JP4628651B2 - 窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子、又は太陽電池、光センサー等の受光素子に使用される窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる窒化物半導体素子に係り、特に発光素子、レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体からなる青色レーザダイオードが実用可能になっている。
例えば、本発明者等は、Japanese Journal of Applied Physics. Vol.37(1998)pp.L309-L312 に、サファイア上に成長させたＧａＮ層上に、ＳｉＯ２よりなる保護膜を部分的に形成し、その保護膜上から再度ＧａＮを有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等の気相成長法により成長させることで、保護膜が形成されていない部分（以下、窓部という）から成長が開始し、次第に保護膜上部でＧａＮの横方向の成長が生じ、隣接する窓部から横方向に成長したＧａＮ同士が保護膜上で接合して成長を続け、結晶欠陥（以下、転位という場合もある）の極めて少ない窒化物半導体を得ることができることを開示している。そして、得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体を基板とし、この窒化物半導体基板上に素子構造を形成してなる窒化物半導体レーザ素子は、１万時間以上の連続発振を達成することができることが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化物半導体発光素子は、更なる出力、素子信頼性の向上が必要である。
【０００４】
そこで、本発明は、従来例に比較してさらに出力と素子信頼性の高い窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成により前記目的を達成したものである。
すなわち、本発明に係る請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活性層と、ｐ型ガイド層と、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを順に積層した窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記活性層を形成後、前記ｐ型クラッド層よりバンドギャップの大きく、かつ前記活性層との間に電位障壁を形成し、膜厚が１０Å以上１０００Å以下であるｐ型キャップ層を形成する工程を有しており、
前記ｐ型キャップ層を形成する工程は、
Ａｌ a Ｇａ 1-a Ｎ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層を、前記ｐ型クラッド層より低い温度で１０Å〜１００Åの範囲の膜厚に成長させる第１工程と、
Ａｌ b Ｇａ 1-b Ｎ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を、前記第１のｐ型窒化物半導体層の上に前記第１工程より高い温度で成長させる第２工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明に係る請求項２記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記第２のｐ型窒化物半導体層は、前記第１のｐ型窒化物半導体層より結晶欠陥が少ないものである。
本発明に係る請求項３記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記第２工程において、前記第２のｐ型窒化物半導体層を、１０Å以上３００Å以下の厚さに成長させるものである。
本発明に係る請求項４記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記第１のｐ型窒化物半導体層は、Ａｌ a Ｇａ 1-a Ｎ（０．１＜ａ＜１）からなり、前記第２のｐ型窒化物半導体層は、Ａｌ b Ｇａ 1-b Ｎ（０．１＜ｂ＜１）からなるものである。
【０００６】
また、本明細書では、以下のような窒化物半導体発光素子とその製造方法も開示する。
第１の窒化物半導体発光素子は、少なくともｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層、及びｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層とｐ型クラッド層との間に、Ａｌ ａ Ｇａ １−ａ Ｎ（０＜ａ＜１）からなりかつ前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップの大きい第１のｐ型窒化物半導体層と、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を有することを特徴とする。
また、本発明の第１の窒化物半導体発光素子においては、前記第１のｐ型窒化物半導体層が、前記活性層に接して形成されていることが好ましい。
【０００７】
さらに、第１の窒化物半導体発光素子においては、前記第１の窒化物半導体層の膜厚が、１０Å以上１００Å以下の厚さであり、前記第２の窒化物半導体層の膜厚が、１０Å以上３００Å以下の厚さであることが好ましい。
【０００８】
また、第１の窒化物半導体発光素子においては、前記活性層が、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造としてもよい。
【０００９】
さらに、第１の窒化物半導体発光素子においては、前記活性層を、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む層とし、前記ｐ型クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）とし、かつ前記ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層と前記ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層とをそれぞれ、ｘ≦ａ，ｘ≦ｂを満足するように組成が設定された層で構成することができる。
【００１０】
また、第２の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層とｐ型クラッド層との間に前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなりかつ前記クラッド層より低温で成長された第１のｐ型窒化物半導体層を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように、窒化物半導体発光素子において、前記活性層とｐ型クラッド層との間に前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなり前記クラッド層より低温で成長された第１のｐ型窒化物半導体層を備えることにより、活性層の品質を良好に保つことができる。
すなわち、結晶性の良いＡｌＧａＮを成長させる成長条件の下では、Ｉｎを含む活性層が分解するが、本発明に係る第２の窒化物半導体素子では、まず、前記活性層と前記クラッド層との間に、前記クラッド層より低温で前記第１のｐ型窒化物半導体層を成長させて、その第１のｐ型窒化物半導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の良いｐ型窒化物半導体層（前記クラッド層を含む）を形成することができるので、品質の良い活性層とその上に結晶性の良好なｐ型窒化物半導体層とを備えた発光素子を提供できる。
【００１２】
また、第２の窒化物半導体発光素子においては、活性層の分解を効果的に抑えるために、前記第１のｐ型窒化物半導体層がＮ２ガスを用いた有機金属気相成長法で成長されていることが好ましい。
【００１３】
また、第２の窒化物半導体発光素子においては、前記活性層を、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造とすることができる。
【００１４】
また、第２の窒化物半導体発光素子は、前記活性層をＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含んだ層とし、前記ｐ型クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる層とし、かつ前記ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層を、ｘ≦ａを満足するように組成を設定することにより構成できる。
【００１５】
また、第３の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を備え、かつ前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に前記ｐ型クラッド層よりバンドギャップの大きいＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）からなるｐ型キャップ層が形成されてなる窒化物半導体発光素子であって、
前記ｐ型キャップ層は、ｐ型のＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層と、該第１のｐ型窒化物半導体層上に形成されたｐ型のＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなり前記第１のｐ型窒化物半導体層より結晶欠陥の少ない第２のｐ型窒化物半導体層とからなり、かつ前記ｐ型キャップ層全体の厚さが１０Å以上１０００Å以下に設定されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、第３の窒化物半導体発光素子において、前記ｐ型キャップ層を、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなり前記活性層に接して形成された第１のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる結晶欠陥の少ない第２のｐ型窒化物半導体層とによって構成することにより、活性層にキャリアを閉じ込める機能を効果的に発揮させかつ活性層の品質を良好に保つことができる。
すなわち、結晶性の良いＡｌＧａＮを成長させる成長条件の下では、Ｉｎを含む活性層が分解するために、従来は該活性層が分解しないような条件でＡｌＧａＮ層を成長させていたので、ＡｌＧａＮを用いた結晶性の良いｐ型キャップ層を形成することが困難であり、その機能を効果的に発揮させることが困難であった。また、結晶性の良いＡｌＧａＮからなるキャリア閉じ込め層を形成しようとすると、活性層の分解が起こり発光特性の低下を招いていた。
【００１７】
これに対して、第３の窒化物半導体素子では、まず、前記活性層に近い側に前記第１のｐ型窒化物半導体層を成長させて、その第１のｐ型窒化物半導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の良い第２のｐ型窒化物半導体層を形成することができるので、品質の良い活性層と結晶性の良好なｐ型キャップ層とを備えた発光素子を提供できる。
すなわち、本発明の第３の窒化物半導体素子は、ｐ型キャップ層を、活性層の分解を防止する第１のｐ型窒化物半導体層と、キャリアを効果的に活性層に閉じ込める第２のｐ型窒化物半導体層とに機能的に分離した複数の層で形成することにより、従来トレードオフの関係にあった問題点を解決したものである。
【００１８】
また、第３の窒化物半導体素子において、前記第１のｐ型窒化物半導体層の膜厚は、１０Å以上１００Å以下に設定することが好ましい。この範囲に設定すると、活性層の分解を効果的に防止でき、かつｐ型キャップ層全体としての結晶性の劣化を少なくできる。
さらに、前記第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚は、１０Å以上３００Å以下とすることが好ましい。このように設定すると、ｐ型キャップ層全体としての結晶性を比較的良好に保つことができ、活性層に効果的に電子を閉じ込めることができる。
【００１９】
また、第３の窒化物半導体素子において、前記活性層をＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造とすることができ、このようにすると多重量子井戸構造の活性層の優れた発光機能をより効果的に発揮させることができる。
【００２０】
すなわち、従来の窒化物半導体発光素子において、多重量子井戸構造の活性層を採用しても、ホール拡散長が短いこと、キャリア側のオフセットが十分でないためオーバーフローが発生し易いこと等により、多重量子井戸構造の活性層の機能を十分に発揮させることができないため、単一量子井戸構造に比較して期待されたほど素子特性を向上させることができなかった。
しかしながら、第３の窒化物半導体発光素子において、活性層を、ＩｎＧａＮからなる井戸層を複数有する多重量子井戸構造として、かつ前記ｐ型キャップ層を、第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層とによって構成することにより、多重量子井戸構造の活性層に効果的にキャリアを閉じ込めることができ、該井戸層へのキャリアの注入が良好にできる。
これによって、多重量子井戸構造の活性層の特徴を十分な活用することができ、良好な発光特性を実現することができる。
【００２１】
窒化物半導体発光素子の第２の製造方法は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなるｐ型キャップ層を成長させる工程を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｐ型キャップ層を成長させる工程は、
前記活性層上に窒素ガスを用いて有機金属気相成長法により、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層を成長させる第１の成長工程と、
前記第１のｐ型窒化物半導体層上に、水素ガスを用いて有機金属気相成長法により、ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を成長させる第２の成長工程とを含み、
前記第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層とを有してなる前記ｐ型キャップ層を１０Å以上１０００Å以下の厚さに成長させることを特徴とする。
【００２２】
以上の窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、第１の成長工程において前記活性層上に比較的低温で半導体層の成長が可能な窒素ガスを用いて前記第１のｐ型窒化物半導体層を成長させているので、Ｉｎを含む活性層を分解させることなく、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）層を形成することができる。また、第２の成長工程において、前記第１のｐ型窒化物半導体層上に、結晶性の良いＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）を成長させることができる水素ガスを用いて第２のｐ型窒化物半導体層を成長させているので、前記第１のｐ型窒化物半導体層により活性層の分解を防止しながら、結晶性の良い第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることができる。また、Ｉｎ含む活性層におけるＩｎの面内分布に起因した素子間の発光特性のばらつきも抑制することができ、製造歩留まりを向上させることができる。さらに、第２のｐ型窒化物半導体層を第１のｐ型窒化物半導体層と異なる雰囲気で形成することにより、結晶成長形態の異なる層を形成することができ、機能分離できる。
【００２３】
このように、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、活性層の結晶品質を損なうことなく、ｐ型キャップ層を形成することができるので、極めて発光特性に優れかつバラツキの少ない窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【００２４】
また、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第２の成長工程における成長温度を、前記第１の成長工程における成長温度より高く設定することが好ましい。このようにすると、より結晶性の良い第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることができる。
【００２５】
また、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第１の成長工程における成長温度を、前記活性層を成長させる時の成長温度と実質的に同一に設定することが好ましい。このようにすると、Ｉｎを含む活性層からの分解をより効果的に防止することができ、前記活性層の結晶品質をより良好に保持できる。
【００２６】
また、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第１の成長工程において、前記第１のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上１００Å以下の膜厚に成長させ、前記第２の成長工程において、前記第２のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上３００Å以下の膜厚に成長させることが好ましい。
このように、前記第１のｐ型窒化物半導体層の膜厚が、１０〜１００Åで、前記第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚が１０〜３００Åの範囲になるように成長させることにより、上述した第１のｐ型窒化物半導体層の成長において活性層を保護する機能と、第２のｐ型窒化物半導体層によるキャリア閉じ込め機能とを、いずれも良好に発揮させることができる。
【００２７】
なぜなら、比較的結晶性の悪い第１のｐ型窒化物半導体層を活性層を保護することができる最小限の膜厚に留めて、第１のｐ型窒化物半導体層を介して良好な結晶成長が可能な第２のｐ型窒化物半導体層を比較的厚く成長させることで、活性層との良好なオフセットが実現される。すなわち、前記膜厚の第１のｐ型窒化物半導体層だけでは、トンネル効果による電子の活性層からの流出が問題となるが、第２のｐ型窒化物半導体層があることで、活性層内への良好なキャリア閉じ込めを実現することができる。
【００２８】
さらに、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第１の成長工程における成長温度を、８５０℃以上９５０℃以下の温度に設定し、前記第２の成長工程の成長温度を９５０℃以上の温度に設定することが好ましい。
このような温度範囲に成長温度を設定することにより、上述した第１のｐ型窒化物半導体層による活性層の保護をより効果的に図れ、よりいっそう結晶性の良好な第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態の窒化物半導体発光素子は、図１に示すように、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層６上に、ｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなり活性層６にキャリアを閉じ込める機能を有するｐ型キャップ層７が形成された窒化物半導体発光素子であって、ｐ型キャップ層７は、ｐ型のＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａと、ｐ型のＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂとからなることを特徴とするものである。
【００３０】
このｐ型キャップ層７は、活性層６にキャリアを閉じ込めるための層として形成されるものであり、活性層６より大きいバンドギャップを有しかつ結晶性のよい層であることが必要とされる。これらの条件を満足する層を活性層に接して形成すると、活性層との間に良好な電位障壁（オフセット）が形成され効果的にキャリア閉じ込め機能を発揮させることができる。
しかしながら、本発明が適用されるＩｎを含む活性層を備えた窒化物半導体発光素子では、ｐ型キャップ層７として、バンドギャップの大きさが所望の値になるようにＡｌの含有量を調整したｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）層が主として用いられるが、以下のような問題点があった。
【００３１】
すなわち、結晶欠陥の少ない結晶性の良好なＡｌＧａＮ層を成長させるためには、有機金属気相成長法を用いてＨ２雰囲気で（Ｈ２をキャリアガスとして）比較的高温でＡｌＧａＮ層を成長させる必要があるが、ＡｌＧａＮ層をＨ２雰囲気中でＩｎを含む活性層６上に直接成長させようとすると活性層が分解するという問題点があった。このために、ｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる結晶性の良いｐ型キャップ層７を形成することができても、活性層６そのものを劣化させることになり、結局は期待したほどの発光特性を得ることは困難であった。Ｈ２雰囲気中におけるＡｌＧａＮ層の成長温度を高くすると、成長されるＡｌＧａＮ層の結晶性はさらに良好にできるが、Ｉｎを含む活性層の分解がより激しくなり、発光寿命を低下させる原因となっていた。尚、本明細書において、単にＡｌＧａＮというときは、ＧａＮにおいてＧａの一部がＡｌにより置換された窒化物半導体を言う。
【００３２】
本発明は、Ｉｎを含む活性層上に、Ｈ２雰囲気に代えＮ２雰囲気でかつ低温でＡｌＧａＮ層を成長させると活性層を分解させることなくＡｌＧａＮ層を形成することができることを見出し、その点に着目して完成させたものである。
すなわち、本発明に係る実施の形態の窒化物半導体発光素子は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層６上に、Ｎ２雰囲気で予め活性層を分解させないように比較的薄いｐ型のＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを、電子閉じ込め機能を劣化させない程度の厚さに形成し、その第１のｐ型窒化物半導体層７ａによって活性層が分解しないように保護しながら、Ｈ２雰囲気でｐ型のＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂを形成するようにしたものである。
【００３３】
以下に、図１を用いて本発明の実施の形態について更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体発光素子（窒化物半導体レーザ素子）を示す模式的断面図である。
図１の窒化物半導体レーザ素子は、サファイア等の窒化物半導体とは異なる異種基板１００の上面にＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体基板１上に、ｎ型不純物（例えばＳｉ）をドープしてなるＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜１）よりなるｎ型コンタクト層２、ＳｉドープのＩｎｇＧａ１−ｇＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）よりなるクラック防止層３、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含んでなる多層膜のｎ型クラッド層４、アンドープのＧａＮからなるｎ型ガイド層５、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも２層以上のｐ型キャップ層７、アンドープのＧａＮからなるｐ型ガイド層８、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む多層膜からなるｐ型クラッド層９、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０を備え、ｐ型コンタクト層１０〜ｎ型コンタクト層２が所定の幅にエッチングされてリッジ形状のストライプ２００が形成されてなる。
尚、ｐ電極は、リッジ形状のストライプ２００の最上層であるｐ型コンタクト層１０に接するように形成され、リッジ形状のストライプ２００の片側に露出させたｎ型コンタクト層２上に形成される。
【００３４】
以下、個々の要素について詳細に説明する。
（ＥＬＯＧ成長について）
ＥＬＯＧ成長とは、窒化物半導体の縦方向の成長を少なくとも部分的に一時的止めて、横方向の成長を利用して転位の発生を抑制しながら成長させることができる成長方法である。
具体的に、窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板上に、窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる保護膜を部分的に形成し、その上から窒化物半導体を成長させる。このようにすると、保護膜が形成されていない部分から窒化物半導体の成長が開始され、さらに成長を続けることにより保護膜上に横方向に成長するようになり、その結果、異種基板全体を覆う比較的厚膜の窒化物半導体が形成される。
【００３５】
異種基板としては、種々の基板を用いることができ、例えば、図２に示すＣ面、Ｒ面、Ａ面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（６Ｈ、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、従来知られている窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。
【００３６】
前記の中で好ましい異種基板としては、サファイアであり、更に好ましくはサファイアのＣ面である。また、サファイアのＣ面がステップ状にオフアングルされ、オフアングル角θ（図３に示されるθ）が０．１°〜０．３°の範囲のものを用いると、ＥＬＯＧ成長して得られる窒化物半導体内部の微細なクラックの発生を防止でき、よりいっそう好ましい。オフアングル角θが０．１°未満であるとＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾向があり、オフアングル角θが０．１°以上であるとその上に構成されるレーザ素子の特性を安定させることができる。また、オフアングル角が０．３°を超えると、ＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体の表面がステップ状になり、その上に素子を構成すると、各半導体層においてステップが若干強調され、素子のショート及びしきい値上昇を招き好ましくない。
【００３７】
前記のようなステップ状にオフアングルされたサファイア等の異種基板上に、保護膜を、直接又は一旦窒化物半導体を成長させてから、部分的（例えば、異種基板表面が一定間隔で露出するように）に形成する。
保護膜としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい性質を有する種々の材料を用いることができ、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯＸ）、窒化ケイ素（ＳｉＸＮＹ）、酸化チタン（ＴｉＯＸ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯＸ）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜、さらには１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。好ましい保護膜材料としては、ＳｉＯ２及びＳｉＮが挙げられる。
【００３８】
保護膜材料を窒化物半導体等の表面に形成する方法としては、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成膜技術を用いることができる。
また、部分的（選択的）に形成する方法として、フォトリソグラフィー技術を用いて所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相成膜する方法を用いることができる。保護膜の形状は、特に限定されるものではないが、例えばドット、ストライプ、碁盤面状の形状で形成でき、好ましくはストライプ状の形状とし、そのストライプがオリエンテーションフラット面（サファイアのＡ面）に垂直になるように形成する。
【００３９】
また、異種基板の表面のうち、保護膜を形成する表面積の割合は、保護膜が形成されていない部分の表面積より大きくすることが好ましく、このようにすると、成長させる窒化物半導体に発生する転位を防止することができ、良好な結晶性を有する窒化物半導体基板が得られる。
例えば、保護膜をストライプ形状に形成する場合の保護膜のストライプ幅は、保護膜が形成されていない部分（窓部）の幅を３とした時に、１０以上になるようにすることが好ましい。この場合、保護膜のストライプ幅ｗ１は、保護膜が形成されていない部分（窓部）の幅ｗ２として、ｗ１：ｗ２＝１６〜１８：３を満足するように設定することがさらに好ましい。保護膜をストライプ形状に形成する場合、保護膜のストライプ幅と窓部の幅を前記の関係に設定すると、窒化物半導体が保護膜を覆い易くなり、且つ転位を効果的に防止することができる。保護膜のストライプ幅としては、例えば６〜２７μｍ、好ましくは１１〜２４μｍとして、窓部の幅としては、例えば２〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍとする。
【００４０】
また、ＥＬＯＧ成長して得られる窒化物半導体上に素子を構成し、ｐ型窒化物半導体層にリッジ形状のストライプ２００を形成する場合、リッジ形状のストライプ２００が、ストライプ状の保護膜の上であり、かつその中心線（長手方向に平行な中心線）上を避けて形成されていることが好ましく、このようにすると、しきい値を低下させることができ、素子の信頼性を向上させることができる。すなわち、保護膜上部に位置する窒化物半導体の結晶性が、窓部上部等に比較して良好であり、また、保護膜の中心線上付近は、窓部から成長した隣接する窒化物半導体同士が横方向の成長によって接合する部分でありこのような接合箇所に空隙の生じる場合があり、この空隙の上部にリッジ形状のストライプ２００が形成されると、レーザ素子の動作中に空隙から転位が伝播し易くなり、素子の信頼性を劣化させる恐れがあるからである。
【００４１】
また、保護膜は、異種基板に直接形成されてもよいが、異種基板上に低温成長のバッファ層１０１を形成させ、更にその上に高温成長の窒化物半導体からなるバッファ層１０２を成長させた上に、形成することが好ましく、このようにすると、転位の少ないより結晶性に優れた窒化物半導体基板を成長させることができる。
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子を形成するために用いることができる基板は、上述したＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体基板に限定されるものではない。本発明では、たとえば、サファイア基板の上にアンドープのＧａＮを数μｍから数十μｍの膜厚で成長させた下地層として成長させ、その上に素子を構成するようにしてもよい。
また、ＥＬＯＧ成長に用いる低温成長のバッファ層１０１としては、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＮ等のいずれかを９００℃以下２００℃以上の温度で、膜厚数十オングストローム〜数百オングストロームで成長させたものを用いることができる。これらのバッファ層は、異種基板と比較的高温で成長される窒化物半導体層との間の格子定数不整を緩和することができ、成長させる層におれる転位の発生を防止することができる。
【００４２】
高温成長の窒化物半導体からなるバッファ層１０２としては、アンドープのＧａＮ、ｎ型不純物をドープしたＧａＮ、またＳｉをドープしたＧａＮを用いることができ、好ましくはアンドープのＧａＮを用いる。またこれらの窒化物半導体は、高温、具体的には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃でバッファ層１０１上に成長される。本発明において、このバッファ層１０２の膜厚は特に限定されるものではないが、例えば１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０μｍとする。
【００４３】
次に保護膜を形成した上に、窒化物半導体をＭＯＣＶＤ等により、ＥＬＯＧ成長させて窒化物半導体基板１を得る。この場合、成長させる窒化物半導体としては、アンドープのＧａＮ又は不純物（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ）をドープしたＧａＮを用いることができる。成長温度としては、例えば９００℃〜１１００℃、より具体的には１０５０℃付近の温度で成長させる。不純物がドープされていると成長層おける転位の発生を抑制することができ、好ましい。
【００４４】
このＥＬＯＧ成長では、成長初期において、成長速度をコントロールし易いＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等で成長させ、保護膜がＥＬＯＧ成長の窒化物半導体で覆われた後の成長をＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）等で成長させてもよい。
以上のようにして、本実施の形態では、ＥＬＯＧ成長により窒化物半導体基板１を異種基板上に形成する。
【００４５】
（窒化物半導体基板１上の各窒化物半導体層の形成）
本実施の形態では、まず、ｎ型コンタクト層２を窒化物半導体基板１上に成長させる。ｎ型コンタクト層２としては、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）がドープされたＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）を成長させる。ｎ型コンタクト層２として、好ましくはａが０．０１〜０．０５に設定されたＡｌａＧａ１−ａＮを成長させる。ｎ型コンタクト層２をＡｌを含む３元混晶で形成すると、窒化物半導体基板１に微細なクラックが発生していても、微細なクラックの伝播を防止することができ、更に従来の問題点であった窒化物半導体基板１とｎ型コンタクト層２との格子定数及び熱膨張係数の相違によるｎ型コンタクト層への微細なクラックの発生を防止することができ好ましい。ｎ型不純物のドープ量は、１×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３とする。このｎ型コンタクト層２にはｎ電極２１が形成される。ｎ型コンタクト層２の膜厚は、１〜１０μｍとする。
また、本実施の形態では、窒化物半導体基板１とｎ型コンタクト層２との間に、アンドープのＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）を成長させてもよく、このアンドープの層を成長させるとｎ型コンタクト層２の結晶性を良好とでき、寿命特性を向上させることができる。この場合、アンドープｎ型コンタクト層の膜厚は、数μｍとする。
【００４６】
次に、クラック防止層３をｎ型コンタクト層２上に成長させる。クラック防止層３としては、ＳｉドープのＩｎｇＧａ１−ｇＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）を成長させ、ｇが０．０５〜０．０８に設定されたＩｎｇＧａ１−ｇＮを成長させることが好ましい。このクラック防止層３をｎ型コンタクト層２上に形成すると、素子内のクラックの発生を防止することができ、好ましい。Ｓｉのドープ量としては、５×１０１８／ｃｍ３である。しかしながら、本発明では、クラック防止層３を省略してもよい。
【００４７】
また、クラック防止層３を成長させる際に、Ｉｎの混晶比を大きく（ｘ≧０．１）することが好ましく、このようにすると、クラック防止層３がｎ型クラッド層４から漏れ出した、活性層６で発生された光を吸収することができ、レーザ光のファーフィールドパターンの乱れを防止することができる。
このクラック防止層の膜厚は、例えば、０．０５〜０．３μｍのそれ自身の結晶性が損なわれない程度の厚みとする。
【００４８】
次に、ｎ型クラッド層４をクラック防止層３上に成長させる。ｎ型クラッド層４は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含む窒化半導体を有する多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を示し、例えば、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）層と、このＡｌｅＧａ１−ｅＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組み合わせとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮとＧａＮとを積層してなる多層膜である。このようにすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層できる。より好ましい多層膜としては、アンドープのＡｌｅＧａ１−ｅＮとｎ型不純物（例えばＳｉ）ドープのＧａＮとを組み合わせて積層したものである。この場合、ｎ型不純物は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮにドープされてもよい。ｎ型不純物のドープ量は、４×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３である。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低くでき且つ結晶性を損なうことなくｎ型クラッド層４を形成することができる。
【００４９】
この多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下であって、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層することにより構成する。単一の膜厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすることができる。また、ｎ型クラッド層４の総膜厚は、０．７〜２μｍである。
【００５０】
またｎ型クラッド層の全体の平均組成は、その平均組成をＡｌｋＧａ１−ｋＮで表したときに、ｋを０．０５〜０．１とすることが好ましい。Ａｌの含有率がこの範囲であると、クラックを発生させないように形成でき、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の差を得ることができる。
次に、ｎ型ガイド層５をｎ型クラッド層４上に成長させる。ｎ型ガイド層５としては、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体を成長させる。ｎ型ガイド層５の膜厚は、０．１〜０．０７μｍに設定することが好ましく、このようにすると、しきい値を低下させることができる。
また、ｎ型ガイド層４をアンドープとすることが好ましく、これによって、レーザ導波路内の伝搬損失を減少させることができ、かつしきい値を低くすることができる。
【００５１】
次に、活性層６をｎ型ガイド層５上に成長させる。本実施の形態において、活性層は、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）を含んでなる多重量子井戸構造を有する。活性層６において、井戸層は、ｃが０．１〜０．２のＩｎｃＧａ１−ｃＮとし、障壁層は、ｃが０〜０．０１のＩｎｃＧａ１−ｃＮとする。
また活性層６を構成する井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。この場合、障壁層に不純物をドープさせると、しきい値を低下させることができ好ましい。
井戸層の膜厚としては、３０〜６０オングストロームであり、障壁層の膜厚としては、９０〜１５０オングストロームである。
【００５２】
多重量子井戸構造の活性層６は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜５回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層とのペアを３回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００５３】
次に、ｐ型キャップ層７を活性層６上に成長させる。ｐ型キャップ層７としては、ＭｇドープのＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも２層を成長させて構成する。このｐ型キャップ層７の混晶比は、好ましくはｄが０．１以上０．５以下の範囲に設定する。本発明におけるｐ型キャップ層を構成する第１のｐ型窒化物半導体層、第２のｐ型窒化物半導体層については、上記範囲の混晶比が適用されるが、各層について詳しくは後述するとおりである。
また、ｐ型キャップ層７全体の膜厚は、１０オングストローム以上１０００オングストローム以下、好ましくは２０オングストローム以上４００オングストローム以下に設定する。ｐ型キャップ層７全体の膜厚をこのような範囲に設定するのは、次のような理由によるものである。
すなわち、ｐ型キャップ層７をＡｌＧａＮ層とした場合、キャリア閉じ込め機能を効果的に発揮させることができるが、ＡｌＧａＮ層はＡｌを含まない窒化ガリウム系半導体に比較してバルク抵抗が高いものである。従って、ｐ型キャップ層を形成したことによる発光素子における抵抗値の上昇を抑える必要があるために、１０００オングストローム以下、好ましくは４００オングストローム以下に設定する。
また、このｐ型キャップ層７の本来の機能は、上述のキャリア閉じ込め機能であり、その機能を効果的に発揮させるために、その膜厚を１０オングストローム以上、好ましくは２０オングストローム以上に設定する。
従って、膜厚が上記範囲であると、活性層６内にキャリアを効果的に閉じ込めることができ、且つバルク抵抗も低く抑えることができる。
【００５４】
またｐ型キャップ層７のＭｇのドープ量は、１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３とする。ドープ量をこの範囲に設定すると、バルク抵抗を低下させることに加えて、後述のアンドープで成長させるｐ型ガイド層にＭｇが拡散され、比較的薄い層であるｐ型ガイド層８にＭｇを１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲で含有させることができる。
【００５５】
ここで特に、本実施の形態においてｐ型キャップ層７は、ＡｌａＧａ１−ａＮからなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａと、その上にＡｌｂＧａ１−ｂＮからなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂの２層で構成した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、２以上の層としてもよく、また、例えば、第２のｐ型窒化物半導体層７ｂを複数の層を積層することにより形成してもよい。
【００５６】
また、各層のＡｌ混晶比は特に限定されるものではない。しかし、ＡｌａＧａ１−ａＮ層で表される第１のｐ型窒化物半導体層７ａにおいては、Ａｌ混晶比ａは、０以上であれば、活性層の分解を効果的に抑制することができる。この機能を発揮させるためには、好ましくはａ＞０のＡｌａＧａ１−ａＮ層とすると、窒化物半導体の中でも比較的高融点で化学的に安定な層を、活性層に近い方に（好ましくは接する）設けることができ、活性層の分解をより効果的に抑制することができる。また、本発明においては、第１のｐ型窒化物半導体層７ａ及び第２のｐ型窒化物半導体層７ｂの各Ａｌ混晶比ａ、ｂを、好ましくは０．１より大きく、更に好ましくは０．２より大きくすることで、活性層との間に良好なオフセットをとる（電位障壁を形成する）ことができ、キャリアのオーバフローのない良好なキャリア注入を実現することができる。この時、第１のｐ型窒化物半導体層７ａと第２のｐ型窒化物半導体層７ｂとは、同一の組成、すなわちａ＝ｂとすることが好ましく、このような条件下では、製造において各ソースガス、不純物ガスの供給量の調整等が容易にできかつ制御性を高くできるので、第１のｐ型窒化物半導体層及び第２のｐ型窒化物半導体層を安定して、精度よく成長させることができる。
【００５７】
次に、第１のｐ型窒化物半導体層７ａ、第２のｐ型窒化物半導体層７ｂの成長条件について説明する。
成長温度としては、第１のｐ型窒化物半導体層よりも高い温度で第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることが好ましい。
特に、第１のｐ型窒化物半導体層の具体的な成長温度は８５０〜９５０℃程度、活性層を成長させる温度と同様の温度に設定すると、Ｉｎを含む活性層６の分解を防止することができ好ましい。
そして、第２のｐ型窒化物半導体層の成長温度は、例えば活性層の成長温度より１００℃程度高いの温度に設定することが好ましく、これによりより良好な結晶性を有するＡｌＧａＮ層を形成することができる。
【００５８】
さらに、第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層の成長時の雰囲気は、異なる雰囲気とすることが好ましい。すなわち、第１のｐ型窒化物半導体は、活性層とほぼ同じ雰囲気で成長させることが好ましく、こうすることで、活性層の分解を防しできる。また、第２のｐ型窒化物半導体は、良好なオフセットを形成するために好ましい雰囲気で成長させる。このようにすると、２つの層の結晶成長形態の違いにより、第１のｐ型窒化物半導体層は活性層の分解を防ぐ層、第２のｐ型窒化物半導体は良好なオフセットの実現を担う層とでき、各層にそれぞれ特有の機能を持たせることができる。具体的には、第１のｐ型窒化物半導体層の成長雰囲気はＮ２とし、第２のｐ型窒化物半導体層の成長雰囲気はＨ２とすることで、それぞれ上述の機能を有する層が形成できるため、得られる素子は良好な発光特性を有する。
【００５９】
またｐ型キャップ層７を前記少なくとも２層から構成する場合の各層の膜厚は、ｐ型キャップ層を形成したことによる発光素子のＶｆ（順方向電圧）の上昇を小さく抑えるために、第１のｐ型窒化物半導体層は１０〜１００オングストロームの範囲、第２のｐ型窒化物半導体層は１０〜３００オングストロームの範囲に設定することが好ましい。また、Ｖｆの上昇をより小さく抑えるために、第１のｐ型窒化物半導体層を１０〜３０Åの範囲、第２のｐ型窒化物半導体層を１０〜１００Åオングストロームの範囲に設定することがさらに好ましい。
次に、ｐ型ガイド層８をｐ型キャップ層７上に成長させる。ｐ型ガイド層８は、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させて形成する。膜厚は０．１〜０．０７μｍとすることが好ましく、この範囲の膜厚にするとしきい値を低くすることができる。また上述のように、ｐ型ガイド層８はアンドープ層として成長させるが、ｐ型キャップ層７にドープされているＭｇが拡散して、１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲でＭｇが含有される。
【００６０】
次に、ｐ型クラッド層９をｐ型ガイド層８上に成長させる。ｐ型クラッド層９としては、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる窒化物半導体層、好ましくはＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０．０５≦ｆ≦０．１５）を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜層とすることが好ましい。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を有する層であり、例えば、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ層と、ＡｌｆＧａ１−ｆＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で特に、ＡｌｆＧａ１−ｆＮとＧａＮとを組み合わせて積層した多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層できるので好ましい。より好ましい多層膜としは、アンドープのＡｌｆＧａ１−ｆＮとｐ型不純物（例えばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせである。ｐ型不純物は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮにドープされてもよい。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で且つバルク抵抗を低くできる。
【００６１】
この多層膜において、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下とし、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層して構成する。単一の膜厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発生を防止できｎ型クラッド層全体の結晶性を良好にすることができる。
ｐ型クラッド層９の総膜厚としては、０．４〜０．５μｍとすることが好ましく、この範囲に設定すると順方向電圧（Ｖｆ）を低減することができる。
【００６２】
またｐ型クラッド層９の全体のＡｌの平均組成は、ＡｌｓＧａ１−ｓＮで表したときに、ｓが０．０５〜０．１の範囲に設定することが好ましく、このようにすると、クラックの発生を抑制し且つレーザ導波路との間に良好な屈折率差が得られる。
次に、ｐ型コンタクト層１０をｐ型クラッド層９上に成長させる。ｐ型コンタクト層は、ＭｇドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させた層である。膜厚は１０〜２００オングストロームに設定する。Ｍｇのドープ量は１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２２／ｃｍ３とする。このよう膜厚とＭｇのドープ量を調整することにより、ｐ型コンタクト層のキャリア濃度を高くでき、ｐ電極との間に良好なオーミック接触を形成することができる。
【００６３】
本発明の素子において、リッジ形状のストライプ２００は、ｐ型コンタクト層から所定の深さまでエッチングすることにより形成する。本実施の形態では、例えば、図１に示すようなｐ型コンタクト層１０からｐ型クラッド層９の途中までエッチングしてなるリッジ形状のストライプ２００、又はｐ型コンタクト層１０からｎ型コンタクト層２までエッチングしてなるリッジ形状のストライプ２００などの種々のリッジ形状のストライプ２００を適用することができる。
【００６４】
エッチングして形成されたリッジ形状のストライプ２００の側面やその側面に連続した窒化物半導体層の平面に、例えば図１に示すように、レーザ導波路領域の屈折率より小さい値を有する絶縁膜６２が形成されている。ストライプの側面等に形成される絶縁膜としては、例えば、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物や、ＢＮ、ＡｌＮ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの酸化物のいずれか１種以上の元素や、ＢＮである。
【００６５】
さらにこの絶縁膜６２を介してリッジ形状のストライプ２００の最上層にあるｐ型コンタクト層１０の表面にｐ電極が形成される。
エッチングして形成されるリッジ形状のストライプ２００の幅としては、０．５〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍとする。リッジ形状のストライプ２００の幅をこの範囲に設定すると、水平横モードを単一モードにできる。
また、ｐ型クラッド層９とレーザ導波路領域との界面より深くエッチングをすることにより、リッジ形状のストライプ２００を形成すると、アスペクト比を１に近づけることができるので好ましい。
【００６６】
以上のように、リッジ形状のストライプ２００のエッチング量や、ストライプ幅、さらにストライプの側面の絶縁膜の屈折率などを、単一モードのレーザ光が得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけるように設定することが好ましく、レーザビームやレンズ設計を容易にできる。
また本発明の素子において、ｐ電極やｎ電極等は従来公知の種々のものを適宜選択して用いることができる。
【００６７】
また、本発明は実施の形態で説明した層構成に限定されるものではなく、以下のような変形も可能である。
変形例
実施の形態の窒化物半導体発光素子では、ｐ型キャップ層７の一部として、活性層６の分解を防止する第１のｐ型窒化物半導体層７ａを形成したが、本発明ではｐ型クラッド層７と活性層の間に少なくとも１つの第１のｐ型窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。
すなわち、本発明に係る窒化物半導体発光素子において、ｐ型クラッド層７と活性層の間に、ｐ型クラッド層７の成長温度より低い成長温度でｐ型クラッド層よりバンドギャップの大きい第１のｐ型窒化物半導体層を形成するようにすると、活性層の結晶品質を良好に保ちかつ結晶性の良いｐ型クラッド層を形成することが可能となる。
また、この変形例において、第１のｐ型窒化物半導体層はバンドギャップをクラッド層より大きく設定しているので、一定のキャリア閉じ込め機能を発揮させることができる。
したがって、本変形例の窒化物半導体発光素子は、従来例に比較して、出力及び素子の信頼性を高くできる。
【００６８】
【実施例】
以下に本発明の一実施の形態である実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
また、本実施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示すものであるが、本発明の方法は、ＭＯＶＰＥ法に限るものではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
【００６９】
［実施例１］
実施例１として、図１に示される本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を製造する。
異種基板として、図３に示すようにステップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアングル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オングストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームであり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂直であるサファイア基板を用意する。
【００７０】
このサファイア基板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、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）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる低温成長のバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンドープのＧａＮからなる高温成長のバッファ層を５μｍの膜厚で成長させる。
【００７１】
次に、高温成長のバッファ層を積層したウェーハ上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１８μｍ、窓部の幅３μｍのＳｉＯ２よりなる保護膜を０．１μｍの膜厚で形成する。保護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向である。
保護膜形成後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させ窒化物半導体基板１とする。
得られた窒化物半導体を窒化物半導体基板１として以下の素子構造を積層成長させる。
【００７２】
（アンドープｎ型コンタクト層）［図１には図示されていない］
窒化物半導体基板１上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。
【００７３】
（ｎ型コンタクト層２）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ４）を用い、Ｓｉを３×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層２を３μｍの膜厚で成長させる。
成長されたｎ型コンタクト層２には、微細なクラックが発生しておらず、微細なクラックの発生が良好に防止されている。また、窒化物半導体基板１に微細なクラックが生じていても、ｎ型コンタクト層２を成長させることで微細なクラックの伝播を防止でき結晶性の良好な素子構造を成長さることができる。結晶性の改善は、ｎ型コンタクト層２のみの場合より、前記のようにアンドープｎ型コンタクト層を成長させることによりより良好となる。
【００７４】
（クラック防止層３）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなるクラック防止層３を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００７５】
（ｎ型クラッド層４）
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Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、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ＧａＮよりなるＢ層を２５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１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層４を成長させる。
【００７６】
（ｎ型ガイド層５）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
（活性層６）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、キャリアガスとしてＮ２を用い、反応容器内をＮ２雰囲気として、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１１Ｇａ０．８９Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層した総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層６を成長させる。
【００７７】
（ｐ型キャップ層７）
次に、同様の温度、同様の雰囲気（Ｎ２）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Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを、膜厚２０Åで成長させる。次に、キャリアガスをＨ２にして、Ｈ２雰囲気とし、９６０℃まで上昇させた後、同様にしてＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂを、膜厚７０Åで成長させる。この第１のｐ型窒化物半導体層と、第２のｐ型窒化物半導体層とでもって、ｐ型キャップ層７とし、層膜厚９０Åで形成する。
【００７８】
（ｐ型ガイド層８）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層８を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
このｐ型ガイド層８は、アンドープとして成長させるが、ｐ型キャップ層７からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ３となりｐ型を示す。
【００７９】
（ｐ型クラッド層９）
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、アンドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５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回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層９を成長させる。
【００８０】
（ｐ型コンタクト層１０）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
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。
アニーリング後、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４に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コンタクト層２の表面を露出させる。
【００８１】
次に図４（ａ）に示すように、最上層のｐ側コンタクト層１０のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ２）よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ４ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保護膜をエッチングして、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去することにより、図４（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層１０の上にストライプ幅１．８μｍの第１の保護膜６１が形成できる。
【００８２】
さらに、図４（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ４ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１０、およびｐ側クラッド層９をエッチングして、ストライプ幅１．８μｍのリッジ形状のストライプ２００を形成する。但し、リッジ形状のストライプ２００は、図１に示すように、ＥＬＯＧ成長を行う際に形成した保護膜の上部で且つ保護膜の中心部分を避けるように形成される。
【００８３】
リッジストライプ形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図４（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ側クラッド層９の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。このようにＺｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好ましい。
次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図４（ｆ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【００８４】
次に図４（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層１０の上の第１の保護膜６１が除去されて露出したそのｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのストライプ幅として、この図に示すように、第２の保護膜６２の上に渡って形成する。
第２の保護膜６２形成後、図１に示されるように露出させたｎ側コンタクト層２の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成する。
【００８５】
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のサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ２とＴｉＯ２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、バーを切断して図１に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００〜５００μｍとすることが望ましい。
得られたレーザ素子を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。
【００８６】
その結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認され、室温で１万時間以上の寿命を示す。
更には、３０ｍＷ駆動時において、比較例１に比べてＶｆが０．５Ｖも大きく低下した。このことは、前記ｐ型キャップ層が、上述した２層構造を少なくとも有することで、Ｉｔｈの上昇がなく、素子寿命を向上させることを示す結果となった。なお、２．０ｍＡ時では、Ｖｆは０．１〜０．２Ｖ程度の低下を示すが、本発明の発光素子は、高出力時に従来のものから大きくその素子特性が向上していることがわかる。
【００８７】
［比較例１］
実施例１において、ｐ型キャップ層７を以下のように１層から構成させる他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。
（ｐ型キャップ層７）
活性層を成長させた後、同温度（８００℃）、同雰囲気（Ｎ２雰囲気）にて、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５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなるｐ型キャップ層７を、膜厚１００Åで成長させる。
得られたレーザ素子は、実施例１と比べて、Ｖｆが高く、素子寿命も劣るものであった。
【００８８】
［実施例２］
キャリアガスにＮ２、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、温度８００℃で、すなわち、活性層成長時とほぼ同様の温度、同様の雰囲気で、膜厚３０ÅのＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを成長させ、キャリアガスをＨ２にして水素雰囲気下で、９６０℃に昇温した後、膜厚１００ÅでＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎを成長させ、この２層でｐ型キャップ層を形成する他は、実施例１と同様にして、レーザ素子を形成する。得られるレーザ素子は、実施例１とほぼ同様に良好な素子信頼性を有するものであり、出力特性に関しても同程度のＶｆで、閾値電流Ｉthの上昇もなく、高出力での連続発振が可能な素子であった。
【００８９】
また、上記第１のｐ型窒化物半導体層、第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚を、それぞれ１００Å、１００Å、更にはそれぞれ１００Å、４００Åとして、素子特性の変化を調べる。各層の膜厚が１００Åでは、素子特性に大きな変化はないものの、Ｖｆの上昇が現れ始め、出力特性が僅かに劣る傾向を示し、それぞれの膜厚が１００Å、４００Åでは、その傾向が顕著となり、膜厚が増えたことによるＶｆの上昇、これによる閾値電流の上昇が観測された。
【００９０】
［実施例３］
第１のｐ型窒化物半導体層の組成をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎとする他は、実施例１と同様にして、レーザ素子を形成する。得られるレーザ素子は、実施例１とほぼ同程度の出力特性を有し、これは第１のｐ型窒化物半導体層が活性層との電位障壁をとること、電子閉じ込めることに、第２のｐ型窒化物半導体層ほど寄与していないことを示すものであり、それよりも、上層の第２のｐ型窒化物半導体層の良好な結晶成長、活性層の保護への寄与が大きいことを示すものである。このため、素子信頼性、特に素子寿命についても、実施例１とほぼ同様に、良好な寿命特性を示すものであった。
【００９１】
［実施例４］
図５を元に実施例５について説明する。
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１００をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
（バッファ層１０１）
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１００上にＧａＮよりなるバッファ層１０１を約１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９２】
（アンドープＧａＮ層１０３）
バッファ層１０１成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層１０３を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００９３】
（ｎ型コンタクト層１０４）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０４を２．２５μｍの膜厚で成長させる。
【００９４】
（ｎ型クラッド層１０５）
次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０18／cm3ドープしたＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。このようにして、７５オングストロームのアンドープＧａＮ層からなるＡ層と、ＳｉドープＧａＮ層を有する２５オングストロームのＢ層とからなるペアを成長させる。そしてペアを２５層積層して２５００オングストローム厚として、超格子構造の多層膜よりなるｎ型第１多層膜層５を成長させる。
【００９５】
（ｎ型バッファ層１０６）
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる第２の層を２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第２の層＋第１の層の順で交互に１０層づつ積層させ、最後にＧａＮよりなる第２の層を４０オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなるｎ型バッファ層１０６を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９６】
（活性層１０７）
次に、キャリアガスをＮ２に代えて窒素雰囲気として、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を５層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１２０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層１０７を成長させる。
【００９７】
（ｐ型キャップ層１０８）
活性層と同様に、キャリアガスとしてＮ２を用い活性層成長時とほぼ同様な雰囲気、温度の下、原料ガスとしてＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、膜厚２０オングストロームのＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを成長させ、キャリアガスをＨ２に代えて水素雰囲気下で、９６０℃に昇温した後、膜厚６０オングストロームでＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎを成長させ、この２層で膜厚８０オングストロームのｐ型キャップ層を形成する。
【００９８】
（ｐ型多層膜クラッド層１０９）
次に、温度１０５０℃で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、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ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、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇを１×１０20／cm3ドープしたＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎよりなる第２の層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第１＋第２の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第１の層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ型多層膜クラッド層１０９を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９９】
（ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０）
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１０を７００オングストロームの膜厚で成長させる。
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層１１０の表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、図５に示すようにｎ型コンタクト層１０４の表面を露出させる。
【０１００】
エッチング後、最上層にあるｐ型コンタクト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極１１１と、そのｐ電極１１１の上にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極（図示せず）を０．５μｍの膜厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたｎ型コンタクト層１０４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極１１２を形成してＬＥＤ素子とした。
このＬＥＤ素子は順方向電流２０ｍＡにおいて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、Ｖｆは３．５Ｖであった。このように、ＬＥＤ素子についても、良好なＶｆを示し、また素子寿命についてもレーザ素子と同様に、ｐ型キャップ層が比較例１，２のような構造にあるＬＥＤ素子に比べて、Ｖｆの上昇が抑えられ高出力で、且つ良好な第２のｐ型窒化物半導体の成長に支えられ素子信頼性の高いものである。
【０１０１】
［比較例２］
ｐ型キャップ層として、キャリアガスをＨ２として水素雰囲気下で、温度９６０℃で、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎを膜厚７０Åで形成する他は、実施例１と同様にしてレーザ素子を得た。得られたレーザ素子は、実施例１に比べて、Ｖｆは少し高くなるものの発振に大きな違いが出るほどではなかったが、素子寿命が極めて悪く、１万時間には遠く及ぶものではなく、素子断面を観察したところ、成長時乃至は駆動時に活性層が分解したことによるところが多きことがわかった。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、第１のｐ型窒化物半導体層が活性層の分解、特にＩｎの蒸発・分離を防止し、第２のｐ型窒化物半導体層が良好な結晶性でもって形成されるため、活性層との良好なオフセットをとることができ、結果として得られる発光素子は、Ｖｆの低下、素子寿命の向上、の向上した素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、サファイアの面方位を示すユニットセル図である。
【図３】図３は、オフアングルした異種基板の部分的な形状を示す模式的断面図である。
【図４】 図４は、リッジ形状のストライプ２００を形成する一実施の形態である方法の各工程におけるウエハの部分的な構造を示す模式的断面図である。
【図５】 本発明に係る実施例５のＬＥＤ素子の模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板、
２・・・ｎ型コンタクト層、
３・・・クラック防止層、
４・・・ｎ型クラッド層、
５・・・ｎ型ガイド層、
６・・・活性層、
７ａ・・・第１のｐ型窒化物半導体層、
７ｂ・・・第２のｐ型窒化物半導体層、
７・・・ｐ型キャップ層、
８・・・ｐ型ガイド層、
９・・・ｐ型クラッド層、
１０・・・ｐ型コンタクト層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子、又は太陽電池、光センサー等の受光素子に使用される窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる窒化物半導体素子に係り、特に発光素子、レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体からなる青色レーザダイオードが実用可能になっている。
例えば、本発明者等は、Japanese Journal of Applied Physics. Vol.37(1998)pp.L309-L312 に、サファイア上に成長させたＧａＮ層上に、ＳｉＯ２よりなる保護膜を部分的に形成し、その保護膜上から再度ＧａＮを有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等の気相成長法により成長させることで、保護膜が形成されていない部分（以下、窓部という）から成長が開始し、次第に保護膜上部でＧａＮの横方向の成長が生じ、隣接する窓部から横方向に成長したＧａＮ同士が保護膜上で接合して成長を続け、結晶欠陥（以下、転位という場合もある）の極めて少ない窒化物半導体を得ることができることを開示している。そして、得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体を基板とし、この窒化物半導体基板上に素子構造を形成してなる窒化物半導体レーザ素子は、１万時間以上の連続発振を達成することができることが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化物半導体発光素子は、更なる出力、素子信頼性の向上が必要である。
【０００４】
そこで、本発明は、従来例に比較してさらに出力と素子信頼性の高い窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成により前記目的を達成したものである。
すなわち、本発明に係る請求項１記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活性層と、ｐ型ガイド層と、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを順に積層した窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記活性層を形成後、前記ｐ型クラッド層よりバンドギャップの大きく、かつ前記活性層との間に電位障壁を形成し、膜厚が１０Å以上１０００Å以下であるｐ型キャップ層を形成する工程を有しており、
前記ｐ型キャップ層を形成する工程は、
Ａｌ a Ｇａ 1-a Ｎ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層を、前記ｐ型クラッド層より低い温度で１０Å〜１００Åの範囲の膜厚に成長させる第１工程と、
Ａｌ b Ｇａ 1-b Ｎ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を、前記第１のｐ型窒化物半導体層の上に前記第１工程より高い温度で成長させる第２工程と、
を含むことを特徴とする。
本発明に係る請求項２記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、請求項１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記第２のｐ型窒化物半導体層は、前記第１のｐ型窒化物半導体層より結晶欠陥が少ないものである。
本発明に係る請求項３記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記第２工程において、前記第２のｐ型窒化物半導体層を、１０Å以上３００Å以下の厚さに成長させるものである。
本発明に係る請求項４記載の窒化物半導体発光素子の製造方法は、請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記第１のｐ型窒化物半導体層は、Ａｌ a Ｇａ 1-a Ｎ（０．１＜ａ＜１）からなり、前記第２のｐ型窒化物半導体層は、Ａｌ b Ｇａ 1-b Ｎ（０．１＜ｂ＜１）からなるものである。
【０００６】
また、本明細書では、以下のような窒化物半導体発光素子とその製造方法も開示する。
第１の窒化物半導体発光素子は、少なくともｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層、及びｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層とｐ型クラッド層との間に、Ａｌ ａ Ｇａ １−ａ Ｎ（０＜ａ＜１）からなりかつ前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップの大きい第１のｐ型窒化物半導体層と、Ａｌ ｂ Ｇａ １−ｂ Ｎ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を有することを特徴とする。
また、本発明の第１の窒化物半導体発光素子においては、前記第１のｐ型窒化物半導体層が、前記活性層に接して形成されていることが好ましい。
【０００７】
さらに、第１の窒化物半導体発光素子においては、前記第１の窒化物半導体層の膜厚が、１０Å以上１００Å以下の厚さであり、前記第２の窒化物半導体層の膜厚が、１０Å以上３００Å以下の厚さであることが好ましい。
【０００８】
また、第１の窒化物半導体発光素子においては、前記活性層が、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造としてもよい。
【０００９】
さらに、第１の窒化物半導体発光素子においては、前記活性層を、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む層とし、前記ｐ型クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）とし、かつ前記ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層と前記ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層とをそれぞれ、ｘ≦ａ，ｘ≦ｂを満足するように組成が設定された層で構成することができる。
【００１０】
また、第２の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を備えた窒化物半導体発光素子において、
前記活性層とｐ型クラッド層との間に前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなりかつ前記クラッド層より低温で成長された第１のｐ型窒化物半導体層を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように、窒化物半導体発光素子において、前記活性層とｐ型クラッド層との間に前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなり前記クラッド層より低温で成長された第１のｐ型窒化物半導体層を備えることにより、活性層の品質を良好に保つことができる。
すなわち、結晶性の良いＡｌＧａＮを成長させる成長条件の下では、Ｉｎを含む活性層が分解するが、本発明に係る第２の窒化物半導体素子では、まず、前記活性層と前記クラッド層との間に、前記クラッド層より低温で前記第１のｐ型窒化物半導体層を成長させて、その第１のｐ型窒化物半導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の良いｐ型窒化物半導体層（前記クラッド層を含む）を形成することができるので、品質の良い活性層とその上に結晶性の良好なｐ型窒化物半導体層とを備えた発光素子を提供できる。
【００１２】
また、第２の窒化物半導体発光素子においては、活性層の分解を効果的に抑えるために、前記第１のｐ型窒化物半導体層がＮ２ガスを用いた有機金属気相成長法で成長されていることが好ましい。
【００１３】
また、第２の窒化物半導体発光素子においては、前記活性層を、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造とすることができる。
【００１４】
また、第２の窒化物半導体発光素子は、前記活性層をＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含んだ層とし、前記ｐ型クラッド層をＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる層とし、かつ前記ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層を、ｘ≦ａを満足するように組成を設定することにより構成できる。
【００１５】
また、第３の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層との間にＩｎを含む窒化物半導体からなる活性層を備え、かつ前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に前記ｐ型クラッド層よりバンドギャップの大きいＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）からなるｐ型キャップ層が形成されてなる窒化物半導体発光素子であって、
前記ｐ型キャップ層は、ｐ型のＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層と、該第１のｐ型窒化物半導体層上に形成されたｐ型のＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなり前記第１のｐ型窒化物半導体層より結晶欠陥の少ない第２のｐ型窒化物半導体層とからなり、かつ前記ｐ型キャップ層全体の厚さが１０Å以上１０００Å以下に設定されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、第３の窒化物半導体発光素子において、前記ｐ型キャップ層を、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなり前記活性層に接して形成された第１のｐ型窒化物半導体層と、ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる結晶欠陥の少ない第２のｐ型窒化物半導体層とによって構成することにより、活性層にキャリアを閉じ込める機能を効果的に発揮させかつ活性層の品質を良好に保つことができる。
すなわち、結晶性の良いＡｌＧａＮを成長させる成長条件の下では、Ｉｎを含む活性層が分解するために、従来は該活性層が分解しないような条件でＡｌＧａＮ層を成長させていたので、ＡｌＧａＮを用いた結晶性の良いｐ型キャップ層を形成することが困難であり、その機能を効果的に発揮させることが困難であった。また、結晶性の良いＡｌＧａＮからなるキャリア閉じ込め層を形成しようとすると、活性層の分解が起こり発光特性の低下を招いていた。
【００１７】
これに対して、第３の窒化物半導体素子では、まず、前記活性層に近い側に前記第１のｐ型窒化物半導体層を成長させて、その第１のｐ型窒化物半導体層で活性層の分解を防止しながら、結晶性の良い第２のｐ型窒化物半導体層を形成することができるので、品質の良い活性層と結晶性の良好なｐ型キャップ層とを備えた発光素子を提供できる。
すなわち、本発明の第３の窒化物半導体素子は、ｐ型キャップ層を、活性層の分解を防止する第１のｐ型窒化物半導体層と、キャリアを効果的に活性層に閉じ込める第２のｐ型窒化物半導体層とに機能的に分離した複数の層で形成することにより、従来トレードオフの関係にあった問題点を解決したものである。
【００１８】
また、第３の窒化物半導体素子において、前記第１のｐ型窒化物半導体層の膜厚は、１０Å以上１００Å以下に設定することが好ましい。この範囲に設定すると、活性層の分解を効果的に防止でき、かつｐ型キャップ層全体としての結晶性の劣化を少なくできる。
さらに、前記第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚は、１０Å以上３００Å以下とすることが好ましい。このように設定すると、ｐ型キャップ層全体としての結晶性を比較的良好に保つことができ、活性層に効果的に電子を閉じ込めることができる。
【００１９】
また、第３の窒化物半導体素子において、前記活性層をＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる井戸層を含む多重量子井戸構造とすることができ、このようにすると多重量子井戸構造の活性層の優れた発光機能をより効果的に発揮させることができる。
【００２０】
すなわち、従来の窒化物半導体発光素子において、多重量子井戸構造の活性層を採用しても、ホール拡散長が短いこと、キャリア側のオフセットが十分でないためオーバーフローが発生し易いこと等により、多重量子井戸構造の活性層の機能を十分に発揮させることができないため、単一量子井戸構造に比較して期待されたほど素子特性を向上させることができなかった。
しかしながら、第３の窒化物半導体発光素子において、活性層を、ＩｎＧａＮからなる井戸層を複数有する多重量子井戸構造として、かつ前記ｐ型キャップ層を、第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層とによって構成することにより、多重量子井戸構造の活性層に効果的にキャリアを閉じ込めることができ、該井戸層へのキャリアの注入が良好にできる。
これによって、多重量子井戸構造の活性層の特徴を十分な活用することができ、良好な発光特性を実現することができる。
【００２１】
窒化物半導体発光素子の第２の製造方法は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなるｐ型キャップ層を成長させる工程を含む窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
前記ｐ型キャップ層を成長させる工程は、
前記活性層上に窒素ガスを用いて有機金属気相成長法により、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層を成長させる第１の成長工程と、
前記第１のｐ型窒化物半導体層上に、水素ガスを用いて有機金属気相成長法により、ＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を成長させる第２の成長工程とを含み、
前記第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層とを有してなる前記ｐ型キャップ層を１０Å以上１０００Å以下の厚さに成長させることを特徴とする。
【００２２】
以上の窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、第１の成長工程において前記活性層上に比較的低温で半導体層の成長が可能な窒素ガスを用いて前記第１のｐ型窒化物半導体層を成長させているので、Ｉｎを含む活性層を分解させることなく、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）層を形成することができる。また、第２の成長工程において、前記第１のｐ型窒化物半導体層上に、結晶性の良いＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）を成長させることができる水素ガスを用いて第２のｐ型窒化物半導体層を成長させているので、前記第１のｐ型窒化物半導体層により活性層の分解を防止しながら、結晶性の良い第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることができる。また、Ｉｎ含む活性層におけるＩｎの面内分布に起因した素子間の発光特性のばらつきも抑制することができ、製造歩留まりを向上させることができる。さらに、第２のｐ型窒化物半導体層を第１のｐ型窒化物半導体層と異なる雰囲気で形成することにより、結晶成長形態の異なる層を形成することができ、機能分離できる。
【００２３】
このように、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、活性層の結晶品質を損なうことなく、ｐ型キャップ層を形成することができるので、極めて発光特性に優れかつバラツキの少ない窒化物半導体発光素子を製造することができる。
【００２４】
また、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第２の成長工程における成長温度を、前記第１の成長工程における成長温度より高く設定することが好ましい。このようにすると、より結晶性の良い第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることができる。
【００２５】
また、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第１の成長工程における成長温度を、前記活性層を成長させる時の成長温度と実質的に同一に設定することが好ましい。このようにすると、Ｉｎを含む活性層からの分解をより効果的に防止することができ、前記活性層の結晶品質をより良好に保持できる。
【００２６】
また、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第１の成長工程において、前記第１のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上１００Å以下の膜厚に成長させ、前記第２の成長工程において、前記第２のｐ型窒化物半導体層を１０Å以上３００Å以下の膜厚に成長させることが好ましい。
このように、前記第１のｐ型窒化物半導体層の膜厚が、１０〜１００Åで、前記第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚が１０〜３００Åの範囲になるように成長させることにより、上述した第１のｐ型窒化物半導体層の成長において活性層を保護する機能と、第２のｐ型窒化物半導体層によるキャリア閉じ込め機能とを、いずれも良好に発揮させることができる。
【００２７】
なぜなら、比較的結晶性の悪い第１のｐ型窒化物半導体層を活性層を保護することができる最小限の膜厚に留めて、第１のｐ型窒化物半導体層を介して良好な結晶成長が可能な第２のｐ型窒化物半導体層を比較的厚く成長させることで、活性層との良好なオフセットが実現される。すなわち、前記膜厚の第１のｐ型窒化物半導体層だけでは、トンネル効果による電子の活性層からの流出が問題となるが、第２のｐ型窒化物半導体層があることで、活性層内への良好なキャリア閉じ込めを実現することができる。
【００２８】
さらに、窒化物半導体発光素子の第２の製造方法では、前記第１の成長工程における成長温度を、８５０℃以上９５０℃以下の温度に設定し、前記第２の成長工程の成長温度を９５０℃以上の温度に設定することが好ましい。
このような温度範囲に成長温度を設定することにより、上述した第１のｐ型窒化物半導体層による活性層の保護をより効果的に図れ、よりいっそう結晶性の良好な第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態の窒化物半導体発光素子は、図１に示すように、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層６上に、ｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなり活性層６にキャリアを閉じ込める機能を有するｐ型キャップ層７が形成された窒化物半導体発光素子であって、ｐ型キャップ層７は、ｐ型のＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａと、ｐ型のＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂとからなることを特徴とするものである。
【００３０】
このｐ型キャップ層７は、活性層６にキャリアを閉じ込めるための層として形成されるものであり、活性層６より大きいバンドギャップを有しかつ結晶性のよい層であることが必要とされる。これらの条件を満足する層を活性層に接して形成すると、活性層との間に良好な電位障壁（オフセット）が形成され効果的にキャリア閉じ込め機能を発揮させることができる。
しかしながら、本発明が適用されるＩｎを含む活性層を備えた窒化物半導体発光素子では、ｐ型キャップ層７として、バンドギャップの大きさが所望の値になるようにＡｌの含有量を調整したｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）層が主として用いられるが、以下のような問題点があった。
【００３１】
すなわち、結晶欠陥の少ない結晶性の良好なＡｌＧａＮ層を成長させるためには、有機金属気相成長法を用いてＨ２雰囲気で（Ｈ２をキャリアガスとして）比較的高温でＡｌＧａＮ層を成長させる必要があるが、ＡｌＧａＮ層をＨ２雰囲気中でＩｎを含む活性層６上に直接成長させようとすると活性層が分解するという問題点があった。このために、ｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる結晶性の良いｐ型キャップ層７を形成することができても、活性層６そのものを劣化させることになり、結局は期待したほどの発光特性を得ることは困難であった。Ｈ２雰囲気中におけるＡｌＧａＮ層の成長温度を高くすると、成長されるＡｌＧａＮ層の結晶性はさらに良好にできるが、Ｉｎを含む活性層の分解がより激しくなり、発光寿命を低下させる原因となっていた。尚、本明細書において、単にＡｌＧａＮというときは、ＧａＮにおいてＧａの一部がＡｌにより置換された窒化物半導体を言う。
【００３２】
本発明は、Ｉｎを含む活性層上に、Ｈ２雰囲気に代えＮ２雰囲気でかつ低温でＡｌＧａＮ層を成長させると活性層を分解させることなくＡｌＧａＮ層を形成することができることを見出し、その点に着目して完成させたものである。
すなわち、本発明に係る実施の形態の窒化物半導体発光素子は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性層６上に、Ｎ２雰囲気で予め活性層を分解させないように比較的薄いｐ型のＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを、電子閉じ込め機能を劣化させない程度の厚さに形成し、その第１のｐ型窒化物半導体層７ａによって活性層が分解しないように保護しながら、Ｈ２雰囲気でｐ型のＡｌｂＧａ１−ｂＮ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂを形成するようにしたものである。
【００３３】
以下に、図１を用いて本発明の実施の形態について更に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体発光素子（窒化物半導体レーザ素子）を示す模式的断面図である。
図１の窒化物半導体レーザ素子は、サファイア等の窒化物半導体とは異なる異種基板１００の上面にＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体基板１上に、ｎ型不純物（例えばＳｉ）をドープしてなるＡｌｋＧａ１−ｋＮ（０＜ｋ＜１）よりなるｎ型コンタクト層２、ＳｉドープのＩｎｇＧａ１−ｇＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）よりなるクラック防止層３、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含んでなる多層膜のｎ型クラッド層４、アンドープのＧａＮからなるｎ型ガイド層５、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）からなる多重量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも２層以上のｐ型キャップ層７、アンドープのＧａＮからなるｐ型ガイド層８、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む多層膜からなるｐ型クラッド層９、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０を備え、ｐ型コンタクト層１０〜ｎ型コンタクト層２が所定の幅にエッチングされてリッジ形状のストライプ２００が形成されてなる。
尚、ｐ電極は、リッジ形状のストライプ２００の最上層であるｐ型コンタクト層１０に接するように形成され、リッジ形状のストライプ２００の片側に露出させたｎ型コンタクト層２上に形成される。
【００３４】
以下、個々の要素について詳細に説明する。
（ＥＬＯＧ成長について）
ＥＬＯＧ成長とは、窒化物半導体の縦方向の成長を少なくとも部分的に一時的止めて、横方向の成長を利用して転位の発生を抑制しながら成長させることができる成長方法である。
具体的に、窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板上に、窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる保護膜を部分的に形成し、その上から窒化物半導体を成長させる。このようにすると、保護膜が形成されていない部分から窒化物半導体の成長が開始され、さらに成長を続けることにより保護膜上に横方向に成長するようになり、その結果、異種基板全体を覆う比較的厚膜の窒化物半導体が形成される。
【００３５】
異種基板としては、種々の基板を用いることができ、例えば、図２に示すＣ面、Ｒ面、Ａ面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（６Ｈ、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、従来知られている窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。
【００３６】
前記の中で好ましい異種基板としては、サファイアであり、更に好ましくはサファイアのＣ面である。また、サファイアのＣ面がステップ状にオフアングルされ、オフアングル角θ（図３に示されるθ）が０．１°〜０．３°の範囲のものを用いると、ＥＬＯＧ成長して得られる窒化物半導体内部の微細なクラックの発生を防止でき、よりいっそう好ましい。オフアングル角θが０．１°未満であるとＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾向があり、オフアングル角θが０．１°以上であるとその上に構成されるレーザ素子の特性を安定させることができる。また、オフアングル角が０．３°を超えると、ＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体の表面がステップ状になり、その上に素子を構成すると、各半導体層においてステップが若干強調され、素子のショート及びしきい値上昇を招き好ましくない。
【００３７】
前記のようなステップ状にオフアングルされたサファイア等の異種基板上に、保護膜を、直接又は一旦窒化物半導体を成長させてから、部分的（例えば、異種基板表面が一定間隔で露出するように）に形成する。
保護膜としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい性質を有する種々の材料を用いることができ、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯＸ）、窒化ケイ素（ＳｉＸＮＹ）、酸化チタン（ＴｉＯＸ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯＸ）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜、さらには１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。好ましい保護膜材料としては、ＳｉＯ２及びＳｉＮが挙げられる。
【００３８】
保護膜材料を窒化物半導体等の表面に形成する方法としては、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相成膜技術を用いることができる。
また、部分的（選択的）に形成する方法として、フォトリソグラフィー技術を用いて所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相成膜する方法を用いることができる。保護膜の形状は、特に限定されるものではないが、例えばドット、ストライプ、碁盤面状の形状で形成でき、好ましくはストライプ状の形状とし、そのストライプがオリエンテーションフラット面（サファイアのＡ面）に垂直になるように形成する。
【００３９】
また、異種基板の表面のうち、保護膜を形成する表面積の割合は、保護膜が形成されていない部分の表面積より大きくすることが好ましく、このようにすると、成長させる窒化物半導体に発生する転位を防止することができ、良好な結晶性を有する窒化物半導体基板が得られる。
例えば、保護膜をストライプ形状に形成する場合の保護膜のストライプ幅は、保護膜が形成されていない部分（窓部）の幅を３とした時に、１０以上になるようにすることが好ましい。この場合、保護膜のストライプ幅ｗ１は、保護膜が形成されていない部分（窓部）の幅ｗ２として、ｗ１：ｗ２＝１６〜１８：３を満足するように設定することがさらに好ましい。保護膜をストライプ形状に形成する場合、保護膜のストライプ幅と窓部の幅を前記の関係に設定すると、窒化物半導体が保護膜を覆い易くなり、且つ転位を効果的に防止することができる。保護膜のストライプ幅としては、例えば６〜２７μｍ、好ましくは１１〜２４μｍとして、窓部の幅としては、例えば２〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍとする。
【００４０】
また、ＥＬＯＧ成長して得られる窒化物半導体上に素子を構成し、ｐ型窒化物半導体層にリッジ形状のストライプ２００を形成する場合、リッジ形状のストライプ２００が、ストライプ状の保護膜の上であり、かつその中心線（長手方向に平行な中心線）上を避けて形成されていることが好ましく、このようにすると、しきい値を低下させることができ、素子の信頼性を向上させることができる。すなわち、保護膜上部に位置する窒化物半導体の結晶性が、窓部上部等に比較して良好であり、また、保護膜の中心線上付近は、窓部から成長した隣接する窒化物半導体同士が横方向の成長によって接合する部分でありこのような接合箇所に空隙の生じる場合があり、この空隙の上部にリッジ形状のストライプ２００が形成されると、レーザ素子の動作中に空隙から転位が伝播し易くなり、素子の信頼性を劣化させる恐れがあるからである。
【００４１】
また、保護膜は、異種基板に直接形成されてもよいが、異種基板上に低温成長のバッファ層１０１を形成させ、更にその上に高温成長の窒化物半導体からなるバッファ層１０２を成長させた上に、形成することが好ましく、このようにすると、転位の少ないより結晶性に優れた窒化物半導体基板を成長させることができる。
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子を形成するために用いることができる基板は、上述したＥＬＯＧ成長させた窒化物半導体基板に限定されるものではない。本発明では、たとえば、サファイア基板の上にアンドープのＧａＮを数μｍから数十μｍの膜厚で成長させた下地層として成長させ、その上に素子を構成するようにしてもよい。
また、ＥＬＯＧ成長に用いる低温成長のバッファ層１０１としては、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＮ等のいずれかを９００℃以下２００℃以上の温度で、膜厚数十オングストローム〜数百オングストロームで成長させたものを用いることができる。これらのバッファ層は、異種基板と比較的高温で成長される窒化物半導体層との間の格子定数不整を緩和することができ、成長させる層におれる転位の発生を防止することができる。
【００４２】
高温成長の窒化物半導体からなるバッファ層１０２としては、アンドープのＧａＮ、ｎ型不純物をドープしたＧａＮ、またＳｉをドープしたＧａＮを用いることができ、好ましくはアンドープのＧａＮを用いる。またこれらの窒化物半導体は、高温、具体的には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃でバッファ層１０１上に成長される。本発明において、このバッファ層１０２の膜厚は特に限定されるものではないが、例えば１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０μｍとする。
【００４３】
次に保護膜を形成した上に、窒化物半導体をＭＯＣＶＤ等により、ＥＬＯＧ成長させて窒化物半導体基板１を得る。この場合、成長させる窒化物半導体としては、アンドープのＧａＮ又は不純物（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ）をドープしたＧａＮを用いることができる。成長温度としては、例えば９００℃〜１１００℃、より具体的には１０５０℃付近の温度で成長させる。不純物がドープされていると成長層おける転位の発生を抑制することができ、好ましい。
【００４４】
このＥＬＯＧ成長では、成長初期において、成長速度をコントロールし易いＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等で成長させ、保護膜がＥＬＯＧ成長の窒化物半導体で覆われた後の成長をＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）等で成長させてもよい。
以上のようにして、本実施の形態では、ＥＬＯＧ成長により窒化物半導体基板１を異種基板上に形成する。
【００４５】
（窒化物半導体基板１上の各窒化物半導体層の形成）
本実施の形態では、まず、ｎ型コンタクト層２を窒化物半導体基板１上に成長させる。ｎ型コンタクト層２としては、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）がドープされたＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）を成長させる。ｎ型コンタクト層２として、好ましくはａが０．０１〜０．０５に設定されたＡｌａＧａ１−ａＮを成長させる。ｎ型コンタクト層２をＡｌを含む３元混晶で形成すると、窒化物半導体基板１に微細なクラックが発生していても、微細なクラックの伝播を防止することができ、更に従来の問題点であった窒化物半導体基板１とｎ型コンタクト層２との格子定数及び熱膨張係数の相違によるｎ型コンタクト層への微細なクラックの発生を防止することができ好ましい。ｎ型不純物のドープ量は、１×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３とする。このｎ型コンタクト層２にはｎ電極２１が形成される。ｎ型コンタクト層２の膜厚は、１〜１０μｍとする。
また、本実施の形態では、窒化物半導体基板１とｎ型コンタクト層２との間に、アンドープのＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）を成長させてもよく、このアンドープの層を成長させるとｎ型コンタクト層２の結晶性を良好とでき、寿命特性を向上させることができる。この場合、アンドープｎ型コンタクト層の膜厚は、数μｍとする。
【００４６】
次に、クラック防止層３をｎ型コンタクト層２上に成長させる。クラック防止層３としては、ＳｉドープのＩｎｇＧａ１−ｇＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）を成長させ、ｇが０．０５〜０．０８に設定されたＩｎｇＧａ１−ｇＮを成長させることが好ましい。このクラック防止層３をｎ型コンタクト層２上に形成すると、素子内のクラックの発生を防止することができ、好ましい。Ｓｉのドープ量としては、５×１０１８／ｃｍ３である。しかしながら、本発明では、クラック防止層３を省略してもよい。
【００４７】
また、クラック防止層３を成長させる際に、Ｉｎの混晶比を大きく（ｘ≧０．１）することが好ましく、このようにすると、クラック防止層３がｎ型クラッド層４から漏れ出した、活性層６で発生された光を吸収することができ、レーザ光のファーフィールドパターンの乱れを防止することができる。
このクラック防止層の膜厚は、例えば、０．０５〜０．３μｍのそれ自身の結晶性が損なわれない程度の厚みとする。
【００４８】
次に、ｎ型クラッド層４をクラック防止層３上に成長させる。ｎ型クラッド層４は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含む窒化半導体を有する多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を示し、例えば、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）層と、このＡｌｅＧａ１−ｅＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組み合わせとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮとＧａＮとを積層してなる多層膜である。このようにすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層できる。より好ましい多層膜としては、アンドープのＡｌｅＧａ１−ｅＮとｎ型不純物（例えばＳｉ）ドープのＧａＮとを組み合わせて積層したものである。この場合、ｎ型不純物は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮにドープされてもよい。ｎ型不純物のドープ量は、４×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３である。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低くでき且つ結晶性を損なうことなくｎ型クラッド層４を形成することができる。
【００４９】
この多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下であって、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層することにより構成する。単一の膜厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすることができる。また、ｎ型クラッド層４の総膜厚は、０．７〜２μｍである。
【００５０】
またｎ型クラッド層の全体の平均組成は、その平均組成をＡｌｋＧａ１−ｋＮで表したときに、ｋを０．０５〜０．１とすることが好ましい。Ａｌの含有率がこの範囲であると、クラックを発生させないように形成でき、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の差を得ることができる。
次に、ｎ型ガイド層５をｎ型クラッド層４上に成長させる。ｎ型ガイド層５としては、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体を成長させる。ｎ型ガイド層５の膜厚は、０．１〜０．０７μｍに設定することが好ましく、このようにすると、しきい値を低下させることができる。
また、ｎ型ガイド層４をアンドープとすることが好ましく、これによって、レーザ導波路内の伝搬損失を減少させることができ、かつしきい値を低くすることができる。
【００５１】
次に、活性層６をｎ型ガイド層５上に成長させる。本実施の形態において、活性層は、ＩｎｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜１）を含んでなる多重量子井戸構造を有する。活性層６において、井戸層は、ｃが０．１〜０．２のＩｎｃＧａ１−ｃＮとし、障壁層は、ｃが０〜０．０１のＩｎｃＧａ１−ｃＮとする。
また活性層６を構成する井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。この場合、障壁層に不純物をドープさせると、しきい値を低下させることができ好ましい。
井戸層の膜厚としては、３０〜６０オングストロームであり、障壁層の膜厚としては、９０〜１５０オングストロームである。
【００５２】
多重量子井戸構造の活性層６は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜５回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層とのペアを３回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００５３】
次に、ｐ型キャップ層７を活性層６上に成長させる。ｐ型キャップ層７としては、ＭｇドープのＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも２層を成長させて構成する。このｐ型キャップ層７の混晶比は、好ましくはｄが０．１以上０．５以下の範囲に設定する。本発明におけるｐ型キャップ層を構成する第１のｐ型窒化物半導体層、第２のｐ型窒化物半導体層については、上記範囲の混晶比が適用されるが、各層について詳しくは後述するとおりである。
また、ｐ型キャップ層７全体の膜厚は、１０オングストローム以上１０００オングストローム以下、好ましくは２０オングストローム以上４００オングストローム以下に設定する。ｐ型キャップ層７全体の膜厚をこのような範囲に設定するのは、次のような理由によるものである。
すなわち、ｐ型キャップ層７をＡｌＧａＮ層とした場合、キャリア閉じ込め機能を効果的に発揮させることができるが、ＡｌＧａＮ層はＡｌを含まない窒化ガリウム系半導体に比較してバルク抵抗が高いものである。従って、ｐ型キャップ層を形成したことによる発光素子における抵抗値の上昇を抑える必要があるために、１０００オングストローム以下、好ましくは４００オングストローム以下に設定する。
また、このｐ型キャップ層７の本来の機能は、上述のキャリア閉じ込め機能であり、その機能を効果的に発揮させるために、その膜厚を１０オングストローム以上、好ましくは２０オングストローム以上に設定する。
従って、膜厚が上記範囲であると、活性層６内にキャリアを効果的に閉じ込めることができ、且つバルク抵抗も低く抑えることができる。
【００５４】
またｐ型キャップ層７のＭｇのドープ量は、１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３とする。ドープ量をこの範囲に設定すると、バルク抵抗を低下させることに加えて、後述のアンドープで成長させるｐ型ガイド層にＭｇが拡散され、比較的薄い層であるｐ型ガイド層８にＭｇを１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲で含有させることができる。
【００５５】
ここで特に、本実施の形態においてｐ型キャップ層７は、ＡｌａＧａ１−ａＮからなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａと、その上にＡｌｂＧａ１−ｂＮからなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂの２層で構成した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、２以上の層としてもよく、また、例えば、第２のｐ型窒化物半導体層７ｂを複数の層を積層することにより形成してもよい。
【００５６】
また、各層のＡｌ混晶比は特に限定されるものではない。しかし、ＡｌａＧａ１−ａＮ層で表される第１のｐ型窒化物半導体層７ａにおいては、Ａｌ混晶比ａは、０以上であれば、活性層の分解を効果的に抑制することができる。この機能を発揮させるためには、好ましくはａ＞０のＡｌａＧａ１−ａＮ層とすると、窒化物半導体の中でも比較的高融点で化学的に安定な層を、活性層に近い方に（好ましくは接する）設けることができ、活性層の分解をより効果的に抑制することができる。また、本発明においては、第１のｐ型窒化物半導体層７ａ及び第２のｐ型窒化物半導体層７ｂの各Ａｌ混晶比ａ、ｂを、好ましくは０．１より大きく、更に好ましくは０．２より大きくすることで、活性層との間に良好なオフセットをとる（電位障壁を形成する）ことができ、キャリアのオーバフローのない良好なキャリア注入を実現することができる。この時、第１のｐ型窒化物半導体層７ａと第２のｐ型窒化物半導体層７ｂとは、同一の組成、すなわちａ＝ｂとすることが好ましく、このような条件下では、製造において各ソースガス、不純物ガスの供給量の調整等が容易にできかつ制御性を高くできるので、第１のｐ型窒化物半導体層及び第２のｐ型窒化物半導体層を安定して、精度よく成長させることができる。
【００５７】
次に、第１のｐ型窒化物半導体層７ａ、第２のｐ型窒化物半導体層７ｂの成長条件について説明する。
成長温度としては、第１のｐ型窒化物半導体層よりも高い温度で第２のｐ型窒化物半導体層を成長させることが好ましい。
特に、第１のｐ型窒化物半導体層の具体的な成長温度は８５０〜９５０℃程度、活性層を成長させる温度と同様の温度に設定すると、Ｉｎを含む活性層６の分解を防止することができ好ましい。
そして、第２のｐ型窒化物半導体層の成長温度は、例えば活性層の成長温度より１００℃程度高いの温度に設定することが好ましく、これによりより良好な結晶性を有するＡｌＧａＮ層を形成することができる。
【００５８】
さらに、第１のｐ型窒化物半導体層と第２のｐ型窒化物半導体層の成長時の雰囲気は、異なる雰囲気とすることが好ましい。すなわち、第１のｐ型窒化物半導体は、活性層とほぼ同じ雰囲気で成長させることが好ましく、こうすることで、活性層の分解を防しできる。また、第２のｐ型窒化物半導体は、良好なオフセットを形成するために好ましい雰囲気で成長させる。このようにすると、２つの層の結晶成長形態の違いにより、第１のｐ型窒化物半導体層は活性層の分解を防ぐ層、第２のｐ型窒化物半導体は良好なオフセットの実現を担う層とでき、各層にそれぞれ特有の機能を持たせることができる。具体的には、第１のｐ型窒化物半導体層の成長雰囲気はＮ２とし、第２のｐ型窒化物半導体層の成長雰囲気はＨ２とすることで、それぞれ上述の機能を有する層が形成できるため、得られる素子は良好な発光特性を有する。
【００５９】
またｐ型キャップ層７を前記少なくとも２層から構成する場合の各層の膜厚は、ｐ型キャップ層を形成したことによる発光素子のＶｆ（順方向電圧）の上昇を小さく抑えるために、第１のｐ型窒化物半導体層は１０〜１００オングストロームの範囲、第２のｐ型窒化物半導体層は１０〜３００オングストロームの範囲に設定することが好ましい。また、Ｖｆの上昇をより小さく抑えるために、第１のｐ型窒化物半導体層を１０〜３０Åの範囲、第２のｐ型窒化物半導体層を１０〜１００Åオングストロームの範囲に設定することがさらに好ましい。
次に、ｐ型ガイド層８をｐ型キャップ層７上に成長させる。ｐ型ガイド層８は、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させて形成する。膜厚は０．１〜０．０７μｍとすることが好ましく、この範囲の膜厚にするとしきい値を低くすることができる。また上述のように、ｐ型ガイド層８はアンドープ層として成長させるが、ｐ型キャップ層７にドープされているＭｇが拡散して、１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲でＭｇが含有される。
【００６０】
次に、ｐ型クラッド層９をｐ型ガイド層８上に成長させる。ｐ型クラッド層９としては、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる窒化物半導体層、好ましくはＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０．０５≦ｆ≦０．１５）を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜層とすることが好ましい。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を有する層であり、例えば、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ層と、ＡｌｆＧａ１−ｆＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で特に、ＡｌｆＧａ１−ｆＮとＧａＮとを組み合わせて積層した多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層できるので好ましい。より好ましい多層膜としは、アンドープのＡｌｆＧａ１−ｆＮとｐ型不純物（例えばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせである。ｐ型不純物は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮにドープされてもよい。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で且つバルク抵抗を低くできる。
【００６１】
この多層膜において、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下とし、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層して構成する。単一の膜厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発生を防止できｎ型クラッド層全体の結晶性を良好にすることができる。
ｐ型クラッド層９の総膜厚としては、０．４〜０．５μｍとすることが好ましく、この範囲に設定すると順方向電圧（Ｖｆ）を低減することができる。
【００６２】
またｐ型クラッド層９の全体のＡｌの平均組成は、ＡｌｓＧａ１−ｓＮで表したときに、ｓが０．０５〜０．１の範囲に設定することが好ましく、このようにすると、クラックの発生を抑制し且つレーザ導波路との間に良好な屈折率差が得られる。
次に、ｐ型コンタクト層１０をｐ型クラッド層９上に成長させる。ｐ型コンタクト層は、ＭｇドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させた層である。膜厚は１０〜２００オングストロームに設定する。Ｍｇのドープ量は１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２２／ｃｍ３とする。このよう膜厚とＭｇのドープ量を調整することにより、ｐ型コンタクト層のキャリア濃度を高くでき、ｐ電極との間に良好なオーミック接触を形成することができる。
【００６３】
本発明の素子において、リッジ形状のストライプ２００は、ｐ型コンタクト層から所定の深さまでエッチングすることにより形成する。本実施の形態では、例えば、図１に示すようなｐ型コンタクト層１０からｐ型クラッド層９の途中までエッチングしてなるリッジ形状のストライプ２００、又はｐ型コンタクト層１０からｎ型コンタクト層２までエッチングしてなるリッジ形状のストライプ２００などの種々のリッジ形状のストライプ２００を適用することができる。
【００６４】
エッチングして形成されたリッジ形状のストライプ２００の側面やその側面に連続した窒化物半導体層の平面に、例えば図１に示すように、レーザ導波路領域の屈折率より小さい値を有する絶縁膜６２が形成されている。ストライプの側面等に形成される絶縁膜としては、例えば、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物や、ＢＮ、ＡｌＮ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの酸化物のいずれか１種以上の元素や、ＢＮである。
【００６５】
さらにこの絶縁膜６２を介してリッジ形状のストライプ２００の最上層にあるｐ型コンタクト層１０の表面にｐ電極が形成される。
エッチングして形成されるリッジ形状のストライプ２００の幅としては、０．５〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍとする。リッジ形状のストライプ２００の幅をこの範囲に設定すると、水平横モードを単一モードにできる。
また、ｐ型クラッド層９とレーザ導波路領域との界面より深くエッチングをすることにより、リッジ形状のストライプ２００を形成すると、アスペクト比を１に近づけることができるので好ましい。
【００６６】
以上のように、リッジ形状のストライプ２００のエッチング量や、ストライプ幅、さらにストライプの側面の絶縁膜の屈折率などを、単一モードのレーザ光が得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけるように設定することが好ましく、レーザビームやレンズ設計を容易にできる。
また本発明の素子において、ｐ電極やｎ電極等は従来公知の種々のものを適宜選択して用いることができる。
【００６７】
また、本発明は実施の形態で説明した層構成に限定されるものではなく、以下のような変形も可能である。
変形例
実施の形態の窒化物半導体発光素子では、ｐ型キャップ層７の一部として、活性層６の分解を防止する第１のｐ型窒化物半導体層７ａを形成したが、本発明ではｐ型クラッド層７と活性層の間に少なくとも１つの第１のｐ型窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。
すなわち、本発明に係る窒化物半導体発光素子において、ｐ型クラッド層７と活性層の間に、ｐ型クラッド層７の成長温度より低い成長温度でｐ型クラッド層よりバンドギャップの大きい第１のｐ型窒化物半導体層を形成するようにすると、活性層の結晶品質を良好に保ちかつ結晶性の良いｐ型クラッド層を形成することが可能となる。
また、この変形例において、第１のｐ型窒化物半導体層はバンドギャップをクラッド層より大きく設定しているので、一定のキャリア閉じ込め機能を発揮させることができる。
したがって、本変形例の窒化物半導体発光素子は、従来例に比較して、出力及び素子の信頼性を高くできる。
【００６８】
【実施例】
以下に本発明の一実施の形態である実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
また、本実施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示すものであるが、本発明の方法は、ＭＯＶＰＥ法に限るものではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
【００６９】
［実施例１］
実施例１として、図１に示される本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を製造する。
異種基板として、図３に示すようにステップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアングル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オングストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームであり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂直であるサファイア基板を用意する。
【００７０】
このサファイア基板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、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）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる低温成長のバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンドープのＧａＮからなる高温成長のバッファ層を５μｍの膜厚で成長させる。
【００７１】
次に、高温成長のバッファ層を積層したウェーハ上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１８μｍ、窓部の幅３μｍのＳｉＯ２よりなる保護膜を０．１μｍの膜厚で形成する。保護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向である。
保護膜形成後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させ窒化物半導体基板１とする。
得られた窒化物半導体を窒化物半導体基板１として以下の素子構造を積層成長させる。
【００７２】
（アンドープｎ型コンタクト層）［図１には図示されていない］
窒化物半導体基板１上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。
【００７３】
（ｎ型コンタクト層２）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ４）を用い、Ｓｉを３×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層２を３μｍの膜厚で成長させる。
成長されたｎ型コンタクト層２には、微細なクラックが発生しておらず、微細なクラックの発生が良好に防止されている。また、窒化物半導体基板１に微細なクラックが生じていても、ｎ型コンタクト層２を成長させることで微細なクラックの伝播を防止でき結晶性の良好な素子構造を成長さることができる。結晶性の改善は、ｎ型コンタクト層２のみの場合より、前記のようにアンドープｎ型コンタクト層を成長させることによりより良好となる。
【００７４】
（クラック防止層３）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなるクラック防止層３を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００７５】
（ｎ型クラッド層４）
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Ａｌ０．１４Ｇａ０．８６ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、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ＧａＮよりなるＢ層を２５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１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層４を成長させる。
【００７６】
（ｎ型ガイド層５）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
（活性層６）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、キャリアガスとしてＮ２を用い、反応容器内をＮ２雰囲気として、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１１Ｇａ０．８９Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層した総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層６を成長させる。
【００７７】
（ｐ型キャップ層７）
次に、同様の温度、同様の雰囲気（Ｎ２）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Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを、膜厚２０Åで成長させる。次に、キャリアガスをＨ２にして、Ｈ２雰囲気とし、９６０℃まで上昇させた後、同様にしてＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第２のｐ型窒化物半導体層７ｂを、膜厚７０Åで成長させる。この第１のｐ型窒化物半導体層と、第２のｐ型窒化物半導体層とでもって、ｐ型キャップ層７とし、層膜厚９０Åで形成する。
【００７８】
（ｐ型ガイド層８）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層８を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
このｐ型ガイド層８は、アンドープとして成長させるが、ｐ型キャップ層７からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ３となりｐ型を示す。
【００７９】
（ｐ型クラッド層９）
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、アンドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５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回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層９を成長させる。
【００８０】
（ｐ型コンタクト層１０）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
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。
アニーリング後、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４に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コンタクト層２の表面を露出させる。
【００８１】
次に図４（ａ）に示すように、最上層のｐ側コンタクト層１０のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ２）よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ４ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保護膜をエッチングして、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去することにより、図４（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層１０の上にストライプ幅１．８μｍの第１の保護膜６１が形成できる。
【００８２】
さらに、図４（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ４ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１０、およびｐ側クラッド層９をエッチングして、ストライプ幅１．８μｍのリッジ形状のストライプ２００を形成する。但し、リッジ形状のストライプ２００は、図１に示すように、ＥＬＯＧ成長を行う際に形成した保護膜の上部で且つ保護膜の中心部分を避けるように形成される。
【００８３】
リッジストライプ形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図４（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ側クラッド層９の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。このようにＺｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好ましい。
次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図４（ｆ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【００８４】
次に図４（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層１０の上の第１の保護膜６１が除去されて露出したそのｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのストライプ幅として、この図に示すように、第２の保護膜６２の上に渡って形成する。
第２の保護膜６２形成後、図１に示されるように露出させたｎ側コンタクト層２の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成する。
【００８５】
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のサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ２とＴｉＯ２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、バーを切断して図１に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００〜５００μｍとすることが望ましい。
得られたレーザ素子を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。
【００８６】
その結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認され、室温で１万時間以上の寿命を示す。
更には、３０ｍＷ駆動時において、比較例１に比べてＶｆが０．５Ｖも大きく低下した。このことは、前記ｐ型キャップ層が、上述した２層構造を少なくとも有することで、Ｉｔｈの上昇がなく、素子寿命を向上させることを示す結果となった。なお、２．０ｍＡ時では、Ｖｆは０．１〜０．２Ｖ程度の低下を示すが、本発明の発光素子は、高出力時に従来のものから大きくその素子特性が向上していることがわかる。
【００８７】
［比較例１］
実施例１において、ｐ型キャップ層７を以下のように１層から構成させる他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。
（ｐ型キャップ層７）
活性層を成長させた後、同温度（８００℃）、同雰囲気（Ｎ２雰囲気）にて、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５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなるｐ型キャップ層７を、膜厚１００Åで成長させる。
得られたレーザ素子は、実施例１と比べて、Ｖｆが高く、素子寿命も劣るものであった。
【００８８】
［実施例２］
キャリアガスにＮ２、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、温度８００℃で、すなわち、活性層成長時とほぼ同様の温度、同様の雰囲気で、膜厚３０ÅのＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを成長させ、キャリアガスをＨ２にして水素雰囲気下で、９６０℃に昇温した後、膜厚１００ÅでＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎを成長させ、この２層でｐ型キャップ層を形成する他は、実施例１と同様にして、レーザ素子を形成する。得られるレーザ素子は、実施例１とほぼ同様に良好な素子信頼性を有するものであり、出力特性に関しても同程度のＶｆで、閾値電流Ｉthの上昇もなく、高出力での連続発振が可能な素子であった。
【００８９】
また、上記第１のｐ型窒化物半導体層、第２のｐ型窒化物半導体層の膜厚を、それぞれ１００Å、１００Å、更にはそれぞれ１００Å、４００Åとして、素子特性の変化を調べる。各層の膜厚が１００Åでは、素子特性に大きな変化はないものの、Ｖｆの上昇が現れ始め、出力特性が僅かに劣る傾向を示し、それぞれの膜厚が１００Å、４００Åでは、その傾向が顕著となり、膜厚が増えたことによるＶｆの上昇、これによる閾値電流の上昇が観測された。
【００９０】
［実施例３］
第１のｐ型窒化物半導体層の組成をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎとする他は、実施例１と同様にして、レーザ素子を形成する。得られるレーザ素子は、実施例１とほぼ同程度の出力特性を有し、これは第１のｐ型窒化物半導体層が活性層との電位障壁をとること、電子閉じ込めることに、第２のｐ型窒化物半導体層ほど寄与していないことを示すものであり、それよりも、上層の第２のｐ型窒化物半導体層の良好な結晶成長、活性層の保護への寄与が大きいことを示すものである。このため、素子信頼性、特に素子寿命についても、実施例１とほぼ同様に、良好な寿命特性を示すものであった。
【００９１】
［実施例４］
図５を元に実施例５について説明する。
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１００をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。
（バッファ層１０１）
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１００上にＧａＮよりなるバッファ層１０１を約１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９２】
（アンドープＧａＮ層１０３）
バッファ層１０１成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層１０３を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００９３】
（ｎ型コンタクト層１０４）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０４を２．２５μｍの膜厚で成長させる。
【００９４】
（ｎ型クラッド層１０５）
次にシランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０18／cm3ドープしたＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。このようにして、７５オングストロームのアンドープＧａＮ層からなるＡ層と、ＳｉドープＧａＮ層を有する２５オングストロームのＢ層とからなるペアを成長させる。そしてペアを２５層積層して２５００オングストローム厚として、超格子構造の多層膜よりなるｎ型第１多層膜層５を成長させる。
【００９５】
（ｎ型バッファ層１０６）
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０オングストローム成長させ、次に温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる第２の層を２０オングストローム成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第２の層＋第１の層の順で交互に１０層づつ積層させ、最後にＧａＮよりなる第２の層を４０オングストローム成長さた超格子構造の多層膜よりなるｎ型バッファ層１０６を６４０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９６】
（活性層１０７）
次に、キャリアガスをＮ２に代えて窒素雰囲気として、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・＋障壁の順で障壁層を５層、井戸層を４層、交互に積層して、総膜厚１１２０オングストロームの多重量子井戸構造よりなる活性層１０７を成長させる。
【００９７】
（ｐ型キャップ層１０８）
活性層と同様に、キャリアガスとしてＮ２を用い活性層成長時とほぼ同様な雰囲気、温度の下、原料ガスとしてＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、膜厚２０オングストロームのＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる第１のｐ型窒化物半導体層７ａを成長させ、キャリアガスをＨ２に代えて水素雰囲気下で、９６０℃に昇温した後、膜厚６０オングストロームでＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎを成長させ、この２層で膜厚８０オングストロームのｐ型キャップ層を形成する。
【００９８】
（ｐ型多層膜クラッド層１０９）
次に、温度１０５０℃で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、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ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、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇを１×１０20／cm3ドープしたＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎよりなる第２の層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第１＋第２の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第１の層を４０オングストロームの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ型多層膜クラッド層１０９を３６５オングストロームの膜厚で成長させる。
【００９９】
（ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０）
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１０を７００オングストロームの膜厚で成長させる。
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層１１０の表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置でｐ型コンタクト層側からエッチングを行い、図５に示すようにｎ型コンタクト層１０４の表面を露出させる。
【０１００】
エッチング後、最上層にあるｐ型コンタクト層のほぼ全面に膜厚２００オングストロームのＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極１１１と、そのｐ電極１１１の上にボンディング用のＡｕよりなるｐパッド電極（図示せず）を０．５μｍの膜厚で形成する。一方、エッチングにより露出させたｎ型コンタクト層１０４の表面にはＷとＡｌを含むｎ電極１１２を形成してＬＥＤ素子とした。
このＬＥＤ素子は順方向電流２０ｍＡにおいて、５２０ｎｍの純緑色発光を示し、Ｖｆは３．５Ｖであった。このように、ＬＥＤ素子についても、良好なＶｆを示し、また素子寿命についてもレーザ素子と同様に、ｐ型キャップ層が比較例１，２のような構造にあるＬＥＤ素子に比べて、Ｖｆの上昇が抑えられ高出力で、且つ良好な第２のｐ型窒化物半導体の成長に支えられ素子信頼性の高いものである。
【０１０１】
［比較例２］
ｐ型キャップ層として、キャリアガスをＨ２として水素雰囲気下で、温度９６０℃で、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎを膜厚７０Åで形成する他は、実施例１と同様にしてレーザ素子を得た。得られたレーザ素子は、実施例１に比べて、Ｖｆは少し高くなるものの発振に大きな違いが出るほどではなかったが、素子寿命が極めて悪く、１万時間には遠く及ぶものではなく、素子断面を観察したところ、成長時乃至は駆動時に活性層が分解したことによるところが多きことがわかった。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、第１のｐ型窒化物半導体層が活性層の分解、特にＩｎの蒸発・分離を防止し、第２のｐ型窒化物半導体層が良好な結晶性でもって形成されるため、活性層との良好なオフセットをとることができ、結果として得られる発光素子は、Ｖｆの低下、素子寿命の向上、の向上した素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、サファイアの面方位を示すユニットセル図である。
【図３】図３は、オフアングルした異種基板の部分的な形状を示す模式的断面図である。
【図４】 図４は、リッジ形状のストライプ２００を形成する一実施の形態である方法の各工程におけるウエハの部分的な構造を示す模式的断面図である。
【図５】 本発明に係る実施例５のＬＥＤ素子の模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板、
２・・・ｎ型コンタクト層、
３・・・クラック防止層、
４・・・ｎ型クラッド層、
５・・・ｎ型ガイド層、
６・・・活性層、
７ａ・・・第１のｐ型窒化物半導体層、
７ｂ・・・第２のｐ型窒化物半導体層、
７・・・ｐ型キャップ層、
８・・・ｐ型ガイド層、
９・・・ｐ型クラッド層、
１０・・・ｐ型コンタクト層。
Claims (4)
- 少なくともＡｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活性層と、ｐ型ガイド層と、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを順に積層した窒化物半導体発光素子の製造方法において、
前記活性層を形成後、前記ｐ型クラッド層よりバンドギャップの大きく、かつ前記活性層との間に電位障壁を形成し、膜厚が１０Å以上１０００Å以下であるｐ型キャップ層を形成する工程を有しており、
前記ｐ型キャップ層を形成する工程は、
Ａｌ a Ｇａ 1-a Ｎ（０＜ａ＜１）からなる第１のｐ型窒化物半導体層を、前記ｐ型クラッド層より低い温度で１０Å〜１００Åの範囲の膜厚に成長させる第１工程と、
Ａｌ b Ｇａ 1-b Ｎ（０＜ｂ＜１）からなる第２のｐ型窒化物半導体層を、前記第１のｐ型窒化物半導体層の上に前記第１工程より高い温度で成長させる第２工程と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 前記第２のｐ型窒化物半導体層は、前記第１のｐ型窒化物半導体層より結晶欠陥が少ない請求項１に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第２工程において、前記第２のｐ型窒化物半導体層を、１０Å以上３００Å以下の厚さに成長させる請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
- 前記第１のｐ型窒化物半導体層は、Ａｌ a Ｇａ 1-a Ｎ（０．１＜ａ＜１）からなり、前記第２のｐ型窒化物半導体層は、Ａｌ b Ｇａ 1-b Ｎ（０．１＜ｂ＜１）からなる請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。
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