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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】紫外レーザダイオードの製造方法および紫外レーザダイオード
(51)【国際特許分類】
H01S 5/343 20060101AFI20241001BHJP
H01S 5/22 20060101ALI20241001BHJP
【ＦＩ】
H01S5/343 610
H01S5/22
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2021065479
(22)【出願日】2021-04-07
(65)【公開番号】P2021170637
(43)【公開日】2021-10-28
【審査請求日】2024-02-16
(31)【優先権主張番号】P 2020072539
(32)【優先日】2020-04-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(73)【特許権者】
【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】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(72)【発明者】
【氏名】張 梓懿
(72)【発明者】
【氏名】笹岡 千秋
(72)【発明者】
【氏名】天野 浩
(72)【発明者】
【氏名】久志本 真希
【審査官】村井 友和
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－１２３９６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０９４４７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２２７９１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１９６１４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０４３６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５３２２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３４９３９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２９９５３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２０３３８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００２／０１７５３２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国公開特許第２００１－００７４５４３（ＫＲ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００９２１６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０１９５８５１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に、第１導電型窒化物半導体層の第１領域および前記第１導電型窒化物半導体層の第２領域を有する第１クラッド層と、１つ以上の量子井戸層を有する発光層と、第２導電型窒化物半導体層を有する第２クラッド層と、をこの順に積層し、窒化物半導体積層体を形成する積層体形成工程と、前記窒化物半導体積層体の少なくとも一部をエッチングして、前記第２領域、前記発光層、および前記第２クラッド層を含むメサ構造を形成し、平面視における共振器端面の長さと前記メサ構造の側面の長さとの比を、１：５以上１：５００以下とするメサ構造形成工程と、
前記第１領域上の一部に、第１導電性材料を配置し、４００℃以上の熱処理を施す第１電極形成工程と、
前記第２クラッド層上の領域であって、前記側面との距離が５μｍ以上となる領域に、第２導電性材料を配置する第２電極形成工程と、
を含む、紫外レーザダイオードの製造方法。
【請求項2】
前記メサ構造形成工程は、前記側面を、エッチング工程により形成する、
請求項１に記載の紫外レーザダイオードの製造方法。
【請求項3】
前記メサ構造形成工程は、前記共振器端面を、劈開工程により形成する、
請求項１又は２に記載の紫外レーザダイオードの製造方法。
【請求項4】
前記第２電極形成工程は、前記共振器端面との距離が５μｍ以下となる領域に、前記第２導電性材料を配置する、
請求項３に記載の紫外レーザダイオードの製造方法。
【請求項5】
前記メサ構造形成工程の後に、前記第２クラッド層上の領域であって、少なくとも、前記側面との距離が５μｍ未満となる領域に、絶縁層を形成する絶縁層形成工程をさらに含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載の紫外レーザダイオードの製造方法。
【請求項6】
前記基板は、窒化アルミニウム単結晶基板である、請求項１から５のいずれか一項に記載の紫外レーザダイオードの製造方法。
【請求項7】
前記発光層は、発光波長が２１０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載の紫外レーザダイオードの製造方法。
【請求項8】
基板上に、第１導電型窒化物半導体層の第１領域および前記第１導電型窒化物半導体層の第２領域を有する第１クラッド層と、１つ以上の量子井戸層を有する発光層と、第２導電型窒化物半導体層を有する第２クラッド層と、をこの順に備え、前記第２領域、前記発光層、および前記第２クラッド層を含むメサ構造は、平面視における共振器端面の長さと前記メサ構造の側面の長さとの比が、１：５以上１：５００以下であり、
前記第２クラッド層上の領域であって、前記側面との距離が５μｍ以上となる領域に設けられる第２電極と、
を備える紫外レーザダイオード。
【請求項9】
前記第２クラッド層は、全体又は一部が第２導電型不純物を有さない、請求項８に記載の紫外レーザダイオード。
【請求項10】
前記第２クラッド層は、全体又は一部が組成傾斜層を含む、請求項８又は９に記載の紫外レーザダイオード。
【請求項11】
前記基板は、窒化アルミニウム単結晶基板である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の紫外レーザダイオード。
【請求項12】
前記発光層は、発光波長が２１０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下である、請求項８から１１のいずれか一項に記載の紫外レーザダイオード。
【請求項13】
基板上に、第１導電型窒化物半導体層の第１領域および前記第１導電型窒化物半導体層の第２領域を有する第１クラッド層と、１つ以上の量子井戸層を有する発光層と、第２導電型窒化物半導体層を有する第２クラッド層と、をこの順に備え、前記第２領域、前記発光層、および前記第２クラッド層を含むメサ構造は、平面視における共振器端面の長さと前記メサ構造の側面の長さとの比が、１：５以上１：５００以下であり、
前記第２クラッド層上の領域であって、前記共振器端面および前記側面との距離が５μｍ以上となる領域に設けられる第２電極と、
を備える紫外レーザダイオード。
【請求項14】
前記第２クラッド層は、全体又は一部が第２導電型不純物を有さない、請求項１３に記載の紫外レーザダイオード。
【請求項15】
前記第２クラッド層は、全体又は一部が組成傾斜層を含む、請求項１３又は１４に記載の紫外レーザダイオード
【請求項16】
前記基板は、窒化アルミニウム単結晶基板である、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の紫外レーザダイオード。
【請求項17】
前記発光層は、発光波長が２１０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下である、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の紫外レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、紫外レーザダイオードの製造方法および紫外レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【0002】
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。例えば、特許文献１には、組成傾斜層を用いて、キャリアの注入効率を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】特表２０１８－５３２２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のような従来技術は、紫外ＬＥＤ（Light Emission Diode）を前提とするものであり、紫外レーザダイオードについては、ほとんど検討されていないのが実情である。特に、紫外レーザダイオードにおける電極の配置に関しては、何ら知られていない。
【0005】
素子抵抗を低減させて、紫外レーザダイオードを低い閾値電流密度にて発振させるために、例えば、可視光のレーザダイオードの技術常識を参酌すると、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第２電極６Ａ，６Ｂを、メサ構造３００Ａ，３００Ｂの第１電極５Ａ，５Ｂ側の側面に極力近づけて配置する構成が適切であると考えられる。
【0006】
しかしながら、紫外レーザダイオードに、このような構成を適用しても、所望の低い発振閾値電流密度を得られないのが実情である。
【0007】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、発振閾値電流密度の低い紫外レーザダイオードの製造方法および紫外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】
【0008】
一実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法は、基板上に、第１導電型窒化物半導体層の第１領域および前記第１導電型窒化物半導体層の第２領域を有する第１クラッド層と、１つ以上の量子井戸層を有する発光層と、第２導電型窒化物半導体層を有する第２クラッド層と、をこの順に積層し、窒化物半導体積層体を形成する積層体形成工程と、前記窒化物半導体積層体の少なくとも一部をエッチングして、前記第２領域、前記発光層、および前記第２クラッド層を含むメサ構造を形成し、平面視における共振器端面の長さと前記メサ構造の側面の長さとの比を、１：５以上１：５００以下とするメサ構造形成工程と、前記第１領域上の一部に、第１導電性材料を配置し、４００℃以上の熱処理を施す第１電極形成工程と、前記第２クラッド層上の領域であって、前記側面との距離が５μｍ以上となる領域に、第２導電性材料を配置する第２電極形成工程と、を含むことを特徴とする。
【0009】
一実施形態に係る紫外レーザダイオードは、基板上に、第１導電型窒化物半導体層の第１領域および前記第１導電型窒化物半導体層の第２領域を有する第１クラッド層と、１つ以上の量子井戸層を有する発光層と、第２導電型窒化物半導体層を有する第２クラッド層と、をこの順に備え、前記第２領域、前記発光層、および前記第２クラッド層を含むメサ構造は、平面視における共振器端面の長さと前記メサ構造の側面の長さとの比が、１：５以上１：５００以下であり、前記第２クラッド層上の領域であって、前記側面との距離が５μｍ以上となる領域に設けられる第２電極と、を備えることを特徴とする。
【0010】
また、一実施形態に係る紫外レーザダイオードは、基板上に、第１導電型窒化物半導体層の第１領域および前記第１導電型窒化物半導体層の第２領域を有する第１クラッド層と、１つ以上の量子井戸層を有する発光層と、第２導電型窒化物半導体層を有する第２クラッド層と、をこの順に備え、前記第２領域、前記発光層、および前記第２クラッド層を含むメサ構造は、平面視における共振器端面の長さと前記メサ構造の側面の長さとの比が、１：５以上１：５００以下であり、前記第２クラッド層上の領域であって、前記共振器端面および前記側面との距離が５μｍ以上となる領域に設けられる第２電極と、を備えることを特徴とする。
【0011】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、発振閾値電流密度の低い紫外レーザダイオードの製造方法および紫外レーザダイオードを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図2A】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図2B】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図2C】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図2D】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図2E】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図3A】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの構成の一例を示す側面図である。
【図3B】第１実施形態に係る紫外レーザダイオードの構成の一例を示す平面図である。
【図4A】第２実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図4B】第２実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図4C】第２実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図4D】第２実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図4E】第２実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法の一例を示す図である。
【図5】実施例に用いられる紫外レーザダイオードの構成の一例を示す模式図である。
【図6A】従来に係る紫外レーザダイオードの構成の一例を示す図である。
【図6B】従来に係る紫外レーザダイオードの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。各図において、説明の便宜上、各構成の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。
【0015】
また、以下、説明の便宜上、「上」とは、図面に描かれた第２電極側を意味するものとし、「下」とは、図面に描かれた基板側を意味するものとする。ただし、「上」、「下」とは、便宜的に定められたものに過ぎず、限定的に解釈すべきものではない。
【0016】
また、「メサ構造」とは、ある面を基準としたときに、該面から連続し且つ高い位置に配置される構造を意味する。したがって、本明細書において、「メサ構造」とは、第１領域の上面を基準としたときに、該上面から連続し且つ高い位置に配置される、第２領域、発光層、および第２クラッド層を含む構造を意味するものとする。
【0017】
また、本明細書において、「メサ構造の側面」とは、メサ構造における共振器端面以外の端面を意味するものとする。また、「メサ構造の一方の側面」とは、メサ構造における共振器端面以外の端面のうち、第１電極が形成されている側の側面を意味するものとし、「メサ構造の他方の側面」とは、メサ構造における共振器端面以外の端面のうち、第１電極が形成されていない側の側面を意味するものとする。
【0018】
【0019】
紫外レーザダイオード１００の製造方法は、基板１０上に、第１導電型窒化物半導体層の第１領域２１および第１導電型窒化物半導体層の第２領域２２を有する第１クラッド層２０と、１つ以上の量子井戸層を有する発光層３０と、第２導電型窒化物半導体層を有する第２クラッド層４０と、をこの順に積層し、窒化物半導体積層体２００を形成する積層体形成工程（ステップＳ１０１）と、窒化物半導体積層体２００の少なくとも一部をエッチングして、第２領域２２、発光層３０、および第２クラッド層４０を含むメサ構造３００を形成し、平面視における共振器端面３０１の長さＷ１とメサ構造３００の側面３０２の長さＷ２との比を、１：５以上１：５００以下とするメサ構造形成工程（ステップＳ１０２）と、第１領域２１上の一部に、第１導電性材料を配置し、４００℃以上の熱処理を施す第１電極形成工程（ステップＳ１０３）と、第２クラッド層４０上の領域であって、メサ構造３００の側面３０２との距離が５μｍ以上となる領域に、第２導電性材料を配置する第２電極形成工程（ステップＳ１０４）と、を含む。
【0020】
以下、各工程の詳細を順次説明する。
【0021】
〔窒化物半導体積層体の形成工程：ステップＳ１０１〕
まず、図２Ａに示すように、基板１０上に、第１クラッド層２０と、発光層３０と、第２クラッド層４０と、をこの順に積層し、窒化物半導体積層体２００を形成する。第１クラッド層２０は、第１導電型窒化物半導体層の第１領域２１および第１導電型窒化物半導体層の第２領域２２を有している。発光層３０は、１つ以上の量子井戸層を有している。第２クラッド層４０は、第２導電型窒化物半導体層を有している。
まず、図２Ａに示すように、基板１０上に、第１クラッド層２０と、発光層３０と、第２クラッド層４０と、をこの順に積層し、窒化物半導体積層体２００を形成する。第１クラッド層２０は、第１導電型窒化物半導体層の第１領域２１および第１導電型窒化物半導体層の第２領域２２を有している。発光層３０は、１つ以上の量子井戸層を有している。第２クラッド層４０は、第２導電型窒化物半導体層を有している。
【0022】
窒化物半導体積層体２００の厚みは、２μｍ程度以下であることが好ましく、１．５μｍ程度以下であることがより好ましい。
【0023】
第１クラッド層２０、発光層３０、および第２クラッド層４０は、窒化物半導体で形成されることが好ましく、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＢＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどで形成されることが好ましい。
【0024】
第１クラッド層２０は、第１導電型窒化物半導体で形成されることが好ましい。第２クラッド層４０は、第２導電型窒化物半導体で形成されることが好ましい。第１導電型および第２導電型とは、一方がｎ型導電性を有するものであり、他方がｐ型導電性を有するものであることを意味する。例えば、第１導電型は、ｎ型導電性を有する。例えば、第２導電型は、ｐ型導電性を有する。
【0025】
発光層３０は、その発光波長が特に限定されるものではないが、２１０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下であることが好ましい。
【0026】
窒化物半導体積層体２００における各層の膜厚および構造は、当該分野で公知のものを採用することができる。なお、窒化物半導体積層体２００は、基板１０上に形成されたものであってもよい。
【0027】
〔メサ構造の形成工程：ステップＳ１０２〕
次に、図２Ｂに示すように、窒化物半導体積層体２００の少なくとも一部をエッチングして、第２領域２２、発光層３０、および第２クラッド層４０を含むメサ構造３００を形成する。
次に、図２Ｂに示すように、窒化物半導体積層体２００の少なくとも一部をエッチングして、第２領域２２、発光層３０、および第２クラッド層４０を含むメサ構造３００を形成する。
【0028】
メサ構造３００は、平面視における共振器端面３０１の長さＷ１が、平面視におけるメサ構造３００の側面３０２の長さＷ２より短いことが好ましい。メサ構造３００は、平面視における共振器端面３０１の長さＷ１とメサ構造３００の側面３０２の長さＷ２との比が、１：５以上１：５００以下であることが好ましい。例えば、図２Ｂにおいて、平面視における共振器端面３０１の長さＷ１とメサ構造３００の側面３０２の長さＷ２との比は、１：８となっている。平面視における共振器端面３０１の長さＷ１とメサ構造３００の側面３０２の長さＷ２との比を、当該範囲とすることで、共振方向において、広い領域で効率の良い電流注入が可能な紫外レーザダイオード１００を実現できる。また、電流の狭窄効果により、発振閾値電流密度に到達させるための駆動電流を低減させることができるため、抵抗発熱を低減させ、素子寿命を向上させた紫外レーザダイオード１００を実現できる。
【0029】
共振器端面３０１は、エッチング工程、あるいは、その他の工程により形成されてよい。メサ構造３００の側面３０２は、エッチング工程により形成されることが好ましい。メサ構造３００において、少なくとも側面３０２がエッチング工程により形成されることで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００の発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0030】
エッチング工程としては、特に限定されるものではないが、例えば、塩素系ガスによる反応性イオンエッチング、集束イオンビームエッチング、中性子粒子ビームエッチング、などのドライエッチング工程、ミリング工程が挙げられる。また、アルカリ溶液など、基板１０及び窒化物半導体積層体２００に対して侵食性のある溶液への浸漬によるウェットエッチング工程も挙げられる。さらには、前記ドライエッチング工程、ミリング工程と前記ウェットエッチングを組み合わせた工程も挙げられる。
【0031】
〔第１電極の形成工程：ステップＳ１０３〕
次に、図２Ｃに示すように、第１領域２１上の一部に、第１導電性材料を配置し、４００℃以上の熱処理を施すことで、第１電極５０を形成する。熱処理の温度を、少なくとも４００℃以上とすることで、第１電極５０の合金化が為され、コンタクト抵抗を低減させることができる。第１電極５０は、図２Ｄに示す以外の位置にさらに複数追加して配置されても良い。例えば、平面視にてメサ構造３００の左右にそれぞれ配置されても良い。
次に、図２Ｃに示すように、第１領域２１上の一部に、第１導電性材料を配置し、４００℃以上の熱処理を施すことで、第１電極５０を形成する。熱処理の温度を、少なくとも４００℃以上とすることで、第１電極５０の合金化が為され、コンタクト抵抗を低減させることができる。第１電極５０は、図２Ｄに示す以外の位置にさらに複数追加して配置されても良い。例えば、平面視にてメサ構造３００の左右にそれぞれ配置されても良い。
【0032】
第１電極５０の膜厚は、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。
【0033】
第１領域２１上の一部に、第１導電性材料を配置する方法は、特に限定されるものではない。例えば、フォトリソグラフィー法により、所定領域にのみ、第１導電性材料が配置されるように、パターニングおよびリフトオフを行ってもよい。例えば、第１領域２１上に、第１導電性材料からなる導電膜を成膜した後に、所定領域にパターニングを行い、その後に、導電膜のエッチングあるいはミリングを行ってもよい。
【0034】
熱処理工程としては、例えば、窒素雰囲気中のラピットサーマルプロセスなどが挙げられる。熱処理の温度は、４００℃以上９５０℃以下であることが好ましく、８００℃以上９００℃以下であることがより好ましい。熱処理の時間は、３０秒以上２０分以下であることが好ましく、１分以上５分以下であることがより好ましい。熱処理の温度および熱処理の時間を当該範囲とすることで、第１電極５０を適切に合金化することができる。なお、熱処理の温度とは、環境温度を意味する。
【0035】
〔第２電極の形成工程：ステップＳ１０４〕
次に、図２Ｄおよび図２Ｅに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離ＤＵ，ＤＤが５μｍ以上、およびメサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に、第２導電性材料を配置し、第２電極６０を形成する。
次に、図２Ｄおよび図２Ｅに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離ＤＵ，ＤＤが５μｍ以上、およびメサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に、第２導電性材料を配置し、第２電極６０を形成する。
【0036】
第２電極６０の膜厚は、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0037】
第２導電性材料は、図２Ｄに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離ＤＵ，ＤＤが５μｍ以上、およびメサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる全ての領域に配置されてよい。例えば、第２導電性材料は、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離ＤＵ，ＤＤが５μｍ、およびメサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍとなる全ての領域に配置されてよい。
【0038】
また、第２導電性材料は、図２Ｅに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離ＤＵ，ＤＤが５μｍ以上、およびメサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる一部の領域に配置されてよい。例えば、第２導電性材料は、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離ＤＵ，ＤＤが５μｍ、メサ構造３００の一方の側面３０２との距離ＤＲが５μｍ、メサ構造３００の他方の側面３０２との距離ＤＬが１５μｍとなる領域に配置されてよい。
【0039】
さらに、第２導電性材料は、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離ＤＵ，ＤＤが５μｍ以上、およびメサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域において、ドット形状あるいはストライプ形状に配置されてよい。
【0040】
第２導電性材料が、メサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に配置され、メサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ未満となる領域に配置されないことで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００の発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0041】
特に、第２導電性材料が、メサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが１５μｍ以上となる領域に配置され、メサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが１５μｍ未満となる領域に配置されないことで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００の発振閾値電流密度の低下効果を安定化させることができる。
【0042】
第２クラッド層４０上の領域に、第２導電性材料を配置する方法は、特に限定されるものではない。例えば、フォトリソグラフィー法により、所定領域にのみ、第２導電性材料が配置されるように、パターニングおよびリフトオフを行ってもよい。例えば、第２クラッド層４０上に、第２導電性材料からなる導電膜を成膜した後に、所定領域にパターニングを行い、その後に、導電膜のエッチングを行ってもよい。なお、第２導電性材料が、第２クラッド層４０上の領域に配置されるとは、必ずしも、第２導電性材料が、第２クラッド層４０の上面と直接接して配置されることのみを意味するものではなく、第２導電性材料が、ｐ－ＧａＮからなるコンタクト層などを介して、第２クラッド層４０上に配置されることも意味するものとする。
【0043】
ここで、図２Ｄおよび図２Ｅに示すような本実施形態に係る紫外レーザダイオード１００と、図６Ａおよび図６Ｂに示すような従来に係る紫外レーザダイオード１００Ａ，１００Ｂと、を比較する。紫外レーザダイオード１００は、第２電極６０が、第２クラッド層４０上の領域であって、メサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に設けられている。一方、紫外レーザダイオード１００Ａは、第２電極６Ａが、第２クラッド層４Ａ上の全ての領域に設けられている。このような電極配置構造は、窒化物半導体積層体の全体に電力を満遍なく供給できる点で好ましいと考えられる。また、紫外レーザダイオード１００Ｂは、第２電極６Ｂが、第２クラッド層４Ｂ上の領域であって、メサ構造の側面３０２Ｂとの距離が５μｍ未満となる領域に設けられている。このような電極配置構造は、第１電極５Ｂと第２電極６Ｂとを極力近づけられる点で好ましいと考えられる。
【0044】
詳細な測定結果（［実施例］参照）は後述するが、図２Ｄおよび図２Ｅに示すような電極配置構造を有する紫外レーザダイオード１００は、図６Ａおよび図６Ｂに示すような電極配置構造を有する紫外レーザダイオード１００Ａ，１００Ｂと比較して、発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0045】
その理由は定かではないが、紫外レーザダイオードにおいて、メサ構造の側面との距離が５μｍ程度の領域における発光層は、結晶性が悪い。このため、紫外レーザダイオード１００Ａ，１００Ｂでは、発光層３Ａ，３Ｂの結晶性が悪い領域に流れた電流が、実質的に内部損失となり、発振閾値電流密度が増大してしまうと推察される。
【0046】
あるいは、紫外レーザダイオードにおいて、メサ構造の側面との距離が５μｍ程度の領域における発光層を含む複数の層は、メサ構造の側面にエッチングによるダメージが加わることで、結晶性が悪化する。このため、紫外レーザダイオード１００Ａ，１００Ｂでは、結晶性が悪化した領域に供給された電力が、実質的に内部損失となり、発振閾値電流密度が増大してしまうと推察される。
【0047】
なお、紫外レーザダイオード１００は、紫外レーザダイオード１００Ａと比較して、平面視における第２電極の面積が小さく、紫外レーザダイオード１００Ｂと比較して、平面視における第２電極の面積が大きい。したがって、紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度は、第２電極の面積と、直接的に関係しないと推察される。
【0048】
以上の任意工程を含む各工程を経ることにより、本実施形態に係る紫外レーザダイオード１００を製造することができる。本実施形態に係る紫外レーザダイオード１００は、第２電極６０が、第２クラッド層４０上の領域であって、メサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に設けられている。これにより、従来に係る紫外レーザダイオード１００Ａ，１００Ｂと比較して、発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0049】
【0050】
以下、各構成の詳細を順次説明する。なお、同一の構成要素に同一の参照番号を付しており、各構成要素の形状、膜厚などの説明は既述のとおりであり、重複する説明を省略する。
【0051】
〔基板〕
基板１０は、特に限定されるものではなく、その上に、窒化物半導体積層体２００（図２Ａ参照）を積層することが可能であればよい。基板１０としては、例えば、窒化アルミニウム単結晶基板、サファイア基板、サファイア基板上に窒化アルミニウムが成膜された複合基板などを用いることができる。基板１０として、特に、窒化アルミニウム単結晶基板を用いることで、高品質な窒化物半導体積層体２００を形成することができる。
基板１０は、特に限定されるものではなく、その上に、窒化物半導体積層体２００（図２Ａ参照）を積層することが可能であればよい。基板１０としては、例えば、窒化アルミニウム単結晶基板、サファイア基板、サファイア基板上に窒化アルミニウムが成膜された複合基板などを用いることができる。基板１０として、特に、窒化アルミニウム単結晶基板を用いることで、高品質な窒化物半導体積層体２００を形成することができる。
【0052】
〔第１クラッド層〕
第１クラッド層２０は、基板１０上に設けられている。第１クラッド層２０は、第１導電型窒化物半導体層の第１領域２１および第１導電型窒化物半導体層の第２領域２２を有している。第１領域２１および第２領域２２は、同一の材料で形成されることが好ましい。第１領域２１および第２領域２２は、例えば、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎで形成されることが好ましい。
第１クラッド層２０は、基板１０上に設けられている。第１クラッド層２０は、第１導電型窒化物半導体層の第１領域２１および第１導電型窒化物半導体層の第２領域２２を有している。第１領域２１および第２領域２２は、同一の材料で形成されることが好ましい。第１領域２１および第２領域２２は、例えば、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎで形成されることが好ましい。
【0053】
第１クラッド層２０は、不純物によりドーピングされていてもよい。不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｏなどが挙げられる。不純物としては、これらの不純物の何れか１つが選択されてもよいし、これらの不純物の複数が選択されてもよい。不純物の濃度は、特に限定されるものではないが、１×１０１７ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下であることが好ましく、５×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下であることがより好ましい。
【0054】
〔発光層〕
発光層３０は、第１クラッド層２０上に設けられている。発光層３０は、その発光波長が、２１０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下であることが好ましい。
発光層３０は、第１クラッド層２０上に設けられている。発光層３０は、その発光波長が、２１０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下であることが好ましい。
【0055】
発光層３０は、１つ以上の量子井戸層を有している。量子井戸層は、所望する発光波長により、その材料が、適宜選択されてよい。量子井戸層に用いられる材料としては、紫外領域の発光波長を得る目的である場合、例えば、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０≦ｘ≦０．８）などが挙げられる。
【0056】
発光層３０は、量子井戸層の上方若しくは下方、又は、その双方が、量子井戸層と異なる材料で形成された層により挟まれた構造を有している。このような層としては、例えば、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０．５≦ｘ＜０．７）層などが挙げられる。
【0057】
発光層３０は、一部が、不純物によりドーピングされていてもよい。不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｃなどが挙げられる。なお、発光層３０は、意図的に、不純物がドーピングされていない構造であってもよい。
【0058】
〔第２クラッド層〕
第２クラッド層４０は、発光層３０上に設けられている。第２クラッド層４０は、第２導電型窒化物半導体層を有している。第２クラッド層４０は、全体または一部が、例えば、Ｍｇ、Ｂ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｌｉなどの第２導電型不純物を有さないことが好ましい。第２クラッド層４０が第２導電型不純物を有さないことで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００の発振閾値電流密度を低くすることができる。
第２クラッド層４０は、発光層３０上に設けられている。第２クラッド層４０は、第２導電型窒化物半導体層を有している。第２クラッド層４０は、全体または一部が、例えば、Ｍｇ、Ｂ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｌｉなどの第２導電型不純物を有さないことが好ましい。第２クラッド層４０が第２導電型不純物を有さないことで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００の発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0059】
第２クラッド層４０は、全体または一部が、組成傾斜層を含むことが好ましい。組成傾斜層とは、基板１０の上面に対して垂直方向に、材料となる混晶の組成を連続的に変化させた層を意味する。第２クラッド層４０が組成傾斜層を含むことで、紫外レーザダイオード１００における電流の注入効率を向上させることができる。
【0060】
組成傾斜層は、例えば、ＡｌＧａＮ層で構成され、発光層３０と第２クラッド層４０との界面Ｘから遠ざかる方向に向かって、Ａｌ組成が１．０から連続的に減少していく層であってよい。第２クラッド層４０が、このような組成傾斜層を含むことで、光閉じ込めおよび発光層３０へのキャリア注入、および電子のブロック層としての役割を果たすことから、紫外レーザダイオード１００の発振閾値電流密度を低くする効果が期待される。
【0061】
上述した第２領域２２、発光層３０、および第２クラッド層４０により、メサ構造３００が形成される。メサ構造３００は、側面の一部が、紫外レーザダイオード１００の共振器端面３０１となっている。
【0062】
〔第１電極〕
第１電極５０は、第１領域２１上に設けられている。第１電極５０は、第１クラッド層２０と電気的に接続される第１導電性材料で形成されることが好ましい。第１導電性材料としては、例えば、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｖ、Ｉｎの何れかを含む合金などが挙げられる。第１導電性材料として、特に、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕの何れかを含む合金を用いることで、コンタクト抵抗を低減させることができる。
第１電極５０は、第１領域２１上に設けられている。第１電極５０は、第１クラッド層２０と電気的に接続される第１導電性材料で形成されることが好ましい。第１導電性材料としては、例えば、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｖ、Ｉｎの何れかを含む合金などが挙げられる。第１導電性材料として、特に、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕの何れかを含む合金を用いることで、コンタクト抵抗を低減させることができる。
【0063】
〔第２電極〕
第２電極６０は、第２クラッド層４０上に設けられている。第２電極６０は、第２クラッド層４０と電気的に接続される第２導電性材料で形成されることが好ましい。第２導電性材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｒｕの何れか又は何れかを含む合金などが挙げられる。第２導電性材料として、特に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄの何れかを含む合金を用いることで、コンタクト抵抗を低減させることができる。
第２電極６０は、第２クラッド層４０上に設けられている。第２電極６０は、第２クラッド層４０と電気的に接続される第２導電性材料で形成されることが好ましい。第２導電性材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｒｕの何れか又は何れかを含む合金などが挙げられる。第２導電性材料として、特に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄの何れかを含む合金を用いることで、コンタクト抵抗を低減させることができる。
【0064】
本実施形態に係る紫外レーザダイオード１００は、第２電極６０が、第２クラッド層４０上の領域であって、メサ構造３００の側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に設けられている。これにより、従来に係る紫外レーザダイオード１００Ａ，１００Ｂと比較して、発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0065】
【0066】
第２実施形態に係る紫外レーザダイオード１００Ｘの製造方法が、第１実施形態に係る紫外レーザダイオード１００の製造方法と異なる点は、第１実施形態に係る紫外レーザダイオード１００の製造方法が、共振器端面３０１およびメサ構造３００の側面３０２をエッチング工程により形成するのに対して、第２実施形態に係る紫外レーザダイオード１００Ｘの製造方法は、共振器端面３０１を劈開工程により形成し、メサ構造３００Ｘの側面３０２をエッチング工程により形成する点である。その他の工程は、同様であるため、重複した説明を省略する。
【0067】
〔窒化物半導体積層体の形成工程：ステップＳ１０１〕
まず、図４Ａに示すように、基板１０上に、第１クラッド層２０と、発光層３０と、第２クラッド層４０と、をこの順に積層し、窒化物半導体積層体２００を形成する。第１クラッド層２０は、第１導電型窒化物半導体層の第１領域２１および第１導電型窒化物半導体層の第２領域２２を有している。発光層３０は、１つ以上の量子井戸層を有している。第２クラッド層４０は、第２導電型窒化物半導体層を有している。
まず、図４Ａに示すように、基板１０上に、第１クラッド層２０と、発光層３０と、第２クラッド層４０と、をこの順に積層し、窒化物半導体積層体２００を形成する。第１クラッド層２０は、第１導電型窒化物半導体層の第１領域２１および第１導電型窒化物半導体層の第２領域２２を有している。発光層３０は、１つ以上の量子井戸層を有している。第２クラッド層４０は、第２導電型窒化物半導体層を有している。
【0068】
〔メサ構造の形成工程：ステップＳ１０２〕
次に、図４Ｂに示すように、窒化物半導体積層体２００の少なくとも一部をエッチングあるいは劈開し、第２領域２２、発光層３０、および第２クラッド層４０を含むメサ構造３００Ｘを形成する。
次に、図４Ｂに示すように、窒化物半導体積層体２００の少なくとも一部をエッチングあるいは劈開し、第２領域２２、発光層３０、および第２クラッド層４０を含むメサ構造３００Ｘを形成する。
【0069】
メサ構造３００Ｘは、平面視における共振器端面３０１の長さＷ１が、平面視におけるメサ構造３００Ｘの側面３０２の長さＷ２より短いことが好ましい。メサ構造３００Ｘは、平面視における共振器端面３０１の長さＷ１とメサ構造３００Ｘの側面３０２の長さＷ２との比が、１：５以上１：５００以下であることが好ましい。平面視における共振器端面３０１の長さＷ１とメサ構造３００Ｘの側面３０２の長さＷ２との比を、当該範囲とすることで、共振方向において、広い領域で効率の良い電流注入が可能な紫外レーザダイオード１００Ｘを実現できる。また、電流の狭窄効果により、発振閾値電流密度に到達させるための駆動電流を低減させることができるため、抵抗発熱を低減させ、素子寿命を向上させた紫外レーザダイオード１００Ｘを実現できる。
【0070】
共振器端面３０１は、劈開工程により形成されることが好ましい。劈開工程とは、適切な各種工程により、ウエハの自然劈開面を露出させて切断する工程を意味する。劈開工程は、例えば、ウエハ表面又はウエハ裏面に、レーザ照射により変質層を形成する工程、あるいは、物理的接触により傷をつけて劈開面が形成される切掛を設けるスクライブ工程と、ウエハに応力を負荷して設けられた切掛を起点に劈開面を広げて露出させるブレーキング工程と、を含む。共振器端面３０１が劈開工程により形成されることで、紫外レーザダイオード１００Ｘにおける発光効率を向上させることができる。
【0071】
メサ構造３００Ｘの側面３０２は、エッチング工程により形成されることが好ましい。メサ構造３００Ｘにおいて、少なくとも側面３０２がエッチング工程により形成されることで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００Ｘの発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0072】
窒化物半導体積層体２００に対して、エッチング工程あるいは劈開工程を施す順序は、エッチング工程が先で、劈開工程が後であることが好ましい。これにより、紫外レーザダイオード１００Ｘにおける発光効率を向上させることができる。
【0073】
〔第１電極の形成工程：ステップＳ１０３〕
次に、図４Ｃに示すように、第１領域２１上の一部に、第１導電性材料を配置し、４００℃以上の熱処理を施すことで、第１電極５０を形成する。熱処理の温度を、少なくとも４００℃以上とすることで、第１電極５０の合金化が為され、コンタクト抵抗を低減させることができる。
次に、図４Ｃに示すように、第１領域２１上の一部に、第１導電性材料を配置し、４００℃以上の熱処理を施すことで、第１電極５０を形成する。熱処理の温度を、少なくとも４００℃以上とすることで、第１電極５０の合金化が為され、コンタクト抵抗を低減させることができる。
【0074】
〔第２電極の形成工程：ステップＳ１０４〕
次に、図４Ｄおよび図４Ｅに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が５μｍ以下、およびメサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に、第２導電性材料を配置し、第２電極６０Ｘを形成する。
次に、図４Ｄおよび図４Ｅに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が５μｍ以下、およびメサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に、第２導電性材料を配置し、第２電極６０Ｘを形成する。
【0075】
第２導電性材料は、図４Ｄに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が５μｍ以下、およびメサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる全ての領域に配置されてよい。例えば、第２導電性材料は、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が０μｍ、およびメサ構造３００Ｘの側面３０２との第２電極６０Ｘと距離ＤＲ，ＤＬが５μｍとなる全ての領域に配置されてよい。
【0076】
また、第２導電性材料は、図４Ｅに示すように、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が５μｍ以下、およびメサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる一部の領域に配置されてよい。例えば、第２導電性材料は、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が０μｍ、メサ構造３００Ｘの一方の側面３０２との距離ＤＲが５μｍ、メサ構造３００Ｘの他方の側面３０２との距離ＤＬが１５μｍとなる領域に配置されてよい。
【0077】
さらに、第２導電性材料は、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が５μｍ以下、およびメサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域において、ドット形状あるいはストライプ形状に配置されてよい。
【0078】
第２導電性材料が、共振器端面３０１との距離が５μｍ以下となる領域に配置されることで、紫外レーザダイオード１００Ｘにおける発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0079】
第２導電性材料が、メサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に配置され、メサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ未満となる領域に配置されないことで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００Ｘの発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0080】
特に、第２導電性材料が、メサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが１５μｍ以上となる領域に配置され、メサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが１５μｍ未満となる領域に配置されないことで、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオード１００Ｘの発振閾値電流密度の低下効果を安定化させることができる。
【0081】
以上の任意工程を含む各工程を経ることにより、本実施形態に係る紫外レーザダイオード１００Ｘを製造することができる。本実施形態に係る紫外レーザダイオード１００Ｘは、第２電極６０Ｘが、第２クラッド層４０上の領域であって、共振器端面３０１との距離が５μｍ以下、およびメサ構造３００Ｘの側面３０２との距離ＤＲ，ＤＬが５μｍ以上となる領域に設けられている。これにより、従来に係る紫外レーザダイオード１００Ａ，１００Ｂと比較して、発振閾値電流密度を低くすることができる。
【0082】
［実施例］
＜発振閾値電流密度の比較＞
本実施形態に係る紫外レーザダイオードおよび従来に係る紫外レーザダイオードを用いて、それぞれの発振閾値電流密度を測定し、測定結果を比較した。
＜発振閾値電流密度の比較＞
本実施形態に係る紫外レーザダイオードおよび従来に係る紫外レーザダイオードを用いて、それぞれの発振閾値電流密度を測定し、測定結果を比較した。
【0083】
〔実施例１〕
実施例１として、ＡｌＮ基板上面に、１×１０１９ｃｍ－３のＳｉによりドーピングされたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎからなる第１導電型窒化物半導体層（第１クラッド層）と、Ａｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎからなる層により挟まれた９ｎｍの発光層と、全体に渡って不純物を意図的にドーピングしていない、ＡｌＮ基板上面に向かってＡｌ組成を１．０から０．７まで連続的に減少させた第２導電型窒化物半導体層（第２クラッド層）と、、ＡｌＮ基板上面に向かってＡｌ組成を０.７から０．３まで連続的に減少させた層とＧａＮ層からなるコンタクト層と、をこの順序で堆積させた窒化物半導体積層体について、エッチングにより第１クラッド層の一部を露出させ、共振器端面の法線方向に対して垂直な方向、すなわち＜１１－２０＞方向の長さＷ１が４０μｍ、共振器端面の法線方向、すなわち＜１－１００＞方向の長さＷ２が４００μｍ以上である長方形のメサ構造を形成した。次に、露出した第１導電型窒化物半導体層の第１領域上に、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｖを含む第１電極を形成した。第１電極は、８００°Ｃ以上の熱処理が施された。さらに、メサ構造の一方の側面から、５μｍ以上１０μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した（図５参照）。さらに、劈開によりメサ構造を４００μｍの長さに分断し、２つの共振器端面を含む共振器、すなわち、平面視における共振器端面の長さとメサ構造の側面の長さとの比が１：１０のメサ構造を有する共振器を含む紫外レーザダイオードを作製した。実施例１に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１６ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
実施例１として、ＡｌＮ基板上面に、１×１０１９ｃｍ－３のＳｉによりドーピングされたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎからなる第１導電型窒化物半導体層（第１クラッド層）と、Ａｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎからなる層により挟まれた９ｎｍの発光層と、全体に渡って不純物を意図的にドーピングしていない、ＡｌＮ基板上面に向かってＡｌ組成を１．０から０．７まで連続的に減少させた第２導電型窒化物半導体層（第２クラッド層）と、、ＡｌＮ基板上面に向かってＡｌ組成を０.７から０．３まで連続的に減少させた層とＧａＮ層からなるコンタクト層と、をこの順序で堆積させた窒化物半導体積層体について、エッチングにより第１クラッド層の一部を露出させ、共振器端面の法線方向に対して垂直な方向、すなわち＜１１－２０＞方向の長さＷ１が４０μｍ、共振器端面の法線方向、すなわち＜１－１００＞方向の長さＷ２が４００μｍ以上である長方形のメサ構造を形成した。次に、露出した第１導電型窒化物半導体層の第１領域上に、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｖを含む第１電極を形成した。第１電極は、８００°Ｃ以上の熱処理が施された。さらに、メサ構造の一方の側面から、５μｍ以上１０μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した（図５参照）。さらに、劈開によりメサ構造を４００μｍの長さに分断し、２つの共振器端面を含む共振器、すなわち、平面視における共振器端面の長さとメサ構造の側面の長さとの比が１：１０のメサ構造を有する共振器を含む紫外レーザダイオードを作製した。実施例１に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１６ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0084】
〔実施例２〕
実施例２として、メサ構造の一方の側面から、１０μｍ以上１５μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例２に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１４ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
実施例２として、メサ構造の一方の側面から、１０μｍ以上１５μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例２に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１４ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0085】
〔実施例３〕
実施例３として、メサ構造の一方の側面から、１５μｍ以上２０μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例３に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１２ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
実施例３として、メサ構造の一方の側面から、１５μｍ以上２０μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例３に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１２ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0086】
〔比較例１〕
比較例１として、メサ構造の一方の側面から、３μｍ以上８μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。比較例１に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度４０ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
比較例１として、メサ構造の一方の側面から、３μｍ以上８μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。比較例１に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度４０ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0087】
〔実施例４〕
実施例４として、第２クラッド層において、第２クラッド層の膜厚に対して基板上面に近い方から、０％以上１５．５％未満の深さ領域において意図的に不純物を混入させず、第２クラッド層の膜厚に対して基板上面に近い方から、１５．５％以上１００％以下の範囲において１×１０１９ｃｍ－３の濃度のＭｇを意図的に混入した。それ以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例４に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１７ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
実施例４として、第２クラッド層において、第２クラッド層の膜厚に対して基板上面に近い方から、０％以上１５．５％未満の深さ領域において意図的に不純物を混入させず、第２クラッド層の膜厚に対して基板上面に近い方から、１５．５％以上１００％以下の範囲において１×１０１９ｃｍ－３の濃度のＭｇを意図的に混入した。それ以外は、実施例１と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例４に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１７ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0088】
〔実施例５〕
実施例５として、メサ構造の一方の側面から、１０μｍ以上１５μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例４と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例５に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１６ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
実施例５として、メサ構造の一方の側面から、１０μｍ以上１５μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例４と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例５に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１６ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0089】
〔実施例６〕
実施例６として、メサ構造の一方の側面から、１５μｍ以上２０μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例４と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例６に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１３ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
実施例６として、メサ構造の一方の側面から、１５μｍ以上２０μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例４と同様の紫外レーザダイオードを作製した。実施例６に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度１３ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0090】
〔比較例２〕
比較例２として、メサ構造の一方の側面から、３μｍ以上８μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例４と同様の紫外レーザダイオードを作製した。比較例２に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度４１ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
比較例２として、メサ構造の一方の側面から、３μｍ以上８μｍ以下の領域全体（幅５μｍ）に亘ってＡｕ、Ｎｉを含む第２導電性材料を配置し、４５０°Ｃ以上の熱処理を施して第２電極を形成した。第２電極を形成する位置が異なる以外は、実施例４と同様の紫外レーザダイオードを作製した。比較例２に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を測定したところ、閾値電流密度４１ｋＡ／ｃｍ２でレーザ発振が観測された（表１参照）。
【0091】
〔測定結果〕
以上の実施例１～実施例６、比較例１、および比較例２に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度の測定結果を、表１にまとめた。
以上の実施例１～実施例６、比較例１、および比較例２に係る紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度の測定結果を、表１にまとめた。
【0092】
【表1】
【0093】
表１から、実施例１～実施例６に係る紫外レーザダイオードは、比較例１および比較例２に係る紫外レーザダイオードと比較して、格段に低い発振閾値電流密度でレーザ発振することが理解される。
【0094】
すなわち、第２クラッド層上の領域であって、エッチングにより形成されたメサ構造の側面との距離が５μｍ以上となる領域（例えば、５μｍ以上１０μｍ以下の領域、１０μｍ以上１５μｍ以下の領域、１５μｍ以上２０μｍ以下の領域）に第２電極を備え、５μｍ未満となる領域に第２電極を備えない紫外レーザダイオードは、エッチングにより形成されたメサ構造の側面との距離が５μｍ未満となる領域（例えば、３μｍ以上８μｍ以下の領域）に第２電極を備える紫外レーザダイオードと比較して、格段に低い発振閾値電流密度でレーザ発振することが理解される。
【0095】
したがって、本実施形態に係る紫外レーザダイオードは、従来に係る紫外レーザダイオードと比較して、格段に低い発振閾値電流密度でレーザ発振可能であることが示唆される。
【0096】
また、表１から、実施例１～実施例３に係る紫外レーザダイオードは、実施例４～実施例６に係る紫外レーザダイオードと比較して、全体的に低い発振閾値電流密度でレーザ発振することが理解される。
【0097】
したがって、第２クラッド層の全体が第２導電型不純物を有さない紫外レーザダイオードは、第２クラッド層の一部に第２導電型不純物がドーピングされた紫外レーザダイオードと比較して、低い発振閾値電流密度でレーザ発振可能であることが示唆される。
【0098】
＜変形例＞
本実施形態において、窒化物半導体積層体を積層する際における「この順」とは、少なくともこの順で各層（例えば、第１クラッド層、発光層、第２クラッド層）が積層されたものであれば特に制限されず、各層の間あるいは各層の上下に、さらに別の層を有していてもよい。
本実施形態において、窒化物半導体積層体を積層する際における「この順」とは、少なくともこの順で各層（例えば、第１クラッド層、発光層、第２クラッド層）が積層されたものであれば特に制限されず、各層の間あるいは各層の上下に、さらに別の層を有していてもよい。
【0099】
本実施形態に係る紫外レーザダイオードの製造方法は、メサ構造形成工程の後に、第２クラッド層４０上の領域であって、少なくとも、メサ構造３００の側面との距離が５μｍ未満となる領域に、絶縁層を形成する絶縁層形成工程をさらに含んでいてもよい。これにより、紫外レーザダイオード１００，１００Ｘの電流駆動時において、第１導電性材料と第２導電性材料との間の漏れ電流を抑制することができる。
【0100】
＜その他の変形例＞
本発明は上記の実施形態および変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載にしたがって時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
本発明は上記の実施形態および変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載にしたがって時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【0101】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態により制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態のフローチャートに記載の複数の工程を１つに組み合わせたり、あるいは１つの工程を分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0102】
１０ 基板
２０ 第１クラッド層
２１ 第１領域
２２ 第２領域
３０ 発光層
４０ 第２クラッド層
５０ 第１電極
６０ 第２電極
６０Ｘ 第２電極
１００ 紫外レーザダイオード
１００Ｘ 紫外レーザダイオード
１００Ａ 紫外レーザダイオード
１００Ｂ 紫外レーザダイオード
２００ 窒化物半導体積層体
３００ メサ構造
３００Ｘ メサ構造
３００Ａ メサ構造
３００Ｂ メサ構造
３０１ 共振器端面
３０２ メサ構造の側面
２０ 第１クラッド層
２１ 第１領域
２２ 第２領域
３０ 発光層
４０ 第２クラッド層
５０ 第１電極
６０ 第２電極
６０Ｘ 第２電極
１００ 紫外レーザダイオード
１００Ｘ 紫外レーザダイオード
１００Ａ 紫外レーザダイオード
１００Ｂ 紫外レーザダイオード
２００ 窒化物半導体積層体
３００ メサ構造
３００Ｘ メサ構造
３００Ａ メサ構造
３００Ｂ メサ構造
３０１ 共振器端面
３０２ メサ構造の側面
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5】
【図6A】
【図6B】