JP2003101154A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化物半導体よりなるＬＤ素子のしきい値電
流、電圧を低下させることにより長時間の連続発振を実
現する。 【解決手段】活性層が、ｎ導電側の窒化物半導体層とｐ
導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物
半導体素子であって、前記ｎ導電側及び／又はｐ導電側
の窒化物半導体層において、前記活性層と離れた位置、
若しくは接した位置に、互いにバンドギャップエネルギ
ーが異なりかつ互いに不純物濃度が異なる第１と第２の
窒化物半導体層とが積層されてなるｎ側歪み超格子層を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ（発光ダイ
オード）、ＬＤ（レーザダイオード）、あるいはスーパ
ルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の発光素子、太
陽電池、光センサー等の受光素子、あるいはトランジス
タ、パワーデバイス等の電子デバイスに使用される窒化
物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦X、０
≦Y、X＋Y≦１）を用いた素子に関する。なお、本明細
書において使用する一般式Ｉｎ_ＸＧａ _１−ＸＮ、Ａｌ_Ｙ
Ｇａ_１−ＹＮ等は単に窒化物半導体層の組成式を示すも
のであって、異なる層が例えば同一の組成式で示されて
いても、それらの層のX値、Y値が一致していることを示
すものではない。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ＩｎＧａＮよ
りなる井戸層を有する単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Sing
le-Quantum- Well）、若しくは多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ：Multi-Quantum-Well）の活性層が、ｎ型窒化物半導
体層とｐ型窒化物半導体層との間に挟まれたダブルへテ
ロ構造を有している。青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ
井戸層のＩｎ組成比を増減することで決定されている。

【０００３】また、本出願人は、最近この材料を用いて
パルス電流下、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を世界
で初めて発表した{例えば、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L
74、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L217等}。このレーザ素
子は、ＩｎＧａＮよりなる井戸層を用いた多重量子井戸
構造の活性層を有するダブルへテロ構造を有し、パルス
幅２μｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾値電流６１０
ｍＡ、閾値電流密度８．７ｋＡ／cm^２、４１０ｎｍの発
振を示す。さらに、我々は改良したレーザ素子をAppl.P
hys.Lett.69(1996)1477において発表した。このレーザ
素子は、ｐ型窒化物半導体層の一部にリッジストライプ
が形成された構造を有しており、パルス幅１μｓ、パル
ス周期１ｍｓ、デューティー比０．１％で、閾値電流１
８７ｍＡ、閾値電流密度３ｋＡ／cm^２、４１０ｎｍの発
振を示す。そして、さらに我々は室温での連続発振にも
初めて成功し、発表した。{例えば、日経エレクトロニ
クス 1996年12月2日号 技術速報、Appl.Phys.Lett.69(1
996)3034、Appl.Phys.Lett.69(1996)4056 等}、このレ
ーザ素子は２０℃において、閾値電流密度３．６ｋＡ／
cm^２、閾値電圧５．５Ｖ、１．５ｍＷ出力において、２
７時間の連続発振を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体よりなる
青色、緑色ＬＥＤは順方向電流（Ｉｆ）２０ｍＡで、順
方向電圧（Ｖｆ）が３．４Ｖ〜３．６Ｖあり、ＧａＡｌ
Ａｓ系の半導体よりなる赤色ＬＥＤに比べて２Ｖ以上高
いため、さらなるＶｆの低下が望まれている。また、Ｌ
Ｄでは閾値での電流、電圧が未だ高く、室温で長時間連
続発振させるためには、この閾値電流、電圧が下がるよ
うな、さらに効率の高い素子を実現する必要がある。

【０００５】レーザ素子の閾値電圧を低下させることが
できれば、その技術をＬＥＤ素子に適用すると、ＬＥＤ
素子のＶｆの低下が予想できる。従って本発明の目的と
するところは、主として窒化物半導体よりなるＬＤ素子
の閾値での電流、電圧を低下させることにより長時間の
連続発振を実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、窒化物半導体
素子において、活性層以外のいずれか１つ以上の半導体
層を歪み超格子構造とすることにより、該半導体層の結
晶性をよくでき、該半導体層の電気抵抗を低くできるこ
とを見いだして完成させたものである。すなわち、本発
明の第１の窒化物半導体素子は、活性層が、ｎ導電側
（以下、ｎ側という。）の窒化物半導体層とｐ導電側
（以下、ｐ側という。）の窒化物半導体層との間に形成
されてなる窒化物半導体素子であって、前記ｎ導電側の
窒化物半導体層において、前記活性層と離れた位置、若
しくは接した位置に、互いにバンドギャップエネルギー
が異なりかつ互いにｎ型不純物濃度が異なる第１と第２
の窒化物半導体層とが積層されてなるｎ側歪み超格子層
を有することを特徴とする。これによって、超格子層で
構成された窒化物半導体層の電気抵抗を小さくできるの
で、ｎ導電側の窒化物半導体層の全体としての抵抗を小
さくできる。

【０００７】また本発明の第２の窒化物半導体素子は、
活性層が、ｎ導電側の窒化物半導体層とｐ導電側の窒化
物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素子で
あって、前記ｐ導電側の窒化物半導体層において、前記
活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、互いにバ
ンドギャップエネルギーが異なりかつ互いにｐ型不純物
濃度が異なる第３と第４の窒化物半導体層とが積層され
てなるｐ側歪み超格子層を有することを特徴とする。こ
れによって、超格子層で構成された窒化物半導体層の電
気抵抗を小さくできるので、ｐ導電側の窒化物半導体層
の全体としての抵抗を小さくできる。ここで、ｐ導電側
とは活性層と正電極（ｐ電極）との間にある窒化物半導
体層を指し、ｎ導電側とは、活性層を挟んでｐ導電側と
反対側にある窒化物半導体層を指すものとする。なお、
第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との積層
順序、及び第３の窒化物半導体層と第４の窒化物半導体
層との積層順序は問わないことは言うまでもない。

【０００８】さらに本発明の第３の窒化物半導体素子
は、活性層が、ｎ導電側の窒化物半導体層とｐ導電側の
窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化物半導体素
子であって、前記ｎ導電側の窒化物半導体層において、
前記活性層と離れた位置、若しくは接した位置に、互い
にバンドギャップエネルギーが異なりかつ互いにｎ型不
純物濃度が異なる第１と第２の窒化物半導体層とが積層
されてなるｎ側歪み超格子層を有し、前記ｐ導電側の窒
化物半導体層において、前記活性層と離れた位置、若し
くは接した位置に、互いにバンドギャップエネルギーが
異なりかつ互いにｐ型不純物濃度が異なる第３と第４の
窒化物半導体層とが積層されてなるｐ側歪み超格子層を
有することを特徴とする。これによって、超格子層で構
成された窒化物半導体層の電気抵抗を小さくできるの
で、ｎ導電側及びｐ導電側の窒化物半導体層の全体とし
ての抵抗を小さくできる。

【０００９】本発明の第１又は第３の窒化物半導体素子
では、ｎ側歪み超格子層は、例えば発光素子、受光素子
のような光電変換素子であれば、基板に接して形成され
たバッファ層、ｎ電極が形成されるｎ側コンタクト層、
キャリア閉じ込めとしてのｎ側クラッド層、及び活性層
の発光を導波するｎ側光ガイド層の内の少なくとも１種
の層として形成される。第２又は第３の窒化物半導体素
子では、ｐ側歪み超格子層は、ｐ電極が形成されるｐ側
コンタクト層、キャリア閉じ込めとしてのｐ側クラッド
層、及び活性層の発光を導波するｐ側光ガイド層の内の
少なくとも１種の層として形成される。

【００１０】本発明の第１及び第３の窒化物半導体素子
では、超格子層においてバンドギャップエネルギーの大
きな第１の窒化物半導体層の不純物濃度をバンドギャッ
プエネルギーの小さい第２の窒化物半導体層の不純物濃
度に比較して、大きくしてもよいし、小さくしてもよ
い。前記第１の窒化物半導体層の不純物濃度を第２の窒
化物半導体層の不純物濃度に比較して大きくした場合、
キャリアをバンドギャップエネルギーの大きな第１の窒
化物半導体層で発生させて、バンドギャップエネルギー
の小さい第２の窒化物半導体層に注入でき、注入された
キャリアを不純物濃度が小さく移動度の大きい第２の窒
化物半導体層で移動させることができるので、超格子層
の電気抵抗を小さくできる。ここで、本明細書におい
て、ｎ側歪み超格子層とｐ側歪み超格子層とを総括して
呼ぶときは、上述のように単に超格子層と呼ぶ。

【００１１】また、前記第１の窒化物半導体層の不純物
濃度を第２の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して大
きくした場合、第１の窒化物半導体素子では、超格子層
の第１の窒化物半導体層において、第２の窒化物半導体
層に近接する部分（以下、近接部分という。）のｎ型又
はｐ型不純物濃度を、第２の窒化物半導体層から離れた
部分に比較して小さくすることが好ましい。これによっ
て、第２の窒化物半導体層中を移動するキャリアが、前
記近接部分の不純物によって散乱されるのを防止でき、
第２の窒化物半導体層の移動度をさらに高くでき、超格
子層の電気抵抗をさらに低くできる。

【００１２】具体的には、第１、第３の窒化物半導体素
子において、バンドギャップエネルギーの大きい第１の
窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、第
１の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０^１７／
cm^３〜１×１０^２０／cm^３の範囲にあり、第２の窒化物
半導体層のｎ型不純物濃度が、第１の窒化物半導体層よ
り小さくかつ１×１０^１９／cm^３以下に設定することが
好ましい。なおバンドギャップエネルギーが小さい第２
の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度は、１×１０^１８／
cm^３以下であることがより好ましく、１×１０^１７／cm
^３以下であることがより好ましい。すなわち、第２の窒
化物半導体層の移動度を高くする観点からは、第２の窒
化物半導体層のｎ型不純物濃度は小さければ小さいほど
よく、第２の窒化物半導体層をアンドープ（ｕｎｄｏｐ
ｅ）層、即ち不純物を意図的にドープしない状態が最も
望ましい。

【００１３】また、前記第１の窒化物半導体層の不純物
濃度を第２の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して小
さくした場合、前記第２の窒化物半導体層において、前
記第１の窒化物半導体層に近接する部分のｎ型不純物濃
度を前記第１の窒化物半導体層から離れた部分に比較し
て小さくすることが好ましい。さらに、前記第１の窒化
物半導体層の不純物濃度を第２の窒化物半導体層の不純
物濃度に比較して小さくした場合、前記第１の窒化物半
導体層のｎ型不純物濃度が１×１０^１９／cm^３以下であ
り、前記第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×
１０^１７／cm^３〜１×１０^２０／cm^３の範囲であること
が好ましい。尚、前記第１の窒化物半導体層は、好まし
くは１×１０^１８／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×
１０^１７／ｃｍ^３以下、最も好ましくはアンドープ（ｕ
ｎｄｏｐｅ）、すなわち、不純物を意図的にドープしな
い状態が最も望ましい。

【００１４】また、第１及び第３の窒化物半導体素子で
は、超格子層において、結晶性のよい超格子層を形成す
るために、前記第１の窒化物半導体層を比較的エネルギ
ーバンドギャップが大きくかつ結晶性のよい層を成長さ
せることができるＡｌ_ＹＧａ _１−ＹＮ（０＜Y＜１）で
形成し、前記第２の窒化物半導体層を比較的エネルギー
バンドギャップが小さく結晶性のよい層を成長させるこ
とができるＩｎ_ＸＧａ _１−ＸＮ（０≦X＜１）で形成す
ることが好ましい。

【００１５】また、第１及び第３の窒化物半導体素子で
は、超格子層において、前記第２の窒化物半導体層がＧ
ａＮからなることがさらに好ましい。これによって、前
記第１の窒化物半導体層（Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ）と、前
記第２の窒化物半導体層（ＧａＮ）とを同じ雰囲気中で
成長させることができるので、超格子層の製造上極めて
有利である。

【００１６】また、第１及び第３の窒化物半導体素子で
は、超格子層において、前記第１の窒化物半導体層はＡ
ｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で形成し、前記第２の
窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ
＞Ｙ）で形成することもできる。

【００１７】さらに、前記第１の窒化物半導体層又は前
記第２の窒化物半導体層には、ｎ型不純物がドープされ
ていないことがさらに好ましい。

【００１８】本発明の第２及び第３の窒化物半導体素子
では、超格子層においてバンドギャップエネルギーの大
きな第３の窒化物半導体層の不純物濃度をバンドギャッ
プエネルギーの小さい第４の窒化物半導体層の不純物濃
度に比較して、大きくしてもよいし、小さくしてもよ
い。前記第３の窒化物半導体層の不純物濃度を第４の窒
化物半導体層の不純物濃度に比較して大きくした場合、
キャリアをバンドギャップエネルギーの大きな第３の窒
化物半導体層で発生させて、バンドギャップエネルギー
の小さい第４の窒化物半導体層に注入でき、注入された
キャリアを不純物濃度が小さく移動度の大きい第４の窒
化物半導体層で移動させることができるので、超格子層
の電気抵抗を小さくできる。

【００１９】また、第２及び第３の窒化物半導体素子で
は、前記第３の窒化物半導体層の不純物濃度を第４の窒
化物半導体層の不純物濃度に比較して大きくした場合、
超格子層の第１の窒化物半導体層において、第４の窒化
物半導体層に近接する部分（以下、近接部分という。）
のｐ型不純物濃度を、第４の窒化物半導体層から離れた
部分に比較して小さくすることが好ましい。これによっ
て、第４の窒化物半導体層中を移動するキャリアが、前
記近接部分の不純物によって散乱されるのを防止でき、
第４の窒化物半導体層の移動度をさらに高くでき、超格
子層の電気抵抗をさらに低くできる。

【００２０】また、第２、第３の窒化物半導体素子にお
いて、前記第３の窒化物半導体層の不純物濃度を第４の
窒化物半導体層の不純物濃度に比較して大きくした場
合、バンドギャップエネルギーが大きい第３の窒化物半
導体層のｐ型不純物濃度が１×１０^１８／cm^３〜１×１
０^２１／cm^３の範囲にあり、第４の窒化物半導体層のｐ
型不純物濃度が、第３の窒化物半導体層の不純物濃度よ
り小さくかつ１×１０^{２ ０}／cm^３以下に設定することが
より好ましい。なおバンドギャップエネルギーが小さい
第４の窒化物半導体層は１×１０^１９／cm^３以下である
ことがより好ましく、１×１０^１８／cm^３以下であるこ
とがさらに好ましい。すなわち、第４の窒化物半導体層
の移動度を高くする観点からは、第４の窒化物半導体層
のｐ型不純物濃度は小さければ小さいほどよく、第４の
窒化物半導体層をアンドープ層、即ち不純物を意図的に
ドープしない状態が最も望ましい。

【００２１】また、第２及び第３の窒化物半導体素子に
おいて、前記第３の窒化物半導体層の不純物濃度を第４
の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して小さくした場
合、前記第４の窒化物半導体層において、前記第３の窒
化物半導体層に近接する部分のｐ型不純物濃度を前記第
３の窒化物半導体層から離れた部分に比較して小さくす
ることが好ましい。

【００２２】また、第２及び第３の窒化物半導体素子に
おいて、前記第３の窒化物半導体層の不純物濃度を第４
の窒化物半導体層の不純物濃度に比較して小さくした場
合、前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×
１０^２０／cm^３以下であり、第４の窒化物半導体層のｐ
型不純物濃度が１×１０^１８／cm^３〜１×１０^２１／cm
^３の範囲であることが好ましい。尚、前記第３の窒化物
半導体層は、１×１０^１９／ｃｍ^３以下、さらに好まし
くは１×１０^１８／ｃｍ^３以下、最も好ましくはアンド
ープ（ｕｎｄｏｐｅ）、すなわち、不純物を意図的にド
ープしない状態が最も望ましい。

【００２３】また、第２及び第３の窒化物半導体素子に
おいて、結晶性のよい超格子層を形成するために、前記
第３の窒化物半導体層を比較的エネルギーバンドギャッ
プが大きくかつ結晶性のよい層を成長させることができ
るＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１）で形成し、前記第
４の窒化物半導体層をＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦X＜
１）で形成することが好ましい。前記第４の窒化物半導
体層は、ＧａＮからなることがさらに好ましい。これに
よって、前記第３の窒化物半導体層（Ａｌ_ＹＧａ_{１ −Ｙ}
Ｎ）と、前記第４の窒化物半導体層（ＧａＮ）とを同じ
雰囲気中で成長させることができるので、超格子層の製
造上極めて有利である。

【００２４】また、第２及び第３の窒化物半導体素子に
おいて、前記第３の窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧａ_１−Ｘ
Ｎ（０＜Ｘ＜１）で形成し、前記第４の窒化物半導体層
はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）で形成し
てもよい。

【００２５】また、第２及び第３の窒化物半導体素子に
おいて、前記第３の窒化物半導体層又は前記第４の窒化
物半導体層には、ｐ型不純物がドープされていないこと
が好ましい。

【００２６】第３の窒化物半導体素子では、前記ｎ側歪
み超格子層において、前記第１の窒化物半導体層のバン
ドギャップエネルギーが前記第２の窒化物半導体層のバ
ンドギャップエネルギーより大きく、かつ前記第１の窒
化物半導体層のｎ型不純物濃度が前記第２の窒化物半導
体層のｎ型不純物濃度より高く、しかも、前記ｐ側歪み
超格子層において、前記第３の窒化物半導体層のバンド
ギャップエネルギーが前記第４の窒化物半導体層のバン
ドギャップエネルギーより大きく、かつ前記第３の窒化
物半導体層のｐ型不純物濃度が前記第４の窒化物半導体
層のｐ型不純物濃度より高く設定することができる。こ
の場合、前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が
１×１０^１７／cm^３〜１×１０^２０／cm^３の範囲であっ
て、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０
^１９／cm^３以下でありかつ、前記第３の窒化物半導体層
のｐ型不純物濃度が１×１０^１８／cm^３〜１×１０ ^２１
／cm^３の範囲であって、前記第４の窒化物半導体層のｐ
型不純物濃度が１×１０^２０／cm^３以下であることが好
ましい。

【００２７】また、第３の窒化物半導体素子では、前記
ｎ側歪み超格子層において、前記第１の窒化物半導体層
は、前記第２の窒化物半導体層より大きいバンドギャッ
プエネルギーと前記第２の窒化物半導体層より大きいｎ
型不純物濃度とを有するように設定しかつ、 前記ｐ側
歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導体層は、
前記第４の窒化物半導体層より大きいバンドギャップエ
ネルギーと前記第４の窒化物半導体層より小さいｐ型不
純物濃度とを有するように設定することができる。この
場合、前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１
×１０^１７／cm^３〜１×１０^２０／cm^３の範囲であっ
て、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０
^１９／cm^３以下でありかつ、前記第３の窒化物半導体層
のｐ型不純物濃度が１×１０^２０／cm^３以下であり、第
４の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０^１８／
cm^３〜１×１０^２１／cm^３の範囲であることが好まし
い。

【００２８】また、第３の窒化物半導体素子では、前記
ｎ側歪み超格子層において、前記第１の窒化物半導体層
は、前記第２の窒化物半導体層より大きいバンドギャッ
プエネルギーと前記第２の窒化物半導体層より小さいｎ
型不純物濃度とを有しかつ、前記ｐ側歪み超格子層にお
いて、前記第３の窒化物半導体層は、前記第４の窒化物
半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記第
４の窒化物半導体層より大きいｐ型不純物濃度とを有す
るように設定することができる。この場合、前記第１の
窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０^１９／cm^３
以下であって、前記第２の窒化物半導体層のｎ型不純物
濃度が１×１０^１７／cm ^３〜１×１０^２０／cm^３の範囲
でありかつ、前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純物濃
度が１×１０^１８／cm^３〜１×１０^２１／cm^３の範囲で
あって、前記第４の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が
１×１０^２０／cm^３以下であることが好ましい。

【００２９】さらに、第３の窒化物半導体素子では、前
記ｎ側歪み超格子層において、前記第１の窒化物半導体
層は、前記第２の窒化物半導体層より大きいバンドギャ
ップエネルギーと前記第２の窒化物半導体層より小さい
ｎ型不純物濃度とを有しかつ、前記ｐ側歪み超格子層に
おいて、前記第３の窒化物半導体層は、前記第４の窒化
物半導体層より大きいバンドギャップエネルギーと前記
第４の窒化物半導体層より小さいｐ型不純物濃度とを有
するように設定することができる。この場合、前記第１
の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０^１９／cm
^３以下であって、前記第２の窒化物半導体層のｎ型不純
物濃度が１×１０^１７／cm ^３〜１×１０^２０／cm^３の範
囲でありかつ、前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純物
濃度が１×１０^２０／cm^３以下であり、第４の窒化物半
導体層のｐ型不純物濃度が１×１０^１８／cm^３〜１×１
０^２１／cm^３の範囲であることが好ましい。

【００３０】第３の窒化物半導体素子では、前記ｎ側歪
み超格子層において、前記第１の窒化物半導体層はＡｌ
_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１）で形成し、前記第２の窒
化物半導体層はＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦X＜１）で形
成しかつ、前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の
窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_{１− Ｙ}Ｎ（０＜Y＜１）で
形成し、前記第４の窒化物半導体層はＩｎ_ＸＧａ_１−Ｘ
Ｎ（０≦X＜１）で形成することができる。さらに、前
記第２と第４の窒化物半導体素子がそれぞれ、ＧａＮか
らなることが好ましい。

【００３１】第３の窒化物半導体素子では、前記ｎ側歪
み超格子層において、前記第１の窒化物半導体層はＡｌ
_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で形成し、前記第２の窒
化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞
Ｙ）で形成し、前記ｐ側歪み超格子層において、前記第
３の窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧａ_{１− Ｘ}Ｎ（０＜Ｘ＜
１）で形成し、前記第４の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ
_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）で形成することができ
る。

【００３２】さらに、第３の窒化物半導体素子では、前
記第１の窒化物半導体層又は前記第２の窒化物半導体層
は、ｎ型不純物がドープされていないアンドープ層であ
ることが好ましく、前記第３の窒化物半導体層又は前記
第４の窒化物半導体層は、ｐ型不純物がドープされてい
ないアンドープ層であることが好ましい。

【００３３】また、第１第２第３の窒化物半導体素子で
は、前記活性層がＩｎＧａＮ層を含むことが好ましく、
前記ＩｎＧａＮ層が量子井戸層であることがさらに好ま
しい。尚、前記活性層は、単一量子井戸構造であっても
よいし、多重量子井戸構造であってもよい。

【００３４】また、本発明に係る１つの態様の窒化物半
導体素子は、前記活性層がｐ側クラッド層とｎ側クラッ
ド層の間に位置するレーザ発振素子であって、前記ｐ側
クラッド層と前記ｎ側クラッド層のうちの少なくとも一
方が、前記ｎ側歪み超格子層又は前記ｐ側歪み超格子層
である。これによって、しきい値電流の低いレーザ発振
素子を構成できる。

【００３５】また、前記レーザ発振素子では、前記ｐ側
クラッド層と活性層との間、又は前記ｐ側クラッド層と
活性層との間の少なくとも一方に、Ｉｎを含む窒化物半
導体又はＧａＮからなり、不純物濃度が１×１０^１９／
cm^３以下である光ガイド層が形成されることが好まし
い。この光ガイド層は、前記活性層で発生する光の吸収
率が低いので、活性層の発光を消衰させることが少な
く、低利得で発振可能なレーザ素子を実現できる。本発
明では、光の吸収率を低くするために、前記光ガイド層
の不純物濃度は１×１０^１８／cm^３以下であることがよ
り好ましく、１×１０^１７／cm^３以下であることがさら
に好ましく、アンドープであることが最も好ましい。
尚、前記光ガイド層を超格子構造にしてもよい。

【００３６】さらに、前記光ガイド層と活性層との間
に、活性層の井戸層及び前記光ガイド層のバンドギャッ
プエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを
有する、膜厚０．１μｍ以下の窒化物半導体よりなるキ
ャップ層が形成されることが好ましく、そのキャップ層
の不純物濃度は１×１０^１８／cm^３以上に設定すること
が好ましい。このように、バンドギャップエネルギーの
大きな前記キャップ層を形成することにより、リーク電
流を少なくすることができる。この光ガイド層及びキャ
ップ層はｐ導電側窒化物半導体層側に形成されていると
より効果的である。

【００３７】また本発明においては、第１〜第３の窒化
物半導体素子は、窒化物半導体とは異なる材料よりなる
異種基板上に窒化物半導体層を成長させ、該成長された
窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層の表面を部分的
に露出させるように保護膜を形成した後、露出された窒
化物半導体層から前記保護膜を覆うように成長された窒
化物半導体からなる窒化物半導体基板の上に形成するこ
とが好ましい。これによって、第１〜第３の窒化物半導
体素子の各層を結晶性よく形成できるので、優れた特性
を有する窒化物半導体素子を形成することができる。本
願発明では、この異種基板、及び保護膜は、窒化物半導
体素子が形成された（又はされるべき）窒化物半導体層
を基板として残して、素子成長前または素子成長後に除
去してもよい。

【００３８】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る一実施形態の
窒化物半導体素子の構造を示す模式的な断面図である。
この実施形態の窒化物半導体素子は、活性層端面を共振
面とする電極ストライプ型のレーザ素子（従って、以下
単に実施形態のレーザ素子という。）であって、図１
は、レーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切断した
際の断面を模式的に示している。以下、図１を参照して
本発明の実施形態について説明する。

【００３９】まず、図１において、各符号は以下のもの
を示す。１０は、窒化物半導体と異なる材料よりなる異
種基板、例えばサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、
ＧａＡｓ、ＺｎＯ等の材料よりなる基板の上に成長され
た、例えば膜厚１０μｍ以上のＧａＮ基板を示す。な
お、異種基板は、図１に示すように、ＧａＮ基板１０を
形成した後除去してもよいし、後述する実施例に示すよ
うに除去しないで用いてもよい（図４）。１１は、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＮよりなるバッファ層、兼ｎ側コンタク
ト層を示す。１２は、活性層から離れた位置にあり、例
えば膜厚４０オングストロームのＳｉドープｎ型Ａｌ
_０．２Ｇａ_０．８Ｎ（第１の窒化物半導体層）と膜厚４
０オングストロームのアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）Ｇａ
Ｎ層（第２の窒化物半導体層）とが交互に１００層積層
されてなる超格子構造のｎ側クラッド層を示す。１３
は、ｎ側クラッド層１２と、活性層１４との間にあり、
ｎ側クラッド層１２のＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりも小
さいバンドギャップエネルギーを有する、例えばアンド
ープＧａＮよりなるｎ側ガイド層を示す。１４は、膜厚
３０オングストロームのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりな
る井戸層３層と、井戸層よりもバンドギャップエネルギ
ーが大きい膜厚３０オングストロームのＩｎ_０．０５Ｇ
ａ_０．９５Ｎよりなる障壁層２層とが交互に合計５層積
層されてなる多重量子井戸構造の活性層を示す。１５
は、活性層１４の井戸層のバンドギャップエネルギーよ
りも大きく、ｐ側光ガイド層１６のバンドギャップエネ
ルギーよりも大きい、例えばＭｇドープｐ型Ａｌ_０．３
Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ側キャップ層を示す。このｐ側
キャップ層１５のバンドギャップエネルギーは好ましく
は、超格子構造のｐ側クラッド層１７のバンドギャップ
エネルギーの小さい方の窒化物半導体層（第４の窒化物
半導体層）よりも大きくする。１６は、ｐ側クラッド層
１７と、活性層１４との間にあり、ｐ側クラッド層１７
のＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりも小さいバンドギャップ
エネルギーを有する、例えばアンドープＧａＮよりなる
ｐ側ガイド層を示す。１７は、活性層から離れた位置に
あり、例えば膜厚４０オングストロームのＭｇドープｐ
型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎと膜厚４０オングストローム
のアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）ＧａＮ層とが交互に１０
０層積層されてなる超格子構造のｐ側クラッド層を示
す。１８は、ｐ側クラッド層１７のＡｌ_０．２Ｇａ
_０．８Ｎよりも小さいバンドギャップエネルギーを有す
る、例えばＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層
を示す。

【００４０】このように本発明の実施形態のレーザ素子
は、ＧａＮ基板１０の上に上述の各窒化物半導体層１１
〜１８が積層された構造を有しており、ｐ側クラッド層
１７から上の窒化物半導体層はストライプリッジが形成
され、リッジ最表面にあるｐ側コンタクト層１８のほぼ
全面にｐ電極２１が形成されている。一方、窒化物半導
体層上部からエッチングされて露出されたｎ側バッファ
層１１の表面にはｎ電極２３が形成されている。本実施
の形態では、ｎ電極２３はｎ側バッファ層１１の表面に
形成されているが、基板としてがＧａＮ基板１０を用い
ているので、ｎ電極を形成する部分をＧａＮ基板１０ま
でエッチングしてＧａＮ基板１０の表面を露出させ、そ
の露出させたＧａＮ基板１０の表面にｎ電極を形成して
同一面側にｐ電極とｎ電極とを設ける構造とすることも
できる。またｎ電極２３とｐ電極２１との間に露出して
いる窒化物半導体表面には、例えばＳｉＯ_２からなる絶
縁膜２５が設けられ、その絶縁膜２５の窓部を介してそ
れぞれボンディング用としてｐパッド電極２２とｎパッ
ド電極２４が設けられている。なお先にも述べたよう
に、本明細書において、活性層とｐ電極との間にある窒
化物半導体層は、窒化物半導体層の導電型に関わらず、
総称してｐ側窒化物半導体層といい、その活性層とＧａ
Ｎ基板１０との間にある窒化物半導体層を総称してｎ側
窒化物半導体層という。

【００４１】本発明の実施形態のレーザ素子では、図１
に示す活性層１４の下部にあるｎ側窒化物半導体層中に
おいて、活性層１４と離れた位置に、バンドギャップエ
ネルギーの大きな第１の窒化物半導体層と、第１の窒化
物半導体層よりもバンドギャップエネルギーの小さな第
２の窒化物半導体層とが積層されて、互いに不純物濃度
が異なる超格子構造のｎ側クラッド層１２を有してい
る。超格子層を構成する第１の窒化物半導体層、第２の
窒化物半導体層の膜厚は１００オングストローム以下、
さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ま
しくは１０〜４０オングストロームの膜厚に調整する。
１００オングストロームよりも厚いと、第１の窒化物半
導体層及び第２の窒化物半導体層が弾性歪み限界以上の
膜厚となり、膜中に微少なクラック、あるいは結晶欠陥
が入りやすい傾向にある。本発明では、第１の窒化物半
導体層、第２の窒化物半導体層の膜厚の下限は特に限定
されず、１原子層以上であればよいが、前記のように１
０オングストローム以上が最も好ましい。さらに第１の
窒化物半導体層は少なくともＡｌを含む窒化物半導体、
好ましくはＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X≦１）を成長さ
せる方が望ましい。一方、第２の窒化物半導体は第１の
窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい
窒化物半導体であればどのようなものでも良いが、好ま
しくはＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Y＜１、X＞Y）、Ｉｎ
_ＺＧａ_１−ＺＮ（０≦Z＜１）のような２元混晶、３元
混晶の窒化物半導体が成長させやすく、また結晶性の良
いものが得られやすい。その中でも特に好ましくは第１
の窒化物半導体はＩｎ、Ｇａを含まないＡｌ_ＸＧａ
_１−ＸＮ（０＜X＜１）とし、第２の窒化物半導体はＡ
ｌを含まないＩｎ_ＺＧａ_１−ＺＮ（０≦Z＜１）とし、
中でも結晶性に優れた超格子を得る目的で、Ａｌ混晶比
(Y値）０．３以下のＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X≦０．
３）と、ＧａＮの組み合わせが最も好ましい。

【００４２】また、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X＜１）
を用いて第１の窒化物半導体を形成し、ＧａＮを用いて
第２の窒化物半導体を形成した場合、以下のような製造
上優れた利点を有する。すなわち、有機金属気体層成長
法（ＭＯＣＶＤ）によるＡｌ _ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X＜
１）層及びＧａＮ層の形成においては、いずれの層も同
じＨ_２雰囲気中で成長させることができる。従って、雰
囲気を変えることなくＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X＜
１）層とＧａＮ層とを交互に成長させることにより超格
子層を形成することができる。このことは、数１０から
数１００層を積層して形成する必要がある超格子層を製
造する上で極めて大きな利点である。

【００４３】光閉じ込め層、及びキャリア閉じ込め層と
してクラッド層を形成する場合、活性層の井戸層よりも
バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体を成長
させる必要がある。バンドギャップエネルギーの大きな
窒化物半導体層とは、即ちＡｌ混晶比の高い窒化物半導
体である。従来ではＡｌ混晶比の高い窒化物半導体を厚
膜で成長させると、クラックが入りやすくなるため、結
晶成長が非常に難しかった。しかしながら本発明のよう
に超格子層にすると、超格子層を構成する第１の窒化物
半導体層としてのＡｌＧａＮ層をＡｌ混晶比の多少高い
層としても、弾性臨界膜厚以下の膜厚で成長させている
のでクラックが入りにくい。そのため、本発明では、Ａ
ｌ混晶比の高い層を結晶性良く成長できるので、光閉じ
込め、キャリア閉じ込め効果の高いクラッド層を形成す
ることができ、レーザ素子では閾値電圧、ＬＥＤ素子で
はＶｆ（順方向電圧）を低下させることができる。

【００４４】さらに、本発明に係る実施の形態のレーザ
素子では、このｎ側クラッド層１２の第１の窒化物半導
体層と第２の窒化物半導体層とのｎ型不純物濃度が互い
に異なるように設定する。これはいわゆる変調ドープと
呼ばれるもので、一方の層のｎ型不純物濃度を小さく、
好ましくは不純物をドープしない状態（アンドープ）と
して、もう一方の層に高濃度にドープすると、閾値電
圧、Ｖｆ等を低下させることができる。これは不純物濃
度の低い層を超格子層中に存在させることにより、その
層の移動度が大きくなり、また不純物濃度が高濃度の層
も同時に存在することにより、キャリア濃度が高いまま
で超格子層が形成できることによる。つまり、不純物濃
度が低い移動度の高い層と、不純物濃度が高いキャリア
濃度が大きい層とが同時に存在することにより、キャリ
ア濃度が大きく、移動度も大きい層がクラッド層となる
ために、閾値電圧、Ｖｆが低下すると推察される。

【００４５】バンドギャップエネルギーの大きな窒化物
半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、この変調
ドープにより高不純物濃度層と、低不純物濃度層との間
に二次元電子ガスができ、この二次元電子ガスの影響に
より抵抗率が低下すると推察される。例えば、ｎ型不純
物がドープされたバンドギャップの大きい窒化物半導体
層と、バンドギャップが小さいアンドープの窒化物半導
体層とを積層した超格子層では、ｎ型不純物を添加した
層と、アンドープの層とのヘテロ接合界面で、障壁層側
が空乏化し、バンドギャップの小さい層側の厚さ前後の
界面に電子（二次元電子ガス）が蓄積する。この二次元
電子ガスがバンドギャップの小さい側にできるので、電
子が走行するときに不純物による散乱を受けないため、
超格子の電子の移動度が高くなり、抵抗率が低下する。
なおｐ側の変調ドープも同様に二次元正孔ガスの影響に
よると推察される。またｐ層の場合、ＡｌＧａＮはＧａ
Ｎに比較して抵抗率が高い。そこでＡｌＧａＮの方にｐ
型不純物を多くドープすることにより抵抗率が低下する
ために、超格子層の実質的な抵抗率が低下するので素子
を作製した場合に、閾値が低下する傾向にあると推察さ
れる。

【００４６】一方、バンドギャップエネルギーの小さな
窒化物半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、以
下のような作用があると推察される。例えばＡｌＧａＮ
層とＧａＮ層にＭｇを同量でドープした場合、ＡｌＧａ
Ｎ層ではＭｇのアクセプター準位の深さが大きく、活性
化率が小さい。一方、ＧａＮ層のアクセプター準位の深
さはＡｌＧａＮ層に比べて浅く、Ｍｇの活性化率は高
い。例えばＭｇを１×１０^２０／cm^３ドープしてもＧａ
Ｎでは１×１０^１８／cm^３程度のキャリア濃度であるの
に対し、ＡｌＧａＮでは１×１０^１７／cm^３程度のキャ
リア濃度しか得られない。そこで、本発明ではＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮとで超格子とし、高キャリア濃度が得られる
ＧａＮ層の方に多く不純物をドープすることにより、高
キャリア濃度の超格子が得られるものである。しかも超
格子としているため、トンネル効果でキャリアは不純物
濃度の少ないＡｌＧａＮ層を移動するため、実質的にキ
ャリアはＡｌＧａＮ層の作用は受けず、ＡｌＧａＮ層は
バンドギャップエネルギーの高いクラッド層として作用
する。従って、バンドギャップエネルギーの小さな方の
窒化物半導体層に不純物を多くドープしても、レーザ素
子、ＬＥＤ素子の閾値を低下させる上で非常に効果的で
ある。なおこの説明はｐ型層側に超格子を形成する例に
ついて説明したが、ｎ層側に超格子を形成する場合にお
いても、同様の効果がある。

【００４７】バンドギャップエネルギーが大きい第１の
窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、第
１の窒化物半導体層への好ましいドープ量としては、１
×１０^１７／cm^３〜１×１０^２０／cm^３、さらに好まし
くは１×１０^１８／cm^３〜５×１０^１９／cm^３の範囲に
調整する。１×１０^１７／cm^３よりも少ないと、第２の
窒化物半導体層との差が少なくなって、キャリア濃度の
大きい層が得られにくい傾向にあり、また１×１０^２０
／cm^３よりも多いと、素子自体のリーク電流が多くなり
やすい傾向にある。一方、第２の窒化物半導体層のｎ型
不純物濃度は第１の窒化物半導体層よりも少なければ良
く、好ましくは１／１０以上少ない方が望ましい。最も
好ましくはアンドープとすると最も移動度の高い層が得
られるが、膜厚が薄いため、第１の窒化物半導体側から
拡散してくるｎ型不純物があり、その量は１×１０^１９
／cm^３以下が望ましい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第IVＢ族、VIＢ族元素を
選択し、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓをｎ型不純物とす
る。この作用は、バンドギャップエネルギーが大きい第
１の窒化物半導体層にｎ型不純物を少なくドープして、
バンドギャップエネルギーが小さい第２の窒化物半導体
層にｎ型不純物を多くドープする場合も同様である。

【００４８】また、本発明の実施の形態のレーザ素子で
は、図１に示す活性層１４の上部にあるｐ側窒化物半導
体層中において、活性層１４と離れた位置に、バンドギ
ャップエネルギーの大きな第３の窒化物半導体層と、第
３の窒化物半導体層よりもバンドギャップエネルギーの
小さな第４の窒化物半導体層とが積層されてなり、互い
の不純物濃度が異なる超格子構造のｐ側クラッド層１７
を有している。このｐ側クラッド層１７の超格子層を構
成する第３、第４の窒化物半導体層の膜厚も、ｎ側クラ
ッド層１２と同じく、１００オングストローム以下、さ
らに好ましくは７０オングストローム以下、最も好まし
くは１０〜４０オングストロームの膜厚に調整する。同
様に、第３の窒化物半導体層は少なくともＡｌを含む窒
化物半導体、好ましくはＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X≦
１）を成長させることが望ましく、第４の窒化物半導体
は好ましくはＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Y＜１、X＞
Y）、Ｉｎ_ＺＧａ_１−ＺＮ（０≦Z≦１）のような２元混
晶、３元混晶の窒化物半導体を成長させることが望まし
い。

【００４９】ｐ側クラッド層１７を超格子構造とする
と、超格子構造がレーザ素子に与える作用は、ｎ側クラ
ッド層１２の作用と同じであるが、さらにｎ層側に形成
した場合に加えて次のような作用がある。即ち、ｐ型窒
化物半導体はｎ型窒化物半導体に比べて、通常抵抗率が
２桁以上高い。そのため超格子層をｐ層側に形成するこ
とにより、閾値電圧を低くする効果が顕著に現れる。詳
しく説明すると窒化物半導体はｐ型結晶が非常に得られ
にくい半導体であることが知られている。ｐ型結晶を得
るためｐ型不純物をドープした窒化物半導体層をアニー
リングして、水素を除去する技術が知られている（特許
第２５４０７９１号）。しかしｐ型が得られたといって
もその抵抗率は数Ω・cm以上もある。そこで、このｐ型
層を超格子層とすることにより結晶性が良くなり、抵抗
率が１桁以上低下するため閾値電圧を低くすることがで
きる。

【００５０】ｐ側クラッド層１７の第３の窒化物半導体
層と第４の窒化物半導体層とのｐ型不純物濃度が異な
り、一方の層の不純物濃度を大きく、もう一方の層の不
純物濃度を小さくする。ｎ側クラッド層１２と同様に、
バンドギャップエネルギーの大きな第３の窒化物半導体
層の方のｐ型不純物濃度を大きくして、バンドギャップ
エネルギーの小さな第４のｐ型不純物濃度を小さく、好
ましくはアンドープとすると、閾値電圧、Ｖｆ等を低下
させることができる。またその逆の構成も可能である。
つまりバンドギャップエネルギーの大きな第３の窒化物
半導体層のｐ型不純物濃度を小さくして、バンドギャッ
プエネルギーの小さな第４の窒化物半導体層のｐ型不純
物濃度を大きくしても良い。理由は先に述べたとおりで
ある。

【００５１】第３の窒化物半導体層への好ましいドープ
量としては１×１０^１８／cm^３〜１×１０^２１／cm^３、
さらに好ましくは１×１０^１９／cm^３〜５×１０^２０／
cm^３の範囲に調整する。１×１０^１８／cm^３よりも少な
いと、同様に第４の窒化物半導体層との差が少なくなっ
て、同様にキャリア濃度の大きい層が得られにくい傾向
にあり、また１×１０^２１／cm^３よりも多いと、結晶性
が悪くなる傾向にある。一方、第４の窒化物半導体層の
ｐ型不純物濃度は第３の窒化物半導体層よりも少なけれ
ば良く、好ましくは１／１０以上少ない方が望ましい。
最も移動度の高い層を得るためには、アンドープとする
ことが最も好ましい。現実には、膜厚が薄いため、第３
の窒化物半導体側から拡散してくるｐ型不純物があると
考えられるが、本願発明において良好な結果を得るため
には、その量は１×１０^２０／cm ^３以下が望ましい。
尚、ｐ型不純物としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周
期律表第IIＡ族、IIＢ族元素を選択し、好ましくはＭ
ｇ、Ｃａ等をｐ型不純物とする。この作用は、バンドギ
ャップエネルギーが大きい第３の窒化物半導体層にｐ型
不純物を少なくドープして、バンドギャップエネルギー
が小さい第４の窒化物半導体層にｐ型不純物を多くドー
プする場合も同様である。

【００５２】さらにまた超格子を構成する窒化物半導体
層において、不純物が高濃度にドープされる層は、それ
ぞれ厚さ方向に対し、半導体層中央部（第２の窒化物半
導体層又は第４の窒化物半導体層から離れた位置）の不
純物濃度が大きく、両端部近傍（第２の窒化物半導体層
又は第４の窒化物半導体層に近接する部分）の不純物濃
度が小さく（好ましくはアンドープ）なるようにするこ
とが望ましい。具体的に説明すると、例えばｎ型不純物
としてＳｉをドープしたＡｌＧａＮと、アンドープのＧ
ａＮ層とで超格子層を形成した場合、ＡｌＧａＮはＳｉ
をドープしているのでドナーとして電子を伝導帯に出す
が、電子はポテンシャルの低いＧａＮの伝導帯に落ち
る。ＧａＮ結晶中にはドナー不純物をドープしていない
ので、不純物によるキャリアの散乱を受けない。そのた
め電子は容易にＧａＮ結晶中を動くことができ、実質的
な電子の移動度が高くなる。これは前述した二次元電子
ガスの効果と類似しており、電子横方向の実質的な移動
度が高くなり、抵抗率が小さくなる。さらに、バンドギ
ャップエネルギーの大きいＡｌＧａＮにおいて、ＧａＮ
層から比較的離れた中央領域にｎ型不純物を高濃度にド
ープすると効果はさらに大きくできる。即ちＧａＮ中を
移動する電子のうち、ＡｌＧａＮ層に近い部分を通過す
る電子は、ＡｌＧａＮ層中のＧａＮ層に近接する部分に
あるｎ型不純物イオン（この場合Ｓｉ）の散乱を多少な
りとも受ける。しかし、上述のようにＡｌＧａＮ層にお
いて、ＧａＮ層に近接する部分をアンドープとすると、
ＡｌＧａＮ層に近い部分を通過する電子がＳｉの散乱を
受けにくくなるので、さらにアンドープＧａＮ層の移動
度が向上するのである。作用は若干異なるが、ｐ層側の
第３の窒化物半導体層と第４の窒化物半導体層とで超格
子を構成した場合も類似した効果があり、バンドギャッ
プエネルギーの大きい第３の窒化物半導体層の中央部領
域に、ｐ型不純物を多くドープし、第４の窒化物半導体
層に近接する部分を少なくするか、あるいはアンドープ
とすることが望ましい。一方バンドギャップエネルギー
の小さな窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープした
層を、前記不純物濃度の構成とすることもできるが、バ
ンドギャップエネルギーの小さな方に不純物を多くドー
プした超格子では、その効果は少ない傾向にある。

【００５３】以上、ｎ側クラッド層１２、ｐ側クラッド
層１７を超格子層とすることについて説明したが、本発
明では超格子層は、この他、コンタクト層としてのｎ側
バッファ層１１、ｎ側光ガイド層１３、ｐ側キャップ層
１５、ｐ側光ガイド層１６、ｐ側コンタクト層１８等を
超格子構造とすることができる。つまり活性層から離れ
た層、活性層に接した層、どの層でも超格子層とするこ
とができる。特にｎ電極が形成されるｎ側バッファ層１
１を超格子とすると、前記ＨＥＭＴに類似した効果が現
れやすい。

【００５４】さらに、本発明の実施形態のレーザ素子に
おいては、図１に示すように、超格子層からなるｎ側ク
ラッド層１２と活性層１４との間に、不純物（この場合
ｎ型不純物）濃度が１×１０^１９／cm^３以下に調整され
たｎ側光ガイド層１３が形成されている。このｎ側光ガ
イド層１３は、アンドープとしても、ｎ型不純物が他の
層から拡散して入ってくる可能性があるが、本発明にお
いては、１×１０^１９／cm^３以下のドープ量であれば、
光ガイド層として動作し本願発明の効果を損なうことは
ない。しかしながら、本発明において、ｎ側光ガイド層
１３の不純物濃度は１×１０^１８／cm^３以下であること
が好ましく、１×１０^１７／cm^３以下であることがさら
に好ましく、アンドープであることが最も好ましい。ま
た、このｎ側光ガイド層はＩｎを含む窒化物半導体、ま
たはＧａＮで構成することが望ましい。

【００５５】また実施形態のレーザ素子においては、超
格子層からなるｐ側クラッド層１７と活性層１４との間
に、不純物（この場合ｐ型不純物）濃度が１×１０^１９
／cm ^３以下に調整されたｐ側光ガイド層１６が形成され
ている。本発明において、ｐ側ガイド層１６の不純物濃
度は、１×１０^１９／cm^３以下であればよいが、好まし
い不純物濃度は１×１０^１８／cm^３以下であり、最も好
ましくはアンドープとする。窒化物半導体の場合、アン
ドープとすると、通常ｎ型の導電性を示すが、本発明
は、このｐ側ガイド層１６の導電型はｎ又はｐのいずれ
でもよく、本明細書においては、導電型にかかわらずｐ
側光ガイド層と呼ぶ。また、実際には、ｐ型不純物が他
の層から拡散してこのｐ側光ガイド層１６に入ってくる
可能性もある。尚、このｐ側光ガイド層もＩｎを含む窒
化物半導体、またはＧａＮで構成することが望ましい。

【００５６】なぜ、活性層とクラッド層との間にアンド
ープの窒化物半導体を存在させることが好ましいのかは
次の通りである。即ち、窒化物半導体の場合、活性層の
発光は通常３６０〜５２０ｎｍ、特に３８０〜４５０ｎ
ｍを目的として設計される。アンドープの窒化物半導体
はｎ型不純物、ｐ型不純物をドープした窒化物半導体に
比較して、前記波長を有する光の吸収率が低い。従っ
て、アンドープの窒化物半導体を、発光する活性層と、
光閉じ込め層としてのクラッド層との間に挟むことによ
り、活性層の発光を消衰させることが少ないので、低利
得で発振するレーザ素子が実現でき、閾値電圧を低くす
ることができる。尚、この効果は、光ガイド層の不純物
濃度が、１×１０^１９／cm^３以下であれば確認できる。

【００５７】従って、本発明の好ましい組み合わせとし
ては、活性層と離れた位置に不純物が変調ドープされた
超格子構造を有するクラッド層を有し、そのクラッド層
と活性層との間に、不純物濃度が低い、好ましくはアン
ドープのガイド層を有する発光素子である。

【００５８】さらに好ましい態様として、本発明の発光
素子では、ｐ側ガイド層１６と活性層１４との間に、活
性層の井戸層、及びｐ側ガイド層１６界面のバンドギャ
ップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギー
を有する膜厚０．１μｍ以下の窒化物半導体よりなるｐ
側キャップ層１５が形成されており、そのｐ側キャップ
層の不純物濃度が１×１０^１８／cm^３以上に調整されて
いる。このｐ型キャップ層１５の膜厚は０．１μｍ以
下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最
も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。
０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ型キャップ
層１５中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒
化物半導体層が成長しにくいからである。このようにバ
ンドギャップエネルギーが大きな層を活性層に接して、
０．１μｍ以下の薄膜で形成することにより、発光素子
のリーク電流が少なくなる傾向にある。これによって、
ｎ層側から注入された電子が、キャップ層のエネルギー
バリアの障壁により、活性層内に溜まり、電子と正孔と
の再結合の確率が高くなるために素子自体の出力を向上
させることができる。また、不純物濃度は１×１０^１８
／cm^３以上に調整する必要がある。このキャップ層は比
較的Ａｌ混晶比の高い層であり、Ａｌ混晶比の高い層は
高抵抗になりやすい。このため不純物をドープすること
によりキャリア濃度を高くして抵抗率を下げてやらない
と、この層が高抵抗なｉ層のようになり、ｐ−ｉ−ｎ構
造となって電流電圧特性が悪くなる傾向にあるからであ
る。なお、このｐ側にあるキャップ層は、ｎ側に形成し
てもよい。ｎ側に形成する場合は、ｎ型不純物をドープ
してもしなくても良い。

【００５９】以上のように構成された実施形態のレーザ
素子は、ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド層１７を
超格子構造で構成しているので、ｎ側クラッド層１２及
びｐ側クラッド層１７の電気抵抗を低くでき、閾値電圧
を低くできしかも長時間のレーザ発振が可能である。ま
た、本実施形態のレーザ素子では、ｎ側クラッド層１２
及びｐ側クラッド層１７を超格子構造で構成する以外に
も、上述したように種々の手段を講じて、さらなる閾値
電圧の低減を可能としている。

【００６０】以上の実施形態では、ｎ側クラッド層１２
及びｐ側クラッド層１７を超格子構造としたが、本発明
はこれに限らず、ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド
層１７のうちのどちらか一方を超格子構造としてもよ
い。以上のようにしても閾値電圧を従来例に比較して低
くできる。

【００６１】また、実施形態では、ｎ側クラッド層１２
及びｐ側クラッド層１７を超格子構造としたが、本発明
はこれに限らず、ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド
層１７以外のｐ側及びｎ側の窒化物半導体層のいずれか
１つ以上が超格子構造であればよい。以上のように構成
しても、閾値電圧を従来例に比較して低くできる。

【００６２】以上の実施形態では、レーザ素子において
ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド層１７を超格子構
造としたが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード
（ＬＥＤ）等、他の窒化物半導体素子に適用できること
はいうまでもない。以上のように構成することにより、
発光ダイオードでは、Ｖｆ（順方向電圧）を下げること
ができる。

【００６３】

【実施例】以下、図１、図２を元に本発明の実施例を詳
説する。図２は図１のレーザ素子の形状を示す斜視図で
ある。

【００６４】［実施例１］サファイア（Ｃ面）よりなる
基板の上にＧａＮよりなるバッファ層を介してＧａＮよ
りなる単結晶を５０μｍの膜厚で成長させたＧａＮ基板
１０を用意する。このＧａＮ基板１０を反応容器内にセ
ットし、温度を１０５０℃まで上げ、キャリアガスに水
素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）、不純物ガスとしてシランガスを用い、ＧａＮ基板
１０上にＳｉを１×１０^１８／cm^３ドープしたＧａＮよ
りなるｎ側バッファ層１１を４μｍの膜厚で成長させ
る。このバッファ層は、図１のような構造の発光素子を
作製した場合にはｎ電極を形成するためのコンタクト層
としても作用する。さらに、このｎ側バッファ層は高温
で成長させるバッファ層であり、例えばサファイア、Ｓ
ｉＣ、スピネルのように窒化物半導体体と異なる材料よ
りなる基板の上に、９００℃以下の低温において、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＮ等を、０．５μｍ以下の膜厚で直接成長させ
るバッファ層とは区別される。

【００６５】（ｎ側クラッド層１２＝超格子層）続い
て、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、
ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１
０^１９／cm^３ドープしたｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよ
りなる第１の層を４０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いてシランガス、ＴＭＡを止め、アンドープのＧ
ａＮよりなる第２の層を４０オングストロームの膜厚で
成長させる。そして第１層＋第２層＋第１層＋第２層＋
・・・というように超格子層を構成し、それぞれ１００
層ずつ交互に積層し、総膜厚０．８μｍの超格子よりな
るｎ側クラッド層１２を成長させる。

【００６６】（ｎ側光ガイド層１３）続いて、シランガ
スを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側
光ガイド層１３を０．１μｍの膜厚で成長させる。この
ｎ側光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用し、
ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常
１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２
００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させること
が望ましい。またこの層をアンドープの超格子層とする
こともできる。超格子層とする場合にはバンドギャップ
エネルギーは活性層より大きく、ｎ側クラッド層のＡｌ
_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりも小さくする。

【００６７】（活性層１４）次に、原料ガスにＴＭＧ、
ＴＭＩ、アンモニアを用いて活性層１４を成長させる。
活性層１４は温度を８００℃に保持して、アンドープＩ
ｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりなる井戸層を２５オングスト
ロームの膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル比を変化
させるのみで同一温度で、アンドープＩｎ_０．０１Ｇａ
_０．９５Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜
厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最後に井戸
層を積層した総膜厚１７５オングストロームの多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。活性層は本
実施例のようにアンドープでもよいし、またｎ型不純物
及び／又はｐ型不純物をドープしても良い。不純物は井
戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方に
ドープしてもよい。

【００６８】（ｐ側キャップ層１５）次に、温度を１０
５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側
光ガイド層１６よりもバンドギャップエネルギーが大き
い、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型Ａｌ_０
．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ側キャップ層１７を３００
オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ型キャッ
プ層１５は前に述べたように、０．１μｍ以下の巻く厚
保で形成し、膜厚の下限は特に限定しないが、１０オン
グストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。

【００６９】（ｐ側光ガイド層１６）続いてＣｐ2Ｍ
ｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネ
ルギーがｐ側キャップ層１５よりも小さい、アンドープ
ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１６を０．１μｍの膜厚
で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作
用し、ｎ型光ガイド層１３と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮ
で成長させることが望ましい。なお、このｐ側光ガイド
層をアンドープの窒化物半導体、不純物をドープした窒
化物半導体よりなる超格子層とすることもできる。超格
子層とする場合にはバンドギャップエネルギーは活性層
の井戸層より大きく、ｐ側クラッド層のＡｌ_０．２Ｇａ
_０．８Ｎよりも小さくする。

【００７０】（ｐ側クラッド層１７）続いて、１０５０
℃でＭｇを１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型Ａｌ
_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりなる第３の層を４０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡのみを止め、ア
ンドープＧａＮよりなる第４の層を４０オングストロー
ムの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１０
０回繰り返し、総膜厚０．８μｍの超格子層よりなるｐ
側クラッド層１７を形成する。

【００７１】（ｐ側コンタクト層１８）最後に、１０５
０℃で、ｐ側クラッド層１７の上に、Ｍｇを２×１０
^２０／cm ^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタク
ト層１８を１５０オングストロームの膜厚で成長させ
る。ｐ側コンタクト層１８はｐ型のＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ
_{１−Ｘ −Ｙ}Ｎ（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２１と最も好ましいオーミック接触が得られ
る。またｐ型Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮを含む超格子構造のｐ
側クラッド層１７に接して、バンドギャップエネルギー
の小さい窒化物半導体をｐ側コンタクト層として、その
膜厚を５００オングストローム以下と薄くしているため
に、実質的にｐ側コンタクト層１８のキャリア濃度が高
くなりｐ電極と好ましいオーミックが得られて、素子の
閾値電流、電圧が低下する。

【００７２】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型不純物をドープした層を
さらに低抵抗化させる。

【００７３】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、図１に示すように、ＲＩＥ装置により最上層
のｐ側コンタクト層１８と、ｐ側クラッド層１７とをエ
ッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形
状とする。このように、活性層よりも上部にある層をス
トライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層の発
光がストライプリッジの下に集中するようになって閾値
が低下する。特に超格子層よりなるｐ側クラッド層１７
以上の層をリッジ形状とすることが好ましい。

【００７４】次にリッジ表面にマスクを形成し、ＲＩＥ
にてエッチングを行い、ｎ側バッファ層１１の表面を露
出させる。露出させたこのｎ側バッファ層１１はｎ電極
２３を形成するためのコンタクト層としても作用する。
なお図１ではｎ側バッファ層１１をコンタクト層として
いるが、ＧａＮ基板１０までエッチングを行い、露出し
たＧａＮ基板１０をコンタクト層とすることもできる。

【００７５】次にｐ側コンタクト層１８のリッジ最表面
にＮｉとＡｕよりなるｐ電極２１をストライプ状に形成
する。ｐ側コンタクト層と好ましいオーミックが得られ
るｐ電極２１の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ等を挙げるこ
とができる。

【００７６】一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２３を先
ほど露出させたｎ側バッファ層１１の表面にストライプ
状に形成する。ｎ側バッファ層１１、またはＧａＮ基板
１０と好ましいオーミックが得られるｎ電極２３の材料
としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の
金属若しくは合金が好ましい。

【００７７】次に、図１に示すようにｐ電極２１と、ｎ
電極２３との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉ
Ｏ_２よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁膜２５を介
してｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド電極２２、
及びｎパッド電極２４を形成する。このｐパッド電極２
２は実質的なｐ電極２１の表面積を広げて、ｐ電極側を
ワイヤーボンディング、ダイボンディングできるように
する作用がある。一方、ｎパッド電極２４はｎ電極２３
の剥がれを防止する作用がある。

【００７８】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨
剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のサファ
イア基板をラッピングし、サファイア基板の厚さを７０
μｍとする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μ
ｍポリシングして基板表面を鏡面状とし、Ａｕ／Ｓｎで
全面をメタライズする。

【００７９】その後、Ａｕ／Ｓｎ側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ_２とＴｉＯ
_２よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行
な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチ
ップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向し
た状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワ
イヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたと
ころ、室温において、閾値電流密度２．０ｋＡ／cm^２、
閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が
確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

【００８０】［実施例２］図３は本発明の他の実施例に
係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図
１と同じくレーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切
断した際の図を示している。以下この図を元に実施例２
について説明する。尚、図３において、図１及び図２と
同様のものには同様の符号を付して示す。

【００８１】サファイア（Ｃ面）よりなる基板の上にＧ
ａＮよりなるバッファ層を介してＳｉを５×１０^１８／
cm^３ドープしたＧａＮよりなる単結晶を１５０μｍの膜
厚で成長させたＧａＮ基板１０を用意する。このＧａＮ
基板１０の上に実施例１と同様にして、ｎ側バッファ層
１１を成長させる。

【００８２】（クラック防止層１９）ｎ側バッファ層１
１成長後、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、
ＴＭＩ、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、
Ｓｉを５×１０^１８／cm^３ドープしたＩｎ_０．１Ｇａ
_０．９Ｎよりなるクラック防止層１９を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層１９
はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａ
Ｎで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体層
中にクラックが入るのを防止することができる。なおこ
のクラック防止層は１００オングストローム以上、０．
５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００
オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防
止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶
自体が黒変する傾向にある。

【００８３】クラック防止層１９成長後、実施例１と同
様にして、変調ドープされた超格子よりなるｎ側クラッ
ド層１２と、アンドープｎ側光ガイド層１３を成長させ
る。

【００８４】（ｎ側キャップ層２０）続いてＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ、アンモニア、シランガスを用い、ｎ側光ガイド層
１３よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｓｉを
５×１０^１８／cm^３ドープしたｎ型Ａｌ_０．３Ｇａ
_０．７Ｎよりなるｎ側キャップ層２０を３００オングス
トロームの膜厚で成長させる。

【００８５】後は実施例１と同様にして活性層１４、ｐ
側キャップ層１５、アンドープｐ側光ガイド層１６、変
調ドープされた超格子よりなるｐ側クラッド層１７、ｐ
側コンタクト層１８を成長させる。

【００８６】窒化物半導体層成長後、同様にしてアニー
リングを行い、ｐ型不純物をドープした層をさらに低抵
抗化させ、アニーリング後、図３に示すように最上層の
ｐ側コンタクト層１８と、ｐ側クラッド層１７とをエッ
チングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状
とする。

【００８７】リッジ形成後、ｐ側コンタクト層１８のリ
ッジ最表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２１をストライ
プ状に形成し、ｐ電極２１以外の最表面の窒化物半導体
層のにＳｉＯ_２よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁
膜２５を介してｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド
電極２２を形成する。

【００８８】以上のようにして、ｐ電極を形成したウェ
ーハを研磨装置に移送し、サファイア基板を研磨により
除去し、ＧａＮ基板１０の表面を露出させる。露出した
ＧａＮ基板表面のほぼ全面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極
２３を形成する。

【００８９】電極形成後ＧａＮ基板のＭ面（窒化物半導
体を六方晶系で近似した場合に六角柱の側面に相当する
面）で劈開し、その劈開面にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よりな
る誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向
で、バーを切断してレーザ素子とする。このレーザ素子
も同様に室温において連続発振を示し、実施例１とほぼ
同等の特性を示した。

【００９０】［実施例３］実施例１において、ｎ側バッ
ファ層１１成長後、実施例２と同様にしてクラック防止
層１９を成長させる。次にそのクラック防止層の上に、
Ｓｉを１×１０^{１ ９}／cm^３ドープしたＡｌ_０．３Ｇａ
_０．７Ｎ層単一層のみよりなるｎ側クラッド層１２を
０．４μｍの膜厚で成長させる。後は実施例１と同様に
して、レーザ素子を作製したところ、同じく室温でレー
ザ発振を示したが、寿命は実施例１のレーザ素子よりも
若干短くなった。

【００９１】［実施例４］実施例１において、ｐ側クラ
ッド層１７成長時に、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ドープ
したＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層単一層を０．４μｍの膜
厚で成長させる他は、実施例１と同様にして、レーザ素
子を作製したところ、同じく室温でレーザ発振を示した
が、寿命は実施例１のレーザ素子よりも若干短くなっ
た。

【００９２】［実施例５］実施例１において、ｎ側クラ
ッド層１２を超格子構造とせずに、Ｓｉを１×１０^１８
／cm^３ドープしたＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層０．４μｍ
とする。また、ｐ側クラッド層も同様に超格子構造とせ
ず、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ドープしたＡｌ_０．２Ｇ
ａ_０．８Ｎ層０．４μｍとする。代わりに、ｎ側光ガイ
ド層１３をアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層３
０オングストロームと、Ｓｉを１×１０^１７／cm^３ドー
プしたＧａＮ層３０オングストロームとを積層した総膜
厚０．１２μｍの超格子構造とし、ｐ側光ガイド層１６
をアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ層３０オング
ストロームと、Ｍｇを１×１０^１７／cm^３ドープしたＧ
ａＮ層３０オングストロームとを積層した総膜厚０．１
２μｍの超格子構造とする他は実施例１と同様にしてレ
ーザ素子を作製したところ、同じく室温でレーザ発振を
示したが、寿命は実施例１のレーザ素子よりも若干短く
なった。

【００９３】［実施例６］実施例１において、ｎ側バッ
ファ層１１を形成する際、アンドープＧａＮ層を３０オ
ングストロームと、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープし
たＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層を３０オングストロー
ムとを積層した総膜厚１．２μｍの超格子層とする。後
は実施例１と同様にして、ｎ側クラッド層１２から上の
層を成長させ、レーザ素子とする。但しｎ電極を形成す
る際、エッチングにより露出させる面は、前述の１．２
μｍの超格子層の中間とし、その超格子層にｎ電極を形
成する。このレーザ素子も同様に室温において連続発振
し、閾値は実施例１のものに比較して若干低下し、寿命
は１０００時間以上であった。

【００９４】［実施例７］図４は本発明の他の実施例に
係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、他
の図面と同一符号は同一層を示している。以下、この図
を基に実施例７について説明する。

【００９５】実施例１と同じく、２インチφ、（０００
１）Ｃ面を主面とするサファイア基板３０の上に５００
℃にて、ＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を２０
０オングストロームの膜厚で成長させた後、温度を１０
５０℃にしてアンドープＧａＮ層３１を５μｍ膜厚で成
長させる。尚、この成長させる膜厚は、５μｍに限定さ
れるものではなく、バッファ層よりも厚い膜厚で成長さ
せて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが望ましい。
基板はサファイアの他、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、Ｇ
ａＡｓ等窒化物半導体を成長させるために知られてい
る、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板を用いるこ
とができる。

【００９６】次にこのアンドープＧａＮ層３１成長後、
ウェーハを反応容器から取り出し、このＧａＮ層３１の
表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ
装置によりストライプ幅２０μｍ、ストライプ間隔（窓
部）５μｍのＳｉＯ_２よりなる保護膜３２を０．１μｍ
の膜厚で形成する。図４はストライプの長軸方向に垂直
な方向で切断した際の部分的なウェーハの構造を示す模
式断面図である。保護膜の形状としてはストライプ状、
ドット状、碁盤目状等どのような形状でも良いが、アン
ドープＧａＮ層３１の露出部分、即ち保護膜が形成され
ていない部分（窓部）よりも保護膜の面積を大きくする
方が、結晶欠陥の少ないＧａＮ基板１０を成長させやす
い。保護膜の材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ
_Ｘ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_ＸＮ_Ｙ）、酸化チタン（ＴｉＯ
_Ｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ _Ｘ）等の酸化物、窒化
物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を
有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材
料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の
温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しない
か、成長しにくい性質を有している。

【００９７】保護膜３２形成後、ウェーハを再度反応容
器内にセットし、１０５０℃で、アンドープＧａＮより
なるＧａＮ基板１０となるＧａＮ層を１０μｍの膜厚に
成長させる。成長させるＧａＮ層の好ましい成長膜厚
は、先に形成した保護膜３２の膜厚、大きさによっても
異なるが、保護膜３２の表面を覆うように保護膜上部に
おいて横方向（厚さ方向に垂直な方向）にも成長するよ
うに十分の厚さに成長させる。このように窒化物半導体
が成長しにくい性質を有する保護膜３２の表面上に、横
方向にＧａＮ層を成長させる手法でＧａＮ基板１０を成
長させると、最初は保護膜３２の上にはＧａＮ層が成長
せず、窓部のアンドープＧａＮ層３１の上にＧａＮ層が
選択成長される。続いてＧａＮ層の成長を続けると、Ｇ
ａＮ層が横方向に成長して、保護膜３２の上に覆いかぶ
さって行き、隣接した窓から成長したＧａＮ層同士でつ
ながって、保護膜３２の上にＧａＮ層が成長したかのよ
うな状態となる。つまり、ＧａＮ層３１上に保護膜３２
を介してＧａＮ層を横方向に成長させる。ここで、重要
なことは、サファイヤ基板３０の上に成長されているＧ
ａＮ層３１の結晶欠陥と、保護膜３２の上に成長されて
いるＧａＮ基板１０との結晶欠陥の数である。すなわ
ち、異種基板と窒化物半導体との格子定数のミスマッチ
により、異種基板の上に成長される窒化物半導体には非
常に多くの結晶欠陥が発生し、この結晶欠陥は順次上層
に形成される窒化物半導体成長中を、表面まで伝わる。
一方、本実施例７のように、保護膜３２上に横方向に成
長されたＧａＮ基板１０は、異種基板上に直接成長した
ものではなく、隣接する窓から成長させたＧａＮ層が、
保護膜３２上に横方向に成長することにより成長中につ
ながったものであるため、結晶欠陥の数は異種基板から
直接成長したものに比べて非常に少なくなる。従って、
異種基板上に成長された窒化物半導体層の上に、部分的
に形成された保護膜を形成して、その保護膜上に横方向
に成長されてなるＧａＮ層を基板とすることにより、実
施例１のＧａＮ基板に比較して、はるかに結晶欠陥の少
ないＧａＮ基板が得られる。実際、アンドープＧａＮ層
３１の結晶欠陥は１０^１０／cm^２以上あるが、この実施
例７の方法によるＧａＮ基板１０の結晶欠陥は１０^６／
cm^２以下に減少させることができる。

【００９８】以上のようにしてＧａＮ基板１０を形成し
た後、該ＧａＮ基板上に実施例１と同様にしてＳｉを１
×１０^１８／cm^３ドープしたＧａＮよりなるｎ側バッフ
ァ層、件コンタクト層１１を５μｍの膜厚で成長させた
後、実施例２と同様にして、Ｓｉを５×１０^１８／cm^３
ドープしたＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなるクラック防
止層１９を５００オングストロームの膜厚で成長させ
る。尚、クラック防止層１９は省略することもできる。

【００９９】（中央部が高不純物濃度の超格子構造のｎ
側クラッド層１２）次に、１０５０℃で、ＴＭＧ、アン
モニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を２０オングス
トロームの膜厚で成長させることにより、バンドギャッ
プエネルギーの小さい第２の窒化物半導体層を形成す
る。次に同温度にて、ＴＭＡを追加しアンドープＡｌ
_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を５オングストローム成長させ、
続いてシランガスを追加しＳｉを１×１０^１９／cm^３ド
ープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２０オングストロ
ームの膜厚で成長させた後、Ｓｉを止めてアンドープＡ
ｌ _０．１Ｇａ_０．９Ｎ層をさらに５オングストロームの
膜厚で成長させることにより、バンドギャップエネルギ
ーの大きい厚さ３０μｍの第１の窒化物半導体層を形成
する。以後同様にして、第２の窒化物半導体層と第１の
窒化物半導体層とを交互に繰り返し形成する。尚、実施
例７では、第２の窒化物半導体層と第１の窒化物半導体
層とがそれぞれ１２０層になるように積層し、０．６μ
ｍ厚の、超格子構造よりなるｎ側クラッド層１２を形成
する。

【０１００】次に、実施例１と同様にして、ｎ側光ガイ
ド層１３、活性層１４、ｐ側キャップ層１５、ｐ側光ガ
イド層１６を順に成長させる。

【０１０１】（中央部が高不純物濃度の超格子構造のｐ
側クラッド層１７）次に、１０５０℃で、ＴＭＧ、アン
モニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を２０オングス
トロームの膜厚で成長させることにより、バンドギャッ
プエネルギーの小さい第４の窒化物半導体層を形成す
る。次に同温度にて、ＴＭＡを追加しアンドープＡｌ
_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を５オングストローム成長させ、
続いてＣｐ_２Ｍｇを追加しＭｇを１×１０^２０／cm^３ド
ープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２０オングストロ
ームの膜厚で成長させた後、Ｃｐ_２Ｍｇを止めてアンド
ープＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層をさらに５オングストロ
ームの膜厚で成長させることにより、バンドギャップエ
ネルギーの大きい厚さ３０μｍの第３の窒化物半導体層
を形成する。以後同様にして、第４の窒化物半導体層と
第３の窒化物半導体層とを交互に繰り返し形成する。
尚、実施例７では、第４の窒化物半導体層と第３の窒化
物半導体層とがそれぞれ１２０層になるように積層し、
０．６μｍ厚の、超格子構造よりなるｎ側クラッド層１
７を形成する。

【０１０２】そして最後に、実施例１と同様にしてｐ側
コンタクト層１８を成長させた後、ウェーハを反応容器
から取り出し、アニーリングを行った後、エッチングを
行いｐ側クラッド層１７以上の層をストライプ状のリッ
ジ形状とする。

【０１０３】次に図４に示すようにリッジに対して、左
右対称にエッチングを行い、ｎ電極２３を形成すべきｎ
側バッファ層表面を露出させ、ｎ電極２３を形成し、一
方ｐ側コンタクト層１８のリッジ最表面にもｐ電極２１
をストライプ状に形成する。後は実施例１と同様にし
て、レーザ素子を作製したところ、実施例１のものに比
較して閾値で、電流密度、電圧でおよそ１０％低下し、
波長４０５ｎｍの連続発振寿命は、２０００時間以上の
寿命を示した。これはＧａＮ基板１０に結晶欠陥の少な
いものを使用したことによる、窒化物半導体の結晶性の
向上によるものが多大である。なお図４において、Ｇａ
Ｎ基板１０を例えば８０μｍ以上の膜厚で成長させた場
合には、異種基板３０〜保護膜３２は除去することも可
能である。

【０１０４】［実施例８］実施例７において、ｎ側クラ
ッド層１２を成長させる際、中央部を高不純物濃度とせ
ず、通常のアンドープＧａＮ層を２０オングストローム
と、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇ
ａ_０．９Ｎ層を２０オングストロームとを積層し、総膜
厚０．６μｍの超格子構造とする。

【０１０５】一方、ｐ側クラッド層１７を成長させる際
も、中央部を高不純物濃度とせずに、アンドープＧａＮ
層を２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０^２０／cm
^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２０オングス
トロームとを積層し、総膜厚０．６μｍの超格子構造と
する他は実施例７と同様にしてレーザ素子を作製したと
ころ、実施例７のものに比較して、若干閾値は低下した
が、寿命はほぼ同じ２０００時間以上を示した。

【０１０６】［実施例９］実施例７において、ｎ側クラ
ッド層１２を成長させる際、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３
ドープしたＧａＮ層を２５オングストロームと、アンド
ープＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２５オングストローム
とを交互に積層し、総膜厚０．６μｍの超格子構造とす
る。一方、ｐ側クラッド層１７を成長させる際も、Ｍｇ
を１×１０ ^２０／cm^３ドープしたＧａＮ層を２５オング
ストロームと、アンドープＡｌ_{０． １}Ｇａ_０．９Ｎ層を
２５オングストロームとを交互に積層し、総膜厚０．６
μｍの超格子構造とする他は実施例７と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、実施例７のものとほぼ同等の
特性、寿命を有するレーザ素子が得られた。

【０１０７】［実施例１０］実施例７において、ｎ側ク
ラッド層１２を成長させる際、Ｓｉを１×１０^１９／cm
^３ドープしたＧａＮ層を２５オングストロームと、Ｓｉ
を１×１０^１７／cm ^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９
Ｎ層を２５オングストロームとを交互に積層し、総膜厚
０．６μｍの超格子構造とする。一方、ｐ側クラッド層
１７を成長させる際も、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ドー
プしたＧａＮ層を２５オングストロームと、Ｍｇを１×
１０^１８／cm^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を
２５オングストロームとを交互に積層し、総膜厚０．６
μｍの超格子構造とする他は実施例７と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、実施例７のものとほぼ同等の
特性、寿命を有するレーザ素子が得られた。

【０１０８】［実施例１１］実施例７において、ｎ側ク
ラッド層を超格子構造とせずに、Ｓｉを１×１０^{１ ９}／
cm^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を０．６μｍ
の膜厚で成長させる。一方、ｐ側クラッド層１７を成長
させる際は、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ドープしたＧａ
Ｎ層を２５オングストロームと、１×１０^１８／cm^３ド
ープしたＡｌ _０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２５オングストロ
ームとを交互に積層し、総膜厚０．６μｍの超格子構造
とする他は実施例７と同様にしてレーザ素子を作製した
ところ、実施例７に比較して閾値は若干上昇したが同じ
く１０００時間以上の寿命を示した。

【０１０９】［実施例１２］実施例７において、ｎ側ク
ラッド層、及びｐ側クラッド層の超格子における不純物
濃度を通常の変調ドープ（中央部が高濃度ではなく、層
内ほぼ均一）とし、ｎ側バッファ層１１を成長させる際
に、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたＡｌ_０．０５
Ｇａ_０．９５Ｎ層５０オングストロームと、アンドープ
ＧａＮ層５０オングストロームとを交互に成長させ、総
膜厚２μｍの超格子層とする他は実施例７と同様にして
レーザ素子を作製したところ、実施例７のものに比較し
て、閾値が若干低下し、寿命は３０００時間以上を示し
た。

【０１１０】［実施例１３］実施例７において、ｎ側ク
ラッド層１２をアンドープＧａＮ層２０オングストロー
ムと、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたＡｌ_０．１
Ｇａ_０．９Ｎ層２０オングストロームとを積層した総膜
厚０．６μｍの超格子構造とする。次のｎ側光ガイド層
１３をＳｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたＧａＮ層２
５オングストロームと、アンドープＡｌ_０．０５Ｇａ
_０．９５Ｎ層２５オングストロームとを交互に成長さ
せ、総膜厚０．１μｍの超格子構造とする。

【０１１１】一方、ｐ側光ガイド層も、Ｍｇを１×１０
^１９／cm^３ドープしたＧａＮ層２５オングストローム
と、アンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層２５オン
グストロームとを交互に成長させ、総膜厚０．１μｍの
超格子構造とする。次に、ｐ側クラッド層１７をアンド
ープＧａＮ層２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０
^２０／cm^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２０
オングストロームとを交互に積層した、総膜厚０．６μ
ｍの超格子構造とする他は、同様にしてレーザ素子を作
製したところ、実施例７のものに比較して、若干閾値は
低下し、寿命は３０００時間以上を示した。

【０１１２】［実施例１４］実施例１４は、実施例７と
同様、ＧａＮ基板１０を用いて構成したレーザ素子であ
る。すなわち、実施例１４のレーザ素子は、実施例７と
同様に構成されたＧａＮ基板１０上に以下の各半導体層
が形成されて構成される。まず、そのＧａＮ基板１０の
上にＳｉを１×１０^１８／ｃｍ^３以上ドープしたｎ型Ｇ
ａＮよりなるｎ側コンタクト層（ｎ側の第２の窒化物半
導体層）を２μｍの膜厚で成長させる。なお、この層を
アンドープのＧａＮと、ＳｉをドープしたＡｌ_ＸＧａ
_１−ＸＮ（０＜Ｘ≦０．４）からなる超格子層としても
良い。

【０１１３】次に、ｎ側コンタクト層を成長させた後、
温度を８００℃にして、窒素雰囲気中、ＴＭＧ，ＴＭ
Ｉ，アンモニア、シランガスで、Ｓｉを５×１０^１８／
ｃｍ^３ドープしたＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなるクラ
ック防止層を５００オングストロームの膜厚で成長させ
る。このクラック防止層はＩｎを含むｎ型の窒化物半導
体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、後
に成長させるＡｌを含む窒化物半導体層中にクラックが
入るのを防止することができる。なおこのクラック防止
層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜
厚で成長させることが好ましい。１００オングストロー
ムよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用し
にくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する
傾向にある。

【０１１４】続いて、１０５０℃でＴＭＡ、ＴＭＧ、ア
ンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０^１９／ｃ
ｍ^３ドープしたｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりなる層
を４０オングストロームと、アンドープのＧａＮ層を４
０オングストロームの膜厚で成長させ、これらの層を交
互に、それぞれ１００層ずつ積層した、総膜厚０．８μ
ｍの超格子よりなるｎ側クラッド層を成長させる。

【０１１５】続いて、アンドープＡｌ_０．０５Ｇａ
_０．９５Ｎよりなるｎ側光ガイド層を０．１μｍの膜厚
で成長させる。この層には活性層の光を導波する光ガイ
ド層として作用し、アンドープの他、ｎ型不純物をドー
プしても良い。またこの層をＧａＮとＡｌＧａＮからな
る超格子層とすることもできる。

【０１１６】次に、アンドープＩｎ_０．０１Ｇａ
_０．９９Ｎよりなる活性層を４００オングストロームの
膜厚で成長させる。

【０１１７】次に、後で形成するｐ側光ガイド層よりも
バンドキャップエネルギーが大きいＭｇを１×１０^１９
／ｃｍ^３ドープしたｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりな
るｐ側キャップ層を３００オングストロームの膜厚で成
長させる。

【０１１８】次に、バンドキャップエネルギーがｐ側キ
ャップ層よりも小さい、Ａｌ_{０．０ １}Ｇａ_０．９９Ｎよ
りなるｐ側光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させ
る。この層は、活性層の光ガイド層として作用する。な
お、このｐ側光ガイド層をアンドープの窒化物半導体よ
りなる超格子層とすることもできる。超格子層とする場
合にはバンドキャップエネルギーの大きな方の層（障壁
層）のバンドキャップエネルギーは活性層より大きく、
ｐ側クラッド層よりも小さくする。

【０１１９】続いてＭｇを１×１０^１９／ｃｍ^３ドープ
したｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層を４０オングストロ
ームと、アンドープＧａＮを４０オングストロームとを
交互に積層成長した総膜厚０．８μｍの超格子層構造よ
りなるｐ側クラッド層を成長させる。

【０１２０】最後に、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１
×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側
コンタクト層を１５０オングストロームの膜厚で成長さ
せる。特にレーザ素子の場合、ＡｌＧａＮを含む超格子
構造のｐ側クラッド層に接して、バンドキャップエネル
ギーの小さい窒化物半導体をｐ側コンタクト層として、
その膜厚を５００オングストローム以下と薄くしている
ために、実質的にｐ側コンタクト層のキャリア濃度が高
くなりｐ電極と好ましいオーミックが得られて、素子の
閾値電流、電圧が低下する傾向にある。

【０１２１】以上にようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを所定の温度でアニーリングを行いｐ型不純
物をドープした層をさらに低抵抗化させた後、ウェーハ
を反応容器から取り出し、ＲＩＥ装置により最上層のｐ
側コンタクト層と、ｐ側クラッド層とをエッチングし
て、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とする。
このように、活性層よりも上部にある層をストライプ状
のリッジ形状とすることにより、活性層の発光がストラ
イプリッジの下に集中するようになって閾値が低下し、
特に超格子層よりなるｐ側クラッド層以上の層をリッジ
形状とすることが好ましい。

【０１２２】次にリッジ表面にマスクを形成し、ＲＩＥ
にてエッチングを行い、ｎ側コンタクト層の表面を露出
させ、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極をストライプ状に形成
する。一方ｐ側コンタクト層のリッジ最表面にはＮｉと
Ａｕよりなるｐ電極をストライプ状に形成する。ｐ型Ｇ
ａＮ層と好ましいオーミックが得られる電極材料として
は、例えばＮｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ／Ａｕ，Ｐｔ／Ａ
ｕ，Ｐｄ／Ａｕ等を挙げることができる。ｎ型ＧａＮと
好ましいオーミックが得られる電極材料としてはＡｌ、
Ｔｉ，Ｗ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等の金属若しくは合
金等を挙げることができる。

【０１２３】次に、ｐ電極と、ｎ電極との間に露出した
窒化物半導体層の表面にＳｉＯ_２よりなる絶縁膜を形成
し、この絶縁膜を介してｐ電極と電気的に接続したｐパ
ッド電極を形成する。このｐパッド電極は実質的なｐ電
極の表面積を広げて、ｐ電極側をワイヤーボンディン
グ、ダイボンディングできるようにしている。

【０１２４】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨
剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のサファ
イア基板をラッピングし、サファイア基板の厚さを７０
μｍとする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μ
ｍポリシングして基板表面を鏡面状とし、Ａｕ／Ｓｎで
全面をメタライズする。

【０１２５】その後、Ａｕ／Ｓｎ側をスクライプして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振器を作製する、共振器面にＳｉＯ_２とＴｉＯ
_２よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行
な方向で、バーを切断してレーザチップとする。次にチ
ップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向し
た状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワ
イヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたと
ころ、室温において、閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃ
ｍ^２、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長３６８ｎｍの連続
発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

【０１２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では不純物
が変調ドープされた超格子層よりなるクラッド層を有し
ているために、閾値電圧が低下して、長時間連続発振で
きるレーザ素子を実現することができる。またこのレー
ザ素子は特性温度の高い良好なレーザ素子が実現でき
る。特性温度とは、温度変化による閾値電流密度でexp
（Ｔ／Ｔ_０）に比例する｛Ｔ：動作温度（Ｋ）、Ｔ_０：
特性温度（Ｋ）｝。Ｔ_０が大きいほどＬＤは、高温でも
閾値電流密度が低く安定に動作することを示している。
例えば本発明の実施例１のレーザ素子では、Ｔ_０が１５
０Ｋ以上ある。この値はＬＤの温度特性が非常に優れて
いることを示している。このため本発明のレーザ素子を
書き込み光源、読みとり光源として用いることにより、
従来にはない容量が達成でき、その産業上の利用価値は
非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る一実施形成のレーザ素子の構造
を示す模式断面図。

【図２】 図１のレーザ素子の斜視図。

【図３】 本発明に係る実施例２のレーザ素子の構造を
示す模式断面図。

【図４】 本発明に係る実施例７のレーザ素子の構造を
示す模式断面図。

【符号の説明】

１０・・・ＧａＮ基板、 １１・・・ｎ側バッファ層、 １２・・・超格子構造のｎ側クラッド層、 １３・・・ｎ側ガイド層、 １４・・・活性層、 １５・・・ｐ側キャップ層、 １６・・・ｐ側ガイド層、 １７・・・超格子構造のｐ側クラッド層、 １８・・・ｐ側コンタクト層、 １９・・・クラック防止層、 ２０・・・ｎ側キャップ層、 ２１・・・ｐ電極、 ２２・・・ｐパッド電極、 ２３・・・ｎ電極、 ２４・・・ｎパッド電極、 ２５・・・絶縁膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AA11 AA13 AA45 AA51 AA74 AA77 CA07 CB05 CB07 DA05 DA35 EA23

Claims (44)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層が、ｎ導電側の窒化物半導体層と
   ｐ導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
   物半導体素子であって、 前記ｎ導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
   離れた位置、若しくは接した位置に、互いにバンドギャ
   ップエネルギーが異なりかつ互いにｎ型不純物濃度が異
   なる第１と第２の窒化物半導体層とが積層されてなるｎ
   側歪み超格子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】 活性層が、ｎ導電側の窒化物半導体層と
   ｐ導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
   物半導体素子であって、 前記ｐ導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
   離れた位置、若しくは接した位置に、互いにバンドギャ
   ップエネルギーが異なりかつ互いにｐ型不純物濃度が異
   なる第３と第４の窒化物半導体層とが積層されてなるｐ
   側歪み超格子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】 活性層が、ｎ導電側の窒化物半導体層と
   ｐ導電側の窒化物半導体層との間に形成されてなる窒化
   物半導体素子であって、 前記ｎ導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
   離れた位置、若しくは接した位置に、互いにバンドギャ
   ップエネルギーが異なりかつ互いにｎ型不純物濃度が異
   なる第１と第２の窒化物半導体層とが積層されてなるｎ
   側歪み超格子層を有し、 前記ｐ導電側の窒化物半導体層において、前記活性層と
   離れた位置、若しくは接した位置に、互いにバンドギャ
   ップエネルギーが異なりかつ互いにｐ型不純物濃度が異
   なる第３と第４の窒化物半導体層とが積層されてなるｐ
   側歪み超格子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ｎ側歪み超格子層において、前記第
   １の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層より
   大きいバンドギャップエネルギーと前記第２の窒化物半
   導体層より大きいｎ型不純物濃度とを有する請求項１又
   は３記載の窒化物半導体素子。
5. 【請求項５】 前記第１の窒化物半導体層において、前
   記第２の窒化物半導体層に近接する部分のｎ型不純物濃
   度を前記第２の窒化物半導体層から離れた部分に比較し
   て小さくした請求項４記載の窒化物半導体素子。
6. 【請求項６】 前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純物
   濃度が１×１０^１７／cm^３〜１×１０^２０／cm^３の範囲
   にあり、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×
   １０^１９／cm^３以下である請求項４又は５記載の窒化物
   半導体素子。
7. 【請求項７】 前記ｎ側歪み超格子層において、前記第
   １の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層より
   大きいバンドギャップエネルギーと前記第２の窒化物半
   導体層より小さいｎ型不純物濃度とを有する請求項１又
   は３記載の窒化物半導体素子。
8. 【請求項８】 前記第２の窒化物半導体層において、前
   記第１の窒化物半導体層に近接する部分のｎ型不純物濃
   度を前記第１の窒化物半導体層から離れた部分に比較し
   て小さくした請求項７記載の窒化物半導体素子。
9. 【請求項９】 前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純物
   濃度が１×１０^１９／cm^３以下であり、前記第２の窒化
   物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０^１７／cm^３〜１
   ×１０^２０／cm^３の範囲である請求項７又は８記載の窒
   化物半導体素子。
10. 【請求項１０】 前記第１の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧ
    ａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１）からなり、前記第２の窒化物
    半導体層はＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦X＜１）からなる
    請求項４〜９のうちの１つに記載の窒化物半導体素子。
11. 【請求項１１】 前記第２の窒化物半導体層がＧａＮか
    らなる請求項１０記載の窒化物半導体素子。
12. 【請求項１２】 前記第１の窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧ
    ａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなり、前記第２の窒化物
    半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）
    からなる請求項４〜９のうちの１つに記載の窒化物半導
    体素子。
13. 【請求項１３】 前記第１の窒化物半導体層又は前記第
    ２の窒化物半導体層には、ｎ型不純物がドープされてい
    ない請求項４〜１２のうちのいずれか１つに記載の窒化
    物半導体素子。
14. 【請求項１４】 前記ｐ側歪み超格子層において、前記
    第３の窒化物半導体層は、前記第４の窒化物半導体層よ
    り大きいバンドギャップエネルギーと前記第４の窒化物
    半導体層より大きいｐ型不純物濃度とを有する請求項２
    又は３記載の窒化物半導体素子。
15. 【請求項１５】 前記第３の窒化物半導体層において、
    前記第４の窒化物半導体層に近接する部分のｐ型不純物
    濃度を前記第４の窒化物半導体層から離れた部分に比較
    して小さくした請求項１４記載の窒化物半導体素子。
16. 【請求項１６】 前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純
    物濃度が１×１０^{１ ８}／cm^３〜１×１０^２１／cm^３の範
    囲にあり、第４の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１
    ×１０^２０／cm^３以下である請求項１１又は１２記載の
    窒化物半導体素子。
17. 【請求項１７】 前記ｐ側歪み超格子層において、前記
    第３の窒化物半導体層は、前記第４の窒化物半導体層よ
    り大きいバンドギャップエネルギーと前記第４の窒化物
    半導体層より小さいｐ型不純物濃度とを有する請求項２
    又は３記載の窒化物半導体素子。
18. 【請求項１８】 前記第４の窒化物半導体層において、
    前記第３の窒化物半導体層に近接する部分のｐ型不純物
    濃度を前記第３の窒化物半導体層から離れた部分に比較
    して小さくした請求項１７記載の窒化物半導体素子。
19. 【請求項１９】 前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純
    物濃度が１×１０^{２ ０}／cm^３以下であり、第４の窒化物
    半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０^１８／cm^３〜１×
    １０^２１／cm^３の範囲である請求項１７又は１８記載の
    窒化物半導体素子。
20. 【請求項２０】 前記第３の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧ
    ａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１）からなり、前記第４の窒化物
    半導体層はＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦X＜１）からなる
    請求項１４〜１９のうちの１つに記載の窒化物半導体素
    子。
21. 【請求項２１】 前記第４の窒化物半導体層がＧａＮか
    らなる請求項２０記載の窒化物半導体素子。
22. 【請求項２２】 前記第３の窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧ
    ａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）からなり、前記第４の窒化物
    半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）
    からなる請求項１４〜１９のうちの１つに記載の窒化物
    半導体素子。
23. 【請求項２３】 前記第３の窒化物半導体層又は前記第
    ４の窒化物半導体層には、ｐ型不純物がドープされてい
    ない請求項１４〜２２のうちのいずれか１つに記載の窒
    化物半導体素子。
24. 【請求項２４】 前記ｎ側歪み超格子層において、前記
    第１の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層よ
    り大きいバンドギャップエネルギーと前記第２の窒化物
    半導体層より大きいｎ型不純物濃度とを有しかつ、 前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導
    体層は、前記第４の窒化物半導体層より大きいバンドギ
    ャップエネルギーと前記第４の窒化物半導体層より大き
    いｐ型不純物濃度とを有する請求項３記載の窒化物半導
    体素子。
25. 【請求項２５】 前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純
    物濃度が１×１０^{１ ７}／cm^３〜１×１０^２０／cm^３の範
    囲であって、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が
    １×１０^１９／cm^３以下でありかつ、 前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０
    ^１８／cm^３〜１×１０ ^２１／cm^３の範囲であって、前記
    第４の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０^２０
    ／cm^３以下である請求項２４記載の窒化物半導体素子。
26. 【請求項２６】 前記ｎ側歪み超格子層において、前記
    第１の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層よ
    り大きいバンドギャップエネルギーと前記第２の窒化物
    半導体層より大きいｎ型不純物濃度とを有しかつ、 前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導
    体層は、前記第４の窒化物半導体層より大きいバンドギ
    ャップエネルギーと前記第４の窒化物半導体層より小さ
    いｐ型不純物濃度とを有する請求項３記載の窒化物半導
    体素子。
27. 【請求項２７】 前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純
    物濃度が１×１０^{１ ７}／cm^３〜１×１０^２０／cm^３の範
    囲であって、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が
    １×１０^１９／cm^３以下でありかつ、 前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０
    ^２０／cm^３以下であり、第４の窒化物半導体層のｐ型不
    純物濃度が１×１０^１８／cm^３〜１×１０^２１／cm^３の
    範囲である請求項２６記載の窒化物半導体素子。
28. 【請求項２８】 前記ｎ側歪み超格子層において、前記
    第１の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層よ
    り大きいバンドギャップエネルギーと前記第２の窒化物
    半導体層より小さいｎ型不純物濃度とを有しかつ、 前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導
    体層は、前記第４の窒化物半導体層より大きいバンドギ
    ャップエネルギーと前記第４の窒化物半導体層より大き
    いｐ型不純物濃度とを有する請求項３記載の窒化物半導
    体素子。
29. 【請求項２９】 前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純
    物濃度が１×１０^{１ ９}／cm^３以下であって、前記第２の
    窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０ ^１７／cm^３
    〜１×１０^２０／cm^３の範囲でありかつ、 前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０
    ^１８／cm^３〜１×１０ ^２１／cm^３の範囲であって、前記
    第４の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０^２０
    ／cm^３以下である請求項２８記載の窒化物半導体素子。
30. 【請求項３０】 前記ｎ側歪み超格子層において、前記
    第１の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層よ
    り大きいバンドギャップエネルギーと前記第２の窒化物
    半導体層より小さいｎ型不純物濃度とを有しかつ、 前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導
    体層は、前記第４の窒化物半導体層より大きいバンドギ
    ャップエネルギーと前記第４の窒化物半導体層より小さ
    いｐ型不純物濃度とを有する請求項３記載の窒化物半導
    体素子。
31. 【請求項３１】 前記第１の窒化物半導体層のｎ型不純
    物濃度が１×１０^{１ ９}／cm^３以下であって、前記第２の
    窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０ ^１７／cm^３
    〜１×１０^２０／cm^３の範囲でありかつ、 前記第３の窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０
    ^２０／cm^３以下であり、第４の窒化物半導体層のｐ型不
    純物濃度が１×１０^１８／cm^３〜１×１０^２１／cm^３の
    範囲である請求項３０記載の窒化物半導体素子。
32. 【請求項３２】 前記ｎ側歪み超格子層において、前記
    第１の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Ｙ＜
    １）からなり、前記第２の窒化物半導体層はＩｎ_ＸＧａ
    _１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなりかつ、 前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導
    体層はＡｌ_ＹＧａ_{１− Ｙ}Ｎ（０＜Ｙ＜１）からなり、前
    記第４の窒化物半導体層はＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ
    ＜１）からなる請求項２４〜３１のうちの１つに記載の
    窒化物半導体素子。
33. 【請求項３３】 前記第２と第４の窒化物半導体素子が
    それぞれ、ＧａＮからなる請求項２４〜３１のうちの１
    つに記載の窒化物半導体素子。
34. 【請求項３４】 前記ｎ側歪み超格子層において、前記
    第１の窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜
    １）からなり、前記第２の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ
    _１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）からなり、 前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導
    体層はＡｌ_ＸＧａ_{１− Ｘ}Ｎ（０＜Ｘ＜１）からなり、前
    記第４の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y
    ＜１，Ｘ＞Ｙ）からなる請求項２４〜３１のうちの１つ
    に記載の窒化物半導体素子。
35. 【請求項３５】 前記第１の窒化物半導体層又は前記第
    ２の窒化物半導体層は、ｎ型不純物がドープされていな
    いアンドープ層である請求項２４〜３４のうちの１つに
    記載の窒化物半導体素子。
36. 【請求項３６】 前記第３の窒化物半導体層又は前記第
    ４の窒化物半導体層は、ｐ型不純物がドープされていな
    いアンドープ層である請求項２４〜３４のうちの１つに
    記載の窒化物半導体素子。
37. 【請求項３７】 前記活性層がＩｎＧａＮ層を含む請求
    項１〜３６のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体
    素子。
38. 【請求項３８】 前記ＩｎＧａＮ層が量子井戸層である
    請求項３７記載の窒化物半導体素子。
39. 【請求項３９】 前記窒化物半導体素子は、前記活性層
    がｐ側クラッド層とｎ側クラッド層の間に位置するレー
    ザ発振素子であって、 前記ｐ側クラッド層と前記ｎ側クラッド層のうちの少な
    くとも一方が、前記ｎ側歪み超格子層又は前記ｐ側歪み
    超格子層である請求項１〜３８のうちのいずれか１つに
    記載の窒化物半導体素子。
40. 【請求項４０】 前記窒化物半導体素子は、レーザ発振
    素子であって、 前記ｐ側クラッド層と活性層との間、又は前記ｐ側クラ
    ッド層と活性層との間の少なくとも一方に、Ｉｎを含む
    窒化物半導体又はＧａＮからなり、不純物濃度が１×１
    ０^１９／cm^３以下である光ガイド層が形成された請求項
    ３９記載の窒化物半導体素子。
41. 【請求項４１】 前記光ガイド層が超格子構造を有する
    請求項４０記載の窒化物半導体素子。
42. 【請求項４２】 前記光ガイド層と活性層との間にさら
    に、前記活性層の井戸層及び前記光ガイド層よりも大き
    いバンドギャップエネルギーを有しかつ膜厚０．１μｍ
    以下の窒化物半導体よりなるキャップ層が形成され、該
    キャップ層の不純物濃度が１×１０^１８／cm^３以上であ
    る請求項４０又は４１記載の窒化物半導体素子。
43. 【請求項４３】 前記光ガイド層と前記キャップ層とが
    ｐ導電側窒化物半導体層側に形成されていることを特徴
    とする請求項４２に記載の窒化物半導体素子。
44. 【請求項４４】 窒化物半導体とは異なる材料よりなる
    異種基板上に窒化物半導体層を成長させ、該成長された
    窒化物半導体層上に、該窒化物半導体層の表面を部分的
    に露出させるように保護膜を形成した後、露出された窒
    化物半導体層から前記保護膜を覆うように成長させた窒
    化物半導体層からなる窒化物半導体基板の上に、請求項
    １〜４３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体素
    子を形成した窒化物半導体素子。