JP2018064061A - 半導体発光素子、照明装置、ヘッドライト、移動体、イルミネーション装置、映像装置、投射型映像装置及びプロジェクター。 - Google Patents

Abstract

【課題】動作電圧を低減することが可能な半導体発光素子を提供すること。【解決手段】１３族窒化物半導体により形成された第１の半導体積層構造であって、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含む第１の半導体積層構造と、１３族窒化物半導体により形成された第２の半導体積層構造であって、前記第１の半導体積層構造と接続され、二次元正孔ガスを形成する積層構造を有し、前記二次元正孔ガスを電流経路とする第２の半導体積層構造と、前記第１の半導体積層構造に接続されたｎ側電極と、前記第２の半導体積層構造に接続されたｐ側電極と、を有する半導体発光素子により上記課題を解決する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子、照明装置、ヘッドライト、移動体、イルミネーション装置、映像装置、投射型映像装置及びプロジェクターに関する。

従来から、１３族窒化物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザが知られている。半導体レーザとしては、例えば電流狭窄部の側面を誘電体多層膜からなるＤＢＲで覆い、横方向の光の閉じ込めを行うことで光損失を効果的に低減させる構造を具備する面発光レーザが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば共振器中の定在波のピーク位置に複数の活性層を配置する周期利得構造の面発光レーザが開示されている（例えば、特許文献２参照）。この面発光レーザでは、活性層の間に形成する中間層を、Ｍｇドープ層、Ｉｎを含む窒化物半導体の順に積層した構造としている。

また、例えば透光性電極の外周に導電性材料を配置し、活性層への電流注入を均一にする構造を具備した面発光レーザが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

ところで、従来の面発光レーザでは、ｐ側電極として、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＡＴＯ、ＩＴＯ、ＭｇＯ、Ｎｉ／Ａｕ等の透光性電極が使用されている。これらの透光性電極は、光を少なからず吸収してしまうため、その厚さを厚くすることができない。そのため、積層構造の積層方向と垂直な方向に電流を流す場合、抵抗が高くなり、動作電圧の上昇を招いていた。

そこで、上記課題を鑑み、動作電圧を低減することが可能な半導体発光素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る半導体発光素子は、１３族窒化物半導体により形成された第１の半導体積層構造であって、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含む第１の半導体積層構造と、１３族窒化物半導体により形成された第２の半導体積層構造であって、前記第１の半導体積層構造と接続され、二次元正孔ガスを形成する積層構造を有し、前記二次元正孔ガスを電流経路とする第２の半導体積層構造と、前記第１の半導体積層構造に接続されたｎ側電極と、前記第２の半導体積層構造に接続されたｐ側電極と、を有する。

開示の技術によれば、動作電圧を低減することが可能な半導体発光素子を提供することができる。

本発明の実施形態の半導体発光素子の一例を示す概略断面図 第１の半導体積層構造の一例を示す概略断面図（１） 第１の半導体積層構造の一例を示す概略断面図（２） 第２の半導体積層構造の一例を示す概略断面図 ｐ側電極の配置を説明するための概略断面図 本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図（１） 本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図（２） 本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図（３） 実施例１の半導体発光素子を説明するための図 実施例２の半導体発光素子を説明するための図 実施例３の半導体発光素子を説明するための図 実施例４の半導体発光素子を説明するための図 実施例５の半導体発光素子を説明するための図 実施例６の半導体発光素子を説明するための図 実施例７の半導体発光素子を説明するための図

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

本発明の実施形態の半導体発光素子について説明する。図１は、本発明の実施形態の半導体発光素子の一例を示す概略断面図である。図２及び図３は、第１の半導体積層構造の一例を示す概略断面図である。図４は、第２の半導体積層構造の一例を示す概略断面図である。図５は、ｐ側電極の配置を説明するための概略断面図である。

図１に示されるように、本発明の実施形態の半導体発光素子は、第１の半導体積層構造１０と、第２の半導体積層構造２０と、ｎ側電極３０と、ｐ側電極４０とを有する。第１の半導体積層構造１０は、ｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３を含む。第２の半導体積層構造２０は、第１の１３族窒化物半導体２１及び第２の１３族窒化物半導体２２を含む。半導体発光素子は、ｎ側電極３０とｐ側電極４０と間に電圧が印加されることにより、活性層１２に電子と正孔を注入され、電子と正孔との再結合によって発光する。

第１の半導体積層構造１０は、１３族窒化物半導体により形成された半導体積層構造であって、ｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３を含む。１３族窒化物半導体は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）の１３族金属元素から選択される１３族金属と窒素とからなるウルツ鉱型の窒化物半導体である。

本発明の実施形態では、１３族窒化物半導体の極性面であるｃ面の窒素極性面から１３族金属極性面に向かう方向を１３族金属方向（＋ｃ軸方向（＜０００１＞方向））と称する。また、１３族窒化物半導体の極性面であるｃ面の１３族金属極性面から窒素極性面に向かう方向を窒素極性方向（−ｃ軸方向（＜０００−１＞方向））と称する。また、＋ｃ軸方向に結晶成長させる場合を１３族金属面成長（例えばＧａ面成長）、−ｃ軸方向に結晶成長させる場合を窒素面成長と称する。

ｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３の積層方向は、活性層１２に電子及び正孔が注入され、それらの再結合によって発光する構造であれば、特に限定するものではない。例えば、図２に示されるように、＋ｃ軸方向に沿ってｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３の順であってもよく、図３に示されるように、＋ｃ軸方向に沿ってｐ型半導体層１３、活性層１２及びｎ型半導体層１１の順であってもよい。

第２の半導体積層構造２０は、１３族窒化物半導体により形成された半導体積層構造であって、第１の半導体積層構造１０と接続され、二次元正孔ガス２３を形成する積層構造を有し、二次元正孔ガス２３を電流経路とする。なお、二次元正孔ガスが形成されていることは、第２の半導体積層構造２０のバンド計算をすることで確認することができる。第２の半導体積層構造２０は、図４（ａ）に示されるように、＋ｃ軸方向に沿って第１の１３族窒化物半導体２１及び第２の１３族窒化物半導体２２が連続して積層された構造を含む。

第１の１３族窒化物半導体２１は、高抵抗なi型半導体である。第２の１３族窒化物半導体２２は、アンドープのｎ型又はｐ型の半導体である。第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２とは格子定数が異なり、第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との格子歪によって第１の１３族窒化物半導体２１にはピエゾ電界が発生する。これにより、第１の１３族窒化物半導体２１は、ｃ面の１３族金属極性面２１ａ側が負に、窒素極性面２１ｂ側が正になるように分極している。そして、図４（ｂ）に示されるように、第２の１３族窒化物半導体２２の、第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面近傍には、第１の１３族窒化物半導体２１の分極によって誘起された高濃度の二次元正孔ガス２３が形成されている。

第１の１３族窒化物半導体２１の格子定数及び第２の１３族窒化物半導体２２の格子定数は、両者の格子定数の差による歪によって第１の１３族窒化物半導体２１に発生するピエゾ電界を大きくし、二次元正孔ガス２３の濃度が大きくなるように適宜調整される。好適には、第１の１３族窒化物半導体２１の格子定数よりも、第２の１３族窒化物半導体２２の格子定数の方が大きくなるように調整するのがよい。

第１の１３族窒化物半導体２１の厚さ及び第２の１３族窒化物半導体２２の厚さは、クラックが発生しない程度に歪を大きくし、二次元正孔ガス２３の濃度が大きくなるように適宜調整される。

ｎ側電極３０は、第１の半導体積層構造１０に接続されている。より具体的には、ｎ側電極３０は、第１の半導体積層構造１０のｎ型半導体層１１に接続されている。

ｐ側電極４０は、第２の半導体積層構造２０に接続されている。より具体的には、ｐ側電極４０は、図５（ａ）に示されるように、第２の１３族窒化物半導体２２上に形成されていてもよく、図５（ｂ）に示されるように、第２の１３族窒化物半導体２２の上にｐ型半導体２４を介して形成されていてもよい。また、ｐ側電極４０は、図５（ｃ）に示されるように、第１の１３族窒化物半導体２１上に、第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面に接触するように形成されていてもよい。

そして、図１に示されるように、第２の半導体積層構造２０の電流経路の一部が第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３となる。二次元正孔ガス２３の部分では、電流は第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面に平行に流れる。二次元正孔ガス２３が電流経路になることによって、第２の１３族窒化物半導体２２の二次元正孔ガスが形成されていないバルク部分やｐ型半導体層１３を横方向（積層方向に垂直な方向）に電流が流れる場合と比較して、半導体発光素子の抵抗を低くすることができる。なお、図１においては、電流の流れを矢印Ａで表している。

このように、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０は、ｎ側電極３０とｐ側電極４０によって活性層１２が挟まれるように接合している。第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０との接合の形態については、第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０とが電気的に接続され、電流が流れる構造であれば特に限定されるものではない。例えば、第１の半導体積層構造１０に含まれるｐ型半導体層１３と、第２の半導体積層構造２０に含まれる第２の１３族窒化物半導体２２とが接合される。このとき、第１の半導体積層構造１０の＋ｃ軸方向の側に第２の半導体積層構造２０が積層されていてもよく、第１の半導体積層構造１０の−ｃ軸方向の側に第２の半導体積層構造２０が積層されていてもよい。また、第１の半導体積層構造１０のｃ軸方向と第２の半導体積層構造２０のｃ軸方向とは、同一方向であってもよく、反対方向であってもよい。

図１に示されるように、第１の半導体積層構造１０の窒素極性面の側に第２の半導体積層構造２０がｃ軸方向を同一方向にして形成されている場合、第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２上に、第１の半導体積層構造１０を積層してもよい。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０の順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。

図６から図８は、本発明の実施形態の半導体発光素子の別の例を示す概略断面図である。なお、図６から図８においては、電流の流れを矢印Ａで表している。

図６に示されるように、第１の半導体積層構造１０の１３族金属極性面の側に、第２の半導体積層構造２０がｃ軸方向を第１の半導体積層構造１０に対し反対方向にして形成されていてもよい。この場合、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３上に第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２を積層してもよい。そして、第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０の界面では、１３族金属極性面から窒素極性面に極性が反転している。極性を反転させる方法は、特に限定されず、例えば結晶成長の時に１３族金属面成長から窒素極性面成長に反転させる方法、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０のそれぞれの１３族金属極性面を接合面として張り合わせる方法が挙げられる。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０の順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。

また、図７に示されるように、第１の半導体積層構造１０の１３族金属極性面の側に、第２の半導体積層構造２０がｃ軸方向を第１の半導体積層構造１０のｃ軸方向と同一方向にして積層されていてもよい。この場合、第２の半導体積層構造２０の第１の１３族窒化物半導体２１の一部を除去して、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３上に、第２の１３族窒化物半導体２２を結晶成長させてもよい。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、高抵抗の第１の１３族窒化物半導体２１が除去された領域で第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０の順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。

また、図８に示されるように、第１の半導体積層構造１０の窒素極性面の側に、第２の半導体積層構造２０がｃ軸の向きを第１の半導体積層構造１０に対し反対方向にして積層されていてもよい。この場合、第２の半導体積層構造２０の第１の１３族窒化物半導体２１の一部を除去して、第２の１３族窒化物半導体２２を露出させて第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３を結晶成長させてもよい。この構造の半導体発光素子では、ｎ側電極３０とｐ側電極４０との間に電圧を印加すると、電流は、ｐ側電極４０から第２の半導体積層構造２０の第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３を通る。二次元正孔ガス２３を通った電流は、高抵抗の第１の１３族窒化物半導体２１が除去された領域で第２の１３族窒化物半導体２２から、第１の半導体積層構造１０のｐ型半導体層１３に流れ、活性層１２、ｎ型半導体層１１及びｎ側電極３０にこの順に流れる。そして、活性層１２に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。

なお、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０は、連続して結晶成長させてもよく、一方を結晶成長させた後、結晶成長を中断させて、ウエハプロセスを行った後に他方を結晶成長させてもよい。また、第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０を、それぞれ別々の基板に結晶成長させた後、両者を接合してもよい。

第１の半導体積層構造１０及び第２の半導体積層構造２０を結晶成長させる基板の材質は、特に限定されるものではない。好適には、サファイア、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＺｎＯが使用できる。基板の面方位は、結晶成長させる１３族窒化物半導体が非極性面（ｍ面やａ面）を成長面とする面方位以外であればよいが、ｃ面を成長面とする面方位が好適である。

また、本発明の実施形態の半導体発光素子には、基板が具備されていてもよいし、発光素子の製造過程で除去されていてもよい。

以上に説明したように、本発明の実施形態の半導体発光素子では、第２の半導体積層構造２０の電流経路の一部が第２の１３族窒化物半導体２２に形成された二次元正孔ガス２３となっている。そして、二次元正孔ガス２３の部分では、電流は第１の１３族窒化物半導体２１と第２の１３族窒化物半導体２２との界面に平行に流れる。二次元正孔ガス２３が電流経路になることによって、第２の１３族窒化物半導体２２の二次元正孔ガスが形成されていないバルク部分やｐ型半導体層１３を横方向（積層方向に垂直な方向）に電流が流れる場合と比較して、半導体発光素子の抵抗を低くすることができる。その結果、半導体発光素子の動作電圧を低減することができる。

なお、本発明の実施形態の半導体発光素子は、発光ダイオードであってもよく、レーザであってもよい。また、端面発光型であってもよく、面発光型であってもよい。面発光型の半導体発光素子としては、例えば面発光型発光ダイオード、ミラー付面発光型発光ダイオード、面発光レーザのいずれであってもよい。また、面発光レーザとしては、活性層１２を間に挟んで第１の多層膜反射ミラーと第２の多層膜反射ミラーとを含む垂直共振器構造を有する面発光レーザであってもよい。具体的には、第２の多層膜反射ミラーは、活性層１２からみて第２の半導体積層構造２０がある側に形成され、第１の多層膜反射ミラーは、第２の半導体積層構造２０がある側と反対側に形成されている。第１の多層膜反射ミラーと第２の多層膜反射ミラーの間には、活性層１２が含まれ、且つ、第１の半導体積層構造１０と第２の半導体積層構造２０の全部あるいは一部が含まれて垂直共振器構造が形成されている。第１の多層膜反射ミラー及び第２の多層膜反射ミラーは、半導体多層膜反射ミラーであってもよく、誘電体多層膜反射ミラーであってもよい。また、第１の多層膜反射ミラーを半導体多層膜反射ミラーとし、第２の多層膜反射ミラーを誘電体多層膜反射ミラーとしてもよく、その逆であってもよい。さらに、半導体多層膜反射ミラーに導電性を持たせて、そこに電極を形成してもよい。また、発光ダイオードやレーザは、単一の発光素子であってもよく、複数の発光素子を一次元や二次元にアレイ化したものであってもよい。

本発明の実施形態の半導体発光素子は、動作抵抗を低くすることができるので、消費電力が低い。そのため、高出力で動作しても発熱を低く抑えることができ、アレイ化による大出力動作も可能である。また、活性層に使用される１３族窒化物半導体は、混晶組成を変えることで、紫外〜赤外まで発光させることができる。本発明の実施形態の半導体発光素子は、このような特性を生かして、様々な用途に応用可能である。

例えば、自動車や、オートバイ、列車、船舶等の移動体のヘッドライトや、住居、オフィス、ホール等の建物内の室内照明、工事現場や公園、道路、トンネル等の屋外照明、イルミネーション等の光装飾用の照明（イルミネーション装置）、等の照明装置の光源として使用される。

また、映像装置の光源としても使用される。例えば、テレビやディスプレイ等のパネル型の映像装置や、空間投影型の立体テレビ、プロジェクションマッピング、プロジェクター、ヘッドアップディスプレイ、網膜走査ディスプレイ等の投射型映像装置の光源としても使用される。

（実施例１）
実施例１の半導体発光素子について説明する。図９は、実施例１の半導体発光素子を説明するための図である。図９（ａ）は、実施例１の半導体発光素子の光出射方向から見た概略断面図である。

図９（ａ）に示されるように、実施例１の半導体発光素子は、端面出射型の半導体レーザであり、リッジストライプＳＣＨ ＬＤ（Separate Confinement Heterostructure Laser Diode）である。ＳＣＨ ＬＤ構造は、ＰＡ−ＭＢＥ（Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy）で結晶成長を行い形成した。

半導体レーザの積層構造は、ｃ面のＧａＮ基板１００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第２の半導体積層構造１００２及び第１の半導体積層構造１００１がこの順に形成されている。

第２の半導体積層構造１００２は、ＧａＮ基板１００上に積層されたアンドープのＧａＮ層１０１（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層１０２（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層１０３（５０ｎｍ）を含む。

第１の半導体積層構造１００１は、第２の半導体積層構造１００２上に積層されたクラッド層であるｐ型ＧａＮ層１０４（５００ｎｍ）、電子ブロック層であるｐ型Iｎ_０．０１Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８５Ｎ層１０５（２０ｎｍ）、ガイド層であるＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層１０６（４０ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）１０７、ガイド層であるＩｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ層１０８（８０ｎｍ）、クラッド層であるｎ型ＧａＮ層１０９（５００ｎｍ）及びｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層１１０（１００ｎｍ）を含む。

そして、半導体レーザの積層構造は、第１の半導体積層構造１００１が、レーザの導波路構造を残して、ｐ型ＧａＮ層１０３に到達するまでエッチングされて、ｐ型ＧａＮ層１０３表面が露出している。また、ｎ型コンタクト層１１０表面から、ｎ型クラッド層１０９の途中までが、リッジストライプ形状にエッチングで形成されている。リッジ幅は３μｍである。レーザの導波路構造の表面は、絶縁膜ＳｉＯ_２１１１が形成されているリッジ上部のコンタクト層１１０上の絶縁膜１１１は、ストライプ形状にエッチングされており、コンタクト層１１０表面が露出している。導波路構造の上部にはＴｉ／Ａｕ電極層１１３が堆積されており、露出したコンタクト層１１０には、ｎ側のオーミック電極１１４が形成されている。また、第２の半導体積層構造１００２上部の露出したｐ型ＧａＮ層１０３には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ１１２が形成されている。光出射端面は、へき開で形成され、端面は反射コーティングされている。素子長は、７００μｍである。

図９（ｂ）は、図９（ａ）の第２の半導体積層構造１００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。

図９（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層１０１上に成長した高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層１０２は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層１０１とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層１０２との界面近傍のＧａＮ層１０１には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層１０３とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層１０２との界面近傍のＧａＮ層１０３には二次元正孔ガスが形成される。

実施例１の半導体レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極１１２から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流し、活性層に正孔を注入する。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層１０３の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。ｎ側電極とｐ側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４３０ｎｍであった。

（実施例２）
実施例２の半導体発光素子について説明する。図１０は、実施例２の半導体発光素子を説明するための図である。図１０（ａ）は、実施例２の半導体発光素子の概略断面図である。

図１０（ａ）に示されるように、実施例２の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。実施例２の面発光型発光ダイオードの半導体積層構造は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）で結晶成長を行い形成した。
半導体積層構造は、ｃ面のサファイア基板２００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第２の半導体積層構造２００２及び第１の半導体積層構造２００１がこの順に積層されている。第２の半導体積層構造２００２は、サファイア基板２００上に積層された低温ＧａＮバッファ層２０１（５０ｎｍ）、アンドープのＧａＮ層２０２（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層２０３（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層２０４（５０ｎｍ）を含む。第１の半導体積層構造２００１は、第２の半導体積層構造２００２上に積層されたｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層２０５（５００ｎｍ）、電子ブロック層であるｐ型Ｉｎ_０．０１Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８５Ｎ層２０６（２０ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）２０７、クラッド層であるｎ型ＧａＮ層２０８（５００ｎｍ）及びｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層２０９（１００ｎｍ）を含む。

実施例２の面発光型発光ダイオードは、発光領域が３００×３００μｍ^２の四角形になるように、第１の半導体積層構造２００１が、ｐ型ＧａＮ層２０４に到達するまでエッチングされて、ｐ型ＧａＮ層２０４表面が露出している。発光ダイオードレーザの表面は、絶縁膜ＳｉＯ_２２１０が形成されている。コンタクト層２０９の周辺部の絶縁膜２１０は、エッチングされており、コンタクト層２０９表面が露出している。露出したコンタクト層２０９には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側のオーミック電極２１２が形成されている。また、第２の半導体積層構造２００２上部の露出したｐ型ＧａＮ層２０４には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ２１１が形成されている。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の第２の半導体積層構造２００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。

図１０（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層２０２上に成長した高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層２０３は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層２０２とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層２０３との界面近傍のＧａＮ層２０２には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層２０４とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層２０３との界面近傍のＧａＮ層２０４には二次元正孔ガスが形成される。

実施例２の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極２１１から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層２０４の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。ｎ側電極とｐ側電極と間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、４３０ｎｍであった。

（実施例３）
実施例３の半導体発光素子について説明する。図１１は、実施例３の半導体発光素子を説明するための図である。図１１（ａ）は、実施例３の半導体発光素子の概略断面図である。

図１１（ａ）に示されるように、実施例３の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。面発光型発光ダイオードは、第１の半導体積層構造３００１と第２の半導体積層構造３００２とを、それぞれ異なる基板にＭＯＣＶＤで結晶成長し、ウエハ接合している。

第１の半導体積層構造３００１は、ｎ型のｃ面ＧａＮ基板３００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、ｎ型ＧａＮ層３０１（３００ｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層３０２（５００ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）３０３、電子ブロック層であるｐ型Ｉｎ_０．０１Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８５Ｎ層３０４（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層３０５（５００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。

第２の半導体積層構造３００２は、図１１（ｃ）に示されるように、ｃ面サファイア基板３１０上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、低温ＧａＮバッファ層（５０ｎｍ）３０９、アンドープＧａＮ層３０８（１０００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層３０７（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層３０６（３００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。

第１の半導体積層構造３００１及び第２の半導体積層構造３００２は、それぞれの結晶成長の後、ｐ型活性化の熱処理が行なわれる。続いて、第１の半導体積層構造３００１のｐ型ＧａＮ層３０５及び第２の半導体積層構造３００２のｐ型ＧａＮ層３０６を接合面としてウエハ接合される。その後、サファイア基板３１０、低温ＧａＮバッファ層３０９及びアンドープＧａＮ層３０８を、アンドープＧａＮ層３０８のみ１００ｎｍ残して研磨除去することにより、発光ダイオードの積層構造が形成される。

このようにして、第１の半導体積層構造３００１上には、極性反転したｐ型ＧａＮ層３０６（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層３０７（５０ｎｍ）及びキャップ層であるアンドープＧａＮ層３０８（１００ｎｍ）が積層された第２の半導体積層構造３００２が形成される。

第２の半導体積層構造３００２の一部が、ｐ型ＧａＮ層３０６の表面までエッチングされ、露出したｐ型ＧａＮ層３０６の表面に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側オーミック電極３１２が形成されている。第２の半導体積層構造上部のｐ側オーミック電極３１２が形成されている部分以外の露出した表面には、絶縁膜ＳｉＯ_２３１３が形成されている。また、ＧａＮ基板３００裏面には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側のオーミック電極３１１が形成されている。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の第２の半導体積層構造３００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。

図１１（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層３０８上に成長した高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層３０７は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層３０８とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層３０７との界面近傍のＧａＮ層３０８には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層３０６とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層３０７との界面近傍のＧａＮ層３０６には二次元正孔ガスが形成される。

実施例３の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側オーミック電極３１２から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層３０６の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。ｎ側電極とｐ側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、４３０ｎｍであった。

（実施例４）
実施例４の半導体発光素子について説明する。図１２は、実施例４の半導体発光素子を説明するための図である。図１２（ａ）は、実施例４の半導体発光素子の概略断面図である。

図１２（ａ）に示されるように、実施例４の半導体発光素子は、面発光型発光ダイオードである。実施例４の面発光型発光ダイオードの半導体積層構造は、ＰＡ−ＭＢＥで結晶成長を行い形成した。

第１の半導体積層構造４００１と第２の半導体積層構造４００２とは、それぞれ成長する極性が異なる。第１の半導体積層構造４００１は、Ｇａ極性面を成長面とし、＜０００１＞方向に結晶成長させ、第２の半導体積層構造４００２は、窒素極性面を成長面として、＜０００−１＞方向に結晶成長させている。

第１の半導体積層構造４００１は、ｎ型のｃ面ＧａＮ基板４００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、ｎ型ＧａＮ層４０１（３００ｎｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層４０２（５００ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎ（３ｎｍ）／Ｉｎ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎ（７ｎｍ） ３ＱＷ）４０３、電子ブロック層であるｐ型Ｉｎ_０．０１Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８５Ｎ層４０４（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層４０５（５００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。

第２の半導体積層構造４００２は、ｐ型ＧａＮ層４０５（５００ｎｍ）上にアルミニウムを８原子層成長することで極性反転させ、窒素極性方向＜０００−１＞方向に、ｐ型ＧａＮ層４０６（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層４０７（５０ｎｍ）及びアンドープＧａＮ層４０８（１００ｎｍ）をこの順に積層することにより形成されている。

第２の半導体積層構造４００２の一部が、ｐ型ＧａＮ層４０６の表面までエッチングされ、露出したｐ型ＧａＮ層４０６の表面に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側オーミック電極４１０が形成されている。第２の半導体積層構造４００２上部のｐ側オーミック電極４１０が形成されている部分以外の露出した表面には、絶縁膜ＳｉＯ_２４１１が形成されている。また、ＧａＮ基板４００裏面には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側のオーミック電極４０９が形成されている。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の第２の半導体積層構造４００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。

図１２（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層４０８上に成長した高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層４０７は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層４０８とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層４０７との界面近傍のＧａＮ層４０８には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層４０６とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層４０７との界面近傍のＧａＮ層４０６には二次元正孔ガスが形成される。

実施例４の面発光型発光ダイオードでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側オーミック電極４１０から、二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層４０６の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。ｎ側電極とｐ側電極との間に電圧を印加することで、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光する。発光ピーク波長は、４３０ｎｍであった。

（実施例５）
実施例５の半導体発光素子について説明する。図１３は、実施例５の半導体発光素子を説明するための図である。図１３（ａ）は、実施例５の半導体発光素子の概略断面図である。

図１３（ａ）に示されるように、実施例５の半導体発光素子は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。実施例５の面発光レーザの半導体積層構造は、ＰＡ−ＭＢＥで結晶成長を行い形成した。

半導体積層構造は、ｃ面のＧａＮ基板５００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第２の半導体積層構造５００２及び第１の半導体積層構造５００１がこの順に形成されている。

第２の半導体積層構造５００２は、ｃ面のＧａＮ基板５００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層されたＡｌ_０．８Ｉｎ_０．２Ｎ／ＧａＮ ＤＢＲ（４１．５ペア）５０１、アンドープＧａＮ層５０２（３５０ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層５０３（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層５０４（５０ｎｍ）を含む。

第１の半導体積層構造５００１は、第２の半導体積層構造５００２上に積層されたｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層５０５（３００ｎｍ）、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層５０６（２０ｎｍ）、多重量子井戸活性層であるＩｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎ（５ｎｍ）／Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ（５ｎｍ） ５ＱＷ）５０７、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層５０８（２５０ｎｍ）、電流ブロック層であるｐ型ＧａＮ層５０９（１００ｎｍ）及びｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層５１０（１００ｎｍ）を含む。

電流ブロック層であるｐ型ＧａＮ層５０９には、φ８μｍの孔があいており、その孔を通してｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層５０８とｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層５１０とが連結している。第１の半導体積層構造５００１上部には、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２（７ペア）により形成される誘電体多層膜ＤＢＲ５１１が形成されている。

実施例５の面発光レーザは、第１の半導体積層構造５００１が、エッチングされてφ１００μｍのメサ形状が形成されている。エッチングは、第２の半導体積層構造のｐ型ＧａＮ層５０４に到達するまで行なわれており、ｐ型ＧａＮ層５０４表面が露出している。面発光レーザの表面は、絶縁膜ＳｉＯ_２５１２が形成されている。ｎ型コンタクト層５１０の周辺部の絶縁膜５１２は、リング状にエッチングされており、コンタクト層５１０表面が露出している。露出したコンタクト層５１０には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側オーミック電極５１３が形成されている。そして、ｎ側オーミック電極５１３上には、Ｃｒ／Ａｕからなる配線電極５１４が形成され、メサ形状の下まで電極が配置されている。また、第２の半導体積層構造５００２上部の露出したｐ型ＧａＮ層５０４には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ５１５が形成されている。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の第２の半導体積層構造５００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。

図１３（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層５０２上に成長した高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層５０３は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層５０２とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層５０３との界面近傍のＧａＮ層５０２には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層５０４とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層５０３との界面近傍のＧａＮ層５０４には二次元正孔ガスが形成される。

実施例５の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極５１５から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層５０４の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低い。そして、ｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層５０５、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層５０６、活性層５０７、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ層５０８、電流ブロック層であるｐ型ＧａＮ層５０９、ｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層５１０及びｎ側オーミック電極５１３の順に電流を流す。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４２０ｎｍであった。

（実施例６）
実施例６の半導体発光素子について説明する。図１４は、実施例６の半導体発光素子を説明するための図である。図１４（ａ）は、実施例６の半導体発光素子の概略断面図である。

図１４（ａ）に示されるように、実施例６の半導体発光素子は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。実施例６の面発光レーザは、第１の半導体積層構造６００１と第２の半導体積層構造６００２とを、それぞれ異なる基板にＭＯＣＶＤで結晶成長し、ウエハ接合している。

第１の半導体積層構造６００１は、ｎ型のｃ面ＧａＮ基板６００上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層されたＳｉをドーピングしたｎ型Ａｌ_０．８Ｉｎ_０．２Ｎ／ＧａＮ ＤＢＲ（４１．５ペア）６０１、ｎ型ＧａＮ層６０２（１００ｎｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ６０３（２５０ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎ（５ｎｍ）／Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ（５ｎｍ）５ＱＷ）６０４、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層６０５（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層６０６（３００ｎｍ）を含む。また、第１の半導体積層構造６００１のｐ型クラッド層６０６には、ボロン（Ｂ）がインプラされた電流ブロック領域６１７が形成され、電流狭窄構造が形成されている。これは、φ８μｍの円形のマスクを使用して、マスク以外の領域６１０にボロン（Ｂ）をイオン注入し、この領域を高抵抗化して形成されている。第１の半導体積層構造６００１は、ボロン（Ｂ）がイオン注入された後、ｐ型活性化の熱処理が行なわれる。

第２の半導体積層構造６００２は、図１４（ｃ）に示されるように、ｃ面サファイア基板６１１上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層された低温ＧａＮバッファ層（５０ｎｍ）６１０、キャップ層であるアンドープＧａＮ層６０９（１０００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６０８（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層６０７（３００ｎｍ）を含む。第２の半導体積層構造６００２は、結晶成長の後、ｐ型活性化の熱処理が行なわれる。続いて、第１の半導体積層構造６００１のｐ型ＧａＮ層６０５及び第２の半導体積層構造６００２のｐ型ＧａＮ層６０７を接合面としてウエハ接合される。その後、サファイア基板６１１、低温ＧａＮバッファ層６１０及びアンドープＧａＮ層６０９を、キャップ層であるアンドープＧａＮ層６０９のみ１３０ｎｍ残して研磨除去することのより、面発光レーザの積層構造が形成される。

このようにして、第１の半導体積層構造６００１上には、極性反転したｐ型ＧａＮ層６０７（３００ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６０８（５０ｎｍ）及びキャップ層であるアンドープＧａＮ層６０９（１３０ｎｍ）が積層された第２の半導体積層構造６００２が形成される。

第２の半導体積層構造６００２上部には、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２（７ペア）から成る誘電体多層膜ＤＢＲ６１６が形成されている。

実施例６の面発光レーザは、第１の半導体積層構造６００１と第２の半導体積層構造６００２とが、エッチングされてφ１００μｍのメサ形状が形成されている。エッチングは、第１の半導体積層構造のｎ型ＤＢＲ６０１に到達するまで行なわれており、ｎ型ＤＢＲ６０１表面が露出している。また、第２の半導体積層構造６００２は、ｐ型ＧａＮ層６０７までエッチングされて、φ２０μｍのメサ形状が形成されている。面発光レーザの表面は、絶縁膜ＳｉＯ_２６１２が形成されている。ｐ型ＧａＮ層６０７の周辺部の絶縁膜６１２は、リング状にエッチングされており、ｐ型ＧａＮ層６０７表面が露出している。露出したｐ型ＧａＮ層６０７には、Ｎｉ／Ａｕが堆積されており、ｐ側オーミック電極６１３が形成されている。そして、ｐ側オーミック電極６１３上には、Ｃｒ／Ａｕからなる配線電極６１５が形成され、メサ形状の下まで電極が配置されている。また、ＧａＮ基板６００裏面には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側オーミック電極６１４が形成されている。

図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の第２の半導体積層構造６００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。

図１４（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層６０９上に成長した高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６０８は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層６０９とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６０８との界面近傍のＧａＮ層６０９には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層６０７とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層６０８との界面近傍のＧａＮ層６０７には二次元正孔ガスが形成される。

実施例６の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極６１３から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層６０７の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。そして、ｐ型ＧａＮ層６０７からｐ型ＧａＮ層６０６、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層６０５（２０ｎｍ）、活性層６０４、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ６０３（２５０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層６０２、ｎ型Ａｌ_０．８Ｉｎ_０．２Ｎ/ＧａＮ ＤＢＲ（４１．５ペア）６０１、ＧａＮ基板６００及びｎ側オーミック電極６１４の順に電流を流す。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４２０ｎｍであった。

（実施例７）
実施例７の半導体発光素子について説明する。図１５は、実施例７の半導体発光素子を説明するための図である。図１５（ａ）は、実施例７の半導体発光素子の概略断面図である。

図１５（ａ）に示されるように、実施例７の半導体発光素子は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。実施例７の面発光レーザの半導体積層構造は、ＰＡ−ＭＢＥで結晶成長を行い形成した。

面発光レーザの半導体積層構造は、ｃ面のｎ型ＧａＮ基板上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に、第１の半導体積層構造７００１及び第２の半導体積層構造７００２がこの順に形成されている。

第１の半導体積層構造７００１は、ｃ面のｎ型ＧａＮ基板上に、Ｇａ極性方向＜０００１＞方向に積層された結晶成長したｎ型ＧａＮコンタクト層７００（１６０ｎｍ）、ｎ型クラッド層であるｎ型ＧａＮ７０１（２００ｎｍ）、多重量子井戸活性層である（Ｉｎ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎ（５ｎｍ）／Ｉｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ（５ｎｍ） ５ＱＷ）７０２、電子ブロック層であるｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層７０３（２０ｎｍ）及びｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層７０４（２００ｎｍ）を含む。

第２の半導体積層構造７００２は、第１の半導体積層構造７００１上に積層されたアンドープＧａＮ層７０５（５０ｎｍ）、高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層７０６（５０ｎｍ）及びｐ型ＧａＮ層７０７（１１０ｎｍ）を含む。

アンドープＧａＮ層７０５及び高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層７０６には、φ８μｍの孔があいており、その孔を通してｐ型クラッド層であるｐ型ＧａＮ層７０４及びｐ型ＧａＮ層７０７が連結している。

半導体積層構造は、ＧａＮ基板から分離されており、ｎ型ＧａＮコンタクト層７００下部とｐ型ＧａＮ層７０７上部には、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２（７ペア）から成る誘電体多層膜ＤＢＲ（７１０、７１１）が形成されている。ｎ型ＧａＮコンタクト層７００には、Ｔｉ／Ａｕが堆積されており、ｎ側オーミック電極７０９が形成されている。また、ｐ型ＧａＮ層７０７には、ｐ側オーミック電極Ｎｉ／Ａｕ７０８が形成されている。
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の第２の半導体積層構造７００２の破線で囲まれた部分の分極構造を説明するための図である。

図１５（ｂ）に示されるように、アンドープのＧａＮ層７０５上に成長した高抵抗Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層７０６は、格子歪によって、Ｇａ極性面の側がマイナス、窒素極性面の側がプラスに分極する。この分極によって、ＧａＮ層７０５とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層７０６との界面近傍のＧａＮ層７０５には二次元電子ガスが形成される。一方、ｐ型ＧａＮ層７０７とＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層７０６との界面近傍のＧａＮ層７０７には二次元正孔ガスが形成される。

実施例７の面発光レーザでは、二次元正孔ガスを電流経路として作用させ、ｐ側電極７０８から二次元正孔ガスを通して横方向に電流を流す。二次元正孔ガスを電流が通るので、ｐ型ＧａＮ層７０７の二次元正孔ガスが形成されていない部分を横方向に電流を流す場合よりも抵抗が低く、また、従来のような透光性電極が形成される場合よりも光の吸収が少ない。そして、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ層７０６とアンドープのＧａＮ層７０５が除去された領域でｐ型ＧａＮ層７０７からｐ型ＧａＮ層７０４に流れ、電子ブロック層ｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層７０３、活性層７０２、ｎ型ＧａＮ７０１、ｎ型ＧａＮコンタクト層７００及びｎ側オーミック電極７０９の順に電流が流れる。そして、活性層に正孔と電子が注入されて再結合により発光し、レーザ発振する。発振波長は、４２０ｎｍであった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１０ 第１の半導体積層構造
１１ ｎ型半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ型半導体層
２０ 第２の半導体積層構造
２１ 第１の１３族窒化物半導体
２２ 第２の１３族窒化物半導体
２３ 二次元正孔ガス
３０ ｎ側電極
４０ ｐ側電極

特許第５６３３４３５号公報 特開２０１４−１１２６５４号公報 特許第５７０７７４２号公報

Claims (14)

1. １３族窒化物半導体により形成された第１の半導体積層構造であって、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含む第１の半導体積層構造と、
   １３族窒化物半導体により形成された第２の半導体積層構造であって、前記第１の半導体積層構造と接続され、二次元正孔ガスを形成する積層構造を有し、前記二次元正孔ガスを電流経路とする第２の半導体積層構造と、
   前記第１の半導体積層構造に接続されたｎ側電極と、
   前記第２の半導体積層構造に接続されたｐ側電極と、
   を有する、
   半導体発光素子。
2. 前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間に電圧を印加することで、前記活性層に電子及び正孔を注入し、前記電子及び前記正孔の再結合によって発光する、
   請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第２の半導体積層構造のｃ軸方向は、前記第１の半導体積層構造のｃ軸方向と同一方向である、
   請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第２の半導体積層構造のｃ軸方向は、前記第１の半導体積層構造のｃ軸方向と反対方向である、
   請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
5. 前記第２の半導体積層構造は、格子定数の異なる第１の１３族窒化物半導体と第２の１３族窒化物半導体とを含む、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
6. 前記第１の半導体積層構造と前記第２の半導体積層構造とが積層されている方向に光を出射する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
7. 多層膜反射ミラーを具備した垂直共振器構造を有する面発光レーザである、
   請求項６に記載の半導体発光素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とする照明装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とするヘッドライト。
10. 請求項９に記載のヘッドライトを具備した移動体。
11. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とするイルミネーション装置。
12. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とする映像装置。
13. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とする投射型映像装置。
14. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体発光素子を光源とするプロジェクター。

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