WO2020017207A1 - 半導体発光素子 - Google Patents

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WO2020017207A1
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light emitting
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中山　雄介
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor light emitting device using, for example, a nitride semiconductor material.
  • LDs Laser Diodes
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • a semipolar or nonpolar nitride semiconductor can reduce the influence of a piezoelectric field and is effective in forming a semiconductor light emitting device that emits light in a long wavelength band.
  • Patent Document 1 discloses an optical device in which a layer having a lattice constant that is lattice-relaxed by spatially limiting misfit dislocations around a heterointerface is provided between a GaN substrate and an optical element structure. An element is disclosed.
  • a semiconductor light-emitting element is provided on a nitride semiconductor substrate having a main surface inclined in a range of 60 ° or more and 90 ° or less from a c-plane in an m-axis direction, and provided on the nitride semiconductor substrate.
  • Al x2 In x1 Ga (1-x1-x2) N (0 ⁇ x1 ⁇ 1, 0 ⁇ x2 ⁇ 1), and the intersection of the main surface of the nitride semiconductor substrate and the (1-100) plane intersects with each other.
  • dislocation directions in layers are mutually different on a nitride semiconductor substrate whose main surface is a surface inclined in a range from 60 ° to 90 ° in the m-axis direction from a c-plane.
  • Two different underlayers were provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a semiconductor laser as a specific example of the semiconductor light emitting device illustrated in FIG. 1.
  • 3 is a flowchart illustrating a method for forming the semiconductor laser illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view illustrating a method of forming the semiconductor laser shown in FIG. 2.
  • FIG. 4B is a schematic sectional view following FIG. 4A.
  • FIG. 4B is a schematic sectional view following FIG. 4B.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a plane orientation between a substrate illustrated in FIG. 1 and each underlying layer.
  • 5 is an SEM image of a first underlayer.
  • 5 is an SEM image of a second underlayer.
  • 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting device
  • Embodiment an example in which two layers having dislocation directions different from each other in a layer are provided as a base layer on a substrate
  • Configuration of semiconductor laser 1-2 Manufacturing method of semiconductor laser 1-3.
  • Action / effect 2.
  • Modification an example in which an intermediate layer is provided between the substrate and the first underlayer, between the first underlayer and the second underlayer, and between the second underlayer and the device layer
  • FIG. 1 schematically illustrates a cross-sectional configuration of a semiconductor light emitting device (semiconductor light emitting device 1) according to an embodiment of the present disclosure.
  • the semiconductor light emitting element 1 is, for example, a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode (LED) that emits light in a visible region, particularly, a wavelength of 480 nm or more.
  • the semiconductor light emitting device 1 according to the present embodiment has a structure in which a dislocation in a layer is formed on a substrate 11 (nitride semiconductor substrate) whose main surface is a surface inclined in a range of 60 ° or more and 90 ° or less from a c-plane in an m-axis direction.
  • FIG. 1 schematically illustrates a cross-sectional configuration of the semiconductor light-emitting element 1, which is different from an actual size and shape.
  • FIG. 2 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a semiconductor laser 1 ⁇ / b> A as a specific example of the semiconductor light emitting device 1.
  • the semiconductor laser 1A is, for example, a nitride-based semiconductor laser that oscillates a laser beam having a peak wavelength of 480 nm or more, and is used as a light source such as a laser display and a pointer.
  • a device layer 20 an n-type cladding layer 21, an n-type guide layer 22, an active layer 23, and a p-type layer are formed on a template substrate 10 including the substrate 11, the first underlayer 12, and the second underlayer 13.
  • the mold guide layer 24, the p-type cladding layer 25 having the ridge portion 25X, the contact layer 26, and the current constriction layer 27 provided on the side surface of the ridge portion 25X and the side surface of the contact layer 26 from the upper surface of the p-type cladding layer 25 are sequentially laminated. It has the structure which was done.
  • a lower electrode 31 and an upper electrode 32 are provided, respectively.
  • the substrate 11 is a nitride semiconductor substrate whose main surface is a surface inclined from the c-plane in the range of 60 ° to 90 ° in the m-axis direction.
  • the plane orientation of the substrate 11 is, for example, any one of (10-11), (20-21), (30-31), and (1-100).
  • the thickness of the substrate 11 is, for example, 300 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the first underlayer 12 is provided on the substrate 11 and is made of, for example, Al x2 In x1 Ga (1-x1-x2) N (0 ⁇ x1 ⁇ 1,0 ⁇ x2 ⁇ 1). As will be described later in detail, dislocations are introduced in the direction of the intersection between the main surface of the substrate 11 and the (1-100) plane (see FIG. 6A).
  • the first underlayer 12 preferably has a high indium (In) composition.
  • the indium (In) composition x1 of the first underlayer 12 is preferably 6% or more, more preferably 20% or more, and further preferably 30% or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is preferably, for example, 50% or less in consideration of the crystal growth conditions of the first underlayer 12 and the surface state after the growth.
  • the thickness (d1) of the first underlayer 12 is preferably, for example, 3 nm or more, more preferably 10 nm or more, and still more preferably 15 nm or more.
  • the upper limit is preferably smaller than the second underlayer 13 described later, and is, for example, less than 50 nm.
  • the second underlayer 13 is provided on the first base layer 12, for example, it is composed of Al y2 In y1 Ga (1- y1-y2) N (0 ⁇ y1 ⁇ 1,0 ⁇ y2 ⁇ 1) As will be described later in detail, dislocations are introduced in the direction of the intersection of the main surface of the substrate 11 and the (0001) plane (see FIG. 6B).
  • the second underlayer 13 preferably has a lower (In) composition than the first underlayer 12.
  • the indium (In) composition y1 of the second underlayer 13 is preferably less than 6%.
  • the lower limit is preferably 0.5% or more, more preferably 2% or more, and still more preferably 4% or more.
  • the thickness (d2) of the second underlayer 13 is preferably a thicker film than the first underlayer 12, and is preferably, for example, 50 nm or more, more preferably 200 nm or more, and further preferably 300 nm or more. .
  • the upper limit is preferably 1 ⁇ m or less in consideration of the flatness of the surface.
  • the dislocation directions of the first underlayer 12 and the second underlayer 13 occupy most of the layers, for example, 80% or more in the layers, and dislocations other than the above may be introduced.
  • the first underlayer 12 and the second underlayer 13 are each doped with, for example, silicon (Si) as an n-type dopant.
  • FIGS. 1 and 2 show an example in which the first underlayer 12 and the second underlayer 13 are laminated in this order, but the present invention is not limited to this, and the first underlayer 12 is formed on the second underlayer 13. You may do so.
  • the device layer 20 on the template substrate 10 is made of a nitride semiconductor.
  • the nitride semiconductor is, for example, GaN, AlGaN, GaInN, AlGaInN, or the like.
  • Boron (B) atoms, thallium (Tl) atoms, silicon (Si), oxygen (O), arsenic (As) atoms, phosphorus (P) atoms, and antimony (Sb) atoms may be included in the nitride semiconductor, if desired. Etc. may be included.
  • the n-type cladding layer 21 is provided on the second underlayer 13 of the template substrate 10 and is made of GaInN doped with, for example, silicon (Si) as an n-type dopant.
  • the n-type guide layer 22 is provided on the n-type cladding layer 21 and is made of, for example, GaInN doped with silicon (Si) as an n-type dopant.
  • the active layer 23 is provided on the n-type guide layer 22.
  • the active layer 23 has a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which a plurality of quantum well layers are stacked between barrier layers.
  • the active layer 23 is composed of both the quantum well layers and barrier layers, for example, Al a In b Ga c N ( 0 ⁇ a ⁇ 1,0 ⁇ b ⁇ 1,0 ⁇ c ⁇ 1).
  • the quantum well layer preferably contains indium (In), and the In composition in AlGaInN is preferably, for example, 15% or more and 50% or less, and more preferably 20% or more and 50% or less.
  • the thickness of the active layer 23 is preferably, for example, not less than 2 nm and not more than 10 nm.
  • the peak wavelength of the laser light oscillated from the active layer 23 is preferably, for example, 480 nm or more, and more preferably 500 nm or more.
  • the p-type guide layer 24 is provided on the active layer 23 and is made of, for example, undoped GaInN.
  • the p-type cladding layer 25 is provided on the p-type guide layer 24 and is made of, for example, AlGaN doped with magnesium (Mg) as a p-type dopant.
  • a thin stripe-shaped ridge portion 25X is formed as an optical waveguide, which is extended in the resonator direction for current confinement (in FIG. 2, the Z-axis direction).
  • the ridge 25X has a width of, for example, 1 ⁇ m to 50 ⁇ m (X-axis direction: w in FIG. 2), and has a height of, for example, 0.1 to 1 ⁇ m (Y-axis direction: h in FIG. 2).
  • the length of the ridge 25X in the resonator direction is preferably, for example, not less than 200 ⁇ m and not more than 3000 ⁇ m.
  • the contact layer 26 is provided on the ridge 25X of the p-type cladding layer 25, and is made of, for example, GaN doped with magnesium (Mg).
  • the lower electrode 31 is formed on the back surface of the substrate 11 and is made of metal.
  • a multilayer film (Ti / Pt / Au) in which titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially stacked from the substrate 11 side is given.
  • the lower electrode 31 only needs to be electrically connected to the n-type cladding layer 21 via the substrate 11 or the like, and does not necessarily need to be formed on the back surface of the substrate 11.
  • the upper electrode 32 is provided, for example, from the contact layer 26 to the side of the ridge portion 25X with the current constriction layer 27 therebetween, and is made of a metal like the lower electrode 31.
  • a multilayer film Pd / Pt / Au in which palladium (Pd), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially stacked from the side of the contact layer 26 is given.
  • the upper electrode 32 is extended in a band shape so as to constrict the current, and a region of the active layer 23 corresponding to the upper electrode 32 becomes a light emitting region.
  • FIG. 3 shows a flow of a method of manufacturing the semiconductor laser 1A
  • FIGS. 4A to 4C show a method of manufacturing the semiconductor laser 1A in the order of steps.
  • a substrate 11 made of GaN having, for example, a (20-21) plane as a main growth surface is prepared in the reactor (step S101).
  • the first underlayer 12 and the first underlayer 12 are formed on the upper surface (crystal growth surface) of the substrate 11 by using, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • an n-type cladding layer 21, an n-type guide layer 22, an active layer 23, a p-type guide layer 24, and a p-type The layer 25 and the contact layer 26 are formed in this order (Step S103).
  • a source gas of gallium is, for example, trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga)
  • a source gas of aluminum is, for example, trimethyl aluminum ((CH 3 ) 3 Al)
  • a source gas of indium for example, trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) is used, respectively.
  • Ammonia NH 3
  • monosilane (SiH 4 ) is used as a silicon source gas
  • bis (cyclopentadienyl) magnesium (C 5 H 5 ) 2 Mg) is used as a magnesium source gas.
  • the ridge 25X and the current confinement layer 27 are formed (Step S104). Specifically, for example, a mask is formed on the contact layer 26, and the contact layer 26 and a part of the p-type cladding layer 25 are formed using the mask by, for example, RIE (Reactive Ion Etching). The ridge portion 25X is formed by selective removal. Next, after forming, for example, a SiO 2 film on the p-type cladding layer 25 and the contact layer 26, an opening is provided on the upper surface of the ridge 25X to form the current confinement layer 27.
  • RIE Reactive Ion Etching
  • palladium (Pd), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially deposited on the contact layer 26 and the current confinement layer 27 using, for example, an evaporation method or a sputtering method, and then, for example, a photolithography method is used.
  • the upper electrode 32 is formed by patterning into a desired shape by the used etching.
  • the lower electrode 31 is formed on the back surface of the substrate 11 (Step S105).
  • a cavity end face is formed by cleavage (step S106). Further, it is divided into bars in the direction parallel to the end face of the resonator. Thus, the semiconductor laser 1A of the present embodiment is completed.
  • a low-reflectance insulating film is formed on one of the bar-shaped end faces, and a high-reflectance insulating film is formed on the other, and then the bars are pelletized. Thereafter, it is manufactured according to a general semiconductor laser manufacturing method.
  • the semiconductor laser 1A of the present embodiment when a predetermined voltage is applied between the lower electrode 31 and the upper electrode 32, a current is injected into the active layer 23, and light emission occurs due to recombination of electrons and holes. . This light is repeatedly reflected on a pair of resonator end faces, and then emitted from one end face as laser light having a predetermined wavelength. In this way, laser oscillation is performed.
  • the active layer formed on the GaN substrate using a general method is growing coherently.
  • the lattice constant difference from the GaN substrate increases. It becomes large and exceeds the critical film thickness.
  • crystal defects and dislocations are introduced into the active layer, and the crystallinity deteriorates.
  • a main layer of the GaN substrate is lattice-relaxed by providing a layer having a lattice constant that is lattice-relaxed by spatially limiting misfit dislocations around the heterointerface on the GaN substrate.
  • the GaN substrate having a semipolar plane or a nonpolar plane as a main surface has crystal anisotropy, it is difficult to sufficiently relax the lattice by the above method, and the lattice relaxation is often caused by partial relaxation.
  • the semiconductor light emitting device 1 (and the semiconductor laser 1A) of the present embodiment
  • Al x2 In x1 Ga (1-x1-x2) N (0 ⁇ x1 ⁇ 1, 0 ⁇ x2 ⁇ 1), and extends along the direction of intersection of the main surface of the substrate 11 and the (1-100) plane.
  • the first underlayer 12 having dislocations and Al y2 In y1 Ga (1-y1-y2) N (0 ⁇ y1 ⁇ 1,0 ⁇ y2 ⁇ 1) are formed.
  • the second underlayer 13 having dislocations along the intersecting direction.
  • FIG. 5 shows the intersection lines of the (0001) plane and the (1-100) plane that intersect with the configuration of the crystal plane of the GaN substrate.
  • the substrate 11 made of a GaN substrate whose main surface is a plane inclined from the c-axis has anisotropy in the growth direction (perpendicular to the main surface of the substrate).
  • the first underlayer 12 has a high indium (In) composition and is formed as a thin film having a thickness of, for example, 3 nm or more and less than 50 nm
  • a large strain is locally applied, as shown in FIG. 6A.
  • dislocations are introduced in the direction of intersection of the main surface of the substrate 11 made of a GaN substrate and the (1-100) plane.
  • the second underlayer 13 has a low indium (In) composition and, when formed as a thick film having a thickness of, for example, 50 nm or more and 500 nm or less, strain is applied to a wider area than the first underlayer 12. As shown in FIG. 6B, dislocations are introduced in the direction of intersection of the main surface of substrate 11 and the (0001) plane.
  • the first underlayer 12 and the second underlayer 13 By laminating the first underlayer 12 and the second underlayer 13 on the substrate 11, it is possible to form an underlayer whose lattice is sufficiently relaxed on the substrate 11. Therefore, it is possible to improve the crystallinity of the active layer 23 formed above the substrate 11 whose main surface is a plane inclined in the range of 60 ° to 90 ° in the m-axis direction from the c-plane.
  • the substrate 11 whose main surface is a surface inclined from 60 ° to 90 ° in the m-axis direction from the c-plane As described above, it is made of Al x2 In x1 Ga (1-x1-x2) N (0 ⁇ x1 ⁇ 1,0 ⁇ x2 ⁇ 1), and the intersection of the main surface of the substrate 11 and the (1-100) plane is formed.
  • a first base layer 12 having a dislocation line direction Al y2 in y1 Ga (1 -y1-y2) consists N (0 ⁇ y1 ⁇ 1,0 ⁇ y2 ⁇ 1), the principal surface of the substrate 11 (0001 )
  • the second underlayer 13 having dislocations in the direction intersecting with the plane.
  • the light emitting characteristics of the semiconductor light emitting device 1 (and the semiconductor laser 1A) having the active layer 23 having a high indium (In) composition and having a peak intensity in a long wavelength band of, for example, 480 nm or more can be improved.
  • FIG. 7 schematically illustrates a cross-sectional configuration of a semiconductor light emitting device (semiconductor light emitting device 2) according to an embodiment of the present disclosure.
  • the semiconductor light emitting element 2 is, for example, a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode (LED) that emits light in a visible region, particularly, a wavelength of 480 nm or more, as in the above-described embodiment.
  • the semiconductor light emitting device 2 of the present modification has a first lower surface on a substrate 11 whose main surface is a surface inclined in the range of 60 ° or more and 90 ° or less from the c-plane in the m-axis direction.
  • a device layer 20 (device) having an active layer (for example, active layer 23) is provided on a template substrate 40 on which a ground layer 12 and a second underlayer 13 are stacked in this order.
  • active layer 23 for example, active layer 23
  • the template substrate 40 between the substrate 11 and the first underlayer 12, between the first underlayer 12 and the second underlayer 13, and between the second underlayer 13 and the device layer 20.
  • the third embodiment differs from the first embodiment in that intermediate layers 44, 45, and 46 are provided.
  • the intermediate layers 44, 45, and 46 are made of, for example, GaN doped with silicon (Si) as an n-type dopant.
  • the intermediate layers 44, 45 and 46 are preferably provided when the first underlayer 12 and the second underlayer 13 are made of a quaternary mixed crystal of AlGaInN having a larger lattice constant than the substrate 11.
  • the thickness of the intermediate layers 44, 45, 46 is, for example, not less than 2 nm and not more than 100 nm.
  • the first underlayer 12 and the second underlayer 13 are formed by the AlGaInN layer having a larger lattice constant than the substrate 11, the first lower layer 12 and the first underlayer 12 By providing intermediate layers 44, 45, 46 made of GaN doped with, for example, silicon (Si), between the ground layer 12 and the second underlayer 13 and between the second underlayer 13 and the device layer 20, respectively. , Flatness can be improved. Thereby, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
  • the present disclosure has been described above with reference to the embodiment and the modified examples, the present disclosure is not limited to the above-described embodiment and the like, and can be variously modified.
  • the components, arrangement, number, and the like of the semiconductor laser 1A illustrated in the above embodiment are merely examples, and it is not necessary to include all the components, and may further include other components. .
  • a nitride semiconductor substrate having, as a main surface, a surface inclined in a range of 60 ° or more and 90 ° or less from a c-plane in an m-axis direction; It is provided on the nitride semiconductor substrate, is composed of Al x2 In x1 Ga (1-x1-x2) N (0 ⁇ x1 ⁇ 1,0 ⁇ x2 ⁇ 1), and has a main surface of the nitride semiconductor substrate and ( A first layer having dislocations along an intersection line intersecting with the (1-100) plane and Al y2 In y1 Ga (1-y1-y2) N (0 ⁇ y1 ⁇ 1, 0 ⁇ y2 ⁇ 1) A base layer on which a second layer having dislocations along an intersection line where a main surface of the nitride semiconductor substrate and a (0001) plane intersect is stacked; A device layer including an active layer provided on the underlayer.
  • the semiconductor light emitting device according to any one of the above.
  • [5] The semiconductor light emitting device according to any one of [1] to [4], wherein the active layer is coherently grown above a GaInN layer having an In composition of 0.5% or more.
  • the active layer oscillates a laser beam having a peak wavelength of 480 nm or more.
  • the active layer contains indium (In) in a range of 20% to 50%.

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Abstract

本開示の一実施形態の半導体発光素子は、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に設けられ、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなると共に、窒化物半導体基板の主面と（１－１００）面とが交差する交線に沿った転位を有する第１層およびＡｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなると共に、窒化物半導体基板の主面と（０００１）面とが交差する交線に沿った転位を有する第２層が積層された下地層と、下地層上に設けられた活性層を含むデバイス層とを備える。

Description

半導体発光素子
　本開示は、例えば窒化物半導体材料を用いた半導体発光素子に関する。
　近年、光源用途として窒化物半導体を用いた青色帯域～緑色帯域の光を発する半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）および発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）の開発が活発に行われている。その中でも、半極性や非極性の窒化物半導体は、ピエゾ電界の影響を小さくでき、長波長帯域の光を発する半導体発光素子を構成する上で効果的である。
　ＧａＩｎＮからなる活性層を有する半導体発光素子の発光波長を長波長化するためには、インジウム（Ｉｎ）の組成を高くする必要がある。一般的な方法を用いて高Ｉｎ組成の活性層をＧａＮ基板上に結晶成長させる場合、高Ｉｎ組成の活性層はＧａＮ基板と格子整合しながら成長するため格子不整合度が高くなり、結晶欠陥や転位が導入されて結晶性が悪化する。
　これに対して、例えば特許文献１では、ＧａＮ基板と光学素子構造との間に、ヘテロ界面周辺のミスフィット転位を空間的に制限することにより格子緩和された格子定数を有する層を設けた光学素子が開示されている。
特表２０１３－５０２７３０号公報
　ところで、窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、発光特性の向上が求められている。
　発光特性を向上させることが可能な半導体発光素子を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の半導体発光素子は、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に設けられ、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなると共に、窒化物半導体基板の主面と（１－１００）面とが交差する交線に沿った転位を有する第１層およびＡｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなると共に、窒化物半導体基板の主面と（０００１）面とが交差する交線に沿った転位を有する第２層が積層された下地層と、下地層上に設けられた活性層を含むデバイス層とを備えたものである。
　本開示の一実施形態の半導体発光素子では、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする窒化物半導体基板上に、層内の転位方向が互いに異なる下地層を２層設けるようにした。この２層の下地層は、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなる第１層と、Ａｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなる第２層であり、それぞれの転位方向は、窒化物半導体基板の主面と（１－１００）面と、および（０００１）面とが交差する交線に沿った２方向である。これにより、十分に格子緩和された下地層が形成され、窒化物半導体基板の上方に形成される活性層の結晶性を改善する。
　本開示の一実施形態の半導体発光素子によれば、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする窒化物半導体基板上に、上記のように、層内に互いに異なる転位方向を有するＡｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなる第１層と、Ａｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなる第２層とが積層された下地層を形成するようにしたので、下地層の格子緩和が促進され、窒化物半導体基板の上方に形成される活性層の結晶品質が向上する。よって、優れた発光特性を有する半導体発光素子を提供することが可能となる。
　なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
本開示の実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面模式図である。 図１に示した半導体発光素子の一具体例としての半導体レーザの構成の一例を表す断面模式図である。 図２に示した半導体レーザの形成方法を表す流れ図である。 図２に示した半導体レーザの形成方法を説明する断面模式図である。 図４Ａに続く断面模式図である。 図４Ｂに続く断面模式図である。 図１に示した基板と各下地層との面方位を説明する図である。 第１下地層のＳＥＭ画像である。 第２下地層のＳＥＭ画像である。 本開示の変形性に係る半導体発光素子の構成を表す断面模式図である。
　以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．実施の形態
（基板上に下地層として層内の転位方向が互いに異なる２層を設けた例）
　　　１－１．半導体レーザの構成
　　　１－２．半導体レーザの製造方法
　　　１－３．作用・効果
　２．変形例
（基板と第１下地層との間、第１下地層と第２下地層との間、第２下地層とデバイス層との間に、それぞれ中間層を設けた例）
＜１．実施の形態＞
　図１は、本開示の一実施の形態に係る半導体発光素子（半導体発光素子１）の断面構成を模式的に表したものである。この半導体発光素子１は、例えば可視領域、特に４８０ｎｍ以上の波長の光を出射する半導体レーザ（ＬＤ）あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）等である。本実施の形態の半導体発光素子１は、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする基板１１（窒化物半導体基板）上に、層内の転位方向が互いに異なる第１下地層１２（第１層）および第２下地層１３がこの順に積層されたものであり、第２下地層１３（第２層）上には、さらに活性層（例えば、活性層２３）を有するデバイス層２０（デバイス）が設けられている。なお、図１は、半導体発光素子１の断面構成を模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。
（１－１．半導体レーザの構成）
　図２は、半導体発光素子１の一具体例としての半導体レーザ１Ａの断面構成の一例を模式的に表したものである。半導体レーザ１Ａは、例えば４８０ｎｍ以上のピーク波長を有するレーザ光を発振する窒化物系の半導体レーザであり、例えばレーザディスプレイやポインタ等の光源として用いられるものである。半導体レーザ１Ａでは、上記基板１１、第１下地層１２および第２下地層１３からなるテンプレート基板１０上に、デバイス層２０として、ｎ型クラッド層２１、ｎ型ガイド層２２、活性層２３、ｐ型ガイド層２４、リッジ部２５Ｘを有するｐ型クラッド層２５、コンタクト層２６およびｐ型クラッド層２５の上面からリッジ部２５Ｘの側面およびコンタクト層２６の側面に設けられた電流狭窄層２７が順に積層された構成を有する。基板１１の裏面（上記デバイス層２０の形成面とは反対側の面）およびコンタクト層２６上には、それぞれ、下部電極３１および上部電極３２が設けられている。
　基板１１は、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする窒化物半導体基板である。基板１１の面方位は、例えば、（１０－１１）、（２０－２１）、（３０－３１）および（１－１００）のうちのいずれかである。基板１１の厚みは、例えば３００μｍ～５００μｍである。
　第１下地層１２は、基板１１上に設けられており、例えば、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）により構成されており、詳細は後述するが、基板１１の主面と（１－１００）面との交線方向に転位が導入されている（図６Ａ参照）。第１下地層１２は、高いインジウム（Ｉｎ）組成を有することが好ましい。例えば、第１下地層１２のインジウム（Ｉｎ）組成ｘ１は６％以上であることが好ましく、より好ましくは２０％以上、さらに好ましくは３０％以上である。上限については特に問わないが、第１下地層１２の結晶成長の条件や成長後の表面状態を鑑みて、例えば５０％以下であることが好ましい。第１下地層１２の厚み（ｄ１）は、例えば３ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上、さらに好ましくは１５ｎｍ以上である。上限については、後述する第２下地層１３よりも薄膜であることが好ましく、例えば５０ｎｍ未満である。
　第２下地層１３は、第１下地層１２上に設けられており、例えば、Ａｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）により構成されており、詳細は後述するが、基板１１の主面と（０００１）面との交線方向に転位が導入されている（図６Ｂ参照）。第２下地層１３は、第１下地層１２よりも（Ｉｎ）組成が低いことが好ましく、例えば、第２下地層１３のインジウム（Ｉｎ）組成ｙ１は６％未満であることが好ましい。下限は０．５％以上であることが好ましく、より好ましくは２％以上、さらに好ましくは４％以上である。第２下地層１３の厚み（ｄ２）は、第１下地層１２よりも厚膜であることが好ましく、例えば５０ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは、２００ｎｍ以上、さらに好ましくは３００ｎｍ以上である。上限については、表面の平坦性を鑑みて、１μｍ以下とすることが好ましい。
　なお、上記第１下地層１２および第２下地層１３の上記転位方向は、層内において大部分、例えば８０％以上を占めるものであり、上記以外の転位が導入されていてもよい。また、第１下地層１２および第２下地層１３には、それぞれ、ｎ型ドーパントとして、例えばケイ素（Ｓｉ）がドープされている。更に、図１および図２では、第１下地層１２および第２下地層１３をこの順に積層した例を示したがこれに限らず、第２下地層１３上に第１下地層１２を形成するようにしてもよい。
　テンプレート基板１０上のデバイス層２０は、窒化物半導体により構成されている。窒化物半導体は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、または、ＡｌＧａＩｎＮ等である。窒化物半導体には、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子、タリウム（Ｔｌ）原子、ケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子およびアンチモン（Ｓｂ）原子等が含まれていてもよい。
　ｎ型クラッド層２１は、テンプレート基板１０の第２下地層１３上に設けられており、ｎ型のドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされたＧａＩｎＮにより構成されている。
　ｎ型ガイド層２２は、ｎ型クラッド層２１上に設けられており、ｎ型のドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされたＧａＩｎＮにより構成されている。
　活性層２３は、ｎ型ガイド層２２上に設けられている。活性層２３は、単一量子井戸構造または、障壁層を間に複数の量子井戸層が積層された多重量子井戸構造を有する。活性層２３は、量子井戸層および障壁層共に、例えばＡｌaＩｎbＧａcＮ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０＜ｃ≦１）からなる。量子井戸層はインジウム（Ｉｎ）を含んでいることが好ましく、ＡｌＧａＩｎＮにおけるＩｎ組成は、例えば１５％以上５０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは、２０％以上５０％以下である。活性層２３の厚みは、例えば２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。活性層２３から発振されるレーザ光のピーク波長は、例えば４８０ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５００ｎｍ以上である。
　ｐ型ガイド層２４は、活性層２３上に設けられており、例えばアンドープのＧａＩｎＮにより構成されている。
　ｐ型クラッド層２５は、ｐ型ガイド層２４上に設けられており、ｐ型のドーパントとして、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌＧａＮにより構成されている。ｐ型クラッド層２５の一部には、光導波路として、電流狭窄のための共振器方向（図２では、Ｚ軸方向）に延長された細いストライプ状のリッジ部２５Ｘが形成されている。リッジ部２５Ｘは、例えば１μｍ～５０μｍの幅（図２ではＸ軸方向：ｗ）を有し、例えば０．１～１μｍの高さ（図２ではＹ軸方向：ｈ）を有する。リッジ部２５Ｘの共振器方向の長さは、例えば２００μｍ以上３０００μｍ以下であることが好ましい。
　コンタクト層２６は、ｐ型クラッド層２５のリッジ部２５Ｘ上に設けられており、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＧａＮにより構成されている。
　リッジ部２５Ｘの側面を含むｐ型クラッド層２５上およびコンタクト層２６の側面には、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなる電流狭窄層２７が形成されている。
　下部電極３１は、基板１１の裏面に形成されており、金属によって構成されている。下部電極３１の一例としては、例えばチタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を基板１１側から順に積層した多層膜（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）が挙げられる。下部電極３１は、基板１１等を介してｎ型クラッド層２１と電気的に接続されていればよく、必ずしも基板１１の裏面に形成されていなくてもよい。
　上部電極３２は、例えばコンタクト層２６上から電流狭窄層２７を間にリッジ部２５Ｘの側面にかけて設けられており、下部電極３１と同様に金属によって構成されている。上部電極３２の一例としては、例えばパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層２６の側から順に積層した多層膜（Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ）が挙げられる。上部電極３２は、電流狭窄をするように帯状に延長されており、この上部電極３２に対応する活性層２３の領域が発光領域となる。
（１－２．半導体レーザの製造方法）
　本実施の形態の半導体レーザ１Ａは、例えば以下のように製造することができる。図３は、半導体レーザ１Ａの製造方法の流れを表したものであり、図４Ａ～図４Ｃは、半導体レーザ１Ａの製造方法を工程順に表したものである。
　まず、リアクター内に、例えば（２０－２１）面を成長の主面とするＧａＮよりなる基板１１を用意する（ステップＳ１０１）。次に、図４Ａに示したように、基板１１の上面（結晶成長面）に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属化学気相成長）法を用いて、第１下地層１２および第２下地層１３をこの順に形成する（ステップＳ１０２）。
　続いて、図４Ｂに示したように、第２下地層１３上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型クラッド層２１、ｎ型ガイド層２２、活性層２３、ｐ型ガイド層２４、ｐ型クラッド層２５およびコンタクト層２６を、この順に形成する（ステップＳ１０３）。
　なお、ＭＯＣＶＤを行う際、ガリウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）、アルミニウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、インジウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）をそれぞれ用いる。また、窒素の原料ガスとしてはアンモニア（ＮＨ3）を用いる。また、ケイ素の原料ガスとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、マグネシウムの原料ガスとしては例えばビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）を用いる。
　続いて、図４Ｃに示したように、リッジ部２５Ｘおよび電流狭窄層２７を形成する（ステップＳ１０４）。具体的には、例えばコンタクト層２６上にマスクを形成し、このマスクを利用して、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）法によりコンタクト層２６およびｐ型クラッド層２５の一部を選択的に除去してリッジ部２５Ｘを形成する。次に、ｐ型クラッド層２５およびコンタクト層２６の上に、例えばＳｉＯ2膜を成膜したのち、リッジ部２５Ｘの上面に開口を設けて電流狭窄層２７を形成する。
　続いて、コンタクト層２６および電流狭窄層２７上に、例えば蒸着法またはスパッタ法等を用いてパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を順に積膜したのち、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより所望の形状にパターニングして上部電極３２を形成する。次に、基板１１の裏面側を研磨して基板１１を所定の厚さ、例えば９０μｍの厚みにしたのち、基板１１の裏面に下部電極３１を形成する（ステップＳ１０５）。
　続いて、劈開により共振器端面を形成する（ステップＳ１０６）。また、共振器端面と平行方向のバー状に分割する。以上により、本実施の形態の半導体レーザ１Ａが完成する。
　その後、バー状の端面の一方に低反射率の絶縁膜を成膜し、他方に高反射率の絶縁膜を成膜したのち、バーをペレット化する。以降は、一般的な半導体レーザの製造方法に従って製造する。
　本実施の形態の半導体レーザ１Ａでは、下部電極３１と上部電極３２との間に所定の電圧が印加されると活性層２３に電流が注入され、電子と正孔との再結合により発光が生じる。この光は、一対の共振器端面において繰り返し反射されたのち、一方の端面から所定の波長のレーザ光として出射する。このようにして、レーザ発振がなされる。
（１－３．作用・効果）
　前述したように、近年、光源用途として窒化物半導体を用いた青色帯域～緑色帯域の光を発する半導体レーザおよび発光ダイオードの開発が活発に行われている。その中でも、半極性や非極性の窒化物半導体は、ピエゾ電界の影響を小さくでき、長波長帯域の光を発する半導体発光素子を構成する上で効果的である。
　一般的な方法を用いてＧａＮ基板上に形成される活性層はコヒーレントに成長している。ＧａＩｎＮからなる活性層を有する半導体発光素子の発光波長を長波長化するためには、インジウム（Ｉｎ）の組成を高くする必要があるが、Ｉｎの組成が高くなるとＧａＮ基板との格子定数差が大きくなり、臨界膜厚を超えてしまう。これにより、活性層には結晶欠陥や転位が導入され、結晶性が悪化する。この問題を解決する方法としては、ＧａＮ基板上にヘテロ界面周辺のミスフィット転位を空間的に制限することにより格子緩和された格子定数を有する層を設けることで、ＧａＮ基板の主面を格子緩和させる方法が挙げられる。しかしながら、半極性面や非極性面を主面とするＧａＮ基板は結晶の異方性を有するため、上記方法では十分に格子緩和させることが難しく、部分緩和となってしまう場合が多い。
　これに対して、本実施の形態の半導体発光素子１（および半導体レーザ１Ａ）では、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする基板１１上に、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなり、基板１１の主面と（１－１００）面との交線方向に沿った転位を有する第１下地層１２と、Ａｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなり、基板１１の主面と（０００１）面との交線方向に沿った転位を有する第２下地層１３とを積層するようにした。
　図５は、ＧａＮ基板の結晶面の立体配置と交差する（０００１）面および（１－１００）面の交線を表したものである。ｃ軸から傾斜した面を主面とするＧａＮ基板からなる基板１１は、成長方向（基板主面に対する垂直方向）に対して異方性を有する。第１下地層１２は、上述したように、高いインジウム（Ｉｎ）組成を有すると共に、例えば厚さ３ｎｍ以上５０ｎｍ未満の薄膜として形成した場合、局所的に大きな歪がかかり、図６Ａに示したように、ＧａＮ基板からなる基板１１の主面と（１－１００）面との交線方向に転位が導入される。第２下地層１３は、上述したように、低いインジウム（Ｉｎ）組成を有すると共に、例えば厚さ５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚膜として形成した場合、第１下地層１２よりも広範囲に歪がかかり、図６Ｂに示したように、基板１１の主面と（０００１）面との交線方向に転位が導入される。これら第１下地層１２および第２下地層１３を基板１１上に積層することにより、基板１１上に十分に格子緩和した下地層を形成することが可能となる。よって、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする基板１１の上方に形成される、活性層２３の結晶性を改善することが可能となる。
　以上のように、本実施の形態の半導体発光素子１（および半導体レーザ１Ａ）では、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする基板１１上に、上記のように、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなり、基板１１の主面と（１－１００）面との交線方向に転位を有する第１下地層１２と、Ａｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなり、基板１１の主面と（０００１）面との交線方向に転位を有する第２下地層１３とを積層するようにした。これにより、下地層による格子緩和が促進され、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする基板１１の上方に形成される活性層２３の結晶品質が向上する。よって、優れた発光特性を有する半導体発光素子１（および半導体レーザ１Ａ）を提供することが可能となる。特に、高いインジウム（Ｉｎ）組成を有する活性層２３を備えた、例えば４８０ｎｍ以上の長波長帯域にピーク強度を有する半導体発光素子１（および半導体レーザ１Ａ）の発光特性を向上させることが可能となる。
＜２．変形例＞
　図７は、本開示の一実施の形態に係る半導体発光素子（半導体発光素子２）の断面構成を模式的に表したものである。この半導体発光素子２は、上記実施の形態と同様に、例えば可視領域、特に４８０ｎｍ以上の波長の光を出射する半導体レーザ（ＬＤ）あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）等である。本変形例の半導体発光素子２は、半導体発光素子１と同様に、ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする基板１１上に、第１下地層１２および第２下地層１３がこの順に積層されたテンプレート基板４０上に、活性層（例えば、活性層２３）を有するデバイス層２０（デバイス）が設けられたものである。本変形例では、テンプレート基板４０として、基板１１と第１下地層１２との間、第１下地層１２と第２下地層１３との間、第２下地層１３とデバイス層２０との間に、それぞれ中間層４４，４５，４６が設けられた点が上記実施の形態とは異なる。
　中間層４４，４５，４６は、ｎ型のドーパントとして、例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされたＧａＮにより構成されている。中間層４４，４５，４６は、第１下地層１２および第２下地層１３が基板１１よりも格子定数が大きなＡｌＧａＩｎＮの４元混晶で構成されている場合に設けることが好ましい。中間層４４，４５，４６の厚みは、例えば２ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
　以上のように、基板１１よりも大きな格子定数を有するＡｌＧａＩｎＮ層により第１下地層１２および第２下地層１３を形成する場合には、基板１１と第１下地層１２との間、第１下地層１２と第２下地層１３との間、第２下地層１３とデバイス層２０との間に、例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされたＧａＮからなる中間層４４，４５，４６をそれぞれ設けることで、平坦性を向上することが可能となる。これにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、中間層４４，４５，４６は全て設ける必要はなく、いずれか１層を設けるようにしてもよい。
　以上、実施の形態および変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態において例示した半導体レーザ１Ａの構成要素、配置および数等は、あくまで一例であり、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素をさらに備えていてもよい。
　また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、本開示の効果は、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
　なお、本開示は以下のような構成であってもよい。
［１］
　ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする窒化物半導体基板と、
　前記窒化物半導体基板上に設けられ、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなると共に、前記窒化物半導体基板の主面と（１－１００）面とが交差する交線に沿った転位を有する第１層およびＡｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなると共に、前記窒化物半導体基板の主面と（０００１）面とが交差する交線に沿った転位を有する第２層が積層された下地層と、
　前記下地層上に設けられた活性層を含むデバイス層と
　を備えた半導体発光素子。
［２］
　前記第１層のインジウム（Ｉｎ）組成ｘ１および前記第２層のインジウム（Ｉｎ）組成ｙ１は下記式（１）を満たす、前記［１］に記載の半導体発光素子。

（数１）０．５％≦ｙ１＜６％≦ｘ１≦１００％・・・（１）

［３］
　前記第１層の膜厚ｄ１および前記第２層の膜厚ｄ２は下記式（２）を満たす、前記［１］または［２］に記載の半導体発光素子。

（数２）３ｎｍ≦ｄ１＜５０ｎｍ≦ｄ２≦１μｍ・・・（２）

［４］
　前記窒化物半導体基板の主面は、（１０－１１）、（２０－２１）、（３０－３１）および（１－１００）のうちのいずれかである、前記［１］乃至［３］のうちのいずれかに記載の半導体発光素子。
［５］
　前記活性層は、０．５％以上のＩｎ組成を有するＧａＩｎＮ層の上方にコヒーレントに成長されている、前記［１］乃至［４］のうちのいずれかに記載に半導体発光素子。
［６］
　前記活性層は４８０ｎｍ以上のピーク波長を有するレーザ光を発振する、前記［１］乃至［５］のうちのいずれかに記載の半導体発光素子。
［７］
　前記活性層は、インジウム（Ｉｎ）を２０％以上５０％以下の範囲で含む、前記［１］乃至［６］のうちのいずれかに記載の半導体発光素子。
［８］
　前記第１層および前記第２層はＡｌＧａＩｎＮの４元系からなり、前記窒化物半導体基板よりも格子定数が大きい、前記［１］乃至［７］のうちのいずれかに記載の半導体発光素子。
　本出願は、日本国特許庁において２０１８年７月２０日に出願された日本特許出願番号２０１８－１３６６２７号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (8)

  1. 　ｃ面からｍ軸方向に６０°以上９０°以下の範囲で傾斜した面を主面とする窒化物半導体基板と、
    　前記窒化物半導体基板上に設けられ、Ａｌx2Ｉｎx1Ｇａ(1-x1-x2)Ｎ（０＜ｘ１＜１，０≦ｘ２＜１）からなると共に、前記窒化物半導体基板の主面と（１－１００）面とが交差する交線に沿った転位を有する第１層およびＡｌy2Ｉｎy1Ｇａ(1-y1-y2)Ｎ（０＜ｙ１＜１，０≦ｙ２＜１）からなると共に、前記窒化物半導体基板の主面と（０００１）面とが交差する交線に沿った転位を有する第２層が積層された下地層と、
    　前記下地層上に設けられた活性層を含むデバイス層と
    　を備えた半導体発光素子。
  2. 　前記第１層のインジウム（Ｉｎ）組成ｘ１および前記第２層のインジウム（Ｉｎ）組成ｙ１は下記式（１）を満たす、請求項１に記載の半導体発光素子。

    （数１）０．５％≦ｙ１＜６％≦ｘ１≦１００％・・・（１）
  3. 　前記第１層の膜厚ｄ１および前記第２層の膜厚ｄ２は下記式（２）を満たす、請求項１に記載の半導体発光素子。

    （数２）３ｎｍ≦ｄ１＜５０ｎｍ≦ｄ２≦１μｍ・・・（２）
  4. 　前記窒化物半導体基板の主面は、（１０－１１）、（２０－２１）、（３０－３１）および（１－１００）のうちのいずれかである、請求項１に記載の半導体発光素子。
  5. 　前記活性層は、０．５％以上のＩｎ組成を有するＧａＩｎＮ層の上方にコヒーレントに成長されている、請求項１に記載に半導体発光素子。
  6. 　前記活性層は４８０ｎｍ以上のピーク波長を有するレーザ光を発振する、請求項１に記載の半導体発光素子。
  7. 　前記活性層は、インジウム（Ｉｎ）を２０％以上５０％以下の範囲で含む、請求項１に記載の半導体発光素子。
  8. 　前記第１層および前記第２層はＡｌＧａＩｎＮの４元系からなり、前記窒化物半導体基板よりも格子定数が大きい、請求項１に記載の半導体発光素子。
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