半導体発光素子
【課題】信頼性の高い高出力レーザを実現する窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】実施の形態によれば、基板と、基板上のｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上の窒化物半導体の活性層と、活性層上のｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプと、リッジストライプの伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層とを有し、端面窒化物半導体層の、少なくともｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である半導体発光素子である。
【解決手段】実施の形態によれば、基板と、基板上のｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上の窒化物半導体の活性層と、活性層上のｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプと、リッジストライプの伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層とを有し、端面窒化物半導体層の、少なくともｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である半導体発光素子である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導放出を用いた半導体レーザダイオード（ＬＤ）は、記録装置等の光源として用いられている。また、高出力のＬＤと蛍光体を用いて高光束の照明を得ることが可能であり、実現に向けた開発が進んでいる。
【０００３】
高出力のＬＤでは、光出射端面付近での光に吸収に伴う発熱で素子が劣化するという問題がある。また、端面付近の電流注入による動作不良が生じたり、発光効率が低下したりする問題がある。
【０００４】
信頼性の高い高出力のＬＤを実現するために、活性層の光出射端面付近に活性層よりもバンドギャップの広い材料で、光吸収の少ない窓構造を形成する方法がある。もっとも、ＧａＮ系等の窒化物半導体発光素子の場合、信頼性の高い高出力のＬＤを実現するために、最適な窓構造は必ずしも示されているとはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４５７５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、信頼性の高い高出力レーザを実現する窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態の半導体発光素子は、基板と、基板上のｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上の窒化物半導体の活性層と、活性層上のｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプとを備える。そして、リッジストライプの伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層を有している。そして、端面窒化物半導体層の、少なくともｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態の半導体発光素子の断面図である。
【図２】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図７】第１の実施の形態の半導体発光素子の変形例の断面図である。
【図８】第２の実施の形態の半導体発光素子の断面図である。
【図９】第３の実施の形態の半導体発光素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の半導体発光素子は、基板と、基板上のＧａＮ系のｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上のＧａＮ系の活性層と、活性層上のＧａＮ系のｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプとを備える。さらに、リッジストライプの伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、活性層よりもバンドギャップの広い、ＧａＮ系の端面窒化物半導体層を備える。そして、端面窒化物半導体層の、少なくともｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００１１】
本実施の形態の半導体発光素子は、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層を備えることにより、素子端部でのレーザ光吸収が抑えられる。また、この端面窒化物半導体層に深い準位を形成するＭｇ等の不純物を適量導入されていることで高抵抗かつ低吸収の窓構造となる。よって、信頼性の高い高出力レーザが実現される。
【００１２】
図１は、本実施の形態の半導体発光素子の断面図である。図１（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図１（ｂ）が図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）が図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００１３】
本実施の形態の半導体発光素子である半導体レーザダイオードは、ｎ型のＧａＮ（窒化ガリウム）半導体の基板１０上に、ＧａＮ系のｎ型窒化物半導体層１２として、例えば、厚さ１２００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｎ型クラッド層１２ａ、厚さ１００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＧａＮのｎ型ガイド層１２ｂが形成されている。
【００１４】
ｎ型窒化物半導体層１２上には、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のＧａＮ系半導体の、例えば、厚さ３ｎｍのＩｎ０．１２Ｇａ０．０８Ｎ／厚さ１０ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎの多重構造の活性層１４が形成されている。
【００１５】
活性層１４上には、ＧａＮ系のｐ型窒化物半導体層１６として、例えば、厚さ１００ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＧａＮのｐ型ガイド層１６ａ、厚さ６００ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層１６ｂ、厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＧａＮのｐ型コンタクト層１６ｃが形成されている。
【００１６】
図示しない、例えば厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのオーバーフロー防止層が、ｐ型ガイド層１６ａとｐ型クラッド層１６ｂとの間に形成されていてもかまわない。また、ｐ型ガイド層１６ａはアンドープであってもかまわない。
【００１７】
ｐ型窒化物半導体層１６には、レーザ光の導波路領域を形成するためのリッジストライプ１８が設けられている。リッジストライプ１８の側面、および、ｐ型クラッド層１６ｂの表面は、例えば、シリコン酸化膜の絶縁膜２０で覆われている。リッジストライプ１８の伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層１２、活性層１４およびｐ型窒化物半導体層１６の端面には、端面窒化物半導体層２２が形成される。
【００１８】
この端面窒化物半導体層２２は、活性層１４よりもバンドギャップの広い、ＧａＮ系の半導体、例えば、ＡｌＧａＮで形成される。そして、少なくとも、端面窒化物半導体層２２のｐ型窒化物半導体層１６の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。ここでは、端面窒化物半導体層２２全体のＭｇの濃度が均一である場合を例に説明する。
【００１９】
基板１０の下面にはｎ側電極２４、ｐ型コンタクト層１６ｃ上にはｐ側電極２６が設けられている。
【００２０】
端面窒化物半導体層２２の端面には、誘電体多層膜の反射膜が形成されていてもかまわない。
【００２１】
本実施の形態によれば、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層２０が、レーザ出射面となる端面に設けられることにより、レーザ発振により発生するレーザ光の端面近傍での吸収が抑制される。したがって、端面近傍での温度上昇による素子の破壊が抑制され、半導体レーザダイオードの信頼性が向上する。
【００２２】
また、一般にＧａＮ系の材料では、残留不純物や点欠陥の低減が困難である。このため、ｎ型キャリアのバックグラウンド濃度が１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度存在する。したがって、ＧａＮ系材料で端面窒化物半導体層２２を形成したとしても、ｎ型伝導の発現により、ｐ側電極からｎ側電極に向けて、端面窒化物半導体層２２内部、あるいは、端面窒化物半導体層２２の端部表面を電流が流れ、動作不良が生じたり、発光効率が低下したりずる恐れがある。
【００２３】
本実施の形態の半導体レーザダイオードによれば、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のＭｇを不純物として導入することにより、端面窒化物半導体層２２を高抵抗化し、余剰な電流が流れることによって生ずる動作不良および発光効率の低下を抑制することが可能となる。Ｍｇはアクセプタレベルが深く、活性化率が非常に低いため、高抵抗を実現する不純物として好適である。また、Ｍｇを不純物として導入することで、レーザ光を吸収するレベル（準位）が生成されるが、アクセプタレベルが深いため、レーザ光の吸収が生じにくいという利点もある。
【００２４】
不純物濃度が５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満となると、抵抗が十分高くならず動作不良が生ずる恐れがある。また、不純物濃度が５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を上回ると、吸収レベルが多くなりすぎ、電流に対する発光量が飽和する発光変曲点が低くなりすぎたり、発光効率の低下が生じたり、動作不良が生じたりするため望ましくない。
【００２５】
また、本実施の形態において、端面窒化物半導体層２２のリッジストライプの伸長方向の厚さ（図１（ａ）中のｄ）が１０μｍ以上であることが、信頼性向上の観点から望ましい。１０μｍより厚いことがより望ましく、２０μｍ以上であることがさらに望ましい。また、素子の共振器長が数百ｕｍ程度であり、素子全体に占める利得領域の占める割合が小さくならないよう、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００２６】
また、本実施の形態によれば、高抵抗のため電流の流れない端面窒化物半導体層２２は導波構造がないため、光が広がり、端面を通過する光密度は減少する。したがって、端面付近での光化学反応による異物付着が生じないというメリットもある。
【００２７】
次に、本実施の形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。図２〜図６は本実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。図２（ａ）〜図６（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図２（ｂ）〜図６（ｂ）が図２（ａ）〜図６（ａ）にＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
ｎ型のＧａＮ基板１０上にＭＯＣＶＤ法により、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｎ型クラッド層１２ａ、ＧａＮのｎ型ガイド層１２ｂ、Ｉｎ０．１２Ｇａ０．０８Ｎ／Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎの多重構造の活性層１４、ＧａＮのｐ型ガイド層１６ａ、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層１６ｂ、ＧａＮのｐ型コンタクト層１６ｃを順次形成する（図２）。
【００２９】
次に、ｐ型コンタクト層１６ｃの上面にＳｉＯ２膜２８を堆積する。レジストを用いたパターニングとフッ化アンモニウムによるエッチングにより端面窒化物半導体層形成のためのマスクを形成する。ドライエッチング装置により、上記マスクを用いて、ｎ型クラッド層１２ａがなくなるまでエッチングを行い、溝３０を形成する（図３）。
【００３０】
上記ＳｉＯ２膜２８を残したままＭＯＣＶＤ法により、溝３０内をＭｇがドープされた単結晶のＡｌＧａＮで埋め込み、端面窒化物半導体層２２を形成する（図４）。
【００３１】
ＡｌＧａＮはＳｉＯ２膜２８上にも多結晶状態で形成される。このため、ＳｉＯ２膜２８上のＡｌＧａＮを除去するために、ＳｉＯ２膜をＨＦでエッチングした後に乾燥し、水中に沈めた後、急激に温度を上げ、ＡｌＧａＮを気泡の膨張により破壊して除去する。
【００３２】
この時、ＳｉＯ２膜２８下のｐ型コンタクト層１６ｃに過度なダメージを与えないように、ＳｉＯ２膜は一度にエッチングせず、わずかに表面に残した状態でＡｌＧａＮを除去し、その後残ったＳｉＯ２膜２８をエッチングすることが望ましい。
【００３３】
次に、ｐ型コンタクト層１６ｃおよび埋め込まれた端面窒化物半導体層２２の上面にＳｉＯ２膜を堆積する。レジストを用いたパターニングとフッ化アンモニウムによるエッチングによりリッジストライプ形成のために幅１０μｍ程度のマスクを形成する。ドライエッチング装置により、上記マスクを用いて、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層１６ｂの途中までエッチングを行い、リッジストライプ１８を形成する。
【００３４】
マスクを除去した後、例えばＳｉＯ２膜の堆積と、レジストを用いたパターニングによりリッジストライプ１８側面、および、ｐ型クラッド層１６ｂの表面に絶縁膜２０を形成する（図５）。
【００３５】
その後、ｐ側電極用の電極金属を堆積してパターニングし、ｐ側電極２６を形成する。さらに、リッジストライプ１８と反対側のＧａＮ基板１０を研磨して薄膜化した後、ｎ側電極用の電極金属を堆積してパターニングし、ｎ側電極２４を形成する（図６）。
【００３６】
そして、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面にリッジストライプと直交する方向の劈開方向に沿ってスクライブラインを入れる。このスクライブラインを起点として、劈開面に沿って、図６中の破線で示す位置で、端面窒化物半導体層２２が端面となるようバー状にｎ型ＧａＮ基板１０を分離する。
【００３７】
さらにバー状にしたｎ型ＧａＮ基板を短手方向でスクライブとブレーキングを行い、図１に示すような１つの半導体発光素子を製造する。半導体発光素子の短手方向（リッジストライプの伸長方向に直交する方向の長さ）の幅は例えば１００μｍとする。
【００３８】
図７は、本実施の形態の半導体発光素子の変形例の断面図である。図７（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図７（ｂ）が図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図７（ｃ）が図７（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【００３９】
本変形例は、上記実施の形態が端面窒化物半導体層２２全体のＭｇの濃度が均一である場合であったのに対し、ｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である点で異なっている。
【００４０】
図７に示すように、端面窒化物半導体層２２中にＭｇの濃度分布があり、ｐ型窒化物半導体層１６およびｎ型窒化物半導体層１２の端面に形成される領域２２ａの不純物濃度が他の領域よりも高くなっている。そして、領域２２ａにおいて、Ｍｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の条件を充足している。
【００４１】
本変形例においても、端面窒化物半導体層２２を高抵抗化し、余剰な電流が流れることによって生ずる動作不良を抑制することが可能となる。
【００４２】
本変形例の半導体発光素子は、溝３０をＭＯＣＶＤ法により端面窒化物半導体層で埋め込む際に、反応ガスの不純物濃度を制御することで製造可能である。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の半導体発光素子は、端面窒化物半導体層が、ＧａＮ基板側から第１の低屈折率層、高屈折率層、第２の低屈折率層の積層構造を有し、端面窒化物半導体層の活性層の端面に形成される領域が高屈折率層であること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００４４】
図８は、本実施の形態の半導体発光素子の断面図である。図８（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図８（ｂ）が図８（ａ）のＥ−Ｅ断面図、図８（ｃ）が図８（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【００４５】
図８に示すように端面窒化物半導体層２２が、ＧａＮ基板１０側から第１の低屈折率層２２ｂ、高屈折率層２２ｃ、第２の低屈折率層２２ｄの積層構造を備えている。そして、活性層１４の端面に形成される領域が高屈折率層２２ｃとなっている。
【００４６】
ここでは、高屈折率層２２ｃの厚さが、ｎ型ガイド層１２ｂ、活性層１４およびｐ型ガイド層１６ａを合わせた厚さよりも厚くなっている。高屈折率層２２ｃの上端は、ｐ型ガイド層１６ａの上端よりも上に位置し、高屈折率層２２ｃの下端は、ｎ型ガイド層１２ｂの下端よりも下に位置する。
【００４７】
ここで、活性層１４は、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）の多重量子井戸構造（ＭＱＷ）である。例えば、第１の低屈折率層２２ｂ、第２の低屈折率層２２ｄは、単結晶のＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）であり、高屈折率層２２ｃは例えば単結晶のＧａＮである。
【００４８】
ＧａＮ系の半導体は、Ａｌの濃度が上がることで、屈折率が低下するため、第１の低屈折率層および第２の低屈折率層のＡｌの濃度が、高屈折率層のＡｌの濃度よりも高いことが望ましい。
【００４９】
本実施の形態によれば、活性層１４から端面窒化物半導体層２２側に出射されるレーザ光が、高屈折率層２２ｃと、第１の低屈折率層２２ｂおよび第２の低屈折率層２２ｄとの界面で導波される。したがって、出射されるレーザ光が広がることなく導波され端面での反射率の低下を避けることができるという利点がある。
【００５０】
なお、図８に示すように、高屈折率層２２ｃの上端は、ｐ型ガイド層１６ａの上端よりも上に位置し、高屈折率層２２ｃの下端は、ｎ型ガイド層１２ｂの下端よりも下に位置する形態が、活性層１４から、ｐ型ガイド層１６ａまたはｎ型ガイド層１２ｂを通過して出射されるレーザ光が界面で散乱されないために望ましい。しかし、少なくとも、高屈折率層２２ｃの上端が、活性層１４の上端よりも上に位置し、高屈折率層２２ｃの下端が、活性層１４の下端よりも下に位置すれば、出射されるレーザ光が広がることなく導波され端面での反射率の低下を避けることができる。
【００５１】
本変形例の半導体発光素子は、溝３０をＭＯＣＶＤ法により端面窒化物半導体層で埋め込む際に、反応ガスの組成を制御することで製造可能である。
【００５２】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の半導体発光素子は、リッジストライプ形状が端面窒化物半導体層形成の溝部と同時形成され、リッジストライプ側面も端面窒化物半導体層と同一材料で埋め込まれている点で、第１の実施の形態と異なっている。以下、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００５３】
図９は、本実施の形態の半導体発光素子の断面図である。図９（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図９（ｂ）が図９（ａ）のＧ−Ｇ断面図、図９（ｃ）が図９（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【００５４】
図９に示すように、リッジストライプ１８側面も、例えば、ＡｌＧａＮの端面窒化物半導体層２２と同一材料で埋め込まれている。
【００５５】
本実施の形態の半導体発光素子は、リッジストライプ１８のエッチングと、端面窒化物半導体層２２形成のための領域のエッチングを同一マスクで同時に行うことで製造が可能である。
【００５６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、製造プロセスが簡便になり、製造コスト削減が実現できるという利点がある。
【００５７】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
【００５８】
そして、実施の形態の説明においては、半導体発光素子等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる半導体発光素子に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００５９】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体発光素子は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例について説明する。
【００６１】
第３の実施の形態で説明したと同様の半導体レーザダイオードを作成した。作成にあたっては、ｎ型のＧａＮ（窒化ガリウム）半導体の基板上に、ＧａＮ系のｎ型窒化物半導体層として厚さ１２００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｎ型クラッド層、厚さ１００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＧａＮのｎ型ガイド層を形成した。
【００６２】
ｎ型窒化物半導体層上には、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のＧａＮ系半導体の、厚さ３ｎｍのＩｎ０．１２Ｇａ０．０８Ｎ／厚さ１０ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎの多重構造の活性層を形成した。
【００６３】
活性層上には、ＧａＮ系のｐ型窒化物半導体層として、厚さ１００ｎｍのアンドープのＧａＮのガイド層、厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのｐ型オーバーフロー防止層、厚さ６００ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層、厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＧａＮのｐ型コンタクト層を形成した。
【００６４】
リッジストライプ構造と、端面窒化物半導体層形成用の溝領域を、同一マスクでｎ型クラッド層がなくなるまで一括エッチングした。その後、ＭＯＣＶＤ法により、リッジストライプ構造側面と溝領域内をＭｇドープした単結晶のＡｌＧａＮで埋め込み、リッジストライプ側面の埋め込み層と端面窒化物半導体層を同時形成した。
【００６５】
その後、ｎ側電極およびｐ側電極を形成し、劈開することにより半導体レーザダイオードを製造した。
【００６６】
端面窒化物半導体層のＭｇ不純物濃度を変化させた半導体レーザダイオードを製造し、レーザ発振の始まる閾電流と、光出力変曲点を評価した。結果を表１に示す。
【表１】
【００６７】
不純物濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、特に１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で良好な特性が得られた。１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合は、ｎ型伝導が残っていたために端面窒化物半導体層を流れる電流が生じ発振が見られなかった。また、１Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合は、ｐ型伝導が発現したために発振しなかったと考えられる。
【００６８】
また、端面窒化物半導体層のリッジストライプの伸長方向の厚さ（図９（ａ）中のｄ）を変化させた半導体レーザダイオードを製造し、３Ｗの光出力で１０００時間駆動させた後、突然劣化の生ずる光出力を測定し、信頼性を評価した。結果を表２に示す。
【表２】
【００６９】
厚さｄが１０μｍ以上、特に２０μｍ以上で良好な信頼性が得られた。このように、端面窒化物半導体層のリッジストライプの伸長方向の厚さが厚くなることで信頼性が向上するのは、端面窒化物半導体層による放熱が寄与しているためと推測される。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 基板
１２ ｎ型窒化物半導体層
１４ 活性層
１６ ｐ型窒化物半導体層
１８ リッジストライプ
２２ 端面窒化物半導体層
２２ｂ 第１の低屈折率層
２２ｃ 高屈折率層
２２ｄ 第２の低屈折率層
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導放出を用いた半導体レーザダイオード（ＬＤ）は、記録装置等の光源として用いられている。また、高出力のＬＤと蛍光体を用いて高光束の照明を得ることが可能であり、実現に向けた開発が進んでいる。
【０００３】
高出力のＬＤでは、光出射端面付近での光に吸収に伴う発熱で素子が劣化するという問題がある。また、端面付近の電流注入による動作不良が生じたり、発光効率が低下したりする問題がある。
【０００４】
信頼性の高い高出力のＬＤを実現するために、活性層の光出射端面付近に活性層よりもバンドギャップの広い材料で、光吸収の少ない窓構造を形成する方法がある。もっとも、ＧａＮ系等の窒化物半導体発光素子の場合、信頼性の高い高出力のＬＤを実現するために、最適な窓構造は必ずしも示されているとはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４５７５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、信頼性の高い高出力レーザを実現する窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態の半導体発光素子は、基板と、基板上のｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上の窒化物半導体の活性層と、活性層上のｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプとを備える。そして、リッジストライプの伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層を有している。そして、端面窒化物半導体層の、少なくともｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態の半導体発光素子の断面図である。
【図２】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】第１の実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図７】第１の実施の形態の半導体発光素子の変形例の断面図である。
【図８】第２の実施の形態の半導体発光素子の断面図である。
【図９】第３の実施の形態の半導体発光素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の半導体発光素子は、基板と、基板上のＧａＮ系のｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上のＧａＮ系の活性層と、活性層上のＧａＮ系のｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプとを備える。さらに、リッジストライプの伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層、活性層およびｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、活性層よりもバンドギャップの広い、ＧａＮ系の端面窒化物半導体層を備える。そして、端面窒化物半導体層の、少なくともｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００１１】
本実施の形態の半導体発光素子は、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層を備えることにより、素子端部でのレーザ光吸収が抑えられる。また、この端面窒化物半導体層に深い準位を形成するＭｇ等の不純物を適量導入されていることで高抵抗かつ低吸収の窓構造となる。よって、信頼性の高い高出力レーザが実現される。
【００１２】
図１は、本実施の形態の半導体発光素子の断面図である。図１（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図１（ｂ）が図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）が図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００１３】
本実施の形態の半導体発光素子である半導体レーザダイオードは、ｎ型のＧａＮ（窒化ガリウム）半導体の基板１０上に、ＧａＮ系のｎ型窒化物半導体層１２として、例えば、厚さ１２００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｎ型クラッド層１２ａ、厚さ１００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＧａＮのｎ型ガイド層１２ｂが形成されている。
【００１４】
ｎ型窒化物半導体層１２上には、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のＧａＮ系半導体の、例えば、厚さ３ｎｍのＩｎ０．１２Ｇａ０．０８Ｎ／厚さ１０ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎの多重構造の活性層１４が形成されている。
【００１５】
活性層１４上には、ＧａＮ系のｐ型窒化物半導体層１６として、例えば、厚さ１００ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＧａＮのｐ型ガイド層１６ａ、厚さ６００ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層１６ｂ、厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＧａＮのｐ型コンタクト層１６ｃが形成されている。
【００１６】
図示しない、例えば厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのオーバーフロー防止層が、ｐ型ガイド層１６ａとｐ型クラッド層１６ｂとの間に形成されていてもかまわない。また、ｐ型ガイド層１６ａはアンドープであってもかまわない。
【００１７】
ｐ型窒化物半導体層１６には、レーザ光の導波路領域を形成するためのリッジストライプ１８が設けられている。リッジストライプ１８の側面、および、ｐ型クラッド層１６ｂの表面は、例えば、シリコン酸化膜の絶縁膜２０で覆われている。リッジストライプ１８の伸長方向に垂直な、ｎ型窒化物半導体層１２、活性層１４およびｐ型窒化物半導体層１６の端面には、端面窒化物半導体層２２が形成される。
【００１８】
この端面窒化物半導体層２２は、活性層１４よりもバンドギャップの広い、ＧａＮ系の半導体、例えば、ＡｌＧａＮで形成される。そして、少なくとも、端面窒化物半導体層２２のｐ型窒化物半導体層１６の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。ここでは、端面窒化物半導体層２２全体のＭｇの濃度が均一である場合を例に説明する。
【００１９】
基板１０の下面にはｎ側電極２４、ｐ型コンタクト層１６ｃ上にはｐ側電極２６が設けられている。
【００２０】
端面窒化物半導体層２２の端面には、誘電体多層膜の反射膜が形成されていてもかまわない。
【００２１】
本実施の形態によれば、活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層２０が、レーザ出射面となる端面に設けられることにより、レーザ発振により発生するレーザ光の端面近傍での吸収が抑制される。したがって、端面近傍での温度上昇による素子の破壊が抑制され、半導体レーザダイオードの信頼性が向上する。
【００２２】
また、一般にＧａＮ系の材料では、残留不純物や点欠陥の低減が困難である。このため、ｎ型キャリアのバックグラウンド濃度が１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度存在する。したがって、ＧａＮ系材料で端面窒化物半導体層２２を形成したとしても、ｎ型伝導の発現により、ｐ側電極からｎ側電極に向けて、端面窒化物半導体層２２内部、あるいは、端面窒化物半導体層２２の端部表面を電流が流れ、動作不良が生じたり、発光効率が低下したりずる恐れがある。
【００２３】
本実施の形態の半導体レーザダイオードによれば、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のＭｇを不純物として導入することにより、端面窒化物半導体層２２を高抵抗化し、余剰な電流が流れることによって生ずる動作不良および発光効率の低下を抑制することが可能となる。Ｍｇはアクセプタレベルが深く、活性化率が非常に低いため、高抵抗を実現する不純物として好適である。また、Ｍｇを不純物として導入することで、レーザ光を吸収するレベル（準位）が生成されるが、アクセプタレベルが深いため、レーザ光の吸収が生じにくいという利点もある。
【００２４】
不純物濃度が５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満となると、抵抗が十分高くならず動作不良が生ずる恐れがある。また、不純物濃度が５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を上回ると、吸収レベルが多くなりすぎ、電流に対する発光量が飽和する発光変曲点が低くなりすぎたり、発光効率の低下が生じたり、動作不良が生じたりするため望ましくない。
【００２５】
また、本実施の形態において、端面窒化物半導体層２２のリッジストライプの伸長方向の厚さ（図１（ａ）中のｄ）が１０μｍ以上であることが、信頼性向上の観点から望ましい。１０μｍより厚いことがより望ましく、２０μｍ以上であることがさらに望ましい。また、素子の共振器長が数百ｕｍ程度であり、素子全体に占める利得領域の占める割合が小さくならないよう、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００２６】
また、本実施の形態によれば、高抵抗のため電流の流れない端面窒化物半導体層２２は導波構造がないため、光が広がり、端面を通過する光密度は減少する。したがって、端面付近での光化学反応による異物付着が生じないというメリットもある。
【００２７】
次に、本実施の形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。図２〜図６は本実施の形態の半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。図２（ａ）〜図６（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図２（ｂ）〜図６（ｂ）が図２（ａ）〜図６（ａ）にＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
ｎ型のＧａＮ基板１０上にＭＯＣＶＤ法により、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｎ型クラッド層１２ａ、ＧａＮのｎ型ガイド層１２ｂ、Ｉｎ０．１２Ｇａ０．０８Ｎ／Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎの多重構造の活性層１４、ＧａＮのｐ型ガイド層１６ａ、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層１６ｂ、ＧａＮのｐ型コンタクト層１６ｃを順次形成する（図２）。
【００２９】
次に、ｐ型コンタクト層１６ｃの上面にＳｉＯ２膜２８を堆積する。レジストを用いたパターニングとフッ化アンモニウムによるエッチングにより端面窒化物半導体層形成のためのマスクを形成する。ドライエッチング装置により、上記マスクを用いて、ｎ型クラッド層１２ａがなくなるまでエッチングを行い、溝３０を形成する（図３）。
【００３０】
上記ＳｉＯ２膜２８を残したままＭＯＣＶＤ法により、溝３０内をＭｇがドープされた単結晶のＡｌＧａＮで埋め込み、端面窒化物半導体層２２を形成する（図４）。
【００３１】
ＡｌＧａＮはＳｉＯ２膜２８上にも多結晶状態で形成される。このため、ＳｉＯ２膜２８上のＡｌＧａＮを除去するために、ＳｉＯ２膜をＨＦでエッチングした後に乾燥し、水中に沈めた後、急激に温度を上げ、ＡｌＧａＮを気泡の膨張により破壊して除去する。
【００３２】
この時、ＳｉＯ２膜２８下のｐ型コンタクト層１６ｃに過度なダメージを与えないように、ＳｉＯ２膜は一度にエッチングせず、わずかに表面に残した状態でＡｌＧａＮを除去し、その後残ったＳｉＯ２膜２８をエッチングすることが望ましい。
【００３３】
次に、ｐ型コンタクト層１６ｃおよび埋め込まれた端面窒化物半導体層２２の上面にＳｉＯ２膜を堆積する。レジストを用いたパターニングとフッ化アンモニウムによるエッチングによりリッジストライプ形成のために幅１０μｍ程度のマスクを形成する。ドライエッチング装置により、上記マスクを用いて、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層１６ｂの途中までエッチングを行い、リッジストライプ１８を形成する。
【００３４】
マスクを除去した後、例えばＳｉＯ２膜の堆積と、レジストを用いたパターニングによりリッジストライプ１８側面、および、ｐ型クラッド層１６ｂの表面に絶縁膜２０を形成する（図５）。
【００３５】
その後、ｐ側電極用の電極金属を堆積してパターニングし、ｐ側電極２６を形成する。さらに、リッジストライプ１８と反対側のＧａＮ基板１０を研磨して薄膜化した後、ｎ側電極用の電極金属を堆積してパターニングし、ｎ側電極２４を形成する（図６）。
【００３６】
そして、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面にリッジストライプと直交する方向の劈開方向に沿ってスクライブラインを入れる。このスクライブラインを起点として、劈開面に沿って、図６中の破線で示す位置で、端面窒化物半導体層２２が端面となるようバー状にｎ型ＧａＮ基板１０を分離する。
【００３７】
さらにバー状にしたｎ型ＧａＮ基板を短手方向でスクライブとブレーキングを行い、図１に示すような１つの半導体発光素子を製造する。半導体発光素子の短手方向（リッジストライプの伸長方向に直交する方向の長さ）の幅は例えば１００μｍとする。
【００３８】
図７は、本実施の形態の半導体発光素子の変形例の断面図である。図７（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図７（ｂ）が図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図７（ｃ）が図７（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【００３９】
本変形例は、上記実施の形態が端面窒化物半導体層２２全体のＭｇの濃度が均一である場合であったのに対し、ｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である点で異なっている。
【００４０】
図７に示すように、端面窒化物半導体層２２中にＭｇの濃度分布があり、ｐ型窒化物半導体層１６およびｎ型窒化物半導体層１２の端面に形成される領域２２ａの不純物濃度が他の領域よりも高くなっている。そして、領域２２ａにおいて、Ｍｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の条件を充足している。
【００４１】
本変形例においても、端面窒化物半導体層２２を高抵抗化し、余剰な電流が流れることによって生ずる動作不良を抑制することが可能となる。
【００４２】
本変形例の半導体発光素子は、溝３０をＭＯＣＶＤ法により端面窒化物半導体層で埋め込む際に、反応ガスの不純物濃度を制御することで製造可能である。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の半導体発光素子は、端面窒化物半導体層が、ＧａＮ基板側から第１の低屈折率層、高屈折率層、第２の低屈折率層の積層構造を有し、端面窒化物半導体層の活性層の端面に形成される領域が高屈折率層であること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００４４】
図８は、本実施の形態の半導体発光素子の断面図である。図８（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図８（ｂ）が図８（ａ）のＥ−Ｅ断面図、図８（ｃ）が図８（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【００４５】
図８に示すように端面窒化物半導体層２２が、ＧａＮ基板１０側から第１の低屈折率層２２ｂ、高屈折率層２２ｃ、第２の低屈折率層２２ｄの積層構造を備えている。そして、活性層１４の端面に形成される領域が高屈折率層２２ｃとなっている。
【００４６】
ここでは、高屈折率層２２ｃの厚さが、ｎ型ガイド層１２ｂ、活性層１４およびｐ型ガイド層１６ａを合わせた厚さよりも厚くなっている。高屈折率層２２ｃの上端は、ｐ型ガイド層１６ａの上端よりも上に位置し、高屈折率層２２ｃの下端は、ｎ型ガイド層１２ｂの下端よりも下に位置する。
【００４７】
ここで、活性層１４は、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）の多重量子井戸構造（ＭＱＷ）である。例えば、第１の低屈折率層２２ｂ、第２の低屈折率層２２ｄは、単結晶のＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）であり、高屈折率層２２ｃは例えば単結晶のＧａＮである。
【００４８】
ＧａＮ系の半導体は、Ａｌの濃度が上がることで、屈折率が低下するため、第１の低屈折率層および第２の低屈折率層のＡｌの濃度が、高屈折率層のＡｌの濃度よりも高いことが望ましい。
【００４９】
本実施の形態によれば、活性層１４から端面窒化物半導体層２２側に出射されるレーザ光が、高屈折率層２２ｃと、第１の低屈折率層２２ｂおよび第２の低屈折率層２２ｄとの界面で導波される。したがって、出射されるレーザ光が広がることなく導波され端面での反射率の低下を避けることができるという利点がある。
【００５０】
なお、図８に示すように、高屈折率層２２ｃの上端は、ｐ型ガイド層１６ａの上端よりも上に位置し、高屈折率層２２ｃの下端は、ｎ型ガイド層１２ｂの下端よりも下に位置する形態が、活性層１４から、ｐ型ガイド層１６ａまたはｎ型ガイド層１２ｂを通過して出射されるレーザ光が界面で散乱されないために望ましい。しかし、少なくとも、高屈折率層２２ｃの上端が、活性層１４の上端よりも上に位置し、高屈折率層２２ｃの下端が、活性層１４の下端よりも下に位置すれば、出射されるレーザ光が広がることなく導波され端面での反射率の低下を避けることができる。
【００５１】
本変形例の半導体発光素子は、溝３０をＭＯＣＶＤ法により端面窒化物半導体層で埋め込む際に、反応ガスの組成を制御することで製造可能である。
【００５２】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の半導体発光素子は、リッジストライプ形状が端面窒化物半導体層形成の溝部と同時形成され、リッジストライプ側面も端面窒化物半導体層と同一材料で埋め込まれている点で、第１の実施の形態と異なっている。以下、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００５３】
図９は、本実施の形態の半導体発光素子の断面図である。図９（ａ）がリッジストライプの伸長方向に平行な断面図、図９（ｂ）が図９（ａ）のＧ−Ｇ断面図、図９（ｃ）が図９（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【００５４】
図９に示すように、リッジストライプ１８側面も、例えば、ＡｌＧａＮの端面窒化物半導体層２２と同一材料で埋め込まれている。
【００５５】
本実施の形態の半導体発光素子は、リッジストライプ１８のエッチングと、端面窒化物半導体層２２形成のための領域のエッチングを同一マスクで同時に行うことで製造が可能である。
【００５６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、製造プロセスが簡便になり、製造コスト削減が実現できるという利点がある。
【００５７】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
【００５８】
そして、実施の形態の説明においては、半導体発光素子等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる半導体発光素子に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００５９】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体発光素子は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例について説明する。
【００６１】
第３の実施の形態で説明したと同様の半導体レーザダイオードを作成した。作成にあたっては、ｎ型のＧａＮ（窒化ガリウム）半導体の基板上に、ＧａＮ系のｎ型窒化物半導体層として厚さ１２００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｎ型クラッド層、厚さ１００ｎｍのＳｉドープされたｎ型のＧａＮのｎ型ガイド層を形成した。
【００６２】
ｎ型窒化物半導体層上には、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）のＧａＮ系半導体の、厚さ３ｎｍのＩｎ０．１２Ｇａ０．０８Ｎ／厚さ１０ｎｍのＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎの多重構造の活性層を形成した。
【００６３】
活性層上には、ＧａＮ系のｐ型窒化物半導体層として、厚さ１００ｎｍのアンドープのＧａＮのガイド層、厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎのｐ型オーバーフロー防止層、厚さ６００ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎのｐ型クラッド層、厚さ１０ｎｍのＭｇドープされたｐ型のＧａＮのｐ型コンタクト層を形成した。
【００６４】
リッジストライプ構造と、端面窒化物半導体層形成用の溝領域を、同一マスクでｎ型クラッド層がなくなるまで一括エッチングした。その後、ＭＯＣＶＤ法により、リッジストライプ構造側面と溝領域内をＭｇドープした単結晶のＡｌＧａＮで埋め込み、リッジストライプ側面の埋め込み層と端面窒化物半導体層を同時形成した。
【００６５】
その後、ｎ側電極およびｐ側電極を形成し、劈開することにより半導体レーザダイオードを製造した。
【００６６】
端面窒化物半導体層のＭｇ不純物濃度を変化させた半導体レーザダイオードを製造し、レーザ発振の始まる閾電流と、光出力変曲点を評価した。結果を表１に示す。
【表１】
【００６７】
不純物濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、特に１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下で良好な特性が得られた。１Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合は、ｎ型伝導が残っていたために端面窒化物半導体層を流れる電流が生じ発振が見られなかった。また、１Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の場合は、ｐ型伝導が発現したために発振しなかったと考えられる。
【００６８】
また、端面窒化物半導体層のリッジストライプの伸長方向の厚さ（図９（ａ）中のｄ）を変化させた半導体レーザダイオードを製造し、３Ｗの光出力で１０００時間駆動させた後、突然劣化の生ずる光出力を測定し、信頼性を評価した。結果を表２に示す。
【表２】
【００６９】
厚さｄが１０μｍ以上、特に２０μｍ以上で良好な信頼性が得られた。このように、端面窒化物半導体層のリッジストライプの伸長方向の厚さが厚くなることで信頼性が向上するのは、端面窒化物半導体層による放熱が寄与しているためと推測される。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 基板
１２ ｎ型窒化物半導体層
１４ 活性層
１６ ｐ型窒化物半導体層
１８ リッジストライプ
２２ 端面窒化物半導体層
２２ｂ 第１の低屈折率層
２２ｃ 高屈折率層
２２ｄ 第２の低屈折率層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上のｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上の窒化物半導体の活性層と、
前記活性層上のｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプと、
前記リッジストライプの伸長方向に垂直な、前記ｎ型窒化物半導体層、前記活性層および前記ｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、前記活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層とを有し、
前記端面窒化物半導体層の、少なくとも前記ｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記端面窒化物半導体層が、前記基板側から第１の低屈折率層、高屈折率層、第２の低屈折率層からなる積層構造を有し、
前記端面窒化物半導体層の前記活性層の端面に形成される領域が前記高屈折率層であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記端面窒化物半導体層の前記リッジストライプの伸長方向の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の低屈折率層および前記第２の低屈折率層のＡｌの濃度が、前記高屈折率層のＡｌの濃度よりも高いことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性層がＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）であり、前記第１および第２の低屈折率層がＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）であり、前記高屈折率層がＧａＮであることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項１】
基板と、
前記基板上のｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上の窒化物半導体の活性層と、
前記活性層上のｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層に形成されるリッジストライプと、
前記リッジストライプの伸長方向に垂直な、前記ｎ型窒化物半導体層、前記活性層および前記ｐ型窒化物半導体層の端面に形成され、前記活性層よりもバンドギャップの広い端面窒化物半導体層とを有し、
前記端面窒化物半導体層の、少なくとも前記ｐ型窒化物半導体層の端面に形成される領域のＭｇの濃度が、５Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記端面窒化物半導体層が、前記基板側から第１の低屈折率層、高屈折率層、第２の低屈折率層からなる積層構造を有し、
前記端面窒化物半導体層の前記活性層の端面に形成される領域が前記高屈折率層であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記端面窒化物半導体層の前記リッジストライプの伸長方向の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の低屈折率層および前記第２の低屈折率層のＡｌの濃度が、前記高屈折率層のＡｌの濃度よりも高いことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性層がＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）であり、前記第１および第２の低屈折率層がＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ＜１）であり、前記高屈折率層がＧａＮであることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３８９１８（Ｐ２０１２−３８９１８Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７７６８７（Ｐ２０１０−１７７６８７）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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