JP2008140917A - 窒化物系半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光層の下地として良好な平坦性を有する窒化ガリウム系半導体層を提供可能な構造を有する窒化物系半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５は基板１３上に設けられ、例えばクラッド層である。発光層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５上に設けられ、また量子井戸構造２３を有する。ｐ型窒化ガリウム系半導体層１９は、発光層１７上に設けられている。平坦化層２１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５と発光層との間に設けられ、また窒化ガリウム系半導体領域からなる。窒化ガリウム系半導体領域もｎ型窒化ガリウム系半導体層と発光層との間に位置する。で表され、発光層１９の炭素濃度Ｎ_Ｃ１の炭素を含む。平坦化層の窒化ガリウム系半導体領域の平均炭素濃度Ｎ_Ｃ２は発光層１９の平均炭素濃度Ｎ_Ｃ１より大きい。平坦化層２１は、優れた平坦性の下地を発光層１７のために提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系半導体発光素子に関する。

特許文献１には、窒化物半導体発光素子が記載されている。窒化物半導体発光素子は、ＧａＮ基板とｎ型クラッド層との間に設けられたｐ型迷光制御平坦化層を含む。この窒化物半導体発光素子は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、Ｉｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎ／Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ量子井戸構造とを含む。ｐ型迷光制御平坦化層の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。膜厚が５ｎｍ以上であれば、ＧａＮ基板から漏れ出す光（自然放出光）を吸収する。また、ｐ型迷光制御平坦化層は、ＧａＮ基板の表面のスクラッチ等の研磨キズに起因する凹凸を低減するために設けられる。迷光制御平坦化層がアンドープでなくＭｇドーピングされたｐ型であることによって、Ｍｇの深いアクセプタレベルに起因する大きな吸収を示す。
特願平２００５−３５４１０７号公報

特許文献１では、迷光制御平坦化層が、ＧａＮ基板の表面のスクラッチ等を平坦化できることが記載されている。しかしながら、この迷光抑制平坦化層と活性層の間には比較的厚いｎ型窒化物系半導体層が設けられているので、この厚いｎ型型層を成長した後には再び平坦性が損なわれる可能性がある。故に、この平坦化層が活性層の近くに配置されることは、活性層の平坦化には有効である。しかしながら、迷光抑制平坦化層は、ＧａＮ基板に漏れる自然放出光を吸収するために設けられおり、このために深いアクセプタレベルにより光吸収を利用している。この深いアクセプタレベルにより、レーザ光のノイズが低減される。ところが、高い光吸収率を有する層を活性層の近くに配置すると、光の吸収が増加して、発光素子の光パワー損失が増加する。この損失増加は、発光素子が例えば半導体レーザであるときは、レーザ特性を悪化されることになる。一方、良好な平坦性を有する窒化ガリウム系半導体層上に発光層を形成できれば、優れた発光特性の発光素子を提供できる。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、発光層の下地として良好な平坦性を有する窒化ガリウム系半導体層を提供可能な構造を有する窒化物系半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、（ａ）基板の主面上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、（ｂ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上に設けられており量子井戸構造を有する発光層と、（ｃ）前記発光層上に設けられたｐ型窒化ガリウム系半導体層と、（ｄ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられた窒化ガリウム系半導体領域を含む平坦化層とを備え、前記平坦化層はフォトニック結晶構造を含み、前記発光層は、第１の炭素濃度の炭素を含み、前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域は、第２の炭素濃度の炭素を含み、前記第２の炭素濃度は前記第１の炭素濃度より大きい。

この窒化物系半導体発光素子によれば、平坦化層がフォトニック結晶構造を含むけれども、窒化ガリウム系半導体領域は比較的大きい第２の炭素濃度であるので、平坦化層は、優れた平坦性の下地を発光層のために提供できる。一方、発光層は、比較的小さい第１の炭素濃度であるので、優れた結晶品質を有する。この結果、優れた平坦性の窒化ガリウム系半導体領域上に、優れた結晶品質の量子井戸構造が形成される。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子は、（ａ）基板上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、（ｂ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上に設けられており量子井戸構造を有する発光層と、（ｃ）前記発光層上に設けられたｐ型窒化ガリウム系半導体層と、（ｄ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられた窒化ガリウム系半導体領域を含む平坦化層とを備え、前記発光層は、第１の炭素濃度の炭素を含み、前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域は、第２の炭素濃度の炭素を含み、前記第２の炭素濃度は前記第１の炭素濃度より大きい。

この窒化物系半導体発光素子によれば、窒化ガリウム系半導体領域は比較的大きい第２の炭素濃度であるので、平坦化層は、優れた平坦性の下地を発光層のために提供できる。一方、発光層は、比較的小さい第１の炭素濃度であるので、優れた結晶品質を有する。この結果、優れた平坦性の窒化ガリウム系半導体領域上に、優れた結晶品質の量子井戸構造が形成される。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域の膜厚は２０ｎｍ以上であることができる。膜厚が２０ｎｍ以上であれば、比較的大きい第２の炭素濃度の窒化ガリウム系半導体領域が良好な平坦性を示す。また、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域の膜厚は５００ｎｍ以下であることができる。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記第２の炭素濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３以上であることができる。この値であれば、炭素の作用により２次元成長が促進される。このため、窒化ガリウム系半導体領域の表面の平坦性は良好になる。また、本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記第２の炭素濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３以下であることができる。この値であれば、炭素添加による結晶性の劣化が許容される。また、窒化ガリウム系半導体領域の導電性の制御が容易である。さらに、窒化ガリウム系半導体領域の炭素により光吸収の影響が許容される。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記発光層と前記平坦化層との間隔は１５０ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲となるように別の層を設けることができ、平坦化層の表面の平坦性の利益を失うことなく、良好な結晶性の発光層が得られる。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記平坦化層は複数の埋設部を含み、前記複数の埋設部は、前記基板の前記主面に平行な基準面に沿って配列されると共に前記窒化ガリウム系半導体領域で覆われており、前記埋設部の屈折率は前記窒化ガリウム系半導体領域の屈折率と異なり、前記埋設部は空隙および絶縁体のいずれかであり、前記発光層の転位密度は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の転位密度以下であることができる。

この窒化物系半導体発光素子によれば、平坦化層により新たな転位が導入されることは無く、このため、発光層の転位密度がｎ型窒化ガリウム系半導体層の転位密度以下になる。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記平坦化層は複数の埋設部を含み、前記複数の埋設部は、前記基板の前記主面に平行な基準面に沿って配列されると共に前記窒化ガリウム系半導体領域で覆われており、前記埋設部の屈折率は前記窒化ガリウム系半導体領域の屈折率と異なり、前記埋設部は空隙および絶縁体のいずれかであり、前記発光層の転位密度は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の転位密度以下であり、前記埋設部の前記配列はフォトニック結晶を構成するように成されていることが好ましい。

窒化ガリウム系半導体領域で埋め込まれた埋設部の配列によって、フォトニック結晶構造が提供される。フォトニック結晶構造の埋設部の配列を有する窒化物系半導体発光素子でも、窒化ガリウム系半導体領域は発光層のために平坦な表面を提供できる。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域は、前記埋設部の側面を覆う第１の部分と、前記埋設部の上面および前記第１の部分を覆う第２の部分とを含むことができる。第１および第２の部分により、窒化ガリウム系半導体領域は、フォトニック結晶構造のための埋設部を埋め込んで、且つ平坦な表面を提供できる。

本発明に係る窒化物系半導体発光素子では、前記発光層は、前記平坦化層上にエピタキシャル成長されることが好ましい。この窒化物系半導体発光素子によれば、発光層は優れた平坦性の平坦化層上に直接に成長されるので、発光層は良好な発光特性を示す。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、発光層の下地として良好な平坦性を有する窒化ガリウム系半導体層を提供可能な構造を有する窒化物系半導体発光素子が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物系半導体発光素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を示す図面である。窒化物系半導体発光素子１１は、基板１３と、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５と、発光層１７と、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１９と、平坦化層２１とを備える。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５は基板１３上に設けられており、例えばクラッド層である。発光層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５上に設けられており、また量子井戸構造２３を有する。量子井戸構造２３は、井戸層２３ａおよび障壁層２３ｂを含んでおり、井戸層２３ａの間には障壁層２３ｂが設けられている。ｐ型窒化ガリウム系半導体層１９は、発光層１７上に設けられており、例えばクラッド層である。平坦化層２１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５と発光層との間に設けられている。また、窒化ガリウム系半導体領域もｎ型窒化ガリウム系半導体層と発光層との間に設けられている。本実施例では、平坦化層２１は窒化ガリウム系半導体領域からなる。発光層１９の平均炭素濃度は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ１で表され、発光層１９は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ１の炭素原子を含む。平坦化層においては、窒化ガリウム系半導体領域の平均炭素濃度は第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ２で表され、窒化ガリウム系半導体領域は第２の炭素濃度の炭素原子を含む。第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ２は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ１より大きい。

この窒化物系半導体発光素子１１によれば、窒化ガリウム系半導体領域の平均炭素濃度は、比較的大きい第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ２であるので、平坦化層２１は、優れた平坦性の下地を発光層１７のために提供できる。一方、発光層１７の平均炭素濃度は、比較的小さい第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ１であるので、優れた結晶品質を有する。この結果、優れた平坦性の窒化ガリウム系半導体領域上に、優れた結晶品質の量子井戸構造２３が形成される。

窒化物系半導体発光素子１１は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１９上に設けられたコンタクト層２５を含む。コンタクト層２５は、ｐ型窒化ガリウム系半導体からなる。コンタクト層２５上には、アノード電極２７が設けられている。また、基板１３は、サファイア基板、ＳｉＣ基板といった異種基板であることができる。しかしながら、基板１３として、ＧａＮ、ＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体基板を用いることができる。基板１３の主面１３ａ上にｎ型窒化ガリウム系半導体層１５が成長される。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５の第１の領域１５ａ上には、平坦化層２１、発光層１７、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１９、コンタクト層２５およびアノード電極２７が順に設けられている。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５の第２の領域１５ｂ上には、カソード電極２９が設けられている。

窒化物系半導体発光素子１１の一例として発光ダイオード（ＬＥＤ）は、
基板１３：サファイア基板
ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５：ｎ型ＧａＮ（Ｓｉドープ）、５μｍ
平坦化層２１：アンドープＧａＮ、４００ｎｍ、炭素濃度Ｎ_Ｃ２＝１×１０^１８ｃｍ^−３
発光層１７（量子井戸構造２３）平均炭素濃度Ｎ_Ｃ１＝５×１０^１６ｃｍ^−３以下
井戸層２３ａ：Ｉｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ、
障壁層２３ｂ：Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ
ｐ型窒化ガリウム系半導体層１９：Ａｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ（Ｍｇドープ）、２０ｎｍ
コンタクト層２５：ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）、５０ｎｍ
アノード電極２７：Ｎｉ／Ａｕ（オーミック）
カソード電極２９：Ｔｉ／Ａｌ（オーミック）
である。

（実験例１）
サファイア基板上にＬＥＤを以下のように作製した。結晶成長は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いることができる。サファイア基板をＭＯＶＰＥ炉に導入する。サファイア基板を摂氏１１００度の水素（Ｈ_２）雰囲気中で１０分間熱処理した。この熱処理は、基板表面のクリーニングのために行われる。引き続き、摂氏４７５度で低温バッファ層を成長する。この厚みは２５ｎｍである。この後に、摂氏１１５０度でｎ型ＧａＮ層を成長する。この厚みは５μｍである。ｎ型ＧａＮ上に、平坦化層のためのアンドープＧａＮ層を成長する。このアンドープＧａＮ層の炭素濃度は、約１×１０^１８ｃｍ^−３である。摂氏８００度で、発光層のために井戸層および障壁層を交互に成長した。発光層の平均炭素濃度は、５×１０^１６ｃｍ^−３以下であった。その後、摂氏１１００度の成長温度で電子ブロック層のためにｐ型Ａｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎを成長し、次いで、コンタクト層のためにｐ型ＧａＮ層を成長する。炭素濃度の評価は、例えば２次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry : SIMS）を用いて行った。このエピタキシャル基板を成長炉から取り出した後に、コンタクト層、電子ブロック層、発光層、アンドープＧａＮ層およびｎ型ＧａＮ層を順にドライエッチングして、ｎ型ＧａＮ層の一部に露出面を形成する。ｐ側電極としてＮｉ／Ａｕをコンタクト層上に蒸着すると共に、ｎ側電極としてＴｉ／Ａｌを露出面上に蒸着して、ＬＥＤ１を作製した。

参考のために、ｎ型ＧａＮ上の炭素濃度１×１０^１８ｃｍ^−３のアンドープＧａＮ層（平坦化層）に替えて、炭素濃度７×１０^１６ｃｍ^−３のアンドープＧａＮ層を成長して、別のエピタキシャル基板を準備した。この別のエピタキシャル基板を成長炉から取り出した後に、同様にｎ型ＧａＮ層の一部に露出面を形成すると共にｐ側電極およびｎ側電極を形成して、ＬＥＤ２を作製した。

ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の特性を評価した。ＬＥＤ１およびＬＥＤ２の発光波長は、共に、４００ｎｍ程度であり、ＬＥＤ１の発光出力は、ＬＥＤ２の発光出力の１．３倍である。これは、ＬＥＤ１の発光層の平坦性や界面急峻性に優れるためと考えられる。

様々な実験によれば、平坦化層の窒化ガリウム系半導体領域の膜厚は２０ｎｍ以上であることができる。膜厚が２０ｎｍ以上であれば、比較的大きい第２の炭素濃度の窒化ガリウム系半導体領域が良好な平坦性を示す。また、平坦化層の窒化ガリウム系半導体領域の膜厚は５００ｎｍ以下であることができる。膜厚が５００ｎｍ以下であれば、平坦化層が、ｐ型およびｎ型導電性を制御するための不純物源（例えばＳｉ、Ｍｇ等）を意図的に供給することなく成長されたアンドープ半導体である場合でも、素子抵抗の悪化を招くことはない。また、平坦化層の膜厚を５００ｎｍより厚くしても、平坦化層の上記効果の向上は望めない。

また、発光層と平坦化層の間隔は１５０ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲となるように別の層を設けることができ、平坦化層の表面の平坦性の利益を失うことなく、良好な結晶性の発光層が得られる。平坦化層上に直接に発光層を成長することが好ましい。

（実験例２）
サファイア基板を摂氏１１００度のＨ_２雰囲気中で１０分間クリーニングした。次いで、摂氏４７５度で低温ＧａＮ層を成長した。摂氏１１５０度で厚み１μｍのアンドープＧａＮ層を成長した。この後に、摂氏１１５０度の成長温度、１０ｋＰａの圧力で厚み５００ｎｍのアンドープＧａＮ層（平坦化層）を成長して、エピタキシャル基板Ｅ１を作製した。この結果、図２（ａ）に示されるように、このエピタキシャル基板Ｅ１では、低温ＧａＮバッファ層３３、アンドープＧａＮ層３５および平坦化層３７ａがサファイア基板３１上に順に成長される。この平坦化層３７（アンドープＧａＮ層）の炭素濃度は約１×１０^１８ｃｍ^−３であった。図２（ｂ）は、エピタキシャル基板Ｅ１の平坦化層表面のノマルスキー顕微鏡写真を示す図面である。

摂氏１１５０度で厚み１μｍのアンドープＧａＮ層を成長した後に、摂氏１１５０度の成長温度、９０ｋＰａの圧力で厚み５００ｎｍのアンドープＧａＮ層を成長して、エピタキシャル基板Ｅ２を作製した。この結果、図３（ａ）に示されるように、このエピタキシャル基板Ｅ２では、低温ＧａＮバッファ層３３、アンドープＧａＮ層３５およびアンドープＧａＮ層３７ｂがサファイア基板３１上に順に成長される。最上層のアンドープＧａＮ層の炭素濃度は約７×１０^１６ｃｍ^−３であった。図３（ｂ）は、エピタキシャル基板Ｅ２の最上層表面のノマルスキー顕微鏡写真を示す図面である。

図２（ｂ）に示された平坦化層表面（ＧａＮ表面）のモフォロジーを図３（ｂ）に示されたＧａＮ表面のモフォロジーと比較すると、平坦化層３７の表面が非常に平坦であるが理解される。膜中の炭素濃度を増加させることによって、表面モフォロジーが優れたものになる。成長雰囲気中の炭素分圧の増加によって、二次元成長が促進されたためと考えられる。このような平坦な下地半導体領域上に発光層を成長することで、発光層の平坦性や界面急峻性が向上し、発光効率を高めることができる。

様々な実験によれば、平坦化層３７ａの炭素濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３以上であることができる。この値であれば、炭素の作用により２次元成長が促進される。このため、平坦化層３７ａの表面の平坦性は良好になる。また、平坦化層３７ａの炭素濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３以下であることができる。この値であれば、炭素による結晶性の劣化が許容される。また、平坦化層３７ａの窒化ガリウム系半導体領域の導電性の制御が容易である。さらに、平坦化層３７ａの窒化ガリウム系半導体領域の炭素により光吸収の影響が許容される。

この実験例２では、圧力によって炭素（Ｃ）濃度を変化させたが、ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_３等の炭化水素などの添加物源を成長中に加えることによって膜中のＣ濃度を制御することもできる。

（第２の実施の形態）
図４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を示す図面である。窒化物系半導体発光素子１１ａは、基板１３と、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５と、発光層４１と、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１７と、平坦化層４３とを備える。発光層４１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５上に設けられており、量子井戸構造４５を有する。量子井戸構造４５は、井戸層４５ａおよび障壁層４５ｂを含んでおり、井戸層４５ａの間には障壁層４５ｂが設けられている。発光層上４１には、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１７が設けられている。平坦化層４３は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５と発光層４１との間に設けられており、また窒化ガリウム系半導体領域４７を含む。窒化ガリウム系半導体領域４７も、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５と発光層４１との間に設けられている。平坦化層４３はフォトニック結晶構造を含む。フォトニック結晶構造は一次元または二次元の周期的な屈折率分布を有する回折格子を含み、その構造に起因したフォトニックバンドギャップによって一次元方向あるいは二次元面内に渡って対応するエネルギーの光の伝播を禁止することができる微細構造である。発光層４１の平均炭素濃度は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３で表され、発光層４１は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３の炭素を含む。平坦化層４３においては、窒化ガリウム系半導体領域４７の平均炭素濃度は第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ４で表され、窒化ガリウム系半導体領域４７は第２の炭素濃度の炭素を含む。第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ４は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３より大きい。

この窒化物系半導体発光素子１１ａによれば、平坦化層４３がフォトニック結晶構造を含むけれども、窒化ガリウム系半導体領域４７は比較的大きい第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ４であるので、平坦化層４３は、優れた平坦性の下地を発光層４１のために提供できる。一方、発光層４１は、比較的小さい第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３であるので、優れた結晶品質を有する。この結果、優れた平坦性の窒化ガリウム系半導体領域４７上に、優れた結晶品質の量子井戸構造４５が形成される。

なお、本実施例では、平坦化層４３は、窒化ガリウム系半導体領域４７と、埋設物４９ａの二次元配列４９とを含む。埋設物４９ａの屈折率は、窒化ガリウム系半導体領域４７の屈折率と異なり、また二次元配列４９は、複数の埋設物４９ａが二次元回折格子を形成するように配置されてなる。埋設物４９ａとしては、窒化ガリウム系半導体領域４７内に設けられた空隙であることができる。空隙は、例えばドライエッチングに作製される。或いは、埋設物４９ａとしては、窒化ガリウム系半導体領域４７内に設けられた絶縁物であることができる。絶縁物の材料としては、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物等を用いることができる。平坦化層４３がフォトニック結晶を構成するように、埋設物４９ａが二次元に配列されている。

窒化物系半導体発光素子１１ａの一例として発光ダイオード（ＬＥＤ）は、
基板１３：サファイア基板
ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５：ｎ型ＧａＮ（Ｓｉドープ）、５μｍ
平坦化層４１
窒化ガリウム系半導体領域４７：アンドープＧａＮ、４００ｎｍ、炭素濃度Ｎ_Ｃ４＝１×１０^１８ｃｍ^−３
埋設物４９ａ：ＳｉＯ_２柱
発光層４３（量子井戸構造４５）平均炭素濃度Ｎ_Ｃ３＝５×１０^１６ｃｍ^−３以下
井戸層４５ａ：Ｉｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ、
障壁層４５ｂ：Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ
ｐ型窒化ガリウム系半導体層１９：Ａｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ（Ｍｇドープ）、２０ｎｍ
コンタクト層２５：ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）、５０ｎｍ
アノード電極２７：Ｎｉ／Ａｕ（オーミック）
カソード電極２９：Ｔｉ／Ａｌ（オーミック）
である。

（実験例３）
発光ダイオードを作製する。この発光ダイオードは平坦化層を有しており、平坦化層は、アンドープＧａＮ層で埋め込まれた複数の絶縁物柱を含む。これらの絶縁物柱は、アレイ状に配置されている。絶縁物柱は、例えば、窒化ガリウムの屈折率と大きく異なる屈折率のシリコン酸化物からなる。

まず、サファイア基板を摂氏１１００度のＨ_２雰囲気中で１０分間クリーニングした。摂氏４７５度で低温ＧａＮ層を成長した。低温ＧａＮ層の厚さは、例えば２５ｎｍである。次いで、厚み５μｍのｎ型ＧａＮ層を摂氏１１５０度で成長した。

この成長の後に、結晶成長炉からエピタキシャル基板を取り出し、ｎ型ＧａＮ層上に絶縁物柱のアレイを形成する。このために、まず、このエピタキシャル基板のｎ型ＧａＮ層の主面上にシリコン酸化膜を堆積する。電子ビーム露光によるフォトリソグラフィおよびエッチングを用いて行って、複数の方向に同一の周期で配列されたシリコン酸化物柱を作製する。一例のアレイは、高さ４０ｎｍのＳｉＯ_２柱を含み、またこれらのＳｉＯ_２柱は、一辺５００ｎｍの正三角形格子を形成するように配置されている。これらのＳｉＯ_２柱の底面の総面積は、ｎ型ＧａＮ層の主面全体の５０％の割合であることが好ましい。

このアレイの形成後に、アレイを埋め込んで平坦な表面を有する窒化ガリウム系半導体層をＭＯＶＰＥ炉を用いて成長する。絶縁物柱のアレイは、摂氏１１５０度の成長温度、１０ｋＰａの圧力で厚み５００ｎｍのアンドープＧａＮ層（平坦化層）を成長してエピタキシャル基板Ｅ２を作製した。このアンドープＧａＮ層の炭素濃度は、１×１０^１８ｃｍ^−３であった。

引き続き、発光層を形成する。発光層は、井戸層（例えばＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ）および障壁層（例えばＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ）を含む３周期の量子井戸構造を有し、これらの平均炭素濃度はＮ_Ｃ１＝５×１０^１６ｃｍ^−３以下である。発光層の成長温度は、例えば、摂氏８００度である。

次いで、成長温度を摂氏１１００度に上昇させて電子ブロック層およびｐ型コンタクト層を成長する。電子ブロック層は例えばｐ型Ａｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎであり、コンタクト層は例えばｐ型ＧａＮである。

成長炉からエピタキシャル基板を取り出した後に、ｐ電極のためにＮｉ／Ａｕをｐ型コンタクト層上に蒸着すると共に、ｎ電極のためにＴｉ／Ａｌを蒸着する。ｎ電極を形成するに先立って、このエピタキシャル基板の一部をエッチングしてｎ型ＧａＮ層の一部を露出させる。この露出面上にｎ電極を形成する。これらの工程を経て作製されたＬＥＤ（以下、ＬＥＤ３として参照する）の特性の評価を行った。ＬＥＤ３の発光波長は、約４００ｎｍ程度であり、ＬＥＤ３の発光出力は、ＬＥＤ１の発光出力の１．３倍である。これは、絶縁体柱を所望の炭素濃度範囲の窒化ガリウムで埋め込んで平坦化層を形成することによって、発光層の転位密度が低減したためにと考えられる。また、平坦化層の窒化ガリウム中の炭素濃度を増加させることによって、その表面モフォロジーが優れたものになる。この理由として、成長雰囲気中の炭素分圧の増加によって二次元成長が促進されたからと考えられる。このような平坦な下地半導体領域上に発光層を成長することで、発光層の平坦性や界面急峻性が向上し、発光効率を高めることができる。

（第３の実施の形態）
図５は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を示す図面である。窒化物系半導体発光素子１１ｂでは、発光層５１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５５上に設けられており、量子井戸構造６１を有する。量子井戸構造６１は、井戸層６１ａおよび障壁層６１ｂを含んでいる。発光層上５１には、ｐ型窒化ガリウム系半導体層５９が設けられている。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５９は、例えば電子ブロック層として働く。平坦化層５９は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５５と発光層５１との間に設けられており、また窒化ガリウム系半導体領域６３を含む。窒化ガリウム系半導体領域６３も、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５５と発光層５１との間に設けられている。平坦化層５７はフォトニック結晶構造を含む。フォトニック結晶構造は二次元回折格子を含む。発光層５１の平均炭素濃度は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３で表され、発光層５１は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３の炭素原子を含む。平坦化層５７においては、窒化ガリウム系半導体領域６３の平均炭素濃度は第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ４で表され、窒化ガリウム系半導体領域６３は第２の炭素濃度の炭素原子を含む。第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ４は第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３より大きい。III族窒化物系基板５３上には、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５５、平坦化層５７、発光層５１、およびｐ型窒化ガリウム系半導体層５９が順に設けられている。

この窒化物系半導体発光素子１１ｂによれば、平坦化層５７がフォトニック結晶構造を含むけれども、窒化ガリウム系半導体領域６３は比較的大きい第２の炭素濃度Ｎ_Ｃ４であるので、平坦化層５７は、優れた平坦性の下地を発光層５１のために提供できる。一方、発光層５１は、比較的小さい第１の炭素濃度Ｎ_Ｃ３であるので、優れた結晶品質を有する。この結果、優れた平坦性の窒化ガリウム系半導体領域６３上に、優れた結晶品質の量子井戸構造６１が形成される。

本実施例では、平坦化層５７は、窒化ガリウム系半導体領域６３と、埋設物４９ａの二次元配列４９とを含む。平坦化層５７がフォトニック結晶を構成するように、埋設物４９ａが二次元に配列されている。

窒化物系半導体発光素子１１ｂは、基板５３の主面５３ａとｎ型窒化ガリウム系半導体層５５との間に設けられたバッファ層６５を含む。ｐ型窒化ガリウム系半導体層５９上には光ガイド層６７が設けられており、また光ガイド層６７上にはｐ型クラッド層６９が設けられており、さらにｐ型クラッド層６９上にはｐ型コンタクト層７１が設けられている。ｎ型窒化ガリウム系半導体層５５はｎ型クラッド層として働く。基板５３の裏面５３ｂには、カソード電極７３が設けられ、ｐ型コンタクト層７１上には、アノード電極７５が設けられている。

窒化物系半導体発光素子１１ｂの一例として半導体レーザ（ＬＤ）は、
基板５３：ＧａＮ基板
ｎ型窒化ガリウム系半導体層６５（ｎ型バッファ層）：ｎ型ＧａＮ（Ｓｉドープ）、２μｍ
ｎ型窒化ガリウム系半導体層５５（ｎ型クラッド層）：ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ（Ｓｉドープ）、６００ｎｍ
平坦化層５７
窒化ガリウム系半導体領域６３：アンドープＧａＮ、２００ｎｍ、炭素濃度Ｎ_Ｃ４＝１×１０^１８ｃｍ^−３
埋設物４９ａ：ＳｉＯ_２柱
発光層５１（量子井戸構造６１）平均炭素濃度Ｎ_Ｃ３＝５×１０^１６ｃｍ^−３以下
井戸層６１ａ：Ｉｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ、
障壁層６１ｂ：Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ
ｐ型窒化ガリウム系半導体層５９（電子ブロック層）：Ａｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ（Ｍｇドープ）、２０ｎｍ
ｐ型窒化ガリウム系半導体層６７（光ガイド層）：ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）、１００ｎｍ
ｐ型窒化ガリウム系半導体層６９（ｐ型クラッド層）：Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ（Ｍｇドープ）、４００ｎｍ
コンタクト層７１：ｐ型ＧａＮ（Ｍｇドープ）、５０ｎｍ
カソード電極７３：Ｔｉ／Ａｌ（オーミック）
アノード電極７５：Ｎｉ／Ａｕ（オーミック）
である。

（実験例４）
埋設物柱（例えばＳｉＯ_２柱）がフォトニック結晶として働くように作製されると、ＧａＮ基板を用いた面発光レーザが得られる。窒化ガリウム系半導体面発光レーザは平坦化層を有しており、平坦化層は、アンドープＧａＮ層で埋め込まれた複数の絶縁物柱を含む。これらの絶縁物柱は、アレイ状に配置されている。絶縁物柱は、窒化ガリウムの屈折率と大きく異なる屈折率の材料、例えば、シリコン酸化物からなる。

まず、ＭＯＶＰＥ炉において、ＧａＮ基板（貫通転位密度：１×１０^６ｃｍ^−２以下）をアンモニアおよび水素（ＮＨ_３＋Ｈ_２）を含む雰囲気中で、摂氏１０５０度、１０分間の熱処理を行う。この前処理(サーマルクリーニング)の後に、摂氏１１５０度でＳｉドープｎ⁻型ＧａＮ膜を成長する。ＧａＮ膜の厚さは、例えば２マイクロメートルである。次いで、摂氏１１５０度でＳｉドープｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ膜を成長する。ＡｌＧａＮ膜の厚さは、例えば６００ｎｍである。この後に、成長炉から取り出し、電子ビーム露光を用いたフォトリソグラフィおよびエッチングにより、上記の実験例と同じようにｎ型クラッド層上に絶縁物柱のアレイを形成する。アレイの絶縁物柱は、複数の方向に同一の周期で配列されたシリコン酸化物柱である。一例のアレイは、高さ４０ｎｍのＳｉＯ_２柱を含み、またこれらのＳｉＯ_２柱は、一辺１５９ｎｍの正三角形格子を形成するように配置されている。このアレイＳｉＯ_２柱の占める面積は、ｎ型ＧａＮ層の主面全体の２０％である。この実施例では、三角格子が用いられるが、三角格子の替えて例えば正方格子および六角格子を用いることができる。また、ＳｉＯ_２柱に替えて、ＳｉＮ柱やＡｌ_２Ｏ_３柱を用いることができる。

アレイを形成した後に、ＧａＮウエハを成長炉に戻し、摂氏１１５０度でアンドープＧａＮを成長してＳｉＯ_２柱を埋め込む。ここで成長圧力として、活性層の成長圧力より小さい、例えば１０ｋＰａを用いることによって、アンドープＧａＮの炭素濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３に制御された。次いで、摂氏８００度の成長温度でＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる発光層を成長した。井戸層は３ｎｍ厚のＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなり、また障壁層は１５ｎｍ厚のＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなる。井戸層の数は３である。発光層の平均炭素濃度はＮ_Ｃ１＝５×１０^１６ｃｍ^−３以下である。

次いで、摂氏１１００度の成長温度で、電子ブロックＡｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ層、ｐ型光ガイドＧａＮ層、ｐ型クラッドＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ層およびｐ型コンタクトＧａＮ層を成長する。成長炉からエピタキシャル基板を取り出した後に、ｐ電極のためにＮｉ／Ａｕをｐ型コンタクト層上に蒸着すると共に、ｎ電極のためにＴｉ／Ａｌを蒸着する。

これらの工程を経て作製された、面発光レーザダイオード（以下、ＬＤ１として参照する）の特性の評価を行った。ＬＤ１のレーザ発振波長は、４０２ｎｍであった。レーザ発振が得られたのは、絶縁物柱を所望の炭素濃度範囲の窒化ガリウムで埋め込んで平坦化層を形成することによって、炭素不純物による光損失増大を抑制しながらフォトニック結晶として作用するアレイＳｉＯ_２柱と発光層の距離を短くできたためと考えられる。

（実験例５）
図６（ａ）に示されるように、実験例４と同じように、ＭＯＶＰＥ炉において２枚のＧａＮ基板８１をアンモニアおよび水素（ＮＨ_３＋Ｈ_２）を含む雰囲気中で、摂氏１０５０度、１０分間のサーマルクリーニングを行う。摂氏１１５０度でＳｉドープｎ⁻型ＧａＮ膜８３を成長する。ＧａＮ膜８３の厚さは、例えば２マイクロメートルである。次いで、成長炉から取り出すと共に絶縁膜を成長した後に、電子ビーム露光を用いたフォトリソグラフィおよびエッチングにより、上記の実験例と同じように、各ｎ型ＧａＮ膜８３上に絶縁物柱のアレイ８５を形成する。アレイの絶縁物柱８５ａは、複数の方向に同一の周期で配列されたシリコン酸化物柱である。一例のアレイは、高さ４０ｎｍのＳｉＯ_２柱を含み、またこれらのＳｉＯ_２柱は、一辺３５２ｎｍの正三角形格子を形成するように配置されている。

アレイ８５を形成した後に、一方のＧａＮウエハを成長炉に戻し、摂氏１１５０度でアンドープＧａＮを成長してＳｉＯ_２柱を埋め込む。ここで成長圧力として１０ｋＰａを用いることによって、アンドープＧａＮ８９の炭素濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３に制御された。また、参考のために、他方のＧａＮウエハを成長炉に戻し、１×１０^１６ｃｍ^−３の炭素濃度に制御されたアンドープＧａＮ９１を成長してＳｉＯ_２柱を埋め込む。

引き続き、炭素濃度１×１０^１８ｃｍ^−３に制御されたアンドープＧａＮ８９上、および１×１０^１６ｃｍ^−３の炭素濃度に制御されたアンドープＧａＮ９１上に、それぞれ、量子井戸構造を成長する。摂氏８００度の成長温度でＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる発光層９３、９５を成長した。井戸層は３ｎｍ厚のＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなり、また障壁層は１５ｎｍ厚のＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなる。井戸層の数は３である。発光層９３、９５の平均炭素濃度はＮ_Ｃ１＝５×１０^１６ｃｍ^−３以下である。図６（ｄ）および図６（ｅ）に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ５、Ｅ６を形成する。

図７は、図６（ｃ）に示されるようにアレイのＳｉＯ_２柱がちょうど埋め込まれる厚さのアンドープＧａＮ８７を成長したサンプルの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により像を示す図面である。図面において、黒く見える部分には、ＧａＮ８７に穴が空いており、この部分にＳｉＯ_２柱が存在する。図７を参照すると、ＳｉＯ_２柱のアレイが三角形格子に配列している様子が分かる。三角形格子に配列されたＳｉＯ_２柱のいくつかが見えないが、ＳｉＯ_２柱の上にＧａＮ膜８７が成長されているので、ＳｉＯ_２柱の先端がＧａＮ膜８７で覆われている。

ＧａＮ膜８７が所望の範囲内の炭素濃度を有するので、ＳｉＯ_２柱に起因して欠陥発生なく埋め込みできる。しかしながら、所望の範囲外の炭素濃度のＧａＮ膜でＳｉＯ_２柱のアレイを埋め込むとＧａＮ膜が合体する箇所で新たな欠陥が発生する。

図８は、エピタキシャル基板Ｅ５の表面をＡＦＭ顕微鏡の像を示す。この像は、新たな欠陥の発生がないことを示している。したがって、発光層９３（ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ）中の転位密度はｎ−ＧａＮの転位密度以下となる。それに加えて、ｎ−ＧａＮ中に存在する転位の一部が、絶縁物によって伝播を阻止されていることができる。

転位伝播を阻止するためには、絶縁柱が全体に占める割合は、ＧａＮ膜８３の表面の１０％以上が望ましい。上記割合が１０％以下であると、転位の存在する箇所を絶縁柱が覆う割合が小さく、十分な転位低減効果が得られないと考えられる。また、良好な再成長を行うためには、この割合は６０％以下が望ましい。上記割合が６０％以上であると、再成長する面積が小さく原料ガスが十分に行き届かないため、正常な成長が難しくなるからである。

このように埋め込み成長によって欠陥が発生しないメカニズムを以下のように推測される。

図９（ａ）を参照すると、窒化ガリウム系半導体領域９７上に絶縁物９９ａが設けられており、窒化ガリウム系半導体結晶１０１ａの堆積により絶縁物９９ａがその周回から埋め込まれつつある。絶縁物９９ａのサイズＳ１は、数マイクロメートル程度である。このようなサイズの絶縁物９９ａを用いて埋め込み成長を行うと、図９（ｂ）に示されるように、絶縁物９９ａの周囲から結晶１０１ａが成長するにつれて、結晶１０１ａが合体するまでに結晶方位が若干ずれると推測される。このため、結晶１０１ｂが合体した後に新たな転位ＤＩＳが発生する。

図９（ｃ）を参照すると、窒化ガリウム系半導体領域９７上に絶縁物９９ｂが設けられており、窒化ガリウム系半導体結晶１０３ａの堆積により絶縁物９９ｂがその周回から埋め込まれつつある。絶縁物９９ｂのサイズＳ２は、数マイクロメートルよりも小さい。このようなサイズの絶縁物９９ｂを用いて埋め込み成長を行うと、図９（ｄ）に示されるように、絶縁物９９ｂが非常に微細であるために、絶縁物９９ａの周囲から結晶１０１ａが成長しても、合体前の結晶方位がずれることない。このため、欠陥の発生なく埋め込み成長が進行して、低転位の結晶１０３ｂが得られる。欠陥の発生なく埋め込みを行うためには絶縁物のピッチは１マイクロメートル以下が望ましい。また、良好な再成長を行うためには、絶縁物のピッチは１４０ｎｍ以上が望ましい。例えば、絶縁物９９ｂのサイズは３００ｎｍ以下であることが好ましく、また絶縁物９９ｂのサイズは８０ｎｍ以上であることが好ましい。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。例えば、平坦化層のための窒化ガリウム系半導体領域は、必要に応じて、アンドープ半導体、ｐ型ドーパントを添加した半導体、ｎ型ドーパントを添加した半導体を用いることができる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を示す図面である。 図２（ａ）は、炭素濃度１×１０^１８ｃｍ^−３である平坦化層（アンドープＧａＮ層）がサファイア基板上に成長されたエピタキシャル基板を示す図面である。図２（ｂ）は、エピタキシャル基板Ｅ１の平坦化層表面のノマルスキー顕微鏡写真を示す図面である。 図３（ａ）は、炭素濃度７×１０^１６ｃｍ^−３である平坦化層（アンドープＧａＮ層）がサファイア基板上に成長されたエピタキシャル基板を示す図面である。図３（ｂ）は、エピタキシャル基板Ｅ２の平坦化層表面のノマルスキー顕微鏡写真を示す図面である。 図４は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を示す図面である。 図５は、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子を示す図面である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）は、絶縁物柱のアレイを埋め込むための一連の工程を示す図面である。 図７は、図６（ｃ）に示されるようにアレイのＳｉＯ_２柱がちょうど埋め込まれる厚さのアンドープＧａＮを成長したサンプルの原子間力顕微鏡により像を示す図面である。 図８は、エピタキシャル基板Ｅ５の表面をＡＦＭ顕微鏡の像を示す図面である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、窒化ガリウム系半導体領域上に設けられた大きな絶縁物を窒化ガリウム系半導体結晶で埋め込む際の結晶成長を模式的に示す図面である。図９（ｃ）および図９（ｄ）は、窒化ガリウム系半導体領域上に設けられた小さな絶縁物を窒化ガリウム系半導体結晶で埋め込む際の結晶成長を模式的に示す図面である。

符号の説明

１１、１１ａ、１１ｂ…窒化物系半導体発光素子、１３…基板、１５…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、２１…平坦化層、１７…発光層、１９…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、２３…量子井戸構造、２３ａ…井戸層、２３ｂ…障壁層、Ｎ_Ｃ１〜Ｎ_Ｃ４…平均炭素濃度、２５…コンタクト層、２７…アノード電極、２９…カソード電極、４１…平坦化層、４７…窒化ガリウム系半導体領域、４９ａ…埋設物、４３…発光層、４５…量子井戸構造、４５ａ…井戸層、４５ｂ…障壁層、５１…発光層、５３…基板、５５…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、５７…平坦化層、５９…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、６１…量子井戸構造、６１ａ…井戸層、６１ｂ…障壁層、６３…窒化ガリウム系半導体領域、６５…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、６７…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、６９…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、７１…コンタクト層、７３…カソード電極、７５…アノード電極

Claims (10)

1. 基板の主面上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上に設けられており量子井戸構造を有する発光層と、
   前記発光層上に設けられたｐ型窒化ガリウム系半導体層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられた窒化ガリウム系半導体領域を含む平坦化層と
   を備え、
   前記平坦化層はフォトニック結晶構造を含み、
   前記発光層は、第１の炭素濃度の炭素を含み、
   前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域は、第２の炭素濃度の炭素を含み、
   前記第２の炭素濃度は前記第１の炭素濃度より大きい、ことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
2. 基板上に設けられたｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層上に設けられており量子井戸構造を有する発光層と、
   前記発光層上に設けられたｐ型窒化ガリウム系半導体層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられた窒化ガリウム系半導体領域を含む平坦化層と
   を備え、
   前記発光層は、第１の炭素濃度の炭素を含み、
   前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域は、第２の炭素濃度の炭素を含み、
   前記第２の炭素濃度は前記第１の炭素濃度より大きい、ことを特徴とする窒化物系半導体発光素子。
3. 前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域の膜厚は２０ｎｍ以上であり、
   前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域の膜厚は５００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項２に記載された窒化物系半導体発光素子。
4. 前記第２の炭素濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
5. 前記第２の炭素濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
6. 前記発光層と前記平坦化層との間隔は１５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
7. 前記平坦化層は複数の埋設部を含み、
   前記複数の埋設部は、前記基板の前記主面に平行な基準面に沿って配列されると共に前記窒化ガリウム系半導体領域で覆われており、
   前記埋設部の屈折率は前記窒化ガリウム系半導体領域の屈折率と異なり、
   前記埋設部は空隙および絶縁体のいずれかであり、
   前記発光層の転位密度は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の転位密度以下である、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。
8. 前記平坦化層は複数の埋設部を含み、
   前記埋設部の前記配列はフォトニック結晶を構成し、
   前記複数の埋設部は、前記基板の前記主面に平行な基準面に沿って配列されると共に前記窒化ガリウム系半導体領域で覆われており、
   前記埋設部の前記配列はフォトニック結晶を構成し、
   前記埋設部の屈折率は前記窒化ガリウム系半導体領域の屈折率と異なり、
   前記埋設部は空隙および絶縁体のいずれかであり、
   前記発光層の転位密度は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の転位密度以下である、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化物系半導体発光素子。
9. 前記平坦化層の前記窒化ガリウム系半導体領域は、前記埋設部の側面を覆う第１の部分と、前記埋設部の上面および前記第１の部分の表面を覆う第２の部分とを含む、ことを特徴とする請求項８に記載された窒化物系半導体発光素子。
10. 前記発光層は、前記平坦化層上にエピタキシャル成長される、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された窒化物系半導体発光素子。