JP2010192865A - 窒化物半導体発光素子、エピタキシャル基板、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体発光素子11は、六方晶系窒化ガリウムからなる支持基体13と、InX1AlY1Ga1−X1−Y1N(0<X1<1、0<Y1<1、X1+Y1<1)層21を含む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とを備える。このInAlGaN層21は半極性主面13aと発光層17との間に設けられる。InAlGaN層21のバンドギャップEが窒化ガリウムのバンドギャップE以上であるので、発光層17へのキャリアと光の閉じ込め効果が提供される。InAlGaN層21のc面Sc2が法線軸Axに対して傾斜しているけれども、c面を主とするすべり面によるミスフィット転位の密度がAlGaNに比べて低減される。
【選択図】図1
Description
LVC0=(V0L、V0T)
LVC1=(V1L、V1T)。
この表記において、横方向に関する格子不整度F21は
F21=(V1T−V0T)/V0T
として定義される。InAlGaN層21における格子不整度F21は−0.15%以上であることができる。また格子不整度F21は0.2%以下であることができる。この範囲の格子不整度F21を提供するInAlGaN層21によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNに近いので、InAlGaN層21と下地層との界面におけるミスフィット転位密度を低減できる。四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つことによりミスフィット転位の導入が低減される。
−0.15%≦F21≦0.2%
であることができる。この範囲の格子不整度F21を提供するInAlGaN層21によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNの格子定数に近く、四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つことによりミスフィット転位の導入が低減される。格子不整を上記の範囲に設定してc軸を投影した軸を格子整合させるとき、InAlGaNはc軸の傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数はGaNの格子定数(傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数)より大きくなる。
−0.15%≦F21≦0.2%
であることができる。
これらのベクトルを以下のように(縦成分、横成分)と表記する:
LVN0=(V0NL、V0NT)
LVN1=(V1NL、V1NT)。
この表記において、横方向に関する格子不整度F21Nは
F21N=(V1NT−V0NT)/V0NT
として定義される。
−0.15%≦F21N≦0.2%
であることができる。この範囲の格子不整度F21Nを提供するInAlGaN層21によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNの格子定数に近く、InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層と下地層との界面におけるミスフィット転位密度を低減できる。四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つ範囲においてミスフィット転位の導入が低減される。
−0.15%≦F21N≦0.2%
であることができる。格子不整を上記の範囲に設定して、c軸の傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数(例えばa軸の格子定数)を格子整合させるとき、InAlGaNはc軸の傾斜方向に関する格子定数はGaNの格子定数(c軸の傾斜方向に関する格子定数)より小さくなる。
−0.15%≦F21≦0%
であることができる。また、a軸の傾斜方向に関して、このGaNとInAlGaNとの格子不整は、既に説明された格子不整度F21N「(V1NT−V0NT)/V0NT」を用いて、
0%≦F21N≦0.2%
であることができる。但し、F21及びF21Nは同時にゼロではない。格子不整度F21、F21Nの関係は、以下のことを示している:c軸の傾斜方向に関するInAlGaNの格子定数は、同方向に関するGaNの格子定数より小さい;c軸の傾斜方向に垂直な方向に関するInAlGaNの格子定数は、同方向に関するGaNの格子定数よりも大きい。
きる。
LVC2=(V2L、V2T)。
この表記において、c軸横方向に関する格子不整度F27は
F27=(V2T−V0T)/V0T
として定義される。ここで、LVC0=(V0L、V0T)である。
InAlGaN層27における格子不整度F27は−0.5%以上であることができる。また格子不整度F27は0.2%以下であることができる。この範囲の格子不整度F27を提供するInAlGaN層27によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNに近いので、InAlGaN層27と下地の発光層17との界面におけるミスフィット転位密度を低減できる。四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つことによりミスフィット転位の導入が低減される。
−0.5%≦F27≦0.2%
であることができる。この範囲の格子不整度F27を提供するInAlGaN層27によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNの格子定数に近く、四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つことによりミスフィット転位の導入が低減される。格子不整を上記の範囲に設定してc軸を投影した軸を格子整合させるとき、InAlGaNはc軸の傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数はGaNの格子定数(傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数)より大きくなる。
−0.5%≦F27≦0.2%
であることができる。
これらのベクトルを以下のように(縦成分、横成分)と表記する:
LVN0=(V0NL、V0NT)
LVN2=(V2NL、V2NT)。
この表記において、横方向に関する格子不整度F27Nは
F27N=(V2NT−V0NT)/V0NT
として定義される。
−0.5%≦F27N≦0.2%
であることができる。この範囲の格子不整度F27Nを提供するInAlGaN層27によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNの格子定数に近く、InX2AlY2Ga1−X2−Y2N層27と下地層との界面におけるミスフィット転位密度を低減できる。四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つ範囲においてミスフィット転位の導入が低減される。
−0.5%≦F27N≦0.2%
であることができる。格子不整を上記の範囲に設定して、c軸の傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数(例えばa軸の格子定数)を格子整合させるとき、InAlGaNはc軸の傾斜方向に関する格子定数はGaNの格子定数(c軸の傾斜方向に関する格子定数)より小さくなる。
LVC3=(V3L、V3T)。
この表記において、c軸横方向に関する格子不整度F33は
F33=(V3T−V0T)/V0T
として定義される。格子ベクトルLVC0=(V0L、V0T)である。InAlGaN層33における格子不整度F33は−0.15%以上であることができる。また格子不整度F33は0.2%以下であることができる。この範囲の格子不整度F33を提供するInAlGaN層33によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNに近いので、InAlGaN層33と下地の電子ブロック層27との界面におけるミスフィット転位密度を低減できる。四元系InAlGaNと支持基体13のGaNとの格子不整を低く保つことによりミスフィット転位の導入が低減される。
−0.15%≦F33≦0.2%
であることができる。この範囲の格子不整度F33を提供するInAlGaN層33によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNの格子定数に近く、四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つことによりミスフィット転位の導入が低減される。格子不整を上記の範囲に設定してc軸を投影した軸を格子整合させるとき、InAlGaNはc軸の傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数はGaNの格子定数(傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数)より大きくなる。
−0.15%≦F33≦0.2%
であることができる。
これらのベクトルを以下のように(縦成分、横成分)と表記する:
LVN0=(V0NL、V0NT)
LVN3=(V3NL、V3NT)。
この表記において、横方向に関する格子不整度F33Nは
F33N=(V3NT−V0NT)/V0NT
として定義される。
−0.15%≦F33N≦0.2%
であることができる。この範囲の格子不整度F33Nを提供するInAlGaN層33によれば、この組成のInAlGaNの格子定数がGaNの格子定数に近く、InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層と下地層との界面におけるミスフィット転位密度を低減できる。四元系InAlGaNとGaNとの格子不整を低く保つ範囲においてミスフィット転位の導入が低減される。
−0.15%≦F33N≦0.2%
であることができる。格子不整を上記の範囲に設定して、c軸の傾斜方向に垂直な方向に関する格子定数(例えばa軸の格子定数)を格子整合させるとき、InAlGaNはc軸の傾斜方向に関する格子定数はGaNの格子定数(c軸の傾斜方向に関する格子定数)より小さくなる。
−0.15%≦F33≦0%
であることができる。また、a軸の傾斜方向に関して、このGaNとInAlGaNとの格子不整は、既に説明された格子不整度F33N「(V3NT−V0NT)/V0NT」を用いて、
0%≦F33N≦0.2%
であることができる。但し、F33及びF33Nは同時にゼロではない。格子不整度F33、F33Nの関係は、以下のことを示している:c軸の傾斜方向に関するInAlGaNの格子定数は、同方向に関するGaNの格子定数より小さい;c軸の傾斜方向に垂直な方向に関するInAlGaNの格子定数は、同方向に関するGaNの格子定数よりも大きい。
ロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。
(20−21)面の主面を有する半極性GaN基板80を準備した。(20−21)面は、c面を基準にしてm軸方向に75度の角度で傾斜する。このGaN基板80上に、図9に示される半導体レーザ構造のためのエピタキシャル積層構造を有機金属気相成長法で作製した。成長炉にアンモニア及び水素を供給して、摂氏1050度の基板温度でGaN基板80を熱処理した。熱処理時間は約10分であった。この前処理(サーマルクリーニング)を行った後に、TMG、NH3及びSiH4を成長炉に供給して、摂氏1050度でGaN基板80上にSiドープn型GaN層81を成長した。GaN層81の表面も半極性を示す。GaN層81の表面の法線ベクトルVNはc軸ベクトルVC0に対して傾斜している。基板温度を摂氏840度に変更した後に、TMG、TMI、TMA、NH3及びSiH4を成長炉に供給して、Siドープn型GaN層81上にIn0.02Al0.09Ga0.89Nクラッド層82を成長した。このクラッド層82の厚さは1.5μmであった。In0.02Al0.09Ga0.89Nのバンドギャップエネルギは約3.54エレクトロンボルト(eV)である。In0.02Al0.09Ga0.89NはGaNにほぼ格子整合する。n型クラッド層82のc面は、GaN層81の表面の法線ベクトルVNに対して傾斜している。これ故に、このクラッド層82にはc面をすべり面としてミスフィット転位が生成され得る。しかしながら、四元系窒化ガリウム系半導体の利用により、ミスフィット転位が低減される。
同様に、(20−21)面の主面を有する半極性GaN基板80を準備した。このGaN基板80上に、図11に示される半導体レーザ構造のためのエピタキシャル積層構造を有機金属気相成長法で作製した。エピタキシャル積層構造では、p型窒化ガリウム系半導体領域85に替えて、摂氏840度で発光層上にp型窒化ガリウム系半導体領域94を成長した。p型窒化ガリウム系半導体領域94の成長では、順に、In0.02Al0.16Ga0.82N電子ブロック層94a、Mgドープp型In0.02Al0.09Ga0.89Nクラッド層94b、及びMgドープp型GaN層94cを成長した。例えば、In0.02Al0.16Ga0.82Nの格子不整合率は約0.27%であり、In0.02Al0.09Ga0.89NはGaNにほぼ格子整合する。電子ブロック層94aの厚さは20nmであり、p型クラッド層94bの厚さは400nmであり、p型コンタクト層94cの厚さは50nmであった。四元系InAlGaNを用いることによって、比較的低い成長温度で、良好な結晶性の電子ブロック層を成長できる。摂氏1000度よりも低い成長温度でp型窒化ガリウム系半導体領域94を成長できるので、発光層への熱的なストレスを低減できる。
(20−21)面の主面を有する半極性GaN基板上に、520nm帯のレーザ構造を作製した。これまでの実施例と同様に、(20−21)面の主面を有する半極性GaN基板80を準備した。このGaN基板80上に、図12に示される半導体レーザ構造LD3のためのエピタキシャル積層構造EP3を有機金属気相成長法で作製した。半極性GaN基板80を摂氏1050度で、アンモニア及び水素の雰囲気中、10分間の熱処理を行った後に、以下のエピタキシャル積層構造EP3を作製した。半極性GaN基板80上に、Siドープn型GaN層101を成長した。この厚さは500nmであった。次いで、基板温度を摂氏840度に変更した後に、Siドープn型GaN層101上にIn0.02Al0.09Ga0.89Nクラッド層102を成長した。このクラッド層102の厚さは1.5μmであった。In0.02Al0.09Ga0.89NはGaNにほぼ格子整合する。この後に、発光層を成長した。摂氏840度で、n型In0.02Al0.09Ga0.89N層102上にアンドープInZGa1−ZN光ガイド層103aを成長した。いくつかのIn組成の光ガイド層103aを成長した。この光ガイド層103aの厚さは200nmであった。この光ガイド層103a上に活性層104を形成した。まず、摂氏840度の基板温度で、アンドープInGaN層103a上にGaN障壁層104aを成長した。この障壁層104aの厚さは15nmであった。次に、摂氏740度の基板温度で、アンドープIn0.30Ga0.70N井戸層104bをGaN障壁層104a上に成長した。この井戸層104bの厚さは3nmであった。必要な場合には、同様にして障壁層104a及び井戸層104bの成長を繰り返して、活性層104を形成した。次いで、摂氏840度で、活性層84上にアンドープInZGa1−ZN光ガイド層103bを成長した。この光ガイド層103bの厚さは200nmであった。基板温度を摂氏1000度に変更した後に、光ガイド層103b上にp型窒化ガリウム系半導体領域105を成長した。まず、光ガイド層103b上にAl0.12Ga0.88N電子ブロック層105aを成長した。電子ブロック層105aの厚さは20nmであった。基板温度を摂氏840に変更した後に、電子ブロック層105a上に、Mgドープp型In0.02Al0.09Ga0.89Nクラッド層105bを成長した。この厚さは400nmであった。次いで、p型クラッド105b上に、Mgドープp型GaNコンタクト層105cを成長した。この厚さは50nmであった。これらの工程によってエピタキシャル基板EP3が作製された。
In組成、LD3 、LDC3
0.01、1.00、0.80;
0.02、0.93、0.40;
0.03、0.79、0.40;
0.04、0.79、0.24;
0.05、0.71;
0.06、0.57。
光ガイド層のIn組成を増加させたとき、自然放出光の強度が低下する。半導体レーザLD3の強度低下は、半導体レーザLDC3の強度低下に比べて小さい。この差異は、以下のように理解される。半導体レーザLDC3においてはAlGaNクラッド層が格子緩和しており、AlGaN層では、光ガイド層のIn組成の増大において格子不整がInAlGaN層に比べて大きくなることに起因すると考えられる。断面TEMにより、エピタキシャル積層構造EP3、EPC3におけるミスフィット転位密度を測定した。
接合JC7:2×105cm−1;
接合JC8:2×105cm−1;
接合JC9:5×105cm−1;
接合J10:2×104cm−1。
Claims (39)
- 六方晶系窒化ガリウムからなり、該六方晶系窒化ガリウムのc軸に直交する面に対して傾斜した半極性主面を有する支持基体と、
前記支持基体上に設けられ、窒化ガリウム系半導体からなる発光層と、
前記支持基体と前記発光層との間に設けられたInX1AlY1Ga1−X1−Y1N(0<X1<1、0<Y1<1、X1+Y1<1)層と、
p型窒化ガリウム系半導体層と
を備え、
前記支持基体、前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層、前記発光層及び前記p型窒化ガリウム系半導体層は、前記支持基体の前記半極性面の法線軸に沿って順に配列されており、
前記発光層は、InGaN層を含む量子井戸構造を有し、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層の厚さは前記量子井戸構造の厚さよりも厚く、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のバンドギャップは六方晶系窒化ガリウムのバンドギャップ以上であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nにはn型ドーパントが添加されており、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のc面は前記法線軸に対して傾斜している、ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 - 前記六方晶系窒化ガリウムにおけるc軸方向と該c軸方向の格子定数d0の大きさとは格子ベクトルLVC0によって表され、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のための半導体材料のc軸方向と該c軸方向の格子定数d1の大きさとは格子ベクトルLVC1によって表され、
前記格子ベクトルLVC0は前記法線軸の方向の縦成分V0Lと前記縦成分に直交する横成分V0Tとからなり、
前記格子ベクトルLVC1は前記法線軸の方向の縦成分V1Lと前記縦成分に直交する横成分V1Tとからなり、
横方向に関する格子不整度(V1T−V0T)/V0Tは−0.15%以上であり、
前記格子不整度(V1T−V0T)/V0Tは0.2%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半導体発光素子。 - 前記格子不整度(V1T−V0T)/V0Tは0%以下であり、
前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸及びm軸の一方への方向であり、
前記六方晶系窒化ガリウムにおけるa軸及びm軸の他方である第1の結晶軸の方向と該第1の結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のための半導体材料のa軸及びm軸の他方である第2の結晶軸の方向と該第2の結晶軸方向の格子定数d1Nの大きさとは格子ベクトルLVN1によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記格子ベクトルLVN1は前記法線軸の方向の縦成分V1NLと前記縦成分に直交する横成分V1NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V1NT−V0NT)/V0NTは0%以上であり、
前記格子不整度(V1NT−V0NT)/V0NTは0.2%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半導体発光素子。 - 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸及びm軸の一方への方向であり、
前記六方晶系窒化ガリウムにおけるa軸及びm軸の他方である第1の結晶軸の方向と該第1の結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のための半導体材料のa軸及びm軸の他方である第2の結晶軸の方向と該第2の結晶軸方向の格子定数d1Nの大きさとは格子ベクトルLVN1によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記格子ベクトルLVN1は前記法線軸の方向の縦成分V1NLと前記縦成分に直交する横成分V1NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V1NT−V0NT)/V0NTは−0.15%以上であり、
前記格子不整度(V1NT−V0NT)/V0NTは0.2%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半導体発光素子。 - 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸への方向である、ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのm軸への方向である、ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3又は請求項4に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記六方晶系窒化ガリウムにおけるc軸方向と該c軸方向の格子定数d0の大きさとは格子ベクトルLVC0によって表され、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のための半導体材料のc軸方向と該c軸方向の格子定数d1の大きさとは格子ベクトルLVC1によって表され、
前記格子ベクトルLVC0は前記法線軸の方向の縦成分V0Lと前記縦成分に直交する横成分V0Tとからなり、
前記格子ベクトルLVC1は前記法線軸の方向の縦成分V1Lと前記縦成分に直交する横成分V1Tとからなり、
横方向に関する格子不整度(V1T−V0T)/V0Tは−0.15%以上であり、
前記格子不整度(V1T−V0T)/V0Tは0%以下であり、
前記六方晶系窒化ガリウムにおけるc軸と前記法線軸との垂直な結晶軸の方向とこの結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のための半導体材料のc軸と前記法線軸との垂直な結晶軸の方向とこの結晶軸方向の格子定数d1Nの大きさとは格子ベクトルLVN1によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記格子ベクトルLVN1は前記法線軸の方向の縦成分V1NLと前記縦成分に直交する横成分V1NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V1NT−V0NT)/V0NTは0%以上であり、
前記格子不整度(V1NT−V0NT)/V0NTは0.2%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半導体発光素子。 - 前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のIn組成X1は0.01以上であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のIn組成X1は0.06以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のAl組成Y1は0.05以上であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のAl組成Y1は0.30以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のバンドギャップエネルギは3.51エレクトロンボルト以上であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のバンドギャップエネルギは3.63エレクトロンボルト以下である、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半導体発光素子。 - 前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層の厚さは3μm以下であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層はn型クラッド層の少なくとも一部を構成する、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層は前記支持基体と第1の接合を成し、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層は前記発光層と第2の接合を成し、
前記第1の接合におけるミスフィット転位密度は1×105cm−1未満である、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記p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InX2AlY2Ga1−X2−Y2N(0<X2<1、0<Y2<1、X2+Y2<1)層を更に備え、
前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N層は電子ブロック層であり、
前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N層のc面は前記法線軸に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N層のための半導体材料のc軸方向と該c軸方向の格子定数d2の大きさとは格子ベクトルLVC2によって表され、
前記格子ベクトルLVC2は前記法線軸の方向の縦成分V2Lと前記縦成分に直交する横成分V2Tとからなり、
横方向に関する格子不整度(V2T−V0T)/V0Tは−0.5%以上であり、
前記格子不整度は0.2%以下である、ことを特徴とする請求項13に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸及びm軸の一方への方向であり、
前記六方晶系窒化ガリウムにおけるa軸及びm軸の他方である第1の結晶軸の方向と該第1の結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N層のための半導体材料のa軸及びm軸の他方である第1の結晶軸の方向と該第1の結晶軸方向の格子定数d2Nの大きさとは格子ベクトルLVN2によって表され、
前記格子ベクトルLVN2は前記法線軸の方向の縦成分V2NLと前記縦成分に直交する横成分V2NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V2NT−V0NT)/V0NTは−0.5%以上であり、
前記格子不整度(V2NT−V0NT)/V0NTは0.2%以下である、ことを特徴とする請求項13又は請求項14に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸への方向である、ことを特徴とする請求項13、請求項14又は請求項15に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのm軸への方向である、ことを特徴とする請求項13、請求項14又は請求項15に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記六方晶系窒化ガリウムにおけるc軸と前記法線軸とに垂直な結晶軸方向とこの結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N層のための半導体材料のc軸と前記法線軸とに垂直な結晶軸方向とこの結晶軸方向の格子定数d2Nの大きさとは格子ベクトルLVN2によって表され、
前記格子ベクトルLVN2は前記法線軸の方向の縦成分V2NLと前記縦成分に直交する横成分V2NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V2NT−V0NT)/V0NTは−0.5%以上であり、
前記格子不整度(V2NT−V0NT)/V0NTは0.2%以下である、ことを特徴とする請求項13又は請求項14に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記p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InX3AlY3Ga1−X3−Y3N(0<X3<1、0<Y3<1、X3+Y3<1)層を更に備え、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層の厚さは300nm以上であり、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層はp型クラッド層の少なくとも一部を構成する、ことを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層のための半導体材料のc軸方向と該c軸方向の格子定数d3の大きさとは格子ベクトルLVC3によって表され、
前記格子ベクトルLVC3は前記法線軸の方向の縦成分V3Lと前記縦成分に直交する横成分V3Tとからなり、
横方向に関する格子不整度(V3T−V0T)/V0Tは−0.15%以上であり、
前記格子不整度は0.2%以下である、ことを特徴とする請求項19に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記格子不整度(V3T−V0T)/V0Tは0%以下であり、
前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸及びm軸の一方への方向であり、
前記六方晶系窒化ガリウムにおけるa軸及びm軸の他方である第1の結晶軸の方向と該第1の結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層のための半導体材料のa軸及びm軸の他方である第3の結晶軸の方向と該第3の結晶軸方向の格子定数d3Nの大きさとは格子ベクトルLVN3によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記格子ベクトルLVN3は前記法線軸の方向の縦成分V3NLと前記縦成分に直交する横成分V3NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V3NT−V0NT)/V0NTは0%以上であり、
前記格子不整度(V3NT−V0NT)/V0NTは0.2%以下である、ことを特徴とする請求項20に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸及びm軸の一方への方向であり、
前記六方晶系窒化ガリウムにおけるa軸及びm軸の他方である第1の結晶軸の方向と該第1の結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層のための半導体材料のa軸及びm軸の他方である第3の結晶軸の方向と該第3の結晶軸方向の格子定数d3Nの大きさとは格子ベクトルLVN3によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記格子ベクトルLVN3は前記法線軸の方向の縦成分V3NLと前記縦成分に直交する横成分V3NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V3NT−V0NT)/V0NTは−0.15%以上であり、
前記格子不整度(V3NT−V0NT)/V0NTは0.2%以下である、ことを特徴とする請求項20に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのa軸への方向である、ことを特徴とする請求項21又は請求項22に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記半極性主面の傾斜方向は、該六方晶系窒化ガリウムのc軸から該六方晶系窒化ガリウムのm軸への方向である、ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項21又は請求項22に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記六方晶系窒化ガリウムにおけるc軸方向と該c軸方向の格子定数d0の大きさとは格子ベクトルLVC0によって表され、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層のための半導体材料のc軸方向と該c軸方向の格子定数d3の大きさとは格子ベクトルLVC3によって表され、
前記格子ベクトルLVC0は前記法線軸の方向の縦成分V0Lと前記縦成分に直交する横成分V0Tとからなり、
前記格子ベクトルLVC3は前記法線軸の方向の縦成分V3Lと前記縦成分に直交する横成分V3Tとからなり、
横方向に関する格子不整度(V3T−V0T)/V0Tは−0.15%以上であり、
前記格子不整度(V3T−V0T)/V0Tは0%以下であり、
前記六方晶系窒化ガリウムにおけるc軸と前記法線軸との垂直な結晶軸の方向とこの結晶軸方向の格子定数d0Nの大きさとは格子ベクトルLVN0によって表され、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3N層のための半導体材料のc軸と前記法線軸との垂直な結晶軸の方向とこの結晶軸方向の格子定数d3Nの大きさとは格子ベクトルLVN3によって表され、
前記格子ベクトルLVN0は前記法線軸の方向の縦成分V0NLと前記縦成分に直交する横成分V0NTとからなり、
前記格子ベクトルLVN3は前記法線軸の方向の縦成分V3NLと前記縦成分に直交する横成分V3NTとからなり、
横方向に関する格子不整度(V3NT−V0NT)/V0NTは0%以上であり、
前記格子不整度(V3NT−V0NT)/V0NTは0.2%以下である、ことを特徴とする請求項20に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記発光層は活性層及び光ガイド層を含み、
前記光ガイド層は前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層と前記活性層との間に設けられ、
前記活性層は前記量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項1〜請求項25のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。 - 前記光ガイド層はInGaN層を含み、前記InGaN層のIn組成が0.02以上0.06以下であることを特徴とする、請求項26に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記光ガイド層の前記InGaN層と前記支持基体板との間にある半導体層と前記InGaN層との界面おけるミスフィット転位密度は1×105cm−1以下であることを特徴とする請求項27に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記光ガイド層の前記InGaN層と前記支持基体板との間にある半導体層と前記InGaN層との界面おけるミスフィット転位密度は5×103cm−1以上であることを特徴とする請求項27〜請求項28のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記発光層はさらに別の光ガイド層を含み、前記別の光ガイド層は前記In X2AlY2Ga1−X2−Y2N層と前記活性層との間に設けられていることを特徴とする、請求項26〜請求項29のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記別の光ガイド層はInGaN層を含み、前記InGaN層のIn組成が0.02以上0.06以下であることを特徴とする、請求項30に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記発光層は400nm以上550nm以下の波長範囲の光を発生するように設けられている、ことを特徴とする請求項1〜請求項31のいずれか一項に記載された窒化物半導
体発光素子。 - 前記半極性主面の傾斜角は、10度以上80度以下及び100度以上170度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項1〜請求項32のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 前記半極性主面の傾斜角は、63度以上80度以下及び100度以上117度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項1〜請求項33のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
- 窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル基板であって、
六方晶系窒化ガリウムからなり、該六方晶系窒化ガリウムのc軸に直交する面に対して傾斜した半極性主面を有する基板と、
前記基板上に設けられ、窒化ガリウム系半導体からなる発光層と、
前記基板と前記発光層との間に設けられたInX1AlY1Ga1−X1−Y1N(0<X1<1、0<Y1<1、X1+Y1<1)層と、
p型窒化ガリウム系半導体層と
を備え、
前記基板、前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層、前記発光層及び前記p型窒化ガリウム系半導体層は、前記基板の前記半極性面の法線軸に沿って順に配列されており、
前記発光層は、InGaN層を含む量子井戸構造を有し、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層の厚さは前記量子井戸構造の厚さよりも厚く、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のバンドギャップは六方晶系窒化ガリウムのバンドギャップ以上であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nにはn型ドーパントが添加されており、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層のc面は前記法線軸に対して傾斜している、ことを特徴とするエピタキシャル基板。 - 前記六方晶系窒化ガリウムにおけるc軸方向と該c軸方向の格子定数d0の大きさとは格子ベクトルLVC0によって表され、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1N層におけるc軸方向と該c軸方向の格子定数d1の大きさとは格子ベクトルLVC1によって表され、
前記格子ベクトルLVC0は前記法線軸の方向の縦成分V0Lと前記縦成分に直交する横成分V0Tとからなり、
前記格子ベクトルLVC1は前記法線軸の方向の縦成分V1Lと前記縦成分に直交する横成分V1Tとからなり、
c軸横方向に関する格子不整度(V1T−V0T)/V0Tは−0.15%以上であり、
前記格子不整度は0.2%以下である、ことを特徴とする請求項35に記載されたエピタキシャル基板。 - 前記半極性主面の傾斜角は、10度以上80度以下の範囲又は100度以上170度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項35又は請求項36に記載されたエピタキシャル基板。
- 窒化物半導体発光素子を作製する方法であって、
六方晶系窒化ガリウムからなり、該六方晶系窒化ガリウムのc軸に直交する面に対して傾斜した半極性主面を有する基板を準備する工程と、
n型ドーパントを添加しながら、InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nクラッド(0<X1<1、0<Y1<1、X1+Y1<1)層を前記基板の前記半極性面上に成長する工程と、
窒化ガリウム系半導体からなる発光層を前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nクラッド層上に形成する工程と、
InX2AlY2Ga1−X2−Y2N電子ブロック(0<X2<1、0<Y2<1、X2+Y2<1)層を前記発光層上に成長する工程と、
p型ドーパントを添加しながら、前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N電子ブロック層上にInX3AlY3Ga1−X3−Y3Nクラッド(0<X3<1、0<Y3<1、X3+Y3<1)層を成長する工程と
を備え、
前記発光層は、InGaN層を含む量子井戸構造を有し、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nクラッド層の厚さは前記量子井戸構造の厚さよりも厚く、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nクラッド層のバンドギャップは六方晶系窒化ガリウムのバンドギャップ以上であり、
前記InX1AlY1Ga1−X1−Y1Nクラッド層のc面は前記法線軸に対して傾斜しており、
前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N電子ブロック層のc面は前記法線軸に対して傾斜しており、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3Nクラッド層のc面は前記法線軸に対して傾斜している、ことを特徴とする方法。 - 前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3Nクラッド層上にp型窒化ガリウム系半導体層を成長する工程を更に備え、
前記InX2AlY2Ga1−X2−Y2N電子ブロック層の成長温度は摂氏800度以上摂氏900度以下であり、
前記InX3AlY3Ga1−X3−Y3Nクラッド層の成長温度は摂氏800度以上摂氏900度以下であり、
前記p型窒化ガリウム系半導体層の成長温度は摂氏800度以上摂氏900度以下である、ことを特徴とする請求項38に記載された方法。
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