WO2016143221A1 - 半導体光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

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WO2016143221A1
WO2016143221A1 PCT/JP2015/085322 JP2015085322W WO2016143221A1 WO 2016143221 A1 WO2016143221 A1 WO 2016143221A1 JP 2015085322 W JP2015085322 W JP 2015085322W WO 2016143221 A1 WO2016143221 A1 WO 2016143221A1
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layer
compound semiconductor
optical device
well
semiconductor
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PCT/JP2015/085322
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丹下　貴志
邦彦 田才
裕也 蟹谷
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ソニー株式会社
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    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • This disclosure relates to semiconductor optical devices.
  • a semiconductor laser device made of a nitride compound semiconductor has a first compound semiconductor layer 31 and an active layer 33 having a multiple quantum well structure on an n-type GaN substrate 11, as shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. 1A.
  • the second compound semiconductor layer 32 is formed, the first electrode 41 is electrically connected to the first compound semiconductor layer 31, and the second electrode 42 is electrically connected to the second compound semiconductor layer 32.
  • the active layer 33 is composed of, for example, a plurality of well layers made of In x Ga 1 -xN, and a barrier layer made of GaN formed between the well layers. And conventionally, when forming a plurality of well layers, so that the emission wavelength (band gap energy) of each well layer is the same, that is, the value X of the In composition of each well layer is the same value, Crystal growth.
  • the active layer includes two or more quantum well layers and two or more barrier layers, and at least one of at least one band gap energy and layer thickness of the quantum well layers and the barrier layers is , Depending on the distance from the n-type contact layer.
  • an object of the present disclosure is to provide a semiconductor optical device having excellent light emission characteristics and a method for manufacturing the same.
  • a semiconductor optical device of the present disclosure has a stacked structure in which a first compound semiconductor layer, an active layer, and a second compound semiconductor layer are stacked.
  • the active layer has a multiple quantum well structure with a plurality of well layers,
  • the well layer is made of an AlInGaN compound semiconductor,
  • indium atomic percent AlInGaN-based compound semiconductor in the well layers was set to X an In
  • a method of manufacturing a semiconductor optical device of the present disclosure includes A stacked structure in which a first compound semiconductor layer, an active layer, and a second compound semiconductor layer are stacked;
  • the active layer has a multiple quantum well structure with a plurality of well layers,
  • MOCVD method Metal organic chemical vapor deposition during the formation of the well layer based on
  • an indium atomic percent AlInGaN-based compound semiconductor in the well layers when the X an In a maximum value X an In-max of X an In in the well layer of the active layer of X an In
  • the effects described in the present specification are merely examples and are not limited, and may have additional effects.
  • FIG. 1A and 1B are a schematic cross-sectional view and a partial cross-sectional view of Example 1 or a conventional semiconductor optical device.
  • FIG. 2 is a diagram showing the dark field scanning transmission electron microscope image of the semiconductor optical device of Example 1 and the measurement results of the strain distribution of the active layer.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a dark-field scanning transmission electron microscope image and a lattice image of the semiconductor optical device of Example 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a crystal structure of a hexagonal nitride semiconductor for explaining a polar face, a nonpolar face and a semipolar face in the nitride semiconductor crystal.
  • the semiconductor optical device of the present disclosure or the semiconductor optical device obtained by the method of manufacturing the semiconductor optical device of the present disclosure (hereinafter, these are collectively referred to as “the semiconductor optical device of the present disclosure”).
  • the semiconductor optical device of the present disclosure In the well layer adjacent to the first compound semiconductor layer, a strain amount distribution exists in the epitaxial growth direction, and the first atomic layer adjacent to the first compound semiconductor layer has the largest strain amount.
  • the laminated structure can be configured to be formed on a main surface formed of a semipolar surface or a nonpolar surface of the GaN substrate.
  • the angle formed between the plane orientation of the principal surface and the c-axis can be 45 degrees or more and 80 degrees or less, and the principal surface of the GaN substrate is composed of ⁇ 20-21 ⁇ plane. can do.
  • the first atomic layer located on the first compound semiconductor layer side may be in a form in which tensile strain is introduced in the epitaxial growth direction.
  • the following crystal face notation Are expressed as ⁇ hk-il ⁇ plane and ⁇ h-kil ⁇ plane in this specification for convenience.
  • GPA Genetic Phase Analysis
  • a lattice image is subjected to Fourier transform, a mask is applied to a specific spot, and inverse Fourier transform is performed using the spot as an origin.
  • the amplitude of the inverse Fourier transformed image is constant and the phase is also constant.
  • the phase P g (r) of the image subjected to the inverse Fourier transform is proportional to the deviation u (r) of the grating fringe with respect to the fundamental period.
  • P g (r) ⁇ 2 ⁇ g ⁇ u (r)
  • g is a reciprocal lattice vector corresponding to the selected basic period. Since the phase P g (r) is the inner product of the reciprocal lattice vector g and the lattice fringe displacement vector u (r), the lattice fringe displacement in the selected spot direction (perpendicular to the fundamental period fringe) is calculated. The actual grid shift u (r) can be obtained based on the grid shift calculated from two non-parallel spots. Even when the lattice change is small with respect to the fundamental period, since the lattice deviation is accumulated, the phases are integrated. Therefore, GPA can calculate a lattice distortion of about sub-%.
  • the lattice spacing is constant in a certain region, the phase gradient is constant. On the contrary, when the phase gradient is changed, it indicates that the lattice spacing is changed. Therefore, the lattice distortion is obtained from the change in the phase diagram.
  • GPA a technique unique to GPA, there has been proposed a technique in which the diffraction point corresponding to the fundamental period is more accurately set as the origin. If there is a grating distortion, each spot spreads around the diffraction point corresponding to the fundamental period. In addition, it is difficult to accurately match the diffraction points corresponding to the fundamental period and the Fourier transform calculation points. Therefore, GPA solves this problem as follows.
  • two reciprocal lattice vectors g that are not parallel are selected by Fourier transforming the original lattice image.
  • the position of the maximum intensity of each spot is moved to the origin and inverse Fourier transform is performed to obtain a phase based on the position of the maximum intensity.
  • the phase gradient does not become zero in the region corresponding to the fundamental period.
  • the phase itself is adjusted so that the phase gradient in the region corresponding to the basic period becomes zero. If the phase for two spots is found in this way, the lattice distortion is found.
  • composition of the well layer in the semiconductor optical device can be measured based on, for example, a three-dimensional atom probe (3DAP).
  • 3D atom probes see, for example, http://www.nanoanalysis.co.jp/business/case_example_49.html.
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing a crystal structure of a hexagonal nitride semiconductor.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing the m-plane and ⁇ 1-100 ⁇ plane which are nonpolar planes, and the m-plane shown by a gray plane is a plane perpendicular to the m-axis direction.
  • FIG. 4C is a schematic diagram showing the a-plane and the ⁇ 11-20 ⁇ plane, which are nonpolar planes, and the a-plane shown as a gray plane is a plane perpendicular to the a-axis direction.
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing a crystal structure of a hexagonal nitride semiconductor.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing the m-plane and ⁇ 1-100 ⁇ plane which are nonpolar planes, and the m-plane shown by a gray plane is a plane perpendicular to the m-axis direction.
  • FIG. 4C is a schematic
  • FIG. 4D is a schematic diagram showing a ⁇ 20-21 ⁇ plane which is a semipolar plane.
  • the [20-21] direction perpendicular to the ⁇ 20-21 ⁇ plane shown by the gray plane is inclined by 75 degrees from the c-axis to the m-axis direction.
  • FIG. 4E is a schematic diagram showing a ⁇ 11-22 ⁇ plane which is a semipolar plane.
  • the [11-22] direction perpendicular to the ⁇ 11-22 ⁇ plane indicated by the gray plane is inclined 59 degrees from the c-axis to the a-axis direction.
  • Table 1 below shows the angles formed by the plane orientations of various crystal planes and the c-axis. It should be noted that the ⁇ 11-21 ⁇ , ⁇ 11-22 ⁇ , ⁇ 11-24 ⁇ , ⁇ 11-2n ⁇ planes, ⁇ 1-101 ⁇ plane, ⁇ 1-102 ⁇ plane, The 1-103 ⁇ plane is a semipolar plane.
  • the value of X In in each well layer is 0.15 or more and 0.50 or less, preferably 0.20 or more and 0.45.
  • the semiconductor optical device can emit light having a wavelength of 440 nm to 600 nm, preferably 495 nm to 570 nm.
  • the barrier layer is made of an AlInGaN compound semiconductor, When indium atomic percent AlInGaN-based compound semiconductor in the barrier layer was changed to Y In, the value of Y In in the barrier layer can have a structure which is 0.06 or less (including 0).
  • Examples of the semiconductor optical device of the present disclosure including the various preferable modes and configurations described above include an edge emitting semiconductor laser element, an edge emitting superluminescent diode (SLD), and a semiconductor optical amplifier.
  • a semiconductor optical amplifier amplifies in the state of direct light without converting an optical signal into an electrical signal, has a laser structure that eliminates the resonator effect as much as possible, and converts incident light based on the optical gain of the semiconductor optical amplifier. Amplify.
  • a resonator is configured by optimizing the light reflectance at the first end face (light emitting end face) and the light reflectance at the second end face (light reflecting end face), and the light is The light is emitted from the first end face.
  • an external resonator may be arranged.
  • the light reflectivity at the first end face is set to a very low value
  • the light reflectivity at the second end face is set to a very high value
  • the active layer is formed without forming a resonator.
  • the light generated in step 1 is reflected at the second end face and emitted from the first end face.
  • a non-reflective coating layer (AR) or a low-reflective coating layer is formed on the first end surface
  • a high-reflective coating layer (HR) is formed on the second end surface. Is formed.
  • the light reflectance at the first end face and the second end face is set to a very low value, and the light incident from the second end face is amplified without constituting the resonator, thereby the first end face. Emanates from.
  • the structure of the semiconductor optical device or the like of the present disclosure can also be applied to a surface emitting laser element (also referred to as a vertical cavity laser or a VCSEL).
  • a highly reflective coating layer is formed on the light reflecting end face.
  • an antireflection coating layer low reflection coating layer
  • the layered structure of a kind of layer can be mentioned, It can form based on PVD methods, such as sputtering method and a vacuum evaporation method.
  • the semiconductor laser element examples include a semiconductor laser element having a ridge stripe type separated confinement heterostructure (SCH structure, separate-confinement heterostructure).
  • a semiconductor laser element having an oblique ridge stripe type separated confinement heterostructure can be cited.
  • the axis of the semiconductor laser element and the axis of the ridge stripe structure can intersect at a predetermined angle.
  • examples of the predetermined angle ⁇ include 0.1 degrees ⁇ ⁇ ⁇ 10 degrees.
  • the axis of the ridge stripe structure is a straight line connecting the bisectors at both ends of the ridge stripe structure at the light emitting end face and the bisectors at both ends of the ridge stripe structure at the light reflecting end face.
  • the axis of the semiconductor laser element refers to an axis perpendicular to the virtual vertical plane at the light emitting end face and the virtual vertical plane at the light reflecting end face.
  • the planar shape of the ridge stripe structure may be linear or curved.
  • a tapered (flared) ridge stripe type for example, a structure that is monotonously and gradually widened in a tapered shape from the light emitting end face toward the light reflecting end face, from the light emitting end face toward the light reflecting end face, from the light emitting end face toward the light reflecting end face,
  • a semiconductor laser device having a separate confinement heterostructure including a configuration in which it is first widened and exceeds a maximum width and then narrowed
  • the ridge stripe structure may be composed of a part of the second compound semiconductor layer in the thickness direction, may be composed of the second compound semiconductor layer and the active layer, or may be composed of the second compound semiconductor layer, the active layer You may be comprised from the layer and a part of thickness direction of the 1st compound semiconductor layer.
  • the semiconductor laser element is not limited to these structures.
  • Other semiconductor laser elements include semiconductor laser elements with an index guide structure, bi-section type with a light emitting region and a saturable absorption region juxtaposed in the cavity direction, and multi-section type (multi-electrode type).
  • SAL Silicon Absorber Layer
  • WI Wood Index Guide
  • Examples of the compound semiconductor constituting the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer include AlInGaN-based compound semiconductors such as GaN, AlGaN, InGaN, and AlInGaN, and examples of the compound semiconductor constituting the active layer include InGaN and AlInGaN. Can be mentioned. Furthermore, these compound semiconductors may contain boron (B) atoms, thallium (Tl) atoms, arsenic (As) atoms, phosphorus (P) atoms, and antimony (Sb) atoms as desired. .
  • a metal organic chemical vapor deposition method MOCVD method, MOVPE method
  • MOMBE method metal organic molecular beam epitaxy method
  • HVPE method Phase growth method
  • PPD method plasma assisted physical vapor deposition method
  • ALD method atomic layer deposition method
  • MEE migration enhanced epitaxy
  • trimethylgallium (TMG) gas and triethylgallium (TEG) gas can be exemplified as the organic gallium source gas in the MOCVD method, and ammonia gas and hydrazine gas can be exemplified as the nitrogen source gas.
  • ammonia gas and hydrazine gas can be exemplified as the nitrogen source gas.
  • trimethylaluminum (TMA) gas may be used as the Al source
  • trimethylindium (TMI) gas is used as the In source. Use it.
  • monosilane gas SiH 4 gas
  • cyclopentadienyl magnesium gas methylcyclopentadienyl magnesium, or biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) may be used as the Mg source.
  • lithography technology and wet etching are used as a method of etching the laminated structure to form the ridge stripe structure.
  • a combination of technologies, a combination of lithography technology and dry etching technology can be mentioned.
  • the configuration of the laminated structure itself can be a known configuration.
  • the laminated structure is formed on a GaN substrate and has a structure in which a first compound semiconductor layer, an active layer, and a second compound semiconductor layer are laminated from the GaN substrate side.
  • the first compound semiconductor layer has a first conductivity type
  • the second compound semiconductor layer has a second conductivity type different from the first conductivity type.
  • impurities are introduced into each of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer. That's fine.
  • n-type impurities added to the compound semiconductor layer include silicon (Si), sulfur (S), selenium (Se), germanium (Ge), tellurium (Te), tin (Sn), carbon (C), and titanium.
  • Ti titanium
  • O oxygen
  • Pd palladium
  • Zn zinc
  • Mg magnesium
  • carbon carbon
  • Be beryllium
  • Cd cadmium
  • Ca Calcium
  • Ba barium
  • the first compound semiconductor layer is electrically connected to the first electrode, and the second compound semiconductor layer is electrically connected to the second electrode.
  • the second electrode is, for example, palladium (Pd), nickel (Ni), platinum (Pt), gold (Au), cobalt (Co).
  • Rh rhodium
  • a layered structure or a layered structure of a palladium layer / nickel layer in which the palladium layer is in contact with the second compound semiconductor layer can be employed.
  • the first electrode is, for example, gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), Al (aluminum), Ti (titanium), tungsten (W), vanadium (V ), Chromium (Cr), Cu (copper), Zn (zinc), tin (Sn), and at least one metal (including alloys) selected from the group consisting of indium (In) or It is desirable to have a multilayer structure, for example, Ti / Au, Ti / Al, Ti / Pt / Au, Ti / Al / Au, Ti / Pt / Au, Ni / Au, Ni / Au / Pt, Ni / Pt, Pd / Pt and Ag / Pd can be exemplified.
  • the layer before “/” in the multilayer structure is located closer to the active layer side.
  • the first electrode is electrically connected to the first compound semiconductor layer, but the first electrode is formed on the first compound semiconductor layer, and the first electrode is first through the conductive material layer and the GaN substrate.
  • the form connected to the compound semiconductor layer is included.
  • the first electrode and the second electrode can be formed by, for example, a PVD method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method.
  • a pad electrode may be provided on the first electrode or the second electrode for electrical connection with an external electrode or circuit.
  • the pad electrode is at least one metal (including alloy) selected from the group consisting of Ti (titanium), aluminum (Al), Pt (platinum), Au (gold), Ni (nickel), and Pd (palladium).
  • the pad electrode may be a Ti / Pt / Au multilayer structure, a Ti / Au multilayer structure, a Ti / Pd / Au multilayer structure, a Ti / Pd / Au multilayer structure, a Ti / Ni / Au multilayer structure, A multi-layer structure exemplified by a multi-layer structure of Ti / Ni / Au / Cr / Au can also be used.
  • a transparent conductive material layer may be formed between the second electrode and the second compound semiconductor layer.
  • the transparent conductive material constituting the transparent conductive material layer indium-tin oxide (including ITO, Indium Tin Oxide, Sn-doped In 2 O 3 , crystalline ITO and amorphous ITO), indium-zinc oxide (IZO (Indium Zinc Oxide), IFO (F-doped In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), ATO (Sb-doped SnO 2 ), FTO (F-doped SnO 2 ), zinc oxide (ZnO, Al-doped) ZnO and B-doped ZnO).
  • the semiconductor optical device or the like of the present disclosure can be applied to a display device, for example. That is, as such a display apparatus, a projector apparatus, an image display apparatus, a monitor apparatus, and a reflective liquid crystal display apparatus including the semiconductor optical device according to the present disclosure as a light source, a head, and the like.
  • a mount display (HMD), a head-up display (HUD), and various illuminations can be exemplified.
  • the semiconductor optical device etc. of this indication can be used as a light source of a microscope. However, it is not limited to these fields.
  • Example 1 relates to a semiconductor optical device according to the present disclosure.
  • the semiconductor optical device of Example 1 is composed of an edge emitting semiconductor laser element, and more specifically, a semiconductor laser element having a ridge stripe type separated confinement heterostructure.
  • FIGS. 1A and 1B A schematic partial cross-sectional view of the semiconductor optical device of Example 1 is shown in FIGS. 1A and 1B.
  • FIG. 1A is a schematic partial cross-sectional view taken along the arrow AA in FIG. 1B.
  • the semiconductor optical device is cut along a virtual plane parallel to the extending direction of the waveguide structure (resonator structure). It is a typical partial sectional view when doing.
  • FIG. 1B is a schematic partial cross-sectional view along the arrow BB in FIG. 1A.
  • the semiconductor optical device is cut along a virtual plane perpendicular to the extending direction of the waveguide structure (resonator structure). It is a typical partial sectional view when doing.
  • the semiconductor optical device of Example 1 has a stacked structure 30 in which a first compound semiconductor layer 31, an active layer (light emitting layer) 33, and a second compound semiconductor layer 32 are stacked. It has a multiple quantum well structure with a plurality of well layers, and the well layers are made of AlInGaN-based compound semiconductors. Specifically, in Example 1, the number of well layers is 2, and the number of barrier layers is 1. In the drawing, the active layer 33 is represented by one layer. A specific combination of (a compound semiconductor constituting a well layer and a compound semiconductor constituting a barrier layer) in the active layer 33 having a multiple quantum well structure (MQW structure) is expressed as (InGaN, GaN) in Example 1. However, it is not limited to such a combination.
  • MQW structure multiple quantum well structure
  • a strain distribution exists in the epitaxial growth direction in the well layer adjacent to the first compound semiconductor layer 31, and the first atomic layer adjacent to the first compound semiconductor layer 31 is present.
  • the laminated structure 30 is formed on the main surface 12 made of a semipolar surface or a nonpolar surface of the GaN substrate 11, and in this case, the angle formed by the surface orientation of the main surface and the c-axis is 45 degrees or more, It is 80 degrees or less. More specifically, in Example 1, the main surface of the GaN substrate 11 is a ⁇ 20-21 ⁇ plane that is a semipolar plane. Further, in each well layer (in the first embodiment, in the two well layers), tensile strain is introduced in the epitaxial growth direction in the first atomic layer located on the first compound semiconductor layer 31 side. Yes.
  • the value of X In in each well layer is 0.15 or more and 0.50 or less, preferably 0.20 or more and 0.45 or less.
  • the semiconductor optical device emits light having a wavelength of 440 nm to 600 nm, preferably 495 nm to 570 nm.
  • Barrier layer is made of AlInGaN-based compound semiconductor, when the indium atomic percent AlInGaN-based compound semiconductor in the barrier layer was changed to Y In, the value of Y In in the barrier layer is 0.06 or less.
  • the laminated structure 30 has a first end face 21 that emits light and a second end face 22 that faces the first end face 21.
  • a highly reflective coating layer (HR) is formed on the light emitting end surface (first end surface) 21 and the light reflecting end surface (second end surface), but these coating layers are not shown.
  • the light reflectance of the light emitting end face (first end face) 21 is lower than the light reflectance of the light reflecting end face (second end face) 22.
  • the planar shape of the ridge stripe structure 20 is linear.
  • the ridge stripe structure 20 is formed by partially etching the second compound semiconductor layer 32 in the thickness direction.
  • the region of the active layer 33 below the ridge stripe structure 20 corresponds to a light emitting region (current injection region).
  • the ridge stripe structure 20 and both sides thereof are covered with an insulating layer 34 made of SiO 2 , SiN, or Al 2 O 3 .
  • the portion of the insulating layer 34 on the top surface of the second compound semiconductor layer 32 is removed, and a second electrode formed by stacking a Pd layer / Pt layer / Au layer on the top surface of the second compound semiconductor layer 32. 42 is formed.
  • a first electrode 41 formed by laminating a Ti layer / Pt layer / Au layer is formed on the back surface of the GaN substrate 11 (the surface facing the main surface 12).
  • the first compound semiconductor layer 31 has a first conductivity type (specifically, n-type), and the second compound semiconductor layer 32 has a second conductivity type (specifically, p-type) different from the first conductivity type. ).
  • the specific configuration of the laminated structure 30 is shown in Table 2 below, and the compound semiconductor layer described in the lowermost stage is formed on the n-type GaN substrate 11.
  • the multilayer structure 30 is made of an AlInGaN-based compound semiconductor, and the active layer 33 has a quantum well structure in which a well layer composed of an InGaN layer and a barrier layer composed of a GaN layer are stacked as described above.
  • Silicon (Si), oxygen (O), or germanium (Ge) is added to the GaN substrate 11 as an n-type impurity.
  • the semiconductor optical device having the composition shown in Table 2 emits green light.
  • the first cladding layer and the second cladding layer may be composed of a quaternary AlInGaN layer, specifically, for example, an Al 0.11 In 0.03 Ga 0.86 N layer.
  • an n-type GaN substrate 11 having a ⁇ 20-21 ⁇ plane as the main surface 12 is prepared.
  • the main surface 12 of the GaN substrate 11 is cleaned by thermal cleaning or the like.
  • the buffer layer 13 is crystal-grown on the main surface 12 of the GaN substrate 11 at a growth temperature of, for example, 1000 ° C. based on the MOCVD method.
  • the growth temperature is maintained at, for example, 1000 ° C. and the first cladding layer is grown, the first guide layer, the active layer, the second guide layer, the electron barrier layer, the second cladding layer, and the contact layer are formed. , Sequentially.
  • the growth temperature is lowered in order to improve the uptake of indium (In) atoms.
  • the formation temperature of the active layer 33 is set to 720 ° C. or more and 780 ° C. or less.
  • the active layer 33 when forming the well layer based on the MOCVD method, by controlling the base temperature and / or the raw material gas mixture ratio, when the indium atomic percentage of the AlInGaN-based compound semiconductor in each well layer is X
  • the substrate temperature is controlled. More specifically, in Example 1, the first InGaN well layer adjacent to the first compound semiconductor layer 31 in the active layer 33 is grown at 740 ° C.
  • a first GaN barrier layer is grown at 800 ° C.
  • a second InGaN well layer is grown at 743.0 ° C.
  • the composition of the first InGaN well layer and the second InGaN well layer is as shown in Table 3 below.
  • First InGaN well layer In 0.258 Ga 0.742 N
  • Second InGaN well layer In 0.263 Ga 0.737 N
  • Step-110 an etching mask is formed on the second compound semiconductor layer 32 (specifically, the contact layer), and the second compound semiconductor layer 32 is thickened by using this etching mask, for example, based on the RIE method.
  • the ridge stripe structure 20 is formed by partially etching in the vertical direction, and then the etching mask is removed.
  • the insulating layer 34 is formed on the entire surface, and the portion of the insulating layer 34 located on the top surface of the second compound semiconductor layer 32 is removed. Then, the second electrode 42 is formed on the exposed second compound semiconductor layer 32. Further, for example, by lapping and polishing the back side of the GaN substrate 11, the thickness of the GaN substrate 11 is set to about 100 ⁇ m, and then the first electrode 41 is formed on the back side of the GaN substrate 11.
  • the first end surface 21 and the second end surface 22 are formed by cleaving the laminated structure 30. Then, a coat layer for the first end face 21 and the second end face 22 is formed. Next, in order to connect the electrode to an external circuit or the like, a terminal or the like is formed based on a known method, and the semiconductor optical device of Example 1 is completed by packaging and sealing.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show dark-field scanning transmission electron microscope images of the semiconductor optical device of Example 1.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show dark-field scanning transmission electron microscope images of the semiconductor optical device of Example 1.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show dark-field scanning transmission electron microscope images of the semiconductor optical device of Example 1.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show dark-field scanning transmission electron microscope images of the semiconductor optical device of Example 1.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show dark-field scanning transmission electron microscope images of the semiconductor optical device of Example 1.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show dark-field scanning transmission electron microscope images of the semiconductor optical device of Example 1.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show dark-field scanning transmission electron microscope images of the semiconductor optical device of Example 1.
  • a positive strain amount indicates a tensile strain
  • a negative strain amount indicates a compressive strain.
  • From the measurement result of the strain distribution of the active layer in the first InGaN well layer adjacent to the first compound semiconductor layer 31, the first atomic layer adjacent to the first compound semiconductor layer 31 has
  • each well layer that is, in the first InGaN well layer and the second InGaN well layer
  • tensile strain is introduced into the first atomic layer located on the first compound semiconductor layer 31 side. It can be seen that Note that the thickness of the first atomic layer is 0.6 nm.
  • Variation in the wavelength of light can be suppressed (specifically, the half-value width of light emitted from the semiconductor optical device can be narrowed), and a semiconductor optical device having excellent emission characteristics can be provided.
  • the relationship between ⁇ T and ⁇ X also changes. That is, the relationship between ⁇ T and ⁇ X is a value depending on the film forming apparatus. Therefore, in order to set the value of ⁇ X to 0.01, various tests may be performed to determine the optimal value of ⁇ T.
  • the value of ⁇ X can also be changed by changing the raw material gas mixture ratio. Therefore, in order to set the value of ⁇ X to 0.01, various tests may be performed to determine the optimum raw material gas mixture ratio.
  • the present disclosure has been described based on the preferred embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments.
  • the configuration and structure of the semiconductor optical device described in the embodiments and the method for manufacturing the semiconductor optical device are examples, and can be appropriately changed.
  • the ⁇ 20-21 ⁇ plane of the GaN substrate is used as the main surface, and the laminated structure is provided thereon.
  • the main surface of the GaN substrate is not limited to this, and other semipolar surfaces and nonpolar surfaces are provided.
  • a plane or a polar plane (C plane, ⁇ 0001 ⁇ plane) can also be used.
  • the semiconductor optical device has been described exclusively as a semiconductor laser element, the semiconductor optical device can be a super luminescent diode (SLD) or a semiconductor optical amplifier.
  • the configuration and structure of the SLD and the semiconductor optical amplifier are substantially the same as those of the semiconductor optical device described in the first embodiment except that the light reflectance at the light emitting end face and the light reflecting end face are different. be able to.
  • the ridge stripe structure 20 has a linearly extending shape.
  • the ridge stripe structure 20 is not limited to this, and is not limited to a certain width but is tapered or flared. Also good. Specifically, for example, a structure that is monotonously and gradually widened in a tapered manner from the light emitting end face toward the light reflecting end face, first widened from the light emitting end face toward the light reflecting end face, and exceeds the maximum width. After that, it can be configured to be narrowed.
  • the semiconductor laser element may be a semiconductor laser element having an oblique ridge stripe type separated confinement heterostructure having an oblique waveguide.
  • a semiconductor laser element for example, it has a structure in which two linear ridge stripe structures are combined, and the value of the angle ⁇ at which the two ridge stripe structures intersect is, for example, 0 ⁇ ⁇ 10 (degrees) Preferably, 0 ⁇ ⁇ 6 (degrees) Is desirable.
  • the oblique ridge stripe type the reflectance of the light emitting end face coated with non-reflective coating can be made closer to the ideal value of 0%, and as a result, the laser light that circulates in the semiconductor laser element can be obtained. Generation can be prevented, and the advantage that generation of secondary laser light accompanying the main laser light can be suppressed can be obtained.
  • a surface-emitting laser element also referred to as a vertical cavity laser or VCSEL
  • VCSEL vertical cavity laser
  • laser oscillation is generated by resonating light between two light reflecting layers (Distributed Bragg Reflector layer, DBR layer).
  • this indication can also take the following structures.
  • ⁇ Semiconductor optical device >> A stacked structure in which a first compound semiconductor layer, an active layer, and a second compound semiconductor layer are stacked;
  • the active layer has a multiple quantum well structure with a plurality of well layers,
  • the well layer is made of an AlInGaN compound semiconductor,
  • indium atomic percent AlInGaN-based compound semiconductor in the well layers was set to X an In
  • a value obtained by subtracting the minimum value of X an In from the maximum value of X an In the well of the active layer layer is 0.01 or less semiconductor light device .
  • Semiconductor optical devices [A03] The semiconductor optical device according to [A02], wherein the stacked structure is formed on a main surface made of a semipolar surface or a nonpolar surface of a GaN substrate. [A04] The semiconductor optical device according to [A03], wherein the angle formed between the plane orientation of the main surface and the c-axis is 45 degrees or more and 80 degrees or less. [A05] The semiconductor optical device according to [A04], wherein the main surface of the GaN substrate is a ⁇ 20-21 ⁇ plane.
  • [A06] The semiconductor according to any one of [A02] to [A05], wherein in each well layer, tensile strain is introduced in the epitaxial growth direction in the first atomic layer located on the first compound semiconductor layer side.
  • value of X an In in the well layers is 0.15 or more, a semiconductor optical device according to any one of 0.50 or less [A01] to [A06].
  • [A08] The semiconductor optical device according to [A07], wherein the value of X In in each well layer is 0.20 or more and 0.45 or less.
  • [A09] The semiconductor optical device according to [A08], which emits light having a wavelength of 440 nm or more and 600 nm.
  • the barrier layer is made of an AlInGaN-based compound semiconductor, When indium atomic percent AlInGaN-based compound semiconductor in the barrier layer was changed to Y In, a semiconductor optical device according to the value of Y In in the barrier layer is 0.06 or less [A07] or [A08].
  • the active layer has a multiple quantum well structure with a plurality of well layers,
  • the well layer is a method for manufacturing a semiconductor optical device made of an AlInGaN-based compound semiconductor,
  • the well layer is a method for manufacturing a semiconductor optical device made of an AlInGaN-based compound semiconductor,
  • the indium atomic percentage of the AlInGaN-based compound semiconductor in each well layer is X
  • SYMBOLS 11 GaN substrate, 12 ... Main surface of GaN substrate, 13 ... Buffer layer, 20 ... Ridge stripe structure, 21 ... Light emitting end surface (first end surface), 22 ... Light Reflective end face (second end face), 30 ... stacked structure, 31 ... first compound semiconductor layer, 32 ... second compound semiconductor layer, 33 ... active layer, 34 ... insulating layer, 41 ... 1st electrode, 42 ... 2nd electrode

Abstract

半導体光デバイスは、第１化合物半導体層３１、活性層３３及び第２化合物半導体層３２が積層されて成る積層構造体３０を有しており、活性層３３は複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値ＸIn-maxからＸInの最小値ＸIn-minを減じた値（ΔＸ＝ＸIn-max－ＸIn-min）は０．０１以下である。

Description

半導体光デバイス及びその製造方法
　本開示は半導体光デバイスに関する。
　窒化物系化合物半導体から成る半導体レーザ素子は、図１Ａに模式的な一部断面図を示すように、ｎ型ＧａＮ基板１１上に第１化合物半導体層３１、多重量子井戸構造を有する活性層３３、第２化合物半導体層３２が形成され、第１化合物半導体層３１には第１電極４１が電気的に接続され、第２化合物半導体層３２には第２電極４２が電気的に接続されている。活性層３３は、例えばＩｎXＧａ1-XＮから成る複数の井戸層、及び、井戸層と井戸層との間に形成されたＧａＮから成る障壁層から構成されている。そして、従来、複数の井戸層を形成するとき、各井戸層の発光波長（バンドギャップエネルギー）が同一となるように、即ち、各井戸層のＩｎ組成の値Ｘが同じ値となるように、結晶成長させる。
　多重量子井戸構造を有する活性層の発光波長の不均一性を最小とし、発光効率の低下を最小とすることを試みた半導体発光素子が、特開２００８－１０３７１１から知られており、具体的には、活性層は２つ以上の量子井戸層と２つ以上の障壁層とを備えており、量子井戸層と障壁層の内、少なくとも１つのバンドギャップエネルギー及び層厚の内の少なくとも１つは、ｎ型コンタクト層からの距離に依存して異なる。
特開２００８－１０３７１１
　ところで、本発明者らが詳細な検討を行ったところ、ＩｎXＧａ1-XＮから成る複数の井戸層を形成する場合、たとえ、エピタキシャル成長条件を、設計上、同一にして成長させても、即ち、活性層を成膜するための成膜装置における成膜条件（例えば、温度や使用ガス量）を同じにしても、詳細は後述するが、得られた井戸層における組成（例えば、Ｉｎ組成）に大きな変動が生じる結果、フォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセンスの半値幅が大きくなることが判明した。そして、これらの半値幅の増大は、ゲインスペクトルピークを減少させ、発光特性の悪化をもたらす。
　従って、本開示の目的は、優れた発光特性を有する半導体光デバイス、及び、その製造方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するための本開示の半導体光デバイスは、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を有しており、
　活性層は、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、
　井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、
　各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値ＸIn-maxからＸInの最小値ＸIn-minを減じた値（ΔＸ＝ＸIn-max－ＸIn-min）は０．０１以下である。
　上記の目的を達成するための本開示の半導体光デバイスの製造方法は、
　第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を有しており、
　活性層は、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、
　井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る半導体光デバイスの製造方法であって、
　有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に基づく井戸層の形成時、下地温度及び／又は原料ガス混合比を制御することで、各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値ＸIn-maxからＸInの最小値ＸIn-minを減じた値（ΔＸ＝ＸIn-max－ＸIn-min）を０．０１以下とする。
　本開示の半導体光デバイスあるいはその製造方法において、各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値ＸIn-maxからＸInの最小値ＸIn-minを減じた値（ΔＸ＝ＸIn-max－ＸIn-min）は０．０１以下である。それ故、活性層にて生成する光の波長バラツキを抑制することができ、例えば、半導体光デバイスから出射される光の半値幅を狭くすることができ、優れた発光特性を有する半導体光デバイスを提供することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
図１Ａ及び図１Ｂは、実施例１あるいは従来の半導体光デバイスの模式的な断面図及び一部断面図である。 図２は、実施例１の半導体光デバイスの暗視野走査透過電子顕微鏡像及び活性層の歪み量分布の測定結果を示す図である。 図３は、実施例１の半導体光デバイスの暗視野走査透過電子顕微鏡像及び格子像の模式図を示す図である。 図４は、窒化物半導体結晶における極性面、非極性面及び半極性面を説明するための六方晶系窒化物半導体の結晶構造を示す模式図である。
　以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の半導体光デバイス及びその製造方法、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の半導体光デバイス及びその製造方法）
３．その他
〈本開示の半導体光デバイス及びその製造方法、全般に関する説明〉
　本開示の半導体光デバイス、あるいは又、本開示の半導体光デバイスの製造方法によって得られる半導体光デバイス（以下、これらを総称して、『本開示の半導体光デバイス等』と呼ぶ）にあっては、第１化合物半導体層に隣接する井戸層内には、エピタキシャル成長方向に歪み量分布が存在し、第１化合物半導体層に隣接する第１原子層の歪み量が最も大きい形態とすることができる。そして、このような形態の本開示の半導体光デバイス等において、積層構造体は、ＧａＮ基板の半極性面又は無極性面から成る主面上に形成されている構成とすることができ、この場合、主面の面方位とｃ軸との成す角度は、４５度以上、８０度以下である構成とすることができ、更には、ＧａＮ基板の主面は｛２０－２１｝面から成る構成とすることができる。そして、これらの形態、構成において、更には、各井戸層において、第１化合物半導体層側に位置する第１原子層には、エピタキシャル成長方向に引張り歪みが導入されている形態とすることができる。尚、六方晶系における例えば以下に例示する結晶面の表記、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
を、便宜上、本明細書においては、｛ｈｋ－ｉｌ｝面、｛ｈ－ｋｉｌ｝面と表記する。
　ＧＰＡ（Geometric Phase Analysis）による歪み解析に基づき歪みが導入されているか否かを調べることができる。ＧＰＡでは、格子像をフーリエ変換し、特定のスポットに対してマスクを作用させ、そのスポットを原点として、逆フーリエ変換する。格子の変化が全く無い場合には、逆フーリエ変換された像の振幅は一定で、位相も一定となる。格子の変化がある場合には、逆フーリエ変換された像の位相Ｐg（ｒ）は基本周期に対する格子縞のずれｕ（ｒ）に比例する。
Ｐg（ｒ）＝－２πｇ・ｕ（ｒ）
ここで、「ｇ」は選択した基本周期に対応する逆格子ベクトルである。位相Ｐg（ｒ）は逆格子ベクトルｇと格子縞のずれのベクトルｕ（ｒ）の内積であるので、選択したスポットの方向（基本周期の縞に垂直方向）の格子縞のずれが計算される。そして、実際の格子のずれｕ（ｒ）は、平行ではない２つのスポットから計算される格子のずれに基づき求めることができる。格子変化が基本周期に対して小さい場合にも格子のずれは累積されるので、位相は積算される。そのため、ＧＰＡではサブ％程度の格子歪みを計算することが可能である。ある領域で格子間隔が一定であれば、位相勾配が一定となる。逆に、位相勾配が変化しているところは、格子間隔が変化していることを表している。そのため、位相図の変化より格子歪みが求まる。ここで、ＧＰＡ独自の技術として、基本周期に対応する回折点をより正確に原点とする手法が提案されている。格子の歪みがあれば各スポットは基本周期に対応する回折点の周りに拡がる。また、基本周期に対応する回折点とフーリエ変換の計算点とを正確に一致させることは困難である。そこで、ＧＰＡではこの問題を以下のようにして解決している。即ち、先ず、元の格子像をフーリエ変換し並行でない２つの逆格子ベクトルｇを選択する。各スポットの最大強度の位置を原点に移動させて逆フーリエ変換を行い、最大強度の位置を基準とした位相を求める。このとき、最大強度の位置が基本周期に対応する回折点と異なっていると、基本周期に対応する領域では位相勾配がゼロにはならない。このことを逆に利用して、基本周期に対応する領域での位相勾配がゼロになるように位相そのものを調整する。このようにして２つのスポットに対する位相が求まれば、格子歪みが求まる。
　半導体光デバイスにおける井戸層の組成は、例えば、３次元アトムプローブ（３ＤＡＰ）に基づき測定することができる。３次元アトムプローブに関しては、例えば、http://www.nanoanalysis.co.jp/business/case_example_49.html を参照のこと。
　窒化物半導体結晶における極性面、非極性面及び半極性面について、以下、図４の（ａ）～（ｅ）を参照して説明する。図４の（ａ）は、六方晶系窒化物半導体の結晶構造を示す模式図である。図４の（ｂ）は、非極性面であるｍ面、｛１－１００｝面を示す模式図であり、灰色の平面で示すｍ面は、ｍ軸方向に垂直な面である。図４の（ｃ）は、非極性面であるａ面、｛１１－２０｝面を示す模式図であり、灰色の平面で示すａ面は、ａ軸方向に垂直な面である。図４の（ｄ）は、半極性面である｛２０－２１｝面を示す模式図である。灰色の平面で示す｛２０－２１｝面に垂直な［２０－２１］方向は、ｃ軸からｍ軸方向に７５度、傾斜している。図４の（ｅ）は、半極性面である｛１１－２２｝面を示す模式図である。灰色の平面で示す｛１１－２２｝面に垂直な［１１－２２］方向は、ｃ軸からａ軸方向に５９度、傾斜している。尚、各種結晶面の面方位とｃ軸との成す角度を、以下の表１に示す。尚、｛１１－２１｝面や｛１１－２２｝面、｛１１－２４｝面といった｛１１－２ｎ｝面で表される面、｛１－１０１｝面、｛１－１０２｝面、｛１－１０３｝面は半極性面である。
〈表１〉
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体光デバイス等において、各井戸層におけるＸInの値は、０．１５以上、０．５０以下、好ましくは、０．２０以上、０．４５以下である形態とすることができ、この場合、半導体光デバイスは、波長４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下、好ましくは、４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下の光を出射する形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、
　障壁層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、
　障壁層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＹInとしたとき、障壁層におけるＹInの値は０．０６以下（０を含む）である構成とすることができる。
　以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の半導体光デバイス等として、端面発光型の半導体レーザ素子、端面発光型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）あるいは半導体光増幅器を挙げることができる。半導体光増幅器は、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器効果を極力排除したレーザ構造を有し、半導体光増幅器の光利得に基づき入射光を増幅する。半導体レーザ素子にあっては、第１端面（光出射端面）における光反射率と第２端面（光反射端面）における光反射率との最適化を図ることで、共振器が構成され、光は第１端面から出射される。あるいは、外部共振器を配置してもよい。一方、スーパールミネッセントダイオードにあっては、第１端面における光反射率を非常に低い値とし、第２端面における光反射率を非常に高い値とし、共振器を構成することなく、活性層で生成した光が第２端面において反射され、第１端面から出射される。半導体レーザ素子及びスーパールミネッセントダイオードにおいて、第１端面には、無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層が形成されているし、第２端面には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。また、半導体光増幅器にあっては、第１端面及び第２端面における光反射率を非常に低い値とし、共振器を構成することなく、第２端面から入射した光を増幅して第１端面から出射する。尚、本開示の半導体光デバイス等の構造を面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬとも呼ばれる）に適用することもできる。
　光反射端面には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。無反射コート層（低反射コート層）として、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニウム層、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、及び、窒化ケイ素層から成る群から選択された少なくとも２種類の層の積層構造を挙げることができ、スパッタリング法や真空蒸着法等のＰＶＤ法に基づき形成することができる。
　半導体レーザ素子として、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ構造、Separate Confinement Heterostructure）を有する半導体レーザ素子を挙げることができる。あるいは又、斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造を有する半導体レーザ素子を挙げることができる。即ち、半導体レーザ素子の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている構成とすることができる。ここで、所定の角度φとして、０．１度≦φ≦１０度を例示することができる。リッジストライプ構造の軸線とは、光出射端面におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点と、光反射端面におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点とを結ぶ直線である。また、半導体レーザ素子の軸線とは、光出射端面における仮想垂直面及び光反射端面における仮想垂直面と直交する軸線を指す。リッジストライプ構造の平面形状は、直線状であってもよいし、湾曲していてもよい。あるいは又、テーパー状（フレア状）のリッジストライプ型（例えば、光出射端面から光反射端面に向かって、単調に、テーパー状に緩やかに広げられる構成、光出射端面から光反射端面に向かって、先ず広げられ、最大幅を超えた後、狭められる構成を含む）の分離閉じ込めヘテロ構造を有する半導体レーザ素子を挙げることができる。リッジストライプ構造は、第２化合物半導体層の厚さ方向の一部から構成されていてもよいし、第２化合物半導体層及び活性層から構成されていてもよいし、第２化合物半導体層、活性層、及び、第１化合物半導体層の厚さ方向の一部分から構成されていてもよい。但し、半導体レーザ素子は、これらの構造に限定するものではない。半導体レーザ素子として、その他、インデックス・ガイド構造の半導体レーザ素子や、共振器方向に発光領域と可飽和吸収領域とを並置したバイ・セクション（Bi Section）型、マルチセクション型（多電極型）の半導体レーザ素子、発光領域と可飽和吸収領域とを垂直方向に配置したＳＡＬ（Saturable Absorber Layer）型や、リッジストライプ構造に沿って可飽和吸収領域を設けたＷＩ（Weakly Index guide）型の半導体レーザ素子を挙げることもできる。
　第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層を構成する化合物半導体として、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮといったＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体を挙げることができるし、活性層を構成する化合物半導体として、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。これらの層の形成方法（成膜方法）として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法）や有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、プラズマアシステッド物理的気相成長法（ＰＰＤ法）、アトミック・レイヤー・デポジション法（ＡＬＤ法、原子層堆積法）、マイグレーション・エンハンスト・エピタキシー（Migration-Enhanced. Epitaxy、ＭＥＥ）法を挙げることができる。ここで、ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成る積層構造体からリッジストライプ構造を形成する場合、リッジストライプ構造を形成するために積層構造体をエッチングする方法として、リソグラフィ技術とウェットエッチング技術の組合せ、リソグラフィ技術とドライエッチング技術の組合せを挙げることができる。積層構造体の構成、それ自体は、周知の構成とすることができる。積層構造体はＧａＮ基板上に形成されており、ＧａＮ基板側から、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層された構造を有する。
　多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する活性層における（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の具体的な組合せとして、（ＩｎＧａＮ，ＧａＮ）や（ＩｎＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ）、（ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＮ）［但し、井戸層を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成と障壁層を構成するＩｎＧａＮのＩｎ組成とは異なる］を例示することができる。井戸層の層数は、２以上であり、障壁層の層数は、井戸層の層数から「１」を減じた値である。
　第１化合物半導体層は第１導電型を有し、第２化合物半導体層は、第１導電型と異なる第２導電型を有する。第１化合物半導体層に第１導電型を付与し、第２化合物半導体層に第２導電型を付与するためには、第１化合物半導体層、第２化合物半導体層のそれぞれに、不純物を導入すればよい。化合物半導体層に添加されるｎ型不純物として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、錫（Ｓｎ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）、パラジウム（Ｐｄ）を挙げることができるし、ｐ型不純物として、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、炭素（Ｃ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）を挙げることができる。
　第１化合物半導体層は電気的に第１電極に接続されており、第２化合物半導体層は電気的に第２電極に接続されている。第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とする場合、第２電極は、例えば、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む、単層構成又は多層構成（例えば、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／白金層の積層構造、又は、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／ニッケル層の積層構造）から成る形態とすることができる。第１電極は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄを例示することができる。尚、多層構成における「／」の前の層ほど、より活性層側に位置する。以下の説明においても同様である。第１電極は第１化合物半導体層に電気的に接続されているが、第１電極が第１化合物半導体層上に形成された形態、第１電極が導電材料層やＧａＮ基板を介して第１化合物半導体層に接続された形態が包含される。第１電極や第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。
　第１電極や第２電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。
　また、第２電極をｐ型の導電型を有する第２化合物半導体層上に形成する場合、第２電極と第２化合物半導体層との間に透明導電性材料層を形成してもよい。透明導電性材料層を構成する透明導電性材料として、インジウム－錫酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム－亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯを含む）を例示することができる。
　本開示の半導体光デバイス等は、例えば、表示装置に適用することができる。即ち、このような表示装置として、本開示の半導体光デバイス等を光源として備えたプロジェクター装置や画像表示装置、モニター装置、本開示の半導体光デバイス等を光源として備えた反射型液晶表示装置、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、各種照明を挙げることができる。また、本開示の半導体光デバイス等を顕微鏡の光源として用いることができる。但し、これらの分野に限定するものではない。
　実施例１は、本開示の半導体光デバイスに関する。具体的には、実施例１の半導体光デバイスは、端面発光型の半導体レーザ素子、より具体的には、リッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造を有する半導体レーザ素子から成る。実施例１の半導体光デバイスの模式的な一部断面図を図１Ａ及び図１Ｂに示す。尚、図１Ａは、図１Ｂの矢印Ａ－Ａに沿った模式的な一部断面図であり、導波路構造（共振器構造）の延びる方向に対して平行な仮想平面で半導体光デバイスを切断したときの模式的な一部断面図である。また、図１Ｂは、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂに沿った模式的な一部断面図であり、導波路構造（共振器構造）の延びる方向に対して垂直な仮想平面で半導体光デバイスを切断したときの模式的な一部断面図である。
　実施例１の半導体光デバイスは、第１化合物半導体層３１、活性層（発光層）３３及び第２化合物半導体層３２が積層されて成る積層構造体３０を有しており、活性層３３は、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る。具体的には、実施例１にあっては、井戸層の層数は２であり、障壁層の層数は１である。図面においては、活性層３３を１層で表している。多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する活性層３３における（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の具体的な組合せを、実施例１においては、（ＩｎＧａＮ，ＧａＮ）としたが、このような組合せに限定するものではない。
　そして、各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層３３の井戸層におけるＸInの最大値ＸIn-maxからＸInの最小値ＸIn-minを減じた値（ΔＸ＝ＸIn-max－ＸIn-min）は０．０１以下である。
　実施例１の半導体光デバイスにあっては、第１化合物半導体層３１に隣接する井戸層内には、エピタキシャル成長方向に歪み量分布が存在し、第１化合物半導体層３１に隣接する第１原子層の歪み量が最も大きい。積層構造体３０は、ＧａＮ基板１１の半極性面又は無極性面から成る主面１２上に形成されており、この場合、主面の面方位とｃ軸との成す角度は、４５度以上、８０度以下である。より具体的には、実施例１にあっては、ＧａＮ基板１１の主面は、半極性面である｛２０－２１｝面から成る。更には、各井戸層において（実施例１にあっては、２層の井戸層において）、第１化合物半導体層３１側に位置する第１原子層には、エピタキシャル成長方向に引張り歪みが導入されている。
　また、実施例１にあっては、各井戸層におけるＸInの値は、０．１５以上、０．５０以下、好ましくは、０．２０以上、０．４５以下である。半導体光デバイスは、波長４４０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下、好ましくは、４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下の光を出射する。障壁層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、障壁層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＹInとしたとき、障壁層におけるＹInの値は０．０６以下である。
　積層構造体３０は、光を出射する第１端面２１、及び、第１端面２１と対向する第２端面２２を有する。光出射端面（第１端面）２１及び光反射端面（第２端面）には高反射コート層（ＨＲ）が形成されているが、これらのコート層の図示は省略している。尚、光出射端面（第１端面）２１の光反射率は、光反射端面（第２端面）２２の光反射率よりも低い。図示した例では、リッジストライプ構造２０の平面形状は、直線状である。また、リッジストライプ構造２０は、第２化合物半導体層３２を厚さ方向に一部エッチングすることで形成されている。リッジストライプ構造２０の下方の活性層３３の領域が、発光領域（電流注入領域）に相当する。リッジストライプ構造２０及びその両側は、ＳｉＯ2やＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3から成る絶縁層３４で被覆されている。第２化合物半導体層３２の頂面上の絶縁層３４の部分は除去されており、第２化合物半導体層３２の頂面には、Ｐｄ層／Ｐｔ層／Ａｕ層が積層されて成る第２電極４２が形成されている。また、ＧａＮ基板１１の裏面（主面１２と対向する面）には、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層が積層されて成る第１電極４１が形成されている。第１化合物半導体層３１は第１導電型（具体的には、ｎ型）を有し、第２化合物半導体層３２は、第１導電型と異なる第２導電型（具体的には、ｐ型）を有する。
　積層構造体３０の具体的な構成を、以下の表２に示すが、最下段に記載された化合物半導体層がｎ型ＧａＮ基板１１上に形成されている。積層構造体３０は、上述したとおり、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、活性層３３は、上述したとおり、ＩｎＧａＮ層から成る井戸層と、ＧａＮ層から成る障壁層とが積層された量子井戸構造を有する。ＧａＮ基板１１には、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。表２に示す組成の半導体光デバイスは緑色を出射する。第２クラッド層にあっては、ｐ－ＡｌＧａＮ層あるいはｐ－ＧａＮ層の一方のみを変調ドーピング構造としてもよい。また、第１クラッド層や第２クラッド層を、４元ＡｌＩｎＧａＮ層、具体的には、例えば、Ａｌ0.11Ｉｎ0.03Ｇａ0.86Ｎ層から構成することもできる。
［表２］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　以下、実施例１の半導体光デバイスの製造方法の概要を説明する。
　　［工程－１００］
　例えば、主面１２として｛２０－２１｝面を有するｎ型ＧａＮ基板１１を準備する。そして、先ず、サーマルクリーニング等によって、ＧａＮ基板１１の主面１２を清浄化する。次いで、このＧａＮ基板１１の主面１２の上に、ＭＯＣＶＤ法に基づき、成長温度を例えば１０００゜Ｃとして、バッファ層１３を結晶成長させる。続いて、成長温度を例えば１０００゜Ｃに保持して、第１クラッド層を成長させた後、第１ガイド層、活性層、第２ガイド層、電子障壁層、第２クラッド層、コンタクト層を、順次、形成する。第１ガイド層や活性層３３、第２ガイド層において、インジウム（Ｉｎ）原子の取り込みを向上させるために、成長温度を低下させる。例えば、活性層３３の形成温度を７２０゜Ｃ以上、７８０゜Ｃ以下とする。そして、ＭＯＣＶＤ法に基づく井戸層の形成時、下地温度及び／又は原料ガス混合比を制御することで、各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層３３の井戸層におけるＸInの最大値ＸIn-maxからＸInの最小値ＸIn-minを減じた値（＝ＸIn-max－ＸIn-min）を０．０１以下とする。実施例１においては、具体的には、下地温度を制御する。より具体的には、実施例１にあっては、活性層３３における第１化合物半導体層３１に隣接した第１層目のＩｎＧａＮ井戸層を７４０゜Ｃで成長させる。次いで、第１層目のＧａＮ障壁層を８００゜Ｃで成長させ、更に、第２層目のＩｎＧａＮ井戸層を７４３．０゜Ｃで成長させる。第１層目のＩｎＧａＮ井戸層及び第２層目のＩｎＧａＮ井戸層の組成は、以下の表３のとおりである。
［表３］
第１層目のＩｎＧａＮ井戸層：Ｉｎ0.258Ｇａ0.742Ｎ
第２層目のＩｎＧａＮ井戸層：Ｉｎ0.263Ｇａ0.737Ｎ
　　［工程－１１０］
　次に、第２化合物半導体層３２（具体的には、コンタクト層）の上にエッチング用マスクを形成し、このエッチング用マスクを用いて、例えばＲＩＥ法に基づき、第２化合物半導体層３２を厚さ方向に一部分、エッチングすることで、リッジストライプ構造２０を形成した後、エッチング用マスクを除去する。
　　［工程－１２０］
　その後、全面に絶縁層３４を形成し、第２化合物半導体層３２の頂面上に位置する絶縁層３４の部分を除去する。そして、露出した第２化合物半導体層３２の上に第２電極４２を形成する。また、ＧａＮ基板１１の裏面側を例えばラッピング及びポリッシングすることで、ＧａＮ基板１１の厚さを１００μｍ程度にした後、ＧａＮ基板１１の裏面に第１電極４１を形成する。
　　［工程－１３０］
　次いで、積層構造体３０を劈開することで第１端面２１及び第２端面２２を形成する。そして、第１端面２１及び第２端面２２のコート層を形成する。次いで、電極を外部の回路等に接続するために端子等を周知の方法に基づき形成し、パッケージや封止することで、実施例１の半導体光デバイスを完成させる。
　第１層目のＩｎＧａＮ井戸層の成膜温度と第２層目のＩｎＧａＮ井戸層の成膜温度の差ΔＴ（単位：゜Ｃ）と、３次元アトムプローブに基づき測定したΔＸ（＝ＸIn-max－ＸIn-min）の値を以下の表４に示す。更には、半導体レーザ素子の活性層から出射される光のＰＬ発光波長及び半値全幅（ＦＷＨＭ，Full Width Half Maximum）の値（単位：ｎｍ）を表４に示す。尚、比較例１Ａ、比較例１Ｂにおいては、ΔＴの値を、それぞれ、２．５゜Ｃ、０゜Ｃとした。
［表４］
　　　　　　　　ΔＴ　　　　ΔＸ　　　　　　発光波長　　　　ＦＷＨＭ
実施例１　　　　３．０　　　０．００５　　　５２９　　　　　３８
比較例１Ａ　　　２．５　　　０．００８　　　５２８　　　　　４２
比較例１Ｂ　　　０．０　　　０．０１９　　　５２８　　　　　４９
　実施例１の半導体光デバイスの暗視野走査透過電子顕微鏡像を図２及び図３に示す。また、活性層の歪み量分布の測定結果を併せて図２に示し、格子像の模式図を図３に示す。正の歪み量は引張り歪みを示し、負の歪み量は圧縮歪みを示す。活性層の歪み量分布の測定結果から、第１化合物半導体層３１に隣接する第１層目のＩｎＧａＮ井戸層において、第１化合物半導体層３１に隣接する第１原子層にはエピタキシャル成長方向に引張り歪みが導入されていることが判る。このような引張り歪みの導入は、第１化合物半導体層３１に隣接する第１原子層のＩｎ濃度が高いことに起因していると考えられる。更には、各井戸層において（即ち、第１層目のＩｎＧａＮ井戸層及び第２層目のＩｎＧａＮ井戸層において）、第１化合物半導体層３１側に位置する第１原子層には引張り歪みが導入されていることが判る。尚、第１原子層の厚さは０．６ｎｍである。
　以上のとおり、実施例１にあっては、活性層の井戸層におけるΔＸ（＝ＸIn-max－ＸIn-min）の値を０．０１以下とすることで、活性層３３にて生成する光の波長バラツキを抑制することができ（具体的には、半導体光デバイスから出射される光の半値幅を狭くすることができ）、優れた発光特性を有する半導体光デバイスを提供することができる。尚、成膜装置が変わるとΔＴとΔＸの関係も変わる。即ち、ΔＴとΔＸの関係は成膜装置に依存した値である。それ故、ΔＸの値を０．０１とするためには、種々の試験を行い、最適なΔＴの値を決定すればよい。原料ガス混合比を変えることでもΔＸの値を変えることができる。それ故、ΔＸの値を０．０１とするためには、種々の試験を行い、最適な原料ガス混合比を決定すればよい。
　以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した半導体光デバイスの構成、構造、半導体光デバイスの製造方法は例示であり、適宜、変更することができる。実施例においては、ＧａＮ基板の｛２０－２１｝面を主面として、その上に積層構造体を設けたが、ＧａＮ基板の主面はこれに限定されず、その他の半極性面、非極性面あるいは極性面（Ｃ面，｛０００１｝面）を用いることもできる。また、半導体光デバイスを専ら半導体レーザ素子として説明したが、半導体光デバイスとして、その他、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、半導体光増幅器とすることもできる。尚、ＳＬＤや半導体光増幅器の構成、構造は、光出射端面及び光反射端面における光反射率が異なる点を除き、実質的に、実施例１において説明した半導体光デバイスと同じ構成、構造とすることができる。
　また、実施例にあっては、リッジストライプ構造２０は、直線状に延びている形状としたが、これに限定するものでもないし、一定幅で延びているだけでなく、テーパー状あるいはフレア状としてもよい。具体的には、例えば、光出射端面から光反射端面に向かって、単調に、テーパー状に緩やかに広げられる構成、光出射端面から光反射端面に向かって、先ず広げられ、最大幅を超えた後、狭められる構成とすることができる。
　更には、半導体レーザ素子を、斜め導波路を有する斜めリッジストライプ型の分離閉じ込めヘテロ構造の半導体レーザ素子とすることもできる。このような半導体レーザ素子にあっては、例えば、直線状の２つのリッジストライプ構造が組み合わされた構造を有し、２つのリッジストライプ構造の交差する角度φの値は、例えば、
０＜φ≦１０（度）
好ましくは、
０＜φ≦６（度）
とすることが望ましい。斜めリッジストライプ型を採用することで、無反射コートされた光出射端面の反射率を、より０％の理想値に近づけることができ、その結果、半導体レーザ素子内で周回してしまうレーザ光の発生を防ぐことができ、メインのレーザ光に付随する副次的なレーザ光の生成を抑制できるといった利点を得ることができる。
　また、本開示のＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る積層構造体は、特に緑色光を効率良く発光するので、緑色領域で発光効率の良い面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬとも呼ばれる）を作製することが可能となる。尚、この面発光レーザ素子にあっては、２つの光反射層（Distributed Bragg Reflector 層、ＤＢＲ層）の間で光を共振させることによってレーザ発振が生じる。
　尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《半導体光デバイス》
　第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を有しており、
　活性層は、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、
　井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、
　各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値からＸInの最小値を減じた値は０．０１以下である半導体光デバイス。
［Ａ０２］第１化合物半導体層に隣接する井戸層内には、エピタキシャル成長方向に歪み量分布が存在し、第１化合物半導体層に隣接する第１原子層の歪み量が最も大きい［Ａ０１］に記載の半導体光デバイス。
［Ａ０３］積層構造体は、ＧａＮ基板の半極性面又は無極性面から成る主面上に形成されている［Ａ０２］に記載の半導体光デバイス。
［Ａ０４］主面の面方位とｃ軸との成す角度は、４５度以上、８０度以下である［Ａ０３］に記載の半導体光デバイス。
［Ａ０５］ＧａＮ基板の主面は｛２０－２１｝面から成る［Ａ０４］に記載の半導体光デバイス。
［Ａ０６］各井戸層において、第１化合物半導体層側に位置する第１原子層には、エピタキシャル成長方向に引張り歪みが導入されている［Ａ０２］乃至［Ａ０５］のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
［Ａ０７］各井戸層におけるＸInの値は、０．１５以上、０．５０以下である［Ａ０１］乃至［Ａ０６］のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
［Ａ０８］各井戸層におけるＸInの値は、０．２０以上、０．４５以下である［Ａ０７］に記載の半導体光デバイス。
［Ａ０９］波長４４０ｎｍ以上、６００ｎｍの光を出射する［Ａ０８］に記載の半導体光デバイス。
［Ａ１０］障壁層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、
　障壁層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＹInとしたとき、障壁層におけるＹInの値は０．０６以下である［Ａ０７］又は［Ａ０８］に記載の半導体光デバイス。
［Ｂ０１］《半導体光デバイスの製造方法》
　第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を有しており、
　活性層は、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、
　井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る半導体光デバイスの製造方法であって、
　有機金属化学的気相成長法に基づく井戸層の形成時、下地温度及び／又は原料ガス混合比を制御することで、各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値からＸInの最小値を減じた値を０．０１以下とする、半導体光デバイスの製造方法。
１１・・・ＧａＮ基板、１２・・・ＧａＮ基板の主面、１３・・・バッファ層、２０・・・リッジストライプ構造、２１・・・光出射端面（第１端面）、２２・・・光反射端面（第２端面）、３０・・・積層構造体、３１・・・第１化合物半導体層、３２・・・第２化合物半導体層、３３・・・活性層、３４・・・絶縁層、４１・・・第１電極、４２・・・第２電極

Claims (11)

  1. 　第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を有しており、
    　活性層は、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、
    　井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、
    　各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値からＸInの最小値を減じた値は０．０１以下である半導体光デバイス。
  2. 　第１化合物半導体層に隣接する井戸層内には、エピタキシャル成長方向に歪み量分布が存在し、第１化合物半導体層に隣接する第１原子層の歪み量が最も大きい請求項１に記載の半導体光デバイス。
  3. 　積層構造体は、ＧａＮ基板の半極性面又は無極性面から成る主面上に形成されている請求項２に記載の半導体光デバイス。
  4. 　主面の面方位とｃ軸との成す角度は、４５度以上、８０度以下である請求項３に記載の半導体光デバイス。
  5. 　ＧａＮ基板の主面は｛２０－２１｝面から成る請求項４に記載の半導体光デバイス。
  6. 　各井戸層において、第１化合物半導体層側に位置する第１原子層には、エピタキシャル成長方向に引張り歪みが導入されている請求項２に記載の半導体光デバイス。
  7. 　各井戸層におけるＸInの値は、０．１５以上、０．５０以下である請求項１に記載の半導体光デバイス。
  8. 　各井戸層におけるＸInの値は、０．２０以上、０．４５以下である請求項７に記載の半導体光デバイス。
  9. 　波長４４０ｎｍ以上、６００ｎｍの光を出射する請求項８に記載の半導体光デバイス。
  10. 　障壁層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成り、
    　障壁層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＹInとしたとき、障壁層におけるＹInの値は０．０６以下である請求項７に記載の半導体光デバイス。
  11. 　第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を有しており、
    　活性層は、複数の井戸層を備えた多重量子井戸構造を有しており、
    　井戸層はＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る半導体光デバイスの製造方法であって、
    　有機金属化学的気相成長法に基づく井戸層の形成時、下地温度及び／又は原料ガス混合比を制御することで、各井戸層におけるＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体のインジウム原子百分率をＸInとしたとき、活性層の井戸層におけるＸInの最大値からＸInの最小値を減じた値を０．０１以下とする、半導体光デバイスの製造方法。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001332817A (ja) * 2000-03-17 2001-11-30 Nec Corp 窒化物半導体素子およびその製造方法
JP2003046125A (ja) * 2001-07-30 2003-02-14 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子
JP2010123920A (ja) * 2008-10-20 2010-06-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法
US20100309943A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 The Regents Of The University Of California LONG WAVELENGTH NONPOLAR AND SEMIPOLAR (Al,Ga,In)N BASED LASER DIODES
JP2012238787A (ja) * 2011-05-13 2012-12-06 Toshiba Corp 半導体発光素子及びウェーハ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001332817A (ja) * 2000-03-17 2001-11-30 Nec Corp 窒化物半導体素子およびその製造方法
JP2003046125A (ja) * 2001-07-30 2003-02-14 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子
JP2010123920A (ja) * 2008-10-20 2010-06-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法
US20100309943A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 The Regents Of The University Of California LONG WAVELENGTH NONPOLAR AND SEMIPOLAR (Al,Ga,In)N BASED LASER DIODES
JP2012238787A (ja) * 2011-05-13 2012-12-06 Toshiba Corp 半導体発光素子及びウェーハ

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