JP5158834B2 - 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関し、特に青色よりも長波長の可視域の光を出力することが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。
従来、青色発光（発光波長４８０ｎｍ以下）の半導体発光素子としてInGaN を用いた半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、このInGaN を用いた半導体発光素子でより長波長の緑色発光を得るためには、活性層の禁制帯幅を狭くすればよい。
その一つの手法として、Inの組成比を大きくすることが考えられる。
特開２０００−７７７１２号公報
ところで、このInGaN を用いた半導体発光素子でより長波長の緑色発光を得るためには、活性層の禁制帯幅を狭くすればよい。
その一つの手法として、Inの組成比を大きくすることが考えられる。
しかし、Inの組成比を大きくすると、相分離が生じ、均一なIn組成を有する活性層を得ることが困難となり、発光効率が低下する。
また、結晶構造に起因してピエゾ電界が発生すると、発光再結合確率が低下し、さらに発光効率が低下してしまうという問題点が生じる。
そこで、本発明の目的は、均一な組成分布を有する高In組成のInGaN系のレーザダイオードであって、ピエゾ電界による影響を低減して発光効率の高い半導体発光素子および半導体発光素子を製造する製造方法を提供することにある。
また、結晶構造に起因してピエゾ電界が発生すると、発光再結合確率が低下し、さらに発光効率が低下してしまうという問題点が生じる。
そこで、本発明の目的は、均一な組成分布を有する高In組成のInGaN系のレーザダイオードであって、ピエゾ電界による影響を低減して発光効率の高い半導体発光素子および半導体発光素子を製造する製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の半導体発光素子の第１の態様は、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面とした酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板と、前記基板面上に形成され、前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板に格子整合されたバッファ層と、窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-xN （０＜x＜１）］からなる活性層と、前記活性層および前記バッファ層の少なくとも一方に格子整合された上部クラッド層および下部クラッド層とを備えていることを特徴とする半導体発光素子である。ここで、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位とは、ｃ面（0001）面以外の結晶面方位のことを示す。
この発明の半導体発光素子の第２の態様は、前記面方位が、（１＿１００）面およびそれに等価な面であることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第３の態様は、前記面方位が、（１１＿２０）面およびそれに等価な面であることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第４の態様は、前記面方位が（１１＿２２）面およびそれに等価な面であることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第５の態様は、前記面方位が（１０＿１＿１）面およびそれに等価な面であることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第６の態様は、前記酸化亜鉛単結晶基板は、導電性を有することを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第７の態様は、前記バッファ層は、
窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第８の態様は、前記バッファ層は、
酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBe bCd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBe bCd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第９の態様は、前記クラッド層のいずれか一方は、窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１０の態様は、前記クラッド層のいずれか一方は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBebCd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
［Zn 1-a-b-c Mg aBebCd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１１の態様は、前記活性層の前記バッファ層側に形成された前記下部クラッド層はｎ型クラッド層からなっており、前記活性層の前記バッファ層とは逆側に形成された前記上部クラッド層はｐ型クラッド層からなっていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１２の態様は、前記活性層の前記バッファ層側に形成された前記下部クラッド層はp型クラッド層からなっており、前記活性層の前記バッファ層とは逆側に形成された前記上部クラッド層はn型クラッド層からなっていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１３の態様は、前記活性層において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１４の態様は、前記組成比は、２０％以上とされていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１５の態様は、前記活性層は、量子井戸構造を有していることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１６の態様は、前記活性層と前記クラッド層の間に光ガイド層を有していることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の第１７の態様は、前記コンタクト層はp型またはn型ドーピングされていることを特徴とする半導体発光素子である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第１の態様は、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面とするZnO単結晶基板の表面を改質させる基板表面処理工程と、
前記基板面上に前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板に格子整合されたバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
活性層に格子整合されたクラッド層を、前記バッファ層上に直接的あるいは間接的に形成する下部クラッド層形成工程と、
前記クラッド層上に窒化ガリウムインジウム［Inx Ga1-x N （０＜x＜１）］からなる活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層に格子整合されたクラッド層を前記活性層上に直接的あるいは間接的に形成する上部クラッド層形成工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
前記基板面上に前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板に格子整合されたバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
活性層に格子整合されたクラッド層を、前記バッファ層上に直接的あるいは間接的に形成する下部クラッド層形成工程と、
前記クラッド層上に窒化ガリウムインジウム［Inx Ga1-x N （０＜x＜１）］からなる活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層に格子整合されたクラッド層を前記活性層上に直接的あるいは間接的に形成する上部クラッド層形成工程と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第２の態様は、前記バッファ層形成工程は、前記バッファ層を、窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第３の態様は、前記バッファ層形成工程は、前記バッファ層を、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第４の態様は、前記バッファ層形成工程は、ｎ型導電性を有するバッファ層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第５の態様は、前記バッファ層形成工程は、ｐ型導電性を有するバッファ層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第６の態様は、前記クラッド層形成工程は、前記クラッド層を、
窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第７の態様は、前記クラッド層形成工程は、前記クラッド層を、
酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第８の態様は、前記クラッド層形成工程は、前記活性層の前記バッファ層側にｎ型クラッド層を形成する下部クラッド層形成工程と、前記活性層の前記バッファ層とは逆側にｐ型クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、を備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第９の態様は、前記クラッド層形成工程は、前記活性層の前記バッファ層側にp型クラッド層を形成する下部クラッド層形成工程と、前記活性層の前記バッファ層とは逆側にn型クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、を備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第１０の態様は、前記活性層形成工程において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子の製造方法の第１１の態様は、前記組成比は、２０％以上とされていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
この発明の半導体発光素子によれば、酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板のピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面上に、酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板に格子整合されたバッファ層と、活性層と、活性層およびバッファ層の少なくとも一方に格子整合された上部および下部の二つのクラッド層とを備えているので、高In組成のInGaN系のレーザダイオードであっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができ、また、ピエゾ電界の影響を低減して、発光再結合確率を維持することができ、発光効率を高く維持することができる。
この発明の半導体発光素子によれば、酸化亜鉛単結晶基板の面方位は、無極性面に相当する面方位であるので、ピエゾ電界の影響を低減することができる。
この発明の半導体発光素子によれば、バッファ層は、窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成されているので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成されているので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、バッファ層は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成されているので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成されているので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、クラッド層は、窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成されているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成されているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、クラッド層は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成されているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Zn1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成されているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、クラッド層は、活性層のバッファ層側に形成されたｎ型クラッド層および活性層の前記バッファ層とは逆側に形成されたｐ型クラッド層を備えているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、クラッド層は、活性層のバッファ層側に形成されたｎ型クラッド層および活性層の前記バッファ層とは逆側に形成されたｎ型クラッド層を備えているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、クラッド層は、活性層のバッファ層側に形成されたp型クラッド層および活性層の前記バッファ層とは逆側に形成されたn型クラッド層を備えているので、格子定数を活性層およびバッファ層の少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、活性層において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されているので、緑色域等の長波長の可視域で発光を行わせることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、組成比は、２０％以上とされているので、バンドギャップエネルギーを緑色域等の長波長の可視域に相当するものとでき、確実に緑色等の長波長の可視域での発光を行わせることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、活性層は、量子井戸構造を有しているので、高効率で発光を行わせることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、活性層とクラッド層の間に光閉じ込め層を有しているので、光を確実に閉じ込めることができるので、高効率で発光を行わせることができる。
この発明の半導体発光素子によれば、クラッド層に積層されたn型またはｐ型コンタクト層を備えているので、キャリアを確実に注入することができ、高効率で発光を行わせることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法によれば、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面とするZnO単結晶基板の表面を改質させる基板表面処理工程と、前記基板面上に前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板に格子整合されたバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、活性層に格子整合されたクラッド層を、前記バッファ層上に直接的あるいは間接的に形成する下部クラッド層形成工程と、前記クラッド層上に窒化ガリウムインジウム［Inx Ga1-x N （０＜x＜１）］からなる活性層を形成する活性層形成工程と、前記活性層に格子整合されたクラッド層を前記活性層上に直接的あるいは間接的に形成する上部クラッド層形成工程と、を備えているので、高In組成のInGaN系の半導体発光素子であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を有する半導体発光素子を得ることができ、また、ピエゾ電界の影響を低減可能な半導体発光素子を得ることができ、発光再結合確率を維持することができ、発光効率を高く維持することができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、バッファ層形成工程は、バッファ層を、窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成するので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］
で形成するので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、バッファ層形成工程は、バッファ層を、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成するので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成するので、格子定数を酸化亜鉛単結晶基板と同等とすることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、クラッド層形成工程が、クラッド層を、窒化アルミニウムガリウムインジウム
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成するので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれかに整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Al 1-p-q Ga p In q N （0≦p＜1、0≦q＜1、p＋q≦１）］
で形成するので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれかに整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、クラッド層形成工程が、クラッド層を、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成するので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれかに整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
［Zn 1-a-b-c Mg aBeb Cd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］
で形成するので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれかに整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、クラッド層形成工程が、活性層のバッファ層側にｎ型クラッド層を形成する下部クラッド層形成工程と、活性層のバッファ層とは逆側にｐ型クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、を備えているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、クラッド層形成工程が、活性層のバッファ層側にp型クラッド層を形成する下部クラッド層形成工程と、活性層のバッファ層とは逆側にn型クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、を備えているので、格子定数を活性層およびバッファ層のいずれか少なくとも一方に整合させることができ、高In組成のInGaN系の半導体発光素子（レーザダイオード）であっても、相分離が生じることなく、均一なIn組成を有する層を得ることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、活性層形成工程において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されているので、緑色域等の長波長の可視域で発光を行わせることができる。
この発明の半導体発光素子の製造方法は、組成比が、２０％以上とされているので、バンドギャップエネルギーを緑色域等の長波長の可視域に相当するものとでき、確実に緑色等の長波長の可視域の発光を行わせることができる。
更に、この発明の半導体発光素子によると、従来と比べて低転位密度が達成できる。
更に、この発明の半導体発光素子によると、従来と比べて低転位密度が達成できる。
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の半導体発光素子の概要構成断面図である。
半導体発光素子１０は、下部電極層１１と、ZnO単結晶基板１２と、バッファ層１３と、格子整合系下部クラッド層１４と、InGaN系活性層１５と、格子整合系上部クラッド層１６と、コンタクト層１７と、パッシベーション膜層１８と、上部電極層１９とを備えている。
図１は、実施形態の半導体発光素子の概要構成断面図である。
半導体発光素子１０は、下部電極層１１と、ZnO単結晶基板１２と、バッファ層１３と、格子整合系下部クラッド層１４と、InGaN系活性層１５と、格子整合系上部クラッド層１６と、コンタクト層１７と、パッシベーション膜層１８と、上部電極層１９とを備えている。
本実施形態の半導体発光素子１０においては、下部電極層１１は、ZnO単結晶基板１２の裏面側に配置されている。これは、本実施形態のZnO単結晶基板１２が導電性であるためである。この結果、本実施形態の半導体発光素子１０によれば、ZnO単結晶基板１２の両面側に電極を形成することができ、縦型デバイスを構成することが可能となっている。
基板の導電型は、n型またはp型であり、バッファ層および下部クラッド層は基板の導電型と同じで、上部クラッド層およびコンタクト層は逆の導電性を有する。バッファ層は必ずしも必要ではない。
図２は、窒化アルミニウムガリウムインジウムから構成される半導体のそれぞれの混晶比に対するバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）と格子定数の関係を説明する図である。
基板の導電型は、n型またはp型であり、バッファ層および下部クラッド層は基板の導電型と同じで、上部クラッド層およびコンタクト層は逆の導電性を有する。バッファ層は必ずしも必要ではない。
図２は、窒化アルミニウムガリウムインジウムから構成される半導体のそれぞれの混晶比に対するバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）と格子定数の関係を説明する図である。
図３は、酸化亜鉛、窒化ガリウム、窒化インジウムおよび窒化アルミニウムの物理特性の説明図である。
図２および図３に示すように、ZnO単結晶基板１２の単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１９５５オングストローム）は、窒化ガリウムGaNの単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１８６オングストローム）と窒化インジウムInNの単位格子cに対応する格子定数（＝５．７６オングストローム）との間の値を有しており、In組成２０％程度の窒化ガリウムインジウムInGaNの単位格子cに非常に近い値を有している。
図２および図３に示すように、ZnO単結晶基板１２の単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１９５５オングストローム）は、窒化ガリウムGaNの単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１８６オングストローム）と窒化インジウムInNの単位格子cに対応する格子定数（＝５．７６オングストローム）との間の値を有しており、In組成２０％程度の窒化ガリウムインジウムInGaNの単位格子cに非常に近い値を有している。
図４は、窒化アルミニウムガリウムインジウムから構成される半導体のそれぞれの混晶比に対する屈折率と格子定数の関係を説明する図である。
バッファ層１３は、ZnO単結晶基板１２と格子整合を行うために設けられた層であり、その屈折率は、図４に斜線で示す範囲の最も屈折率が低い側、すなわち、後述するInGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれより比較的小さい格子定数を有するように設定され、窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-y-z Gay In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］、窒化ガリウムインジウム［Inx Ga1-x N（０＜x＜１）］あるいは窒化アルミニウムインジウム（AlInN）により形成される。
バッファ層１３は、ZnO単結晶基板１２と格子整合を行うために設けられた層であり、その屈折率は、図４に斜線で示す範囲の最も屈折率が低い側、すなわち、後述するInGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれより比較的小さい格子定数を有するように設定され、窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-y-z Gay In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］、窒化ガリウムインジウム［Inx Ga1-x N（０＜x＜１）］あるいは窒化アルミニウムインジウム（AlInN）により形成される。
格子整合系下部クラッド層１４は、図４に斜線で示す範囲、すなわち、後述するInGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれよりも小さい格子定数を有するように格子整合されるので、コアとして機能するInGaN系活性層１５よりも屈折率が小さく、InGaN系活性層１５内に光を安定に閉じ込めておく役割を果たしている。
図５は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウムから構成される半導体のそれぞれの混晶比に対するバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）と格子定数の関係を説明する図である。
図５は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウムから構成される半導体のそれぞれの混晶比に対するバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）と格子定数の関係を説明する図である。
図６は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムおよび酸化カドミウムの物理特性の説明図である。
図５および図６に示すように、ZnO単結晶基板１２の単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１９５５オングストローム）は、酸化マグネシウムMgOの単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１７オングストローム）酸化ベリリウムBeOの単位格子ｃに対応する格子定数（＝４．３７９オングストローム）と酸化カドミウムCdOの単位格子cに対応する格子定数（＝５．８６オングストローム）との間の値を有している。
図５および図６に示すように、ZnO単結晶基板１２の単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１９５５オングストローム）は、酸化マグネシウムMgOの単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１７オングストローム）酸化ベリリウムBeOの単位格子ｃに対応する格子定数（＝４．３７９オングストローム）と酸化カドミウムCdOの単位格子cに対応する格子定数（＝５．８６オングストローム）との間の値を有している。
図７は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウムから構成される半導体のそれぞれの混晶比に対する屈折率と格子定数の関係を説明する図である。
バッファ層１３は、ZnO単結晶基板１２と格子整合を行うために設けられた層であり、その屈折率は、図７に斜線で示す範囲の最も屈折率が低い側、すなわち、後述するInGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれより比較的小さい格子定数を有するように設定され、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム［Zn 1-a-b-c Mg aBebCd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム（ZnMgBeCdO）あるいは酸化亜鉛マグネシウムベリリウム（ZnMgBeO）あるいは酸化亜鉛（ZnO）により形成される。
格子整合系下部クラッド層１４は、図７に斜線で示す範囲、すなわち、後述するInGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれよりも小さい格子定数を有するように格子整合されるので、コアとして機能するInGaN系活性層１５よりも屈折率が小さく、InGaN系活性層１５内に光を安定に閉じ込めておく役割を果たしている。
バッファ層１３は、ZnO単結晶基板１２と格子整合を行うために設けられた層であり、その屈折率は、図７に斜線で示す範囲の最も屈折率が低い側、すなわち、後述するInGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれより比較的小さい格子定数を有するように設定され、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム［Zn 1-a-b-c Mg aBebCd c O（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）］、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム（ZnMgBeCdO）あるいは酸化亜鉛マグネシウムベリリウム（ZnMgBeO）あるいは酸化亜鉛（ZnO）により形成される。
格子整合系下部クラッド層１４は、図７に斜線で示す範囲、すなわち、後述するInGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれよりも小さい格子定数を有するように格子整合されるので、コアとして機能するInGaN系活性層１５よりも屈折率が小さく、InGaN系活性層１５内に光を安定に閉じ込めておく役割を果たしている。
InGaN系活性層１５は、格子整合系下部クラッド層１４および後述する格子整合系上部クラッド層１６に挟まれたダブルヘテロ接合構造をとっており、外部電極により順方向に電圧がかけられると、格子整合系下部クラッド層１４から電子が注入され、格子整合系上部クラッド層１６から正孔が注入される。この結果、InGaN系活性層１５は、反転分布の状態となり、誘導放射が起こることになる。さらにInGaN系活性層１５の両端面は、反射鏡構造となって、誘導放射を繰り返すうちに光が増幅され、レーザ光として外部に放射される。そして、反射ループが平衡状態に至り、レーザ光が連続発振状態に至ることとなる。
格子整合系上部クラッド層１６は、図４に斜線で示す範囲、すなわち、InGaN系活性層１５の格子定数に等しいもしくはそれよりも小さい格子定数を有するように格子制御されるので、上述した格子整合系下部クラッド層１４と同様に、コアとして機能するInGaN系活性層１５よりも屈折率が小さく、InGaN系活性層１５内に光を安定に閉じ込めておく役割を果たしている。
コンタクト層１７は、上部電極層１９とオーム性接触を実現するための層である。
パッシベーション膜層１８は、保護膜として機能している。
上部電極層１９は、外部からの電源が供給される端子として機能している。
コンタクト層１７は、上部電極層１９とオーム性接触を実現するための層である。
パッシベーション膜層１８は、保護膜として機能している。
上部電極層１９は、外部からの電源が供給される端子として機能している。
次に実施形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。
図８は、実施形態の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造フローチャートである。
まず、緑色域等の長波長の可視域レーザダイオード用のエピタキシャルウェハの製造について説明する。
まず、所定の結晶面が基板面（表面）となっているZnO単結晶基板を用意する（ステップＳ１）。
図８は、実施形態の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造フローチャートである。
まず、緑色域等の長波長の可視域レーザダイオード用のエピタキシャルウェハの製造について説明する。
まず、所定の結晶面が基板面（表面）となっているZnO単結晶基板を用意する（ステップＳ１）。
ここで、所定の結晶面について説明する。
上述したように、Inの組成比を大きくすると、相分離が生じることとなり、均一なIn組成を有する発光を得ることが困難となり、発光効率が低下する。
この原因として、基板と、バッファ層、クラッド層あるいは活性層との間の格子定数の差が大きい、すなわち、格子定数の不整合が考えられる。
そこで、発光波長に対応するバンドギャップエネルギーおよび格子定数の観点からより好適な格子定数を有する材料を選択する必要がある。
また、結晶構造に起因して活性層内にピエゾ電界が発生すると、電子と正孔が空間的に分離され、発光再結合確率が低下し、さらに発光効率が低下してしまうという問題については、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面として用いればよい。すなわち、無極性面（あるいは非極性面）に相当する面方位であるようにすればよい。
上述したように、Inの組成比を大きくすると、相分離が生じることとなり、均一なIn組成を有する発光を得ることが困難となり、発光効率が低下する。
この原因として、基板と、バッファ層、クラッド層あるいは活性層との間の格子定数の差が大きい、すなわち、格子定数の不整合が考えられる。
そこで、発光波長に対応するバンドギャップエネルギーおよび格子定数の観点からより好適な格子定数を有する材料を選択する必要がある。
また、結晶構造に起因して活性層内にピエゾ電界が発生すると、電子と正孔が空間的に分離され、発光再結合確率が低下し、さらに発光効率が低下してしまうという問題については、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面として用いればよい。すなわち、無極性面（あるいは非極性面）に相当する面方位であるようにすればよい。
図９は、ウルツ鉱型結晶の面方位を表すユニットセル図を示す。
より具体的には、本実施形態のZnO単結晶基板１２のように、ウルツ鉱型結晶（図８参照）を基板として用いる場合、基板面として、a面（11_20面：ここで、アンダーバー「_」表記はアンダーバーにつづく数字のオーバーラインを意味するものとする。以下、同様。）あるいは、ｍ面（1_100面）あるいは、a面を傾斜させた面（11_22面）、あるいは（10_1_1面）を用いればよいこととなる。
次にZnO単結晶基板１２の表面平坦化処理を行う（ステップＳ２）。
具体的には、大気中で熱処理を行い、ステップ・テラス構造を形成する。酸化ジルコニアや酸化亜鉛などの無機材質平板で挟んだ状態で行うのが好ましい。
より具体的には、本実施形態のZnO単結晶基板１２のように、ウルツ鉱型結晶（図８参照）を基板として用いる場合、基板面として、a面（11_20面：ここで、アンダーバー「_」表記はアンダーバーにつづく数字のオーバーラインを意味するものとする。以下、同様。）あるいは、ｍ面（1_100面）あるいは、a面を傾斜させた面（11_22面）、あるいは（10_1_1面）を用いればよいこととなる。
次にZnO単結晶基板１２の表面平坦化処理を行う（ステップＳ２）。
具体的には、大気中で熱処理を行い、ステップ・テラス構造を形成する。酸化ジルコニアや酸化亜鉛などの無機材質平板で挟んだ状態で行うのが好ましい。
次に成長チャンバー内で大気圧下または減圧下でサーマルクリーニング処理を行う（ステップＳ３）。
具体的には、真空中、700〜750℃の温度で30〜60分加熱し、有機物などを除去する。
具体的には、真空中、700〜750℃の温度で30〜60分加熱し、有機物などを除去する。
次にバッファ層としてAlGaInN層を用いる場合には窒化処理を行う（ステップＳ４）。
具体的には、窒素プラズマガンによって基板温度500℃で30〜60分、窒素ラジカルを供給し、ZnO単結晶基板の表面の酸素を窒素で置換して上面に堆積させる窒化物の結晶状態を良好とする。
具体的には、窒素プラズマガンによって基板温度500℃で30〜60分、窒素ラジカルを供給し、ZnO単結晶基板の表面の酸素を窒素で置換して上面に堆積させる窒化物の結晶状態を良好とする。
一方で、バッファ層として、ZnMgBeCdO層を用いる場合には酸化処理を行う（ステップＳ４）。
具体的には、酸素プラズマガンによって基板温度500℃で30〜60分、酸素ラジカルを供給し、ZnO単結晶基板の表面を酸素にして上面に堆積させる酸化物の結晶状態を良好とする。
具体的には、酸素プラズマガンによって基板温度500℃で30〜60分、酸素ラジカルを供給し、ZnO単結晶基板の表面を酸素にして上面に堆積させる酸化物の結晶状態を良好とする。
次にバッファ層の形成処理を行う（ステップＳ５）。
この場合において、当該バッファ層１３形成の際の成長温度は、750℃未満とする。また、バッファ層１３として格子整合系材料を堆積させることにより、基板の結晶情報（面方位、格子定数など）を格子整合系下部クラッド層１４や活性層に伝達し、均一なIn組成を有するInGaN活性層を実現している。
具体的には、III-Ｖ族窒化物半導体を形成する場合には、例えば、Ｖ族原料を窒素ラジカルとして供給できるRFラジカルセルを有するRFMBE(radio-frequency molecular beam epitaxy)法によりAlInNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccm（standard cc/min）とする。III族原料としては、高純度のAlおよびIn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
この場合において、当該バッファ層１３形成の際の成長温度は、750℃未満とする。また、バッファ層１３として格子整合系材料を堆積させることにより、基板の結晶情報（面方位、格子定数など）を格子整合系下部クラッド層１４や活性層に伝達し、均一なIn組成を有するInGaN活性層を実現している。
具体的には、III-Ｖ族窒化物半導体を形成する場合には、例えば、Ｖ族原料を窒素ラジカルとして供給できるRFラジカルセルを有するRFMBE(radio-frequency molecular beam epitaxy)法によりAlInNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccm（standard cc/min）とする。III族原料としては、高純度のAlおよびIn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
あるいは、RFMBE法によりInGaNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccmとする。III族原料としては、高純度のInおよびGa金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
または、RFMBE法によりAlGaInNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccmとする。III族原料としては、高純度のAl、GaおよびIn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
または、RFMBE法によりAlGaInNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccmとする。III族原料としては、高純度のAl、GaおよびIn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
または、II-VI族酸化物半導体を形成する場合には、例えば、RFMBE法によりZnOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、酸素ガス（O2）流量2.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
あるいは、RFMBE法によりZnMgCdOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、酸素ガス（O2）流量2.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZn、MgおよびCd金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
または、RFMBE法によりZnMgBeCdOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、酸素ガス（O2）流量2.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZn、Mg、BeおよびCd金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
または、RFMBE法によりZnMgBeCdOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、酸素ガス（O2）流量2.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZn、Mg、BeおよびCd金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
つづいて、格子整合系下部クラッド層を形成する（ステップＳ６）。
この格子整合系下部クラッド層１４は、後述するInGaN活性層１５に比較して屈折率が低く設定されている。
この場合において、当該格子整合系下部クラッド層１４形成の際の成長温度は、750℃未満とする。また、格子整合系下部クラッド層１４として格子整合系材料を堆積させることにより、基板の結晶情報（面方位、格子定数など）を活性層に伝達し、均一なIn組成を有するInGaN活性層１５を実現している。
この格子整合系下部クラッド層１４は、後述するInGaN活性層１５に比較して屈折率が低く設定されている。
この場合において、当該格子整合系下部クラッド層１４形成の際の成長温度は、750℃未満とする。また、格子整合系下部クラッド層１４として格子整合系材料を堆積させることにより、基板の結晶情報（面方位、格子定数など）を活性層に伝達し、均一なIn組成を有するInGaN活性層１５を実現している。
具体的には、例えば、RFMBE法、あるいは、Ｖ族原料としてアンモニア(NH3)を用いるGSMBE(gas source molecular beam epitaxy)法によりAlGaInNまたはInGaNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccmとする。また、GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
また、例えば、RFMBE法、あるいは、GSMBE法によりZnMgBeCdOまたはZnMgBeOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600、プラズマ電力P=400〜500W、酸素ガス（O2）流量2.0sccmとする。II族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
また、例えば、RFMBE法、あるいは、GSMBE法によりZnMgBeCdOまたはZnMgBeOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600、プラズマ電力P=400〜500W、酸素ガス（O2）流量2.0sccmとする。II族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
つづいてInGaN系活性層を形成する（ステップＳ７）。
この場合において、当該InGaN系活性層１５の成長温度は、750℃未満とする。
具体的には、例えば、RFMBE法あるいはGSMBE法により、InGaN井戸層／InGaN障壁層またはInGaN井戸層／AlInN障壁層を堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（Ｎ2）流量2.0sccmとする。GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
この場合において、当該InGaN系活性層１５の成長温度は、750℃未満とする。
具体的には、例えば、RFMBE法あるいはGSMBE法により、InGaN井戸層／InGaN障壁層またはInGaN井戸層／AlInN障壁層を堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（Ｎ2）流量2.0sccmとする。GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
次に格子整合系上部クラッド層を形成する（ステップＳ８）
この場合において、格子整合系上部クラッド層１６形成の際の成長温度は、750℃未満とする。
具体的には、例えば、RFMBE法、あるいは、GSMBE法によりAlGaInNを堆積して上部クラッド層を形成する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（Ｎ2）流量2.0sccmとする。GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
この場合において、格子整合系上部クラッド層１６形成の際の成長温度は、750℃未満とする。
具体的には、例えば、RFMBE法、あるいは、GSMBE法によりAlGaInNを堆積して上部クラッド層を形成する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（Ｎ2）流量2.0sccmとする。GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
次にｐ型コンタクト層を形成する（ステップＳ９）。
この場合において、ｐ型コンタクト層１７形成の際の成長温度は、750℃未満とする。
具体的には、例えば、RFMBE法あるいはGSMBE法により、GaNまたはInGaNを堆積してｐ型コンタクト層を形成する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
また、ｐ型ドーパントとしては、マグネシウムMg、ベリリウムBeや、マグネシウムMgとシリコンSiの（コドープ）などを用いる。
以上の手順により緑色域等の長波長の可視域レーザダイオード用のエピタキシャルウェハを高歩留まりで製造することが可能となる。
この場合において、ｐ型コンタクト層１７形成の際の成長温度は、750℃未満とする。
具体的には、例えば、RFMBE法あるいはGSMBE法により、GaNまたはInGaNを堆積してｐ型コンタクト層を形成する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=400〜500W、窒素ガス（N2）流量2.0sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
また、ｐ型ドーパントとしては、マグネシウムMg、ベリリウムBeや、マグネシウムMgとシリコンSiの（コドープ）などを用いる。
以上の手順により緑色域等の長波長の可視域レーザダイオード用のエピタキシャルウェハを高歩留まりで製造することが可能となる。
図９は、緑色域等の長波長の可視域半導体レーザダイオードの製造フローチャートである。
まず、上述した緑色域等の長波長の可視域レーザダイオード用のエピタキシャルウェハの製造方法で製造したウェハの裏面側にｎ型下部電極層１１を形成する（ステップＳ１１）。
具体的には、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、抵抗加熱、EB（電子ビーム）あるいはスパッタ法により電極金属を蒸着させた後、シンタリング（焼結）処理により、例えば、Ti/AlあるいはTi/Pt/Au電極をｎ型下部電極層１１として形成する。この場合に、形成されたｎ型下部電極層１１は、ZnO単結晶基板１２に対してオーム性接触することとなる。
まず、上述した緑色域等の長波長の可視域レーザダイオード用のエピタキシャルウェハの製造方法で製造したウェハの裏面側にｎ型下部電極層１１を形成する（ステップＳ１１）。
具体的には、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、抵抗加熱、EB（電子ビーム）あるいはスパッタ法により電極金属を蒸着させた後、シンタリング（焼結）処理により、例えば、Ti/AlあるいはTi/Pt/Au電極をｎ型下部電極層１１として形成する。この場合に、形成されたｎ型下部電極層１１は、ZnO単結晶基板１２に対してオーム性接触することとなる。
つづいてリッジ構造を形成する（ステップＳ１２）。
リッジ構造は、半導体レーザの構造の一種で、光導波路(レーザ光の通り道)での光の損失を小さくできる実屈折率導波路構造を実現できる。比較的単純な構造ではあるが、レーザ光の発振状態を安定に保つためには加工技術の精密制御が必要となる。
具体的には、フォトリソグラフィーおよびドライエッチング技術によりリッジ構造を形成することとなる。
リッジ構造は、半導体レーザの構造の一種で、光導波路(レーザ光の通り道)での光の損失を小さくできる実屈折率導波路構造を実現できる。比較的単純な構造ではあるが、レーザ光の発振状態を安定に保つためには加工技術の精密制御が必要となる。
具体的には、フォトリソグラフィーおよびドライエッチング技術によりリッジ構造を形成することとなる。
次にパッシベーション膜層を形成する（ステップＳ１３）。
パッシベーション膜層１８は、保護層として機能しており、SiO2、ZrO2をPCVD（Plasma Chemical Vapor Deposition ）法により堆積させて形成する。
つづいてｐ型上部電極層を形成する（ステップＳ１４）。
具体的には、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、パッシベーション膜層１８を除去した後、抵抗加熱、EB（電子ビーム）あるいはスパッタ法により電極金属を蒸着させた後、シンタリング（焼結）処理により、例えば、Ni/AuあるいはPd/Pt/Au電極をｐ型上部電極層１９として形成する。この場合に、形成されたｐ型上部電極層１９は、ｐ型コンタクト層１７に対してオーム性接触することとなる。
パッシベーション膜層１８は、保護層として機能しており、SiO2、ZrO2をPCVD（Plasma Chemical Vapor Deposition ）法により堆積させて形成する。
つづいてｐ型上部電極層を形成する（ステップＳ１４）。
具体的には、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、パッシベーション膜層１８を除去した後、抵抗加熱、EB（電子ビーム）あるいはスパッタ法により電極金属を蒸着させた後、シンタリング（焼結）処理により、例えば、Ni/AuあるいはPd/Pt/Au電極をｐ型上部電極層１９として形成する。この場合に、形成されたｐ型上部電極層１９は、ｐ型コンタクト層１７に対してオーム性接触することとなる。
つづいて、レーザダイオード端面形成を行う（ステップＳ１５）。
具体的には、ドライエッチング技術もしくは劈開によりレーザダイオード端面形成を行うこととなる。
そして、形成されたレーザダイオード端面にコーティングを行って（ステップＳ１６）、緑色半導体レーザダイオードの製造を完了する。
具体的にはAR（減反射）コーティング膜およびHR（高反射）コーティング膜をPCVD法により堆積させて形成する。
具体的には、ドライエッチング技術もしくは劈開によりレーザダイオード端面形成を行うこととなる。
そして、形成されたレーザダイオード端面にコーティングを行って（ステップＳ１６）、緑色半導体レーザダイオードの製造を完了する。
具体的にはAR（減反射）コーティング膜およびHR（高反射）コーティング膜をPCVD法により堆積させて形成する。
図１０は、実施形態の半導体発光素子のバンドギャップエネルギーおよび屈折率分布を示す図である。
図１０に示すように、実施形態のInGaN 系活性層１５によれば、そのバンドギャップエネルギーは、2.2eVとなり、緑色域の発光を行うことができる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、均一な組成を有する高In組成のInGaN系のレーザダイオードであって、ピエゾ電界による影響を低減して発光効率の高い半導体発光素子、すなわち、レーザダイオードを製造することが可能となる。
図１０に示すように、実施形態のInGaN 系活性層１５によれば、そのバンドギャップエネルギーは、2.2eVとなり、緑色域の発光を行うことができる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、均一な組成を有する高In組成のInGaN系のレーザダイオードであって、ピエゾ電界による影響を低減して発光効率の高い半導体発光素子、すなわち、レーザダイオードを製造することが可能となる。
次により具体的な実施例について説明する。
以下の説明において、光ガイド層は、半導体発光素子を分離閉じ込めヘテロ構造（Separate Confinement heterostructure:SCH）とする場合に必要なものであり、これ以外の構造とする場合には設ける必要はない。
以下の説明において、光ガイド層は、半導体発光素子を分離閉じ込めヘテロ構造（Separate Confinement heterostructure:SCH）とする場合に必要なものであり、これ以外の構造とする場合には設ける必要はない。
まず実施例１の半導体発光素子の構成について説明する。
第１実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
AlGaInN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第１実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
AlGaInN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
次に実施例２の半導体発光素子の構成について説明する。
第２実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
InGaNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第２実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
InGaNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
次に実施例３の半導体発光素子の構成について説明する。
第３実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
InGaNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第３実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
InGaNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
次に実施例４の半導体発光素子の構成について説明する。
第４実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInNあるいはZnMgBeO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
InGaNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第４実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInNあるいはZnMgBeO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
InGaNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
次に実施例５の半導体発光素子の構成について説明する。
第５実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnBeMgO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第５実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnBeMgO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
次に実施例６の半導体発光素子の構成について説明する。
第６実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第６実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
次に実施例７の半導体発光素子の構成について説明する。
第７実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInNあるいはZnMgBeO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第７実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInNあるいはZnMgBeO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInNあるいはZnMgBeCdO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
次に実施例８の半導体発光素子の構成について説明する。
第８実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInNあるいはZnMgBeO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
第８実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
・ｐ型電極 ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
InGaN
・ｐ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlGaInN
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlGaInN
・活性層 ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quntum Well)
・光ガイド層 ：光閉じこめ
AlInNあるいはZnMgBeO
・ｎ型クラッド層 ：活性層に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
・バッファ層 ：基板に格子整合
AlInNあるいはZnMgBeO
AlGaInN超格子でも可
・基板 ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・ｎ型電極 ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
実施例１〜８において、活性層がInGaN(井戸層)/AlInN(障壁層)の量子井戸構造からなっている。
以上の各実施例によれば、４８０ｎｍ以上の緑色域等の長波長の可視域の発振波長を得るに際し、積層欠陥を低減し、高インジウム組成であっても、相分離を抑制するとともに、ピエゾ電界の影響を抑制することができ、発光効率を向上させることができる。
以上の各実施例によれば、４８０ｎｍ以上の緑色域等の長波長の可視域の発振波長を得るに際し、積層欠陥を低減し、高インジウム組成であっても、相分離を抑制するとともに、ピエゾ電界の影響を抑制することができ、発光効率を向上させることができる。
１０ 半導体発光素子
１１ 下部電極層
１２ ZnO単結晶基板
１３ バッファ層
１４ 格子整合系下部クラッド層
１５ InGaN系活性層
１６ 格子整合系上部クラッド層
１７ コンタクト層
１８ パッシベーション膜層
１９ 上部電極層
１１ 下部電極層
１２ ZnO単結晶基板
１３ バッファ層
１４ 格子整合系下部クラッド層
１５ InGaN系活性層
１６ 格子整合系上部クラッド層
１７ コンタクト層
１８ パッシベーション膜層
１９ 上部電極層
Claims (28)
- ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面とした酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板と、
前記基板面上に形成され、前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板に格子整合されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成された窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N （０＜x＜１）］からなる活性層と、
前記活性層上に形成された上部クラッド層と、
前記上部クラッド層上に形成されたコンタクト層とを備えたＩｎＧａＮ系活性層を有する半導体発光素子であって、
前記ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面とは、
（１＿１００）面およびそれに等価な面、（１１＿２０）面およびそれに等価な面、（１１＿２２）面およびそれに等価な面、または（１０＿１＿１）面およびそれに等価な面であり、
前記上部クラッド層および前記下部クラッド層のうちの少なくとも下部クラッド層は、前記活性層の格子定数に等しいか若しくはそれよりも小さい格子定数を有し、
前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板の面方位および格子定数が前記活性層に伝達されていることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記酸化亜鉛単結晶基板は、導電性を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記バッファ層は、窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］で形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
- 前記バッファ層は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム（ZnMgBeCdO）で形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
- 前記バッファ層は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウム(ZnMgBeO)で形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
- 前記クラッド層のいずれか一方は、窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］で形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記クラッド層のいずれか一方は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム(ZnMgBeCdO)で形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記下部クラッド層は、酸化亜鉛マグネシウムベリリウム(ZnMgBeO)で形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層の前記バッファ層側に形成された前記下部クラッド層はｎ型クラッド層からなっており、前記活性層の前記バッファ層とは逆側に形成された前記上部クラッド層はｐ型クラッド層からなっていることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層の前記バッファ層側に形成された前記下部クラッド層はp型クラッド層からなっており、前記活性層の前記バッファ層とは逆側に形成された前記上部クラッド層はn型クラッド層からなっていることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されていることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記インジウム（In）の組成比は、２０％以上とされていることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層は、量子井戸構造を有していることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記活性層と前記クラッド層との間に光ガイド層を有していることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記コンタクト層はp型またはn型ドーピングされていることを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を基板面とするZnO単結晶基板の表面を改質させる基板表面処理工程と、
前記基板面上に前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板に格子整合されたバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
下部クラッド層を、前記バッファ層上に直接的あるいは間接的に形成する下部クラッド層形成工程と、
前記下部クラッド層上に窒化ガリウムインジウム［In x Ga 1-x N （０＜x＜１）］からなる活性層を形成する活性層形成工程と、
上部クラッド層を前記活性層上に直接的あるいは間接的に形成する上部クラッド層形成工程と、を備えたＩｎＧａＮ系活性層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
前記ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面とは、
（１＿１００）面およびそれに等価な面、（１１＿２０）面およびそれに等価な面、（１１＿２２）面およびそれに等価な面、または（１０＿１＿１）面およびそれに等価な面であり、
前記上部クラッド層および前記下部クラッド層のうちの少なくとも下部クラッド層は、前記活性層の格子定数に等しいか若しくはそれよりも小さい格子定数を有し、
前記酸化亜鉛（ZnO）単結晶基板の面方位および格子定数が活性層に伝達されていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記バッファ層形成工程は、前記バッファ層を、窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］で形成することを特徴とする、請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記バッファ層形成工程は、前記バッファ層を酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム（ZnMgBeCdO)で形成することを特徴とする、請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記バッファ層形成工程は、前記バッファ層を、酸化亜鉛マグネシウムベリリウム(ZnMgBeO)で形成することを特徴とする、請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記バッファ層形成工程は、ｎ型導電性を有するバッファ層を形成するバッファ層形成工程を備えていることを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記バッファ層形成工程は、ｐ型導電性を有するバッファ層を形成するバッファ層形成工程を備えていることを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記クラッド層形成工程のいずれか一方は、前記クラッド層を、窒化アルミニウムガリウムインジウム［Al 1-y-z Ga y In z N（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）］で形成することを特徴とする、請求項１６から請求項２１の何れか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記クラッド層形成工程のいずれか一方は、前記クラッド層を、酸化亜鉛マグネシウムベリリウムカドミウム（ZnMgBeCdO）で形成することを特徴とする、請求項１６から請求項２１の何れか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記下部クラッド層形成工程は、前記クラッド層を、酸化亜鉛マグネシウムベリリウム（ZnMgBeO）で形成することを特徴とする、請求項１６から請求項２１の何れか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記クラッド層形成工程は、前記活性層の前記バッファ層側にｎ型クラッド層を形成する下部クラッド層形成工程と、
前記活性層の前記バッファ層とは逆側にｐ型クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、
を備えていることを特徴とする、請求項１６から請求項２４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記クラッド層形成工程は、前記活性層の前記バッファ層側にp型クラッド層を形成する下部クラッド層形成工程と、
前記活性層の前記バッファ層とは逆側にn型クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、
を備えていることを特徴とする、請求項１６から請求項２４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記活性層形成工程において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されていることを特徴とする、請求項１６から請求項２６のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記インジウム（In）の組成比は、２０％以上とされていることを特徴とする、請求項２７に記載の半導体発光素子の製造方法。
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