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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022139216
(43)【公開日】2022-09-26
(54)【発明の名称】レーザダイオード
(51)【国際特許分類】
H01S 5/343 20060101AFI20220915BHJP
【ＦＩ】
H01S5/343 610
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021039495
(22)【出願日】2021-03-11
(71)【出願人】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504139662
【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】吉川 陽
(72)【発明者】
【氏名】張 梓懿
(72)【発明者】
【氏名】久志本 真希
(72)【発明者】
【氏名】笹岡 千秋
(72)【発明者】
【氏名】天野 浩
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AF32
5F173AF35
5F173AF38
5F173AH22
5F173AH49
5F173AJ03
5F173AJ04
5F173AJ05
5F173AP33
5F173AP87
5F173AR23
(57)【要約】
【課題】発振閾値電流の低いレーザダイオードを提供する。
【解決手段】レーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のためのメサ構造であり、第１導電型クラッド層を含むメサ構造内における、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備える。
【選択図】図２
【解決手段】レーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のためのメサ構造であり、第１導電型クラッド層を含むメサ構造内における、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａｌを含む窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、
を備え、
前記半導体積層部は、
前記基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、
前記発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、
を有し、
前記半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のためのメサ構造であり、
前記第１導電型クラッド層を含む前記メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、前記窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備える
レーザダイオード。
前記窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、
を備え、
前記半導体積層部は、
前記基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、
前記発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、
を有し、
前記半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のためのメサ構造であり、
前記第１導電型クラッド層を含む前記メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、前記窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備える
レーザダイオード。
【請求項2】
前記メサ構造は、平面視において前記窒化物半導体基板の結晶面（１－１００）面に平行なメサ端面を共振ミラー端面とする共振器を有し、前記＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードである
請求項１に記載のレーザダイオード。
請求項１に記載のレーザダイオード。
【請求項3】
前記転位線のバーガースベクトルは、＜１１―２０＞方向の成分を有する
請求項１または２に記載のレーザダイオード。
請求項１または２に記載のレーザダイオード。
【請求項4】
前記メサ構造は、平面視において長辺と短辺をそれぞれ有する矩形状であり、前記長辺が前記＜１－１００＞方向に伸びるように配置されている
請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項5】
前記第１領域内において、前記＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が、前記＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数よりも多い
請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項6】
前記第１領域内における単位長さ当たりの前記＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が、４．５本／μｍ以上１１本／μｍ以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項7】
前記第１領域内における前記＜１－１００＞方向に伸びる転位線の平均間隔が、（１１－２０）原子面に対して、１/１００原子面以上１／５０００原子面以下である、
請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項8】
前記メサ構造の前記側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域には、＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在しない
請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項9】
平面視における前記共振器ミラー端面同士の間の距離と、前記メサ構造の前記側面同士の間の距離との比が、５：１～５００：１である
請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項10】
前記窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板である
請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項11】
前記第１導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、
前記第２導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、を備える、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
前記第２導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、を備える、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項12】
前記第２導電型クラッド層上に配置され、ＧａＮを含む窒化物半導体で形成された第２導電型コンタクト層を備え、
前記第２導電型クラッド層は、ＡｌｅＧａ1-ｅＮ（０．１≦ｅ≦１）を含み、前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｅが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が０．５μｍ未満である第２導電型縦伝導層と、ＡｌｆＧａ1-ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を有する、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
前記第２導電型クラッド層は、ＡｌｅＧａ1-ｅＮ（０．１≦ｅ≦１）を含み、前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｅが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が０．５μｍ未満である第２導電型縦伝導層と、ＡｌｆＧａ1-ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を有する、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項13】
前記第２導電型縦伝導層と前記第２導電型導波路層との間に配置され、ＡｌｇＧａ1-ｇＮ（０＜ｇ≦１.０）で形成された中間層を備える、
請求項１２に記載のレーザダイオード。
請求項１２に記載のレーザダイオード。
【請求項14】
前記第２導電型縦伝導層の膜厚は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である、
請求項１２または１３に記載のレーダイオード。
請求項１２または１３に記載のレーダイオード。
【請求項15】
前記第２導電型縦伝導層のうちの前記第２導電型導波路層との界面を含む一部または全ての領域は、不純物がドープされていない領域である、
請求項１２から１４のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１２から１４のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項16】
前記第１導電型クラッド層は、ＡｌａＧａ1-ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成されており、
前記第２導電型縦伝導層および前記第２導電型横伝導層は、前記基板に対して完全歪で形成されている、
請求項１２から１５のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
前記第２導電型縦伝導層および前記第２導電型横伝導層は、前記基板に対して完全歪で形成されている、
請求項１２から１５のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項17】
前記第２導電型横伝導層の前記第２導電型縦伝導層と対向する面における前記Ａｌ組成ｆは、前記第２導電型縦伝導層の前記Ａｌ組成ｅの最小値よりも大きい、
請求項１２から１６のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１２から１６のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項18】
平面視において、前記第２導電型クラッド層上の、前記メサ構造の前記側面から５μｍ以上離れた領域に設けられた第２電極と、
を備える
請求項１から１７のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
を備える
請求項１から１７のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項19】
前記＜１－１００＞方向に伸びる転位線は、前記第１領域内における前記第１導電型クラッド層中にのみ存在する
請求項１から１８のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
請求項１から１８のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザダイオードを形成するための材料として窒化物半導体が用いられている。窒化物半導体は、直接遷移の再結合形態を有することから、高い再結合効率および高い光学利得を得ることができる点でレーザダイオードのための材料として適している。このような窒化物半導体が用いられたレーザダイオードの一例として、紫外領域での電流注入型のレーザダイオードを発振させる技術が開示されている(例えば、非特許文献１)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａl．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １２、１２４００３（２０１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した紫外レーザダイオードはパルス駆動であり、実際のアプリケーションへの応用には連続発振が必要とされる。この連続発振には発振閾値電流の低下が必要とされる。レーザダイオードの成膜プロセスや加工プロセスにおいて発光層が緩和することによって、発振閾値電流は著しく悪化、すなわち発振に必要な閾値電流が高くなる。また、発振閾値電流は、発光層への転位の導入によっても同様に悪化する。
【0005】
本開示の目的は、発振閾値電流の低いレーザダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本開示の一実施形態に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体の発光層と、発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のためのメサ構造であり、第１導電型クラッド層を含むメサ構造内における、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えることを特徴とする。
なお、上述した発明の概要は、本開示の特徴の全てを列挙したものではない。
なお、上述した発明の概要は、本開示の特徴の全てを列挙したものではない。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一態様によれば、発振閾値電流の低いレーザダイオードを提供することができるが実現される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す平面模式図である。
【図2】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す断面模式図である。
【図3】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。
【図4】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。
【図5】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。
【図6】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面図である。
【図7】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す平面模式図である。
【図8】本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態を通じて本開示に係るレーザダイオードを説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0010】
１．実施形態
本開示の実施形態に係るレーザダイオードについて説明する。
（１．１）レーザダイオードの構成
本実施形態に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備えている。半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層とを有している。半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のためのメサ構造となっている。半導体積層部は、第１導電型クラッド層を含むメサ構造内における、側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えている。
以下、レーザダイオードの各層について詳細に説明する。
本開示の実施形態に係るレーザダイオードについて説明する。
（１．１）レーザダイオードの構成
本実施形態に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備えている。半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層とを有している。半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のためのメサ構造となっている。半導体積層部は、第１導電型クラッド層を含むメサ構造内における、側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えている。
以下、レーザダイオードの各層について詳細に説明する。
【0011】
（窒化物半導体基板）
窒化物半導体基板（以下、基板と記載することがある）は、Ａｌを含む窒化物半導体を含んでいる。Ａｌを含む窒化物半導体は、例えばＡｌＮである。すなわち、基板はＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。また、Ａｌを含む窒化物半導体は、ＡｌＮに限定されず、例えばＡｌＧａＮであってよい。例えば、基板がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
基板の貫通転位密度は、５×１０４ｃｍ－２以下であることが好ましい。特に、発振閾値電流の低減の観点から、貫通転位密度は１×１０３以上１×１０４ｃｍ－２以下であることがより好ましい。
窒化物半導体基板（以下、基板と記載することがある）は、Ａｌを含む窒化物半導体を含んでいる。Ａｌを含む窒化物半導体は、例えばＡｌＮである。すなわち、基板はＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。また、Ａｌを含む窒化物半導体は、ＡｌＮに限定されず、例えばＡｌＧａＮであってよい。例えば、基板がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
基板の貫通転位密度は、５×１０４ｃｍ－２以下であることが好ましい。特に、発振閾値電流の低減の観点から、貫通転位密度は１×１０３以上１×１０４ｃｍ－２以下であることがより好ましい。
【0012】
ここで、「窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、窒化物半導体以外の元素を少量（例えばＧａ（Ｇａが主元素でない場合）、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、またはＳｂ等の元素を数％以下）加える等してこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。
【0013】
また、基板は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、ｎ型またはｐ型にドーピングされてよい。また、基板は、ＡｌＮ等の窒化物半導体と、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮまたはＩｎＮとの混晶であってもよい。
【0014】
基板は、一例として１００μｍ以上６００μｍ以下の層厚を有することが好ましい。
また、面方位はｃ面（０００１）、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１０－１０）などが挙げられるが、ｃ面（０００１）基板がより好ましい。さらに、ｃ面（０００１）法線方向からいくらかの角度（例えば－４°～４°、好ましくは－０．４°～０．４°）に傾いた面上に形成することができるが、これに限らない。
また、面方位はｃ面（０００１）、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１０－１０）などが挙げられるが、ｃ面（０００１）基板がより好ましい。さらに、ｃ面（０００１）法線方向からいくらかの角度（例えば－４°～４°、好ましくは－０．４°～０．４°）に傾いた面上に形成することができるが、これに限らない。
【0015】
（第１導電型クラッド層）
第１導電型クラッド層は、基板上に形成される。ここで、例えば「第１導電型クラッド層は基板上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板の一方の面上に第１導電型クラッド層が形成されることを意味する。また、基板と第１導電型クラッド層との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、後述する第１導電型導波路層上に電子ブロック層を介して第２導電型クラッド層が形成される場合も、「第２導電型クラッド層は第１導電型導波路層上に形成される」という表現に含まれる。また、本実施形態の説明において、「第１導電型」および「第２導電型」は、それぞれ異なる導電型を示す半導体であることを意味し、例えば、一方がｎ型導電性である場合は、他方がｐ型導電性となる。
第１導電型クラッド層は、基板上に形成される。ここで、例えば「第１導電型クラッド層は基板上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板の一方の面上に第１導電型クラッド層が形成されることを意味する。また、基板と第１導電型クラッド層との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、後述する第１導電型導波路層上に電子ブロック層を介して第２導電型クラッド層が形成される場合も、「第２導電型クラッド層は第１導電型導波路層上に形成される」という表現に含まれる。また、本実施形態の説明において、「第１導電型」および「第２導電型」は、それぞれ異なる導電型を示す半導体であることを意味し、例えば、一方がｎ型導電性である場合は、他方がｐ型導電性となる。
【0016】
第１導電型クラッド層は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。第１導電型クラッド層は、例えばＡｌａＧａ（１－ａ）Ｎ（０＜ａ＜１）により形成される。これにより、深紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を発光層として形成する場合に、発光層の結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。高い発光効率を実現する観点から、第１導電型クラッド層を構成する窒化物半導体は、ＡｌＮおよびＧａＮの混晶であることが好ましい。また、基板に対して完全歪で成長させる観点から、第１導電型クラッド層は、ＡｌａＧａ（１－ａ）Ｎ（０．６＜ａ≦０．８）により形成されることがより好ましい。
【0017】
第１導電型クラッド層は、縦伝導率を制御する目的などから、Ａｌ組成が基板から遠ざかるほど増加するような傾斜層であって良い。この場合、上述したＡｌ組成に対する限定は、第１導電型クラッド層内の膜厚方向の位置におけるＡｌ組成を第１導電型クラッド層の膜厚で平均したＡｌ組成とすることができる。
【0018】
第１導電型クラッド層がｎ型導電性半導体層の場合は、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物を含んでいてもよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。電気抵抗を低減する観点および原料の入手難易度の観点から、第１導電型クラッド層に含まれる不純物はＳｉであることが好ましく、不純物濃度は５×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３であることが好ましい。
【0019】
第１導電型クラッド層は、第１導電型クラッド層内での格子緩和の観点と膜抵抗の観点から、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の層厚を有することが好ましく、３００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の層厚を有することがより好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の層厚を有することが更に好ましい。
【0020】
（発光層）
発光層は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。発光層が含む窒化物半導体は、高い発光効率を実現する観点から例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶であることが好ましく、たとえばＡｌｂＧａ（１－ｂ）Ｎ（０＜ｂ＜１）により形成される。発光層には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、この限りではない。
発光層は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。発光層が含む窒化物半導体は、高い発光効率を実現する観点から例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶であることが好ましく、たとえばＡｌｂＧａ（１－ｂ）Ｎ（０＜ｂ＜１）により形成される。発光層には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、この限りではない。
【0021】
また、発光層は、多重量子井戸構造も単層量子井戸構造も取り得る。第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層の縦伝導率によって異なるが、量子井戸構造の数は好ましくは１から３のいずれかであることが好ましい。
また、発光層の結晶欠陥の影響を低減する目的などから、発光層の一部または全てにＳｉ，Ｓｂ，Ｐなどの元素が１×１０１５ｃｍ－３以上含まれていても良い。
また、発光層の結晶欠陥の影響を低減する目的などから、発光層の一部または全てにＳｉ，Ｓｂ，Ｐなどの元素が１×１０１５ｃｍ－３以上含まれていても良い。
【0022】
（導波路層）
本実施形態のレーザダイオードは、光閉じ込めの観点から、発光層を挟み込むように発光層の上下に形成され、発光層から放出された光を発光層内に閉じ込める効果を有する導波路層を備えていても良い。導波路層は、発光層に対して第１導電型クラッド層側に配置された第１導電型導波路層と、発光層に対して第２導電型クラッド層側に配置された第２導電型導波路層の２層から構成されることが好ましい。
すなわち、本実施形態のレーザダイオードは、例えば、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、を備えていても良い。
本実施形態のレーザダイオードは、光閉じ込めの観点から、発光層を挟み込むように発光層の上下に形成され、発光層から放出された光を発光層内に閉じ込める効果を有する導波路層を備えていても良い。導波路層は、発光層に対して第１導電型クラッド層側に配置された第１導電型導波路層と、発光層に対して第２導電型クラッド層側に配置された第２導電型導波路層の２層から構成されることが好ましい。
すなわち、本実施形態のレーザダイオードは、例えば、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、を備えていても良い。
【0023】
導波路層は、光閉じ込めの観点から、発光層よりエネルギーの高いバンドギャップを持つＡｌ、Ｇａを含む窒化物半導体であることが好ましい。導波路層は、デバイス内で定在する光の電界強度分布と発光層の重なりを増大させるＡｌ組成と膜厚とを有することが好ましい。発光層へのキャリア閉じ込めの観点から、発光層をＡｌｂＧａ（１－ｂ）Ｎ（０＜ｂ＜１）とし、導波路層をＡｌｃＧａ（１－ｃ）Ｎ（０＜ｃ＜１）としたとき、ｂ＜ｃであり、ｃ≧ｂ＋０．０５であることがより好ましい。たとえば発光波長が２６５ｎｍの発光層を例とした場合、ｂ＝０．５２であり、ｃは０．５７以上であることが好ましい。また、光閉じ込めと、層抵抗の観点から、導波路層の膜厚は第１導電型導波路層と第２導電型導波路層との合計膜厚が、７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【0024】
第１導電型導波路層および第２導電型導波路層のＡｌ組成のそれぞれは、膜厚方向において均一であることが好ましいが、この限りではない。後述する第２導電型クラッド層の上方に存在する金属（例えば第２電極）への光吸収を回避するために、第２導電型導波路層のＡｌ組成が第１導電型導波路層のＡｌ組成より高くなっていてもよい。同様の目的で、第２導電型導波路層の膜厚が第１導電型導波路の膜厚より厚くなっていてもよい。
【0025】
第１導電型導波路層がｎ型導電性半導体層の場合は、第１導電型クラッド層と同じ伝導型を得る目的などからＮの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素，Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｆ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していて良いが、この限りではない。
【0026】
（第２導電型クラッド層）
第２導電型クラッド層は、発光層上に形成され、第２導電型の導電性を有するＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体層である。第２導電型クラッド層は、例えばＡｌｄＧａ（１－ｄ）Ｎ（０＜ｄ＜１）により形成される。また、発光層上に導波路層（第２導電型導波路層）が設けられている場合には、第２導電型クラッド層は、導波路層（第２導電型導波路層）状に形成される。これにより、第２導電型クラッド層は、発光層または導波路層に対して格子整合が容易であり、貫通転位密度の抑制が可能となる。
第２導電型クラッド層は、発光層上に形成され、第２導電型の導電性を有するＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体層である。第２導電型クラッド層は、例えばＡｌｄＧａ（１－ｄ）Ｎ（０＜ｄ＜１）により形成される。また、発光層上に導波路層（第２導電型導波路層）が設けられている場合には、第２導電型クラッド層は、導波路層（第２導電型導波路層）状に形成される。これにより、第２導電型クラッド層は、発光層または導波路層に対して格子整合が容易であり、貫通転位密度の抑制が可能となる。
【0027】
第２導電型クラッド層は、キャリア（電子または正孔）を発光層へ注入するに足りる導電性を有しており、デバイス内で定在する光モードの電界強度分布と発光層の重なりを増大させる（すなわち光閉じ込めを増大させる）ことが可能であれば、導電型は特に限定されない。第２導電型クラッド層は、たとえばＭｇをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＮであってよい。
また、第２導電型クラッド層がｐ型導電性半導体層の場合は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。
また、第２導電型クラッド層がｐ型導電性半導体層の場合は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。
【0028】
キャリアをより効率よく発光層へ注入する観点から、第２導電型クラッド層は、Ａｌ組成ｅが基板の上面から遠ざかる方向へ減少する様に傾斜したＡｌｅＧａ（１－ｅ）Ｎで形成された組成傾斜層（第２導電型縦伝導層）と、ＡｌｆＧａ（１－ｆ）Ｎ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層とを備えることが好ましい。
以下、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層について説明する。
以下、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層について説明する。
【0029】
（第２導電型縦伝導層）
第２導電型縦伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層側の領域を構成する層である。
第２導電型縦伝導層は、ＡｌｅＧａ（１－ｅ）Ｎを含む層である。第２導電型縦伝導層におけるＡｌ組成ｅのプロファイル（傾斜）は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、第２導電型縦伝導層の膜中の一部にＡｌ組成ｅが同じ（膜厚方向に一定）になっている部分を含むことを意味する。つまり、第２導電型縦伝導層には、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成ｅが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。
第２導電型縦伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層側の領域を構成する層である。
第２導電型縦伝導層は、ＡｌｅＧａ（１－ｅ）Ｎを含む層である。第２導電型縦伝導層におけるＡｌ組成ｅのプロファイル（傾斜）は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、第２導電型縦伝導層の膜中の一部にＡｌ組成ｅが同じ（膜厚方向に一定）になっている部分を含むことを意味する。つまり、第２導電型縦伝導層には、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成ｅが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。
【0030】
第２導電型縦伝導層の膜厚は、格子整合の観点から５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２導電型縦伝導層の膜厚は、発光層への光閉じ込めおよびキャリア注入の観点から、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることがより好ましく、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【0031】
第２導電型縦伝導層は、不純物の拡散を抑制する目的などから、第２導電型縦伝導層のうちの発光層に近い領域においてＨ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物がドープされていない（意図的に混入されていない）、すなわちアンドープの状態であることが好ましい。ここで、「アンドープ」とは、対象の層を形成する過程で元素として上述した不純物が意図に供給されないことを意味するが、原料、製造装置由来の元素が例えば１×１０１６ｃｍ－３以下の範囲で混入される場合は、この限りではない。また、第２導電型縦伝導層のアンドープ状態の領域は、少なくとも発光層（第２導電型導波路層を備える場合には第２導電型導波路層）との境界を含むが、その大きさは限定されない。例えば、第２導電型縦伝導層の全ての領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第２導電型縦伝導層のうち、発光層に近い５０％の領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第２導電型縦伝導層のうち、発光層に近い約１０％の領域がアンドープの状態であってもよい。
【0032】
（第２導電型横伝導層）
第２導電型横伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層と反対側の領域を構成する層であり、第２導電型縦伝導層上に形成される。
第２導電型縦伝導層は、ＡｌｆＧａ（１－ｆ）Ｎ（０＜ｆ≦１）を含む層である。ここで、第２導電型横伝導層の第２導電型縦伝導層と対向する面におけるＡｌ組成ｆは、第２導電型縦伝導層のＡｌ組成ｅの最小値よりも大きいことが好ましい。
第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の縦抵抗率を制御する目的などから、Ｈ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物を意図的に混入させていてもよい。混入される不純物の量は、第２導電型横伝導層の表面および内部に誘積される正味の電界量に応じて、一例として、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３であってよい。
第２導電型横伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層と反対側の領域を構成する層であり、第２導電型縦伝導層上に形成される。
第２導電型縦伝導層は、ＡｌｆＧａ（１－ｆ）Ｎ（０＜ｆ≦１）を含む層である。ここで、第２導電型横伝導層の第２導電型縦伝導層と対向する面におけるＡｌ組成ｆは、第２導電型縦伝導層のＡｌ組成ｅの最小値よりも大きいことが好ましい。
第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の縦抵抗率を制御する目的などから、Ｈ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物を意図的に混入させていてもよい。混入される不純物の量は、第２導電型横伝導層の表面および内部に誘積される正味の電界量に応じて、一例として、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３であってよい。
【0033】
第２導電型横伝導層の膜厚は、第２導電型横伝導層を貫通するキャリアの量子透過を容易とする観点から２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【0034】
第２導電型横伝導層の上に後述する第２導電型コンタクト層が設けられる場合、第２導電型横伝導層の第２導電型コンタクト層との界面におけるＡｌ組成は、第２導電型コンタクト層におけるＡｌ組成よりも小さく、かつ基板に対して完全歪であることが好ましい。このような第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の表面および表面付近の内部に蓄積される正味内部電界が負となって、界面にキャリアが誘積されることで横伝導率を向上させることができる。
【0035】
このように、第２導電型縦伝導層は、分極ドーピング効果によりキャリア（例えば第２導電型縦伝導層がｐ型半導体により形成されている場合には正孔）を生成させて、キャリアを効率良く発光層内の活性層に注入する作用を有する。このため、第２導電型縦伝導層が発光層上に設けられることで、レーザダイオードのキャリア注入効率を高め、閾値電圧を低減することができる。
また、第２導電型横伝導層は、電極下部に集中する電界によって狭められるキャリア分布を横方向（第２導電型横伝導層の面内）に広げる効果を有する。この効果により、第２導電型横伝導層は、第２導電型縦伝導層と同様に発光層へのキャリア注入効率を高めることができる。
また、第２導電型横伝導層は、電極下部に集中する電界によって狭められるキャリア分布を横方向（第２導電型横伝導層の面内）に広げる効果を有する。この効果により、第２導電型横伝導層は、第２導電型縦伝導層と同様に発光層へのキャリア注入効率を高めることができる。
【0036】
（中間層）
第２導電型クラッド層および導波路の間、すなわち第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間には、キャリアの伝導率を向上させる観点かつ／または第２導電型横伝導層および第２導電型コンタクト層を完全歪で形成させるためなどの観点から、基板の上面から遠ざかる方向へＡｌ組成ｇが増加するようなＡｌｇＧａ（１－ｇ）Ｎ（０＜ｇ≦１.０）から成る中間層を設けることができる。中間層は、所望する発光波長の光を吸収しないバンドギャップでない混晶であって良く、さらに５０ｎｍ以下の膜厚であることが好ましく、不純物が含まれていないアンドープ層であって良い。
第２導電型クラッド層および導波路の間、すなわち第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間には、キャリアの伝導率を向上させる観点かつ／または第２導電型横伝導層および第２導電型コンタクト層を完全歪で形成させるためなどの観点から、基板の上面から遠ざかる方向へＡｌ組成ｇが増加するようなＡｌｇＧａ（１－ｇ）Ｎ（０＜ｇ≦１.０）から成る中間層を設けることができる。中間層は、所望する発光波長の光を吸収しないバンドギャップでない混晶であって良く、さらに５０ｎｍ以下の膜厚であることが好ましく、不純物が含まれていないアンドープ層であって良い。
【0037】
（第２導電型コンタクト層）
本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト層を更に備えていても良い。第２導電型コンタクト層を構成する窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮおよび、それらを含む混晶で形成されることが好ましく、ＧａＮを含む窒化物半導体であることがより好ましい。
本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト層を更に備えていても良い。第２導電型コンタクト層を構成する窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮおよび、それらを含む混晶で形成されることが好ましく、ＧａＮを含む窒化物半導体であることがより好ましい。
【0038】
第２導電型コンタクト層は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｅ等の不純物が混入していてよい。原料ガスの汎用性から、第２導電型コンタクト層に含まれる不純物はＭｇであることが好ましい。コンタクト抵抗低減の観点から、Ｍｇの濃度が８×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下であることが好ましく、５×１０２０ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下であることがより好ましい。
【0039】
また、第２導電型コンタクト層の層厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。第２導電型コンタクト層の層厚が薄いほどレーザダイオードのキャリア注入効率が向上し、層厚が厚いほどキャリア注入効率が低下する。
【0040】
（電子ブロック層）
本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、発光層よりも上方に、バンドギャップが第２導電型導波路層より大きい電子ブロック層を更に有していても良い。電子ブロック層は、例えば第２導電型導波路層の内部、第２導電型導波路層と発光層との間または第２導電型導波路層と第２導電型縦伝導層との間に設けることができる。
電子ブロック層の層厚は、電子ブロック層をキャリア（正孔）が量子貫通しやすいように、３０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましく、１５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、発光層よりも上方に、バンドギャップが第２導電型導波路層より大きい電子ブロック層を更に有していても良い。電子ブロック層は、例えば第２導電型導波路層の内部、第２導電型導波路層と発光層との間または第２導電型導波路層と第２導電型縦伝導層との間に設けることができる。
電子ブロック層の層厚は、電子ブロック層をキャリア（正孔）が量子貫通しやすいように、３０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましく、１５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【0041】
（メサ構造と共振器）
メサ構造は、第２導電型層と第１導電型層を電気的に分離するために形成される。メサ構造は、半導体積層部の一部を除去した構造である。ここで、「半導体積層部」とは、少なくとも第１導電型クラッド層、発光層および第２導電型クラッド層をいい、上述した導波路層（第１導電型導波路層および第２導電型導波路層）、中間層および第２導電型コンタクト層が設けられている場合にはこれらの層も含む。
メサ構造は、第２導電型層と第１導電型層を電気的に分離するために形成される。メサ構造は、半導体積層部の一部を除去した構造である。ここで、「半導体積層部」とは、少なくとも第１導電型クラッド層、発光層および第２導電型クラッド層をいい、上述した導波路層（第１導電型導波路層および第２導電型導波路層）、中間層および第２導電型コンタクト層が設けられている場合にはこれらの層も含む。
【0042】
メサ構造は、レーザの電流狭窄および端面における反射による増幅の観点から、平面視において長辺と短辺をそれぞれ有する矩形状であり、長辺が＜１－１００＞方向に伸びていることが好ましい。これは、劈開法やエッチング法などさまざまな方法によってレーザ共振器の共振ミラー端面を得る場合に、原子的に平坦な（１－１００）面が最も容易に形成できるためである。
つまり、メサ構造は、窒化物半導体基板の結晶面（１－１００）面に平行なメサ端面を共振ミラー端面とする共振器を有している。これにより、本実施形態のレーザダイオードは、メサ構造が＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードとなっている。
つまり、メサ構造は、窒化物半導体基板の結晶面（１－１００）面に平行なメサ端面を共振ミラー端面とする共振器を有している。これにより、本実施形態のレーザダイオードは、メサ構造が＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードとなっている。
【0043】
半導体積層部は、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内に、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えている。この転位線は、メサ構造の第１領域内にのみ形成されている。ここで、「＜１－１００＞方向に伸びる」とは、転位線が直線かつ完全に＜１－１００＞方向に伸びている必要はなく、転位線が全体として＜１－１００＞方向に伸びていることをいう。また、転位線は、一本の線である必要はなく、線の途中から分岐したり、他の転位線と会合したりしていてもよい。
また、メサ構造の側面間の距離は閾値電圧および発振閾値電流と相関がある。このため、矩形のメサ構造において、平面視における共振器ミラー端面同士の間の距離と、メサ構造の側面同士の間の距離との比が、５：１～５００：１であることが好ましい。
また、メサ構造の側面間の距離は閾値電圧および発振閾値電流と相関がある。このため、矩形のメサ構造において、平面視における共振器ミラー端面同士の間の距離と、メサ構造の側面同士の間の距離との比が、５：１～５００：１であることが好ましい。
【0044】
半導体積層部は、＜１１－２０＞方向に並ぶ複数のメサ構造を有していても良い。すなわち、半導体積層部は、非連続な側面を複数有する形態であっても良い。発光層へ効率的に電力を注入する観点から、第２電極の近傍を除いて、第２導電型クラッド層より上方の層の一部または全てを除去したメサ構造（リッジ部とも称される）を有するものであることが好ましい場合がある。第２導電型クラッド層より上方の層としては、例えば第２導電型コンタクト層、または第２導電型コンタクト層と第２導電型クラッド層等が挙げられる。この場合、リッジ部は、第１導電型クラッド層を露出するためのメサ構造とは異なるものであり、例えばリッジ部の側面はメサ構造の側面と異なると解される。
発振閾値電流を下げる観点から、リッジ部構造をとるメサ構造については、当該リッジ部の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の領域に、＜１－１００＞方向に水平方向な転位線が存在しないことが好ましい。すなわち、リッジ部は、平面視でメサ構造の第１領域と重ならないように形成されることが好ましい。
発振閾値電流を下げる観点から、リッジ部構造をとるメサ構造については、当該リッジ部の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の領域に、＜１－１００＞方向に水平方向な転位線が存在しないことが好ましい。すなわち、リッジ部は、平面視でメサ構造の第１領域と重ならないように形成されることが好ましい。
【0045】
メサ構造は、半導体積層部を誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively coupled plasma）等でエッチングすることで形成できる。この時のエッチング条件によりメサ構造の端面（共振ミラー端面）から転位が導入される。これは、半導体積層部が基板に対して格子整合に成長するシュードモルフィック成長であるため半導体積層部には歪が蓄積されており、半導体積層部をエッチングすることにより歪を解放することで、半導体積層部全体に転位が導入されるためである。この場合、半導体積層部の上方に形成された発光層にも転位が導入されてしまい、特に発光層のうち第２電極の下部に位置する領域に転位が導入された場合、発振閾値電流が著しく悪化する。発光層への転位導入を避けるため、メサ構造の端部にのみ転位が導入されるエッチング条件を採用することが好ましい。
【0046】
発光層へ転位が導入されない観点から、メサ構造の端部に導入される転位は端部から１５μｍ未満の領域のみに形成されていることが好ましく、また、転位は＜１－１００＞に沿った方向に伸びていることが好ましい。つまり、メサ構造の端部から１５μｍの領域である第１領域にのみ転位が存在し、メサ構造の端部から１５μｍ以上２０μｍ未満の領域においては＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在しないことが好ましい。
【0047】
このとき、第１領域における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数よりも多い状態であることが好ましい。また、転位線のバーガースベクトルが＜１－１００＞方向に垂直な＜１１―２０＞方向の成分を有することが好ましい。また、第１領域における単位長さ当たりの＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が４．５本／μｍ以上１１本／μｍ以下であることが好ましく、４．５本／μｍ以上７．５本／μｍ以下であることがより好ましい。さらに、第１領域における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の平均間隔が、（１１－２０）原子面に対して、１/１００原子面以上１／５０００原子面以下であることが好ましく、１/３００原子面以上１／７００原子面以下であることがより好ましい。
【0048】
これらの転位は、最も膜厚が厚く歪が蓄積されている第１導電型クラッド層中に導入することで効率的に緩和をさせることができる。そのため、＜１－１００＞方向に伸びる転位線は、第１導電型クラッド層中にあることが好ましい。
【0049】
（電極）
レーザダイオードは、第２導電型クラッド層上に配置された第２電極と、第１導電型クラッド層上に配置された第１電極によって行うことができる。このとき、第１電極は、第１導電型クラッド層と電気的に接触するように形成されており、第２電極は、第２導電型クラッド層と電気的に接触するように形成されている。
第１電極は、例えば、基板の裏側に電極を配置することができる。また、第１電極は、半導体積層部の第１導電型クラッド層よりも上部の層を例えば化学エッチングまたはドライエッチングによって除去することにより露出した第１導電型クラッド層上に配置される。
レーザダイオードは、第２導電型クラッド層上に配置された第２電極と、第１導電型クラッド層上に配置された第１電極によって行うことができる。このとき、第１電極は、第１導電型クラッド層と電気的に接触するように形成されており、第２電極は、第２導電型クラッド層と電気的に接触するように形成されている。
第１電極は、例えば、基板の裏側に電極を配置することができる。また、第１電極は、半導体積層部の第１導電型クラッド層よりも上部の層を例えば化学エッチングまたはドライエッチングによって除去することにより露出した第１導電型クラッド層上に配置される。
【0050】
第１導電型クラッド層がｎ型クラッド層の場合、第１電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
第１導電型クラッド層がｐ型クラッド層の場合、第１電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
第１導電型クラッド層がｐ型クラッド層の場合、第１電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
【0051】
第２導電型クラッド層がｎ型クラッド層の場合、第２電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
第２導電型クラッド層がｐ型クラッド層の場合、第２電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
第２導電型クラッド層がｐ型クラッド層の場合、第２電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
【0052】
第１電極および第２電極の配置領域および形状は、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層（第２導電型コンタクト層を備える場合には第２導電型コンタクト層）とのそれぞれと電気的接触が得られていれば限定はされない。転位が多く存在する箇所ではキャリアが補足されて優先的に消費されて内部損失が悪化することから、第２電極は、平面視において第２導電型クラッド層上のメサ構造の側面から５μｍ以上離れた領域に配置されることが好ましい。
【0053】
（バッファ層）
バッファ層は、基板と、第一導電型クラッド層との間に形成されており、基板の全面に形成されていることが好ましい。バッファ層を備えることにより、バッファ層上には格子定数差及び熱膨張係数差が小さく欠陥の少ない窒化物半導体層が形成される。また、バッファ層を備えることにより、圧縮応力下で第一導電型クラッド層を成長させることができ、第一導電型クラッド層におけるクラックの発生を抑制することができる。このため、基板がＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成されている場合でも、バッファ層の上方に欠陥の少ない窒化物半導体層を形成することができる。
バッファ層は、基板と、第一導電型クラッド層との間に形成されており、基板の全面に形成されていることが好ましい。バッファ層を備えることにより、バッファ層上には格子定数差及び熱膨張係数差が小さく欠陥の少ない窒化物半導体層が形成される。また、バッファ層を備えることにより、圧縮応力下で第一導電型クラッド層を成長させることができ、第一導電型クラッド層におけるクラックの発生を抑制することができる。このため、基板がＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成されている場合でも、バッファ層の上方に欠陥の少ない窒化物半導体層を形成することができる。
【0054】
バッファ層は、例えばＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成される。また、バッファ層には、Ｃ，Ｓｉ，Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物を含んでいても良い。
【0055】
バッファ層は、例えば数μｍの厚さを有している。具体的には、バッファ層の厚さは、１０ｎｍより厚く１０μｍより薄いことが好ましい。バッファ層の厚さが１０ｎｍより厚い場合、ＡｌＮ等の窒化物半導体の結晶性が高くなる。また、バッファ層の厚さが１０μｍより薄い場合、ウエハ全面に結晶成長により形成されたバッファ層にクラックが発生しにくくなる。また、バッファ層は、５０ｎｍより厚く５μｍより薄いことがより好ましい。バッファ層の厚さが５０ｎｍより厚い場合、結晶性の高い層を形成することができる。また、バッファ層の厚さが５μｍより薄い場合、バッファ層のクラックがより発生しにくくなる。
【0056】
（１．２）紫外線発光素子の製造方法
本実施形態のレーザダイオードは、基板上に各層を形成する工程を経て製造される。
本実施形態のレーザダイオードは、基板上に各層を形成する工程を経て製造される。
【0057】
（基板の形成）
基板は、昇華法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
基板は、昇華法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
【0058】
（半導体積層部の形成）
基板上に形成される半導体積層部の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等により形成することができる。
基板上に形成される半導体積層部の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等により形成することができる。
【0059】
ここで、基板上に形成された各層のうち窒化物半導体の層は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、もしくはアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
【0060】
レーザダイオードは、基板上に形成された半導体積層部の各層の不要部分をエッチングによって除去する工程を経て製造される。半導体積層部の各層の不要部分の除去は、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング等で行うことができる。
【0061】
（電極の形成）
また、レーザダイオードは、電極を形成する工程を経て製造され得る。第１電極および第２電極等の電極は、例えば抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されるが、これら方法には限定されない。各電極は、単層で形成してもよく、複数層積層して形成してもよい。また、各電極は、層の形成後に酸素、窒素または空気雰囲気等で熱処理が行われてもよい。
最後に、上述した工程を経て各層が形成された基板を、ダイシングにより個片へと分割してレーザダイオードが製造される。
また、レーザダイオードは、電極を形成する工程を経て製造され得る。第１電極および第２電極等の電極は、例えば抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されるが、これら方法には限定されない。各電極は、単層で形成してもよく、複数層積層して形成してもよい。また、各電極は、層の形成後に酸素、窒素または空気雰囲気等で熱処理が行われてもよい。
最後に、上述した工程を経て各層が形成された基板を、ダイシングにより個片へと分割してレーザダイオードが製造される。
【0062】
２．紫外線発光素子の物性等の測定方法
上述したレーザダイオードの物性等は、以下のようにして測定することができる。
上述したレーザダイオードの物性等は、以下のようにして測定することができる。
【0063】
（不純物濃度及びドーピング濃度の測定）
レーザダイオードを構成する基板及び半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により測定することができる。
半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にＳＩＭＳで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で測定することができる。また、半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ（ＥＡＧ）社が提供する測定条件によりＳＩＭＳ測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、１４．５ｋｅＶのエネルギーを有したセシウム（Ｃｓ）イオンビームを用いる。
レーザダイオードを構成する基板及び半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により測定することができる。
半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にＳＩＭＳで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で測定することができる。また、半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板側からスパッタして測定することもできる。
具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ（ＥＡＧ）社が提供する測定条件によりＳＩＭＳ測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、１４．５ｋｅＶのエネルギーを有したセシウム（Ｃｓ）イオンビームを用いる。
【0064】
（層厚の測定方法）
レーザダイオードを構成する各層の層厚は、基板に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）により観察し、ＴＥＭの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板の主面に対して平行な方向において２μｍ以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる２層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した２μｍ以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の層厚を得ることができる。
レーザダイオードを構成する各層の層厚は、基板に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）により観察し、ＴＥＭの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板の主面に対して平行な方向において２μｍ以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる２層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した２μｍ以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の層厚を得ることができる。
【0065】
（緩和の測定方法）
緩和の有無はＴＥＭの格子回折像から算出される格子定数によって得られる。歪はレーザダイオードの各層のａ軸の面内方向の格子定数が本来の格子定数からどれだけ変化しているかで表すことができる。基板の格子定数に対して格子定数が同じであれば歪であり、差分があれば緩和といえる。ここでは計算から算出される緩和が２０％以上である場合を緩和とする。格子定数の差は格子回折像を各スポットで自動マッピング測定し、解析ソフトによってマッピングとして表示することができる。具体的には解析ソフト（ＮａｎｏＭＥＧＡＳ社製ＡＳＴＥＲ）を用いて測定を行うことができる。
緩和の有無はＴＥＭの格子回折像から算出される格子定数によって得られる。歪はレーザダイオードの各層のａ軸の面内方向の格子定数が本来の格子定数からどれだけ変化しているかで表すことができる。基板の格子定数に対して格子定数が同じであれば歪であり、差分があれば緩和といえる。ここでは計算から算出される緩和が２０％以上である場合を緩和とする。格子定数の差は格子回折像を各スポットで自動マッピング測定し、解析ソフトによってマッピングとして表示することができる。具体的には解析ソフト（ＮａｎｏＭＥＧＡＳ社製ＡＳＴＥＲ）を用いて測定を行うことができる。
【0066】
（各層の原子濃度の測定方法）
レーザダイオードを構成する各層に含まれる原子濃度を測定する方法としては、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：Reciprocal Space Mapping）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とＡｌ組成が得られる。回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。
また、発光層や傾斜層、各層に形成されたヒロックなどのＸＲＤで十分な反射強度が得られない層や領域は、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Energy Dispersive X－ray spectroscopy）、及び電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Electron Energy－Loss Spectroscopy）によって測定することができる。
レーザダイオードを構成する各層に含まれる原子濃度を測定する方法としては、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：Reciprocal Space Mapping）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とＡｌ組成が得られる。回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。
また、発光層や傾斜層、各層に形成されたヒロックなどのＸＲＤで十分な反射強度が得られない層や領域は、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Energy Dispersive X－ray spectroscopy）、及び電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Electron Energy－Loss Spectroscopy）によって測定することができる。
【0067】
ＥＥＬＳでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量２０ｅＶ付近に現れるピーク位置が、各層の組成に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。
上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
【0068】
ＥＤＸでは、上述のＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において電子線によって発生する特性Ｘ線を測定・解析する。上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
【0069】
ＸＰＳでは、イオンビームを用いたスパッタエッチングを行いながらＸＰＳ測定を行うことで、深さ方向の評価が可能である。イオンビームには一般的にＡｒ＋が用いられるが、ＸＰＳ装置に搭載されたエッチング用イオン銃で照射できるイオンであれば、例えばＡｒクラスターイオンなどの他のイオン種でもよい。Ａｌ、Ｇａ、ＮのＸＰＳピーク強度を測定・解析して各層のＡｌ組成の深さ方向分布を得る。スパッタエッチングの代わりに、基板の主面に対して垂直な断面が拡大されて露出されるようにレーザダイオードを斜め研磨して、露出断面をＸＰＳで測ってもよい。
【0070】
ＸＰＳだけでなくオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）を用いても各層の組成を測定できる。この場合、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面においてオージェ電子分光法による測定を行うことで、組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するＳＥＭ－ＥＤＸ測定によっても、各層の組成を測定できる。
【0071】
（メサ構造の端部における転位線の測定方法）
メサ構造の端部に形成される転位線は、基板の表面に平行な所定断面を切り出して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察することで測定できる。一例として、第１導電型クラッド層を含むメサ構造の端面ＥＳ及び側面ＳＳを含む２０μｍ角以上の領域（すなわち第一領域を一部に含む２０μｍ角以上の領域）を観察範囲として含む１次試料を集束イオンビーム法によって基板から切り出して作製する。次に、研磨あるいは集束イオンビーム法によって、１次試料を０.５μｍ厚まで薄化した２次試料を作製する。２次試料に対し、＜０００１＞晶帯軸入射の電子線による平面ＴＥＭ像を得る。この過程で、１次試料あるいは１次試料同様の手法で得られた試料を用いて断面ＴＥＭ像を同時に取得することができる。
メサ構造の端部に形成される転位線は、基板の表面に平行な所定断面を切り出して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察することで測定できる。一例として、第１導電型クラッド層を含むメサ構造の端面ＥＳ及び側面ＳＳを含む２０μｍ角以上の領域（すなわち第一領域を一部に含む２０μｍ角以上の領域）を観察範囲として含む１次試料を集束イオンビーム法によって基板から切り出して作製する。次に、研磨あるいは集束イオンビーム法によって、１次試料を０.５μｍ厚まで薄化した２次試料を作製する。２次試料に対し、＜０００１＞晶帯軸入射の電子線による平面ＴＥＭ像を得る。この過程で、１次試料あるいは１次試料同様の手法で得られた試料を用いて断面ＴＥＭ像を同時に取得することができる。
【0072】
２００ｋＶの印加電圧により１０ｋ～２０ｋの倍率によって観察された＜０００１＞晶帯軸入射の平面ＴＥＭ像を使用して転位を数え上げる。メサ構造の端から内側２０μｍまでの領域へと観察領域を移動していき、転位線を観察する。得られた転位線の伸びる方向は視野全体にわたって完全に＜１－１００＞方向に伸びておらず、他の転位線と会合することで本数が増減することがある。従って、転位線数の集計は、＜１－１００＞方向に伸びる直線であるサンプルリングラインを仮想し、サンプリングラインと転位線の交点の数を、複数のサンプリングラインにおける統計的平均値によって規定する。具体的には、複数のサンプリングラインを１μｍ以下間隔で仮想し、２０μｍ視野内において測定個所（サンプルリングラインの位置）を移動させながら、各測定位置におけるサンプリングラインと転位線の交点の数の測定を２０回以上行う。この２０回以上の平均値を転位線数とする。以下、この測定を平面ＴＥＭ測定という。
【0073】
転位線のバーガースペクトル解析は、さらに逆格子ベクトル＜－１１００＞及び＜１１－２０＞の系統反射条件において平面ＴＥＭ暗視野像を取得し、転位線のコントラストの消滅からバーガースベクトルの方向を特定する。一例として、バーガースベクトルが＜１１－２０＞方向の成分を有する場合は、＜１１－２０＞の系統反射条件における平面ＴＥＭ暗視野像では、転位線のコントラストが消失する。
【0074】
（紫外線発光素子の適用分野）
本開示に係るレーザダイオードは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。レーザダイオードは、薬品または化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ（Flat Panel Display）・ＰＣＢ（Printed Wiring Board）・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
本開示に係るレーザダイオードは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。レーザダイオードは、薬品または化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ（Flat Panel Display）・ＰＣＢ（Printed Wiring Board）・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
【0075】
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるが、この限りではない。
【0076】
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用または寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるが、この限りではない。
固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるが、この限りではない。
固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるが、この限りではない。
【0077】
【0078】
（３．１）第１の実施形態
図１および図２は、第１の実施形態にかかるレーザダイオード１を説明するための模式図である。図１は、レーザダイオード１の平面模式図であり、図２はレーザダイオード１の断面模式図である。図１において、＜１－１００＞＜１１－２０＞＜０００１＞はそれぞれ結晶方位を示している。
図２に示すように、レーザダイオード１は、基板１０と、基板１０上に配置される半導体積層部２０と、第１電極３１と、第２電極３２とを備えている。半導体積層部２０は、第１導電型クラッド層２１と、発光層２２と、第２導電型クラッド層２３とを有している。半導体積層部２０の一部は、メサ構造２０１となっている。メサ構造２０１の端面ＥＳ（図１参照）は、光共振および射出のための共振器構造となっており、端面ＥＳに垂直な方向（図１中の矢印の方向）にレーザ光が出射する。
メサ構造２０１内における側面ＳＳから距離Ｌが１５μｍ未満の領域が第１領域２０２（図２中、一点鎖線で示す）である。レーザダイオード１は、第１領域２０２内にのみ基板１０の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えている。
図１および図２は、第１の実施形態にかかるレーザダイオード１を説明するための模式図である。図１は、レーザダイオード１の平面模式図であり、図２はレーザダイオード１の断面模式図である。図１において、＜１－１００＞＜１１－２０＞＜０００１＞はそれぞれ結晶方位を示している。
図２に示すように、レーザダイオード１は、基板１０と、基板１０上に配置される半導体積層部２０と、第１電極３１と、第２電極３２とを備えている。半導体積層部２０は、第１導電型クラッド層２１と、発光層２２と、第２導電型クラッド層２３とを有している。半導体積層部２０の一部は、メサ構造２０１となっている。メサ構造２０１の端面ＥＳ（図１参照）は、光共振および射出のための共振器構造となっており、端面ＥＳに垂直な方向（図１中の矢印の方向）にレーザ光が出射する。
メサ構造２０１内における側面ＳＳから距離Ｌが１５μｍ未満の領域が第１領域２０２（図２中、一点鎖線で示す）である。レーザダイオード１は、第１領域２０２内にのみ基板１０の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えている。
【0079】
（３．２）第２の実施形態
図３は、第２の実施形態にかかるレーザダイオード２を説明するための模式図である。図３は、レーザダイオード２の断面模式図である。
レーザダイオード２は、第１導電型導波路層２４と、第２導電型導波路層２５とを更に備える半導体積層部２０Ａを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード２は、発光層２２への光閉じ込め効果が向上し、レーザダイオード２の発光強度が向上する。
図３は、第２の実施形態にかかるレーザダイオード２を説明するための模式図である。図３は、レーザダイオード２の断面模式図である。
レーザダイオード２は、第１導電型導波路層２４と、第２導電型導波路層２５とを更に備える半導体積層部２０Ａを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード２は、発光層２２への光閉じ込め効果が向上し、レーザダイオード２の発光強度が向上する。
【0080】
（３．３）第３の実施形態
図４は、第３の実施形態にかかるレーザダイオード３を説明するための模式図である。図４は、レーザダイオード３の断面模式図である。
レーザダイオード３は、第２導電型クラッド層２３上に配置された第２導電型コンタクト層２６を備える半導体積層部２０Ｂを有している点で、第２の実施形態に係るレーザダイオード２と相違する。
このようなレーザダイオード３は、発光層２２へのキャリア注入効率が向上し、レーザダイオード３の発光効率が向上する。
図４は、第３の実施形態にかかるレーザダイオード３を説明するための模式図である。図４は、レーザダイオード３の断面模式図である。
レーザダイオード３は、第２導電型クラッド層２３上に配置された第２導電型コンタクト層２６を備える半導体積層部２０Ｂを有している点で、第２の実施形態に係るレーザダイオード２と相違する。
このようなレーザダイオード３は、発光層２２へのキャリア注入効率が向上し、レーザダイオード３の発光効率が向上する。
【0081】
なお、第２導電型コンタクト層２６は、例えば第２実施形態にかかるレーザダイオード２と組み合わされてもよい。すなわち、レーザダイオード２の第２導電型クラッド層２３上に第２導電型コンタクト層２６が配置されたレーザダイオードであっても良い（不図示）。
【0082】
（３．４）第４の実施形態
図５は、第４の実施形態にかかるレーザダイオード４を説明するための模式図である。図５は、レーザダイオード４の断面模式図である。
レーザダイオード４は、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型横伝導層２３Ｂとで構成された第２導電型クラッド層２３及び第２導電型コンタクト層２６を備える半導体積層部２０Ｃを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード４は、発光層２２へのキャリア注入効率が向上し、レーザダイオード４の発光効率が向上する。
図５は、第４の実施形態にかかるレーザダイオード４を説明するための模式図である。図５は、レーザダイオード４の断面模式図である。
レーザダイオード４は、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型横伝導層２３Ｂとで構成された第２導電型クラッド層２３及び第２導電型コンタクト層２６を備える半導体積層部２０Ｃを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード４は、発光層２２へのキャリア注入効率が向上し、レーザダイオード４の発光効率が向上する。
【0083】
（３．５）第５の実施形態
図６は、第５の実施形態にかかるレーザダイオード５を説明するための模式図である。図６は、レーザダイオード５の断面模式図である。
レーザダイオード５は、第１導電型導波路層２４及び第２導電型導波路層２５と、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型横伝導層２３Ｂとで構成された第２導電型クラッド層と、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型導波路層２５との間に設けられた中間層２７とを備える半導体積層部２０Ｄを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード５は、中間層２７におけるキャリアの伝導率を向上させつつ、第２導電型横伝導層２３Ｂ及び第２導電型コンタクト層２６を完全歪で形成させることによるキャリアの横伝導率を向上させることができる。
図６は、第５の実施形態にかかるレーザダイオード５を説明するための模式図である。図６は、レーザダイオード５の断面模式図である。
レーザダイオード５は、第１導電型導波路層２４及び第２導電型導波路層２５と、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型横伝導層２３Ｂとで構成された第２導電型クラッド層と、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型導波路層２５との間に設けられた中間層２７とを備える半導体積層部２０Ｄを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード５は、中間層２７におけるキャリアの伝導率を向上させつつ、第２導電型横伝導層２３Ｂ及び第２導電型コンタクト層２６を完全歪で形成させることによるキャリアの横伝導率を向上させることができる。
【0084】
（３．６）第６の実施形態
図７および図８は、第６の実施形態にかかるレーザダイオード６を説明するための模式図である。図７は、レーザダイオード６の平面模式図であり、図８は、レーザダイオード６の断面模式図である。
レーザダイオード６は、第１導電型導波路層２４及び第２導電型導波路層２５、第２導電型コンタクト層２６を更に備え、レーザダイオード６のメサ構造は二段構造になっており、第１導電型クラッド層２１を含むメサ構造２０１と、第１導電型クラッド層２１を含まないメサ構造２０３とを備える半導体積層部２０Ｅを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。この時、第１導電型クラッド層２１を含むメサ構造２０１には、基板１０の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線が複数含まれている。発振閾値電流の低減の観点から、第１導電型クラッド層２１を含まないメサ構造２０３には、基板１０の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線が含まれないことが好ましい。
図７および図８は、第６の実施形態にかかるレーザダイオード６を説明するための模式図である。図７は、レーザダイオード６の平面模式図であり、図８は、レーザダイオード６の断面模式図である。
レーザダイオード６は、第１導電型導波路層２４及び第２導電型導波路層２５、第２導電型コンタクト層２６を更に備え、レーザダイオード６のメサ構造は二段構造になっており、第１導電型クラッド層２１を含むメサ構造２０１と、第１導電型クラッド層２１を含まないメサ構造２０３とを備える半導体積層部２０Ｅを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。この時、第１導電型クラッド層２１を含むメサ構造２０１には、基板１０の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線が複数含まれている。発振閾値電流の低減の観点から、第１導電型クラッド層２１を含まないメサ構造２０３には、基板１０の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線が含まれないことが好ましい。
【0085】
４．効果
上述したレーザダイオードは、以下の効果を有する。
（１）レーザダイオードは、基板上に配置される半導体積層部の少なくとも一部が光共振および射出のためのメサ構造となっており、第１導電型クラッド層を含むメサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えている。
これにより、レーザダイオードは、半導体積層部の各層を効率的に緩和させることができるとともに、発振閾値電流が著しく悪化する発光層への転位導入を避けることができるため、発振閾値電流を低下させることができる。
（２）レーザダイオードのメサ構造の第１領域において形成された結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線のバーガースベクトルは、＜１１―２０＞方向の成分を有することが好ましい。
これにより、発振閾値電流が著しく悪化する発光層内部への転位導入を避けることができるため、発振閾値電流を低下させることができる。
上述したレーザダイオードは、以下の効果を有する。
（１）レーザダイオードは、基板上に配置される半導体積層部の少なくとも一部が光共振および射出のためのメサ構造となっており、第１導電型クラッド層を含むメサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内においてのみ、窒化物半導体基板の結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線を複数備えている。
これにより、レーザダイオードは、半導体積層部の各層を効率的に緩和させることができるとともに、発振閾値電流が著しく悪化する発光層への転位導入を避けることができるため、発振閾値電流を低下させることができる。
（２）レーザダイオードのメサ構造の第１領域において形成された結晶方位＜１－１００＞方向に伸びる転位線のバーガースベクトルは、＜１１―２０＞方向の成分を有することが好ましい。
これにより、発振閾値電流が著しく悪化する発光層内部への転位導入を避けることができるため、発振閾値電流を低下させることができる。
【0086】
（３）レーザダイオードのメサ構造は、平面視において長辺と短辺をそれぞれ有する矩形であり、長辺が＜１－１００＞方向に伸びるように配置されていることが好ましい。
これにより、レーザ共振器の共振ミラー端面を原子的に平坦な（１－１００）面に形成することになり、共振ミラー端面を容易に形成できる。
（４）メサ構造の第１領域内において＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数よりも多いことが好ましい。
これにより、発振閾値電流が著しく悪化する発光層への転位導入を抑制しつつ第１導電型クラッド層への緩和を行うことができるため、発振閾値電流を効率的に低下させることができる。
これにより、レーザ共振器の共振ミラー端面を原子的に平坦な（１－１００）面に形成することになり、共振ミラー端面を容易に形成できる。
（４）メサ構造の第１領域内において＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数よりも多いことが好ましい。
これにより、発振閾値電流が著しく悪化する発光層への転位導入を抑制しつつ第１導電型クラッド層への緩和を行うことができるため、発振閾値電流を効率的に低下させることができる。
【0087】
（５）メサ構造の第１領域内における単位長さ当たりの＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が、４．５本／μｍ以上１１本／μｍ以下であることが好ましい。また、メサ構造の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の平均間隔が、（１１－２０）原子面に対して、１/１００原子面以上１／５０００原子面以下であることが好ましい。
これにより、最も膜厚が厚く歪が蓄積されている第１導電型クラッド層中に適度に転位が導入されて第１導電型クラッド層を効率的に緩和することができる。
これにより、最も膜厚が厚く歪が蓄積されている第１導電型クラッド層中に適度に転位が導入されて第１導電型クラッド層を効率的に緩和することができる。
【0088】
（６）レーザダイオードのメサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域には、＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在しない。
これにより、発光層の第２電極の下部に位置する領域に転位が導入されにくくなり、発振閾値電流の著しい低下を抑制することができる。
（７）レーザダイオードを平面視した場合における共振器ミラー端面同士の間の距離と、メサ構造の側面同士の間の距離との比が、５：１～５００：１であることが好ましい。
これにより、閾値電圧および発振閾値電流と相関があるメサ構造の側面間の距離を適切に調整して閾値電圧および発振閾値電流を低下させることができる。
これにより、発光層の第２電極の下部に位置する領域に転位が導入されにくくなり、発振閾値電流の著しい低下を抑制することができる。
（７）レーザダイオードを平面視した場合における共振器ミラー端面同士の間の距離と、メサ構造の側面同士の間の距離との比が、５：１～５００：１であることが好ましい。
これにより、閾値電圧および発振閾値電流と相関があるメサ構造の側面間の距離を適切に調整して閾値電圧および発振閾値電流を低下させることができる。
【0089】
（８）窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。
これにより、基板と基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくすることができ、安定性の高い窒化物半導体層を形成することができる。
（９）レーザダイオードは、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置された第１導電型導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置された第２導電型導波路層と、を備えていることが好ましい。
これにより、発光層へ光を閉じ込める効果が向上し、発光効率が向上する。
これにより、基板と基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくすることができ、安定性の高い窒化物半導体層を形成することができる。
（９）レーザダイオードは、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置された第１導電型導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置された第２導電型導波路層と、を備えていることが好ましい。
これにより、発光層へ光を閉じ込める効果が向上し、発光効率が向上する。
【0090】
（１０）レーザダイオードは、第２導電型クラッド層上に配置され、ＧａＮを含む窒化物半導体で形成された第２導電型コンタクト層を備えることが好ましい。このとき、第２導電型クラッド層は、ＡｌｄＧａ1-ｄＮ（０．１≦ｄ≦１）を含み、窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｅが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が０．５μｍ未満である第２導電型縦伝導層と、ＡｌｆＧａ1-ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を有することが好ましい。
これにより、キャリアをより効率よく発光層へ注入して発光効率を向上させることができる。
（１１）レーザダイオードは、第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間に配置され、ＡｌｇＧａ1-ｇＮ（０＜ｇ≦１.０）で形成された中間層を備えることが好ましい。
これにより、第２導電型横伝導層および第２導電型コンタクト層を完全歪で形成させてキャリアの伝導率を向上させることができる。
これにより、キャリアをより効率よく発光層へ注入して発光効率を向上させることができる。
（１１）レーザダイオードは、第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間に配置され、ＡｌｇＧａ1-ｇＮ（０＜ｇ≦１.０）で形成された中間層を備えることが好ましい。
これにより、第２導電型横伝導層および第２導電型コンタクト層を完全歪で形成させてキャリアの伝導率を向上させることができる。
【0091】
（１２）第２導電型縦伝導層の膜厚は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。
これにより、発光層への光閉じ込め効果が向上するとともに、キャリア注入効果が向上し、レーザダイオードの発光効率が向上する。
（１３）第２導電型縦伝導層のうちの第２導電型導波路層との界面を含む一部または全ての領域は、不純物がドープされていない領域であることが好ましい。
これにより、不純物の拡散を抑制してキャリアを効率的に発光層に注入することができ、発振効率を高めることができる。
これにより、発光層への光閉じ込め効果が向上するとともに、キャリア注入効果が向上し、レーザダイオードの発光効率が向上する。
（１３）第２導電型縦伝導層のうちの第２導電型導波路層との界面を含む一部または全ての領域は、不純物がドープされていない領域であることが好ましい。
これにより、不純物の拡散を抑制してキャリアを効率的に発光層に注入することができ、発振効率を高めることができる。
【0092】
（１４）第１導電型クラッド層は、ＡｌａＧａ1-ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成されており、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層は、基板に対して完全歪で形成されていることが好ましい。
第１導電型クラッド層をＡｌａＧａ1-ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成することにより、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層を基板に対して完全歪で形成してキャリアの伝導率を向上させることができる。
（１５）第２導電型横伝導層の第２導電型縦伝導層と対向する面におけるＡｌ組成ｆは、第２導電型縦伝導層のＡｌ組成ｅの最小値よりも大きいことが好ましい。
これにより、キャリアを横方向に拡散することができ、キャリアの注入効率を高めることができる。
第１導電型クラッド層をＡｌａＧａ1-ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成することにより、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層を基板に対して完全歪で形成してキャリアの伝導率を向上させることができる。
（１５）第２導電型横伝導層の第２導電型縦伝導層と対向する面におけるＡｌ組成ｆは、第２導電型縦伝導層のＡｌ組成ｅの最小値よりも大きいことが好ましい。
これにより、キャリアを横方向に拡散することができ、キャリアの注入効率を高めることができる。
【0093】
（１６）レーザダイオードは、平面視において、第２導電型クラッド層上の、メサ構造の側面から５μｍ以上離れた領域に設けられた第２電極を備えていることが好ましい。
これにより、レーザダイオードは内部損失が生じず、発光効率を向上させることができる。
（１７）メサ構造に形成された＜１－１００＞方向に伸びる転位線は、第１領域内における第１導電型クラッド層中にのみ存在することが好ましい。
これにより、最も歪が蓄積されている第１導電型クラッド層中に転位線を導入することで半導体積層部の各層を効率的に緩和させることができる。
これにより、レーザダイオードは内部損失が生じず、発光効率を向上させることができる。
（１７）メサ構造に形成された＜１－１００＞方向に伸びる転位線は、第１領域内における第１導電型クラッド層中にのみ存在することが好ましい。
これにより、最も歪が蓄積されている第１導電型クラッド層中に転位線を導入することで半導体積層部の各層を効率的に緩和させることができる。
【実施例0094】
以下、本開示の実施例及び比較例について説明する。
【0095】
［実施例１］
基板として厚さ５５０μｍの（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板を用い、この基板に対して有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、１３００℃の環境下において、ＮＨ３雰囲気中での５分間のアニールおよびＨ２雰囲気中での５分間のアニールを１セットとして、２セットの処理を行った。
基板として厚さ５５０μｍの（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板を用い、この基板に対して有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、１３００℃の環境下において、ＮＨ３雰囲気中での５分間のアニールおよびＨ２雰囲気中での５分間のアニールを１セットとして、２セットの処理を行った。
【0096】
次に、基板上に、バッファ層としてホモエピタキシャル層であるＡｌＮ層を形成した。ＡｌＮ層は、１２００℃の環境下において５００ｎｍの厚さで形成した。このとき、ＩＩＩ族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）は５０とした。また、アニールを行ったチャンバーの真空度を５０ｍｂａｒとした。このときのＡｌＮ層の成長レートは０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。
【0097】
上述したように形成したＡｌＮ層上に、第１導電型クラッド層を形成した。第１導電型クラッド層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：７０％、すなわちＡｌ０．７０Ｇａ０．３０Ｎ層）とした。第１導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で３５０ｎｍの厚さで形成した。このときの第１導電型クラッド層の成長レートは０．４μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用いた。
【0098】
続いて、第１導電型クラッド層上に第１導電型導波路層であるｎ型導波路層を形成した。ｎ型導波路層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎ層）とした。ｎ型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で６０ｎｍの厚さで形成した。このときのｎ型導波路層の成長レートは０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。
【0099】
続いて、ｎ型導波路層上に発光層を形成した。発光層は、量子井戸層とバリア層とを３周期積層させた多重量子井戸構造を有するように成膜して形成した。ここで、量子井戸層は、３．０ｎｍの厚さを有するＡｌＧａＮ層（Ａｌ：５２％、すなわちＡｌ０．５２Ｇａ０．４８Ｎ層）とした。また、６．０ｎｍの厚さを有するバリア層は、ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎ層）とした。
発光層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは０．１８μｍ／ｈｒであった。また、バリア層の成長レートは０．１５μｍ／ｈｒであった。
発光層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは０．１８μｍ／ｈｒであった。また、バリア層の成長レートは０．１５μｍ／ｈｒであった。
【0100】
続いて、発光層上に第２導電型導波路層であるｐ型導波路層を形成した。ｐ型導波路層は、ドーパントを含まないＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎ層）とした。ｐ型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で６０ｎｍの厚さで形成した。このときのｐ型導波路層の成長レートは０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。
【0101】
続いて、ｐ型導波路層上に第２導電型クラッド層を形成した。第２導電型クラッド層は、第２導電型縦伝導層と、第２導電型横伝導層とを備える積層構造であり、Ａｌ組成比が傾斜するグレーデッド層である。第２導電型縦伝導層は、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝０．６３から１．０まで変化する、層厚２０ｎｍのＡｌＧａＮ層とした。また、第２導電型横伝導層は、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝１．０から０．７まで変化する、層厚３２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層とした。第２導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの第２導電型クラッド層の成長レートは０．３～０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。
【0102】
続いて、第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層であるｐ型コンタクト層を形成した。ここで、ｐコンタクト層は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とにより形成した。ＡｌＧａＮ層は、Ｍｇをドーパント不純物として用い、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝０．７から０．４まで変化する、層厚３０ｎｍのｐ型窒化物半導体層とした。また、ＧａＮ層は、１０ｎｍの厚さを有するＧａＮ（すなわちＡｌ：０％）で形成した。
【0103】
ｐ型コンタクト層は、９５０℃の温度で、真空度を１５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を３６５０とした条件で形成した。このときのｐ型コンタクト層の成長レートは０．２μｍ／ｈｒであった。
【0104】
以上のようにして、ＡｌＮ基板上に、半導体積層部を形成した。この半導体積層部に対してＸＲＤによる逆格子マッピング測定を実施したところ、半導体積層部はｐ型コンタクト層まで緩和のないシュードモルフィック成長をしていることが分かった。
【0105】
上述したように形成された半導体積層部に対して、Ｎ２雰囲気中、７００℃で１０分以上アニーリングを行うことによって、ｐ型コンタクト層を更に低抵抗化した。ＩＣＰを用いてＣｌ２およびＢＣｌ３を含むガスによりドライエッチングを行うことによって、ｎ型クラッド層を露出させた。ｎ型クラッド層は、平面視で＜１－１００＞方向に長い矩形の領域に形成した。このとき、ＩＣＰの条件は、アンテナ電力が３２０Ｗ、バイアス電力が３０Ｗ、自動圧力調整（ＡＰＣ：Adaptive Pressure Control valve）が２Ｐａ、プロセス圧力が６００Ｐａであり、ガス流量はＣｌ２ガスが２０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３ガスが５ｓｃｃｍであった。
形成されたメサ構造は＜１-１００＞方向の長さが７００μｍあり、＜１１－２０＞方向の長さが４０μｍであった。ここで、メサ構造の＜１-１００＞方向の長さは平面視における共振器ミラー端面同士の間の距離であり、＜１１－２０＞方向の長さはメサ構造の側面同士の間の距離である。
形成されたメサ構造は＜１-１００＞方向の長さが７００μｍあり、＜１１－２０＞方向の長さが４０μｍであった。ここで、メサ構造の＜１-１００＞方向の長さは平面視における共振器ミラー端面同士の間の距離であり、＜１１－２０＞方向の長さはメサ構造の側面同士の間の距離である。
【0106】
メサ構造におけるｐ型コンタクト層上に、＜１-１００＞方向に長い矩形状にＮｉおよびＡｕを順に成膜して電極金属領域を複数形成して第２電極とした。このとき、第２電極の幅は５μｍであり、長さは６００μｍ以上であった。また、メサ構造のｎ型クラッド層が露出した領域において、＜１-１００＞方向に長い矩形状にＶ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＡｕを順に成膜して電極金属領域を複数形成して第１電極とした。さらに、電極金属領域内において、＜１１－２０＞方向に平行に複数回の劈開させることによって、基板をストライプ状に分割し、個片化されたレーザダイオードを形成した。最終的なメサ構造の＜１-１００＞方向の長さは６００μｍであった。
【0107】
このようにして得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９Ｖ、発振閾値電流は１０ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードに対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で６６本であり、単位長さ当たりの転位線の数は７．３本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／４４０原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１２本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域には＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
このレーザダイオードに対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で６６本であり、単位長さ当たりの転位線の数は７．３本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／４４０原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１２本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域には＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
【0108】
［実施例２］
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰの条件のうち、ＡＰＣを１．５Ｐａとした以外は実施例１と同様にして実施例２のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９．２Ｖ、発振閾値電流は１０．５ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で８０本であり、単位長さ当たりの転位線の数は８．９本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／３６０原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１８本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域においては＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰの条件のうち、ＡＰＣを１．５Ｐａとした以外は実施例１と同様にして実施例２のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９．２Ｖ、発振閾値電流は１０．５ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で８０本であり、単位長さ当たりの転位線の数は８．９本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／３６０原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１８本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域においては＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
【0109】
［実施例３］
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰの条件のうち、ＡＰＣを０．７５Ｐａとし、ガス流量をＣｌ２ガス２０ｓｃｃｍとした以外は実施例１と同様にして実施例３のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９Ｖ、発振閾値電流は１０．２ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で１００本であり、単位長さあたりの転位線の数は１０．５本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／２９０原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１５本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域においては＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰの条件のうち、ＡＰＣを０．７５Ｐａとし、ガス流量をＣｌ２ガス２０ｓｃｃｍとした以外は実施例１と同様にして実施例３のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流-端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９Ｖ、発振閾値電流は１０．２ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で１００本であり、単位長さあたりの転位線の数は１０．５本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／２９０原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１５本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域においては＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
【0110】
［実施例４］
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰのうち、ガス流量をＣｌ２ガス２０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３ガス５ｓｃｃｍに加えてＳＦ６ガス５ｓｃｃｍとした以外は実施例１と同様にして実施例４のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９．１Ｖ、発振閾値電流は１０ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で７０本であり、単位長さ当たりの転位線の数は４．６本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／７００原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１２本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域においては＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰのうち、ガス流量をＣｌ２ガス２０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ３ガス５ｓｃｃｍに加えてＳＦ６ガス５ｓｃｃｍとした以外は実施例１と同様にして実施例４のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９．１Ｖ、発振閾値電流は１０ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で７０本であり、単位長さ当たりの転位線の数は４．６本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／７００原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１２本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域においては＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在せず、またこの領域は緩和していなかった。
【0111】
［比較例１］
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰの条件のうちが、アンテナ電力を１５０Ｗ、ＡＰＣを１Ｐａとし、ガス流量をＣｌ２ガス２５ｓｃｃｍとした以外は実施例１と同様にして比較例１のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は１０．５Ｖ、発振閾値電流は２５ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で８２本であり、単位長さ当たりの転位線の数は９．１本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／３５５原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１５本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は８０本であり、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１４本であった。また、この領域は緩和していた。
第１導電型クラッド層を露出させる際のＩＣＰの条件のうちが、アンテナ電力を１５０Ｗ、ＡＰＣを１Ｐａとし、ガス流量をＣｌ２ガス２５ｓｃｃｍとした以外は実施例１と同様にして比較例１のレーザダイオードを形成した。
得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は１０．５Ｖ、発振閾値電流は２５ｋＡ／ｃｍ２であった。
このレーザダイオードのメサ構造に対して平面ＴＥＭ測定を実施したところ、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ未満の第１領域内における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は全部で８２本であり、単位長さ当たりの転位線の数は９．１本／μｍであった。このときの転位線の平均間隔は１／３５５原子面であった。また、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１５本であり、＜１－１００＞方向に伸びる転位線の方が多かった。また、転位線のバーガースベクトルは＜１１―２０＞方向の成分を有していた。また、第一領域は緩和していた。
さらに、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域における＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数は８０本であり、＜１－１００＞方向以外の方向に伸びる転位線の数は１４本であった。また、この領域は緩和していた。
【0112】
以下の表１に、各実施例及び比較例の評価結果を示す。
【0113】
【表1】
【0114】
表１に示すように、メサ構造の側面からの距離Ｌが１５μｍ以上２０μｍ未満の領域において＜１－１００＞方向および＜１１－２０＞方向に伸びる転位線が存在しない各実施例のレーザダイオードは、当該領域に転位線を有する比較例のレーザダイオードと比較して発振閾値が顕著に低下した。また、各実施例のレーザダイオードは、比較例のレーザダイオードと比較して閾値電圧も低下した。
【0115】
また、第１領域における単位長さ当たりの＜１－１００＞方向に伸びる転位線の数が７．５本／μｍ以下であり、当該転位線の平均間隔が（１１－２０）原子面に対して１/４００原子面以上である実施例１および４のレーザダイオードは、実施例２，３のレーザダイオードと比較して発振閾値がより低下した。
以上から、メサ構造における転位線の形成位置と、転位線の形成数や平均間隔を適切に設定する必要があることがわかった。
以上から、メサ構造における転位線の形成位置と、転位線の形成数や平均間隔を適切に設定する必要があることがわかった。
【0116】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の技術的範囲には限定されない。上述した実施形態に、多様な変更又は改良を加えることも可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【0117】
１０ 基板
２０ 半導体積層部
２１ 第１導電型クラッド層
２２ 発光層
２３ 第２導電型クラッド層
２３１ 第２導電型縦伝導層
２３２ 第２導電型横伝導層
２４ 第１導電型導波路層
２５ 第２導電型導波路層
２６ 第２導電型コンタクト層
２７ 中間層
３１ 第１電極
３２ 第２電極
２０１ 第１導電型クラッド層を含むメサ構造
２０２ 第１導電型クラッド層を含むメサ構造の第１領域
２０３ 第１導電型クラッド層を含まないメサ構造（リッジ部）
Ｌ メサ構造の側面からの距離
ＳＳ メサ構造の側面
ＥＳ メサ構造の端面
２０ 半導体積層部
２１ 第１導電型クラッド層
２２ 発光層
２３ 第２導電型クラッド層
２３１ 第２導電型縦伝導層
２３２ 第２導電型横伝導層
２４ 第１導電型導波路層
２５ 第２導電型導波路層
２６ 第２導電型コンタクト層
２７ 中間層
３１ 第１電極
３２ 第２電極
２０１ 第１導電型クラッド層を含むメサ構造
２０２ 第１導電型クラッド層を含むメサ構造の第１領域
２０３ 第１導電型クラッド層を含まないメサ構造（リッジ部）
Ｌ メサ構造の側面からの距離
ＳＳ メサ構造の側面
ＥＳ メサ構造の端面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】