JP2002324946A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子Info
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- JP2002324946A JP2002324946A JP2001127218A JP2001127218A JP2002324946A JP 2002324946 A JP2002324946 A JP 2002324946A JP 2001127218 A JP2001127218 A JP 2001127218A JP 2001127218 A JP2001127218 A JP 2001127218A JP 2002324946 A JP2002324946 A JP 2002324946A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビーム形状，光およびキャリアの閉じ込め効
率に対して影響を与えずに、活性層への応力の影響を低
減することの可能なIII族窒化物半導体発光素子を提供
する。 【解決手段】 ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１０
５とｎ−ＧａＮガイド層１０７との間、および、ｐ−Ｇ
ａＮガイド層１０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド
層１１１との間に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇ
ａ0.9Ｎ応力緩和層１０６、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ
0.9Ｎ応力緩和層１１０が設けられている。
率に対して影響を与えずに、活性層への応力の影響を低
減することの可能なIII族窒化物半導体発光素子を提供
する。 【解決手段】 ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１０
５とｎ−ＧａＮガイド層１０７との間、および、ｐ−Ｇ
ａＮガイド層１０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド
層１１１との間に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇ
ａ0.9Ｎ応力緩和層１０６、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ
0.9Ｎ応力緩和層１１０が設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用半導体レ
ーザや光ディスク用光源などに利用されるIII族窒化物
半導体発光素子に関する。
ーザや光ディスク用光源などに利用されるIII族窒化物
半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクの大容量化に代表され
る短波長半導体レーザーのニーズの高まりにより、発振
波長６３５〜６５０ｎｍの赤色可視光半導体レーザーに
よるＤＶＤ規格に続く、次世代高密度ディスク規格用光
源として、ＧａＮ系材料による青紫半導体レーザーに期
待が寄せられている。
る短波長半導体レーザーのニーズの高まりにより、発振
波長６３５〜６５０ｎｍの赤色可視光半導体レーザーに
よるＤＶＤ規格に続く、次世代高密度ディスク規格用光
源として、ＧａＮ系材料による青紫半導体レーザーに期
待が寄せられている。
【０００３】この材料系の問題点として、格子整合する
高品位のエピタキシャル成長用基板が存在しないことが
挙げられるが、サファイア基板上への低温バッファーの
成膜などのブレークスルーにより、高輝度の青及び緑Ｌ
ＥＤの量産の成功に続き、発振波長４００ｎｍの青紫半
導体レーザーが市販され始めている。
高品位のエピタキシャル成長用基板が存在しないことが
挙げられるが、サファイア基板上への低温バッファーの
成膜などのブレークスルーにより、高輝度の青及び緑Ｌ
ＥＤの量産の成功に続き、発振波長４００ｎｍの青紫半
導体レーザーが市販され始めている。
【０００４】現在研究中のＧａＮ系レーザーでは、Ｉｎ
組成を変えたＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸を活性層
に用い、ＧａＮをガイド層に用い、ＡｌＧａＮをクラッ
ド層に用いている。しかし、この構成により作製された
素子は、クラッド層と活性層との価電子帯のバンドギャ
ップΔＥｃが小さく、動作時に注入キャリアが活性層か
らクラッド層にオーバーフローしてしまうという問題が
発生する。このキャリアのオーバーフローは、半導体レ
ーザ素子の閾電流を増加させ、また温度特性を低下させ
てしまう。
組成を変えたＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸を活性層
に用い、ＧａＮをガイド層に用い、ＡｌＧａＮをクラッ
ド層に用いている。しかし、この構成により作製された
素子は、クラッド層と活性層との価電子帯のバンドギャ
ップΔＥｃが小さく、動作時に注入キャリアが活性層か
らクラッド層にオーバーフローしてしまうという問題が
発生する。このキャリアのオーバーフローは、半導体レ
ーザ素子の閾電流を増加させ、また温度特性を低下させ
てしまう。
【０００５】また、クラッド層に用いるＡｌＧａＮのＡ
ｌ組成が高いほど光の閉じ込め効率が上がることがわか
っているが、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮ膜は格子定数差が
大きく、十分な厚さのクラッド層をクラック無しに成長
する方法は得られていない。
ｌ組成が高いほど光の閉じ込め効率が上がることがわか
っているが、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮ膜は格子定数差が
大きく、十分な厚さのクラッド層をクラック無しに成長
する方法は得られていない。
【０００６】このような問題に対し、Nakamura et.al.
による文献「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２
（２），ｐｐ２１１−２１３，１９９８」（従来技術
１）では、キャリアのオーバーフローに対しては、Ｉｎ
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ ＭＱＷのｐ側に、２０ｎｍの厚さ
のＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層をキャリアのオーバーフロースト
ップ層として設けている。オーバーフローストップ層
は、Ａｌ組成が大きくバンドギャップの大きな材料を用
いれば、活性層の近くに薄く積層するのみで、キャリア
のオーバーフローを抑制することができる。また、この
従来技術１では、クラッド層に超格子構造（Ａｌ0.14Ｇ
ａ0.86Ｎ／ＧａＮ超格子）を用いることで、Ａｌ組成の
大きな材料をクラッド層に用い、光の閉じ込め効率を上
げることを試みている。さらに、基板とｎ型クラッド層
との間に、ＩｎＧａＮ層による応力緩和層を設けて、基
板とクラッド層との格子定数の違いによる応力の影響を
緩和し、積層可能なクラッド層の厚さを増す構造となっ
ている。しかし、この構造では、緩和される応力は、基
板とｎ型クラッド層との間に発生しているもののみであ
る。キャリアや光の閉じ込めを重視し、Ａｌ組成の大き
な膜をクラッド層やキャリアのオーバフローストップ層
に用いた場合には、活性層に大きな応力がかかり、結果
として、動作時の転移の増殖や高出力時の安定動作に問
題があり、長寿命かつ大出力のレーザー素子は得られな
い。
による文献「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２
（２），ｐｐ２１１−２１３，１９９８」（従来技術
１）では、キャリアのオーバーフローに対しては、Ｉｎ
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ ＭＱＷのｐ側に、２０ｎｍの厚さ
のＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層をキャリアのオーバーフロースト
ップ層として設けている。オーバーフローストップ層
は、Ａｌ組成が大きくバンドギャップの大きな材料を用
いれば、活性層の近くに薄く積層するのみで、キャリア
のオーバーフローを抑制することができる。また、この
従来技術１では、クラッド層に超格子構造（Ａｌ0.14Ｇ
ａ0.86Ｎ／ＧａＮ超格子）を用いることで、Ａｌ組成の
大きな材料をクラッド層に用い、光の閉じ込め効率を上
げることを試みている。さらに、基板とｎ型クラッド層
との間に、ＩｎＧａＮ層による応力緩和層を設けて、基
板とクラッド層との格子定数の違いによる応力の影響を
緩和し、積層可能なクラッド層の厚さを増す構造となっ
ている。しかし、この構造では、緩和される応力は、基
板とｎ型クラッド層との間に発生しているもののみであ
る。キャリアや光の閉じ込めを重視し、Ａｌ組成の大き
な膜をクラッド層やキャリアのオーバフローストップ層
に用いた場合には、活性層に大きな応力がかかり、結果
として、動作時の転移の増殖や高出力時の安定動作に問
題があり、長寿命かつ大出力のレーザー素子は得られな
い。
【０００７】一方、特開平１１−７４６２１号（従来技
術２）には、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮ層によるクラッド
層の実現方法として、ＧａＮ層により通常構成されてい
る光ガイド層をＩｎＧａＮにより作製する技術が示され
ている。しかし、この技術では、ＩｎＧａＮ活性層との
バンドギャップ差が小さくなり、特にｐ型層側への電子
のオーバーフローが無視できなくなる。また、ｐ型の光
ガイド層をｐ−ＧａＮにより作製した場合は、ｐ型クラ
ッド層の応力が活性層に直接影響を与える。
術２）には、高Ａｌ組成のＡｌＧａＮ層によるクラッド
層の実現方法として、ＧａＮ層により通常構成されてい
る光ガイド層をＩｎＧａＮにより作製する技術が示され
ている。しかし、この技術では、ＩｎＧａＮ活性層との
バンドギャップ差が小さくなり、特にｐ型層側への電子
のオーバーフローが無視できなくなる。また、ｐ型の光
ガイド層をｐ−ＧａＮにより作製した場合は、ｐ型クラ
ッド層の応力が活性層に直接影響を与える。
【０００８】また、特開平１０−４２４４号（従来技術
３）には、ＳｉＣ基板上に素子を構成することにより、
Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＮ層をクラッド層に用いる技
術が示されている。しかし、サファイア以外の基板は、
未だ高価かつ入手困難であり、ＳｉＣ上に作成した半導
体レーザー素子も、十分な寿命と出力を得るには至って
いない。
３）には、ＳｉＣ基板上に素子を構成することにより、
Ａｌ組成の大きなＡｌＧａＮ層をクラッド層に用いる技
術が示されている。しかし、サファイア以外の基板は、
未だ高価かつ入手困難であり、ＳｉＣ上に作成した半導
体レーザー素子も、十分な寿命と出力を得るには至って
いない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、キャリアおよび光の閉じ込め効率を高めることと活
性層に加わる応力の低減とは両立しがたいという問題が
あった。
は、キャリアおよび光の閉じ込め効率を高めることと活
性層に加わる応力の低減とは両立しがたいという問題が
あった。
【００１０】本発明は、ビーム形状，光およびキャリア
の閉じ込め効率に対して影響を与えずに、活性層への応
力の影響を低減することの可能なIII族窒化物半導体発
光素子を提供することを目的としている。
の閉じ込め効率に対して影響を与えずに、活性層への応
力の影響を低減することの可能なIII族窒化物半導体発
光素子を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、第１のクラッド層と、活
性層と、第２のクラット層とが積層されており、第１の
クラッド層，第２のクラット層のうちの少なくとも一方
のクラッド層と活性層との間に、応力を緩和する応力緩
和構造が設けられていることを特徴としている。
に、請求項１記載の発明では、第１のクラッド層と、活
性層と、第２のクラット層とが積層されており、第１の
クラッド層，第２のクラット層のうちの少なくとも一方
のクラッド層と活性層との間に、応力を緩和する応力緩
和構造が設けられていることを特徴としている。
【００１２】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造は、少なくともＩｎを含むIII族窒化物半導体
層であることを特徴としている。
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造は、少なくともＩｎを含むIII族窒化物半導体
層であることを特徴としている。
【００１３】また、請求項３記載の発明では、請求項１
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造は、III族窒化物半導体の積層構造により構成
され、III族窒化物半導体の積層構造には、少なくとも
１層のＩｎを含むIII族窒化物半導体層が含まれている
ことを特徴としている。
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造は、III族窒化物半導体の積層構造により構成
され、III族窒化物半導体の積層構造には、少なくとも
１層のＩｎを含むIII族窒化物半導体層が含まれている
ことを特徴としている。
【００１４】また、請求項４記載の発明では、請求項３
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の積層構造の少
なくとも１層のIII族窒化物半導体層の伝導帯オフセッ
トは、クラッド層の伝導帯オフセットよりも大きいこと
を特徴としている。
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の積層構造の少
なくとも１層のIII族窒化物半導体層の伝導帯オフセッ
トは、クラッド層の伝導帯オフセットよりも大きいこと
を特徴としている。
【００１５】また、請求項５記載の発明では、請求項３
または請求項４記載のIII族窒化物半導体発光素子にお
いて、前記応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体
の積層構造のうちの一部のIII族窒化物半導体層は、組
成が段階的に変化していることを特徴としている。
または請求項４記載のIII族窒化物半導体発光素子にお
いて、前記応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体
の積層構造のうちの一部のIII族窒化物半導体層は、組
成が段階的に変化していることを特徴としている。
【００１６】また、請求項６記載の発明では、請求項４
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造は、活性層に隣接していることを特徴としてい
る。
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記応力
緩和構造は、活性層に隣接していることを特徴としてい
る。
【００１７】また、請求項７記載の発明では、請求項２
乃至請求項６のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導
体発光素子において、応力緩和構造を構成するＩｎを含
むIII族窒化物半導体層は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ
（１＞ｘ，１＞ｙ，１−ｘ−ｙ＞０）よりなることを特
徴としている。
乃至請求項６のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導
体発光素子において、応力緩和構造を構成するＩｎを含
むIII族窒化物半導体層は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ
（１＞ｘ，１＞ｙ，１−ｘ−ｙ＞０）よりなることを特
徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明のIII族窒化物半導体発光素
子は、第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラット
層とが積層されており、第１のクラッド層，第２のクラ
ット層のうちの少なくとも一方のクラッド層と活性層と
の間に、応力を緩和する応力緩和構造が設けられている
ことを特徴としている。
基づいて説明する。本発明のIII族窒化物半導体発光素
子は、第１のクラッド層と、活性層と、第２のクラット
層とが積層されており、第１のクラッド層，第２のクラ
ット層のうちの少なくとも一方のクラッド層と活性層と
の間に、応力を緩和する応力緩和構造が設けられている
ことを特徴としている。
【００１９】ここで、応力を緩和する応力緩和構造と
は、例えば層間に働く応力を緩和する柔軟性を有する単
層あるいは多層構造、あるいは、連続的に組成を変化さ
せることにより応力を緩和する構造の両側の膜の格子定
数差を緩和する構造、あるいは、階段状に組成を変化さ
せることにより格子定数差を緩和する構造など、基板，
クラッド層，活性層間の格子定数の差に起因する応力を
緩和し、結果として、III族窒化物半導体発光素子を構
成する各層へのクラックの発生を防止する効果のある構
造全般を意味している。
は、例えば層間に働く応力を緩和する柔軟性を有する単
層あるいは多層構造、あるいは、連続的に組成を変化さ
せることにより応力を緩和する構造の両側の膜の格子定
数差を緩和する構造、あるいは、階段状に組成を変化さ
せることにより格子定数差を緩和する構造など、基板，
クラッド層，活性層間の格子定数の差に起因する応力を
緩和し、結果として、III族窒化物半導体発光素子を構
成する各層へのクラックの発生を防止する効果のある構
造全般を意味している。
【００２０】本発明では、上記のような構成とすること
により、クラッド層との格子定数差による応力や熱応力
の影響が緩和され、結果として、クラット層に従来と同
様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の転移の
進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、従来よ
りもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込め効果
の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成すること
ができ、しきい値電流の低下および温度特性の向上が可
能となる。
により、クラッド層との格子定数差による応力や熱応力
の影響が緩和され、結果として、クラット層に従来と同
様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の転移の
進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、従来よ
りもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込め効果
の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成すること
ができ、しきい値電流の低下および温度特性の向上が可
能となる。
【００２１】なお、上記構成の本発明のIII族窒化物半
導体発光素子において、応力緩和構造は、少なくともＩ
ｎを含むIII族窒化物半導体層にすることができる。
導体発光素子において、応力緩和構造は、少なくともＩ
ｎを含むIII族窒化物半導体層にすることができる。
【００２２】図１は本発明に係るIII族窒化物半導体発
光素子の構成例を示す図である。なお、図１のIII族窒
化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として構成
されている。図１を参照すると、このIII族窒化物半導
体発光素子は、サファイア基板１０１上に、ＧａＮバッ
ファー層１０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０
３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１０４、ｎ−Ａｌ
0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ
0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１０６、ｎ−ＧａＮガイド層
１０７、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱＷ構造１０８、ｐ−Ｇａ
Ｎガイド層１０９、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応
力緩和層１１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１
１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層１１２が積層されてい
る。
光素子の構成例を示す図である。なお、図１のIII族窒
化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として構成
されている。図１を参照すると、このIII族窒化物半導
体発光素子は、サファイア基板１０１上に、ＧａＮバッ
ファー層１０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０
３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１０４、ｎ−Ａｌ
0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ
0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１０６、ｎ−ＧａＮガイド層
１０７、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱＷ構造１０８、ｐ−Ｇａ
Ｎガイド層１０９、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応
力緩和層１１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１
１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層１１２が積層されてい
る。
【００２３】そして、ｐ−ＧａＮコンタクト層１１２か
らクラッド層１０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層１１２上には、ｐ型電極１１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層１０３上には、ｎ型電
極１１４が形成されている。なお、符号１１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
らクラッド層１０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層１１２上には、ｐ型電極１１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層１０３上には、ｎ型電
極１１４が形成されている。なお、符号１１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
【００２４】図１のIII族窒化物半導体発光素子は、次
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板１０１上に、ＧａＮバッファー層１０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層１０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
応力緩和層１０６、ｎ−ＧａＮガイド層１０７、活性層
としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周
期よりなるＤＱＷ構造１０８、ｐ−ＧａＮガイド層１０
９、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１１
０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層１１２を順次に積層する。
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板１０１上に、ＧａＮバッファー層１０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層１０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
応力緩和層１０６、ｎ−ＧａＮガイド層１０７、活性層
としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周
期よりなるＤＱＷ構造１０８、ｐ−ＧａＮガイド層１０
９、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層１１
０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層１１２を順次に積層する。
【００２５】次いで、ドライエッチングによりリッジを
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル１１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜１１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層１０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜１１３の開口部にｎ型電極
メタル１１４を成膜する。
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル１１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜１１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層１０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜１１３の開口部にｎ型電極
メタル１１４を成膜する。
【００２６】図１のIII族窒化物半導体発光素子では、
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層１０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層１
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩
和層１０６、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩和
層１１０が設けられている。
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層１０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層１
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層１１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩
和層１０６、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ応力緩和
層１１０が設けられている。
【００２７】ここで、応力緩和層１０６，１１０は、Ｉ
ｎを含むIII族窒化物半導体層であり、単層膜でも応力
の緩和効果を発揮する。また、適切なＡｌ組成をとるこ
とによりワイドギャップ化し、応力緩和層１０６，１１
０にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層１０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。また、応力緩和層１０
６，１１０が存在することにより、活性層１０８は、ク
ラッド層１０５，１１１との格子定数差による応力や熱
応力の影響が緩和され、結果として、クラッド層１０
５，１１１に従来と同様のクラッド層組成を用いる場合
にも、動作中の転移の進展が抑制され、長寿命化が可能
となる。また、従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキ
ャリアの閉じ込め効果の高いクラッド層を用いたデバイ
ス構造を作成することができ、しきい値電流の低下およ
び温度特性の向上が可能となる。
ｎを含むIII族窒化物半導体層であり、単層膜でも応力
の緩和効果を発揮する。また、適切なＡｌ組成をとるこ
とによりワイドギャップ化し、応力緩和層１０６，１１
０にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層１０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。また、応力緩和層１０
６，１１０が存在することにより、活性層１０８は、ク
ラッド層１０５，１１１との格子定数差による応力や熱
応力の影響が緩和され、結果として、クラッド層１０
５，１１１に従来と同様のクラッド層組成を用いる場合
にも、動作中の転移の進展が抑制され、長寿命化が可能
となる。また、従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキ
ャリアの閉じ込め効果の高いクラッド層を用いたデバイ
ス構造を作成することができ、しきい値電流の低下およ
び温度特性の向上が可能となる。
【００２８】また、本発明のIII族窒化物半導体発光素
子において、応力緩和構造は、III族窒化物半導体の積
層構造により構成され、III族窒化物半導体の積層構造
には、少なくとも１層のＩｎを含むIII族窒化物半導体
層が含まれている構成にすることができる。
子において、応力緩和構造は、III族窒化物半導体の積
層構造により構成され、III族窒化物半導体の積層構造
には、少なくとも１層のＩｎを含むIII族窒化物半導体
層が含まれている構成にすることができる。
【００２９】図２は本発明に係るIII族窒化物半導体発
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図２のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図２を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板２０１上に、ＧａＮ
バッファー層２０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
２０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層２０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラ
ック防止構造２０６、ｎ−ＧａＮガイド層２０７、活性
層としてＩｎ0. 15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２
周期よりなるＤＱＷ構造２０８、ｐ−ＧａＮガイド層２
０９、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ−ＧａＮ
１０周期よりなるクラック防止構造２１０、ｐ−Ａｌ
0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２１１、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層２１２が積層されている。
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図２のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図２を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板２０１上に、ＧａＮ
バッファー層２０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
２０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層２０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラ
ック防止構造２０６、ｎ−ＧａＮガイド層２０７、活性
層としてＩｎ0. 15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２
周期よりなるＤＱＷ構造２０８、ｐ−ＧａＮガイド層２
０９、ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ−ＧａＮ
１０周期よりなるクラック防止構造２１０、ｐ−Ａｌ
0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２１１、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層２１２が積層されている。
【００３０】そして、ｐ−ＧａＮコンタクト層２１２か
らクラッド層２０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層２１２上には、ｐ型電極２１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層２０３上には、ｎ型電
極２１４が形成されている。なお、符号２１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
らクラッド層２０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層２１２上には、ｐ型電極２１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層２０３上には、ｎ型電
極２１４が形成されている。なお、符号２１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
【００３１】図２のIII族窒化物半導体発光素子は、次
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板２０１上に、ＧａＮバッファー層２０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層２０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層２０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層２０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造２０
６、ｎ−ＧａＮガイド層２０７、活性層としてＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱ
Ｗ構造２０８、ｐ−ＧａＮガイド層２０９、ｐ−Ａｌ
0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0. 9Ｎ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりな
るクラック防止構造２１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎク
ラッド層２１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層２１２を順次
に積層する。
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板２０１上に、ＧａＮバッファー層２０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層２０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層２０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層２０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造２０
６、ｎ−ＧａＮガイド層２０７、活性層としてＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱ
Ｗ構造２０８、ｐ−ＧａＮガイド層２０９、ｐ−Ａｌ
0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0. 9Ｎ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりな
るクラック防止構造２１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎク
ラッド層２１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層２１２を順次
に積層する。
【００３２】次いで、ドライエッチングによりリッジを
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル２１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜２１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層２０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜２１３の開口部にｎ型電極
メタル２１４を成膜する。
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル２１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜２１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層２０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜２１３の開口部にｎ型電極
メタル２１４を成膜する。
【００３３】図２のIII族窒化物半導体発光素子では、
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層２０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層２
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−
ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造２０６、ｐ
−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ−ＧａＮ １０周期
よりなるクラック防止構造２１０が設けられている。
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層２０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層２
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層２１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−
ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造２０６、ｐ
−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ−ＧａＮ １０周期
よりなるクラック防止構造２１０が設けられている。
【００３４】ここで、クラック防止構造２０６，２１０
は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むII
I族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構
造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみなら
ず多層構造の異種界面において応力が緩和され、単層膜
と比較して、より効果的に応力緩和が可能となる。ま
た、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワ
イドギャップ化し、クラック防止構造２０６，２１０内
部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層２０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。また、クラック防止構
造２０６，２１０が存在することにより、活性層２０８
は、クラッド層２０５，２１１との格子定数差による応
力や熱応力の影響が緩和され、結果として、クラッド層
２０５，２１１に従来と同様のクラッド層組成を用いる
場合にも、動作中の転移の進展が抑制され、長寿命化が
可能となる。また、従来よりもＡｌ組成の高い、光およ
びキャリアの閉じ込め効果の高いクラッド層を用いたデ
バイス構造を作成することができ、しきい値電流の低下
および温度特性の向上が可能となる。
は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むII
I族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構
造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみなら
ず多層構造の異種界面において応力が緩和され、単層膜
と比較して、より効果的に応力緩和が可能となる。ま
た、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワ
イドギャップ化し、クラック防止構造２０６，２１０内
部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層２０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。また、クラック防止構
造２０６，２１０が存在することにより、活性層２０８
は、クラッド層２０５，２１１との格子定数差による応
力や熱応力の影響が緩和され、結果として、クラッド層
２０５，２１１に従来と同様のクラッド層組成を用いる
場合にも、動作中の転移の進展が抑制され、長寿命化が
可能となる。また、従来よりもＡｌ組成の高い、光およ
びキャリアの閉じ込め効果の高いクラッド層を用いたデ
バイス構造を作成することができ、しきい値電流の低下
および温度特性の向上が可能となる。
【００３５】また、上記III族窒化物半導体発光素子に
おいて、応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の
積層構造の少なくとも１層のIII族窒化物半導体層の伝
導帯オフセットを、クラッド層の伝導帯オフセットより
も大きくすることができる。この場合には、キャリアの
オーバーフローの抑止を兼ねることができる。
おいて、応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の
積層構造の少なくとも１層のIII族窒化物半導体層の伝
導帯オフセットを、クラッド層の伝導帯オフセットより
も大きくすることができる。この場合には、キャリアの
オーバーフローの抑止を兼ねることができる。
【００３６】図３は本発明に係るIII族窒化物半導体発
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図３のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図３を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板３０１上に、ＧａＮ
バッファー層３０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
３０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層３０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラ
ック防止構造３０６、ｎ−ＧａＮガイド層３０７、活性
層としてＩｎ0. 15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２
周期よりなるＤＱＷ構造３０８、ｐ−ＧａＮガイド層３
０９、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期より
なるキャリアのオーバーフローストップ層を含むクラッ
ク防止構造３１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
３１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１２が積層されてい
る。
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図３のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図３を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板３０１上に、ＧａＮ
バッファー層３０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
３０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層３０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラ
ック防止構造３０６、ｎ−ＧａＮガイド層３０７、活性
層としてＩｎ0. 15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２
周期よりなるＤＱＷ構造３０８、ｐ−ＧａＮガイド層３
０９、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期より
なるキャリアのオーバーフローストップ層を含むクラッ
ク防止構造３１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
３１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１２が積層されてい
る。
【００３７】そして、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１２か
らクラッド層３０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層３１２上には、ｐ型電極３１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層３０３上には、ｎ型電
極３１４が形成されている。なお、符号３１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
らクラッド層３０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層３１２上には、ｐ型電極３１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層３０３上には、ｎ型電
極３１４が形成されている。なお、符号３１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
【００３８】図３のIII族窒化物半導体発光素子は、次
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板３０１上に、ＧａＮバッファー層３０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層３０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層３０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層３０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造３０
６、ｎ−ＧａＮガイド層３０７、活性層としてＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱ
Ｗ構造３０８、ｐ−ＧａＮガイド層３０９、ｐ−ＡｌＩ
ｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオ
ーバーフローストップ層を含むクラック防止構造３１
０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層３１２を順次に積層する。
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板３０１上に、ＧａＮバッファー層３０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層３０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層３０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層３０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造３０
６、ｎ−ＧａＮガイド層３０７、活性層としてＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱ
Ｗ構造３０８、ｐ−ＧａＮガイド層３０９、ｐ−ＡｌＩ
ｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオ
ーバーフローストップ層を含むクラック防止構造３１
０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層３１２を順次に積層する。
【００３９】次いで、ドライエッチングによりリッジを
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル３１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜３１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層３０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜３１３の開口部にｎ型電極
メタル３１４を成膜する。
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル３１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜３１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層３０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜３１３の開口部にｎ型電極
メタル３１４を成膜する。
【００４０】図３のIII族窒化物半導体発光素子では、
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層３０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層３
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−
ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造３０６、ｐ
−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャ
リアのオーバーフローストップ層を含むクラック防止構
造３１０が設けられている。
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層３０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層３
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層３１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−
ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造３０６、ｐ
−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャ
リアのオーバーフローストップ層を含むクラック防止構
造３１０が設けられている。
【００４１】ここで、クラック防止構造３０６，３１０
は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むII
I族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構
造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみなら
ず多層構造の異種界面において応力が緩和され、単層膜
と比較して、より効果的に応力緩和が可能となる。ま
た、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワ
イドギャップ化し、クラック防止構造３０６，３１０内
部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層３０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。
は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むII
I族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構
造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみなら
ず多層構造の異種界面において応力が緩和され、単層膜
と比較して、より効果的に応力緩和が可能となる。ま
た、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワ
イドギャップ化し、クラック防止構造３０６，３１０内
部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層３０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。
【００４２】さらに、図３のIII族窒化物半導体発光素
子では、ｐ型ガイド層３０９とｐ型クラッド層３１１と
の間にあるクラック防止構造３１０には、ｐ−ＡｌＩｎ
ＧａＮの組成変調により活性層３０８からの電子のオー
バーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストッ
プ層が設けられている。この場合、オーバーフロースト
ップ層のＡｌ組成を高めることにより効果的なオーバー
フロー抑制効果が得られ、同時に、Ｉｎを含む組成とす
ることで、層間の応力によるデバイスへの悪影響を最小
限度にくい止めながら、しきい値電流の低減や温度特性
の向上を図ることが可能となる。
子では、ｐ型ガイド層３０９とｐ型クラッド層３１１と
の間にあるクラック防止構造３１０には、ｐ−ＡｌＩｎ
ＧａＮの組成変調により活性層３０８からの電子のオー
バーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストッ
プ層が設けられている。この場合、オーバーフロースト
ップ層のＡｌ組成を高めることにより効果的なオーバー
フロー抑制効果が得られ、同時に、Ｉｎを含む組成とす
ることで、層間の応力によるデバイスへの悪影響を最小
限度にくい止めながら、しきい値電流の低減や温度特性
の向上を図ることが可能となる。
【００４３】また、クラック防止構造３０６，３１０が
存在することにより、活性層３０８は、クラッド層３０
５，３１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層３０５，３１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
存在することにより、活性層３０８は、クラッド層３０
５，３１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層３０５，３１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
【００４４】また、上記III族窒化物半導体発光素子に
おいて、応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の
積層構造のうちの一部のIII族窒化物半導体層について
は、組成を段階的に変化させた構成にすることができ
る。
おいて、応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の
積層構造のうちの一部のIII族窒化物半導体層について
は、組成を段階的に変化させた構成にすることができ
る。
【００４５】図４は本発明に係るIII族窒化物半導体発
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図４のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図４を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板４０１上に、ＧａＮ
バッファー層４０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
４０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層４０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４０５、ｎ−Ａｌ0.1Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.87Ｎからｎ−ＧａＮまで連続的に組成が変
化するクラック防止構造４０６、ｎ−ＧａＮガイド層４
０７、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱＷ構造４０８、ｐ−ＧａＮ
ガイド層４０９、ｐ−ＧａＮからｐ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03
Ｇａ0.87Ｎまで連続的に組成が変化するクラック防止構
造４１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４１１、
およびｐ−ＧａＮコンタクト層４１２が積層されてい
る。
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図４のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図４を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板４０１上に、ＧａＮ
バッファー層４０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
４０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層４０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４０５、ｎ−Ａｌ0.1Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.87Ｎからｎ−ＧａＮまで連続的に組成が変
化するクラック防止構造４０６、ｎ−ＧａＮガイド層４
０７、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱＷ構造４０８、ｐ−ＧａＮ
ガイド層４０９、ｐ−ＧａＮからｐ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03
Ｇａ0.87Ｎまで連続的に組成が変化するクラック防止構
造４１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４１１、
およびｐ−ＧａＮコンタクト層４１２が積層されてい
る。
【００４６】そして、ｐ−ＧａＮコンタクト層４１２か
らクラッド層４０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層４１２上には、ｐ型電極４１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層４０３上には、ｎ型電
極４１４が形成されている。なお、符号４１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
らクラッド層４０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層４１２上には、ｐ型電極４１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層４０３上には、ｎ型電
極４１４が形成されている。なお、符号４１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
【００４７】図４のIII族窒化物半導体発光素子は、次
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板４０１上に、ＧａＮバッファー層４０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層４０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層４０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層４０５、ｎ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87Ｎ
からｎ−ＧａＮまで連続的に組成が変化するクラック防
止構造４０６、ｎ−ＧａＮガイド層４０７、活性層とし
てＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よ
りなるＤＱＷ構造４０８、ｐ−ＧａＮガイド層４０９、
ｐ−ＧａＮからｐ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87Ｎまで連
続的に組成が変化するクラック防止構造４１０、ｐ−Ａ
ｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４１１、およびｐ−ＧａＮ
コンタクト層４１２を順次に積層する。
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板４０１上に、ＧａＮバッファー層４０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層４０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層４０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層４０５、ｎ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87Ｎ
からｎ−ＧａＮまで連続的に組成が変化するクラック防
止構造４０６、ｎ−ＧａＮガイド層４０７、活性層とし
てＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よ
りなるＤＱＷ構造４０８、ｐ−ＧａＮガイド層４０９、
ｐ−ＧａＮからｐ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87Ｎまで連
続的に組成が変化するクラック防止構造４１０、ｐ−Ａ
ｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４１１、およびｐ−ＧａＮ
コンタクト層４１２を順次に積層する。
【００４８】次いで、ドライエッチングによりリッジを
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル４１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜４１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層４０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜４１３の開口部にｎ型電極
メタル４１４を成膜する。
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル４１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜４１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層４０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜４１３の開口部にｎ型電極
メタル４１４を成膜する。
【００４９】図４のIII族窒化物半導体発光素子では、
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層４０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層４
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87Ｎからｎ
−ＧａＮまで連続的に組成が変化するクラック防止構造
４０６、ｐ−ＧａＮからｐ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87
Ｎまで連続的に組成が変化するクラック防止構造４１０
が設けられている。ここで、クラック防止構造４０６，
４１０は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを
含むIII族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体
多層構造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内の
みならず多層構造の異種界面において応力が緩和され、
単層膜と比較して、より効果的に応力緩和が可能とな
る。また、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることに
よりワイドギャップ化し、クラック防止構造４０６，４
１０内部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果とし
て、活性層４０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じな
いため、ビーム形状への影響もない。
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層４０７との間、および、ｐ−ＧａＮガイド層４
０９とｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層４１１との間
に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87Ｎからｎ
−ＧａＮまで連続的に組成が変化するクラック防止構造
４０６、ｐ−ＧａＮからｐ−Ａｌ0.1Ｉｎ0.03Ｇａ0.87
Ｎまで連続的に組成が変化するクラック防止構造４１０
が設けられている。ここで、クラック防止構造４０６，
４１０は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを
含むIII族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体
多層構造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内の
みならず多層構造の異種界面において応力が緩和され、
単層膜と比較して、より効果的に応力緩和が可能とな
る。また、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることに
よりワイドギャップ化し、クラック防止構造４０６，４
１０内部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果とし
て、活性層４０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じな
いため、ビーム形状への影響もない。
【００５０】さらに、図４のIII族窒化物半導体発光素
子では、ｐ型ガイド層４０９とｐ型クラッド層４１１と
の間にあるクラック防止構造４１０には、ｐ−ＡｌＩｎ
ＧａＮの組成変調により活性層４０８からの電子のオー
バーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストッ
プ層が設けられている。この場合、オーバーフロースト
ップ層のＡｌ組成を高めることにより効果的なオーバー
フロー抑制効果が得られ、同時に、Ｉｎを含む組成とす
ることで、層間の応力によるデバイスへの悪影響を最小
限度にくい止めながら、しきい値電流の低減や温度特性
の向上を図ることが可能となる。
子では、ｐ型ガイド層４０９とｐ型クラッド層４１１と
の間にあるクラック防止構造４１０には、ｐ−ＡｌＩｎ
ＧａＮの組成変調により活性層４０８からの電子のオー
バーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストッ
プ層が設けられている。この場合、オーバーフロースト
ップ層のＡｌ組成を高めることにより効果的なオーバー
フロー抑制効果が得られ、同時に、Ｉｎを含む組成とす
ることで、層間の応力によるデバイスへの悪影響を最小
限度にくい止めながら、しきい値電流の低減や温度特性
の向上を図ることが可能となる。
【００５１】また、クラック防止構造４０６，４１０が
存在することにより、活性層４０８は、クラッド層４０
５，４１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層４０５，４１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
存在することにより、活性層４０８は、クラッド層４０
５，４１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層４０５，４１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
【００５２】また、上記III族窒化物半導体発光素子に
おいて、応力緩和構造（より詳しくは、応用緩和構造を
構成する窒化物半導体多層膜）を、活性層に隣接させる
ことができる。
おいて、応力緩和構造（より詳しくは、応用緩和構造を
構成する窒化物半導体多層膜）を、活性層に隣接させる
ことができる。
【００５３】図５は本発明に係るIII族窒化物半導体発
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図５のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図５を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板５０１上に、ＧａＮ
バッファー層５０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
５０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層５０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層５０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラ
ック防止構造５０６、ｎ−ＧａＮガイド層５０７、活性
層としてＩｎ0. 15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２
周期よりなるＤＱＷ構造５０８、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／
ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオーバーフロ
ーストップ層を含むクラック防止構造５０９、ｐ−Ｇａ
Ｎガイド層５１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
５１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層５１２が積層されてい
る。
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図５のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図５を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板５０１上に、ＧａＮ
バッファー層５０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
５０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層５０４、ｎ−
Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層５０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラ
ック防止構造５０６、ｎ−ＧａＮガイド層５０７、活性
層としてＩｎ0. 15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２
周期よりなるＤＱＷ構造５０８、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／
ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオーバーフロ
ーストップ層を含むクラック防止構造５０９、ｐ−Ｇａ
Ｎガイド層５１０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層
５１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層５１２が積層されてい
る。
【００５４】そして、ｐ−ＧａＮコンタクト層５１２か
らクラッド層５０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層５１２上には、ｐ型電極５１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層５０３上には、ｎ型電
極５１４が形成されている。なお、符号５１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
らクラッド層５０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層５１２上には、ｐ型電極５１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層５０３上には、ｎ型電
極５１４が形成されている。なお、符号５１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
【００５５】図５のIII族窒化物半導体発光素子は、次
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板５０１上に、ＧａＮバッファー層５０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層５０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層５０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層５０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造５０
６、ｎ−ＧａＮガイド層５０７、活性層としてＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱ
Ｗ構造５０８、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０
周期よりなるキャリアのオーバーフローストップ層を含
むクラック防止構造５０９、ｐ−ＧａＮガイド層５１
０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層５１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層５１２を順次に積層する。
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板５０１上に、ＧａＮバッファー層５０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層５０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層５０４、ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88
Ｎクラッド層５０５、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ
／ｎ−ＧａＮ １０周期よりなるクラック防止構造５０
６、ｎ−ＧａＮガイド層５０７、活性層としてＩｎ0.15
Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ ２周期よりなるＤＱ
Ｗ構造５０８、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０
周期よりなるキャリアのオーバーフローストップ層を含
むクラック防止構造５０９、ｐ−ＧａＮガイド層５１
０、ｐ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層５１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層５１２を順次に積層する。
【００５６】次いで、ドライエッチングによりリッジを
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル５１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜５１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層５０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜５１３の開口部にｎ型電極
メタル５１４を成膜する。
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル５１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜５１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層５０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜５１３の開口部にｎ型電極
メタル５１４を成膜する。
【００５７】図５のIII族窒化物半導体発光素子では、
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層５０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層５０７との間、および、活性層であるＤＱＷ構
造５０８とｐ−ＧａＮガイド層５１０との間に、それぞ
れ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １
０周期よりなるクラック防止構造５０６、ｐ−ＡｌＩｎ
ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオー
バーフローストップ層を含むクラック防止構造５０９が
設けられている。
ｎ−Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層５０５とｎ−ＧａＮ
ガイド層５０７との間、および、活性層であるＤＱＷ構
造５０８とｐ−ＧａＮガイド層５１０との間に、それぞ
れ、ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ−ＧａＮ １
０周期よりなるクラック防止構造５０６、ｐ−ＡｌＩｎ
ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオー
バーフローストップ層を含むクラック防止構造５０９が
設けられている。
【００５８】ここで、クラック防止構造５０６，５０９
は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むII
I族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構
造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみなら
ず多層構造の異種界面において応力が緩和され、単層膜
と比較して、より効果的に応力緩和が可能となる。ま
た、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワ
イドギャップ化し、クラック防止構造５０６，５０９内
部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層５０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。
は、単層膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むII
I族窒化物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構
造であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみなら
ず多層構造の異種界面において応力が緩和され、単層膜
と比較して、より効果的に応力緩和が可能となる。ま
た、Ｉｎを含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワ
イドギャップ化し、クラック防止構造５０６，５０９内
部にはキャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活
性層５０８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないた
め、ビーム形状への影響もない。
【００５９】さらに、図５のIII族窒化物半導体発光素
子では、クラック防止構造５０９には、ｐ−ＡｌＩｎＧ
ａＮの組成変調により活性層５０８からの電子のオーバ
ーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストップ
層が設けられ、かつ、活性層５０８とｐ型ガイド層５１
０との間にあるオーバーフローストップ層のＡｌ組成を
高めることにより効果的なオーバーフロー抑制効果が得
られ、同時に、Ｉｎを含む組成とすることで、層間の応
力によるデバイスへの悪影響を最小限度にくい止め、さ
らに、活性層５０８のより近い位置でキャリアのオーバ
ーフローを抑制することで、キャリアの閉じこめ効率が
上がり、より効果的にしきい値電流の低減や温度特性の
向上を図ることが可能となる。
子では、クラック防止構造５０９には、ｐ−ＡｌＩｎＧ
ａＮの組成変調により活性層５０８からの電子のオーバ
ーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストップ
層が設けられ、かつ、活性層５０８とｐ型ガイド層５１
０との間にあるオーバーフローストップ層のＡｌ組成を
高めることにより効果的なオーバーフロー抑制効果が得
られ、同時に、Ｉｎを含む組成とすることで、層間の応
力によるデバイスへの悪影響を最小限度にくい止め、さ
らに、活性層５０８のより近い位置でキャリアのオーバ
ーフローを抑制することで、キャリアの閉じこめ効率が
上がり、より効果的にしきい値電流の低減や温度特性の
向上を図ることが可能となる。
【００６０】また、クラック防止構造５０６，５０９が
存在することにより、活性層５０８は、クラッド層５０
５，５１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層５０５，５１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
存在することにより、活性層５０８は、クラッド層５０
５，５１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層５０５，５１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
【００６１】また、上記III族窒化物半導体発光素子に
おいて、応力緩和構造を構成するＩｎを含むIII族窒化
物半導体層を、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ（１＞ｘ，１
＞ｙ，１−ｘ−ｙ＞０）の一般式で表される組織よりな
るものにすることができる。すなわち、Ｉｎを含むIII
族窒化物半導体が、ＡｌやＧａの窒化物半導体と比較し
て、応力に対し柔軟な性質に注目し、これを応力緩和層
に用いることができる。
おいて、応力緩和構造を構成するＩｎを含むIII族窒化
物半導体層を、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ（１＞ｘ，１
＞ｙ，１−ｘ−ｙ＞０）の一般式で表される組織よりな
るものにすることができる。すなわち、Ｉｎを含むIII
族窒化物半導体が、ＡｌやＧａの窒化物半導体と比較し
て、応力に対し柔軟な性質に注目し、これを応力緩和層
に用いることができる。
【００６２】本発明では、Ｉｎを含むIII族窒化物半導
体層の応力緩和効果に着目しているが、Ｉｎを含む組成
とした場合には、バンドギャップは小さくなり、キャリ
アの閉じ込め効果もしくはキャリアのオーバーフローを
助長する可能性がある。例えば、単に、光ガイド層の組
成にＩｎを混晶させて応力緩和層を構成した場合には、
応力緩和層のバンドギャップが縮小することにより、光
ガイド層内にもキャリアの閉じ込め層ができ、活性層内
へのキャリアの注入を阻害する。従って、応力緩和層の
バンドギャップ縮小の効果を相殺するため、III族窒化
物半導体素子の場合はＡｌを混晶することにより、バン
ドギャップを拡大し、光ガイド層内にキャリアの閉じ込
め効果を持つ層を作らないことが可能となる。これによ
り、活性層内へのキャリアの注入効率が高まり、低しき
い値のレーザー素子をはじめとする高性能素子が形成可
能となる。ＩｎとＡｌの混晶組成比を適切に設計するこ
とにより、クラッド層よりも伝導体のオフセットの大き
くすることが可能で、応力の緩和のみならず、クラッド
層へのキャリアのオーバーフローを防止するオーバーフ
ロー防止層も形成可能である。
体層の応力緩和効果に着目しているが、Ｉｎを含む組成
とした場合には、バンドギャップは小さくなり、キャリ
アの閉じ込め効果もしくはキャリアのオーバーフローを
助長する可能性がある。例えば、単に、光ガイド層の組
成にＩｎを混晶させて応力緩和層を構成した場合には、
応力緩和層のバンドギャップが縮小することにより、光
ガイド層内にもキャリアの閉じ込め層ができ、活性層内
へのキャリアの注入を阻害する。従って、応力緩和層の
バンドギャップ縮小の効果を相殺するため、III族窒化
物半導体素子の場合はＡｌを混晶することにより、バン
ドギャップを拡大し、光ガイド層内にキャリアの閉じ込
め効果を持つ層を作らないことが可能となる。これによ
り、活性層内へのキャリアの注入効率が高まり、低しき
い値のレーザー素子をはじめとする高性能素子が形成可
能となる。ＩｎとＡｌの混晶組成比を適切に設計するこ
とにより、クラッド層よりも伝導体のオフセットの大き
くすることが可能で、応力の緩和のみならず、クラッド
層へのキャリアのオーバーフローを防止するオーバーフ
ロー防止層も形成可能である。
【００６３】上述した本発明のIII族窒化物半導体発光
素子は、III族窒化物半導体紫外発光素子として構成す
ることができる。この場合、III族窒化物半導体紫外発
光素子は、上述した構造をとることにより、クラック無
しに、より高Ａｌ組成比のワイドバンドギャップＡｌＧ
ａＮクラッド層の成長が可能となる。これにより、紫外
域に対応したワイドバンドギャップ化した活性層と前述
のクラッド層を用いたキャリアと光の閉じこめ構造が構
成可能で、また、クラッド層と活性層との間に応力緩和
層があることにより、クラッド層と活性層の格子定数差
による応力の影響を受けにくくなり、結果として、高性
能かつ高信頼性の窒化物半導体紫外発光素子（紫外域の
ＬＥＤや半導体レーザー素子など）を得ることができ
る。
素子は、III族窒化物半導体紫外発光素子として構成す
ることができる。この場合、III族窒化物半導体紫外発
光素子は、上述した構造をとることにより、クラック無
しに、より高Ａｌ組成比のワイドバンドギャップＡｌＧ
ａＮクラッド層の成長が可能となる。これにより、紫外
域に対応したワイドバンドギャップ化した活性層と前述
のクラッド層を用いたキャリアと光の閉じこめ構造が構
成可能で、また、クラッド層と活性層との間に応力緩和
層があることにより、クラッド層と活性層の格子定数差
による応力の影響を受けにくくなり、結果として、高性
能かつ高信頼性の窒化物半導体紫外発光素子（紫外域の
ＬＥＤや半導体レーザー素子など）を得ることができ
る。
【００６４】図６は本発明に係るIII族窒化物半導体発
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図６のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図６を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板６０１上に、ＧａＮ
バッファー層６０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
６０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層６０４、ｎ−
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層６０５、ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ
0.03Ｇａ0.85Ｎ／ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ １０周期よ
りなるクラック防止構造６０６、ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ｎガイド層６０７、活性層としてＧａＮ／Ａｌ0.03Ｇａ
0.97Ｎ ２周期よりなるＤＱＷ構造６０８、ｐ−Ａｌ
0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／
ｐ−ＡｌＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオーバー
フローストップ層を含むクラック防止構造６１０、ｐ−
Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９（なお、クラック防
止構造６１０はｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９
の内部に設けられている）、ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラ
ッド層６１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層６１２が積層さ
れている。
光素子の他の構成例を示す図である。なお、図６のIII
族窒化物半導体発光素子は、半導体レーザー素子として
構成されている。図６を参照すると、このIII族窒化物
半導体発光素子は、サファイア基板６０１上に、ＧａＮ
バッファー層６０２を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層
６０３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層６０４、ｎ−
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層６０５、ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ
0.03Ｇａ0.85Ｎ／ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ １０周期よ
りなるクラック防止構造６０６、ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ｎガイド層６０７、活性層としてＧａＮ／Ａｌ0.03Ｇａ
0.97Ｎ ２周期よりなるＤＱＷ構造６０８、ｐ−Ａｌ
0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／
ｐ−ＡｌＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオーバー
フローストップ層を含むクラック防止構造６１０、ｐ−
Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９（なお、クラック防
止構造６１０はｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９
の内部に設けられている）、ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラ
ッド層６１１、ｐ−ＧａＮコンタクト層６１２が積層さ
れている。
【００６５】そして、ｐ−ＧａＮコンタクト層６１２か
らクラッド層６０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層６１２上には、ｐ型電極６１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層６０３上には、ｎ型電
極６１４が形成されている。なお、符号６１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
らクラッド層６０５までリッジが形成され、ｐ−ＧａＮ
コンタクト層６１２上には、ｐ型電極６１５が形成さ
れ、また、露出したｎ−ＧａＮ層６０３上には、ｎ型電
極６１４が形成されている。なお、符号６１３は、電流
狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜である。
【００６６】図６のIII族窒化物半導体発光素子は、次
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板６０１上に、ＧａＮバッファー層６０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層６０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層６０４、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
クラッド層６０５、ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ0.85Ｎ／
ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ １０周期よりなるクラック防
止構造６０６、ｎ−Ａｌ 0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０
７、活性層としてＧａＮ／Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ ２周期
よりなるＤＱＷ構造６０８、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガ
イド層６０９、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＡｌＧａＮ
１０周期よりなるキャリアのオーバーフローストップ層
を含むクラック防止構造６１０、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ｎガイド層６０９（なお、クラック防止構造６１０はｐ
−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９の内部に設けられ
る）、ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層６１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層６１２を順次に積層する。
のように作製される。すなわち、ＭＯＣＶＤ法により、
サファイア基板６０１上に、ＧａＮバッファー層６０２
を介して、ｎ−ＧａＮコンタクト層６０３、ｎ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ応力緩和層６０４、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
クラッド層６０５、ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ0.85Ｎ／
ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ １０周期よりなるクラック防
止構造６０６、ｎ−Ａｌ 0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０
７、活性層としてＧａＮ／Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ ２周期
よりなるＤＱＷ構造６０８、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガ
イド層６０９、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＡｌＧａＮ
１０周期よりなるキャリアのオーバーフローストップ層
を含むクラック防止構造６１０、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95
Ｎガイド層６０９（なお、クラック防止構造６１０はｐ
−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層６０９の内部に設けられ
る）、ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層６１１、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層６１２を順次に積層する。
【００６７】次いで、ドライエッチングによりリッジを
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル６１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜６１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層６０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜６１３の開口部にｎ型電極
メタル６１４を成膜する。
形成し、しかる後、ｐ型電極用メタル６１５を電流狭窄
用のＳｉＯ2絶縁膜６１３の開口部に成膜する。また、
ドライエッチングによりｎ−ＧａＮ層６０３を露出し、
電流狭窄用のＳｉＯ2絶縁膜６１３の開口部にｎ型電極
メタル６１４を成膜する。
【００６８】図６のIII族窒化物半導体発光素子では、
ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層６０５とｎ−Ａｌ0.05
Ｇａ0.95Ｎガイド層６０７との間、および、活性層であ
るＤＱＷ構造６０８とｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層
６０９との間に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ
0.85Ｎ／ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ １０周期よりなるク
ラック防止構造６０６、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−Ａｌ
ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオーバーフロース
トップ層を含むクラック防止構造６１０が設けられてい
る。ここで、クラック防止構造６０６，６１０は、単層
膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むIII族窒化
物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構造であ
り、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみならず多層
構造の異種界面において応力の緩和され、単層膜と比較
して、より効果的に応力緩和が可能となる。また、Ｉｎ
を含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワイドギャ
ップ化し、クラック防止構造６０６，６１０内部にはキ
ャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活性層６０
８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないため、ビーム
形状への影響もない。
ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎクラッド層６０５とｎ−Ａｌ0.05
Ｇａ0.95Ｎガイド層６０７との間、および、活性層であ
るＤＱＷ構造６０８とｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層
６０９との間に、それぞれ、ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ
0.85Ｎ／ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ １０周期よりなるク
ラック防止構造６０６、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−Ａｌ
ＧａＮ １０周期よりなるキャリアのオーバーフロース
トップ層を含むクラック防止構造６１０が設けられてい
る。ここで、クラック防止構造６０６，６１０は、単層
膜でも応力の緩和効果を発揮するＩｎを含むIII族窒化
物半導体層を構成要素として持つ半導体多層構造であ
り、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層内のみならず多層
構造の異種界面において応力の緩和され、単層膜と比較
して、より効果的に応力緩和が可能となる。また、Ｉｎ
を含む層は適切なＡｌ組成をとることによりワイドギャ
ップ化し、クラック防止構造６０６，６１０内部にはキ
ャリアの閉じ込め効果はない。結果として、活性層６０
８以外でのキャリアの閉じ込めが生じないため、ビーム
形状への影響もない。
【００６９】さらに、図６のIII族窒化物半導体発光素
子では、クラック防止構造６１０には、ｐ−ＡｌＩｎＧ
ａＮの組成変調により活性層６０８からの電子のオーバ
ーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストップ
層が設けられ、かつ、ｐ型ガイド層６０９の内部にある
オーバーフローストップ層のＡｌ組成を高めることによ
り効果的なオーバーフロー抑制効果が得られ、同時に、
Ｉｎを含む組成とすることで、層間の応力によるデバイ
スへの悪影響を最小限度にくい止め、キャリアのオーバ
ーフローを抑制することでキャリアの閉じこめ効率が上
がり、より効果的にしきい値電流の低減や温度特性の向
上が可能となる。
子では、クラック防止構造６１０には、ｐ−ＡｌＩｎＧ
ａＮの組成変調により活性層６０８からの電子のオーバ
ーフローを抑制するキャリアのオーバーフローストップ
層が設けられ、かつ、ｐ型ガイド層６０９の内部にある
オーバーフローストップ層のＡｌ組成を高めることによ
り効果的なオーバーフロー抑制効果が得られ、同時に、
Ｉｎを含む組成とすることで、層間の応力によるデバイ
スへの悪影響を最小限度にくい止め、キャリアのオーバ
ーフローを抑制することでキャリアの閉じこめ効率が上
がり、より効果的にしきい値電流の低減や温度特性の向
上が可能となる。
【００７０】また、クラック防止構造６０６，６１０が
存在することにより、活性層６０８は、クラッド層６０
５，６１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層６０５，６１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
存在することにより、活性層６０８は、クラッド層６０
５，６１１との格子定数差による応力や熱応力の影響が
緩和され、結果として、クラッド層６０５，６１１に従
来と同様のクラッド層組成を用いる場合にも、動作中の
転移の進展が抑制され、長寿命化が可能となる。また、
従来よりもＡｌ組成の高い、光およびキャリアの閉じ込
め効果の高いクラッド層を用いたデバイス構造を作成す
ることができ、しきい値電流の低下および温度特性の向
上が可能となる。
【００７１】図６の構成によるレーザー素子は、波長３
７０ｎｍ付近で発振する。本構造を用いることにより、
より高Ａｌ組成の素子構成を作成可能であり、近紫外域
のみならず、さらに短波長化が可能となる。
７０ｎｍ付近で発振する。本構造を用いることにより、
より高Ａｌ組成の素子構成を作成可能であり、近紫外域
のみならず、さらに短波長化が可能となる。
【００７２】素子を構成する窒化物半導体の組成および
成膜方法は、上述した各構成例に限定されるものではな
く、III族窒化物半導体発光素子全般に応用可能であ
る。
成膜方法は、上述した各構成例に限定されるものではな
く、III族窒化物半導体発光素子全般に応用可能であ
る。
【００７３】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項７記載の発明によれば、第１のクラッド層と、活性
層と、第２のクラット層とが積層されており、第１のク
ラッド層，第２のクラット層のうちの少なくとも一方の
クラッド層と活性層との間に、応力を緩和する応力緩和
構造が設けられているので、クラッド層と活性層との格
子定数の違いによる応力や熱応力を緩和することが可能
になり、活性層に加わる応力の影響が低減し、結果とし
て、高出力かつ長寿命の発光素子が得られる。また、活
性層に加わる応力低減の効果を、クラッド層の組成の変
更、例えばＡｌ組成の高いものへの変更に振り向けれ
ば、従来と同じ応力で、よりキャリアおよび光の閉じ込
め効果の高い構成が採用可能となり、結果として、発振
しきい値の低いかつ温度特性の良好なIII族窒化物半導
体発光素子が得られる。
求項７記載の発明によれば、第１のクラッド層と、活性
層と、第２のクラット層とが積層されており、第１のク
ラッド層，第２のクラット層のうちの少なくとも一方の
クラッド層と活性層との間に、応力を緩和する応力緩和
構造が設けられているので、クラッド層と活性層との格
子定数の違いによる応力や熱応力を緩和することが可能
になり、活性層に加わる応力の影響が低減し、結果とし
て、高出力かつ長寿命の発光素子が得られる。また、活
性層に加わる応力低減の効果を、クラッド層の組成の変
更、例えばＡｌ組成の高いものへの変更に振り向けれ
ば、従来と同じ応力で、よりキャリアおよび光の閉じ込
め効果の高い構成が採用可能となり、結果として、発振
しきい値の低いかつ温度特性の良好なIII族窒化物半導
体発光素子が得られる。
【００７４】特に、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造は、少なくともＩｎを含むIII族窒化物半
導体層であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体は、クラ
ッド層に用いられているＡｌを含むIII族窒化物に比
べ、脆性破壊が起こりにくく、結果として、少なくとも
Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層である応力緩和構造を
クラッド層と活性層との間に設けることで、この応力緩
和層は、Ａｌを含むクラッド層の応力緩和層として働
き、従来と同様のＡｌ組成のクラッド層を用いた素子の
場合は、素子の高出力化および長寿命化が可能となり、
また、Ａｌ組成を高める場合には、発振しきい値の低下
および温度特性の改良が可能となる。
項１記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造は、少なくともＩｎを含むIII族窒化物半
導体層であり、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体は、クラ
ッド層に用いられているＡｌを含むIII族窒化物に比
べ、脆性破壊が起こりにくく、結果として、少なくとも
Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層である応力緩和構造を
クラッド層と活性層との間に設けることで、この応力緩
和層は、Ａｌを含むクラッド層の応力緩和層として働
き、従来と同様のＡｌ組成のクラッド層を用いた素子の
場合は、素子の高出力化および長寿命化が可能となり、
また、Ａｌ組成を高める場合には、発振しきい値の低下
および温度特性の改良が可能となる。
【００７５】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造は、III族窒化物半導体の積層構造により
構成され、III族窒化物半導体の積層構造には、少なく
とも１層のＩｎを含むIII族窒化物半導体層が含まれて
いるので、クラッド層と活性層との間の応力は、請求項
２と同様に、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層による緩
和に加え、III族窒化物半導体の積層構造の異種界面の
応力の緩和効果により緩和される。また、請求項２と同
様に、従来と同様のＡｌ組成のクラッド層を用いた素子
の場合は、素子の高出力化および長寿命化が可能とな
り、また、Ａｌ組成を高める場合には、発振しきい値の
低下および温度特性の改良が可能となる。
項１記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造は、III族窒化物半導体の積層構造により
構成され、III族窒化物半導体の積層構造には、少なく
とも１層のＩｎを含むIII族窒化物半導体層が含まれて
いるので、クラッド層と活性層との間の応力は、請求項
２と同様に、Ｉｎを含むIII族窒化物半導体層による緩
和に加え、III族窒化物半導体の積層構造の異種界面の
応力の緩和効果により緩和される。また、請求項２と同
様に、従来と同様のＡｌ組成のクラッド層を用いた素子
の場合は、素子の高出力化および長寿命化が可能とな
り、また、Ａｌ組成を高める場合には、発振しきい値の
低下および温度特性の改良が可能となる。
【００７６】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項３記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の積層構造
の少なくとも１層のIII族窒化物半導体層の伝導帯オフ
セットは、クラッド層の伝導帯オフセットよりも大きい
ので、ｐ型層中への電子のオーバーフローが抑制され、
結果として、より発振しきい値の低いかつ温度特性の良
好なIII族窒化物半導体発光素子を提供することができ
る。
項３記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造を構成するIII族窒化物半導体の積層構造
の少なくとも１層のIII族窒化物半導体層の伝導帯オフ
セットは、クラッド層の伝導帯オフセットよりも大きい
ので、ｐ型層中への電子のオーバーフローが抑制され、
結果として、より発振しきい値の低いかつ温度特性の良
好なIII族窒化物半導体発光素子を提供することができ
る。
【００７７】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項３または請求項４記載のIII族窒化物半導体発光素子
において、前記応力緩和構造を構成するIII族窒化物半
導体の積層構造のうちの一部のIII族窒化物半導体層
は、組成が段階的に変化しているので、III族窒化物半
導体の積層構造間の応力を分散することが可能となり、
特定の層への応力の集中をなくすことが可能となる。こ
のような構造を採用することにより、素子の信頼性をよ
り高め、長寿命化および高出力化が可能となる。
項３または請求項４記載のIII族窒化物半導体発光素子
において、前記応力緩和構造を構成するIII族窒化物半
導体の積層構造のうちの一部のIII族窒化物半導体層
は、組成が段階的に変化しているので、III族窒化物半
導体の積層構造間の応力を分散することが可能となり、
特定の層への応力の集中をなくすことが可能となる。こ
のような構造を採用することにより、素子の信頼性をよ
り高め、長寿命化および高出力化が可能となる。
【００７８】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項４記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造は、活性層に隣接しているので（伝導帯オ
フセットがクラッド層よりも大きなIII族窒化物半導体
層（すなわち、電子のオーバーフローを抑止する効果を
持つ層）が活性層に隣接して設けられていることで）、
電子がｐ型光ガイド層にまで拡散することなく、電子を
効果的に活性層に閉じこめることが可能となり、結果と
して、より発振しきい値の低いかつ温度特性の良好なII
I族窒化物半導体発光素子を提供することができる。
項４記載のIII族窒化物半導体発光素子において、前記
応力緩和構造は、活性層に隣接しているので（伝導帯オ
フセットがクラッド層よりも大きなIII族窒化物半導体
層（すなわち、電子のオーバーフローを抑止する効果を
持つ層）が活性層に隣接して設けられていることで）、
電子がｐ型光ガイド層にまで拡散することなく、電子を
効果的に活性層に閉じこめることが可能となり、結果と
して、より発振しきい値の低いかつ温度特性の良好なII
I族窒化物半導体発光素子を提供することができる。
【００７９】また、請求項７記載の発明によれば、請求
項２乃至請求項６のいずれか一項に記載のIII族窒化物
半導体発光素子において、応力緩和構造を構成するＩｎ
を含むIII族窒化物半導体層は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)
Ｎ（１＞ｘ，１＞ｙ，１−ｘ−ｙ＞０）よりなってお
り、適切なＩｎとＡｌ組成比を選択することにより、光
ガイド層に比べて大きな伝導帯オフセットをもちかつ応
力緩和層として機能するIII族窒化物半導体層が得られ
る。これを採用すれば、光ガイド層内に、キャリアの閉
じ込め効果を持つ層ができることはなく、発振しきい値
の上昇やビーム形状の悪化等の悪影響を避けることが可
能で、結果として、発振しきい値の低いかつ温度特性の
良好なIII族窒化物半導体発光素子を提供することがで
きる。
項２乃至請求項６のいずれか一項に記載のIII族窒化物
半導体発光素子において、応力緩和構造を構成するＩｎ
を含むIII族窒化物半導体層は、ＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)
Ｎ（１＞ｘ，１＞ｙ，１−ｘ−ｙ＞０）よりなってお
り、適切なＩｎとＡｌ組成比を選択することにより、光
ガイド層に比べて大きな伝導帯オフセットをもちかつ応
力緩和層として機能するIII族窒化物半導体層が得られ
る。これを採用すれば、光ガイド層内に、キャリアの閉
じ込め効果を持つ層ができることはなく、発振しきい値
の上昇やビーム形状の悪化等の悪影響を避けることが可
能で、結果として、発振しきい値の低いかつ温度特性の
良好なIII族窒化物半導体発光素子を提供することがで
きる。
【図１】本発明に係るIII族窒化物半導体発光素子の構
成例を示す図である。
成例を示す図である。
【図２】本発明に係るIII族窒化物半導体発光素子の他
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係るIII族窒化物半導体発光素子の他
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るIII族窒化物半導体発光素子の他
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係るIII族窒化物半導体発光素子の他
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係るIII族窒化物半導体発光素子の他
の構成例を示す図である。
の構成例を示す図である。
１０１ サファイア基板 １０２ ＧａＮバッファー層 １０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 １０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 １０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 １０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ層応
力緩和層 １０７ ｎ−ＧａＮガイド層 １０８ ＤＱＷ活性層 １０９ ｐ−ＧａＮガイド層 １１０ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ層応
力緩和層 １１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 １１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 １１３ ＳｉＯ2絶縁膜 １１４ ｎ型電極 １１５ ｐ型電極 ２０１ サファイア基板 ２０２ ＧａＮバッファー層 ２０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ２０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ２０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ２０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ２０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ２０８ ＤＱＷ活性層 ２０９ ｐ−ＧａＮガイド層 ２１０ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ２１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ２１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ２１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ２１４ ｎ型電極 ２１５ ｐ型電極 ３０１ サファイア基板 ３０２ ＧａＮバッファー層 ３０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ３０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ３０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ３０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ３０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ３０８ ＤＱＷ活性層 ３０９ ｐ−ＧａＮガイド層 ３１０ ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １
０周期よりなるキャリアのオーバフローストップ層を含
むクラック防止構造 ３１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ３１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ３１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ３１４ ｎ型電極 ３１５ ｐ型電極 ４０１ サファイア基板 ４０２ ＧａＮバッファー層 ４０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ４０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ４０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ４０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ４０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ４０８ ＤＱＷ活性層 ４０９ ｐ−ＧａＮガイド層 ４１０ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ４１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ４１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ４１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ４１４ ｎ型電極 ４１５ ｐ型電極 ５０１ サファイア基板 ５０２ ＧａＮバッファー層 ５０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ５０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ５０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ５０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ５０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ５０８ ＤＱＷ活性層 ５０９ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ５１０ ｐ−ＧａＮガイド層 ５１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ５１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ５１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ５１４ ｎ型電極 ５１５ ｐ型電極 ６０１ サファイア基板 ６０２ ＧａＮバッファー層 ６０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ６０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ６０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ６０６ ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ0.85Ｎ／ｎ
−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ１０周期のクラック防止構造 ６０７ ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層 ６０８ ＤＱＷ活性層 ６０９ ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層 ６１０ ｐ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ0.85Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ６１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ６１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ６１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ６１４ ｎ型電極 ６１５ ｐ型電極
力緩和層 １０７ ｎ−ＧａＮガイド層 １０８ ＤＱＷ活性層 １０９ ｐ−ＧａＮガイド層 １１０ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ層応
力緩和層 １１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 １１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 １１３ ＳｉＯ2絶縁膜 １１４ ｎ型電極 １１５ ｐ型電極 ２０１ サファイア基板 ２０２ ＧａＮバッファー層 ２０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ２０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ２０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ２０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ２０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ２０８ ＤＱＷ活性層 ２０９ ｐ−ＧａＮガイド層 ２１０ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ２１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ２１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ２１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ２１４ ｎ型電極 ２１５ ｐ型電極 ３０１ サファイア基板 ３０２ ＧａＮバッファー層 ３０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ３０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ３０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ３０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ３０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ３０８ ＤＱＷ活性層 ３０９ ｐ−ＧａＮガイド層 ３１０ ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ／ｐ−ＧａＮ １
０周期よりなるキャリアのオーバフローストップ層を含
むクラック防止構造 ３１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ３１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ３１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ３１４ ｎ型電極 ３１５ ｐ型電極 ４０１ サファイア基板 ４０２ ＧａＮバッファー層 ４０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ４０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ４０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ４０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ４０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ４０８ ＤＱＷ活性層 ４０９ ｐ−ＧａＮガイド層 ４１０ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ４１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ４１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ４１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ４１４ ｎ型電極 ４１５ ｐ型電極 ５０１ サファイア基板 ５０２ ＧａＮバッファー層 ５０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ５０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ５０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ５０６ ｎ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｎ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ５０７ ｎ−ＧａＮガイド層 ５０８ ＤＱＷ活性層 ５０９ ｐ−Ａｌ0.07Ｉｎ0.03Ｇａ0.9Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ５１０ ｐ−ＧａＮガイド層 ５１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ５１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ５１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ５１４ ｎ型電極 ５１５ ｐ型電極 ６０１ サファイア基板 ６０２ ＧａＮバッファー層 ６０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ６０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層応力緩和層 ６０５ ｎ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ６０６ ｎ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ0.85Ｎ／ｎ
−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ１０周期のクラック防止構造 ６０７ ｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層 ６０８ ＤＱＷ活性層 ６０９ ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎガイド層 ６１０ ｐ−Ａｌ0.12Ｉｎ0.03Ｇａ0.85Ｎ／ｐ
−ＧａＮ １０周期のクラック防止構造 ６１１ ｐ−ＡｌＧａＮ層クラッド層 ６１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ６１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ６１４ ｎ型電極 ６１５ ｐ型電極
Claims (7)
- 【請求項１】 第１のクラッド層と、活性層と、第２の
クラット層とが積層されており、第１のクラッド層，第
２のクラット層のうちの少なくとも一方のクラッド層と
活性層との間に、応力を緩和する応力緩和構造が設けら
れていることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素
子。 - 【請求項２】 請求項１記載のIII族窒化物半導体発光
素子において、前記応力緩和構造は、少なくともＩｎを
含むIII族窒化物半導体層であることを特徴とするIII族
窒化物半導体発光素子。 - 【請求項３】 請求項１記載のIII族窒化物半導体発光
素子において、前記応力緩和構造は、III族窒化物半導
体の積層構造により構成され、III族窒化物半導体の積
層構造には、少なくとも１層のＩｎを含むIII族窒化物
半導体層が含まれていることを特徴とするIII族窒化物
半導体発光素子。 - 【請求項４】 請求項３記載のIII族窒化物半導体発光
素子において、前記応力緩和構造を構成するIII族窒化
物半導体の積層構造の少なくとも１層のIII族窒化物半
導体層の伝導帯オフセットは、クラッド層の伝導帯オフ
セットよりも大きいことを特徴とするIII族窒化物半導
体発光素子。 - 【請求項５】 請求項３または請求項４記載のIII族窒
化物半導体発光素子において、前記応力緩和構造を構成
するIII族窒化物半導体の積層構造のうちの一部のIII族
窒化物半導体層は、組成が段階的に変化していることを
特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項６】 請求項４記載のIII族窒化物半導体発光
素子において、前記応力緩和構造は、活性層に隣接して
いることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項７】 請求項２乃至請求項６のいずれか一項に
記載のIII族窒化物半導体発光素子において、応力緩和
構造を構成するＩｎを含むIII族窒化物半導体層は、Ａ
ｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ（１＞ｘ，１＞ｙ，１−ｘ−ｙ
＞０）よりなることを特徴とするIII族窒化物半導体発
光素子。
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|---|---|---|---|
| JP2001127218A JP2002324946A (ja) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001127218A JP2002324946A (ja) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002324946A true JP2002324946A (ja) | 2002-11-08 |
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ID=18976123
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001127218A Pending JP2002324946A (ja) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023217A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-24 | Sony Corp | 発光素子 |
| JP2009267231A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体レーザ |
| JP2009277844A (ja) * | 2008-05-14 | 2009-11-26 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2009283573A (ja) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
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-
2001
- 2001-04-25 JP JP2001127218A patent/JP2002324946A/ja active Pending
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| WO2010131526A1 (ja) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | 住友電気工業株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| CN102422495A (zh) * | 2009-05-11 | 2012-04-18 | 住友电气工业株式会社 | 氮化物半导体发光元件 |
| US8513684B2 (en) | 2009-05-11 | 2013-08-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light emitting device |
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