WO2010103674A1 - Iii族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びiii族窒化物半導体素子を作製する方法 - Google Patents

Iii族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びiii族窒化物半導体素子を作製する方法 Download PDF

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孝史 京野
祐介 善積
陽平 塩谷
秋田　勝史
上野　昌紀
隆道 住友
中村　孝夫
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a group III nitride semiconductor device, an epitaxial substrate, and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor device.
  • Patent Document 1 describes n-type GaN having an n-type carrier proportional to the oxygen concentration. Oxygen is included in the source gas to epitaxially grow GaN on the GaAs substrate. The GaAs substrate is removed to obtain a GaN free-standing film.
  • Patent Document 2 describes a method of growing a gallium nitride single crystal. According to this method, oxygen can be taken in as an n-type dopant.
  • Patent Document 3 describes a method for producing a GaN-based compound semiconductor.
  • the filling container is filled with ammonia for producing a GaN-based compound semiconductor so that at least a part thereof is liquid.
  • the water concentration of ammonia in the liquid phase is 0.5 volppm or less as measured by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR).
  • FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy
  • JP 2000-044400 A JP 2002-373864 A JP 2004-363622 A
  • the epitaxial film has an oxygen concentration used when an n-type GaN substrate is used, if considering that oxygen is an n-type dopant in a gallium nitride-based semiconductor, the electrical characteristics of the semiconductor device It is assumed that the change in characteristics cannot be ignored. For example, in a semiconductor optical device, it is estimated that the light emission efficiency and electrical characteristics of the device cannot be ignored depending on the oxygen doping amount in the n-type gallium nitride semiconductor layer, the light emitting layer, and the p-type gallium nitride semiconductor.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor device including a gallium nitride-based semiconductor film having a good surface morphology.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, and further to provide an epitaxial substrate including a gallium nitride based semiconductor film having a good surface morphology.
  • a group III nitride semiconductor device includes (a) a group III nitride semiconductor, and is finite with respect to a reference plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor.
  • a group III nitride semiconductor support having a principal surface forming an angle; and (b) an oxygen concentration of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 , And a gallium nitride based semiconductor region provided on the main surface of the support.
  • the main surface shows one of semipolar and nonpolar, and the gallium nitride based semiconductor region includes a first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer.
  • the gallium nitride based semiconductor region when the gallium nitride based semiconductor region is provided on a semipolar surface or a nonpolar surface and the gallium nitride based semiconductor region contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, The surface morphology of the gallium semiconductor region becomes flat. The surface of the gallium nitride based semiconductor region also exhibits semipolarity or nonpolarity depending on the semipolar surface or nonpolar surface of the main surface of the substrate. When the gallium nitride based semiconductor region contains oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the crystal quality of the gallium nitride based semiconductor region is not good. Further, when the gallium nitride based semiconductor region contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor region is further flattened.
  • a group III nitride semiconductor device comprises (a) a group III nitride semiconductor, and forms a finite angle with respect to a reference plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor.
  • a group III nitride semiconductor support having a main surface; and (b) an oxygen concentration of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 , A gallium nitride based semiconductor region provided on the main surface; (c) an active layer provided on the gallium nitride based semiconductor region; and (d) a second conductivity type gallium nitride provided on the active layer.
  • a semiconductor layer is provided.
  • the main surface indicates one of semipolar and nonpolar
  • the gallium nitride based semiconductor region includes a first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer
  • the active layer includes the first conductivity type gallium nitride based.
  • the gallium nitride based semiconductor region when the gallium nitride based semiconductor region is provided on a semipolar surface or a nonpolar surface and the gallium nitride based semiconductor region contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, The surface morphology of the gallium semiconductor region becomes flat. The surface of the gallium nitride based semiconductor region also exhibits semipolarity or nonpolarity depending on the semipolar surface or nonpolar surface of the main surface of the substrate. When the gallium nitride based semiconductor region contains oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the crystal quality of the gallium nitride based semiconductor region is not good.
  • the active layer can be provided on the first conductivity type gallium nitride semiconductor layer having a good surface morphology. Further, when the gallium nitride based semiconductor region contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor region is further flattened.
  • the oxygen concentration in the active layer may be 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more. According to this group III nitride semiconductor device, the surface morphology of the active layer becomes flat when the active layer contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more. In addition, since oxygen acts as a donor, when the active layer contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, there are effects that the driving voltage of the element is reduced and the piezoelectric field of the active layer is reduced. Furthermore, in the group III nitride semiconductor device according to one aspect of the present invention, the oxygen concentration in the active layer may be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. According to this group III nitride semiconductor device, when the active layer contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the active layer is further flattened.
  • the oxygen concentration in the active layer may be 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the active layer contains oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the crystal quality of the active layer is not good. Further, when the active layer contains oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the optical loss due to free carrier absorption in the active layer increases.
  • the oxygen concentration in the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer may be 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more.
  • the oxygen concentration in the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer may be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more.
  • the group III nitride semiconductor device when the oxygen concentration in the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer is increased. Becomes even more flat.
  • the oxygen concentration in the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer may be 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less. According to the group III nitride semiconductor device, when the oxygen concentration in the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer exceeds the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less and contains oxygen, the second conductivity type gallium nitride semiconductor The crystal quality of the layer is not good.
  • the conductivity of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is not good.
  • the carbon concentration of the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less
  • the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer The carbon concentration of the active layer may be 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less
  • the carbon concentration of the active layer may be 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less. According to this group III nitride semiconductor device, a stable c-plane facet is likely to appear when the carbon concentration inevitably taken into the gallium nitride semiconductor during growth is high.
  • the carbon concentration here excludes contamination formed on the surface after the growth of the gallium nitride semiconductor.
  • the group III nitride semiconductor device may further include another second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer.
  • the band gap of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is larger than the band gap of the other second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, and the oxygen concentration of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer depends on the activity.
  • the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is provided between the other second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer and the active layer, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is larger than the oxygen concentration of the layer.
  • the gallium semiconductor layer forms a junction with the other second conductivity type gallium nitride semiconductor layer.
  • the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer since the oxygen concentration of the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer is higher than the oxygen concentration of the active layer, the second conductivity type is different from the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer.
  • the junction surface with the gallium nitride based semiconductor layer becomes flat, and therefore the scattering loss at this interface is reduced.
  • the group III nitride semiconductor device may further include a light guide layer made of a gallium nitride semiconductor provided between the active layer and the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer.
  • the active layer extends along a plane inclined with respect to the reference plane, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is an electron block layer.
  • the active layer, the light guide layer, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer are provided on the semipolar plane and the nonpolar plane, and therefore the piezoelectric field in these semiconductor layers is c Smaller than the piezoelectric field in the semiconductor layer on the surface. Since carrier overflow hardly occurs on the main surface due to the small piezoelectric polarization, oxygen acting as a donor can be added to the p-type semiconductor layer to obtain a planarization effect. Therefore, in addition to the p-type semiconductor layer having a flat surface morphology due to oxygen addition, high carrier injection efficiency can be provided.
  • the active layer includes well layers and barrier layers that are alternately arranged, and the oxygen concentration of the well layer may be 6 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the oxygen concentration in the active layer when the oxygen concentration in the active layer is high, the optical loss due to free carrier absorption increases. Since the oxygen concentration of the well layer is 6 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, an effective optical loss can be avoided, and a decrease in luminous efficiency due to a decrease in crystal quality of the well layer can be avoided.
  • an angle formed between the normal of the main surface and the reference axis may be 10 degrees or more and 170 degrees or less. According to this group III nitride semiconductor device, the contribution due to nonpolarity is appropriately exhibited. This nonpolarity represents semipolar and nonpolar.
  • an angle formed between the normal line of the main surface and the reference axis is 10 degrees or more and 80 degrees or less, or the normal line of the main surface and the reference axis
  • the angle formed by can be 100 degrees or more and 170 degrees or less. According to this group III nitride semiconductor element, the contribution by semipolarity or nonpolarity is appropriately exhibited.
  • an angle formed between the normal line of the main surface and the reference axis is 63 degrees or more and 80 degrees or less, or the normal line of the main surface and the reference axis
  • the angle formed by can be 100 degrees or more and 117 degrees or less.
  • piezo polarization is particularly small when the off-angle is in the above range. Therefore, carrier overflow is unlikely to occur.
  • the epitaxial wafer is made of (a) a group III nitride semiconductor, and a group III nitride having a main surface that forms a finite angle with respect to a reference plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor.
  • a semiconductor substrate and (b) a first oxygen electrode having an oxygen concentration of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and provided on the main surface of the group III nitride semiconductor substrate.
  • a conductive gallium nitride based semiconductor layer (c) a light emitting layer provided on the first conductive gallium nitride based semiconductor layer; and (d) a second conductive gallium nitride based semiconductor provided on the light emitting layer. And a layer.
  • the main surface shows one of semipolar and nonpolar.
  • the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is provided on a semipolar surface or a nonpolar surface, and the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more.
  • the surface morphology of the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer becomes flat.
  • the light emitting layer can be provided on the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer having a good surface morphology.
  • the surface of the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer also exhibits nonpolarity.
  • the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer contains oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the crystal quality of the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is not good.
  • the epitaxial wafer according to another aspect of the present invention may further include another second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer.
  • the band gap of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is larger than the band gap of the other second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, and the oxygen concentration of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is the light emission.
  • the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is provided between the second second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer and the light emitting layer, and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is larger than the oxygen concentration of the layer.
  • the gallium semiconductor layer forms a junction with the other second conductivity type gallium nitride semiconductor layer.
  • the band gap of the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer is larger than the band gap of another second conductivity type gallium nitride semiconductor layer, and the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer is different. Since it is provided between the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer and the light emitting layer, the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer functions as an electron block layer, and another second conductivity type gallium nitride semiconductor layer is a cladding. Work as a layer.
  • the flatness of the junction between the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer and another second conductivity type gallium nitride semiconductor layer Is excellent. This flatness reduces light scattering by the interface between the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer and another second conductivity type gallium nitride semiconductor layer.
  • the oxygen concentration of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, and the oxygen concentration of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer. Is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is an electron block layer
  • the light emitting layer includes an active layer having well layers and barrier layers arranged alternately, and the light emitting layer is made of a gallium nitride based semiconductor.
  • the light guide layer is further provided between the active layer and the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer, and the light guide layer of the light emitting layer is arranged with respect to the reference plane. It extends along an inclined plane.
  • the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer may have an oxygen concentration of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more.
  • the piezo electric field in these semiconductor layers is a semiconductor on the c plane. Small compared to the piezoelectric field in the layer. From the viewpoint of carrier compensation, it is preferable not to add oxygen as a donor impurity to the p-type semiconductor layer, but carrier overflow is reduced on the main surface of the substrate due to small piezoelectric polarization due to a semipolar surface or a nonpolar surface. Therefore, although the oxygen concentration of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, it is possible to avoid a decrease in carrier injection efficiency.
  • an angle formed between the normal line of the main surface and the reference axis is 10 degrees or more and 80 degrees or less, or a line formed between the normal line of the main surface and the reference axis.
  • the angle can be not less than 100 degrees and not more than 170 degrees.
  • an angle formed between a normal line of the main surface and the reference axis is 63 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the reference plane, or a method of the main surface
  • the angle formed by the line and the reference axis is not less than 100 degrees and not more than 117 degrees with respect to the reference plane.
  • Yet another aspect of the present invention is a method of fabricating a group III nitride semiconductor device.
  • This method includes (a) a step of preparing a group III nitride semiconductor substrate made of a group III nitride semiconductor and having a main surface, and (b) supplying a group III material and a nitrogen material to a growth reactor, Growing a first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer having an oxygen concentration of 10 16 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less on the main surface of the group III nitride semiconductor substrate; (c) Supplying a Group III material and a nitrogen material to the growth furnace to grow a light emitting layer on the first conductivity type gallium nitride semiconductor layer; and (d) supplying a Group III material and a nitrogen material to the growth furnace.
  • a step of growing a second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer on the light emitting layer The main surface shows one of semipolar and nonpolar, and oxygen of the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is provided as an impurity contained in at least one of the group III material and the nitrogen material
  • the main surface of the group III nitride semiconductor substrate forms a finite angle with respect to a reference plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor.
  • the gallium nitride semiconductor layer grown on the semipolar plane or the nonpolar plane contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more
  • the surface morphology of the gallium nitride semiconductor layer is flat. become.
  • the c-plane does not appear on the surface of the first conductivity type gallium nitride semiconductor layer, and the surface of the gallium nitride semiconductor layer also exhibits a polarity corresponding to the main surface of the substrate.
  • the gallium nitride based semiconductor layer grown on the semipolar plane contains oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the crystal quality of the gallium nitride based semiconductor layer is not good.
  • the light emitting layer can be grown on the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer having a good surface morphology. Further, when the gallium nitride based semiconductor layer contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor layer becomes flatter.
  • the nitrogen material includes ammonia, and the nitrogen material includes water as an impurity.
  • the oxygen concentration in the light emitting layer is 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, the oxygen concentration in the light emitting layer is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, and the oxygen concentration in the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is 5 ⁇ and the 10 16 cm -3 or more, the oxygen concentration in the second conductive type gallium nitride semiconductor layer is 5 ⁇ 10 18 cm -3 or less.
  • the oxygen concentration of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is preferably higher than the oxygen concentration of the light emitting layer.
  • the oxygen concentration in the light emitting layer may be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. Furthermore, in the method according to the present invention, the oxygen concentration in the light emitting layer is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, and the oxygen concentration in the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. Can be. According to these methods, the surface morphology is further flattened.
  • the growth temperature of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is preferably lower than the growth temperature of the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer. According to this method, since the growth temperature of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer is lowered, the thermal stress on the light emitting layer is reduced.
  • the light emitting layer may include an InAlGaN layer.
  • the oxygen concentration can be adjusted by the aluminum composition, and an appropriate band gap can be obtained by adjusting the In composition.
  • the light emitting layer may include an InGaN layer.
  • ammonia having a water content of 500 ppb% or less can be used as the nitrogen raw material.
  • ammonia having a water content of 50 ppb% or less can be used as the nitrogen raw material.
  • ammonia having a water content of 1 ppb% or less can be used as the nitrogen material.
  • the nitrogen raw material is supplied to the growth furnace.
  • the nitrogen source may be made of ammonia.
  • the moisture concentration of the nitrogen raw material may be 1 ppb% or less.
  • a group III nitride semiconductor device including a gallium nitride-based semiconductor film having a good surface morphology can be provided. Further, according to another aspect of the present invention, a method for producing this group III nitride semiconductor device can be provided. Furthermore, according to still another aspect of the present invention, an epitaxial substrate including a gallium nitride based semiconductor film having a good surface morphology can be provided.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a group III nitride semiconductor optical device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a drawing schematically showing a group III nitride semiconductor optical device according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing band diagrams in the active layer, the light guide layer, and the p-type gallium nitride based semiconductor layer on the c-plane and the semipolar plane.
  • FIG. 4 is a diagram showing products in main steps in the manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing products in main steps in the manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a drawing showing products in main steps in the manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing products in main steps in the manufacturing method of the present embodiment.
  • FIG. 8 shows the semiconductor laser LD1 in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a drawing showing a differential interference microscope image representing the surface morphology of the p-type contact layer of the laser structure in the semiconductor laser LD1 and the semiconductor laser LDC1.
  • FIG. 10 is a diagram showing a semiconductor laser LD2 in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a drawing showing EL spectra measured at an absolute temperature of 300 degrees and an absolute temperature of 10 degrees.
  • FIG. 12 is a view showing a light emitting diode in Example 3.
  • FIG. 13 is a drawing showing the structure of a laser diode in Example 4.
  • FIG. 14 is a drawing showing surface morphology in the p-type contact layer of Example 4 and Comparative Example.
  • FIG. 15 is a drawing showing the structure of a laser diode in Example 5.
  • FIG. 16 is a diagram showing IV characteristics of laser diodes in Example 4 and its comparative example.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a group III nitride semiconductor optical device according to the present embodiment.
  • the group III nitride semiconductor optical device shown in FIG. 1 has a structure applicable to, for example, a light emitting diode.
  • the group III nitride semiconductor optical device 11 a includes a group III nitride semiconductor support 13, a gallium nitride based semiconductor region 15, an active layer 17, and a gallium nitride based semiconductor region 19.
  • the group III nitride semiconductor support 13 is made of a group III nitride semiconductor such as GaN, InGaN, or AlGaN.
  • Group III nitride semiconductor support 13 includes a main surface 13a and a back surface 13b. Main surface 13a of group III nitride semiconductor support 13 exhibits nonpolarity. This non-polarity represents either semipolar or nonpolar.
  • the main surface 13a can be an a-plane or m-plane of a group III nitride semiconductor, or a by rotation about the c-axis. It can be a plane or a plane inclined from the m-plane.
  • the group III nitride semiconductor support 13 has the semipolar main surface 13a
  • the main surface 13a of the group III nitride semiconductor support 13 has a semipolarity inclined with respect to the reference plane Sc perpendicular to the reference axis Cx.
  • the reference axis Cx extends in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor.
  • the reference plane Sc shows a typical c-plane, for example.
  • the reference plane Sc is orthogonal to the c-axis vector VC, and the normal vector VN is shown on the main surface 13a.
  • the c-axis vector VC forms an angle A off with respect to the normal vector VN. This angle A off is called an off angle with respect to the c-plane.
  • a crystal coordinate system CR indicating a hexagonal crystal axis a-axis, m-axis and c-axis of a group III nitride semiconductor, and the c-plane in the hexagonal crystal is expressed as “(0001)”.
  • the plane orientation expressed as “(000-1)” is opposite to the (0001) plane.
  • the orthogonal coordinate system S indicates geometric coordinate axes X, Y, and Z.
  • the direction of the inclination can be, for example, the a axis or the m axis.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15, the active layer 17, and the gallium nitride based semiconductor region 19 are arranged along the axis Ax on the nonpolar main surface.
  • the angle formed between the normal vector VN of the main surface 13a and the reference axis Cx can be 10 degrees or more and 170 degrees or less with respect to the reference plane Sc.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15 is provided on the main surface 13a.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15 has an oxygen concentration of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the oxygen concentration can be controlled by, for example, the impurity concentration in the raw material, the off-angle of the substrate, the growth temperature, the mixed crystal composition, and the like. Further, the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor region 15 is more preferably 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15 can include one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15 includes a first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer 21 and a gallium nitride based semiconductor layer 23.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 21 can be, for example, an n-type semiconductor layer, and the gallium nitride based semiconductor layer 23 can be, for example, a buffer layer.
  • the first conductivity type gallium nitride based semiconductor layer 21 is made of, for example, an n-type gallium nitride based semiconductor, and an n-type dopant such as silicon is added to the n-type gallium nitride based semiconductor.
  • the n-type gallium nitride based semiconductor can be made of, for example, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, or the like.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 23 is made of, for example, an undoped gallium nitride based semiconductor.
  • the gallium nitride based semiconductor can be made of, for example, InGaN, InAlGaN, GaN, or the like.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 23 has an oxygen concentration of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, the crystal quality of the active layer 17 subsequently grown on the main surface of the gallium nitride based semiconductor layer 23 becomes good.
  • the interface between the gallium nitride based semiconductor layer 23 and the gallium nitride based semiconductor grown on the main surface of the semiconductor layer is improved.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 23 has an oxygen concentration of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the crystal quality of the active layer 17 subsequently grown on the main surface of the gallium nitride based semiconductor layer 23 is further improved. .
  • the gallium nitride based semiconductor region 19 may include one or a plurality of gallium nitride based semiconductor layers.
  • the gallium nitride based semiconductor region 19 includes the gallium nitride based semiconductor layer 25 and the second conductivity type gallium nitride based layer. It consists of a semiconductor layer 27.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 25 can be made of, for example, an undoped or p-type gallium nitride based semiconductor.
  • the second conductivity type gallium nitride semiconductor layer 27 is made of, for example, a p-type gallium nitride semiconductor, and a p-type dopant such as magnesium is added to the p-type gallium nitride semiconductor.
  • the p-type gallium nitride based semiconductor can be made of, for example, GaN, AlGaN, InAlGaN, InGaN, or the like.
  • the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer 25 can be, for example, an electron block layer, and the gallium nitride based semiconductor layer 27 can be, for example, a p-type contact layer.
  • An active layer 17 is provided between the gallium nitride based semiconductor layer 21 and the gallium nitride based semiconductor layer 27.
  • the active layer 17 is provided on the gallium nitride based semiconductor region 15, and the gallium nitride based semiconductor region 19 is provided on the active layer 17.
  • this group III nitride semiconductor optical device 11a when the gallium nitride based semiconductor region 15 is provided on the main surface 13a and the gallium nitride based semiconductor region 15 contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, nitriding is performed. The surface morphology of the main surface 15a of the gallium semiconductor region 15 becomes flat. Further, when the gallium nitride based semiconductor region 15 contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the main surface 15a becomes further flat.
  • the c-face facet does not appear on the surface 15a of the gallium nitride based semiconductor region 15, and the entire surface 15a of the gallium nitride based semiconductor region 15 corresponds to the polar characteristics (semipolar and nonpolar) of the substrate main surface 13a. Shows the polarity characteristics.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15 contains oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the crystal quality of the gallium nitride based semiconductor region 15 is not good.
  • the active layer 17 can be provided on the gallium nitride semiconductor region 15 having a good surface morphology. Therefore, the interface 31a between the gallium nitride based semiconductor region 15 and the active layer 17 becomes flat.
  • the addition of oxygen stabilizes the generation of the non-c plane. Therefore, in the growth of the gallium nitride based semiconductor region 15 on the main surface, crystal growth can be performed while maintaining the nonpolarity (either semipolar or nonpolar) of the growth surface. As a result, the surface morphology is improved.
  • As an oxygen supply source intentional addition as a dopant is not excluded, but impurities in the source gas can be used by controlling the amount of impurities contained in the source gas. By controlling the amount of oxygen taken into the semipolar plane and the nonpolar plane, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor region that is the base of the active layer 17 can be flattened.
  • the surface morphology of the active layer 17 becomes flat.
  • the crystal quality of the active layer 17 is good.
  • the active layer 17 of the group III nitride semiconductor optical device 11a may have a quantum well structure 29 including well layers 29a and barrier layers 29b arranged alternately.
  • the well layer 29a can be made of, for example, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, or the like
  • the barrier layer 29b can be made of, for example, GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, or the like.
  • the oxygen concentration of the well layer 29a of the active layer 17 can be 6 ⁇ 10 7 cm ⁇ 3 or less. When the oxygen concentration in the well layer 29a is high, optical loss due to free carrier absorption increases.
  • the oxygen concentration of the well layer 29a is 6 ⁇ 10 7 cm ⁇ 3 or less, an optical loss can be avoided, and a decrease in luminous efficiency due to a decrease in crystal quality of the well layer 29a can be avoided. Further, when the oxygen concentration of the barrier layer 29b is equal to or higher than the oxygen concentration of the well layer 29a, the surface morphology of the barrier layer 29b is improved.
  • the well layer 29a can be grown on the barrier layer 29b having a good surface morphology.
  • the active layer 17 can include an InAlGaN layer, and this InAlGaN layer is used as the well layer 29a and / or the barrier layer 29b.
  • the oxygen concentration can be adjusted by the aluminum composition, and an appropriate band gap can be obtained by adjusting the In composition.
  • the active layer 17 can include an InGaN layer, and this InGaN layer is used as the well layer 29a and / or the barrier layer 29b.
  • the band gap can be easily adjusted in the InGaN layer, and the oxygen concentration is adjusted according to the growth conditions such as the impurity concentration of the raw material and the growth temperature.
  • the crystal quality of the second conductivity type gallium nitride semiconductor layers 25 and 27 that are continuously grown on the main surface of the active layer 17 becomes good. . Further, the interface between the active layer 17 and the gallium nitride based semiconductor grown on the main surface of the semiconductor layer becomes flat. Further, when the oxygen concentration of the active layer 17 is 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the crystal quality of the second conductivity type gallium nitride based semiconductor layers 25 and 27 and the above-described interface flatness are further improved.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 25 contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor layer 25 becomes flat. Further, when the gallium nitride based semiconductor layer 25 contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor layer 25 is further flattened.
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer 25 can be 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less. An oxygen concentration exceeding 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 may deteriorate the crystal quality of the gallium nitride based semiconductor layer 25.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 27 contains oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor layer 27 becomes flat. Further, when the gallium nitride based semiconductor layer 27 contains oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor layer 27 becomes further flat.
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer 27 can be 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less. An oxygen concentration exceeding 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 deteriorates the crystal quality of the gallium nitride based semiconductor layer 27.
  • the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor layer 25 becomes flat, so that the gallium nitride based semiconductor layer 27 formed thereon is flat.
  • the crystal quality is excellent.
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer 25 is smaller than the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer 27, the influence of the compensation of p-type conduction by oxygen is reduced in the gallium nitride based semiconductor layer 25, and the carrier injection efficiency is excellent. become.
  • the carbon concentration of the gallium nitride based semiconductor layers 21 and 23 is preferably 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the gallium nitride based semiconductor layers 25 and 27 may have a carbon concentration of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, and the active layer 17 may have a carbon concentration of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • carbon is supplied from an organic metal raw material. The carbon concentration can be controlled by the impurity concentration in the raw material, the raw material gas for doping carbon, the off-angle of the substrate, the growth temperature, the growth pressure, and the like.
  • the band gap of the gallium nitride based semiconductor layer (for example, the electron block layer) 25 is larger than the band gap of the gallium nitride based semiconductor layer (for example, the p-type contact layer) 27.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 25 is provided between the gallium nitride based semiconductor layer 27 and the active layer 17.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 25 forms a junction 31b with the gallium nitride based semiconductor layer 27. Since the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layer 25 is higher than the oxygen concentration of the active layer 17, the junction surface 31b becomes flat.
  • a first electrode (for example, an anode) 33 is provided on the gallium nitride based semiconductor layer 27. Since the gallium nitride based semiconductor layer 25 is provided on the flat bonding surface 31a, the gallium nitride based semiconductor layer 25 has good crystal quality. Hence, good contact characteristics are provided.
  • the angle A off of the main surface 13a can be not less than 10 degrees and not more than 80 degrees with respect to the reference plane Sc.
  • the angle A off of the main surface 13a can be 100 degrees or more and 170 degrees or less with respect to the reference plane Sc.
  • a second electrode (for example, cathode) 35 is provided on the back surface 13 b of the support base 13.
  • the main surface 13a can be a nonpolar surface. According to this group III nitride semiconductor optical device 11a, the contribution due to nonpolarity is appropriately exhibited.
  • the active layer 17 and the gallium nitride based semiconductor layer 27 are provided on the main surface 13a. Is smaller than the piezoelectric field in the semiconductor layer on the c-plane. Since oxygen acts as a donor, it is preferable not to add it to the p-type semiconductor layer. However, addition of an appropriate range of oxygen provides good contact characteristics.
  • the inclination angle A off can be not less than 63 degrees and not more than 80 degrees with respect to the reference plane Sc. Further, the angle A off may be 100 degrees or more and 117 degrees or less with respect to the reference plane A off . According to this group III nitride semiconductor optical device 11a, piezo polarization is particularly small when the off-angle is in the above range.
  • FIG. 2 is a drawing schematically showing a group III nitride semiconductor optical device according to the present embodiment.
  • the group III nitride semiconductor optical device shown in FIG. 2 has a structure applicable to, for example, a semiconductor laser.
  • the group III nitride semiconductor optical device 11 b includes a group III nitride semiconductor support 13, a gallium nitride based semiconductor region 15, a light emitting layer 37, and a gallium nitride based semiconductor region 19.
  • the light emitting layer 37 can include the active layer 17 and the first and second light guide layers 39 and 41.
  • the active layer 17 is provided between the first light guide layer 39 and the second light guide layer 41.
  • the light guide layers 39 and 41 are made of a gallium nitride based semiconductor, and the gallium nitride based semiconductor can be undoped, for example.
  • the active layer 17, the light guide layers 39 and 41, and the gallium nitride based semiconductor layer 19 are provided on the semipolar surface and the nonpolar surface.
  • the electric field is smaller than the piezoelectric field in the semiconductor layer on the c-plane. Since oxygen acts as a donor, it is preferable not to add it to the p-type semiconductor layer. However, carrier overflow hardly occurs on a semipolar surface or a nonpolar surface due to small piezoelectric polarization. Therefore, although the oxygen concentration is high, a decrease in carrier injection efficiency is suppressed.
  • Each of the first and second light guide layers 39 and 41 preferably has an oxygen concentration of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more based on the reasons already described.
  • Each of the first and second light guide layers 39 and 41 may have an oxygen concentration of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less based on the reason already described.
  • the gallium nitride based semiconductor region 19 can include another second conductivity type gallium nitride based semiconductor layer 43 in addition to the gallium nitride based semiconductor layers 25 and 27.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 43 is made of, for example, a p-type gallium nitride based semiconductor, and a p-type dopant such as magnesium is added to the p-type gallium nitride based semiconductor.
  • the p-type gallium nitride based semiconductor can be made of, for example, GaN, AlGaN, InAlGaN, or the like.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 43 can be, for example, a p-type cladding layer.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15 can include a gallium nitride based semiconductor layer 45.
  • the gallium nitride semiconductor layer 45 is made of, for example, an n-type gallium nitride semiconductor, and an n-type dopant such as silicon is added to the n-type gallium nitride semiconductor.
  • the n-type gallium nitride based semiconductor can be made of, for example, GaN, AlGaN, InAlGaN, or the like.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 45 can be, for example, an n-type cladding layer.
  • a light emitting layer 37 is provided between the gallium nitride based semiconductor layer (for example, n-type cladding layer) 45 and the gallium nitride based semiconductor layer (for example, p-type cladding layer) 43.
  • the refractive indexes of the gallium nitride based semiconductor layer 45 and the gallium nitride based semiconductor layer 43 are smaller than the refractive indexes of the light guide layers 39 and 41.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 45 and the gallium nitride based semiconductor layer 43 confine light in the light emitting layer 37.
  • the band gap of the gallium nitride based semiconductor layer 25 is larger than the band gap of the gallium nitride based semiconductor layer 43.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 25 forms a junction 45a with the gallium nitride based semiconductor layer 43.
  • the junction surface 45a becomes flat, and therefore, the scattering loss at the interface 45a is reduced.
  • the light emitting layer 37 forms a junction 45 c with the gallium nitride based semiconductor region 19.
  • the gallium nitride based semiconductor region 15 forms a light emitting layer 37 and a junction 45b. Since the oxygen concentration in the gallium nitride based semiconductor region 15 is higher than the oxygen concentration in the light emitting layer 37, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor region 15 is good and the junction 45b becomes flat. Therefore, the scattering loss at the interface 45b is reduced.
  • an insulating film 47 for protection is provided on the gallium nitride based semiconductor layer 27.
  • the insulating film 47 has a stripe-shaped opening 47a.
  • a first electrode (for example, an anode) 49a is provided on the insulating film 47 and the opening 47a.
  • a second electrode (for example, a cathode) 49b is provided on the back surface 13b of the support base 13. Since the gallium nitride based semiconductor layer 27 is provided on the flat morphological gallium nitride based semiconductor layer 43, the gallium nitride based semiconductor layer 27 has good crystal quality and provides good contact characteristics.
  • the gallium nitride based semiconductor layer 43 forms a junction 45d with the gallium nitride based semiconductor layer 27. This joining surface 45d is flat.
  • the group III nitride semiconductor optical device 11b has, for example, a gain guide type laser diode structure.
  • the group III nitride semiconductor optical device 11b can have a pair of end faces 50a and 50b.
  • the end faces 50a and 50b are preferably cleaved faces to form a resonator.
  • Laser light L from group III nitride semiconductor optical device 11b is emitted from one of end faces 50a and 50b.
  • An epitaxial structure of a light emitting device was fabricated by metal organic vapor phase epitaxy.
  • Trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), trimethylindium (TMI), and ammonia (NH 3 ) were used as raw materials.
  • Silane (SiH 4 ) and biscyclopentadienyl magnesium (CP 2 Mg) were used as dopant gases.
  • a hexagonal semipolar gallium nitride substrate can be used as a group III nitride semiconductor substrate having a semipolar main surface.
  • a hexagonal nonpolar gallium nitride substrate can be used as a group III nitride semiconductor substrate having a nonpolar main surface.
  • oxygen as an n-type dopant is provided as an impurity contained in at least one of a group III material and a nitrogen material. The following description will be made with reference to a hexagonal semipolar gallium nitride substrate.
  • a gallium nitride substrate was prepared as shown in part (a) of FIG.
  • the main surface of the gallium nitride substrate is inclined at an angle of 10 to 80 degrees from the c-plane in the m-plane direction or the a-plane direction.
  • the area of the main surface of the gallium nitride substrate is, for example, 25 square millimeters or more, and this size corresponds to, for example, a 5 millimeter square.
  • the size of the main surface 51a of the gallium nitride substrate 51 is preferably 2 inches or more, for example.
  • a source gas G1 containing a group III source and a nitrogen source is supplied to the growth reactor 10, and an n-type is formed on the main surface 51a of the GaN substrate 51.
  • the gallium nitride based semiconductor region 53 is grown epitaxially.
  • the source gas G1 includes, for example, TMG, TMA, NH 3 , SiH 4 .
  • As the gallium nitride based semiconductor region 53 for example, a Si-doped AlGaN cladding layer is grown at a temperature of 1050 degrees Celsius. The thickness of this AlGaN layer is 2 ⁇ m, for example.
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor region 53 is, for example, in the range of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 . According to this method, when a gallium nitride-based semiconductor containing oxygen is grown on a semipolar plane, a specific facet plane that does not match the semipolar plane is suppressed from appearing during the growth. For this reason, the surface morphology becomes flat. Also in the subsequent growth, the addition of oxygen can suppress the appearance of a specific facet surface during the growth. Further, when the carbon concentration of the gallium nitride based semiconductor region 53 is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, generation of facets in the gallium nitride based semiconductor can be avoided. In addition, when the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor region 53 is, for example, 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, more flat surface morphology and facet surface suppression are provided.
  • a source gas G2 containing a group III source and a nitrogen source is supplied to the growth reactor 10, An undoped InGaN optical guide layer 55a is grown epitaxially.
  • the source gas G2 includes, for example, TMG, TMI, and NH 3 .
  • the oxygen concentration of the InGaN light guide layer 55a is, for example, in the range of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the InGaN light guide layer 55a is 100 nm.
  • the oxygen concentration of the InGaN light guide layer 55a is preferably 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, for example.
  • step S105 as shown in part (b) of FIG. 5, a source gas G3 containing a group III source and a nitrogen source is supplied to the growth reactor 10, and the GaN barrier layer 57 is formed at a substrate temperature of 840 degrees Celsius. It grows on the InGaN light guide layer 55a.
  • the source gas G2 includes, for example, TMG and NH 3 .
  • the thickness of the GaN layer 57 is, for example, 15 nm.
  • a source gas G4 containing a group III source and a nitrogen source is supplied to the growth reactor 10, An undoped InGaN well layer 59 is epitaxially grown on the GaN barrier layer 57.
  • the source gas G4 includes, for example, TMG, TMI, and NH 3 .
  • the oxygen concentration of the InGaN well layer 59 is preferably 6 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, for example.
  • the thickness of the well layer 59 is 3 nm, for example.
  • a GaN barrier layer 57 having a thickness of 15 nm is grown. If necessary, the growth of the barrier layer 57 and the growth of the well layer 59 are repeated. Further, in step S107, a source gas G5 containing a group III source and a nitrogen source is supplied to the growth reactor 10 at a substrate temperature of 840 degrees Celsius, and the undoped InGaN optical guide layer 55b is epitaxially formed in the same manner as the optical guide layer 55a. As shown in FIG. 6A, an active layer 61 and a light emitting layer 63 are produced. When the carbon concentration of the light emitting layer 63 is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, generation of facets can be avoided in the gallium nitride based semiconductor.
  • a Group III material and a nitrogen material are supplied to the growth furnace to grow a second conductivity type gallium nitride based semiconductor region on the light emitting layer 63. Therefore, in step S108, after the substrate temperature is raised to 1000 degrees Celsius, a source gas G6 containing a group III source material and a nitrogen source material is introduced into the growth reactor 10, and as shown in FIG. Further, the electron block layer 65 is epitaxially grown on the light emitting layer 63.
  • the source gas G6 contains, for example, TMG, TMA, NH 3 , CP 2 Mg.
  • the thickness of the electron block layer 65 is 20 nm, for example.
  • a source gas G7 containing a group III source and a nitrogen source is introduced into the growth reactor 10, and the p-type cladding layer is formed on the electron block layer 65 as shown in FIG. 67 is grown epitaxially.
  • the source gas G7 includes, for example, TMG, TMA, NH 3 , CP 2 Mg.
  • the thickness of the p-type cladding layer 67 is 400 nm, for example.
  • a source gas G8 containing a group III source material and a nitrogen source material is introduced into the growth reactor 10, and a p-type contact is formed on the p-type cladding layer 67 as shown in FIG. Layer 69 is grown epitaxially.
  • the source gas G8 includes, for example, TMG, NH 3 , CP 2 Mg.
  • the thickness of the p-type contact layer 69 is, for example, 50 nm.
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layers 65, 67, and 69 is 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, and the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layers 65, 67, and 69 is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less. Further, the oxygen concentration can be 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more.
  • the oxygen concentration of the gallium nitride based semiconductor layers 65, 67 and 69 is preferably larger than the oxygen concentration of the light emitting layer 63. Further, when the carbon concentration of the gallium nitride based semiconductor region 70 is 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, generation of facets in the gallium nitride based semiconductor can be avoided.
  • the morphology and oxygen doping of the light emitting layer and the n-type gallium nitride based semiconductor layer will be described. Since the growth temperature of the InGaN well layer is low and atoms are difficult to migrate, it tends to grow in an island shape. On the other hand, since the growth temperature of gallium nitride semiconductors such as n-type GaN and AlGaN is high, it is easy to obtain step flow growth. The effect of flattening the morphology by oxygen doping is different from the above-described growth modes such as islands and step flow growth. The semipolar plane is stabilized by oxygen doping.
  • the c-plane is considered to be a stable surface in the gallium nitride crystal growth, and the c-plane is likely to be generated as a facet surface in the gallium nitride crystal growth on the semipolar plane.
  • the generation of the c-plane deteriorates the morphology in the epitaxial growth on the semipolar plane. Oxygen doping can suppress the generation of facet planes that deteriorate morphology during epitaxial growth on a semipolar plane.
  • the epitaxial substrate EP1 After the substrate temperature is lowered to room temperature, the epitaxial substrate EP1 is taken out from the growth furnace.
  • the epitaxial substrate EP1 includes a group III nitride semiconductor substrate 51, a first conductivity type gallium nitride based semiconductor region 53, a light emitting layer 63, and a second conductivity type gallium nitride based semiconductor region 70.
  • the gallium nitride based semiconductor regions 53 and 70 contain oxygen of 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, the surface morphology of the gallium nitride based semiconductor regions 53 and 70 becomes flat.
  • the c-plane does not appear on the surfaces of the gallium nitride based semiconductor regions 53 and 70, and the surfaces of the gallium nitride based semiconductor regions 53 and 70 are also semipolar.
  • the gallium nitride based semiconductor regions 53 and 70 contain oxygen of 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the above technical contribution becomes excellent.
  • the gallium nitride based semiconductor regions 53 and 70 contain oxygen exceeding the range of 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, the crystal quality of the gallium nitride based semiconductor regions 53 and 70 is not good.
  • the light emitting layer 63 can be provided on the gallium nitride based semiconductor region 53 having a good surface morphology.
  • An anode electrode is formed on the p-type gallium nitride semiconductor region 70 of the epitaxial substrate EP1 to make an electrical connection to the p-type contact layer 69, and the back surface 51b of the substrate 51 is polished if necessary, and then the cathode is formed on the polished back surface.
  • An electrode is formed. These electrodes are produced by vapor deposition, for example.
  • the semiconductor region 53 is the thickest in the epitaxial film stack of the light emitting element. The contribution to is great. Since oxygen is an n-type dopant, carrier addition does not occur due to the addition of oxygen. When the oxygen concentration of the light emitting layer 63 is low, the light emission efficiency of the light emitting layer 63 is improved. Since the oxygen concentration is an n-type dopant, when the oxygen concentration of the p-type gallium nitride based semiconductor region 70 is low, the influence of carrier compensation due to the addition of oxygen is small.
  • the morphology improvement of the light emitting layer 63 contributes to the improvement of the crystal quality of the p-type gallium nitride semiconductor region 70.
  • the carrier concentration is high.
  • the planarity is easily impaired by the addition of magnesium (Mg). Can be improved.
  • the oxygen concentration of the light emitting layer 63 is low, the light emission efficiency of the light emitting layer 63 is improved.
  • the growth temperature of the p-type gallium nitride based semiconductor region 70 is lowered to increase the oxygen concentration in the semiconductor region 70, thermal stress on the light emitting layer 63 is reduced.
  • the planarity of the semiconductor region 70 can be improved by adding oxygen.
  • the oxygen concentration is increased by increasing Al in the p-type gallium nitride based semiconductor region 70, the optical confinement in the laser diode is improved.
  • the growth temperature of the p-type gallium nitride based semiconductor region 70 is lowered to increase the oxygen concentration in the semiconductor region 70, thermal stress on the light emitting layer 63 is reduced.
  • Example 1 A laser diode LD1 was produced.
  • a GaN substrate 71 having a semipolar principal surface inclined at an angle ⁇ 1 of 75 degrees in the m-axis direction was prepared. This semipolar principal surface corresponds to the (20-21) plane.
  • ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ) were supplied to the growth furnace to hold the GaN substrate 71 in an atmosphere of 1050 degrees Celsius. The retention time was 10 minutes.
  • a raw material gas was supplied to the growth furnace to produce the following laser structure.
  • an n-type Al0.04Ga0.96N cladding layer 72 was grown at 1050 degrees Celsius.
  • the In 0.03 Ga 0.97 N optical guide layer 73a was grown.
  • a quantum well active layer 74 was grown on the In 0.03 Ga 0.97 N optical guide layer 73a.
  • an In 0.03 Ga 0.97 N optical guide layer 73b was grown on the active layer 74 at a substrate temperature of 840 degrees Celsius.
  • an Al 0.12 Ga 0.88 N electron blocking layer 78, a p-type Al 0.06 Ga 0.94 N cladding layer 75, and a p-type GaN contact layer 76 were grown.
  • the photoluminescence wavelength of this laser structure was in the 450 nm band.
  • a cladding layer located directly above the GaN substrate 71 and having a large film thickness.
  • the oxygen concentration of the cladding layer 72 was 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • An anode is formed on the contact layer 76 through the opening of the insulating film 77, and a cathode is formed on the back surface 71b of the GaN substrate 71, so that the semiconductor laser LD1 shown in FIG.
  • FIG. 9A shows the surface morphology of the p-type GaN contact layer of the laser structure in the semiconductor laser LD1.
  • FIG. 9B the p-type contact layer of the laser structure in the semiconductor laser LD0 also shows the surface morphology.
  • the p-type contact layer having a laser structure in the semiconductor laser LD0 exhibits good surface morphology.
  • the semiconductor laser LD1 including the n-type AlGaN cladding layer having a high oxygen concentration it is considered that the semipolar plane is stabilized. By comparing these laser structures, the laser structure in the semiconductor laser LD1 showed a flatter morphology.
  • Example 2 A laser diode was fabricated.
  • a GaN substrate 81 having a semipolar principal surface inclined at an angle ⁇ 2 of 75 degrees in the m-axis direction was prepared. This semipolar principal surface corresponds to the (20-21) plane.
  • ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ) were supplied to the growth furnace to hold the GaN substrate 81 in an atmosphere of 1050 degrees Celsius. The retention time was 10 minutes.
  • the source gas was supplied to the growth furnace to produce the following laser structure.
  • an n-type Al 0.04 Ga 0.96 N cladding layer 82 was grown at 1050 degrees Celsius.
  • an In 0.02 Ga 0.98 N optical guide layer 83a having a thickness of 100 nm was grown.
  • a quantum well active layer 84 was grown on the light guide layer 83.
  • an In 0.02 Ga 0.98 N optical guide layer 83b was grown on the active layer 84 at a substrate temperature of 840 degrees Celsius.
  • an Al 0.12 Ga 0.88 N electron blocking layer 85, a p-type Al 0.06 Ga 0.94 N cladding layer 86, and a p-type GaN contact layer 87 were grown.
  • the photoluminescence wavelength of this laser structure was in the 405 nm band.
  • an anode 89 a was formed through a stripe window (width: 10 ⁇ m) of an insulating film (for example, SiO 2) 88 and a cathode 89 b was formed on the back surface 81 a of the GaN substrate 81. Thereafter, cleavage was performed on the a-plane at intervals of 800 ⁇ m to produce a gain guide type semiconductor laser LD2 shown in FIG.
  • the oxygen concentration of the n-type cladding layer was 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the oxygen concentration of the quantum well active layer 84 was 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the oxygen concentration of the p-type electron blocking layer 85 was 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the oxygen concentration of the p-type cladding layer 86 was 7 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . In this structure, the oxygen concentration of the p layer is higher than that of the light emitting layer.
  • an LD structure was also fabricated on a c-plane GaN substrate under the same film formation conditions.
  • the amount of oxygen taken into the GaN-based semiconductor was different, and the oxygen concentration was 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less in all epitaxial layers.
  • cleavage at the m-plane was performed to manufacture a gain guide type semiconductor laser LDC2 having a resonator mirror.
  • a current of 2 mA was applied to these semiconductor lasers LD2 and LDC2, and electroluminescence (EL) was measured at an absolute temperature of 300 degrees (300K) and an absolute temperature of 10 degrees (10K).
  • Part (a) of FIG. 11 shows an EL spectrum measured at an absolute temperature of 300 degrees
  • part (b) of FIG. 11 shows an EL spectrum measured at an absolute temperature of 10 degrees.
  • EL spectra ELS (300) and ELS (10) were measured in the semiconductor laser LD2 of the example
  • EL spectra ELC (300) and ELC (10) were measured in the semiconductor laser LDC2 of the comparative example.
  • the EL spectra at temperatures 300K and 10K were compared.
  • the EL spectra ELS (300) and ELC (300) of any of the semiconductor lasers LD2 and LDC2 have a peak due to MQW near 405 nm.
  • the EL spectrum of the semiconductor laser LD2 of the example showed a single peak, but the semiconductor laser LDC2 of the comparative example has a donor-acceptor pair (DAP) in the p-type semiconductor layer in addition to the MQW peak.
  • DAP donor-acceptor pair
  • oxygen acting as a donor is doped in the p-type semiconductor layer at a higher concentration than the light emitting layer, but exhibits good carrier injection efficiency.
  • the flatness of the p-type semiconductor layer is easily impaired by the addition of Mg.
  • adding oxygen in the proper range provides both surface flatness and carrier injection efficiency. Improving the flatness of the p-type semiconductor layer and increasing the steepness of the interface of the electron block layer / cladding layer leads to a reduction in scattering loss of light propagating through the resonator of the semiconductor laser.
  • Example 3 A light emitting diode was produced.
  • a GaN substrate 91 having a semipolar principal surface inclined at an angle ⁇ 3 of 18 degrees in the a-axis direction was prepared. After the GaN substrate 91 was placed in the growth furnace, ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ) were supplied to the growth furnace to hold the GaN substrate 91 in an atmosphere of 1050 degrees Celsius. The retention time was 10 minutes. After this thermal cleaning, a source gas was supplied to the growth furnace to produce the following light emitting diode structure. First, an n-type GaN layer 92 having a thickness of 2 ⁇ m was grown at 1050 degrees Celsius.
  • the In 0.04 Ga 0.96 N buffer layer 93 was grown.
  • a quantum well active layer 94 was grown on the buffer layer 93 having a thickness of 100 nm. Specifically, a GaN barrier layer 94a having a thickness of 15 nm is grown at a substrate temperature of 840 degrees Celsius and an InAlGaN well layer 94b having a thickness of 3 nm is grown at a substrate temperature of 700 degrees Celsius to form an active layer 94. .
  • a p-type Al 0.18 Ga 0.82 N electron blocking layer 95 having a thickness of 20 nm and a p-type GaN contact layer 96 having a thickness of 50 nm were grown on the active layer 94.
  • An anode (Ni / Au) 97 and a pad electrode 99a were formed on the contact layer 96, and a cathode (Ti / Al) was formed on the back surface 91b of the substrate 91 to produce the light emitting diode LED1 shown in FIG.
  • Light emitting diode structures having InAlGaN well layers with different indium compositions were fabricated. The relationship between the oxygen concentration in the well layer and the light output was investigated.
  • LED structure In composition, Al composition, oxygen concentration (cm ⁇ 3), light output LED1: 0.18, 0, 2 ⁇ 10 17 , 1 LED2: 0.19, 0.03, 4 ⁇ 10 17 , 0.85 LED3: 0.20, 0.06, 1 ⁇ 10 18 , 0.54.
  • the In composition of the well layer was changed so as to obtain an emission wavelength near 450 nm. As the oxygen concentration in the well layer increased, the light emission output decreased. This is considered that the addition of oxygen deteriorates the crystal quality of the well layer.
  • the oxygen concentration in the well layer was controlled by taking advantage of the fact that Al in the well layer easily adsorbs oxygen and that oxygen adsorbed at a low temperature (a temperature at which In is taken into the well layer) is difficult to desorb.
  • Example 4 A GaN substrate having an m-plane principal surface was prepared.
  • a laser diode LD3 was fabricated on the GaN substrate.
  • FIG. 13 is a drawing showing the structure of a laser diode in Example 4. After the GaN substrate 101 is placed in the growth furnace, ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ) are supplied to the growth furnace and thermal cleaning is performed in an atmosphere of 1050 degrees Celsius, and then the same as in Example 1. The following laser structure was fabricated on the nonpolar main surface 101a of the GaN substrate 101.
  • NH 3 ammonia
  • H 2 hydrogen
  • Al 0.04 Ga 0.96 N clad layer 102 n-type, 2 ⁇ m, In 0.03 Ga 0.97 N light guide layer 103a: undoped, 100 nm, Active layer 104: In 0.18 Ga 0.82 N well layer (thickness 3 nm) / GaN barrier layer (thickness 15 nm), In 0.03 Ga 0.97 N light guide layer 103b: undoped, 100 nm, Al 0.12 Ga 0.88 N electron blocking layer 105: p-type, 20 nm, Al 0.06 Ga 0.94 N clad layer 106: p-type, 400 nm, GaN contact layer 107: p-type, 50 nm.
  • An anode 109 a was formed on the insulating film (for example, SiO 2 ) 108 having a stripe window (width 10 ⁇ m) and the contact layer 107, and a cathode 109 b was formed on the back surface 101 b of the GaN substrate 101. Thereafter, a gain guide type semiconductor laser LD3 was fabricated by cleavage.
  • the insulating film for example, SiO 2
  • a cathode 109 b was formed on the back surface 101 b of the GaN substrate 101.
  • FIG. 14 is a drawing showing the surface morphology of the p-type contact layer 107 of Example 4 and the p-type contact layer of the comparative example.
  • the surface of the p-type contact layer shown in FIG. 14 (a) is compared with the surface of the p-type contact layer shown in FIG. 14 (b), the surface of the epitaxial film of Example 4 is relatively flat. The morphology was shown.
  • Example 4 it is considered that there is an effect of stabilization by oxygen even on a nonpolar surface.
  • FIG. 15 is a drawing showing the structure of a laser diode in Example 5.
  • a GaN substrate 111 having a semipolar principal surface inclined at an angle ⁇ 4 of 68 degrees in the m-axis direction was prepared. After the GaN substrate 111 was placed in the growth furnace, ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ) were supplied to the growth furnace to hold the GaN substrate 111 in an atmosphere of 1050 degrees Celsius. After this pretreatment, a source gas was supplied to the growth furnace to produce the following laser structure. First, an n-type Al 0.04 Ga 0.96 N cladding layer 112 was grown at 1050 degrees Celsius.
  • the In 0.03 Ga 0.97 N optical guide layer 113a was grown.
  • An active layer 114 was grown on the In 0.03 Ga 0.97 N optical guide layer 113a.
  • an In 0.03 Ga 0.97 N optical guide layer 113b was grown on the active layer 114 at a substrate temperature of 840 degrees Celsius.
  • an Al 0.12 Ga 0.88 N electron blocking layer 115, a p-type Al 0.06 Ga 0.94 N cladding layer 116, and a p-type GaN contact layer 117 were grown.
  • the photoluminescence wavelength of this laser structure was in the 450 nm band.
  • a purification device was provided between the nitrogen raw material supply source and the growth furnace. This refiner was used to purify and supply ammonia as a nitrogen raw material to the growth reactor. Using the refining apparatus, ammonia having a water content of 500 ppb% or less can be supplied to the growth furnace as the nitrogen raw material. In addition, ammonia having a water content of 50 ppb% or less can be used as a nitrogen raw material using a purification apparatus. Furthermore, ammonia having a water content of 1 ppb% or less can be supplied to the growth reactor as a nitrogen raw material using a purification apparatus. In this example, ammonia having a water concentration of 50 ppb% was supplied to the growth reactor as a nitrogen raw material.
  • the oxygen concentration of the p-type Al 0.06 Ga 0.94 N cladding layer was 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • ammonia having a water concentration of 1 ppm% was used as a nitrogen raw material.
  • the oxygen concentration of this p-type AlGaN layer was 8 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • An SiO 2 film was formed on the surface of the p-type GaN contact layer 117 in the LD structure of the example, and then a protective window 118 was formed by forming a stripe window having a width of 10 ⁇ m by wet etching.
  • a p electrode 119a made of Ni / Au and a pad electrode made of Ti / Au were formed by vapor deposition.
  • An n electrode 119b made of Ti / Al and a pad electrode made of Ti / Au were formed on the back surface 111b of the substrate by vapor deposition.
  • an SiO 2 film and an electrode were formed as in this example. Thereafter, cleavage to the a-plane was performed at 800 ⁇ m intervals to produce a gain guide type laser.
  • FIG. 16 is a diagram showing IV characteristics of laser diodes in Example 4 and a comparative example. Characteristic lines IV1 and IVC indicate the IV characteristics for Example 5 and the comparative example, respectively.
  • the drive voltage in the laser diode of the comparative example is significantly higher than the drive voltage in the laser diode of the fifth embodiment. This is presumably because in the laser diode of the comparative example, the oxygen concentration in the p-type contact layer was increased due to the low ammonia purity, and the p-type conductivity was impaired.
  • a group III nitride semiconductor optical device including a gallium nitride based semiconductor film having a good surface morphology. Further, according to the present embodiment, it is possible to provide a method for manufacturing this group III nitride semiconductor optical device. Furthermore, according to the present embodiment, an epitaxial substrate including a gallium nitride based semiconductor film having a good surface morphology can be provided.
  • the present embodiment has been described with reference to a semiconductor optical device.
  • the present invention can also be applied to a group III nitride semiconductor electronic device as an example of a semiconductor device. Accordingly, a group III nitride semiconductor electronic device including a gallium nitride based semiconductor film having a good surface morphology can be provided. Further, according to the present embodiment, it is possible to provide a method for manufacturing this group III nitride semiconductor electronic device. Furthermore, according to the present embodiment, an epitaxial substrate including a gallium nitride based semiconductor film having a good surface morphology can be provided.
  • the present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment.
  • the growth of a nitride semiconductor using metal organic vapor phase epitaxy is described as an example.
  • the present invention describes a nitride semiconductor using a molecular beam epitaxy method with oxygen uptake. It can also be applied to growth. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

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Abstract

良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むIII族窒化物半導 体素子を提供する。III族窒化物半導体光素子１１ａは、III族窒化物半導体支持体１３、ＧａＮ系半導体領域１５、活性層１７及びＧａＮ系半導体領域１９を備える。III族窒化物半導体支持体１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する基準平面Ｓｃに対して傾斜する非極性を示しており、基準軸ＣｘはIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる。ＧａＮ系半導体領域１５は半極性主面上１３ａに設けられる。ＧａＮ系半導体領域１５のＧａＮ系半導体層２１は例えばｎ型ＧａＮ系半導体からなり、ｎ型ＧａＮ系半導体にはシリコンが添加されている。ＧａＮ系半導体層２３の酸素濃度が５×１０１６ｃｍ－３以上であるとき、ＧａＮ系半導体層２３の主面上に引き続き成長される活性層１７の結晶品質が良好になる。

Description

III族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びIII族窒化物半導体素子を作製する方法
　本発明は、III族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びIII族窒化物半導体素子を作製する方法に関する。
　特許文献１には、酸素濃度に比例したｎ型キャリアをもつｎ型ＧａＮが記載されている。酸素を原料ガスに含ませてＧａＡｓ基板の上にＧａＮをエピタキシャル成長させる。ＧａＡｓ基板を除去してＧａＮ自立膜を得る。
　特許文献２には、窒化ガリウム単結晶を成長する方法が記載されている。この方法によれば、酸素をｎ型ドーパントとして取り込むことができる。
　特許文献３には、ＧａＮ系化合物半導体の製造方法が記載されている。充填容器内に少なくとも一部が液体となるようにＧａＮ系化合物半導体製造用アンモニアを充填する。該液相のアンモニア中の水分濃度がフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ－ＩＲ）で測定して０．５ｖｏｌｐｐｍ以下である。このアンモニアを原料として、基板を収容した反応室内にガス状態で導入して、ＧａＮ系化合物からなる層を基板上に形成する。
特開２０００－０４４４００号公報 特開２００２－３７３８６４号公報 特開２００４－３６３６２２号公報
　発明者の知見によれば、窒化ガリウムの非ｃ面にはドナーとして働く酸素が取り込まれやすい。この現象は、半極性や無極性を有する主面を有する窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体を堆積するとき、酸素の思わぬ取り込みによりデバイス特性を損ねないように酸素濃度を制御する必要があることを示している。一方、ファセット面に酸素が取り込まれやすいことは、酸素の添加により、窒化ガリウム系半導体の成長中において非ｃ面の生成を安定化できる可能性を示唆している。このとき、窒化ガリウム基板の半極性や無極性を有する主面上への窒化ガリウム系半導体の成長では、窒化ガリウム系半導体はその酸素濃度により異なる結晶品質を有することになる。
　デバイス特性の見地からは、エピタキシャル膜が、ｎ型のＧａＮ基板のときに用いられる酸素濃度を有するとき、酸素が窒化ガリウム系半導体においてｎ型ドーパントであることを考慮するならば、半導体素子の電気特性が変わることを無視できないと推測される。例えば半導体光素子では、ｎ型窒化ガリウム系半導体層、発光層及びｐ型窒化ガリウム系半導体への酸素ドープ量に応じてデバイスの発光効率及び電気特性が変わることを無視できないと推測される。
　本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むIII族窒化物半導体素子を提供することを目的とし、また、III族窒化物半導体素子を作製する方法を提供する目的とし、さらに、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して有限の角度をなす主面を有するIII族窒化物半導体支持体と、（ｂ）５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有しており、前記III族窒化物半導体支持体の前記主面上に設けられた窒化ガリウム系半導体領域とを備える。前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を示しており、前記窒化ガリウム系半導体領域は第１導電型窒化ガリウム系半導体層を含む。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、窒化ガリウム系半導体領域が半極性面又は無極性面上に設けられると共に窒化ガリウム系半導体領域が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域の表面モフォロジが平坦になる。窒化ガリウム系半導体領域の表面も、基板主面の半極性面又は無極性面に応じてそれぞれ半極性又は無極性を示す。窒化ガリウム系半導体領域が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えて酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域の結晶品質が良好ではなくなる。また、窒化ガリウム系半導体領域が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域の表面モフォロジがさらに平坦になる。
　本発明に係るIII族窒化物半導体素子は、（ａ）III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して有限の角度をなす主面を有するIII族窒化物半導体支持体と、（ｂ）５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有しており、前記III族窒化物半導体支持体の前記主面上に設けられた窒化ガリウム系半導体領域と、（ｃ）前記窒化ガリウム系半導体領域上に設けられた活性層と、（ｄ）前記活性層上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体層とを備える。前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を示しており、前記窒化ガリウム系半導体領域は第１導電型窒化ガリウム系半導体層を含み、前記活性層は、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられる。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、窒化ガリウム系半導体領域が半極性面又は無極性面上に設けられると共に窒化ガリウム系半導体領域が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域の表面モフォロジが平坦になる。窒化ガリウム系半導体領域の表面も、基板主面の半極性面又は無極性面に応じてそれぞれ半極性又は無極性を示す。窒化ガリウム系半導体領域が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えて酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域の結晶品質が良好ではなくなる。上記範囲の酸素濃度によれば、良好な表面モフォロジの第１導電型窒化ガリウム系半導体層上に活性層を設けることができる。また、窒化ガリウム系半導体領域が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域の表面モフォロジがさらに平坦になる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記活性層における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、活性層が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、活性層の表面モフォロジが平坦になる。また、酸素はドナーとして働くので、活性層が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、素子の駆動電圧が低減する、活性層のピエゾ電界が低減する、といった効果もある。さらに、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記活性層における酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、活性層が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、活性層の表面モフォロジがさらに平坦になる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記活性層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、活性層が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えて酸素を含むとき、活性層の結晶品質が良好ではなくなる。また、活性層が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えて酸素を含むとき、活性層における自由キャリア吸収による光学ロスが増加する。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、第２導電型窒化ガリウム系半導体層の表面モフォロジが平坦になる。また、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、第２導電型窒化ガリウム系半導体層の表面モフォロジがさらに平坦になる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えて酸素を含むとき、第２導電型窒化ガリウム系半導体層の結晶品質が良好ではなくなる。また、第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えて酸素を含むとき、第２導電型窒化ガリウム系半導体層の導電性が良好ではなくなる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、前記活性層の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、成長中に不可避的に窒化ガリウム系半導体に取り込まれる炭素濃度が高いとき、安定なｃ面ファセットが出現しやすくなる。窒化ガリウム系半導体の炭素濃度を下げることにより、窒化ガリウム系半導体にファセットの発生を避けることができる。ただし、ここでいう炭素濃度からは窒化ガリウム系半導体を成長後に表面に形成されるコンタミネーションを除外する。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層を更に備えることができる。前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップよりも大きく、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は、前記活性層の酸素濃度よりも大きく、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と前記活性層との間に設けられており、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と接合を形成する。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度が活性層の酸素濃度よりも大きいので、第２導電型窒化ガリウム系半導体層と別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層との接合面が平坦になり、これ故に、この界面における散乱ロスが低減される。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子は、前記活性層と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ窒化ガリウム系半導体からなる光ガイド層を更に備えることができる。前記活性層は、前記基準平面に対して傾斜する平面に沿って延在しており、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は電子ブロック層である。
　このIII族窒化物半導体素子によれば、半極性面や無極性面上に、活性層、光ガイド層及び第２導電型窒化ガリウム系半導体層を設けるので、これらの半導体層におけるピエゾ電界はｃ面上の半導体層におけるピエゾ電界に比べて小さい。小さいピエゾ分極により該主面上ではキャリアオーバーフローが発生しにくいので、ドナーして働く酸素をｐ型半導体層に添加して平坦化の効果を得ることができる。これ故に、酸素添加による平坦な表面モフォロジを有するｐ型半導体層に加えて、高いキャリア注入効率を提供できる。
　本発明のIII族窒化物半導体素子では、前記活性層は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含み、前記井戸層の酸素濃度は６×１０１７ｃｍ－３以下であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、活性層の酸素濃度が高いとき、自由キャリア吸収による光学的ロスが増加する。井戸層の酸素濃度が６×１０１７ｃｍ－３以下であるので、実効的な光学的ロスを避けることができ、また、井戸層の結晶品質の低下による発光効率の低下を避けることができる。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上１７０度以下であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、非極性による寄与が適切に発揮される。この非極性は半極性及び無極性を表す。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上８０度以下であり、或いは前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１００度以上１７０度以下であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、半極性や無極性による寄与が適切に発揮される。
　本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は６３度以上８０度以下であり、或いは前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１００度以上１１７度以下であることができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、オフ角が上記の範囲にあるとき、ピエゾ分極が特に小さくなる。これ故に、キャリアオーバーフローが生じにくい。
　本発明の別の側面は、III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャルウエハである。エピタキシャルウエハは、（ａ）III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して有限の角度をなす主面を有するIII族窒化物半導体基板と、（ｂ）５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有しており、前記III族窒化物半導体基板の前記主面上に設けられた第１導電型窒化ガリウム系半導体層と、（ｃ）前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層上に設けられた発光層と、（ｄ）前記発光層上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体層とを備える。前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を示す。
　このエピタキシャルウエハによれば、第１導電型窒化ガリウム系半導体層が半極性面や無極性面上に設けられると共に第１導電型窒化ガリウム系半導体層が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、第１導電型窒化ガリウム系半導体層の表面モフォロジが平坦になる。良好な表面モフォロジの第１導電型窒化ガリウム系半導体層上に発光層を設けることができる。また、第１導電型窒化ガリウム系半導体層の表面も非極性を示す。第１導電型窒化ガリウム系半導体層が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えて酸素を含むとき、第１導電型窒化ガリウム系半導体層の結晶品質が良好ではなくなる。
　本発明の別の側面に係るエピタキシャルウエハは、別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層を更に備えることができる。前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップよりも大きく、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は、前記発光層の酸素濃度よりも大きく、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられており、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と接合を形成する。
　このエピタキシャルウエハによれば、第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップが別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップよりも大きいと共に第２導電型窒化ガリウム系半導体層が別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と発光層との間に設けられるので、第２導電型窒化ガリウム系半導体層は電子ブロック層として働き、また別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層はクラッド層として働く。第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度が発光層の酸素濃度よりも大きいので、第２導電型窒化ガリウム系半導体層と別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層との接合の平坦性が優れる。これ平坦性により、第２導電型窒化ガリウム系半導体層と別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層との界面による光散乱が低減される。
　本発明の別の側面に係るエピタキシャルウエハでは、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下である。前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は電子ブロック層であり、前記発光層は、交互に配列された井戸層及び障壁層を有する活性層を含み、前記発光層は、窒化ガリウム系半導体からなる光ガイド層を更に備え、該光ガイド層は、前記活性層と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、前記発光層の前記光ガイド層は、前記基準平面に対して傾斜する平面に沿って延在している。また、本発明の別の側面に係るエピタキシャルウエハでは、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であることができる。
　このエピタキシャルウエハによれば、半極性面や無極性面上に、活性層、光ガイド層及び第２導電型窒化ガリウム系半導体層を設けるので、これらの半導体層におけるピエゾ電界はｃ面上の半導体層におけるピエゾ電界に比べて小さい。キャリア補償の観点からドナー不純物の酸素をｐ型半導体層に添加しないことが良いが、半極性面や無極性面による小さいピエゾ分極のため本基板主面ではキャリアオーバーフローが低減される。これ故に、第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度が５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下であるけれども、キャリア注入効率の低下を避けることができる。
　本発明の別の側面に係るエピタキシャルウエハでは、前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上８０度以下であり、或いは前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１００度以上１７０度以下であることができる。或いは、本発明の別の側面に係るエピタキシャルウエハでは、前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は前記基準平面に対して６３度以上８０度以下であり、或いは前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は前記基準平面に対して１００度以上１１７度以下である。
　本発明の更なる別の側面は、III族窒化物半導体素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物半導体からなり、主面を有するIII族窒化物半導体基板を準備する工程と、（ｂ）III族原料及び窒素原料を成長炉に供給して、５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有する第１導電型窒化ガリウム系半導体層を前記III族窒化物半導体基板の前記主面上に成長する工程と、（ｃ）III族原料及び窒素原料を前記成長炉に供給して、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層上に発光層を成長する工程と、（ｄ）III族原料及び窒素原料を前記成長炉に供給して、第２導電型窒化ガリウム系半導体層を前記発光層上に成長する工程とを備える。前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を示し、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素は、前記III族原料及び前記窒素原料の少なくともいずれか一つに含まれる不純物として提供され、前記III族窒化物半導体基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して有限の角度をなす。
　この方法によれば、半極性面や無極性面上に成長された窒化ガリウム系半導体層が、５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、この窒化ガリウム系半導体層の表面モフォロジが平坦になる。このため、第１導電型窒化ガリウム系半導体層の表面にｃ面が現れることなく、窒化ガリウム系半導体層の表面も基板主面に応じた極性を示す。半極性面上に成長された窒化ガリウム系半導体層が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超える酸素を含むとき、この窒化ガリウム系半導体層の結晶品質が良好ではなくなる。良好な表面モフォロジの第１導電型窒化ガリウム系半導体層上に発光層の成長を行うことができる。また、窒化ガリウム系半導体層が、１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、この窒化ガリウム系半導体層の表面モフォロジがより平坦になる。
　本発明に係る方法では、前記窒素原料はアンモニアを含み、前記窒素原料は不純物として水を含む。前記発光層における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記発光層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下である。前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は、前記発光層の酸素濃度よりも大きいことが良い。
　この方法によれば、酸素を含む窒化ガリウム系半導体の成長を主面上に行う際に、該主面の極性の向きに合わない特定のファセット面が成長中に出現することを抑制できる。このため、表面モフォロジが平坦になる。また、本発明に係る方法では、前記発光層における酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であることができる。さらに、本発明に係る方法では、前記発光層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であることができる。これらの方法によれば、表面モフォロジがさらに平坦になる。
　本発明に係る方法では、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の成長温度は前記１導電型窒化ガリウム系半導体層の成長温度よりも低いことが良い。この方法によれば、第２導電型窒化ガリウム系半導体層の成長温度を下げるので、発光層への熱ストレスが低減される。
　本発明に係る方法では、前記発光層はＩｎＡｌＧａＮ層を含むことができる。ＩｎＡｌＧａＮ層では、アルミニウム組成により酸素濃度を調整可能であり、Ｉｎ組成の調整により適切なバンドギャップを得ることができる。或いは、本発明に係る方法では、前記発光層はＩｎＧａＮ層を含むことができる。
　本発明に係る方法では、前記窒素原料として、水分含有量５００ｐｐｂ％以下のアンモニアを用いることができる。また、本発明に係る方法では、前記窒素原料として、水分含有量５０ｐｐｂ％以下のアンモニアを用いることができる。さらに、前記窒素原料として、水分含有量１ｐｐｂ％以下のアンモニアを用いることができる。
　本発明に係る方法では、前記窒素原料の原料源と前記成長炉との間に設けられた精製装置を用いて前記窒素原料の水分濃度を調整した後に、前記成長炉に前記窒素原料を供給し、前記窒素原料はアンモニアからなることができる。この発明に係る方法では、前記窒素原料の前記水分濃度は１ｐｐｂ％以下であることができる。窒素原料中の水分濃度を調整することによって、半導体層中の酸素濃度を制御することができる。同様にして、半導体層中の酸素濃度を制御するのに、III族原料中の水分濃度を調整してもよい。
　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望ましい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、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むIII族窒化物半導体素子を提供できる。また、本発明の別の側面によれば、このIII族窒化物半導体素子を作製する方法を提供できる。さらに、本発明の更なる別の側面によれば、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル基板を提供できる。
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子を概略的に示す図面である。 図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子を概略的に示す図面である。 図３は、ｃ面及び半極性面上における、活性層、光ガイド層及びｐ型窒化ガリウム系半導体層におけるバンドダイアグラムを示す図面である。 図４は本実施の形態の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。 図５は本実施の形態の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。 図６は本実施の形態の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。 図７は本実施の形態の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。 図８は、実施例１における半導体レーザＬＤ１を示す図面である。 図９は、半導体レーザＬＤ１及び半導体レーザＬＤＣ１におけるレーザ構造のｐ型コンタクト層の表面モフォロジを表す微分干渉顕微鏡像を示す図面である。 図１０は、実施例２における半導体レーザＬＤ２を示す図面である。 図１１は、絶対温度３００度及び絶対温度１０度において測定したＥＬスペクトルを示す図面である。 図１２は、実施例３における発光ダイオードを示す図面である。 図１３は、実施例４におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。 図１４は、実施例４および比較例のｐ型コンタクト層における表面モフォロジを示す図面である。 図１５は、実施例５におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。 図１６は、実施例４及びその比較例におけるレーザダイオードのＩ－Ｖ特性を示す図面である。
　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III族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、並びにエピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体素子を作製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。引き続く説明では、半導体素子の一例として半導体光素子を説明する。
　図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子を概略的に示す図面である。図１に示されたIII族窒化物半導体光素子は、例えば発光ダイオードに適用可能な構造を有する。III族窒化物半導体光素子１１ａは、III族窒化物半導体支持体１３と、窒化ガリウム系半導体領域１５と、活性層１７と、窒化ガリウム系半導体領域１９とを備える。III族窒化物半導体支持体１３は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮといったIII族窒化物半導体からなる。III族窒化物半導体支持体１３は主面１３ａ及び裏面１３ｂを含む。III族窒化物半導体支持体１３の主面１３ａは、非極性を示す。この非極性は、半極性及び無極性のいずれかを表す。
　III族窒化物半導体支持体１３が無極性の主面１３ａを有するとき、主面１３ａは、III族窒化物半導体のａ面、ｍ面であることができ、或いはｃ軸の回りに関する回転によりａ面又はｍ面から傾斜した面であることができる。III族窒化物半導体支持体１３が半極性の主面１３ａを有するとき、III族窒化物半導体支持体１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する基準平面Ｓｃに対して傾斜する半極性を示しており、基準軸ＣｘはIII族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる。
　基準平面Ｓｃは例えば代表的なｃ面を示している。基準平面Ｓｃはｃ軸ベクトルＶＣに直交しており、主面１３ａには法線ベクトルＶＮが示されている。ｃ軸ベクトルＶＣは法線ベクトルＶＮに対して角度Ａｏｆｆの角度を成す。この角度Ａｏｆｆはｃ面に対するオフ角と呼ばれる。図１を参照すると、III族窒化物半導体の六法晶系の結晶軸ａ軸、ｍ軸及びｃ軸を示す結晶座標系ＣＲが示されており、六法晶におけるｃ面を「（０００１）」を表記し、「（０００－１）」と表記される面方位は（０００１）面に対して反対を向く。また、直交座標系Ｓは、幾何学座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚを示す。傾斜の方向は例えばａ軸またはｍ軸であることができる。窒化ガリウム系半導体領域１５、活性層１７及び窒化ガリウム系半導体領域１９は非極性主面上に軸Ａｘに沿って配列されている。主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘとの成す角度は基準平面Ｓｃに対して１０度以上１７０度以下であることができる。
　窒化ガリウム系半導体領域１５は主面上１３ａに設けられている。窒化ガリウム系半導体領域１５は、５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有する。酸素濃度は、例えば原料中の不純物濃度、基板のオフ角、成長温度、混晶の組成等により制御可能である。また、窒化ガリウム系半導体領域１５の酸素濃度は、１×１０１７ｃｍ－３以上であることがさらに良い。窒化ガリウム系半導体領域１５は一または複数の窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。本実施例では、窒化ガリウム系半導体領域１５は第１導電型窒化ガリウム系半導体層２１及び窒化ガリウム系半導体層２３からなる。窒化ガリウム系半導体層２１は例えばｎ型半導体層であり、窒化ガリウム系半導体層２３は例えば緩衝層であることができる。第１導電型窒化ガリウム系半導体層２１は例えばｎ型窒化ガリウム系半導体からなり、ｎ型窒化ガリウム系半導体には、例えばシリコンといったｎ型ドーパントが添加されている。ｎ型窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。窒化ガリウム系半導体層２３は例えばアンドープ窒化ガリウム系半導体からなる。窒化ガリウム系半導体は、例えばＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＧａＮ等からなることができる。窒化ガリウム系半導体層２３が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素濃度を有するとき、窒化ガリウム系半導体層２３の主面上に引き続き成長される活性層１７の結晶品質が良好になる。また、窒化ガリウム系半導体層２３とこの半導体層の主面上に成長される窒化ガリウム系半導体との界面が良好になる。また、窒化ガリウム系半導体層２３が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素濃度を有するとき、窒化ガリウム系半導体層２３の主面上に引き続き成長される活性層１７の結晶品質がさらに良好になる。
　また、窒化ガリウム系半導体領域１９は一または複数の窒化ガリウム系半導体層を含むことができ、本実施例では、窒化ガリウム系半導体領域１９は窒化ガリウム系半導体層２５及び第２導電型窒化ガリウム系半導体層２７からなる。窒化ガリウム系半導体層２５は例えばアンドープまたはｐ型窒化ガリウム系半導体からなることができる。第２導電型窒化ガリウム系半導体層２７は例えばｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、ｐ型窒化ガリウム系半導体には、例えばマグネシウムといったｐ型ドーパントが添加されている。ｐ型窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなることができる。第２導電型窒化ガリウム系半導体層２５は例えば電子ブロック層であり、窒化ガリウム系半導体層２７は例えばｐ型コンタクト層であることができる。窒化ガリウム系半導体層２１と窒化ガリウム系半導体層２７との間には、活性層１７が設けられる。活性層１７は窒化ガリウム系半導体領域１５上に設けられており、窒化ガリウム系半導体領域１９は活性層１７上に設けられる。
　このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、窒化ガリウム系半導体領域１５が主面１３ａ上に設けられると共に窒化ガリウム系半導体領域１５が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域１５の主面１５ａにおける表面モフォロジが平坦になる。また、窒化ガリウム系半導体領域１５が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、主面１５ａにおける表面モフォロジがさらに平坦になる。このため、窒化ガリウム系半導体領域１５の表面１５ａにｃ面ファセットが現れることなく、窒化ガリウム系半導体領域１５の表面１５ａの全体が、基板主面１３ａの極性特性（半極性、無極性）に応じた極性特性を示す。窒化ガリウム系半導体領域１５が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えた酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域１５の結晶品質が良好ではなくなる。上記の酸素濃度の範囲では、良好な表面モフォロジの窒化ガリウム系半導体領域１５上に活性層１７を設けることができる。これ故に、窒化ガリウム系半導体領域１５と活性層１７との界面３１ａが平坦になる。
　酸素の添加は、非ｃ面の生成を安定化させていると考えられる。これ故に、主面上への窒化ガリウム系半導体領域１５の成長では成長面の非極性（半極性及び無極性のいずれか）を保ちながら結晶成長を行うことができる。この結果、表面モフォロジが良好になる。酸素の供給源としては、意図的にドーパントとして添加することを排除するものではないが、原料ガスに含まれている不純物量を管理することによって、原料ガスの不純物を利用できる。半極性面や無極性面に取り込まれる酸素量を制御することによって、活性層１７の下地となる窒化ガリウム系半導体領域の表面モフォロジを平坦にできる。
　活性層１７が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、活性層１７の表面モフォロジが平坦になる。活性層１７が５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素を含むとき、活性層１７の結晶品質が良好である。活性層１７の表面の平坦性の向上により、発光ダイオードでは発光の不均一が低減可能になる。また、活性層１７が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、活性層１７の表面モフォロジがさらに平坦になる。この更なる平坦性向上により、発光ダイオードでは発光の不均一がさらに低減可能になる。
　III族窒化物半導体光素子１１ａの活性層１７は、交互に配列された井戸層２９ａ及び障壁層２９ｂを含む量子井戸構造２９を有することができる。井戸層２９ａは、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができ、障壁層２９ｂは、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。活性層１７の井戸層２９ａの酸素濃度は、６×１０７ｃｍ－３以下であることができる。井戸層２９ａの酸素濃度が高いとき、自由キャリア吸収による光学的ロスが増加する。井戸層２９ａの酸素濃度が６×１０７ｃｍ－３以下であるので、光学的ロスを避けることができ、また、井戸層２９ａの結晶品質の低下による発光効率の低下を避けることができる。また、障壁層２９ｂの酸素濃度は井戸層２９ａの酸素濃度以上であるとき、障壁層２９ｂの表面モフォロジが良好になる。良好な表面モフォロジの障壁層２９ｂ上に井戸層２９ａを成長できる。
　活性層１７はＩｎＡｌＧａＮ層を含むことができ、このＩｎＡｌＧａＮ層は、井戸層２９ａ及び／又は障壁層２９ｂとして用いられる。ＩｎＡｌＧａＮ層では、アルミニウム組成により酸素濃度を調整可能であり、Ｉｎ組成の調整により適切なバンドギャップを得ることができる。或いは、活性層１７はＩｎＧａＮ層を含むことができ、このＩｎＧａＮ層は、井戸層２９ａ及び／又は障壁層２９ｂとして用いられる。ＩｎＧａＮ層ではバンドギャップの調整が容易であり、酸素濃度の調整は原料の不純物濃度や成長温度といった成長条件によって行う。
　活性層１７の酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であるとき、引き続き活性層１７の主面上に成長される第２導電型窒化ガリウム系半導体層２５、２７の結晶品質が良好になる。また、活性層１７とこの半導体層の主面上に成長される窒化ガリウム系半導体との界面が平坦になる。さらに、活性層１７の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であるとき、第２導電型窒化ガリウム系半導体層２５、２７の結晶品質および上記の界面平坦性がさらに優れたものになる。
　窒化ガリウム系半導体層２５が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体層２５の表面モフォロジが平坦になる。また、窒化ガリウム系半導体層２５が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体層２５の表面モフォロジがさらに平坦になる。窒化ガリウム系半導体層２５の酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であることができる。５×１０１８ｃｍ－３を越える酸素濃度は窒化ガリウム系半導体層２５の結晶品質を低下させる可能性がある。
　また、窒化ガリウム系半導体層２７が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体層２７の表面モフォロジが平坦になる。また、窒化ガリウム系半導体層２７が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体層２７の表面モフォロジがさらに平坦になる。窒化ガリウム系半導体層２７の酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であることができる。５×１０１８ｃｍ－３を越える酸素濃度は、窒化ガリウム系半導体層２７の結晶品質を低下させる。窒化ガリウム系半導体層２５の酸素濃度が窒化ガリウム系半導体層２７の酸素濃度より大きいとき、窒化ガリウム系半導体層２５の表面モフォロジが平坦になるため、その上に形成される窒化ガリウム系半導体層２７の結晶品質が優れたものになる。窒化ガリウム系半導体層２５の酸素濃度が窒化ガリウム系半導体層２７の酸素濃度より小さいとき、窒化ガリウム系半導体層２５において酸素によるｐ型電導の補償の影響が低減され、キャリア注入効率が優れたものになる。
　半極性面や無極性面上に設けられる窒化ガリウム系半導体では、窒化ガリウム系半導体に取り込まれる炭素濃度が高いとき、安定なｃ面ファセットが出現しやすくなる。窒化ガリウム系半導体の炭素濃度を下げることにより、窒化ガリウム系半導体にファセットの発生を避けることができる。これ故に、窒化ガリウム系半導体層２１、２３の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であることが良い。窒化ガリウム系半導体層２５、２７の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、活性層１７の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であることができる。炭素は例えば有機金属原料から供給される。炭素濃度は、原料中の不純物濃度、炭素をドープするための原料ガス、基板のオフ角、成長温度、成長圧力等により制御可能である。
　このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、窒化ガリウム系半導体層（例えば、電子ブロック層）２５のバンドギャップは窒化ガリウム系半導体層（例えば、ｐ型コンタクト層）２７のバンドギャップよりも大きく、また窒化ガリウム系半導体層２５は窒化ガリウム系半導体層２７と活性層１７との間に設けられている。窒化ガリウム系半導体層２５は窒化ガリウム系半導体層２７と接合３１ｂを形成する。窒化ガリウム系半導体層２５の酸素濃度は、活性層１７の酸素濃度よりも大きいので、接合面３１ｂが平坦になる。
　III族窒化物半導体光素子１１ａでは、窒化ガリウム系半導体層２７上には、第１の電極（例えばアノード）３３が設けられる。窒化ガリウム系半導体層２５が平坦な接合面３１ａ上に設けられるので、窒化ガリウム系半導体層２５が良好な結晶品質を有する。これ故に、良好なコンタクト特性が提供される。
　III族窒化物半導体光素子１１ａでは、主面１３ａの角度Ａｏｆｆは基準平面Ｓｃに対して１０度以上８０度以下であることができる。主面１３ａの角度Ａｏｆｆは基準平面Ｓｃに対して１００度以上１７０度以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、半極性による寄与が適切に発揮される。支持基体１３の裏面１３ｂ上には、第２の電極（例えばカソード）３５が設けられる。また、III族窒化物半導体光素子１１ａでは、主面１３ａが無極性面であることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、無極性による寄与が適切に発揮される。
　III族窒化物半導体光素子１１ａでは、このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、主面１３ａ上に、活性層１７及び窒化ガリウム系半導体層２７を設けるので、これらの半導体層におけるピエゾ電界はｃ面上における半導体層におけるピエゾ電界に比べて小さい。酸素はドナーして働くので、ｐ型半導体層に添加しないことが良いけれども、適切な範囲の酸素の添加により、良好なコンタクト特性が提供される。
　III族窒化物半導体光素子１１ａでは、傾斜の角度Ａｏｆｆは基準平面Ｓｃに対して６３度以上８０度以下であることができる。また、角度Ａｏｆｆは基準平面Ａｏｆｆに対して１００度以上１１７度以下であることができる。このIII族窒化物半導体光素子１１ａによれば、オフ角が上記の範囲にあるとき、ピエゾ分極が特に小さくなる。
　図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体光素子を概略的に示す図面である。図２に示されたIII族窒化物半導体光素子は、例えば半導体レーザに適用可能な構造を有する。III族窒化物半導体光素子１１ｂは、III族窒化物半導体支持体１３と、窒化ガリウム系半導体領域１５と、発光層３７と、窒化ガリウム系半導体領域１９とを備える。本実施例では、発光層３７は、活性層１７と、第１及び第２の光ガイド層３９、４１を含むことができる。活性層１７は、第１の光ガイド層３９と第２の光ガイド層４１との間に設けられている。光ガイド層３９、４１は窒化ガリウム系半導体からなり、この窒化ガリウム系半導体は例えばアンドープであることができる。
　このIII族窒化物半導体光素子１１ｂによれば、半極性面や無極性面上に、活性層１７、光ガイド層３９、４１及び窒化ガリウム系半導体層１９を設けるので、これらの半導体層におけるピエゾ電界は、図３の（ａ）部及び図３の（ｂ）部に示されるように、ｃ面上における半導体層におけるピエゾ電界に比べて小さい。酸素はドナーして働くので、ｐ型半導体層に添加しないことが良いけれども、小さいピエゾ分極により半極性面や無極性面上ではキャリアオーバーフローが発生しにくい。これ故に、酸素濃度が高めであるけれども、キャリア注入効率の低下が抑制される。
　第１及び第２の光ガイド層３９、４１の各々は、既に説明した理由に基づき、５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素濃度を有することが良い。第１及び第２の光ガイド層３９、４１の各々は、既に説明した理由に基づき、５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度であることが良い。
　窒化ガリウム系半導体領域１９は、窒化ガリウム系半導体層２５、２７に加えて、更なる別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層４３を含むことができる。窒化ガリウム系半導体層４３は例えばｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、ｐ型窒化ガリウム系半導体には、例えばマグネシウムといったｐ型ドーパントが添加されている。ｐ型窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。窒化ガリウム系半導体層４３は例えばｐ型クラッド層であることができる。
　窒化ガリウム系半導体領域１５は、窒化ガリウム系半導体層４５を含むことができる。窒化ガリウム系半導体層４５は例えばｎ型窒化ガリウム系半導体からなり、ｎ型窒化ガリウム系半導体には、例えばシリコンといったｎ型ドーパントが添加されている。ｎ型窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。窒化ガリウム系半導体層４５は例えばｎ型クラッド層であることができる。
　窒化ガリウム系半導体層（例えばｎ型クラッド層）４５と窒化ガリウム系半導体層（例えばｐ型クラッド層）４３との間には、発光層３７が設けられる。窒化ガリウム系半導体層４５及び窒化ガリウム系半導体層４３の屈折率は、光ガイド層３９、４１の屈折率よりも小さい。窒化ガリウム系半導体層４５及び窒化ガリウム系半導体層４３は、発光層３７に光を閉じ込める。
　窒化ガリウム系半導体層２５のバンドギャップは窒化ガリウム系半導体層４３のバンドギャップよりも大きい。窒化ガリウム系半導体層２５は窒化ガリウム系半導体層４３と接合４５ａを形成する。窒化ガリウム系半導体層２５の酸素濃度は、発光層３７の酸素濃度よりも大きいとき、接合面４５ａが平坦になり、これ故に、この界面４５ａにおける散乱ロスが低減される。また、発光層３７は窒化ガリウム系半導体領域１９と接合４５ｃを成す。
　また、窒化ガリウム系半導体領域１５は発光層３７と接合４５ｂを形成する。窒化ガリウム系半導体領域１５の酸素濃度は、発光層３７の酸素濃度よりも大きくするので、窒化ガリウム系半導体領域１５の表面モフォロジが良好であり、また接合４５ｂが平坦になる。これ故に、この界面４５ｂにおける散乱ロスが低減される。
　III族窒化物半導体光素子１１ｂでは、窒化ガリウム系半導体層２７上には、保護のための絶縁膜４７が設けられている。絶縁膜４７は、ストライブ状の開口４７ａを有する。絶縁膜４７及び開口４７ａ上に第１の電極（例えばアノード）４９ａが設けられる。支持基体１３の裏面１３ｂ上には、第２の電極（例えばカソード）４９ｂが設けられる。窒化ガリウム系半導体層２７が平坦なモフォロジの窒化ガリウム系半導体層４３上に設けられるので、窒化ガリウム系半導体層２７が良好な結晶品質を有し、良好なコンタクト特性が提供される。窒化ガリウム系半導体層４３は窒化ガリウム系半導体層２７と接合４５ｄを形成する。この接合面４５ｄが平坦である。
　III族窒化物半導体光素子１１ｂでは、傾斜の角度Ａｏｆｆは基準平面Ｓｃに対して６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であるとき、キャリアオーバーフローが生じにくい。
　このIII族窒化物半導体光素子１１ｂは例えば利得ガイド型レーザダイオードの構造を有する。III族窒化物半導体光素子１１ｂは、一対の端面５０ａ、５０ｂを有することができる。端面５０ａ、５０ｂは、共振器を形成するために劈開面であることが良い。III族窒化物半導体光素子１１ｂによるレーザ光Ｌは、端面５０ａ、５０ｂの一方から出射される。
　次いで、エピタキシャル基板及びIII族窒化物半導体光素子を作製する方法を説明する。図４～図７は、上記の作製方法における主要な工程における生産物を示す図面である。
　有機金属気相成長法により発光素子のエピタキシャル構造を作製した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）を用いた。ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ４）及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。引き続く説明では、例えば半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を用いることができる。また、例えば無極性主面を有するIII族窒化物半導体基板として、六方晶系無極性窒化ガリウム基板を用いることができる。以下の説明において、ｎ型ドーパントとしての酸素は、III族原料及び窒素原料の少なくともいずれか一つに含まれる不純物として提供される。引き続く説明では、六方晶系半極性窒化ガリウム基板を参照しながら説明する。
　工程Ｓ１０１では、図４の（ａ）部に示されるように、窒化ガリウム基板を準備した。窒化ガリウム基板の主面はｃ面からｍ面方向又はａ面方向に１０～８０度の角度で傾斜している。窒化ガリウム基板の主面の面積は、例えば２５平方ミリメートル以上であり、このサイズは例えば５ミリメートル角に相当する。窒化ガリウム基板５１の主面５１ａのサイズは、例えば２インチ以上であることが良い。反応炉１０内にＧａＮ基板５１を設置した後に、工程Ｓ１０２では、図４の（ｂ）部に示されるように、ＧａＮ基板５１のサーマルクリーニングを成長炉１０を用いて行う。摂氏１０５０度の温度で、ＮＨ３とＨ２を含むガスＧ０を成長炉１０に流しながら、１０分間の熱処理を行う。
　工程Ｓ１０３では、図４の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ１を成長炉１０に供給して、ＧａＮ基板５１の主面５１ａ上に、ｎ型の窒化ガリウム系半導体領域５３をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ１は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４を含む。窒化ガリウム系半導体領域５３として、例えば摂氏１０５０度の温度でＳｉドープＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このＡｌＧａＮ層の厚さは例えば２μｍである。窒化ガリウム系半導体領域５３の酸素濃度は、例えば５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲である。この方法によれば、酸素を含む窒化ガリウム系半導体の成長を半極性面上に行う際に、半極性面に合わない特定のファセット面が成長中に出現することを抑制する。このため、表面モフォロジが平坦になる。引き続く成長においても、酸素の添加により、特定のファセット面が成長中に出現することを抑制できる。また、窒化ガリウム系半導体領域５３の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であるとき、窒化ガリウム系半導体にファセットの発生を避けることができる。また、窒化ガリウム系半導体領域５３の酸素濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ－３以上であるとき、より平坦な表面モフォロジ及びファセット面の抑制が提供される。
　次いで、摂氏８４０度に基板温度を下げた後に、工程Ｓ１０４では、図５の（ａ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ２を成長炉１０に供給して、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａをエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。ＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａの酸素濃度は、例えば５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲である。ＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａの厚さは、１００ｎｍである。また、ＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａの酸素濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ－３以上であることが良い。
　引き続き、量子井戸構造を有する活性層を成長する。この活性層における平均酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、活性層における平均酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下である。また、この平均酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であることができる。工程Ｓ１０５では、図５の（ｂ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ３を成長炉１０に供給して、摂氏８４０度の基板温度で、ＧａＮ障壁層５７をＩｎＧａＮ光ガイド層５５ａ上に成長する。原料ガスＧ２は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３を含む。このＧａＮ層５７の厚さは例えば１５ｎｍである。
　この後に摂氏７９０度に基板温度を下げた後に、工程Ｓ１０６では、図５の（ｃ）部に示されるように、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ４を成長炉１０に供給して、ＧａＮ障壁層５７上に、アンドープＩｎＧａＮ井戸層５９をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ４は、例えばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を含む。ＩｎＧａＮ井戸層５９の酸素濃度は、例えば６×１０１７ｃｍ－３以下であることが良い。井戸層５９の厚さは例えば３ｎｍである。
　その後、摂氏８４０度まで基板温度を上げた後に、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層５７を成長する。必要な場合には、障壁層５７の成長及び井戸層５９の成長を繰り返す。さらに、工程Ｓ１０７で、摂氏８４０度の基板温度で、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ５を成長炉１０に供給して、光ガイド層５５ａと同様に、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５５ｂをエピタキシャルに成長して、図６の（ａ）部に示されるように、活性層６１及び発光層６３を作製する。発光層６３の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であるとき、窒化ガリウム系半導体にファセットの発生を避けることができる。
　次いで、III族原料及び窒素原料を前記成長炉に供給して、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域を発光層６３上に成長する。このために、工程Ｓ１０８では、基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ６を成長炉１０に導入して、図６の（ｂ）部に示されるように、発光層６３上に、電子ブロック層６５をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ６は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。電子ブロック層６５の厚さは例えば２０ｎｍである。
　次いで、工程Ｓ１０９において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ７を成長炉１０に導入して、図７の（ａ）部に示されるように、電子ブロック層６５上に、ｐ型クラッド層６７をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ７は、例えばＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型クラッド層６７の厚さは例えば４００ｎｍである。
　続けて、工程Ｓ１１０において、III族原料及び窒素原料を含む原料ガスＧ８を成長炉１０に導入して、図７の（ｂ）部に示されるように、ｐ型クラッド層６７上にｐ型コンタクト層６９をエピタキシャルに成長する。原料ガスＧ８は、例えばＴＭＧ、ＮＨ３、ＣＰ２Ｍｇを含む。ｐ型コンタクト層６９の厚さは例えば５０ｎｍである。
　窒化ガリウム系半導体層６５、６７、６９の酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、窒化ガリウム系半導体層６５、６７、６９の酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下である。また、酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３以上であることができる。窒化ガリウム系半導体層６５、６７、６９の酸素濃度は、発光層６３の酸素濃度よりも大きいことが良い。また、窒化ガリウム系半導体領域７０の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であるとき、窒化ガリウム系半導体にファセットの発生を避けることができる。
　ここで、発光層とｎ型窒化ガリウム系半導体層のモフォロジと酸素ドーピングについて説明する。ＩｎＧａＮ井戸層の成長温度は低く、原子がマイレーションしにくいので、島状に成長する傾向にある。一方、ｎ型ＧａＮ、ＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体の成長温度は高いので、ステップフロー成長を得やすい。酸素ドーピングによってモフォロジが平坦化する効果は、上述の島状、ステップフロー成長といった成長モードとは異なる。酸素のドーピングにより、半極性面が安定化される。例えば窒化ガリウムの結晶成長においてｃ面は安定な面であると考えられており、半極性面上への窒化ガリウムの結晶成長において、ファセット面としてｃ面が生成されやすい。ｃ面の生成は、半極性面上でのエピタキシャル成長において、モフォロジを悪化させる。酸素のドーピングにより、半極性面上でのエピタキシャル成長においてモフォロジを悪化させるファセット面の生成を抑制できる。
　基板温度を室温まで降温した後に、エピタキシャル基板ＥＰ１を成長炉から取り出す。エピタキシャル基板ＥＰ１は、III族窒化物半導体基板５１と、第１導電型窒化ガリウム系半導体領域５３と、発光層６３と、第２導電型窒化ガリウム系半導体領域７０とを備える。このエピタキシャル基板ＥＰ１によれば、窒化ガリウム系半導体領域５３、７０が５×１０１６ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域５３、７０の表面モフォロジが平坦になる。このため、窒化ガリウム系半導体領域５３、７０の表面にｃ面が現れることなく、窒化ガリウム系半導体領域５３、７０の表面も半極性を示す。窒化ガリウム系半導体領域５３、７０が１×１０１７ｃｍ－３以上の酸素を含むとき、上記の技術的な寄与が優れたものになる。窒化ガリウム系半導体領域５３、７０が５×１０１８ｃｍ－３以下の範囲を超えた酸素を含むとき、窒化ガリウム系半導体領域５３、７０の結晶品質が良好ではなくなる。良好な表面モフォロジの窒化ガリウム系半導体領域５３上に発光層６３を設けることができる。
　エピタキシャル基板ＥＰ１のｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０上にアノード電極を形成してｐ型コンタクト層６９に電気的な接続を成すと共に基板５１の裏面５１ｂを必要に応じて研磨した後に研磨裏面にカソード電極を形成する。これらの電極は、例えば蒸着により作製される。
　ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３の酸素濃度が、発光層６３及びｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の酸素濃度よりも大きいとき、発光素子のエピタキシャル膜積層において半導体領域５３が最も厚いので、モフォロジ改善への寄与が大きい。酸素がｎ型ドーパントであるので、酸素の添加によりキャリアの補償が生じることがない。発光層６３の酸素濃度が低いとき、発光層６３の発光効率が向上される。酸素濃度がｎ型ドーパントであるので、ｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の酸素濃度が低いとき、酸素の添加によるキャリアの補償の影響が小さい。
　発光層６３の酸素濃度がｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の酸素濃度よりも大きいとき、発光層６３のモフォロジ改善はｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の結晶品質の改善に寄与する。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の酸素濃度が低いとき、キャリア濃度が大きい。
　ｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の酸素濃度が、発光層６３の酸素濃度よりも小さいとき、マグネシウム（Ｍｇ）の添加により平坦性が損なわれやすいけれども、酸素の添加により、この半導体領域７０の平坦性が改善できる。発光層６３の酸素濃度が低いとき、発光層６３の発光効率が良好になる。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の成長温度を下げてこの半導体領域７０の酸素濃度を高めるとき、発光層６３への熱的ストレスが低減される。
　ｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の酸素濃度が、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３よりも大きいとき、酸素の添加により、この半導体領域７０の平坦性が改善できる。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０のＡｌ増加により酸素濃度を高めるとき、レーザダイオードにおける光閉じ込め性が向上される。ｐ型窒化ガリウム系半導体領域７０の成長温度を下げてこの半導体領域７０の酸素濃度を高めるとき、発光層６３への熱的ストレスが低減される。
　（実施例１）
レーザダイオードＬＤ１を作製した。m軸方向に７５度の角度θ１で傾斜させた半極性主面を有するＧａＮ基板７１を準備した。この半極性主面は（２０－２１）面に相当する。ＧａＮ基板７１を成長炉に配置した後に、成長炉にアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を供給して、摂氏１０５０度の雰囲気にＧａＮ基板７１を保持した。保持時間は１０分であった。この前処理（サーマルクリーニング）の後に、原料ガスを成長炉に供給して以下のレーザ構造を作製した。まず、ｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層７２を摂氏１０５０度で成長した。摂氏８４０度に基板温度を下げた後にＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層７３ａを成長した。Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層７３ａ上に量子井戸活性層７４を成長した。さらに、摂氏８４０度に基板温度で、この活性層７４上にＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層７３ｂを成長した。摂氏１０００度に基板温度を上昇した後に、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層７８、ｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層７５及びｐ型ＧａＮコンタクト層７６を成長した。このレーザ構造のフォトルミネッセンス波長は４５０ｎｍ帯にあった。このレーザ構造において表面モフォロジに最も大きく影響するものは、ＧａＮ基板７１の直上に位置しかつ大きな膜厚のクラッド層である。この実施例ではクラッド層７２の酸素濃度は３×１０１７ｃｍ－３であった。コンタクト層７６には絶縁膜７７の開口を介してアノードを形成すると共にＧａＮ基板７１の裏面７１ｂにカソードを形成して、図８に示される半導体レーザＬＤ１を作製した。
　摂氏１１５０度の成長温度でｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層を成長して、半導体レーザＬＤ０を作製した。このクラッド層の酸素濃度を９×１０１６ｃｍ－３であった。図９の（ａ）部は、半導体レーザＬＤ１におけるレーザ構造のｐ型ＧａＮコンタクト層の表面モフォロジを示す。図９の（ｂ）部は、半導体レーザＬＤ０におけるレーザ構造のｐ型コンタクト層も表面モフォロジを示す。半導体レーザＬＤ０におけるレーザ構造のｐ型コンタクト層は、良好な表面モフォロジを示す。高い酸素濃度のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を含む半導体レーザＬＤ１では、半極性面が安定化されたと考えられる。これらのレーザ構造の比較により、半導体レーザＬＤ１におけるレーザ構造はより平坦なモフォロジを示した。
　（実施例２）
レーザダイオードを作製した。m軸方向に７５度の角度θ２で傾斜させた半極性主面を有するＧａＮ基板８１を準備した。この半極性主面は（２０－２１）面に相当する。ＧａＮ基板８１を成長炉に配置した後に、成長炉にアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を供給して、摂氏１０５０度の雰囲気にＧａＮ基板８１を保持した。保持時間は１０分であった。このサーマルクリーニングの後に、原料ガスを成長炉に供給して以下のレーザ構造を作製した。まず、ｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層８２を摂氏１０５０度で成長した。摂氏８４０度に基板温度を下げた後に、厚さ１００ｎｍのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層８３ａを成長した。光ガイド層８３上に量子井戸活性層８４を成長した。さらに、摂氏８４０度に基板温度で、この活性層８４上にＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ光ガイド層８３ｂを成長した。摂氏１０００度に基板温度を上昇した後に、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層８５、ｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層８６及びｐ型ＧａＮコンタクト層８７を成長した。このレーザ構造のフォトルミネッセンス波長は４０５ｎｍ帯にあった。
　コンタクト層８７には絶縁膜（例えばＳｉＯ２）８８のストライプ窓（幅１０μｍ）を介してアノード８９ａを形成すると共にＧａＮ基板８１の裏面８１ａにカソード８９ｂを形成した。この後に、８００μｍ間隔でａ面でへき開して、図１０に示されるゲインガイド型半導体レーザＬＤ２を作製した。
　この実施例では、ｎ型クラッド層の酸素濃度は３×１０１７ｃｍ－３であった。量子井戸活性層８４の酸素濃度は２×１０１７ｃｍ－３であった。ｐ型電子ブロック層８５の酸素濃度は１×１０１８ｃｍ－３であった。ｐ型クラッド層８６の酸素濃度は７×１０１７ｃｍ－３であった。この構造では、ｐ層の酸素濃度が発光層よりも高い。
　比較のために、同じ成膜条件で、ｃ面ＧａＮ基板上にもＬＤ構造を作製した。同じ成膜条件でｃ面上への成長においては、ＧａＮ系半導体への酸素の取り込み量が異なり、酸素濃度は全エピタキシャル層で１×１０１７ｃｍ－３以下であった。また、m面でへき開を行って、共振器ミラーを有するゲインガイド型半導体レーザＬＤＣ２を作製した。
　これらの半導体レーザＬＤ２、ＬＤＣ２に電流２ｍＡを印加して、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を絶対温度３００度（３００Ｋ）と絶対温度１０度（１０Ｋ）において測定した。図１１の（ａ）部は、絶対温度３００度において測定したＥＬスペクトルを示し、図１１の（ｂ）部は、絶対温度１０度において測定したＥＬスペクトルを示す。ＥＬスペクトルＥＬＳ（３００）及びＥＬＳ（１０）は実施例の半導体レーザＬＤ２において測定され、ＥＬスペクトルＥＬＣ（３００）及びＥＬＣ（１０）は、比較例の半導体レーザＬＤＣ２において測定された。温度３００Ｋ及び１０ＫにおけるＥＬスペクトルを比較した。温度３００Ｋでは、いずれの半導体レーザＬＤ２、ＬＤＣ２のＥＬスペクトルＥＬＳ（３００）及びＥＬＣ（３００）は、４０５ｎｍ付近にＭＱＷに起因するピークを有する。一方、測定温度１０Ｋでは、実施例の半導体レーザＬＤ２のＥＬスペクトルは単一のピークを示したが、比較例の半導体レーザＬＤＣ２は、ＭＱＷピークの他にｐ型半導体層におけるドナーアクセプタ対（ＤＡＰ）発光を有する。これは、比較例ではホールが枯渇する低温において電子がｐ型半導体層へオーバーフローしていることを示す。
　本実施例の半導体レーザＬＤ２では、ｐ型半導体層にドナーとして働く酸素を発光層よりも高い濃度でドープしているけれども、良好なキャリア注入効率を示す。ｐ型半導体層の平坦性はＭｇ添加によって損なわれやすい。しかし、適正な範囲で酸素を添加することによって、表面平坦性とキャリア注入効率の両方が提供される。ｐ型半導体層の平坦性を改善し、電子ブロック層／クラッド層の界面の急峻性を高めることは、半導体レーザの共振器を伝搬する光の散乱ロス低減につながる。
　（実施例３）
発光ダイオードを作製した。ａ軸方向に１８度の角度θ３で傾斜させた半極性主面を有するＧａＮ基板９１を準備した。ＧａＮ基板９１を成長炉に配置した後に、成長炉にアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を供給して、摂氏１０５０度の雰囲気にＧａＮ基板９１を保持した。保持時間は１０分であった。このサーマルクリーニングの後に、原料ガスを成長炉に供給して以下の発光ダイオード構造を作製した。まず、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ層９２を摂氏１０５０度で成長した。摂氏８４０度に基板温度を下げた後にＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ緩衝層９３を成長した。厚さ１００ｎｍの緩衝層９３上に量子井戸活性層９４を成長した。具体的には、摂氏８４０度の基板温度で厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層９４ａを成長すると共に摂氏７００度の基板温度で厚さ３ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ井戸層９４ｂを成長して、活性層９４を形成した。摂氏１０００度に基板温度を上昇した後に、この活性層９４上に厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ電子ブロック層９５及び厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層９６を成長した。コンタクト層９６にはアノード（Ｎｉ／Ａｕ）９７とパッド電極９９ａを形成すると共に基板９１の裏面９１ｂにカソード（Ｔｉ／Ａｌ）を形成して、図１２に示される発光ダイオードＬＥＤ１を作製した。異なるインジウム組成のＩｎＡｌＧａＮ井戸層を有する発光ダイオード構造を作製した。井戸層の酸素濃度と光出力との関係を調べた。
ＬＥＤ構造、Ｉｎ組成、Ａｌ組成、酸素濃度（ｃｍ－３）、光出力
ＬＥＤ１　：０．１８、０、　　　２×１０１７、　　　　１
ＬＥＤ２　：０．１９、０．０３、４×１０１７、　　　　０．８５
ＬＥＤ３　：０．２０、０．０６、１×１０１８、　　　　０．５４。
４５０ｎｍ付近の発光波長を得るように、井戸層のＩｎ組成を変更した。井戸層中の酸素濃度が増加するに従い、発光出力は低下した。これは、酸素の添加が井戸層の結晶品質を低下させたと考えられる。井戸層のＡｌは酸素を吸着しやすくまた低温（井戸層にＩｎが取り込まれるような温度）で吸着した酸素が脱離しにくいことを利用して、井戸層の酸素濃度を制御した。
　（実施例４）
ｍ面主面を有するＧａＮ基板を準備した。このＧａＮ基板上にレーザダイオードＬＤ３を作製した。図１３は、実施例４におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。ＧａＮ基板１０１を成長炉に配置した後に、成長炉にアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を供給して、摂氏１０５０度の雰囲気でサーマルクリーニングを行った後に、実施例１と同様にして、以下のレーザ構造をＧａＮ基板１０１の無極性主面１０１ａ上に作製した。
Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層１０２：ｎ型、２μｍ、
Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層１０３ａ：アンドープ、１００ｎｍ、
活性層１０４：Ｉｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ井戸層（厚さ３ｎｍ）／ＧａＮ障壁層（厚さ１５ｎｍ）、
Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層１０３ｂ：アンドープ、１００ｎｍ、
Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層１０５：ｐ型、２０ｎｍ、
Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１０６：ｐ型、４００ｎｍ、
ＧａＮコンタクト層１０７：ｐ型、５０ｎｍ。
ストライプ窓（幅１０μｍ）を有する絶縁膜（例えばＳｉＯ２）１０８及びコンタクト層１０７上にアノード１０９ａを形成すると共に、ＧａＮ基板１０１の裏面１０１ｂにカソード１０９ｂを形成した。この後に、へき開によりゲインガイド型半導体レーザＬＤ３を作製した。
　測定の結果、このレーザ構造のｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層１０２の酸素濃度は１×１０１７ｃｍ－３であった。この値は、比較のためのＬＤ構造における酸素濃度２×１０１６ｃｍ－３に比べて大きい。図１４は、実施例４のｐ型コンタクト層１０７および比較例のｐ型コンタクト層における表面モフォロジを示す図面である。図１４の（ａ）部に示されたｐ型コンタクト層表面を図１４の（ｂ）部に示されたｐ型コンタクト層表面と比較すると、実施例４のエピタキシャル膜の表面は比較的平坦なモフォロジを示した。一方、比較例のエピタキシャル膜の表面にはｃ軸に直交する方向に延びる多数のファセットが見られた。実施例４によれば、無極性面でも酸素による安定化の効果があるものと考えられる。
　（実施例５）
レーザダイオードＬＤ４を作製した。図１５は、実施例５におけるレーザダイオードの構造を示す図面である。m軸方向に６８度の角度θ４で傾斜させた半極性主面を有するＧａＮ基板１１１を準備した。ＧａＮ基板１１１を成長炉に配置した後に、成長炉にアンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を供給して、摂氏１０５０度の雰囲気にＧａＮ基板１１１を保持した。この前処理の後に、原料ガスを成長炉に供給して以下のレーザ構造を作製した。まず、ｎ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎクラッド層１１２を摂氏１０５０度で成長した。摂氏８４０度に基板温度を下げた後にＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層１１３ａを成長した。Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層１１３ａ上に活性層１１４を成長した。さらに、摂氏８４０度に基板温度で、この活性層１１４上にＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ光ガイド層１１３ｂを成長した。摂氏１０００度に基板温度を上昇した後に、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子ブロック層１１５、ｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層１１６及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１７を成長した。このレーザ構造のフォトルミネッセンス波長は４５０ｎｍ帯にあった。
　アンモニアといった窒素原料の水分濃度を調整するために、窒素原料の供給源と成長炉との間に精製装置を設けた。この精製装置を用いて、精製されて窒素原料としてアンモニアを成長炉に供給した。精製装置を用いて、窒素原料として、水分含有量５００ｐｐｂ％以下のアンモニアを成長炉に供給できる。また、精製装置を用いて、窒素原料として水分含有量５０ｐｐｂ％以下のアンモニアを用いることができる。さらに、精製装置を用いて、窒素原料として、水分含有量１ｐｐｂ％以下のアンモニアを成長炉に供給できる。この実施例において、水分濃度５０ｐｐｂ％のアンモニアを窒素原料として成長炉に供給した。
　測定によれば、ｐ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎクラッド層の酸素濃度は２×１０１７ｃｍ－３であった。比較のために、水分濃度１ｐｐｍ％のアンモニアを窒素原料として用いた。測定によれば、このｐ型ＡｌＧａＮ層の酸素濃度は８×１０１８ｃｍ－３であった。
　実施例のＬＤ構造におけるｐ型ＧａＮコンタクト層１１７の表面にＳｉＯ２膜を成膜し、この後に幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成して保護膜１１８を設けた。Ｎｉ／Ａｕからなるｐ電極１１９ａとＴｉ／Ａｕから成るパッド電極を蒸着により形成した。基板裏面１１１ｂにはＴｉ／Ａｌから成るｎ電極１１９ｂとＴｉ／Ａｕから成るパッド電極を蒸着により形成した。比較例のＬＤ構造にも、本実施例と同様に、ＳｉＯ２膜及び電極を形成した。この後に、８００μｍ間隔でａ面へき開して、ゲインガイド型レーザを作製した。
　図１６は、実施例４及び比較例におけるレーザダイオードのＩ－Ｖ特性を示す図面である。特性線ＩＶ１、ＩＶＣは、それぞれ、実施例５及び比較例のためのＩ－Ｖ特性を示す。比較例のレーザダイオードにおける駆動電圧は、実施例５のレーザダイオードにおける駆動電圧に比べて著しく高い。これは、比較例のレーザダイオードでは、低いアンモニア純度に起因してｐ型コンタクト層中の酸素濃度が高くなり、ｐ型導電性が損なわれたためと考えられる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むIII族窒化物半導体光素子を提供できる。また、本実施の形態によれば、このIII族窒化物半導体光素子を作製する方法を提供できる。さらに、本実施の形態によれば、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル基板を提供できる。
　以上の説明では、半導体光素子を参照しながら本実施の形態を説明したが、本発明は、半導体素子の一例としてIII族窒化物半導体電子デバイスにも適用可能である。したがって、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むIII族窒化物半導体電子デバイスを提供できる。また、本実施の形態によれば、このIII族窒化物半導体電子デバイスを作製する方法を提供できる。さらに、本実施の形態によれば、良好な表面モフォロジを有する窒化ガリウム系半導体膜を含むエピタキシャル基板を提供できる。
　望ましい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。本実施の形態では、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。また、本実施の形態では、有機金属気相成長法を用いる窒化物半導体の成長について例示的に説明しているけれども、本発明は、酸素の取り込みがある分子線エピタキシ法を用いる窒化物半導体の成長にも適用できる。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。
１１ａ、１１ｂ…III族窒化物半導体光素子、１３…III族窒化物半導体支持体、１５…窒化ガリウム系半導体領域、１７…活性層、１９…窒化ガリウム系半導体領域、Ｓｃ…基準平面、ＶＣ…ｃ軸ベクトル、ＶＮ…法線ベクトル、Ａｏｆｆ…傾斜角、２１…第１導電型窒化ガリウム系半導体層、２３…窒化ガリウム系半導体層、２５…窒化ガリウム系半導体層、２７…第２導電型窒化ガリウム系半導体層、２９ａ…井戸層、２９ｂ…障壁層、２９…量子井戸構造、３１ａ、３１ｂ…接合面、３３…第１の電極、３５…第２の電極　

Claims (29)

  1. 　III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して有限の角度をなす主面を有するIII族窒化物半導体支持体と、
    　５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有しており、前記III族窒化物半導体支持体の前記主面上に設けられた窒化ガリウム系半導体領域とを備え、
    　前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を示し、
    　前記窒化ガリウム系半導体領域は、第１導電型窒化ガリウム系半導体層を含む、ことを特徴とするIII族窒化物半導体素子。
  2. 　前記窒化ガリウム系半導体領域上に設けられた活性層と、
    　前記活性層上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体層と
    を更に備え、
    　前記活性層は、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  3. 　前記活性層における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記活性層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下である、ことを特徴とする請求項２に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  4. 　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下である、ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  5. 　前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、
    　前記活性層の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下である、ことを特徴とする請求項２～請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  6. 　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、
    　前記活性層の酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上である、ことを特徴とする請求項２～請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  7. 　前記活性層は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含み、
    　前記井戸層の酸素濃度は６×１０１７ｃｍ－３以下である、ことを特徴とする請求項２～請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  8. 　別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層を更に備え、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップよりも大きく、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は、前記活性層の酸素濃度よりも大きく、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と前記活性層との間に設けられており、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と接合を形成する、ことを特徴とする請求項２～請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  9. 　前記活性層と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ窒化ガリウム系半導体からなる光ガイド層を更に備え、
    　前記活性層は、前記基準平面に対して傾斜する平面に沿って延在しており、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は電子ブロック層である、ことを特徴とする請求項２～請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  10. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上１７０度以下である、ことを特徴とする請求項２～請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  11. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項２～請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  12. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項２～請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体素子。
  13. 　III族窒化物半導体素子のためのエピタキシャルウエハであって、
    　III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して有限の角度をなす主面を有するIII族窒化物半導体基板と、
    　５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有しており、前記III族窒化物半導体基板の前記主面上に設けられた第１導電型窒化ガリウム系半導体層と、
    　前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層上に設けられた発光層と、
    　前記発光層上に設けられた第２導電型窒化ガリウム系半導体層と
    を備え、
    　前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を示す、ことを特徴とするエピタキシャルウエハ。
  14. 　別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層を更に備え、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップは前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層のバンドギャップよりも大きく、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は、前記発光層の酸素濃度よりも大きく、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と前記発光層との間に設けられており、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は前記別の第２導電型窒化ガリウム系半導体層と接合を形成する、ことを特徴とする請求項１３に記載されたエピタキシャルウエハ。
  15. 　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層は電子ブロック層であり、
    　前記発光層は、交互に配列された井戸層及び障壁層を有する活性層を含み、
    　前記発光層は、窒化ガリウム系半導体からなる光ガイド層を更に備え、該光ガイド層は、前記活性層と前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、
    　前記発光層の前記光ガイド層は、前記基準平面に対して傾斜する平面に沿って延在している、ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載されたエピタキシャルウエハ。
  16. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上１７０度以下である、ことを特徴とする請求項１３～請求項１５のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
  17. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項１３～請求項１６のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
  18. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項１３～請求項１７のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
  19. 　III族窒化物半導体素子を作製する方法であって、
    　III族窒化物半導体からなり、主面を有するIII族窒化物半導体基板を準備する工程と、
    　III族原料及び窒素原料を成長炉に供給して、５×１０１６ｃｍ－３以上５×１０１８ｃｍ－３以下の酸素濃度を有する第１導電型窒化ガリウム系半導体層を前記III族窒化物半導体基板の前記主面上に成長する工程と、
    　III族原料及び窒素原料を前記成長炉に供給して、前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層上に発光層を成長する工程と、
    　III族原料及び窒素原料を前記成長炉に供給して、第２導電型窒化ガリウム系半導体層を前記発光層上に成長する工程と
    を備え、
    　前記主面は半極性及び無極性のいずれか一方を示し、
    　前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素は、前記III族原料及び前記窒素原料の少なくともいずれか一つに含まれる不純物として提供され、
    　前記III族窒化物半導体基板の前記主面は、該III族窒化物半導体のｃ軸方向に延びる基準軸に直交する基準平面に対して有限の角度をなす、ことを特徴とする方法。
  20. 　前記窒素原料はアンモニアを含み、
    　前記窒素原料は不純物として水を含み、
    　前記発光層における平均酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記発光層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１６ｃｍ－３以上であり、前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層における酸素濃度は５×１０１８ｃｍ－３以下であり、
    　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の酸素濃度は、前記発光層の酸素濃度よりも大きい、ことを特徴とする請求項１９に記載された方法。
  21. 　前記第２導電型窒化ガリウム系半導体層の成長温度は前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の成長温度よりも低い、ことを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載された方法。
  22. 　前記発光層はＩｎＧａＮ層を含む、ことを特徴とする請求項１９～請求項２１のいずれか一項に記載された方法。
  23. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は１０度以上１７０度以下である、ことを特徴とする請求項１９～請求項２２のいずれか一項に記載された方法。
  24. 　前記主面の法線と前記基準軸との成す角度は６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項１９～請求項２３のいずれか一項に記載された方法。
  25. 　前記窒素原料の原料源と前記成長炉との間に設けられた精製装置を用いて前記窒素原料の水分濃度を調整した後に、前記成長炉に前記窒素原料を供給し、
    前記窒素原料はアンモニアからなる、ことを特徴とする請求項１９～請求項２４のいずれか一項に記載された方法。
  26. 　前記窒素原料として、水分含有量５００ｐｐｂ％以下のアンモニアを用いる、ことを特徴とする請求項１９～請求項２５のいずれか一項に記載された方法。
  27. 　前記窒素原料として、水分含有量５０ｐｐｂ％以下のアンモニアを用いる、ことを特徴とする請求項１９～請求項２６のいずれか一項に記載された方法。
  28. 　前記窒素原料として、水分含有量１ｐｐｂ％以下のアンモニアを用いる、ことを特徴とする請求項１９～請求項２７のいずれか一項に記載された方法。
  29. 　前記窒素原料の前記水分濃度は１ｐｐｂ％以下である、ことを特徴とする請求項２５に記載された方法。
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