JP2009027201A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

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

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）、あるいは
スーパルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の発光素子、太陽電池、光センサ
ー等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに使
用される窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）を用いた素子に関する。なお、本明細書において使用する一般式Ｉｎ_ＸＧａ
_１−ＸＮ、Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ等は単に窒化物半導体層の組成式を示すものであ
って、異なる層が例えば同一の組成式で示されていても、それらの層のX値、Y値
が一致していることを示すものではない。

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

また、本出願人は、最近この材料を用いてパルス電流下、室温での４１０ｎｍ
のレーザ発振を世界で初めて発表した{例えば、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L74、
Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L217等}。このレーザ素子は、ＩｎＧａＮよりなる井
戸層を用いた多重量子井戸構造の活性層を有するダブルへテロ構造を有し、パル
ス幅２μｓ、パルス周期２ｍｓの条件で、閾値電流６１０ｍＡ、閾値電流密度８
．７ｋＡ／cm^２、４１０ｎｍの発振を示す。さらに、我々は改良したレーザ素子
をAppl.Phys.Lett.69(1996)1477において発表した。このレーザ素子は、ｐ型窒
化物半導体層の一部にリッジストライプが形成された構造を有しており、パルス
幅１μｓ、パルス周期１ｍｓ、デューティー比０．１％で、閾値電流１８７ｍＡ
、閾値電流密度３ｋＡ／cm^２、４１０ｎｍの発振を示す。そして、さらに我々は
室温での連続発振にも初めて成功し、発表した。{例えば、日経エレクトロニク
ス 1996年12月2日号 技術速報、Appl.Phys.Lett.69(1996)3034、Appl.Phys.Lett
.69(1996)4056 等}、このレーザ素子は２０℃において、閾値電流密度３．６ｋ
Ａ／cm^２、閾値電圧５．５Ｖ、１．５ｍＷ出力において、２７時間の連続発振を
示す。

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

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

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

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

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

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

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

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

具体的には、第１、第３の窒化物半導体素子において、バンドギャップエネル
ギーの大きい第１の窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、第１の
窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０^１７／cm^３〜１×１０^２０／cm^３の
範囲にあり、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が、第１の窒化物半導体層
より小さくかつ１×１０^１９／cm^３以下に設定することが好ましい。なおバンド
ギャップエネルギーが小さい第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度は、１×１
０^１８／cm^３以下であることがより好ましく、１×１０^１７／cm^３以下であるこ
とがより好ましい。すなわち、第２の窒化物半導体層の移動度を高くする観点か
らは、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度は小さければ小さいほどよく、第
２の窒化物半導体層をアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）層、即ち不純物を意図的にド
ープしない状態が最も望ましい。

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

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

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

また、第１及び第３の窒化物半導体素子では、超格子層において、前記第１の
窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で形成し、前記第２の窒化
物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）で形成することもでき
る。

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

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

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

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

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

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

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

また、第２及び第３の窒化物半導体素子において、前記第３の窒化物半導体層
はＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で形成し、前記第４の窒化物半導体層はＡ
ｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）で形成してもよい。

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

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

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

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

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

第３の窒化物半導体素子では、前記ｎ側歪み超格子層において、前記第１の窒
化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１）で形成し、前記第２の窒化物
半導体層はＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦X＜１）で形成しかつ、
前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−
ＹＮ（０＜Y＜１）で形成し、前記第４の窒化物半導体層はＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ
（０≦X＜１）で形成することができる。
さらに、前記第２と第４の窒化物半導体素子がそれぞれ、ＧａＮからなること
が好ましい。

第３の窒化物半導体素子では、前記ｎ側歪み超格子層において、前記第１の窒
化物半導体層はＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で形成し、前記第２の窒化物
半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）で形成し、
前記ｐ側歪み超格子層において、前記第３の窒化物半導体層はＡｌ_ＸＧａ_１−
ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で形成し、前記第４の窒化物半導体層はＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ
（０＜Y＜１，Ｘ＞Ｙ）で形成することができる。

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

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

また、本発明に係る１つの態様の窒化物半導体素子は、前記活性層がｐ側クラ
ッド層とｎ側クラッド層の間に位置するレーザ発振素子であって、
前記ｐ側クラッド層と前記ｎ側クラッド層のうちの少なくとも一方が、前記ｎ
側歪み超格子層又は前記ｐ側歪み超格子層である。これによって、しきい値電流
の低いレーザ発振素子を構成できる。

また、前記レーザ発振素子では、前記ｐ側クラッド層と活性層との間、又は前
記ｐ側クラッド層と活性層との間の少なくとも一方に、Ｉｎを含む窒化物半導体
又はＧａＮからなり、不純物濃度が１×１０^１９／cm^３以下である光ガイド層が
形成されることが好ましい。この光ガイド層は、前記活性層で発生する光の吸収
率が低いので、活性層の発光を消衰させることが少なく、低利得で発振可能なレ
ーザ素子を実現できる。本発明では、光の吸収率を低くするために、前記光ガイ
ド層の不純物濃度は１×１０^１８／cm^３以下であることがより好ましく、１×１
０^１７／cm^３以下であることがさらに好ましく、アンドープであることが最も好
ましい。尚、前記光ガイド層を超格子構造にしてもよい。

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

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

以上説明したように、本発明では不純物が変調ドープされた超格子層よりなる
クラッド層を有しているために、閾値電圧が低下して、長時間連続発振できるレ
ーザ素子を実現することができる。またこのレーザ素子は特性温度の高い良好な
レーザ素子が実現できる。特性温度とは、温度変化による閾値電流密度で
exp（Ｔ／Ｔ_０）に比例する｛Ｔ：動作温度（Ｋ）、Ｔ_０：特性温度（Ｋ）｝。
Ｔ_０が大きいほどＬＤは、高温でも閾値電流密度が低く安定に動作することを示
している。例えば本発明の実施例１のレーザ素子では、Ｔ_０が１５０Ｋ以上ある
。この値はＬＤの温度特性が非常に優れていることを示している。このため本発
明のレーザ素子を書き込み光源、読みとり光源として用いることにより、従来に
はない容量が達成でき、その産業上の利用価値は非常に大きい。

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

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

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

本発明の実施形態のレーザ素子では、図１に示す活性層１４の下部にあるｎ側
窒化物半導体層中において、活性層１４と離れた位置に、バンドギャップエネル
ギーの大きな第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層よりもバンドギャ
ップエネルギーの小さな第２の窒化物半導体層とが積層されて、互いに不純物濃
度が異なる超格子構造のｎ側クラッド層１２を有している。超格子層を構成する
第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層の膜厚は１００オングストローム
以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは１０〜４０
オングストロームの膜厚に調整する。１００オングストロームよりも厚いと、第
１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層が弾性歪み限界以上の膜厚となり
、膜中に微少なクラック、あるいは結晶欠陥が入りやすい傾向にある。本発明で
は、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層の膜厚の下限は特に限定され
ず、１原子層以上であればよいが、前記のように１０オングストローム以上が最
も好ましい。さらに第１の窒化物半導体層は少なくともＡｌを含む窒化物半導体
、好ましくはＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X≦１）を成長させる方が望ましい。一
方、第２の窒化物半導体は第１の窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギー
が小さい窒化物半導体であればどのようなものでも良いが、好ましくはＡｌ_ＹＧ
ａ_１−ＹＮ（０≦Y＜１、X＞Y）、Ｉｎ_ＺＧａ_１−ＺＮ（０≦Z＜１）のような２
元混晶、３元混晶の窒化物半導体が成長させやすく、また結晶性の良いものが得
られやすい。その中でも特に好ましくは第１の窒化物半導体はＩｎ、Ｇａを含ま
ないＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X＜１）とし、第２の窒化物半導体はＡｌを含ま
ないＩｎ_ＺＧａ_１−ＺＮ（０≦Z＜１）とし、中でも結晶性に優れた超格子を得
る目的で、Ａｌ混晶比(Y値）０．３以下のＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜X≦０．３
）と、ＧａＮの組み合わせが最も好ましい。

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

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

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

バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層に高濃度に不純物をドープ
した場合、この変調ドープにより高不純物濃度層と、低不純物濃度層との間に二
次元電子ガスができ、この二次元電子ガスの影響により抵抗率が低下すると推察
される。例えば、ｎ型不純物がドープされたバンドギャップの大きい窒化物半導
体層と、バンドギャップが小さいアンドープの窒化物半導体層とを積層した超格
子層では、ｎ型不純物を添加した層と、アンドープの層とのヘテロ接合界面で、
障壁層側が空乏化し、バンドギャップの小さい層側の厚さ前後の界面に電子（二
次元電子ガス）が蓄積する。この二次元電子ガスがバンドギャップの小さい側に
できるので、電子が走行するときに不純物による散乱を受けないため、超格子の
電子の移動度が高くなり、抵抗率が低下する。なおｐ側の変調ドープも同様に二
次元正孔ガスの影響によると推察される。またｐ層の場合、ＡｌＧａＮはＧａＮ
に比較して抵抗率が高い。そこでＡｌＧａＮの方にｐ型不純物を多くドープする
ことにより抵抗率が低下するために、超格子層の実質的な抵抗率が低下するので
素子を作製した場合に、閾値が低下する傾向にあると推察される。

一方、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層に高濃度に不純物を
ドープした場合、以下のような作用があると推察される。例えばＡｌＧａＮ層と
ＧａＮ層にＭｇを同量でドープした場合、ＡｌＧａＮ層ではＭｇのアクセプター
準位の深さが大きく、活性化率が小さい。一方、ＧａＮ層のアクセプター準位の
深さはＡｌＧａＮ層に比べて浅く、Ｍｇの活性化率は高い。例えばＭｇを１×１
０^２０／cm^３ドープしてもＧａＮでは１×１０^１８／cm^３程度のキャリア濃度で
あるのに対し、ＡｌＧａＮでは１×１０^１７／cm^３程度のキャリア濃度しか得ら
れない。そこで、本発明ではＡｌＧａＮ／ＧａＮとで超格子とし、高キャリア濃
度が得られるＧａＮ層の方に多く不純物をドープすることにより、高キャリア濃
度の超格子が得られるものである。しかも超格子としているため、トンネル効果
でキャリアは不純物濃度の少ないＡｌＧａＮ層を移動するため、実質的にキャリ
アはＡｌＧａＮ層の作用は受けず、ＡｌＧａＮ層はバンドギャップエネルギーの
高いクラッド層として作用する。従って、バンドギャップエネルギーの小さな方
の窒化物半導体層に不純物を多くドープしても、レーザ素子、ＬＥＤ素子の閾値
を低下させる上で非常に効果的である。なおこの説明はｐ型層側に超格子を形成
する例について説明したが、ｎ層側に超格子を形成する場合においても、同様の
効果がある。

バンドギャップエネルギーが大きい第１の窒化物半導体層にｎ型不純物を多く
ドープする場合、第１の窒化物半導体層への好ましいドープ量としては、１×１
０^１７／cm^３〜１×１０^２０／cm^３、さらに好ましくは１×１０^１８／cm^３〜５
×１０^１９／cm^３の範囲に調整する。１×１０^１７／cm^３よりも少ないと、第２
の窒化物半導体層との差が少なくなって、キャリア濃度の大きい層が得られにく
い傾向にあり、また１×１０^２０／cm^３よりも多いと、素子自体のリーク電流が
多くなりやすい傾向にある。一方、第２の窒化物半導体層のｎ型不純物濃度は第
１の窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ましくは１／１０以上少ない方が
望ましい。最も好ましくはアンドープとすると最も移動度の高い層が得られるが
、膜厚が薄いため、第１の窒化物半導体側から拡散してくるｎ型不純物があり、
その量は１×１０^１９／cm^３以下が望ましい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、
Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第IVＢ族、VIＢ族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇ
ｅ、Ｓをｎ型不純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギーが大きい第
１の窒化物半導体層にｎ型不純物を少なくドープして、バンドギャップエネルギ
ーが小さい第２の窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合も同様であ
る。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

以上の実施形態では、ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド層１７を超格子構
造としたが、本発明はこれに限らず、ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド層１
７のうちのどちらか一方を超格子構造としてもよい。以上のようにしても閾値電
圧を従来例に比較して低くできる。

また、実施形態では、ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド層１７を超格子構
造としたが、本発明はこれに限らず、ｎ側クラッド層１２及びｐ側クラッド層１
７以外のｐ側及びｎ側の窒化物半導体層のいずれか１つ以上が超格子構造であれ
ばよい。以上のように構成しても、閾値電圧を従来例に比較して低くできる。

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

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

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

（ｎ側クラッド層１２＝超格子層）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニ
ア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたｎ型Ａｌ_０．２Ｇ
ａ_０．８Ｎよりなる第１の層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
シランガス、ＴＭＡを止め、アンドープのＧａＮよりなる第２の層を４０オング
ストロームの膜厚で成長させる。そして第１層＋第２層＋第１層＋第２層＋・・
・というように超格子層を構成し、それぞれ１００層ずつ交互に積層し、総膜厚
０．８μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層１２を成長させる。

（ｎ側光ガイド層１３）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガ
イド層１３を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層は、活性層の
光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通
常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム
〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。またこの層をアンドープの超格子
層とすることもできる。超格子層とする場合にはバンドギャップエネルギーは活
性層より大きく、ｎ側クラッド層のＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりも小さくする。

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

（ｐ側キャップ層１５）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（
シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層１６よりもバンド
ギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型Ａｌ_０
．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ側キャップ層１７を３００オングストロームの膜厚
で成長させる。このｐ型キャップ層１５は前に述べたように、０．１μｍ以下の
巻く厚保で形成し、膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上
の膜厚で形成することが望ましい。

（ｐ側光ガイド層１６）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネルギー
がｐ側キャップ層１５よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層
１６を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作
用し、ｎ型光ガイド層１３と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ま
しい。なお、このｐ側光ガイド層をアンドープの窒化物半導体、不純物をドープ
した窒化物半導体よりなる超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
はバンドギャップエネルギーは活性層の井戸層より大きく、ｐ側クラッド層のＡ
ｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりも小さくする。

（ｐ側クラッド層１７）
続いて、１０５０℃でＭｇを１×１０^２０／cm^３ドープしたｐ型Ａｌ_０．２Ｇ
ａ_０．８Ｎよりなる第３の層を４０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて
ＴＭＡのみを止め、アンドープＧａＮよりなる第４の層を４０オングストローム
の膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１００回繰り返し、総膜厚０．
８μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１７を形成する。

（ｐ側コンタクト層１８）
最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層１７の上に、Ｍｇを２×１０^２０／cm
^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１８を１５０オングストロー
ムの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層１８はｐ型のＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ
−Ｙ}Ｎ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをド
ープしたＧａＮとすれば、ｐ電極２１と最も好ましいオーミック接触が得られる
。またｐ型Ａｌ_ＹＧａ_１−ＹＮを含む超格子構造のｐ側クラッド層１７に接して
、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体をｐ側コンタクト層として、
その膜厚を５００オングストローム以下と薄くしているために、実質的にｐ側コ
ンタクト層１８のキャリア濃度が高くなりｐ電極と好ましいオーミックが得られ
て、素子の閾値電流、電圧が低下する。

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

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

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

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

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

次に、図１に示すようにｐ電極２１と、ｎ電極２３との間に露出した窒化物半
導体層の表面にＳｉＯ_２よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁膜２５を介して
ｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド電極２２、及びｎパッド電極２４を形成
する。このｐパッド電極２２は実質的なｐ電極２１の表面積を広げて、ｐ電極側
をワイヤーボンディング、ダイボンディングできるようにする作用がある。一方
、ｎパッド電極２４はｎ電極２３の剥がれを防止する作用がある。

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

その後、Ａｕ／Ｓｎ側をスクライブして、ストライプ状の電極に垂直な方向で
バー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よ
りなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレ
ーザチップとした。次にチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向
した状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングし
て、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電流密度２．０ｋＡ
／cm^２、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０
００時間以上の寿命を示した。

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

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

（クラック防止層１９）
ｎ側バッファ層１１成長後、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０^１８／cm^３ド
ープしたＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなるクラック防止層１９を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層１９はＩｎを含むｎ型の窒化
物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半
導体層中にクラックが入るのを防止することができる。なおこのクラック防止層
は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ま
しい。１００オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作
用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。

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

（ｎ側キャップ層２０）
続いてＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランガスを用い、ｎ側光ガイド層１３
よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｓｉを５×１０^１８／cm^３ドープし
たｎ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｎ側キャップ層２０を３００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。

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

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

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

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

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

［実施例３］
実施例１において、ｎ側バッファ層１１成長後、実施例２と同様にしてクラッ
ク防止層１９を成長させる。次にそのクラック防止層の上に、Ｓｉを１×１０^１
９／cm^３ドープしたＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層単一層のみよりなるｎ側クラッド
層１２を０．４μｍの膜厚で成長させる。後は実施例１と同様にして、レーザ素
子を作製したところ、同じく室温でレーザ発振を示したが、寿命は実施例１のレ
ーザ素子よりも若干短くなった。

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

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

［実施例６］
実施例１において、ｎ側バッファ層１１を形成する際、アンドープＧａＮ層を
３０オングストロームと、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたＡｌ_０．０５Ｇ
ａ_０．９５Ｎ層を３０オングストロームとを積層した総膜厚１．２μｍの超格子
層とする。後は実施例１と同様にして、ｎ側クラッド層１２から上の層を成長さ
せ、レーザ素子とする。但しｎ電極を形成する際、エッチングにより露出させる
面は、前述の１．２μｍの超格子層の中間とし、その超格子層にｎ電極を形成す
る。このレーザ素子も同様に室温において連続発振し、閾値は実施例１のものに
比較して若干低下し、寿命は１０００時間以上であった。

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

実施例１と同じく、２インチφ、（０００１）Ｃ面を主面とするサファイア基
板３０の上に５００℃にて、ＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を２００オ
ングストロームの膜厚で成長させた後、温度を１０５０℃にしてアンドープＧａ
Ｎ層３１を５μｍ膜厚で成長させる。尚、この成長させる膜厚は、５μｍに限定
されるものではなく、バッファ層よりも厚い膜厚で成長させて、１０μｍ以下の
膜厚に調整することが望ましい。基板はサファイアの他、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピ
ネル、ＧａＡｓ等窒化物半導体を成長させるために知られている、窒化物半導体
と異なる材料よりなる基板を用いることができる。

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

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

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

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

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

（中央部が高不純物濃度の超格子構造のｐ側クラッド層１７）
次に、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を
２０オングストロームの膜厚で成長させることにより、バンドギャップエネルギ
ーの小さい第４の窒化物半導体層を形成する。次に同温度にて、ＴＭＡを追加し
アンドープＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を５オングストローム成長させ、続いてＣ
ｐ_２Ｍｇを追加しＭｇを１×１０^２０／cm^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ
層を２０オングストロームの膜厚で成長させた後、Ｃｐ_２Ｍｇを止めてアンドー
プＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層をさらに５オングストロームの膜厚で成長させるこ
とにより、バンドギャップエネルギーの大きい厚さ３０μｍの第３の窒化物半導
体層を形成する。以後同様にして、第４の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体
層とを交互に繰り返し形成する。尚、実施例７では、第４の窒化物半導体層と第
３の窒化物半導体層とがそれぞれ１２０層になるように積層し、０．６μｍ厚の
、超格子構造よりなるｎ側クラッド層１７を形成する。

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

次に図４に示すようにリッジに対して、左右対称にエッチングを行い、ｎ電極
２３を形成すべきｎ側バッファ層表面を露出させ、ｎ電極２３を形成し、一方ｐ
側コンタクト層１８のリッジ最表面にもｐ電極２１をストライプ状に形成する。
後は実施例１と同様にして、レーザ素子を作製したところ、実施例１のものに比
較して閾値で、電流密度、電圧でおよそ１０％低下し、波長４０５ｎｍの連続発
振寿命は、２０００時間以上の寿命を示した。これはＧａＮ基板１０に結晶欠陥
の少ないものを使用したことによる、窒化物半導体の結晶性の向上によるものが
多大である。なお図４において、ＧａＮ基板１０を例えば８０μｍ以上の膜厚で
成長させた場合には、異種基板３０〜保護膜３２は除去することも可能である。

［実施例８］
実施例７において、ｎ側クラッド層１２を成長させる際、中央部を高不純物濃
度とせず、通常のアンドープＧａＮ層を２０オングストロームと、Ｓｉを１×１
０^１９／cm^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２０オングストロームとを
積層し、総膜厚０．６μｍの超格子構造とする。

一方、ｐ側クラッド層１７を成長させる際も、中央部を高不純物濃度とせずに
、アンドープＧａＮ層を２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０^２０／cm^３ド
ープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２０オングストロームとを積層し、総膜厚
０．６μｍの超格子構造とする他は実施例７と同様にしてレーザ素子を作製した
ところ、実施例７のものに比較して、若干閾値は低下したが、寿命はほぼ同じ２
０００時間以上を示した。

［実施例９］
実施例７において、ｎ側クラッド層１２を成長させる際、Ｓｉを１×１０^１９
／cm^３ドープしたＧａＮ層を２５オングストロームと、アンドープＡｌ_０．１Ｇ
ａ_０．９Ｎ層を２５オングストロームとを交互に積層し、総膜厚０．６μｍの超
格子構造とする。一方、ｐ側クラッド層１７を成長させる際も、Ｍｇを１×１０
^２０／cm^３ドープしたＧａＮ層を２５オングストロームと、アンドープＡｌ_０．
１Ｇａ_０．９Ｎ層を２５オングストロームとを交互に積層し、総膜厚０．６μｍ
の超格子構造とする他は実施例７と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実
施例７のものとほぼ同等の特性、寿命を有するレーザ素子が得られた。

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

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

［実施例１２］
実施例７において、ｎ側クラッド層、及びｐ側クラッド層の超格子における不
純物濃度を通常の変調ドープ（中央部が高濃度ではなく、層内ほぼ均一）とし、
ｎ側バッファ層１１を成長させる際に、Ｓｉを１×１０^１９／cm^３ドープしたＡ
ｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層５０オングストロームと、アンドープＧａＮ層５０
オングストロームとを交互に成長させ、総膜厚２μｍの超格子層とする他は実施
例７と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実施例７のものに比較して、閾
値が若干低下し、寿命は３０００時間以上を示した。

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

一方、ｐ側光ガイド層も、Ｍｇを１×１０^１９／cm^３ドープしたＧａＮ層２５
オングストロームと、アンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層２５オングスト
ロームとを交互に成長させ、総膜厚０．１μｍの超格子構造とする。次に、ｐ側
クラッド層１７をアンドープＧａＮ層２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０
^２０／cm^３ドープしたＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層を２０オングストロームとを交
互に積層した、総膜厚０．６μｍの超格子構造とする他は、同様にしてレーザ素
子を作製したところ、実施例７のものに比較して、若干閾値は低下し、寿命は３
０００時間以上を示した。

［実施例１４］
実施例１４は、実施例７と同様、ＧａＮ基板１０を用いて構成したレーザ素子
である。
すなわち、実施例１４のレーザ素子は、実施例７と同様に構成されたＧａＮ基
板１０上に以下の各半導体層が形成されて構成される。
まず、そのＧａＮ基板１０の上にＳｉを１×１０^１８／ｃｍ^３以上ドープした
ｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層（ｎ側の第２の窒化物半導体層）を２μｍ
の膜厚で成長させる。なお、この層をアンドープのＧａＮと、Ｓｉをドープした
Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ≦０．４）からなる超格子層としても良い。

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

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

続いて、アンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなるｎ側光ガイド層を０
．１μｍの膜厚で成長させる。この層には活性層の光を導波する光ガイド層とし
て作用し、アンドープの他、ｎ型不純物をドープしても良い。またこの層をＧａ
ＮとＡｌＧａＮからなる超格子層とすることもできる。

次に、アンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎよりなる活性層を４００オング
ストロームの膜厚で成長させる。

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

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

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

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

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

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

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

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

その後、Ａｕ／Ｓｎ側をスクライプして、ストライプ状の電極に垂直な方向で
バー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する、共振器面にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よ
りなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレ
ーザチップとする。次にチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向
した状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングし
て、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電流密度２．０ｋＡ
／ｃｍ^２、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長３６８ｎｍの連続発振が確認され、１
０００時間以上の寿命を示した。

本発明に係る一実施形成のレーザ素子の構造を示す模式断面図。 図１のレーザ素子の斜視図。 本発明に係る実施例２のレーザ素子の構造を示す模式断面図。 本発明に係る実施例７のレーザ素子の構造を示す模式断面図。

符号の説明

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

Claims (44)

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

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