JP2003204122A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｉｎを含む窒化物半導体を有する
活性層を、ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層とで挟まれ
た構造を有する窒化物半導体素子、特に波長４４０ｎｍ
以上で発光するものにおいて、しきい値電流を低減させ
る構造とする。 【解決手段】 ｎ型クラッド層２５、ｐ型クラッ
ド層３０と活性層１２との間に、Ｉｎを含む窒化物半導
体からなる第１の窒化物半導体層３１、Ｉｎを含まない
窒化物半導体からなる第２の窒化物半導体層３２とをそ
れぞれ有することで、非対称な導波路構造とすること
で、ｐ型層１３側にＩｎを含む窒化物半導体を設けるこ
とによる結晶性の悪化、Ｉｎによる光の損失を第２の窒
化物半導体層３２を用いることで回避し、第１の窒化物
半導体層３１により導波路内の屈折率を大きくして、し
きい値電流密度を下げる。

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、スーパーフォトルミネセンスダイオード、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-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）を用いた窒化物半導体素子に関し、特に光の波長が
４４０ｎｍ以上であるＩｎを含む窒化物半導体層を活性
層に有する窒化物半導体素子、並びに、光閉込めのクラ
ッド層に挟まれた導波路構造を有する端面発光素子、レ
ーザ素子に関する。

【０００２】

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

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

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

【０００５】従来、このようなクラッド層を有する窒化
物半導体素子において、４４０ｎｍ以上の長波長の発光
を得る構造として、例えば、レーザ素子において、ガイ
ド層にＩｎＧａＮ、クラッド層にＡｌＧａＮを用いたＳ
ＣＨ構造が提案されている。

【０００６】しかしながら、長波が長くなるに従ってＡ
ｌＧａＮとＩｎＧａＮとの屈折率差が小さくなり、すな
わち、導波路内のガイド層で光の吸収による損失が発生
し、閾値電流が高くなる。更に、上部クラッド層をｐ側
窒化物半導体、下部クラッド層をｎ側窒化物半導体とし
た場合に、上部ガイド層にｐ側のＩｎＧａＮを用いる
が、ｐ側ＩｎＧａＮを形成すると結晶性が他の層に比べ
て悪く、素子特性に悪影響を及ぼし、更にその上に形成
するＡｌＧａＮの上部クラッド層の結晶性も悪化し、こ
れによる、素子特性の低下が問題となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、活性層が
上部クラッド層、下部クラッド層に挟まれた構造を有す
る窒化物半導体素子で、光の波長が４４０ｎｍ以上の長
波長域の発光素子において、両クラッド層に挟まれた導
波路において、光の吸収を低く抑え、活性層を含む導波
路内へ効率的に光を閉込め、さらに良好な結晶性で、素
子構造を形成することが必要である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
みなされたものであり、閾値電流密度などの素子特性に
優れ、且つ結晶性の良好な窒化物半導体素子を得るもの
である。

【０００９】すなわち本発明の半導体素子は、下記の構
成により本発明の目的を達成することができる。

【００１０】活性層を、ｐ型層とｎ側層とで挟みこむ構
造を有し、ｐ型層がｐ側クラッド層を有し、ｎ側層がｎ
側クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前記
活性層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、ｎ側クラッド
層と活性層との間にＩｎ混晶比がｚ＞０である窒化物半
導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、ｐ側クラッ
ド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｕがｚ＞ｕである第２
の窒化物半導体層を有することを特徴とする。この構成
により、ｎ側層には、Ｉｎ混晶比ｚ（ｚ＞ｕ）の大きな
第１の窒化物半導体層が設けられ、ｐ型層には第１の窒
化物半導体層よりもＩｎ混晶比ｕ（ｕ＝０も含む）が小
さい第２の窒化物半導体層が設けられた構造となり、後
述する導波路構造において、導波路内の活性層を挟む非
対称構造が形成される。また、別の発明としては活性層
をｐ側クラッド層とｎ側クラッド層とで挟みこむ構造を
有する窒化物半導体素子において、前記活性層がＩｎを
含む窒化物半導体を有し、ｎ側クラッド層と活性層との
間にＩｎを含む窒化物半導体からなる第１の窒化物半導
体層を有し、ｐ側クラッド層と活性層との間にＩｎ混晶
比が０である第２の窒化物半導体層を有することを特徴
とする。この構成により、活性層とｐ側クラッド層との
間に、Ｉｎを含まない、若しくはＩｎ混晶比の小さい窒
化物半導体（第２の窒化物半導体層）を用いることで、
結晶性の悪化を抑制し、活性層とｎ側クラッド層との間
には、Ｉｎを含む窒化物半導体（第１の窒化物半導体
層）を用いることで、両クラッド層に挟まれる導波路と
クラッド層との間に適度な屈折率差を設けることができ
る。特に活性層内で４４０ｎｍ以上の長波長の発光があ
る窒化物半導体素子において、閾値電流の低いレーザ素
子が得られるなど、素子特性に優れた窒化物半導体素子
となる。これは、ｐ側とｎ側のクラッド層に挟まれた導
波路において、４４０ｎｍ以上の長波長の光を適度な広
がりでもって導波させるには、活性層に用いられるＩｎ
を含む窒化物半導体のＩｎ混晶比以下のＩｎを含む窒化
物半導体、例えば後述する光ガイド層、を導波路内に設
けることが好ましいと考えられていたが、ｐ側不純物で
あるＭｇをドープしたＩｎを含む窒化物半導体は、結晶
性が大きく悪化するため、素子特性を悪化させることに
ある。すなわち、本発明では、ｐ側クラッド層とｎ側ク
ラッド層で挟まれた導波路内に、組成が異なり、活性層
を挟む第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層と
を有することで、非対称な導波路構造とし、長波長にお
いて素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。ま
た、ｎ側、ｐ側クラッド層としては、このような導波路
構造を形成するように、光閉込めのクラッド層として設
ける他、導波路を有していない素子においては、キャリ
ア閉込め層として機能させた構造とすることもできる。
このようなクラッド層としては、活性層よりもバンドギ
ャップエネルギーを大きくすること、活性層が量子井戸
構造の場合には、井戸層よりもバンドギャップエネルギ
ーを大きくし、好ましくは、障壁層よりもバンドギャッ
プエネルギーを大きくする。本発明において、第１の窒
化物半導体層は、ｎ側障壁層２ａとして設けることがで
き、その場合、図１３に示すように、活性層内に、厚膜
のｎ側障壁層が形成された構造となる。また、第２の窒
化物半導体層は、ｐ側クラッド層、ｐ側光ガイド層の一
部として設けることができ、省略することもできる。

【００１１】さらに、上記ｎ側層中の第１の窒化物半導
体層とｐ型層中の第２の窒化物半導体層との間に活性層
が設けられた素子構造において、前記活性層が、活性層
内の障壁層の中で、最も前記ｎ側層側に配置されたｎ側
障壁層（２ａ）と、最も前記ｐ型層側に配置されたｐ側
障壁層（２ｃ）と、ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層
（２ｂ）との間に少なくとも１つのＩｎを含む窒化物半
導体からなる井戸層を有すると共に、前記ｐ側障壁層
（２ｃ）のｎ側不純物濃度が、ｎ側障壁層（２ａ）のｎ
側不純物濃度より小さい構成とすることが好ましい。こ
れは、後述するように、ｐ側障壁層（２ｃ）がキャリア
の注入口となり、ｐ側障壁層（２ｃ）にｎ側不純物が高
濃度にドープされていると、ホールの活性層への注入を
阻害する傾向にあるため、ｎ側障壁層（２ａ）よりもｎ
側不純物濃度を小さくして、ｎ側、ｐ側障壁層の機能を
異なるものとでき、キャリアの注入が良好なものとでき
る。一方で、ｎ側障壁層（２ａ）は、ｐ側障壁層のｎ側
不純物濃度より大きくすることで、ｎ側層からのキャリ
アの注入を促進させる構造とできる。またｐ側障壁層
（２ｃ）のｎ側不純物濃度としては、ｐ型層近く、若し
くは接して形成されることから、ｐ側不純物の拡散が発
生する場合があり、この場合、ｐ側障壁層（２ｃ）をｎ
側不純物ドープして形成すると、ｎ側、ｐ側不純物を有
する障壁層となるため、ｐ側障壁層（２ｃ）のキャリア
注入機能が低下する傾向にある。そのため、このような
場合、好ましくはｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度
をｐ側不純物濃度より小さくすると、このような機能低
下を回避できる。また、ｐ側障壁層には、いずれにおい
ても、ｎ側不純物濃度を低濃度にすることが好ましく、
具体的には、５×１０^１６／ｃｍ^３未満とすることで、
ｐ側障壁層（２ｃ）の機能向上を図ることができる。

【００１２】本発明の窒化物半導体素子において、前記
ｐ型層が、活性層と第２の窒化物半導体層との間、若し
くは活性層とｐ側クラッド層との間に、Ａｌを含む窒化
物半導体からなるｐ側電子閉じ込め層を有ることが好ま
しい。また、ｐ側電子閉込め層（キャリア閉込め層）
は、この組成に限定されず、活性層よりもバンドギャッ
プエネルギーが大きな組成とすること、好ましくは、活
性層中の少なくとも１つの障壁層、更に好ましくは、全
ての障壁層よりもバンドギャップエネルギーが大きくな
るようにすることが好ましい。また、ｐ側電子閉込め層
のキャリア閉込め層は、ｎ側にも同様な位置、組成、膜
厚で設けることができる。このｐ側電子閉込め層は、ｎ
側層からのキャリアを活性層内に閉じ込める層として機
能し、ｐ側クラッド層が光閉込め層である場合には、ｐ
側クラッド層よりも活性層の近くに配置されたｐ側電子
閉込め層により、主にキャリア閉込めとして機能させ、
クラッド層において、主に光閉込めとして機能させた構
造となり、端面発光素子、レーザ素子に用いることがで
きる。また、ｐ側クラッド層が光閉込めとして機能させ
る必要がない素子、例えば発光素子においては、ｐ側ク
ラッド層とｐ側キャリア閉込め層とで、キャリア閉込め
る構造となる。ｐ側電子閉込め層としては、クラッド層
と同様に活性層よりもバンドギャップエネルギーを大き
くし、量子井戸構造の活性層においては、井戸層よりも
バンドギャップエネルギーを大きくし、好ましくは障壁
層よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることが
好ましい。また、ｐ側クラッド層が光閉込め層である場
合においては、実施例に示すようにｐ側クラッド層より
もバンドギャップエネルギーを大きくすることで障壁を
大きくでき、効率的な電子閉込めを可能となり好まし
く、一方で、Ａｌ混晶比が大きくなると、後述するｐ側
電子閉込め層の抵抗値も大きくなる傾向にあることか
ら、このような場合には、Ａｌ混晶比、バンドギャップ
エネルギーをｐ側クラッド層よりも小さくして、高抵抗
層による発熱を抑えて、活性層の機能を高めた構造とで
きるため好ましい。

【００１３】また、ｐ側電子閉込め層の位置として好ま
しくは、活性層に接して、若しくはバッファ層を介して
接して設けられていることで、電子閉込め機能を高めた
構造とできる。バッファ層については、後述するよう
に、Ａｌを含む窒化物半導体による大きな圧電界と、さ
らにＡｌを含む窒化物半導体が、活性層、井戸層に用い
られるＩｎを含む窒化物半導体近くに設けられることに
よる内部応力とによる活性層への悪影響を抑え、成長時
においては、下地層として好適な結晶性を得られるよう
に形成される。バッファ層の具体的な組成としては、後
述するように、ＧａＮ若しくは、Ａｌ混晶比がｐ側電子
閉込め層より小さいＡｌを含む窒化物半導体で構成する
と良い。また、このようなｐ側電子閉込め層が、活性
層、特に井戸層に及ぼす悪影響は、両者の距離を大きく
することで回避できることを示したが、バッファ層も、
ｐ側障壁層（２ｃ）と同様に、このようなスペーサーと
しての機能を持たせることができる。すなわち、活性層
内で最もｐ側電子閉込め層に近くに、前記ｎ側障壁層
（２ａ）とｐ側障壁層（２ｂ）との間に設けられた井戸
層（１ｂ）を有し、該井戸層（１ｂ）とｐ側障壁層との
距離が１００Å以上とする構成により、素子特性に優れ
たものが得られる。この井戸層（１ｂ）とｐ側障壁層と
の距離を決定するものは、両者の間に介在する層により
決定されるものであり、具体的にはｐ側障壁層、活性層
とｐ側電子閉込め層との間に介在するバッファ層であ
り、これらの層の膜厚を調節することにより、素子特性
の向上を図れる。この距離の上限としては、後述するよ
うに、４００Å以下とすることである。また、ｐ側障壁
層（２ｃ）を、Ｉｎを含む窒化物半導体で構成すると、
第１の窒化物半導体層と同様に、導波路、特に活性層近
傍の屈折率を高めて、光閉込めのクラッド層との間で屈
折率差を高めて、長波長域のレーザ素子、端面発光素子
に優れた素子構造を形成することができる。第２の窒化
物半導体層と、これらバッファ層、ｐ側障壁層（２ｃ）
などのｐ側電子閉込め層と井戸層（１ｂ）との間に介在
する層との違いは、素子のバイアス時に、活性層近くに
設けられたｐ側電子閉込め層の近傍において、ｐ−ｎ接
合が形成されることにより、ｐ−ｎ接合部よりも活性層
近くに配置されたバッファ層、ｐ側障壁層（２ｃ）は、
ｐ型層側にＩｎを含む窒化物半導体を設けることによる
悪影響を回避できる傾向にあるためである。

【００１４】これら前記ｎ側障壁層（２ａ）、及び／又
は、ｐ側障壁層（２ｃ）は、活性層内で最も外側に配置
されている構造とすることが、上述したｎ側障壁層（２
ａ）、ｐ側障壁層（２ｃ）の機能を高めることができ好
ましい。

【００１５】前記ｐ側クラッド層、ｎ側クラッド層が、
Ａｌを含む窒化物半導体を有することを特徴とする。こ
の構成により、両クラッド層に挟まれた導波路と、各ク
ラッド層との間に、大きな屈折率差を設けることが可能
となり、光の導波に優れた導波路構造が形成され、素子
特性に優れる窒化物半導体素子が得られる。ここで、Ａ
ｌを含む窒化物半導体として好ましくは、Ｉｎ混晶比が
０でＩｎを含まない窒化物半導体を用いることで、結晶
性に優れ、より大きな屈折率差を設けることができ、さ
らにＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される窒化物半
導体を用いることがさらに好ましい。

【００１６】前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体から
なる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前記第１の窒
化物半導体層のＩｎ混晶比が井戸層のＩｎ混晶比より小
さいことを特徴とする。この構成により、量子井戸構造
の活性層とすることで、量子井戸構造でない場合に比べ
て、発光再結合が促進され、閾値電流を低下させ、出力
を向上させ、素子特性に優れた窒化物半導体素子が得ら
れる。また、第１の窒化物半導体層に用いられる窒化物
半導体のＩｎ混晶比を、井戸層よりも小さくすること
で、井戸層とのバンドギャップエネルギー差を大きくで
き、キャリアの注入を良好にでき素子特性の向上につな
がる。それに加えて、Ｉｎは光の導波において、光を吸
収・散乱させる作用があることから、Ｉｎ混晶比の低い
窒化物半導体の第１の窒化物半導体層と、Ｉｎを含まな
い第２の窒化物半導体層を用いることで、光の損失を抑
えて、閾値電流、駆動電流を低下させた窒化物半導体素
子となる。ここで、活性層が量子井戸構造でない場合に
も、活性層に用いられる窒化物半導体のＩｎ混晶比よ
り、第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比を小さくするこ
とで同様な効果が得られる。

【００１７】前記第１の窒化物半導体層が活性層に接し
て設けられることを特徴とする。この構成により、図
５，６に示すように、ｎ側クラッド層から段階的にバン
ドギャップエネルギー差が小さくなって活性層につなが
る構造となり、活性層、井戸層内にキャリアが効率的に
注入され、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られ
る。また、上述したように、Ｉｎによる光の損失が発生
があることから、第１の窒化物半導体層を活性層に接し
て設けることで、導波路内での光の分布が、活性層に重
なったピークを有して、活性層内に多くの光が分布する
構造となるものと考えられ、活性層とほぼ同様な層とし
て機能し、導波路内での光の損失を低く抑えることがで
きる。一方で、図８、図１０に示すように、第１の窒化
物半導体層のＩｎ混晶比ｚを、前記ｎ側障壁層（２ａ）
のＩｎ混晶比ｖと、ほぼ同じか、小さくすること、すな
わち、ｚ≦ｖであることによって、Ｉｎ混晶比をｎ側障
壁層よりも大きくでき、このことにより導波路の屈折率
を大きくした構造とできる。この場合、ｐ型層からのキ
ャリア閉込めは、主にｎ側障壁層（２ｂ）が担うことと
なるが、ホールの拡散長が電子よりも小さい窒化物半導
体においては、ｐ側電子閉込め層のように大きな障壁を
設けなくても、活性層内へのキャリア閉込めが可能とで
きる。すなわち、ｐ型層からのキャリア閉込めにおいて
は、バンドギャップエネルギーの大きなｎ側障壁層（２
ａ）が担うように、最小にして、簡略化を実現し、た構
造とし、一方で、第１の窒化物半導体層が大きなＩｎ混
晶比を有することで、活性層、導波路中心部の屈折率を
大きくして、光の導波に優れた素子構造の形成が可能と
なる。

【００１８】ｐ側クラッド層と活性層との間に前記第２
の窒化物半導体層からなるｐ側光ガイド層と、該ｐ側光
ガイド層と活性層との間にＡｌを含む窒化物半導体から
なるｐ側電子閉込め層を有することを特徴とする。この
構成により、導波路内において、活性層とｐ側クラッド
層との間を、ｐ側電子閉込め層と第２の窒化物半導体層
からなるｐ側光ガイド層を有することで、結晶性の悪
化、Ｉｎによる光の損失を抑えて、素子特性が向上す
る。このとき、ｐ側電子閉込め層を有することで、電子
が活性層に効率的に閉じ込められて、素子特性が良好な
ものとなり、このように作用させるには、Ａｌを含む窒
化物半導体をｐ側電子閉込め層に用いることが必用であ
り、特に光の損失を低く抑えるため好ましくは、Ｉｎを
含まない窒化物半導体を用いることであり、さらに好ま
しくは、Ａｌ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）で表される窒化
物半導体を用いることである。

【００１９】前記活性層と第１の窒化物半導体層との間
に、Ｉｎ混晶比が０である窒化物半導体からなるｎ側光
ガイド層を有することを特徴とする。この構成により、
導波路内において、ｎ側光ガイド層は、Ｉｎを含まない
ことから光の損失のないガイド層となり、第１の窒化物
半導体層は、導波路とクラッド層との間の屈折率差を大
きくする層として機能し、素子特性が向上する。

【００２０】前記第１の窒化物半導体層の膜厚が３００
Å以上であることを特徴とする。この構成により、上述
した第１の窒化物半導体層を有することによる導波路内
の屈折率を大きくする効果が大きくなり、クラッド層と
の屈折率差を大きくでき、素子特性が向上する。

【００２１】前記活性層内で最もｎ側層側の層としてｎ
側障壁層を有し、該ｎ側障壁層と前記第１の窒化物半導
体層との膜厚の和が、３００Å以上であることを特徴と
する。

【００２２】また、本発明の別の形態としては、前記ｐ
側クラッド層と、ｎ側クラッド層とが、光閉込めのクラ
ッド層であり、前記ｐ側クラッド層と、ｎ側クラッド層
との少なくとも一方は、少なくともＡｌを含む窒化物半
導体を有する第１の層と、第１の層とはバンドギャップ
エネルギーの異なる第２の層とが交互に積層された多層
膜クラッド層を、光閉込め層とすることである。クラッ
ド層を多層膜で形成する場合には、組成の異なる窒化物
半導体を複数積層するものであり、具体的にはＡｌ組成
比の異なる窒化物半導体を複数積層する。このように多
層膜で形成すると、単一膜の場合における結晶性の悪
化、クラックの発生を、抑制することが可能となる。具
体的には、多層膜として、第１の層と、それと異なる組
成の第２の層とを積層し、屈折率、バンドギャップエネ
ルギーの異なる層を複数設ける。例えば、Ａｌ組成比ｘ
１の第１の層と、Ａｌ組成比ｘ２（ｘ１≠ｘ２）の第２
の層とを積層した構造の多層膜でも良く、この時Ａｌ組
成比をｘ１＞ｘ２（０≦ｘ２、ｘ１≦１）とした構成と
すると、Ａｌ組成比の大きな第１の層で屈折率を小さ
く、バンドギャップエネルギーを大きくし、Ａｌ組成比
の小さい第２の層で、第１の層を形成することによる結
晶性の悪化を抑えることができる。また、第１の層、第
２の層を積層し、第２の層と組成の異なる第５の層を積
層するなどして、更に複数の組成の異なる層を積層して
も良い。また、第１の層、第２の層を交互に複数積層し
た構造であっても良く、少なくとも第１の層、第２の層
を有する対を、複数対形成した構造としても良い。この
ような、多層膜構造では、Ａｌを含む窒化物半導体の結
晶性悪化を抑えて、膜厚を大きくすることができるた
め、光閉込めにおいて重要となる膜厚を得ることが可能
となる。

【００２３】多層膜構造のクラッド層において、超格子
構造とすることで、更に結晶性を良好なものとして、ク
ラッド層を形成することができ好ましい。ここで、超格
子構造は、クラッド層の少なくとも一部に設けることで
あり、好ましくは全てにおいて超格子構造を設けること
で、結晶性良くクラッド層を形成できる。この時、超格
子構造としては、光ガイド層の場合と同様に、少なくと
も第１の層と、第２の層とを交互に複数積層したり、少
なくとも第１の層と第２の層とを有する対を、複数対設
けた構造とする。超格子構造を構成する各層の膜厚とし
ては、組成及び各層の組み合わせによりその膜厚は異な
るが、具体的には、１０ｎｍ以下とすることであり、好
ましくは７．５ｎｍ以下とすることで結晶性を良好に保
つことができ、更に好ましくは５ｎｍ以下とすること
で、より良好な結晶性とすることができる。このとき、
少なくとも第１、２の層の一方を上記膜厚範囲とし、好
ましくは両方の膜厚とも上記膜厚範囲とすることで厚膜
でのクラッド層形成が良好な結晶性となる。

【００２４】クラッド層には、少なくとも各導電型の不
純物をドープすることが好ましく、光ガイド層と同様
に、全体にドープしても、部分的にドープしても良い。
また、多層膜の場合にも光ガイド層と同様に、例えば前
記第１の層、第２の層を有する多層膜で、両方にドープ
しても良く、又は第１の層と第２の層とで異なるドープ
量とするか、一方にドープして、他方をアンドープとし
た変調ドープとしても良い。例えば、前記第１の層／第
２の層が、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（０＜ｘ１≦１）／
Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、ｘ１＞ｘ２）
の超格子多層膜構造である場合に、Ａｌ組成比の小さい
第２の層に不純物ドープして、第１の層をアンドープと
することで、光ガイド層と同様に結晶性を良くすること
ができる。

【００２５】クラッド層の膜厚としては特に限定されな
いが、１０ｎｍ以上２μｍ以下、５０ｎｍ以上１μｍ以
下の範囲で形成する。これは、１０ｎｍ以上とすること
でキャリアの閉込めが可能で、２μｍ以下とすること
で、結晶性の悪化を抑え、更に５０ｎｍ以上とすること
で光閉込めが可能となりレーザ素子、端面発光素子など
に用いることができ、１μｍ以下とすることで、結晶性
良くクラッド層を形成することができる。

【００２６】さらに、上記光閉込めのクラッド層に加え
て、前記ｐ側クラッド層、ｎ側クラッド層の少なくとも
一方と、活性層との間に、光ガイド層を有し、該光ガイ
ド層は、少なくともＩｎを含む窒化物半導体を有する第
３の層と、第３の層とはバンドギャップエネルギーの異
なる第４の層とが交互に積層された多層膜光ガイド層を
設けた構造とすることができる。この多層膜光ガイド層
の組成については、上記多層膜クラッド層と同様に、超
格子構造の多層膜とすることが好ましい。具体的には、
Ｉｎ組成比の異なる窒化物半導体を複数積層する。この
ように多層膜で形成すると、図１０に示すように、ｎ側
層側には、活性層近傍に配置された第１の窒化物半導体
層と、クラッド層側に配置された多層膜光ガイド層とが
設けられる構造とでき、導波路の屈折率を低下できる構
造となり、単一膜のＩｎを含む窒化物半導体からなる光
ガイド層を設ける場合における結晶性の悪化を、抑制す
ることが可能となる。具体的には、多層膜として、第６
の層と、それと異なる組成の第４の層とを積層し、屈折
率、バンドギャップエネルギーの異なる層を複数設け
る。例えば、Ｉｎ組成比ｙ１の第３の層と、Ｉｎ組成比
ｙ２（ｙ１≠ｙ２）の第４の層とを積層した構造の多層
膜でも良く、この時Ｉｎ組成比をｙ１＞ｙ２（０≦ｙ
２、ｙ１≦１）とした構成とすると、Ｉｎ組成比の大き
な第３の層で屈折率を大きく、バンドギャップエネルギ
ーを大きくし、Ｉｎ組成比の小さい第４の層で、第３の
層を形成することによる結晶性の悪化を抑えることがで
きる。また、第３の層、第４の層を積層し、第４の層と
組成の異なる第６の層を積層するなどして、更に複数の
組成の異なる層を積層しても良い。また、第３の層、第
４の層を交互に複数積層した構造であっても良く、少な
くとも第３の層、第４の層を有する対を、複数対形成し
た構造としても良い。このような、多層膜構造では、Ｉ
ｎを含む窒化物半導体の結晶性悪化を抑えて、導波路の
屈折率を大きくした構造とでき、クラッド層との屈折率
差を高めることができる。

【００２７】多層膜構造の光ガイド層において、超格子
構造とすることで、更に結晶性を良好なものとして、光
ガイド層を形成することができ好ましい。ここで、超格
子構造は、光ガイド層の少なくとも一部に設けることで
あり、好ましくは全てにおいて超格子構造を設けること
で、結晶性良く光ガイド層を形成できる。この時、超格
子構造としては、クラッド層の場合と同様に、少なくと
も第３の層と、第４の層とを交互に複数積層したり、少
なくとも第３の層と第４の層とを有する対を、複数対設
けた構造とする。超格子構造を構成する各層の膜厚とし
ては、組成及び各層の組み合わせによりその膜厚は異な
るが、具体的には、１０ｎｍ以下とすることであり、好
ましくは７．５ｎｍ以下とすることで結晶性を良好に保
つことができ、更に好ましくは５ｎｍ以下とすること
で、より良好な結晶性とすることができる。このとき、
少なくとも第１、２の層の一方を上記膜厚範囲とし、好
ましくは両方の膜厚とも上記膜厚範囲とすることで光ガ
イド層形成が良好な結晶性となる。

【００２８】クラッド層には、少なくとも各導電型の不
純物をドープすることが好ましく、光ガイド層と同様
に、全体にドープしても、部分的にドープしても良い。
また、多層膜の場合にも光ガイド層と同様に、例えば前
記第３の層、第４の層を有する多層膜で、両方にドープ
しても良く、又は第３の層と第４の層とで異なるドープ
量とするか、一方にドープして、他方をアンドープとし
た変調ドープとしても良い。例えば、前記第３の層／第
４の層が、Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_１−ｙ１Ｎ（０＜ｙ１≦１）／
Ｉｎ_ｙ２Ｇａ_１−ｙ２Ｎ（０≦ｙ２≦１、ｙ１＞ｙ２）
の超格子多層膜構造である場合に、Ｉｎ組成比の小さい
第４の層に不純物ドープして、第３の層をアンドープと
することで、クラッド層と同様に結晶性を良くすること
ができる。

【００２９】また、光ガイド層の膜厚としては、特に限
定されるものではないが、１０ｎｍ以上１μｍ以下、好
ましくは５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで、上
記第１，２の窒化物半導体層とを組み合わせた構造にお
いて、優れた導波路構造が形成される。さらに好ましく
は、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることで、前記
第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層と光ガイ
ド層とを組み合わせて用いる構成において、好適な光導
波路が形成され、効率的に光が閉じ込められて、閾値電
流を低減させることができる。

【００３０】ｎ側層が、光ガイド層を有し、該ｎ側層の
光ガイド層と活性層との間に、第１の窒化物半導体層を
有することで、良好な導波路構造が形成される。前記ｐ
型層が、光ガイド層を有し、該ｐ型層の光ガイド層が、
前記第２の窒化物半導体層を有することで、Ｉｎを含む
窒化物半導体にによる結晶性悪化を抑えると共に、導波
路の屈折率を高めた構造とできる。

【００３１】

【発明の実施の形態】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Ｉ
ｎＮ、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半
導体（Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋
ｙ≦１）がある。その他に前記窒化ガリウム系化合物半
導体の一部を、Ｂ、Ｐで置換した、混晶でもよい。ま
た、活性層、井戸層、障壁層などに用いられるＩｎを含
む窒化物半導体は、具体的には、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-y
Ｎ（０＜ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半
導体を用いることである。また、Ａｌを含む窒化物半導
体として、具体的には、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦
ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用
いることである。

【００３２】（活性層）本発明における活性層として
は、少なくともＩｎを含む窒化物半導体を有し、特に波
長４４０ｎｍ以上の発光をするものである。ここで、Ｉ
ｎを含む窒化物半導体としては、その組成は特に限定さ
れないが、好ましくはＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）で
表される窒化物半導体を用いることである。このとき、
Ｉｎを含む窒化物半導体には、ノンドープ、ｎ側不純物
ドープ、ｐ側不純物ドープのいずれでもよいが、好まし
くはノンドープ若しくはアンドープ、又はｎ側不純物ド
ープのＩｎを含む窒化物半導体を活性層内に設けること
で、レーザ素子、発光素子などの窒化物半導体素子にお
いて、高出力化が図れる。また、活性層が、量子井戸構
造を有する場合には、このＩｎを含む窒化物半導体が少
なくとも井戸層に用いられる。ここで、量子井戸構造と
しては、多重量子井戸構造、単一量子井戸構造のどちら
でも良い。好ましくは、多重量子井戸構造とすること
で、出力の向上、発振閾値の低下などが図ることが可能
となる。活性層の量子井戸構造としては、後述する井戸
層、障壁層を積層したものを用いることができる。この
時、量子井戸構造である場合に、井戸層数としては、１
以上４以下とすることで、例えばレーザ素子において
は、閾値電流を低くすることが可能となり好ましく、更
に好ましくは、井戸層数を２又は３とした多重量子井戸
構造とすることで、高出力のレーザ素子、発光素子が得
られる傾向にある。

【００３３】また、多重量子井戸構造において、井戸層
に挟まれた障壁層は、特に１層であること（井戸層／障
壁層／井戸層）に限るものではなく、２層若しくはそれ
以上の層の障壁層を、「井戸層／障壁層(1)／障壁層(2)
／障壁層(3)／・・・／井戸層」というように、組成・
不純物量等の異なる障壁層を複数設けても良い。例え
ば、井戸層の上に、Ａｌを含む窒化物半導体からなる上
部障壁層と、その上に上部障壁層よりもエネルギーバン
ドギャップの小さな下部障壁層を設ける構造などがあげ
られる。具体的には、井戸層の上に配置されＡｌを含む
窒化物半導体からなる上部障壁層を設けることで、井戸
層内に、Ｉｎの偏析、Ｉｎ濃度の面内分布を誘発し、量
子ドット、量子細線効果が得られる傾向にあるため、こ
れを用いても良い。この時、Ａｌを含む窒化物半導体と
しては、具体的には、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦
ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用
いることであり、好ましくは３元混晶のＡｌ_zＧａ_1-zＮ
（０＜ｚ≦１）を用いることで、結晶性、制御性良く成
長させることが可能となるため好ましい。また、Ａｌを
含む窒化物半導体は、上部障壁層に限らず、井戸層の下
に配置された下部障壁層としても良く、前記障壁層(1)
と(3)に挟まれた障壁層(2)として設けても良い。好まし
くは、井戸層の下部に接して設けられる下部障壁層以外
に用いることであり、なぜなら良好な結晶性でもって井
戸層が形成される傾向にあり、また上述した量子効果が
得られやすい傾向にあるからである。井戸層の下に接す
る下部障壁層としては、Ａｌを含まない窒化物半導体を
用いることが好ましく、Ｉｎ_xＧａ_{1 -x}Ｎ（０≦ｘ≦１）
の窒化物半導体を用いることが、井戸層の結晶性の点か
ら好ましく、さらにはＩｎ混晶比ｘが０より大きいＩｎ
ＧａＮとする方が、井戸層に対する下地層の効果が得ら
れ好ましい。

【００３４】（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。

【００３５】また、井戸層の膜厚及び井戸層の数として
は、膜厚及び井戸層の数を任意に決めることが可能であ
る。具体的な膜厚としては、１０Å以上３００Å以下の
範囲、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、２００Å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。

【００３６】本発明の井戸層には、前記活性層内のＩｎ
を含む窒化物半導体と同様に、ｎ側不純物がドープされ
ていても、いなくても良い。しかしながら、井戸層はＩ
ｎを含む窒化物半導体が用いられ、ｎ側不純物濃度が大
きくなると結晶性が悪化する傾向にあるため、ｎ側不純
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側不純物濃度は５×１０¹⁶／cm³以下と実
質的にｎ側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側不純物をドープする場合には、ｎ側
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側不純物濃度としては、障壁層のｎ側不純物濃度とほ
ぼ同じか、若しくは小さくすることで、井戸層での発光
再結合を促し、発光出力が向上する傾向にあるため好ま
しい。この時、井戸層、障壁層をアンドープで成長させ
て、活性層の一部を構成しても良い。

【００３７】特に、大電流で素子を駆動させた場合（高
出力のＬＤ、ハイパワーＬＥＤ、スーパーフォトルミネ
センスダイオードなど）では、井戸層がアンドープで、
実質的にｎ側不純物を含有しないことで、井戸層でのキ
ャリアの再結合が促進され、高い効率での発光再結合が
実現され、逆にｎ側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
出力の素子では、井戸層のｎ側不純物濃度を、少なくと
も１×１０¹⁸／cm³以下にすることであり、好ましくは
アンドープ若しくは実質的にｎ側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側不純物をド
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１×１
０¹⁸／cm³、好ましくは１×１０¹⁷／cm³以下とすること
である。

【００３８】（障壁層）本発明において、障壁層の組成
としては、特に限定されないが、井戸層との間にバンド
ギャップエネルギー差が設けられる、井戸層よりもバン
ドギャップエネルギーが大きくなる、ように、井戸層よ
りＩｎ混晶比の低いＩｎを含む窒化物半導体若しくはＧ
ａＮ、Ａｌを含む窒化物半導体などを用いることができ
る。具体的な組成としては、Ｉｎ_βＧａ_1-βＮ（０≦β
＜１，α＞β）、ＧａＮ、Ａｌ_γＧａ_1-γＮ（０＜γ≦
１）などを用いることができる。ここで、井戸層に接し
て下地層となる障壁層（下部障壁層）の場合には、Ａｌ
を含まない窒化物半導体を用いることが好ましい。これ
は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層をＡｌＧａ
ＮなどのＡｌを含む窒化物半導体の上に直接成長させる
と、結晶性が低下する傾向にあり、井戸層の機能が悪化
する傾向にあるためである。

【００３９】また、障壁層には、ｐ側不純物、ｎ側不純
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側不純物がドープされているかノンド
ープ若しくはアンドープとされていることである。この
時、障壁層中のｎ側不純物をドープする場合にはその濃
度として、少なくとも５×１０¹⁶／cm³以上ドープされ
ていることである。具体的には、例えばＬＥＤである場
合には、５×１０¹⁶／cm ³以上２×１０¹⁸／cm³以下の範
囲でｎ側不純物を有することであり、また、より高出力
のＬＥＤ及び高出力のＬＤでは、５×１０¹⁷／cm³以上
１×１０²⁰／cm³以下の範囲、好ましくは１×１０¹⁸／c
m³以上５×１０¹⁹／cm³以下の範囲でドープされている
ことが好ましく、このように高濃度でドープする場合に
は、井戸層をｎ側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。

【００４０】一方で、図３、５〜８に示すように、活性
層内で、最も外側で、最もｐ型層１３側に位置する障壁
層２ｃは、好ましくはｎ側不純物を実質的に含まないよ
うにすることで、ｐ型層１３からのキャリアの注入が良
好となり、素子寿命が向上する傾向にある。これは、最
もｐ側の障壁層２ｃは、ｐ型層に接して設けられ、ｐ型
層からのキャリアの注入口となり、ｎ側不純物を有する
場合には、キャリアの注入を妨げていると考えられ、ｎ
側不純物を実質的に含まないことで、ｐ型層１３からの
キャリアがより深部の、ｐ型層から遠くの、井戸層にま
で、安定して効率的にキャリアが注入されるためと考え
られる。これは、特に、大電流で、多量のキャリアを注
入するような、大電流駆動で高出力のＬＤ、ＬＥＤなど
において、顕著にその素子寿命の向上効果が得られる傾
向にある。この時、実質的にｎ側不純物を含まないと
は、最もｐ側の障壁層２ｃのｎ側不純物濃度が、５×１
０¹⁶／cm³未満となるようにすることである。また、こ
の最もｐ側の障壁層２ｃは、好ましくは、活性層内で最
も外側に形成されることが好ましいが、前記効果は小さ
くなるものの最も外側にでない場合、例えば・・・井戸
層／障壁層／井戸層／ｐ型層１３の順に積層された構
造、であっても、その効果は期待できる。この最もｐ側
の障壁層２ｃの位置としては、好ましくは活性層内で最
も外側に配置されること、更に好ましくは、後述するｐ
側電子閉込め層に接して設けられることで、電子の閉込
めと、ｐ型層からのキャリアの注入が更に効率的なもの
となる。さらにまた、最もｐ側の障壁層２ｃが、ｐ側不
純物を有することで、更に深部の井戸層、ｐ型層１３か
ら遠くに位置する井戸層、に対してもｐ型層１３からの
キャリアが効率的に注入され、さらに素子寿命が向上す
る傾向にあるため、ｎ側不純物を実質的に含まず且つｐ
側不純物を含む障壁層とすることが好ましい。この時、
ｐ側不純物量としては、５×１０¹⁶／cm³以上１×１０
²⁰／cm³以下の範囲、好ましくは、５×１０¹⁶／cm³以上
１×１０¹⁸／cm³以下の範囲である。これは、１×１０
²⁰／cm³以上とｐ側不純物を多くしても、キャリア濃度
は殆ど変化しないため、不純物を含有することによる結
晶性の悪化、不純物による光の散乱作用による損失が大
きくなり、かえって活性層における発光効率を低下させ
る。更に、１×１０¹⁸／cm³以下であると、上記不純物
の増加による発光効率の低下を低く抑え、なおかつ活性
層内へのｐ型層からのキャリア濃度を安定して高く保つ
ことが可能となる。加えて、ｐ側不純物の下限として
は、僅かながらでもｐ側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側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。

【００４１】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。

【００４２】（導波路構造）本発明の窒化物半導体素子
において、素子構造としては、活性層を、ｐ側窒化物半
導体層、ｎ側窒化物半導体層内のｎ側クラッド層とｐ側
クラッド層とで挟み込む構造を少なくとも有するものと
なる。このとき、活性層には、Ｉｎを含む窒化物半導体
を用いることが好ましく、さらに、活性層内で、波長４
４０ｎｍ以上の発光が得られるＩｎ混晶比とすることが
好ましい。また、クラッド層と活性層との間に、活性層
を挟む光ガイド層を設けても良い。ここで、ｐ側クラッ
ド層とｎ側クラッド層とで挟まれる領域を、導波路と呼
ぶ。

【００４３】ここで、ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層
としては、Ａｌを含む窒化物半導体が好ましく用いら
れ、このことにより、導波路と両クラッド層との間で、
屈折率差を大きくとることができる。このとき、クラッ
ド層の窒化物半導体には、Ｉｎを含まないことが好まし
く、なぜなら、Ｉｎを含む窒化物半導体は、Ｉｎを含ま
ない場合に比べて、結晶性が悪化する傾向にあり、特
に、活性層の上にｐ側クラッド層を有する構造では、そ
のｐ側クラッド層にＩｎを含む窒化物半導体を用いる
と、結晶性の悪化が大きく、素子特性を大きく悪化させ
るものとなる。このとき、クラッド層に用いる窒化物半
導体として具体的には、Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０＜ｂ＜１）
が好ましく用いられる。

【００４４】本発明において、図２に示す光ガイド層の
ように、クラッド層と活性層との間の層が、導波路の形
成において、重要なものとなる。これは、導波路内に光
を閉じ込めるためには、導波路に比べて相対的にクラッ
ド層の屈折率を下げて、屈折率差を大きくするか、導波
路内の屈折率を大きくすることであるが、活性層からの
光の波長が長くなると、困難な問題が発生する。それ
は、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮとの屈折率差では、波長が
短い領域、例えば４００ｎｍ付近で、大きな屈折率差を
有しているが、波長が長くなるに従って、その屈折率差
が小さくなるからである。このため、クラッド層に用い
られる窒化物半導体のＡｌ混晶比を大きくして、クラッ
ド層の屈折率を小さくするか、若しくは光ガイド層にＩ
ｎを含む窒化物半導体を用いて、導波路内の屈折率を小
さくして、導波路とクラッド層との屈折率差を大きくす
ることが必要になる。しかしながら、クラッド層のＡｌ
混晶比を大きくすると、結晶性の悪化が大きく、またク
ラックなどの発生もあり、リーク電流の原因になるな
ど、素子特性を悪化させるため、クラッド層のように、
厚膜で高いＡｌ混晶比の窒化物半導体を素子構造内に設
けることが困難である。さらに、活性層を除く導波路内
の窒化物半導体層、例えば光ガイド層、に、Ｉｎを含む
窒化物半導体を用いて、導波路の屈折率を大きくする構
造では、Ｉｎを含む窒化物半導体による光の吸収が起こ
り、このため、導波路内で光の損失が発生し、閾値電流
の増大など素子特性の悪化が起こる。また、上述したよ
うに、ｐ側窒化物半導体として、例えば、図２に示すｐ
側光ガイド層に、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いると、
ｐ側不純物として好ましく用いられるＭｇを含むことで
の結晶性の悪化が大きく、結果として素子特性を悪化さ
せる。

【００４５】本発明では、両クラッド層に挟まれた導波
路として、活性層を挟む第１の窒化物半導体層、第２の
窒化物半導体層を有することで、長波長における導波
路、及び結晶性の問題を解決している。すなわち、ｎ側
クラッド層と活性層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体
からなる第１の窒化物半導体層を設けることで、導波路
内の屈折率をクラッド層に比して、相対的に大きくし、
一方で、ｐ側クラッド層と活性層との間に、Ｉｎを含ま
ない（Ｉｎ混晶比が０の）窒化物半導体からなる第２の
窒化物半導体層を設けて、ｐ型層側の結晶性悪化の問題
を解決した構造を有するものである。このため、導波路
内は、Ｉｎを含む第１の窒化物半導体層とＩｎを含まな
い第２の窒化物半導体層とで活性層を挟む構造で、組成
が非対称な構造を有している。

【００４６】従来、活性層の発光波長が長波長になる導
波路構造としては、上述した長波長域におけるＩｎＧａ
ＮとＡｌＧａＮとの屈折率差の低下の問題と、Ａｌ高混
晶による結晶性の悪化の問題から、導波路内にＩｎＧａ
ＮなどのＩｎを含む窒化物半導体を光ガイド層に用いた
構造、例えばＩｎＧａＮ単一膜、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多
層膜（超格子層）などが考えられていた。しかしなが
ら、ｐ側光ガイド層をＩｎＧａＮ／ＧａＮの超格子多層
膜として結晶性の悪化を低く抑えてもなお素子特性に影
響を及ぼさない程度までの結晶性を得ることが困難であ
り、また、上述したＩｎによる光の損失も素子特性悪化
の大きな原因となる。これは、活性層の発光波長が長く
なるほど、前記ＩｎＧａＮとＡｌＧａＮとの屈折率差が
小さくなり、導波路内の屈折率を大きくするために光ガ
イド層などに用いる窒化物半導体のＩｎ混晶比を大きく
しなければならないが、Ｉｎ混晶比が大きくなれば結晶
性、光の損失などによる素子特性の悪化も大きくなるこ
とにある。

【００４７】しかしながら、本発明では、導波路内にお
いて、ｎ側クラッド層側にＩｎを含む第１の窒化物半導
体層を用いて導波路全体の屈折率をクラッド層に比して
大きくし、クラッド層との屈折率差を大きくし、ｐ側ク
ラッド層側に第２の窒化物半導体層を設けることで、Ｉ
ｎを含む窒化物半導体による結晶性の悪化と、光の損失
を回避し、素子特性に優れる窒化物半導体素子が得られ
るものである。以下、各層について、説明する。

【００４８】（第１の窒化物半導体層）本発明における
第１の窒化物半導体層は、導波路内において、活性層と
ｎ側クラッド層との間に配置され、Ｉｎを含む窒化物半
導体からなるものである。ここで、第１の窒化物半導体
層の組成としては、好ましくは、Ａｌを含まない窒化物
半導体とすることであり、これにより、Ａｌを含む窒化
物半導体を用いたクラッド層との屈折率差を大きくする
こと、すなわち、クラッド層とそれに挟まれた導波路に
おいて、導波路内を相対的に屈折率を大きくすることが
可能となり、またＩｎ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）で表さ
れる窒化物半導体を形成することで、結晶性も良い第１
の窒化物半導体層を得ることができる。また、第１の窒
化物半導体層と活性層若しくはｎ側クラッド層との間
に、別の層を設けても良く、設けなくても良く、すなわ
ち、第１の窒化物半導体層を活性層若しくはｎ側クラッ
ド層、又は両方に接して設けても良く、どちらか一方若
しくは両方に離れて設けても良い。また、第１の窒化物
半導体層を、それとは組成の異なる層と交互に積層する
などして、複数積層した多層膜構造を用いても良い。本
発明の第１の窒化物半導体層は、活性層とｎ側クラッド
層との間にあって、導波路内にあることから、光ガイド
層として機能する一方、Ｉｎを含むことで導波路全体の
屈折率を大きくして、導波路内への光の閉込めに寄与す
ることから、ｐ型層側の第２の窒化物半導体層に比し
て、第２の光閉込め層としても機能していると考えられ
る。

【００４９】また、第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶比
ｚは、活性層中のＩｎを含む窒化物半導体のＩｎ混晶
比、若しくは量子井戸構造の活性層の場合には井戸層の
Ｉｎ混晶比、をｗとすると、好ましくはｚ≦ｗとするこ
とであり、更に好ましくはｚ＜ｗとすることである。例
えば、図５、６などに示すように、活性層１２中の井戸
層１の混晶比ｗに比べて、第１の窒化物半導体層３１の
Ｉｎ混晶比ｚを、ｚ≦ｗとなるようにすることで、図に
示すように、段階的なバンドギャップエネルギー構造を
形成でき、導波路内の活性層へのキャリアの効率的な注
入、特にｎ側層１１側からのキャリアの注入に寄与する
ものとなる。この時、ｚ＜ｗであることで、井戸層内の
Ｉｎを含む窒化物半導体層、若しくは井戸層、と第１の
窒化物半導体層との間に、大きなバッドギャップエネル
ギー差を設けることができ、前記キャリアの注入効率を
向上させることができる。更に、第１の窒化物半導体層
３１が活性層１２に隣接して設けられ、活性層中で最も
外側で、最もｎ側層１１側に配置され、第１の窒化物半
導体層３１に隣接する障壁層２ａが設けられる場合に
は、第１の窒化物半導体層３１のＩｎ混晶比ｚは、この
障壁層２ａのＩｎ混晶比ｖに比べて、ｚ≦ｖとなるよう
にすると更に好ましく、更にｚ＜ｖとなるようにすると
好ましい。これは、図５，６に示すように、ｚ≦ｖであ
ると活性層１２とｎ側層１１との接合部付近で、ｎ側層
１１から活性層１２に近づくに従って段階的に、バンド
ギャップエネルギーが小さくなる構造とでき、ｎ側層１
１から活性層へのキャリアの注入を効率的にし、図５に
示すように更に段階的なバンドギャップ構造とすること
ができ、更に効果的なものとなるからである。

【００５０】また、一方で、図１０に示すように、第１
の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｚを、障壁層のＩｎ混晶
比ｖとほぼ同じか、それよりも大きくすると（ｚ≧
ｖ）、好ましくは大きくすること（ｚ＞ｖ）であり、バ
ンドギャップエネルギーが障壁層よりも小さくなるが、
Ｉｎ混晶比が大きく、障壁層（ｎ側障壁層）よりも大き
な膜厚で形成される第１の窒化物半導体層により、導波
路の屈折率が大きくなり、光閉込めのクラッド層との屈
折率差を大きくすることができる。この場合、ｎ側層か
らのキャリアが注入される際に、第１の窒化物半導体層
とｎ側障壁層との間に障壁が設けられる構造となるが、
バイアス地においては、その障壁が小さくなり、その影
響は少なくなる。一方で、ｎ側障壁層２ａが、主にｐ型
層からのキャリアの閉込め層となるが、窒化物半導体で
はホールの拡散長が小さいため、障壁が小さく、膜厚が
薄くなることによる影響は比較的低く抑えられる。ま
た、光ガイド層と第１の窒化物半導体層とのＩｎ混晶比
については、図８に示すように、光ガイド層よりもバン
ドギャップエネルギーを小さくして、Ｉｎ混晶比を大き
くすることが好ましい。これは、第１の窒化物半導体層
が屈折率を高めるために設け、導波路構造の中心部に当
たる活性層近傍の屈折率を高めることが好ましいことか
ら、Ｉｎ混晶比を光ガイド層よりも大きくした第１の窒
化物半導体層を、光ガイド層よりも活性層の近くに設け
ることで、より優れた導波路構造を形成することができ
る。ここで、本発明において、クラッド層、光ガイド層
が多層膜で構成される場合、特に超格子多層膜で構成さ
れる場合において、各層のＩｎ混晶比、Ａｌ混晶比、バ
ンドギャップエネルギーは、平均組成、平均エネルギー
で、他の層と比較する者であり、この平均組成、平均エ
ネルギーは、多層膜を構成する第１の層（第３の層）、
第２の層（第４の層）の各膜厚で、Ａｌ、Ｉｎ組成、エ
ネルギーを、加重平均した値となる。例えば、光ガイド
層が、Ｉｎ混晶比ｙ１、膜厚ｄ_３の第３の層、Ｉｎ混晶
比ｙ２、膜厚ｄ_４の第４の層とが交互に積層された超格
子構造にあっては、Ｉｎの平均混晶比ｙ_ｍは、ｙ_ｍ＝
［（ｄ_３×ｙ１）＋（ｄ_４×ｙ２）］／（ｄ_３＋ｄ_４）
で求められる。

【００５１】また、図５，６，１０に示すように、クラ
ッド層２５，３０と活性層１２との間に、光ガイド層２
６，２９が設けられ、さらにｎ側層１１側にあっては、
光ガイド層２６と活性層との第１の窒化物半導体層を有
する場合、図１０に示すように、光ガイド層のＩｎ混晶
比若しくは平均組成よりも、活性層内で外側に配置され
たｎ側障壁層２ａのＩｎ組成ｚを大きくすることが好ま
しい。これは、上述した第１の窒化物半導体層による屈
折率増加の機能を好適に引き出すものであり、具体的に
は、光ガイド層２６よりも活性層側に設けられる第１の
窒化物半導体層のＩｎ混晶比を大きくし、活性層近傍の
屈折率を高めることで、導波路中央付近に位置する活性
層を中心に屈折率の大きな層が設けられることで、良好
な光分布を実現できる。一方、ｐ型層側にあっては、ｐ
側障壁層がこの役割を担い、すなわち、ｐ側障壁層２ｃ
のＩｎ組成比を、ｐ型層の光ガイド層２９のＩｎ組成比
より大きくすることで、第１の窒化物半導体層と同様な
機能が得られる。

【００５２】ここで、第１の窒化物半導体層の位置にお
ける前記各形態について言及すると、活性層及びｎ側ク
ラッド層に接して第１の窒化物半導体層を設ける形態で
は、Ｉｎを含む窒化物半導体を結晶性良く厚膜で形成す
ることが困難な傾向にあることから、導波路として十分
な膜厚で形成すると結晶性の悪化による素子特性の悪化
が現れ、逆に結晶性が素子特性を悪化しない程度の膜厚
で形成すると、導波路として機能するのに不十分な膜厚
となり、クラッド層外への光の漏れによる損失により素
子特性の悪化が起こる傾向にある。第１の窒化物半導体
層を活性層とｎ側クラッド層との間に、複数積層した多
層膜とする場合には、例えば超格子構造として、Ｉｎを
含まない窒化物半導体と共に多数積層して、結晶性の悪
化を抑えて厚膜を形成することができる。例えば、Ｉｎ
ＧａＮ／ＧａＮの多層膜層、若しくは、ｎ側クラッド層
から活性層に近づくにつれてＩｎ混晶比が大きくなるよ
うに組成傾斜させた構造とすることができる。一方で、
導波路の屈折率を単一膜と同等とするには、多層膜の膜
厚が厚くなり、その多層膜内において、Ｉｎを含む第１
の窒化物半導体層が散在する構造となることから、単一
膜よりも厚膜の多層膜でもってＩｎによる光の損失が発
生することから、単一膜よりもその損失が大きくなる傾
向にある。また、第１の窒化物半導体層の位置として
は、具体的にはｎ側クラッド層と活性層との間であり、
ｎ側クラッド層と活性層との間に光ガイド層が設けられ
る場合には、図５，６，１０に示すように光ガイド層と
活性層との間、又は図６，７に示すように光ガイド層内
部、若しくは光ガイド層内部に第１の窒化物半導体層を
設けることができる。本発明において上記様々な形態を
適用しうるが、好ましくは活性層に近づけて、更に好ま
しくは活性層に接して配置することが良い傾向にある。
これは、詳しいことは不明であるが、図５，６等に示す
ように、ｎ側クラッド層から活性層に至る領域で、バン
ドギャップ構造を段階的なものとし、ｎ側層側１１から
のキャリアの注入を促進させることが影響していると考
えられる。

【００５３】第１の窒化物半導体層の膜厚としては、特
に限定されるものではないが、上述したようにＩｎによ
る光の損失の発生を考慮して、少なくとも１５００Å以
下とすることであり、好ましくは３００Å以上とするこ
とで導波路全体の屈折率を上昇させ、ｎ側クラッド層と
の間に大きな屈折率差を形成することができ、損失が少
なく、閾値電流を低減させた優れた導波路が形成され
る。この時、後述するように、導波路としての機能は、
クラッド層と活性層とで挟まれる領域の膜厚の総和に作
用されることから、ｎ側クラッド層と活性層とで挟まれ
る領域の膜厚の総和を考慮して、第１の窒化物半導体層
を決定すると良い。また、図５，６などに示すように、
第１の窒化物半導体層が最もｎ側層側の障壁層２ａに隣
接して配置される場合には、第１の窒化物半導体層は、
障壁層として寄与すると考えられることから、この場合
の第１の窒化物半導体層の膜厚は、障壁層２ａとの膜厚
の総和が３００Å以上となるようにすることで、障壁
層、光の閉込めとして良好に寄与するものとなり好まし
く、この時の膜厚の上限としては前記の１５００Å以下
とすることが好ましい。

【００５４】第１の窒化物半導体層には、ｎ側不純物が
ドープされていても、ドープされていなくても良いが、
好ましくはｎ側不純物をドープして、良好なｎ側導電性
を有することである。この時、第１の窒化物半導体層
は、Ｉｎを含む窒化物半導体であるため、上述したよう
にｐ側不純物ほどではないものの、ｎ側不純物をドープ
することによる結晶性の悪化があるため、好ましくはド
ープ量を１×１０¹⁹／ｃｍ³以下の範囲とすることで、
Ｉｎを含む窒化物半導体における結晶性の悪化を抑制で
きる。

【００５５】（第２の窒化物半導体層）本発明におい
て、第２の窒化物半導体層としては、Ｉｎ混晶比が０の
窒化物半導体を用いることであり、この第２の窒化物半
導体層をｐ側クラッド層と活性層との間に設けること
で、結晶性に優れ、導波路として機能する層となる。こ
れは、前記第１の窒化物半導体層とこの第２の窒化物半
導体層とで活性層を挟む構造を導波路内に設けること、
すなわちｎ側層側の第１の窒化物半導体層とｐ型層側の
第２の窒化物半導体層とし、両方の層を活性層を介して
対向して配置し、組成が異なることにより、導波路内で
異なる機能を有する非対称な導波路構造とするものであ
る。第２の窒化物半導体層に用いられる窒化物半導体の
Ｉｎ混晶比ｕを、ｕ＝０とすることで、結晶性に優れた
層を形成でき、結晶性悪化によるＶｆ、閾値電流の上昇
を回避できる。これは、Ｉｎを含む窒化物半導体は、Ｉ
ｎを含まないものに比べて、結晶性が悪化する傾向にあ
るからである。また、第２の窒化物半導体層は、第１の
窒化物半導体層と異なり、ｐ側不純物をドープしてｐ側
導電性を持たせる必要があり、不純物ドープによる結晶
性の悪化が起こり、更にｐ側不純物として好ましく用い
られるＭｇでは大幅な結晶性の悪化が起こり、これは、
Ｉｎを含む窒化物半導体において、Ｉｎを含まないもの
に比べて、その結晶性の悪化は顕著なものである。

【００５６】また、図２〜４に示すように、通常、ＬＥ
Ｄ、ＬＤなどの窒化物半導体素子では、基板上に、ｎ側
層１１／活性層１２／ｐ型層１３の順に積層された構造
が多く採用されているが、このような場合には、Ｉｎを
含む窒化物半導体を用いた活性層１２の下部に配置され
たｎ側層１１と、上部に配置されたｐ型層１３とでは、
通常成長条件が異なり、活性層よりも上部に配置された
ｐ型層１３では、通常活性層中のＩｎが分解するなどし
て結晶性を悪化させないような温度条件で成長させる必
要があり、ｎ側層１１はそのような制限がない。このこ
とから、低い温度で成長させるｐ型層１３では、良好な
結晶成長条件で、成長させることが困難な場合がある。

【００５７】具体的には、図２に示すように、ｎ側層１
１，ｐ型層１３との間に活性層１１が設けられた構造
を、基板（図示せず）の上などに有し、本発明の基本的
な構成として、ｎ側層１１には、ｎ側クラッド層２６が
設けられ、ｐ型層１３には、ｐ側クラッド層３０が設け
られた構造がある。更に、各導電型層には、これらクラ
ッド層２６，３０よりも活性層から離れた位置に、ｎ側
コンタクト層２５、ｐ側コンタクト層が形成し、電極を
その表面に設けても良く、基板の上に、ｎ側層１１、活
性層１２、ｐ型層１３が順に積層された構造において、
基板のｎ側層に対向する面側に電極を設けて、ｎ側コン
タクト層２５を電荷注入層として、ｎ側クラッド層２６
よりも高濃度でｎ側不純物ドープをドープした層を設け
ることもできる。また、これらクラッド層がコンタクト
層を兼ねる構成であってもよい。このような基本的な構
造において、図３に示すように、第１の窒化物半導体層
３１、第２の窒化物半導体層３２を、それぞれｎ側クラ
ッド層２６、ｐ側クラッド層３０と活性層１２との間
に、設ける構造となる。また、図３，４に示すように、
光ガイド層２６、２９が、活性層とクラッド層との間に
設けられる場合には、光ガイド層と活性層との間に、第
１、２の窒化物半導体層が設けられても良く、光ガイド
層が、第１の窒化物半導体層若しくは、第２の窒化物半
導体層を有する構造とすることもできる。このため、光
ガイド層が、多層膜構造を有する場合には、第１の窒化
物半導体層、若しくは第２の窒化物半導体層を有する多
層膜構造とできる。図１３は、バイアス時におけるエネ
ルギーバンド図４１を模式的に示すもので、内部障壁層
３，３の異なる形態を説明するものであり、図１３
（ａ）は、内部障壁層３が、ｎ側障壁層２ａ、ｐ側障壁
層２ｃよりもバンドギャップエネルギーが大きく、Ｉｎ
混晶比が小さい例を示すものであり、図１３（ｂ）は、
内部障壁層３が、ｎ側障壁層２ａ、ｐ側障壁層２ｃより
もバンドギャップエネルギーが小さく、Ｉｎ混晶比が大
きい例を示すものである。ここで、内部障壁層は、ｎ側
障壁層２ａ、ｐ側障壁層２ｂとの間に設けられた障壁層
で、井戸層と井戸層とに挟まれた障壁層を内部障壁層と
する者であり、図５〜８、１０における障壁層２ｂも内
部障壁層３となる。

【００５８】第２の窒化物半導体層の組成としては、Ｉ
ｎを含まない窒化物半導体をもちいることであり、好ま
しくはＡｌ_tＧａ_1-tＮ（０≦ｔ＜１）で表される窒化物
半導体を用いることである。また、この時、ｐ側クラッ
ド層との屈折率差を設けるため、ｐ側クラッド層のＡｌ
混晶比より第２の窒化物半導体のＡｌ混晶比ｔを小さく
することが好ましい。更にまた、クラッド層と導波路と
の屈折率差を考慮して、ｔ≦０．５として、低いＡｌ混
晶比で形成するか、導波路内の屈折率を最大限に大きく
するために、ｔ＝０のＧａＮを用いることが最も好まし
い。また、第２の窒化物半導体層は、ｐ側不純物を有す
ることが好ましく、ｐ側不純物を含有して、ｐ側導電性
を有することで良好な導電性のｐ型層として機能させる
ことができる。この時、ｐ側不純物のドープ量としては
特に限定されないが、Ｉｎを含まない窒化物半導体であ
ってもＩｎを含む場合に比べて結晶性の悪化は小さいも
のの、ドープ量が小さいほど結晶性が良好になる傾向に
あるため、好ましくは１×１０¹⁸／ｃｍ³以下の範囲と
することで良好な結晶性の第２の窒化物半導体層が得ら
れる。後述する実施例では、第２の窒化物半導体層をア
ンドープで成長させて、隣接層からの拡散によりｐ側不
純物がドープされるが、特にこの方法に限定されず、他
の層についても同様であるが、成長後の拡散でも、ドー
プしながら成長させる方法でも、どちらでも良い。

【００５９】第２の窒化物半導体層は、単一膜で形成さ
れても良く、多層膜で形成されても良い。多層膜として
は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮを複数積層した多層膜でも良
く、Ａｌ混晶比を活性層から離れるに従って大きくする
ような組成傾斜させた層であっても良い。

【００６０】第２の窒化物半導体層をｐ側光ガイド層に
用いる場合には、第２の窒化物半導体層だけでp型光ガ
イド層を構成しても良く、第２の窒化物半導体層とは組
成の異なる層と組み合わせて構成しても良い。この時、
好ましくはＩｎを含まない第２の窒化物半導体層だけで
構成すると、導波路内のＩｎによる光の損失が回避でき
好ましい。この時、ｐ側光ガイド層の膜厚としては、特
に限定されるものではないが、少なくとも２００Å以上
の膜厚で形成することで、導波路として良好で、損失の
少ない光の導波が実現され、閾値電流の低下につなが
り、この時膜厚の上限としては４０００Å以下とするこ
とで、閾値電流、Ｖｆの上昇を抑えることができ、好ま
しくは５００Å以上２０００Å以下とすることで、閾値
電流、Ｖｆを低くし、光の導波に適した膜厚の導波路が
形成できる。この膜厚については、クラッド層と活性層
に挟まれる領域のｎ側層側、すなわちｎ側クラッド層と
活性層とで挟まれる領域の膜厚にも適用できる。具体的
には、ｎ側クラッド層と活性層との間に、第１の窒化物
半導体層を有する場合にはその膜厚、第１の窒化物半導
体層とｎ側光ガイド層などの別の層を有する場合にはそ
れらの層の膜厚の総和について、適用できる。このよう
に、クラッド層と活性層に挟まれた領域の膜厚を、ｐ型
層側、ｎ側層側共にほぼ同等な膜厚として膜厚が活性層
を介して対称な導波路構造としても良く、両者の膜厚を
異ならしめて、膜厚が非対称な導波路構造としても良
く、得られる窒化物半導体素子の特性を考慮して適宜選
択すればよい。

【００６１】また、本発明の別の態様によっては、第２
の窒化物半導体層のＩｎ混晶比ｕが、第１の窒化物半導
体層のＩｎ混晶比ｚより小さくする構成（ｕ＜ｚ）で
は、ｐ型層側に、Ｉｎを含む窒化物半導体が設けられる
ことによる結晶性低下を抑えて、ｐ型層側にも導波路の
屈折率を大きくする層を形成でき、導波路の光分布が、
ｎ側層側にシフトすることを抑えた構造とできる。

【００６２】（ｐ側電子閉込め層［キャリア閉込め
層］）本発明において、ｐ側窒化物半導体層として、特
にレーザ素子、端面発光素子において、ｐ側電子閉込め
層を設けることが好ましい。このｐ側電子閉込め層とし
ては、Ａｌを含む窒化物半導体を用いるものであり、具
体的にはＡｌ_γＧａ_{1- γ}Ｎ（０＜γ＜１）を用いる。こ
の時、Ａｌ混晶比γとしては、電子閉込め層として機能
するように、活性層より十分に大きなバンドギャップエ
ネルギーを有する（オフセットをとる）必要があり、少
なくとも０．１≦γ＜１の範囲とすることであり、好ま
しくは０．２≦ａ＜０．５の範囲とすることである。な
ぜなら、γが０．１以下であるとレーザ素子において、
十分な電子閉込め層として機能せず、０．２以上である
と十分に電子閉込め（キャリアの閉込め）がなされ、キ
ャリアのオーバーフローを抑え、加えて０．５以下であ
るとクラックの発生を低く抑えて成長させることがで
き、更に好ましくはγを０．３５以下とすることで良好
な結晶性で成長できる。この時、Ａｌ混晶比は、ｐ側ク
ラッド層よりも大きくすることが好ましく、これはキャ
リアの閉込めには光の閉込めとなるクラッド層より高い
混晶比の窒化物半導体が必要となるからである。このｐ
側電子閉込め層は、本発明の窒化物半導体素子に用いる
ことができ、特にレーザ素子のように、大電流で駆動さ
せ、多量のキャリアを活性層内に注入する場合におい
て、ｐ側電子閉込め層を有していない場合に比べて、効
果的なキャリアの閉込めを可能とし、レーザ素子だけで
なく、高出力のＬＥＤにも用いることができる。また、
キャリア閉込め層は、ｐ側だけでなく、ｎ型層内のｎ側
にも設けることができる。

【００６３】本発明のｐ側電子閉込め層の膜厚として
は、少なくとも１０００Å以下とすることであり、好ま
しくは４００Å以下とすることである。これは、Ａｌを
含む窒化物半導体は、他の窒化物半導体（Ａｌを含まな
い）に比べて、バルク抵抗が大きく、更にｐ側電子閉込
め層のＡｌ混晶比は上述したように高く設定されるた
め、１０００Åを超えて素子内に設けると、極めて高抵
抗な層となり、順方向電圧Ｖｆの大幅な増加を招くこと
となるためであり、４００Å以下であると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、ｐ側電子閉込め層の膜厚の下限としては、少なくと
も１０Å以上、好ましくは５０Å以上とすることで、電
子閉込めとして良好に機能する。

【００６４】また、レーザ素子において、このｐ側電子
閉込め層は、図３，４に示すように、電子閉込め層とし
て機能させるため、活性層とクラッド層との間に設ける
ものであり、更に第２の窒化物半導体層と活性層との間
に設けることである。また、窒化物半導体素子が導波路
構造を有し、クラッド層と活性層との間に光ガイド層を
有する場合において、ｐ側電子閉込め層は、光ガイド層
２９と活性層２７との間に設けることで、活性層に近接
してｐ側電子閉込め層が設けられた構造とできるため好
適なキャリア閉込め構造を実現でき、また別の形態とし
ては、光ガイド層内部にｐ側電子閉込め層を設ける構成
とすることもでき、これによりｐ側電子閉込め層と活性
層とが離間した構造とでき、ｐ側電子閉込め層が活性層
に近接することによる内部応力、圧電界、発熱作用を回
避でき好ましい。この時、活性層とｐ側電子閉込め層と
の距離は、少なくとも１０００Å以下とすることでキャ
リアの閉込めとして機能し、好ましくは５００Å以下と
することで良好なキャリアの閉込めが可能となる。すな
わち、ｐ側電子閉込め層は活性層に近いほどキャリアの
閉込めが効果的に機能し、その上レーザ素子、発光素子
において活性層とｐ側電子閉込め層との間には、殆どの
場合、特に他の層を必要とすることがないため、通常は
活性層に接してｐ側電子閉込め層を設けうることが最も
好ましい。この時、量子井戸構造の活性層内で最もｐ側
窒化物半導体層側に位置する層と、ｐ側電子閉込め層
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、ＡｌＧａＮのｐ側電子閉込め層との間
に、ＧａＮからなるバッファ層を設けること、又はｐ側
電子閉込め層よりも低い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。

【００６５】ここで、ｐ側電子閉込め層として、具体的
には、ｐ側電子閉込め層が活性層に近いほどしきい値電
流密度を低下させるが、近くなるほど素子寿命が低下さ
せるものとなる。これは、上述したように、ｐ側電子閉
込め層が他の層に比べて極めて高い抵抗を有する層であ
るため、素子駆動時において発熱量の大きなものとな
り、すなわち素子内において高温を呈しているものと考
えられ、これが熱に弱い活性層、井戸層に悪影響を及ぼ
し素子寿命を大きく低下させているものと考えられる。
一方で、上述したように、キャリアの閉込めを担うｐ側
電子閉込め層は、活性層、特に井戸層に近づくほどキャ
リアの閉込めが効果的になるため、活性層から離れると
その効果が弱まる。このため、ｐ側電子閉込め層は、キ
ャリア閉込めとして好適に機能するように、活性層より
もバンドギャップエネルギーを大きく、好ましくは活性
層内の少なくとも１つの障壁層よりもバンドギャップエ
ネルギーより大きくし、更に好ましくは活性層内の全て
の障壁層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなる
ような組成が選択される。また、導波路構造を有する端
面発光素子、レーザ素子においては、ｐ側電子閉込め層
を、光ガイド層の一部、好ましくは全部よりもバンドギ
ャップエネルギーを大きくすることがガイド層によるキ
ャリア閉込めが不十分な場合に、ガイド層よりも活性層
の近くに配置されたｐ側電子閉込め層により好適な活性
層内へのキャリア閉込めが実現でき好ましく、さらに
は、光閉込めのクラッド層の一部、若しくは全部よりも
バンドギャップエネルギーを大きくすると大きな障壁
が、活性層近傍に配置された構造となり好適なキャリア
閉込めを実現し、また、ｐ側電子閉込め層の膜厚を小さ
くしてもその機能を維持することが可能となり好まし
い。

【００６６】従って、素子寿命の低下を抑えるために、
図５，６において、活性層内で最もｐ側電子閉込め層に
近い井戸層１ｂからｐ側電子閉込め層２８の距離を少な
くとも１００Å以上とすることであり、好ましくは１２
０Å以上とすることであり、更に好ましくは１４０Å以
上とすることである。なぜなら、井戸層とｐ側電子閉込
め層との距離が１００Åより短いと、素子寿命が急激に
低下する傾向が観られるためであり、１２０Å以上であ
ると素子寿命の大幅な向上が可能であり、１５０Å以上
であると更に素子寿命が向上する傾向にあるが、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２００Å以下とすることである。これは、ｐ側電子
閉込め層が井戸層から離れることで、キャリア閉込めの
効率が低下し、これが主な原因となってしきい値電流密
度が上昇し、また発光効率の低下を招くものと考えられ
る。

【００６７】本発明のｐ側電子閉込め層には、通常ｐ側
不純物がドープされ、レーザ素子、ハイパワーＬＥＤな
どの大電流で駆動させる場合には、キャリアの移動度を
高めるため、高濃度でドープする。具体的なドープ量と
しては、少なくとも５×１０ ¹⁶／cm³以上ドープするこ
とで、好ましくは１×１０¹⁸／cm³以上ドープすること
であり、前記大電流駆動の素子にあっては、１×１０¹⁸
／cm³以上、好ましくは１×１０¹⁹／cm³以上ドープする
ことである。ｐ側不純物量の上限は特に限定されない
が、１×１０²¹／cm³以下とすることである。但し、ｐ
側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Ｖｆ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側不純物濃度とすることであ
る。また、ｐ側電子閉込め層を低濃度でドープするこ
と、例えば、ガイド層、クラッド層などのｐ側電子閉込
め層近傍の層よりも低濃度でドープすることも可能であ
り、またノンドープ層とすることもできる。

【００６８】本発明の窒化物半導体素子では、実施例に
示すように、ストライプ状の導波路として、リッジを設
けた後、リッジ側面に埋込層となる絶縁膜を形成する。
この時、埋込層としては、ここで、第２の保護膜の材料
としてはＳｉＯ₂以外の材料、好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なく
とも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、
ＡｌＮの内の少なくとも一種で形成することが望まし
く、その中でもＺｒ、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、ＳｉＣを用
いることが特に好ましい。更に、埋込層として、半絶縁
性、ｉ型の窒化物半導体、リッジ部とは逆の導電型、実
施例においてはｎ側の窒化物半導体、電流狭窄層とする
にはＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体、等を用
いることができる。また、エッチングなどによりリッジ
を設けずに、Ｂ、Ａｌなどのイオンを注入して、非注入
領域をストライプ状として、電流が流れる領域とする構
造をとることもできる。この時用いられる窒化物半導体
としては、Ｉｎ_xＡｌ_1-yＧａ _1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）で表される窒化物半導体を好ま
しく用いることができる。

【００６９】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。

【００７０】ここで、各図について以下に説明する。図
２、３は、本発明の一実施形態に係る模式断面図であ
り、特にレーザ素子構造、発光素子構造において、活性
層１２がｎ側層１１とｐ型層１３とで挟み込まれる構造
を示すものである。図２は、活性層１２が上部クラッド
層３０と下部クラッド層２５で挟まれ、活性層１２と上
部クラッド層３０との間に電子閉込め層であるｐ側電子
閉込め層２８を有する素子構造を説明するものである。
図３，４は、本発明の特徴として、上部、下部クラッド
層に挟まれた領域の導波路内に、前記第１の窒化物半導
体層、第２の窒化物半導体層が設けられ、第１の窒化物
半導体層は、ｎ側クラッド層内（図示せず）、ｎ側光ガ
イド層２６と活性層１２との間（図３，４に示す）、ｎ
側光ガイド層２６とｎ側クラッド層２５との間（図示せ
ず）、に設けられ、第２の窒化物半導体層は、ｐ側光ガ
イド層２９に用いられる。また、図３は、活性層１２の
量子井戸構造について図示するもので、障壁層２ａ／井
戸層１ａを一対として繰り返し積層され、最後に障壁層
２ｃが設けられた構造を有している。図５〜８は、本発
明の一実施形態における活性層１２、上部、下部クラッ
ド層２６，３０で挟まれる領域の導波路構造、及び活性
層周辺についての積層構造２０と、その積層構造２０の
下に、それに対応したエネルギーバンドギャップ２１を
示すものである。図１０についても図５〜８と同様に積
層構造２０とその積層構造に対応してエネルギーバンド
図２１を示し、それらに加えて各層におけるＡｌ組成比
４１、Ｉｎ組成比４２の一実施形態を示す模式図が示さ
れている。

【００７１】本発明の窒化物半導体素子における各層の
ドープ量について、図１１を用いて以下説明する。本発
明の光ガイド層の不純物ドープについて、図１１に、ド
ープ量変化４３として示すように、第１，２の光ガイド
層２２６，２２９において、不純物ドープ量を、活性層
に近づくに従ってドープ量を小さくする、若しくは、活
性層から遠い領域に比べて活性層に近い領域のドープ量
を小さくすると、導波路、特に光ガイド層内において、
光の損失を更に減少させて、良好な光の導波を実現で
き、閾値電流密度の低減、駆動電流の低減化を図ること
ができる。これは、不純物ドープした領域を光が導波す
ると、不純物により光の吸収が発生しするために光の損
失が起こるからである。これに加えて、導波路は上述し
たように、第１の光ガイド層２２６と第２の光ガイド層
２２９とで活性層２２７を挟む構造を少なくとも有して
おり、さらにそのガイド層の外側若しくは導波路を、ガ
イド層より屈折率の小さい上部・下部クラッド層２２
５，２３０とで挟む構造でもって光が導波路内に閉じこ
められた構造となり、導波路内の活性層２７及び活性層
近傍に多くの光が分布するため、その活性層近傍の領域
において不純物ドープ量を少なくすることで、光が多く
分布する領域での光の損失が減少することとなり、光の
損失の少ない導波路となる。具体的には、第１の光ガイ
ド層２２６、第２の光ガイド層２２９において、各層の
膜厚の半分で領域を区切り活性層に近い領域と遠い領域
を考えた場合、活性層に近い領域の導電型不純物濃度
を、活性層に遠い領域の不純物濃度よりも小さくするこ
とである。光ガイド層の不純物濃度としては、特に限定
されないが、具体的には活性層に近い領域において５×
１０^{１ ７}／ｃｍ^３以下とすることである。ここで、上記
不純物ドープとは、第１の光ガイド層に第１導電型の不
純物ドープ、第２の光ガイド層に第２導電型の不純物ド
ープ、することを指すものである。

【００７２】光ガイド層内でドープ量を変化させる形態
としては、具体例として、各光ガイド層内において、活
性層に近づくに従ってなだらかに、連続的にドープ量を
小さくする形態（４３ａ）、不連続で段階的にドープ量
を小さくする形態（４３ｂ）、またその段階的なドープ
量変化を細かくし、光ガイド層内で部分的にドープ量変
化を設ける形態（４３ｃ）、のいずれかでも良く、また
これらを組み合わせて用いても良い。好ましくは、光ガ
イド層内において、活性層側からの距離が、５０ｎｍ以
下の領域を低濃度ドープ領域（２２６ｂ，２２９ａ）、
好ましくはアンドープとすることで光の損失低減が可能
となり、好ましくは１００ｎｍ以下の領域を低濃度ドー
プ領域（２２６ｂ，２２９ａ）とすることで良好な光損
失の低減、閾値電流密度、駆動電流の低減が可能とな
る。この時、光ガイド層の膜厚は、低濃度ドープ領域
（２２６ｂ，２２９ａ）を５０ｎｍ以下の領域とする場
合には、５０ｎｍ以上の膜厚とし、１００ｎｍ以下の領
域とする場合には、１００ｎｍ以上の膜厚とすることは
いうまでもない。この時、上記低濃度ドープ領域（２２
６ｂ，２２９ａ）を光ガイド層内に設ける場合、好まし
くは、上述した組成傾斜構造の光ガイド層と組み合わせ
て用いることであり、これは図１１に示すように、バン
ドギャップエネルギーが、活性層に近づくに従って小さ
くなるバンド構造であることにより、不純部ドープされ
ない領域が活性層近傍に設けられても、キャリアの注入
効率の低下を抑えた光ガイド層が形成されるためであ
る。この時、組成傾斜の光ガイド層は、上述したように
ＧＲＩＮ構造が好ましく、また上記多層膜構造で、バン
ドギャップエネルギーが活性層に近づくに従って小さく
なる構造であっても、低濃度ドープ領域の形成に効果が
ある。ここで、各光ガイド層内において、成長時に不純
物ドープしなくても、すなわち低濃度ドープで光ガイド
層を成長させても、隣接層から不純物が拡散する場合が
あり、その場合には低濃度ドープで成長させた上記領域
においても、不純物がドープされたものとなる。具体的
には、ｐ側不純物として好ましく用いられるＭｇは、こ
のような拡散現象が起こりやすく、４３ａは、拡散によ
りｐ側電子閉込め層２２８から隣接層へ不純物が拡散す
る形態を模式的に示すものであり、高濃度ドープのｐ側
電子閉込め層２２９に隣接する光ガイド層（２２９ａの
領域）、活性層（ｐ側障壁層付近）では、濃度傾斜が発
生して、拡散する形態が観測される。また、実施例１で
示すように、低濃度ドープでｐ側光ガイド層を形成して
も、隣接層の電子閉込め層とクラッド層からの拡散によ
り、ｐ側不純物がドープされる。このように、拡散によ
り不純物ドープが成される場合には、上述したように活
性層に近い領域の不純物濃度を、遠い領域よりも小さく
することである。このようなドープ領域は、少なくとも
一方の光ガイド層に設けることが好ましく、更に好まし
くは両方の光ガイド層に設けることで光の損失を低減さ
せた導波路となる。なお、図中の５１、５２は、各光ガ
イド層におけるドープ量変化を示している。

【００７３】また、上記光ガイド層における層構成、不
純物ドープの形態、組成、膜厚などは、第１の光ガイド
層、第２の光ガイド層とで同様なものとしても良く、異
なるようにしても良い。例えば、第１の光ガイド層を単
一膜とし、第２の光ガイド層を多層膜として、両光ガイ
ド層の層構成を異なるようにした形態などがある。本発
明では、クラッド層２２５，２３０と、活性層２２７と
の間に、クラッド層側に配置された高濃度ドープ領域
（２２６ａ，２２９ｂ）と、その高濃度ドープ領域より
も低濃度でドープされ、活性層側に配置された低濃度ド
ープ領域（２２６ｂ，２２９ａ）とが設けられること
で、導波路内における光損失を低減させた構造とでき
る。更に好ましくは、低濃度ドープ領域（２２６ｂ，２
２９ａ）と活性層との間、すなわち、光ガイド層よりも
活性層側に、高濃度ドープ層（２３１，２２８）を設け
ることが好ましい。ここで、高濃度ドープ層は、活性層
近傍に位置するｐ側電子閉込め層２２８、第１の窒化物
半導体層２３１の一部、若しくは全部として設けること
ができ、高濃度ドープ層２３１と２２８のドープ量は、
それぞれ、それよりも各クラッド層側に位置する低濃度
ドープ領域２２６ｂ，２２９ａよりも、高濃度でドープ
されることであり、好ましくは、ｐ型層内の高濃度ドー
プ層２２８のドープ量を、ｐ型層内の高濃度ドープ領域
２２９ｂよりも大きくすることで、高濃度ドープ層にお
いて、ｐｎ接合部が形成され、ｐ型層側からのキャリア
の注入に優れ、不純物ドープ量変化、キャリア濃度変化
を設けることができ、好ましい。ここで、図１の２２５
〜２３０は、図１０における積層構造２０における各層
２５〜３０に対応している。

【００７４】

【実施例】

【００７５】［実施例１］以下、実施例として、図１に
示すようなレーザ素子構造、また図６に示す導波路構造
について、窒化物半導体を用いたレーザ素子について、
説明する。

【００７６】ここで、本実施例では、ＧａＮ基板を用い
ているが、基板として窒化物半導体と異なる異種基板を
用いても良い。異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ
面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピ
ネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６
Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、
Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、
窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られ
ており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることが
できる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピ
ネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルし
ていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルした
ものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結
晶性よく成長させるため好ましい。更に、異種基板を用
いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層と
なる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨など
の方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として
素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、
異種基板を除去する方法でも良い。

【００７７】異種基板を用いる場合には、バッファ層
（低温成長層）、窒化物半導体（好ましくはＧａＮ）か
らなる下地層を介して、素子構造を形成すること、窒化
物半導体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上
に設ける下地層（成長基板）として、その他に、ELOG(E
pitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半
導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。EL
OG層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層
を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保
護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半
導体を成長させる非マスク領域を、ストライプ状に設
け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させるこ
とで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成
されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長
して成膜された層などがある。その他の形態では、異種
基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、そ
の開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜され
る層でもよい。

【００７８】（基板１０１） 基板として、異種基板に
成長させた窒化物半導体、本実施例ではＧａＮ、を厚膜
（１００μｍ）で成長させた後、異種基板を除去して、
８０μｍのＧａＮからなる窒化物半導体基板を用いる。
基板の詳しい形成方法は、以下の通りである。２インチ
φ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭ
ＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にし
て、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ
₃）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜
厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンドープのＧ
ａＮを１．５μｍの膜厚で成長させて、下地層とする。
次に、下地層表面にストライプ状のマスクを複数形成し
て、マスク開口部（窓部）から窒化物半導体、本実施例
ではＧａＮを選択成長させて、横方向の成長を伴った成
長（ＥＬＯＧ）により成膜された窒化物半導体層を、さ
らに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層
を除去して、窒化物半導体基板を得る。この時、選択成
長時のマスクは、ＳｉＯ₂からなり、マスク幅１５μ
ｍ、開口部（窓部）幅５μｍとする。

【００７９】（バッファ層１０２） 窒化物半導体基板
の上に、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ（トリメチル
ガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アン
モニアを用い、Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるバッファ層
１０２を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＡｌＧ
ａＮのｎ側コンタクト層と、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。

【００８０】（ｎ側コンタクト層１０３）次に得られた
バッファ層１０２上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉド
ープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ側コンタクト層
１０３を４μｍの膜厚で成長させる。ｎ側コンタクト
層、若しくはバッファ層などの下地層に、Ａｌを含む窒
化物半導体、具体的にはＡｌ _xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦
１）、を用いることで、ＧａＮなどのＡｌを含まない窒
化物半導体に比べて、ＥＬＯＧを用いたことによる結晶
性の悪化、特にピットの発生を抑えて、良好な下地層表
面を提供できる傾向にあり、Ａｌを含む窒化物半導体を
用いることが好ましい。

【００８１】（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。

【００８２】（ｎ側クラッド層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２００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側クラッド層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。

【００８３】（ｎ側光ガイド層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側光ガイド層１０６を０．１
μｍの膜厚で成長させる。また、ｎ側不純物をドープし
てもよい。

【００８４】（第１の窒化物半導体１３１） 次に、図
６に示すように、温度を８００℃にして、原料ガスにＴ
ＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧを用い、Ｓｉド
ープのＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ、膜厚５００Åよりなる第１
の窒化物半導体層を形成する。

【００８５】（活性層１０７） 次に、温度を８００℃
にして、図６に示すように、原料ガスにＴＭＩ（トリメ
チルインジウム）、ＴＭＧを用い、アンドープのＩｎ
_0.05Ｇａ _0.95Ｎよりなる障壁層、その上に、アンドープ
のＩｎ_0.32Ｇａ_0.68Ｎよりなる井戸層を、障壁層２ａ／
井戸層１ａ／障壁層２ｂ／井戸層１ｂ／障壁層２ｃの順
に積層する。この時、図６に示すように、障壁層２ａ、
２ｂ、２ｃを１３０Åの膜厚で、井戸層１ａ、１ｂを２
５Åの膜厚で形成する。活性層１０７は、総膜厚約４４
０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。

【００８６】（ｐ側電子閉込め層１０８） 次に、同様
の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを
用い、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（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_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなるｐ側電子閉込層１０
８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。

【００８７】（ｐ側光ガイド層１０９：第２の窒化物半
導体層） 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側光ガイド層１０９を０．１５μｍの膜厚で成長
させる。

【００８８】このｐ側光ガイド層１０９は、アンドープ
として成長させるが、ｐ側電子閉込め層１０８、ｐ側ク
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側を示す。またこの
層は成長時に意図的にＭｇをドープしても良い。

【００８９】（ｐ側クラッド層１１０） 続いて、１０
５０℃でアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ₂Ｍ
ｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜
厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５
μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１１０を成長さ
せる。ｐ側クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒
化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギー
が異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場
合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわ
ゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にある
が、両方に同じようにドープしても良い。クラッド層１
１０は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくはＡｌ_X
Ｇａ_1-XＮ（０＜X≦１）を含む超格子構造とすることが
望ましく、さらに好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮとを積
層した超格子構造とする。ｐ側クラッド層１１０を超格
子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶
比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率
が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大き
くなるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。
さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発
生するピットが超格子にしないものよりも少なくなるの
で、ショートの発生も低くなる。

【００９０】（ｐ側コンタクト層１１１） 最後に、１
０５０℃で、ｐ側クラッド層１１０の上に、Ｍｇを１×
１０²⁰／cm³ドープしたｐ側ＧａＮよりなるｐ側コンタ
クト層１１１を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ側コン
タクト層１１１はｐ側のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましく
はＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極１２０と最
も好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層１
１１は電極を形成する層であるので、１×１０¹⁷／cm³
以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０
¹⁷／cm³よりも低いと電極と好ましいオーミックを得る
のが難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成
をＧａＮとすると、電極材料と好ましいオーミックが得
られやすくなる。反応終了後、反応容器内において、ウ
エハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、
ｐ型層を更に低抵抗化する。

【００９１】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側コンタクト層の表面にＳｉＯ₂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ＳｉＣｌ₄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側コンタクト層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ＳｉＯ₂が最適である。

【００９２】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
側コンタクト層（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、ＳｉＯ₂）よ
りなる第１の保護膜１６１を０．５μｍの膜厚で形成し
た後、第１の保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ₄
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側コ
ンタクト層１１１、およびｐ側クラッド層１０９、ｐ側
光ガイド層１１０の一部をエッチングして、ｐ側光ガイ
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。

【００９３】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ＺｒＯ₂）
よりなる第２の保護膜１６２を、第１の保護膜の上と、
エッチングにより露出されたｐ側光ガイド層１０９の上
に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。

【００９４】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ＳｉＯ₂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。

【００９５】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側コンタクト層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側コンタクト層が露
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側光
ガイド層１０９の露出面）に第２の保護膜１６２が形成
される。

【００９６】このように、ｐ側コンタクト層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側コンタクト層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
側コンタクト層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。

【００９７】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、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりな
る誘電体多層膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ
−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）
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、２００μｍ
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ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層
膜が設けられる。

【００９８】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物
半導体のＭ面（ＧａＮのＭ面、（1 1- 0 0）など）でバ
ー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ
素子を得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。
このようにして得られるレーザ素子は、図６に示す積層
構造２０、及びバンドギャップエネルギー図となるもの
である。

【００９９】得られるレーザ素子は、しきい値電流密度
２．８ｋＡ／ｃｍ²、波長４４８ｎｍの窒化物半導体素
子が得られ、参考例１の光ガイド層をＩｎＧａＮとした
場合に比べて、長波長域において、低いしきい値電流密
度のレーザが得られる。

【０１００】図８は、実施例１において、井戸層１のＩ
ｎ混晶比を変化させて、波長４２５〜４５０ｎｍのレー
ザ素子を作製し、閾値電流密度Ｊｔｈを測定して、しき
い値電流密度の波長依存性を示すものである。図８から
明らかなように、４３０ｎｍ以下の短波長域では、参考
例１のようにＩｎを含む窒化物半導体を有する上部、下
部光ガイド層で活性層を挟む構造を導波路構造に用いる
方が、閾値電流密度が低い傾向にあり、４４０ｎｍ付近
（４３５ｎｍ〜４４５ｎｍ）で、参考例１と実施例１の
閾値電流密度が逆転し、４４０ｎｍ以上の長波長の領域
では、実施例１がなだらかな上昇傾向を示すのに対し、
参考例１は、急激な上昇傾向が観られることがわかる。
実施例１のように、本発明の特徴である第１の窒化物半
導体層、第２の窒化物半導体層とで活性層を挟み込む構
造を、導波路内に設けることで、上述したようなＩｎに
よる光の損失、ｐ側光ガイド層の結晶性の問題を改善で
き、長波長域において優れた素子特性の窒化物半導体素
子が得られることがわかる。

【０１０１】［実施例２］実施例１において、図５に示
すように、障壁層２のＩｎ混晶比より低い混晶比のアン
ドープＩｎ_0.025Ｇａ_0.975Ｎからなる第１の窒化物半導
体層を５００Åの膜厚で形成する。得られるレーザ素子
は、第1の窒化物半導体層３１のＩｎ混晶比が実施例１
よりも小さいことから、上部、下部クラッド層に挟まれ
た導波路、本実施例ではｎ側光ガイド層、ｐ側光ガイド
層で挟まれる領域、とクラッド層との屈折率差が、実施
例１に比べて小さくなるため、閾値電流が大きくなるも
のの、長波長域のレーザ素子としてなお優れた特性のも
のが得られる。

【０１０２】［実施例３］実施例２において、図８に示
すように、第1の窒化物半導体層３１を、活性層から２
００Å離れたところに設ける。このとき、ｎ側クラッド
層と活性層とで挟まれた積層構造が、ｎ側クラッド層２
５／第１のｎ側光ガイド層２６ａ／第1の窒化物半導体
層３１／第２のｎ側光ガイド層２６ｂ／活性層１２の順
に積層された構造となり、第１のｎ側光ガイド層２６ａ
をアンドープＧａＮで８００Åとし、第２のｎ側光ガイ
ド層２６ｂをアンドープＧａＮで２００Åとする。得ら
れるレーザ素子は、実施例２に比べて、第１の窒化物半
導体層が活性層から離れていることから、第１の窒化物
半導体層による光の閉じ込め、キャリアの注入効果が弱
まり、また導波路内での光の分布が実施例１よりもｎ側
クラッド層側に多く分布するものとなり、活性層での誘
導放出が減少し、また第１の窒化物半導体による光の損
失も発生し、実施例２よりも閾値電流が大きくなる傾向
にある。

【０１０３】［実施例４］実施例１において、図７に示
すように、ｎ側光ガイド層としてアンドープＩｎ _0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎ、膜厚０．１５μｍからなる第１の窒化物半導
体を用い、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、ＩｎＧａＮか
らなるｎ側光ガイド層により、導波路とクラッド層との
屈折率差が大きくなるが、厚膜のｎ側光ガイド層による
光の吸収が大きくなり、また導波路内での光分布も、活
性層からｎ側クラッド層に至る領域にブロードに広がっ
て分布しているものと思われ、活性層での誘導放出が減
少し、実施例１に比べて、閾値電流が大きくなる。この
時、ｎ側光ガイド層（第１の窒化物半導体層）をＩｎＧ
ａＮ／ＧａＮからなる超格子多層膜で形成しても、単一
膜で形成する場合に比べて、膜の結晶性は良くなるもの
の、光の分布、導波路の屈折率、の問題は、単一膜の場
合と同等なもので、得られるレーザ素子も同様な傾向の
特性のものとなる。

【０１０４】［参考例１］実施例４において、ｐ側光ガ
イド層を、ｎ側光ガイド層と同じアンドープＩｎ_0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎとして、その他は実施例４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の導波
路構造に比較して、第１の窒化物半導体を設けずに、ｎ
側光ガイド層をｐ側光ガイド層と同じ膜厚にして、両方
の光ガイド層ともＩｎを含む窒化物半導体を用いた構造
となる。このようにして得られるレーザ素子は、ｐ側光
ガイド層にＩｎを含む窒化物半導体を用いていることに
より、大きく結晶性が悪化し、さらに、光ガイド層によ
る光の吸収が発生し、実施例１に比べて閾値電流が大き
くなる。図９は、参考例１で、井戸層のＩｎ混晶比を変
化させて、４２５ｎｍ〜４５０ｎｍの波長のレーザ素子
を作製し、しきい値電流密度Ｊｔｈを測定して、閾値電
流密度の波長依存性を示すものである。図９から明らか
なように、上部、下部光ガイド層にＩｎを含む窒化物半
導体を用いた構造では、４３０ｎｍ付近から波長が長く
なるに従って急激な閾値電流密度の上昇傾向を示し、４
４０ｎｍ以上の長波長域では、実施例１に比べて、閾値
電流密度が大きくなり、そしてそれより波長が長くなる
に従って、その差が大きくなることがわかる。

【０１０５】［実施例５］実施例１において、ｎ側層、
ｐ型層のクラッド層、ガイド層、活性層を以下のように
形成し、図１０に示す構造のレーザ素子を作製する。

【０１０６】（ｎ側クラッド層１０５） ｎ側コンタク
ト層１０３、クラック防止層１０４（省略可）の上に、
ｎ側クラッド層として、アンドープのＡｌ_０．１Ｇａ
_０．９Ｎよりなる第１の層を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５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ
_{０．０ ５}Ｇａ_０．９５Ｎよりなる第２の層を２５Åの膜
厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ２００回
繰り返して第１の層と第２の層とを交互に積層し、総膜
厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ側クラッド
層１０６を成長させる。このｎ側クラッド層は、活性層
の下に設けられた下部クラッド層となる場合、超格子多
層膜で構成しなくても、単一膜、若しくは膜厚１００Å
以上の層を有する多層膜でもクラッド層を形成すること
ができる。

【０１０７】（ｎ側光ガイド層１０６） Ｓｉドープの
ＧａＮよりなる第３の層を膜厚１５Åで成長させ、続い
て、アンドープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる
第４の層を膜厚１５Åで成長させる。そして、この操作
をそれぞれ６０回繰り返して第３の層と第４の層とを交
互に積層し、総膜厚０．１８μｍの多層膜（超格子構
造）よりなるｎ側光ガイド層１０６を、ｎ側クラッド層
の上に、成長させる。

【０１０８】（第１の窒化物半導体１３１） 次に、Ｓ
ｉドープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ、膜厚５３０Å
よりなる第１の窒化物半導体層を、ｎ側光ガイド層の上
に形成する。

【０１０９】（活性層１０７） 図１０に示すように、
膜厚１３０ÅのアンドープのＧａＮよりなるｎ側障壁層
２ａ、膜厚２５ÅのアンドープのＩｎ_０．２５Ｇａ
_０．７５Ｎよりなる井戸層１ａ、膜厚１００Åのアンド
ープＧａＮよりなる障壁層２ｂ、その上に、井戸層１ａ
と同じ井戸層１ｂ、膜厚５３０ÅのアンドープＩｎ
_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなるｐ側障壁層２ｃを、障
壁層２ａ／井戸層１ａ／障壁層２ｂ／井戸層１ｂ／障壁
層２ｃの順に積層する。活性層１０７は、総膜厚約８１
０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となり、第１の窒化
物半導体層の上に形成される。また、ｎ側障壁層２ａと
第１の窒化物半導体層が接する場合には、第１の窒化物
半導体層がｎ側障壁層２ａを兼ねることができ、この場
合には、ｎ側障壁層２ａを省略でき、活性層に接する第
１の窒化物半導体層がｎ側障壁層２ａとしても機能す
る。

【０１１０】（ｐ側電子閉込め層１０８） 次に、同様
の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを
用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエ
ニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ
３ドープしたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなるｐ側電子閉込層
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。

【０１１１】（ｐ側光ガイド層１０９） Ｍｇドープの
ＧａＮよりなる第３の層を膜厚１５Åで成長させ、続い
て、アンドープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる
第４の層を膜厚５Åで成長させる。そして、この操作を
それぞれ９０回繰り返して第３の層と第４の層とを交互
に積層し、総膜厚０．１８μｍの多層膜（超格子構造）
よりなるｐ側光ガイド層１０９を、ｐ側電子閉込め層の
上に成長させる。この時、本発明の第２の窒化物半導体
層は、第３の層として形成される。

【０１１２】（ｐ側クラッド層１１０） アンドープの
Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなる第１の層を２５Åの膜
厚で成長させ、続いて、ＭｇをドープしたＡｌ_０．０５
Ｇａ_{０ ．９５}Ｎよりなる第２の層を２５Åの膜厚で成長
させる。そして、この操作をそれぞれ９０回繰り返して
第１の層と第２の層とを交互に積層し、総膜厚０．４５
μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｐ側クラッド層１
１０を、ｐ側光ガイド層の上に成長させる。

【０１１３】このように、ｎ側クラッド層２５、ｎ側光
ガイド層２７、第１の窒化物半導体層３１、活性層２
７、ｐ側電子閉込め層２８、ｐ側光ガイド層２９、ｐ側
クラッド層３０が、図１０に示すように積層された構造
となり、その時の各層におけるＩｎ組成、Ａｌ組成は、
４１、４２に示すような構造となる。また、この実施例
では、光ガイド層において、多層膜ｎ側光ガイド層を構
成する第４の層が、ｐ側光ガイド層の第４の層よりも膜
厚が厚く形成されており、すなわち、ｎ側光ガイド層の
Ｉｎ混晶比（平均組成）が、ｐ側光ガイド層に比べて大
きくした構造となっていることで、ｐ型層側にＩｎを含
む窒化物半導体層を設けることの結晶性悪化を低減した
構造となっている。また、Ｉｎ混晶比が、ｎ側光ガイド
層よりもｐ側光ガイド層を小さくする構成としては、膜
厚を小さくするほかに、多層膜を構成する第３，４の層
のＩｎ混晶比を小さくすることでも可能である。このよ
うにして得られるレーザ素子は、しきい値電流密度１．
９ｋＡ／ｃｍ²、波長４５３ｎｍ、室温での連続発振が
可能で、６０℃、５ｍＷの連続発振における素子寿命１
万時間に達する窒化物半導体レーザ素子が得られる。

【０１１４】［実施例６］実施例５において、ｎ側クラ
ッド層、ｐ側クラッド層の多層膜を構成する第１の層
を、アンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎとし、第２
の層を、それぞれＳｉ、ＭｇドープＧａＮとする他は、
実施例５と同様にしてレーザ素子を得る。

【０１１５】これら実施例１，５，６の素子構造におい
て、井戸層のＩｎ混晶比を変化させて、波長変化させた
場合における閾値電流変化を図１２に、実施例１を黒丸
●、実施例５を白抜き三角△、実施例６を白抜き四角□
で示す。図１２からわかるように、波長４４０ｎｍ以上
の長波長域において、実施例５、６が閾値電流が低減し
たレーザ素子が得られ、また、実施例５と６との比較に
おいて、実施例５が優れた特性のレーザ素子が得られる
ことがわかる。実施例１と、実施例５，６とでは、ｐ側
障壁層、ｎ側障壁層の膜厚が大きく異なり、両方の障壁
層とも２００Å以上、好ましくは、３００Å以上、更に
好ましくは４００Å以上とすることで、閾値電流の低減
傾向が観られ、特にｐ側障壁層、若しくはｐ側電子閉込
め層と活性層内で最もｐ型層側の井戸層１ｂとの距離を
大きくすること、すなわち、２００Å以上、好ましくは
３００Å以上、更に好ましくは４００Å以上とすること
で良好な長波長域での導波路構造が形成され、図１２に
示すような閾値電流特性となると考えられる。また、そ
の他の構成の違いとして、光ガイド層が、Ｉｎを含む窒
化物半導体層を有する多層膜構造を有することであり、
実施例５，６では、このことによる導波路内の屈折率向
上が図られ、素子特性向上につながったと考えられる。
また、実施例５と実施例６とでは、クラッド層のＡｌ混
晶比（平均組成）が異なる構造であり、クラッド層のＡ
ｌ混晶比（平均組成）を０．０５以上とすることで、長
波長域において、優れた導波路構造が形成されたことに
より特性向上が得られたと考えられ、この時クラッド層
のＡｌ混晶比（平均組成）の上限としては、結晶性を考
慮して、０．５以下とすることであり、多層膜のクラッ
ド層とする場合には、Ａｌを含む窒化物半導体層（第１
の層）と、第１の層よりＡｌ混晶比の小さいＡｌを含む
窒化物半導体層（第２の層）とが少なくとも交互に積層
された多層膜構造とすること、が好ましく、第１の層の
Ａｌ混晶比ｘ１は、第２の層のＡｌ混晶比ｘ２より大き
く、ｘ１＞ｘ２（ｘ２＞０）とすることが長波長域のレ
ーザ素子、端面発光素子において優れた素子特性が得ら
れることがわかる。また、実施例５において、発振波長
４６５，４７０における素子寿命は、実施例５と同等な
条件において、１万時間、３千時間に達するレーザ素子
が得られる。

【０１１６】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子は、長波長域
において、閾値電流を低く抑えたレーザ素子、および素
子特性に優れる端面発光素子が得られる。特に、図９に
示すように、ガイド層にＩｎを含む窒化物半導体を用い
た参考例の構造に比べて、本発明のように導波路内の構
造を非対称な構造とすることで、４４０ｎｍの長波長域
で優れた素子特性の窒化物半導体素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を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２０と、そ
の積層構造に対応するバンド構造２１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２０と、そ
の積層構造に対応するバンド構造２１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２０と、そ
の積層構造に対応するバンド構造２１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２０と、そ
の積層構造に対応するバンド構造２１を説明する模式
図。

【図９】本発明の一実施形態と参考例１の実施形態にお
ける閾値電流密度の波長依存性を示す図。

【図１０】本発明の一実施形態に係る積層構造２０と、
その積層構造に対応するバンド構造２１、Ａｌ組成比４
１、Ｉｎ組成比４２とを説明する模式図。

【図１１】本発明の一実施形態に係る図１０の積層構造
２０に対応する不純物濃度変化（５１，５２）を説明す
る模式図。

【図１２】本発明の各実施形態（実施例１，５，６）に
おける閾値電流の波長依存性を示す図。

【図１３】本発明の一実施形態に係るバンド構造（バイ
アス時）を説明する模式図。

【符号の簡単な説明】

１・・・井戸層、 ２（２ｂ）・・・障壁層、 ２
ａ・・・ｎ側障壁層、２ｃ・・・ｐ側障壁層、 ３・
・・内部障壁層 １１・・・ｎ側窒化物半導体層、
１２・・・活性層、 １３・・・ｐ側窒化物半導体
層、 ２０・・・積層構造、 １０１・・・基板
（ＧａＮ基板） １０２・・・バッファ層、 １０
３・・・ｎ側コンタクト層、 １０４・・・クラック
防止層、１０５，２５，２２５・・・ｎ側クラッド層
（下部クラッド層）、 １０６，２６，２２６・・・
ｎ側光ガイド層（下部光ガイド層）、 １０７，２
７，２２７・・・活性層、 １０８，２８，２２８・
・・ｐ側電子閉込め層、１０９，２９，２２９・・・ｐ
側光ガイド層（上部光ガイド層）、 １１０，３０，
２３０・・・ｐ側クラッド層（上部クラッド層）、
１１１・・・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、 １３１，
３１，２３１・・・第１の窒化物半導体層、 ３２，
２３２・・・第２の窒化物半導体層、 １６３・・・
第３の保護膜、 １６４・・・絶縁膜

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層を、ｐ型層とｎ側層とで挟みこむ
   構造を有し、ｐ型層がｐ側クラッド層を有し、ｎ側層が
   ｎ側クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前
   記活性層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、ｎ側クラッ
   ド層と活性層との間にＩｎ混晶比がｚ＞０である窒化物
   半導体からなる第１の窒化物半導体層を有し、ｐ側クラ
   ッド層と活性層との間にＩｎ混晶比ｕがｚ＞ｕである第
   ２の窒化物半導体層を有することを特徴とする窒化物半
   導体素子。
2. 【請求項２】 活性層を、ｐ型層とｎ側層とで挟みこむ
   構造を有し、ｐ型層がｐ側クラッド層を有し、ｎ側層が
   ｎ側クラッド層を有する窒化物半導体素子において、前
   記活性層がＩｎを含む窒化物半導体を有し、ｎ側クラッ
   ド層と活性層との間にＩｎを含む窒化物半導体からなる
   第１の窒化物半導体層を有し、ｐ側クラッド層と活性層
   との間にＩｎ混晶比が０である第２の窒化物半導体層を
   有することを特徴とする窒化物半導体素子。
3. 【請求項３】 前記活性層が、活性層内の障壁層の中
   で、最も前記ｎ側層側に配置されたｎ側障壁層（２ａ）
   と、最も前記ｐ型層側に配置されたｐ側障壁層（２ｃ）
   と、ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁層（２ｂ）との間に
   少なくとも１つのＩｎを含む窒化物半導体からなる井戸
   層を有すると共に、 前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物濃度が、ｎ側障壁
   層（２ａ）のｎ側不純物濃度より小さいことを特徴とす
   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ｐ型層が、活性層と第２の窒化物半導
   体層との間、若しくは活性層とｐ側クラッド層との間
   に、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｐ側電子閉込め層
   を有る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。
5. 【請求項５】 前記ｐ型層が、Ａｌを含む窒化物半導体
   からなるｐ側電子閉じ込め層を有し、該ｐ側電子閉込め
   層が、活性層に接して、若しくはバッファ層を介して接
   して設けられていることを特徴とする請求項１乃至４記
   載の窒化物半導体素子。
6. 【請求項６】 前記バッファ層が、ｐ側電子閉込め層よ
   りも低いＡｌ混晶比であるＡｌを含む窒化物半導体から
   なること、若しくはＧａＮであることを特徴とする請求
   項５記載の窒化物半導体素子。
7. 【請求項７】 前記活性層が、活性層内で最もｐ側電子
   閉込め層に近くに、前記ｎ側障壁層（２ａ）とｐ側障壁
   層（２ｂ）との間に設けられた井戸層（１ｂ）を有し、
   該井戸層（１ｂ）とｐ側障壁層との距離が１００Å以上
   であることを特徴とする請求項４乃至６記載の窒化物半
   導体素子。
8. 【請求項８】 前記ｎ側障壁層（２ａ）、及び／又は、
   ｐ側障壁層（２ｃ）が、活性層内で最も外側に配置され
   ていることを特徴とする請求項１乃至６記載の窒化物半
   導体素子。
9. 【請求項９】前記第１の窒化物半導体層が活性層に接し
   て設けられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれ
   かに記載の窒化物半導体素子。
10. 【請求項１０】 前記第１の窒化物半導体層の膜厚が３
    ００Å以上であることを特徴とする請求項１乃至９記載
    の窒化物半導体素子。
11. 【請求項１１】 前記井戸層（１ｂ）とｐ側障壁層（２
    ｃ）との距離が、４００Å以下であることを特徴とする
    請求項７乃至１０記載の窒化物半導体素子。
12. 【請求項１２】前記活性層内で最もｎ側層側に配置され
    た層としてｎ側障壁層（２ａ）を有し、該ｎ側障壁層
    （２ａ）と前記第１の窒化物半導体層との膜厚の和が、
    ３００Å以上であることを特徴とする請求項９乃至１１
    記載の窒化物半導体素子。
13. 【請求項１３】 前記第１の窒化物半導体層のＩｎ混晶
    比ｚと、前記ｎ側障壁層（２ａ）のＩｎ混晶比ｖとが、
    ｚ≦ｖであることを特徴とする請求項１乃至９記載の窒
    化物半導体素子。
14. 【請求項１４】 ｐ側障壁層（２ｃ）がｐ側不純物を有
    することを特徴とする請求項１乃至１０記載の窒化物半
    導体素子。
15. 【請求項１５】 前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物
    濃度が、ｐ側不純物濃度より小さいことを特徴とする請
    求項１乃至１４記載の窒化物半導体素子。
16. 【請求項１６】 前記ｐ側障壁層（２ｃ）のｎ側不純物
    濃度が、５×１０^{１ ６}／ｃｍ^３未満であることを特徴す
    る請求項１乃至１５記載の窒化物半導体素子。
17. 【請求項１７】 前記ｐ側クラッド層、ｎ側クラッド層
    が、光閉込めのクラッド層であり、Ａｌを含む窒化物半
    導体を有することを特徴とする請求項１乃至１３記載の
    窒化物半導体素子。
18. 【請求項１８】 前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体
    からなる井戸層を有する量子井戸構造を有し、前記第１
    の窒化物半導体層のＩｎ混晶比が井戸層のＩｎ混晶比よ
    り小さいことを特徴とする請求項１乃至１４記載の窒化
    物半導体素子。
19. 【請求項１９】 前記活性層と第１の窒化物半導体層と
    の間に、Ｉｎ混晶比が０である窒化物半導体からなるｎ
    側光ガイド層を有することを特徴とする請求項１乃至１
    ９記載の窒化物半導体素子。
20. 【請求項２０】 前記ｐ側クラッド層と、ｎ側クラッド
    層とが、光閉込めのクラッド層であり、前記ｐ側クラッ
    ド層と、ｎ側クラッド層との少なくとも一方は、少なく
    ともＡｌを含む窒化物半導体を有する第１の層と、第１
    の層とはバンドギャップエネルギーの異なる第２の層と
    が交互に積層された多層膜クラッド層であることを特徴
    とする請求項１７記載の窒化物半導体素子。
21. 【請求項２１】 前記ｐ側クラッド層、ｎ側クラッド層
    の少なくとも一方と、活性層との間に、光ガイド層を有
    し、該光ガイド層は、少なくともＩｎを含む窒化物半導
    体を有する第３の層と、第３の層とはバンドギャップエ
    ネルギーの異なる第４の層とが交互に積層された多層膜
    光ガイド層であることを特徴とする請求項１６又は１７
    記載の窒化物半導体素子。
22. 【請求項２２】 前記ｎ側層が、光ガイド層を有し、該
    ｎ側層の光ガイド層と活性層との間に、第１の窒化物半
    導体層を有することを特徴とする請求項２２記載の窒化
    物半導体素子。
23. 【請求項２３】 前記ｐ型層が、光ガイド層を有し、該
    ｐ型層の光ガイド層が、前記第２の窒化物半導体層を有
    することを特徴とする請求項２２又は２３記載の窒化物
    半導体素子。