CN102177593B - 氮化镓系半导体发光元件、制作氮化镓系半导体发光元件的方法、氮化镓系发光二极管、外延晶片及制作氮化镓系发光二极管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有可提高偏光度的结构的氮化镓系半导体发光元件。发光二极管(11a)包括半导体区域(13)、InGaN层(15)及活性层(17)。半导体区域(13)具有表现出半极性的主面(13a)，且包含GaN或者AlGaN。半导体区域(13)的主面(13a)相对于与该主面(13a)的[0001]轴方向的基准轴Cx正交的平面Sc以角度α倾斜。半导体区域(13)的厚度D13大于InGaN层(15)的厚度DInGaN，且InGaN层(15)的厚度DInGaN为150nm以上。InGaN层(15)设置于半导体区域(13)的主面13a的正上方，且与主面(13a)相接。活性层(17)设置于InGaN层(15)的主面15a上，且与该主面(15a)接触。活性层(17)包含InGaN阱层(21)。

Description

氮化镓系半导体发光元件、制作氮化镓系半导体发光元件的方法、氮化镓系发光二极管、外延晶片及制作氮化镓系发光二极管的方法
技术领域
本发明涉及一种氮化镓系半导体发光元件、制作氮化镓系半导体发光元件的方法、氮化镓系发光二极管、外延晶片及制作氮化镓系发光二极管的方法。
背景技术
在专利文献1中记载有一种设置于具有非极性面的GaN基板上的氮化镓系半导体发光元件。作为GaN基板的主面记载有以下结构。例如，GaN基板的主面为{11-20}面、{1-100}面、或者在-5度～+5度的范围内自{11-20}面或{1-100}面倾斜的面。此外，GaN基板的主面为相对于{11-20}面及{1-100}面中的任一面而以偏离角θ(其中0°≤θ≤10°)偏离的面。进而，GaN基板的主面为{11-20}面、在-5度～+5度的范围内自{11-20}面倾斜的面、或者相对于{11-20}面而以10度以下的偏离角θ偏离的面。
专利文献
专利文献1：日本专利特开平10-135576号公报
发明内容
在氮化镓系发光二极管中，出射光的偏光与应变的各向异性相关联。因此，为了制作出偏光度较大的发光二极管，而要求增大应变的各向异性。根据本发明者等人的见解，当在GaN基板的半极性主面上进行活性层的共格生长时，偏光度为大致由偏离角所决定的值。因此，使应变的各向异性改变并不容易。根据本发明者等人的探讨，考虑有通过产生各向异性的晶格弛豫而增大应变的各向异性。根据该方针，本发明者等人进行了研究，结果发现了各向异性地引起晶格弛豫的结构。
在氮化镓系激光二极管中，通过活性层的应变而可激光振荡的带间跃迁不同。此外，带间跃迁与激光振荡的阈值相关联。在氮化镓系激光二极管中，要求减小阈值电流密度。根据本发明者等人的见解，氮化镓系激光二极管的LED模式(产生激光振荡前的发光)下的偏光度，与该激光二极管的阈值电流密度的大小相关联。在LED模式下，不仅可激光振荡的带间跃迁会发光，其他带间跃迁也会发光。LED模式下的发光的偏光度通过来自多个不同带间跃迁的光的混合而规定。
本发明鉴于如上所述的情形而创立，其目的在于提供一种具有可提高偏光度的结构的氮化镓系半导体发光元件，且提供一种用于该氮化镓系半导体发光元件的外延晶片，进而提供一种制作氮化镓系半导体发光元件的方法。此外，本发明鉴于如上所述的情形而创立，其目的在于提供一种具有可提高偏光度的结构的氮化镓系发光二极管，且提供一种用于该氮化镓系发光二极管的外延晶片，进而提供一种制作氮化镓系发光二极管的方法。
本发明的一侧面的氮化镓系半导体发光元件包括：(a)半导体区域，包含氮化镓系半导体；(b)InGaN层，设置在上述半导体区域的上述主面的正上方；(c)活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置在上述InGaN层的主面上；以及(d)支撑基体，包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面以10度以上且80度以下倾斜的主面。上述InGaN层设置于上述活性层与上述半导体区域之间，且上述半导体区域的上述主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜而表现出半极性，上述半导体区域包含一个或多个氮化镓系半导体层，各氮化镓系半导体层包含GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN，上述半导体区域的上述主面的材料与上述InGaN层不同，上述半导体区域的厚度大于上述InGaN层的厚度，上述InGaN层具有100nm以上的厚度，上述半导体区域搭载于上述支撑基体的上述主面上，上述InGaN层具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，上述第一方向与上述第二方向正交，上述支撑基体具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，且上述第一InGaN晶格常数与上述第一GaN晶格常数相等，上述第二InGaN晶格常数与上述第二GaN晶格常数不同。
根据该氮化镓系半导体发光元件，在半导体区域上形成厚度为100nm以上的InGaN层，因此在InGaN层产生各向异性的晶格弛豫，该InGaN层含有各向异性的应变。因此，InGaN层的主面上的活性层的应变的各向异性增大。在氮化镓系半导体激光中，可提高LED模式下的发光的偏光度，其结果，可进行低阈值的跃迁的激光振荡。此外，可提高氮化镓系发光二极管的偏光度。
在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，上述InGaN层可具有150nm以上的厚度。根据该氮化镓系半导体发光元件，可增强该InGaN层的应变的各向异性。
在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，上述InGaN层为光导层，且该氮化镓系半导体发光元件可还包括设置于上述活性层的主面上且包含另一InGaN层的另一光导层。氮化镓系半导体发光元件包含氮化镓系半导体激光，且可通过光导层的各向异性应变而提高LED模式下的发光的偏光度。其结果，可进行低阈值的跃迁的激光振荡。
在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，来自上述发光层的发光的偏光度大于0。根据该氮化镓系半导体发光元件，可提供非负值的偏光度。
在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，上述半导体区域的上述主面包含GaN。在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，上述倾斜的角度为63度以上且80度以下。根据该氮化镓系半导体发光元件，可减少InGaN层的In偏析，且可减少因In偏析而引起的应力分布。
在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，上述氮化镓系半导体发光元件包含半导体激光，该半导体激光的光波导在上述c轴的倾斜方向上延伸。根据该氮化镓系半导体发光元件，可提供一种能进行低阈值的激光振荡的共振器。
在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，在上述半导体区域与上述InGaN层的界面产生失配位错，从而在上述InGaN层产生晶格弛豫。在氮化镓系半导体发光元件中，通过InGaN层的晶格弛豫而变更活性层的应变。
在本发明的氮化镓系半导体发光元件中，通过该失配位错，在上述InGaN层产生各向异性的晶格弛豫，且在上述基准轴的倾斜的方向上产生晶格弛豫，在与该方向及上述基准轴正交的方向上并无晶格弛豫。在氮化镓系半导体发光元件中，通过InGaN层的各向异性的晶格弛豫，活性层含有各向异性的应变。
本发明的一侧面的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件包括：(a)半导体区域，具有包含氮化镓系半导体的主面；(b)InGaN层，设置在上述半导体区域的上述主面的正上方；以及(c)活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置在上述InGaN层的主面上。上述InGaN层设置于上述活性层与上述半导体区域之间，上述半导体区域的上述主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜而表现出半极性，上述半导体区域包含一个或多个氮化镓系半导体层，各氮化镓系半导体层包含GaN或者AlGaN，且上述半导体区域的厚度大于上述InGaN层的厚度，上述InGaN层具有150nm以上的厚度。
根据该氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件，在包含GaN或者AlGaN的半导体区域上，形成厚度为150nm以上的InGaN层，因此在InGaN层产生各向异性的晶格弛豫，且该InGaN层含有各向异性的应变。因此，InGaN层的主面上的活性层的应变的各向异性增大。所以，可提高氮化镓系发光二极管的偏光度。
在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述半导体区域的主面包含GaN，且上述倾斜的角度可为10度以上且80度以下。
根据该氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件，c面在上述角度的范围内自主面倾斜，因此c面变成滑动面而产生失配位错，从而在InGaN层产生晶格弛豫。
本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件可还包括支撑基体，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面而倾斜的主面。上述InGaN层具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，上述第一方向与上述第二方向正交，上述支撑基体具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，上述第一InGaN晶格常数可与上述第一GaN晶格常数相等，上述第二InGaN晶格常数可与上述第二GaN晶格常数不同。
根据该氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件，理想的各向异性的晶格弛豫为，在彼此正交的两个方向中的一个方向上并无晶格弛豫，而在另一个方向上产生晶格弛豫。更具体而言，关于自基板主面而向[0001]轴方向的基准轴倾斜的第一方向产生晶格弛豫，而关于与基准轴及第一方向正交的第二方向并无晶格弛豫。
在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述基准轴能以上述支撑基体的氮化镓的<1-100>方向为基准，而在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。根据该氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件，在<1-100>方向上产生主要的晶格弛豫。此外，在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述基准轴能以上述支撑基体的氮化镓的<11-20>方向为基准，而在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。根据该氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件，在<11-20>方向上产生主要的晶格弛豫。
在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述InGaN层的铟组成小于上述阱层的铟组成。此外，在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述InGaN层的铟组成优选为0.02以上。过小的铟组成对于各向异性的晶格弛豫的生成无效。上述InGaN层的铟组成优选为0.10以下。过大的铟组成会使InGaN层的结晶质量劣化。
本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件可还包括支撑基体，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面而倾斜的主面。上述半导体区域搭载于上述支撑基体的上述主面上，且在上述半导体区域与上述InGaN层的界面上产生失配位错，从而在上述InGaN层产生晶格弛豫。
根据该氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件，可在包含氮化镓的支撑基体上设置半导体区域及InGaN层，因此半导体区域的结晶质量良好。在该半导体区域上可形成含有各向异性的应变的InGaN层。因此，可防止InGaN层的各向异性的晶格弛豫因基底的结晶缺陷等而变弱的情形。
在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述InGaN层通过该失配位错而产生各向异性的晶格弛豫。根据该氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件，在基准轴的倾斜方向上产生晶格弛豫，而在与该方向及上述基准轴正交的方向上并无晶格弛豫。
在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述支撑基体的穿透位错密度在c面上可为1×107cm-2以下。根据该支撑基体，可提供一种低缺陷的半导体层。此外，在本发明的氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件中，上述InGaN层的厚度可为300nm以上。进而，在本发明的氮化镓系发光二极管中，上述InGaN层的厚度可为1000nm以上。
本发明的另一侧面为一种用于氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件的外延晶片。该外延晶片包括：(a)基板，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[000l]轴方向的基准轴正交的平面而倾斜的主面；(b)半导体区域，其包含一个或多个氮化镓系半导体层；(c)InGaN层，设置在上述半导体区域的主面的正上方；(d)活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置于上述支撑基体的上述主面上；以及(e)支撑基体，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面而以l0度以上且80度以下倾斜的主面。上述InGaN层为设置于上述活性层与上述半导体区域之间，且上述半导体区域的上述主面为相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜而表现出半极性，上述半导体区域包含一个或多个氮化镓系半导体层，各氮化镓系半导体层包含GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN，上述半导体区域的上述主面的材料与上述InGaN层不同，上述半导体区域的厚度大于上述InGaN层的厚度，上述InGaN层具有100nm以上的厚度，上述半导体区域为搭载于上述基板的上述主面上，上述InGaN层具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，上述第一方向与上述第二方向正交，上述基板具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，上述第一InGaN晶格常数与上述第一GaN晶格常数相等，上述第二InGaN晶格常数与上述第二GaN晶格常数不同。
本发明的另一侧面为一种用于氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件的外延晶片。该外延晶片包括：(a)基板，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面而倾斜的主面；(b)半导体区域，其包含一个或多个氮化镓系半导体层；(c)InGaN层，设置在上述半导体区域的主面的正上方；以及(d)活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置于上述支撑基体的上述主面上。上述半导体区域为设置于上述支撑基体与上述InGaN层之间，上述InGaN层为设置于上述活性层与上述半导体区域之间，各氮化镓系半导体层包含GaN或者AlGaN，且上述半导体区域的厚度大于上述InGaN层的厚度，上述InGaN层具有150nm以上的厚度。
根据该外延晶片，包含GaN或者AlGaN的半导体区域的厚度大于InGaN层的厚度，并且InGaN层的厚度为150nm以上，因此InGaN层含有应变并且于该InGaN层产生各向异性的晶格弛豫。因此，InGaN层的主面上的活性层的应变的各向异性增大。所以，可提供一种包含含有各向异性的应变的活性层的外延晶片。
本发明的又一侧面为一种制作氮化镓系半导体发光元件的方法。该方法包括：(a)准备基板的工序，该基板包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面而以10度以上且80度以下倾斜的主面；(b)在上述基板上生长半导体区域的工序，该半导体区域包含氮化镓系半导体且具有表现出半极性的主面；(c)在上述半导体区域的上述主面的正上方生长含有各向异性的晶格弛豫且具有100nm以上的厚度的InGaN层的工序；以及(d)在上述InGaN层的主面上生长活性层的工序。上述活性层含有包含InGaN的阱层，上述半导体区域的上述主面为相对于与该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面而倾斜，且上述半导体区域包含GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN，上述半导体区域的上述主面的材料与上述InGaN层不同，上述InGaN层具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，上述第一方向与上述第二方向正交，上述基板具有与上述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与上述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，且上述第一InGaN晶格常数与上述第一GaN晶格常数相等，上述第二InGaN晶格常数与上述第二GaN晶格常数不同，上述半导体区域的厚度大于上述InGaN层的厚度。
本发明的又一侧面为一种制作氮化镓系发光二极管及氮化镓系半导体发光元件的方法。该方法可包括：(a)在包含氮化镓系半导体的半导体区域的表现出半极性的主面的正上方生长具有150nm以上的厚度的InGaN层的工序；以及(b)在上述InGaN层的主面上生长活性层的工序。上述InGaN层为含有各向异性的晶格弛豫，上述活性层含有包含InGaN的阱层，且上述半导体区域的上述主面为相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面而倾斜，上述半导体区域包含上述GaN或者AlGaN，上述半导体区域的厚度大于上述InGaN层的厚度。
根据该方法，在半导体区域与InGaN层之间存在较大的晶格常数差。当在该半导体区域上生长具有150nm以上的厚度的InGaN层时，在InGaN层与半导体区域的界面生成失配位错。该失配位错使与半导体区域的主面的倾斜方向对应的各向异性的晶格弛豫产生于InGaN层上。
在本发明的方法中，上述InGaN层的主面可具有于与上述基准轴的倾斜方向交叉的方向上延伸的条纹状的形态(morphology)。根据该方法，上述形态与失配位错的滑动面相关联。
本发明的上述目的及其他目的、特征、以及优点，根据参照附图而推进的本发明的良好的实施形态的以下的详细记述可更容易地明白。
发明的效果
如以上说明所示，根据本发明的一侧面，提供一种具有可提高偏光度的结构的氮化镓系半导体发光元件。此外，根据本发明的另一侧面，提供一种用于该氮化镓系半导体发光元件的外延晶片。进而，根据本发明的又一侧面，可提供一种制作该氮化镓系半导体发光元件的方法。此外，根据本发明的一侧面，提供一种具有可提高偏光度的结构的氮化镓系发光二极管。此外，根据本发明的另一侧面，提供一种用于该氮化镓系发光二极管的外延晶片。进而，根据本发明的又一侧面，提供一种制作该氮化镓系发光二极管的方法。
附图说明
图1为表示本实施形态的氮化镓系发光二极管的结构的图；
图2为表示本实施形态的氮化镓系半导体发光元件的结构的图；
图3(a)～(c)为说明无应变InGaN、c面上的InGaN及其应变的图；
图4(a)、(b)为说明a面上的无弛豫InGaN及弛豫InGaN的应变的图；
图5(a)～(d)为说明半极性面上的无弛豫InGaN及弛豫InGaN的应变的图；
图6(a)～(c)为表示制作氮化镓系发光二极管的方法及制作外延晶片的方法的主要工序的图；
图7(a)～(c)为表示制作氮化镓系发光二极管的方法及制作外延晶片的方法的主要工序的图；
图8(a)～(c)为表示制作氮化镓系发光二极管的方法及制作外延晶片的方法的主要工序的图；
图9(a)～(c)为表示以倍率为1000倍的相对较高的倍率所观察到的外延晶片的表面的微分干涉显微镜像的图；
图10(a)、(b)为表示厚度100nm的InGaN层与GaN的X射线衍射的测定结果的图；
图11(a)、(b)为表示厚度300nm的InGaN层与GaN的X射线衍射的测定结果的图；
图12(a)、(b)为表示厚度1000nm的InGaN层与GaN的X射线衍射的测定结果的图；
图13为表示包含厚度300nm的InGaN层的发光二极管结构中的阴极发光(CL)像的图；
图14(a)～(c)为表示3kV、5kV及10kV的加速电压下的CL像的图；
图15(a)、(b)为表示150nm以上的厚度下，基底InGaN晶格弛豫层的厚度与偏光度的关系、及偏光元件的旋转角度相对于发光强度的依赖性的图；
图16为表示实施例2中制作的激光二极管的结构的图；
图17为表示InGaN层的厚度与阈值及偏光度的关系的图；
图18(a)、(b)为表示InGaN膜的厚度为80nm及200nm时的倒易晶格映射的图；
图19为表示自a面方向观察该试样的穿透式电子显微镜像的图；
图20为表示本实施例的外延基板的阴极发光(CL)光谱的图；
图21(a)、(b)表示加速电压15kV时的CL像及20kV时的CL像。
标号说明
11...氮化镓系发光二极管(发光二极管)
13...氮化镓系半导体区域(半导体区域)
13a...半导体区域主面
15...InGaN层
15a...InGaN层主面
17...活性层
α...c轴的倾斜角
D13...半导体区域厚度
DInGaN...InGaN层的厚度
21...阱层
23...势垒层
25...支撑基体
25a...支撑基体主面
LGaN...无应变的GaN的单位晶格
LInGaN...无应变的InGaN的单位晶格
SLOInGaN...c面上生长的六方晶系InGaN的单位晶格
SLAInGaN...a面上生长的六方晶系InGaN的单位晶格
SLSInGaN...向a轴方向倾斜的六方晶系GaN半极性面上所生长的六方晶系InGaN的单位晶格
LSInGaN...向a轴方向倾斜的六方晶系GaN半极性面上所生长的六方晶系InGaN的单位晶格
da0、dm0...GaN晶格常数
da1、dm1...InGaN晶格常数
27...n型氮化镓系半导体区域
29...p型氮化镓系半导体区域
31...电子阻挡层
33...接触层
35、37...电极
71...GaN基板
72...n型GaN层
73...n型InAlGaN包覆层
74...n型GaN引导层
75...非掺杂InGaN引导层
76...活性层
76...p型InGaN引导层
77...p型AlGaN阻挡层
78...p型GaN引导层
79...p型InAlGaN包覆层
80...p型GaN接触层
EPLD...外延基板
具体实施方式
本发明的见解可参照作为例示而表示的附图并考虑以下的详细记述而容易地理解。进而，一边参照附图，一边对本发明的氮化镓系发光二极管、氮化镓系半导体发光元件、用于这些元件的外延晶片以及制作外延晶片、氮化镓系半导体发光元件及氮化镓系发光二极管的方法的实施形态进行说明。在可能的情况下，对相同的部分附上相同的标号。在接下来的说明中，例如相对于<0001>轴为反向的结晶轴表示为<000-1>。
图1为表示本实施形态的氮化镓系发光二极管的结构的图。图2为表示本实施形态的氮化镓系半导体发光元件的结构的图。在图1及图2中，描绘有c面Sc，且描绘了c轴、a轴及m轴所表示的结晶坐标为CR以及X1轴、X2轴及X3轴所表示的位置坐标为SP。X3轴为半导体层的层叠方向，该方向与c轴的方向不同。氮化镓系发光二极管为在X3轴的正方向或者负方向上释放光L的面发光元件。作为氮化镓系半导体发光元件，例如可例示氮化镓系发光二极管(以下仅记作“发光二极管”)11a以及氮化镓系激光二极管(以下仅记作“激光二极管”)11b。
发光二极管11a及激光二极管11b包括氮化镓系半导体区域(以下仅记作“半导体区域”)13、InGaN层15、以及活性层17。半导体区域13具有表现出半极性的主面13a。半导体区域13包含一个或多个氮化镓系半导体层，且各氮化镓系半导体层包含GaN或者AlGaN。InGaN层15为设置于活性层17与半导体区域13之间。半导体区域13的主面13a相对于与在该主面13a的[0001]轴方向上延伸的基准轴Cx正交的平面(例如Sc)以角度α倾斜。InGaN层15的厚度DInGaN为150nm以上。InGaN层15为设置于半导体区域13的主面13a的正上方，且与主面13a相接。活性层17为设置于InGaN层15的主面15a上，且与该主面15a接触。此外，活性层17含有包含InGaN的阱层21。由于半导体区域13的厚度D13比InGaN层15的厚度DInGaN厚，因此自半导体区域13朝向InGaN层15施加应力。
根据该发光二极管11a及激光二极管11b，通过在包含GaN或者AlGaN的半导体区域13上设置厚度DInGaN为150nm以上的InGaN层15，从而在InGaN层15上产生各向异性的晶格弛豫，且InGaN层15含有应变。此外，通过在包含InGaN或InAlGaN的半导体区域13上设置厚度DInGaN为150nm以上的InGaN层15，从而在InGaN层15上产生各向异性的晶格弛豫，且InGaN层15含有应变。该各向异性的晶格弛豫的方向与主面13a的倾斜方向相关联。因此，InGaN层15的主面15a上的活性层17中的应变的各向异性增大。所以，可提高发光二极管11a及激光二极管11b的偏光度。此外，厚度DInGaN也可为100nm以上。即使为该InGaN层的膜厚也可产生各向异性的晶格弛豫，且InGaN层含有各向异性的应变。
在发光二极管11a及激光二极管11b中，InGaN层15的铟组成小于阱层21的铟组成。活性层17含有多个势垒层23，且阱层21设置于势垒层23之间。
根据该发光二极管11a及激光二极管11b，通过在包含GaN或者AlGaN的半导体区域13上设置厚度DInGaN为150nm以上的InGaN层15，从而在InGaN层15上产生各向异性的晶格弛豫，且InGaN层15含有应变。该各向异性的晶格弛豫的方向与主面13a的倾斜方向相关联。因此，InGaN层15的主面15a上的活性层17中的应变的各向异性增大。因此，可提高发光二极管11a及激光二极管11b的LED模式下的偏光度。
支撑基体25包含六方晶系氮化镓。支撑基体25的主面25a相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴Cx正交的平面Sc而倾斜。主面25a表现出半极性。支撑基体25搭载半导体区域13、InGaN层15及活性层17。半导体区域13、InGaN层15及活性层17为沿特定的轴Ax而配置于主面25a上。
一边参照图3及图4一边说明活性层的应变。图3(a)表示无应变的GaN的单位晶格LGaN及无应变的InGaN的单位晶格LInGaN。InGaN的单位晶格LInGaN的a轴及c轴为对于GaN而追加有铟原子，因此大于GaN的单位晶格LGaN的a轴及c轴。
图3(b)及图3(c)表示在六方晶系GaN的c面上所生长的六方晶系InGaN的单位晶格SLOInGaN。在c面GaN上的InGaN单位晶格SLOInGaN中，InGaN的a轴对应GaN的a轴而应变，且InGaN根据该应变而向c轴方向延伸。c轴方向的结晶轴的变化会引起压电电场Epz。该六方晶系InGaN虽含有应变，但保持六次对称性。因此，应变InGaN的a轴及m轴对应GaN的a轴及m轴而同样地应变。因此，应变的各向异性并无较大变化。图3(c)中描绘了表示c轴方向的向量C，且六方晶系GaN结晶SUB上的InGaN以与六方晶系GaN结晶SUB的主面平行的方向上的InGaN晶格常数(a轴、m轴)和与六方晶系GaN结晶SUB的主面平行的方向上的GaN晶格常数(a轴、m轴)一致的方式应变。
图4(a)及图4(b)表示在六方晶系GaN的a面上所生长的六方晶系InGaN的单位晶格SLAInGaN。在a面GaN上的InGaN单位晶格SLAInGaN中，InGaN的c轴及m轴分别对应GaN的c轴及m轴而应变，且InGaN根据根据该应变而在a轴方向上变化。该六方晶系InGaN在c轴、m轴上含有压缩应变、以及在a轴的方向上含有拉伸应变。该应变InGaN关于c轴而具有二次对称性。m面上的InGaN单位晶格也具有与a面相同的二次对称性。图4(b)中描绘了表示c轴方向的向量C，且六方晶系GaN结晶SUB上的InGaN，以与六方晶系GaN结晶SUB的主面平行的方向上的InGaN晶格常数(c轴)和与六方晶系GaN结晶SUB的主面平行的方向上的GaN晶格常数(c轴)一致的方式应变。
图5(a)及图5(c)表示在向a轴方向倾斜的六方晶系GaN半极性面上所生长的六方晶系InGaN的单位晶格SLSInGaN。在a轴倾斜的GaN半极性面上的InGaN单位晶格SLSInGaN中，以与InGaN的生长方向垂直的方向上的晶格常数和与GaN的生长方向垂直的方向上的晶格常数一致的方式应变。该六方晶系InGaN在c轴、m轴及a轴的方向上含有应变。该应变InGaN关于c轴而具有二次对称性。InGaN单位晶格SLSInGaN在a轴方向上具有应变STA，且在m轴方向上具有应变STM。参照图5(c)，描绘有无应变的六方晶系InGaN的单位晶格INHInGaN。当InGaN在六方晶系GaN结晶SUB的半极性面上生长时，单位晶格INHInGaN变形而应变为InGaN单位晶格SLSInGaN。
图5(b)及图5(d)表示在向a轴方向倾斜的六方晶系GaN半极性面上所生长的六方晶系InGaN的单位晶格LSInGaN。在a轴倾斜的GaN半极性面上的InGaN单位晶格LSInGaN中，以与InGaN的生长方向垂直的方向上的晶格常数和与GaN的生长方向垂直的方向上的晶格常数一致的方式应变。由于InGaN层15晶格弛豫，因此虽然该六方晶系InGaN在c轴及m轴的方向上含有应变，也可使a轴方向上的晶格应变的一部分或者全部得以弛豫。该应变InGaN关于c轴而具有二次对称性。图5(b)所示的InGaN单位晶格LSInGaN在a轴方向上具有应变RTA，在m轴方向上具有应变RTM。通过InGaN层15的晶格弛豫的作用，阱层中应变比(RTM/RTA)充分小于应变比(STM/STA)。因此，阱层中的应变比(RTM/RTA)通过晶格弛豫而变大。此外，由于c轴方向的应变通过晶格弛豫而变小，因此压电电场变小。参照图5(d)，描绘了无应变的六方晶系InGaN的单位晶格INHInGaN及InGaN单位晶格LSInGaN。当InGaN在六方晶系GaN结晶SUB的半极性面上生长时，单位晶格INHInGaN变形，并且以如上所述的方式应变弛豫，从而变为InGaN单位晶格LSInGaN。
在图5(b)所示的InGaN层中，彼此正交的两个方向中的一个方向上的晶格弛豫要大于另一个方向上的晶格弛豫。关于有用的实施例，根据晶格常数进行说明。在发光二极管11a及激光二极管11b中，InGaN层15具有分别正交的第一及第二方向(例如a轴及m轴)上的第一及第二InGaN晶格常数da1及dm1。第一及第二InGaN晶格常数da1及dm1被规定在与基准轴Cx正交的方向上。支撑基体25具有分别正交的第一及第二方向(例如a轴及m轴)上的第一及第二GaN晶格常数da0及dm0。第二InGaN晶格常数dm1与第二GaN晶格常数dm0相等，且第一InGaN晶格常数da1与第一GaN晶格常数da0不同。理想的各向异性的晶格弛豫，在彼此正交的两个方向中的一个方向上并无有效晶格弛豫，而在另一个方向上则产生有效晶格弛豫。
在发光二极管11a及激光二极管11b中，当半导体区域13的主面13a例如包含GaN或者AlGaN时，倾斜的角度可为10度以上且80度以下。当半导体区域13的主面13a例如包含InGaN或InAlGaN时，倾斜的角度可为10度以上且80度以下，且该InGaN与InGaN层15的组成不同。此外，支撑基体25的主面25a的倾斜角可为10度以上且80度以下。在发光二极管11a及激光二极管11b中c面为在上述角度的范围自主面13a倾斜，因此c面变成滑动面而产生失配位错，从而在InGaN层15产生晶格弛豫。失配位错的密度例如可为5×10+2cm-1以上。其原因在于，在该值以下的密度下，晶格弛豫所引起的应变的变化较小，几乎不会对偏光度造成影响。失配位错的密度例如可为1×10+6cm-1以下。其原因在于，在该值以上的密度下，结晶质量的劣化的影响较大，发光强度会降低。当使用AlGaN来代替GaN时，由于AlGaN晶格常数小于GaN的晶格常数，因此InGaN自AlGaN承受较大的应力。
半导体区域13的主面13的倾斜角可为63度以上且80度以下。此外，支撑基体25的主面25a的倾斜角可为63度以上且80度以下。根据该氮化镓系半导体发光元件，可减少InGaN层的In偏析，且可减少In偏析引起的应力分布。
支撑基体25的穿透位错密度在c面可设为1×107cm-2以下。根据该支撑基体25，可提供低缺陷的半导体层。
再次参照图1，半导体区域13为搭载于支撑基体25的主面25a上，在半导体区域13与InGaN层15的界面J1上产生失配位错，从而在InGaN层15上产生晶格弛豫。根据该发光二极管11a及激光二极管11b，可在包含GaN的支撑基体25上设置半导体区域13及InGaN层15，因此半导体区域13的结晶质量良好。因此，可防止InGaN层15的各向异性的晶格弛豫因基底的结晶的缺陷等而变弱的情形。
在一实施例中，半导体区域13及InGaN层15构成n型氮化镓系半导体区域27。活性层17为设置于n型氮化镓系半导体区域27与p型氮化镓系半导体区域29之间。自n型氮化镓系半导体区域27及p型氮化镓系半导体区域29向活性层17中分别注入电子及空穴。活性层17响应该注入而生成经偏光的光L。p型氮化镓系半导体区域29例如可包含电子阻挡层31及接触层33。电子阻挡层31可包含p型AlGaN，此外，接触层33例如可包含p型GaN、p型AlGaN。n型氮化镓系半导体区域27例如包含n型GaN。n型氮化镓系半导体区域27例如可包含覆盖支撑基体25的表面的n型AlGaN层。
参照图1，发光二极管11a包括一对电极35、37，其用于使电流流经n型氮化镓系半导体区域27、活性层17及p型氮化镓系半导体区域29。在本实施例中，电极35以与支撑基体25的背面25b接触的方式而形成，例如为阴极。电极37以与接触层33的表面接触的方式而形成，例如为阳极。
参照图2，在激光二极管11b中，n型氮化镓系半导体区域27可包含n型缓冲层26a及n型包覆层26b。n型缓冲层26a例如可包含n型GaN、n型AlGaN等。n型包覆层26b例如可包含n型InAlGaN、n型AlGaN等。光导层16a包含InGaN层15及GaN层14。光导层16b可包含InGaN层28a及GaN层28b，在必要的情况下电子阻挡层31可位于InGaN层28a与GaN层28b之间。活性层17为设置于n型氮化镓系半导体区域27与p型氮化镓系半导体区域29之间。自n型氮化镓系半导体区域27及p型氮化镓系半导体区域29而向活性层17中分别注入电子及空穴。在激光二极管11b的LED模式下，活性层17响应该注入而生成经偏光的光。p型氮化镓系半导体区域29例如可包含p型包覆层32及接触层33，在必要的情况下可还包括电子阻挡层31。电子阻挡层31可包含p型AlGaN。p型包覆层32可包含p型InAlGaN、p型AlGaN等。此外，接触层33例如可包含p型GaN、p型InGaN、及p型AlGaN。n型氮化镓系半导体区域27例如包含n型GaN。n型氮化镓系半导体区域27例如可包含覆盖支撑基体25的表面的n型AlGaN层。
激光二极管11b包括电极35、37(阳极及阴极)，其用于使电流流经n型氮化镓系半导体区域27、活性层17及p型氮化镓系半导体区域29。在本实施例中，电极35以与支撑基体25的背面25b接触的方式而形成，例如为阴极。电极37以与接触层33的背面接触的方式而形成，例如为阳极。
激光二极管11b中的光波导在c轴的倾斜方向上延伸。根据该激光二极管11b，可提供能够进行低阈值的激光振荡的共振器。光波导通过电极37的延伸方法或者脊状结构的延伸方向等而规定。在光波导的两端设置有共振器反射镜。此时，共振器反射镜为以如下所示的方式进行制作。以激光条纹在c轴的倾斜方向上延伸的方式，使用刀片割断共振反射镜，由此可制作。在基板背侧通过按压而使其断裂，由此制作激光条。再者，共振反射镜即使不使用如割断或者劈开的方法形成，也可通过干式蚀刻使活性层露出而形成。
在激光二极管11b中，在半导体区域13与InGaN层15的界面上产生失配位错，从而在InGaN层15上产生晶格弛豫。通过InGaN层15的晶格弛豫，活性层17的应变产生变更。
在激光二极管11b中，通过该失配位错，而在InGaN层15上产生各向异性的晶格弛豫，且在基准轴Cx的倾斜方向上产生晶格弛豫，而在与该倾斜方向及基准轴Cx正交的方向上并无晶格弛豫。通过InGaN层15的各向异性的晶格弛豫，活性层17含有各向异性的应变。
再次参照图1及图2，表示了用以规定偏光度的正交坐标为SP。正交坐标为SP包含彼此正交的X1轴、X2轴及X3轴。在该正交坐标为SP中，X2轴表示该III族氮化物的c轴的倾斜方向。在X3轴的方向上，排列有n型氮化镓系半导体区域27、活性层17及p型氮化镓系半导体区域29，且在该方向上排列有势垒层23及阱层21。
此外，如已说明所示，在发光二极管11a及激光二极管11b中，活性层17设置于各向异性地弛豫的InGaN层15上。因此，InGaN层15发挥作用以增大施加在阱层21上的一个方向上的应变及与该方向正交的另一个方向上的应变的比。阱层21经由势垒层23而承受该各向异性的应变。通过该各向异性的应变，可增大光L的偏光度。
根据该发光二极管11a及激光二极管11b，如图5(b)所示，施加在阱层21的各向异性的压缩应变为对于提高偏光度P有效。通过施加在阱层21的应变各向异性较大的量子阱结构，生成具有大于由偏离角所规定的偏光度的偏光的光。
在发光二极管11a中，基准轴Cx能以支撑基体25的氮化镓的<1-100>方向为基准、在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。由此，在<1-100>方向上产生主要的晶格弛豫。或者，基准轴Cx能以支撑基体25的氮化镓的<11-20>方向为基准、在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。由此，在<11-20>方向上产生主要的晶格弛豫。如上所述的倾斜中，例如可使用合成偏离角θ，且以合成偏离角θ＝(θA 2+θM 2)1/2赋值。符号θA表示a轴方向的倾斜角，符号θM表示m轴方向的倾斜角。
在发光二极管11a及激光二极管11b中，InGaN层15的铟组成优选为0.02以上。为过小的铟组成时，难以产生各向异性的晶格弛豫。InGaN层的铟组成优选为0.10以下。为过大的铟组成时，InGaN层的结晶质量会劣化。
一边参照图6～图8，一边对制作氮化镓系发光二极管及激光二极管之类的氮化物系半导体光元件的方法及制作用于氮化物系半导体光元件的外延晶片的方法的主要工序进行说明。如图6(a)所示，在工序S101中，准备用以制造氮化物系半导体光元件及外延晶片的基板51。基板51例如可包含六方晶系半导体GaN。此外，由于基板51包含GaN，因此可进行良好的结晶质量的外延生长。基板51包含主面51a及背面51b。参照图6(a)，记载有表示基板51的六方晶系半导体的c轴方向的向量VC及主面51a的法线向量VN，向量VC表示{0001}面的方向。根据该基板51，可提供生长用的主面具有倾斜角(偏离角)β的半极性。基板51的主面51a的倾斜方向可为氮化镓系半导体的a轴及m轴中的任一方向。基板51的主面51a的倾斜角为以该六方晶系半导体的{0001}面为基准，为10度以上且80度以下的范围。当主面51a的倾斜角为10度以下时，易于促进{0001}为滑动面的失配位错的导入，从而容易产生晶格弛豫。
在基板51的端缘上两点间的距离的最大值Dia可为45mm以上。最大值Dia例如为基板的直径。此种基板51例如被称为晶片。基板51的背面51b可与基板51实质上平行。
在接下来的工序中，半导体结晶在基板51的主面51a上外延生长。基板51的主面51a的偏离角以如下方式加以选择，即在超过特定膜厚的InGaN层与GaN层或者AlGaN层的界面上产生足够引起各向异性晶格弛豫的程度的失配位错。上述倾斜角的主面51a的基板51能以活性层内的阱层中所含有的应变的各向异性增大的方式，而形成外延半导体区域。
将基板51配置于生长炉10中。在成膜之前，一边向生长炉10中供给气体一边对基板51进行热处理。通过该热处理而形成经改性的主面。该热处理可在含有氨气及氢气的气体环境中进行。热处理温度例如可为摄氏1000度。热处理时间例如为10分钟左右。根据该工序，通过主面51a的倾斜而在半极性的主面上形成与c面主面不同的表面结构。通过在成膜之前对基板51的主面51a实施热处理，而在半导体主面上产生c面主面难以获得的改性。包含氮化镓系半导体的外延生长膜在基板51的经改性的主面上堆积。为了进行该生长而使用有机金属气相生长法。作为生长用的原料气体，而使用镓源、铟源、铝源及氮气源。镓源、铟源及氮气源分别为例如TMG(Trimethylgallium，三甲基镓)、TMI(Trimethylindium，三甲基铟)、TMA(Trimethylaluminium，三甲基铝)及NH3。
如图6(b)所示，进行热处理之后，在工序S102中，向生长炉10中供给原料气体G1，在基板51的表面上外延生长第一导电型氮化镓系半导体区域53。第一导电型氮化镓系半导体区域53可包含一个或多个氮化镓系半导体层。各氮化镓系半导体层包含GaN或者AlGaN。在本实施例中，为了进行该生长，而向生长炉10中供给原料气体G1。在基板51上以摄氏950度生长n型GaN层。n型GaN层例如为用以供给n型载体的层，n型GaN层的厚度为2000nm。n型GaN层的主面表现出半极性。
在必要的情况下，在热处理之后，在基板51上生长n型AlGaN层。可生长GaN缓冲层来代替n型AlGaN层的生长。n型AlGaN层例如为覆盖基板51的整个表面的中间层，例如以摄氏1100度生长。n型AlGaN层的厚度例如为50nm。此时，氮化镓系半导体区域53作为n型氮化镓系半导体层可包含n型AlGaN层及n型GaN层。n型AlGaN层及n型GaN层为在基板51的半极性主面上依序外延生长。氮化镓系半导体区域53的主面53a具有反映出基板51的主面51a的偏离角的偏离角，且表现出半极性。当氮化物系半导体光元件为激光二极管时，在缓冲层及中间层的生长之后，生长n型包覆层。此外，作为n型包覆层可使用AlGaN层或InAlGaN层。
进而，如图6(c)所示，向生长炉10中供给原料气体G2，在工序S103中，在n型GaN层53的半极性主面的正上方以摄氏840度生长n型InGaN层55。例如为了引起各向异性晶格弛豫，n型InGaN层55为晶格弛豫层，较理想的是在该晶格弛豫层的正上方生长活性层。因此，n型InGaN层55的厚度为150nm以上。此外，n型InGaN层55的厚度较理想的是100nm以上。为了在生长中对n型InGaN层55施加充分的应力，半导体区域53的厚度大于InGaN层的厚度。InGaN层55的铟组成优选为0.02以上。为过小的铟组成时，难以产生各向异性的晶格弛豫。InGaN层的铟组成优选为0.10以下。为过大的铟组成时，InGaN层55的结晶质量劣化而不利于活性层的生长。以在InGaN层55与氮化镓系半导体区域53的界面J2上以特定的密度以上产生失配位错的方式，选择InGaN层55的铟组成及厚度。InGaN层55的失配位错例如可为5×10+2cm-1以上，其原因在于，若为该值以下的密度，则晶格弛豫所引起的应变的变化较小，对偏光度基本上不会造成影响。此外，InGaN层55的失配位错例如可为1×10+6cm-1以下，其原因在于，若为该值以上的密度，则结晶质量的劣化的影响较大，且会产生发光强度的降低。氮化镓系半导体区域53的主面53a为相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面而倾斜，该倾斜可生成用于失配位错的滑动面。当氮化物系半导体光元件为激光二极管时，InGaN层55作为光导层而发挥作用。此外，也可使用InGaN层及GaN层的组合作为光导层。在该结构中，光导层的GaN层位于InGaN层55与包覆层之间，且来自基板的GaN或者包覆层的应力经由光导层的GaN层而施加于InGaN层55。
在下一工序中，如图7所示，形成氮化物系半导体发光二极管或者激光二极管的活性层。活性层被设为生成例如在440nm以上、550nm以下的波长区域具有峰值波长的发光光谱。
根据该方法，在半导体区域53与InGaN层55之间存在较大的晶格常数差。当在该半导体区域53上生长具有150nm以上的厚度的InGaN层55时，在InGaN层55与半导体区域53的界面J2上会生成失配位错。该失配位错会使与半导体区域53的主面53a的倾斜方向对应的各向异性的晶格弛豫生成在InGaN层55上。当在InGaN层55上生长活性层时，活性层上被施加各向异性的较大的应力。
此外，InGaN层55的主面55a可具有与基准轴Cx的倾斜方向交叉的方向上延伸的条纹状的形态。该表面形态与失配位错的滑动面相关联。
在工序S104中，如图7(a)所示，在工序S104中向生长炉10中供给原料气体G3，形成包含氮化镓系半导体的势垒层57。向生长炉10中供给原料气体G2，势垒层57在InGaN层53上以生长温度TB生长。生长温度TB例如为摄氏700度以上、摄氏900度以下。该势垒层57包含InYGa1-YN(铟组成Y：0≤Y≤0.02，Y为应变组成)，例如为GaN或InGaN。在本实施例中，向生长炉10中供给含有镓源及氮气源的原料气体G3并以摄氏900度生长非掺杂GaN。GaN势垒层的厚度例如为15nm。势垒层57的厚度例如为4nm以上、30nm以下的范围。由于势垒层57在主面55a上生长，因此势垒层57的表面也表现出半极性。
当势垒层57的生长结束之后，停止镓原料的供给而停止氮化镓系半导体的堆积。在生长势垒层57之后、生长阱层之前，将生长炉的温度自生长温度TB变更为生长温度TW。在该变更期间，例如将氨气之类的氮气源气体供给至生长炉10。
在工序S105中，如图7(b)所示，一边将生长炉10的温度保持为阱层生长温度TW，一边在势垒层57上生长用于量子阱结构的阱层59。阱层59包含InXGa1-XN(铟组成X：0＜X＜1、X为应变组成)之类的含有铟的氮化镓系半导体。阱层59具有比势垒层57的带隙能小的带隙能。生长温度TW例如为摄氏650度以上、摄氏850度以下，阱层59的生长温度TW低于生长温度TB。在本实施例中，向生长炉10中供给含有镓源、铟源及氮气源的原料气体G4而生长非掺杂InGaN。阱层59的膜厚可为1.5nm以上、20nm以下。此外，InXGa1-XN阱层59的铟组成X可大于0.13。阱层59的InXGa1-XN可小于0.3。该范围的铟组成的InGaN的生长成为可能，从而可获得波长440nm以上、550nm以下的发光元件。阱层59的生长温度TW例如为摄氏700度。InGaN阱层的厚度例如为3nm。由于阱层59的主面为在势垒层57的主面上外延生长，因此阱层59的表面与势垒层57的表面同样地表现出半极性。
在工序S106中同样地进行重复生长，如图7(c)所示，生长量子阱结构的活性层61。活性层61例如包含三个阱层59及四个势垒层57。其后，生长所需的半导体层而形成发光层。
进而，在活性层61上外延生长第二导电型氮化镓系半导体区域。如图8(a)所示，在工序S107中，向生长炉10中供给原料气体G5，并在活性层61上生长电子阻挡层63。在本实施例中，电子阻挡层63例如可包含AlGaN。该AlGaN的厚度例如为20nm。p型AlGaN层的主面表现出半极性。电子阻挡层63的生长温度例如为摄氏1000度。当氮化物系半导体光元件为激光二极管时，在第二导电型氮化镓系半导体区域之前，生长包含InGaN层55的光导层。此外，光导层可包含InGaN层及GaN层的组合。在该结构中，光导层的GaN层位于InGaN层与活性层61之间。可在形成光导层之后，形成电子阻挡层。或者，可在生长光导层的InGaN层之后、生长光导层的GaN层之前，生长电子阻挡层。
如图8(b)所示，在工序S108中，向生长炉10中供给原料气体G6，在电子阻挡层63上生长p型接触层65。在本实施例中，p型接触层65例如可包含p型GaN。该GaN的厚度例如为50nm。p型GaN层的主面表现出半极性。p型接触层65的生长温度例如为摄氏1000度。当氮化物系半导体光元件为激光二极管时，在生长p型接触层65之前，生长p型包覆层。作为p型包覆层，例如可使用AlGaN层或InAlGaN层。
在形成p型氮化镓系半导体区域67之后，完成图8(c)所示的外延晶片E。在外延晶片E中，n型氮化镓系半导体区域53、InGaN层55、活性层61、及p型氮化镓系半导体层67排列于基板51的主面51c的法线轴的方向上。基板51的六方晶系半导体的c轴的方向与基板51的主面51c的法线轴的方向不同。外延生长的生长方向为c轴方向，另一方面，c轴方向与基板51的主面51c的法线轴即半导体层53、55、61、67的层叠方向不同。
在下一工序中，在外延晶片E上形成电极。在接触层65上形成第一电极(例如阳极电极)，并且在基板背面51b上形成第二电极(例如阴极电极)。
关于基板51的主面51a的倾斜的方向，当主面51a向基板51的六方晶系半导体的a轴方向倾斜时，在基板51上所制作的外延基板会在a轴方向上产生晶格弛豫，从而可增加向m轴方向偏光的光，且可使偏光方向与LED芯片的端面的m轴方向一致，该LED芯片以a轴及m轴方向的切割形成端面且切出为四边形。此外，当基板51的主面51a向基板51的六方晶系半导体的m轴方向倾斜时，会在m轴方向上产生晶格弛豫，从而可增加向a轴方向偏光的光，且可使偏光方向与LED芯片的端面的a轴方向一致，该LED芯片通过以a轴及m轴方向的切割形成端面且切出为四边形。根据此种LED动作的测定而获得的见解适用于激光二极管的LED模式下的动作。
在该外延晶片E中，半导体区域53包含晶格常数小于InGaN层55的晶格常数的GaN或者AlGaN，并且半导体区域53的厚度大于InGaN层55的厚度。此外，半导体区域53包含晶格常数小于InGaN层55的晶格常数的InGaN或InAlGaN，并且半导体区域53的厚度大于InGaN层55的厚度。当InGaN层55的厚度为150nm以上时，InGaN层55含有应变，并且在该InGaN层55上会产生各向异性的晶格弛豫。因此，InGaN层55的主面55a上的活性层61的应变的各向异性增大。因此，可提供包含含有各向异性的应变的活性层61的外延晶片E。
(实施例1)
准备GaN基板。该GaN基板的主面自c面向a轴方向在偏离角16.3度～16.7度的范围倾斜。
通过有机金属化学气相生长法，按照以下的次序制造具有LED结构的外延晶片。原料为使用三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)、双环戊二烯基镁(Cp2Mg)、硅烷(SiH4)、及氨气(NH3)。在反应炉内的基座上配置GaN基板之后，一边将炉内压力控制在101kPa，一边向生长炉内供给NH3及H2，在摄氏1050度的基板温度下进行GaN基板的热处理。该热处理的时间例如为10分钟。其后，供给TMG、TMA、及SiH4，生长出掺杂Si的Al0.08Ga0.92N缓冲层。n型Al0.08Ga0.92N缓冲层的厚度例如为50nm。停止供给TMA，生长出掺杂Si的GaN层。该n型GaN层的厚度为2000nm。停止供给TMG、SiH4之后，将基板温度降低至摄氏780度为止。向生长炉中供给TMG及TMI，以100nm、300nm、1000nm的厚度生长出In0.03Ga0.97N层。在该InGaN层上生长出包含14nm的GaN势垒层及4nm的InGaN阱层的3周期的多重量子阱结构的活性层。其后，停止供给TMG及TMI，使基板温度上升至摄氏1000度为止之后，向生长炉中供给TMG、TMA、NH3及Cp2Mg，从而生长出厚度为20nm的掺杂Mg的p型Al0.08Ga0.92N层。其后，停止TMA的供给，而生长出厚度为50nm的p型GaN层。
当生长结束之后，将外延晶片的温度降温至室温为止，并自反应炉中取出外延晶片。通过诺马斯基氏微分干涉显微镜而观察外延晶片的表面。图9表示以倍率为1000倍的相对较高的倍率所观察的外延晶片的表面的微分干涉显微镜像。箭头AOFF表示c轴的倾斜方向。
参照图9(a)，在厚度为100nm的InGaN层中，InGaN层的表面为平坦。参照图9(b)，在厚度为300nm的InGaN层中，在表面形态观察到在与自c轴的倾斜方向垂直的方向上直线状延伸的条纹状的形态。生长模式因失配位错而产生变化。该形态表示生长模式的变化为以沿着失配位错的方式而形成。参照图9(c)，在厚度为1000nm的InGaN层中，在表面形态观察到在与自c轴的倾斜方向垂直的方向上直线状延伸的条纹状的形态。该形态表示生长模式的变化为以沿着失配位错的方式而形成。
通过X射线衍射法对3种膜厚的外延晶片进行评估。入射X射线的狭缝尺寸设为横0.2mm×纵2mm。
在X射线衍射的测定中，进行使X射线沿与偏离方向垂直的方向入射的观测、及使X射线沿与偏离方向平行的方向入射的观测。垂直入射及平行入射的测定面分别为(20-24)面及(11-24)面。图10～图12为表示X射线衍射的测定结果的图。
参照图10，在厚度为100nm的InGaN层的X射线衍射像中，在(20-24)面及(11-24)面的测定两者中，GaN基板的峰值与InGaN层的峰值为在线段L0上纵向排列，该排列表示在GaN基板上InGaN共格生长。
另一方面，参照图11，在厚度为300nm以上的InGaN层的(20-24)面上，GaN基板的峰值与InGaN层的峰值纵向排列，该排列表示在GaN基板上InGaN层共格生长。然而，在厚度为300nm以上的InGaN层的(11-24)面上，GaN基板的峰值与InGaN缓冲层的峰值并非纵向排列，而是GaN峰值位于线段L0上，InGaN峰值位于线段L1上。该排列表示InGaN层产生晶格弛豫。
进而，参照图12，在厚度为1000nm的InGaN缓冲层中，(11-24)面的InGaN层的峰值位于较通过GaN基板的峰值的2θ-ω扫描线更左上方。GaN峰值位于线段L0上，InGaN峰值位于线段L1上。此表示在偏离方向上施加了拉伸应变，此外，表示在该外延晶片中朝向偏离方向的扩展较朝向c轴方向的弹性扩展在能量上更稳定。
根据这些实验、及进而追加的实验可理解为，通过将InGaN层生长为150nm以上的厚度，则晶格弛豫上会产生各向异性。各向异性晶格弛豫仅在基底的氮化镓系半导体的c轴偏离方向上被促进。
图13表示包含厚度为300nm的InGaN层的发光二极管结构的阴极发光(cathode luminescence，CL)像。通过CL评估，可获得关于产生晶格弛豫的层的信息。
该CL评估中，因电子束的渗入长度根据加速电压而变化，因此可将活性层的CL发光及InGaN层的CL发光分离而获得。具体而言，特性线CL3、CL5、CL10分别表示3kV、5kV及10kV的加速电压下的CL强度。3kV的加速电压下，电子束渗入长度约为30nm～60nm，5kV的加速电压下，电子束渗入长度约为50nm～200nm，因此可获得该深度的活性层的发光。10kV的加速电压下，电子束渗入长度约为300nm～600nm，因此可获得InGaN层的发光。
图14表示3kV、5kV及10kV的加速电压下的CL。参照图14(a)及图14(b)，3kV及5kV的加速电压下，并未观察到直线状的暗区域。参照图14(c)，10kV的加速电压下，观察到在偏离方向上垂直地延伸的暗线。如图14所示，可理解为InGaN层上存在横向延伸的位错。因此，认为外延晶片的InGaN层与GaN层的界面上产生了失配位错。如加速电压3kV的CL像所示，直线状缺陷并未贯穿活性层。所以，InGaN层的失配位错不会成为发光强度劣化的主要原因。
对上述外延晶片实施装置处理。装置处理的工序为按照以下次序进行。利用干式蚀刻(例如RIE(Reactive Ion Etching，反应离子蚀刻))形成深度500nm的台面，形成p透明电极(Ni/Au)，形成p平头电极(Au)，形成n电极(Ti/Al)，并进行电极退火(摄氏550度、1分钟)。在各工序之间，进行光刻及超音波清洗等。
不分离成半导体芯片而对晶片上的元件进行通电，并对电性及光学特性进行评估。相对于400μm×400μm的芯片施加120mA(电流密度75A/cm2)的电流，而获得发光波长、光输出、及工作电压的特性。在100nm、300nm及1000nm的LED芯片中，发光波长、光输出、及工作电压的特性大致同等。基底InGaN中，
晶格弛豫层：100nm、300nm、1000nm
发光波长(nm)：500nm、502nm、503nm
光输出(mW)：1.1、2.1、2.0
工作电压(V)：3.9、3.8、3.7
偏光度：0.33、0.40、0.50。
关于偏光度的测定结果，如图15(a)所示，在150nm以上的厚度下，基底InGaN晶格弛豫层的厚度增加，并且偏光度单调增加。即，厚度160nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度150nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。厚度170nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度160nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。厚度180nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度170nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。厚度190nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度180nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。厚度200nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度190nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。厚度250nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度200nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。厚度350nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度300nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。厚度450nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度大于厚度400nm的InGaN晶格弛豫层的偏光度。
此外，图15(b)表示偏光元件的旋转角度的相对于发光强度的依赖性。依赖于旋转角度而表现发光强度的强弱，因此光L具有偏光。偏光度以式(1)表示。通过
P＝(IMAX-IMIN)/(IMAX+IMIN)    (1)
IMAX：发光强度的最大值
IMIN：发光强度的最小值
而规定。
通过将InGaN晶格弛豫层增厚为150nm以上，偏光度自0.33增加至0.4，通过将InGaN晶格弛豫层增厚为300nm以上，偏光度自0.33增加至0.5。偏离方向的晶格常数通过晶格弛豫而接近无应变时的值，且通过光学各向异性增高，偏光度增加。再者，本实施例中，对LED结构进行了说明，但根据LED结构的实验所得的InGaN层相关的见解，也适用于激光(LD)结构的活性层与InGaN光导层的关系。
(实施例2)
图16为表示实施例2所制作的激光二极管结构70的图。如下所示，通过有机金属气相生长法，生长出用于图16所示的激光二极管的外延基板EPLD。原料为使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨气(NH3)、以及硅烷(SiH4)。自通过HVPE(Hydride Vapor PhaseEpitaxy，氢化物气相外延)法而较厚生长的(0001)GaN结晶块，在m轴方向上以75度的角度而切出用于GaN基板的GaN片。对所切出的GaN片进行表面研磨，从而制作半极性{20-21}GaN基板71。
将该GaN基板71配置于反应炉内的基座上之后，按照以下的生长次序而生长出外延层。首先，在GaN基板71上生长厚度1.1μm的n型GaN层72。进而，在n型GaN层72上生长厚度1.2μm的n型InAlGaN包覆层73。在n型InAlGaN包覆层73上，生长厚度0.2μm的n型GaN引导层74。在n型GaN引导层74上，生长非掺杂InGaN引导层75。从而制作包含不同厚度的非掺杂InGaN引导层75的外延基板。生长出引导层74、75之后，在InGaN引导层75的正上方生长活性层76。该活性层76含有包含GaN厚度10nm/InGaN厚度3nm的3周期MQW(Multiple Quantum Well，多重量子阱)。在活性层75上依序生长厚度0.065μm的p型InGaN引导层76、厚度0.020μm的p型AlGaN阻挡层77及厚度0.2μm的p型GaN引导层78。在GaN引导层78上生长厚度0.4μm的p型InAlGaN包覆层79。在p型InAlGaN包覆层79上，生长厚度0.05μm的p型GaN接触层80。通过这些工序，可获得外延基板EPLD。
在接触层80上形成氧化硅膜(例如SiO2)的绝缘膜81之后，使用光刻及湿式蚀刻而形成宽度为10μm的条纹窗口。激光条纹的延伸方向与c轴的倾斜方向(偏离方向)平行。形成条纹窗口之后，对包含Ni/Au的p侧电极82及包含Ti/Al的平头电极进行蒸镀。进而，使用金刚石浆料研磨GaN基板(GaN晶片)的背面，制作出背面为镜面状态的基板生产物。在GaN基板(GaN晶片)的背面(研磨面)上通过蒸镀而形成包含Ti/Al/Ti/Au的n侧电极83。
共振器反射镜的制作以如下的方式进行。使用利用波长355nm的YAG(yttrium aluminum garnet，钇铝石榴石)激光的激光划线器。划线槽的形成条件为使用以下条件：激光光输出100mW；扫描速度为5mm/s。所形成的划线槽为例如长度30μm、宽度10μm、深度40μm的槽。以800μm间距通过基板的绝缘膜开口部位而对外延表面直接照射激光光，由此形成划线槽。共振器长度设为600μm。在形成有电极的基板生产物上，通过使用刀片进行割断而制作共振反射镜。
对共振器反射镜的制作进行说明。由于激光条纹为在c轴的倾斜方向上延伸，因此无法通过通常的a面、c面、m面等的劈开而获得用于共振反射镜的端面。然而，形成如上所述的划线槽之后，可通过按压基板背面使其断裂而制作一对割断面。通过断裂所制作的条状的半导体片的割断面具有能适用于共振反射镜的程度的平坦性，并且相对于激光条纹的方向而具有垂直性。该平坦性及垂直性为通过活性层的端面附近的至少一部分而达成。在接下来的说明中，将通过断裂所制作的条状的半导体片称作激光条。再者，共振反射镜也可不通过如割断或者劈开的方法而形成，而是通过利用干式蚀刻使活性层露出而形成。
在激光条的端面(割断面)，通过真空蒸镀法而涂布介电质多层膜。介电质多层膜为SiO2与TiO2交替地层叠而构成。膜厚为形成为分别在50～100nm的范围内调整，且反射率的中心波长处于500～530nm的范围内。作为一方的端面上的反射膜而层叠十重的多层膜，由此本实施例的反射率在设计上约为95％。作为他方的反射膜而层叠六重的多层膜，由此本实施例的反射率在设计上约为80％。
对通过此种工序所制作的激光二极管进行通电。通电的评估为在室温下进行。为了进行通电而使用脉冲电源，对激光二极管施加占空比0.1％及脉冲宽度500ns的脉冲。为了施加，而使针接触激光二极管表面的电极。在光输出的测定时，通过光电二极管而检测来自激光条端面的发光，而检查电流-光输出特性(I-L特性)。在测定发光波长时，将来自激光条端面的发光经由光纤而导入至检测器(例如光谱分析仪)，并进行来自激光二极管的发光的光谱测定。在检查偏光状态时，在激光条与检测器之间配置偏光板，通过偏光板的旋转而检查来自激光条的发光的偏光状态。在测定LED模式光时，通过与激光条的上面对向配置光纤的一端，而测定并非从激光条的端面而是从激光条的表面所释放的光。
测定出所有通过激光条振荡后的偏光状态时，可知来自激光条的激光光为向a轴方向偏光。振荡波长为500～530nm。
通过所有激光测定出LED模式(自然释放光)的偏光状态。将a轴的方向的偏光成分设为I1、及将m轴向主面投影的方向的偏光成分设为I2时，实施例2的偏光度ρ为通过以下的式而规定：
ρ＝(I1-I2)/(I1+I2)。
检查所求出的偏光度ρ与阈值电流密度的最小值的关系。图17为表示InGaN层的厚度与阈值及偏光度的关系的图。
图17表示InGaN层的膜厚处于100nm以上、600nm以下的范围内，阈值电压较低。此外，图17表示关于偏光度的变化，当InGaN层的厚度为100nm以上时，偏光度增加。据此，通过较厚地生长InGaN层而增加偏光度，可减小阈值。在本实施例中，来自发光层的发光的偏光度大于0，根据该激光二极管，可提供非负值的偏光度。
为了针对基板而评估应变弛豫以何种方式产生，而进行{20-24}面的倒易晶格映射测定。图18为表示InGaN膜的厚度80nm及200nm时的倒易晶格映射的图。图18(a)及图18(b)的倒易晶格映射中，箭头AV表示生长方向的晶格常数的倒数的坐标轴，箭头AH表示面内(半导体层的延伸的平面)方向的晶格常数的倒数的坐标轴。不同组成的半导体层的倒易晶格映射像中，映射像的多个峰值信号为对应来自这些半导体层的各个的信号而出现。当这些峰值信号的位置为排列于与纵轴平行的直线L1上时，这些半导体层的外延膜相对于基板为共格(不产生应变弛豫)。反之，当峰值信号的位置并未排列于与纵轴平行的直线L2上时，这些半导体层的外延膜相对于基板不共格(产生应变弛豫)。图18(a)及图18(b)分别表示膜厚80nm及200nm的InGaN层的倒易晶格映射。若对这些进行比较，可知膜厚80nm的InGaN层为共格，但膜厚200nm的InGaN层则不共格。可知当InGaN层较厚时，会产生晶格弛豫。
其次，为了检查晶格弛豫为在半导体层叠的哪个界面上产生，而将包含厚度115nm的InGaN层的半导体层叠作为试样，进行自剖面的穿透式电子显微镜观察。图19为表示自a面方向观察该试样的穿透式电子显微镜像的图。该剖面TEM(transmission electron microscope，穿透式电子显微镜)像表示在厚度为100nm以上的InGaN层中，在InGaN引导层/n-GaN引导层界面上产生失配位错(三个部位的箭头)DMF。失配位错的延伸方向为<11-20>，其线性密度为3μm-1。若InGaN层厚至100nm以上，则与该InGaN层相接的界面上会导入失配位错从而产生应变弛豫。其结果为，InGaN层上产生晶格变形，晶格变形后的InGaN层会提高偏光度。
此外，为了利用其他方法观察晶格弛豫中产生的位错，在InGaN层为115nm的试样中，自表面侧利用阴极发光(CL)法进行评估。CL法可观察到以电子束激发的载体的发光像，且可检查通过穿透式电子显微镜像所获得的缺陷对发光的影响。此外，若增加加速电压，则电子束的渗入深度变深，因此也可获得来自试样表面的深度信息的数据。图20为表示本实施例的外延基板的阴极发光(CL)光谱的图。参照图20，表示了加速电压15千伏的CL15特性线及加速电压20千伏的CL20特性线。
图20所示的加速电压15kV的CL测定与20kV的CL测定中的电子束渗入深度，估计分别为约0.8μm、约1.4μm。图21表示加速电压15kV的CL像及20kV的CL像。参照图20，由于加速电压15kV的发光光谱的峰值波长为536nm，因此表示了MQW层的CL发光的测定值。图21(a)表示加速电压15kV的CL像。MQW层的位置的CL像表示均匀地发光。另一方面，参照图20，由于加速电压20kV的发光光谱的峰值波长为370nm，因此表示了InGaN光导层的CL发光的测定值。图21(b)表示加速电压20kV的CL像。在InGaN光导层的位置的CL像中观察到朝向<11-20>方向的暗线。该CL像表示在InGaN光导层内或者界面上存在缺陷，且该缺陷在<11-20>方向上传播，即，在与该<11-20>方向正交的方向上产生晶格弛豫。如此，通过CL法，也可检查晶格弛豫的有无。
在有用的实施形态中图示本发明的原理而进行了说明，但本领域技术人员应认识到本发明可不脱离如上所述的原理而对配置及详细内容加以变更。本发明并非限定于本实施形态所记载的特定的构成。因此，对根据申请专利范围及其精神的范围而产生的所有修正及变更主张权利。
工业实用性
当使用在GaN基板上共格生长的InGaN阱层而制作发光元件时，在共格生长的InGaN中，面内的InGaN晶格常数与GaN的晶格常数相等，InGaN发生弹性应变。偏光度根据InGaN的应变而规定。因此，当使用半极性基板时，偏光度大致由偏离角而决定。因此，为低偏离角时难以提高偏光度。若六方晶的对称性降低则偏光度会增大，因此只要能产生各向异性的晶格弛豫，则可提高偏光度。
例如，若在半极性GaN基板上生长厚度150nm以上的InXGa1-XN(0.02≤X≤0.10)层，则在该InGaN层与GaN区域的界面上会生成失配位错。失配位错的传播方向为与c轴的倾斜方向垂直。另一方面，若在该InGaN层上生长活性层，则构成活性层的各层的膜厚为临界膜厚以下，且活性层与基底InGaN层共格地生长。因此，由于活性层中应变的各向异性增加，因此偏光度变大。此外，由于活性层与InGaN层之间的晶格失配减少，因此容易进行外延生长。进而，由于活性层与基底InGaN层之间的晶格失配减少，因此可减小压电电场。
与c面GaN基板上的活性层进行比较时，认为在半极性面GaN基板上，因晶格失配而容易产生晶格弛豫，且(0001)面变成位错的滑动面。一般认为若产生晶格缺陷则发光效率会降低。在本实施形态中，虽然InGaN层与GaN区域的界面上产生失配位错，但失配位错的大部分并不贯穿活性层。晶格弛豫的模型如下所示。在外延生长中位错的半环为自表面起而沿滑动面形成，滑动的位错在InGaN层与GaN区域的界面上形成失配位错，若InGaN的In组成大于0.02，则失配位错会移动至InGaN层与GaN区域的界面为止，因此并不贯穿活性层。此外，认为半环的端部为到达试样的端为止，因此穿透位错并不贯穿活性层。
使用在a轴方向上偏离角为18度的偏离GaN基板，而制作p型GaN为半导体层/MQW活性层/InGaN弛豫层/n型GaN层的外延结构的LED。In0.03Ga0.97N的组成中，在50nm的InGaN层并不产生晶格弛豫。在300nm的InGaN层中产生晶格弛豫。晶格弛豫度为25％。在1000nm的InGaN层中产生晶格弛豫。晶格弛豫度超过100％。认为偏离方向的晶格常数大于无应变InGaN，且在c轴上弹性延伸的InGaN也在偏离方向上扩展。若分别测定偏光度，则越增加弛豫层的膜厚，偏光度会如上所述越增加。

Claims (32)

1.一种氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，包括：
半导体区域，其包含氮化镓系半导体；
InGaN层，设置在所述半导体区域的主面的正上方；
活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置在所述InGaN层的主面上；以及
支撑基体，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面以10度以上且80度以下倾斜的主面，
所述InGaN层设置于所述活性层与所述半导体区域之间，
所述半导体区域的主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜而表现出半极性，
所述半导体区域包含一个或多个氮化镓系半导体层，
各氮化镓系半导体层包含GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN，
所述半导体区域的主面的材料与所述InGaN层不同，
所述半导体区域的厚度大于所述InGaN层的厚度，
所述InGaN层具有100nm以上的厚度，
所述半导体区域搭载于所述支撑基体的所述主面上，
所述InGaN层具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，
所述第一方向与所述第二方向正交，
所述支撑基体具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，
所述第一InGaN晶格常数与所述第一GaN晶格常数相等，
所述第二InGaN晶格常数与所述第二GaN晶格常数不同。
2.如权利要求1所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述InGaN层具有150nm以上的厚度。
3.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
该氮化镓系半导体发光元件包含半导体激光二极管，
所述半导体激光二极管的光导层包含所述InGaN层，
该氮化镓系半导体发光元件还包括设置于所述活性层的主面上且包含另一InGaN层的另一光导层。
4.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述半导体区域的所述主面包含GaN。
5.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述半导体区域的主面的倾斜角为63度以上且80度以下。
6.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
在所述半导体区域与所述InGaN层的界面产生失配位错，从而在所述InGaN层产生晶格弛豫。
7.如权利要求6所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
通过该失配位错，在所述InGaN层产生各向异性的晶格弛豫，且在所述基准轴的倾斜方向上产生晶格弛豫，在与该方向及所述基准轴正交的方向上无晶格弛豫。
8.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述InGaN层的铟组成为0.02以上、且0.10以下，所述InGaN层的铟组成小于所述阱层的铟组成。
9.如权利要求7所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述InGaN层的铟组成为0.02以上、且0.10以下，所述InGaN层的铟组成小于所述阱层的铟组成。
10.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述氮化镓系半导体发光元件包含半导体激光二极管，
该半导体激光二极管的光波导在c轴的倾斜方向上延伸。
11.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述基准轴以所述支撑基体的氮化镓的<1-100>方向为基准、在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。
12.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述基准轴以所述支撑基体的氮化镓的<11-20>方向为基准、在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。
13.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述支撑基体的穿透位错密度在c面上为1×107cm-2以下。
14.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述InGaN层的厚度为300nm以上。
15.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
所述InGaN层的厚度为1000nm以上。
16.如权利要求1或2所述的氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，
来自所述活性层的发光的偏光度大于0。
17.一种外延晶片，用于氮化镓系半导体发光元件，其特征在于，包括：
基板，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面以10度以上且80度以下而倾斜的主面；
半导体区域，其包含一个或多个氮化镓系半导体层；
InGaN层，设置在所述半导体区域的主面的正上方；
活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置于所述基板的所述主面上；以及
所述InGaN层设置于所述活性层与所述半导体区域之间，
所述半导体区域的所述主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜而表现出半极性，
所述半导体区域包含一个或多个氮化镓系半导体层，
各氮化镓系半导体层包含GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN，
所述半导体区域的所述主面的材料与所述InGaN层不同，
所述半导体区域的厚度大于所述InGaN层的厚度，
所述InGaN层具有100nm以上的厚度，
所述半导体区域搭载于所述基板的所述主面上，
所述InGaN层具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，
所述第一方向与所述第二方向正交，
所述基板具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，
所述第一InGaN晶格常数与所述第一GaN晶格常数相等，
所述第二InGaN晶格常数与所述第二GaN晶格常数不同。
18.一种制作氮化镓系半导体发光元件的方法，其特征在于，包括：
准备基板的工序，该基板包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面以10度以上且80度以下倾斜的主面；
在所述基板上生长半导体区域的工序，该半导体区域包含氮化镓系半导体且具有表现出半极性的主面；
在所述半导体区域的所述主面的正上方生长含有各向异性的晶格弛豫的厚度为100nm以上的InGaN层的工序；以及
在所述InGaN层的主面上生长活性层的工序，
所述活性层含有包含InGaN的阱层，
所述半导体区域的所述主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜，
所述半导体区域包含GaN、AlGaN、InGaN或InAlGaN，
所述半导体区域的所述主面的材料与所述InGaN层不同，
所述InGaN层具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，
所述第一方向与所述第二方向正交，
所述基板具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，
所述第一InGaN晶格常数与所述第一GaN晶格常数相等，
所述第二InGaN晶格常数与所述第二GaN晶格常数不同，
所述半导体区域的厚度大于所述InGaN层的厚度。
19.一种氮化镓系发光二极管，其特征在于，包括：
半导体区域，包含氮化镓系半导体；
InGaN层，设置在所述半导体区域的主面的正上方；
活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置在所述InGaN层的主面上；以及
支撑基体，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面而倾斜的主面，
所述半导体区域搭载于所述支撑基体的所述主面上，
所述InGaN层设置于所述活性层与所述半导体区域之间，
所述半导体区域的主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜而表现出半极性，
所述半导体区域包含一个或多个氮化镓系半导体层，
各氮化镓系半导体层包含GaN或者AlGaN，
所述半导体区域的厚度大于所述InGaN层的厚度，
所述InGaN层具有150nm以上的厚度，
所述InGaN层具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，
所述第一方向与所述第二方向正交，
所述支撑基体具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，
所述第一InGaN晶格常数与所述第一GaN晶格常数相等，
所述第二InGaN晶格常数与所述第二GaN晶格常数不同。
20.如权利要求19所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述半导体区域的所述主面包含GaN，
所述倾斜的角度为10度以上且80度以下。
21.如权利要求19所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述基准轴以所述支撑基体的氮化镓的<1-100>方向为基准、在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。
22.如权利要求19所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述基准轴以所述支撑基体的氮化镓的<11-20>方向为基准、在处于-15度以上、且+15度以下的范围的方向上倾斜。
23.如权利要求19或20所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述InGaN层的铟组成为0.02以上、且0.10以下，且所述InGaN层的铟组成小于所述阱层的铟组成。
24.如权利要求19或20所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
在所述半导体区域与所述InGaN层的界面产生失配位错，从而在所述InGaN层产生晶格弛豫。
25.如权利要求24所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
通过该失配位错，在所述InGaN层产生各向异性的晶格弛豫，且在所述基准轴的倾斜方向上产生晶格弛豫，在与该方向及所述基准轴正交的方向上无晶格弛豫。
26.如权利要求19所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述支撑基体的穿透位错密度在c面上为1×107cm-2以下。
27.如权利要求19所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述支撑基体的穿透位错密度在c面上为1×107cm-2以下。
28.如权利要求19或20所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述InGaN层的厚度为300nm以上。
29.如权利要求19或20所述的氮化镓系发光二极管，其特征在于，
所述InGaN层的厚度为1000nm以上。
30.一种外延晶片，用于氮化镓系发光二极管者，其特征在于，包括：
基板，其包含六方晶系氮化镓，且具有相对于与该氮化镓的[0001]轴方向的基准轴正交的平面而倾斜的主面；
半导体区域，其包含一个或多个氮化镓系半导体层；
InGaN层，设置在所述半导体区域的主面的正上方；以及
活性层，含有包含InGaN的阱层，且设置于所述基板的所述主面上，
所述半导体区域设置于所述基板与所述InGaN层之间，
所述InGaN层设置于所述活性层与所述半导体区域之间，
各氮化镓系半导体层包含GaN或者AlGaN，
所述半导体区域的厚度大于所述InGaN层的厚度，
所述InGaN层具有150nm以上的厚度，
所述InGaN层具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一InGaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二InGaN晶格常数，
所述第一方向与所述第二方向正交，
所述基板具有与所述基准轴正交的第一方向上的第一GaN晶格常数及与所述基准轴正交的第二方向上的第二GaN晶格常数，
所述第一InGaN晶格常数与所述第一GaN晶格常数相等，
所述第二InGaN晶格常数与所述第二GaN晶格常数不同。
31.一种制作氮化镓系发光二极管的方法，其特征在于，包括：
在包含氮化镓系半导体的半导体区域的表现出半极性的主面的正上方生长具有150nm以上的厚度的InGaN层的工序；以及
在所述InGaN层的主面上生长活性层的工序，
所述InGaN层含有各向异性的晶格弛豫，
所述活性层含有包含InGaN的阱层，
所述半导体区域的所述主面相对于与在该主面的[0001]轴方向上延伸的基准轴正交的平面倾斜，
所述半导体区域包含所述GaN或者AlGaN，
所述半导体区域的厚度大于所述InGaN层的厚度。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，
所述InGaN层的主面具有在与所述基准轴的倾斜方向交叉的方向上延伸的条纹状的形态。
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