特許 7422496 構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/18 20100101AFI20240119BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240119BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20240119BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240119BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20240119BHJP

【ＦＩ】

H01L33/18

H01L33/32

H01S5/343 610

H01L21/205

C23C16/34

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019115255

(22)【出願日】2019-06-21

(65)【公開番号】P2021002575

(43)【公開日】2021-01-07

【審査請求日】2022-05-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000165974

【氏名又は名称】古河機械金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(72)【発明者】

【氏名】船戸 充

(72)【発明者】

【氏名】川上 養一

(72)【発明者】

【氏名】後藤 裕輝

(72)【発明者】

【氏名】住田 行常

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１９０１７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０８４０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４５９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５４６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７１１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０６０２９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１９２５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５９８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０４２２９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３２２４８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半極性面を第１主面とするIII族窒化物半導体の基板と、
前記基板の、前記第１主面上または、前記第１主面とは反対側の第２主面上に積層された、III族窒化物半導体からなる多層構造とを備える構造体であって、
前記多層構造は量子井戸構造を含み、
ｃ軸を前記第１主面へ投影した軸をｃ投影軸として、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表され、
フォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置し、
前記第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成され、
励起波長を３２５ｎｍとした当該構造体のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満であり、
ｍ軸偏光成分は、電場の振動方向がｍ軸に平行な成分であり、
ｃ投影軸偏光成分は、電場の振動方向がｃ投影軸に平行な成分であり、
前記第１主面は｛１１－２３｝面、または｛１１－２３｝面からのオフ角がｍ軸方向に－０．０６°以内かつｃ投影軸方向に０．１６°以内の面である構造体。

【請求項2】

請求項１に記載の構造体において、
当該構造体の少なくとも一の劈開面と、前記第１主面との成す角度が７５°以上１０５°以下である構造体。

【請求項3】

請求項１または２に記載の構造体において、
前記量子井戸構造はＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の交互積層構造を有する構造体。

【請求項4】

請求項３に記載の構造体において、
前記ＩｎＧａＮ層の組成はＩｎ_ｘＧａ_{（１－ｘ）}Ｎで表され、
０．２８≦ｘ≦０．５が成り立つ構造体。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の構造体において、
励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られるλｐは５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である構造体。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の構造体において、
励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における最大ピークの半値幅が１００ｎｍ以下である構造体。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の構造体において、
前記多層構造はＡｌ_ｙＧａ_{（１－ｙ）}Ｎで表される組成のＡｌＧａＮからなるクラッド層を含み、
ｙは０．１以上である構造体。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体と、
前記多層構造に電気的に接続された第１の電極および第２の電極を備える光デバイス。

【請求項9】

請求項８に記載の光デバイスにおいて、
前記構造体の劈開面をミラー面としたレーザーである光デバイス。

【請求項10】

請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体に、前記多層構造に電気的に接続された第１の電極および第２の電極を形成する光デバイスの製造方法。

【請求項11】

構造体の製造方法であって、
｛１１－２３｝面、または｛１１－２３｝面からのオフ角がｍ軸方向に－０．０６°以内かつｃ投影軸方向に０．１６°以内の半極性面を第１主面とするIII族窒化物半導体の基板の、前記第１主面上または、前記第１主面とは反対側の第２主面上に、III族窒化物半導体を成長させて多層構造を形成する形成工程を含み、
前記多層構造は量子井戸構造を含み、
ｃ軸を前記第１主面へ投影した軸をｃ投影軸として、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表され、
フォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置し、
前記第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成され、
励起波長を３２５ｎｍとした当該構造体のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満であり、
ｍ軸偏光成分は、電場の振動方向がｍ軸に平行な成分であり、
ｃ投影軸偏光成分は、電場の振動方向がｃ投影軸に平行な成分である構造体の製造方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程における成長温度は５００℃以上１０００℃以下である構造体の製造方法。

【請求項13】

請求項１１または１２に記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程は、少なくとも一の層間において成長を中断させる工程を含む構造体の製造方法。

【請求項14】

請求項１１に記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程は、層と層の少なくとも一の境界部を形成する時に、水素を供給しながら原料ガスの種類を切り替える工程を含む構造体の製造方法。

【請求項15】

請求項１１から１３のいずれか一項に記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程において、原料ガスによる、Ｖ族原子の供給数は、III族原子の供給数の５０００倍以上２００００倍以下である構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は構造体、光デバイス、光デバイスの製造方法、構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザー等の光デバイスにおいては、省電力化が求められている。III族窒化物半導体では、半極性面上にデバイスを形成することにより、内部電界が低減され、内部量子効率が向上することが期待される。

【0003】

特許文献１には、窒化ガリウム系半導体領域の、半極性面である主面上に、量子井戸構造を設けることが記載されている。ここで、井戸層の厚さを４ｎｍ以上とすることが記載されている。

【0004】

特許文献２には、窒化物半導体の半極性面である（２０－２－１）面上に形成された量子井戸構造において、井戸層に波打ち部分を設けることが記載されている。また、このような井戸層により、偏光したルミネッセンスを放射し得ることが記載されている。

【0005】

特許文献３には、主面が｛１１－２２｝面であるｕ－ＧａＮ層の上に、多重量子井戸層等を積層することが記載されている。

【0006】

特許文献４には、主面を有する基板上に、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることが記載されている。ここで、基板として、主面の法線が、窒化物半導体の［１１－２２］軸から＋ｃ軸方向に、５度以上１７度以下の範囲の角度で傾斜している窒化物半導体基板が挙げられている。

【0007】

非特許文献１には、半極性面である｛２０－２１｝面上に形成されたＬＤおよびＬＥＤから発せられる光の偏光比、および｛１１－２２｝面上に形成された単一量子井戸構造から発せられる光の偏光比等が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１２－１０９６２４号公報

【文献】特開２０１３－２５８２７５号公報

【文献】国際公開第２０１３／１２８８９４号

【文献】特開２０１６－１２７１７号公報

【非特許文献】

【0009】

【文献】Takashi Kyono、外７名、「Optical Polarization Characteristics of InGaN Quantum Wells for Green Laser Diodes on Semi-Polar {2021} GaN Substrates」、Applied Physics Express、公益社団法人応用物理学会、２０１０年１月８日、第３巻、第１号、ｐ．０１１００３．１－０１１００３．３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、デバイスの製造コストを抑えつつ、高効率で駆動可能なデバイスを得ることについては未だ検討の余地があった。

【0011】

本発明は、デバイスの製造コストを抑えつつ、高効率で駆動可能なデバイスを得る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明によれば、
半極性面を第１主面とするIII族窒化物半導体の基板と、
前記基板の、前記第１主面上または、前記第１主面とは反対側の第２主面上に積層された、III族窒化物半導体からなる多層構造とを備える構造体であって、
前記多層構造は量子井戸構造を含み、
ｃ軸を前記第１主面へ投影した軸をｃ投影軸として、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表され、
フォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置し、
前記第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成され、
励起波長を３２５ｎｍとした当該構造体のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満である構造体
が提供される。

【0013】

本発明によれば、
上記の構造体と、
前記多層構造に電気的に接続された第１の電極および第２の電極を備える光デバイス
が提供される。

【0014】

本発明によれば、
上記の構造体に、前記多層構造に電気的に接続された第１の電極および第２の電極を形成する光デバイスの製造方法
が提供される。

【0015】

本発明によれば、
構造体の製造方法であって、
半極性面を第１主面とするIII族窒化物半導体の基板の、前記第１主面上または、前記第１主面とは反対側の第２主面上に、III族窒化物半導体を成長させて多層構造を形成する形成工程を含み、
前記多層構造は量子井戸構造を含み、
ｃ軸を前記第１主面へ投影した軸をｃ投影軸として、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表され、
フォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置し、
前記第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成され、
励起波長を３２５ｎｍとした当該構造体のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満である構造体の製造方法
が提供される。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、デバイスの製造コストを抑えつつ、高効率で駆動可能なデバイスを得る技術を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施形態に係る構造体の構成を例示する図である。

【図2】偏光に関する条件を説明するための図である。

【図3】フォトルミネッセンスで発せられる光のｃ投影軸偏光成分の強度およびｍ軸偏光成分の強度を測定する装置の構成を例示する図である。

【図4】量子井戸構造として多重量子井戸構造を有する構造体を例示する図である。

【図5】第２の実施形態に係る構造体の構成を例示する図である。

【図6】第２の実施形態に係る光デバイスの構成を例示する図である。

【図7】実施例１に係る構造体の構成を示す図である。

【図8】実施例１に係る形成工程での表面温度を示す図である。

【図9】実施例２から実施例５に係る構造体の構成を示す図である。

【図10】実施例２から実施例５に係る形成工程での表面温度を示す図である。

【図11】実施例１の構造体に対しフォトルミネッセンス測定を行った結果を示す図である。

【図12】実施例２の構造体に対しフォトルミネッセンス測定を行った結果を示す図である。

【図13】実施例３の構造体に対しフォトルミネッセンス測定を行った結果を示す図である。

【図14】実施例４の構造体に対しフォトルミネッセンス測定を行った結果を示す図である。

【図15】実施例５の構造体に対しフォトルミネッセンス測定を行った結果を示す図である。

【図16】実施例１から実施例５の構造体のフォトルミネッセンスの結果をプロットしたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0019】

図１は、第１の実施形態に係る構造体１０の構成を例示する図である。構造体１０は、基板１００および多層構造２００を備える。基板１００は、半極性面を第１主面１０１とするIII族窒化物半導体の基板である。多層構造２００は、基板１００の、第１主面１０１上または、第２主面１０２上に積層された、III族窒化物半導体からなる構造である。ここで第２主面１０２は、基板１００の第１主面１０１とは反対側の主面である。また、多層構造２００は量子井戸構造２２０を含む。そして、フォトルミネッセンススペクトルのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置する。ここで、ピーク波長λｐは３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長である。また、ｃ軸を第１主面１０１へ投影した軸をｃ投影軸として、偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表される。第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成される。そして、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満である。以下に詳しく説明する。

【0020】

なお、光の電場の振動方向がｍ軸に平行な成分をｍ軸偏光成分と呼ぶ。光の電場の振動方向がｃ軸投影軸に平行な成分をｃ投影軸偏光成分と呼ぶ。また、上記のグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした構造体のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットが、第１の平行四辺形の内部に位置することを、「偏光に関する条件」とも呼ぶ。

【0021】

III族窒化物半導体結晶の極性面であるｃ面上にデバイス（例：光デバイス、電子デバイス等）を形成した場合、内部電界に起因して内部量子効率が低下する。特に極性面上の量子井戸構造では、長波長化のためにＩｎ組成を大きくするにつれ、内部電界が増大するため問題となる。そこで、いわゆる半極性面（極性面及び無極性面と異なる面）上にデバイスを形成する試みがなされている。半極性面上にデバイスを形成すれば、ｃ面上にデバイスを形成する場合よりも、内部電界を大幅に低減でき、内部量子効率を上げることができると考えられる。

【0022】

また、レーザーを製造する際、劈開面をミラー面として機能させることにより、デバイスの製造コストを削減することができる。III族窒化物半導体においては、たとえばｍ面が劈開面であり、ｍ面をミラー面とすることが考えられる。そしてその場合、ｍ軸方向にキャビティを設けることとなる。

【0023】

本実施形態に係る構造体１０では、上記した偏光に関する条件を満たす。そうすることにより、劈開面をミラー面としてレーザーを作製した場合に、キャビティ方向に大きな利得を確保できる。詳しくは、量子井戸構造から発せられる光において、ｃ投影軸偏光成分の割合を増大させることにより、キャビティ方向の利得を大きくすることができる。その結果、高効率で省エネルギー駆動のデバイスを得ることができる。

【0024】

なお、構造体１０はレーザーの作製に好適に用いられるが、構造体１０の用途は特に限定されない。構造体１０はレーザー以外の光デバイスの作製に用いられても良い。

【0025】

図２は、偏光に関する条件を説明するための図である。本図に示すグラフの横軸はピーク波長λｐであり、縦軸は偏光比Ｒｐである。また、グラフ中には直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４、および、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．６の各一部が描かれている。第１の平行四辺形の４辺は、λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４にそれぞれ重なる。すなわち、第１の平行四辺形の頂点は、（λｐ，Ｒｐ）＝（３６０，０．４），（５６０，－０．６），（５６０，－１．４），（３６０，－０．４）の４点である。

【0026】

偏光に関する条件は、本グラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットが、第１の平行四辺形の内部に位置し、かつ、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満であることである。構造体１０が発する光のうち、ｃ投影軸偏光成分の強度が、ｍ軸偏光成分の強度より大きくなる。その結果、ｍ面をミラー面とした場合のキャビティ方向の光学利得をより向上させることができ、高効率の発光デバイスを実現できる。

【0027】

本グラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、さらに以下の第２の平行四辺形の内部に位置してもよい。第２の平行四辺形は直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．６で構成される平行四辺形である。第２の平行四辺形の頂点は、（λｐ，Ｒｐ）＝（３６０，０．４），（５６０，－０．６），（５６０，－１．２），（３６０，－０．２）の４点である。

【0028】

図３は、フォトルミネッセンスで発せられる光のｃ軸偏光成分の強度およびｍ軸偏光成分の強度を測定する装置４０の構成を例示する図である。本図において、光の経路を実線矢印および破線で示している。

【0029】

光源４２０はレーザー光源であり、具体的には３２５ｎｍの波長で発光するＨｅ－Ｃｄレーザーである。光源４２０から発せられた光はミラー４２１、輝線カットフィルタ４２２、ミラー４２３、ミラー４２４、レンズ４２５を介して測定対象５００（たとえば構造体１０）に入射する。そして、フォトルミネッセンスにより測定対象５００から発せられた光はレンズ４３１で平行光化され、一部が偏光子４３２に入射する。偏光子４３２では、その角度を変更することにより、透過させる偏光成分を切り替えることができる。偏光子４３２を透過した光はレンズ４３３により受光部４３４へ集光され、受光部４３４で受光される。受光器４３５は分光器およびＣＣＤディテクタで構成される。受光部４３４で受光された光は受光器４３５の分光器で分光され、ＣＣＤディテクタで受光される。そして、ＣＣＤディテクタで各波長の強度が検出される。

【0030】

また、受光器４３５で得られるデータに対しては、通常のフォトルミネッセンス測定で行われるＣＣＤ受光器の感度補正に加え、偏光子透過強度の角度依存性の補正を例えば以下の様に行う。まず、無偏光の光を発するｃ面上のＩｎＧａＮ量子井戸構造（発光波長４５０ｎｍ）を用い、偏光子の角度を０°とした場合の強度Ｐ_０と９０°とした場合の強度Ｐ_９０とを測定する。その上で、各波長についてＰ_９０／Ｐ_０の値を算出し、算出された値の平均値を求める。そして、平均値を、偏光子の角度を９０°とした場合の測定対象５００の測定データに乗じることにより、補正後の強度を得る。

【0031】

構造体１０の構造について以下に詳しく説明する。基板１００としてはたとえばＧａＮ基板が挙げられる。基板１００は自立基板である。基板１００の厚さは特に限定されないが、ハンドリングのしやすさの観点から、１００μｍ以上であることが好ましい。また、構造体１０の小型化の観点から、基板１００の厚さは１．５ｍｍ以下であることが好ましい。基板１００は、アンドープの基板であっても良いし、ｎ型またはｐ型の半導体基板であっても良い。

【0032】

基板１００の第１主面１０１は｛１１－２ｎ｝面、または｛１１－２ｎ｝面からのオフ角が１０°以内の面であり、ｎは０以上の数である。ｎは０≦ｎ≦４が成り立つ整数であることが好ましく、中でもｎ＝３であることが好ましい。多層構造２００は基板１００の第１主面１０１側に形成されても良いし、第２主面１０２側に形成されても良い。第１主面１０１はたとえば（１１－２ｎ）面、または（１１－２ｎ）面からのオフ角が１０°以内である面である。この場合、第２主面１０２は（－１－１２－ｎ）面、または（－１－１２－ｎ）面からのオフ角が１０°以内である面である。構造体１０において多層構造２００は、基板１００の第１主面１０１または第２主面１０２に接している。多層構造２００には互いに積層された複数の層が含まれる。

【0033】

基板１００は、ある程度高い結晶性を有することが好ましい。具体的には、基板１００の第１主面１０１および第２主面１０２のうち、多層構造２００側の面に対して測定したＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）の（１１２）のωの半値幅が以下のｍ軸入射測定において５００ａｒｃｓｅｃ．以下であることが好ましく、２００ａｒｃｓｅｃ．以下であることがより好ましい。また、基板１００の第１主面１０１および第２主面１０２のうち、多層構造２００を形成する側の面に対して測定したＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）の（１１２）のωの半値幅が以下のｃ投影軸入射測定において５００ａｒｃｓｅｃ．以下であることが好ましく、２００ａｒｃｓｅｃ．以下であることがより好ましい。なお、ｍ軸入射測定およびｃ投影軸入射測定における半値幅はそれぞれたとえば３０ａｒｃｓｅｃ．以上であってもよい。

【0034】

Ｘ線ロッキングカーブ測定について以下に説明する。III族窒化物半導体は単位格子の空間群がＰ６３ｍｃであることから、消滅則により、たとえば｛１１－２３｝面からのＸ線回折を得ることができない。そこで、たとえば｛１１－２３｝面に比較的近い面である｛１１－２２｝面に関するロッキングカーブ測定を行う。

【0035】

特に、III族窒化物半導体の半極性面は、主面に対しｍ軸方向とｃ投影軸方向に結晶性の異方性が生じることが多い。そこで、たとえばこれらの２軸方向にＸ線ロッキングカーブの測定を行う。具体的には、ＸＲＣ（１１２）ω半値幅の評価は、Ｘ線を測定対象の主面に対しｍ軸に平行に入射させ、Ｘ線の入射方向とその主面のなす角度を走査するｍ軸入射測定と、Ｘ線を測定対象の主面のｃ投影軸に平行に入射させ、Ｘ線の入射方向とその主面のなす角度を走査するｃ投影軸入射測定の２通りの測定を行う。そうすることで、各方向の結晶性を評価できる。

【0036】

たとえば｛１１－２３｝面からのオフ角は、｛１１－２２｝面に対するロッキングカーブ測定の結果から算出することができる。具体的には、測定対象の主面における｛１１－２３｝面からのｍ軸方向およびｃ投影軸方向のオフ角を算出するため、上記したＸ線ロッキングカーブの測定のｍ軸入射測定とｃ投影軸入射測定のそれぞれについて基板１００をその主面の面内方向に１８０°回転させた測定を実施する。これらの測定の結果から得られるｍ軸方向およびｃ投影軸方向のオフ角に基づいて、最終的なオフ角、すなわち｛１１－２３｝面と測定対象の主面とのなす角が算出できる。

【0037】

また、基板１００の第１主面１０１および第２主面１０２のうち、多層構造２００側の面の暗点密度は１×１０^７ｃｍ^－２以下であることが好ましく、３×１０^６ｃｍ^－２以下であることがより好ましい。なお、暗点密度はたとえば１×１０^４ｃｍ^－２以上であってもよい。暗点密度はカソードルミネッセンス（ＣＬ）測定により導出できる。

【0038】

基板１００の第１主面１０１および第２主面１０２のうち、多層構造２００を形成する側の面の曲率半径の大きさは、ｍ軸方向において０．５ｍ以上であることが好ましく、２ｍ以上であることがより好ましい。また、基板１００の第１主面１０１および第２主面１０２のうち、多層構造２００を形成する側の面の曲率半径の大きさは、ｃ投影軸方向において０．５ｍ以上であることが好ましく、２ｍ以上であることがより好ましい。なお、多層構造２００を形成する側の面の曲率半径の大きさは、たとえば１００ｍ以下であってもよい。各方向の曲率半径はたとえば、上記したＸ線ロッキングカーブ測定の結果から算出することができる。

【0039】

多層構造２００には量子井戸構造２２０が含まれる。量子井戸構造２２０はＧａＮ層２２２とＩｎＧａＮ層２２４の交互積層構造を有する。量子井戸構造２２０は単一量子井戸構造であってもよいし、多重量子井戸構造であっても良い。量子井戸構造２２０と基板１００との間には、他の層が存在してもよいし、存在しなくてもよい。

【0040】

図１は量子井戸構造２２０として単一量子井戸構造を有する構造体１０を例示する図である。図４は、量子井戸構造２２０として多重量子井戸構造を有する構造体１０を例示する図である。量子井戸構造２２０では、ＩｎＧａＮ層２２４がＧａＮ層２２２に挟まれており、ＩｎＧａＮ層２２４は井戸層として機能し、ＩｎＧａＮ層２２４は障壁層として機能する。ＩｎＧａＮ層２２４とＧａＮ層２２２との界面は平坦であることが好ましく、ＩｎＧａＮ層２２４とＧａＮ層２２２との界面にはＩｎＧａＮ層２２４の膜厚より大きな高さの凹凸は生じていないことが好ましい。量子井戸構造２２０が多重量子井戸構造である場合、量子井戸構造２２０に含まれるＩｎＧａＮ層２２４の数はたとえば２以上５以下であることが好ましい。

【0041】

ＩｎＧａＮ層２２４の厚さは３ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ未満であることがより好ましく、２．５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。そうすることにより、格子破綻や欠陥発生を抑え、良好な２２０を形成できる。また、より均一な膜を得るために、ＩｎＧａＮ層２２４の厚さは１．５ｎｍ以上であることが好ましい。

【0042】

III窒化物半導体の量子井戸構造では、ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を増やすことにより、発光波長を緑色等に長波長化することができる。ただし、半極性面上の場合、極性面上の場合よりも、高いＩｎ組成が求められる。一方、Ｉｎ組成を増やすとＩｎＧａＮの結晶の格子定数が大きくなりＧａＮ層との不整合が大きくなる、その結果、格子緩和や格子破綻等により結晶構造が非常に壊れやすいものとなる。

【0043】

ここで、ＩｎＧａＮ層の膜厚に着目すると、均一な膜を形成するためにはある程度の厚さが必要である。一方、膜厚が厚くなりすぎると、格子破綻を生じる。なお、量子井戸の数が増えれば、さらに良好な結晶構造を得ることが難しくなる。したがって、半極性面上に長波長で発光可能な量子井戸構造を形成するためにはＩｎ組成と膜厚を高度に制御する必要がある。

【0044】

本実施形態に係る構造体１０では、ＩｎＧａＮ層２２４の厚さをある程度薄く、たとえば３ｎｍ以下とすることにより、高品質な量子井戸構造２２０を実現できる。また、ＩｎＧａＮ層２２４の厚さを３ｎｍ以下とすることにより、ＩｎＧａＮ層２２４のＩｎ組成を高めることができ、長波長での発光が可能となる。さらに、薄いＩｎＧａＮ層２２４ではＩｎの組成揺らぎが小さくなり、同じ準位間で遷移を生じさせることができると考えられる。そのため、たとえば構造体１０を用いてレーザーを作製する場合、レーザー発振をさせやすくなるとも推測される。

【0045】

ＩｎＧａＮ層２２４の組成はＩｎ_ｘＧａ_{（１－ｘ）}Ｎで表される。ここで、たとえば０．１≦ｘ≦０．７５が成り立つことが好ましい。ただし、緑色波長領域で高効率の発光を可能とするためには、０．２８≦ｘ≦０．５が成り立つことがより好ましく、０．３≦ｘ≦０．４が成り立つことがさらに好ましい。

【0046】

ＧａＮ層２２２の厚さは特に限定されないが、たとえば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。量子井戸構造２２０が多重量子井戸構造である場合、特に２つのＩｎＧａＮ層２２４の間に位置するＧａＮ層２２２の厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、量子井戸構造２２０において複数のＧａＮ層２２２の厚さは互いに同じであっても良いし、同じでなくても良い。また、ＧａＮ層２２２には、Ｓｉがドープされてしても良い。ＧａＮ層２２２にＳｉがドープされる場合、ＧａＮ層２２２におけるＳｉの濃度は、５×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^１９ｃｍ^－３以下であることが好ましい。

【0047】

基板１００とＩｎＧａＮ層２２４との間にはホモエピタキシャルＧａＮ層が含まれることが好ましい。そうすることで、良質な量子井戸構造２２０を形成できる。ホモエピタキシャルＧａＮ層は、障壁層であるＧａＮ層２２２を兼ねても良い。ホモエピタキシャルＧａＮ層の膜厚は１０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0048】

多層構造２００における量子井戸構造２２０の有無はたとえば透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）を用いる方法またはＸ線回折測定を行う方法により確認できる。これらの方法のうち少なくとも一方で量子井戸構造２２０の存在が確認できれば、多層構造２００に量子井戸構造２２０が含まれると判断できる。具体的には、ＴＥＭを用いる方法では、ＩｎＧａＮ層およびＧａＮ層の各膜厚を確認する。Ｘ線回折測定を行う方法では、ＧａＮ層からの主回折、ＩｎＧａＮ層からの主回折、およびそのフリンジ（周期的な振動）を確認する。

【0049】

励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られるピーク波長λｐは５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下とすることができる。このような構造体１０によれば、緑色発光のデバイスを実現することができる。また、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における最大ピークの半値幅はたとえば１００ｎｍ以下とすることができ、さらには６０ｎｍ以下とすることができる。

【0050】

励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンススペクトルに現れる第１のピークのピーク強度は、第２のピークのピーク強度の１倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましい。ここで、第１のピークは、５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長範囲において最大のピーク強度を有するピークである。第１のピークはたとえばピーク波長をλｐとするピークであってもよい。第２のピークは、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長範囲において最大のピーク強度を有するピークである。第２のピークはたとえばＧａＮの発光ピークである。すなわち構造体１０は、緑色発光する場合、このような強度の第１のピークを有する程度に、充分な構造精度の量子井戸構造２２０を含むことが好ましい。

【0051】

なお、構造体１０のフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長λｐは、ＩｎＧａＮ層２２４のＩｎ組成等を調整することにより設定することができる。構造体１０の発光色は緑色に限らず、赤色、青色等であってもよい。ピーク波長λｐはたとえば３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内でありえ、または３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内であり得る。

【0052】

構造体１０の少なくとも一の劈開面と、第１主面１０１との成す角度は７５°以上１０５°以下であることが好ましく、８０°以上１００°以下であることがより好ましく、８５°以上９５°以下であることがさらに好ましい。そうすることで、構造体１０を用い、劈開面をミラー面とするレーザーを容易に作製することができる。この劈開面はたとえばｍ面である。

【0053】

また、構造体１０はデバイスであっても良い。構造体１０は電極をさらに備えても良い。

【0054】

本実施形態に係る構造体１０は、形成工程を含む製造方法により、製造可能である。形成工程では、基板１００の第１主面１０１上または第２主面１０２上にIII族窒化物半導体を成長させて多層構造２００を形成する。基板１００は半極性面を第１主面１０１とするIII族窒化物半導体の基板である。第２主面１０２は、基板１００の第１主面１０１とは反対側の主面である。多層構造２００は量子井戸構造２２０を含む。そして、フォトルミネッセンススペクトルのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置する。ここで、ピーク波長λｐは３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長である。また、ｃ軸を第１主面１０１へ投影した軸をｃ投影軸として、偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表される。第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成される。そして、励起波長を３２５ｎｍとした構造体１０のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満である。以下に詳しく説明する。

【0055】

多層構造２００の形成は、たとえばＭＯＣＶＤ法を用いて行える。また、多層構造２００の形成に用いるＶ族原料ガスはたとえばＮＨ_３ガスであり、III族原料ガスは有機金属ガスである。有機金属ガスとしてたとえばトリメチルＧａ（ＴＭＧａ）、トリエチルＧａ（ＴＥＧａ）、トリメチルＩｎ（ＴＭＩｎ）、トリメチルＡｌ（ＴＭＡｌ）、トリエチルＡｌ（ＴＥＡｌ）が挙げられる。Ｖ族原料ガスおよびIII族原料ガスは互いに反応する反応性ガスである。また、形成工程ではＭＯＣＶＤ装置の成長室にキャリアガスをさらに供給しても良い。キャリアガスはたとえば水素（Ｈ_２）ガスおよび窒素（Ｎ_２）ガスであり、原料ガスとは反応しない。III族原料ガスとしてＴＭＧａガスを用いる場合、供給するＴＭＧａガスの温度は－５℃以上２５℃以下であることが好ましく、０℃以上２０℃以下であることがより好ましい。また、III族原料ガスとしてＴＭＩｎガスを用いる場合、供給するＴＭＩｎガスの温度は２５℃以上５５℃以下であることが好ましく、３０℃以上５０℃以下であることがより好ましい。ただし、各ガスの温度は、ＭＯＣＶＤ装置の構成や、多層構造２００の作製に必要な蒸気圧等に応じて適宜設定することができる。供給する各ガスは、たとえば恒温槽を用いて所望の温度にすることができる。

【0056】

ＭＯＣＶＤ装置の成長室に基板１００を配置し、Ｇａを含むIII族原料ガスとＶ族原料ガスとを供給することにより、ＧａＮ層２２２等、ＧａＮからなる層を成長させることができる。また、Ｇａを含むIII族原料ガス、Ｉｎを含むIII族原料ガス、およびＶ族原料ガスを供給することにより、ＩｎＧａＮ層２２４等、ＩｎＧａＮからなる層を成長させることができる。

【0057】

形成工程では、表面温度、成長圧力、および各ガスの供給量を制御することができる。ここで、表面温度とは、その上に結晶成長させようとする表面の温度であり、すなわち原料ガスが供給される面の温度である。表面温度は、基板１００の主面の温度および基板１００上に積層された結晶表面の温度のうちのいずれかでありうる。表面温度はたとえばパイロメータを用いて測定できる。なお、結晶成長中の表面温度を特に成長温度とも呼ぶ。

【0058】

構造体１０を製造する際の第１条件から第３条件について以下に説明する。形成工程において第１条件から第３条件の全てを満たすことにより、高品質な多層構造２００を含み、偏光に関する条件を満たす構造体１０を得ることができる。特に、少なくとも量子井戸構造２２０を形成する際に第１条件から第３条件が満たされることが好ましい。ただし、偏光に関する条件を満たす限り、構造体１０の作製方法は特に限定されない。第１条件から第３条件を満たす方法は、構造体１０の製造方法の一例である。

【0059】

第１条件は、形成工程が、以下に説明する成膜の中断工程または水素ガス供給工程を含むことである。

【0060】

中断工程は、少なくとも一の層間において成長を中断させる工程である。具体的にはたとえば、中断工程においてIII族原料ガスおよびＶ族原料ガスの少なくとも一方の供給を停止することにより、結晶成長を停止させる。中断工程の間に、上記した表面温度を上げる、または下げるよう変化させてもよい。なお、中断工程において、III族原料ガスおよびＶ族原料ガスの一方の供給は継続されていても良い。たとえば、中断工程において、III族原料ガスの供給を行わず、Ｖ族原料ガスの供給を行う。中断工程は、表面温度を変化させる際には毎回行われることが好ましい。また、中断工程は、量子井戸構造２２０に含まれる層の全ての層間で行われることが好ましく、多層構造２００に含まれる層の全ての層間で行われることがより好ましい。各中断工程は、３０秒以上１８０秒以下であることが好ましい。

【0061】

水素ガス供給工程は、層と層の境界部を形成する時に、水素を供給する工程である。水素ガス供給工程は少なくとも一の境界部の形成時に行われることが好ましい。中断工程と水素ガス供給工程とは、同時に行われる必要は無い。水素ガス供給工程では、結晶成長が継続された状態で基板１００に向けてＨ_２ガスを供給する。すなわち、水素ガスを供給しながら原料ガスの種類を切り替えたり、表面温度を変化させたりする。そうすることにより、水素フローによるエッチング効果が得られ、境界部の余分な原子を除去することができ、層間の急峻な界面を得ることができる。また、薄い層を均一に成長させることができる。水素ガス供給工程における水素ガスの供給量はたとえば０．５ｓｌｍ以上１０ｓｌｍ以下であることが好ましい。

【0062】

第２条件は、適切な温度調整を行うことである。具体的には、形成工程における成長温度は５００℃以上１０００℃以下であることが好ましく、７００℃以上１０００℃以下であることがより好ましい。特に、ＧａＮ層２２２の成長温度をＩｎＧａＮ層２２４の成長温度よりも高くすることが好ましい。ＩｎＧａＮ層２２４の成長温度は７００℃以上８５０℃以下であることが好ましい。成長温度をある程度低く抑えることにより、Ｉｎの取り込み効率を高めることができる。また、成長温度を低くしすぎないことにより、良好な結晶構造および界面を得られる。

【0063】

第３条件は、原料ガスにおいてＶ／III比を適切に設定することである。Ｖ／III比は、III族原子の供給数に対するＶ族原子の供給数の比率を示す。なお、各供給数は、原料ガスによる供給数である。形成工程におけるＶ／III比は、５０００以上２００００以下であることが好ましい。すなわち。Ｖ族原子の供給数は、III族原子の供給数の５０００倍以上２００００倍以下であることが好ましい。また、形成工程において、Ｖ族原子の供給数は、III族原子の供給数の６０００倍以上１７０００倍以下であることがより好ましい。

【0064】

なお、ＩｎＧａＮを成長させる際の、Ｉｎ原子の供給数は、III族原子の供給数全体の０．４倍以上０．８倍以下であることが好ましく、０．５倍以上０．７倍以下であることがより好ましい。こうすることで、発光ピークの半値幅を抑えたり、発光強度を高めたり、全体にわたって安定に発光させたりすることができる。

【0065】

なお、形成工程において、成長室内の圧力は１００Ｔｏｒｒ以上５００Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。

【0066】

また、構造体１０の製造方法では、形成工程に先立ち基板１００表面のサーマルクリーニングを行っても良い。サーマルクリーニングでは、たとえば基板１００の表面温度を９００℃以上１１００℃以下で５分以上維持する。なお、サーマルクリーニングの時間は６０分以下とすることができる。

【0067】

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態によれば、構造体１０が偏光に関する条件を満たすことにより、デバイスの製造コストを抑えつつ、高効率で駆動可能なデバイスを得ることができる。

【0068】

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る構造体１０の構成を例示する図である。本実施形態に係る構造体１０は、多層構造２００が、量子井戸構造２２０に加え、ガイド層、クラッド層、電子ブロック層、およびコンタクト層の少なくともいずれかを備える点を除いて第１の実施形態に係る構造体１０と同じである。

【0069】

本図の例において、多層構造２００は、ｎ型クラッド層２５１、ｎ－ＧａＮガイド層２３３、ＩｎＧａＮガイド層２３１、量子井戸構造２２０、ＩｎＧａＮガイド層２３１、電子ブロック層２４０、ｐ－ＧａＮガイド層２３４、ｐ型クラッド層２５２、およびｐ型コンタクト層２６０を基板１００側からこの順に含む。また、基板１００はｎ型ＧａＮである。このような構造体１０を用いることにより、良好なレーザー素子を作製できる。

【0070】

ＩｎＧａＮガイド層２３１はＩｎＧａＮからなり、量子井戸構造２２０は二つのＩｎＧａＮガイド層２３１の間に位置する。また、ｎ－ＧａＮガイド層２３３はｎ型ＧａＮからなり、ｐ－ＧａＮガイド層２３４はｐ型ＧａＮからなる。量子井戸構造２２０は、ｎ－ＧａＮガイド層２３３とｐ－ＧａＮガイド層２３４の間に位置する。さらに、ＩｎＧａＮガイド層２３１とｐ－ＧａＮガイド層２３４との間には電子ブロック層２４０が位置する。電子ブロック層２４０はたとえばｐ型ＡｌＧａＮからなる。

【0071】

クラッド層はたとえばＡｌ_ｙＧａ_{（１－ｙ）}Ｎで表される組成のＡｌＧａＮからなる。具体的にはｎ型クラッド層２５１はｎ型ＡｌＧａＮからなり、ｐ型クラッド層２５２はｐ型ＡｌＧａＮからなる。ここで、ｙは０．１以上であることが好ましく、０．１５以上であることがより好ましい。また、ｙは０．２５以下であることが好ましい。量子井戸構造２２０は、ｎ型クラッド層２５１とｐ型クラッド層２５２の間に位置する。多層構造２００のうち基板１００側とは反対側の端にはｐ型コンタクト層２６０が位置する。ｐ型コンタクト層２６０はたとえばｐ型ＧａＮからなる。

【0072】

多層構造２００に含まれる層のうち、ｎ型のIII族窒化物半導体からなる層は、たとえば、成長時にｎ型ドーパントを含むドーピングガスをさらに供給することにより形成できる。ｎ型ドーパントはたとえばＳｉ、Ｇｅ、およびＯからなる群から選択される一以上である。

【0073】

多層構造２００に含まれる層のうち、ｐ型のIII族窒化物半導体からなる層は、たとえば、成長時にｐ型ドーパントを含むドーピングガスをさらに供給し、活性化処理を行うことにより形成できる。活性化処理は熱処理または電子線照射である。ｐ型ドーパントはたとえばＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、およびＢｅからなる群から選択される一以上である。

【0074】

多層構造２００に含まれる層のうち、ＡｌＧａＮからなる層は、成長時に、Ｇａを含むIII族原料ガス、Ａｌを含むIII族原料ガス、およびＶ族原料ガスを供給することにより形成することができる。

【0075】

図６は、第２の実施形態に係る光デバイス３０の構成を例示する図である。光デバイス３０は、構造体１０、第１の電極３１０、および第２の電極３２０を備える。第１の電極３１０および第２の電極３２０は多層構造２００に電気的に接続されている。本図の例において第１の電極３１０は基板１００に接し、第２の電極３２０は多層構造２００のうち基板１００とは反対側の端の層に接している。

【0076】

光デバイス３０は、構造体１０に、第１の電極３１０および第２の電極３２０を形成することにより製造できる。具体的には、基板１００の多層構造２００側とは反対側の面を必要に応じてエッチング等を施し、第１の電極３１０を成膜する。また、ｐ型コンタクト層２６０の基板１００側とは反対側の面に第２の電極３２０を成膜する。各電極はＰｄ、Ｐｔ、Ａｕ、およびＩｎ等の少なくともいずれかの金属で構成される。なお、各電極は複数の金属層の積層構造を有していても良い。また、構造体１０を必要に応じて劈開やダイシング等することで、形状を加工しても良い。

【0077】

光デバイス３０はたとえばレーザーである。ここで、構造体１０の側面である劈開面がミラー面として機能することが好ましい。そうすることで、光デバイス３０を高効率のレーザーとして動作させることができる。ひいては、低コストでレーザーの製造が可能である。ミラー面として用いる劈開面としてはたとえばｍ面が好ましい。

【0078】

本実施形態に係る構造体１０および光デバイス３０の構造はそれぞれ図５および図６の例に限定されない。また、光デバイス３０はレーザーに限定されず、波長変換素子、発光ダイオード、またはセンサ等であっても良い。光デバイス３０がレーザーや発光ダイオード等の発光デバイスである場合、光デバイス３０の発光波長をたとえば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下とすることができる。すなわち、構造体１０を用いて緑色発光のデバイスを作製することができる。なお、光デバイス３０の発光波長は、ＩｎＧａＮ層２２４のＩｎ組成等を調整することにより設定することができる。光デバイス３０の発光色は緑色に限らず、赤色、青色等であってもよい。

【0079】

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。くわえて、構造体１０を用いて容易にデバイスを得ることができる。

【実施例】

【0080】

以下、本実施形態を、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。

【0081】

実施例１では、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）を含む構造体を作製した。実施例２から実施例５では、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を含む構造体を作製した。ここで、実施例１から実施例５においてＩｎ組成を変化させた。そして、各実施例の構造体の偏光特性を評価した。

【0082】

図７は、実施例１に係る構造体の構成を示す図であり、図８は、実施例１に係る形成工程での表面温度を示す図である。また、実施例１に係る構造体の製造条件を表１に示す。

【0083】

【表1】

【0084】

本実施例ではまず、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形状であり、第１主面が（１１－２３）面であるＧａＮ自立基板を準備し、基板の評価を行った。その後、基板を２ｍｍ×３ｍｍの矩形の基板に分割し、多層構造の形成に用いた。

【0085】

１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形状の基板に対し行った評価の結果は以下の通りである。まず、基板の厚さと第１主面におけるＣＬ暗点密度について評価を行った。評価の結果は下記の通りであった。
厚さ：４０８μｍ
ＣＬ暗点密度：１．５３×１０^６ｃｍ^－２

【0086】

次いで、第１の実施形態に説明した方法で、第１主面のＸＲＣ（１１２）ω半値幅、｛１１－２３｝面からのオフ角、および曲率半径を評価した。
ＸＲＣ（１１２）ω半値幅：ｍ軸入射測定１３８ａｒｃｓｅｃ．、ｃ投影軸入射測定６６．４ａｒｃｓｅｃ．
｛１１－２３｝面からの各軸方向のオフ角：ｍ軸方向－０．０６°、ｃ投影軸方向０．１６°（｛１１－２３｝面と測定対象の主面とのなす角が１０°以内であることが確認された。）
曲率半径：ｍ軸方向－２．６９ｍ、ｃ投影軸方向＋８．７９ｍ
なお、曲率半径の＋は測定対象の主面において凸方向に結晶軸の曲率半径を有していることを、－は凹方向に結晶軸の曲率半径を有していることを示す。

【0087】

分割された基板をＭＯＣＶＤ装置に取り付け、表１に示す通りの条件で、単一量子井戸構造を作製した。まず、表面温度を室温（ＲＴ）から昇温し、９８０℃で２０分間維持することで、基板表面のサーマルクリーニングを行った。サーマルクリーニング中は、ＮＨ_３ガス、Ｈ_２ガスおよびＮ_２ガスをそれぞれ表１に示す流量で成長室に供給した。

【0088】

次いで、基板の第１主面上にホモエピタキシャルＧａＮ層（ＨＴ－ＧａＮ）、ＩｎＧａＮ層（ＧａＩｎＮ）、およびｃａｐ－ＧａＮ層をこの順に成長させて、実施例１の構造体を得た。各層の成長条件は、表１に示す通りである。なお、表１中、「原子数比率」は、原料ガスに含まれる、Ｖ族とIII族との原子数比（Ｖ／III比）またはＩｎとIII族との原子数比（Ｉｎ／III比）を示す。「圧力」は、ＭＯＣＶＤ装置の成長室内の圧力を示す。

【0089】

表１に示すように、ホモエピタキシャルＧａＮ層の成長と、ＩｎＧａＮ層の成長との間には、結晶成長をさせずに表面温度を下げる中断工程を設けた。また、形成工程における成長温度を７００℃以上１０００℃以下の範囲で設定した。そして、供給する原料ガスのＶ／III比を６０００以上１７０００以下の範囲で設定した。

【0090】

図９は、実施例２から実施例５に係る構造体の構成を示す図であり、図１０は、実施例２から実施例５に係る形成工程での表面温度を示す図である。また、実施例２から実施例５に係る構造体の製造条件を表２に示す。本表中Ａに示す表面温度を、実施例２において８３０℃、実施例３において７５０℃、実施例４において７７０℃、実施例５において８００℃とした。

【0091】

【表2】

【0092】

実施例２から実施例５では、実施例１と同じＧａＮ自立基板を２ｍｍ×３ｍｍ程度の矩形に分割したものを基板として用いた。そして、基板の第１主面である（１１－２３）面上に多層構造を形成し構造体を得た。なお、多層構造の形成は、実施例２から実施例５で互いに別々に行った。

【0093】

実施例１と同様、分割された基板をＭＯＣＶＤ装置に取り付け、表２に示す通りの条件で、多重量子井戸構造を作製した。まず、実施例１と同様に、基板表面のサーマルクリーニングを行った。

【0094】

次いで、基板上にホモエピタキシャルＧａＮ層（ＨＴ－ＧａＮ）を形成し、さらに、バリアＧａＮ層（ｂａｒｒｉｅｒ ＧａＮ）およびＩｎＧａＮ層（ＧａＩｎＮ）を三層ずつ交互に形成した。その後、ｃａｐ－ＧａＮ層を形成し、実施例２から実施例５の構造体を得た。なお、表２中、「原子数比率」は、原料ガスに含まれる、Ｖ族とIII族との原子数比（Ｖ／III比）またはＩｎとIII族との原子数比（Ｉｎ／III比）を示す。

【0095】

表２に示すように、層と層の成長の間には、結晶成長をさせない中断工程を設けた。なお、各中断工程は、３０秒以上１８０秒以下の範囲内であった。また、形成工程における成長温度を７００℃以上１０００℃以下の範囲で設定した。そして、供給する原料ガスのＶ／III比を６０００以上１７０００以下の範囲で設定した。

【0096】

図１１から図１５は、実施例１から実施例５の構造体に対し図３に示したような装置を用いてフォトルミネッセンス測定を行った結果をそれぞれ示す図である。図１１から図１４において、ｃ投影軸偏光成分を実線で、ｍ軸偏光成分を点線で示している。フォトルミネッセンス測定は、室温で行った。励起波長は３２５ｎｍとした。

【0097】

さらに、実施例１から実施例５に係る構造体の、励起波長を３２５ｎｍとしたフォトルミネッセンス測定の結果を表３に示す。また、図１６は、実施例１から実施例５の構造体のフォトルミネッセンスの結果をプロットしたグラフである。このグラフは横軸をピーク波長λｐ、縦軸を偏光比Ｒｐとした、第１の実施形態で説明した通りのグラフである。本グラフには直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４、および、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．６の各一部が合わせて描かれている。くわえて、本グラフには比較例として、非特許文献１に記載された、｛１１－２２｝面上に形成された単一量子井戸構造から発せられる光の偏光比をプロットした。

【0098】

【表3】

【0099】

実施例１から実施例５に係る構造体のフォトルミネッセンス測定の結果、ピーク波長λｐはいずれも３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内であった。また、フォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における最大ピークの半値幅はいずれも１００ｎｍ以下であった。

【0100】

図１１から図１５より分かる通り、いずれの構造体においてもｃ投影軸偏光成分の強度がｍ軸偏光成分の強度よりも高かった。すなわち、偏光比Ｒｐは０未満であった。そして、図１６から分かるように、実施例のいずれのプロットも、第１の実施形態で説明した第１の平行四辺形の内部、さらには第２の平行四辺形の内部に位置した。一方、比較例のプロットはいずれも第１の平行四辺形より上に位置していた。すなわち、実施例に係る構造体のｃ投影軸偏光成分の比率は比較例に係る構造体のｃ投影軸偏光成分の比率よりも高かった。したがって、実施例に係る構造体を用いた場合に、比較例に係る構造体を用いた場合よりも、キャビティ方向の利得を高められることが確かめられた。したがって、実施例に係る構造体によれば、高効率のデバイスを実現できると考えられる。

【0101】

なお、実施例および比較例のいずれも、発光波長が大きくなるほど偏光比Ｒｐが小さくなる傾向があった。

【0102】

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 半極性面を第１主面とするIII族窒化物半導体の基板と、
前記基板の、前記第１主面上または、前記第１主面とは反対側の第２主面上に積層された、III族窒化物半導体からなる多層構造とを備える構造体であって、
前記多層構造は量子井戸構造を含み、
ｃ軸を前記第１主面へ投影した軸をｃ投影軸として、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表され、
フォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置し、
前記第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成され、
励起波長を３２５ｎｍとした当該構造体のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満である構造体。
２． １．に記載の構造体において、
前記第１主面は｛１１－２ｎ｝面、または｛１１－２ｎ｝面からのオフ角が１０°以内の面であり、
ｎは０以上の数である構造体。
３． ２．に記載の構造体において、
ｎ＝３である構造体。
４． １．から３．のいずれか一つに記載の構造体において、
当該構造体の少なくとも一の劈開面と、前記第１主面との成す角度が７５°以上１０５°以下である構造体。
５． １．から４．のいずれか一つに記載の構造体において、
前記量子井戸構造はＧａＮ層とＩｎＧａＮ層の交互積層構造を有する構造体。
６． ５．に記載の構造体において、
前記ＩｎＧａＮ層の組成はＩｎ _ｘ Ｇａ _{（１－ｘ）} Ｎで表され、
０．２８≦ｘ≦０．５が成り立つ構造体。
７． １．から６．のいずれか一つに記載の構造体において、
励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られるλｐは５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である構造体。
８． １．から７．のいずれか一つに記載の構造体において、
励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における最大ピークの半値幅が１００ｎｍ以下である構造体。
９． １．から８．のいずれか一つに記載の構造体において、
前記多層構造はＡｌ _ｙ Ｇａ _{（１－ｙ）} Ｎで表される組成のＡｌＧａＮからなるクラッド層を含み、
ｙは０．１以上である構造体。
１０． １．から９．のいずれか一つに記載の構造体と、
前記多層構造に電気的に接続された第１の電極および第２の電極を備える光デバイス。
１１． １０．に記載の光デバイスにおいて、
前記構造体の劈開面をミラー面としたレーザーである光デバイス。
１２． １．から９．のいずれか一つに記載の構造体に、前記多層構造に電気的に接続された第１の電極および第２の電極を形成する光デバイスの製造方法。
１３． 構造体の製造方法であって、
半極性面を第１主面とするIII族窒化物半導体の基板の、前記第１主面上または、前記第１主面とは反対側の第２主面上に、III族窒化物半導体を成長させて多層構造を形成する形成工程を含み、
前記多層構造は量子井戸構造を含み、
ｃ軸を前記第１主面へ投影した軸をｃ投影軸として、フォトルミネッセンスで発せられる光の偏光比ＲｐはＲｐ＝（ｍ軸偏光成分の強度－ｃ投影軸偏光成分の強度）／（ｍ軸偏光成分の強度＋ｃ投影軸偏光成分の強度）で表され、
フォトルミネッセンススペクトルの、３６０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲における最大ピークのピーク波長λｐ［ｎｍ］が横軸であり、偏光比Ｒｐが縦軸であるグラフにおいて、励起波長を３２５ｎｍとした前記構造体のフォトルミネッセンスで得られる結果のプロットは、第１の平行四辺形の内部に位置し、
前記第１の平行四辺形は、直線λｐ＝３６０、直線λｐ＝５６０、直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋２．２、および直線Ｒｐ＝－０．００５λｐ＋１．４で構成され、
励起波長を３２５ｎｍとした当該構造体のフォトルミネッセンスで得られる偏光比Ｒｐは０未満である構造体の製造方法。
１４． １３．に記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程における成長温度は５００℃以上１０００℃以下である構造体の製造方法。
１５． １３．または１４．に記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程は、少なくとも一の層間において成長を中断させる工程を含む構造体の製造方法。
１６． １３．または１４．に記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程は、層と層の少なくとも一の境界部を形成する時に、水素を供給する工程を含む構造体の製造方法。
１７． １３．から１６．のいずれか一つに記載の構造体の製造方法において、
前記形成工程において、原料ガスによる、Ｖ族原子の供給数は、III族原子の供給数の５０００倍以上２００００倍以下である構造体の製造方法。

【符号の説明】

【0103】

１０ 構造体
３０ 光デバイス
４０ 装置
１００ 基板
１０１ 第１主面
１０２ 第２主面
２００ 多層構造
２２０ 量子井戸構造
２２２ ＧａＮ層
２２４ ＩｎＧａＮ層
２３１ ＩｎＧａＮガイド層
２３３ ｎ－ＧａＮガイド層
２３４ ｐ－ＧａＮガイド層
２４０ 電子ブロック層
２５１ ｎ型クラッド層
２５２ ｐ型クラッド層
２６０ ｐ型コンタクト層
３１０ 第１の電極
３２０ 第２の電極
４２０ 光源
４２１，４２３，４２４ ミラー
４２２ 輝線カットフィルタ
４２５，４３１，４３３ レンズ
４３２ 偏光子
４３４ 受光部
４３５ 受光器
５００ 測定対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】