JP2002118328A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境に配慮した材料を用い、量産化が可能な
構成をもち、緑色から紫外の波長域に発光波長を制御で
きる構成を備え、高性能で高効率で高信頼性の半導体発
光素子を提供する。 【解決手段】 本発明は、六方晶系ＺｎＯは、励起子結
合エネルギーが大きいため室温においても高密度の励起
子が存在するので、これを活性層１０１に用いた場合、
高い発光効率を持つ素子が得られ、六方晶ＩＩＩ−Ｖ族
化合物からなる基板（１０４）を用いると、格子整合を
取りやすくなるため六方晶ＺｎＯ系の良好なエピタキシ
ャル成長膜が得られ、高効率の半導体発光素子を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
関し、特にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発
光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体発光素子を以下の従来例に
基づいて説明する。従来例１として、特許第２９９６９
２８号の「光半導体素子及びその製法方法」では、Ｚｎ
Ｏからなる薄膜を発光層とし、この薄膜に存在する粒界
を共振器とし、室温での励起子によるレーザ発振を可能
にする。Ｎｄ：ＹＡＧ１／３波長レーザ光を励起光とし
３．１５〜３．２ｅＶの領域の発光波長においてレーザ
発振するものが示されている。

【０００３】従来例２として、特開平９−１６２５００
号公報の「半導体発光素子」では、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、
Ｈｇ、Ｂｅのうち少なくとも１種の元素と、Ｓｅ、Ｓ、
Ｔｅ、Ｏのうち少なくとも１種の元素からなるＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体を用いた半導体発光素子において、活
性層の格子定数が基板の格子定数とほぼ一致している半
導体発光素子が示されている。

【０００４】従来のＺｎＣｄＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体を活性層に用いた半導体発光素子は、基板と
活性層との格子不整合により発光強度が低下し、且つ、
転移密度が増大し素子の劣化をまねく。この従来例２の
発明では、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料にＯ元素を添
加することにより、活性層のワイドギャップ化と基板と
の格子整合を両立させる方法を開示している。活性層の
結晶構造は、従来のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の活性層
のようにジンクブレンド構造を前提にしており、基板と
して、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅが挙げられ
ている。

【０００５】従来例３として、特開平１１−１５０３３
７号公報の「半導体発光素子及び光装置」では、Ｚｎ、
Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｈｇのうち少なくとも１種の
元素と、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうち少なくとも１種の元
素からなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりそれぞれなる
第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層
を有する半導体発光素子において、活性層が少なくとも
Ｏ元素を含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる。ＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体材料にＯ元素を添加することによ
り、活性層のワイドギャップ化と基板との格子整合を両
立させる。基板としてＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰとＳｉ
Ｃを用いる例が挙げられている。

【０００６】従来例４として、特許第２５６４０２４号
の「化合物半導体発光素子」では、基板上に形成された
複数のエピタキシャル成長層で構成される化合物半導体
発光素子において、基板がＺｎＳであり、この基板上に
ＺｎＳ_1-x Ｏ_x 緩衝層を介して形成されたＺｎＯ上に、
Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ層を堆積した構成からなる化合物半導
体発光素子。ＩｎＧａＮと格子整合性のよいＺｎＯをエ
ピタキシャル成長時の下地材料として用いる方法、ま
た、ＭＢＥ法によるこれらの素子の作製方法も開示され
ている。

【０００７】従来例５として、特許第２５９３９６０号
の「化合物半導体発光素子とその製造方法」では、基板
上に形成された複数のエピタキシャル成長層で構成され
る化合物半導体発光素子において、基板がＺｎＳ，Ｚｎ
Ｓｅであり、この基板上にＺｎ、Ｓ_1-x Ｏ_x 又はＺｎＳ
_1-x Ｓｅ_x からなる緩衝層を介して形成されたＺｎＯ上
に、Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ 層又はＡｌ_1-y Ｉｎ_y Ｎ層から
なる発光層を堆積した構成からなる化合物半導体発光素
子が開示されている。また、ＭＢＥ法によるこれらの素
子の作製方法も開示されている。ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎ
Ｎと基板との格子整合を良好にするため上述の緩衝層を
設ける。

【０００８】従来例６として、材料自体認知度が小さい
六方晶系Ｚｎ（ＯＸ)(Ｘ＝Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）として用い
た場合を含むＺｎＯ系材料を活性層とする構成の化合物
半導体発光素子が提出されているが、ＧａＮ系を基板に
用いる場合は示されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、青色から紫外領
域の発光素子として、ＧａＮ系が実用化されてきてい
る。一方、最近バンドギャプエネルギーがＧａＮに近
く、励起子の結合エネルギーが極めて大きい六方晶のＺ
ｎＯが、青色から紫外領域のより高効率のレーザダイオ
ードを実現できる可能性のある材料として注目されてき
ている。しかし、六方晶のＺｎＯを活性層とするレーザ
ダイオードを実現するためには以下に示すような課題が
ある。

【００１０】レーザダイオードを作製するために活性層
及びクラッド層は、高い結晶品質を持つことが必要なの
で、エピタキシャル成長膜である必要がある。活性層及
びクラッド層をエピタキシャル成長させるためには、基
板の格子定数はこれらの層の格子定数に近いことが望ま
しい。

【００１１】実用化可能な基板としてα−Ａ１２０３
（サファイア）がある。しかし、この単結晶のＺｎＯと
の格子不整合が１８％であり、良質のＺｎＯ膜を得るの
は困難であるため、六方晶ＺｎＯを用いたレーザダイオ
ードを実現するには、製造コストが高くなく面積が大き
い基板が必要であるという第１の問題点がある。

【００１２】ＺｎＯのバンドギャプエネルギーは、３．
２ｅＶで紫外領域である。発光素子として利用する場
合、必要な発光波長を得るため、バンドギャプを大き
く、または、小さくするバンドギャップ制御技術が必要
となる。特に、表示装置への搭載を考えた場合、発光波
長を可視領域にまでシフトさせるナローギャップ化技術
が重要である。このエネルギーバンドギャプ制御技術と
して、次のような方法が開示されている。

【００１３】ＺｎＯにＭｇＯやＣｄＯを固溶させ、Ｍｇ
ＺｎＯとしてワイドギャップ化し、ＣｄＺｎＯとしてナ
ローギャップ化する方法が開示されている。（桜井他，
第５８回応用物理学会学術講演会講演予稿集, ｐｐ２８
１（１９９７））は、このプ化の方法は、可視光の発光
を得るためにＣｄ元素を利用するので環境上好ましくな
い。六方晶ＺｎＯのナローギャップ化の類似技術とし
て、以下に示すようなものがある。

【００１４】従来のＺｎＣｄＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体を活性層に用いた半導体発光素子で、活性層
のワイドギャップ化と基板との格子整合を両立させる方
法として、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料にＯ元素を添
加することによりバンドギャップと格子定数を広く変化
させる方法が開示されている。（「特開平９−１６２５
００」, 「特開平１１−１５０３３７」）これらの従来
例で具体的にあげられている材料は、クラッド層として
ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＢｅＳＳｅ、ＺｎＢｅＳｅ、Ｚｎ
ＢｅＳが示され, Ｏ元素を添加する前の活性層材料とし
てＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳが示されている。基板
として主に立方晶系のジンクブレンド構造ＧａＡｓ，Ｉ
ｎＰ，ＧａＰ，ＺｎＳｅが挙げられている。

【００１５】これらの材料、方法は、従来の立方晶系の
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の改
良には適用できるが、六方晶のＺｎＯ系を発光領域材料
にする場合については具体的な内容は記述されていな
い。

【００１６】従って、第２の問題点は、環境に有害なＣ
ｄ元素を用いないで六方晶ＺｎＯのバンドギャプを小さ
くできる材料とその材料を用いたレーザダイオードを実
現できる構成を明らかにするという点である。

【００１７】本発明の目的は、上述される問題点を解消
するために成されたものであり、環境に配慮した材料を
用い、量産化が可能な構成をもち、緑色から紫外の波長
域に発光波長を制御できる構成をもつ、高性能で高効率
で高信頼性の半導体発光素子を提供することにある。

【００１８】より詳細に、本発明の第１の目的は、六方
晶ＺｎＯ系材料を発光領域に用いた高い発光効率の半導
体素子を提供すると共に、六方晶ＺｎＯ系材料のエピタ
キシャル成長膜が得られる基板を提供し、さらに高効率
の半導体発光素子を提供することにある。

【００１９】本発明の第２の目的は、具体的に基板材料
を示し、高効率の半導体発光素子を提供することにあ
る。

【００２０】本発明の第３の目的は、具体的に基板材料
を示し、量産性に向いた高効率の半導体発光素子を提供
することにある。

【００２１】本発明の第４の目的は、より広い発光波長
の選択が可能で、より高い発光効率とより高い信頼性と
高性能で、Ｃｄ、Ｂｅなどの環境への影響の大きい材料
を用いない半導体発光素子を提供することにある。

【００２２】本発明の第５の目的は、さらに、広い発光
波長の選択が可能で、より高性能で高信頼性の半導体発
光素子を提供することにある。

【００２３】本発明の第６の目的は、ｐ型クラッド層の
材料を示し、上述される作用効果を備えた半導体発光素
子を提供することにある。

【００２４】本発明の第７の目的は、ＺｎＯ系以外のク
ラッド層材料を示し、素子構成の選択範囲を大きくし、
より幅広く素子の特性を制御できる半導体発光素子を提
供することにある。

【００２５】本発明の第８の目的は、具体的にＺｎＯ系
以外のクラッド層材料を示し、素子の特性の制御をより
容易にする半導体発光素子を提供することにある。

【００２６】本発明の第９の目的は、より低抵抗なＺｎ
Ｏ系以外のクラッド層とそれを用いた素子構成を示し、
より高性能な半導体発光素子を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
からなる１つまたは２つのクラッド層とＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体からなる活性層を備える半導体発光素子にお
いて、クラッド層の少なくとも１つと活性層が少なくと
もＺｎ元素とＯ元素とを含み、活性層及びクラッド層の
結晶系が六方晶であり、活性層及びクラッド層が少なく
とも六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなる基板の上に設け
られていることを特徴とする。

【００２８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板は、六方晶
ＧａＮ、六方晶ＡｌＮ、六方晶ＩｎＮ、六方晶ＩｎＧａ
Ｎ、六方晶ＡｌＧａＮ、六方晶ＡｌＩｎＮ、六方晶Ａｌ
ＩｎＧａＮのいずれかであることを特徴とする。

【００２９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、 六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板
は、六方晶系ＧａＮと、六方晶ＡｌＮと、六方晶ＩｎＮ
と、六方晶ＩｎＧａＮと、六方晶ＡｌＧａＮと、六方晶
ＡｌＩｎＮと、六方晶ＡｌＩｎＧａＮとのいずれかから
なる選択成長膜を含むことを特徴とする。

【００３０】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれか１項に記載の発明において、活性層は、さら
に、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうち少なくとも１種以上の元素を
含むことを特徴とする。

【００３１】請求項５記載の発明は、請求項１から４の
いずれか１項に記載の発明において、Ｚｎ元素とＯ元素
とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなるクラッド層
は、さらに、Ｍｇ、Ｍｎのうち少なくと１種の元素を含
むことを特徴とする。

【００３２】請求項６記載の発明は、請求項１から５の
いずれか１項に記載の発明において、Ｚｎ元素とＯ元素
とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなるクラッド層
または活性層は、Ｎ元素を含むことを特徴とする。

【００３３】請求項７記載の発明は、請求項１から６の
いずれか１項に記載の発明において、クラッド層の少な
くとも１つは、少なくとも六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物か
らなることを特徴とする。

【００３４】請求項８記載の発明は、請求項１から７の
いずれか１項に記載の発明において、六方晶ＩＩＩ−Ｖ
族化合物からなるクラッド層は、六方晶系ＧａＮと、六
方晶ＡｌＮと、六方晶ＩｎＮと、六方晶ＩｎＧａＮと、
六方晶ＡｌＩｎＮと、六方晶ＩｎＧａＮと、六方晶Ａｌ
ＩｎＧａＮとのいずれかからなることを特徴とする。

【００３５】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるクラッ
ド層がｐ型伝導性であり、Ｚｎ元素とＯ元素を含むＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体からなるクラッド層がｎ型伝導性
であることを特徴とする。

【００３６】〈作用〉本発明は、六方晶系ＺｎＯ活性層
をもつ発光素子を、作製法が開発途上にあり将来入手／
作製が容易になると予測される六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合
物基板上に設ける構成をとり、さらには、認知度が小さ
い六方晶系Ｚｎ（ＯＸ)(Ｘ＝Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）活性層を
もつ発光素子を、この六方晶系ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板
上に設ける構成とする。

【００３７】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態である半導体発光素子を詳細に説明す
る。図１から図１０を参照すると、本発明に係る半導体
発光素子の実施の形態が示されている。

【００３８】六方晶ＺｎＯは、励起子結合エネルギーが
大きいため室温においても高密度の励起子が存在するの
で、これを活性層に用いた発光素子は高い発光効率が見
込める。

【００３９】活性層を含む発光領域の半導体膜は高い結
晶品質のエピタキシャル成長膜である必要がある。その
ためには、基板の格子定数が発光領域の材料の格子定数
に近いことが必要となる。

【００４０】六方晶ＧａＮの格子定数はａ＝３．２４Å
で、六方晶ＡｌＮの格子定数はａ＝３．１１Åで、六方
晶InN の格子定数はａ＝３．５３Åである。これらの混
晶である六方晶ＩｎＧａＮ、六方晶ＡｌＧａＮ、六方晶
ＡｌＩｎＧａＮの組成を変化させれば、格子定数はこれ
らの２元化合物及び３元化合物の間の値をとる。六方晶
ＺｎＯの格子定数はａ＝３．２４Åである。よって、Ｇ
ａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びこれらの混晶である六方晶Ｉ
ｎＧａＮ、六方晶ＡｌＧａＮ、六方晶ＡｌＩｎＮ、六方
晶ＡｌＩｎＧａＮを基板に用いれば、六方晶ＺｎＯ系の
良好なエピタキシャル成長膜が得られる。

【００４１】図１は、ダブルヘテロ接合型による本発明
の基本構成を示す側断面図である。六方晶ＩＩＩ−Ｖ族
化合物基板１０４は、融液法により作製したバルクのＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物単結晶から切り出し研磨した基板、及
び（０００１）Ｃ面サファイア単結晶板上や（０００
１）Ｃ面α−ＳｉＣ単結晶板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物膜
を１μｍ〜数ｍｍの厚さでエピタキシャル成長させた基
板、及び、選択成長ＩＩＩ−Ｖ族化合物膜を含む基板等
により構成される。

【００４２】上記融液法として、超高圧法とかＦｌｕｘ
法などが挙げられる。ＧａＮ単結晶を作製する場合に用
いられる以上の方法を説明する。

【００４３】超高圧法では、Ｇａ金属とＮ₂ ガスに１６
００℃程度でＧＰａオーダーの圧力を加え結晶欠陥の少
ないＧａＮ単結晶を作製できる。

【００４４】フラックス法では、ＮａやＫをフラックス
としてＧａ金属とＮ₂ ガスに８００℃以下で１０ＭＰａ
程度の圧力を加え結晶品質の良いＧａＮ単結晶を作製で
きる。

【００４５】図２は、選択成長膜基板の例をＧａＮ膜の
場合の構成を示す側断面図である。（０００１）Ｃ面サ
ファイア単結晶板や（０００１）Ｃ面α−ＳｉＣ単結晶
板等の単結晶板２１４上に低温で２００Å程度の厚さの
非晶質または多結晶のバッファＧａＮ膜２２４を成長さ
せる。続けて高温で２μｍ程度の厚さの下地ＧａＮ膜２
３４を成長させる。この上に、ＣＶＤ法、スパッタリン
グ法等により０．１μｍ程度の厚さのＳｉＯ₂ 膜やＳｉ
Ｎ膜やＷ膜などのＧａＮが成長しにくい膜（図２のＳｉ
Ｏ₂ 膜２４４）を成長させる。このＧａＮ材料が成長し
にくい膜をホトリソグラフィーとウェットエッチングに
より４μｍ幅程度のストライプ状窓を１１μｍ幅程度の
周期で作製する。このマスクパターン上に選択成長Ｇａ
Ｎ膜２５４を成長させると、図２に示されるように、バ
ッファＧａＮ層から成長したＧａＮ膜がマスクパターン
上で横方向に成長し、大面積で欠陥の少ない良質な単結
晶膜が得られる。このような成長膜は、選択成長膜やＥ
ＬＯＧ基板(Epitaxially Laterally Overgrown GaN Sub
strate) と呼ばれ、ＧａＮ系の半導体レーザの基板に応
用されている。(S.Nakamura et al. Appl.Phys.Lett.,
72(2), 211(1998))

【００４６】本発明では、この選択成長膜が最表面にあ
る構築物を基板と呼ぶほか、選択成長膜だけを残して出
発単結晶板をエッチングまたは研磨して除去した構築物
を基板と称す。さらには、格子定数、バンドギャップ、
屈折率等の物性を制御するため、選択成長膜上にさらに
六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物をエピタキシャル成長させた
構築物も基板と称す。

【００４７】本発明の半導体発光素子の活性層、クラッ
ド層の構成について述べる。本発明の半導体発光素子
は、活性層、クラッド層を有する全ての半導体レーザ素
子及び発光ダイオード素子に関わる。構成例をあげれ
ば、シングルヘテロ接合型、ダブルヘテロ接合型、分離
閉じ込めヘテロ接合（ＳＣＨ）型、多重量子井戸構造型
が挙げられるが、これらに限定するものではない。

【００４８】ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層の間に電
圧を印加し、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層の間に設
ける活性層に正孔と電子が注入・閉じ込められ発光が起
こる。発光した光は、活性層に閉じ込められ導波され
る。半導体レーザ素子の場合は、さらに端面反射等によ
る光共振器構造をとることによりこの導波光が増幅され
る。

【００４９】このため、クラッド層のバンドギャップ
は、活性層のバンドギャップより大きくする必要があ
る。さらに、クラッド層の屈折率は、活性層の屈折率よ
り小さくする必要がある。この条件を以下では便宜上レ
ーザ層構成の条件と呼ぶ。同様に以下では、便宜上ＳＣ
Ｈ型及び量子井戸構造型半導体レーザ素子のウェル層を
活性層と呼び、バリア層、ガイド層、クラッド層をクラ
ッド層と呼ぶ。

【００５０】本発明の活性層は、六方晶Ｚｎ（ＯＸ)(Ｘ
＝Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）の組成も含む。これらの多元系化合
物を用いることにより、六方晶ＺｎＯと同様に高い発光
効率が見込め、且つ緑色から紫外の波長域に発光波長を
制御できるようになる。

【００５１】活性層材料として例を挙げれば、六方晶の
ＺｎＯ、Ｚｎ（ＯＳ）、Ｚｎ（ＯＳｅ）、Ｚｎ（ＯＴ
ｅ）、Ｚｎ（ＯＳＳｅ）、Ｚｎ（ＯＳｅＴｅ）、Ｚｎ
（ＯＳＴｅ）などが挙げられる。および、これらの化合
物とＭｇＯやＭｎＯとの混晶の場合も含む。このような
材料はバンドギャップが３．２ｅＶから２．３ｅＶ付近
までの範囲であるので、発光素子の発光波長を緑色から
紫外の波長域に制御できる。

【００５２】クラッド層材料として例を挙げれば、六方
晶のＺｎＯ、Ｚｎ（ＯＳ）、Ｚｎ（ＯＳｅ）、Ｚｎ（Ｏ
Ｔｅ）、Ｚｎ（ＯＳＳｅ）、Ｚｎ（ＯＳｅＴｅ）、Ｚｎ
（ＯＳＴｅ）などが挙げられる。

【００５３】ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層の間に電
圧を印加し、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層の間に設
ける活性層に正孔と電子が注入・閉じ込められ発光が起
こる。発光した光は活性層に閉じ込められ導波される。
半導体レーザ素子の場合は、さらに端面反射等による光
共振器構造をとることにより、この導波光が増幅され
る。

【００５４】このため、クラッド層のバンドギャップは
活性層のバンドギャップより大きくする必要がある。さ
らに、クラッド層の屈折率は活性層の屈折率より小さく
する必要がある。この条件を以下では便宜上レーザ層構
成の条件と呼ぶ。

【００５５】同様に以下では、便宜上ＳＣＨ型及び量子
井戸構造型半導体レーザ素子のウェル層を活性層と呼
び、バリア層、ガイド層、クラッド層をクラッド層と呼
ぶ。

【００５６】ＺｎＯ及びＺｎＯとＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｚ
ｎＴｅとの混晶からなる六方晶のＺｎＯ系材料で上記レ
ーザ層構成の条件を満足させる活性層とクラッド層の構
成を検討する。ＺｎをＩＩ族元素とする六方晶ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体の格子定数、バンドギャップ、屈折率
の値を表１に示す。さらに、図４に示すように、これら
の化合物半導体の混晶の前記物性を把握するため、各化
合物半導体の物性値のプロット間を直線で結んだ。各Ｉ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体の間の物性は、これらのＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体の混晶により得られる。これらの検
討により、格子整合が得られ、上記条件を満たす材料の
組み合わせ例として、以下のようなものが挙げられる。 Zn(OTe) （活性層）−Zn(OSe) (クラッド層) Zn(OSTe) （活性層）−Zn(OSSe) (クラッド層) Zn(OSeTe) （活性層）−Zn(OSeTe) (クラッド層) 活性層のＴｅ含有量がクラッド層のＴｅ含有量より多い
歪量子井戸構造型発光層を形成する場合は、活性層の格
子が破壊されない程度まで格子定数の不整合が許容され
るので、材料の組み合わせの選択範囲はさらに広まる。

【００５７】

【表１】

【００５８】ＺｎＯは、Ｍｇを添加することにより、エ
ピタキシャル膜の六方晶系Ｍｇ_x Ｚｎ_1-x Ｏがｘ＝０〜
０．３６の範囲で得られる。Ｍｇの添加量の増加ととも
にバンドギャップが３．２〜４．０ｅＶに増加する。
（桜井他, 第５８回応用物理学会学術講演会講演予稿
集, pp281(1997) ）また、Ｍｇの添加量の増加とともに
屈折率が減少し、格子定数は小さくなる。

【００５９】ＺｎＯは、Ｍｎを添加することにより、高
配向膜の六方晶系Ｍｎ_y Ｚｎ_1-y Ｏがｙ＝０〜０．３５
の範囲で得られる。Ｍｇの添加量の増加とともにバンド
ギャップが３．２〜３．７５ｅＶに増加する。(T.Fukum
ura et al., Appl. Phys. Lett.,3366(1999))

【００６０】よって、本発明のクラッド層の例に次のよ
うな化合物が加えられる。六方晶の（ＭｇＺｎ）Ｏ、
（ＭｇＺｎ)(ＯＳ）、（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）、（ＭｇＺ
ｎ)(ＯＴｅ）、（ＭｇＺｎ)(ＯＳＳｅ）、（ＭｇＺｎ)
(ＯＳｅＴｅ）、（ＭｇＺｎ)(ＯＳＴｅ）、（ＭｎＺ
ｎ）Ｏ、（ＭｎＺｎ)(ＯＳ）、（ＭｎＺｎ)(ＯＳｅ）、
（ＭｎＺｎ)(ＯＴｅ）、（ＭｎＺｎ)(ＯＳＳｅ）、（Ｍ
ｎＺｎ)(ＯＳｅＴｅ）、（ＭｎＺｎ)(ＯＳＴｅ）などが
挙げられる。

【００６１】これらの多元系の膜を本発明のクラッド
層、活性層に使用すれば、レーザ層構成の材料の組み合
わせの選択範囲が広くなる。例をあげれば次のような組
む合わせが挙げられている。 ZnO (活性層）−(MgZn)(OS) （クラッド層） ZnO (活性層）−(MgZn)(OSe) （クラッド層） ZnO (活性層）−(MgZn)(OTe) （クラッド層） ZnO (活性層）−(MnZn)(OS) （クラッド層） ZnO (活性層）−(MnZn)(OSe) （クラッド層） ZnO (活性層）−(MnZn)(OTe) （クラッド層） Zn(OSe)(活性層）−(MgZn)(OS) （クラッド層） Zn(OTe)(活性層）−(MgZn)(OSe) （クラッド層） Zn(OSSe)（活性層）−(MgZn)(OS) （クラッド層） Zn(OSTe)（活性層）−(MgZn)(OSSe) （クラッド層） Zn(OSe) （活性層）−(MnZn)(OS) （クラッド層） Zn(OTe) （活性層）−(MnZn)(OSe) （クラッド層） Zn(OSSe)（活性層）−(MnZn)(OS) （クラッド層） Zn(OSTe)（活性層）−(MnZn)(OSSe) （クラッド層）

【００６２】同様に、本発明の膜は、複雑なレーザ層構
成の量子井戸構造型半導体レーザ素子などに使用するの
に適している。

【００６３】量子井戸構造型半導体レーザ素子の場合
は、 バンドギャップが、クラッド層＞ガイド層＞ウェル層 屈折率が、 クラッド層＜ガイド層＜ウェル層 格子定数 クラッド層＝ガイド層（＝ｏｒ≠）ウェル層 である必要がある。格子定数がガイド層≠ウェル層の場
合は、歪量子井戸構造型半導体レーザ素子の場合であ
る。

【００６４】本発明の多元系の材料での量子井戸構造型
半導体レーザ素子構成例を示す。 ZnO(ウェル層）−(MgZn)(OS) （ガイド層）−(MgZn)O （クラッド層） ZnO(ウェル層）−(MgZn)(OSe) （ガイド層）−(MgZn)O （クラッド層） ZnO(ウェル層）−(MgZn)(OTe) （ガイド層）−(MgZn)O （クラッド層） Zn(OTe)(ウェル層）−(MgZn)(OSe)(ガイド層）−(MgZn)(OSe) (クラッド層） Zn(OSe)(ウェル層）−(MgZn)(OSe)(ガイド層）−(MgZn)(OSe) (クラッド層） Zn(OTe)(ウェル層）−Zn(OSe) （ガイド層）−(MgZn)(OSe) (クラッド層） ZnO(ウェル層）−(MnZn)(OS) （ガイド層）−(MnZn)O （クラッド層） ZnO(ウェル層）−(MnZn)(OSe) （ガイド層）−(MnZn)O （クラッド層） ZnO(ウェル層）−(MnZn)(OTe) （ガイド層）−(MnZn)O （クラッド層） Zn(OTe)(ウェル層）−(MnZn)(OSe)(ガイド層）−(MnZn)(OSe) (クラッド層） Zn(OSe)(ウェル層）−(MnZn)(OSe)(ガイド層）−(MnZn)(OSe) (クラッド層） Zn(OTe) （ウェル層）−Zn(OSe) （ガイド層）−(MnZn)(OSe) (クラッド層）

【００６５】このように、クラッド層と活性層にＭｇ、
Ｍｎの元素を含めば、材料の物性値の制御がより容易に
なり、複雑構成をもつ高性能発光素子の作製が可能にな
る。

【００６６】ノンドープＺｎＯは、酸素空孔が存在する
ためｎ型伝導を示す。さらに、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、
Ｓｉ、Ｆをドナーとしてドーピングすることによりｎ型
の伝導性を制御することができる。

【００６７】ｐ型のＺｎＯを得るため、Ｌｉ、Ａｇ、Ｃ
ｕをアクセプターとしてドーピングする方法が試みられ
ているが実現されていない。近年、ＺｎＯ にＮ＋イン
プランテーションを行う方法やＣＶＤ法によるＺｎＯ膜
の成長時ＮＨ₃ ガスを添加方法によりＮをドーピングす
ることによりｐ型のＺｎＯが実現されてきている。(K.Y
ano et al.,Jpn. J.Appl.Phys.,L1453(1997)) 上記ドーピング手法と同様の手法で、ｎ型クラッド層及
びｐ型クラッド層を作製する。

【００６８】Ｃ面サファイア単結晶板上や（０００１）
Ｃ面α−ＳｉＣ単結晶板上にエピタキシャル成長させた
ＧａＮ系膜や選択成長ＧａＮ系膜に、続けてｐ型または
ｎ型にドーピングした六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物をエピ
タキシャル成長させクラッド層を形成し、次にＺｎＯ系
活性層、その次にＺｎＯ系クッラド層を作製する場合も
ある。この場合、六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物エピタキシ
ャル成長クラッド層が基板を兼ねる。

【００６９】ＺｎＯの屈折率は２．２であり、ＧａＮの
屈折率は２．０ある。また、ＺｎＯのバンドギャップは
前述のように３．２ｅＶであり、ＧａＮのバンドギャッ
プは３．４ｅＶである。よって、ＺｎＯ系材料を活性層
に用い六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物をクラッド層に用いた
場合、前述のレーザ層構成の条件を容易にとり得る。ま
た、同時に前述のようにＺｎＯ系材料とＧａＮ系の格子
整合も得ることができる。

【００７０】六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物クラッド層材料
として、具体的には六方晶系ＧａＮ、六方晶ＡｌＮ、六
方晶ＩｎＮ、六方晶ＩｎＧａＮ、六方晶ＡｌＧａＮ、六
方晶ＡｌＩｎＮ、六方晶ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。

【００７１】ｐ型ＧａＮ系膜のように、ｐ型六方晶ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物材料のほうが、ｐ型ＺｎＯ系材料より低
抵抗のエピタキシャル成長膜が得やすい場合がある。こ
の場合、図３に示すように、ＧａＮ系単結晶板またはＧ
ａＮ系単結晶層板３０４上にｐ型六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化
合物クラッド層３０２を積層し、次にＺｎＯ系活性層３
０１、その次にｎ型ＺｎＯ系クラッド層３０３を積層す
る構成にすれば、より高性能の半導体発光素子が得られ
る。

【００７２】〈第１の実施例〉図５は、本発明の第１の
実施例である素子断面図である。素子構成エピタキシャ
ル成長膜は次の装置を使用する。ＩＩＩ−Ｖ族化合物成
長用常圧ＭＯＶＰＥ成長室とＺｎＯ系化合物成長用ＭＢ
Ｅ成長室と試料搬入／搬出室を有し、３つの室は複数の
ゲートバルブを介して試料搬送機構を有する真空搬送路
で連結されている。

【００７３】（０００１）面鏡面研磨α−Ａｌ₂ Ｏ
₃(（株）信光社 製）を有機洗浄を行った後、Ｈ₂ ＳＯ
₄ ：Ｈ₃ ＰＯ₄ ＝３：１を中１６０℃でエッチングを行
う。この基板を常圧ＭＯＶＰＥ成長室に搬送・設置す
る。成長直前には１１５０℃で１０分間Ｈ₂ 雰囲気中で
熱処理を行う。

【００７４】次に、基板温度５５０℃でトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ ₃ ）、Ｈ₂ キャリア
ガスを導入し厚さ２５０ÅでバッファＧａＮ層５２４を
成長させる。次に、基板温度１０５０℃でトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｈ₂ キャリ
アガスを導入し厚さ３μｍでＧａＮ層５３４を成長させ
る。

【００７５】続いて、基板温度８００℃でトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｈ₂ キャリアガスを導入し厚さ
２００ｎｍでＩｎＧａＮ層５４４を成長させ基板とす
る。このＩｎＧａＮ層５４４の格子定数はａ＝３．４Å
である。この基板をＭＢＥ成長室に搬送・設置する。1
×１０^-8Ｐａの背圧下、基板温度４００℃に保つ。

【００７６】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度８×１
０^-5Ｐａで、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度１×
１０ ^-6Ｐａで、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導入ラインからＡｌを分
子線強度１×１０^-7Ｐａで導入する。この成長過程によ
り膜厚５００ｎｍでＺｎ（ＯＳｅ）：Ａｌのｎ型クラッ
ド層５０２をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラ
ッド層５０２は、六方晶であり格子定数ａ＝３．４Åで
ある。

【００７７】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｔｅ溶融セルからＴｅを分子線強度８×１０^-5Ｐａ
で、Ｏ分子線強度１×１０^-6Ｐａで、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導
入ラインからＡｌを分子線強度１×１０^-7Ｐａで導入す
る。この成長過程により膜厚４００ｎｍでＺｎ（ＯＴ
ｅ）：Ａｌのｎ型活性層５０１をエピタキシャル成長さ
せる。このｎ型活性層５０１は、六方晶であり格子定数
ａ＝３．４Åである。

【００７８】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｓｅを分子線強度８×１０^-5Ｐａで、Ｏ分子線強度
１×１０^-6Ｐａで、ＮＨ₃ 導入ラインからＮを分子線強
度１×１０^-6Ｐａで、Ｈ₂ 導入ラインからＨを１×１０
^-5Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚４００ｎｍ
でＺｎ（ＯＳｅ）：Ｎのｐ型クラッド層５０３をエピタ
キシャル成長させる。このｐ型クラッド層５０３は、六
方晶であり格子定数ａ＝３．４Åである。

【００７９】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｓｅを分子線強度８×１０^-5Ｐａで、ＮＨ₃ 導入ラ
インからＮを分子線強度１×１０^-5Ｐａで、Ｈ₂ 導入ラ
インからＨを１×１０^-5Ｐａで導入する。この成長過程
で膜厚２００ｎｍでＺｎＳｅ：Ｎのｐ型コンタクト層５
０６をエピタキシャル成長させる。

【００８０】次にレーザ素子加工プロセスを行う。試料
をプラズマＣＶＤ装置にセットし、膜厚２００ｎｍでＳ
ｉＯ₂ 絶縁膜５０８を積層する。ホトリソグラフィーと
ＢＨＦによるエッチングにより、このＳｉＯ₂ 絶縁膜５
０８に幅１０μｍのストライプ状の溝を形成するととも
に、この幅１０μｍのストライプ状の溝を中心に幅１０
０μｍのＳｉＯ₂ 膜を残す。この試料にレジスト塗布を
行った後、このＳｉＯ₂ 膜のストライプ状の溝に整合
し、レジストの溝を形成する。

【００８１】次に、試料を蒸着器にセットし、Ｎｉ／Ａ
ｕ膜を順次積層し、ｐ−電極膜を形成する。リフトオフ
法により、幅１０μｍのｐ型電極５０７を形成する。

【００８２】次に、試料をＥＣＲドライエッチング装置
にセットし、Ｃｌ₂ ガスを用いて、ＳｉＯ₂ 膜のストラ
イプの溝を中心に幅１００μｍのストライプを残し、表
面からｎ型クラッド層５０２の１００ｎｍの深さ中まで
エッチングする。試料にレジスト塗布を行った後、ドラ
イエッチングしたｎ型クラッド層５０２表面に幅４０μ
ｍのストライプ状溝を形成する。試料を蒸着装置にセッ
トし、Ｔｉ／Ａｌ膜を蒸着したのち、リフトオフ法によ
り、幅４０μｍのｎ型電極５０９を形成する。

【００８３】フォトリソグラフィーとドライエッチング
法により共振器長５００μｍの素子を形成する。上記工
程により、室温での発光波長４１５ｎｍのダブルヘテロ
接合型半導体レーザ素子を作製する。

【００８４】ＩｎＧａＮ層／ＧａＮ層／バッファＧａＮ
層／α−Ａｌ₂ Ｏ₃ 基板を用いているため、品質の良い
エピタキシャル成長Ｚｎ（ＯＳｅ）：クラッド層５０２
を得ることができるので良質のＺｎ（ＯＴｅ）活性層と
Ｚｎ（ＯＳｅ）クラッド層を得ることができ、また、各
層の材料が多元系なので格子整合性よくレーザ層構成の
条件を満たすよう制御できるため、高効率で高信頼性の
短波長の半導体レーザ素子を得ることができる。

【００８５】〈第２の実施例〉図６は、本発明の第２の
実施例の素子断面図である。なお、素子構成エピタキシ
ャル成長膜は、本発明の第１の実施例と同様の装置を使
用するものとする。

【００８６】（０００１）面鏡面研磨α−ＳｉＣ単結晶
板（ＣＲＥＥ社製）（六方晶ａ＝３．０８Å）６１４を
有機洗浄を行ったのち、希ＨＣｌでライトエッチングを
行う。この基板ＳｉＣ単結晶基板６１４を第１の実施例
の常圧ＭＯＶＰＥ成長室に搬送・設置する。成長直前に
は１１５０℃で１０分間Ｈ₂ 雰囲気中で熱処理を行う。
次に、基板温度４５０℃でトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（Ｎ
Ｈ₃ ）、Ｈ₂ キャリアガスを導入し厚さ２５０Åでバッ
ファＩｎＧａＮ層６２４を成長させる。次に、基板温度
８５０℃でトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃ ) 、Ｈ₂ キ
ャリアガスを導入し厚さ３μｍでＩｎＧａＮ層６３４を
成長させ基板とする。このＩｎＧａＮ層６３４の格子定
数はａ＝３_. ３Åである。

【００８７】この基板を有機洗浄を行った後、希Ｈ₃ Ｐ
Ｏ₄ 中でライトエッチングを行う。この基板を横型石英
反応菅ＣＶＤ装置に設置する。１×１０^-4Ｐａに排気
後、基板温度５００℃に保つ。以下の全プロセス中の圧
力は１３３Ｐａとする。

【００８８】Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂ (bisacetylacetonat
omagnesium)(（株）トリケミカル研究所 製）を６０ｓ
ｃｃｍ相当、Ｚｎ（ＣＨ₃)₂ を１２０ｓｃｃｍ、Ｓｅ
（ＣＨ ₃)₂ を８０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ Ｏを２０ｓｃｃｍ、Ｈ
₂ を２００ｓｃｃｍ、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ を５ｓｃｃｍ導入
する。

【００８９】Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂ は、前述２００ｓｃ
ｃｍのＨ₂ をキャリアガスとして導入する。このとき、
Ｈ₂ Ｏは試料近傍のノズルから導入する。この成長過程
により膜厚４００ｎｍの（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）：Ａｌの
ｎ型クラッド層６０２をエピタキシャル成長させる。こ
のｎ型クラッド層６０２は、六方晶であり格子定数ａ＝
３_. ３Åである。

【００９０】次に、Ｚｎ（ＣＨ₃)₂ を１２０ｓｃｃｍ、
Ｓｅ（ＣＨ₃)₂ を１００ｓｃｃｍ、Ｈ₂ Ｏを１０ｓｃｃ
ｍ、Ｈ₂ を２００ｓｃｃｍ、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ を５ｓｃｃ
ｍ導入する。同様に、Ｈ₂ Ｏは試料近傍のノズルから導
入する。この成長過程により膜厚４００ｎｍでＺｎ（Ｏ
Ｓｅ）：Ａｌのｎ型活性層６０１をエピタキシャル成長
させる。このｎ型活性層６０１は、六方晶であり格子定
数ａ＝３_. ３Åである。

【００９１】次に、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂ (bisacetylac
etonatomagnesium) を６０ｓｃｃｍ相当、Ｚｎ（ＣＨ₃)
₂ を１２０ｓｃｃｍ、Ｓｅ（ＣＨ₃)₂ を８０ｓｃｃｍ、
Ｈ₂Ｏを２０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ を２００ｓｃｃｍ（キャリ
アガスを兼ねる）、ＮＨ₃ を５０ｓｃｃｍ導入する。同
様に、Ｈ₂ Ｏは試料近傍のノズルから導入する。この成
長過程により膜厚４００ｎｍで（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）：
Ｎのｐ型クラッド層６０３をエピタキシャル成長させ
る。このｐ型クラッド層６０３は、六方晶であり格子定
数ａ＝３_. ３Åである。

【００９２】次に、Ｚｎ（ＣＨ₃)₂ を１２０ｓｃｃｍ、
Ｓｅ（ＣＨ₃)₂ を１２０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ を２００ｓｃｃ
ｍ、ＮＨ₃ を５０ｓｃｃｍを５ｓｃｃｍ導入する。この
成長過程で巻く厚２００ｎｍでＺｎＳｅ：Ｎのｐ型コン
タクト層６０６をエピタキシャル成長させる。

【００９３】次に、本発明の第１の実施例と同様の加工
プロセスを行い、室温での発光波長４００ｎｍのダブル
ヘテロ接合型半導体レーザ素子を作製する。

【００９４】ＩｎＧａＮ層／バッファＩｎＧａＮ層／α
−ＳｉＣ単結晶板を用いているため品質の良いエピタキ
シャル成長Ｚｎ（ＯＳｅ）：クラッド層を得ることがで
きるので良質のＺｎ（ＯＳｅ）活性層と（ＭｇＺｎ)(Ｏ
Ｓｅ）クラッド層を得ることができ、また、各層の材料
が多元系なので格子整合性よくレーザ層構成の条件を満
たすよう制御できるため、高効率で高信頼性の短波長の
半導体レーザ素子を得ることができる。

【００９５】〈第３の実施例〉図７は、本発明の第３の
実施例の素子断面図である。なお、素子構成エピタキシ
ャル成長膜は、本発明の第１の実施例と同様の装置を使
用するものとする。

【００９６】（０００１）面鏡面研磨α−Ａｌ₂ Ｏ₃ 単
結晶板７１４を有機洗浄を行った後、Ｈ₂ ＳＯ₄ ：Ｈ₃
ＰＯ₄ ＝３：１を中１６０℃でエッチングを行う。この
基板を第１の実施例の常圧ＭＯＶＰＥ成長室に搬送・設
置する。成長直前には１１５０℃で１０分間Ｈ₂ 雰囲気
中で熱処理を行う。次に、基板温度５５０℃でトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｈ₂ キ
ャリアガスを導入し厚さ２５０ÅのバッファＧａＮ層７
２４を成長させる。このバッファＧａＮ層７２４上に基
板温度１０５０℃で同じ原料ガスを導入し厚さ２μｍの
下地ＧａＮ層７３４を成長させる。

【００９７】次に、試料を常圧ＭＯＶＰＥ成長室から大
気中に取り出し、ＣＶＤ法により０．１μｍの厚さのＳ
ｉＯ₂ 膜７４４を成長させる。このＳｉＯ₂ 膜７４４を
ホトリソグラフィーとＢＨＦによるエッチングによりＧ
ａＮ＜１−１００＞方向に４μｍ幅ストライプ状窓を１
１μｍ幅の周期で作製する。試料を有機洗浄を行ったの
ち、希Ｈ₃ ＰＯ₄ 中でライトエッチングを行った後、再
び常圧ＭＯＶＰＥ成長室に搬送・設置する。基板温度１
０５０℃でトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア
（ＮＨ₃ ）、Ｈ₂ キャリアガスを導入し厚さ１０μｍで
選択成長ＧａＮ層７５４をこのマスクパターン上に選択
成長させる。続けて、基板温度８５０℃でトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
アンモニア（ＮＨ₃ ）、Ｈ₂ キャリアガスを導入し厚さ
１０μｍでＩｎＧａＮ層７６４をエピタキシャル成長さ
せ基板とする。ＩｎＧａＮ層７６４の格子定数はａ＝
３．５Åである。

【００９８】次に、この基板をＭＢＥ成長室に搬送・設
置し、１×１０^-8Ｐａの背圧下、基板温度４００℃に保
つ。

【００９９】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium) 導入ラインからＭｇ分子線強度２×１０^-5
ａで、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度８×１０^-5Ｐ
ａで、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度１×１０_-6
Ｐａで、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導入ラインからＡｌを分子線強
度１×１０^-7Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚
５００ｎｍで（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）：Ａｌのｎ型クラッ
ド層７０２をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラ
ッド層７０２は、六方晶であり格子定数ａ＝３．５Åで
ある。

【０１００】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｔｅ溶融セルからＴｅを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、O 分子線強度１×１０^-6Ｐａで、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導
入ラインからＡｌを分子線強度１×１０^-7Ｐａで導入す
る。この成長過程により膜厚４００ｎｍでＺｎ（ＯＴ
ｅ）：Ａｌのｎ型活性層７０１をエピタキシャル成長さ
せる。このｎ型活性層７０１は、六方晶であり格子定数
ａ＝３．５Åである。

【０１０１】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonatomagnesiu
m)導入ラインからＭｇ分子線強度２×１０^-5ａで、Ｓｅ
を分子線強度１×１０^-4Ｐａで、Ｏ分子線強度１×１０
^-6Ｐａで、ＮＨ₃ 導入ラインからＮを分子線強度１×１
０^-6Ｐａで、Ｈ₂ 導入ラインからＨを１×１０^-5Ｐａで
導入する。この成長過程により膜厚４００ｎｍで（Ｍｇ
Ｚｎ)(ＯＳｅ）：Ｎのｐ型クラッド層７０３をエピタキ
シャル成長させる。このｐ型クラッド層７０３は、六方
晶であり格子定数＝３．５Åである。

【０１０２】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｓｅを分子線強度１×１０^-4Ｐａで、ＮＨ₃ 導入ラ
インからＮを分子線強度１×１０^-5Ｐａで、Ｈ₂ 導入ラ
インからＨを１×１０^-5Ｐａで導入する。この成長過程
で膜厚２００ｎｍでＺｎＳｅ：Ｎのｐ型コンタクト層７
０６をエピタキシャル成長させる。

【０１０３】次に、第１の実施例と同様の加工プロセス
を行い、室温での発光波長４４０ｎｍのダブルヘテロ接
合型半導体レーザ素子を作製する。

【０１０４】ＩｎＧａＮ層／選択成長ＧａＮ層を用いて
いるため、品質の良いエピタキシャル成長（ＭｇＺｎ)
(ＯＳｅ）クラッド層を得ることができるため良質のＺ
ｎ（ＯＴｅ）活性層と（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）クラッド層
を得ることができ、また、各層の材料が多元系なので格
子整合性よくレーザ層構成の条件を満たすよう制御でき
るため、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザ素子
を得ることができる。

【０１０５】〈第４の実施例〉図８は、本発明の第４の
実施例の素子断面図である。なお、素子構成エピタキシ
ャル成長膜は、本発明の第１の実施例と同様の装置を使
用するものとする。

【０１０６】（０００１）面鏡面研磨α−Ａｌ₂ Ｏ₃ 単
結晶基板８１４を用い、第３の実施例と同じプロセス、
構成で選択成長ＧａＮ層８５４を作製する。次に、この
マスクパターン上に基板温度８５０℃でトリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア( Ｎ
Ｈ ₃ ) 、ビス−シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃ
ｐ₂ Ｍｇ）、Ｈ₂ キャリアガスを導入し厚さ１０μｍの
ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層８６４をエピタキシャル成長させ
基板を得る。このｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層８６４の格子定
数はａ＝３．２Åであり、またｐ型クラッド層を兼ね
る。

【０１０７】次に、この基板をＭＢＥ成長室に搬送・設
置し、1 ×１０^-8Ｐａの背圧下、基板温度４００℃に保
つ。

【０１０８】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度２×１０^-4Ｐ
ａで、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度１×１０^-5Ｐ
ａで、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6
Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚５００ｎｍで
（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）のノンドープ活性層８０１をエピ
タキシャル成長させる。この活性層８０１は、バンドギ
ャップ３．２ｅＶ、六方晶であり格子定数ａ＝３．３Å
である。

【０１０９】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度８×１０^-5ａ
で、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度２×１０^-5Ｐａ
で、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6Ｐ
ａで、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導入ラインからＡｌを分子線強度
１×１０^-7Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚２
００ｎｍで（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）：Ａｌのｎ型クラッド
層８０２をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラッ
ド層８０２は、バンドギャップ３．６ｅＶで、六方晶で
あり格子定数ａ＝３．３Åである。

【０１１０】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｓｅを分子線強度１×１０^-4Ｐａで、Ａｌ（ＣＨ₃)
₃ 導入ラインからＡｌを分子線強度 1×１０^-5Ｐａで導
入する。この成長過程で膜厚２００ｎｍでＺｎＳｅ：Ａ
ｌのｎ型コンタクト層８０６をエピタキシャル成長させ
る。

【０１１１】次にレーザ素子加工を行う。ｐ型ＩｎＧａ
Ｎクラッド層を活性層の界面から１００ｎｍの深さまで
エッチングすることと、ｐ型とｎ型の電極の位置が逆に
なることを除いて、加工プロセスは第１の実施例と同じ
である。

【０１１２】上記工程により、室温での発光波長３８５
ｎｍのダブルヘテロ接合型半導体レーザ素子を作製す
る。

【０１１３】クラッド層を兼ねるｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層
／選択成長ＧａＮ層を用いているため、高品質の（Ｍｇ
Ｚｎ)(ＯＳｅ）ノンドープ活性層と（ＭｇＺｎ)(ＯＳ
ｅ）：Ａｌのｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させ
ることができるので、また、各層の材料が多元系なので
格子整合性よくレーザ層構成の条件を満たすよう制御で
きるため、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザ素
子を得ることができる。

【０１１４】〈第５の実施例〉図９は、本発明の第５の
実施例の素子断面図である。上述の第４の実施例の基板
でＡｌＧａＩｎＮ層９６４をノンドープにするほかは同
じプロセス、構成で格子定数はａ＝３．３ÅのＡｌＧａ
ＩｎＮ層９６４／選択成長ＧａＮ層９５４を作製する。
次に、この基板をＭＢＥ成長室に搬送・設置し、１×１
０^-8Ｐａの背圧下、基板温度４００℃に保つ。

【０１１５】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度８×１０^- ａ
で、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度２×１０^-5Ｐａ
で、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6Ｐ
ａで、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導入ラインからＡｌを分子線強度
１×１０^-7Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚２
００ｎｍで（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）：Ａｌのｎ型クラッド
層９０２をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラッ
ド層９０２は、バンドギャップ３．６ｅＶで、六方晶で
あり格子定数ａ＝３．３Åである。

【０１１６】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度２×１０^-4Ｐ
ａで、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度１×１０^-5Ｐ
ａで、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6
Ｐａで、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導入ラインからＡｌを分子線強
度 1×１０^-7ｐａで導入する。この成長過程により膜厚
１００ｎｍで（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）：Ａｌのｎ型ガイド
層９３１をエピタキシャル成長させる。このｎ型ガイド
層９３１は、バンドギャップ３．２ｅＶ、六方晶であり
格子定数ａ＝３．３Åである。

【０１１７】Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａで、Ｓｅ
を分子線強度 1×１０^-4Ｐａで、Ｏ分子線強度１×１０
^-6Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚５ｎｍでＺ
ｎ（ＯＳｅ）のノンドープウェル層９１１をエピタキシ
ャル成長させる。このウェル層９１１は、バンドギャッ
プ２．９ｅＶ、六方晶であり格子定数 ＝３．６Åであ
る。

【０１１８】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度２×１０^-4Ｐ
ａで、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度１×１０^-5Ｐ
ａで、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6
Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚５ｎｍで（Ｍ
ｇＺｎ)(ＯＳｅ）のノンドープバリア層９２１をエピタ
キシャル成長させる。このバリア層９２１は、バンドギ
ャップ３．２ｅＶ、六方晶であり格子定数ａ＝３．３Å
である。

【０１１９】このウェル層９１１とバリア層９２１の作
製を繰り返し、４層のウェル層と３層のバリア層の歪量
子井戸構造発光層を形成する。

【０１２０】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度２×１０^-4Ｐ
ａで、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度１×１０^-5Ｐ
ａで、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6
Ｐａで、ＮＨ₃ 導入ラインからＮを分子線強度５×１０
^-6Ｐａで、Ｈ₂ 導入ラインからＨを１×１０^-5Ｐａで導
入する。この成長過程により膜厚１００ｎｍで（ＭｇＺ
ｎ)(ＯＳｅ）：Ｎのｐ型ガイド層９４１をエピタキシャ
ル成長させる。このｐ型ガイド層９４１は、バンドギャ
ップ３．２ｅＶ、六方晶であり格子定数ａ＝３．３Åで
ある。

【０１２１】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度８×１０^-5ａ
で、Ｓｅ溶融セルからＳｅを分子線強度２×１０^-5Ｐａ
で、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6Ｐ
ａで、ＮＨ₃ 導入ラインからＮを分子線強度５×１０ ^-6
Ｐａで、Ｈ₂ 導入ラインからＨを１×１０^-5Ｐａで導入
する。この成長過程により膜厚２００ｎｍで（ＭｇＺ
ｎ）（ＯＳｅ）：Ｎのｐ型クラッド層９０３をエピタキ
シャル成長させる。このｐ型クラッド層９０３はバンド
ギャップ３．６ｅＶで、六方晶であり格子定数ａ＝３．
３Åである。

【０１２２】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｓｅを分子線強度１×１０^-4Ｐａで、ＮＨ₃ 導入ラ
インからＮを分子線強度１×１０^-5Ｐａで、Ｈ₂ 導入ラ
インからＨを１×１０^-5Ｐａで導入する。この成長過程
で膜厚２００ｎｍでＺｎＳｅ：Ｎのｐ型コンタクト層９
０６をエピタキシャル成長させる。

【０１２３】次に、第１の実施例と同様の加工プロセス
を行い、室温付近での発光波長４１０ｎｍの歪量子井戸
構造半導体レーザ素子を作製する。

【０１２４】ＡｌＧａＩｎＮ層／選択成長ＧａＮ層を用
いているため、高品質の（ＭｇＺｎ)(ＯＳｅ）：Ａｌの
ｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させることができ
るので、高品質なｎ型ガイド層、歪量子井戸構造発光
層、ｐ型クラッド層を得ることができる。

【０１２５】さらに、各層の材料が多元系なのでレーザ
層構成の条件を満たすよう制御できるため、高効率で高
信頼性の短波長の半導体レーザ素子を得ることができ
る。よって、高効率で低しきい値電流で高信頼性の短波
長の半導体レーザ素子を得ることができる。

【０１２６】〈第６の実施例〉図１０は、本発明の第５
の実施例の素子断面図である。Ｇａ金属とＮ₂ ガスに１
６００℃で２ＧＰａの圧力を加える超高圧法でＧａＮ単
結晶を作製する。これをスライス、研磨して、（０００
１）面ＧａＮ基板を作製する。

【０１２７】この基板を有機洗浄を行った後ち、希Ｈ₃
ＰＯ₄ 中でライトエッチングを行う。次に、この基板を
MBE 成長室に搬送・設置し、１×１０^-8Ｐａの背圧下、
基板温度４００℃に保つ。

【０１２８】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度８×１０^-5ａ
で、Ｓ溶融セルからＳを分子線強度２×１０^-5Ｐａで、
Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6Ｐａ
で、ＮＨ₃ 導入ラインからＮを分子線強度５×１０^-6Ｐ
ａで、Ｈ₂ 導入ラインからＨを１×１０^-5Ｐａで導入す
る。この成長過程により膜厚２００ｎｍで（ＭｇＺｎ)
(ＯＳ）：Ｎのｐ型クラッド層１００３をエピタキシャ
ル成長させる。このｐ型クラッド層１００３は、バンド
ギャップ３．７ｅＶで、六方晶であり格子定数ａ＝３．
２Åである。

【０１２９】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×
１０^-6Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚５００
ｎｍでＺｎＯのノンドープ活性層１００１をエピタキシ
ャル成長させる。この活性層１００１は、バンドギャッ
プ３．２ｅＶ、六方晶であり格子定数ａ＝３．２Åであ
る。

【０１３０】Ｚｎ溶融セルからＺｎを分子線強度１×１
０^-4Ｐａで、Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂)₂(bisacetylacetonato
magnesium)導入ラインからＭｇ分子線強度８×１０^-5ａ
で、Ｓ溶融セルからＳを分子線強度２×１０^-5Ｐａで、
Ｏ₂ ガス導入ラインからＯ分子線強度２×１０^-6Ｐａ
で、Ａｌ（ＣＨ₃)₃ 導入ラインからＡｌを分子線強度１
×１０^-7Ｐａで導入する。この成長過程により膜厚２０
０ｎｍで（ＭｇＺｎ)(ＯＳ）：Ａｌのｎ型クラッド層１
００２をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラッド
層１００２は、バンドギャップ３．７ｅＶで、六方晶で
あり格子定数ａ＝３．２Åである。

【０１３１】次に、Ｚｎを分子線強度１×１０^-4Ｐａ
で、Ｓｅを分子線強度１×１０^-4Ｐａで、Ａｌ（ＣＨ₃)
₃ 導入ラインからＡｌを分子線強度１×１０^-5Ｐａで導
入する。この成長過程で膜厚２００ｎｍでＺｎＳｅ：Ａ
ｌのｎ型コンタクト層１００６をエピタキシャル成長さ
せる。

【０１３２】次にレーザ素子加工を行う。ｐ型とｎ型の
電極の位置が逆になることを除いて、加工プロセスは第
１の実施例と同様である。

【０１３３】上記工程により、室温での発光波長３８５
ｎｍのダブルヘテロ接合型半導体レーザ素子を作製す
る。

【０１３４】バルクのＧａＮ単結晶基板を用いているた
め、直接に高品質の（ＭｇＺｎ)(ＯＳ）ｐ型クラッド層
をエピタキシャル成長させることができるので、高品質
のノンドープＺｎＯ活性層と（ＭｇＺｎ)(ＯＳ）：Ａｌ
のｎ型クラッド層をエピタキシャル成長させることがで
きる。

【０１３５】さらに、クラッド層材料が４元系なので格
子整合性よくレーザ層構成の条件を満たすことができる
ため、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザ素子を
得ることができる。

【０１３６】なお、上述される実施形態は、本発明の好
適な実施形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々変形して実施することが可能である。

【０１３７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、六方晶ＺｎＯは、励起子結合エ
ネルギーが大きいため室温においても高密度の励起子が
存在するので、これを活性層に用いた場合、高い発光効
率をもつ素子が得られ、六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物から
なる基板を用いると、格子整合を取りやすくなるため六
方晶ＺｎＯ系の良好なエピタキシャル成長膜が得られ、
さらに高効率の発光素子が得られる。

【０１３８】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、具体的に基板材料として六方晶Ｇａ
Ｎ、六方晶ＡｌＮ、六方晶ＩｎＮ、六方晶ＩｎＧａＮ、
六方晶ＡｌＧａＮ、六方晶ＡｌＩｎＮ、六方晶ＡｌＩｎ
ＧａＮを挙げているので、より容易に六方晶ＺｎＯ系の
良好なエピタキシャル成長膜が得られ、より高効率の発
光素子が得られる。

【０１３９】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の発明において、六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物
の選択成長膜は大面積で高い結晶品質であるので、量産
性に向いた高効率の発光素子が得られる。

【０１４０】請求項４記載の発明によれば、請求項１か
ら３のいずれか１項に記載の発明において、活性層が六
方晶ＺｎＯを主体にした六方晶Ｚｎ（ＯＸ）（Ｘ＝Ｓ，
Ｓｅ，Ｔｅ）の組成であるので、六方晶ＺｎＯと同様
に、高い発光効率が見込める。

【０１４１】また、発光層は、多元系の混晶なので組成
を変化させることにより、発光層の格子定数、バンドバ
ンドギャップ、屈折率を広い範囲で制御することが可能
となり、広範な材料の選択・組み合わせが可能になり、
広い発光波長の選択が可能になり、発光層が活性層−ク
ラッド層の構成をとる場合は、活性層−クラッド層−基
板間の格子整合性を向上させることができるため、界面
欠陥が少なく且つ高品質のエピタキシャル成長層が得ら
れるため、より高い発光効率と高い信頼性の半導体発光
素子を実現できる。

【０１４２】また、発光層が量子井戸構造をとる場合
は、ウェル層、バリア層の格子が破壊されない程度まで
格子の不整合が許容されるので、より広範な材料の選択
・組み合わせが可能になり、より広い発光波長の選択が
可能になり、より低いしきい値電流やより広い変調帯域
などの優れた特性をもつ半導体発光素子を実現できる。

【０１４３】さらに、Ｃｄ，Ｂｅなどの環境への影響の
大きい材料を用いず、環境への汚染の少ない材料で半導
体発光素子を作製できる。

【０１４４】請求項５記載の発明によれば、請求項１か
ら４のいずれか１項に記載の発明において、クラッド層
と活性層にＭｇ，Ｍｎのうち少なくと１種の元素を含む
ので、クラッド層のバンギャップを広げ、屈折率を小さ
くでき、また、材料が多元系となるので、広範囲に発光
層の格子定数、バンドバンドギャップ、屈折率を広い範
囲で制御することが可能となり、より広い発光波長の選
択が可能になり、より高性能で高信頼性の半導体発光素
子を作製できる。

【０１４５】請求項６記載の発明によれば、請求項１か
ら５のいずれか１項に記載の発明において、ｐ型クラッ
ド層がＮ元素を含むことにより可能となるので、請求項
１〜５の作用効果を備える半導体発光素子を実現でき
る。

【０１４６】請求項７記載の発明によれば、請求項１か
ら６のいずれか１項に記載の発明において、六方晶ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物は、ＺｎＯ系活性層と隣接するクラッド
層材料として格子整合しながらレーザ層構成の条件を満
たすことが可能なので、ＧａＮ系基板の上に、ＧａＮ系
クラッド層、その上にＺｎＯ系活性層、その次にＺｎＯ
系クッラド層の構成がとれ、素子構成の選択範囲が大き
くなり、幅広く素子の特性を制御できる。

【０１４７】請求項８記載の発明によれば、請求項１か
ら７のいずれか１項に記載の発明において、具体的に六
方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物クラッド層として、六方晶系Ｇ
ａＮ、六方晶ＡｌＮ、六方晶ＩｎＮ、六方晶ＩｎＧａ
Ｎ、六方晶ＡｌＧａＮ、六方晶ＡｌＩｎＮ、六方晶Ａｌ
ＩｎＧａＮの材料をあげているので、より容易に幅広く
素子の特性を制御できる。

【０１４８】請求項９記載の発明によれば、請求項１か
ら８のいずれか１項に記載の発明において、ｐ型ＺｎＯ
系材料より低抵抗のｐ型六方晶ＩＩＩ−Ｖ族材料をｐ型
クラッド層に用いているので、より高性能な発光素子が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である半導体発光素子の基本
構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施形態における選択成長ＧａＮ系基
板の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施形態である半導体発光素子の
基本構成を示す断面図である。

【図４】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の物性を示す図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施例の素子断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例の素子断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例の素子断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例の素子断面図である。

【図９】本発明の第５の実施例の素子断面図である。

【図１０】本発明の第６の実施例の素子断面図である。

【符号の説明】

１０１ 活性層 １０２ ｎ型クラッド層 １０３ ｐ型クラッド層 １０４ 六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる１つ
   または２つのクラッド層とＩＩ−ＶＩ族化合物半導体か
   らなる活性層を備える半導体発光素子において、 前記クラッド層の少なくとも１つと前記活性層が少なく
   ともＺｎ元素とＯ元素とを含み、 前記活性層及び前記クラッド層の結晶系が六方晶であ
   り、 前記活性層及び前記クラッド層が少なくとも六方晶ＩＩ
   Ｉ−Ｖ族化合物からなる基板の上に設けられていること
   を特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】 前記六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板は、 六方晶ＧａＮ、六方晶ＡｌＮ、六方晶ＩｎＮ、六方晶Ｉ
   ｎＧａＮ、六方晶ＡｌＧａＮ、六方晶ＡｌＩｎＮ、六方
   晶ＡｌＩｎＧａＮのいずれかであることを特徴とする請
   求項１記載の半導体発光素子。
3. 【請求項３】 前記六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物基板は、 六方晶系ＧａＮと、六方晶ＡｌＮと、六方晶ＩｎＮと、
   六方晶ＩｎＧａＮと、六方晶ＡｌＧａＮと、六方晶Ａｌ
   ＩｎＮと、六方晶ＡｌＩｎＧａＮとのいずれかからなる
   選択成長膜を含むことを特徴とする請求項１または２記
   載の半導体発光素子。
4. 【請求項４】 前記活性層は、 さらに、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのうち少なくとも１種以上の元
   素を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１
   項に記載の半導体発光素子。
5. 【請求項５】 前記Ｚｎ元素とＯ元素とを含むＩＩ−Ｖ
   Ｉ族化合物半導体からなるクラッド層は、 さらに、Ｍｇ、Ｍｎのうち少なくと１種の元素を含むこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の
   半導体発光素子。
6. 【請求項６】 前記Ｚｎ元素とＯ元素とを含むＩＩ−Ｖ
   Ｉ族化合物半導体からなるクラッド層または前記活性層
   は、 Ｎ元素を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれ
   か１項に記載の半導体発光素子。
7. 【請求項７】 前記クラッド層の少なくとも１つは、 少なくとも六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなることを特
   徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体
   発光素子。
8. 【請求項８】 前記六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなる
   クラッド層は、 六方晶系ＧａＮと、六方晶ＡｌＮと、六方晶ＩｎＮと、
   六方晶ＩｎＧａＮと、六方晶ＡｌＩｎＮと、六方晶Ｉｎ
   ＧａＮと、六方晶ＡｌＩｎＧａＮとのいずれかからなる
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載
   の半導体発光素子。
9. 【請求項９】 前記六方晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなる
   クラッド層がｐ型伝導性であり、前記Ｚｎ元素とＯ元素
   を含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなるクラッド層が
   ｎ型伝導性であることを特徴とする請求項８記載の半導
   体発光素子。