＶＤ等により、ＥＬＯＧ成長させて窒化物半導
体基板１を得る。この場合、成長させる窒化物半導体と
しては、アンドープのＧａＮ又は不純物（例えばＳｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ）をド
ープしたＧａＮを用いることができる。成長温度として
は、例えば９００℃〜１１００℃、より具体的には１０
５０℃付近の温度で成長させる。不純物がドープされて
いると成長層おける転位の発生を抑制することができ、
好ましい。

【００４４】このＥＬＯＧ成長では、成長初期におい
て、成長速度をコントロールし易いＭＯＣＶＤ（有機金
属化学気相成長法）等で成長させ、保護膜がＥＬＯＧ成
長の窒化物半導体で覆われた後の成長をＨＶＰＥ（ハラ
イド気相成長法）等で成長させてもよい。以上のように
して、本実施の形態では、ＥＬＯＧ成長により窒化物半
導体基板１を異種基板上に形成する。

【００４５】（窒化物半導体基板１上の各窒化物半導体
層の形成）本実施の形態では、まず、ｎ型コンタクト層
２を窒化物半導体基板１上に成長させる。ｎ型コンタク
ト層２としては、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）がドー
プされたＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）を成長させる。
ｎ型コンタクト層２として、好ましくはａが０．０１〜
０．０５に設定されたＡｌ_aＧａ_1-aＮを成長させる。ｎ
型コンタクト層２をＡｌを含む３元混晶で形成すると、
窒化物半導体基板１に微細なクラックが発生していて
も、微細なクラックの伝播を防止することができ、更に
従来の問題点であった窒化物半導体基板１とｎ型コンタ
クト層２との格子定数及び熱膨張係数の相違によるｎ型
コンタクト層への微細なクラックの発生を防止すること
ができ好ましい。ｎ型不純物のドープ量は、１×１０¹⁸
／ｃｍ³〜５×１０¹⁸／ｃｍ³とする。このｎ型コンタク
ト層２にはｎ電極２１が形成される。ｎ型コンタクト層
２の膜厚は、１〜１０μｍとする。また、本実施の形態
では、窒化物半導体基板１とｎ型コンタクト層２との間
に、アンドープのＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）を成長
させてもよく、このアンドープの層を成長させるとｎ型
コンタクト層２の結晶性を良好とでき、寿命特性を向上
させることができる。この場合、アンドープｎ型コンタ
クト層の膜厚は、数μｍとする。

【００４６】次に、クラック防止層３をｎ型コンタクト
層２上に成長させる。クラック防止層３としては、Ｓｉ
ドープのＩｎ_gＧａ_1-gＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）を成
長させ、ｇが０．０５〜０．０８に設定されたＩｎ_gＧ
ａ_1-gＮを成長させることが好ましい。このクラック防
止層３をｎ型コンタクト層２上に形成すると、素子内の
クラックの発生を防止することができ、好ましい。Ｓｉ
のドープ量としては、５×１０¹⁸／ｃｍ³である。しか
しながら、本発明では、クラック防止層３を省略しても
よい。

【００４７】また、クラック防止層３を成長させる際
に、Ｉｎの混晶比を大きく（ｘ≧０．１）することが好
ましく、このようにすると、クラック防止層３がｎ型ク
ラッド層４から漏れ出した、活性層６で発生された光を
吸収することができ、レーザ光のファーフィールドパタ
ーンの乱れを防止することができる。このクラック防止
層の膜厚は、例えば、０．０５〜０．３μｍのそれ自身
の結晶性が損なわれない程度の厚みとする。

【００４８】次に、ｎ型クラッド層４をクラック防止層
３上に成長させる。ｎ型クラッド層４は、Ａｌ_eＧａ_1-e
Ｎ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含む窒化半導体を有す
る多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組
成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を示
し、例えば、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０．１２≦ｅ＜０．１
５）層と、このＡｌ_eＧａ_1-eＮと組成の異なる窒化物半
導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んで
なる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み
合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組
み合わせとしては、Ａｌ_eＧａ_1-eＮとＧａＮとを積層し
てなる多層膜である。このようにすると、同一温度で結
晶性の良い窒化物半導体層が積層できる。より好ましい
多層膜としては、アンドープのＡｌ_eＧａ_1-eＮとｎ型不
純物（例えばＳｉ）ドープのＧａＮとを組み合わせて積
層したものである。この場合、ｎ型不純物は、Ａｌ_eＧ
ａ_1-eＮにドープされてもよい。ｎ型不純物のドープ量
は、４×１０¹⁸／ｃｍ³〜５×１０¹⁸／ｃｍ³である。ｎ
型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低く
でき且つ結晶性を損なうことなくｎ型クラッド層４を形
成することができる。

【００４９】この多層膜は、単一層の膜厚が１００オン
グストローム以下、好ましくは７０オングストローム以
下、さらに好ましくは４０オングストローム以下であっ
て、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化
物半導体層を積層することにより構成する。単一の膜厚
が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド層
が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわら
ず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすること
ができる。また、ｎ型クラッド層４の総膜厚は、０．７
〜２μｍである。

【００５０】またｎ型クラッド層の全体の平均組成は、
その平均組成をＡｌ_kＧａ_1-kＮで表したときに、ｋを
０．０５〜０．１とすることが好ましい。Ａｌの含有率
がこの範囲であると、クラックを発生させないように形
成でき、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の差を得る
ことができる。次に、ｎ型ガイド層５をｎ型クラッド層
４上に成長させる。ｎ型ガイド層５としては、アンドー
プのＧａＮからなる窒化物半導体を成長させる。ｎ型ガ
イド層５の膜厚は、０．１〜０．０７μｍに設定するこ
とが好ましく、このようにすると、しきい値を低下させ
ることができる。また、ｎ型ガイド層４をアンドープと
することが好ましく、これによって、レーザ導波路内の
伝搬損失を減少させることができ、かつしきい値を低く
することができる。

【００５１】次に、活性層６をｎ型ガイド層５上に成長
させる。本実施の形態において、活性層は、Ｉｎ_cＧａ
_1-cＮ（０≦ｃ＜１）を含んでなる多重量子井戸構造を
有する。活性層６において、井戸層は、ｃが０．１〜
０．２のＩｎ_cＧａ_1-cＮとし、障壁層は、ｃが０〜０．
０１のＩｎ_cＧａ_1-cＮとする。また活性層６を構成する
井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物を
ドープしてもよい。この場合、障壁層に不純物をドープ
させると、しきい値を低下させることができ好ましい。
井戸層の膜厚としては、３０〜６０オングストロームで
あり、障壁層の膜厚としては、９０〜１５０オングスト
ロームである。

【００５２】多重量子井戸構造の活性層６は、障壁層か
ら始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層
で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、
また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好まし
くは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜
５回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層と
のペアを３回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿
命特性を向上させるのに好ましい。

【００５３】次に、ｐ型キャップ層７を活性層６上に成
長させる。ｐ型キャップ層７としては、ＭｇドープのＡ
ｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも２層を
成長させて構成する。このｐ型キャップ層７の混晶比
は、好ましくはｄが０．１以上０．５以下の範囲に設定
する。本発明におけるｐ型キャップ層を構成する第１の
ｐ型窒化物半導体層、第２のｐ型窒化物半導体層につい
ては、上記範囲の混晶比が適用されるが、各層について
詳しくは後述するとおりである。また、ｐ型キャップ層
７全体の膜厚は、１０オングストローム以上１０００オ
ングストローム以下、好ましくは２０オングストローム
以上４００オングストローム以下に設定する。ｐ型キャ
ップ層７全体の膜厚をこのような範囲に設定するのは、
次のような理由によるものである。すなわち、ｐ型キャ
ップ層７をＡｌＧａＮ層とした場合、キャリア閉じ込め
機能を効果的に発揮させることができるが、ＡｌＧａＮ
層はＡｌを含まない窒化ガリウム系半導体に比較してバ
ルク抵抗が高いものである。従って、ｐ型キャップ層を
形成したことによる発光素子における抵抗値の上昇を抑
える必要があるために、１０００オングストローム以
下、好ましくは４００オングストローム以下に設定す
る。また、このｐ型キャップ層７の本来の機能は、上述
のキャリア閉じ込め機能であり、その機能を効果的に発
揮させるために、その膜厚を１０オングストローム以
上、好ましくは２０オングストローム以上に設定する。
従って、膜厚が上記範囲であると、活性層６内にキャリ
アを効果的に閉じ込めることができ、且つバルク抵抗も
低く抑えることができる。

【００５４】またｐ型キャップ層７のＭｇのドープ量
は、１×１０¹⁹／ｃｍ³〜１×１０²¹／ｃｍ³とする。ド
ープ量をこの範囲に設定すると、バルク抵抗を低下させ
ることに加えて、後述のアンドープで成長させるｐ型ガ
イド層にＭｇが拡散され、比較的薄い層であるｐ型ガイ
ド層８にＭｇを１×１０¹⁶／ｃｍ³〜１×１０¹⁸／ｃｍ³
の範囲で含有させることができる。

【００５５】ここで特に、本実施の形態においてｐ型キ
ャップ層７は、Ａｌ_aＧａ_1-aＮからなる第１のｐ型窒化
物半導体層７ａと、その上にＡｌ_bＧａ_1-bＮからなる第
２のｐ型窒化物半導体層７ｂの２層で構成した。しかし
ながら、本発明はこれに限られるものではなく、２以上
の層としてもよく、また、例えば、第２のｐ型窒化物半
導体層７ｂを複数の層を積層することにより形成しても
よい。

【００５６】また、各層のＡｌ混晶比は特に限定される
ものではない。しかし、Ａｌ_aＧａ_{1 -a}Ｎ層で表される第
１のｐ型窒化物半導体層７ａにおいては、Ａｌ混晶比ａ
は、０以上であれば、活性層の分解を効果的に抑制する
ことができる。この機能を発揮させるためには、好まし
くはａ＞０のＡｌ_aＧａ_1-aＮ層とすると、窒化物半導体
の中でも比較的高融点で化学的に安定な層を、活性層に
近い方に（好ましくは接する）設けることができ、活性
層の分解をより効果的に抑制することができる。また、
本発明においては、第１のｐ型窒化物半導体層７ａ及び
第２のｐ型窒化物半導体層７ｂの各Ａｌ混晶比ａ、ｂ
を、好ましくは０．１より大きく、更に好ましくは０．
２より大きくすることで、活性層との間に良好なオフセ
ットをとる（電位障壁を形成する）ことができ、キャリ
アのオーバフローのない良好なキャリア注入を実現する
ことができる。この時、第１のｐ型窒化物半導体層７ａ
と第２のｐ型窒化物半導体層７ｂとは、同一の組成、す
なわちａ＝ｂとすることが好ましく、このような条件下
では、製造において各ソースガス、不純物ガスの供給量
の調整等が容易にできかつ制御性を高くできるので、第
１のｐ型窒化物半導体層及び第２のｐ型窒化物半導体層
を安定して、精度よく成長させることができる。

【００５７】次に、第１のｐ型窒化物半導体層７ａ、第
２のｐ型窒化物半導体層７ｂの成長条件について説明す
る。成長温度としては、第１のｐ型窒化物半導体層より
も高い温度で第２のｐ型窒化物半導体層を成長させるこ
とが好ましい。特に、第１のｐ型窒化物半導体層の具体
的な成長温度は８５０〜９５０℃程度、活性層を成長さ
せる温度と同様の温度に設定すると、Ｉｎを含む活性層
６の分解を防止することができ好ましい。そして、第２
のｐ型窒化物半導体層の成長温度は、例えば活性層の成
長温度より１００℃程度高いの温度に設定することが好
ましく、これによりより良好な結晶性を有するＡｌＧａ
Ｎ層を形成することができる。

【００５８】さらに、第１のｐ型窒化物半導体層と第２
のｐ型窒化物半導体層の成長時の雰囲気は、異なる雰囲
気とすることが好ましい。すなわち、第１のｐ型窒化物
半導体は、活性層とほぼ同じ雰囲気で成長させることが
好ましく、こうすることで、活性層の分解を防しでき
る。また、第２のｐ型窒化物半導体は、良好なオフセッ
トを形成するために好ましい雰囲気で成長させる。この
ようにすると、２つの層の結晶成長形態の違いにより、
第１のｐ型窒化物半導体層は活性層の分解を防ぐ層、第
２のｐ型窒化物半導体は良好なオフセットの実現を担う
層とでき、各層にそれぞれ特有の機能を持たせることが
できる。具体的には、第１のｐ型窒化物半導体層の成長
雰囲気はＮ₂とし、第２のｐ型窒化物半導体層の成長雰
囲気はＨ₂とすることで、それぞれ上述の機能を有する
層が形成できるため、得られる素子は良好な発光特性を
有する。

【００５９】またｐ型キャップ層７を前記少なくとも２
層から構成する場合の各層の膜厚は、ｐ型キャップ層を
形成したことによる発光素子のＶｆ（順方向電圧）の上
昇を小さく抑えるために、第１のｐ型窒化物半導体層は
１０〜１００オングストロームの範囲、第２のｐ型窒化
物半導体層は１０〜３００オングストロームの範囲に設
定することが好ましい。また、Ｖｆの上昇をより小さく
抑えるために、第１のｐ型窒化物半導体層を１０〜３０
Åの範囲、第２のｐ型窒化物半導体層を１０〜１００Å
オングストロームの範囲に設定することがさらに好まし
い。次に、ｐ型ガイド層８をｐ型キャップ層７上に成長
させる。ｐ型ガイド層８は、アンドープのＧａＮからな
る窒化物半導体層を成長させて形成する。膜厚は０．１
〜０．０７μｍとすることが好ましく、この範囲の膜厚
にするとしきい値を低くすることができる。また上述の
ように、ｐ型ガイド層８はアンドープ層として成長させ
るが、ｐ型キャップ層７にドープされているＭｇが拡散
して、１×１０¹⁶／ｃｍ³〜１×１０¹⁸／ｃｍ³の範囲で
Ｍｇが含有される。

【００６０】次に、ｐ型クラッド層９をｐ型ガイド層８
上に成長させる。ｐ型クラッド層９としては、Ａｌ_fＧ
ａ_1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる窒化物半導体層、
好ましくはＡｌ_fＧａ_1-fＮ（０．０５≦ｆ≦０．１５）
を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜層とするこ
とが好ましい。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物
半導体層を積層した多層膜構造を有する層であり、例え
ば、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ層と、Ａｌ_fＧａ_1-fＮと組成の異な
る窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉ
ｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる
層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で
特に、Ａｌ_fＧａ_1-fＮとＧａＮとを組み合わせて積層し
た多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導
体層が積層できるので好ましい。より好ましい多層膜と
しは、アンドープのＡｌ_fＧａ_1-fＮとｐ型不純物（例え
ばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせで
ある。ｐ型不純物は、Ａｌ_fＧａ_1-fＮにドープされても
よい。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０¹⁷／ｃｍ³〜
１×１０¹⁹／ｃｍ³である。ｐ型不純物がこの範囲でド
ープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で
且つバルク抵抗を低くできる。

【００６１】この多層膜において、単一層の膜厚が１０
０オングストローム以下、好ましくは７０オングストロ
ーム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下
とし、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒
化物半導体層を積層して構成する。単一の膜厚が１００
オングストローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子
構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラ
ックの発生を防止できｎ型クラッド層全体の結晶性を良
好にすることができる。ｐ型クラッド層９の総膜厚とし
ては、０．４〜０．５μｍとすることが好ましく、この
範囲に設定すると順方向電圧（Ｖｆ）を低減することが
できる。

【００６２】またｐ型クラッド層９の全体のＡｌの平均
組成は、Ａｌ_sＧａ_1-sＮで表したときに、ｓが０．０５
〜０．１の範囲に設定することが好ましく、このように
すると、クラックの発生を抑制し且つレーザ導波路との
間に良好な屈折率差が得られる。次に、ｐ型コンタクト
層１０をｐ型クラッド層９上に成長させる。ｐ型コンタ
クト層は、ＭｇドープのＧａＮからなる窒化物半導体層
を成長させた層である。膜厚は１０〜２００オングスト
ロームに設定する。Ｍｇのドープ量は１×１０¹⁹／ｃｍ
³〜１×１０²²／ｃｍ³とする。このよう膜厚とＭｇのド
ープ量を調整することにより、ｐ型コンタクト層のキャ
リア濃度を高くでき、ｐ電極との間に良好なオーミック
接触を形成することができる。

【００６３】本発明の素子において、リッジ形状のスト
ライプ２００は、ｐ型コンタクト層から所定の深さまで
エッチングすることにより形成する。本実施の形態で
は、例えば、図１に示すようなｐ型コンタクト層１０か
らｐ型クラッド層９の途中までエッチングしてなるリッ
ジ形状のストライプ２００、又はｐ型コンタクト層１０
からｎ型コンタクト層２までエッチングしてなるリッジ
形状のストライプ２００などの種々のリッジ形状のスト
ライプ２００を適用することができる。

【００６４】エッチングして形成されたリッジ形状のス
トライプ２００の側面やその側面に連続した窒化物半導
体層の平面に、例えば図１に示すように、レーザ導波路
領域の屈折率より小さい値を有する絶縁膜６２が形成さ
れている。ストライプの側面等に形成される絶縁膜とし
ては、例えば、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有
する、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群か
ら選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物や、Ｂ
Ｎ、ＡｌＮ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの
酸化物のいずれか１種以上の元素や、ＢＮである。

【００６５】さらにこの絶縁膜６２を介してリッジ形状
のストライプ２００の最上層にあるｐ型コンタクト層１
０の表面にｐ電極が形成される。エッチングして形成さ
れるリッジ形状のストライプ２００の幅としては、０．
５〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍとする。リッジ形状
のストライプ２００の幅をこの範囲に設定すると、水平
横モードを単一モードにできる。また、ｐ型クラッド層
９とレーザ導波路領域との界面より深くエッチングをす
ることにより、リッジ形状のストライプ２００を形成す
ると、アスペクト比を１に近づけることができるので好
ましい。

【００６６】以上のように、リッジ形状のストライプ２
００のエッチング量や、ストライプ幅、さらにストライ
プの側面の絶縁膜の屈折率などを、単一モードのレーザ
光が得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけるよう
に設定することが好ましく、レーザビームやレンズ設計
を容易にできる。また本発明の素子において、ｐ電極や
ｎ電極等は従来公知の種々のものを適宜選択して用いる
ことができる。

【００６７】また、本発明は実施の形態で説明した層構
成に限定されるものではなく、以下のような変形も可能
である。 変形例 実施の形態の窒化物半導体発光素子では、ｐ型キャップ
層７の一部として、活性層６の分解を防止する第１のｐ
型窒化物半導体層７ａを形成したが、本発明ではｐ型ク
ラッド層７と活性層の間に少なくとも１つの第１のｐ型
窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。すなわ
ち、本発明に係る窒化物半導体発光素子において、ｐ型
クラッド層７と活性層の間に、ｐ型クラッド層７の成長
温度より低い成長温度でｐ型クラッド層よりバンドギャ
ップの大きい第１のｐ型窒化物半導体層を形成するよう
にすると、活性層の結晶品質を良好に保ちかつ結晶性の
良いｐ型クラッド層を形成することが可能となる。ま
た、この変形例において、第１のｐ型窒化物半導体層は
バンドギャップをクラッド層より大きく設定しているの
で、一定のキャリア閉じ込め機能を発揮させることがで
きる。したがって、本変形例の窒化物半導体発光素子
は、従来例に比較して、出力及び素子の信頼性を高くで
きる。

【００６８】

【実施例】以下に本発明の一実施の形態である実施例を
示す。しかし本発明はこれに限定されない。また、本実
施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示す
ものであるが、本発明の方法は、ＭＯＶＰＥ法に限るも
のではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、
ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長さ
せるのに知られている全ての方法を適用できる。

【００６９】［実施例１］実施例１として、図１に示さ
れる本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素
子を製造する。異種基板として、図３に示すようにステ
ップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアン
グル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オング
ストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストローム
であり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂直
であるサファイア基板を用意する。

【００７０】このサファイア基板を反応容器内にセット
し、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料
ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを
用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる低温成長のバ
ッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させ
る。バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０
５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンドープ
のＧａＮからなる高温成長のバッファ層を５μｍの膜厚
で成長させる。

【００７１】次に、高温成長のバッファ層を積層したウ
ェーハ上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶ
Ｄ装置によりストライプ幅１８μｍ、窓部の幅３μｍの
ＳｉＯ₂よりなる保護膜を０．１μｍの膜厚で形成す
る。保護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して
垂直な方向である。保護膜形成後、ウェーハを反応容器
に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニ
アを用い、アンドープのＧａＮよりなる窒化物半導体層
を１５μｍの膜厚で成長させ窒化物半導体基板１とす
る。得られた窒化物半導体を窒化物半導体基板１として
以下の素子構造を積層成長させる。

【００７２】（アンドープｎ型コンタクト層）［図１に
は図示されていない］ 窒化物半導体基板１上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭ
Ａ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガ
スを用いアンドープのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型
コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。

【００７３】（ｎ型コンタクト層２）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用
い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ₄）を用い、Ｓｉ
を３×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよ
りなるｎ型コンタクト層２を３μｍの膜厚で成長させ
る。成長されたｎ型コンタクト層２には、微細なクラッ
クが発生しておらず、微細なクラックの発生が良好に防
止されている。また、窒化物半導体基板１に微細なクラ
ックが生じていても、ｎ型コンタクト層２を成長させる
ことで微細なクラックの伝播を防止でき結晶性の良好な
素子構造を成長さることができる。結晶性の改善は、ｎ
型コンタクト層２のみの場合より、前記のようにアンド
ープｎ型コンタクト層を成長させることによりより良好
となる。

【００７４】（クラック防止層３）次に、温度を８００
℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガ
スを用い、Ｓｉを５×１０ ¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ
_0.08Ｇａ_0.92Ｎよりなるクラック防止層３を０．１５μ
ｍの膜厚で成長させる。

【００７５】（ｎ型クラッド層４）次に、温度を１０５
０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニア
を用い、アンドープのＡｌ_0.14Ｇａ_0.86ＮよりなるＡ層
を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、Ｔ
ＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉ
を５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を
２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、こ
の操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層
し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子
構造）よりなるｎ型クラッド層４を成長させる。

【００７６】（ｎ型ガイド層５）次に、同様の温度で、
原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープの
ＧａＮよりなるｎ型ガイド層を０．０７５μｍの膜厚で
成長させる。 （活性層６）次に、温度を８００℃にして、原料ガスに
ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとし
てシランガスを用い、キャリアガスとしてＮ₂を用い、
反応容器内をＮ₂雰囲気として、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃ
ｍ³ドープしたＩｎ_0.01Ｇａ_{0. 99}Ｎよりなる障壁層を１
００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、シ
ランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.11Ｇａ_0.89Ｎより
なる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させ
る。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層した
総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ）の活性層６を成長させる。

【００７７】（ｐ型キャップ層７）次に、同様の温度、
同様の雰囲気（Ｎ₂）で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及
びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シ
クロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×
１０¹⁹／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる第
１のｐ型窒化物半導体層７ａを、膜厚２０Åで成長させ
る。次に、キャリアガスをＨ₂にして、Ｈ₂雰囲気とし、
９６０℃まで上昇させた後、同様にしてＭｇを１×１０
¹⁹／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる第２の
ｐ型窒化物半導体層７ｂを、膜厚７０Åで成長させる。
この第１のｐ型窒化物半導体層と、第２のｐ型窒化物半
導体層とでもって、ｐ型キャップ層７とし、層膜厚９０
Åで形成する。

【００７８】（ｐ型ガイド層８）次に、温度を１０５０
℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、ア
ンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層８を０．０７５
μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層８は、アン
ドープとして成長させるが、ｐ型キャップ層７からのＭ
ｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³となり
ｐ型を示す。

【００７９】（ｐ型クラッド層９）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
アンドープのＡｌ_0.1Ｇａ_0.9ＮよりなるＡ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止
め、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１
０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作を
それぞれ１００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜
厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よ
りなるｐ型クラッド層９を成長させる。

【００８０】（ｐ型コンタクト層１０）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物
ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³
ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１０を１５
０オングストロームの膜厚で成長させる。反応終了後、
反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃
でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。ア
ニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層
のｐ側コンタクト層の表面にＳｉＯ₂よりなる保護膜を
形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳ
ｉＣｌ₄ガスによりエッチングし、図４に示すように、
ｎ電極を形成すべきｎ側コンタクト層２の表面を露出さ
せる。

【００８１】次に図４（ａ）に示すように、最上層のｐ
側コンタクト層１０のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、
Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ₂）よりなる第１の保護
膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜
６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジスト
よりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅１．８μ
ｍ、厚さ１μｍで形成する。次に、図４（ｂ）に示すよ
うに第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエ
ッチング）装置により、ＣＦ₄ガスを用い、第３の保護
膜６３をマスクとして、前記第１の保護膜をエッチング
して、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理
してフォトレジストのみを除去することにより、図４
（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層１０の上にストラ
イプ幅１．８μｍの第１の保護膜６１が形成できる。

【００８２】さらに、図４（ｄ）に示すように、ストラ
イプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳ
ｉＣｌ₄ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１０、および
ｐ側クラッド層９をエッチングして、ストライプ幅１．
８μｍのリッジ形状のストライプ２００を形成する。但
し、リッジ形状のストライプ２００は、図１に示すよう
に、ＥＬＯＧ成長を行う際に形成した保護膜の上部で且
つ保護膜の中心部分を避けるように形成される。

【００８３】リッジストライプ形成後、ウェーハをＰＶ
Ｄ装置に移送し、図４（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物
（主としてＺｒＯ₂）よりなる第２の保護膜６２を、第
１の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ
側クラッド層９の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成
する。このようにＺｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の
絶縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好
ましい。次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図４（ｆ）
に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により
除去する。

【００８４】次に図４（ｇ）に示すように、ｐ側コンタ
クト層１０の上の第１の保護膜６１が除去されて露出し
たそのｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ
電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのス
トライプ幅として、この図に示すように、第２の保護膜
６２の上に渡って形成する。第２の保護膜６２形成後、
図１に示されるように露出させたｎ側コンタクト層２の
表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと
平行な方向で形成する。

【００８５】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の
結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。
共振器面にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形
成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図
１に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３０
０〜５００μｍとすることが望ましい。得られたレーザ
素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。

【００８６】その結果、室温においてしきい値２．５ｋ
Ａ／ｃｍ²、しきい値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍ
の連続発振が確認され、室温で１万時間以上の寿命を示
す。更には、３０ｍＷ駆動時において、比較例１に比べ
てＶｆが０．５Ｖも大きく低下した。このことは、前記
ｐ型キャップ層が、上述した２層構造を少なくとも有す
ることで、Ｉｔｈの上昇がなく、素子寿命を向上させる
ことを示す結果となった。なお、２．０ｍＡ時では、Ｖ
ｆは０．１〜０．２Ｖ程度の低下を示すが、本発明の発
光素子は、高出力時に従来のものから大きくその素子特
性が向上していることがわかる。

【００８７】［比較例１］実施例１において、ｐ型キャ
ップ層７を以下のように１層から構成させる他は同様に
して窒化物半導体レーザ素子を作製する。 （ｐ型キャップ層７）活性層を成長させた後、同温度
（８００℃）、同雰囲気（Ｎ₂雰囲気）にて、原料ガス
にＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスと
してＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
を用い、Ｍｇを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇ
ａ_0.6Ｎよりなるｐ型キャップ層７を、膜厚１００Åで
成長させる。得られたレーザ素子は、実施例１と比べ
て、Ｖｆが高く、素子寿命も劣るものであった。

【００８８】［実施例２］キャリアガスにＮ₂、原料ガ
スにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ₂
Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、温
度８００℃で、すなわち、活性層成長時とほぼ同様の温
度、同様の雰囲気で、膜厚３０ÅのＭｇを１×１０¹⁹／
ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる第１のｐ型
窒化物半導体層７ａを成長させ、キャリアガスをＨ₂に
して水素雰囲気下で、９６０℃に昇温した後、膜厚１０
０ÅでＭｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ
_0.6Ｎを成長させ、この２層でｐ型キャップ層を形成す
る他は、実施例１と同様にして、レーザ素子を形成す
る。得られるレーザ素子は、実施例１とほぼ同様に良好
な素子信頼性を有するものであり、出力特性に関しても
同程度のＶｆで、閾値電流Ｉthの上昇もなく、高出力で
の連続発振が可能な素子であった。

【００８９】また、上記第１のｐ型窒化物半導体層、第
２のｐ型窒化物半導体層の膜厚を、それぞれ１００Å、
１００Å、更にはそれぞれ１００Å、４００Åとして、
素子特性の変化を調べる。各層の膜厚が１００Åでは、
素子特性に大きな変化はないものの、Ｖｆの上昇が現れ
始め、出力特性が僅かに劣る傾向を示し、それぞれの膜
厚が１００Å、４００Åでは、その傾向が顕著となり、
膜厚が増えたことによるＶｆの上昇、これによる閾値電
流の上昇が観測された。

【００９０】［実施例３］第１のｐ型窒化物半導体層の
組成をＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎとする他は、実施例１と同様に
して、レーザ素子を形成する。得られるレーザ素子は、
実施例１とほぼ同程度の出力特性を有し、これは第１の
ｐ型窒化物半導体層が活性層との電位障壁をとること、
電子閉じ込めることに、第２のｐ型窒化物半導体層ほど
寄与していないことを示すものであり、それよりも、上
層の第２のｐ型窒化物半導体層の良好な結晶成長、活性
層の保護への寄与が大きいことを示すものである。この
ため、素子信頼性、特に素子寿命についても、実施例１
とほぼ同様に、良好な寿命特性を示すものであった。

【００９１】［実施例４］図５を元に実施例５について
説明する。サファイア（Ｃ面）よりなる基板１００をＭ
ＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、
基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニ
ングを行う。 （バッファ層１０１）続いて、温度を５１０℃まで下
げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１００上にＧ
ａＮよりなるバッファ層１０１を約１５０オングストロ
ームの膜厚で成長させる。

【００９２】（アンドープＧａＮ層１０３）バッファ層
１０１成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃ま
で上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層
１０３を１．５μｍの膜厚で成長させる。

【００９３】（ｎ型コンタクト層１０４）続いて１０５
０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０¹⁸／
cm³ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０４
を２．２５μｍの膜厚で成長させる。

【００９４】（ｎ型クラッド層１０５）次にシランガス
のみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを
用い、アンドープＧａＮ層を７５オングストロームの膜
厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳ
ｉを４．５×１０¹⁸／cm³ドープしたＧａＮ層を２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。このようにして、
７５オングストロームのアンドープＧａＮ層からなるＡ
層と、ＳｉドープＧａＮ層を有する２５オングストロー
ムのＢ層とからなるペアを成長させる。そしてペアを２
５層積層して２５００オングストローム厚として、超格
子構造の多層膜よりなるｎ型第１多層膜層５を成長させ
る。

【００９５】（ｎ型バッファ層１０６）次に、同様の温
度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０オング
ストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ_0.13Ｇ
ａ_0.87Ｎよりなる第２の層を２０オングストローム成長
させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第２の層＋第
１の層の順で交互に１０層づつ積層させ、最後にＧａＮ
よりなる第２の層を４０オングストローム成長さた超格
子構造の多層膜よりなるｎ型バッファ層１０６を６４０
オングストロームの膜厚で成長させる。

【００９６】（活性層１０７）次に、キャリアガスをＮ
₂に代えて窒素雰囲気として、アンドープＧａＮよりな
る障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、
続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニアを用いアンドープＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる井戸層
を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障
壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を５
層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１２０オ
ングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層１０
７を成長させる。

【００９７】（ｐ型キャップ層１０８）活性層と同様
に、キャリアガスとしてＮ₂を用い活性層成長時とほぼ
同様な雰囲気、温度の下、原料ガスとしてＴＭＡ、ＴＭ
Ｇ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ₂Ｍｇ（シクロペン
タジエニルマグネシウム）を用い、膜厚２０オングスト
ロームのＭｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇ
ａ_0.6Ｎよりなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを成長
させ、キャリアガスをＨ₂に代えて水素雰囲気下で、９
６０℃に昇温した後、膜厚６０オングストロームでＭｇ
を１×１０¹⁹／ｃｍ ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎを成
長させ、この２層で膜厚８０オングストロームのｐ型キ
ャップ層を形成する。

【００９８】（ｐ型多層膜クラッド層１０９）次に、温
度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ₂Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇ
を１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよ
りなる第１の層を４０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ア
ンモニア、Ｃｐ₂Ｍｇを用いＭｇを１×１０²⁰／cm³ドー
プしたＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎよりなる第２の層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作
を繰り返し、第１＋第２の順で交互に５層ずつ積層し、
最後に第１の層を４０オングストロームの膜厚で成長さ
せた超格子構造の多層膜よりなるｐ型多層膜クラッド層
１０９を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。

【００９９】（ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０）続いて
１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用
い、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮより
なるｐ型コンタクト層１１０を７００オングストローム
の膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下
げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内におい
て、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低
抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、最上層のｐ型コンタクト層１１０の表面に所
定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行
い、図５に示すようにｎ型コンタクト層１０４の表面を
露出させる。

【０１００】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉと
Ａｕを含む透光性のｐ電極１１１と、そのｐ電極１１１
の上にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極（図
示せず）を０．５μｍの膜厚で形成する。一方、エッチ
ングにより露出させたｎ型コンタクト層１０４の表面に
はＷとＡｌを含むｎ電極１１２を形成してＬＥＤ素子と
した。このＬＥＤ素子は順方向電流２０ｍＡにおいて、
５２０ｎｍの純緑色発光を示し、Ｖｆは３．５Ｖであっ
た。このように、ＬＥＤ素子についても、良好なＶｆを
示し、また素子寿命についてもレーザ素子と同様に、ｐ
型キャップ層が比較例１，２のような構造にあるＬＥＤ
素子に比べて、Ｖｆの上昇が抑えられ高出力で、且つ良
好な第２のｐ型窒化物半導体の成長に支えられ素子信頼
性の高いものである。

【０１０１】［比較例２］ｐ型キャップ層として、キャ
リアガスをＨ₂として水素雰囲気下で、温度９６０℃
で、Ｍｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎを膜厚７０Åで形成する他は、実施例１と同様に
してレーザ素子を得た。得られたレーザ素子は、実施例
１に比べて、Ｖｆは少し高くなるものの発振に大きな違
いが出るほどではなかったが、素子寿命が極めて悪く、
１万時間には遠く及ぶものではなく、素子断面を観察し
たところ、成長時乃至は駆動時に活性層が分解したこと
によるところが多きことがわかった。

【０１０２】

【発明の効果】本発明は、第１のｐ型窒化物半導体層が
活性層の分解、特にＩｎの蒸発・分離を防止し、第２の
ｐ型窒化物半導体層が良好な結晶性でもって形成される
ため、活性層との良好なオフセットをとることができ、
結果として得られる発光素子は、Ｖｆの低下、素子寿命
の向上、の向上した素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半
導体レーザ素子を示す模式的断面図である。

【図２】図２は、サファイアの面方位を示すユニットセ
ル図である。

【図３】図３は、オフアングルした異種基板の部分的な
形状を示す模式的断面図である。

【図４】 図４は、リッジ形状のストライプ２００を形
成する一実施の形態である方法の各工程におけるウエハ
の部分的な構造を示す模式的断面図である。

【図５】 本発明に係る実施例５のＬＥＤ素子の模式的
断面図である。

【符号の説明】

１・・・窒化物半導体基板、 ２・・・ｎ型コンタクト層、 ３・・・クラック防止層、 ４・・・ｎ型クラッド層、 ５・・・ｎ型ガイド層、 ６・・・活性層、 ７ａ・・・第１のｐ型窒化物半導体層、 ７ｂ・・・第２のｐ型窒化物半導体層、 ７・・・ｐ型キャップ層、 ８・・・ｐ型ガイド層、 ９・・・ｐ型クラッド層、 １０・・・ｐ型コンタクト層。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともｎ型窒化物半導体からなるｎ
   型クラッド層、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性
   層、及びｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを
   備えた窒化物半導体発光素子において、 前記活性層とｐ型クラッド層との間に、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ
   （０＜ａ＜１）からなりかつ前記ｐ型クラッド層よりエ
   ネルギーギャップの大きい第１のｐ型窒化物半導体層
   と、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型
   窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体
   発光素子。
2. 【請求項２】 前記第１のｐ型窒化物半導体層が、前記
   活性層に接して形成されている請求項１記載の窒化物半
   導体発光素子。
3. 【請求項３】 前記第１の窒化物半導体層の膜厚が、１
   ０Å以上１００Å以下の厚さであり、前記第２の窒化物
   半導体層の膜厚が、１０Å以上３００Å以下の厚さであ
   る請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 【請求項４】 前記活性層が、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ
   ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造である請
   求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
5. 【請求項５】 前記活性層が、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ
   ＜１）からなる井戸層を含んでなり、前記ｐ型クラッド
   層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）からなり、かつ前記
   Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化
   物半導体層と前記Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）からな
   る第２のｐ型窒化物半導体層がそれぞれ、ｘ≦ａ，ｘ≦
   ｂを満足するように組成が設定されている請求項１記載
   の窒化物半導体発光素子。
6. 【請求項６】 ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド
   層とｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間に
   Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層を備えた窒化物
   半導体発光素子において、 前記活性層とｐ型クラッド層との間に前記ｐ型クラッド
   層よりエネルギーギャップが大きいＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０
   ＜ａ＜１）からなりかつ前記クラッド層より低温で成長
   された第１のｐ型窒化物半導体層を備えたことを特徴と
   する窒化物半導体発光素子。
7. 【請求項７】 前記第１のｐ型窒化物半導体層がＮ₂ガ
   スを用いた有機金属気相成長法で成長されていることを
   特徴とする請求項６記載の窒化物半導体発光素子。
8. 【請求項８】 前記活性層が、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ
   ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造である請
   求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
9. 【請求項９】 前記活性層が、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ
   ＜１）からなる井戸層を含んでなり、前記ｐ型クラッド
   層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ＜１）からなり、かつ前記
   Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化
   物半導体層が、ｘ≦ａを満足するように組成が設定され
   ている請求項６記載の窒化物半導体発光素子。
10. 【請求項１０】 ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッ
    ド層とｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間
    にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を備え、かつ
    前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に前記ｐ型クラ
    ッド層よりバンドギャップの大きいＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０
    ＜ｙ＜１）からなるｐ型キャップ層が形成されてなる窒
    化物半導体発光素子であって、 前記ｐ型キャップ層は、ｐ型のＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ
    ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層と、該第１の
    ｐ型窒化物半導体層上に形成されたｐ型のＡｌ _bＧａ_1-b
    Ｎ（０＜ｂ＜１）からなり前記第１のｐ型窒化物半導体
    層より結晶欠陥の少ない第２のｐ型窒化物半導体層とか
    らなり、かつ前記ｐ型キャップ層全体の厚さが１０Å以
    上１０００Å以下に設定されていることを特徴とする窒
    化物半導体発光素子。
11. 【請求項１１】 前記第１のｐ型窒化物半導体層は、前
    記活性層上にＮ₂ガスを用いた有機金属気相成長法で成
    長された請求項１０記載の窒化物半導体発光素子。
12. 【請求項１２】 前記第１のｐ型窒化物半導体層の膜厚
    が、１０Å以上１００Å以下の厚さであり、前記第２の
    ｐ型窒化物半導体層の膜厚が、１０Å以上３００Å以下
    の厚さである請求項１０に記載の窒化物半導体発光素
    子。
13. 【請求項１３】 前記活性層が、Ｉｎ_cＧａ_1-cＮ（０≦
    ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造である
    請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
14. 【請求項１４】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性
    層上に、Ａｌ_yＧａ_{1 -y}Ｎ（０＜ｙ＜１）からなるｐ型キ
    ャップ層を成長させる工程を含む窒化物半導体発光素子
    の製造方法であって、 前記ｐ型キャップ層を成長させる工程は、 前記活性層上に窒素ガスを用いて有機金属気相成長法に
    より、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ
    型窒化物半導体層を成長させる第１の成長工程と、 前記第１のｐ型窒化物半導体層上に、水素ガスを用いた
    有機金属気相成長法により、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜
    １）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を成長させる第
    ２の成長工程とを含み、 前記第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導
    体層とを有してなる前記ｐ型キャップ層を１０Å以上１
    ０００Å以下の厚さに成長させることを特徴とする窒化
    物半導体発光素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第２の成長工程における成長温度
    を、前記第１の成長工程における成長温度より高く設定
    した請求項１４記載の窒化物半導体発光素子の製造方
    法。
16. 【請求項１６】 前記第１の成長工程における成長温度
    を、前記活性層を成長させる時の成長温度と実質的に同
    一に設定した請求項１４記載の窒化物半導体発光素子の
    製造方法。
17. 【請求項１７】 前記第１の成長工程において、前記第
    １のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上１００Å以下の膜
    厚に成長させ、前記第２の成長工程において、前記第２
    のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上３００Å以下の膜厚
    に成長させる請求項１４に記載の窒化物半導体発光素子
    の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記第１の成長工程における成長温度
    を、８５０℃以上９５０℃以下に設定し、前記第２の成
    長工程の成長温度を９５０℃以上に設定した請求項１４
    に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。