JP5206854B2 - ＧａＮ系半導体レーザ、ＧａＮ系半導体レーザを作製する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＧａＮ系半導体光素子、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法、エピタキシャルウエハ及びＧａＮ系半導体膜を成長する方法に関する。

特許文献１には、発光ダイオードが記載されている。この発光ダイオードでは、基板表面のオフ角が３０度〜５０度、８０度〜１００度、及び１２０度から１５０度の範囲内にある。これらの角度範囲では、発光層におけるピエゾ電界と自発分極による内部電界の和が、ゼロに近い小さい値である。また、非特許文献１〜３には、ＧａＮ系半導体の発光ダイオードが記載されている。非特許文献１の発光ダイオードは、オフ角５８度のＧａＮ基板上に作製されている。非特許文献２の発光ダイオードは、オフ角６２度のＧａＮ基板上に作製されている。非特許文献３の発光ダイオードは、ｍ面ＧａＮ基板上に作製されている。非特許文献４及び５には、ピエゾ電界の計算について記載されている。

ＵＳＰ６８４９４７２号

Japanese Journal of Applied Physics vo1.45 No.26 (2006) pp.L659 Japanese Journal of Applied Physics vo1.46 No.7 (2007) pp.L129 Japanese Journal of Applied Physics vo1.46 No.40 (2007) pp. L960 Japanese Journal of Applied Physics vol.39 (2000) pp.413 Journal of Applied Physics vol.91 No.12 (2002) pp.9904

入手可能なＧａＮ系半導体光素子はｃ面ＧａＮ基板上に作製されている。近年、ＧａＮ系半導体光素子は、非特許文献３に示されるように、ＧａＮのｃ面とは異なる非極性面（ａ面、ｍ面）上に作製されている。非極性面では、極性面と異なりピエゾ電界の影響が小さい。また、ＧａＮ系半導体光素子の作製は、極性面及び非極性面と異なりＧａＮのｃ面から傾斜した半極性面も注目されている。非特許文献１及び非特許文献２の発光ダイオードは、特定のオフ角のＧａＮ基板上に作製されている。

特許文献１では、ＧａＮの結晶面に依存したピエゾ電界だけでなく、ＧａＮの自発分極にも着目している。発光層におけるピエゾ電界と自発分極による内部電界の和がゼロに近い小さい値になるように基板表面のファセット方向を選択している。特許文献１は、発光層の内部電界に係る課題を解決している。

一方、ＧａＮ系半導体光素子の発光は、広い波長範囲で変更可能である。発光層には、インジウムを含むＧａＮ系半導体層を用いることができる。発光波長の変更は、発光層におけるインジウム組成を調整することによって行われる。このＧａＮ系半導体層の一つとして、例えばＩｎＧａＮが挙げられる。ＩｎＧａＮは強い非混和性を示し、このため、ＩｎＧａＮ成長においては自発的にＩｎ組成の揺らぎが生じ、Ｉｎの偏析が起こる。Ｉｎの偏析は、ＩｎＧａＮだけでなく、この他のインジウム含有のＧａＮ系半導体でも観測される。また、Ｉｎの偏析は、発光波長の変更のためにＩｎ組成を増加させるとき、顕著である。

発光層におけるＩｎの偏析は、半導体レーザではしきい値電流を増加させる。また、発光層におけるＩｎの偏析は、発光ダイオードでは面発光の不均一の原因となる。故に、いずれの発光素子においても、Ｉｎ偏析を低減することが望ましい。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制されたＧａＮ系半導体発光素子及びエピタキシャルウエハを提供することを目的とし、またこのＧａＮ系半導体発光素子を作製する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、低いＩｎ偏析を示すＧａＮ系半導体領域を成長する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るＧａＮ系半導体光素子は、（ａ）第１のＧａＮ系半導体からなり、該第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有する基板と、（ｂ）前記主面上に設けられたＧａＮ系半導体エピタキシャル領域と、（ｃ）前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域上に設けられ、活性層のための半導体エピタキシャル層とを備える。前記半導体エピタキシャル層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体はインジウムを含み、前記第２のＧａＮ系半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、前記基準軸の向きは、前記第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向である。

このＧａＮ系半導体光素子によれば、上記の傾斜角の基板では、その主面は、幅の狭い複数のテラスからなる。また、基板上にはＧａＮ系半導体エピタキシャル領域が設けられているので、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域は、基板の結晶軸を引き継ぐ。これ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面も、そのｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。したがって、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面も幅の狭い複数のテラスを有する。このテラス配列はマイクロステップを構成する。上記の角度範囲のテラス幅が狭いので、複数のテラスにわたってＩｎ組成の不均一は生じにくい。故に、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。また、テラス構造がｃ軸からの傾斜角によって規定されるので、該傾斜角が第１のＧａＮ系半導体の（０００１）面を基準に規定される基板、及び該傾斜角が第１のＧａＮ系半導体の（０００−１）面を基準に規定される基板のいずれにおいても、発光特性の低下が抑制される。つまり、基準軸が第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向に向いていても、発光特性の低下が抑制される。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基板の前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７０度以上の角度で傾斜していることが好ましい。このＧａＮ系半導体光素子では、この角度範囲の基板主面は、更に幅の狭い複数のテラスを有する。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記第１のＧａＮ系半導体のａ軸方向のオフ角は有限の値であり、また−３度以上＋３度以下の範囲にあることができる。このＧａＮ系半導体光素子によれば、ａ軸方向のオフ角は、エピタキシャル領域の表面モフォロジを良好にする。また、本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基板の前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜していることが好ましい。このＧａＮ系半導体光素子によれば、ステップ端成長とテラス上成長のバランスが良好である。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子は、前記活性層上に設けられた第２導電型ＧａＮ系半導体層を備えることができる。前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域は、第１導電型ＧａＮ系半導体層を含み、前記活性層は、所定の軸の方向に交互に配置された井戸層及び障壁層を含み、前記井戸層は前記半導体エピタキシャル層からなると共に、前記障壁層はＧａＮ系半導体からなり、前記第１導電型ＧａＮ系半導体層、前記活性層及び前記第２導電型ＧａＮ系半導体層は、所定の軸の方向に配列されると共に、前記基準軸の方向は前記所定の軸の方向と異なる。

このＧａＮ系半導体光素子によれば、小さいＩｎ偏析は、単層膜からなる半導体エピタキシャル層だけでなく、量子井戸構造の活性層において達成される。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記活性層は、３７０ｎｍ以上である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。このＧａＮ系半導体光素子によれば、３７０ｎｍ以上の発光波長を発生する活性層を達成するインジウム組成の範囲において、Ｉｎ偏析を小さくできる。また、前記活性層は、６５０ｎｍ以下である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。このＧａＮ系半導体光素子によれば、６５０ｎｍ以上の発光波長を発生する活性層では、半導体エピタキシャル層のインジウム組成が大きいので、所望の結晶品質の半導体エピタキシャル層が得られにくい。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記活性層は４８０ｎｍ以上である発光波長を生成するように設けられていることが好ましい。また、本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記活性層は６００ｎｍ以下である発光波長を生成するように設けられていることが好ましい。このＧａＮ系半導体光素子によれば、６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角は、４８０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の発光波長の範囲において有効である。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基板の前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に（２０−２１）面及び（２０−２−１）面のいずれかから−３度以上＋３度以下の範囲の角度で傾斜した半導体面であることができる。

このＧａＮ系半導体光素子によれば、（２０−２１）面及び（２０−２−１）面は、基準軸に直交する面から約７５度で傾斜している。この角度近傍で良好な発光特性を示している。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基準軸は前記［０００１］軸の方向に向いている。或いは、本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基準軸は前記［０００−１］軸の方向に向いている。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基板はＩｎ_ＳＡｌ_ＴＧａ_{１−Ｓ−Ｔ}Ｎ（０≦Ｓ≦１、０≦Ｔ≦１、０≦Ｓ＋Ｔ＜１）からなることができる。また、本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基板はＧａＮからなることが好ましい。このＧａＮ系半導体光素子によれば、ＧａＮは、二元化合物であるＧａＮ系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とが提供される。

本発明に係るＧａＮ系半導体光素子では、前記基板の前記主面の表面モフォロジは複数のマイクロステップを有する。該マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面及び（１０−１１）面を含む。このＧａＮ系半導体光素子では、上記の構成面及びステップ端においては、Ｉｎの取り込みが良好である。

本発明の別の側面は、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１のＧａＮ系半導体からなるウエハを成長炉で熱処理する工程と、（ｂ）前記主面上に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長する工程と、（ｃ）前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面上に、活性層のための半導体エピタキシャル層を形成する工程とを備える。前記ウエハは、該第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から前記第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有する。前記半導体エピタキシャル層は、インジウムを含む第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、前記基準軸の方向は、前記第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向である。

この方法によれば、上記の傾斜角の基板では、その主面は、幅の狭い複数のテラスからなる。また、基板上にはＧａＮ系半導体エピタキシャル領域が設けられているので、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の結晶軸は、基板の結晶軸を引き継ぐ。これ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面も、そのｃ軸に沿って延びる基準軸からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。したがって、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面も幅の狭い複数のテラスを有する。これらのテラスの配列により、マイクロステップが構成される。上記の角度範囲のテラスの幅が狭い。狭いテラス幅のため、各テラスに付着したＩｎ原子のマイグレーションによる移動が妨げられる。故に、複数のテラスにわたってＩｎ組成の不均一は生じにくい。したがって、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。また、テラス構造がｃ軸からの傾斜角によって規定されるので、第１のＧａＮ系半導体の（０００１）面を基準に規定される基板及び第１のＧａＮ系半導体の（０００−１）面を基準に規定される基板のいずれにおいても、発光特性の低下が抑制される。つまり、基準軸の方向が第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向であるとき、発光特性の低下が抑制される。

本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、前記第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７０度以上の範囲の角度で傾斜していることが好ましい。この方法では、この角度範囲の基板主面は、更に幅の狭い複数のテラスを有する。また、本発明に係る方法では、前記ウエハの前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜していることが好ましい。このＧａＮ系半導体光素子によれば、ステップ端成長とテラス上成長のバランスが良好である。

本発明に係る方法では、前記活性層は、所定の軸の方向に交互に配置された井戸層及び障壁層を含む量子井戸構造を有しており、前記半導体エピタキシャル層は前記井戸層であり、前記障壁層はＧａＮ系半導体からなることが好ましい。当該方法は、前記半導体エピタキシャル層上に前記障壁層を形成する工程と、前記活性層上に、第２導電型ＧａＮ系半導体層を成長する工程とを備えることができる。前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域は、第１導電型ＧａＮ系半導体層を含み、前記第１導電型ＧａＮ系半導体層、前記活性層及び前記第２導電型ＧａＮ系半導体層は、所定の軸の方向に配列されると共に、前記基準軸の方向は前記所定の軸の方向と異なる。

この方法では、単層膜からなる半導体エピタキシャル層の成長だけでなく、量子井戸構造の活性層の成長においても、小さいＩｎ偏析が達成されている。

本発明に係る方法では、前記第１のＧａＮ系半導体のａ軸方向のオフ角は有限の値であり、また−３度以上＋３度以下の範囲にあることが好ましい。この方法によれば、ａ軸方向からのオフ角により、良好な表面モフォロジのエピタキシャル領域を成長できる。

本発明に係る方法では、前記ウエハの前記主面における前記傾斜角は、該第１のＧａＮ系半導体の（２０−２１）面及び（２０−２−１）面のいずれかの結晶面から−３度以上＋３度以下の範囲で分布している。

この方法によれば、（２０−２１）面及び（２０−２−１）面は、基準軸から７５．０９度で傾斜している。この角度近傍で良好な発光特性を示している。

本発明に係る方法では、前記ウエハはＩｎ_ＳＡｌ_ＴＧａ_{１−Ｓ−Ｔ}Ｎ（０≦Ｓ≦１、０≦Ｔ≦１、０≦Ｓ＋Ｔ＜１）からなることができる。また、本発明に係る方法では、前記ウエハはＧａＮからなることが好ましい。この方法によれば、ＧａＮは、二元化合物であるＧａＮ系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とが提供される。

本発明に係る方法では、前記ウエハの前記主面の表面モフォロジは複数のマイクロステップを有する。該マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面及び（１０−１１）面を含む。この方法では、上記の構成面及びステップ端においては、Ｉｎの取り込みが良好である。このため、Ｉｎの偏析が低減される。

本発明の別の側面は、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１のＧａＮ系半導体からなるウエハを熱処理する工程と、（ｂ）前記ウエハの主面上に、第１導電型ＧａＮ系半導体層を含むＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長する工程と、（ｃ）前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面上に、活性層のための半導体エピタキシャル層を成長する工程と、（ｄ）前記活性層上に第２導電型ＧａＮ系半導体層を形成して、エピタキシャルウエハを作製する工程と、（ｅ）前記エピタキシャルウエハを形成した後に、前記ＧａＮ系半導体光素子のためのアノード電極及びカソード電極を形成して基板生産物を作製する工程と、（ｆ）前記第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に合わせて、前記基板生産物の主面の表面にスクライブを行う工程と、（ｇ）前記基板生産物にスクライブを行った後に、前記基板生産物のへき開を行ってへき開面を形成する工程とを備える。前記基板生産物は、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域、半導体エピタキシャル層及び第２導電型ＧａＮ系半導体層を含む半導体積層を含み、前記半導体積層は、前記基板生産物の前記主面と前記ウエハの前記主面との間にある。前記へき開面はａ面を含む。前記ウエハは、該第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から前記第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有しており、前記半導体エピタキシャル層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体は構成元素としてインジウムを含み、前記第２のＧａＮ系半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、前記基準軸は、前記第１のＧａＮ系半導体の［０００−１］軸の方向に向いている。

この方法によれば、基準軸の方向が第１のＧａＮ系半導体の［０００−１］軸の方向であるとき、既に説明したように、発光特性の低下が抑制される。スクライブは、基板生産物の表面に対して行われる。このスクライブ法を用いるとき、へき開歩留まりが良好である。

本発明の別の側面は、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）第１のＧａＮ系半導体からなるウエハを熱処理する工程と、（ｂ）前記ウエハの主面上に、第１導電型ＧａＮ系半導体層を含むＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長する工程と、（ｃ）前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面上に、活性層のための半導体エピタキシャル層を成長する工程と、（ｄ）前記活性層上に第２導電型ＧａＮ系半導体層を形成して、エピタキシャルウエハを作製する工程と、（ｅ）前記エピタキシャルウエハを形成した後に、前記ＧａＮ系半導体光素子のためのアノード電極及びカソード電極を形成して基板生産物を作製する工程と、（ｆ）前記第１のＧａＮ系半導体のｍ軸方向に合わせて、前記基板生産物の主面の反対側の裏面にスクライブを行う工程と、（ｇ）前記基板生産物にスクライブを行った後に、前記基板生産物のへき開を行ってへき開面を形成する工程とを備える。前記基板生産物は、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域、半導体エピタキシャル層及び第２導電型ＧａＮ系半導体層を含む半導体積層を含み、前記半導体積層は、前記基板生産物の前記主面と前記ウエハの前記主面との間にあり、前記へき開面はａ面を含み、前記ウエハの主面は（２０−２１）面を有しており、前記半導体エピタキシャル層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体は構成元素としてインジウムを含み、前記第２のＧａＮ系半導体のｃ軸は該第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に対して傾斜しており、前記基準軸は、前記第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸の方向に向いている。

ＧａＮウエハの（２０−２１）面主面上にＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長してエピタキシャルウエハを作製した後に、このエピタキシャルウエハから基板生産物を作製する。（２０−２１）面のＧａＮウエハを用いて作製された基板生産物では、基板生産物の裏面（ウエハの裏面）にスクライブを行うことが好ましい。これは、（２０−２−１）面にスクライブを行うことである。ＧａＮの（２０−２−１）面はＧａ面であり、ＧａＮの（２０−２１）面はＮ面である。（２０−２−１）面は（２０−２１）面より硬い。ウエハ裏面の（２０−２−１）面へのスクライブにより、へき開歩留まりを向上できる。

本発明に係る更なる別の側面は、ＧａＮ系半導体光素子のためのエピタキシャルウエハである。このエピタキシャルウエハは、（ａ）第１のＧａＮ系半導体からなり、該第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有する基板と、（ｂ）前記主面上に設けられたＧａＮ系半導体エピタキシャル領域と、（ｃ）前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域上に設けられ、活性層のための半導体エピタキシャル層とを備え、前記半導体エピタキシャル層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体はインジウムを含み、前記第２のＧａＮ系半導体のｃ軸は前記基準軸に対して傾斜しており、前記基準軸の向きは、前記第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向である。

このエピタキシャルウエハによれば、上記の傾斜角の基板では、その主面は、幅の狭い複数のテラスからなる。また、基板上にはＧａＮ系半導体エピタキシャル領域が設けられているので、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域は、基板の結晶軸を引き継ぐ。これ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面も、そのｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。したがって、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面も幅の狭い複数のテラスを有する。このテラス配列はマイクロステップを構成する。上記の角度範囲のテラス幅が狭いので、複数のテラスにわたってＩｎ組成の不均一は生じにくい。故に、このエピタキシャルウエハにおいて、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。また、テラス構造がｃ軸からの傾斜角によって規定されるので、該傾斜角が第１のＧａＮ系半導体の（０００１）面を基準に規定される基板、及び該傾斜角が第１のＧａＮ系半導体の（０００−１）面を基準に規定される基板のいずれにおいても、発光特性の低下を抑制可能である。つまり、基準軸が第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向に向いていても、発光特性の低下が抑制される。

本発明に係る更なる別の側面は、ＧａＮ系半導体膜を成長する方法である。この方法は、主要な構成面として少なくともｍ面及び（１０−１１）面を含む複数のマイクロステップを有する表面を有するＧａＮ系半導体領域を準備する工程と、前記ＧａＮ系半導体領域の前記表面上に、構成元素としてＩｎを含むＧａＮ系半導体膜を成長する工程とを備える。前記ＧａＮ系半導体領域の前記表面は、該ＧａＮ系半導体領域のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該ＧａＮ系半導体領域のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。

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

以上説明したように、本発明の一側面によれば、活性層におけるＩｎ偏析による発光特性の低下が抑制されたＧａＮ系半導体発光素子及びエピタキシャルウエハが提供される。また、本発明の別の側面によれば、このＧａＮ系半導体発光素子を作製する方法が提供される。本発明の更なる別の側面によれば、低いＩｎ偏析を示すＧａＮ系半導体領域を成長する方法が提供される。

図１は、本実施の形態に係るＧａＮ系半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。 図２は、本実施の形態に係るＧａＮ系半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。 図３は、実施例１に係るエピタキシャルウエハＥ１、Ｅ２を示す図面である。 図４は、Ｘ線回折結果及び理論計算の結果を示す図面である。 図５は、本実施の形態に係るＧａＮ系半導体光素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。 図６は、実施例２に係る発光ダイオード構造（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）を示す図面である。 図７は、発光ダイオード構造ＬＥＤ１、ＬＥＤ２のエレクトロルミネッセンススペクトルを示す図面である。 図８は、エピタキシャルウエハＥ３、Ｅ４におけるカソードルミネッセンス（ＣＬ）像を示す図面である。 図９は、発光ダイオード構造ＬＥＤ１、ＬＥＤ２において発光波長と電流注入量との関係の測定を示す図面である。 図１０は、ピエゾ電界に関する計算結果を示す図面である。 図１１は、異なるＩｎ組成を有する井戸層の発光ダイオード構造のエレクトロルミネッセンスを示す図面である。 図１２は、ＩｎＧａＮ井戸層の発光ダイオード及びＡｌＧａＩｎＰ井戸層の外部量子効率並びに人間の視感度曲線を示す図面である。 図１３は、実施例４に係るレーザダイオード構造（ＬＤ１）を示す図面である。 図１４は、ｍ軸方向へｃ軸から取られた様々な傾斜角（オフ角）を有するＧａＮ主面上に堆積されたＩｎＧａＮのＩｎ組成とオフ角との関係を示す図面である。 図１５は、ｃ面及びオフ角βを有するＧａＮ系半導体面上へのＩｎ含有のＧａＮ系半導体の堆積を模式的に示す図面である。 図１６は、実施例６における半導体レーザを概略的に示す図面である。 図１７は、実施例７における半導体レーザを概略的に示す図面である。 図１８は、実施例８における半導体レーザを概略的に示す図面である。 図１９はｍ面＋７５度オフＧａＮ基板上の量子井戸構造のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルＰＬ＋７５、及びｍ面−７５度オフＧａＮ基板上の量子井戸構造のＰＬスペクトルＰＬ−７５を示す図面である。 図２０は、（０００−１）面から鋭角の角度で傾斜した半極性基板を用いて半導体発光素子を作製する方法における主要フローを示す図面である。 図２１は、（０００−１）面から鋭角の角度で傾斜した半極性基板を用いた半導体発光素子のためのへき開における主要な工程を示す図面である。 図２２は、成長温度が高いときの成長モード及び成長温度が低いときの成長モードを模式的に示す図面である。 図２３は、ステップフローな成長及びテラス上成長により成長されたＧａＮの成長表面のＡＦＭ像を示す図面である。 図２４は、非安定面におけるＧａＮ及びＩｎＧａＮの高温成長におけるステップフローな成長の成長機構、及び非安定面におけるＧａＮ及びＩｎＧａＮの低温成長におけるテラス上成長及びステップ端成長の成長機構を模式的に示す図面である。 図２５は、ｃ面からｍ軸方向に様々な傾斜角度で傾斜したＧａＮ基板上に、摂氏７６０度ですべて同条件でＩｎＧａＮを成長する実験結果を示す図面である。 図２６は、例として｛１０−１１｝面の表面原子配列を示す図面である。 図２７は、例としてｍ軸方向に４５度程度傾けた面の成長表面の原子配列を示した。 図２８は、｛１０−１１｝面とｍ面から形成されるミクロなステップからなる成長表面を示す図面である。 図２９は、例としてｃ面をｍ軸方向にオフ角７５度で傾けた面の表面原子配列を示す図面である。 図３０は、Ｉｎ取り込みとオフ角との関係を示す図面である。 図３１は、Ｉｎ取り込み、Ｉｎ偏析、及びピエゾ電界について、各面及び角度範囲の特徴を示す図面である。 図３２は、Ｉｎ取り込み、Ｉｎ偏析、及びピエゾ電界について、詳細な各面及び角度範囲の特徴を示す図面である。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のＧａＮ系半導体光素子、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法、エピタキシャルウエハ及びＧａＮ系半導体領域を成長する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。なお、本記述においては、六方晶系結晶の結晶軸を示すａ１軸、ａ２軸、ａ３軸、ｃ軸において、各結晶軸の正方向と逆向きを示す表記に関して、例えば［０００−１］軸は［０００１］軸の逆向きであり、逆向きを示すために数字（例えば「１」）の前に負号を付する「−１」を用いる。

図１は本実施の形態に係るＧａＮ系半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。ＧａＮ系半導体光素子１１ａとしては、例えば発光ダイオード等がある。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、基板１３と、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５と、活性層１７とを備える。基板１３は、第１のＧａＮ系半導体からなり、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等であることができる。ＧａＮは、二元化合物であるＧａＮ系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。また、第１のＧａＮ系半導体は、例えばＡｌＮ等からなることができる。基板１３のｃ面は、図１に示された平面Ｓｃに沿って延びている。平面Ｓｃ上では、六方晶系ＧａＮ系半導体の結晶軸を示すための座標系ＣＲ（ｃ軸、ａ軸、ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、この第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度によって規定され、この角度αは、本実施例では、ベクトルＶＣ＋とベクトルＶＮとの成す角に等しい。ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、主面１３ａ上に設けられている。ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は一又は複数の半導体層を含むことができる。ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上には、活性層１７が設けられている。活性層１７は、少なくとも一つの半導体エピタキシャル層１９を含む。半導体エピタキシャル層１９は、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上に設けられている。半導体エピタキシャル層１９は、インジウムを含む第２のＧａＮ系半導体からなり、例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。半導体エピタキシャル層１９の膜厚方向は、基準軸Ｃｘに対して傾斜している。この基準軸Ｃｘは、第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸の方向、或いは［０００−１］軸の方向に向いていることができる。本実施例では、基準軸Ｃｘは、ベクトルＶＣ＋で示される方向に向いており、この結果、ベクトルＶＣ−は［０００−１］軸の方向に向いている。

このＧａＮ系半導体光素子１１ａによれば、上記の傾斜角の基板１３では、その主面１３ａは、図１に示されるような幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ１からなる。また、基板１３上にはＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５が設けられているので、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の結晶軸は、基板１３の結晶軸を引き継いでいる。これ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜しており、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ２を有する。これらのテラスの配列はマイクロステップを構成する。上記の角度範囲のテラスの幅が狭いので、複数のテラスにわたってＩｎ組成の不均一は生じにくい。故に、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。

また、テラス構造がｃ軸からの傾斜角に関係しているので、該傾斜角が第１のＧａＮ系半導体の（０００１）面を基準に規定される基板、及び該傾斜角が第１のＧａＮ系半導体の（０００−１）面を基準に規定される基板のいずれにおいても、発光特性の低下が抑制される。つまり、基準軸Ｃｘは第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向に向いていても、発光特性の低下が抑制される。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａでは、基板１３の主面１３ａは、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に基準軸に直交する面から７０度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜していることが好ましい。この角度範囲の基板主面１３ａは、更に幅の狭い複数のテラスを有する。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａによれば、活性層１７におけるＩｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。

図１を参照すると、座標系Ｓが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、またＸ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。

ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、一又は複数の第１導電型ＧａＮ系半導体層を含むことができる。本実施例では、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、Ｚ方向に配列されたｎ型ＧａＮ半導体層２３及びｎ型ＩｎＧａＮ半導体層２５を含んでいる。ｎ型ＧａＮ半導体層２３及びｎ型ＩｎＧａＮ半導体層２５が、基板１３の主面１３ａにエピタキシャル成長されるので、ｎ型ＧａＮ半導体層２３の主面２３ａ及びｎ型ＩｎＧａＮ半導体層２５の主面２５ａ（本実施例では、表面１５ａと等価）も、それぞれ、テラス構造を有するモフォロジＭ３、Ｍ２を有する。

モフォロジＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、ｃ軸傾斜の方向に配列された複数のマイクロステップを有しており、これらのマイクロステップは、傾斜方向に交差する方向に延びている。マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面及び（１０−１１）面を含む。上記の構成面及びステップ端においては、Ｉｎの取り込みが良好である。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、活性層１７上に設けられたＧａＮ系半導体領域２１を備えることができる。ＧａＮ系半導体領域２１は、一又は複数の第２導電型ＧａＮ系半導体層を含むことができる。ＧａＮ系半導体領域２１は、Ｚ方向に配列された電子ブロック層２７及びコンタクト層２９を含む。電子ブロック層２７は、例えばＡｌＧａＮからなることができ、またコンタクト層２９は、例えばｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなることができる。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａでは、活性層１７は、３７０ｎｍ以上である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。３７０ｎｍ以上の波長の光を発生する活性層を達成するインジウム組成の範囲において、Ｉｎ偏析を小さくできる。また、活性層１７は、６５０ｎｍ以下である発光波長を生成するように設けられることが好ましい。６５０ｎｍ以上の発光波長を発生する活性層では、半導体エピタキシャル層のインジウム組成が大きいので、所望の結晶品質の半導体エピタキシャル層が得られにくい。

活性層１７は、量子井戸構造３１を有することができ、この量子井戸構造３１は、所定の軸Ａｘの方向に交互に配置された井戸層３３及び障壁層３５を含む。本実施例では、井戸層３３は半導体エピタキシャル層１９からなり、井戸層３３は例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。また、障壁層３５はＧａＮ系半導体からなり、ＧａＮ系半導体は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型ＧａＮ系半導体層２３、２５、活性層１７及びＧａＮ系半導体層２７、２９は、所定の軸Ａｘの方向に配列される。基準軸Ｃｘの方向は所定の軸Ａｘの方向と異なる。

このＧａＮ系半導体光素子１１ａによれば、小さいＩｎ偏析は、単層膜からなる半導体エピタキシャル層だけでなく、量子井戸構造３１において達成されている。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、コンタクト層２９上に設けられた第１の電極３７（例えば、アノード）を含むことができ、第１の電極３７は、コンタクト層２９を覆う透明電極を含むことができる。透明電極としては、例えばＮｉ／Ａｕを用いられる。ＧａＮ系半導体光素子１１ａは、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極３９（例えば、カソード）を含むことができ、第２の電極３９は、例えばＴｉ／Ａｌから成る。

活性層１７は、電極３７、３９の両端に印加された外部電圧に応答して光Ｌ１を生成し、本実施例ではＧａＮ系半導体光素子１１ａは面発光素子を含む。この活性層１７において、ピエゾ電界が小さい。

基板１３におけるａ軸方向のオフ角Ａ_ＯＦＦは有限の値であることが好ましい。ａ軸方向のオフ角Ａ_ＯＦＦは、エピタキシャル領域の表面モフォロジを良好にする。このオフ角Ａ_ＯＦＦはＸＺ面内における角度である。オフ角Ａ_ＯＦＦの範囲が、例えば−３度以上＋３度以下の範囲にあることができ、具体的には、オフ角Ａ_ＯＦＦの範囲は、例えば−３度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋３度以下の範囲にあることが好ましい。オフ角Ａ_ＯＦＦの範囲が例えば−０．４度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋０．４度以下の範囲にあるとき、表面モフォロジがさらに良好になる。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａでは、活性層１７は４８０ｎｍ以上である発光波長を生成するように設けられていることが好ましい。また、活性層１７は６００ｎｍ以下である発光波長を生成するように設けられていることが好ましい。６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角は、４８０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の発光波長の範囲において有効である。この波長範囲にあるような長波長では、大きなＩｎ組成が井戸層に必要であり、大きなＩｎ偏析を示す面、例えばｃ面やｍ面及び（１０−１１）面等では、発光強度が大きく低下する。一方、本実施の形態の角度範囲では、Ｉｎ偏析が小さいため、４８０ｎｍ以上の長波長領域でも発光強度の低下が小さい。

図２は、本実施の形態に係るＧａＮ系半導体光素子の構造を概略的に示す図面である。ＧａＮ系半導体光素子１１ｂとしては、例えば半導体レーザ等がある。ＧａＮ系半導体光素子１１ｂは、ＧａＮ系半導体光素子１１ａと同様に、基板１３と、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５と、活性層１７とを備える。基板１３のｃ面は、図２に示された平面Ｓｃに沿って延びている。平面Ｓｃ上には、座標系ＣＲ（ｃ軸、ａ軸、ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、この第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。傾斜角αは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度によって規定され、この角度は、本実施例では、ベクトルＶＣ＋とベクトルＶＮとの成す角に等しい。ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、主面１３ａ上に設けられている。活性層１７は、少なくとも一つの半導体エピタキシャル層１９を含む。半導体エピタキシャル層１９は、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５上に設けられている。半導体エピタキシャル層１９は第２のＧａＮ系半導体からなり、第２のＧａＮ系半導体は構成元素としてインジウムを含む。半導体エピタキシャル層１９の膜厚方向は、基準軸Ｃｘに対して傾斜している。この基準軸Ｃｘは、第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸の方向、或いは［０００−１］軸の方向に向いていることができる。本実施例では、基準軸Ｃｘは、ベクトルＶＣ＋で示される方向に向いており、この結果、ベクトルＶＣ−は、［０００−１］軸の方向に向いている。また、図２にも、オフ角Ａ_ＯＦＦが示されており、このオフ角Ａ_ＯＦＦはＸＺ面内における角度である。

このＧａＮ系半導体光素子１１ｂによれば、基板１３では、その主面１３ａは、図２に示されるような幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ１からなる。また、基板１３上にはＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５が設けられている。ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の結晶軸は、基板１３の結晶軸を引き継いでいる。これ故に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜している。したがって、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５の主面１５ａも、幅の狭い複数のテラスを含む表面モフォロジＭ２を有する。これらのテラスの配列はマイクロステップを構成する。上記の角度範囲のテラスの幅が狭いので、複数のテラスにわたってＩｎ組成の不均一は生じにくい。故に、Ｉｎ偏析による発光特性の低下が抑制される。

ＧａＮ系半導体光素子１１ｂの一実施例では、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域１５は、Ａｘ軸の方向（Ｚ方向）に配列されたｎ型クラッド層４１及び光ガイド層４３ａを含んでいる。ｎ型クラッド層４１は、例えばＡｌＧａＮまたはＧａＮからなることができ、また光ガイド層４３ａは、例えばアンドープＩｎＧａＮからなることができる。ｎ型クラッド層４１及び光ガイド層４３ａが、基板１３の主面１３ａにエピタキシャル成長されるので、ｎ型クラッド層４１の主面４１ａ及び光ガイド層４３ａの主面４３ｃ（本実施例では、表面１５ａと等価）も、それぞれ、テラス構造を有する表面モフォロジを有する。上記の表面モフォロジは、ｃ軸の傾斜方向に配列された複数のマイクロステップを有しており、これらのマイクロステップは、傾斜方向に交差する方向に延びている。マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面、（２０−２１）面及び（１０−１１）面等を含む。上記の構成面及びステップ端においては、Ｉｎの取り込みが良好である。

ＧａＮ系半導体光素子１１ｂは、ＧａＮ系半導体領域２１は、Ｚ方向に配列された光ガイド層４３ｂ、電子ブロック層４５、クラッド層４７及びコンタクト層４９を含む。光ガイド層４３ｂは、例えばアンドープＩｎＧａＮからなることができる。電子ブロック層４５は、例えばＡｌＧａＮからなることができ、クラッド層４７は、例えばｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＧａＮからなることができ、またコンタクト層４９は、例えばｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなることができる。

ＧａＮ系半導体光素子１１ｂは、コンタクト層４９上に設けられた第１の電極５１（例えば、アノード）を含むことができ、第１の電極５１は、コンタクト層４９を覆う絶縁膜５３のストライプ窓を介してコンタクト層４９に接続される。第１の電極５１としては、例えばＮｉ／Ａｕを用いられる。ＧａＮ系半導体光素子１１ｂは、基板１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極５５（例えば、カソード）を含むことができ、第２の電極５５は、例えばＴｉ／Ａｌから成る。

活性層１７は、電極５１、５５の両端に印加された外部電圧に応答して光Ｌ２を生成し、本実施例ではＧａＮ系半導体光素子１１ｂは端面発光素子を含む。この活性層１７において、ピエゾ電界のＺ成分（所定の軸Ａｘの方向に関する成分）は、ｐ型ＧａＮ系半導体層４３ａ、４５、４７、４９からｎ型ＧａＮ系半導体層４１、４３ａへ向かう方向と逆向きである。このＧａＮ系半導体光素子１１ｂによれば、ピエゾ電界のＺ成分が、電極５１、５５の両端に印加された外部電圧による電界の方向と逆向きであるので、発光波長のシフトが低減される。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａ、１１ｂでは、基板１３におけるａ軸方向のオフ角Ａ_ＯＦＦは有限の値であることが好ましい。ａ軸方向のオフ角Ａ_ＯＦＦは、エピタキシャル領域の表面モフォロジを良好にする。オフ角Ａ_ＯＦＦの範囲が、例えば−３度以上＋３度以下の範囲にあることができ、具体的には、オフ角Ａ_ＯＦＦの範囲は、例えば−３度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋３度以下の範囲にあることが好ましい。オフ角Ａ_ＯＦＦの範囲が例えば−０．４度以上−０．１度以下及び＋０．１度以上＋０．４度以下の範囲にあるとき、表面モフォロジがさらに良好になる。

ＧａＮ系半導体光素子１１ａ、１１ｂでは、活性層１７は４８０ｎｍ以上である発光波長を生成するように設けられていることが好ましい。また、活性層１７は６００ｎｍ以下である発光波長を生成するように設けられていることが好ましい。６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角は、４８０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の発光波長の範囲において有効である。このぐらいの波長になってくると、だいぶ井戸層のＩｎ組成が大きくなり、ｃ面やｍ面及び（１０−１１）面等のＩｎ偏析の大きな面では、発光強度が大きく低下する。一方、この角度範囲では、Ｉｎ偏析が小さいため、４８０ｎｍ以上の長波長領域でも発光強度の低下が小さい。また、井戸層の厚さの範囲は、例えば０．５ｎｍ〜１０ｎｍであることができる。Ｉｎ_ＸＧａ_１−ＸＮ井戸層のＩｎ組成Ｘの範囲は、例えば０．０１〜０．５０であることができる。

（実施例１）
ＧａＮウエハＳ１及びＧａＮウエハＳ２を準備した。ＧａＮウエハＳ１の主面は六方晶系ＧａＮにおけるｃ面からなる。ＧａＮウエハＳ２の主面は、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜しており、この傾斜面は（２０−２１）面として示される。いずれの主面も鏡面研磨されている。ウエハＳ２の主面では、−３度以上＋３度以下の範囲の角度で（２０−２１）面からオフ角が分布している。

ＧａＮウエハＳ１及びＧａＮウエハＳ２上に、有機金属気相成長法により、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層及びアンドープＩｎＧａＮ層をエピタキシャルに成長して、図３に示されるエピタキシャルウエハＥ１、Ｅ２を作製した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ_３）、シラン（ＳｉＨ_４）を用いた。

成長炉内にウエハＳ１、Ｓ２を設置した。これらのウエハ上に以下の条件でエピタキシャル成長を行った。摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ_３とＨ_２を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理温度として、例えば摂氏８５０度以上１１５０度以下の温度を用いることができる。また、熱処理の雰囲気として、ＮＨ_３とＨ_２等の組み合わせを用いることができる。この熱処理による表面改質によって、ウエハＳ２の表面に、オフ角によって規定されるテラス構造が形成される。

この熱処理の後に、ＴＭＧ、ＮＨ_３、ＳｉＨ_４を成長炉に供給して、摂氏１０００度においてＳｉドープしたＧａＮ層６１ａ、６１ｂを成長した。ＧａＮ層６１ａ、６１ｂの厚さは例えば２マイクロメートルである。次いで、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ_３を成長炉に供給して、摂氏７５０度の基板温度でアンドープＩｎＧａＮ層６３ａ、６３ｂを成長した。ＩｎＧａＮ層６３ａ、６３ｂの厚さは２０ｎｍである。また、モル比はＶ／III＝７３２２であり、成長炉圧力は１００ｋＰａである。成膜後に、成長炉の温度を室温まで降温して、エピタキシャルウエハＥ１、Ｅ２を作製した。

エピタキシャルウエハＥ１、Ｅ２のＸ線回折測定を行った。スキャンはω−２θ法を用いて行われた。Ｘ線の回折角が結晶の格子定数を反映するので、例えばＩｎＧａＮ３元混晶の各元素のモル分率を測定できる。

また、エピタキシャルウエハＥ１、Ｅ２では、ウエハの主面のオフ角が互いに異なるので、Ｘ線回折測定を行う際に、それぞれのウエハの主面のオフ角に合わせた位置に、Ｘ線入射装置、試料台、Ｘ線検出装置を配置した。

具体的には、エピタキシャルウエハＥ１では［０００１］方向に軸立てを行った。回折結果を理論計算とフィッティングして、ＩｎＧａＮ中のＩｎ組成が決定される。この面方位では、ウエハ主面の法線方向［０００１］と測定の軸立て方向［０００１］が一致するので、理論計算から得られた値がそのまま実際の組成として使用できる。

エピタキシャルウエハＥ２では［１０−１０］方向に軸立てを行う。この軸立てで、ウエハ主面（２０−２１）面に対して１５度だけ傾斜してＸ線が入射するので、Ｘ線回折からの値は、Ｉｎ組成を過小に見積もっている。このため、実験結果を理論計算とフィッティングする際に、［１０−１０］方向からの傾きに応じて測定値を補正する必要がある。この補正により、ＩｎＧａＮ中のＩｎ組成が決定される。

図４は、Ｘ線回折結果及び理論計算の結果を示す図面である。図４（ａ）を参照すると、エピタキシャルウエハＥ１の実験結果ＥＸ１及び理論計算結果ＴＨ１が示されている。図４（ｂ）を参照すると、エピタキシャルウエハＥ２の実験結果ＥＸ２及び理論計算結果ＴＨ２が示されている。エピタキシャルウエハＥ１のＩｎ組成は２０．５パーセントであり、一方、エピタキシャルウエハＥ２のＩｎ組成は１９．６パーセントである。この実験結果は、ＧａＮのｃ面に比べてＧａＮ（２０−２１）面が同等のＩｎ取り込みであることを示している。このことは、例えば発光ダイオードや、半導体レーザダイオード等の光デバイスの作製において、高いＩｎ組成を必要とする長波長の発光素子に好適である。また、同じＩｎ組成であれば、ＩｎＧａＮの成長温度を高めることが可能であり、発光層の結晶性を向上できる。

（実施例２）
図５に示される工程に従って、有機金属気相成長法により、図６に示される発光ダイオード構造（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２）のエピタキシャルウエハをＧａＮウエハＳ３及びＧａＮウエハＳ４上に作製した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ_３）、シラン（ＳｉＨ_４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いた。

ＧａＮウエハＳ３及びＳ４を準備した。ＧａＮウエハＳ３の主面は六方晶系ＧａＮにおけるｃ面からなる。工程Ｓ１０１では、６３度から８０度未満の傾斜角の範囲内の傾斜角に該当するＧａＮウエハＳ４が準備された。本実施例では、ＧａＮウエハＳ４は、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜した主面を有しており、この傾斜面は（２０−２１）面として示される。いずれの主面も鏡面研磨されている。

ウエハＳ３、Ｓ４上に以下の条件でエピタキシャル成長を行った。まず、工程Ｓ１０２では、ウエハＳ３、Ｓ４を成長炉内に設置した。工程Ｓ１０３では、摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ_３とＨ_２を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理による表面改質によって、ウエハＳ４の表面に、オフ角によって規定されるテラス構造が形成された。この熱処理の後に、工程Ｓ１０４では、ＧａＮ系半導体領域が成長される。例えば、摂氏１０００度において、ＴＭＧ、ＮＨ_３、ＳｉＨ_４を成長炉に供給して、ＳｉドープＧａＮ層６５ｂを成長した。ＧａＮ層６５ｂの厚さは例えば２マイクロメートルである。次いで、摂氏８５０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ_３、ＳｉＨ_４を成長炉に供給して、ＳｉドープＩｎＧａＮ層６７ｂを成長した。ＩｎＧａＮ層６７ｂの厚さは１００ｎｍである。ＩｎＧａＮ層６７ｂのＩｎ組成は例えば０．０２である。

工程Ｓ１０５では、活性層を成長する。工程Ｓ１０６では、摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＮＨ_３を成長炉に供給して、この成長温度Ｔ１でアンドープＧａＮ障壁層６９ｂを成長した。ＧａＮ層６９ｂの厚さは１５ｎｍである。工程Ｓ１０７では、成長後に、成長を中断して、摂氏８７０度から摂氏７６０度に基板温度を変更する。変更後に、工程Ｓ１０８では、この成長温度Ｔ２で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ_３を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層７１ｂを成長した。ＩｎＧａＮ井戸層７１ｂの厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ層７１ｂのＩｎ組成は例えば０．２５である。井戸層７１ｂにおいては、発光波長に応じてＩｎ流量を変更している。ＩｎＧａＮ井戸層７１ｂの成長後に、ＴＭＩの供給を停止した。工程Ｓ１０９では、ＴＭＧ、ＮＨ_３を成長炉に供給しながら、摂氏７６０度から摂氏８７０度に基板温度を変更した。この変更中にも、アンドープＧａＮ障壁層７３ｂの一部が成長されている。変更後に、工程Ｓ１１０で、アンドープＧａＮ障壁層７３ｂの残りを成長した。ＧａＮ障壁層７３ｂの厚さは１５ｎｍである。工程Ｓ１１１では、障壁層の成長、温度変更、井戸層の成長、を繰り返して、ＩｎＧａN井戸層（７５ｂ、７９ｂ）、ＧａＮ障壁層（７７ｂ、８１ｂ）を形成した。

工程Ｓ１１２では、ＧａＮ系半導体領域が成長される。例えば、ＧａＮ障壁層８１ｂの成長後に、ＴＭＧの供給を停止して、基板温度を摂氏１０００度に上昇した。この温度で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ_３、Ｃｐ_２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型Ａｌ_０．１８Ｇａ_０．８２Ｎ電子ブロック層８３ｂを成長した。電子ブロック層８３ｂは例えば２０ｎｍであった。この後に、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型ＧａＮコンタクト層８５ｂを成長した。ｐ型ＧａＮコンタクト層８５ｂは例えば５０ｎｍであった。成膜後に、成長炉の温度を室温まで降温して、エピタキシャルウエハＥ４を作製した。本実施例におけるｐ型領域の成長温度は、ｃ面上へのｐ型領域の成長に最適な成長温度に比べて１００度ほど低い。発明者らの実験により、以下のことが確認されている：本オフ角範囲内の基板上に成膜した活性層はｐ層成長時の昇温に敏感で劣化しやすく、ｃ面へのｐ型領域の成長に最適な温度では、特に長波長の活性層を成長した際にマクロな暗領域が広がる。ここで、暗領域は蛍光顕微鏡像における非発光領域を意味する。ｐ層成長温度を下げることにより、ｐ層成長時の昇温による暗領域の広がりを防ぐことができた。

次いで、ウエハＳ３についても同じ成膜条件を用いて、ＳｉドープＧａＮ層（厚さ：２マイクロメートル）６５ａ、ＳｉドープＩｎＧａＮ層（厚さ：１００ｎｍ）６７ａ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層（厚さ：２０ｎｍ）８３ａ及びｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ：５０ｎｍ）８５ａを成長した。活性層は、ＩｎＧａｎ井戸層（厚さ：３ｎｍ）７１ａ、７５ａ、７９ａ、ＧａＮ障壁層（厚さ：１５ｎｍ）６９ａ、７３ａ、７７ａ、８１ａを含む。コンタクト層の成長後に、成長炉の温度を室温まで降温して、エピタキシャルウエハＥ３を作製した。

工程Ｓ１１３では、エピタキシャルウエハＥ３、Ｅ４上に電極を形成した。まず、エッチング（例えば、ＲＩＥ）により、メサ形状を形成した。メサ形状のサイズは例えば一辺４００μｍ角である。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層８５ａ、８５ｂ上にｐ透明電極（Ｎｉ／Ａｕ）８７ａ、８７ｂを形成した。この後に、ｐパッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を形成した。ｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ）８９ａ、８９ｂをウエハＳ３、Ｓ４の裏面に形成した。電極アニール（例えば、摂氏５５０度で１分）の手順で行った。これの工程により、発光ダイオード構造ＬＥＤ１、ＬＥＤ２が得られた。

発光ダイオード構造ＬＥＤ１、ＬＥＤ２に電流を印加して、エレクトロルミネッセンススペクトルを測定した。電極サイズは５００マイクロメートル角であり、印加電流は１２０ｍＡである。図７は、発光ダイオード構造ＬＥＤ１、ＬＥＤ２のエレクトロルミネッセンススペクトルを示す図面である。スペクトルＥＬ_Ｃ、ＥＬ_Ｍ７５が示されている。これらのスペクトルのピーク波長は同程度であり、スペクトルＥＬ_Ｍ７５のピーク強度がスペクトルＥＬ_Ｃのピーク強度の２倍以上である。また、スペクトルＥＬ_Ｍ７５の半値全幅がスペクトルＥＬ_Ｃの半値全幅の半分以下である。発光ダイオード構造ＬＥＤ２の光出力が高く、また半値全幅が小さい。これらは、優れた色純度を示すと共に、また他の色の発光と混ぜ合わせた際の演色性を高めることができる。ＬＥＤモードにおける発光の半値全幅が小さく、これは、レーザダイオードのしきい値を低くすることに非常に有効である。

図８は、エピタキシャルウエハＥ３、Ｅ４におけるカソードルミネッセンス（ＣＬ）像を示す図面である。図８（ａ）を参照すると、エピタキシャルウエハＥ３のカソードルミネッセンス像が示されている。図８（ａ）の発光像にはムラがあり、発光に寄与していない暗領域が広いことがわかる。この発光の不均一は、エピタキシャルウエハＥ３の活性層におけるＩｎ偏析に因ると考えられる。ｃ面基板を用いるエピタキシャルウエハでは、発光波長が長波になるにつれて、発光の不均一の程度は顕著になる。これ故に、ｃ面基板を用いる発光素子では、発光が長波長になるほど、光出力が低下し、また発光スペクトルの半値全幅が大きくなる。

図８（ｂ）を参照すると、エピタキシャルウエハＥ４のカソードルミネッセンス像が示されている。図８（ｂ）の発光像は、図８（ａ）の発光像に比べて発光の均一性に優れる。故に、エピタキシャルウエハＥ４では、ＩｎＧａＮ層のＩｎ偏析が小さいと考えられる。このため、発光素子の発光強度が大きく、発光半値幅も小さくなる。また、ウエハＳ４上に作製された発光素子では、長波長の発光における光出力の低下が小さく、また長波長の発光スペクトルにおける半値幅の増大も小さい。

図９は、発光ダイオード構造ＬＥＤ１、ＬＥＤ２において発光波長と電流注入量との関係の測定を示す図面である。図９を参照すると、発光ダイオード構造ＬＥＤ１では、電流注入量を増やすにつれて発光波長が次第に短波長にシフトする。これに対して、発光ダイオード構造ＬＥＤ２では、少ない電流注入量のとき僅かに発光波長が短波長にシフトした後は、発光波長は、ほとんど電流量の増加に対して変化しない。このことは、発光ダイオードへの印加電流量を変えて発光ダイオードの発光強度を変更する際に、発光波長の変動がほとんどないことを示している。つまり、発光ダイオード構造ＬＥＤ２では、ＬＥＤモードにおける発光ピーク波長の電流依存性が低減される。

光励起による発光測定では、発光ダイオード構造ＬＥＤ１（ｃ面）の発光波長は５３５ｎｍであり、発光ダイオード構造（７５度オフ）ＬＥＤ２の発光波長は５００ｎｍであった。光励起されている発光ダイオード構造の内部状態は、非常に少ない電流が注入されている発光ダイオード構造の内部状態に相当する。

電流注入に対する発光波長の依存性と光励起による発光測定結果から、以下のことを意味している：発光ダイオード構造ＬＥＤ２では、印加電圧を徐々に大きくしていったときに、非常に小さい発光（実用的な面では「光り出す前」）において発光波長のシフトが実質的に完了しており、十分な強度の発光が生じた後にはほとんど発光波長がシフトしない。

ｃ面上の活性層におけるピエゾ電界は、ＧａＮ系半導体のｍ軸の方向にｃ面から６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜したＧａＮ系半導体面上に設けられた活性層におけるピエゾ電界に比べて大きい。図９に示される特性から、発光ダイオード構造ＬＥＤ２におけるピエゾ電界の向きは、発光ダイオード構造ＬＥＤ１におけるピエゾ電界の向きと逆である。また、電流注入の際の電界方向は、発光ダイオード構造ＬＥＤ２におけるピエゾ電界の方向と反対である。図１０は、非特許文献４及び５に示された計算結果を示す図面である。図１０の（ａ）、（ｂ）におけるピエゾ電界を表す曲線において正負が異なるのは、電界の方向の定義の問題である。また、曲線の傾きや曲率が異なるのは、計算に用いたパラメータが異なるためである。

（実施例３）
ｃ面からｍ軸方向に７５度の角度で傾斜した主面を有するウエハＳ５、Ｓ６上に、発光ダイオード構造ＬＥＤ３、ＬＥＤ４を作製した。発光ダイオード構造ＬＥＤ３、ＬＥＤ４の発光波長は互いに異なる。発光ダイオード構造ＬＥＤ３、ＬＥＤ４における発光波長の変更は、井戸層のＩｎ組成を変更することによって行った。Ｉｎ組成の変更のために、井戸層の成長時にＩｎ原料（例えばＴＭＩ）の流量を変えた。この活性層の変更を除いて、発光ダイオード構造ＬＥＤ３、ＬＥＤ４の作製は発光ダイオード構造ＬＥＤ２と同じである。

図１１は、異なるＩｎ組成を有する井戸層の発光ダイオード構造のエレクトロルミネッセンスを示す図面である。発光ダイオード構造ＬＥＤ３の井戸層は例えばＩｎ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎであり、発光ダイオード構造ＬＥＤ４の井戸層は例えばＩｎ_０．２０Ｇａ_０．８０Ｎである。発光ダイオード構造ＬＥＤ３（ピーク波長：４６０ｎｍ）及び発光ダイオード構造ＬＥＤ４（ピーク波長：４８２ｎｍ）を比べると、これらの波長において発光強度の差や半値全幅の差が観察されない。これは、高効率の長波長の発光素子を作製するために非常に好適なことである。

図１２は、ＩｎＧａＮ井戸層の発光ダイオード及びＡｌＧａＩｎＰ井戸層の発光ダイオードにおける外部量子効率並びに人間の視感度曲線を示す図面である。長波長の光を発生する発光ダイオード構造を得るために、大きなＩｎ組成の井戸層を作製する。発明者らの知見によれば、図１２に示されるように、ｃ面ＧａＮ基板上の発光ダイオード構造では、ＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成の増加に伴ってＩｎＧａＮの結晶性が低下する。この結晶性の低下により、発光強度は低下すると共に、スペクトルの半値全幅も大きくなる。特に５００ｎｍを越える長波長領域では、高い外部量子効率の発光ダイオードといった発光素子を作製できない。

既に説明したように、発光素子はＩｎ元素を含むＧａＮ系半導体井戸層を含んでおり、このＧａＮ系半導体井戸層は、ＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角でｃ面を基準にして傾斜したＧａＮ系半導体面上に成長されている。この発光素子によれば、発光強度の差や半値全幅の差が観察されない。これは、高効率の長波長の発光素子を作製するために非常に好適なことである。

（実施例４）
ＧａＮウエハＳ４と同等の品質のＧａＮウエハＳ５上に、図１３に示されるレーザダイオード構造（ＬＤ１）のエピタキシャルウエハを作製した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ_３）、シラン（ＳｉＨ_４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いた。

６３度から８０度未満の傾斜角の範囲内の傾斜角に該当するＧａＮウエハＳ５が準備された。ＧａＮウエハＳ５は、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ軸に直交する平面から７５度の角度で傾斜した主面を有しており、この傾斜面は（２０−２１）面として示される。この主面も鏡面研磨されている。ウエハＳ５上に以下の条件でエピタキシャル成長を行った。

まず、ウエハＳ５を成長炉内に設置した。摂氏１０５０度の温度及び２７ｋＰａの炉内圧力において、ＮＨ_３とＨ_２を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理による表面改質によって、ウエハＳ５の表面に、オフ角によって規定されるテラス構造が形成される。この熱処理の後に、ＧａＮ系半導体領域が成長される。例えば、摂氏１１５０度において、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ_３、ＳｉＨ_４を成長炉に供給して、ｎ型クラッド層８９を成長した。ｎ型クラッド層８９は、例えばＳｉドープＡｌ_０．０４ＧａＮ_０．９６層であり、その厚さは例えば２マイクロメートルである。

次いで、摂氏８３０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ_３を成長炉に供給して、光ガイド層９１ａを成長した。光ガイド層９１ａは、例えばアンドープのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ層からなり、その厚さは１００ｎｍである。

次いで、活性層９３を成長する。摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＮＨ_３を成長炉に供給して、この成長温度Ｔ１でＧａＮ系半導体障壁層９３ａを成長した。障壁層９３ａは、例えばアンドープＧａＮであり、その厚さは１５ｎｍである。障壁層の成長後に、成長を中断して、摂氏８７０度から摂氏８３０度に基板温度を変更する。変更後の成長温度Ｔ２で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ_３を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層９３ｂを成長した。その厚さは３ｎｍである。井戸層の成長後に、ＴＭＩの供給を停止すると共に、ＴＭＧ、ＮＨ_３を成長炉に供給しながら、摂氏８３０度から摂氏８７０度に基板温度を変更した。この変更中にも、アンドープＧａＮ障壁層９３ａの一部が成長されている。温度の変更が完了した後に、アンドープＧａＮ障壁層９３ａの残りを成長した。ＧａＮ障壁層９３ａの厚さは１５ｎｍである。続けて、障壁層の成長、温度変更、井戸層の成長、を繰り返して、ＩｎＧａＮ井戸層９３ｂ、ＧａＮ障壁層９３ａを形成した。

摂氏８３０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ_３を成長炉に供給して、活性層９３上に光ガイド層９１ｂを成長した。光ガイド層９１ｂは、例えばアンドープのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ層からなり、その厚さは１００ｎｍである。

光ガイド層９１ｂ上に、ＧａＮ系半導体領域が成長される。光ガイド層９１ｂの成長後に、ＴＭＧ及びＴＭＩの供給を停止して、基板温度を摂氏１１００度に上昇した。この温度で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ_３、Ｃｐ_２Ｍｇを成長炉に供給して、電子ブロック層９５及びｐ型クラッド層９７を成長した。電子ブロック層９５は例えばＡｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎであり、その厚さは例えば２０ｎｍであった。ｐ型クラッド層９７は例えばＡｌ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎであり、その厚さは例えば４００ｎｍであった。この後に、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型コンタクト層９９を成長した。ｐ型コンタクト層９９は例えばＧａＮからなり、その厚さ例えば５０ｎｍであった。成膜後に、成長炉の温度を室温まで降温して、エピタキシャルウエハＥ５を作製した。

エピタキシャルウエハＥ５上に電極を形成した。まず、シリコン酸化膜といった絶縁膜を堆積し、この絶縁膜にフォトリソグラフィ及びエッチングによりコンタクト窓を形成した。コンタクト窓は、例えばストライプ形状であり、その幅は例えば１０マイクロメートルである。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層９９上にｐ電極（Ｎｉ／Ａｕ）１０３ａを形成した。この後に、ｐパッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を形成した。ｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ）１０３ｂをウエハＥ５の裏面に形成した。電極アニール（例えば、摂氏５５０度で１分）の手順で行って基板生産物を作製した。これの工程の後に、８００マイクロメートル間隔で基板生産物をへき開して、ゲインガイド型レーザダイオードＬＤ１が得られた。へき開面としてはａ面を用いた。これはｍ軸方向のオフ基板では、ｍ面は傾斜しており、共振器端面としては不適合だからである。

しきい値電流は９ｋAｃｍ^−２であった。そのときの発振波長は４０５ｎｍであった。この半導体レーザでは、ＬＥＤモードにおける発光のスペクトルの半値全幅が小さい。また、この半導体レーザのＩｎＧａＮ層のＩｎ偏析は小さい。このＬＥＤモードにおける発光が、図１及び図２におけるＸＹ面内のＹ方向に垂直な方向に偏光しているので、上記のしきい値電流は、ｃ面上に形成された同様の構造の半導体レーザに比べて大きい。この向きの偏光は、ａ面へき開によってＸ方向に共振器を作製した際には、しきい値電流を増加させる偏光方向となる。また、この光の偏光度Ｐは０．１５程度であった。

そこで、図１及び図２におけるＹ方向に垂直な面をドライエッチング（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥによる））により形成して、該エッチング面を共振器面とする共振器を作製した。この共振器の向きでは、Ｙ方向に共振器が作製されるので、ＬＥＤモードで見た正の偏光度が、しきい値電流の低減に関して有利に働く。この半導体発光素子のしきい値電流は５ｋＡｃｍ^−２であった。故に、共振器を適切な方向に向けることにより、しきい値電流を下げることができた。

（実施例５）
様々なオフ角のＧａＮウエハ上にＩｎＧａＮを堆積して、そのＩｎＧａＮのＩｎ組成を測定した。図１４は、ｍ軸方向へｃ軸から取られた様々な傾斜角（オフ角）を有するＧａＮ主面上に堆積されたＩｎＧａＮのＩｎ組成とオフ角との関係を示す図面である。まず、プロットＰ１〜Ｐ４におけるオフ角を示す：
プロットＰ１：６３度
プロットＰ２：７５度
プロットＰ３：９０度（ｍ面）
プロットＰ４：４３度
プロットＰ５：０度（ｃ面）
Ｉｎ組成は、プロットＰ５（ｃ面）からプロットＰ４までオフ角の増加と共に単調に減少している。一方、プロットＰ１、Ｐ２では、プロットＰ５（ｃ面）と同等のＩｎ取り込みを示している。プロットＰ３（ｍ面）も、優れたＩｎ取り込みを示すけれども、８０度以上のオフ角ではＩｎ偏析が大きくなり、長波長化に伴う発光強度の低下という不具合がある。

図１５（ａ）を参照しながら、６３度以上８０度未満の範囲内のオフ角βを有するＧａＮ系半導体面上へのＩｎ含有のＧａＮ系半導体の堆積を模式的に説明する。上記の傾斜角範囲のオフ角の半導体表面、例えば（２０−２１）面付近の表面には、（１０−１１）面からなるテラスＴ１とｍ面からなるテラスＴ２とが現れている。半導体表面はこれらのテラスＴ１、Ｔ２からなる微細なステップで構成される。発明者らの実験によると、ｍ面だけでなく（１０−１１）面におけるＩｎ取り込みは、ｃ面におけるＩｎ取り込みと同等、或いはｃ面におけるＩｎ取り込みより優れている。また、Ｉｎ取り込みを高めるためには、ＩｎＮの島状成長が可能になる十分な大きさのテラス幅が必要である。

１０度から５０度の範囲のオフ角では、（１０−１１）面からなるテラスＴ４とｃ面からなるテラスＴ５とが現れている。半導体表面はこれらのテラスＴ４、Ｔ５からなる微細なステップで構成される。この角度範囲では、オフ角が大きくなるほどテラスＴ４、Ｔ５の幅が小さくなり、これ故に、図１４に示されるように、１０度から５０度の範囲のオフ角の半導体表面では、Ｉｎの取り込みが小さい。これは、ｃ面と（１０−１１）面からなるステップが半導体表面に形成されていると、テラスＴ４、Ｔ５上でＩｎが取り込まれる。しかしながら、テラスＴ４、Ｔ５から構成されるテラスエッジ（ステップ端）Ｔ６に現れる化学結合のボンドの視点から検討すると、テラスエッジＴ６ではＩｎ原子が取り込まれない。

一方、発明者らの実験によれば、テラスＴ１、Ｔ２からなるマイクロステップ構造では、Ｉｎの取込能が良好である。これはテラスＴ１、Ｔ２上だけではなく、テラスＴ１、Ｔ２から構成されるテラスエッジ（ステップ端）Ｔ３でもＩｎが効率よく取り込まれる。テラスエッジＴ３に現れる化学結合のボンドの視点からの検討によって裏付けられる。取り込まれたＩｎは、アンモニア雰囲気中における熱処理（井戸層の成長と障壁層の成長との間の温度上昇）工程において、半導体表面から脱離する可能性が下がる。故に、例えばＩｎＧａＮからなる井戸層を成膜温度Ｔ１で成長した後に障壁層の成長温度Ｔ２に昇温する際に井戸層の表面を炉内の雰囲気に露出させても、井戸層の表面から脱離するＩｎ量を低減できる。

５０度を越えるオフ角の範囲であり実施例の（２０−２１）面に代表される半導体表面は、優れたＩｎ取り込み能力を示す。また、この半導体表面に成長された活性層からの発光像は、良好な均一性を有する。その発光スペクトルの半値幅は狭く、発光素子の光出力も高い。また、長波長の発光を可能にするためにＩｎ組成を増加した井戸層を作製しても、発光効率の低下が小さい。故に、本実施の形態に係る光素子及びその作製方法は、ＩｎＧａＮ層を含む光素子を実現する際に、非常に有効な特性を持つ。

ＧａＮ系半導体膜を成長する方法は、図１５（ａ）に示されるように、複数のマイクロステップを有する表面を有するＧａＮ系半導体領域Ｂを準備する工程と、構成元素としてＩｎを含むＧａＮ系半導体膜Ｆをマイクロステップ表面上に成長する。マイクロステップは、主要な構成面として少なくともｍ面及び（１０−１１）面を含む。或いは、ＧａＮ系半導体膜を成長する方法は、ＧａＮ系半導体からなり主面を有する半導体エピタキシャル領域Ｂを成長する工程と、構成元素としてＩｎを含むＧａＮ系半導体膜Ｆを半導体エピタキシャル領域Ｂの主面上に成長する。半導体エピタキシャル領域Ｂの主面は、ＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜している。

マイクロステップ構造の一例を示す。マイクロステップ構造の高さは、例えば０．３ｎｍ以上であり、例えば１０ｎｍ以下である。その幅は、例えば０．３ｎｍ以上であり、例えば５００ｎｍ以下である。その密度は、例えば２×１０^４ｃｍ^−１以上であり、例えば３．３×１０^７ｃｍ^−１以下である。

６３度以上８０度未満の範囲のオフ角では、小さいＩｎ偏析が実現される理由を以下のように説明できる。ｃ面、ｍ面（非極性面）、（１１−２２）面及び（１０−１１）面等の安定面からなる大きなテラスでは、Ｉｎのマイグレーションが可能である。それ故に、原子半径の大きなＩｎ原子がマイグレーションにより集まり、この結果、Ｉｎ偏析が生じる。図８（ｂ）に示されるように、ｃ面上のカソードルミネッセンス像は不均一な発光を示す。一方、６３度以上８０度未満の範囲内のオフ角に対応する半導体面、例えば（２０−２１）面ではテラスＴ１、Ｔ２のテラス幅が狭いので、ＩｎがテラスＴ１、Ｔ２上で取り込まれたとき十分なＩｎマイグレーションは生じない。また、テラスエッジＴ３で取り込まれたときも同様に、十分なＩｎマイグレーションは生じない。このため、原子の堆積時にＩｎが吸着された場所で結晶に取り込まれる。堆積において、Ｉｎがランダムに吸着されるので、図８（ａ）に示されるように、ｃ面上のカソードルミネッセンス像は均一な発光を示す。

ｃ面及びｍ面では、図１４に示されるように、良好なＩｎ取り込みを示す。しかしながら、大きなＩｎ偏析が生じ、特に大きなＩｎ組成においてＩｎ偏析が増加して、不均一な発光像に起因する非発光領域が増加する。活性層のＩｎ組成の増加により、発光スペクトルの半値全幅が広くなる。一方、ｃ面と（１０−１１）面との間のオフ角では、図１４に示されるように、Ｉｎ取り込みがｃ面に比べて低下する。しかしながら、（１０−１１）面とｍ面との間のオフ角では、図１４に示されるように、Ｉｎ取り込みがｃ面に比べて良好であり、またＩｎ偏析も小さい。

以上説明したように、（２０−２１）面によって代表される結晶面のオフ角の範囲は、良好なＩｎ取り込み性を示し、小さなＩｎ偏析を示す。故に、非常に結晶性の良いＩｎＧａＮを成長することができ、発光波長に応じて、これまでに比べて広い範囲でＩｎ組成を変更できる。故に、良好な光素子を作製することができる。

上記の説明は、（２０−２１）面を参照しながら行われたけれども、（２０−２−１）面についても同様に当てはまる。また、上記の説明に記載された（２０−２１）面、（１０−１１）面、ｍ面といった結晶面及び結晶方位は、その記載自体により特定されるものだけでなく、結晶学的に等価な面及び方位ものも示している。例えば（２０−２１）面とは（０２−２１）面、（０−２２１）面、（２−２０１）面、（−２０２１）面、（−２２０１）面の結晶学的に等価な面も代表する。

（実施例６）
図１６は、本実施例における半導体レーザを概略的に示す図面である。図１６に示される半導体レーザを以下のように作製した。まず、（２０−２１）面を有するＧａＮ基板１１０を準備した。このＧａＮ基板の主面（（２０−２１）面）上に以下の半導体層をエピタキシャル成長した。
ｎ型クラッド層１１１：ＳｉドープＡｌＧａＮ、成長温度１１５０度、厚さ２μｍ、Ａｌ組成０．０４；
光ガイド層１１２ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ；
光ガイド層１１２ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ、Ｉｎ組成０．０１；
活性層１１３；
障壁層１１３ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８７０度、厚さ１５ｎｍ；
井戸層１１３ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度７８０度、厚さ３ｎｍ、Ｉｎ組成０．１６；
光ガイド層１１４ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ、Ｉｎ組成０．０１；
光ガイド層１１４ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ；
電子ブロック層１１５：ＭｇドープＡｌＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ２０ｎｍ、Ａｌ組成０．１２；
ｐ型クラッド層１１６：ＭｇドープＡｌＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ４００ｎｍ、Ａｌ組成０．０６；
ｐ型コンタクト層１１７：ＭｇドープＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ５０ｎｍ。

ｐ型コンタクト層１１７上に、シリコン酸化膜といった絶縁膜１１８を堆積した後に、フォトリソグラフィ及びウエットエッチングを用いて幅１０μｍのストライプ窓を形成した。このストライプ窓を介してｐ型コンタクト層１１７に接触するｐ−電極（Ｎｉ／Ａｕ）１１９ａを形成すると共に、パッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を蒸着した。ＧａＮ基板１１０の裏面には、ｎ−電極（Ｎｉ／Ａｌ）１１９ｂを形成すると共に、パッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を蒸着した。これらの工程によって作製された基板生産物を８００μｍ間隔でへき開した。共振器のためのａ面へき開面にはＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２多層膜からなる反射膜を形成して、ゲインガイド型レーザダイオードを作製した。前端面の反射率は８０％であり、後端面の反射率は９５％であった。

このレーザダイオードの発振波長は４５２ｎｍで発振した。そのしきい値電流は１２ｋＡ／ｃｍ^２であり、動作電圧（電流値：９６０ｍＡ）は６．９ボルトであった。

（実施例７）
図１７は、本実施例における半導体レーザを概略的に示す図面である。図１７に示される半導体レーザを以下のように作製した。まず、（２０−２１）面を有するＧａＮ基板１２０を準備した。このＧａＮ基板の主面（（２０−２１）面）上に以下の半導体層をエピタキシャル成長した。
ｎ型バッファ層１２１ａ：ＳｉドープＧａＮ、成長温度１０５０度、厚さ１．５μｍ；
ｎ型クラッド層１２１ｂ：ＳｉドープＡｌＧａＮ、成長温度１０５０度、厚さ５００ｎｍ、Ａｌ組成０．０４；
光ガイド層１２２ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ；
光ガイド層１２２ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ６５ｎｍ、Ｉｎ組成０．０３；
活性層１２３；
障壁層１２３ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８７０度、厚さ１５ｎｍ；
井戸層１２３ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度７５０度、厚さ３ｎｍ、Ｉｎ組成０．２２；
光ガイド層１２４ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ６５ｎｍ、Ｉｎ組成０．０３；
光ガイド層１２４ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ；
電子ブロック層１２５：ＭｇドープＡｌＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ２０ｎｍ、Ａｌ組成０．１２；
ｐ型クラッド層１２６：ＭｇドープＡｌＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ４００ｎｍ、Ａｌ組成０．０６；
ｐ型コンタクト層１２７：ＭｇドープＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ５０ｎｍ。

ｐ型コンタクト層１２７上に、シリコン酸化膜といった絶縁膜１２８を堆積した後に、フォトリソグラフィ及びウエットエッチングを用いて幅１０μｍのストライプ窓を形成した。このストライプ窓を介してｐ型コンタクト層１２７に接触するｐ−電極（Ｎｉ／Ａｕ）１２９ａを形成すると共に、パッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を蒸着した。ＧａＮ基板１２０の裏面には、ｎ−電極（Ｎｉ／Ａｌ）１２９ｂを形成すると共に、パッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を蒸着した。これらの工程によって作製された基板生産物を８００μｍ間隔でａ面でへき開した。共振器のためのａ面へき開面にはＳｉＯ_２／ＴｉＯ_２多層膜からなる反射膜を形成して、ゲインガイド型レーザダイオードを作製した。前端面の反射率は８０％であり、後端面の反射率は９５％であった。

このレーザダイオードの発振波長は５２０ｎｍで発振した。そのしきい値電流は２０ｋＡ／ｃｍ^２であり、動作電圧（電流値：１６００ｍＡ）は７．２ボルトであった。

（実施例８）
図１８は、本実施例における半導体レーザを概略的に示す図面である。図１８に示される半導体レーザを以下のように作製した。まず、（２０−２−１）面を有するＧａＮ基板１３０を準備した。このＧａＮ基板１３０の主面（（２０−２−１）面）上に以下の半導体層をエピタキシャル成長した。
ｎ型クラッド層１３１：ＳｉドープＡｌＧａＮ、成長温度１０５０度、厚さ２μｍ、Ａｌ組成０．０４；
光ガイド層１３２ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ；
光ガイド層１３２ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ、Ｉｎ組成０．０２；
活性層１３３；
障壁層１３３ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ１５ｎｍ；
井戸層１３３ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ３ｎｍ、Ｉｎ組成０．０８；
光ガイド層１３４ｂ：アンドープＩｎＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ６５ｎｍ、Ｉｎ組成０．０２；
光ガイド層１３４ａ：アンドープＧａＮ、成長温度８４０度、厚さ５０ｎｍ；
電子ブロック層１３５：ＭｇドープＡｌＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ２０ｎｍ、Ａｌ組成０．１２；
ｐ型クラッド層１３６：ＭｇドープＡｌＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ４００ｎｍ、Ａｌ組成０．０６；
ｐ型コンタクト層１３７：ＭｇドープＧａＮ、成長温度１０００度、厚さ５０ｎｍ。

ｐ型コンタクト層１３７上に、シリコン酸化膜といった絶縁膜１３８を堆積した後に、フォトリソグラフィ及びウエットエッチングを用いて幅１０μｍのストライプ窓を形成した。このストライプ窓を介してｐ型コンタクト層１３７に接触するｐ−電極（Ｎｉ／Ａｕ）１３９ａを形成すると共に、パッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を蒸着した。ＧａＮ基板１３０の裏面には、ｎ−電極（Ｎｉ／Ａｌ）１３９ｂを形成すると共に、パッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を蒸着した。これらのこうていによって作製された基板生産物を８００μｍ間隔でａ面でへき開した。

このレーザダイオードの発振波長は４０５ｎｍで発振した。そのしきい値電流は９ｋＡ／ｃｍ^２であり、動作電圧（電流値：７２０ｍＡ）は５．８ボルトであった。

また、（２０−２１）面を有するＧａＮ基板（ｍ面＋７５度オフＧａＮ基板）及び（２０−２−１）面を有するＧａＮ基板（ｍ面−７５度オフＧａＮ基板）を成長炉のサセプタ上に配置した。これらのＧａＮ基板上に同時に、発光素子のための半導体積層を成長した。活性層は量子井戸構造を有し、井戸層はＩｎＧａＮからなり、障壁層はＧａＮからなる。活性層の成長温度は８００度を用いた。

図１９はｍ面＋７５度オフＧａＮ基板上の量子井戸構造のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルＰＬ_＋７５、及びｍ面−７５度オフＧａＮ基板上の量子井戸構造のＰＬスペクトルＰＬ_−７５を示す図面である。ＰＬスペクトルＰＬ_＋７５のピーク波長は４２４ｎｍであり、ＰＬスペクトルＰＬ_−７５のピーク波長は４５５ｎｍである。ピーク波長差は３０ｎｍ程度であり、これは、Ｎ面から傾斜を取った（２０−２−１）面のＩｎ取り込みが、Ｇａ面から傾斜を取った（２０−２１）面に比べて大きいことを示している。図１に示された基準軸Ｃｘの向きとして選ばれた［０００−１］軸に対して、基板主面の法線がｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角を成すとき、この基板主面は、良好なＩｎ取り込み能を示す。

上記の実施例では、基板主面の法線が、［０００−１］軸及び［０００１］軸のいずれかに対して６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜する。これ故に、実施例における半導体レーザは、へき開面としてｍ面を選択することができず、へき開面としてａ面を用いる。これまで、主に（０００１）面から鋭角の角度で傾斜した半極性基板上に半導体レーザ用エピタキシャル積層構造を作製してきた。この半導体レーザ用エピタキシャル積層構造は、例えばＧａＮ基板の主面（例えば（２０−２１）面）上に作製される。このＧａＮ基板主面の法線は、［０００１］軸に対して６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜する。発明者らの知見によれば、ａ面へき開における歩留まりは、例えばｍ面へき開おける歩留まりに比べて低い。

図２０は、（０００−１）面から鋭角の角度で傾斜した半極性基板を用いて半導体発光素子を作製する方法における主要フローを示す図面である。工程Ｓ２０１では、例えば既に説明された工程Ｓ１０１〜Ｓ１１３を行って基板生産物１４１を作製する。基板生産物１４１は主面１４１ａ及び裏面１４１ｂを含む。引き続き説明では、基板生産物１４１は、［０００−１］軸に対して６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜するＧａＮ基板の主面上に形成される半導体レーザのための積層構造を含む。理解を容易にするために、図２１（ａ）には、実施例８における積層構造ＥＬＳが矩形の破線に示されている。図２１（ａ）に示された概略図において、絶縁膜１３８のコンタクト開口はａ軸方向に延び、電極１３９ａもａ軸方向に延びる。これに従えば、基板生産物１４１は例えば（２０−２−１）面の主面を有するＧａＮ基板１３０を含む。

図２０における工程２０２では、図２１（ｂ）に示されるように、ＧａＮ基板１３０のｍ軸の方向に合わせて基板生産物１４１の主面１４１ａの表面１４１ａにスクライブを行う。このスクライブは、例えばスクライバ１４３を用いて行われる。このスクライバ１４３を用いて、表面１４１ａのエッジにスクライブライン１４５を形成する。スクライブライン１４５の間隔はレーザ共振器長に合わされている。スクライブライン１４５の各々は、ＧａＮ基板１３０のｍ軸及びｃ軸によって規定される平面と表面１４１ａとの交差線の延在方向に延びる。

図２０における工程２０３では、基板生産物１４１にスクライブを行った後に、図２１（ｃ）に示されるように、基板生産物１４１のへき開を行ってへき開面１４７を形成する。このへき開面１４７はａ面を含む。このへき開は、例えばブレードといった押圧装置１４９を用いて基板生産物１４１を押圧することによって行う。へき開を引き起こす特定のスクライブライン１４５に押圧装置１４９をアライメントした後に、基板生産物１４１の裏面１４１ｂに押圧を行う。スクライブライン１４５の選択により、へき開面の位置を制御できる。半導体積層（１３１〜１３７）は、ＧａＮ基板１３０の主面１３ａ上にエピタキシャル成長されるので、基板裏面のスクライブライン１４５の向き付けに応じたへき開面を有するレーザバーＬＤＢを作製できる。

この方法によれば、［０００−１］軸に対してｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面上にエピタキシャル成長して作製した基板生産物１４１の表面１４１ａにスクライブを行う。このスクライブ手法を用いるとき、へき開歩留まりが良好である。また、既に説明したように、基準軸の方向が［０００−１］軸の方向であるとき、発光特性の低下が抑制される。

（実施例９）
上記の基板生産物１４１の表面１４１ａに形成されたスクライブ溝を用いて基板生産物１４１のへき開を行ってレーザバーを作製した（以下「−スクライブ」と呼ぶ）。また上記のウェハＥ５の表面に形成されたスクライブ溝を用いてウェハＥ５のへき開を行ってレーザバーを作製した（以下「＋スクライブ」と呼ぶ）。発明者らの実験によれば、−スクライブの歩留まりは＋スクライブの歩留まりの１．４倍であった。−スクライブは、優れたへき開歩留まりを提供できる。

（実施例１０）
ＧａＮ基板の（２０−２１）面にエピタキシャル成長を行った２枚のエピタキシャルウエハを準備した。一方のエピタキシャルウエハの表面にスクライブ溝を形成した後に、このエピタキシャルウエハのへき開を行ってレーザバーを作製した（「＋スクライブ」）。また、他方のエピタキシャルウエハの裏面にスクライブ溝を形成した後に、このエピタキシャルウエハのへき開を行ってレーザバーを作製した（「−スクライブ」）。「−スクライブ」を用いた裏面へき開の歩留まりは、「＋スクライブ」を用いた表面へき開歩留まりに比べて１．４倍に向上した。

（２０−２１）面の主面を有するＧａＮウエハでは、この主面上にＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長してエピタキシャルウエハを作製した後に、このエピタキシャルウエハから基板生産物を作製する。（２０−２１）面のＧａＮウエハを用いて作製された基板生産物では、基板生産物の裏面（ウエハの裏面）にスクライブを行うことが好ましい。これは、（２０−２−１）面にスクライブを行うことである。ＧａＮの（２０−２−１）面はＧａ面であり、ＧａＮの（２０−２１）面はＮ面である。（２０−２−１）面は（２０−２１）面より硬い。ウエハ裏面の（２０−２−１）面へのスクライブにより、へき開歩留まりを向上できる。

引き続き、ＧａＮ系半導体の成長について説明する。
１．ＧａＮ及びＩｎＧａＮの成長機構（安定面）
ＧａＮ及びＩｎＧａＮの成長機構について説明する。ＧａＮ系半導体の成長においては、結晶成長中に原子レベルで平坦な成長表面が形成されるような面方位、例えばｃ面があり、この面方位は「安定面」と呼ばれる。安定面へのＧａＮの成長機構は以下のようなものである。安定面上のＧａＮ成長では、成長表面は数１００ｎｍオーダーの大きなテラス幅を持ったマクロな原子層ステップから形成される。このＧａＮの成長機構は、その成長温度の点から３種類に分類される。

図２２は、成長温度が高いときの成長モード及び成長温度が低いときの成長モードを模式的に示す図面である。成長炉における摂氏９００度を超える成長温度では、図２２（ａ）に示される成長モードが生じる。高い成長温度では、成長表面でのＧａＮ分子のマイグレーションが大きいので、テラス上で結晶中に取り込まれることはほとんどなく、ＧａＮ分子がキンクと呼ばれる活性化エネルギの大きいステップ端に到達した時点で初めて結晶中に取り込まれる。その結果、その成長では、ステップ端が積層状に伸びていく。この成長モードをいわゆる「ステップフローな成長」と呼ぶ。図２３は、ＧａＮの成長表面のＡＦＭ像を示す図面である。図２３（ａ）を参照すると、原子層ステップがある一定の方向に形成していっている様子が良くわかる。

一方、成長炉における摂氏７００度から摂氏９００度程度の成長温度では、図２２（ｂ）に示される成長モードが生じる。低い成長温度では、成長表面での分子のマイグレーションは小さいので、分子はステップ端に到達することなく、大きなテラス上で結晶に取り込まれる。分子が取り込まれた部分が核となり、ステップが広がるような成長をする。この成長モードを「テラス上成長」と呼ぶ。図２３（ｂ）は、テラス上成長により成長されたＧａＮの成長表面のＡＦＭ像を示す図面である。この成長におけるモフォロジでは、多数の生成核が形成され、また多数の核からステップが広がる。これ故に、ステップが一方向に伸びるのではなく、全方位に形成されていく。

摂氏７００度以下の成長温度では、上記の成長モードと異なる成長モードが生じる。非常に低い成長温度では、分子のマイグレーションがほとんどないので、ＧａＮ分子が成長表面に到達した時点で即座に結晶中に取り込まれる。これ故に、結晶欠陥が非常に導入されやすく、高品質なＧａＮ膜を成長することは難しい。この成長モードを「島状成長」と呼ぶ。

次いで、ｃ面からｍ軸方向に傾斜した様々な面方位の結晶面における成長を説明する。ｃ面からｍ軸方向に傾斜した様々な面方位の結晶面に、摂氏１１００度の成長温度でＧａＮを成長した。その表面をＡＦＭで観察したところ、図２２（ａ）に示すようなマクロな原子層ステップが観察された面方位は、以下の３種類の面からなるステップだけであることを見いだした。つまり、これらの面は、ｃ面、ｍ面、及びｃ面から約６２度で傾斜した｛１０−１１｝面である。すなわち、ｃ面をｍ軸方向に傾けた結晶面での成長では、安定面といえる面は上記３つの面だけである。３種類の安定面以外の面を総称して「非安定面」と呼ぶ。

続いて、安定面上へのＩｎＧａＮの成長機構を説明する。ＩｎＧａＮの成長機構は基本的にＧａＮと同じであると考えられる。異なる点は、ＩｎＧａＮ成長では、ＩｎＮの成長表面での滞在時間はＧａＮと比べて短く、ＩｎＮの脱離が容易に生じる。これ故に、ある程度の大きさのＩｎ組成のＩｎを結晶中に添加したいとき、成長温度を下げる必要があり、おおよそその温度は摂氏９００度以下となる。すなわち、安定面上のＩｎＧａＮの成長は、テラス上成長となる。

２．ＧａＮ及びＩｎＧａＮの成長機構（非安定面）
非安定面におけるＧａＮ及びＩｎＧａＮの成長機構を説明する。摂氏１１００度における成長温度で非安定面の面上に成長したＧａＮ表面のＡＦＭ観察によれば、安定面からの比較的小さい傾斜角（「サブオフ角」と呼ぶ）の面方位上への成長では、そのオフ角に近い安定面から形成される細かなステップが観察された。そのテラス幅は、安定面ジャストの面方位への成長に比較して小さく、サブオフ角が大きいほどさらに小さくなる。安定面に対しておよそ角度２度程度の傾斜をさせると、ＡＦＭ像では原子層ステップは観察されなくなった。これらの結果より、安定面近傍では成長中に安定面が出やすく、比較的テラス幅の大きいステップが形成される。図２４（ａ）は、非安定面におけるＧａＮ及びＩｎＧａＮの高温成長におけるステップフローな成長の成長機構を模式的に示す図面である。矢印は成長方向を示す。

一方、安定面から大きく傾斜するとき、テラス幅は小さくなると共に、ＡＦＭ像では観察できないようなミクロなステップが形成されていることが考えられる。また、安定面は上記３種類しかないので、このミクロなステップも安定面からなるミクロなテラスで形成されており、高温で成長されたＧａＮの表面では、ある方向にステップが伸びるような成長をしていると考えられる。

成長温度が低い場合のＧａＮの成長機構を説明する。安定面近傍では、安定面からなる広いテラスが形成されやすく、成長表面での分子のマイグレーションは小さいので、テラス上成長が支配的になる。図２４（ｂ）は、非安定面におけるＧａＮ及びＩｎＧａＮの低温成長におけるテラス上成長の成長機構を模式的に示す図面である。

一方、安定面からのサブオフ角が大きな面方位の結晶面への成長では、表面のステップ密度が高まり、テラス幅が数ｎｍオーダーまでミクロなものとなる。安定面からのサブオフ角が大きいとき、狭いテラス幅の故にテラス上成長の成長機構は起こりにくい。成長表面での分子のマイグレーションが小さい成長温度のときでも、活性化エネルギの高いステップ端に原子が到達しやすくなる。すなわち、安定面からのサブオフ角が大きくなると、より低温までステップ端が伸びていくような成長をすることが考えられる。この成長は、ステップフロー成長に比べるとテラス幅のスケールが２桁近く小さいので、ここでは「ステップ端成長」と呼ぶ。図２４（ｃ）は、非安定面におけるＧａＮ及びＩｎＧａＮの低温成長におけるステップ端成長の成長機構を模式的に示す図面である。

上記の説明から以下のように考えられる。成長温度が低い場合、安定面及び安定面近傍ではテラス上成長が支配的である。安定面からのサブオフ角が大きくなると、次第にテラス上成長は弱まり、ステップ端成長が支配的になってくる。また、このことは成長温度が低いＩｎＧａＮの成長機構とも一致する。

３．Ｉｎ取り込みに関して
ＩｎＧａＮ成長における各成長面でのＩｎ取り込みを説明する。Ｉｎ組成を調べるために、ｃ面からｍ軸方向に様々な傾斜角度で傾斜したＧａＮ基板上に、摂氏７６０度ですべて同条件でＩｎＧａＮを成長する実験を行った。図２５は、その実験結果を示しており、横軸はｃ軸からｍ軸方向への傾斜角（オフ角）を示し、縦軸は、成長されたＩｎＧａＮのＩｎ組成を示す。
角度 In組成
0 21.6
10 11.2
16.6 9.36
25.9 7.54
35 4.33
43 4.34
62 22.7
68 29
75 19.6
78 18.5
90 23.1
図２５を参照すると、ｃ面におけるＩｎ取り込みは良好である。ｃ面からオフ角を大きくしていくと、Ｉｎの取り込みが低下していく。さらにオフ角を大きくしていくと、傾斜角４０度を越えたあたりからＩｎ取り込みが向上し始める。安定面である｛１０−１１｝面のＩｎ取り込みはｃ面と同程度になっている。さらにオフ角を大きくしていくと、Ｉｎ取り込みは向上し、６８度付近で極大値を示す。この角度を超えるとき、Ｉｎ取り込みは減少に転じる。Ｉｎ取り込みは、オフ角８０度あたりを極小値を示す。この角度を超えてｍ面に近づくとき、Ｉｎ取り込みは向上する。ｍ面はｃ面と同等程度のＩｎ取り込みを示す。

このＩｎ取り込みの振る舞いを項目１及び２におけるＩｎＧａＮの成長機構に基づき説明する。

まず、図２２（ｂ）に示したように、安定面近傍でテラス上成長が支配的な場合には、図２５に示されるようにＩｎが良く取り込まれる。安定面からなるテラス上でＩｎ取り込みが良い理由を、結晶表面の原子配列から以下のように説明できる。図２６は、例として｛１０−１１｝面の表面原子配列を示す。図２６を参照すると、ｃ面ｃ０及び（１０−１１）面が示されている。図２６に示されるように、Ｉｎ原子は矢印Ｙ（Ｉｎ）で示したＮ原子２個と２本の結合手で結合する。Ｎ原子２個は図２６における直交座標系ＴにおけるＸ軸方向に並んでいる。それら２個のＮ原子が、図２６における直交座標系ＴにおけるＸ軸の正（手前）方向及び負（奥行き）方向に変位でき、この配置は、原子半径の大きなＩｎ原子を取り込みやすい状況にある。この原子配列が、テラス上成長でＩｎ取り込みやすい理由を示すと考えられる。

同様の考え方でステップ端成長する場合のＩｎ取り込みを説明する。図２７は、例としてｍ軸方向に４５度程度傾けた面の成長表面の原子配列を示す。図２７を参照すると、ｃ面Ｃ０、ｃ面から４５度傾斜面ｍ４５及び（１０−１１）面が示されている。ステップ端に着目してみると、Ｉｎ原子は、矢印Ｂ１（Ｉｎ）で示したＮ原子２個とは２本の結合手で結合し、矢印Ｒ（Ｉｎ）で示したＮ原子１個とは１本の結合手で結合する。この場合、Ｉｎ原子との結合に関わる矢印Ｂ１（Ｉｎ）で示したＮ原子と矢印Ｒ（Ｉｎ）で示したＮ原子の変位できる方向が垂直の関係にあり、また原子半径の大きなＩｎを取り込むためには３つのＮ原子が変位する必要があり、この原子配列はＩｎを取り込みにくいような状態にある。これ故に、ステップ端成長ではＩｎ取り込みが悪いと考えられる。これらを考え合わせると、図２５の結果の一部が良く説明できる。すなわち、ｃ面と｛１０−１１｝面の間の面方位では、安定面近傍ではテラス上成長が支配的でＩｎの取り込みは良好である。一方、安定面からのサブオフ角が大きくなるにつれて、テラス上成長が弱まりステップ端成長が支配的になることでＩｎ取り込みが小さくなる。

一方、｛１０−１１｝面とｍ面の間でも同様の考え方が成り立つと考えられる。

しかしながら、｛１０−１１｝面とｍ面との間のうちの｛１０−１１｝面寄りのｃ面からのオフ角が６３度以上８０度未満の範囲では、上記のような説明では理解できない振る舞いを示している。そこで、この角度範囲における表面原子配列をさらに検討するとき、この角度範囲でのみステップ端でもＩｎが良く取り込まれることを見出した。図２８は、例としてｃ面をｍ軸方向にオフ角７５度で傾けた面の表面のステップの状態を模式的に示したものである。上記の角度範囲では、図２８に示したように、成長表面は｛１０−１１｝面とｍ面とから形成されるミクロなステップからなっている。そのステップ端がｍ軸方向に伸びるようなステップ端成長をする。図２９は、例としてｍ軸方向に７５度程度傾けた面の成長表面の原子配列を示す。図２９を参照すると、ｍ面ｍ０、ｃ面から７５度傾斜面ｍ７５及び（１０−１１）面が示されている。この場合、矢印Ｒ２（Ｉｎ）で示したＮ原子１個とは１本の結合手で結合し、矢印Ｂ２（Ｉｎ）で示したＮ原子１個とは１本の結合手で結合する。この配置では、２つのＮ原子の変位できる方向が対向するような状態にあり、また原子半径の大きなＩｎを取り込むためには２つのＮ原子のみが変位すればよく、これ故に、このステップ端ではＩｎ原子を取り込みやすいことが考えられる。また、他の角度範囲のステップ端についてもその表面原子配列を検討した。良いＩｎ取り込みを示すステップ端での成長が可能である角度が、上記範囲のみであることを発明者らは見出した。

以上の考察に基づいて、Ｉｎ取り込みのオフ角依存性を見積もった。図３０は、Ｉｎ取り込みとオフ角との関係を示す図面である。Ｉｎ取り込みは、テラス上成長成分とステップ端成長成分との両方を見積もり、トータルＩｎ取り込みは、これらの和によって示される。縦軸において、Ｉｎ取り込み量をｃ面上におけるＩｎ取り込みに規格化している。実線Ｔはテラス上成長によって取り込まれるＩｎ量を示し、実線Ｓはステップ端成長によって取り込まれるＩｎ量を示し、実線ＳＵＭはその和を示す。このようにテラス上成長では、テラス上成長が支配的な安定面近傍でＩｎ取り込みが高く、安定面から離れるほどテラス上成長が支配的でなくなりＩｎは取り込まれなくなる。

一方、ステップ端成長は安定面から離れるほどステップ密度が高まって支配的になる。しかしながら、ｃ面から傾斜角６３度以上８０度未満の角度範囲の外側では、ステップ端成長によるＩｎ取り込みはほとんどない。傾斜角６３度以上８０度未満の角度範囲でのみ、大きなＩｎ取り込みがステップ端で生じるので、ステップ端成長が活発になるにつれてＩｎ取り込みが大きくなるような振る舞いを示す。その結果、実線ＳＵＭで示したようなオフ角依存性となり、図３０に示された見積もりは、図２５に示された実験結果を良く説明している。

４．Ｉｎ偏析に関して
以上の結果を踏まえて、ＩｎＧａＮ膜中のＩｎ偏析を説明する。ｃ面基板上のＩｎＧａＮ活性層を有する光素子では、特に活性層の発光波長が長波長になるほど、すなわちＩｎＧａＮ結晶中のＩｎ組成が高くなるほど、ＩｎＧａＮ結晶中のＩｎ偏析が大きくなる。この結果、ＩｎＧａＮの結晶品質が低下して、発光強度の低下や発光波長半値幅の増大が観察される。一方、発明者らの実験によれば、ｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角６３度以上８０度未満の範囲では、長波長領域を発光するＩｎＧａＮ層の発光強度低下は、ｃ面やその他の安定面上におけるＩｎＧａＮ層に比べて小さく、また、半値幅の増大も小さい。

発明者らは、この理由を成長機構やＩｎ取り込みに基づき検討した。安定面上に成長したＩｎＧａＮ膜が大きなＩｎ偏析を示す理由は以下のものと考えられえる。図２２（ｂ）に示されるように、テラス上成長におけるＩｎ取り込みでは、ＧａＮ及びＩｎＮの分子は、テラス上に到達した後に結晶中に取り込まれる前に、広いテラス上でマイグレーションしている。そのマイグレーションの際に、ＧａＮとＩｎＮの非混和性によってＩｎＮが自発的に凝集する。この凝集によって、ＩｎＧａＮ結晶中でＩｎの偏析が生じると考えられる。

一方、図３０に示されるように、安定面からのサブオフ角が大きいとき、ステップ端でＩｎが取り込まれる。成長表面に達したＧａＮ及びＩｎＮの分子は、狭いテラス上ではほとんどマイグレーションせず、直ちに結晶中に取り込まれる。これ故に、ＩｎＧａＮ結晶中において、取り込まれたＩｎは、ほとんどランダムに分布して、Ｉｎ偏析は小さいと考えられる。この傾向は、ステップ密度が大きいほど顕著であると考えられる。このため、安定面からのサブオフ角が大きいほど、均一なＩｎＧａＮ膜が得られる。しかしながら、既に説明したように、ステップ端成長では、特定の角度範囲を除いた傾斜角ではＩｎ取り込みが悪い。これ故に、所望のＩｎ組成を得るためには、成長温度を下げる必要がある。成長温度の低下において、支配的な成長モードが、ステップ端成長から島状成長に変化して、この結果、結晶欠陥等が増え、ＩｎＧａＮ膜質が著しく悪化する。

上記説明のように、Ｉｎ取り込みとＩｎ偏析はトレードオフの関係にあることが考えられる。発明者らは、Ｉｎ取り込みとＩｎ偏析が両立する範囲を見出した。この角度範囲は、ｃ軸からｍ軸方向に傾斜角６３度以上８０度未満である。この角度範囲では、ステップ端成長でもＩｎが効率的に取り込まれ、またＩｎＧａＮ膜におけるＩｎ偏析は小さい。特に、７０度以上８０度未満の角度範囲では、ステップ密度が高まるので、よりＩｎ偏析の小さく且つ均質性の高いＩｎＧａＮ膜を成長可能である。さらに、Ｉｎ取り込みを考慮すると、特に７１度以上７９度以下の角度範囲において、ステップ端成長とテラス上成長のバランスが良好である。その中でも、７２度以上７８度以下の角度で、ステップ端成長とテラス上成長のバランスが最も良い。これ故に、所望の組成を得るためにＩｎＧａＮ膜の成長温度を高めることが可能であり、また、結晶欠陥の少ない均一なＩｎＧａＮ膜を成長することが可能である。

図３１及び図３２は、以上説明したＩｎ取り込み、Ｉｎ偏析、及びピエゾ電界の点から、各面及び角度範囲の特徴を示す図面である。図３１及び図３２において、二重丸のシンボルは特に良好な特性を示し、一重丸のシンボルは良好な特性を示し、三角のシンボルは特に通常の特性を示し、クロスのシンボルは劣る特性を示す。特徴的な角度として、ｃ軸からｍ軸の方向への傾斜角６３度、７０度、７１度、７２度、７８度、７９度、８０度が示される。ｍ方向６３度以上８０度未満の角度範囲が、特には７０度以上８０度未満の角度範囲が、更には７１度以上７９度以下、その中でも７２度以上７８度以下の角度範囲が、長波長領域での光素子、特に発光ダイオード素子やレーザーダイオード素子を作製する上で、その発光効率と発光半値幅の小さいことから非常に有利である。

上記の説明において、例えば面方位（２０−２１）や（１０−１１）のような記法を用いている。本実施の形態に説明を考慮するとき、結晶学的に等価な面において、当業者は、本実施の形態に記載された発明の効果が得られると考える。したがって、例えば「（２０−２１）」という面方位は、等価な（２−２０１）、（−２２０１）、（２０−２１）、（−２０２１）、（０２−２１）、（０−２２１）を含むと考えることができる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

近年、ＧａＮ系の発光素子において、長波長の発光が望まれており、ｃ面から傾斜角を取った半極性面や、ｍ面及びａ面に代表される非極性面が注目されている。その理由は、以下のものである。長波長の発光を得るために井戸層のＩｎ組成が増えるので、井戸層と障壁層との格子定数差が大きくなり、発光層に大きな歪みが生じる。このとき、ｃ面のような極性面では、ピエゾ電界の働きにより、発光素子の量子効率が低下する。これを避けるために、非極性面（ａ面やｍ面）等の様々な結晶面における研究が進められている。しかし、いまだｃ面上の効率を超えるものは出来ていないのが現状である。発明者らは、基板の主面が、ｃ面からｍ軸方向に約６２度の角度で傾斜された（１０−１１）面とｍ面からなるマイクロステップ構造を形成するために、ｃ面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾けた面に注目した。特に、ｃ面からｍ軸方向に７５度の傾斜面である（２０−２１）面と、この面を中心とするｃ面からｍ軸方向への傾斜角６３度さらには７０度以上８０度未満の領域に注目した。この領域は、基板の主面に（１０−１１）面からなるテラスの幅とｍ面からなるテラスの幅が小さく、ステップ密度が大きくなり、Ｉｎ偏析が小さくなる。

１１ａ、１１ｂ…ＧａＮ系半導体光素子、ＶＮ…法線ベクトル、ＶＣ＋…［０００１］軸方向のベクトル、ＶＣ−…［０００−１］軸方向のベクトル、Ｓｃ…平面、Ｃｘ…基準軸、Ａｘ…所定の軸、１３…基板、１３ａ…基板の主面、１５…ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域、１７…活性層、α…主面傾斜角、１９…半導体エピタキシャル層、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…表面モフォロジ、２１…ＧａＮ系半導体領域、２３…ｎ型ＧａＮ半導体層、２５…ｎ型ＩｎＧａＮ半導体層、２７…電子ブロック層、２９…コンタクト層、３１…量子井戸構造、３３…井戸層、３５…障壁層、３７…第１の電極、３９…第２の電極、Ａ_ＯＦＦ…ａ軸方向のオフ角、４１…ｎ型クラッド層、４３ａ…光ガイド層、４３ｂ…光ガイド層、４５…電子ブロック層、４７…クラッド層、４９…コンタクト層、５１…第１の電極、５３…絶縁膜、５５…第２の電極、１４１…基板生産物、１４１ａ…基板生産物の主面、１４１ｂ…基板生産物の裏面、１４３…スクライバ、１４５…スクライブライン、１４７…へき開面、１４９…押圧装置、ＬＤＢ…レーザバー

Claims (27)

1. ＧａＮ系半導体レーザであって、
   第１のＧａＮ系半導体からなり、該第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有する基板と、
   前記主面上に設けられたＧａＮ系半導体エピタキシャル領域と、
   前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域上に設けられ、活性層のための半導体エピタキシャル層と、
   を備え、
   前記半導体エピタキシャル層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体はインジウムを含み、
   前記ＧａＮ系半導体レーザは、前記主面と平行な方向に共振器を有し、
   前記共振器の向きは、前記ＧａＮ系半導体レーザのＬＥＤモードにおける発光の偏光の向きに合わせ、前記主面に前記ｃ軸を投影した方向に平行な向きであり、
   前記基準軸の向きは、前記第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向であり、
   前記第１のＧａＮ系半導体のａ軸方向のオフ角は−３度以上＋３度以下の範囲にある、ことを特徴とするＧａＮ系半導体レーザ。
2. 前記ＬＥＤモードにおける発光の偏光の向きはａ軸方向に平行な方向である、ことを特徴とする請求項１に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
3. 前記基板の前記主面の法線は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する座標系の前記Ｚ軸の方向に向いており、
   前記基板の前記主面は前記座標系の前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の方向に延びており、
   前記座標系の前記Ｘ軸の方向は前記第１のＧａＮ系半導体のａ軸の方向に向いており、
   前記共振器の向きは、前記座標系の前記Ｙ軸の方向に平行な向きである、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
4. 前記共振器は共振器面を有し、前記共振器面は前記共振器の向きと垂直である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
5. 前記基板の前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７０度以上の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
6. 前記基板の前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
7. 前記ＧａＮ系半導体レーザの前記共振器は、第１端面及び第２端面を含み、前記第１端面及び第２端面上には、反射膜が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
8. 前記活性層上に設けられた第２導電型ＧａＮ系半導体層を備え、
   前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域は、第１導電型ＧａＮ系半導体層を含み、
   前記活性層は、所定の軸の方向に交互に配置された井戸層及び障壁層を含み、
   前記井戸層は前記半導体エピタキシャル層からなると共に、前記障壁層はＧａＮ系半導体からなり、
   前記第１導電型ＧａＮ系半導体層、前記活性層及び前記第２導電型ＧａＮ系半導体層は、所定の軸の方向に配列されると共に、前記基準軸の方向は前記所定の軸の方向と異なる、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
9. 前記活性層は、３７０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
10. 前記活性層は、４８０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長範囲の光を生成するように設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
11. 前記基板の前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体の（２０−２１）面及び（２０−２−１）面のいずれかから−３度以上＋３度以下の範囲の角度で傾斜した半導体面である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
12. 前記基準軸は前記［０００１］軸の方向に向く、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
13. 前記基準軸は前記［０００−１］軸の方向に向く、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
14. 前記基板はＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
15. 前記基板の前記主面の表面モフォロジは複数のマイクロステップを有しており、該マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面及び（１０−１１）面を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたＧａＮ系半導体レーザ。
16. ＧａＮ系半導体レーザを作製する方法であって、
    第１のＧａＮ系半導体からなるウエハを熱処理する工程と、
    前記ウエハの主面上に、ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域を成長する工程と、
    前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域の主面上に、活性層のための半導体エピタキシャル層を形成する工程と、
    を備え、
    前記ウエハは、該第１のＧａＮ系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から前記第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した主面を有しており、
    前記半導体エピタキシャル層は第２のＧａＮ系半導体からなり、前記第２のＧａＮ系半導体は構成元素としてインジウムを含み、
    前記ＧａＮ系半導体レーザは、前記主面と平行な方向に共振器を有し、
    前記共振器の向きは、前記ＧａＮ系半導体レーザのＬＥＤモードにおける発光の偏光の向きに合わせ、前記主面に前記ｃ軸を投影した方向に平行な向きであり、
    前記基準軸は、前記第１のＧａＮ系半導体の［０００１］軸及び［０００−１］軸のいずれかの方向に向いており、
    前記第１のＧａＮ系半導体のａ軸方向のオフ角は−３度以上＋３度以下の範囲にある、ことを特徴とする方法。
17. 前記ＬＥＤモードにおける発光の偏光の向きはａ軸方向に平行な方向である、ことを特徴とする請求項１６に記載された方法。
18. 前記ウエハの前記主面の法線は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する座標系の前記Ｚ軸の方向に向いており、
    前記ウエハの前記主面は前記座標系の前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の方向に延びており、
    前記座標系の前記Ｘ軸の方向は前記第１のＧａＮ系半導体のａ軸の方向に向いており、
    前記共振器の向きは、前記座標系の前記Ｙ軸の方向に平行な向きである、ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載された方法。
19. 前記共振器は共振器面を有し、前記共振器面は前記共振器の向きと垂直である、ことを特徴とする請求項１６〜請求項１８のいずれか一項に記載された方法。
20. 前記ウエハの前記主面は、前記第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７０度以上の範囲の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１６〜請求項１９のいずれか一項に記載された方法。
21. 前記ウエハの前記主面は、該第１のＧａＮ系半導体のｍ軸の方向に前記基準軸に直交する面から７１度以上７９度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１６〜請求項２０のいずれか一項に記載された方法。
22. 前記活性層は、所定の軸の方向に交互に配置された井戸層及び障壁層を含む量子井戸構造を有しており、
    前記半導体エピタキシャル層は前記井戸層であり、
    前記障壁層はＧａＮ系半導体からなり、
    当該方法は、
    前記半導体エピタキシャル層上に前記障壁層を形成する工程と、
    前記活性層上に、第２導電型ＧａＮ系半導体層を成長する工程と、
    を備え、
    前記ＧａＮ系半導体エピタキシャル領域は、第１導電型ＧａＮ系半導体層を含み、
    前記第１導電型ＧａＮ系半導体層、前記活性層及び前記第２導電型ＧａＮ系半導体層は、所定の軸の方向に配列されると共に、前記基準軸の方向は前記所定の軸の方向と異なる、ことを特徴とする請求項１６〜請求項２１のいずれか一項に記載された方法。
23. 前記ＧａＮ系半導体レーザの前記共振器は、第１端面及び第２端面を含み、前記第１端面及び第２端面上には、反射膜が設けられている、ことを特徴とする請求項１６〜請求項２２のいずれか一項に記載された方法。
24. 前記ウエハの前記主面における前記傾斜角は、該第１のＧａＮ系半導体の（２０−２１）面及び（２０−２−１）面のいずれかの結晶面から−３度以上＋３度以下の範囲で分布している、ことを特徴とする請求項１６〜請求項２３のいずれか一項に記載された方法。
25. 前記ウエハはＩｎ_ＳＡｌ_ＴＧａ_{１−Ｓ−Ｔ}Ｎ（０≦Ｓ≦１、０≦Ｔ≦１、０≦Ｓ＋Ｔ＜１）からなる、ことを特徴とする請求項１６〜請求項２４のいずれか一項に記載された方法。
26. 前記ウエハはＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１６〜請求項２５のいずれか一項に記載された方法。
27. 前記ウエハの前記主面の表面モフォロジは複数のマイクロステップを有しており、該マイクロステップの主要な構成面は、少なくともｍ面及び（１０−１１）面を含む、ことを特徴とする請求項１６〜請求項２６のいずれか一項に記載された方法。