JP2002270971A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活性層を、
ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層とで挟まれた構造を有
する窒化物半導体素子、特に波長４３０ｎｍ以上で発光
するものにおいて、しきい値電流を低減させる構造とす
る。 【解決手段】 ｎ型クラッド層２５、ｐ型クラッド層３
０と活性層１２との間に、Ｉｎを含まない窒化物半導体
からなる第２の窒化物半導体層３１、さらに第１の窒化
物半導体層と活性層との間にＩｎを含む窒化物半導体か
らなる第１の窒化物半導体層３２とをそれぞれ有し、さ
らに量子井戸からなる活性層の井戸層数を２とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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_ＸＡｌ_Ｙ
Ｇａ_{１−Ｘ− Ｙ}Ｎ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる
窒化物半導体レーザ素子に関し、特に閾値電流密度が低
く、寿命特性が向上する発振波長４３０ｎｍ以上の窒化
物半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、窒化物半導体を用いた半導体レー
ザは、ＤＶＤなど、大容量・高密度の情報記録・再生が
可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高ま
りを見せている。このため、窒化物半導体を用いた半導
体レーザ素子は、研究が盛んになされている。また、窒
化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域から赤
色に至るまで、幅広く可視光域での発振が可能と考えら
れ、その応用範囲は、上記光ディスクシステムの光源に
とどまらず、レーザプリンタ、光ネットワークなどの光
源など、多岐にわたるものと期待されている。また、本
出願人は、４０５ｎｍ、室温、５ｍＷの連続発振の条件
で、１万時間を超えるレーザを発表した。

【０００３】また、窒化物半導体を用いた発光素子、受
光素子などには、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いて活性
層とした構造を有しており、活性層におけるより優れた
活性領域の形成が、素子特性の向上において重要とな
る。

【０００４】窒化物半導体のレーザ素子、若しくは発光
素子において、長波長の発光を得るには、活性層若しく
は発光層のＩｎを含む窒化物半導体におけるＩｎ混晶比
を、変化させることで、発光波長を変えることができ、
特にＩｎ混晶比を高くすると発光波長を長くすることが
できる。また、端面発光素子、レーザ素子において、活
性層が上部、下部クラッド層に挟まれた構造を有する場
合に、両クラッド層の屈折率を小さくし、上部、下部ク
ラッド層に挟まれた導波路内の屈折率を高くすること
で、導波路内に効率よく光が閉じこめられ、結果として
レーザ素子においては閾値電流密度の低下に寄与する。

【０００５】従来、このようなクラッド層を有する窒化
物半導体素子において、４３０ｎｍ以上の長波長の発光
を得る構造として、例えば、レーザ素子において、ガイ
ド層にＩｎＧａＮ、クラッド層にＡｌＧａＮを用いたＳ
ＣＨ構造が提案されている。

【０００６】しかしながら、波長が長くなるに従ってＡ
ｌＧａＮとＩｎＧａＮとの屈折率差が小さくなり、すな
わち、導波路内のガイド層で光の閉じ込め係数の低下に
よる損失が発生し、閾値電流が高くなる。

【０００７】また、発光層のＩｎ混晶比が高くなるに従
って、結晶性の大幅な悪化がみられ、閾値電流が高くな
り、寿命特性も悪くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、活性層が
上部クラッド層、下部クラッド層に挟まれた構造を有す
る窒化物半導体素子で、光の波長が４３０ｎｍ以上のも
のにおいて、両クラッド層に挟まれた導波路において、
光の閉じ込め係数の低下を抑え、活性層を含む導波路内
へ効率的に光を閉込めることが必要であり、さらには結
晶性の改善が必要である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
みなされたものであり、閾値電流密度などの素子特性に
優れ、且つ結晶性の良好な窒化物半導体素子を得るもの
である。すなわち本発明の半導体素子は、下記（１）〜
（９）の構成により本発明の目的を達成することができ
る。

【００１０】（１） 窒化物半導体基板上に、活性層
をｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を
有する窒化物半導体素子において、該活性層は、井戸層
の全積層数が２以下である、障壁層と井戸層とからなる
量子井戸構造であり、ｎ型クラッド層と活性層との間、
およびｐ型クラッド層と活性層との間の両方にはＩｎ混
晶比が０である第２の窒化物半導体層を有し、さらに前
記活性層と第２の窒化物半導体層との間に、Ｉｎを含む
窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有するこ
とを特徴とする。

【００１１】この構成により、両クラッド層に挟まれる
導波路とクラッド層との間に適度な屈折率差を設けるこ
とができる。特に活性層内で４３０ｎｍ以上の長波長の
発光がある窒化物半導体素子において、閾値電流の低い
レーザ素子が得られるなど、素子特性に優れた窒化物半
導体素子となる。

【００１２】（２） 窒化物半導体基板上に、活性層を
ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を有
する窒化物半導体素子において、該活性層が、井戸層の
全積層数が２以下である、障壁層と井戸層とからなる量
子井戸構造であり、ｎ型クラッド層と活性層との間、ま
たはｐ型クラッド層と活性層との間のどちらか一方には
Ｉｎを含む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層
を有し、他方にはＩｎ混晶比が０である第２の窒化物半
導体層を有することを特徴とする。

【００１３】この構成により、結晶性の大幅な悪化を防
ぎつつ、導波路とクラッド層との間に適度な屈折率差を
設けることができる。特に活性層内で４３０ｎｍ以上の
長波長の発光がある窒化物半導体素子において、閾値電
流の低いレーザ素子が得られるなど、素子特性に優れた
窒化物半導体素子となる。

【００１４】（３） 窒化物半導体基板上に、活性層を
ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を有
する窒化物半導体素子において、該活性層が、井戸層の
全積層数が２以下である、障壁層と井戸層とからなる量
子井戸構造であり、ｐ型クラッド層と活性層との間には
Ｉｎを含む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層
を有し、ｎ型クラッド層と活性層との間にはＩｎ混晶比
が０である第２の窒化物半導体層を有することを特徴と
する。

【００１５】この構成により、結晶性の大幅な悪化、特
に活性層における結晶性の大幅な悪化を防ぎつつ、導波
路とクラッド層との間に適度な屈折率差を設けることが
できる。特に活性層内で４３０ｎｍ以上の長波長の発光
がある窒化物半導体素子において、閾値電流の低いレー
ザ素子が得られるなど、素子特性に優れた窒化物半導体
素子となる。

【００１６】（４） 前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラッ
ド層が、Ａｌを含む窒化物半導体を有することを特徴と
する。この構成により、両クラッド層に挟まれた導波路
と、各クラッド層との間に、大きな屈折率差を設けるこ
とが可能となり、光の導波に優れた導波路構造が形成さ
れ、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。こ
こで、Ａｌを含む窒化物半導体として好ましくは、Ｉｎ
混晶比が０でＩｎを含まない窒化物半導体を用いること
で、結晶性に優れ、より大きな屈折率差を設けることが
でき、さらにＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される
窒化物半導体を用いることがさらに好ましい。

【００１７】（５） 前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラッ
ド層が、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０．０５＜a＜１）とＧａＮ
の超格子からなることを特徴とする。この構造により、
両クラッド層に挟まれた導波路と、各クラッド層との間
に、大きな屈折率差を設けることが可能となり、光の導
波に優れた導波路構造が形成され、その上に形成する窒
化物半導体層の結晶性を悪化させることなく形成できる
ので、閾値電流密度の低減および寿命特性の向上の点で
好ましい。

【００１８】（６） 前記活性層が、Ｉｎを含む窒化物
半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前
記第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比が井戸層のＩｎ混
晶比より小さいことを特徴とする。

【００１９】この構成により、量子井戸構造の活性層と
することで、量子井戸構造でない場合に比べて、発光再
結合が促進され、閾値電流を低下させ、出力を向上さ
せ、素子特性に優れた窒化物半導体素子が得られる。ま
た、第１の窒化物半導体層に用いられる窒化物半導体の
Ｉｎ混晶比を、井戸層よりも小さくすることで、井戸層
とのバンドギャップエネルギー差を大きくでき、キャリ
アの注入を良好にでき素子特性の向上につながる。それ
に加えて、Ｉｎは光の導波において、光を吸収・散乱さ
せる作用があることから、Ｉｎ混晶比の低い窒化物半導
体の第１の窒化物半導体層と、Ｉｎを含まない第２の窒
化物半導体層を用いることで、光の損失を抑えて、閾値
電流、駆動電流を低下させた窒化物半導体素子となる。
ここで、活性層が量子井戸構造でない場合にも、活性層
に用いられる窒化物半導体のＩｎ混晶比より、第１の窒
化物半導体層のＩｎ混晶比を小さくすることで同様な効
果が得られる。

【００２０】（７） 前記井戸層の膜厚が３００オング
ストローム以下であることを特徴とする。この構成によ
り結晶性を損なわない活性層が形成でき、閾値電流密度
を低く抑えることができる。

【００２１】（８） 前記活性層と第１の窒化物半導体
層との間に、Ｉｎ混晶比が０である窒化物半導体からな
るｎ型またはｐ型光ガイド層を有することを特徴とす
る。この構成により、導波路内において、ガイド層は、
Ｉｎを含まないことから光の損失のないガイド層とな
り、第１の窒化物半導体層は、導波路とクラッド層との
間の屈折率差を大きくする層として機能し、素子特性が
向上する。

【００２２】（９） 前記窒化物半導体基板の表面にお
いて、少なくとも前記活性層の発光部下の基板表面の転
位密度は１×１０^７ｃｍ^−２以下であることを特徴とす
る。この構成により転位の少ない素子構造を形成するこ
とができ、特にＩｎ組成比の大きな井戸層の結晶性を良
好にすることができるので、閾値電流密度の低減および
寿命特性の向上の点で好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の窒化物半導体素子
について更に詳細に説明する。本発明の窒化物半導体素
子に用いる窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、も
しくはＩｎＮ、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系
化合物半導体（Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦
ｙ、ｘ＋ｙ≦１）がある。その他に前記窒化ガリウム系
化合物半導体の一部を、Ｂ、Ｐで置換した、混晶でもよ
い。また、活性層、井戸層、障壁層などに用いられるＩ
ｎを含む窒化物半導体は、具体的には、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ
_1-x-yＮ（０＜ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒
化物半導体を用いることである。また、Ａｌを含む窒化
物半導体として、具体的には、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ
（０≦ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導
体を用いることである。

【００２４】（活性層）本発明における活性層として
は、少なくともＩｎを含む窒化物半導体を有し、特に波
長４３０ｎｍ以上の発光をするものである。ここで、Ｉ
ｎを含む窒化物半導体としては、その組成は特に限定さ
れないが、好ましくはＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）で
表される窒化物半導体を用いることである。このとき、
Ｉｎを含む窒化物半導体には、ノンドープ、ｎ型不純物
ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでもよいが、好まし
くはノンドープ若しくはアンドープ、又はｎ型不純物ド
ープのＩｎを含む窒化物半導体を活性層内に設けること
で、レーザ素子、発光素子などの窒化物半導体素子にお
いて、高出力化が図れる。また、活性層が、量子井戸構
造を有する場合には、このＩｎを含む窒化物半導体が少
なくとも井戸層に用いられる。ここで、量子井戸構造と
しては、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造のどちら
でも良い。好ましくは、多重量子井戸構造とすること
で、出力の向上、発振閾値の低下などが図ることが可能
となる。活性層の量子井戸構造としては、後述する井戸
層、障壁層を積層したものを用いることができる。この
時、量子井戸構造である場合に、井戸層数としては、１
以上４以下とすることで、例えばレーザ素子において
は、閾値電流を低くすることが可能となり好ましく、最
も好ましくは、井戸層数を２とした多重量子井戸構造と
することで、高出力のレーザ素子、発光素子が得られる
傾向にある。

【００２５】図５は本発明の窒化物半導体レーザ素子
（実施例４）において、井戸層の層数のみを変化して閾
値電流を調べたものである。結晶性の観点から、また理
由はわからないが他の観点から、これから組み合わさっ
て、活性層に高混晶のＩｎＧａＮを有する４３０ｎｍ以
上の窒化物半導体レーザ素子の井戸層の層数は２とする
ことが好ましい。

【００２６】また、多重量子井戸構造において、井戸層
に挟まれた障壁層は、特に１層であること（井戸層／障
壁層／井戸層）に限るものではなく、２層若しくはそれ
以上の層の障壁層を、「井戸層／障壁層(1)／障壁層(2)
／障壁層(3)／・・・／井戸層」というように、組成・
不純物量等の異なる障壁層を複数設けても良い。例え
ば、井戸層の上に、Ａｌを含む窒化物半導体からなる上
部障壁層と、その上に上部障壁層よりもエネルギーバン
ドギャップの小さな下部障壁層を設ける構造などがあげ
られる。具体的には、井戸層の上に配置されＡｌを含む
窒化物半導体からなる上部障壁層を設けることで、井戸
層内に、Ｉｎの偏析、Ｉｎ濃度の面内分布を誘発し、量
子ドット、量子細線効果が得られる傾向にあるため、こ
れを用いても良い。この時、Ａｌを含む窒化物半導体と
しては、具体的には、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦
ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用
いることであり、好ましくは３元混晶のＡｌ_zＧａ_1-zＮ
（０＜ｚ≦１）を用いることで、結晶性、制御性良く成
長させることが可能となるため好ましい。また、Ａｌを
含む窒化物半導体は、上部障壁層に限らず、井戸層の下
に配置された下部障壁層としても良く、前記障壁層(1)
と(3)に挟まれた障壁層(2)として設けても良い。好まし
くは、井戸層の下部に接して設けられる下部障壁層以外
に用いることであり、なぜなら良好な結晶性でもって井
戸層が形成される傾向にあり、また上述した量子効果が
得られやすい傾向にあるからである。井戸層の下に接す
る下部障壁層としては、Ａｌを含まない窒化物半導体を
用いることが好ましく、Ｉｎ_xＧａ_{1 -x}Ｎ（０≦ｘ≦１）
の窒化物半導体を用いることが、井戸層の結晶性の点か
ら好ましく、さらにはＩｎ混晶比ｘが０より大きいＩｎ
ＧａＮとする方が、井戸層に対する下地層の効果が得ら
れ好ましい。

【００２７】（井戸層）本発明における井戸層として
は、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いることが好まし
く、この時具体的な組成としては、Ｉｎ_αＧａ_1-αＮ
（０＜α≦１）を好ましく用いることができる。このこ
とにより、良好な発光・発振を可能とする井戸層とな
る。この時、Ｉｎ混晶比により、発光波長を決めること
ができる。

【００２８】また、井戸層の膜厚及び井戸層の数として
は、膜厚及び井戸層の数を任意に決めることが可能であ
る。具体的な膜厚としては、１０Å以上３００Å以下の
範囲とすることで、Ｖ_ｆ、閾値電流密度を低減させるこ
とができる。また、結晶成長の観点からは、１０Å以上
であると膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層
が得られ好ましく、３００Å以下にすることで、結晶欠
陥の発生を低く抑えて結晶成長が可能となる。井戸層の
膜厚が３００Å以上になると、４３０ｎｍ以上のＩｎを
含む井戸層の結晶性は悪くなってしまい、閾値電流密度
が高くなってしまう。活性層内の井戸層数としては、１
以上であり、この時、井戸層の数が４以上である場合に
は、活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層
全体の膜厚が厚くなって、Ｖ_ｆの上昇を招くこととなる
ため、さらに好ましくは井戸層の膜厚を１００Å以下の
範囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好まし
い。特に井戸層数を２とすることにより、閾値電流密度
の低下、寿命特性の向上もみられ最も好ましい。

【００２９】本発明の井戸層には、前記活性層内のＩｎ
を含む窒化物半導体と同様に、ｎ型不純物がドープされ
ていても、いなくても良い。しかしながら、井戸層はＩ
ｎを含む窒化物半導体が用いられ、ｎ型不純物濃度が大
きくなると結晶性が悪化する傾向にあるため、ｎ型不純
物濃度を低く抑えて結晶性の良好な井戸層とすることが
好ましい。具体的には、結晶性を最大限に良好なものと
するために井戸層をアンドープで成長させることであ
り、この時ｎ型不純物濃度は５×１０¹⁶／cm³以下と実
質的にｎ型不純物を含まない井戸層とすることである。
また、井戸層にｎ型不純物をドープする場合には、ｎ型
不純物濃度が１×１０¹⁸／cm³以下５×１０¹⁶／cm³以上
の範囲でドープされていると、結晶性の悪化を低く抑
え、なおかつキャリア濃度を高くすることができ、閾値
電流密度、Ｖ_ｆを低下させることができる。この時、井
戸層のｎ型不純物濃度としては、障壁層のｎ型不純物濃
度とほぼ同じか、若しくは小さくすることで、井戸層で
の発光再結合を促し、発光出力が向上する傾向にあるた
め好ましい。この時、井戸層、障壁層をアンドープで成
長させて、活性層の一部を構成しても良い。

【００３０】特に、大電流で素子を駆動させた場合（高
出力のＬＤ、ハイパワーＬＥＤ、スーパーフォトルミネ
センスダイオードなど）では、井戸層がアンドープで、
実質的にｎ型不純物を含有しないことで、井戸層でのキ
ャリアの再結合が促進され、高い効率での発光再結合が
実現され、逆にｎ型不純物が井戸層にドープされると、
井戸層でのキャリア濃度が高いため、かえって発光再結
合の確率が減少し、一定出力下で駆動電流の上昇を招く
悪循環が発生し、素子の信頼性（素子寿命）が大幅に低
下する傾向にある。このため、このような高出力の素子
では、井戸層のｎ型不純物濃度を、少なくとも１×１０
¹⁸／cm³以下にすることであり、好ましくはアンドープ
若しくは実質的にｎ型不純物を含有しない濃度とするこ
とで、高出力で安定した駆動が可能な窒化物半導体素子
が得られる。また、井戸層にｎ型不純物をドープしたレ
ーザ素子では、レーザ光のピーク波長のスペクトル幅が
広がる傾向にあるため、好ましくなく１×１０¹⁸／c
m³、好ましくは１×１０¹⁷／cm³以下とすることであ
る。

【００３１】（障壁層）本発明において、障壁層の組成
としては、特に限定されないが、井戸層との間にバンド
ギャップエネルギー差が設けられる、井戸層よりもバン
ドギャップエネルギーが大きくなる、ように、井戸層よ
りＩｎ混晶比の低いＩｎを含む窒化物半導体若しくはＧ
ａＮ、Ａｌを含む窒化物半導体などを用いることができ
る。具体的な組成としては、Ｉｎ_βＧａ_1-βＮ（０≦β
＜１，α＞β）、ＧａＮ、Ａｌ_γＧａ_1-γＮ（０＜γ≦
１）などを用いることができる。ここで、井戸層に接し
て下地層となる障壁層（下部障壁層）の場合には、Ａｌ
を含まない窒化物半導体を用いることが好ましい。これ
は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層をＡｌＧａ
ＮなどのＡｌを含む窒化物半導体の上に直接成長させる
と、結晶性が低下する傾向にあり、井戸層の機能が悪化
する傾向にあるためである。

【００３２】また、障壁層には、ｐ型不純物、ｎ型不純
物がドープされていても、ノンドープであっても良い
が、好ましくはｎ型不純物がドープされているかノンド
ープ若しくはアンドープとされていることである。この
時、障壁層中のｎ型不純物をドープする場合にはその濃
度として、少なくとも５×１０¹⁶／cm³以上ドープされ
ていることである。具体的には、例えばＬＥＤである場
合には、５×１０¹⁶／cm ³以上２×１０¹⁸／cm³以下の範
囲でｎ型不純物を有することであり、また、より高出力
のＬＥＤ及び高出力のＬＤでは、５×１０¹⁷／cm³以上
１×１０²⁰／cm³以下の範囲、好ましくは１×１０¹⁸／c
m³以上５×１０¹⁹／cm³以下の範囲でドープされている
ことが好ましく、このように高濃度でドープする場合に
は、井戸層をｎ型不純物を実質的に含まないか、アンド
ープで成長させることが好ましい。

【００３３】一方で、図３、６〜８に示すように、活性
層内で、最も外側で、最もｐ型層１３側に位置する障壁
層２ｃは、好ましくはｎ型不純物を実質的に含まないよ
うにすることで、ｐ型層１３からのキャリアの注入が良
好となり、素子寿命が向上する傾向にある。これは、最
もｐ側の障壁層２ｃは、ｐ型層に接して設けられ、ｐ型
層からのキャリアの注入口となり、ｎ型不純物を有する
場合には、キャリアの注入を妨げていると考えられ、ｎ
型不純物を実質的に含まないことで、ｐ型層１３からの
キャリアがより深部の、ｐ型層から遠くの、井戸層にま
で、安定して効率的にキャリアが注入されるためと考え
られる。これは、特に、大電流で、多量のキャリアを注
入するような、大電流駆動で高出力のＬＤ、ＬＥＤなど
において、顕著にその素子寿命の向上効果が得られる傾
向にある。この時、実質的にｎ型不純物を含まないと
は、最もｐ側の障壁層２ｃのｎ型不純物濃度が、５×１
０¹⁶／cm³未満となるようにすることである。また、こ
の最もｐ側の障壁層２ｃは、好ましくは、活性層内で最
も外側に形成されることが好ましいが、前記効果は小さ
くなるものの最も外側にでない場合、例えば・・・井戸
層／障壁層／井戸層／ｐ型層１３の順に積層された構
造、であっても、その効果は期待できる。この最もｐ側
の障壁層２ｃの位置としては、好ましくは活性層内で最
も外側に配置されること、更に好ましくは、後述するｐ
側電子閉込め層に接して設けられることで、電子の閉込
めと、ｐ型層からのキャリアの注入が更に効率的なもの
となる。さらにまた、最もｐ側の障壁層２ｃが、ｐ型不
純物を有することで、更に深部の井戸層、ｐ型層１３か
ら遠くに位置する井戸層、に対してもｐ型層１３からの
キャリアが効率的に注入され、さらに素子寿命が向上す
る傾向にあるため、ｎ型不純物を実質的に含まず且つｐ
型不純物を含む障壁層とすることが好ましい。この時、
ｐ型不純物量としては、５×１０¹⁶／cm³以上１×１０
²⁰／cm³以下の範囲、好ましくは、５×１０¹⁶／cm³以上
１×１０¹⁸／cm³以下の範囲である。これは、１×１０
²⁰／cm³以上とｐ型不純物を多くしても、キャリア濃度
は殆ど変化しないため、不純物を含有することによる結
晶性の悪化、不純物による光の散乱作用による損失が大
きくなり、かえって活性層における発光効率を低下させ
る。更に、１×１０¹⁸／cm³以下であると、上記不純物
の増加による発光効率の低下を低く抑え、なおかつ活性
層内へのｐ型層からのキャリア濃度を安定して高く保つ
ことが可能となる。加えて、ｐ型不純物の下限として
は、僅かながらでもｐ型不純物を有することが好まし
く、これは不純物が低濃度である場合には、高濃度であ
る場合に比較して高い確率で、ｐ型不純物がキャリアと
して機能するものとなる傾向にあるためである。

【００３４】障壁層の膜厚としては、特に限定されず５
００Å以下、より具体的には井戸層と同様に１０Å以上
３００Å以下の範囲が適用できる。

【００３５】（導波路構造）本発明の窒化物半導体素子
において、素子構造としては、活性層を、ｐ型窒化物半
導体層、ｎ型窒化物半導体層内のｎ型クラッド層とｐ型
クラッド層とで挟み込む構造を少なくとも有するものと
なる。このとき、活性層には、Ｉｎを含む窒化物半導体
を用いることが好ましく、さらに、活性層内で、波長４
３０ｎｍ以上の発光が得られるＩｎ混晶比とすることが
好ましい。また、クラッド層と活性層との間に、活性層
を挟む光ガイド層を設けても良い。ここで、ｐ型クラッ
ド層とｎ型クラッド層とで挟まれる領域を、導波路と呼
ぶ。

【００３６】ここで、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層
としては、Ａｌを含む窒化物半導体が好ましく用いら
れ、このことにより、導波路と両クラッド層との間で、
屈折率差を大きくとることができる。このとき、クラッ
ド層の窒化物半導体には、Ｉｎを含まないことが好まし
く、なぜなら、Ｉｎを含む窒化物半導体は、Ｉｎを含ま
ない場合に比べて、結晶性が悪化する傾向にある。この
とき、クラッド層に用いる窒化物半導体として具体的に
は、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）が好ましく用いられ
る。さらにｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層としては、
Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０．０５＜a＜１）とＧａＮの超格子
とすることで、両クラッド層に挟まれた導波路と、各ク
ラッド層との間に、大きな屈折率差を設けることが可能
となり、光の導波に優れた導波路構造が形成され、その
上に形成する窒化物半導体層の結晶性を悪化させること
なく形成できるので、閾値電流密度の低減および寿命特
性の向上の点で好ましい。

【００３７】本発明において、図２に示す光ガイド層の
ように、クラッド層と活性層との間の層が、導波路の形
成において、重要なものとなる。これは、導波路内に光
を閉じ込めるためには、導波路に比べて相対的にクラッ
ド層の屈折率を下げて、屈折率差を大きくするか、導波
路内の屈折率を大きくすることであるが、活性層からの
光の波長が長くなると、困難な問題が発生する。それ
は、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮとの屈折率差では、波長が
短い領域、例えば４００ｎｍ付近で、大きな屈折率差を
有しているが、波長が長くなるに従って、その屈折率差
が小さくなるからである。このため、クラッド層に用い
られる窒化物半導体のＡｌ混晶比を大きくして、クラッ
ド層の屈折率を小さくするか、若しくは光ガイド層にＩ
ｎを含む窒化物半導体を用いて、導波路内の屈折率を小
さくして、導波路とクラッド層との屈折率差を大きくす
ることが必要になる。しかしながら、クラッド層のＡｌ
混晶比を大きくすると、結晶性の悪化が大きく、またク
ラックなどの発生もあり、リーク電流の原因になるな
ど、素子特性を悪化させるため、クラッド層のように、
厚膜で高いＡｌ混晶比の窒化物半導体を素子構造内に設
けることが困難である。さらに、活性層を除く導波路内
の窒化物半導体層、例えば光ガイド層に、Ｉｎを含む窒
化物半導体を用いて、導波路の屈折率を大きくする構造
では、Ｉｎを含む窒化物半導体による光の閉じ込め係数
の低下が起こり、このため、導波路内で光の損失が発生
し、閾値電流の増大など素子特性の悪化が起こる。

【００３８】従来、活性層の発光波長が長波長になる導
波路構造としては、上述した長波長域におけるＩｎＧａ
ＮとＡｌＧａＮとの屈折率差の低下の問題からと、Ａｌ
高混晶による結晶性の悪化の問題から、導波路内にＩｎ
ＧａＮなどのＩｎを含む窒化半導体を光ガイド層に用い
た構造、例えばＩｎＧａＮ単一膜、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ
多層膜（超格子層）などが考えられていた。しかしなが
ら、ｐ型光ガイド層をＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子多層
膜として結晶性の悪化を低く抑えてもなお素子特性に影
響を及ぼさない程度までの結晶性を得ることが困難であ
り、また、上述したＩｎによる光の損失も素子特性悪化
の大きな原因となる。これは、活性層の発光波長が長く
なるほど、前記ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮとの屈折率差が
小さくなり、導波路内の屈折率を大きくするために光ガ
イド層などに用いる窒化物半導体のＩｎ混晶比を大きく
しなければならないが、Ｉｎ混晶比が大きくなれば結晶
性、光の損失などによる素子特性の悪化も大きくなるこ
とにある。

【００３９】しかしながら、本発明では、導波路内にお
いて、ｐ型クラッド層またはｎ型クラッド層の両方に設
けるか、またはどちらか一方の側にＩｎを含む第１の窒
化物半導体層を用いて導波路全体の屈折率をクラッド層
に比して大きくし、クラッド層との屈折率差を大きくし
素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られるものであ
る。また、どちらか一方に第１の窒化物半導体層を設け
た場合、他方の側に第２の窒化物半導体層を設けること
で、Ｉｎを含む窒化物半導体による結晶性の悪化と、光
の損失を回避し、素子特性に優れる窒化物半導体素子が
得られるものである。以下、各層について、説明する。

【００４０】（第１の窒化物半導体層）本発明における
第１の窒化物半導体層は、導波路内において、活性層と
ｐ型および／またはｎ型クラッド層との間に配置され、
Ｉｎを含む窒化物半導体からなるものである。ここで、
第１の窒化物半導体層の組成としては、好ましくは、Ａ
ｌを含まない窒化物半導体とすることであり、これによ
り、Ａｌを含む窒化物半導体を用いたクラッド層との屈
折率差を大きくすること、すなわち、クラッド層とそれ
に挟まれた導波路において、導波路内を相対的に屈折率
を大きくすることが可能となり、またＩｎ_zＧａ_1-zＮ
（０＜ｚ≦１）で表される窒化物半導体を形成すること
で、結晶性も良い第１の窒化物半導体層を得ることがで
きる。また、第１の窒化物半導体層と活性層若しくはク
ラッド層との間に、別の層を設けても良く、設けなくて
も良く、すなわち、第１の窒化物半導体層を活性層若し
くはクラッド層、又は両方に接して設けても良く、どち
らか一方若しくは両方に離れて設けても良い。また、第
１の窒化物半導体層を、それとは組成の異なる層と交互
に積層するなどして、複数積層した多層膜構造を用いて
も良い。

【００４１】第１の窒化物半導体層の膜厚としては、特
に限定されるものではないが、上述したようにＩｎによ
る閉じ込め係数の低下や光の損失の発生を考慮して、少
なくとも１５００Å以下とすることであり、好ましくは
３００Å以上とすることで導波路全体の屈折率を上昇さ
せ、クラッド層との間に大きな屈折率差を形成すること
ができ、損失が少なく、閾値電流を低減させた優れた導
波路が形成される。

【００４２】第１の窒化物半導体層には、ｐ型層側に形
成した場合、ｐ型不純物がドープされていても、ドープ
されていなくても良いが、好ましくはｐ型不純物をドー
プして、良好なｐ型導電性を有することである。この
時、第１の窒化物半導体層は、Ｉｎを含む窒化物半導体
であるため、不純物をドープすることによる結晶性の悪
化があるため、好ましくはドープ量を１×１０¹⁸／ｃｍ
³以下の範囲とすることで、Ｉｎを含む窒化物半導体に
おける結晶性の悪化を抑制できる。またｎ型層側に形成
した場合、ｎ型不純物がドープされていても、ドープさ
れていなくても良いが、好ましくはｎ型不純物をドープ
して、良好なｎ型導電性を有することである。

【００４３】（第２の窒化物半導体層）本発明におい
て、第２の窒化物半導体層としては、Ｉｎ混晶比が０の
窒化物半導体を用いることであり、この第２の窒化物半
導体層をｎ型クラッド層と活性層との間に設けること
で、活性層における結晶性に優れ、導波路として機能す
る層となる。第２の窒化物半導体層に用いられる窒化物
半導体のＩｎ混晶比ｕを、ｕ＝０とすることで、結晶性
（特に活性層の結晶性）に優れた層を形成でき、結晶性
悪化によるＶ_ｆ、閾値電流の上昇を回避できる。これ
は、Ｉｎを含む窒化物半導体は、Ｉｎを含まないものに
比べて、結晶性が悪化する傾向にありからである。例え
ば、前記第１の窒化物半導体層とこの第２の窒化物半導
体層とで活性層を挟む構造を導波路内に設けること、す
なわちｐ型層側の第１の窒化物半導体層とｎ型層側の第
２の窒化物半導体層とし、両方の層を活性層を介して対
向して配置し、組成が異なることにより、導波路内で異
なる機能を有する非対称な導波路構造としてもよい。

【００４４】第２の窒化物半導体層の組成としては、Ｉ
ｎを含まない窒化物半導体をもちいることであり、好ま
しくはＡｌ_tＧａ_1-tＮ（０≦ｔ＜１）で表される窒化物
半導体を用いることである。また、この時、クラッド層
との屈折率差を設けるため、クラッド層のＡｌ混晶比よ
り第２の窒化物半導体のＡｌ混晶比ｔを小さくすること
が好ましい。更にまた、クラッド層と導波路との屈折率
差を考慮して、ｔ≦０．５として、低いＡｌ混晶比で形
成するか、導波路内の屈折率を最大限に大きくするため
に、ｔ＝０のＧａＮを用いることが最も好ましい。

【００４５】第２の窒化物半導体層は、単一膜で形成さ
れても良く、多層膜で形成されても良い。多層膜として
は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮを複数積層した多層膜でも良
く、Ａｌ混晶比を活性層から離れるに従って大きくする
ような組成傾斜させた層であっても良い。

【００４６】また、第２の窒化物半導体層を光ガイド層
として、例えばｎ型光ガイド層として用いるとき、ｎ型
光ガイド層の膜厚としては、特に限定されるものではな
いが、少なくとも２００Å以上の膜厚で形成すること
で、導波路として良好で、損失の少ない光の導波が実現
され、閾値電流の低下につながり、この時膜厚の上限と
しては４０００Å以下とすることで、閾値電流、Ｖ_ｆの
上昇を抑えることができ、好ましくは５００Å以上２０
００Å以下とすることで、閾値電流、Ｖ_ｆを低くし、光
の導波に適した膜厚の導波路が形成できる。この膜厚に
ついては、クラッド層と活性層に挟まれる領域のｐ型層
側、すなわちｐ型クラッド層と活性層とで挟まれる領域
の膜厚にも適用できる。具体的には、ｐ型クラッド層と
活性層との間に、第１の窒化物半導体層を有する場合に
はその膜厚、第１の窒化物半導体層とｐ型光ガイド層な
どの別の層を有する場合にはそれらの層の膜厚の総和に
ついて、適用できる。このように、クラッド層と活性層
に挟まれた領域の膜厚を、ｐ型層側、ｎ型層側共にほぼ
同等な膜厚として膜厚が活性層を介して対称な導波路構
造としても良く、両者の膜厚を異ならしめて、膜厚が非
対称な導波路構造としても良く、得られる窒化物半導体
素子の特性を考慮して適宜選択すればよい。

【００４７】（ｐ側電子閉込め層）本発明において、ｐ
型窒化物半導体層として、特にレーザ素子、端面発光素
子において、ｐ側電子閉込め層を設けることが好まし
い。このｐ側電子閉込め層としては、Ａｌを含む窒化物
半導体を用いるものであり、具体的にはＡｌ_γＧａ_{1- γ}
Ｎ（０＜γ＜１）を用いる。この時、Ａｌ混晶比γとし
ては、電子閉込め層として機能するように、活性層より
十分に大きなバンドギャップエネルギーを有する（オフ
セットをとる）必要があり、少なくとも０．１≦γ＜１
の範囲とすることであり、好ましくは０．２≦ａ＜０．
５の範囲とすることである。なぜなら、γが０．１以下
であるとレーザ素子において、十分な電子閉込め層とし
て機能せず、０．２以上であると十分に電子閉込め（キ
ャリアの閉込め）がなされ、キャリアのオーバーフロー
を抑え、加えて０．５以下であるとクラックの発生を低
く抑えて成長させることができ、更に好ましくはγを
０．３５以下とすることで良好な結晶性で成長できる。
この時、Ａｌ混晶比は、ｐ型クラッド層よりも大きくす
ることが好ましく、これはキャリアの閉込めには光の閉
込めとなるクラッド層より高い混晶比の窒化物半導体が
必要となるからである。このｐ側電子閉込め層は、本発
明の窒化物半導体素子に用いることができ、特にレーザ
素子のように、大電流で駆動させ、多量のキャリアを活
性層内に注入する場合において、ｐ側電子閉込め層を有
していない場合に比べて、効果的なキャリアの閉込めを
可能とし、レーザ素子だけでなく、高出力のＬＥＤにも
用いることができる。

【００４８】本発明のｐ側電子閉込め層の膜厚として
は、少なくとも１０００Å以下とすることであり、好ま
しくは４００Å以下とすることである。これは、Ａｌを
含む窒化物半導体は、他の窒化物半導体（Ａｌを含まな
い）に比べて、バルク抵抗が大きく、更にｐ側電子閉込
め層のＡｌ混晶比は上述したように高く設定されるた
め、１０００Åを超えて素子内に設けると、極めて高抵
抗な層となり、順方向電圧Ｖｆの大幅な増加を招くこと
となるためであり、４００Å以下であるとＶ_ｆの上昇を
低く抑えることが可能で、更に好ましくは２００Å以下
とすることで更に低く抑えることが可能となる。ここ
で、ｐ側電子閉込め層の膜厚の下限としては、少なくと
も１０Å以上、好ましくは５０Å以上とすることで、電
子閉込めとして良好に機能する。

【００４９】また、レーザ素子において、このｐ側電子
閉込め層は、電子閉込め層として機能させるため、活性
層とクラッド層との間に設けるものであり、更に第１の
窒化物半導体層と活性層との間に設けることであり、更
に活性層に接して設けることである。この時、活性層と
ｐ側電子閉込め層との距離は、少なくとも１０００Å以
下とすることでキャリアの閉込めとして機能し、好まし
くは５００Å以下とすることで良好なキャリアの閉込め
が可能となる。すなわち、ｐ側電子閉込め層は活性層に
近いほどキャリアの閉込めが効果的に機能し、その上レ
ーザ素子、発光素子において活性層とｐ側電子閉込め層
との間には、殆どの場合、特に他の層を必要とすること
がないため、通常は活性層に接してｐ側電子閉込め層を
設けうることが最も好ましい。

【００５０】ここで、ｐ側電子閉込め層として、具体的
には、ｐ側電子閉込め層が活性層に近いほど閾値電流密
度を低下させれるが、近くなるほど素子寿命が低下させ
るものとなる。これは、上述したように、ｐ側電子閉込
め層が他の層に比べて極めて高い抵抗を有する層である
ため、素子駆動時において発熱量の大きなものとなり、
すなわち素子内において高温を呈しているものと考えら
れ、これが熱に弱い活性層、井戸層に悪影響を及ぼし素
子寿命を大きく低下させているものと考えられる。一方
で、上述したように、キャリアの閉込めを担うｐ側電子
閉込め層は、活性層、特に井戸層に近づくほどキャリア
の閉込めが効果的になるため、活性層から離れるとその
効果が弱まる。

【００５１】従って、素子寿命の低下を抑えるために、
図５、６において、活性層内で最もｐ側電子閉込め層に
近い井戸層１ｂからｐ側電子閉込め層２８の距離を少な
くとも１００Å以上とすることであり、好ましくは１２
０Å以上とすることであり、更に好ましくは１４０Å以
上とすることである。なぜなら、井戸層とｐ側電子閉込
め層との距離が１００Åより短いと、素子寿命が急激に
低下する傾向が観られるためであり、１２０Å以上であ
ると素子寿命の大幅な向上が可能であり、１５０Å以上
であると更に素子寿命が向上する傾向にあるが、閾値電
流密度は徐々に高くなる傾向が観られ始める。更に、そ
の距離が２００Åより大きくなると、閾値電流密度の明
らかな上昇傾向が観られ、４００Åより大きいと閾値電
流密度の急激な上昇が起こる傾向にあるため、上記距離
の上限としては、４００Å以下、好ましくは２００Å以
下とすることである。これは、ｐ側電子閉込め層が井戸
層から離れることで、キャリア閉込めの効率が低下し、
これが主な原因となって閾値電流密度が上昇し、また発
光効率の低下を招くものと考えられる。

【００５２】本発明のｐ側電子閉込め層には、通常ｐ型
不純物がドープされ、レーザ素子、ハイパワーＬＥＤな
どの大電流で駆動させる場合には、キャリアの移動度を
高めるため、高濃度でドープする。具体的なドープ量と
しては、少なくとも５×１０ ¹⁶／cm³以上ドープするこ
とで、好ましくは１×１０¹⁸／cm³以上ドープすること
であり、前記大電流駆動の素子にあっては、１×１０¹⁸
／cm³以上、好ましくは１×１０¹⁹／cm³以上ドープする
ことである。ｐ型不純物量の上限は特に限定されない
が、１×１０²¹／cm³以下とすることである。但し、ｐ
型不純物量が多くなると、バルク抵抗が大きくなる傾向
にあり、結果としてＶ_ｆが上昇することになるため、こ
れを回避する場合に好ましくは、必要なキャリア移動度
を確保しうる最低限のｐ型不純物濃度とすることであ
る。

【００５３】本発明の窒化物半導体素子では、実施例に
示すように、ストライプ状の導波路として、リッジを設
けた後、リッジ側面に埋込層となる絶縁膜を形成する。
この時、埋込層としては、ここで、第２の保護膜の材料
としてはＳｉＯ_２以外の材料、好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚ
ｒ、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、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、
ＡｌＮの内の少なくとも一種で形成することが望まし
く、その中でもＺｒ、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、ＳｉＣを用
いることが特に好ましい。更に、埋込層として、半絶縁
性、ｉ型の窒化物半導体、リッジ部とは逆の導電型、実
施例においてはｎ型の窒化物半導体、電流狭窄層とする
にはＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体、等を用
いることができる。また、エッチングなどによりリッジ
を設けずに、Ｂ、Ａｌなどのイオンを注入して、非注入
領域をストライプ状として、電流が流れる領域とする構
造をとることもできる。この時用いられる窒化物半導体
としては、Ｉｎ_xＡｌ_1-yＧａ _1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）で表される窒化物半導体を好ま
しく用いることができる。

【００５４】また、リッジ幅としては、１μｍ以上３μ
ｍ以下、好ましくは１．５μｍ以上２μｍ以下とするこ
とで、光ディスクシステムの光源として、優れたスポッ
ト形状、ビーム形状のレーザ光が得られる。

【００５５】（窒化物半導体基板）本発明では、波長４
３０ｎｍ以上での比較的長波長領域での窒化物半導体で
あることから、活性層内におけるＩｎ混晶比は大きくな
る。また、導波路の屈折率を大きくするために第１の窒
化物半導体を設けており、Ｉｎを含む層が多くなってし
まい、前述の通りＩｎ混晶比が大きくなることによる結
晶性の悪化は避けられない。そこで、基板表面の転位密
度が１×１０^７ｃｍ^−２以下の窒化物半導体基板上に素
子構造を形成する窒化物半導体層を形成することが好ま
しい。転位密度が小さい、すなわち結晶性の良い窒化物
半導体基板を得るためには、一般に知られているＨＶＰ
Ｅ（ハイドライド気相成長法）や、ＭＯＶＰＥを用いた
ＥＬＯＧ成長を用いる。ＨＶＰＥを用いることによっ
て、窒化物半導体基板表面の転位密度はおおよそ７×１
０^６ｃｍ^−２以下まで小さくすることが可能で、またＥ
ＬＯＧ成長によると、おおよそ２×１０^６ｃｍ^−２以下
まで転位密度を小さくすることが可能である。このＥＬ
ＯＧ成長とは、下地の窒化物半導体上に保護膜を部分的
に形成し、その後保護膜の形成面上に窒化物半導体層を
選択成長させてなるもので、転位の進行を防止するのに
好ましい成長方法である。保護膜としては具体的には酸
化ケイ素（ＳｉＯ_Ｘ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_ＸＮ_Ｙ）、窒
化チタン（ＴｉＯ_Ｘ）、酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ_Ｘ）、等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の
他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いること
ができる。この保護膜の形成には、例えば蒸着、スパッ
タ、ＣＶＤ等の気相成膜技術が用いられ、部分的（選択
的）な形成にはフォトリソグラフィー技術を用いること
ができる。保護膜の形状としては、例えばドット、スト
ライプ、碁盤目状の形状で形成できるが、好ましい形態
としてはストライプで形成する。また保護膜のストライ
プは、保護膜の露出部分（窓部）の幅は１０μｍ以下、
さらに好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは３μｍ以
下に、保護膜の幅は１０μｍ以上に調整する。更に結晶
欠陥の少ない窒化物半導体層を得るためには、窓部の幅
（Ｗ_Ｗ）と保護膜の幅（ストライプ幅：Ｗ_Ｓ）の比Ｗ_Ｗ
／Ｗ_Ｓを、０．１〜０．５とすることが望ましく、好ま
しくは０．２〜０．３とする。またこのストライプは、
下地の窒化物半導体のＭ軸方向、＜１−１００＞、＜１
０−１０＞及び＜０１−１０＞のいずれかのＭ軸方向よ
り０．１°〜０．７°ずれた方向に、さらに好ましくは
０．１°〜０．４°ずれた方向に形成すると、窒化物半
導体の横方向の成長を促進でき、転位の伝搬を抑制する
と共に、表面モフォロジーを良好にするのに好ましい。
またＥＬＯＧ成長と同様の効果の方法として、サファイ
ア基板上に一旦ＧａＮを成長させ、このＧａＮにエッチ
ングなどにより凹凸を形成し、更にこの上からＧａＮを
成長させる。この方法を用いてもエピタキシャル成長層
が形成され、保護膜を形成してＥＬＯＧ成長させた場合
とほぼ同様の効果が得られる。このＥＬＯＧ成長によっ
て、窒化物半導体基板を形成した場合、窓部から成長を
始めた窒化物半導体が保護膜上に横方向成長していき、
転位の進行が抑制されるので、保護膜上における窒化物
半導体基板表面の転位密度は必ずしも小さいというもの
ではない。よって、窒化物半導体基板上に形成する素子
構造において、特に活性層の発光部は、窒化物半導体基
板の窓部（凹部）上に形成するのが好ましい。

【００５６】ここで、各図について以下に説明する。図
２、３は、本発明の一実施形態に係る模式断面図であ
り、特にレーザ素子構造、発光素子構造において、活性
層１２がｎ型層１１とｐ型層１３とで挟み込まれる構造
を示すものである。図２は、活性層１２が上部クラッド
層３０と下部クラッド層２５で挟まれ、活性層１２と上
部クラッド層３０との間に電子閉込め層であるｐ側電子
閉込め層２８を有する素子構造を説明するものである。
図３，４は、本発明の特徴として、上部、下部クラッド
層に挟まれた領域の導波路内に、前記第１の窒化物半導
体層、第２の窒化物半導体層が設けられ、第１の窒化物
半導体層は、ｎ型光ガイド層２６と活性層１２との間、
およびｐ型光ガイド層２９と活性層１２との間に設けら
れ、第２の窒化物半導体層は、ｎ型光ガイド層２６、お
よびｐ型光ガイド層２９に用いられる。また、図３は、
活性層１２の量子井戸構造について図示するもので、障
壁層２ａ／井戸層１ａを一対として繰り返し積層され、
最後に障壁層２ｃが設けられた構造を有している。図６
〜８は、本発明の一実施形態における活性層１２、上
部、下部クラッド層で挟まれる領域の導波路構造、及び
活性層周辺についての積層構造２０と、その積層構造２
０の下に、それに対応したエネルギーバンドギャップ２
１を示すものである。

【００５７】

【実施例】［実施例１］以下、実施例として、図１に示
すようなレーザ素子構造、また図６に示す導波路構造に
ついて、窒化物半導体を用いたレーザ素子について、説
明する。

【００５８】ここで、本実施例では、ＧａＮ基板を用い
ているが、基板として窒化物半導体と異なる異種基板を
用いても良い。異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ
面、及びＡ面のいずれか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（６
Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、
Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、
窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られ
ており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることが
できる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピ
ネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルし
ていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルした
ものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結
晶性よく成長させるため好ましい。更に、異種基板を用
いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層と
なる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨など
の方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として
素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、
異種基板を除去する方法でも良い。

【００５９】異種基板を用いる場合には、バッファ層
（低温成長層）、窒化物半導体（好ましくはＧａＮ）か
らなる下地層を介して、素子構造を形成すること、窒化
物半導体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上
に設ける下地層（成長基板）として、その他に、ELOG(E
pitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半
導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。EL
OG層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層
を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保
護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半
導体を成長させる非マスク領域を、ストライプ状に設
け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させるこ
とで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成
されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長
して成膜された層などがある。その他の形態では、異種
基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、そ
の開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜され
る層でもよい。

【００６０】（基板１０１） 基板として、異種基板に
成長させた窒化物半導体、本実施例ではＧａＮ、を厚膜
（１００μｍ）で成長させた後、異種基板を除去して、
８０μｍのＧａＮからなる窒化物半導体基板を用いる。
基板の詳しい形成方法は、以下の通りである。２インチ
φ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭ
ＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にし
て、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ
₃）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜
厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンドープのＧ
ａＮを１．５μｍの膜厚で成長させて、下地層とする。
次に、下地層表面にストライプ状のマスクを複数形成し
て、マスク開口部（窓部）から窒化物半導体、本実施例
ではＧａＮを選択成長させて、横方向の成長を伴った成
長（ＥＬＯＧ）により成膜された窒化物半導体層を、さ
らに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層
を除去して、窒化物半導体基板を得る。この時、選択成
長時のマスクは、ＳｉＯ₂からなり、マスク幅１５μ
ｍ、開口部（窓部）幅５μｍとする。

【００６１】（バッファ層１０２） 窒化物半導体基板
の上に、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ（トリメチル
ガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アン
モニアを用い、Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるバッファ層
１０２を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＡｌＧ
ａＮのｎ型コンタクト層と、ＧａＮからなる窒化物半導
体基板との間で、バッファ層として機能する。次に、窒
化物半導体からなる下地層の上に、素子構造となる各層
を積層する。

【００６２】（ｎ型コンタクト層１０３）次に得られた
バッファ層１０２上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉド
ープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層
１０３を４μｍの膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト
層、若しくはバッファ層などの下地層に、Ａｌを含む窒
化物半導体、具体的にはＡｌ _xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦
１）、を用いることで、ＧａＮなどのＡｌを含まない窒
化物半導体に比べて、ＥＬＯＧを用いたことによる結晶
性の悪化、特にピットの発生を抑えて、良好な下地層表
面を提供できる傾向にあり、Ａｌを含む窒化物半導体を
用いることが好ましい。

【００６３】（クラック防止層１０４） 次に、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用
い、温度を８００℃にしてＩｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎよりなる
クラック防止層１０４を０．１５μｍの膜厚で成長させ
る。なお、このクラック防止層は省略可能である。

【００６４】（ｎ型クラッド層１０５） 次に、温度を
１０５０℃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_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりな
るＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止
め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１
０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Å
の膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ２０
０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚１μｍの多
層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０６を成
長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌ混晶比
としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十
分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることが
できる。

【００６５】（ｎ型光ガイド層１０６：ｎ側第２の窒化
物半導体層３２ｂ） 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型光ガイド層１０６を０．１μｍの膜厚で成長さ
せる。また、ｎ型不純物をドープしてもよい。

【００６６】（ｎ側第１の窒化物半導体３１ｂ） 次
に、図６に示すように、温度を８００℃にして、原料ガ
スにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧを用い、
ＳｉドープのＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ、膜厚５００Åよりな
る第１の窒化物半導体層を形成する。

【００６７】（活性層１０７） 次に、同様の温度で、
図６に示すように、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）、ＴＭＧを用い、アンドープのＩｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎよりなる障壁層、その上に、アンドープのＩｎ
_0.32Ｇａ_0.68Ｎよりなる井戸層を、障壁層２ａ／井戸層
１ａ／障壁層２ｂ／井戸層１ｂ／障壁層２ｃの順に積層
する。この時、図６に示すように、障壁層２ａ、２ｂ、
２ｃを１３０Åの膜厚で、井戸層１ａ、１ｂを２５Åの
膜厚で形成する。活性層１０７は、総膜厚約４４０Åの
多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。

【００６８】（ｐ側電子閉込め層１０８） 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、不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエ
ニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０^１９／ｃｍ
^３ドープしたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなるｐ型電子閉込層
１０８を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に
設けられていなくても良いが、設けることで電子閉込め
として機能し、閾値の低下に寄与するものとなる。

【００６９】（ｐ側第１の窒化物半導体３１ａ） 次
に、図６に示すように、温度を８００℃にして、原料ガ
スにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧを用い、
不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇを用い、ＭｇドープのＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎ、膜厚５００Åよりなる第１の窒化物半
導体層を形成する。

【００７０】（ｐ型光ガイド層１０９：ｐ側第２の窒化
物半導体層３２ａ） 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型光ガイド層１０９を０．１５μｍの
膜厚で成長させる。

【００７１】このｐ型光ガイド層１０９は、アンドープ
として成長させるが、第１の窒化物半導体３１ａ、ｐ型
クラッド層１０９等の隣接層からのＭｇの拡散により、
Ｍｇ濃度が５×１０^１６／ｃｍ^３となりｐ型を示す。ま
たこの層は成長時に意図的にＭｇをドープしても良い。

【００７２】（ｐ型クラッド層１１０） 続いて、１０
５０℃でアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ_２Ｍ
ｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜
厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５
μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１１０を成長さ
せる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒
化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギー
が異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場
合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわ
ゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にある
が、両方に同じようにドープしても良い。クラッド層１
１０は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくはＡｌ_X
Ｇａ_1-XＮ（０＜X≦１）を含む超格子構造とすることが
望ましく、さらに好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮとを積
層した超格子構造とする。ｐ側クラッド層１１０を超格
子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶
比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率
が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大き
くなるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。
さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発
生するピットが超格子にしないものよりも少なくなるの
で、ショートの発生も低くなる。

【００７３】（ｐ型コンタクト層１１１） 最後に、１
０５０℃で、ｐ型クラッド層１１０の上に、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１１１を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コン
タクト層１１１はｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましく
はＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極１２０と最
も好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層１
１１は電極を形成する層であるので、１×１０¹⁷／cm³
以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０
¹⁷／cm³よりも低いと電極と好ましいオーミックを得る
のが難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成
をＧａＮとすると、電極材料と好ましいオーミックが得
られやすくなる。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。

【００７４】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最
上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ_２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ＳｉＣｌ_４ガスによりエッチングし、図１に示すよう
に、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０３の表面
を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチン
グするには保護膜としてＳｉＯ_２が最適である。

【００７５】次に上述したストライプ状の導波路領域と
して、リッジストライプを形成する。まず、最上層のｐ
型コンタクト層（上部コンタクト層）のほぼ全面に、Ｐ
ＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ_２）よ
りなる第１の保護膜１６１を０．５μｍの膜厚で形成し
た後、第１の保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ_４
ガスを用い、フォトリソグラフィー技術によりストライ
プ幅１．６μｍの第１の保護膜１６１とする。この時、
リッジストライプの高さ（エッチング深さ）は、ｐ型コ
ンタクト層１１１、およびｐ型クラッド層１０９、ｐ型
光ガイド層１１０の一部をエッチングして、ｐ型光ガイ
ド層１０９の膜厚が０．１μｍとなる深さまでエッチン
グして、形成する。

【００７６】次に、リッジストライプ形成後、第１の保
護膜１６１の上から、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ_２）
よりなる第２の保護膜１６２を、第１の保護膜の上と、
エッチングにより露出されたｐ型光ガイド層１０９の上
に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。

【００７７】第２の保護膜１６２形成後、ウエハを６０
０℃で熱処理する。このようにＳｉＯ_２以外の材料を第
２の保護膜として形成した場合、第２の保護膜成膜後
に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化物半
導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理することに
より、第２の保護膜が第１の保護膜の溶解材料（フッ
酸）に対して溶解しにくくなるため、この工程を加える
ことがさらに望ましい。

【００７８】次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第１の保
護膜１６１をリフトオフ法により除去する。このことに
より、ｐ型コンタクト層１１１の上に設けられていた第
１の保護膜１６１が除去されて、ｐ型コンタクト層が露
出される。以上のようにして、図１に示すように、リッ
ジストライプの側面、及びそれに連続する平面（ｐ型光
ガイド層１０９の露出面）に第２の保護膜１６２が形成
される。

【００７９】このように、ｐ型コンタクト層１１２の上
に設けられた第１の保護膜１６１が、除去された後、図
１に示すように、その露出したｐ型コンタクト層１１１
の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０を形成する。
但しｐ電極１２０は１００μｍのストライプ幅として、
図１に示すように、第２の保護膜１６２の上に渡って形
成する。第２の保護膜１６２形成後、既に露出させたｎ
型コンタクト層１０３の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるス
トライプ状のｎ電極１２１をストライプと平行な方向で
形成する。

【００８０】次に、ｎ電極を形成するためにエッチング
して露出された面でｐ，ｎ電極に、取り出し電極を設け
るため所望の領域にマスクし、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２より
なる誘電体多層膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮ
ｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００
Å）よりなる取り出し（パット）電極１２２，１２３を
それぞれ設けた。この時、活性層１０７の幅は、２００
μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）であり、共振
器面（反射面側）にもＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よりなる誘電
体多層膜が設けられる。

【００８１】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物
半導体のＭ面（ＧａＮのＭ面、（1 1- 0 0）など）でバ
ー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ
素子を得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。
このようにして得られるレーザ素子は、図６に示す積層
構造２０、及びバンドギャップエネルギー図となるもの
である。

【００８２】得られるレーザ素子は、閾値電流密度２．
８ｋＡ／ｃｍ²、波長４４８ｎｍの窒化物半導体素子が
得られ、比較例１の光ガイド層をＩｎＧａＮとした場合
に比べて、長波長域において、低い閾値電流密度のレー
ザが得られる。

【００８３】［実施例２］実施例１において、ｎ側第１
の窒化物半導体３１ｂを除いた他は同様に形成する。
得られるレーザ素子は、比較例１の光ガイド層をＩｎＧ
ａＮとした場合に比べて、長波長域において、低い閾値
電流密度のレーザが得られる。また、実施例１と比べて
活性層における結晶性が良好となることから、長寿命の
窒化物半導体素子が得られる。

【００８４】［実施例３］実施例２において、障壁層２
のＩｎ混晶比より低い混晶比のアンドープＩｎ_{0. 025}Ｇ
ａ_0.975Ｎからなるｐ側第１の窒化物半導体層３１ａを
５００Åの膜厚で形成する。得られるレーザ素子は、ｐ
側第１の窒化物半導体層３１のＩｎ混晶比が実施例１よ
りも小さいことから、上部、下部クラッド層に挟まれた
導波路、本実施例ではｎ型光ガイド層、ｐ型光ガイド層
で挟まれる領域、とクラッド層との屈折率差が、実施例
１に比べて小さくなるため、閾値電流が大きくなるもの
の、長波長レーザ素子としてなお優れた特性のものが得
られる。

【００８５】［実施例４］実施例１において、ｐ側第１
の窒化物半導体３１ａを除いた他は同様に形成する。得
られるレーザ素子は、比較例１の光ガイド層をＩｎＧａ
Ｎとした場合に比べて、長波長域において、低い閾値電
流密度のレーザが得られる。また、実施例１と比べて長
寿命の窒化物半導体素子が得られる。

【００８６】図８は、実施例４において、井戸層１のＩ
ｎ混晶比を変化させて、波長４２５〜４５０ｎｍのレー
ザ素子を作製し、閾値電流密度Ｊ_ｔｈを測定して、閾値
電流密度の波長依存性を示すものである。図８から明ら
かなように、４３０ｎｍ以下の短波長域では、比較例１
のようにＩｎＧａＮ単層の上部、下部光ガイド層で活性
層を挟む構造を導波路構造に用いる方が、閾値電流密度
が低い傾向にあり、４４０ｎｍ付近（４３５ｎｍ〜４４
５ｎｍ）で、比較例１と実施例４の閾値電流密度が逆転
し、４４０ｎｍ以上の長波長の領域では、実施例４がな
だらかな上昇傾向を示すのに対し、比較例１は、急激な
上昇傾向が観られることがわかる。実施例４のように、
本発明の特徴である第１の窒化物半導体層、第２の窒化
物半導体層とで活性層を挟み込む構造を、導波路内に設
けることで、上述したようなＩｎによる光の損失、ｐ型
光ガイド層の結晶性の問題を改善でき、長波長域におい
て優れた素子特性の窒化物半導体素子が得られることが
わかる。

【００８７】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子によれば、長
波長域、特に４３０ｎｍ以上において、閾値電流を低く
抑えたレーザ素子、および素子特性に優れる端面発光素
子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す模式断面図。

【図２】本発明の一実施形態を示す模式断面図。

【図３】本発明の一実施形態を示す模式断面図。

【図４】本発明の一実施形態を説明する模式図。

【図５】本発明の一実施形態における閾値電流密度の井
戸層の層数依存性を示す図。

【図６】本発明の一実施形態を説明する模式図。

【図７】本発明の一実施形態を説明する模式図。

【図８】本発明の一実施形態を説明する模式図。

【図９】本発明の一実施形態と従来の実施形態における
閾値電流密度の波長依存性を示す図。

【符号の説明】

１・・・井戸層 ２・・・障壁層 １１・・・ｎ型窒化物半導体層 １２・・・活性層 １３・・・ｐ型窒化物半導体層 ２０・・・積層構造 １０１・・・基板（ＧａＮ基板） １０２・・・バッファ層 １０３・・・ｎ型コンタクト層 １０４・・・クラック防止層 １０５、２５・・・ｎ型クラッド層、下部クラッド層 １０６、２６・・・ｎ型光ガイド層、下部光ガイド層 １０７、２７・・・活性層 １０８、２８・・・ｐ側電子閉込め層 １０９、２９・・・ｐ型光ガイド層、上部光ガイド層 １１０、３０・・・ｐ型クラッド層、上部クラッド層 １１１・・・ｐ型コンタクト層 １２０・・・ｐ電極 １２１・・・ｎ電極 １２２・・・ｐパッド電極 １２３・・・ｎパッド電極 １３１、３１ａ、３１ｂ・・・第１の窒化物半導体層 ３２ａ、３２ｂ・・・第２の窒化物半導体層 １６３・・・第３の保護膜 １６４・・・絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA44 CA03 CA34 CA49 CA57 CA83 CB05 FF13 5F045 AB14 AB17 AB18 AC07 AC12 AF02 AF04 AF09 CA11 CA12 DA52 DA54 DA55 DA57 DA64 5F073 AA13 AA45 AA74 AA83 BA06 BA07 CA07 CB02 CB05 CB22 DA07 EA23

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】窒化物半導体基板上に、活性層をｐ型クラ
   ッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を有する窒化
   物半導体素子において、該活性層は、井戸層の全積層数
   が２以下である、障壁層と井戸層とからなる量子井戸構
   造であり、ｎ型クラッド層と活性層との間、およびｐ型
   クラッド層と活性層との間の両方にはＩｎ混晶比が０で
   ある第２の窒化物半導体層を有し、 さらに前記活性層と第２の窒化物半導体層との間に、Ｉ
   ｎを含む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を
   有することを特徴とする窒化物半導体素子。
2. 【請求項２】窒化物半導体基板上に、活性層をｐ型クラ
   ッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を有する窒化
   物半導体素子において、該活性層が、井戸層の全積層数
   が２以下である、障壁層と井戸層とからなる量子井戸構
   造であり、ｎ型クラッド層と活性層との間、またはｐ型
   クラッド層と活性層との間のどちらか一方にはＩｎを含
   む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、
   他方にはＩｎ混晶比が０である第２の窒化物半導体層を
   有することを特徴とする窒化物半導体素子。
3. 【請求項３】窒化物半導体基板上に、活性層をｐ型クラ
   ッド層とｎ型クラッド層とで挟み込む構造を有する窒化
   物半導体素子において、該活性層が、井戸層の全積層数
   が２以下である、障壁層と井戸層とからなる量子井戸構
   造であり、ｐ型クラッド層と活性層との間にはＩｎを含
   む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、
   ｎ型クラッド層と活性層との間にはＩｎ混晶比が０であ
   る第２の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化
   物半導体素子。
4. 【請求項４】前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層が、
   Ａｌを含む窒化物半導体を有することを特徴とする請求
   項１乃至請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体素
   子。
5. 【請求項５】前記ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層が、
   Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０．０５＜a＜１）とＧａＮの超格子
   からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいず
   れかに記載の窒化物半導体素子。
6. 【請求項６】前記活性層が、Ｉｎを含む窒化物半導体か
   らなる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前記第１の
   窒化物半導体層のＩｎ混晶比が井戸層のＩｎ混晶比より
   小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれ
   かに記載の窒化物半導体素子。
7. 【請求項７】前記井戸層の膜厚が３００オングストロー
   ム以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の
   いずれかに記載の窒化物半導体素子。
8. 【請求項８】前記活性層と第１の窒化物半導体層との間
   に、Ｉｎ混晶比が０である窒化物半導体からなるｎ型ま
   たはｐ型光ガイド層を有することを特徴とする請求項２
   乃至請求項７のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
9. 【請求項９】前記窒化物半導体基板の表面において、少
   なくとも前記活性層の発光部下の基板表面の転位密度は
   １×１０^７ｃｍ^−２以下であることを特徴とする請求項
   １乃至請求項８のいずれかに記載の窒化物半導体素子。