JP2003124577A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、窒化物半導体素子中の量子井戸構造の
活性層として、ｎ型窒化物半導体、ｎ型不純物を含有し
た窒化物半導体などが用いられてきたが、さらなる活性
層の特性向上が必要であった。また、窒化物半導体素子
は、素子寿命、静電耐圧の特性のさらなる向上が必要で
ある。 【解決手段】 本発明は、ｐ型窒化物半導体層１１、ｎ
型窒化物半導体層１３に挟まれる活性層１２として、ｎ
型不純物を有する障壁層２ａと、Ｉｎを含む窒化物半導
体からなる井戸層１ａと、ｐ型不純物を有する、若しく
はアンドープで成長させた障壁層２ｃとを少なくとも有
し、該障壁層２をｐ型層側に最も近い障壁層として配置
することで、活性層１２への好適なキャリアの注入が可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード素子
（ＬＥＤ）、レーザダイオード素子（ＬＤ）等の発光素
子、太陽電池、光センサ等の受光素子、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用いられる
窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ −Ｙ}Ｎ、０≦
Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた窒化物半導体素子に
関し、特にＩｎを含む窒化物半導体層を有する窒化物半
導体素子に関する。

【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。従来、窒化物半導体素子の活性層として、ｎ型不純
物などをドープしたｎ型の窒化物半導体が一般的に用い
られ、特に量子井戸構造である場合には、ｎ型不純物が
ドープされた窒化物半導体、ｎ型窒化物半導体が井戸
層、障壁層に用いられてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体を用いた
素子として、発光素子では、その用途を多くの分野に広
めるためには、さらなる素子特性、特に素子寿命の向上
を成し遂げなければならない。

【０００５】窒化物半導体を用いたレーザ素子として
は、上述した高密度光ディスクシステムの読み取り・書
き込み光源などへの利用、若しくはさらなる応用のため
には、さらなる素子寿命の向上、出力の向上が必須の課
題である。また、その他の窒化物半導体素子において
も、さらなる同様に素子寿命・出力の向上が必要であ
り、窒化物半導体を用いた発光素子でも、発光出力の向
上が必要である。

【０００６】従来、問題となっている窒化物半導体を用
いた素子における脆弱な逆方向耐圧特性は、その製造上
の取り扱い、応用製品への実装時の取り扱いにおいて、
破壊される危険性が高く、極めて重要な課題の一つであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

【０００８】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、且つ長寿
命、高出力の窒化物半導体素子を得るものである。

【０００９】すなわち本発明の半導体素子は、下記
（１）〜（２１）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）Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井
戸層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構
造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導
体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層が前記障壁層として、前記ｐ型窒化物半導体
層に最も近い位置に配置された第１の障壁層と、該第１
の障壁層とは異なる第２の障壁層と、を有すると共に、
前記第１の障壁層が、実質的にｎ型不純物を含まず、前
記第２の障壁層がｎ型不純物を有することを特徴とす
る。この構成により、量子井戸構造の活性層において、
少なくともｎ型不純物を有する障壁層（第２の障壁層）
と、それとは異なる活性層中の最もｐ型窒化物半導体層
（以下、ｐ型層という）側に位置する障壁層（第１の障
壁層）とを有することで、素子寿命、逆方向耐圧特性が
向上する。これは、活性層中の障壁層において、ｐ型層
側に配置された障壁層（第１の障壁層）が、ｎ型不純物
を実質的に含ないことで、ｎ型不純物を有する障壁層
（第２の障壁層）とは、活性層中においてその機能が異
なり、このことが特性の向上につながる。これは、第２
の障壁層を有することで、ｎ型層から活性層内へ注入さ
れるキャリアを多くし、また活性層の奥深く（ｐ型層
側）まで達するキャリアを多くし、キャリアの注入効率
が上がり、また第１の障壁層を有することで、ｎ型不純
物が含まれない障壁層が、活性層内でｐ型層に最も近い
障壁層として配置されることとなり、ｐ型層からのキャ
リアの注入を多くし、加えて効率良くすることが可能に
なるものと考えられる。第１の障壁層にｎ型不純物が含
まれると、ｐ型層からのキャリアの注入が阻害される傾
向にあり、特にｎ型層からのキャリアに比べてｐ型層か
らのキャリアは、その拡散長が短い傾向にあるため、ｐ
型層から活性層へのキャリアの注入口に当たる第１の障
壁層がｎ型不純物を有することで、ｐ型層からのキャリ
アの注入に深刻な悪影響を及ぼすものとなる。図１４に
示すように、第１の障壁層のｎ型不純物濃度が大きくな
るに従って、素子寿命が急激に低下することがわかる。
これに加えて、第１の障壁層は、ｐ型層に近い位置にあ
るため、ｐ型層からのｐ型不純物の拡散が発生する場合
もあり、第１の障壁層にｎ型不純物を添加して形成した
場合に、結果として、ｎ型及びｐ型不純物を有する障壁
層となり、これもｐ型層からのキャリアの注入を阻害す
る要因と考えられる。従って、第１の障壁層が活性層に
設けられることで、多くのホールを有することができ、
それが上記特性の向上に寄与し、また、キャリアのライ
フタイムも長くなる傾向が観られ、このことに寄与して
いるのではないかと考えられる。この時、第２の障壁層
は、第１の障壁層に隣接していても良いが、好ましくは
少なくとも１つ以上の井戸層を介して第１の障壁層とは
離間して設けられることである。このことにより、活性
層内において、井戸層を挟んで、ｐ側に配置された第１
の障壁層と、ｎ側に配置された第２の障壁層が設けられ
ることとなり、より効率的なキャリアの注入が可能とな
り、例えば光ディスクシステムの光源におけるレーザ素
子において損失を減らし、素子特性特に、素子寿命、出
力の向上につながる。この時、好ましくは、第２の障壁
層が、活性層中の障壁層おいて、ｎ型層に最も近い障壁
層とすることで、ｎ型層からのキャリアの注入口とな
り、キャリアの多量の注入、効率的な注入が可能とな
り、素子特性が向上する。また、活性層中の障壁層の
内、第１の障壁層、第２の障壁層を除く障壁層、につい
ては、特に限定されないものの、高出力のレーザ素子・
発光素子に用いる場合には、ｎ型不純物ドープ、若しく
はノンドープとすることが好ましく、更に好ましくはｎ
型不純物をドープすることであり、こうすることで、ｎ
型層からのキャリアの注入を多くし、且つ効率よくする
ことができる。

【００１１】（２）前記活性層内の少なくとも１つの井
戸層が、４０Å以上の膜厚を有することを特徴とする。
この構成により、上述した効率的なキャリアの注入が可
能となった上に、それに適した厚膜の井戸層を設けるこ
とで、高出力の発光素子、レーザ素子の駆動において、
安定性を増すことが可能となり、また、注入電流に対す
る出力において損失を低く抑えることができ、素子寿命
において飛躍的な向上が可能となる。これは、高出力で
の発光・発振には、大量に注入されたキャリアを井戸層
内においてロスすることなく効率よく発光再結合される
ことが求められものであり、上記構成がこれを実現する
のに適しているものと考えられる。従来、井戸層の膜厚
は、発振・発光の初期段階における特性、例えば発振閾
値電流、を重視して、好ましい範囲として約２０Å〜３
０Åが最適とされてきたが、これでは大電流での連続的
な駆動で、素子劣化が早くなり、素子寿命の向上が妨げ
られてきたが、本発明では、上記構成によりこれを解決
した。ここで、井戸層の膜厚の上限としては、特に限定
されないが５００Å以下であり、障壁層及び活性層の膜
厚に依存するが、量子井戸構造で複数の層を積層するこ
とを考慮すると、３００Å以下とすることが好ましい。
さらに、より好適な井戸層の膜厚の範囲としては、５０
Å以上２００Å以下の範囲とすることで、多重量子井戸
構造、単一量子井戸構造のどちらでも好ましい活性層の
形成が可能であり、特に多重量子井戸構造であると、積
層数（井戸層と障壁層のペア数）が多くなることからこ
の範囲内におさめることが好ましい。また、この好適な
範囲に井戸層があることで、大電流・高出力での発光、
発振において、高い素子信頼性・長寿命を得ることがで
き、また、レーザ素子においては、８０ｍＷでの連続発
振が可能となり、また５〜８０ｍＷといった広い出力域
においても優れた素子寿命を実現することができる。こ
の時、活性層が多重量子井戸構造である場合に、井戸層
の膜厚は、少なくとも１つの井戸層に適用することが必
要であり、好ましくは全ての井戸層において、上記膜厚
を適用することである。こうすることで、各井戸層にお
いて、上述したような効果が得られ、発光再結合、光電
変換効率がさらに向上する。また、図１２からわかるよ
うに、本発明において、井戸層の膜厚が大きいほど、優
れた素子寿命が得られるが、好ましくは、井戸層とし
て、Ｉｎを含む窒化物半導体、更に好ましくはＩｎＧａ
Ｎを用いることで、良好な素子寿命とでき、この時、Ｉ
ｎ組成比ｘを、０＜ｘ≦０．３の範囲とすることで、結
晶性良く厚膜の井戸層が形成でき、好ましくは、ｘ≦
０．２とすることで結晶性良く厚膜の井戸層を複数形成
でき、良好なＭＱＷ構造の活性層とできる。

【００１２】（３）前記第１の障壁層が、前記活性層の
最も外側に配置されていることを特徴とする。この構成
により、第１の障壁層が活性層内で最もｐ型窒化物半導
体層に近い側に配置されることで、第１の障壁層がキャ
リアの注入口となり、ｐ型層から活性層内へのキャリア
の注入が効率的になり、また多量のキャリアを注入する
ことができ、しきい値電流密度、素子寿命、出力などの
素子特性が向上する。この時、ｐ型窒化物半導体層は、
活性層に接して形成されることが好ましく、また、第１
の障壁層に接する層として後述する第１のｐ型窒化物半
導体層を設けることができる。

【００１３】（４）前記第１の障壁層が、ｐ型不純物を
有することを特徴とする。この構成により、上述したｐ
型層からのキャリアの注入が効率的になり、またキャリ
アのライフタイムもあがる傾向にあり、結果として逆耐
圧特性、素子寿命、出力の向上に寄与するものとなる。
これは、上述したように、ｎ型不純物が実質的に含まれ
ないことで、ｐ型層からのキャリア注入が良好となり、
更に、第１の障壁層にｐ型不純物を有することで、活性
層内へのキャリアの注入を更に促すことが可能となり、
効率的に多量のキャリアがｐ型層から活性層内、また活
性層の奥深く（ｎ型層側）にまで注入され、発光再結
合、光電変換効率、素子寿命の向上、これに加えて逆耐
圧特性の向上が実現できる。

【００１４】（５）前記第１の障壁層の膜厚が、第２の
障壁層の膜厚より大きいことを特徴とする。この構成に
より、素子寿命の向上が実現できる。これは、少なくと
も第１の障壁層が他の障壁層（第２の障壁層）よりも小
さい膜厚であると、素子寿命の低下が観られ、更に第１
の障壁層が最も外側に配置されるとこの傾向は顕著なも
のとなる。更にまた、活性層の上に、ｐ型窒化物半導体
層を有し、第１の障壁層が活性層内で最も外側、すなわ
ち最上部、に配置した場合において、上記素子寿命の低
下は、大きなものとなる。これは、図８に示すように、
第１の障壁層２ｃが、ｐ型電子閉込め層（第１のｐ型窒
化物半導体層）に最も近くに配置された障壁層となり、
このｐ型電子閉込め層は後述するように、活性層、特に
井戸層に密接に影響を及ぼす層であるため、第１の障壁
層は、他の障壁層と異なり、活性層及び井戸層の特性を
決定する重要な層となる。

【００１５】（６）Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井
戸層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構
造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導
体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、
前記活性層がＬ個（Ｌ≧２）の前記障壁層を有し、前記
ｎ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置された障壁層
を障壁層Ｂ_１、該障壁層Ｂ_１から前記ｐ型窒化物半導体
層に向かって数えてｉ番目（ｉ＝１，２，３，・・・
Ｌ）の障壁層を障壁層Ｂ_ｉ、とした時に、ｉ＝１からｉ
＝ｎ（１＜ｎ＜Ｌ）までの障壁層Ｂ_ｉがｎ型不純物を有
し、ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌがｐ型不純物を有することを特
徴とする。この構成により、活性層の各井戸層へのキャ
リアの注入が効率的なものとなると思われ、例えばＬＥ
Ｄ、ＬＤにおいて発光効率が向上し、また発振閾値電流
密度、順方向電圧の低下、素子寿命の向上が可能とな
る。この時、好ましくは、障壁層Ｂ_１（ｉ＝１）、障壁
層Ｂ_Ｌ（ｉ＝Ｌ）が、活性層の最も外側に配置されるこ
とで、より効率的なキャリアの注入が可能となる。ここ
で、障壁層Ｂ_Ｌは、活性層内で最もｐ型層側に位置する
障壁層で、前記第１の障壁層に当たり、これに加えて、
ｎ型層側からｎ番目（１＜ｎ＜Ｌ）までの障壁層の全て
に、ｎ型不純物を有することで、ｎ型層からのキャリア
の注入が円滑になり、また活性層の奥深く（ｐ型層側）
へのキャリアの注入も良好となり、多量のキャリア注入
にも対応できるものとなり、発光出力、素子寿命が向上
する。加えて、１番目からｎ番目までの障壁層Ｂ_ｉにｎ
型不純物を有することで、素子の駆動初期において、す
ぐさま井戸層にキャリアが注入されることから、しきい
値電流密度の低下にも寄与する。

【００１６】（７）前記活性層内の少なくとも１つの井
戸層が、４０Å以上の膜厚を有することを特徴とする。
この構成により、上述したように、大電流、高電流密度
での素子駆動において、効率の良い各井戸層へのキャリ
アの注入・発光再結合が可能となり、大電流・高出力駆
動でのＬＥＤ、ＬＤなどの素子において、優れた素子寿
命が得られる。これは、上述したように、井戸層が厚膜
であることで、多量のキャリアの注入に対応し、良好な
発光再結合が実現され、また素子信頼性、すなわち素子
寿命にも効果的に作用する。

【００１７】（８）ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_ｉが、前記活性層
の最も外側に配置されていることを特徴とする。この構
成により、上述の第１の障壁層の場合と同様に、障壁層
Ｂ_Ｌが活性層内でｐ型層に最も近い層（通常ｐ型層に接
して設けられる）となることで、ｐ型層からのキャリア
の注入がより直接的なものとなり、大電流、高出力の厳
しい条件での駆動に耐えうる素子信頼性を有する窒化物
半導体素子が得られる。

【００１８】（９）ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌが、ｐ型不純物
を有することを特徴とする。この構成により、上述した
ように、障壁層Ｂ_Ｌでもって、ｐ型層からの多量のキャ
リア注入が効率的なものとなり、出力、素子寿命、及び
逆耐圧特性に好適に作用する。

【００１９】（１０）ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_ｉの膜厚が、ｉ
≠Ｌの障壁層Ｂ_ｉの膜厚より大きいことを特徴とする。
この構成は、上述したように、ｐ型窒化物半導体層に最
も近くに配置された障壁層Ｂ_Ｌが厚膜であることから、
後述する第１のｐ型窒化物半導体層との距離を大きくす
ることができること、ｐ型のキャリアが多くなっても、
十分に広い空間が確保されるため、素子の連続駆動にお
いて、安定して高濃度のキャリアを注入することがで
き、その結果、素子寿命などの素子信頼性が向上する。

【００２０】（１１）Ｉｎを含む窒化物半導体からなる
井戸層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸
構造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半
導体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子におい
て、前記活性層が、前記活性層内の最も外側の層とし
て、前記ｐ型窒化物半導体層に近い位置に配置された第
１のｐ側障壁層と、前記ｎ型窒化物半導体層に近い位置
に配置された第２のｎ側障壁層と、を有すると共に、前
記第１のｐ側障壁層がｐ型不純物を有し、前記第２のｎ
側障壁層がｎ型不純物を有することを特徴とする。この
構成により、ｐ型窒化物半導体層側、ｎ型窒化物半導体
層側、にそれぞれ第１のｐ側障壁層、第２のｎ側障壁層
が配置された活性層となり、ｐ型層、ｎ型層からのキャ
リアが活性層の中央部に向けて、効率的に注入されるよ
うになる。これは、第１のｐ側障壁層が前記第１の障壁
層及び障壁層Ｂ_Ｌに当たり、第２のｎ側障壁層が前記障
壁層Ｂ_ｉ、場合によって前記第２の障壁層に当たるもの
であり、それぞれ、上述したような機能、効果が実現で
きる。

【００２１】（１２）前記活性層内の少なくとも１つの
井戸層が、４０Å以上の膜厚を有することを特徴とす
る。この構成により、上述したように、高出力の素子に
おいて、優れたキャリアの注入・再結合を実現し、素子
信頼性、素子寿命の向上が可能となる。

【００２２】（１３）前記第１のｐ側障壁層が、ｐ型不
純物を有することを特徴とする。この構成により、上述
したように、大電流駆動のＬＥＤ、ＬＤにおいて、優れ
た素子寿命、逆耐圧特性が得られ、高出力の素子が得ら
れる。

【００２３】（１４）前記第１のｐ側障壁層の膜厚が前
記第２のｎ側障壁層の膜厚とほぼ同じであることを特徴
とする。この構成により、活性層内の対称性が向上し、
結果として、素子のばらつきを抑えて歩留まりが向上
し、またしきい値電流密度が低下する傾向が観られる。

【００２４】（１５）前記活性層が２以上の井戸層を有
し、該井戸層と井戸層との間に第３の障壁層を有すると
共に、前記第３の障壁層の膜厚が、前記第１のｐ側障壁
層及び前記第２のｎ側障壁層の膜厚よりも小さいことを
特徴とする。この構成により、第２のｎ側障壁層及び第
１のｐ側障壁層と、第３の障壁層と、は異なる働きを持
たせることが可能となり、素子特性のばらつきを抑え、
しきい値電流密度、Ｖｆを低下させることが可能とな
る。これは、第２のｎ側障壁層、第１のｐ側障壁層が活
性層の最も外側に配置され、ｎ型層、ｐ型層からのキャ
リアの注入口となり、第３の障壁層よりも膜厚が大きい
ことから多くのキャリアを保持する広い空間が確保さ
れ、逆に、第３の障壁層の膜厚が小さいことから、活性
層全体の膜厚を低く抑えることができ、Ｖｆの低下に寄
与するものとなる。

【００２５】（１６）請求項１乃至１５記載の前記活性
層を、Ａｌを含む窒化物半導体を有する上部クラッド層
と、Ａｌを含む窒化物半導体を有する下部クラッド層と
で挟むレーザ素子構造を有する窒化物半導体素子におい
て、前記上部クラッド層、下部クラッド層のＡｌ平均混
晶比ｘが、０＜ｘ≦０．０５であることを特徴とする。
この構成により、得られるレーザ素子は、５〜１００ｍ
Ｗの出力で連続発振可能で、光ディスクシステムの読取
り、書込光源に適した素子特性のＬＤとなり、更に長寿
命を実現することが可能となる。これは、クラッド層の
Ａｌ平均混晶比を０．０５以下に抑えることで、高出力
時の自励発振を抑えることが可能な光導波路が設けら
れ、高出力で安定した連続発振が可能となり、光ディス
ク光源用のＬＤを得ることが可能となる。従来は、クラ
ッド層のＡｌ平均組成を０．０５以上３以下の範囲にあ
る窒化物半導体を用いていたが、これでは光の閉込めが
強くなり過ぎることで３０ｍＷ以上の高出力での連続発
振において自励発振が発生する。本発明の構成では、ク
ラッド層における屈折率差を小さくした光導波路とし、
更に上記範囲にある活性層を用いることで、多量のキャ
リアを連続的に、安定して注入・発光再結合しうる構造
となり、クラッド層の光閉込めの低下による損失を上回
って連続発振でき、且つ活性層内での発光効率を高める
ことができる。

【００２６】（１４）前記上部クラッド層がｐ型の導電
性を、前記下部クラッド層がｎ型の導電性を有し、前記
活性層が前記障壁層として、前記上部クラッド層に最も
近い位置に配置された第１の障壁層と、該第１の障壁層
とは異なる第２の障壁層と、を有すると共に、前記第１
の障壁層がｐ型不純物を有し、前記第２の障壁層がｎ型
不純物を有することを特徴とする。この構成により、上
述したように、ｐ型層からのキャリアの注入に優れ、結
果として、素子特性、特に素子寿命が向上する。

【００２７】（１７）前記ｐ型窒化物半導体層中に、活
性層に隣接して第１のｐ型窒化物半導体層を有し、該第
１のｐ型窒化物半導体層がＡｌを含む窒化物半導体から
なることを特徴とする。この構成により、図４〜７に示
すように、第１のｐ型窒化物半導体層２８が、電子閉込
め層として機能し、特に大電流駆動、高出力のＬＤ、Ｌ
ＥＤにおいて、活性層内に多量のキャリアを閉込めるこ
とが可能となる。また、前記第１の障壁層、障壁層
Ｂ_Ｌ、第１のｐ側障壁層との関係において、図８に示す
ように、これらの障壁層の膜厚が、第１のｐ型窒化物半
導体層と井戸層１ｂとの距離ｄ_Bを決定するため、素子
特性に大きく影響を及ぼしあう。

【００２８】（１８）前記第１のｐ型窒化物半導体層
が、前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い障壁層に接して
設けられ、前記活性層中の障壁層よりも高い濃度のｐ型
不純物をドープして成長していることを特徴とする。こ
の構成により、ｐ型層から最もｐ型層に近い障壁層（前
記第１の障壁層、障壁層Ｂ_Ｌ、第１のｐ側障壁層）への
キャリアの注入を容易にし、また第１のｐ型窒化物半導
体層は、ｐ型不純物を高濃度でドープすることで、この
障壁層へｐ型不純物が拡散されてドープされることで、
適度なｐ型不純物を添加することができる。このこと
は、この障壁層成長時に、不純物を添加しないため、結
晶性良く成長が可能であり、特にこの障壁層がＩｎを含
む窒化物半導体の場合には、不純物添加による結晶性悪
化が大きいため、その効果は顕著なものとなる。また、
第１のｐ型窒化物半導体層が、後述するように、Ａｌを
含む窒化物半導体であって、そのＡｌ混晶比がｐ型クラ
ッド層のＡｌの混晶比よりも高い場合には、活性層内に
電子を閉じこめる電子閉込め層として効果的に機能し、
大電流駆動、高出力のＬＤ、ＬＥＤなどにおいて、発振
閾値、駆動電流を低下させる効果が得られる。

【００２９】（１９）前記活性層において、井戸層の数
が１以上３以下の範囲であることを特徴とする。この構
成により、ＬＤにおいては発振閾値を、井戸層の数が４
以上である場合に比べて、低くすることが可能となる。
また、この時に、上述したように井戸層の膜厚を４０Å
以上とすることで、少ない井戸層内でも広い空間が確保
され、多量のキャリアが注入されても、効率的な発光再
結合が可能となり、このことが素子寿命の向上、発光出
力の向上を可能とする。特に、井戸層の膜厚が４０Å以
下で、井戸層数を４以上とした場合には、大電流で駆動
させて高出力のＬＤ、ＬＥＤを得ようとすると、上記の
場合に比して、薄膜の各井戸層に多量のキャリアが注入
されることとなり、井戸層は過酷な条件下で駆動させる
こととなり、素子劣化が早く発生する。また、井戸層数
を多くすると、キャリアは均等に分布せず、不均一に分
布する傾向にあるため、このような状態で大電流での駆
動をさせると、前記素子劣化が深刻な問題となる。この
構成では、上述の最もｐ型層側の障壁層がｎ型不純物を
含まないこと又はｐ型不純物を有すること、他の障壁層
がｎ型不純物を有することで、多量のキャリアを井戸層
内へ安定して注入でき、更に井戸層を上述したような膜
厚（４０Å以上）とすることで、これらが密接に関係し
て、連続した駆動において、優れた素子寿命、高い発光
出力の実現に好適に作用する。 （２０）量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層
と、ｎ型窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化物半
導体素子において、前記活性層が前記障壁層として、前
記ｐ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置された第１
の障壁層と、該第１の障壁層とは異なる第２の障壁層
と、を有すると共に、前記第１の障壁層が、実質的にｎ
型不純物を含まず、前記第２の障壁層がｎ型不純物を有
し、前記第２の障壁層が井戸層に挟まれて配置され、前
記井戸層と第２の障壁層との膜厚比Ｒ _ｔが、０．５≦Ｒ
_ｔ≦３の範囲であることを特徴とする。この構成によ
り、特に光ディスクシステム、光通信システムなどに用
いられ、応答特性に優れ、ＲＩＮの低い、発光素子、レ
ーザ素子を得ることができる。すなわち、量子井戸構造
の活性層において、井戸層、障壁層及び、活性層の膜厚
は、ＲＩＮ、応答特性に大きく影響を及ぼす要因となる
が、この構成では、井戸層と障壁層との膜厚比を上記範
囲に限定することにより、それらの特性に優れた発光素
子、レーザ素子が得られる。 （２１）前記井戸層の膜厚ｄ_ｗが、４０Å≦ｄ_ｗ≦１０
０Åの範囲であり、前記第２の障壁層の膜厚ｄ_ｂが、ｄ
_ｗ≧４０Åの範囲であることを特徴とする。この構成に
より、上記膜厚比Ｒ_ｔにおいて、井戸層の膜厚を上記範
囲とすることで、図１２に示すように長寿命、高出力の
レーザ素子であると共に、光ディスクシステムの光源に
適したＲＩＮの特性、応答特性のレーザ素子が得られ
る。すなわち、本発明の発光素子において、井戸層の膜
厚を大きくすることで長寿命化がはかれるが、一方で、
井戸層の膜厚が大きくなると応答特性、ＲＩＮの特性が
低下する傾向にあり、この構成ではそれを好適に改善
し、また障壁層の膜厚が４０Å以上では、図１３に示す
ように、良好な素子寿命が得られ、光ディスクシステム
に優れた光源となるレーザ素子が得られる。

【００３０】本発明の窒化物半導体素子に用いるｎ型不
純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ
等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、
好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくは
Ｓｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、特に限定さ
れないが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが
挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。

【００３１】ここでアンドープとは、窒化物半導体成長
時に、ドーパントとなるｐ型不純物、ｎ型不純物などを
添加しない状態で成長させるものであり、例えば有機金
属気相成長法において反応容器内に前記ドーパントとな
る不純物を供給しない状態で成長させるものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】

【００３３】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（Ｉ
ｎ_xＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ
≦１）がある。またこれに加えて、ＩＩＩ族元素として
Ｂを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置
換した、混晶でもよい。

【００３４】（活性層）本発明における活性層として
は、量子井戸構造を有し、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。また、積層構造としては、井戸層を障壁層
で挟み込む構造を積層したものであり、すなわち、単一
量子井戸構造においては、井戸層を挟むように、ｐ型窒
化物半導体層側、ｎ型窒化物半導体層側に、それぞれ障
壁層を少なくとも１層有し、多重量子井戸構造において
は、複数の井戸層と障壁層が積層された活性層内で、後
述する各実施形態を有するものである。

【００３５】更に、活性層の構造として好ましくは、最
もｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層に近い位置
に配置された層（以下、最外層と記す）として障壁層を
有するものであり、更に好ましくは両側の最外層が障壁
層であることである。

【００３６】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)
／・・・／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、図１０に示
すように、各井戸層４０１の間に、Ａｌを含む窒化物半
導体からなる上部障壁層４０３、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４０２を設け
る構造であっても良い。

【００３７】（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。また、ＩｎＧａＮ以外にも、上述した窒化物
半導体、例えばＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＮなどを用いるこ
ともでき、また、Ｉｎを含まない窒化物半導体、例えば
ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等にも本発明は適用できるが、Ｉｎ
を含む窒化物半導体を用いる方が発光効率が高くなり好
ましい。

【００３８】また、井戸層の膜厚及び井戸層の数として
は、後述する第５の実施形態に示す場合を除いて、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、好
ましくは２０Å以上２００Å以下の範囲とすることで、
Ｖｆ、しきい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、２０Å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、２
００Å以下と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。活性層内の井戸層数としては特に
限定されず、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、Ｖｆの上昇を
招くこととなるため、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。

【００３９】本発明の井戸層には、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Ｉｎ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５×１０^１６／ｃｍ^３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以下５×１０¹⁶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、しきい値
電流密度、Ｖｆ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。このように、ｎ型不純物をドープした井戸
層は、５ｍＷ出力のＬＤ、ＬＥＤなど、低出力の素子に
用いることで、しきい値電流密度の低下、Ｖｆの低下が
得られ好ましい。また、井戸層のｎ型不純物濃度を障壁
層とほぼ同じ若しくはそれより低くするには、井戸層成
長時に障壁層成長時よりも多くのｎ型不純物をドープす
るか、障壁層にドープして井戸層をアンドープで成長さ
せる変調ドープとしても良い。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。

【００４０】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、高い確率での
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、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（５〜１００ｍＷの出力域
のＬＤ、ハイパワーＬＥＤ）では、井戸層のｎ型不純物
濃度を、少なくとも１×１０^１８／ｃｍ^３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１×１０^１８／ｃｍ^３、好ましくは１
×１０^１７／ｃｍ^３以下とすることである。

【００４１】（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、井戸層よりＩｎ混晶比
の低いＩｎを含む窒化物半導体若しくはＧａＮ、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く、具体的には図
１０に示すように、Ｉｎ_βＧａ_１−βＮ（０≦β＜１，
α＞β）、ＧａＮを用いることが好ましい。これは、Ｉ
ｎを含む窒化物半導体からなる井戸層をＡｌＧａＮ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。また、障壁層のバンドギャップエ
ネルギーを井戸層よりも大きくなるようにするものであ
り、井戸層の結晶性を決める下地層としても機能するこ
とを考慮して、上記組成の中から好適な井戸層、障壁層
の組成の組合せを決定すると良い。

【００４２】また、後述する最もｐ型層側の障壁層を除
いて、障壁層は、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
ープされていることである。この時、障壁層中のｎ型不
純物濃度としては、少なくとも５×１０^１６／ｃｍ^３以
上ドープされていることで、上限としては１×１０^{２ ０}
／ｃｍ^３である。具体的には、例えばＬＥＤである場合
には、５×１０^１６／ｃｍ^３以上２×１０^１８／ｃｍ^３
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、５×１０^１７
／ｃｍ^３以上１×１０^２０／ｃｍ^３以下の範囲、好まし
くは１×１０^１８／ｃｍ^３以上５×１０ ^１９／ｃｍ^３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。この時、通常のＬＥＤと、高出力のＬＥＤ（ハ
イパワーＬＥＤ）と高出力のＬＤ（５〜１００ｍＷ出力
のＬＤなど）とで、ｎ型不純物量が異なるのは、高出力
の素子では、より大電流で駆動させ高い出力を得るため
に、高いキャリア濃度を必要とするためである。上記好
ましい範囲でドープされることで、上述したように、良
好な結晶性で、高濃度のキャリアを注入することが可能
となる。逆に、高出力でない低出力のＬＤ、ＬＥＤ等の
窒化物半導体素子の場合には、活性層中の一部の障壁層
にｎ型不純物をドープしたもの、若しくは全ての障壁層
を実質的にｎ型不純物を含まないものとしても良い。

【００４３】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。

【００４４】また、後述する各実施形態には、ｐ型不純
物をドープする障壁層が用いられるが、この時、ｐ型不
純物量としては、５×１０^１６／ｃｍ^３以上１×１０
^２０／ｃｍ^３以下の範囲、好ましくは、５×１０^１６／
ｃｍ^３以上１×１０^１８／ｃｍ ^３以下の範囲である。こ
れは、１×１０^２０／ｃｍ^３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、１×１０^１８／ｃｍ^３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。この時、後述する各実施形態におけるｐ型
不純物が含有される障壁層には、ｎ型不純物を実質的に
含有しないことが好ましい。なぜなら、ｐ型不純物が含
有される障壁層に、ｎ型不純物を含有しないことだけで
も、ｐ型層からのキャリアの注入を促進する障壁層とし
て機能し、それに加えてｐ型不純物を有することで更に
その作用を強くすることが可能となる。図１４、１５
は、最もｐ側の障壁層のｎ型不純物量と素子寿命若しく
は逆耐圧特性との関係を示しているが、図から明らかな
ように、ｎ型不純物が多くなると、素子寿命及び逆耐圧
特性が急激に低下し、素子特性を悪化させている。従っ
て、本発明の窒化物半導体素子において、ｐ型層に最も
近い障壁層（後述の第１の障壁層、障壁層Ｂ_Ｌ、第１の
ｐ側障壁層）は、ｎ型不純物をアンドープで成長させる
こと若しくはｎ型不純物を実質的に吹くまいことが好ま
しく、更に好ましくはｐ型不純物を有すること、最も好
ましくはｎ型不純物を含まずに、ｐ型不純物を有するこ
とである。これは、ｎ型不純物を含まないことでｐ型層
からのキャリアの注入が効率的なものとなり、これとは
別にｐ型不純物を有することで、キャリアの注入を促
し、両者を併せること、すなわち、ｎ型不純物を含まず
に、ｐ型不純物を有することで、ｐ型層からのキャリア
が多量であっても効率的な注入が可能となる。

【００４５】（ｎ型不純物ドープ）本発明において、活
性層には、少なくとも５×１０¹⁶以上ｎ型不純物を含有
する井戸層、障壁層を有し、好ましくは、活性層中の少
なくとも１層以上の井戸層及び／又は障壁層が、アンド
ープ若しくは実質的にｎ型不純物を含まないことであ
る。これにより、活性層全体としては、平均としてｎ型
不純物が含有され、活性層の一部を構成する井戸層及び
又は障壁層にｎ型不純物がドープされることで活性層と
して効率的なキャリア濃度分布を実現する。

【００４６】本発明において、アンドープとは意図的に
ドープしないことであり、窒化物半導体成長時に、ｎ型
若しくはｐ型不純物をドープしないで成長させるもので
ある。この時、不純物濃度は、５×１０^１６／ｃｍ^３未
満となる。また、本発明におけるｎ型不純物、若しくは
ｐ型不純物を実質的に含まないとは、５×１０^１６／ｃ
ｍ^３未満の濃度領域である。

【００４７】以上は、下記に説明する各実施形態におい
て、説明されていない活性層及び、障壁層、井戸層につ
いての実施形態を説明したものであり、各実施形態にお
いてその説明を補うものである。

【００４８】＜第１の実施形態＞本発明の窒化物半導体
素子において、第１の実施形態としては、図２、３に示
すように、ｐ型窒化物半導体層１３とｎ型窒化物半導体
層１１とで挟まれた活性層１２内に、ｐ型窒化物半導体
層に最も近くに位置する第１の障壁層、それとは異な
り、ｎ型不純物を有する第２の障壁層とを有する構造で
ある。この時、第１の障壁層は、ｎ型不純物がアンドー
プであること、若しくはアンドープで成長させて実質的
にｎ型不純物を含まないことである。この時、第１の障
壁層は、活性層内の層で最もｐ型窒化物半導体層に近い
層（以下、最もｐ側の層という）が、図２に示すように
井戸層１ｂである場合と、図３に示すようにその層が第
１の障壁層２ｄである場合の両方の場合があるが、どち
らでも良い。好ましくは、図３に示すように、活性層内
で最もｐ側の層が、第１の障壁層とすることで、ｐ型窒
化物半導体層に接して第１の障壁層を活性層内に設ける
ことができ、図３に示すように、ｐ型窒化物半導体層１
３と活性層１２内の第１の障壁層２ｄと、連続したｐ型
層を活性層内まで形成することができる。このことによ
り、ｐ型層から活性層へのキャリアの注入を効率的なも
のとすることができ、素子駆動における損失を減らし、
素子特性の向上、特に、逆方向耐圧、素子寿命の向上が
可能となる。図３に示す場合は、これとは異なり、ｐ型
窒化物半導体層１３と第１の障壁層２ｃとの間に井戸層
１ｂが介在しているため、連続したｐ型層の形成とはな
らない場合もあるが、第１の障壁層２ｃは活性層内の最
もｐ側の障壁層であることから、前述の場合（図３の場
合）ほどではないものの、同様に作用して、効率的なキ
ャリアの注入が可能となり、前述の場合（図３の場合）
に比べてその効果は劣る傾向にあるものの、同種の効果
を得ることができる。この時、井戸層は、上述したよう
にアンドープであることが好ましく、ｎ型不純物を有す
る場合には、障壁層よりも低濃度であることが好まし
い。

【００４９】これとは異なり、ｐ型不純物を有する障壁
層（以下、ｐ型障壁層という）が、活性層内で、最もｐ
側に位置しない障壁層である場合は、例えば図３におい
て障壁層２ｃをｐ型障壁層とすると、かえって素子特性
を悪化させる結果となる。これは、ｐ型のキャリア（ホ
ール）の拡散長がｎ型に比べて大幅に短いため、上述し
た活性層内へのキャリア注入効率の向上はほとんどな
く、ｎ型のキャリアの注入を阻害して損失を大きくする
こととなる。これは、最もｐ側の障壁層がｐ型不純物を
含有せず、最もｐ側に位置しない障壁層がｐ型不純物を
含有する場合に最も顕著なものとなる。

【００５０】また、第２の障壁層は、第１の障壁層に隣
接してｎ型窒化物半導体層側（以下、ｎ側という）に設
けられていても良いが、図２、３に示すように、少なく
とも１層以上の井戸層を介して設けられていることが好
ましい。こうすることで、１層以上の井戸層を挟んで、
最もｐ側に設けられ、ｐ型不純物を有する第１の障壁層
と、ｎ側に設けられ、ｎ型不純物を有する第２の障壁層
と、を配置した構造の活性層とすることで、井戸層を介
さず隣接して配置された場合に比べて、この挟まれた１
層以上の井戸層内へのキャリア注入をより効率的なもの
とすることができる。従って、最もｎ側の障壁層、図
２，３では障壁層２ａ、が、少なくとも第２の障壁層で
あること、すなわち、第１の障壁層、第２の障壁層が活
性層の最も外側の障壁層で、それぞれｐ側、ｎ側に配置
されていることが好ましい。更に、第２の障壁層は、１
層だけであっても良く、第１の障壁層を除く全ての障壁
層であっても良い。従って、第１の実施形態において、
好ましくは最もｐ側の障壁層が第１の障壁層、最もｎ側
の障壁層が第２の障壁層であること、更に好ましくは、
以上の構成に加えて、最もｐ側の障壁層を除く全ての障
壁層が第２の障壁層であることである。これにより、高
出力下での素子駆動において、多量のキャリアを効率的
に注入することが可能となり、高出力下での素子信頼性
の向上が可能となる。この時、最もｐ側の障壁層が第１
の障壁層、最もｎ側の障壁層が第２の障壁層であること
に加えて、２番目若しくは２番目及びそれ以降にｐ側に
配置された障壁層もｐ型障壁層とする構成も可能である
が、例えば図３において第１の障壁層２ｄ、ｐ型障壁層
２ｃ、第２の障壁層２ａとする構成、この構成では上述
した各キャリアの拡散長の違いにより、効率的なキャリ
アの注入・再結合などが阻害され、損失が増す傾向にあ
る。

【００５１】本発明の第１の実施形態において、第１の
障壁層について更に詳述すると、ｐ型不純物を含有する
こと同様に、第１の障壁層が実質的にｎ型不純物を含有
しないことも上記作用を生み出す上で重要な要因とな
る。これは、ｎ型不純物を含有しないことで、上述のｐ
型不純物を有する場合と同様の効果が期待できる。これ
は、第１の障壁層がｎ型不純物を含まないことから、活
性層内におけるｐ型層界面付近若しくは第１の障壁層付
近で、ｐ型層から活性層へ、若しくは最もｐ側の井戸層
へのキャリアの注入を多く、且つ効率的にすることが可
能となり、上述と同様に素子特性が向上する。逆に、第
１の障壁層に実質的にｎ型不純物を含まないようにする
ことが、素子特性の向上につながるものであり、更に好
ましくはｎ型不純物を実質的に含まず且つｐ型不純物を
含むようにすることで、上述した効果が顕著なものとな
る。また、第２の障壁層には、ｐ型不純物をアンドープ
で成長させること、若しくはｐ型不純物を実質的に含ま
ないようにすることが好ましい。

【００５２】本発明の第１の実施形態において、第１の
障壁層の膜厚を第２の障壁層の膜厚よりも大きくするこ
とで、素子寿命の向上が可能となる。これは、後述する
第１のｐ型窒化物半導体層との関係に加えて、高出力で
の駆動において、ｐ型のキャリアが多く存在する第１の
障壁層として広い空間が設けられることで、高出力でも
安定したキャリアの注入・再結合が可能となる。逆に、
第２の障壁層が第１の障壁層よりも膜厚が小さいこと
で、ｎ型層側から活性層内の各井戸層までの距離を相対
的に近づけることとなり、各井戸層へのｎ型層側からの
キャリアの注入が促進される。この時、第２の障壁層が
１層以上、好ましくは第１の障壁層を除く全ての障壁層
を第２の障壁層とすることで、ｎ型層から全ての井戸層
の距離が相対的に小さくでき、ｎ型層からのキャリアの
注入が効率的なものとなる。

【００５３】＜第２の実施形態＞本発明の第２の実施形
態としては、前記活性層がＬ個（Ｌ≧２）の前記障壁層
を有し、前記ｎ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置
された障壁層を障壁層Ｂ _１、該障壁層Ｂ_１から前記ｐ型
窒化物半導体層に向かって数えてｉ番目（ｉ＝１，２，
３，・・・Ｌ）の障壁層を障壁層Ｂ_ｉ、とした時に、ｉ
＝１からｉ＝ｎ（１＜ｎ＜Ｌ）までの障壁層Ｂ_ｉがｎ型
不純物を有し、ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_ｉがｐ型不純物を有す
ることを特徴とする。ここで、障壁層Ｂ_Ｌが第１の実施
形態における第１の障壁層に当たり、最もｐ側の障壁層
であり、この障壁層Ｂ_Ｌによる作用は、第１の実施形態
と同様である。従って、第２の実施形態における障壁層
Ｂ_Ｌは、少なくともｐ型不純物を有することであり、更
に好ましくはｎ型不純物を実質的に含有しないことで、
障壁層Ｂ_Ｌには優先的にｐ型のキャリアが注入され、効
率的なキャリア注入を可能とする。また、ｉ＝１からｉ
＝ｎまでの障壁層Ｂ_ｉには、ｎ型不純物を有すること
で、ｎ型層側から近い順にｎ個の障壁層にｎ型不純物が
ドープされることとなりキャリア濃度が高まるため、ｎ
型層から活性層内部へキャリアが円滑に注入されること
となり、結果としてキャリアの注入・再結合が促進さ
れ、素子特性が向上する。この時、井戸層はアンドー
プ、ｎ型不純物をドープしても、どちらでも良い。特
に、大電流で素子（高出力のＬＤ、ＬＥＤなど）を駆動
させた場合では、上述したように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、素子特性、素子信頼性
に富む窒化物半導体素子となる。

【００５４】ここで、第２の実施形態におけるｎは、少
なくとも条件式０＜ｎ＜Ｌを満たすことが必要であり、
好ましくはｎ_m＜ｎ＜Ｌ、ｎ_m＝Ｌ／２（但し、ｎ_mは小
数点以下を切り捨てた整数）の条件を満たすことであ
る。これは、活性層内の障壁層の総数のほぼ半分以上に
ｎ型不純物が含有されることで、ｎ型層からのキャリア
が活性層の奥深く（ｐ型層側）まで効率的な注入が可能
となるからであり、特に活性層中の井戸層の数が３以
上、若しくは活性層内部の積層数が７以上、である多重
量子井戸構造の場合に有利に働く。具体的には、図２、
３において、障壁層２ａ、２ｂを障壁層Ｂ_ｉとしてｎ型
不純物をドープし、障壁層２ｃ（図２）若しくは障壁層
２ｄ（図３）を障壁層Ｂ_Ｌとしてｐ型不純物をドープ
し、障壁層Ｂ_ｉとＢ_Ｌに挟まれる他の障壁層をアンドー
プとして、活性層を構成する。

【００５５】また、第２の実施形態において、障壁層Ｂ
_Ｌの膜厚が障壁層Ｂ_ｉ（ｉ≠Ｌ）の膜厚よりも大きいこ
とで、上述したように、多量のキャリアを安定して井戸
層に注入する必要がある高出力の素子において、ｐ型層
に最も近く（ｐ型層からのキャリア注入口付近）、ｐ型
のキャリアが多く存在する障壁層Ｂ_Ｌが広い空間を有す
ることで、安定して多量のキャリアをｐ型層から井戸層
へ注入することができ、素子信頼性、素子寿命が向上す
る。

【００５６】＜第３の実施形態＞本発明の第３の実施形
態としては、前記活性層内の最も外側の層として、ｐ型
窒化物半導体層に近い位置に配置された第１のｐ側障壁
層と、前記ｎ型窒化物半導体層に近い位置に配置された
第２のｎ側障壁層と、を有すると共に、第１のｐ側障壁
層がｐ型不純物を有し、第２のｎ側障壁層がｎ型不純物
を有することを特徴とする。この構成は、具体的には、
図３に示すように、活性層が最も外側の第１のｐ側障壁
層２ａ、第２のｎ側障壁層２ｄに挟まれて、井戸層１、
障壁層２ｂ、２ｃが設けられた構造となる。活性層内で
最もｐ側の層として、第１のｐ側障壁層が設けられるこ
とで、上述したように、ｐ型層からの効率的なキャリア
の注入を可能とし、また活性層内で最もｎ側の層とし
て、第２のｎ側障壁層が設けられることで、ｎ型層から
のキャリアの注入を良好なものとする。その結果とし
て、活性層内へｐ型層、ｎ型層からの効率的なキャリア
の注入・再結合を可能とし、高出力の素子でも、高い素
子信頼性、及び素子寿命の向上が可能となる。この時、
好ましくは、図３に示すように、第１のｐ側障壁層２
ｄ、第２のｎ側障壁層２ａに接して、ｐ型層、ｎ型層が
設けられることであり、これにより、直接的に活性層に
ｐ型層、ｎ型層が接続され、より良好なキャリアの注入
が実現される。この時、第１のｐ側障壁層、第２のｎ側
障壁層に挟まれた障壁層、例えば図３における障壁層２
ｂ、２ｃ、としては、特に限定されるものではないが、
上述したように好ましくはｎ型不純物がドープされるこ
とであり、これにより、ｎ型層からのキャリアの注入が
効率よくなされ、素子信頼性が向上する。

【００５７】また、前記第１のｐ側障壁層の膜厚が前記
第２のｎ側障壁層の膜厚とほぼ同じであることにより、
図５、７に示すように、活性層の最も外側の層がほぼ対
称な障壁層が設けられることとなり、素子のばらつきを
防ぎ、歩留まりが向上する。これは、詳しいことは明ら
かではないが、ｐ型層、ｎ型層のキャリアの注入口とな
る第１のｐ側障壁層、第２のｎ側障壁層が対称となるこ
とで、活性層の層構成において対称性が増し、このこと
により、しきい値電流の低下、安定した素子寿命を得る
ことが可能となると考えられる。

【００５８】更に、第３の実施形態において、活性層が
２以上の井戸層を有し、該井戸層と井戸層との間に第３
の障壁層を有すると共に、前記第３の障壁層の膜厚が、
前記第１のｐ側障壁層及び前記第２のｎ側障壁層の膜厚
よりも小さいことで、更に素子特性の向上が可能とな
る。これは、活性層の最も外側に配された第２のｎ側障
壁層、第１のｐ側障壁層は、それぞれｎ型層、ｐ型層か
らのキャリアの注入口となり、他の障壁層よりも大きな
膜厚であることから、多量のキャリアを保持しうる広い
空間が確保され、大電流でも安定した素子の駆動を可能
とする。一方、第３の障壁層は、井戸層に挟まれている
ため、キャリアが各井戸層に注入されるように設けら
れ、井戸層の間を連絡できれば足りるため、外側の障壁
層のように厚膜で設ける必要がない。加えて、活性層内
で、外側に厚膜の障壁層、活性層中央部で薄膜の障壁層
という構成となり、外側の障壁層でもってｐ型層、ｎ型
層からのキャリアの注入し、ｎ型層、ｐ型層からみて反
対側に位置し、第３の障壁層よりも厚膜の第１のｐ側障
壁層、第２のｎ側障壁層でもって強固な障壁として機能
し、各井戸層へのキャリアの注入・発光再結合が促進さ
れる。また、第３の障壁層が、外側の障壁層よりも薄く
設けられることで、活性層全体の膜厚を低く抑えること
が可能となり、Ｖｆ、しきい値電流密度の低下に寄与す
るものとなる。

【００５９】以上、説明してきたように、第１〜３の実
施形態において、共通する構成として、以下のようにな
る。

【００６０】第１〜３の実施形態において、活性層内部
で最もｐ型層側に配置された障壁層（第１の障壁層、障
壁層Ｂ_Ｌ、第１のｐ側障壁層）が、実質的にｎ型不純物
を含有しないことで、活性層内へのキャリアの注入が促
進され、優れた素子寿命、高出力の窒化物半導体素子が
得られ、さらにｐ型不純物を含有することで、多量のキ
ャリアであっても効率よく注入・発光再結合され、高出
力で、長寿命の窒化物半導体素子が得られる。この時、
最もｐ型層側の障壁層がｐ型不純物を有するときには、
ｎ型不純物をノンドープとするか、ｎ型不純物をアンド
ープで成長させて実質的にｎ型不純物を含まない状態と
することが好ましい。これは、最もｐ型層側の障壁層が
ｐ型不純物を有している場合に、ｎ型不純物を有する
と、ｐ型層からのキャリアの注入が阻害される傾向にあ
り、多量のキャリアを効率的に注入する効果が弱まり、
結果として素子寿命、出力特性を低下させることになる
からである。

【００６１】＜第４の実施形態：レーザ素子＞本発明の
窒化物半導体素子において、レーザ素子の実施形態とし
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。また、実施例で示
すように、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。

【００６２】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用いられ、具体的
にはＡｌ_ｂＧａ_１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）が好適に用いら
れる。

【００６３】本発明において、光ガイド層の組成として
は、特に限定されるものではなく、窒化物半導体からな
り、導波路形成に十分なエネルギーバンドギャップを有
していれば良く、単一の膜、多層膜のどちらでも良い。
例えば、波長３７０〜４７０nmではＧａＮを用い、それ
よりも長波長ではＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層膜構造を用
いることで導波路の屈折率を大きくでき、このように上
述した様々な窒化物半導体、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮなどを用いることができる。また、ガイド層、ク
ラッド層は、超格子多層膜とすることもできる。

【００６４】（電子閉込め層：第１のｐ型窒化物半導体
層）本発明において、ｐ型窒化物半導体層として、特に
レーザ素子において、第１のｐ型窒化物半導体層を設け
ることが好ましい。この第１のｐ型窒化物半導体層とし
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_ａＧａ _１−ａＮ（０＜ａ＜１）を用いる。
この時、Ａｌ混晶比γとしては、レーザ素子に用いる場
合に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
を抑えて、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
ることであり、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。この第１のｐ型窒化物半導体層は、
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、第１のｐ型窒化物
半導体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。

【００６５】本発明の第１のｐ型窒化物半導体層の膜厚
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（Ａ
ｌを含まない）に比べて、バルク抵抗が大きいため、１
０００Å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Ｖｆ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、第１
のｐ型窒化物半導体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。

【００６６】また、レーザ素子において、この第１のｐ
型窒化物半導体は、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
にガイド層を有する場合には、ガイド層と活性層との間
に設けることである。この時、活性層と第１のｐ型窒化
物半導体との距離は、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５０
０Å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、第１のｐ型窒化物半導体層は活性層に
近いほどキャリアの閉込めが効果的に機能し、その上レ
ーザ素子において活性層と第１のｐ型窒化物半導体層と
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第１のｐ型窒化物半導
体層を設けうることが最も好ましい。この時、量子井戸
構造の活性層内で最もｐ型窒化物半導体層側に位置する
層と、第１のｐ型窒化物半導体層と、を接して設けると
結晶性が悪化する場合に、それを避けるため結晶成長に
おけるバッファ層を両者の間に設けることも可能であ
る。例えば、活性層の最もｐ側の層をＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮの第１のｐ型窒化物半導体層との間に、ＧａＮか
らなるバッファ層を設けること、又は第１のｐ型窒化物
半導体層よりも低いＡｌ混晶比のＡｌを含む窒化物半導
体からなるバッファ層、などがある。

【００６７】ここで、第１のｐ型窒化物半導体層と活性
層との位置関係、特に井戸層との距離は、レーザ素子の
しきい値電流密度、素子寿命を決定する重要な要素とな
り、具体的には、第１のｐ型窒化物半導体層が活性層に
近いほどしきい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、第１のｐ型窒化物半導体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第１のｐ型窒化物半導体層は、
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。

【００６８】従って、素子寿命の低下を抑えるために、
図８（ａ）に示すように、井戸層１ｂから第１のｐ型窒
化物半導体層２８の距離ｄ_Bを少なくとも１００Å以上
とすることであり、好ましくは１２０Å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、井戸層と第１のｐ型窒化物半導体層との
距離ｄ_B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、しきい値電
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、しきい値電流密度
の明らかな上昇傾向が観られ、４００Åより大きいとし
きい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２
００Å以下とすることである。これは、第１のｐ型窒化
物半導体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しきい値電流
密度が上昇するもの、また発光効率の低下を招くものと
考えられる。

【００６９】ここで、距離の基準となる井戸層は、図８
において、活性層内で最もｐ型層１３側の障壁層２ｃに
隣接して、ｎ型層側に配置された井戸層１ｂである。量
子井戸構造の活性層において、活性層に接して第１のｐ
型窒化物半導体層が設けられる場合に、図８（ａ）に示
すように最もｐ型層側の障壁層２ｃに接して第１のｐ型
窒化物半導体層２８が設けられるときと、図８（ｂ）に
示すように最もｐ型層１３側の障壁層２ｃと第１のｐ型
窒化物半導体層２８との間に井戸層４を有するときがあ
る。最もｐ型層１３側の障壁層２ｃと第１のｐ型窒化物
半導体層２８との間に井戸層４を有する場合には、この
井戸層４がかえってｐ型層１３に近づきすぎ、ｐ型層か
ら注入されたキャリアの殆どが井戸層４を通り抜け、こ
の井戸層４での発光再結合が起こらず、井戸層として機
能しないものとなる。この時、最もｐ型層側の障壁層２
ｃがｐ型不純物を有する場合、この障壁層２ｃよりもｎ
型層側に位置する井戸層１ａ、１ｂへのキャリアの注入
が良好となる一方で、上述したようなこの障壁層２ｃよ
りもｐ型層側に位置する井戸層４をキャリアが通過し
て、発光再結合に寄与しない傾向が益々強まり、井戸層
としての機能を急激に失うものとなる。このため、図８
（ｂ）に示す井戸層４と第１のｐ型窒化物半導体層との
間には、上述したような距離による特性の変化がなく、
前記井戸層との距離ｄ_Bは、最もｐ型層側の障壁層より
もｐ型層側に位置する前記井戸層１ｃに関係なく、最も
ｐ型層側の障壁層よりもｎ型層側に位置する井戸層との
距離となり、逆にこのような活性層内で最もｐ型層側の
層となる井戸層を有していても、上述したような距離ｄ
_Bによる特性の変化がみられる。また、このような最も
ｐ型層側の障壁層よりもｐ型層側に配置された井戸層
は、井戸層として十分に機能しないばかりでなく、この
井戸層を有していない場合に比べて、素子寿命などの素
子特性が悪化する傾向にあるため、好ましくはこのよう
な井戸層を有さずに、活性層内で最もｐ型層側に配置さ
れる層を、障壁層とすること、すなわち、図８（ｂ）よ
りも図８（ｃ）の構成とすることである。

【００７０】また、最もｐ型層側の障壁層２ｃと第１の
ｐ型窒化物半導体層２８とが接して設けられる場合に
は、上記井戸層と第１のｐ型窒化物半導体層との間に障
壁層２ｃ（最もｐ型層側の障壁層）を設けてこの障壁層
の膜厚でもって上記距離ｄ_Bを決定することができる。
従って、最もｐ型層側の障壁層（上述の第１の障壁層、
障壁層Ｂ_Ｌ、第１のｐ側障壁層）の膜厚は、窒化物半導
体の素子特性を決定する重要な要素となる。加えて、レ
ーザ素子においてしきい値電流密度の上昇は、上述した
キャリアの閉込めが主な原因であるから、上述した活性
層と第１のｐ型窒化物半導体層との関係がここでも適用
される。

【００７１】本発明の第１のｐ型窒化物半導体には、通
常ｐ型不純物がドープされ、レーザ素子、ハイパワーＬ
ＥＤ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／ｃｍ^３以上ド
ープすることで、好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３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、１×１０^１８／ｃｍ^３以上、好ましくは１×１０
^１９／ｃｍ^３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、１×１０^２１／ｃｍ^３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。また、Ｍｇなどの拡
散傾向が強いｐ型不純物を用いる場合には、第１のｐ型
窒化物半導体層をアンドープで成長させて、その隣接
層、例えば光ガイド層などからの不純物拡散によりドー
プすることもできる。さらに、第１のｐ型窒化物半導体
層をアンドープで成長させ、隣接層、若しくはｐ型不純
物拡散領域外にｐ型不純物ドープ層が存在し、第１のｐ
型窒化物半導体層に不純物拡散がないような場合におい
て、ノンドープとしても、上述したようにキャリアが適
度にトンネルできる膜厚とすれば、ノンドープで設ける
こともできる。

【００７２】以上に加えて、本発明のレーザ素子におい
て、第１のｐ型窒化物半導体層に接してｐ型光ガイド層
を設ける場合に、ｐ型不純物を第１のｐ型窒化物半導体
層からの拡散によりドープすると良好な光ガイド層とな
る。これは、ガイド層内のｐ型不純物は、光の導波にお
いて光散乱物質となるため、導電性を確保しうる範囲内
で、できるだけ低濃度で不純物を有することが、結果と
して素子特性の向上につながり好ましいことによる。し
かしながら、ｐ型光ガイド層の成長時にｐ型不純物をド
ープする方法では、前記光の損失を低く抑えられる低濃
度領域で、不純物ドープを制御することが困難な傾向に
あることが問題となる。なぜなら、窒化物半導体素子
は、一般にｎ型層／活性層／ｐ型層の順に積層された構
造を有するが、この構造で成長させると活性層中のＩｎ
ＧａＮなどのため、その後に続く層の成長においてＩｎ
の分解などを防ぐ必要があり、ｐ型層の成長温度を７０
０〜９００℃程度の低温で成長させる方法が一般的に用
いられるが、低温であるが故に、不純物ドープ量の制御
性に乏しくなる。また、ｐ型不純物として、一般的にＭ
ｇが用いられるが、比較的ドープ量の制御が困難である
こともあり、成長時に前記低濃度領域で不純物をドープ
すると素子特性のばらつきを生み出す原因となる。

【００７３】従って、第１のｐ型窒化物半導体層は、光
ガイド層へのｐ型不純物拡散を考慮に入れて、第１のｐ
型窒化物半導体層の成長時に高濃度で不純物をドープす
ることで、不純物供給層としての役割を負うことが、好
ましい。さらには、上述した各実施形態において、第１
のｐ型窒化物半導体層に接する障壁層（前記第１の障壁
層、障壁層Ｂ_Ｌ、第１のｐ側障壁層）に、ｐ型不純物を
ドープする場合にも同様に、不純物を供給する層として
機能させることが可能となる。

【００７４】本発明のレーザ素子では、実施例に示すよ
うに、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ＳｉＯ２以外の材料、好まし
くはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から
選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、Ｓｉ
Ｎ、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−ｙ}Ｎ（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。また、本発明の第１のｐ型窒化物半導体層は、上述
したようにキャリア閉込めとして機能するものであり、
実施例に示すように、発光素子においては、光閉込めの
クラッド層を必要とせず、キャリア閉込めのクラッド層
だけを設ける場合にも、第１のｐ型窒化物半導体層をク
ラッド層として適用できる。更に、この第１のｐ型窒化
物半導体層は、活性層内に電子を閉じ込めるために、活
性層との間に、バンドオフセットをとること、すなわ
ち、バンドギャップエネルギーを活性層よりも大きくし
て、両者の間に電位障壁を設けることであるが、ＳＣＨ
構造のレーザ素子においては、ガイド層よりも大きなバ
ンドギャップエネルギーとすることが好ましい。また、
バンドギャップエネルギーの異なる２層以上の層からな
るクラッド層を設ける場合には、クラッド層内で第１の
ｐ型窒化物半導体層を活性層側に配置し、好ましくは、
他の層よりもバンドギャップエネルギーを大きくして設
ける。具体的には、バンドギャップエネルギーの大きな
第１のｐ型窒化物半導体層を第１クラッド層とし、それ
よりバンドギャップエネルギーの小さい第２クラッド層
を第１クラッド層よりも活性層から遠くに配置する構造
とでき、例えば実施例１においてガイド層を除いた構造
となる。以上説明したように、第１のｐ型窒化物半導体
層を基に、上記第１の障壁層（最もｐ側の障壁層）を考
えると、図８に示すようなバンド構造において、キャリ
ア閉込めを担う第１のｐ型窒化物半導体層により活性層
へのキャリア閉込めが決定されることでは、本発明にお
いて、第１のｐ型窒化物半導体層に接する位置から活性
層とすることができる。すなわち、最もｐ側の障壁層が
他の障壁層と異なる機能を有する場合において、上述し
たように、キャリア閉込めの第１のｐ型窒化物半導体層
と密接な関係を有することから、第１のｐ型窒化物半導
体層に接する界面から活性層として考えることができ
る。このように、第１のｐ型窒化物半導体層に接する位
置から活性層であることを考慮すると、第１の障壁層と
第１のｐ型窒化物半導体層との間に、例えば図８（ｂ）
に示すような井戸層４のように、何らかの層が介在する
場合においても、本発明の第１の障壁層、最もｐ側の障
壁層による上述した効果をそうすることができるものと
なる。具体的には、図８（ｂ）に示す形態の他に、第１
の障壁層と第１のｐ型窒化物半導体層との間に、これら
の中間のバンドギャップエネルギーを有する層を介して
も良いこととなる。更にまた、上述したように、第１の
障壁層、最もｐ側の障壁層は、他の障壁層、例えば井戸
層に挟まれた障壁層とその機能が大きく異なることか
ら、異なる組成、バンドギャップエネルギーとすること
も可能である。

【００７５】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。また、本発
明のレーザ素子は、リッジ構造の屈折率導波型に限定さ
れず、利得導波型でも良く、リッジにおいて、リッジ側
面を再成長により埋め込んだＢＨ構造、若しくはリッジ
を再成長により埋め込む構造であっても良く、電流狭窄
層を設けた構造であっても良く、上記活性層は、あらゆ
るレーザ素子構造にも有効である。

【００７６】＜第４の実施形態＞以上に説明した窒化物
半導体素子において、第４の実施形態では、量子井戸構
造の活性層を、Ａｌを含む窒化物半導体を有する上部ク
ラッド層と、Ａｌを含む窒化物半導体を有する下部クラ
ッド層とで挟むレーザ素子構造を有する窒化物半導体素
子で、前記上部クラッド層、下部クラッド層のＡｌ平均
混晶比ｘが、０＜ｘ≦０．０５であることを特徴とす
る。これは、クラッド層のＡｌ混晶比を０．０５以下と
して、上部クラッド層、下部クラッド層で挟まれる光導
波路の閉込めを緩めて、活性層の障壁層、井戸層の膜厚
比を上記範囲として、自励発振を抑えながら、出力特
性、素子寿命を向上させることが可能となる。これは、
Ａｌ混晶比を下げることで、クラッド層における屈折率
差を低下させ、これにより光導波路内の光分布を広げる
ことができ、高出力でも自励発振を防止できるレーザ素
子となり、５〜１００ｍＷの出力で連続発振可能で、光
ディスクシステムの読取り、書込光源に適した素子特性
のレーザ素子が得られる。この時、好ましくは、図３，
４，６，７に示すように、前記上部、下部クラッド層と
活性層との間に光ガイド層を有することで、クラッド層
における屈折率差を小さくして光分布を広げても、ガイ
ド層内に光が多く分布し、光の漏れによる損失を低く抑
えることができる。

【００７７】また、活性層において、井戸層が４０Å以
上の厚膜で、膜厚の比Ｒ_tが１／３以上１以下の範囲に
ある場合には、上述の第１〜４の実施形態、第５の実施
形態においても、素子特性の向上が可能となる。これに
ついても、どのように作用して素子特性が向上するかは
不明であるが、従来、井戸層よりも十分に厚い障壁層を
設けることで、井戸層での発光再結合の確率を高める構
造が用いられてきた。しかし、前記活性層では、井戸層
を４０Å以上と厚くして、更に、井戸層に比較して障壁
層を薄くする構成とすることで、井戸層が厚いことによ
り発光再結合の領域が増し、井戸層間に設けられる障壁
層が薄くなることで、各井戸層にまんべんなく、キャリ
アが注入され、発光再結合する確率が高まる。更に高出
力の素子では、大電流で駆動されるため、多量のキャリ
アが井戸層に注入されるが、井戸層が厚いことで、発光
再結合する領域を広くでき、障壁層が薄いことで障壁層
を飛び越えて各井戸層に、均一に注入される傾向にあ
る。

【００７８】この時、井戸層の膜厚が４０Å以上で、井
戸層と障壁層の膜厚の比Ｒ_t（Ｒ_t＝［井戸層の膜厚］／
［障壁層の膜厚］）が１／３以上１以下の範囲である
と、光ディスクシステムの光源として優れた特性のレー
ザ素子が得られる。これは、井戸層の膜厚を４０Å以上
とすることで、図１２に示すように、素子寿命に優れた
素子となり、前記範囲にあることで、ＲＩＮ（相対雑音
強度）を低く抑えられる傾向にあるからである。更に好
ましくは、井戸層の膜厚を５０Å以上とすることで、さ
らなる素子寿命の向上が可能となる。また、Ｒ_tが１以
上の場合には、ＲＩＮは大きくなるものの、素子寿命が
長く、出力の大きなレーザ素子が得られるため、光ディ
スクシステム以外の応用が可能である。以上において、
障壁層の膜厚は、４０Å以上とすることで、図１３に示
すように、素子寿命に優れたレーザ素子が得られるた
め、好ましい。

【００７９】＜第５の実施形態：井戸層の数＞以上、説
明した第１〜４の実施形態において、活性層中の井戸層
の数を１以上３以下とすること、大電流における素子駆
動でも、良好な素子特性の窒化物半導体素子が得られ
る。これは、従来、活性層中の井戸層の数として、４〜
６程度のものを用いていたが、井戸層の数が多くする
と、キャリアの再結合の確率を高めることができる反
面、障壁層の数を含めると必然的に活性層全体の膜厚が
大きくなり、Ｖｆが大きくなる傾向にある。さらに、井
戸層の数を多くしても、それほどキャリアの再結合の確
率が高くならないことが実験した結果、明らかになり、
特にＬＤのように大電流、高電流密度で駆動させる素子
の場合には、特にその傾向が顕著になる。例えば、ＬＤ
の場合では、多重量子井戸構造で、井戸層数を変化させ
ると、井戸層の数が減ることで、しきい値電流が下がる
傾向にあり、井戸層の数を６から４となる間に急激に減
少し、更に４から３の間でなだらかに減少し、そして井
戸層の数が２若しくは３のところで極小値をとり、１の
場合、すなわち、単一量子井戸構造では２、３の場合よ
り少し高くなるか、２と３の間の値をとるものとなる傾
向がある。また、高出力のＬＥＤについても、同様な傾
向が観られる。

【００８０】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３
０との間に電子閉込め層である第１のｐ型窒化物半導体
層２８を有し、活性層１２の量子井戸構造は、障壁層２
ａ／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３は、図
２に比して異なる点は、上部、下部クラッド層３０，２
５と活性層１２との間に上部、下部光ガイド層２９，２
６を有するものである。図４〜８、１０は、活性層１２
若しくは活性層周辺の積層構造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。図４、６は活性層の量子井戸構造
が膜厚において非対称な構造を有するものであり、それ
とは逆に図５、７は対称な構造を有するものであり、図
４，５は活性層内の井戸層の数が３であり、図６，７は
２であり、図５は光ガイド層を含まず、図４，７，８は
光ガイド層を有する構造である。図８は、活性層１２と
ｐ型層１３が積層された構造で、ｐ型層１３内の第１の
ｐ型窒化物半導体層２８と活性層、最もｐ型層側に配置
された障壁層２ｃ、及びその障壁層２ｃよりもｎ型層に
近い側に配置された井戸層１ｂとの関係を示すものであ
る。 ＜第６の実施形態＞本発明において、第６の実施形態
は、ＤＶＤ、ＣＤなどの光ディスクシステムの光源に適
した高速応答特性、ＲＩＮとなるレーザ素子を得ること
ができる。具体的には、量子井戸構造の活性層におい
て、第１の障壁層（最もｐ側の障壁層）と、第２の障壁
層とを有する場合に、第２の障壁層と井戸層との膜厚比
Ｒ_ｔを、０．５≦Ｒ_ｔ≦３の範囲とすることである。こ
の時第１の障壁層（最もｐ側の障壁層）と第２の障壁層
は、上記実施形態と同様である。特に、この膜厚比にお
いて、第２の障壁層は、ＭＱＷにおいては井戸層に挟ま
れた障壁層、すなわち、井戸層間の距離とすることが重
要である。上述したように、最もｐ側の障壁層と他の障
壁層とで異なる機能を有することから、上記応答特性、
ＲＩＮに影響する障壁層は、前記最もｐ側の障壁層（第
１の障壁層）以外の障壁層が重要であり、特にＭＱＷに
おいて、井戸層に挟まれた障壁層と、井戸層の膜厚比が
上記特性に大きく影響を及ぼすものとなる。膜厚比Ｒ_ｔ
が、上記範囲にあると、光ディスクシステムの光源に優
れたレーザ素子となり、０．５未満であると、障壁層の
膜厚が井戸層に比して大きくなりすぎ、特に応答特性が
悪化する傾向にあり、また３を超えると、特にＲＩＮに
悪影響を及ぼし、高周波重畳下において雑音の大きな光
源となる傾向にある。好ましくは、０．８≦Ｒ_ｔ≦２と
することで、上記各特性に優れたレーザ素子となる。ま
た、この時、井戸層の膜厚ｄ_ｗは、それぞれ４０Å≦ｄ
_ｗ≦１００Åが好ましい。なぜなら、図１２からわかる
ように、上記各実施形態において、井戸層が厚膜になる
ほど良好な素子寿命が実現されるからであり、一方で、
膜厚が１００Åを超えると、応答特性、ＲＩＮの悪化が
大きくなり、光ディスクシステムの光源に適さないもの
となる傾向にある。また、好ましくは、６０Å≦ｄ_ｗ≦
８０Åとすることである。これは、素子寿命の別の評価
である劣化速度での評価において、井戸層の膜厚が大き
くなると劣化速度が低下する傾向にあるが、６０Å以上
８０Å以下の領域で井戸層の膜厚を大きくすると、急激
な低下が観られ、８０Åを超える領域ではなだらかな低
下となる傾向にあるためである。また、障壁層（第２の
障壁層）の膜厚ｄ_ｂとしては、図１３の膜厚と素子寿命
との関係から、４０Å以上とすることで、優れた素子寿
命のレーザ素子とできる。この実施形態は、上記１〜５
の実施形態と組み合わせて適用すると好ましい。また、
上記第２の障壁層は、図６、７に示す形態において、少
なくとも活性長中の障壁層であって、上記最もｐ側の障
壁層（第１の障壁層）２ｃ以外の障壁層のいずれかに適
用することであり、好ましくは上述したように、井戸層
に挟まれた障壁層２ｂに適用することであり、更に好ま
しくは、上記最もｐ側の障壁層を除く、全ての障壁層に
適用することが、上記特性の向上につながり好ましい。

【００８１】

【実施例】［実施例１］以下、実施例として、図８に示
すようなレーザ素子構造の窒化物半導体を用いたレーザ
素子について、説明する。

【００８２】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（ＭｇＡ１_２Ｏ_４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。

【００８３】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成長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。

【００８４】（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、ＳｉＯ_２からなり、マスク幅１５μ
ｍ、開口部（窓部）幅５μｍとする。

【００８５】（バッファ層１０２） 窒化物半導体基板
の上に、バッファ層成長後、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、ＡｌＧａＮ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。具体的に
は、横方向成長層若しくはそれを用いて形成した基板が
ＧａＮである場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒
化物半導体のＡｌ_ａＧａ_１−ａＮ（０＜ａ≦１）からな
るバッファ層１０２を用いることで、ピットを低減させ
ることができる。好ましくは、窒化物半導体の横方向成
長層であるＧａＮの上に設ける。更にバッファ層１０２
のＡｌ混晶比ａが、０＜ａ＜０．３であると、結晶性を
良好なものとしてバッファ層を形成することができる。
このバッファ層をｎ側コンタクト層として形成しても良
く、バッファ層１０２を形成した後、前記バッファ層の
組成式で表されるｎ側コンタクト層を形成して、バッフ
ァ層１０２とその上のｎ側コンタクト層１０４にもバッ
ファ効果を持たせる形態でも良い。すなわち、このバッ
ファ層１０２は、横方向成長を用いた窒化物半導体基
板、若しくはその上に形成した横方向成長層と素子構造
との間、又は素子構造中の活性層と横方向成長層（基
板）、若しくはその上に形成した横方向成長層（基板）
との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基
板側、下部クラッド層と横方向成長層（基板）との間
に、少なくとも１層以上設けることで、ピットを低減
し、素子特性を向上させることができる。このバッファ
層は、本発明において、活性層、特に上述した厚膜のＩ
ｎを含む窒化物半導体の形成において結晶性を良好なも
のとできるため、バッファ層を設けることが好ましい。

【００８６】（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_{０．９ ５}Ｎよりなるｎ型コン
タクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。

【００８７】（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。 （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
０１８／ｃｍ３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。

【００８８】（ｎ型光ガイド層１０６） 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０．１
５μｍ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。

【００８９】（活性層１０７） 次に、温度を８００℃
にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、
ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシラン
ガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩ
ｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる障壁層（Ｂ）を１４
０Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_０
．１Ｇａ_０．９Ｎよりなる井戸層（Ｗ）を２５Åの膜厚
で、この障壁層（Ｂ）、井戸層（Ｗ）を、（Ｂ）／
（Ｗ）／（Ｂ）／（Ｗ）の順に積層する。最後に最上部
の障壁層として、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジ
ウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩ
ｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを１４０Åの膜厚で成長させ
る。活性層１０７は、総膜厚約４７０Åの多重量子井戸
構造（ＭＱＷ）となる。

【００９０】（ｐ型電子閉込め層１０８：第１のｐ型窒
化物半導体層） 次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭ
Ａ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣ
ｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用
い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ_０．３
Ｇａ_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。また、ここでは、ｐ型
電子閉込め層１０８からｐ型不純物のＭｇが、それに隣
接する最上部の障壁層に拡散して、最上部の障壁層にＭ
ｇが５〜１０×１０^１６／ｃｍ^３程度ドープされた状態
となる。

【００９１】（ｐ型光ガイド層１０９） 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１０
９を０．１５μｍの膜厚で成長させる。

【００９２】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、ｐ型電子閉込め層１０８、ｐ型ク
ラッド層１０９等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍ
ｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ３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。

【００９３】（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２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、
Ｃｐ_２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚
０．４５μｍ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１１０は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくは
Ａｌ_ＸＧａ _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ＡｌＧ
ａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ側クラッド層１
１０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。

【００９４】（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×
１０^２０／ｃｍ^３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−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１１１は電極を形成する層である
ので、１×１０^１７／ｃｍ^３以上の高キャリア濃度とす
ることが望ましい。１×１０^１７／ｃｍ^３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。

【００９５】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。

【００９６】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１６１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１０
９、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。

【００９７】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１６１の
上と、エッチングにより露出されたｐ型光ガイド層１０
９の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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７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
のであり、上述した第１、２、４、５の実施形態に相当
するものである。バー状にする際に、エッチング端面に
挟まれた導波路領域内で劈開して、得られた劈開面を共
振器面としても良く、導波路領域の外で劈開してエッチ
ング端面を共振器面としても良く、一方をエッチング端
面、他方を劈開面とした１対の共振器面を形成しても良
い。また、上記エッチング端面の共振面には誘電体多層
膜からなる反射膜が設けられるが、劈開面の共振器面に
も、劈開後に反射膜を設けても良い。この時、反射膜と
しては、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ _２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、Ａｌ
_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ポリイミドからなる群の少なくとも一
種用いることであり、λ／４ｎ（λは波長、ｎは材料の
屈折率）の膜厚で積層した多層膜としても良く、１層だ
け用いても良く、反射膜と同時に共振器端面の露出を防
ぐ表面保護膜としても機能させても良い。表面保護膜と
して機能させるには、λ／２ｎの膜厚で形成しても良
い。また、素子加工工程で、エッチング端面を形成せず
に、すなわち、ｎ電極形成面（ｎ側コンタクト層）だけ
を露出させ、一対の劈開面を共振器面とするレーザ素子
としても良い。バー状のウエハを更に分割する際にも、
窒化物半導体（単体基板）の劈開面を用いることがで
き、バー状に劈開したときの劈開面に垂直な窒化物半導
体（ＧａＮ）を六方晶系で近似したＭ面、Ａ面（｛１０
１０｝）で劈開して、チップを取り出しても良く、ま
た、バー状に劈開する際に、窒化物半導体のＡ面を用い
ても良い。

【０１０３】室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃ
ｍ²、５〜３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍ
の連続発振のレーザ素子が得られる。得られるレーザ素
子の素子寿命は、比較例１に比べて、６０℃、５ｍＷの
連続発振において、２〜３倍に相当する２０００〜３０
００時間の素子寿命が得られる。また、逆方向耐圧特性
においては、比較例１に比べて、逆方向耐圧について検
査をしたところ、多くのレーザ素子が破壊されず、更に
電圧を上げて１００Ｖで検査においても、破壊されない
ものが得られ、比較例１に比べておおよそ２倍の逆方向
耐圧特性の向上が観られる。

【０１０４】［実施例２］実施例１において、活性層中
の障壁層の内、活性層とｐ型電子閉込め層との界面に位
置する障壁層（最後に積層した障壁層、最もｐ側に位置
する障壁層）を、Ｍｇを１×１０¹⁸／ｃｍ³ドープし
て、形成する他は、同様にしてレーザ素子を得る。得ら
れるレーザ素子は、実施例１に比べて、前記最後の障壁
層により多くのＭｇがドープされたものとなる。また、
その特性は、素子寿命、逆耐圧特性において、ほぼ同等
なものが得られる。

【０１０５】［実施例３］実施例１において、井戸層の
膜厚を５５Åとする。その結果得られるレーザ素子は、
実施例１に比べて、素子寿命が大きく向上し、５０℃、
３０ｍＷの条件で連続発振させたところ、１０００〜２
０００時間の長寿命のレーザ素子が得られる。

【０１０６】更に、同様に、実施例１における井戸層の
膜厚を、６０、８０、９０Åと増やすことで、素子寿命
は、膜厚にほぼ比例して増加する傾向にあり、一方で井
戸層の膜厚が増加することによる活性層全体の膜厚の増
加によるＶｆ、しきい値電流の増加が確認される。しか
しながら、いずれの場合にも、比較例１に比べて、非常
に優れた素子寿命を有するものである。また、Ｖｆ、し
きい値電流については活性層全体の膜厚が関係し、その
積層構造に依存するため一概にはいえないが、実施例１
のように、井戸層の数が２層と少ない場合、多重量子井
戸構造で最小の井戸層数、には、井戸層の膜厚の変化に
は、それほど大きく依存せず、Ｖｆ、しきい値電流の上
昇は、低く抑えられ、実施例１よりも僅かに大きくなる
程度でおさまり、ＬＤの連続発振において重大な素子特
性の悪化にまで至らない。このため、井戸層の膜厚は、
４０Å以上で素子特性の向上が図れ、好ましくは５０Å
以上とすることで更に顕著に大幅な長寿命化が可能とな
る。また、この時、井戸層の膜厚を５０Å以上とする
と、出力８０ｍＷでの発振が可能であり、１００ｍＷの
出力が得られるものある。

【０１０７】［実施例４］実施例１において、最後の障
壁層（最上部に位置する障壁層）を１５０Åの膜厚とし
たところ、素子寿命が実施例１よりも長くなる傾向にあ
る。これは、図９に示すように、最上部障壁層２ｃが厚
くなることで、井戸層１ｂとｐ型電子閉込め層２８との
距離ｄ_Bが必然的に大きくなり、上述したように、第１
のｐ型窒化物半導体層（ｐ型電子閉込め層）は高抵抗で
あるため、素子駆動時には他の層よりも高い温度になっ
ていると考えられ、この層と井戸層をはなすことで、井
戸層を温度上昇による悪影響から守り、良好な発振特性
でもってレーザ発振がなされることによるものと思われ
る。

【０１０８】［実施例５］実施例１において、活性層
が、障壁層の膜厚７０Åで、障壁層／井戸層／障壁層／
井戸層の順に積層し、最後に膜厚１４０Åの障壁層を積
層する。この時、井戸層の膜厚を、２２．５Å、４５
Å、９０Å、１３０Åと変化させ、５０℃、３０ｍＷの
条件で連続発振させた時の素子寿命を図１２に示す。図
から明らかなように、井戸層の膜厚の増加に伴って、素
子寿命が増大し、優れた素子寿命のレーザ素子が得られ
る。この時、井戸層の膜厚４５Å、９０Å、１３０Åで
は、実施例３と同様に、３０ｍＷ以上の高出力の発振が
可能であり、９０Å、１３０Åの場合には、８０〜１０
０ｍＷでの出力が可能なレーザ素子が得られる。

【０１０９】［実施例６］実施例１において、活性層
が、井戸層の膜厚４５Åで、障壁層／井戸層／障壁層／
井戸層の順に積層し、最後に膜厚１４０Åの障壁層を積
層する。この時、最後に積層した障壁層以外の障壁層の
膜厚を、２２．５Å、４５Å、９０Å、１３５Åと変化
させ、５０℃、３０ｍＷの条件で連続発振させた時の素
子寿命を図１３に示す。図から明らかなように、障壁層
の膜厚が増加すると、５０Å付近から膜厚を増加させて
も、素子寿命がほぼ一定となり変化しなくなる傾向が観
られる。従って、障壁層として、少なくとも４０Å以上
とすることで、本発明の窒化物半導体素子で、優れた素
子寿命が実現されることがわかる。

【０１１０】［実施例７］実施例１において、クラッド
層の多層膜におけるＡｌＧａＮ層のＡｌ混晶比を０．１
とする他は、同様にしてレーザ素子を得る。得られるレ
ーザ素子は、クラッド層のＡｌ平均混晶比が０．０５で
あり、３０ｍＷで、単一モード、連続発振において、自
励発振が観測されるものがある。更に、クラッド層の多
層膜中のＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比を０．１５とす
ると、この時クラッド層のＡｌの平均混晶比が約０．７
８となり、Ａｌの平均混晶比が０．０５である場合に比
べて、明らかに高い確率で自励発振することが確認され
る。このため、クラッド層におけるＡｌの平均混晶比
は、０．０５以下、好ましくは０．０２５若しくは０．
０３以下とすることで、確実に自励発振のないレーザ素
子が得られる。

【０１１１】［実施例８］実施例１において、最上部の
障壁層（最もｐ型層側に配置された障壁層）を１５０Å
の膜厚で成長させる他は、実施例１と同様にしてレーザ
素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例１に比べて
僅かながら素子寿命が上昇する傾向が観られる。逆に、
最上部の障壁層を１００Åの膜厚としたレーザ素子で
は、実施例１に比べて、素子寿命が大幅に低下する。

【０１１２】［実施例９］実施例１において、ｐ型電子
閉込め層１０８を設けないで、活性層１０７の上に直接
ｐ型光ガイド層１０９を設けることを除いて、実施例１
と同様にしてレーザ素子を得る。得られるレーザ素子
は、Ｖｆが約１Ｖほど低下するが、しきい値電流が急激
に上昇し、レーザ素子の中には、発振が困難なものも観
られる。これは、高抵抗な第１のｐ型窒化物半導体層
（ｐ型電子閉込め層１０８）を含まないことで、Ｖｆが
低下するが、活性層内への電子閉込めが困難となり、し
きい値の急激な上昇につながったものと考えられる。

【０１１３】［実施例１０］実施例１において、井戸層
の数を３層、障壁層の数を４層として、図４に示すよう
に、積層した活性層とする他は、実施例１と同様にし
て、レーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例
１に比べて、活性層全体の膜厚が大きくなるためＶｆが
上昇し、また井戸層数が多いことでしきい値電流も僅か
に上昇する傾向が観られる。さらに、障壁層／井戸層と
交互に積層し、最後に障壁層を積層して、障壁層５層、
井戸層４層の活性層とすると、井戸層が２層、３層であ
る場合に比べて、明らかに閾値電流が上昇し、またＶｆ
も高くなる。

【０１１４】ここで、図４において、最初の障壁層（第
２のｎ側障壁層）２ａと最後の障壁層（第１のｐ側障壁
層）２ｄとを膜厚１４０Åとし、障壁層２ｂ、２ｃの膜
厚を１００Åとした場合（図５に示す活性層の構造）に
は、前記の図５の場合に比べて、素子特性のばらつき、
特に素子寿命のチップ間のばらつきが減少し、良好な素
子特性のレーザ素子が得られる傾向が観られる。

【０１１５】［比較例１］実施例１において、活性層中
の障壁層を全て、Ｓｉドープとする他は、同様にしてレ
ーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、６０℃、５ｍ
Ｗ出力での連続発振において、１０００時間の素子寿命
となる。また、得られるレーザ素子の逆方向耐圧特性に
ついて、評価したところ、レーザ素子のほとんどが、逆
方向耐圧５０Ｖの条件において、破壊されるものとな
る。ここで、活性層中で最後に積層した障壁層のＳｉド
ープ量を、１×１０¹⁷、１×１０¹⁸、１×１０¹⁹／ｃｍ
³と変化させて、素子寿命と逆耐圧特性の変化を調べ、
図１４、１５に示す。図中でアンドープとは、実施例１
に対応する。図から明らかなように、活性層内で最もｐ
型層側に配置された障壁層に、Ｓｉをドープすると、ド
ープ量が多くなるに従って、素子寿命、逆耐圧特性が低
下し、素子特性が悪化することがわかる。

【０１１６】得られるレーザ素子について、ＳＩＭＳ
（二次イオン質量分析法）などにより分析したところ、
活性層中の障壁層の内、ｐ型電子閉込め層との界面に位
置する最上部の障壁層（最もｐ型層側に位置する障壁
層）に、ＳｉとＭｇが検出される。従って、得られるレ
ーザ素子は、前記最上部の障壁層に、ＳｉとＭｇがドー
プされた状態を有するものとなり、このことが、実施例
１で得られるレーザ素子に比べて、その特性が大きく低
下する原因と考えられる。しかしながら、図１４、１５
に示すようにＳｉドープ量を変化させた場合に、Ｍｇド
ープ量は変化しないことから、素子特性の低下は、主に
ｎ型不純物に起因しているものと考えられる。

【０１１７】［実施例１１］実施例１において、活性層
１０７に代えて、図１０及ぶ以下に説明する活性層４０
７を用いてレーザ素子を得る。

【０１１８】（活性層４０７）温度を８８０℃にして、
原料ガスにＴＭＩ 、Ｔ ＭＧ 及びアンモニアを用い、
不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉ を５ ×１０
¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎより
なる第１の障壁層４０１_a を１００Åの膜厚で成長させ
る。続いて、温度を８２０ ℃に下げ、シランガスを止
め、アンドープのＩｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなる井戸
層４０２ａを５０Åの膜厚で成長させる。さらに、同温
度でＴＭＡを用い、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなる第
２の障壁層４０３ａを１０Åの膜厚で成長させる。これ
ら第１の障壁層４０１ａ、井戸層４０２ａ、第２の障壁
層層４０３ａの３層構造を、図１０に示すようにさらに
もう１回繰り返して各層４０１ｂ、４０２ｂ、４０３ｂ
を積層し、最後に最上部の障壁層４０４として、アンド
ープのＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎを膜厚１４０Åで形
成して、総膜厚４６０Åの多重量子井戸（ＭＱＷ）から
なる活性層４０７を形成する。この時、最もｐ型層側に
位置する最上部の障壁層４０４には、隣接するｐ型電子
閉込め層１０８からｐ型不純物のＭｇが拡散して、Ｍｇ
を有する障壁層となる。得られるレーザ素子は、波長４
７０ｎｍの光が得られ、高出力で長寿命のレーザ素子と
なる。この時、井戸層の上部に設けられる第２の障壁層
としては、Ａｌを含む窒化物半導体とすること、好まし
くはＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）で表される窒化
物半導体とすることで、井戸層に適度な凹凸が形成さ
れ、Ｉｎの偏析、若しくは濃度分布が発生して、このこ
とで量子ドット若しくは量子細線の効果が得られるもの
と思われ、第２の障壁層を設けない場合に比べて高出力
の窒化物半導体素子となる。この時、Ａｌ混晶比ｚは、
０．３以上とすることで井戸層の凹凸が良好に発生する
傾向にあり、好ましい。この時、第２の障壁層は、特に
井戸層に接して設けられていなくても、同様な効果を得
ることが可能である。また、井戸層に接して、下部に位
置する障壁層は、第１の障壁層のように、Ａｌを含まな
い障壁層とすることで、結晶性良く井戸層を形成でき好
ましい。

【０１１９】［実施例１２］図９に示す発光素子を以下
のようにして、作製する。

【０１２０】サファイア（Ｃ面）よりなる基板３０１を
ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しなが
ら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリ
ーニングを行う。

【０１２１】（バッファ層３０２）続いて、温度を５１
０℃まで下げ、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）、ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）とを用い、基板３０１上にＧａＮよ
りなるバッファ層３０２を約１５０Åの膜厚で成長させ
る。

【０１２２】（下地層３０３）バッファ層３０２成長
後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇さ
せる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮからなる
下地層３０３を１．５μｍの膜厚で成長させる。この下
地層３０３は、窒化物半導体を成長させる基板として機
能する。

【０１２３】（ｎ型コンタクト層３０４）続いて１０５
０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不
純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０^１８
／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層３
０４を２．２５μｍの膜厚で成長させる。

【０１２４】（ｎ側第１多層膜層３０５）次にシランガ
スのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガス
を用い、アンドープＧａＮからなる下層３０５ａを３０
００Åの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガス
を追加しＳｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧ
ａＮからなる中間層３０５ｂを３００Åの膜厚で成長さ
せ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアン
ドープＧａＮからなる上層３０５ｃを５０Åの膜厚で成
長させ、３０５ａ／３０５ｂ／３０５ｃの３層からなる
総膜厚３３５０Åの第１多層膜層３０５を成長させる。

【０１２５】（ｎ側第２多層膜層３０６）次に、同様の
温度で、アンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体
層を４０Å成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ
_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎよりなる第１の窒化物半導体層
を２０Å成長させる。これらの操作を繰り返し、第２の
窒化物半導体層＋第１の窒化物半導体層の順で交互に１
０層ずつ積層させ、最後にＧａＮよりなる第２の窒化物
半導体層を４０Å成長させて形成される超格子構造の多
層膜よりなるｎ側第２多層膜層３０６を６４０Åの膜厚
で成長させる。

【０１２６】（活性層３０７）次に、ＧａＮよりなる障
壁層を２５０Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００
℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドー
プＩｎ_０．３Ｇａ_{０． ７}Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜
厚で成長させる。そして障壁層Ｂ_１／井戸層／障壁層Ｂ
_２／井戸層／障壁層Ｂ_３／井戸層／障壁層Ｂ_４／井戸層
／障壁層Ｂ_５／井戸層／障壁層Ｂ_６／井戸層／障壁層Ｂ
_７の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層し
て、総膜厚１９３０Åの多重量子井戸構造よりなる活性
層３０７を成長させる。この時、障壁層Ｂ_１、Ｂ_２に
は、Ｓｉを１×１０^１７／ｃｍ^３ドープして、残りの障
壁層Ｂ_ｉ（ｉ＝３，４、・・・、７）はアンドープで形
成する。

【０１２７】（ｐ型多層膜クラッド層３０８）次に、温
度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、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の窒化物半導体層を４０Åの膜厚
で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用いＭｇを１×１０
^２０／ｃｍ^３ドープしたＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎよ
りなる第４の窒化物半導体層を２５Åの膜厚で成長させ
る。これらの操作を繰り返し、第３の窒化物半導体層＋
第４の窒化物半導体層の順で交互に５層ずつ積層し、最
後に第３の窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させた
超格子構造の多層膜よりなるｐ型多層膜クラッド層３０
８を３６５Åの膜厚で成長させる。

【０１２８】（ｐ型ＧａＮコンタクト層３１０）続いて
１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用
い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮ
よりなるｐ型コンタクト層３１０を７００Åの膜厚で成
長させる。

【０１２９】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェハを反応容器内において、７００℃
でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。

【０１３０】アニーリング後、ウェハを反応容器から取
り出し、最上層のｐ型コンタクト層３１０の表面に所定
の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行
い、図９に示すようにｎ型コンタクト層４の表面を露出
させる。

【０１３１】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層３１０のほぼ全面に膜厚２００ÅのＮｉとＡｕを含
む透光性のｐ電極３１１と、そのｐ電極１１の上にボン
ディング用のＡｕよりなるｐパッド電極を０．５μｍの
膜厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたｎ
型コンタクト層３０４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極
３１２を形成して、発光素子を得る。得られる発光素子
は、ｎ型層に最も近い障壁層Ｂ_１と、その次の障壁層Ｂ
_２にｎ型不純物がドープされていることで、ｎ型層から
のキャリアが、活性層の奥深く（ｐ型層側）まで、効率
的に注入され、全ての障壁層をアンドープとした比較例
２に比べて、光電変換効率が向上し、Ｖ _f及びリーク電
流が減少し、発光出力が向上する。

【０１３２】［実施例１３］実施例１２の活性層におい
て、最もｐ側に位置する障壁層Ｂ₇に、ｐ型不純物とし
てＭｇを１×１０¹⁸／ｃｍ³ドープする他は、実施例１
１と同様にして、発光素子を得る。得られる発光素子
は、実施例１１に比して、最上部の障壁層Ｂ₇にｐ型不
純物を有することで、ｐ型層からのキャリアの注入も効
率的になり、光電変換効率が向上し、発光出力も向上す
る。

【０１３３】［比較例２］実施例１１において、活性層
中の全ての障壁層、井戸層ともアンドープで成長させる
他は、実施例１と同様にして発光素子を得る。得られる
発光素子は、実施例１に比べて、発光出力が低く、また
素子寿命に劣る傾向にある。

【０１３４】［実施例１４］図１１に示す面発光型のレ
ーザ素子について以下説明する。

【０１３５】（基板５０１）実施例１に用いた窒化物半
導体基板１０１と同様の基板５０１を用いる。

【０１３６】窒化物半導体基板５０１の上に、反射膜５
３０として、ＡｌＮからなる第１の層５３１とＧａＮか
らなる第２の層５３２を交互にそれぞれ３層づつ積層す
る。この時、各層は、λ／（４ｎ）（但し、λは光の波
長、ｎは材料の屈折率）の式を満たす膜厚で設け、ここ
ではｎ＝２（ＡｌＮ）、２．５（ＧａＮ）で、各膜厚を
第１の層約５００Å、第２の層約４００Åの膜厚で形成
する。この時、窒化物半導体の反射膜は、第１、２の層
を、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）で表される窒化物半導体を用いる
ことができ、窒化物半導体の反射膜は第１、２の層を、
Ａｌ_ｘＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される組成の異な
る窒化物半導体を交互に積層した多層膜を用いることが
好ましく、この時、各層を１層以上、第１の層／第２の
層の対を１対以上形成する。具体的には第１の層／第２
の層をＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、
ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ、ＧａＮ／ＡｌＮなどで形成でき
る。Ａｌ_ｘＧａ_1-xＮ／Ａｌ _ｙＧａ_1-ｙＮ（０＜ｘ、ｘ
＜ｙ＜１）であるとＡｌＧａＮ多層膜であるため熱膨張
係数差を小さくでき結晶性良く形成でき、ＧａＮ／Ａｌ
_ｙＧａ_1-ｙＮ（０＜ｙ＜１）であるとＧａＮ層により結
晶性が改善された多層膜とできる。また、Ａｌ組成比の
差（ｙ−ｘ）を大きくすると、第１の層と第２の層との
屈折率差が大きくなり反射率が高くなり、具体的には、
ｙ−ｘ≧０．３とし、好ましくはｙ−ｘ≧０．５とする
ことで反射率の高い多層膜反射膜が形成できる。また、
実施例１と同様に、多層膜層として、Ａｌ_ｙＧａ_1-ｙＮ
（０＜ｙ≦１）を形成することにより、バッファ層１０
２として機能し、ピット低減効果が得られる。

【０１３７】続いて、実施例２（井戸層５５Å）と同様
の条件で、ｎ型コンタクト層５３３、活性層５３４、ｐ
型電子閉込め層（図示せず）、ｐ型コンタクト層５３５
を積層して、円形状の開口部を有するＳｉＯ_２からなる
ブロック層５３６を設けて、その円形状の開口部からＭ
ｇドープＧａＮを成長させて、第２のｐ型コンタクト層
５３７を形成する。この時、ｐ型コンタクト層５３５、
第２のｐ型コンタクト層５３７は、いずれか一方だけを
形成したものでも良い。その第２のｐ型コンタクト層５
３７の上に、ＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２からなる誘電体多層膜
を形成し反射膜５３８とし、前記ブロック層５３６の開
口部の上に円形状に設ける。そして、ｎ型コンタクト層
５３３が露出する深さまでエッチングして、露出したｎ
型コンタクト層５３３の上にリング状のｎ電極５２１、
第２のｐ型コンタクト層５３７の上に、反射膜５３８の
周りを囲むｐ電極５２０をそれぞれ形成する。このよう
にして、得られる面発光型のレーザ素子は、実施例２と
同様に、素子寿命に優れ、高出力のレーザ素子が得られ
る。 ［実施例１５］実施例１において、下記の活性層、ｐ側
クラッド層とした他は、同様にして、レーザ素子を得
る。 （活性層１０７） Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープ
したＩｎ_０．０５Ｇａ_{０ ．９５}Ｎよりなる障壁層（Ｂ）
を７０Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのＩ
ｎ_０．１５Ｇａ_０．９Ｎよりなる井戸層（Ｗ）を７０Å
の膜厚で、この障壁層（Ｂ）、井戸層（Ｗ）を、（Ｂ）
／（Ｗ）／（Ｂ）／（Ｗ）の順に積層する。最後に最上
部の障壁層として、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）、アンドープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを
１５０Åの膜厚で成長させる。活性層１０７は、総膜厚
約４３０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。（ｐ
型クラッド層１１０） 続いて、アンドープＡｌ
_０．１０Ｇａ_０．９５Ｎよりなる層を２５Åの膜厚、Ｍ
ｇ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０．４５μｍの超格子層
よりなるｐ型クラッド層１１０を成長させる。このよう
にして得られるレーザ素子は、活性層において、最もｐ
型層側に配置された障壁層を除く障壁層と、井戸層の比
Ｒ_ｔが１であるが、図１２に示す井戸層膜厚と素子寿命
との関係を有し、高出力、長寿命を実現できるレーザ素
子となり、また上記障壁層（ｎ側障壁層、若しくは井戸
層に挟まれた障壁層）の膜厚が小さくなり、光ディスク
システムにおいて、優れた応答特性、ＲＩＮのレーザ素
子が得られる。また、ｐ側クラッド層のＡｌ混晶比を大
きくしたことにより、埋込層１６２との屈折率差が小さ
くなり、横方向の閉込めの小さい実効屈折率型のレーザ
素子とでき、高出力域までキンクの発生のないレーザ素
子とできる。

【０１３８】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子は、ライフ特
性（素子寿命）に優れ、また、従来問題とされてきた窒
化物半導体を用いた素子における脆弱な逆方向耐圧特性
を大幅に向上したものとなり、高出力の窒化物半導体素
子が得られる。また、本発明の窒化物半導体素子で、レ
ーザ素子とした場合においても、同様な特性の向上が得
られ、さらには自励発振のない優れたレーザ素子とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図２】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図３】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図４】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図。

【図５】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図６】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図７】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図８】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断面
図及びバンド構造を説明する模式図

【図９】本発明の一実施形態の素子に係る模式断面図。

【図１０】本発明の一実施形態に係る積層構造の模式断
面図及びバンド構造を説明する模式図

【図１１】本発明の一実施形態を説明する模式断面図。

【図１２】本発明に係る一実施形態における素子寿命と
井戸層膜厚との関係を示す図。

【図１３】本発明に係る一実施形態における素子寿命と
障壁層膜厚との関係を示す図。

【図１４】本発明に係る一実施形態における素子寿命と
ドープ量との関係を示す図。

【図１５】本発明に係る一実施形態における逆耐圧とド
ープ量との関係を示す図。

【符号の簡単な説明】

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側クラッド層、
１０６，２６・・・ｎ側光ガイド層、 １０７、２７・
・・活性層１０８，２８・・・ｐ側電子閉込め層（第１
のｐ型窒化物半導体層）、 １０９，２９・・・ｐ側光
ガイド層、 １１０，３０・・・ｐ側クラッド層、 １
１１・・・ｐ側コンタクト層、 １２０・・・ｐ電極、
１２１・・・ｎ電極、 １２２・・・ｐパッド電極、
１２３・・・ｎパッド電極、 １６３・・・第３の保
護膜、 １６４・・・絶縁膜

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１２月１６日（２００２．１２．
１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】（ｉ） 窒化物半導体からなる井戸層と障
壁層を有する量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半導
体層と、ｎ型窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化
物半導体素子において、前記活性層が２以上の井戸層を
挟んで、前記ｐ型窒化物半導体層に近い位置に配置され
た第１の障壁層と、前記ｎ型窒化物半導体層に近い位置
に配置された第２の障壁層と、該井戸層に挟まれた第３
の障壁層と、を有すると共に、前記第３の障壁層の膜厚
が、前記第１のｐ側障壁層及び前記第２のｎ側障壁層の
膜厚よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体素子。 （ｉｉ） 前記第１の障壁層の膜厚が前記第２の障壁層
の膜厚とほぼ同じであることを特徴とする上記i記載の
窒化物半導体素子。 （ｉｉｉ） 窒化物半導体からなる井戸層と障壁層を有
する量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、
ｎ型窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化物半導体
素子において、前記活性層の最も外側の障壁層として、
前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置された第
１の障壁層と、該第１の障壁層とは異なる第２の障壁層
と、を有すると共に、前記量子井戸構造が前記障壁層の
膜厚において、非対称な構造を有することを特徴とする
窒化物半導体素子。 （ｉｖ） 窒化物半導体からなる井戸層と障壁層を有す
る量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ
型窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素
子において、前記活性層が前記障壁層として、前記井戸
層を挟んで、前記ｐ型窒化物半導体層側に配置された第
１の障壁層と、前記ｎ型窒化物半導体層側に配置された
第２の障壁層と、を有すると共に、前記第１の障壁層
が、前記第２の障壁層とは異なる組成、バンドギャップ
エネルギーであることを特徴とする窒化物半導体素子。 （ｖ） 窒化物半導体からなる井戸層と障壁層を有する
量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型
窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子
において、前記活性層が前記障壁層として、前記ｐ型窒
化物半導体層に最も近い位置に配置された第１の障壁層
と、該第１の障壁層とは異なる第２の障壁層と、を有す
ると共に、前記第１の障壁層のｎ型不純物濃度が１×１
０^１７／ｃｍ^３以下であり、前記第２の障壁層のｎ型不
純物濃度が５×１０^１７／ｃｍ^３以上であることを特徴
とする窒化物半導体素子。 （ｖｉ） 窒化物半導体からなる井戸層と障壁層を有す
る量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ
型窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素
子において、前記活性層が前記障壁層として、前記ｐ型
窒化物半導体層に最も近い位置に配置された第１の障壁
層と、該第１の障壁層と井戸層を介してｎ型窒化物半導
体層側に第２の障壁層と、を有すると共に、前記第１の
障壁層のｎ型不純物濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下で
あり、前記第２の障壁層のｎ型不純物濃度が５×１０
^１７／ｃｍ^３以上であることを特徴とする窒化物半導体
素子。 （ｖｉｉ） Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層と
窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構造の活
性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層と
で挟む構造を有する窒化物半導体素子において、前記活
性層がＬ個（Ｌ≧２）の前記障壁層を有し、前記ｎ型窒
化物半導体層に最も近い位置に配置された障壁層を障壁
層Ｂ_１、該障壁層Ｂ_１から前記ｐ型窒化物半導体層に向
かって数えてｉ番目（ｉ＝１，２，３，・・・Ｌ）の障
壁層を障壁層Ｂ_ｉ、とした時に、ｉ＝１からｉ＝ｎ（１
＜ｎ＜Ｌ）までの障壁層Ｂ_ｉが５×１０^１７／ｃｍ^３以
上のｎ型不純物を有し、ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌのｎ型不純
物濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下であることを特徴と
する窒化物半導体素子。 （ｖｉｉｉ） 量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半
導体層と、ｎ型窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒
化物半導体素子において、前記活性層が前記障壁層とし
て、前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置され
た第１の障壁層と、該第１の障壁層とは異なる第２の障
壁層と、を有すると共に、前記第１の障壁層が、実質的
にｎ型不純物を含まずｐ型不純物を有し、前記第２の障
壁層が実質的にｐ型不純物を含まずｎ型不純物を有する
ことを特徴とする窒化物半導体素子。 （ｉｘ） 前記ｐ型窒化物半導体層中に、活性層に隣接
若しくは活性層から１０００Å以下の距離に第１のｐ型
窒化物半導体層を有し、該第１のｐ型窒化物半導体層が
Ａｌを含む窒化物半導体からなることを特徴とする上記
i乃至viii記載の窒化物半導体素子。 （ｘ） 窒化物半導体からなる井戸層と障壁層を有する
量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型
窒化物半導体層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子
において、前記活性層の最も外側の障壁層として、前記
ｐ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置された第１の
障壁層と、該第１の障壁層と井戸層を介してｎ型窒化物
半導体層側に配置された第２の障壁層と、を有すると共
に、前記ｐ型窒化物半導体層中に、活性層から１０００
Å以下の距離に、Ａｌを含む窒化物半導体の第１のｐ型
窒化物半導体層を有し、前記第１の障壁層のｎ型不純物
濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下であり、前記第２の障
壁層のｎ型不純物濃度が５×１０^１７／ｃｍ^３以上であ
り、第１の障壁層に隣接してｎ型窒化物半導体層側に配
置された井戸層と、前記第１のｐ型窒化物半導体層との
距離ｄ_Ｂが１００Å以上であることを特徴とする窒化物
半導体素子。 （ｘｉ） 前記第１のｐ型窒化物半導体層と、第１の障
壁層との間にバッファ層を有することを特徴とする上記
x又はxi記載の窒化物半導体素子。 （ｘｉｉ） 前記バッファ層が、第１の障壁層と第１の
ｐ型窒化物半導体層との中間のバンドギャップエネルギ
ーを有する層であることを特徴とする上記x記載の窒化
物半導体素子。 （ｘｉｉｉ） 前記活性層が２以上の井戸層を有し、該
井戸層と井戸層との間に第３の障壁層、障壁層Ｂ_ｎ（１
＜ｎ＜Ｌ）を有すると共に、前記第３の障壁層、障壁層
Ｂ_ｎの膜厚が、前記第１の障壁層、障壁層Ｂ_Ｌ及び前記
第２の障壁層、障壁層Ｂ_１の膜厚よりも小さいことを特
徴とする上記iii乃至xiiに記載の窒化物半導体素子。 （ｘｉｖ） 前記第１の障壁層、ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌの
膜厚が、第２の障壁層、ｉ≠Ｌの障壁層Ｂ_ｉの膜厚より
大きいことを特徴とする上記iii乃至xiii記載の窒化物
半導体素子。 （ｘｖ） 前記井戸層に挟まれた障壁層の膜厚が、前記
井戸層の膜厚より小さいことを特徴とする上記i乃至xiv
記載の窒化物半導体素子。 (ｘｖｉ) 前記第１の障壁層、障壁層Ｂ_Ｌのｎ型不純物
濃度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下であり、前記第２の障
壁層、障壁層Ｂ_１がのｎ型不純物濃度が５×１０^１７／
ｃｍ^３以上であることを特徴とする上記i乃至iv記載の
窒化物半導体素子。 （ｘｖｉｉ） 前記第１の障壁層、障壁層Ｂ_Ｌが、実質
的にｎ型不純物を含まず、前記第２の障壁層、障壁層Ｂ
_１がｎ型不純物を有することを特徴とする上記v乃至xvi
記載の窒化物半導体素子。 （ｘｖｉｉｉ） 前記井戸層のｎ型不純物濃度が、前記
第２の障壁層、障壁層Ｂ_１とほぼ同じ、若しくはそれよ
り小さいことを特徴とする上記i乃至xvii記載の窒化物
半導体素子。 （ｘｉｘ） 前記井戸層のｎ型不純物濃度が、１×１０
^１８／ｃｍ^３以下であることを特徴とする上記i乃至xvi
ii記載の窒化物半導体素子。 （ｘｘ） 前記第１の障壁層、障壁層Ｂ_Ｌが、ｐ型不純
物を有することを特徴とする上記i乃至xix記載の窒化物
半導体素子。 （ｘｘｉ） 前記第２の障壁層、障壁層Ｂ_１が、実質的
にｐ型不純物を含まないを特徴とする上記xx記載の窒化
物半導体素子。 （ｘｘｉｉ） 前記ｐ型窒化物半導体層中に、Ａｌを含
む窒化物半導体の前記第１のｐ型窒化物半導体層が、前
記ｐ型窒化物半導体層に最も近い障壁層に接して設けら
れ、前記活性層中の障壁層よりも高い濃度のｐ型不純物
をドープして成長していることを特徴とする上記20記載
の窒化物半導体素子。 （ｘｘｉｉｉ） 前記第１の障壁層、ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ
_Ｌが、前記活性層の最も外側に配置されていることを特
徴とする上記i乃至xxii記載の窒化物半導体素子。 （ｘｘｉｖ） 前記障壁層が、組成・不純物量の異なる
２層以上を有することを特徴とする上記i乃至xxiii記載
の窒化物半導体素子。 （ｘｘｖ） 前記障壁層の組成の異なる２層のうち一方
が、Ａｌを含む窒化物半導体であることを特徴とする上
記xxiv記載の窒化物半導体素子。 （ｘｘｖｉ） 前記障壁層の組成の異なる２層が、Ａｌ
_ｚＧａ_１−ｚＮ（０＜ｚ≦１）といＩｎ_βＧａ_１−βＮ
（０≦β＜１）であることを特徴とする上記xxiv記載の
窒化物半導体素子。 （ｘｘｖｉｉ） 前記井戸層に挟まれた障壁層と、前記
井戸層との膜厚比（［井戸層の膜厚］／［障壁層の膜
厚］）Ｒ_ｔが、０．５以上３以下であることを特徴とす
る上記i乃至xxvi記載の窒化物半導体素子。 （ｘｘｖｉｉｉ） 前記井戸層に挟まれた障壁層と、前
記井戸層との膜厚比（［井戸層の膜厚］／［障壁層の膜
厚］）Ｒ_ｔが、１／３以上１以下であることを特徴とす
る上記xxvii記載の窒化物半導体素子。 （ｘｘｉｘ） 前記井戸層の膜厚ｄ_ｗが、４０Å≦ｄ_ｗ
≦１００Åの範囲であり、前記第２の障壁層の膜厚ｄ_ｂ
が、ｄ_ｂ≧４０Åの範囲であることを特徴とする上記xx
vii又はxxviii記載の窒化物半導体素子。 （ｘｘｘ） 前記活性層内の少なくとも１つの井戸層
が、４０Å以上の膜厚を有することを特徴とする上記i
乃至xxix記載の窒化物半導体素子。 （ｘｘｘｉ） 前記活性層中の井戸層の数が、１以上３
以下であることを特徴とする上記xxx記載の窒化物半導
体素子。 （ｘｘｘｉｉ） 上記i乃至xxx記載の前記活性層を、Ａ
ｌを含む窒化物半導体を有する上部クラッド層と、Ａｌ
を含む窒化物半導体を有する下部クラッド層とで挟むレ
ーザ素子構造を有する窒化物半導体素子において、前記
上部クラッド層、下部クラッド層のＡｌ平均混晶比ｘ
が、０＜ｘ≦０．０５であることを特徴とする窒化物半
導体素子。 （ｘｘｘｉｉｉ） 前記クラッド層と活性層との間に、
光ガイド層を有することを特徴とする上記xxxii記載の
窒化物半導体素子。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０３】室温においてしきい値２．８ｋＡ／ｃ
ｍ²、５〜３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍ
の連続発振のレーザ素子が得られる。得られるレーザ素
子の素子寿命は、参考例１に比べて、６０℃、５ｍＷの
連続発振において、２〜３倍に相当する２０００〜３０
００時間の素子寿命が得られる。また、逆方向耐圧特性
においては、参考例１に比べて、逆方向耐圧について検
査をしたところ、多くのレーザ素子が破壊されず、更に
電圧を上げて１００Ｖで検査においても、破壊されない
ものが得られ、参考例１に比べておおよそ２倍の逆方向
耐圧特性の向上が観られる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０６】更に、同様に、実施例１における井戸層の
膜厚を、６０、８０、９０Åと増やすことで、素子寿命
は、膜厚にほぼ比例して増加する傾向にあり、一方で井
戸層の膜厚が増加することによる活性層全体の膜厚の増
加によるＶｆ、しきい値電流の増加が確認される。しか
しながら、いずれの場合にも、参考例１に比べて、非常
に優れた素子寿命を有するものである。また、Ｖｆ、し
きい値電流については活性層全体の膜厚が関係し、その
積層構造に依存するため一概にはいえないが、実施例１
のように、井戸層の数が２層と少ない場合、多重量子井
戸構造で最小の井戸層数、には、井戸層の膜厚の変化に
は、それほど大きく依存せず、Ｖｆ、しきい値電流の上
昇は、低く抑えられ、実施例１よりも僅かに大きくなる
程度でおさまり、ＬＤの連続発振において重大な素子特
性の悪化にまで至らない。このため、井戸層の膜厚は、
４０Å以上で素子特性の向上が図れ、好ましくは５０Å
以上とすることで更に顕著に大幅な長寿命化が可能とな
る。また、この時、井戸層の膜厚を５０Å以上とする
と、出力８０ｍＷでの発振が可能であり、１００ｍＷの
出力が得られるものある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１５】［参考例１］実施例１において、活性層中
の障壁層を全て、Ｓｉドープとする他は、同様にしてレ
ーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、６０℃、５ｍ
Ｗ出力での連続発振において、１０００時間の素子寿命
となる。また、得られるレーザ素子の逆方向耐圧特性に
ついて、評価したところ、レーザ素子のほとんどが、逆
方向耐圧５０Ｖの条件において、破壊されるものとな
る。ここで、活性層中で最後に積層した障壁層のＳｉド
ープ量を、１×１０¹⁷、１×１０¹⁸、１×１０¹⁹／ｃｍ
³と変化させて、素子寿命と逆耐圧特性の変化を調べ、
図１４、１５に示す。図中でアンドープとは、実施例１
に対応する。図から明らかなように、活性層内で最もｐ
型層側に配置された障壁層に、Ｓｉをドープすると、ド
ープ量が多くなるに従って、素子寿命、逆耐圧特性が低
下し、素子特性が悪化することがわかる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１３１】エッチング後、最上層にあるｐ型コンタク
ト層３１０のほぼ全面に膜厚２００ÅのＮｉとＡｕを含
む透光性のｐ電極３１１と、そのｐ電極１１の上にボン
ディング用のＡｕよりなるｐパッド電極を０．５μｍの
膜厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたｎ
型コンタクト層３０４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極
３１２を形成して、発光素子を得る。得られる発光素子
は、ｎ型層に最も近い障壁層Ｂ_１と、その次の障壁層Ｂ
_２にｎ型不純物がドープされていることで、ｎ型層から
のキャリアが、活性層の奥深く（ｐ型層側）まで、効率
的に注入され、全ての障壁層をアンドープとした比較例
１に比べて、光電変換効率が向上し、Ｖ _f及びリーク電
流が減少し、発光出力が向上する。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１３３】［比較例１］実施例１１において、活性層
中の全ての障壁層、井戸層ともアンドープで成長させる
他は、実施例１と同様にして発光素子を得る。得られる
発光素子は、実施例１に比べて、発光出力が低く、また
素子寿命に劣る傾向にある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA04 AA24 AA44 CA04 CA05 CA12 CA40 CA46 CA57 CA58 CA65 CA74 CA85 CA88 CB11 5F073 AA13 AA45 AA55 AA74 AA77 AA83 AA89 AB17 BA06 CA07 CB02 CB05 CB07 CB10 CB14 CB19 CB20 DA05 DA25 DA32 DA35 EA24 EA27 EA28 EA29

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層
   と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構造の
   活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層
   とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、前記
   活性層が前記障壁層として、前記ｐ型窒化物半導体層に
   最も近い位置に配置された第１の障壁層と、該第１の障
   壁層とは異なる第２の障壁層と、を有すると共に、前記
   第１の障壁層が、実質的にｎ型不純物を含まず、前記第
   ２の障壁層がｎ型不純物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】 前記活性層内の少なくとも１つの井戸層
   が、４０Å以上の膜厚を有することを特徴とする請求項
   １記載の窒化物半導体素子。
3. 【請求項３】 前記第１の障壁層が、前記活性層の最も
   外側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２
   記載の窒化物半導体素子。
4. 【請求項４】 前記第１の障壁層が、ｐ型不純物を有す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体
   素子。
5. 【請求項５】 前記第１の障壁層の膜厚が、第２の障壁
   層の膜厚より大きいことを特徴とする請求項１乃至３記
   載の窒化物半導体素子。
6. 【請求項６】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層
   と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構造の
   活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層
   とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、前記
   活性層がＬ個（Ｌ≧２）の前記障壁層を有し、前記ｎ型
   窒化物半導体層に最も近い位置に配置された障壁層を障
   壁層Ｂ_１、該障壁層Ｂ_１から前記ｐ型窒化物半導体層に
   向かって数えてｉ番目（ｉ＝１，２，３，・・・Ｌ）の
   障壁層を障壁層Ｂ_ｉ、とした時に、ｉ＝１からｉ＝ｎ
   （１＜ｎ＜Ｌ）までの障壁層Ｂ_ｉがｎ型不純物を有し、
   ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌが実質的にｎ型不純物を含まないこ
   とを特徴とする窒化物半導体素子。
7. 【請求項７】 前記活性層内の少なくとも１つの井戸層
   が、４０Å以上の膜厚を有することを特徴とする請求項
   ６記載の窒化物半導体素子。
8. 【請求項８】 ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌが、前記活性層の最
   も外側に配置されていることを特徴とする請求項６又は
   ７記載の窒化物半導体素子。
9. 【請求項９】 ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌが、ｐ型不純物を有
   することを特徴とする請求項６乃至８記載の窒化物半導
   体素子。
10. 【請求項１０】 ｉ＝Ｌの障壁層Ｂ_Ｌの膜厚が、ｉ≠Ｌ
    の障壁層Ｂ_ｉの膜厚より大きいことを特徴とする請求項
    ６乃至９記載の窒化物半導体素子。
11. 【請求項１１】 Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸
    層と窒化物半導体からなる障壁層を有する量子井戸構造
    の活性層を、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体
    層とで挟む構造を有する窒化物半導体素子において、前
    記活性層が、前記活性層内の最も外側の層として、前記
    ｐ型窒化物半導体層に近い位置に配置された第１のｐ側
    障壁層と、前記ｎ型窒化物半導体層に近い位置に配置さ
    れた第２のｎ側障壁層と、を有すると共に、前記第１の
    ｐ側障壁層がｎ型不純物を実質的に含まず、前記第２の
    ｎ側障壁層がｎ型不純物を有することを特徴とする窒化
    物半導体素子。
12. 【請求項１２】 前記活性層内の少なくとも１つの井戸
    層が、４０Å以上の膜厚を有することを特徴とする請求
    項１１記載の窒化物半導体素子。
13. 【請求項１３】 前記第１のｐ側障壁層が、ｐ型不純物
    を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の窒
    化物半導体素子。
14. 【請求項１４】 前記第１のｐ側障壁層の膜厚が前記第
    ２のｎ側障壁層の膜厚とほぼ同じであることを特徴とす
    る請求項１１乃至１３記載の窒化物半導体素子。
15. 【請求項１５】 前記活性層が２以上の井戸層を有し、
    該井戸層と井戸層との間に第３の障壁層を有すると共
    に、前記第３の障壁層の膜厚が、前記第１のｐ側障壁層
    及び前記第２のｎ側障壁層の膜厚よりも小さいことを特
    徴とする請求項１１乃至１４に記載の窒化物半導体素
    子。
16. 【請求項１６】 請求項１乃至１５記載の前記活性層
    を、Ａｌを含む窒化物半導体を有する上部クラッド層
    と、Ａｌを含む窒化物半導体を有する下部クラッド層と
    で挟むレーザ素子構造を有する窒化物半導体素子におい
    て、前記上部クラッド層、下部クラッド層のＡｌ平均混
    晶比ｘが、０＜ｘ≦０．０５であることを特徴とする窒
    化物半導体素子。
17. 【請求項１７】 前記ｐ型窒化物半導体層中に、活性層
    に隣接して第１のｐ型窒化物半導体層を有し、該第１の
    ｐ型窒化物半導体層がＡｌを含む窒化物半導体からなる
    ことを特徴とする請求項１乃至１６記載の窒化物半導体
    素子。
18. 【請求項１８】 前記第１のｐ型窒化物半導体層が、前
    記ｐ型窒化物半導体層に最も近い障壁層に接して設けら
    れ、前記活性層中の障壁層よりも高い濃度のｐ型不純物
    をドープして成長していることを特徴とする請求項１７
    記載の窒化物半導体素子。
19. 【請求項１９】 前記活性層において、井戸層の数が１
    以上３以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至
    １８記載の窒化物半導体素子。
20. 【請求項２０】 量子井戸構造の活性層を、ｐ型窒化物
    半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とで挟む構造を有する
    窒化物半導体素子において、前記活性層が前記障壁層と
    して、前記ｐ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置さ
    れた第１の障壁層と、該第１の障壁層とは異なる第２の
    障壁層と、を有すると共に、前記第１の障壁層が、実質
    的にｎ型不純物を含まず、前記第２の障壁層がｎ型不純
    物を有し、前記第２の障壁層が井戸層に挟まれて配置さ
    れ、前記井戸層と第２の障壁層との膜厚比Ｒ_ｔが、０．
    ５≦Ｒ_ｔ≦３の範囲であることを特徴とする窒化物半導
    体素子。
21. 【請求項２１】 前記井戸層の膜厚ｄ_ｗが、４０Å≦ｄ
    _ｗ≦１００Åの範囲であり、前記第２の障壁層の膜厚ｄ
    _ｂが、ｄ_ｗ≧４０Åの範囲であることを特徴とする窒化
    物半導体素子。