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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】2024-10-02
(45)【発行日】2024-10-10
(54)【発明の名称】窒化物半導体レーザダイオード
(51)【国際特許分類】
H01S 5/343 20060101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01S5/343 610
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2021029039
(22)【出願日】2021-02-25
(65)【公開番号】P2021184456
(43)【公開日】2021-12-02
【審査請求日】2023-11-09
(31)【優先権主張番号】P 2020088315
(32)【優先日】2020-05-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業『紫外レーザの作製および評価』委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(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】599002043
【氏名又は名称】学校法人 名城大学
(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】佐藤 恒輔
(72)【発明者】
【氏名】岩谷 素顕
(72)【発明者】
【氏名】大森 智也
(72)【発明者】
【氏名】薮谷 歩武
【審査官】右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／１８７５８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００１－３５８４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３２９９１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０８５５１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００６０９０８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１０－５１２６６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】Kosuke SATO et al.，“Analysis of Spontaneous Subpeak Emission from the Guide Layers of the Ultraviolet‐B Laser Diode Structure Containing Composition‐Graded p‐AlGaN Cladding Layers”，physica status solidi (a)，2020年01月24日，Vol. 217, No. 14，1900864，DOI: 10.1002/pssa.201900864
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層と、前記活性層よりも上方に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、
前記組成傾斜領域よりも上方に形成され、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層と、
を備え、
前記組成傾斜領域は、ＡｌＧａＮで形成された上部ガイド層と、前記上部ガイド層の前記活性層と反対側に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された組成傾斜層とを含み、
前記ｐ型半導体層における平均のＡｌ組成比は、前記組成傾斜層における平均のＡｌ組成比よりも大きく、
前記組成傾斜層における平均のＡｌ組成比は、前記上部ガイド層におけるＡｌ組成よりも大きい
窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項2】
前記活性層は、井戸層と、前記井戸層に隣接して設けられた障壁層とを有し、前記上部ガイド層は、前記井戸層の上端に接して形成されており、
前記上部ガイド層を構成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比は、前記井戸層の上端から前記活性層から離れる方向に向かって連続的に増加する
請求項１に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項3】
前記上部ガイド層は、該上部ガイド層の厚さ方向の全領域において前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている請求項２に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項4】
前記上部ガイド層は、該上部ガイド層の厚さ方向の全領域においてＡｌ組成比が一定であるＡｌＧａＮで形成されている請求項１に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項5】
前記組成傾斜領域のＡｌ組成比が連続的に増加する領域におけるＡｌ組成比の膜厚に対する傾斜率は、１％／ｎｍより大きく１５％／ｎｍより小さい請求項１から４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項6】
前記上部ガイド層の厚さは、１０ｎｍより大きく５００ｎｍより小さい請求項１から５のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項7】
前記組成傾斜層の厚さは、３ｎｍより大きく５０ｎｍより小さい請求項１から６のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項8】
前記ｐ型半導体層と前記組成傾斜層との界面における、前記ｐ型半導体層のＡｌ組成比と前記組成傾斜層のＡｌ組成比との差は、０より大きく１より小さい請求項１から７のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項9】
前記上部ガイド層と前記組成傾斜層との界面における、前記上部ガイド層のＡｌ組成比と前記組成傾斜層のＡｌ組成比との差は、０より大きく１より小さい
請求項１から８のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項10】
前記ｐ型半導体層は、前記組成傾斜層から離れるに従ってＡｌ組成比が減少する前記ＡｌＧａＮで形成されている請求項１から９のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項11】
前記組成傾斜層と前記ｐ型半導体層との間に設けられた電子ブロック層を備える請求項１から１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項12】
前記ｐ型半導体層は、高Ａｌ組成領域と、低Ａｌ組成領域とが積層されて形成されており、前記組成傾斜層と前記ｐ型半導体層とを繰り返す構造を有する
請求項１から１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項13】
前記組成傾斜層は、前記活性層から離れる程薄く形成されている請求項１２に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項14】
複数の前記組成傾斜層におけるＡｌ組成の傾斜率は、前記活性層から離れる程大きくなる請求項１２又は１３に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項15】
Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層と、
前記活性層よりも上方に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、
前記組成傾斜領域よりも上方に形成され、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層と、
を備え、
前記組成傾斜領域は、ＡｌＧａＮで形成された上部ガイド層と、前記上部ガイド層の前記活性層と反対側に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された組成傾斜層とを含み、
前記上部ガイド層は、該上部ガイド層の厚さ方向の全領域において前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている
窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項16】
Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層と、
前記活性層よりも上方に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、
前記組成傾斜領域よりも上方に形成され、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層と、
を備え、
前記組成傾斜領域は、ＡｌＧａＮで形成された上部ガイド層と、前記上部ガイド層の前記活性層と反対側に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された組成傾斜層とを含み、
前記ｐ型半導体層は、高Ａｌ組成領域と、低Ａｌ組成領域とが積層されて形成されており、
前記組成傾斜層と前記ｐ型半導体層とを繰り返す構造を有し、
前記組成傾斜層は、前記活性層から離れる程薄く形成されている
窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項17】
Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層と、
前記活性層よりも上方に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、
前記組成傾斜領域よりも上方に形成され、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層と、
を備え、
前記組成傾斜領域は、ＡｌＧａＮで形成された上部ガイド層と、前記上部ガイド層の前記活性層と反対側に形成され、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された組成傾斜層とを含み、
前記ｐ型半導体層は、高Ａｌ組成領域と、低Ａｌ組成領域とが積層されて形成されており、
前記組成傾斜層と前記ｐ型半導体層とを繰り返す構造を有し、
複数の前記組成傾斜層におけるＡｌ組成の傾斜率は、前記活性層から離れる程大きくなる
窒化物半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、窒化物半導体レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【0002】
窒化物半導体レーザダイオードにおいては、電流密度を増加させるために電極面積を小さくすることがあり、発光ダイオード（ＬＥＤ）等と比較してより高い電流密度での駆動に耐えうる素子が必要となる。そこで、例えばＡｌ組成が厚さ方向に減少するＡｌＧａＮで形成されたｐ型クラッド層を有する窒化物半導体レーザダイオードが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を組成傾斜することによって、レーザ発振する閾値電流密度及び閾値電圧が低くなることが開示されている。
【0003】
しかしながら、このような構造の窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層と接する上層のＡｌ組成を高くする必要がある。このため、上部ガイド層とその上層の接面に生じるエネルギーの井戸からの不要な発光が得られてしまい、レーザ発振に必要な井戸層からの発光出力が低下する場合がある（例えば、非特許文献１）。また、不要な発光によりレーザ発光の波長純度が低下する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－９８４０１号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】Sato et al. “Analysis of Spontaneous Subpeak Emission from the Guide Layers of the Ultraviolet-B Laser Diode Structure Containing Composition-Graded p-AlGaN Cladding Layers” Physica Status Solidi A 2020、 1900864
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示は、上述した不要な発光を抑制し、発光効率の高いレーザダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る窒化物半導体レーザダイオードは、Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層と、活性層よりも上方に形成され、活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、組成傾斜領域よりも上方に形成され、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一態様によれば、不要な発光を抑制し、発光効率の高いレーザダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの一構成例を示す斜視図である。
【図2】本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの一部におけるＡｌ組成比を示すグラフである。
【図3A】従来構造の窒化物半導体レーザダイオードにおける伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギー並びに電子及びホールの濃度を模式的に示す図である。
【図3B】従来構造の窒化物半導体レーザダイオードにおける伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギー並びに電子及びホールの濃度を模式的に示す図である。
【図4A】本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードにおける伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギー並びに電子及びホールの濃度を模式的に示す図である。
【図4B】本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードにおける伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギー並びに電子及びホールの濃度を模式的に示す図である。
【図5】上部ガイドにおけるＡｌ組成比とｐ型半導体層におけるＡｌ組成比との組成差と、上部ガイド及びｐ型半導体層の間に形成されるエネルギーポケットの深さとの関係を示すグラフである。
【図6A】本開示の第二実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの一構成例を示す断面図である。
【図6B】本開示の第二実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの組成傾斜領域の一構成例を示す断面図である。
【図7】本開示の第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの一構成例を示す斜視図である。
【図8】本開示の第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの一部におけるＡｌ組成比を示すグラフである。
【図9】本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの発光スペクトルを示すグラフである。
【図10】本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの発光スペクトルを示すグラフを示すグラフである。
【図11】本開示の第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの変形例を示す斜視図である。
【図12】本開示の第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードの変形例におけるＡｌ組成比を示すグラフである。
【図13A】窒化物半導体レーザダイオードの基本モデルにおける伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギーを示す図である。
【図13B】窒化物半導体レーザダイオードの基本モデルにおける伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギーを示す図である。
【図14A】実施例１のエネルギーポテンシャル及び内部量子効率（ＩＱＥ）の評価結果を示すグラフである。
【図14B】実施例１のエネルギーポテンシャル及び内部量子効率（ＩＱＥ）の評価結果を示すグラフである。
【図15】実施例１の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
【図16】実施例２のエネルギーポテンシャル及び内部量子効率（ＩＱＥ）の評価結果を示すグラフである。
【図17】実施例２の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
【図18】実施例３のエネルギーポテンシャル及び内部量子効率（ＩＱＥ）の評価結果を示すグラフである。
【図19】実施例３の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
【図20】組成傾斜層の厚さと駆動電圧の加算量との関係を示すグラフである。
【図21】実施例４のエネルギーポテンシャル及び内部量子効率（ＩＱＥ）の評価結果を示すグラフである。
【図22】実施例４の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
【図23】実施例５のエネルギーポテンシャル及び内部量子効率（ＩＱＥ）の評価結果を示すグラフである。
【図24】実施例５の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態を通じて本実施形態に係る窒化物半導体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。
【0011】
１．本開示に係る窒化物半導体レーザダイオードの構成
本開示に係る窒化物半導体レーザダイオードは、Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層を備えている。また、本開示に係る窒化物半導体レーザダイオードは、活性層よりも上方に形成され、活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、組成傾斜領域よりも上方に形成され、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層と、を備えている。
組成傾斜領域は、例えばＡｌＧａＮで形成された上部ガイド層と、上部ガイド層の活性層と反対側に形成された組成傾斜層とを含んでいる。組成傾斜層は、活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。
本開示に係る窒化物半導体レーザダイオードは、Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層を備えている。また、本開示に係る窒化物半導体レーザダイオードは、活性層よりも上方に形成され、活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、組成傾斜領域よりも上方に形成され、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層と、を備えている。
組成傾斜領域は、例えばＡｌＧａＮで形成された上部ガイド層と、上部ガイド層の活性層と反対側に形成された組成傾斜層とを含んでいる。組成傾斜層は、活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。
【0012】
本開示に係る窒化物半導体レーザダイオードは、Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌＧａＮで形成された活性層を備える場合に特に生じやすい発光部以外の層における発光（すなわち、所望の波長以外の波長を有する光の発光）を抑制することができる。
【0013】
２．第一実施形態
以下、本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１について、図１から図４を参照して説明する。
窒化物半導体レーザダイオード１は、紫外光を発光可能なレーザダイオードである。窒化物半導体レーザダイオード１は、電流注入によって紫外光をレーザ発振することが可能である。窒化物半導体レーザダイオード１は、例えば、波長が２８０ｎｍから３２０ｎｍのＵＶＢ領域の発光を得ることができる。
以下、本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１について、図１から図４を参照して説明する。
窒化物半導体レーザダイオード１は、紫外光を発光可能なレーザダイオードである。窒化物半導体レーザダイオード１は、電流注入によって紫外光をレーザ発振することが可能である。窒化物半導体レーザダイオード１は、例えば、波長が２８０ｎｍから３２０ｎｍのＵＶＢ領域の発光を得ることができる。
【0014】
（２．１）窒化物半導体レーザダイオードの全体構成
図１から図４を参照して、窒化物半導体レーザダイオード１の構成について説明する。
図１に示すように、窒化物半導体レーザダイオード１は、基板１１の上層に設けられた窒化物半導体活性層（活性層の一例）３５２と、窒化物半導体活性層３５２よりも上方に形成され、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、を備えている。また、窒化物半導体レーザダイオード１は、組成傾斜領域よりも上方に形成されたｐ型半導体層３２を備えている。第一実施形態では、上部ガイド層３５３と組成傾斜層３４とによって組成傾斜領域が構成されている。
図１から図４を参照して、窒化物半導体レーザダイオード１の構成について説明する。
図１に示すように、窒化物半導体レーザダイオード１は、基板１１の上層に設けられた窒化物半導体活性層（活性層の一例）３５２と、窒化物半導体活性層３５２よりも上方に形成され、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜領域と、を備えている。また、窒化物半導体レーザダイオード１は、組成傾斜領域よりも上方に形成されたｐ型半導体層３２を備えている。第一実施形態では、上部ガイド層３５３と組成傾斜層３４とによって組成傾斜領域が構成されている。
【0015】
図２に示すように、窒化物半導体レーザダイオード１では、上部ガイド層３５３の窒化物半導体活性層３５２と反対側に形成された組成傾斜層３４が、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。また、窒化物半導体レーザダイオード１では、上部ガイド層３５３が、上部ガイド層３５３の厚さ方向の全領域において窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が一定であるＡｌＧａＮで形成されている。ここで、上部ガイド層３５３において「Ａｌ組成比が一定」とは、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が厳密に同じである必要はない。例えば、Ａｌ組成比の膜厚方向に対する傾斜率が０．００１％／ｎｍ以下である場合には、Ａｌ組成比は一定である。なお、層内の組成が一般的な成膜法における範囲内での不均一性を有する場合には、層に垂直な面の平均組成に対してＡｌ組成比が傾斜しているか否かでＡｌ組成比が一定か否かを判断する。
【0016】
より具体的に、窒化物半導体レーザダイオード１は、基板１１の上方に、ＡｌＮ層（下地層の一例）３０と、第一窒化物半導体層３１と、発光部３５と、組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層された構成とされている。また、窒化物半導体レーザダイオード１は、第二窒化物半導体層３３に接触して設けられた第一電極１４と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を備えている。
ここで、図１に示すように、上述した窒化物半導体活性層３５２及び上部ガイド層３５３は、下部ガイド層３５１とともに発光部３５に含まれている。窒化物半導体活性層３５２は、例えば井戸層と障壁層（図１中不図示）で構成されている。
以下、窒化物半導体レーザダイオード１を構成する各部について詳細に説明する。
ここで、図１に示すように、上述した窒化物半導体活性層３５２及び上部ガイド層３５３は、下部ガイド層３５１とともに発光部３５に含まれている。窒化物半導体活性層３５２は、例えば井戸層と障壁層（図１中不図示）で構成されている。
以下、窒化物半導体レーザダイオード１を構成する各部について詳細に説明する。
【0017】
＜組成傾斜層＞
組成傾斜層３４は、発光部３５の上部ガイド層３５３とｐ型半導体層３２との間に設けられている。
組成傾斜層３４は、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。これにより、電子とホールとが、上部ガイド層３５３と第二ＡｌＧａＮが直接接することで出来るエネルギーの溝（エネルギーポケット、詳しくは後述する）で消費されて上部ガイド層３５３のバンドギャップエネルギーに相当する発光が生じることを抑制し、窒化物半導体活性層３５２の井戸層へ電子と正孔を注入するキャリア注入効率の低下を抑制することができる。
組成傾斜層３４は、発光部３５の上部ガイド層３５３とｐ型半導体層３２との間に設けられている。
組成傾斜層３４は、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。これにより、電子とホールとが、上部ガイド層３５３と第二ＡｌＧａＮが直接接することで出来るエネルギーの溝（エネルギーポケット、詳しくは後述する）で消費されて上部ガイド層３５３のバンドギャップエネルギーに相当する発光が生じることを抑制し、窒化物半導体活性層３５２の井戸層へ電子と正孔を注入するキャリア注入効率の低下を抑制することができる。
【0018】
図３Ａ及び図３Ｂは、従来構造の窒化物半導体レーザダイオードにおける伝導帯及び価電子帯のエネルギー並びに電子及びホールの濃度を薄膜シミュレータソフトＳｉＬＥＮＳｅ（ＳＴＲ Ｊａｐａｎ株式会社製）を用いて計算した図である。薄膜シミュレーションソフトへ入力した従来構造は以下の通りである。なお、以下に示す組成におけるＡｌｘ→ｙとの記載は、層内の下層側から上層側に向けてＡｌの組成がｘからｙに徐々に変化した構成を示す。
ｐ型半導体側から以下の積層構造を形成している。図３Ａは電流密度６Ａ／ｃｍ２、電位差５．６Ｖでのバンド図、図３Ｂは電流密度２０ｋＡ／ｃｍ２、電位差５．８４Ｖでのバンド図を示している。
ｐ型半導体側から以下の積層構造を形成している。図３Ａは電流密度６Ａ／ｃｍ２、電位差５．６Ｖでのバンド図、図３Ｂは電流密度２０ｋＡ／ｃｍ２、電位差５．８４Ｖでのバンド図を示している。
【0019】
（従来構造）
第二窒化物半導体層（図３Ａ、図３Ｂ中不図示）：ＧａＮ、１０ｎｍ、Ｍｇドープ
ｐ型半導体層
第二ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％→０％、厚さ７５ｎｍ、Ｍｇドープ
第一ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比９０％→４５％、厚さ２６０ｎｍ、Ｍｇドープ
電子ブロック層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比９０％、厚さ３０ｎｍ、アンドープ
発光部
上部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
障壁層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
下部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
第一窒化物半導体層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比５５％、厚さ１０００ｎｍ、Ｓｉドープ
第二窒化物半導体層（図３Ａ、図３Ｂ中不図示）：ＧａＮ、１０ｎｍ、Ｍｇドープ
ｐ型半導体層
第二ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％→０％、厚さ７５ｎｍ、Ｍｇドープ
第一ＡｌＧａＮ領域：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比９０％→４５％、厚さ２６０ｎｍ、Ｍｇドープ
電子ブロック層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比９０％、厚さ３０ｎｍ、アンドープ
発光部
上部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
障壁層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
下部ガイド層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
第一窒化物半導体層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比５５％、厚さ１０００ｎｍ、Ｓｉドープ
【0020】
図３Ａは、低電流密度（６Ａ／ｃｍ２）の場合の模式図であり、図３Ｂは、高電流密度（２０ｋＡ／ｃｍ２）の場合の模式図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、従来構造の窒化物半導体レーザダイオードでは、電子ブロック層と発光部（上部ガイド層）との境界部分において、伝導帯のポテンシャルエネルギー（ｅＶ）が局所的に低くなる丸点線で囲ったエネルギーの溝（エネルギーポケット）が生じる。このようなエネルギーポケットには、電子及びホールが捕捉されて上部ガイド層で発光が生じる場合がある。高電流密度下では、ホールがこのエネルギーポケットに全ては補足されきれず、井戸層まで拡散して井戸層での発光が得られやすいが、低電流密度下ではエネルギーポケットに大多数のホールが補足される。このため、上部ガイド層での発光は、低電流密度下において特に生じやすい。
【0021】
一方、図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１における伝導帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギー並びに電子及びホールの濃度を薄膜シミュレータソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いて計算した図である。薄膜シミュレーションソフトへ入力した本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１の積層構造は以下の通りである。なお、以下の窒化物半導体レーザダイオード１の構造は、組成傾斜層３４のＡｌ組成比が傾斜している点で従来構造と相違している。
【0022】
（構造）
第二窒化物半導体層３３：ＧａＮ、１０ｎｍ、Ｍｇドープ
ｐ型半導体層３２
第二ＡｌＧａＮ領域３２２：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％→０％、厚さ７５ｎｍ、Ｍｇドープ
第一ＡｌＧａＮ領域３２１：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比９０％→４５％、厚さ２６０ｎｍ、Ｍｇドープ
組成傾斜層３４：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％→９０％、厚さ３０ｎｍ、アンドープ
発光部３５
上部ガイド層３５３：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
障壁層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
下部ガイド層３５１：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
第一窒化物半導体層３１：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比５５％、厚さ１０００ｎｍ、Ｓｉドープ
第二窒化物半導体層３３：ＧａＮ、１０ｎｍ、Ｍｇドープ
ｐ型半導体層３２
第二ＡｌＧａＮ領域３２２：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％→０％、厚さ７５ｎｍ、Ｍｇドープ
第一ＡｌＧａＮ領域３２１：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比９０％→４５％、厚さ２６０ｎｍ、Ｍｇドープ
組成傾斜層３４：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％→９０％、厚さ３０ｎｍ、アンドープ
発光部３５
上部ガイド層３５３：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
障壁層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ８ｎｍ、アンドープ
井戸層：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比３５％、厚さ４ｎｍ、アンドープ
下部ガイド層３５１：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比４５％、厚さ１５８ｎｍ、アンドープ
第一窒化物半導体層３１：ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成比５５％、厚さ１０００ｎｍ、Ｓｉドープ
【0023】
図４Ａは、低電流密度（６Ａ／ｃｍ２）の場合の模式図であり、図４Ｂは、高電流密度（２０ｋＡ／ｃｍ２）の場合の模式図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、窒化物半導体レーザダイオード１では、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比の調整により、エネルギーポケットがほとんど生じない。このため、低電流密度下及び高電流密度下のいずれにおいても、電子及びホールがエネルギーポケットに捕捉されて上部ガイド層３５３で発光が生じることを抑制し、井戸層での発光が得られやすくなる。つまり、キャリア注入効率が向上し、発光効率が向上する。
【0024】
組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比の膜厚に対する傾斜率は、図１４に示すように１％／ｎｍより大きく１５％／ｎｍより小さいことが好ましい。これにより、組成傾斜層３４と上部ガイド層３５３との境界に形成されるエネルギーポケットが浅くなり、ホールが組成傾斜層３４と上部ガイド層３５３との境界のエネルギーポケットに捕捉されて上部ガイド層３５３で発光が生じることを抑制することができる。かつ、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成の傾斜率がこの範囲内となることにより、内部量子効率（ＩＱＥ：Internal Quantum Efficiency）及び光閉じ込め効率係数Γが向上する。したがって、窒化物半導体レーザダイオード１の発光性能が全体的に向上する。
組成傾斜層３４におけるＡｌ組成の傾斜率は、内部量子効率ＩＱＥの向上を重視する場合には、１０％／ｎｍより大きく１５％／ｎｍより小さいことがより好ましい。また、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成の傾斜率は、上部ガイド層３５３における発光の抑制を重視する場合には、１％／ｎｍより大きく１０％／ｎｍより小さいことが好ましい。さらに光閉じ込め効率係数Γを高くするためには、傾斜率は１％／ｎｍより大きいことが好ましい。
組成傾斜層３４におけるＡｌ組成の傾斜率は、内部量子効率ＩＱＥの向上を重視する場合には、１０％／ｎｍより大きく１５％／ｎｍより小さいことがより好ましい。また、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成の傾斜率は、上部ガイド層３５３における発光の抑制を重視する場合には、１％／ｎｍより大きく１０％／ｎｍより小さいことが好ましい。さらに光閉じ込め効率係数Γを高くするためには、傾斜率は１％／ｎｍより大きいことが好ましい。
【0025】
より具体的に、組成傾斜層３４は、Ａｌｘ４Ｇａ（１－ｘ４）Ｎで形成されている。組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比ｘ４の平均は、上部ガイド層３５３におけるＡｌ組成ｘ９の平均よりも大きいことが好ましい。これにより、内部量子効率ＩＱＥが高くなる。このとき、当該界面における、上部ガイド層３５３のＡｌ組成比ｘ９と組成傾斜層３４のＡｌ組成比ｘ４との差は、０より大きく１より小さいことが好ましい。表４に示すように、組成傾斜層３４とｐ型半導体層との接面におけるＡｌ組成比の差が０より大きい場合、窒化物半導体レーザダイオード１の内部量子効率ＩＱＥが向上する。特に、Ａｌ組成比の差が０超０．２以下、より好ましくは０超０．１以下の範囲では、上述したエネルギーポケットが浅くなり、キャリア注入効率（ＣＩＥ：Carrier Implantation Efficiency）が向上するとともに、上部ガイド層３５３で発光が生じることを抑制することができる。
【0026】
組成傾斜層３４は、不純物ドーパントを混入していないことが好ましいが、混入していても良い。不純物が混入している場合には、Ｍｇが注入されていることが好ましい。Ｍｇは、例えば１×１０１８ｃｍ－３の不純物濃度で組成傾斜層３４に注入されている。これにより、組成傾斜層３４は、ｐ型化されてｐ型半導体に構成される。組成傾斜層３４にＭｇが添加されていない場合、組成傾斜層３４の導電性は低下するが、特にレーザダイオードにおいては吸収による内部ロスの増加を抑制することができるため、閾値電流密度Ｊｔｈを下げることが可能である。
【0027】
組成傾斜層３４は、電子をブロックする観点からはできるだけバリア高さが高いことが要求される。しかしながら、バリア高さを高くしすぎると、素子抵抗が高くなり、窒化物半導体レーザダイオード１の駆動電圧の増加、窒化物半導体レーザダイオード１を破壊しない範囲で到達し得る最大電流密度の低下を引き起こす。このため、組成傾斜層３４のＡｌ組成比は、上部ガイド層３５３のＡｌ組成比よりも０．３以上０．５５未満高いことが好ましい。組成傾斜層３４のＡｌ組成比が上部ガイド層３５３のＡｌ組成比よりも０．３以上高い場合、電子がｐ型半導体側へ電流リークする電子オーバーフローを抑制することが出来るため好適である。また組成傾斜層３４のＡｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比よりも０．５５未満高い場合、素子抵抗の増加が抑制される。
【0028】
組成傾斜層３４の厚さは、３ｎｍ超５０ｎｍ未満であることが好ましく、３ｎｍ超３０ｎｍ未満であることがより好ましく、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。組成傾斜層３４の厚さが３ｎｍ以上である場合、組成傾斜層３４と上部ガイド層３５３との境界のエネルギーポケットが浅くなり、ホールがエネルギーポケットに捕捉されにくくなる。このため、窒化物半導体レーザダイオード１において、上部ガイド層３５３で発光が生じることを抑制することができる。
また、組成傾斜層３４の厚さが５０ｎｍ以下の場合、窒化物半導体活性層３５２での光閉じ込め効率が向上する。また、組成傾斜層３４が厚い場合、電子が上部ガイド層３５３に発生し続けてキャリアが捕捉されるが、組成傾斜層３４が薄い場合、トンネル効果によりホールを窒化物半導体活性層３５２の井戸層まで運ぶことができるため、キャリアの捕捉を抑制することができるため好ましい。組成傾斜層３４が５０ｎｍより厚い場合、後述する図２０に示すように駆動電圧が増加する。例えば報告されているＵＶＢレーザダイオードやＵＶＣレーザダイオードの駆動電圧を考慮すると、２０Ｖ以下での駆動が好ましいため、膜厚は１２５ｎｍ以下が好ましいが、実用化を想定すると１０Ｖ以下での駆動がより好ましいため膜厚は５０ｎｍ以下が更に好ましい。
また、組成傾斜層３４の厚さが５０ｎｍ以下の場合、窒化物半導体活性層３５２での光閉じ込め効率が向上する。また、組成傾斜層３４が厚い場合、電子が上部ガイド層３５３に発生し続けてキャリアが捕捉されるが、組成傾斜層３４が薄い場合、トンネル効果によりホールを窒化物半導体活性層３５２の井戸層まで運ぶことができるため、キャリアの捕捉を抑制することができるため好ましい。組成傾斜層３４が５０ｎｍより厚い場合、後述する図２０に示すように駆動電圧が増加する。例えば報告されているＵＶＢレーザダイオードやＵＶＣレーザダイオードの駆動電圧を考慮すると、２０Ｖ以下での駆動が好ましいため、膜厚は１２５ｎｍ以下が好ましいが、実用化を想定すると１０Ｖ以下での駆動がより好ましいため膜厚は５０ｎｍ以下が更に好ましい。
【0029】
＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層３２は、ＡｌＧａＮで形成されている。ｐ型半導体層３２は、厚さ方向においてＡｌ組成比が一定のＡｌＧａＮで形成されていても良く、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されていてもよい。
このようなｐ型半導体層３２を有する窒化物半導体レーザダイオード１は、例えば紫外線Ｂ波を発光する紫外線レーザダイオードである。
ｐ型半導体層３２は、ＡｌＧａＮで形成されている。ｐ型半導体層３２は、厚さ方向においてＡｌ組成比が一定のＡｌＧａＮで形成されていても良く、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されていてもよい。
このようなｐ型半導体層３２を有する窒化物半導体レーザダイオード１は、例えば紫外線Ｂ波を発光する紫外線レーザダイオードである。
【0030】
より具体的に、ｐ型半導体層３２は、ＡｌｘＧａ（１－ｘ）Ｎで形成されており、ｐ型半導体層３２におけるＡｌ組成比ｘの平均は、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比ｘ４の平均よりも大きく、ｘ＞ｘ４であることが好ましい。また、ｐ型半導体層３２のＡｌ組成比ｘは、例えば０＜ｘ≦０．９であることが好ましい。すなわち、ｐ型半導体層３２のＡｌ組成比ｘは、厚さ方向において０以上０．９以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９からほぼ０まで変化してもよい。
【0031】
Ａｌ組成比ｘが傾斜している場合、Ａｌ組成比ｘは、ｐ型半導体層３２の厚さ方向全域において傾斜していてもよく、組成傾斜層３４との境界付近はＡｌ組成比が一定で、その上層部分からＡｌ組成比が減少する構成であっても良い。また、Ａｌ組成比ｘは、ｐ型半導体層３２の厚さ方向の途中において一旦Ａｌ組成比ｘが一定となる領域を有することでＡｌ組成比ｘが多段階で変化する構成であっても良い。
【0032】
ｐ型半導体層３２は、組成傾斜層３４との界面におけるｐ型半導体層３２のＡｌ組成比と組成傾斜層３４のＡｌ組成比との差が０より大きく１より小さいＡｌ組成比のＡｌＧａＮによって形成されることが好ましい。これにより、エネルギーポケットを浅く抑えつつ、かつ内部量子効率ＩＱＥを高く維持することが可能である。
【0033】
また、ｐ型半導体層３２は、第二窒化物半導体層３３側の面に突出部を備えていてもよい。この場合、ｐ型半導体層３２の組成傾斜層３４側から突出部の先端に向けてＡｌ組成比ｘが傾斜していてもよい。
さらに、ｐ型半導体層３２は、Ａｌ組成比の異なる複数の領域が積層された構成であっても良い。例えば、ｐ型半導体層３２は、上部ガイド層３５３上に形成された第一ＡｌＧａＮ領域３２１と、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた第二ＡｌＧａＮ領域３２２とを有していても良い。第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２とは、例えば平均のＡｌ組成比やＡｌ組成比の変化率が互いに異なる領域である。
さらに、ｐ型半導体層３２は、Ａｌ組成比の異なる複数の領域が積層された構成であっても良い。例えば、ｐ型半導体層３２は、上部ガイド層３５３上に形成された第一ＡｌＧａＮ領域３２１と、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた第二ＡｌＧａＮ領域３２２とを有していても良い。第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２とは、例えば平均のＡｌ組成比やＡｌ組成比の変化率が互いに異なる領域である。
【0034】
ここで、ｐ型半導体層３２におけるＡｌＧａＮのＡｌの組成比が０．２以上（すなわち２０％以上）である場合、Ｍｇを不純物としてドープしたｐ型半導体では、活性化エネルギーが大きくなるためｐ型化が困難である。例えば、ｐ－Ａｌ０．２Ｇａ０．８ＮにＭｇを２×１０２０ｃｍ－３ドープする場合、生成する正孔密度は４×１０１７ｃｍ－３と見積もられる。ｐ－Ａｌ０．４Ｇａ０．６ＮにＭｇをドープする場合、生成する正孔密度は９×１０１６ｃｍ－３と見積もられる。一般的に、ＡｌＧａＮを用いた縦型電動窒化物半導体素子（発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）など）の駆動には、導電性半導体のキャリア密度が最低でも１×１０１７ｃｍ－３必要である。このため、Ａｌ組成比が０．４以上のＡｌＧａＮを用いた縦型電動窒化物半導体素子は、Ｍｇを不純物としてドープしてもｐ型半導体を形成しにくく駆動が困難となる場合がある。
【0035】
本開示に係る窒化物半導体レーザダイオード１では、ｐ型半導体層３２におけるＡｌ組成比が０．３より大きい場合、Ａｌ組成を厚さ方向に傾斜させることで正孔を生成する分極ドーピングによってｐ型化しやすくなる。
一方、Ａｌ組成比０．２以下の領域では、Ｍｇを不純物としてドープすることで導電性のｐ型半導体を形成できるので、Ａｌ組成を傾斜させることによる分極ドーピングによってｐ型化させる効果が非常に小さい。
以上のように、ｐ型半導体層３２では、Ａｌ組成を傾斜させることで正孔を生成する分極ドーピングによるｐ型化の方法が好ましい。
この場合、分極ドーピングによる正孔の生成量を多くするために、ｐ型半導体層３２のＡｌ組成比（電子ブロック層を有する場合には電子ブロック層のＡｌ組成比も同様に）を、上部ガイド層３５３より少なくとも０．３以上高くする必要が生じる。
一方、Ａｌ組成比０．２以下の領域では、Ｍｇを不純物としてドープすることで導電性のｐ型半導体を形成できるので、Ａｌ組成を傾斜させることによる分極ドーピングによってｐ型化させる効果が非常に小さい。
以上のように、ｐ型半導体層３２では、Ａｌ組成を傾斜させることで正孔を生成する分極ドーピングによるｐ型化の方法が好ましい。
この場合、分極ドーピングによる正孔の生成量を多くするために、ｐ型半導体層３２のＡｌ組成比（電子ブロック層を有する場合には電子ブロック層のＡｌ組成比も同様に）を、上部ガイド層３５３より少なくとも０．３以上高くする必要が生じる。
【0036】
また、窒化物半導体レーザダイオード１は、波長３２０ｎｍ未満の紫外線を発光する素子であるため、窒化物半導体活性層３５２として用いるＡｌＧａＮのＡｌ組成比を０．３より大きくする必要が生じる。ここで、光を発光部３５に閉じ込めるためにｐ型半導体層３２のＡｌ組成比を上部ガイド層３５３のＡｌ組成比より高く形成する必要が生じる。そのため、ＡｌＧａＮで形成されたｐ型半導体層３２では、Ａｌ組成比が０．３より大きいＡｌ組成で組成を傾斜させる必要が生じる。
【0037】
ここで、薄膜成長装置を用いて、Ａｌ組成比の高いＡｌＧａＮからＡｌ組成比の低いＡｌＧａＮへ連続的に組成が傾斜するｐ型半導体層３２を形成する場合、ＩＩＩ族原料の比率以外の成長装置のパラメータ（温度、圧力、ＩＩＩ／Ｖ原料比率）を変化させながらｐ型半導体層３２を形成することは好ましくない。特に、Ｍｇの取り込み量は成長装置のパラメータに大きく依存するため、好ましくないパラメータを変化させた場合にはｐ型半導体層３２中のＭｇ取り込み量を制御することが極めて困難になる。そのため、この成長パラメータを一定に保ったままｐ型半導体層３２を形成するためには、ｐ型半導体層３２の上部ガイド層３５３と反対側のＡｌ組成比を０．３より大きくする必要がある。この場合、上部ガイド層３５３と接する側のＡｌ組成を必然的に上部ガイド層３５３のＡｌ組成より高くする必要がある。この観点から、正孔を多く生成するためには、上部ガイド層３５３とｐ型半導体層３２とのＡｌ組成差を０．３より高くすることが好ましい。
【0038】
例えばｐ型半導体層３２のＡｌ組成比が０．３より大きく、かつｐ型半導体層３２のＡｌ組成比の最大値が０．６以上の場合、ＩＩＩ族原料の比率以外の成長条件を変化させることなくＡｌ組成変化率が一定のｐ型半導体層３２を形成することが可能となる。
一方、ｐ型半導体層３２のＡｌ組成比が０．３より大きく、かつｐ型半導体層３２のＡｌ組成比の最大値が０．６未満の場合、Ａｌ組成の傾斜率が小さくなることから正孔の生成量が少なくなり、レーザダイオードとして十分な導電性が得られない場合がある。この場合、レーザダイオードの駆動電圧が高くなったり、あるいは電子オーバーフローが促進されてレーザ発光効率が低下する問題が生じる。
一方、ｐ型半導体層３２のＡｌ組成比が０．３より大きく、かつｐ型半導体層３２のＡｌ組成比の最大値が０．６未満の場合、Ａｌ組成の傾斜率が小さくなることから正孔の生成量が少なくなり、レーザダイオードとして十分な導電性が得られない場合がある。この場合、レーザダイオードの駆動電圧が高くなったり、あるいは電子オーバーフローが促進されてレーザ発光効率が低下する問題が生じる。
【0039】
本実施形態では、ｐ型半導体層３２がＡｌ組成比が異なる第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２とを備え、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面に突出部が設けられた構成について説明する。
以下、各層について詳細に説明する。
以下、各層について詳細に説明する。
【0040】
（第一ＡｌＧａＮ領域）
第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、ＡｌＧａＮで形成されている。また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、厚さ方向において一定のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮで形成されていても良く、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されていても良い。
より具体的に、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ａｌｘ１Ｇａ（１－ｘ１）Ｎで形成されている。第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌの組成比ｘ１は、例えば０．４５≦ｘ１≦０．９であることが好ましい。第一ＡｌＧａＮ領域３２１のＡｌ組成比ｘ１は、厚さ方向において０．４５以上０．９以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９から０．４５まで変化してもよい。
本実施形態においては、Ａｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９から０．４５まで減少する第一ＡｌＧａＮ領域３２１について説明する。
また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ｍｇを含んでいてもよい。
第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、ＡｌＧａＮで形成されている。また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、厚さ方向において一定のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮで形成されていても良く、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されていても良い。
より具体的に、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ａｌｘ１Ｇａ（１－ｘ１）Ｎで形成されている。第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌの組成比ｘ１は、例えば０．４５≦ｘ１≦０．９であることが好ましい。第一ＡｌＧａＮ領域３２１のＡｌ組成比ｘ１は、厚さ方向において０．４５以上０．９以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９から０．４５まで変化してもよい。
本実施形態においては、Ａｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９から０．４５まで減少する第一ＡｌＧａＮ領域３２１について説明する。
また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ｍｇを含んでいてもよい。
【0041】
第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、０ｎｍ超４００ｎｍ未満の厚さを有していることが好ましい。第一ＡｌＧａＮ領域３２１が４００ｎｍ未満の場合、第一ＡｌＧａＮ領域３２１の抵抗が低くなり、駆動電圧の増加による発熱量の増加を抑制して、窒化物半導体レーザダイオード１の破壊が生じにくくなる。
第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の厚さであることが好ましく、２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。第一ＡｌＧａＮ領域３２１の厚さは、例えば２６０ｎｍである。
第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の厚さであることが好ましく、２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満であることがさらに好ましい。第一ＡｌＧａＮ領域３２１の厚さは、例えば２６０ｎｍである。
【0042】
（第二ＡｌＧａＮ領域）
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、ＡｌＧａＮで形成されている。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、窒化物半導体活性層３５２とは反対側の表面に突出部を有していてもよい。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、厚さ方向においてＡｌ組成比が一定のＡｌＧａＮで形成されていても良く、突出部の先端に向かってＡｌ組成比が減少する構成となっていてもよい。
より具体的に、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、Ａｌｘ２Ｇａ（１－ｘ２）Ｎで形成されている。第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるＡｌの組成比ｘ２は、例えば０＜ｘ２≦０．４５であることが好ましい。すなわち、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌ組成比ｘ２は、厚さ方向において０超０．４５以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．４５からほぼ０まで変化してもよい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部の先端に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成された場合、第二窒化物半導体層３３を構成するＡｌＧａＮとの障壁を顕著に低下させることができる。このため、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３との間の抵抗をより低下させるとともに、ショットキー障壁が低減し、キャリア注入効率がより向上する。
本実施形態においては、Ａｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．４５からほぼ０まで減少する第二ＡｌＧａＮ領域３２２について説明する。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、ＡｌＧａＮで形成されている。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、窒化物半導体活性層３５２とは反対側の表面に突出部を有していてもよい。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、厚さ方向においてＡｌ組成比が一定のＡｌＧａＮで形成されていても良く、突出部の先端に向かってＡｌ組成比が減少する構成となっていてもよい。
より具体的に、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、Ａｌｘ２Ｇａ（１－ｘ２）Ｎで形成されている。第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるＡｌの組成比ｘ２は、例えば０＜ｘ２≦０．４５であることが好ましい。すなわち、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌ組成比ｘ２は、厚さ方向において０超０．４５以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．４５からほぼ０まで変化してもよい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部の先端に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成された場合、第二窒化物半導体層３３を構成するＡｌＧａＮとの障壁を顕著に低下させることができる。このため、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３との間の抵抗をより低下させるとともに、ショットキー障壁が低減し、キャリア注入効率がより向上する。
本実施形態においては、Ａｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．４５からほぼ０まで減少する第二ＡｌＧａＮ領域３２２について説明する。
【0043】
第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも平均のＡｌ組成比が低くなるように形成されることが好ましい。これにより、ｐ型半導体層３２におけるキャリアの導電性、具体的には第一電極１４から第二窒化物半導体層３３、第二ＡｌＧａＮ領域３２２、第一ＡｌＧａＮ領域３２１を介して発光部３５へキャリア（電子・ホール）を運搬する効率が向上し、発光効率の高いレーザダイオードを実現できる。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、突出部の先端に向かう方向のＡｌ組成比ｘ２の変化率が、第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１の変化率よりも大きくなっていることが好ましい。これにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２から第一ＡｌＧａＮ領域３２１へ効率的に電流を流すことが可能となる。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が複数層で形成されている場合には、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の複数層のうち一層のＡｌ組成比ｘ２の変化率が第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１の変化率よりも大きくなっていればよい。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、突出部の先端に向かう方向のＡｌ組成比ｘ２の変化率が、第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１の変化率よりも大きくなっていることが好ましい。これにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２から第一ＡｌＧａＮ領域３２１へ効率的に電流を流すことが可能となる。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が複数層で形成されている場合には、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の複数層のうち一層のＡｌ組成比ｘ２の変化率が第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１の変化率よりも大きくなっていればよい。
【0044】
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、領域の厚さ方向において連続的にＡｌ組成比ｘ２が変化していることが好ましい。このとき、Ａｌ組成比ｘ２の傾斜率（すなわち変化率）は一定であっても良く、連続的に変化していても良い。
なお、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２の双方で連続的にＡｌ組成比が変化することがより好ましい。ここで、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２の双方でＡｌ組成が連続的に変化とは、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２が接触する界面のＡｌ組成比が一致していることをいう。また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２が接触する界面のＡｌ組成比は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１のＡｌ組成比ｘ１の膜厚に対するグラフの回帰直線と、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌ組成比ｘ２の膜厚に対するグラフの回帰直線との交点におけるＡｌ組成比をいう。
なお、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２の双方で連続的にＡｌ組成比が変化することがより好ましい。ここで、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２の双方でＡｌ組成が連続的に変化とは、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２が接触する界面のＡｌ組成比が一致していることをいう。また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２が接触する界面のＡｌ組成比は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１のＡｌ組成比ｘ１の膜厚に対するグラフの回帰直線と、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌ組成比ｘ２の膜厚に対するグラフの回帰直線との交点におけるＡｌ組成比をいう。
【0045】
第二ＡｌＧａＮ領域３２２を構成するＡｌＧａＮは、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、又はＣ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、ＺｎもしくはＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２を構成するＡｌＧａＮは、ｎ型半導体のドーパントとしてＳｉ、ｐ型半導体のドーパントとしてＭｇを含んでいても良い。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、連続的にＡｌ組成比ｘ２が減少する領域であり、＋ｃ面成長の際には分極により第二ＡｌＧａＮ領域３２２中に正孔が発生する。この場合、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、ドーパントとしてＭｇを含んでいても良い。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、－ｃ面成長の際には分極により第二ＡｌＧａＮ領域３２２中に電子が発生する。この場合、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、ドーパントとしてＳｉを含んでいても良い。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２を構成するＡｌＧａＮは、ｎ型半導体のドーパントとしてＳｉ、ｐ型半導体のドーパントとしてＭｇを含んでいても良い。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、連続的にＡｌ組成比ｘ２が減少する領域であり、＋ｃ面成長の際には分極により第二ＡｌＧａＮ領域３２２中に正孔が発生する。この場合、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、ドーパントとしてＭｇを含んでいても良い。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、－ｃ面成長の際には分極により第二ＡｌＧａＮ領域３２２中に電子が発生する。この場合、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、ドーパントとしてＳｉを含んでいても良い。
【0046】
第二ＡｌＧａＮ領域は、ドーパントとしてのＳｉ、Ｍｇを含まないアンドープ層であっても良い。第二ＡｌＧａＮ領域３２２をアンドープ層とすることにより、不純物起因の光の吸収を抑制することができ、レーザダイオードにおいて内部損失を低減することが可能である。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と直接接していてもよい。また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間に例えば組成が一定のＡｌＮとＧａＮの混晶であるＡｌＧａＮ層を含んでいても良い。
【0047】
第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有することにより、電流密度を向上させる効果がある。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有することにより、ショットキー成分の低減や、キャリア注入効率の向上を図ることができる。
例えば第二窒化物半導体層３３がＧａＮで形成されている場合等、被覆層である第二窒化物半導体層３３からｐ型半導体層３２（第二ＡｌＧａＮ領域３２２）へのホール注入が難しい場合がある。しかしながら、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有していることにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３との接触面積を大きくすることができ、直列抵抗及び疑似エネルギー障壁を低減させることができる。このため、ショットキー成分の低減や、キャリア注入効率の向上を図ることができる。
例えば第二窒化物半導体層３３がＧａＮで形成されている場合等、被覆層である第二窒化物半導体層３３からｐ型半導体層３２（第二ＡｌＧａＮ領域３２２）へのホール注入が難しい場合がある。しかしながら、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有していることにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３との接触面積を大きくすることができ、直列抵抗及び疑似エネルギー障壁を低減させることができる。このため、ショットキー成分の低減や、キャリア注入効率の向上を図ることができる。
【0048】
特に、突出部の高さが高くなると、突出部側面と第二窒化物半導体層３３との接触が大きくなる。このため、突出部の側面において、Ａｌ組成の局所的なムラが大きくなる。つまり、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面や突出部の側面から電流が流れやすい点ができやすくなる。このため、第二窒化物半導体層３３と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間で電流が流れやすくなる。突出部が設けられていない第二ＡｌＧａＮ領域では、第二窒化物半導体層３３側の面が均一となりＡｌ組成のムラが小さくなるため、電流が流れやすいミクロな局所点が少なくなる。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有していることにより、歪みが緩和し、第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるクラックの発生が抑制される。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部を有していることにより、歪みが緩和し、第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるクラックの発生が抑制される。
【0049】
また、突出部は、錐台形状であることが好ましい。突出部を構成する窒化物は六方晶であることから、第二ＡｌＧａＮ領域３２２上に結晶成長にて突出部を形成する際、平面形状が略六角形状の結晶が成長する。突出部は、例えば六角錐台形状等の錐台形状となっていることにより、突出部先端において電流が集中することを抑制できる。このため、突出部の頂部に電流が集中することによる突出部の破壊が生じにくくなる。このため、例えば、錐形状の突出部を有する場合に生じる、突出部の頂点に電流が集中し、突出部の頂点が破壊されやすくなることを抑制することができる。
【0050】
突出部は、７ｎｍ以上の高さを有することが好ましく、５０ｎｍ以上の高さを有することがより好ましい。突出部の高さが７ｎｍ以上の場合、紫外光を発光するレーザダイオードの発振に要する十分な電流密度が得られるとともに、電流密度が高くなるためである。
【0051】
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、０ｎｍ超１３０ｎｍ未満の厚さを有している。ここで、本開示において、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の厚さは、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第一ＡｌＧａＮ領域３２１との境界から、突出部を除いた第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面までの厚さをいう。第二ＡｌＧａＮ領域３２２の厚さが１３０ｎｍ未満の場合、窒化物半導体レーザダイオード１が好適に発振するため好ましい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、例えば３０ｎｍの厚さに形成される。
【0052】
第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、例えば、有機気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）を用いて、薄膜成長により形成する。ｐ型半導体層３２は、原料ガスであるＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量を連続的に増加させ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量を連続的に減少させながら、アンモニアガスを同時に流してＡｌＧａＮを成長させる。これにより、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が変化したｐ型半導体層３２を作製することができる。この際、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）をアンモニアガスと同時に流すことで、不純物としてＡｌＧａＮ中にＭｇを添加することができる。
【0053】
＜発光部＞
発光部３５は、窒化物半導体活性層３５２と、窒化物半導体活性層３５２の一方の面に設けられた下部ガイド層３５１と、窒化物半導体活性層３５２の他方の面に設けられた上部ガイド層３５３とを備えている。下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１と窒化物半導体活性層３５２との間に設けられている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２とｐ型半導体層３２との間に設けられている。
発光部３５は、窒化物半導体活性層３５２と、窒化物半導体活性層３５２の一方の面に設けられた下部ガイド層３５１と、窒化物半導体活性層３５２の他方の面に設けられた上部ガイド層３５３とを備えている。下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１と窒化物半導体活性層３５２との間に設けられている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２とｐ型半導体層３２との間に設けられている。
【0054】
（下部ガイド層）
下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２の上に形成されている。下部ガイド層３５１は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二積層部３１２と屈折率差を設けている。下部ガイド層３５１は、例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶により形成されている。下部ガイド層３５１は、具体的には、Ａｌｘ７Ｇａ（１－ｘ７）Ｎ（０＜ｘ７＜１）により形成される。
また、下部ガイド層３５１を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２の上に形成されている。下部ガイド層３５１は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二積層部３１２と屈折率差を設けている。下部ガイド層３５１は、例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶により形成されている。下部ガイド層３５１は、具体的には、Ａｌｘ７Ｇａ（１－ｘ７）Ｎ（０＜ｘ７＜１）により形成される。
また、下部ガイド層３５１を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
【0055】
下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７は、断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤ
Ｘ）により特定することが出来る。Ａｌ組成比ｘ７は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７は、第二積層部３１２のＡｌ組成比ｘ６よりも小さくてもよい。これにより、下部ガイド層３５１は、第二積層部３１２よりも屈折率が大きくなり、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めることが可能となる。
Ｘ）により特定することが出来る。Ａｌ組成比ｘ７は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７は、第二積層部３１２のＡｌ組成比ｘ６よりも小さくてもよい。これにより、下部ガイド層３５１は、第二積層部３１２よりも屈折率が大きくなり、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めることが可能となる。
【0056】
下部ガイド層３５１はｎ型半導体であり、ＡｌＧａＮに対してドーパントであるＳｉが１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされることで、下部ガイド層３５１がｎ型化する。下部ガイド層３５１は、ドーパントとしてのＳｉを含まないアンドープ層でもよい。
【0057】
（窒化物半導体活性層）
窒化物半導体活性層３５２は、窒化物半導体レーザダイオード１の発光が得られる発光層である。
窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成される。より具体的に、窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌｘ８Ｇａ（１－ｘ８）Ｎ（０．３＜ｘ８≦１）で形成される。これは、窒化物半導体活性層３５２におけるＡｌＧａＮのＡｌ組成比ｘ８が０．３より大きい場合、窒化物半導体活性層３５２以外の層（上部ガイド層３５３）で不要な発光が生じやすくなるという、本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１特有の課題を有することに起因する。すなわち、短波長（ＵＶＢ領域）の光を発光する窒化物半導体レーザダイオード１では、このような特有の課題を有するＡｌ組成を有する構成において、組成傾斜層によりこの不要な発光が抑制できる効果が向上する。
窒化物半導体活性層３５２は、窒化物半導体レーザダイオード１の発光が得られる発光層である。
窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成される。より具体的に、窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌｘ８Ｇａ（１－ｘ８）Ｎ（０．３＜ｘ８≦１）で形成される。これは、窒化物半導体活性層３５２におけるＡｌＧａＮのＡｌ組成比ｘ８が０．３より大きい場合、窒化物半導体活性層３５２以外の層（上部ガイド層３５３）で不要な発光が生じやすくなるという、本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１特有の課題を有することに起因する。すなわち、短波長（ＵＶＢ領域）の光を発光する窒化物半導体レーザダイオード１では、このような特有の課題を有するＡｌ組成を有する構成において、組成傾斜層によりこの不要な発光が抑制できる効果が向上する。
【0058】
ＵＶＢ領域の発光を得ることができる一般的な窒化物半導体レーザダイオードでは、活性層、上部ガイド層およびｐ型半導体層や、電子ブロック層を有する場合には電子ブロック層にもＡｌＧａＮを用いている。一方、可視領域の発光を得ることができるレーザダイオードでは、例えば活性層と上部ガイド層にＧａＩｎＮを用い、電子ブロック層あるいはｐ型半導体層や、電子ブロック層を有する場合には電子ブロック層にもＧａＮ又はＡｌＧａＮを用いている。このような場合、図５に示すように、いずれのレーザダイオードにおいても、上部ガイドにおけるＡｌ組成比とｐ型半導体層におけるＡｌ組成比との組成差が大きくなるほど、上部ガイドとｐ型半導体層との間に形成されるエネルギーポケットの深さが深くなる。
【0059】
ここで、図５では、ＡｌＧａＮ材料を用いた際のエネルギーポケットの深さを「○」、ＡｌＧａＩｎ可視領域の発光を得ることができるレーザダイオードのエネルギーポケットの深さを「△」で示している。図５に示すように、同じＡｌ組成差の場合、ＵＶＢ領域の発光を得ることができるＡｌＧａＮの窒化物半導体レーザダイオードでは、可視光を発光するＡｌＧａＩｎのレーザダイオードと比較してエネルギーポケットの深さが深くなる傾向にある。また、ＵＶＢ領域の発光を得ることができる窒化物半導体レーザダイオードでは、ｐ型半導体として活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が小さくなるＡｌＧａＮ層を用いることがある。この層により、上部ガイドにおけるＡｌ組成比とｐ型半導体層におけるＡｌ組成比との組成差が大きくなりやすい（例えば組成差が０．３より大きい）傾向にある。
このため、ＵＶＢ領域の発光を得ることができる窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層とｐ型半導体層との間に形成されるエネルギーポケットが深くなり、この溝にキャリアが補足されやすくなっていると考えられる。
このため、ＵＶＢ領域の発光を得ることができる窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層とｐ型半導体層との間に形成されるエネルギーポケットが深くなり、この溝にキャリアが補足されやすくなっていると考えられる。
【0060】
つまり、窒化物半導体レーザダイオード１では、窒化物半導体活性層３５２においてＡｌＧａＮのＡｌ組成比ｘ８を０．３より大きくすることによって、ＵＶＢ領域の発光を得る場合が多いものの、ＵＶＢ領域の発光を得るために窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比を０．３より大きくした場合は特に窒化物半導体活性層３５２へのキャリア注入効率が低下しやすい傾向にある。しかしながら、本実施形態で説明する組成傾斜層（上部ガイド層３５３及び組成傾斜層３４）を備えることにより、窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比を０．３より大きい場合であっても窒化物半導体レーザダイオード１の発光効率の維持効果が顕著に高くなる。窒化物半導体活性層３５２におけるＡｌ組成比ｘ８は、下部ガイド層３５１のＡｌ組成比ｘ７よりも小さいことが好ましい。これにより、第一電極１４及び第二電極１５から注入したキャリアを効率よく発光部３５に閉じ込めることができる。
窒化物半導体活性層３５２は、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
窒化物半導体活性層３５２は、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
【0061】
窒化物半導体活性層３５２がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対してドーパントであるＳｉが１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされることで、窒化物半導体活性層３５２がｎ型化する。窒化物半導体活性層３５２がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対してドーパントであるＭｇが３×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされることで、窒化物半導体活性層３５２がｐ型化する。窒化物半導体活性層３５２は、ドーパントとしてのＳｉ、Ｍｇを含まないアンドープ層でもよい。
【0062】
窒化物半導体活性層３５２は、井戸層と、井戸層に隣接して設けられた障壁層とを有する（図３参照）。窒化物半導体活性層３５２は、井戸層と障壁層とが１つずつ交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有していてもよい。窒化物半導体レーザダイオード１は、単一井戸構造の窒化物半導体活性層３５２を有することにより、１つの井戸層内のキャリア密度を増加させることができる。一方、窒化物半導体活性層３５２は、例えば「井戸層／障壁層／井戸層」という二重量子井戸構造、又は三重以上の量子井戸構造を有していても良い。窒化物半導体レーザダイオード１は、多重量子井戸構造の窒化物半導体活性層３５２を有することにより、窒化物半導体活性層３５２の発光効率や発光強度の向上を図ることができる。二重量子井戸構造の場合、井戸層の厚さは例えば４ｎｍであってよく、障壁層の厚さは例えば８ｎｍであってよく、窒化物半導体活性層３５２の厚さは１６ｎｍであってもよい。
【0063】
井戸層のＡｌ組成比は、下部ガイド層３５１及び上部ガイド層３５３のそれぞれのＡｌ組成比よりも小さい。また、井戸層のＡｌ組成比は、障壁層のＡｌ組成比よりも小さい。また、障壁層のＡｌ組成比は、下部ガイド層３５１及び上部ガイド層３５３のそれぞれのＡｌ組成比と同一であってもよく、異なっていても良い。なお、井戸層及び障壁層の平均のＡｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２全体のＡｌ組成比となる。
井戸層及び障壁層のＡｌ組成比は断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）により特定することが出来る。Ａｌ組成比は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。
井戸層及び障壁層のＡｌ組成比は断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）により特定することが出来る。Ａｌ組成比は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。
【0064】
（上部ガイド層）
上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２の上に形成されている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二窒化物半導体層３３と屈折率差を設けている。上部ガイド層３５３は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成されている。上部ガイド層３５３は、具体的には、Ａｌｘ９Ｇａ（１－ｘ９）Ｎ（０≦ｘ９≦１）により形成される。
また、上部ガイド層３５３を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２の上に形成されている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二窒化物半導体層３３と屈折率差を設けている。上部ガイド層３５３は、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、及びその混晶により形成されている。上部ガイド層３５３は、具体的には、Ａｌｘ９Ｇａ（１－ｘ９）Ｎ（０≦ｘ９≦１）により形成される。
また、上部ガイド層３５３を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
【0065】
上部ガイド層３５３のＡｌ組成比ｘ９は、断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ）により特定することができる。Ａｌ組成比ｘ９は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。上部ガイド層３５３のＡｌ組成比ｘ９は、井戸層のＡｌ組成比よりも大きくてもよい。これにより、窒化物半導体活性層３５２へキャリアを閉じ込めることが可能となる。
【0066】
上部ガイド層３５３は、ｎ型半導体又はｐ型半導体のいずれであってもよい。上部ガイド層３５３がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされることで、上部ガイド層３５３がｎ型化する。上部ガイド層３５３がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＭｇが３×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされることで、上部ガイド層３５３がｐ型化する。上部ガイド層３５３は、アンドープ層でもよい。
【0067】
上部ガイド層３５３の厚さは、１０ｎｍより大きく５００ｎｍより小さいことが好ましい。上部ガイド層３５３をこの厚さ範囲で形成することにより、光閉じ込め効率係数を向上させて、より発振閾値の低いレーザダイオードを実現することができる。
【0068】
＜リッジ部半導体層＞
リッジ部半導体層１７は、ｐ型半導体層３２の一部を含んで形成されている。リッジ部半導体層１７は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１に形成された突出領域３２１ａと、突出部を含む第二ＡｌＧａＮ領域３２２と、第二窒化物半導体層３３とを有している。リッジ部半導体層１７が第一ＡｌＧａＮ領域３２１の一部に形成されることにより、第一電極１４から注入されるキャリア（正孔）がリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制される。これにより、窒化物半導体活性層３５２での発光が、リッジ部半導体層１７の下方に位置する領域（すなわち第一ＡｌＧａＮ領域３２１の突出領域３２１ａの下方に位置する領域）に制御される。その結果、窒化物半導体レーザダイオード１は、高電流密度を実現し、レーザ発振の閾値を低減させることが可能になる。
リッジ部半導体層１７は、ｐ型半導体層３２の一部を含んで形成されている。リッジ部半導体層１７は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１に形成された突出領域３２１ａと、突出部を含む第二ＡｌＧａＮ領域３２２と、第二窒化物半導体層３３とを有している。リッジ部半導体層１７が第一ＡｌＧａＮ領域３２１の一部に形成されることにより、第一電極１４から注入されるキャリア（正孔）がリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制される。これにより、窒化物半導体活性層３５２での発光が、リッジ部半導体層１７の下方に位置する領域（すなわち第一ＡｌＧａＮ領域３２１の突出領域３２１ａの下方に位置する領域）に制御される。その結果、窒化物半導体レーザダイオード１は、高電流密度を実現し、レーザ発振の閾値を低減させることが可能になる。
【0069】
リッジ部半導体層１７の役割は、上述したように、電流の集中と基板１１の水平方向の光の閉じ込めである。このため、リッジ部半導体層１７は、必ずしも第一ＡｌＧａＮ領域３２１の一部のみに形成される必要はない。リッジ部半導体層１７は、発光部３５を含んでいてもよく、第一ＡｌＧａＮ領域３２１全体を含んでいてもよい。さらに、リッジ部半導体層１７が存在しなくても良い。なお、リッジ部半導体層１７が存在しない場合には、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と同じ面積で形成される。また、第一電極１４（詳細は後述）は、電流注入量を抑制するために、幅と長さを適切な大きさに設計すれば良い。
【0070】
上述したように、リッジ部半導体層１７は、第二電極１５側に偏らせて配置されていている。リッジ部半導体層１７が第二電極１５に近付くことによって、窒化物半導体レーザダイオード１中を流れる電流経路が短くなるので、窒化物半導体レーザダイオード１中に形成される電流経路の抵抗値を下げることができる。これにより、窒化物半導体レーザダイオード１の駆動電圧を低くすることができる。しかしながら、突出領域３２１ａ及びリッジ部半導体層１７は、リソグラフィの再現性の観点から１μｍ以上メサ端（第一ＡｌＧａＮ領域３２１の突出領域３２１ａを除く領域の端部）より離れていることが好ましい。突出領域３２１ａ及びリッジ部半導体層１７は、中央に配置されている側に片寄らせて形成されていてもよい。
【0071】
＜基板＞
基板１１は、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。基板１１は、上層薄膜を支持し、結晶性を向上させ、さらに外部へ放熱する機能を有する。そのため、基板１１としては、ＡｌＧａＮを高品質で成長させることができ、熱伝導率の高いＡｌＮ基板を用いることが好ましい。基板の成長面は一般的に用いられる＋ｃ面ＡｌＮが低コストなため良いが、－ｃ面ＡｌＮであっても、半極性面基板であっても、非極性面基板であっても良い。分極ドーピングの効果を大きくする観点からは、＋ｃ面ＡｌＮが好ましい。
基板１１は、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。基板１１は、上層薄膜を支持し、結晶性を向上させ、さらに外部へ放熱する機能を有する。そのため、基板１１としては、ＡｌＧａＮを高品質で成長させることができ、熱伝導率の高いＡｌＮ基板を用いることが好ましい。基板の成長面は一般的に用いられる＋ｃ面ＡｌＮが低コストなため良いが、－ｃ面ＡｌＮであっても、半極性面基板であっても、非極性面基板であっても良い。分極ドーピングの効果を大きくする観点からは、＋ｃ面ＡｌＮが好ましい。
【0072】
基板１１は、薄板の四角形状を有していることが組立上好ましいが、このような構成に限らない。また、基板１１のオフ角は高品質の結晶を成長させる観点から０度より大きく２度より小さいことが好ましい。
基板１１の厚さは、上層にＡｌＧａＮ層を積層させる目的であるならば特に制限されないが、５０μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。また、基板１１の結晶品質には特に制限はないが、貫通転位密度が１×１０９ｃｍ－２以下であることが好ましく、１×１０８ｃｍ－２以下であることがより好ましい。これにより、基板１１の上方に、高い発光効率を有する薄膜素子を形成することができる。
基板１１の厚さは、上層にＡｌＧａＮ層を積層させる目的であるならば特に制限されないが、５０μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。また、基板１１の結晶品質には特に制限はないが、貫通転位密度が１×１０９ｃｍ－２以下であることが好ましく、１×１０８ｃｍ－２以下であることがより好ましい。これにより、基板１１の上方に、高い発光効率を有する薄膜素子を形成することができる。
【0073】
＜ＡｌＮ層＞
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れて、基板１１の全面に形成されている。本開示において、窒化物半導体レーザダイオード１がＡｌＮ層３０を有することにより、ｐ型半導体層３２の第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面に突出部が形成されやすくなる。すなわち、ＡｌＮ層３０は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面に突出部を形成するための下地層としても機能する。
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１との間の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をＡｌＮ層３０上に成長させることができる。また、ＡｌＮ層３０は、圧縮応力下で第一窒化物半導体層３１を成長させることができ、第一窒化物半導体層３１にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板１１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、欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層３０を介して基板１１の上方に成長できる。
ＡｌＮ層３０には、Ｃ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物が混入されていてもよい。
基板１１の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮ層３０と基板１１とが同一材料で形成されることから、ＡｌＮ層３０と基板１１との境界が不明確となる。本実施形態では、基板１１がＡｌＮで形成されている場合には、基板１１が基板１１とＡｌＮ層３０とを構成しているものと見做す。
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れて、基板１１の全面に形成されている。本開示において、窒化物半導体レーザダイオード１がＡｌＮ層３０を有することにより、ｐ型半導体層３２の第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面に突出部が形成されやすくなる。すなわち、ＡｌＮ層３０は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面に突出部を形成するための下地層としても機能する。
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１との間の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をＡｌＮ層３０上に成長させることができる。また、ＡｌＮ層３０は、圧縮応力下で第一窒化物半導体層３１を成長させることができ、第一窒化物半導体層３１にクラックの発生を抑制することができる。このため、基板１１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、欠陥の少ない窒化物半導体層をＡｌＮ層３０を介して基板１１の上方に成長できる。
ＡｌＮ層３０には、Ｃ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物が混入されていてもよい。
基板１１の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮ層３０と基板１１とが同一材料で形成されることから、ＡｌＮ層３０と基板１１との境界が不明確となる。本実施形態では、基板１１がＡｌＮで形成されている場合には、基板１１が基板１１とＡｌＮ層３０とを構成しているものと見做す。
【0074】
ＡｌＮ層３０は、例えば数μｍ（例えば１．６μｍ）の厚さを有しているが、この値には限らない。具体的には、ＡｌＮ層３０の厚さは、１０ｎｍより厚く１０μｍより薄いことが好ましい。ＡｌＮ層３０の厚さが１０ｎｍより厚い場合、ＡｌＮの結晶性が高くなる。また、ＡｌＮ層３０の厚さが１０μｍより薄い場合、ウェハ全面に結晶成長により形成されたＡｌＮ層３０にクラックが発生しにくくなる。また、ＡｌＮ層３０は、５０ｎｍより厚く５μｍより薄いことがより好ましい。ＡｌＮ層３０の厚さが５０ｎｍより厚い場合、結晶性の高いＡｌＮを再現良く作製することができる。また、ＡｌＮ層３０の厚さが５μｍより薄い場合、ＡｌＮ層３０のクラックがより発生しにくくなる。
【0075】
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１よりも薄く形成されているが、これに限らない。ＡｌＮ層３０が第一窒化物半導体層３１よりも薄い場合、クラックが生じない範囲で第一窒化物半導体層３１を厚くすることができる。この場合、第一窒化物半導体層３１の薄膜積層の水平方向の抵抗が低減され、低電圧駆動の窒化物半導体レーザダイオード１を実現することができる。窒化物半導体レーザダイオード１の低電圧駆動が実現すると、発熱による高電流密度駆動下での破壊をより抑制することが可能となる。
なお、ＡｌＮ層３０は必ずしも設けられていなくても良い。例えば、基板１１上に第一窒化物半導体層３１、発光部３５、組成傾斜層３４及びｐ型半導体層３２を順に形成しても、ｐ型半導体層３２に突出部を形成することができる。
なお、ＡｌＮ層３０は必ずしも設けられていなくても良い。例えば、基板１１上に第一窒化物半導体層３１、発光部３５、組成傾斜層３４及びｐ型半導体層３２を順に形成しても、ｐ型半導体層３２に突出部を形成することができる。
【0076】
＜第一窒化物半導体層＞
第一窒化物半導体層３１は、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５のｐ型半導体層３２とは反対側の面に設けられた層である。第一窒化物半導体層３１は、基板１１の上方に配置された第一積層部３１１と、第一積層部３１１上に積層された第二積層部３１２とを有している。第二積層部３１２は、第二積層部３１２表面の一部に形成された突出領域３１２ａを有している。第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの一部に配置されている。このため、第一積層部３１１の上面３１１ａには、第二積層部３１２が形成されていない領域と、第二積層部３１２が形成されている領域とが存在する。第一積層部３１１の上面３１１ａのうち、第二積層部３１２が形成されていない領域には、第一積層部３１１と接続する第二電極１５が設けられている。
なお、第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの全面に積層されていてもよい。
第一窒化物半導体層３１は、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５のｐ型半導体層３２とは反対側の面に設けられた層である。第一窒化物半導体層３１は、基板１１の上方に配置された第一積層部３１１と、第一積層部３１１上に積層された第二積層部３１２とを有している。第二積層部３１２は、第二積層部３１２表面の一部に形成された突出領域３１２ａを有している。第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの一部に配置されている。このため、第一積層部３１１の上面３１１ａには、第二積層部３１２が形成されていない領域と、第二積層部３１２が形成されている領域とが存在する。第一積層部３１１の上面３１１ａのうち、第二積層部３１２が形成されていない領域には、第一積層部３１１と接続する第二電極１５が設けられている。
なお、第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの全面に積層されていてもよい。
【0077】
第一積層部３１１及び第二積層部３１２は、いずれもＡｌＧａＮで形成されている。第一積層部３１１及び第二積層部３１２のそれぞれのＡｌ組成比は、同一であっても良く、異なっていても良い。第一窒化物半導体層３１のＡｌ組成比は、断面構造のエネルギー分散型Ｘ線解析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray spectroscopy）により特定することができる。第一窒化物半導体層３１の断面は、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）装置を用いてＡｌＧａＮのａ面に沿う断面を露出させることで、観察することができる。断面の観察方法としては、透過型電子顕微鏡を用いる。観察する倍率は、測定する層の厚さに応じて変化させ、異なる厚さの第一窒化物半導体層３１のスケールバーが互いに同程度となるように倍率を設定することが好ましい。例えば、厚さ１００ｎｍの第一窒化物半導体層３１を観察する場合の倍率は、１０００００倍程度とすることが好ましい。また、厚さ１００ｎｍの第一窒化物半導体層３１を観察する際の倍率を１０００００倍程度とした場合、厚さ１μｍの第一窒化物半導体層３１は、倍率１００００倍程度で観察することが好ましい。これにより、異なる厚さの第一窒化物半導体層３１を同程度のスケールで観察することができる。
【0078】
Ａｌ組成比は、ＡｌとＧａのモル数の和に対するＡｌのモル数の比率と定義でき、具体的にはＥＤＸから分析及び定量されたＡｌ、Ｇａのモル数の値を用いて定義することができる。
第一積層部３１１は、例えばＡｌｘ５Ｇａ（１－ｘ５）Ｎ（０＜ｘ５＜１）で形成され
ている。第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮに、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ以外の例えばＢやＩｎを含んでいてもよいが、ＢやＩｎを含む箇所において欠陥の形成や耐久性の変化が生じるため、Ａｌ、Ｇａ以外のＩＩＩ族元素を含まないことが好ましい。
また、第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が含まれていてもよい。
第一積層部３１１は、例えばＡｌｘ５Ｇａ（１－ｘ５）Ｎ（０＜ｘ５＜１）で形成され
ている。第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮに、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ以外の例えばＢやＩｎを含んでいてもよいが、ＢやＩｎを含む箇所において欠陥の形成や耐久性の変化が生じるため、Ａｌ、Ｇａ以外のＩＩＩ族元素を含まないことが好ましい。
また、第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が含まれていてもよい。
【0079】
第二積層部３１２は、例えばＡｌｘ６Ｇａ（１－ｘ６）Ｎ（０≦ｘ６≦１）で形成されている。第二積層部３１２を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比ｘ６は、第一積層部３１１の上面３１１ａにおけるＡｌ組成比ｘ５と同じであってもよく、小さくてもよい。これにより、第一積層部３１１と第二積層部３１２との積層界面での欠陥の発生を抑制することが可能となる。
また、第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、又はＣ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、ＺｎもしくはＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
また、第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素、Ｉｎ又はＢといったＩＩＩ族元素、又はＣ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、ＺｎもしくはＢｅ等の不純物が含まれていてもよい。
【0080】
本開示において、第一積層部３１１及び第二積層部３１２はｎ型半導体である。第一積層部３１１及び第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされることで、第一積層部３１１及び第二積層部３１２がｎ型化する。不純物濃度は、層全体で一様であっても、不均一であっても良く、また厚さ方向にのみ不均一でも、基板水平方向にのみ不均一であっても良い。
【0081】
第一積層部３１１と第二電極１５の間は直接接触していても、トンネル接合のように異なる層を介して接続していても良い。ｎ型半導体で構成された第一窒化物半導体層３１が第二電極１５とトンネル接合されている場合、第一窒化物半導体層３１と第二電極１５との間にはｐ型半導体が設けられる。このため、第二電極１５は、ｐ型半導体とオーミック接合可能な材料で形成されることが好ましい。第二電極１５は、例えばＮｉとＡｕの積層電極あるいは合金化した金属で形成された電極であることが好ましい。
【0082】
第二積層部３１２は、後述するｐ型半導体層３２とＰＮダイオードを作製する観点から、ｎ型半導体となる。ｐ型半導体層３２は、ｐ型半導体層３２の厚さ方向でＡｌ組成比ｘが減少するＡｌＧａＮを用いる。このため、例えば基板１１として＋ｃ面サファイアを用いる場合、ｐ型半導体層３２は分極によりｐ型半導体となる。
【0083】
第一積層部３１１の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第一積層部３１１の厚さが１００ｎｍである場合、第一積層部３１１の抵抗が低減する。第一積層部３１１の厚さが１０μｍ以下である場合、第一積層部３１１の形成時のクラックの発生が抑制される。
第二積層部３１２の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第二積層部３１２の厚さが１００ｎｍ以上である場合、第二積層部３１２の抵抗が低減する。第二積層部３１２の厚さが１０μｍ以下である場合、第二積層部３１２の形成時のクラックの発生が抑制される。
第二積層部３１２の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第二積層部３１２の厚さが１００ｎｍ以上である場合、第二積層部３１２の抵抗が低減する。第二積層部３１２の厚さが１０μｍ以下である場合、第二積層部３１２の形成時のクラックの発生が抑制される。
【0084】
＜第二窒化物半導体層＞
第二窒化物半導体層３３は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の全面を被覆する被覆層である。第二窒化物半導体層３３は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されていることが好ましい。すなわち、第二窒化物半導体層３３は、Ａｌｘ３Ｇａ（１－ｘ３）Ｎ（０≦ｘ３＜ｘ２）で形成されている。
第二窒化物半導体層３３の最上層がｐ型のＧａＮ（ｐ－ＧａＮ）である場合、第二窒化物半導体層３３の上に配置される第一電極１４とのコンタクト抵抗を下げることができるとともに、窒化物半導体レーザダイオード１が対応可能な紫外光の波長範囲が広くなる。これは、第二窒化物半導体層３３としてｐ－ＧａＮを用いると、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌＧａＮのＡｌ組成比を広く設計できるためである。
第二窒化物半導体層３３は、複数の層を積層した構成であってもよい。この場合、上述した第二窒化物半導体層３３のＡｌ組成比は、最表層、すなわち第一電極１４に接する表面での組成比を示す。
第二窒化物半導体層３３は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の全面を被覆する被覆層である。第二窒化物半導体層３３は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されていることが好ましい。すなわち、第二窒化物半導体層３３は、Ａｌｘ３Ｇａ（１－ｘ３）Ｎ（０≦ｘ３＜ｘ２）で形成されている。
第二窒化物半導体層３３の最上層がｐ型のＧａＮ（ｐ－ＧａＮ）である場合、第二窒化物半導体層３３の上に配置される第一電極１４とのコンタクト抵抗を下げることができるとともに、窒化物半導体レーザダイオード１が対応可能な紫外光の波長範囲が広くなる。これは、第二窒化物半導体層３３としてｐ－ＧａＮを用いると、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌＧａＮのＡｌ組成比を広く設計できるためである。
第二窒化物半導体層３３は、複数の層を積層した構成であってもよい。この場合、上述した第二窒化物半導体層３３のＡｌ組成比は、最表層、すなわち第一電極１４に接する表面での組成比を示す。
【0085】
第二窒化物半導体層３３はｐ型半導体であり、ＡｌＧａＮ又はＧａＮに対して例えばＭｇが３×１０１９ｃｍ－３の濃度でドープされることで、第二窒化物半導体層３３がｐ型化する。
ドーパントの濃度は、基板１１の垂直方向に一定であっても、不均一であっても良い。基板１１の面内方向に一定であっても、不均一であっても良い。
ドーパントの濃度は、基板１１の垂直方向に一定であっても、不均一であっても良い。基板１１の面内方向に一定であっても、不均一であっても良い。
【0086】
第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、第二窒化物半導体層３３は、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が、ｐ型半導体層３２におけるＡｌ組成比の最小値から連続的又は階段状に減少する層構造を有していてもよい。第二窒化物半導体層３３が層構造を有する場合、第二窒化物半導体層３３はアンドープ層であっても良い。
第二窒化物半導体層３３は、最上層にドーピング濃度が高い層を更に有している積層構造であっても良い。第二窒化物半導体層３３は、二層以上の積層構造であっても良い。その場合、キャリアを窒化物半導体活性層３５２へ効率よく運搬する目的で、Ａｌ組成比は上層に向かうほど小さくなることが好ましい。
第二窒化物半導体層３３は、最上層にドーピング濃度が高い層を更に有している積層構造であっても良い。第二窒化物半導体層３３は、二層以上の積層構造であっても良い。その場合、キャリアを窒化物半導体活性層３５２へ効率よく運搬する目的で、Ａｌ組成比は上層に向かうほど小さくなることが好ましい。
【0087】
第二窒化物半導体層３３は、０ｎｍよりも厚く１００ｎｍ未満の膜厚であることが好ましい。また、ｐ型半導体層３２（第二ＡｌＧａＮ領域３２２）が表面に突出部を有する場合、突出部の影響を低減して第二窒化物半導体層３３表面の凹凸を小さくする程度の厚さを有することが好ましい。例えば、第二窒化物半導体層３３は、突出部の高さを数ｎｍ程度超える厚さであることが好ましい。具体的に、第二窒化物半導体層３３は、１０ｎｍ超１０μｍ未満の厚さを有することが好ましく、２００ｎｍ以上１０μｍ未満であることがより好ましく、５００ｎｍ以上５μｍ以下であることがさらに好ましい。第二窒化物半導体層３３の厚さが１０ｎｍ超である場合、突出部によって生じた第二ＡｌＧａＮ領域３２２表面の凸の高さが低くなり、ｐ型半導体層３２と、ｐ型半導体層３２の上面に設けられた第二窒化物半導体層３３との密着性が向上する。具体的には、ｐ型半導体層３２と第二窒化物半導体層３３との界面において、突出部同士の間に空隙ができることを抑制することができる。このため、電流密度を向上させることができる。また、第一電極１４から正孔が注入される際に突出部先端に電流が集中することを抑制し、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面（第二窒化物半導体層３３と対向する面）から均一に電流を注入することができる。また、第二窒化物半導体層３３の厚さが０ｎｍ超の場合、ｐ型半導体層３２と第一電極１４とが第二窒化物半導体層３３を介して低抵抗で接続される。
また、第二窒化物半導体層３３の厚さが１０μｍ未満である場合、ｐ型半導体層３２形成時にクラックが生じにくくなるため好ましい。
さらに、第二窒化物半導体層３３の厚さがこの範囲内にある場合、第二窒化物半導体層３３の成長中の格子緩和による３次元成長を抑制し、第二窒化物半導体層３３の表面を平坦化することが可能となる。このため、第二窒化物半導体層３３と第一電極１４との接触性が安定し、再現性の高い駆動電圧の低い窒化物半導体レーザダイオード１を実現できる。
また、第二窒化物半導体層３３の厚さが１０μｍ未満である場合、ｐ型半導体層３２形成時にクラックが生じにくくなるため好ましい。
さらに、第二窒化物半導体層３３の厚さがこの範囲内にある場合、第二窒化物半導体層３３の成長中の格子緩和による３次元成長を抑制し、第二窒化物半導体層３３の表面を平坦化することが可能となる。このため、第二窒化物半導体層３３と第一電極１４との接触性が安定し、再現性の高い駆動電圧の低い窒化物半導体レーザダイオード１を実現できる。
【0088】
＜第一電極＞
第一電極１４は、リッジ部半導体層１７上、すなわちリッジ部半導体層１７の最上層である第二窒化物半導体層３３上に形成されている。
第一電極１４がｎ型電極の場合、第一電極１４は、リッジ部半導体層１７に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｎ型電極材料により形成される。例えば、第一電極１４は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ又はその合金、又はＩＴＯ等により形成される。
第一電極１４がｐ型電極の場合、第一電極１４は、第一電極１４が窒化物半導体発光レーザダイオードに正孔（ホール）を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｐ型電極材料により形成される。例えば、第一電極１４は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ又はその合金、又はＩＴＯ等により形成され、特にＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであることが好ましい。第一電極１４とリッジ部半導体層１７とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。
本実施形態では、第一電極１４は、ｐ型電極となるように形成されている。
第一電極１４は、リッジ部半導体層１７上、すなわちリッジ部半導体層１７の最上層である第二窒化物半導体層３３上に形成されている。
第一電極１４がｎ型電極の場合、第一電極１４は、リッジ部半導体層１７に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｎ型電極材料により形成される。例えば、第一電極１４は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ又はその合金、又はＩＴＯ等により形成される。
第一電極１４がｐ型電極の場合、第一電極１４は、第一電極１４が窒化物半導体発光レーザダイオードに正孔（ホール）を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｐ型電極材料により形成される。例えば、第一電極１４は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ又はその合金、又はＩＴＯ等により形成され、特にＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであることが好ましい。第一電極１４とリッジ部半導体層１７とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。
本実施形態では、第一電極１４は、ｐ型電極となるように形成されている。
【0089】
第一電極１４は、第一電極１４の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上方にパッド電極（第一パッド電極）を有していてもよい。パッド電極は、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ又はＷ等により形成され、導電性の観点からＡｕで形成されることが好ましい。また、第一電極１４は、例えばＮｉ及びＡｕの合金で形成された第一コンタクト電極をリッジ部半導体層１７上に形成し、Ａｕで形成された第一パッド電極を第二コンタクト電極上に形成した構成であっても良い。
第一電極１４は、例えば２４０ｎｍの厚さに形成されている。
第一電極１４は、例えば２４０ｎｍの厚さに形成されている。
【0090】
第一電極１４は、レーザダイオードの場合には短辺の長さが１０μｍ未満であり長辺の長さが１０００μｍ以下の長方形状を有し、第二窒化物半導体層３３に積層されているとよい。発光ダイオードの場合には、様々な形状が想定されるが、例えば５０μｍ×２００μｍの長方形の形状等が想定される。第一電極１４のリッジ部半導体層１７側の面は、ほぼ同じ形状を有している。第一電極１４とリッジ部半導体層１７との接触面が互いに同じ形状を有することにより、第一電極１４から注入されるキャリア（正孔）がリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制され、窒化物半導体活性層３５２での発光を制御することができる。
【0091】
＜第二電極＞
第二電極１５は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２上に形成されている。
第二電極１５がｎ型電極の場合、第二電極１５は、第二電極１５が第一窒化物半導体層３１に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｎ型電極材料により形成される。例えば、第二電極１５は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ若しくはその合金、又はＩＴＯ等により形成される。
第二電極１５がｐ型電極の場合、第二電極１５は、第二電極１５が窒化物半導体発光レーザダイオードに正孔（ホール）を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｐ型電極材料により形成される。例えば、第二電極１５は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ若しくはその合金、又はＩＴＯ等により形成され、特にＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであることが好ましい。第二電極１５と第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。
本実施形態では、第二電極１５は、ｎ型電極となるように形成されている。
第二電極１５は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２上に形成されている。
第二電極１５がｎ型電極の場合、第二電極１５は、第二電極１５が第一窒化物半導体層３１に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｎ型電極材料により形成される。例えば、第二電極１５は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ若しくはその合金、又はＩＴＯ等により形成される。
第二電極１５がｐ型電極の場合、第二電極１５は、第二電極１５が窒化物半導体発光レーザダイオードに正孔（ホール）を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光レーザダイオードのｐ型電極材料により形成される。例えば、第二電極１５は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕ若しくはその合金、又はＩＴＯ等により形成され、特にＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであることが好ましい。第二電極１５と第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。
本実施形態では、第二電極１５は、ｎ型電極となるように形成されている。
【0092】
第二電極１５は、第二電極１５の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上方にパッド電極（第二パッド電極）を有していてもよい。パッド電極は、第一電極１４のパッド電極と同様の材料、構成とすることができる。
第二電極１５は、例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。本開示では、第二電極１５は、第一電極１４と異なる厚さに形成されているが、第一電極１４と同じ厚さに形成されていてもよい。
第二電極１５は、例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。本開示では、第二電極１５は、第一電極１４と異なる厚さに形成されているが、第一電極１４と同じ厚さに形成されていてもよい。
【0093】
＜共振器面＞
窒化物半導体レーザダイオード１がレーザダイオードに適用される場合、共振器面の形成が必要である。共振器面１６ａは、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、組成傾斜層３４、ｐ型半導体層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。共振器面１６ａは、図１において輪郭が太線によって図示されている面である。
また、裏側共振器面１６ｂは、共振器面１６ａに対向する側面であって、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、組成傾斜層３４、ｐ型半導体層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。裏側共振器面１６ｂは、図１において輪郭の一部が太線によって図示されている面である。
窒化物半導体レーザダイオード１がレーザダイオードに適用される場合、共振器面の形成が必要である。共振器面１６ａは、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、組成傾斜層３４、ｐ型半導体層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。共振器面１６ａは、図１において輪郭が太線によって図示されている面である。
また、裏側共振器面１６ｂは、共振器面１６ａに対向する側面であって、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、組成傾斜層３４、ｐ型半導体層３２及び第二窒化物半導体層３３のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。裏側共振器面１６ｂは、図１において輪郭の一部が太線によって図示されている面である。
【0094】
共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、発光部３５の発光を反射させることを目的として設けられている。共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂで反射した光を発光部３５に閉じ込めるために、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、対を成して備えられている。共振器面１６ａは、例えば窒化物半導体レーザダイオード１の光の出射側となる。共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂにおいて、発光部３５からの発光を反射させるために、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、発光部３５と上部ガイド層３５３との接触面に対して垂直かつ平坦であってもよい。しかしながら、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、全体にあるいは部分的に傾斜部あるいは凹凸部を有していてもよい。
【0095】
共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂの表面には、誘電体多層膜等の絶縁保護膜及び反射膜が形成されていてもよい。具体的には、絶縁保護膜は、ＳｉＯ２で形成されていてよく、その他にＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＳｎＯ２、ＺｒＯ又はＨｆＯ２等で形成されていてもよい。また、絶縁保護膜は、これらの材料が積層された構造を有していてもよい。絶縁保護膜は、窒化物半導体レーザダイオード１の光の出射側となる共振器面１６ａと、光の出射側にならない反射側の裏側共振器面１６ｂの両方の表面に形成されていてもよい。光の出射側の共振器面１６ａに形成された絶縁保護膜と、光の反射側の裏側共振器面１６ｂに形成された絶縁保護膜は、同じ構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。
【0096】
（２．２）製造方法
組成傾斜層３４及びｐ型半導体層３２は、次のようにして作製することができる。例えば、有機気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）を用いて、原料ガスである、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量を連続的に増加させて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量を連続的に減少させながらアンモニアガスを同時に流してＡｌＧａＮを成長させる。このとき、ＡｌＧａＮの成長時間を調整することで、組成傾斜層３４及びｐ型半導体層３２の厚さを調整することができる。
これにより、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が変化した組成変化層を作製することができる。この際、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）をアンモニアガスと同時に流すことで、不純物としてＡｌＧａＮ中にＭｇを添加することができる。
組成傾斜層３４及びｐ型半導体層３２は、次のようにして作製することができる。例えば、有機気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）を用いて、原料ガスである、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量を連続的に増加させて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の流量を連続的に減少させながらアンモニアガスを同時に流してＡｌＧａＮを成長させる。このとき、ＡｌＧａＮの成長時間を調整することで、組成傾斜層３４及びｐ型半導体層３２の厚さを調整することができる。
これにより、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が変化した組成変化層を作製することができる。この際、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）をアンモニアガスと同時に流すことで、不純物としてＡｌＧａＮ中にＭｇを添加することができる。
【0097】
（２．３）測定方法
本実施形成における材料特定及び組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray spectrometry）で実施する。各層の積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工し、その断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて観察することで各層の配置を明確化し、点分析が可能なエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray Spectrometry）で同定する。また、半導体薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
本実施形成における材料特定及び組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray spectrometry）で実施する。各層の積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）加工し、その断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて観察することで各層の配置を明確化し、点分析が可能なエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray Spectrometry）で同定する。また、半導体薄膜の膜厚は、薄膜積層方向と垂直な断面を分割及び研磨あるいは集束イオンビーム加工し、その断面を透過電子顕微鏡観察することによって測長する。
【0098】
（２．４）第一実施形態の効果
第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードは、以下の効果を有する。
（１）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層上面に形成される組成傾斜層が、窒化物半導体活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。
これにより、組成傾斜層と上部ガイド層との境界部分において、伝導帯のポテンシャルエネルギーが局所的に低くなるエネルギーポケットが生じにくくなる。このため、ホールがエネルギーポケットに捕捉されて上部ガイド層で発光が生じることを抑制し、井戸層での発光が得られやすくなる。
第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードは、以下の効果を有する。
（１）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層上面に形成される組成傾斜層が、窒化物半導体活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。
これにより、組成傾斜層と上部ガイド層との境界部分において、伝導帯のポテンシャルエネルギーが局所的に低くなるエネルギーポケットが生じにくくなる。このため、ホールがエネルギーポケットに捕捉されて上部ガイド層で発光が生じることを抑制し、井戸層での発光が得られやすくなる。
【0099】
（２）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、組成傾斜層におけるＡｌ組成の傾斜率が１％／ｎｍより大きく１５％／ｎｍより小さいことが好ましい。
これにより、組成傾斜層と上部ガイド層との境界に形成されるエネルギーポケットが浅くなり、ホールがエネルギーポケットに捕捉されて上部ガイド層で発光が生じることをより抑制することができる。また、内部量子効率ＩＱＥ及び光閉じ込め効率係数Γが向上するため、レーザダイオードの発光性能（発振閾値電流密度、発光出力など）が全体的に向上する。
これにより、組成傾斜層と上部ガイド層との境界に形成されるエネルギーポケットが浅くなり、ホールがエネルギーポケットに捕捉されて上部ガイド層で発光が生じることをより抑制することができる。また、内部量子効率ＩＱＥ及び光閉じ込め効率係数Γが向上するため、レーザダイオードの発光性能（発振閾値電流密度、発光出力など）が全体的に向上する。
【0100】
（３）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、組成傾斜層におけるＡｌ組成比ｘ４の平均が、上部ガイド層におけるＡｌ組成の平均よりも大きく、Ａｌ組成比の差が０より大きく１より小さいことが好ましい。
これにより、窒化物半導体レーザダイオードの内部量子効率ＩＱＥが向上する。また、Ａｌ組成比の差が小さい程エネルギーポケットが浅くなり、キャリア注入効率（ＣＩＥ）が向上するとともに、上部ガイド層で発光が生じることを抑制することができる。
これにより、窒化物半導体レーザダイオードの内部量子効率ＩＱＥが向上する。また、Ａｌ組成比の差が小さい程エネルギーポケットが浅くなり、キャリア注入効率（ＣＩＥ）が向上するとともに、上部ガイド層で発光が生じることを抑制することができる。
【0101】
（４）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、組成傾斜層の厚さが３ｎｍ超５０ｎｍ未満であることが好ましい。
これにより、エネルギーポケットが浅くなり、電子によるホールの捕捉を抑制することができ、上部ガイド層の発光を抑制できる。
これにより、エネルギーポケットが浅くなり、電子によるホールの捕捉を抑制することができ、上部ガイド層の発光を抑制できる。
【0102】
３．第二実施形態
以下、第二実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード２について、図５を用いて説明する。窒化物半導体レーザダイオード２は、窒化物半導体レーザダイオード１と同様の紫外光を発光可能なレーザダイオードである。
以下、第二実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード２について、図５を用いて説明する。窒化物半導体レーザダイオード２は、窒化物半導体レーザダイオード１と同様の紫外光を発光可能なレーザダイオードである。
【0103】
（３．１）窒化物半導体レーザダイオードの全体構成
窒化物半導体レーザダイオード２は、基板１１と、ＡｌＮ層３０と、第一窒化物半導体層３１と、発光部３５と、組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層１３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層されている。また、ｐ型半導体層１３２は、高Ａｌ組成領域１３２Ａと、低Ａｌ組成領域１３２Ｂとが積層されて形成されている。窒化物半導体レーザダイオード２は、組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層１３２とを繰り返す構造となっている。すなわち、窒化物半導体レーザダイオード２は、ｐ型半導体層３２に替えて、高Ａｌ組成領域１３２Ａと、低Ａｌ組成領域１３２Ｂとが積層されたｐ型半導体層１３２を備え、かつ組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層１３２とを繰り返す構造を有する点で、第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１と相違する。
以下、ｐ型半導体層１３２及び組成傾斜層３４とｐ型半導体層１３２とを繰り返す構造について説明する。なお、ｐ型半導体層１３２以外の基板１１、ＡｌＮ層３０、第一窒化物半導体層３１、組成傾斜層３４、発光部３５及び第二窒化物半導体層３３については、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。
窒化物半導体レーザダイオード２は、基板１１と、ＡｌＮ層３０と、第一窒化物半導体層３１と、発光部３５と、組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層１３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層されている。また、ｐ型半導体層１３２は、高Ａｌ組成領域１３２Ａと、低Ａｌ組成領域１３２Ｂとが積層されて形成されている。窒化物半導体レーザダイオード２は、組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層１３２とを繰り返す構造となっている。すなわち、窒化物半導体レーザダイオード２は、ｐ型半導体層３２に替えて、高Ａｌ組成領域１３２Ａと、低Ａｌ組成領域１３２Ｂとが積層されたｐ型半導体層１３２を備え、かつ組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層１３２とを繰り返す構造を有する点で、第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１と相違する。
以下、ｐ型半導体層１３２及び組成傾斜層３４とｐ型半導体層１３２とを繰り返す構造について説明する。なお、ｐ型半導体層１３２以外の基板１１、ＡｌＮ層３０、第一窒化物半導体層３１、組成傾斜層３４、発光部３５及び第二窒化物半導体層３３については、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。
【0104】
＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層１３２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１に相当する高Ａｌ組成領域１３２Ａと、第二ＡｌＧａＮ領域３２２に相当する低Ａｌ組成領域１３２Ｂとが積層された構成とされている。
ｐ型半導体層１３２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１に相当する高Ａｌ組成領域１３２Ａと、第二ＡｌＧａＮ領域３２２に相当する低Ａｌ組成領域１３２Ｂとが積層された構成とされている。
【0105】
（高Ａｌ組成領域）
高Ａｌ組成領域１３２Ａは、Ａｌｘ１０Ｇａ（１－ｘ１０）Ｎで形成されている。高Ａｌ組成領域１３２ＡにおけるＡｌ組成比ｘ１０は、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比ｘ４と同じかそれ以上、すなわちｘ４≦ｘ１０であることが好ましく、例えば０．４５≦ｘ１≦１であることが好ましい。すなわち、高Ａｌ組成領域１３２Ａは、ＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されている。
高Ａｌ組成領域１３２Ａは、一定のＡｌ組成比を有していてもよく、傾斜したＡｌ組成比を有していても良いが、一定のＡｌ組成比を有していることが好ましい。
高Ａｌ組成領域１３２Ａは、Ａｌｘ１０Ｇａ（１－ｘ１０）Ｎで形成されている。高Ａｌ組成領域１３２ＡにおけるＡｌ組成比ｘ１０は、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比ｘ４と同じかそれ以上、すなわちｘ４≦ｘ１０であることが好ましく、例えば０．４５≦ｘ１≦１であることが好ましい。すなわち、高Ａｌ組成領域１３２Ａは、ＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されている。
高Ａｌ組成領域１３２Ａは、一定のＡｌ組成比を有していてもよく、傾斜したＡｌ組成比を有していても良いが、一定のＡｌ組成比を有していることが好ましい。
【0106】
（低Ａｌ組成領域）
低Ａｌ組成領域１３２Ｂは、Ａｌｘ１１Ｇａ（１－ｘ１１）Ｎで形成されている。低Ａｌ組成領域１３２ＢにおけるＡｌ組成比ｘ１１は、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比ｘ４と同じかそれ以下、すなわちｘ１２≦ｘ４であることが好ましい。
低Ａｌ組成領域１３２Ｂは、一定のＡｌ組成比を有していてもよく、傾斜したＡｌ組成比を有していても良いが、一定のＡｌ組成比を有していることが好ましい。
低Ａｌ組成領域１３２Ｂは、Ａｌｘ１１Ｇａ（１－ｘ１１）Ｎで形成されている。低Ａｌ組成領域１３２ＢにおけるＡｌ組成比ｘ１１は、組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比ｘ４と同じかそれ以下、すなわちｘ１２≦ｘ４であることが好ましい。
低Ａｌ組成領域１３２Ｂは、一定のＡｌ組成比を有していてもよく、傾斜したＡｌ組成比を有していても良いが、一定のＡｌ組成比を有していることが好ましい。
【0107】
（積層構造）
図６Ａは、組成傾斜層３４及びｐ型半導体層１３２の積層構造の一構成例であり、図６Ｂは、図６Ａに示す積層構造のＡｌ組成比を示す模式図である。図６Ａに示すように、窒化物半導体レーザダイオード２は、例えば組成傾斜層３４、高Ａｌ組成領域１３２Ａ及び低Ａｌ組成領域１３２Ｂを複数繰り返す構造を有している。
図６Ａは、組成傾斜層３４及びｐ型半導体層１３２の積層構造の一構成例であり、図６Ｂは、図６Ａに示す積層構造のＡｌ組成比を示す模式図である。図６Ａに示すように、窒化物半導体レーザダイオード２は、例えば組成傾斜層３４、高Ａｌ組成領域１３２Ａ及び低Ａｌ組成領域１３２Ｂを複数繰り返す構造を有している。
【0108】
このとき、組成傾斜層３４は、窒化物半導体活性層３５２から離れる程薄く形成されていることが好ましい。例えば、図６Ｂに示すように、複数の組成傾斜層３４におけるＡｌ組成の傾斜率がそれぞれ同じである場合、組成傾斜層３４の厚さが薄くなる程、組成傾斜層３４内でのＡｌ組成の変化が小さくなる。これにより、積層構造をp型半導体として用いても、高Ａｌ組成領域１３２Ａと低Ａｌ組成領域１３２Ｂとの間にエネルギーポケットが形成されることを抑制することが出来るため、電子が不必要に界面に蓄積し不要光を発することを抑制する。また、表面に近づくほど電子のオーバーフローにより井戸層側から運搬される電子の量は減少する。このため、組成傾斜層３４を有することによる効果が薄れていく。その場合、構造を用いた場合にＭｇを活性化させてp型半導体とする技術の効果をより高めるために、組成傾斜層３４は薄く
形成されることが好ましい。
形成されることが好ましい。
【0109】
さらに、窒化物半導体レーザダイオード２は、例えばＡｌ組成比が傾斜した組成傾斜層３４を有さず、高Ａｌ組成領域１３２Ａと低Ａｌ組成領域１３２Ｂとが繰り返された構成であっても良い。
上述した各構成は、組み合わせて用いられてもよい。
上述した各構成は、組み合わせて用いられてもよい。
【0110】
（３．２）第二実施形態の効果
第二実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードは、第一実施形態と同様の効果を有している。
第二実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードは、第一実施形態と同様の効果を有している。
【0111】
４．第三実施形態
以下、第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード３について、図７から図１０を用いて説明する。窒化物半導体レーザダイオード３は、窒化物半導体レーザダイオード１と同様の紫外光を発光可能なレーザダイオードである。
以下、第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード３について、図７から図１０を用いて説明する。窒化物半導体レーザダイオード３は、窒化物半導体レーザダイオード１と同様の紫外光を発光可能なレーザダイオードである。
【0112】
（４．１）窒化物半導体レーザダイオードの全体構成
図７に示すように、窒化物半導体レーザダイオード３は、基板１１と、ＡｌＮ層３０と、第一窒化物半導体層３１と、発光部１３５と、組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層されている。また、発光部１３５は、下部ガイド層３５１と、窒化物半導体活性層３５２と、上部ガイド層３５４とを備えている。すなわち、窒化物半導体レーザダイオード２は、上部ガイド層３５３に替えて、上部ガイド層３５４を備える点で、第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１と相違する。
図７に示すように、窒化物半導体レーザダイオード３は、基板１１と、ＡｌＮ層３０と、第一窒化物半導体層３１と、発光部１３５と、組成傾斜層３４と、ｐ型半導体層３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層されている。また、発光部１３５は、下部ガイド層３５１と、窒化物半導体活性層３５２と、上部ガイド層３５４とを備えている。すなわち、窒化物半導体レーザダイオード２は、上部ガイド層３５３に替えて、上部ガイド層３５４を備える点で、第一実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオード１と相違する。
【0113】
以下、図７とともに図８を参照して上部ガイド層３５４について説明する。ここで、図８は、窒化物半導体レーザダイオード３の上部ガイド層３５４、組成傾斜層３４及びｐ型半導体層３２におけるＡｌ組成比を示すグラフである。
なお、上部ガイド層３５４を含む発光部１３５以外の基板１１、ＡｌＮ層３０、第一窒化物半導体層３１、組成傾斜層３４及び第二窒化物半導体層３３については、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。また、発光部１３５の下部ガイド層３５１及び窒化物半導体活性層３５２についても、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。
なお、上部ガイド層３５４を含む発光部１３５以外の基板１１、ＡｌＮ層３０、第一窒化物半導体層３１、組成傾斜層３４及び第二窒化物半導体層３３については、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。また、発光部１３５の下部ガイド層３５１及び窒化物半導体活性層３５２についても、第一実施形態で説明した各部の構成と同様であるため説明を省略する。
【0114】
上部ガイド層３５４は、窒化物半導体活性層３５２の井戸層及び井戸層に隣接して設けられた障壁層のうち、井戸層の上端に接して形成されている。上部ガイド層３５４は、井戸層の上端から、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されていることが好ましい。これにより、窒化物半導体活性層３５２以外の層（上部ガイド層３５３）での不要な発光をより抑制することができる。
【0115】
このとき、上部ガイド層３５４の一部には、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が一定となる領域が存在しても良い。
また、上部ガイド層３５４は、図８に示すように、上部ガイド層３５４の厚さ方向の全領域において窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されていてもよい。上部ガイド層３５４での不要な発光をより抑制するためには、上部ガイド層３５４の厚さ方向の全領域においてＡｌ組成比が変化するＡｌＧａＮで上部ガイド層３５４が形成されていることが好ましい。
これは、上部ガイド層３５４と組成傾斜層３４とによって構成される組成傾斜層においてエネルギーポケットが生じている場合、上部ガイド層３５４において膜厚方向にＡｌ組成比が一定の領域がない方がキャリア注入効率の低下をさらに抑制することができるためである。さらに、上部ガイド層内部に例えば欠陥や、組成の局所ムラに起因するキャリ再結合が発生する場合にも、組成を傾斜させることで上部ガイド層内での再結合を抑制し、キャリアを活性層に注入することが出来る。これにより、キャリア注入効率を向上できる。
また、上部ガイド層３５４は、図８に示すように、上部ガイド層３５４の厚さ方向の全領域において窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されていてもよい。上部ガイド層３５４での不要な発光をより抑制するためには、上部ガイド層３５４の厚さ方向の全領域においてＡｌ組成比が変化するＡｌＧａＮで上部ガイド層３５４が形成されていることが好ましい。
これは、上部ガイド層３５４と組成傾斜層３４とによって構成される組成傾斜層においてエネルギーポケットが生じている場合、上部ガイド層３５４において膜厚方向にＡｌ組成比が一定の領域がない方がキャリア注入効率の低下をさらに抑制することができるためである。さらに、上部ガイド層内部に例えば欠陥や、組成の局所ムラに起因するキャリ再結合が発生する場合にも、組成を傾斜させることで上部ガイド層内での再結合を抑制し、キャリアを活性層に注入することが出来る。これにより、キャリア注入効率を向上できる。
【0116】
図９は、上部ガイド層３５４を備える窒化物半導体レーザダイオード３から発光される光の発光スペクトルを示すグラフである。また、図１０は、Ａｌ組成比が膜厚方向に一定の上部ガイド層（すなわち、上部ガイド層３５３）を備える第一実施形態にかかる窒化物半導体レーザダイオード１から発光される光の発光スペクトルを示すグラフである。
図１０に示すように、上部ガイド層３５４を備える窒化物半導体レーザダイオード３から発光される光は、窒化物半導体活性層３５２以外の層から発光される光がほとんどなく、窒化物半導体活性層３５２から発光される中心波長２９４ｎｍのピークが１つのみ生じている。このため、窒化物半導体レーザダイオード３では、窒化物半導体活性層３５２以外の層から不要な光が発生せず、キャリアが窒化物半導体活性層３５２に落ち込んで発光効率が向上する。
図１０に示すように、上部ガイド層３５４を備える窒化物半導体レーザダイオード３から発光される光は、窒化物半導体活性層３５２以外の層から発光される光がほとんどなく、窒化物半導体活性層３５２から発光される中心波長２９４ｎｍのピークが１つのみ生じている。このため、窒化物半導体レーザダイオード３では、窒化物半導体活性層３５２以外の層から不要な光が発生せず、キャリアが窒化物半導体活性層３５２に落ち込んで発光効率が向上する。
【0117】
一方、図９に示すように、上部ガイド層３５３を備える窒化物半導体レーザダイオード１から発光される光は、窒化物半導体活性層３５２から発光される中心波長２９９ｎｍのピークが生じている。そして、図９に示すように、窒化物半導体レーザダイオード１からは、窒化物半導体活性層３５２以外の層から発光される波長２７８ｎｍのサブピークも生じている。この窒化物半導体活性層３５２以外の層から発光される光は、中心波長の強度と比較して十分に小さい強度の光であるが、電流密度が高くなると窒化物半導体活性層３５２からの光強度とともに強度が大きくなる。
【0118】
本実施形態で説明する上部ガイド層３５４は、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されている。このため、組成傾斜層の全領域においてエネルギーポケットにキャリアが補足されたとしても、キャリアが井戸層に落ち込みやすくなり、エネルギーポケットにキャリアが補足されにくくなるためであると考えられる。このため、上部ガイド層３５４には、膜厚方向にＡｌ組成比が一定の領域が存在しない方が好ましい。
【0119】
（４．２）変形例
図１１に示すように、窒化物半導体レーザダイオード１は、組成傾斜層３４とｐ型半導体層３２との間に設けられた電子ブロック層３６を備えた窒化物半導体レーザダイオード１Ａであってもよい。
以下、電子ブロック層３６について説明する。
図１１に示すように、窒化物半導体レーザダイオード１は、組成傾斜層３４とｐ型半導体層３２との間に設けられた電子ブロック層３６を備えた窒化物半導体レーザダイオード１Ａであってもよい。
以下、電子ブロック層３６について説明する。
【0120】
＜電子ブロック層＞
電子ブロック層３６は、窒化物半導体活性層３５２よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるように設計される。例えば窒化物半導体活性層３５２がＡｌＧａＮの場合、電子ブロック層３６には、ＡｌＮの混晶比率が高いＡｌＧａＮを用いることが出来る。
電子ブロック層３６は、基板１１の水平方向に略平坦であることが望ましい。電子ブロック層３６が略平坦であることで、ｐ型半導体層３２で局所的に集中した第二電極１５から注入されたキャリア（電子）を、電子ブロック層３６の水平面内に拡散させる役割がある。これは、電子ブロック層３６のバンドギャップエネルギーが大きいために電子ブロック層３６がキャリアの拡散の障壁となっているためである。
電子ブロック層３６は、材料組成が膜厚方向に一定であっても、組成が変化していても良いが、電子を効率良くブロックし、さらに上述したキャリアを効率良く電子ブロック層３６の水平面内に拡散するために組成が一定であることが好ましい（図１２参照）。
電子ブロック層３６は、窒化物半導体活性層３５２よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるように設計される。例えば窒化物半導体活性層３５２がＡｌＧａＮの場合、電子ブロック層３６には、ＡｌＮの混晶比率が高いＡｌＧａＮを用いることが出来る。
電子ブロック層３６は、基板１１の水平方向に略平坦であることが望ましい。電子ブロック層３６が略平坦であることで、ｐ型半導体層３２で局所的に集中した第二電極１５から注入されたキャリア（電子）を、電子ブロック層３６の水平面内に拡散させる役割がある。これは、電子ブロック層３６のバンドギャップエネルギーが大きいために電子ブロック層３６がキャリアの拡散の障壁となっているためである。
電子ブロック層３６は、材料組成が膜厚方向に一定であっても、組成が変化していても良いが、電子を効率良くブロックし、さらに上述したキャリアを効率良く電子ブロック層３６の水平面内に拡散するために組成が一定であることが好ましい（図１２参照）。
【0121】
（４．３）第三実施形態の効果
第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードは、第一実施形態と同様の効果に加えて、以下の効果を有している。
（５）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層が、上部ガイド層の厚さ方向の全領域において窒化物半導体活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されていている。
これにより、窒化物半導体レーザダイオード３では、窒化物半導体活性層３５２以外の層から不要な光が発生せず、キャリアが窒化物半導体活性層３５２に落ち込んで発光効率が向上する。
第三実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードは、第一実施形態と同様の効果に加えて、以下の効果を有している。
（５）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層が、上部ガイド層の厚さ方向の全領域において窒化物半導体活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に増加するＡｌＧａＮで形成されていている。
これにより、窒化物半導体レーザダイオード３では、窒化物半導体活性層３５２以外の層から不要な光が発生せず、キャリアが窒化物半導体活性層３５２に落ち込んで発光効率が向上する。
【実施例】
【0122】
以下、本開示に係る窒化物半導体レーザダイオードについて、実施例を挙げて説明する。
実施例では、第一実施形態で説明した構成の窒化物半導体レーザダイオードに対してシミュレーションによる評価を行った。このシミュレーションでは、上述した薄膜シミュレータソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いて評価を行った。
実施例では、第一実施形態で説明した構成の窒化物半導体レーザダイオードに対してシミュレーションによる評価を行った。このシミュレーションでは、上述した薄膜シミュレータソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いて評価を行った。
【0123】
各実施例における窒化物半導体レーザダイオード（図１参照）の基本モデルの構成を以下に示す。ここで、本実施例では、組成傾斜層がエネルギーポケットを２つ有する二層構成としている。このシミュレーションでは、窒化物半導体レーザダイオードが波長が２８０ｎｍから３２０ｎｍのＵＶＢ領域の光を発光するレーザダイオードであることを想定している。
なお、例えば以下に示す組成におけるＡｌｘ→ｙとの記載は、層内の下層側から上層側に向けてＡｌの組成がｘからｙに徐々に変化した構成を示す。
なお、例えば以下に示す組成におけるＡｌｘ→ｙとの記載は、層内の下層側から上層側に向けてＡｌの組成がｘからｙに徐々に変化した構成を示す。
【0124】
（基本モデルの構成）
・第一窒化物半導体層：組成 ｎ－Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ、厚さ １μｍ
・下部ガイド層及び上部ガイド層：組成 ｕ－Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ 各１５８ｎｍ
・窒化物半導体活性層（二重量子井戸構造）
井戸層：組成 Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ、厚さ ４ｎｍ
障壁層：組成 Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ ８ｎｍ
・組成傾斜層（二層構造）
第一層：組成 ｕ－Ａｌ０．５５→０．６５Ｇａ０．４５→０．３５Ｎ、厚さ ２０ｎｍ
第二層：組成 ｕ－Ａｌ０．６５→０．７５Ｇａ０．３５→０．２５Ｎ、厚さ １０ｎｍ
・ｐ型半導体層
第一組成変化領域：組成 ｐ－Ａｌ０．９→０．４５Ｇａ０．１→０．５５Ｎ、厚さ
２６０nｍ
第二組成変化領域：組成 ｐ－Ａｌ０．４５→０Ｇａ０．５５→１Ｎ、厚さ ７５ｎｍ
・第二窒化半導体層：組成 ｐ－ＧａＮ、厚さ１０ｎｍ
・第一窒化物半導体層：組成 ｎ－Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ、厚さ １μｍ
・下部ガイド層及び上部ガイド層：組成 ｕ－Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ 各１５８ｎｍ
・窒化物半導体活性層（二重量子井戸構造）
井戸層：組成 Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ｎ、厚さ ４ｎｍ
障壁層：組成 Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎ、厚さ ８ｎｍ
・組成傾斜層（二層構造）
第一層：組成 ｕ－Ａｌ０．５５→０．６５Ｇａ０．４５→０．３５Ｎ、厚さ ２０ｎｍ
第二層：組成 ｕ－Ａｌ０．６５→０．７５Ｇａ０．３５→０．２５Ｎ、厚さ １０ｎｍ
・ｐ型半導体層
第一組成変化領域：組成 ｐ－Ａｌ０．９→０．４５Ｇａ０．１→０．５５Ｎ、厚さ
２６０nｍ
第二組成変化領域：組成 ｐ－Ａｌ０．４５→０Ｇａ０．５５→１Ｎ、厚さ ７５ｎｍ
・第二窒化半導体層：組成 ｐ－ＧａＮ、厚さ１０ｎｍ
【0125】
図１３Ａ及び図１３Ｂに、このような窒化物半導体レーザダイオードの基本モデルの導電帯及び価電子帯のポテンシャルエネルギーを示す。図１３Ｂは、図１３Ａのグラフのうち、所定位置からの距離が１３００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下の範囲（図１３Ａ中、点線で示す部分）を拡大して示すグラフである。図１３Ｂに示すように、実施例１の窒化物半導体レーザダイオードでは、上部ガイド層と組成傾斜層との境界に生じるエネルギーポケット（第一ポケット）と、組成傾斜層とｐ型半導体層の境界に生じるエネルギーポケット（第二ポケット）とが生じた。ここで、各エネルギーポケットでのエネルギーの深さはそれぞれ隣接する上部ガイド層、ｐ型半導体層との隣接点近傍でのエネルギー差を示す。深さを表記するために、便宜上隣接するガイド層、あるいはｐ型半導体層の隣接点近傍のエネルギーを基準（０ｅＶ）と想定してエネルギー深さを表記する。
【0126】
［実施例１］
実施例１では、組成傾斜層におけるＡｌ組成比の傾斜率の変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能をシミュレーションソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いて計算及び評価した。構造は基本モデルのうち、組成傾斜層を厚さ３０ｎｍ、一層構造のｕ－Ａｌ０．４５→０．９Ｇａ０．４５→０．１Ｎで形成して、その膜厚を変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表１に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層におけるＡｌ組成比の傾斜率［Ａｌ％／ｎｍ］を変化させたサンプル１－１～サンプル１－１３の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
実施例１では、組成傾斜層におけるＡｌ組成比の傾斜率の変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能をシミュレーションソフトＳｉＬＥＮＳｅを用いて計算及び評価した。構造は基本モデルのうち、組成傾斜層を厚さ３０ｎｍ、一層構造のｕ－Ａｌ０．４５→０．９Ｇａ０．４５→０．１Ｎで形成して、その膜厚を変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表１に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層におけるＡｌ組成比の傾斜率［Ａｌ％／ｎｍ］を変化させたサンプル１－１～サンプル１－１３の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
【0127】
＜評価＞
サンプル１－１～サンプル１－１３の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表１に示す。また、これらの評価結果を図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５に示す。ここで、図１４Ａは、サンプル１－３～サンプル１－１３の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図１４Ｂは、図１４ＡにおいてＡｌ組成比の傾斜率が１０Ａｌ％／ｎｍ以下の範囲を拡大して示すグラフである。図１５は、サンプル１－１～サンプル１－８の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
サンプル１－１～サンプル１－１３の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表１に示す。また、これらの評価結果を図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５に示す。ここで、図１４Ａは、サンプル１－３～サンプル１－１３の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図１４Ｂは、図１４ＡにおいてＡｌ組成比の傾斜率が１０Ａｌ％／ｎｍ以下の範囲を拡大して示すグラフである。図１５は、サンプル１－１～サンプル１－８の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
【0128】
【表1】
【0129】
表１示すように、組成傾斜層のＡｌ組成傾斜率が１より大きく１５より小さいサンプル１－４～サンプル１－１１の窒化物半導体レーザダイオードでは、エネルギーポケットが－０．５ｅＶより大きく浅くなっており、内部量子効率ＩＱＥが０．０１以上と大きく、かつ光閉じ込め効率係数Γが３．４％以上と高くなった。発明者らの検討により、本エネルギーポケットは－０．５ｅＶより高いとガイド層からのサブピーク発光が少ないことが分かっており、この値より高いことでキャリア注入効率の高いレーザダイオードが作製可能である。さらに、良好な特性を有するレーザダイオードを得るためには、内部量子効率ＩＱＥは少なくとも１％より高い必要がある。また、光閉じ込め効率係数Γが高いほどレーザダイオードの閾値電流密度が低くなり、より高効率でより省電力なレーザダイオードを実現できる。
【0130】
［実施例２］
実施例２では、上部ガイド層の厚さの変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。
構造は、基本モデルのうち、組成傾斜層を厚さ３０ｎｍのｕ－Ａｌ０．５５→０．８４Ｇａ０．４５→０．１６Ｎで形成して、上部ガイド層の膜厚を変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表２に示すように、上述した基本モデルの上部ガイド層の厚さを変化させたサンプル２－１～サンプル２－９の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
実施例２では、上部ガイド層の厚さの変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。
構造は、基本モデルのうち、組成傾斜層を厚さ３０ｎｍのｕ－Ａｌ０．５５→０．８４Ｇａ０．４５→０．１６Ｎで形成して、上部ガイド層の膜厚を変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表２に示すように、上述した基本モデルの上部ガイド層の厚さを変化させたサンプル２－１～サンプル２－９の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
【0131】
＜評価＞
サンプル２－１～サンプル２－９の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表２に示す。また、これらの評価結果を図１６及び図１７に示す。ここで、図１６は、サンプル２－１～サンプル２－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図１７は、サンプル２－１～２－９の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
サンプル２－１～サンプル２－９の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表２に示す。また、これらの評価結果を図１６及び図１７に示す。ここで、図１６は、サンプル２－１～サンプル２－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図１７は、サンプル２－１～２－９の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
【0132】
【表2】
【0133】
表２示すように、上部ガイド層の厚さが１０ｎｍ以上３００ｎｍであるサンプル２－２～サンプル２－９の窒化物半導体レーザダイオードでは、光閉じ込め効率係数Γが０．０２％以上と高く、より発振閾値電流密度の低いレーザダイオードを実現できることが確認された。また、上部ガイド層の厚さを１０ｎｍ以上とした場合、組成傾斜層の初端組成を設計した組成比に制御しやすいためより好ましい。
【0134】
［実施例３］
実施例３では、組成傾斜層の厚さの変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。構造は、実施例１と同じ構造で、組成傾斜層の膜厚を変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表３に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層の厚さを変化させたサンプル３－１～サンプル３－１１の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
実施例３では、組成傾斜層の厚さの変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。構造は、実施例１と同じ構造で、組成傾斜層の膜厚を変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表３に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層の厚さを変化させたサンプル３－１～サンプル３－１１の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
【0135】
＜評価＞
サンプル３－１～サンプル３－１１の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表３に示す。また、これらの評価結果を図１８及び図１９に示す。ここで、図１８は、サンプル３－１～サンプル３－１１の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図１９は、サンプル３－１～３－１１の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
また、図２０は、組成傾斜層の厚さと駆動電圧の加算量との関係を示すグラフで
ある。
サンプル３－１～サンプル３－１１の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表３に示す。また、これらの評価結果を図１８及び図１９に示す。ここで、図１８は、サンプル３－１～サンプル３－１１の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図１９は、サンプル３－１～３－１１の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
また、図２０は、組成傾斜層の厚さと駆動電圧の加算量との関係を示すグラフで
ある。
【0136】
【表3】
【0137】
従来、ＵＶＢ領域の発光を得ることができるレーザダイオードの組成傾斜層の膜厚に対する抵抗値ｒは、３．２４ｅ－２ｏｈｍ／ｎｍであることが知られている（Appl. Phys. Express 13、 031004(2020) 参照）。図２０はこの抵抗値が仮に全て第一ＡｌＧａＮで生じていると仮定したレーザダイオードにおいて、１３５０μｍ２の面積で形成されている構造を想定した場合の駆動電圧（Ｖ）の増加量を示したグラフである。報告されているＡｌＧａＮ ＬＤ例の電圧は高く、素子破壊無く駆動させるためには２０Ｖ以下での駆動が好ましい。その場合、図２０に示すように、組成傾斜層を１２０ｎｍ以下とする必要がある。
【0138】
また、表３示すように、組成傾斜層の厚さが３ｎｍ以上５０ｎｍであるサンプル３－３～サンプル３－１０の窒化物半導体レーザダイオードでは、エネルギーポケットが－０．５ｅＶより大きく、すなわち浅くなるためより好ましいことが分かった。また、組成傾斜層の厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍであるサンプル３－３～サンプル３－６の窒化物半導体レーザダイオードでは、内部量子効率ＩＱＥが０．２０以上と大きいためさらに好ましい。
【0139】
［実施例４］
実施例４では、組成傾斜層とｐ型半導体層との接面における組成傾斜層のＡｌ組成比とｐ型半導体層のＡｌ組成比との差の変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。
構造は、基本モデルの内、組成傾斜層にｕ－ＡｌＧａＮ３０ｎｍを用いて、この第一ＡｌＧａＮの初端組成を４５％、終端組成を５０％から８０％で変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表４に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層のｐ型半導体層側端面のＡｌ組成（終端組成）を調整して接面におけるＡｌ組成比を変化させたサンプル４－１～サンプル４－６の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
実施例４では、組成傾斜層とｐ型半導体層との接面における組成傾斜層のＡｌ組成比とｐ型半導体層のＡｌ組成比との差の変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。
構造は、基本モデルの内、組成傾斜層にｕ－ＡｌＧａＮ３０ｎｍを用いて、この第一ＡｌＧａＮの初端組成を４５％、終端組成を５０％から８０％で変化させた場合の傾向をグラフ化した。
以下の表４に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層のｐ型半導体層側端面のＡｌ組成（終端組成）を調整して接面におけるＡｌ組成比を変化させたサンプル４－１～サンプル４－６の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
【0140】
＜評価＞
サンプル４－１～サンプル４－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表４に示す。また、これらの評価結果を図２１及び図２２に示す。ここで、図２１は、サンプル４－２、サンプル４－３、サンプル４－５、サンプル４－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図２２は、サンプル４－１～４－６の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
なお、ｐ型半導体層の組成傾斜層側端面のＡｌ組成は０．９（９０％）とした。
サンプル４－１～サンプル４－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表４に示す。また、これらの評価結果を図２１及び図２２に示す。ここで、図２１は、サンプル４－２、サンプル４－３、サンプル４－５、サンプル４－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図２２は、サンプル４－１～４－６の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
なお、ｐ型半導体層の組成傾斜層側端面のＡｌ組成は０．９（９０％）とした。
【0141】
【表4】
【0142】
表４示すように、組成傾斜層とｐ型半導体層との接面におけるＡｌ組成比の差が０より大きい（組成傾斜層のＡｌ終端組成が９０％未満の）サンプル４－１からサンプル４－５の窒化物半導体レーザダイオードでは、内部量子効率ＩＱＥが０．２０以上と大きくなることが分かった。特に、組成差が０超０．２以下（組成傾斜層のＡｌ終端組成が７０％以上９０％未満）の範囲では、第二ポケットが浅く、キャリア注入効率（ＣＩＥ）が高くなることが分かった。さらに、組成差が０超０．１以下（組成傾斜層のＡｌ終端組成が８０％以上９０％未満）の範囲では、第二ポケットがさらに浅く、キャリア注入効率（ＣＩＥ）がより高くなることが分かった。
【0143】
［実施例５］
実施例５では、組成傾斜層とｐ型半導体層との接面における組成傾斜層のＡｌ組成比とｐ型半導体層のＡｌ組成比との差の変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。構造は、基本モデルの内、組成傾斜層にｕ－ＡｌＧａＮ３０ｎｍを用いて、この第一ＡｌＧａＮの初端組成を５５％から９０％に変化させて、終端組成を９０％とした場合の傾向をグラフ化した。
以下の表５に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層のｐ型半導体層側端面のＡｌ組成（終端組成）を調整して接面におけるＡｌ組成比を変化させたサンプル５－１～サンプル５－６の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
実施例５では、組成傾斜層とｐ型半導体層との接面における組成傾斜層のＡｌ組成比とｐ型半導体層のＡｌ組成比との差の変化に応じた窒化物半導体レーザダイオードの性能を評価した。構造は、基本モデルの内、組成傾斜層にｕ－ＡｌＧａＮ３０ｎｍを用いて、この第一ＡｌＧａＮの初端組成を５５％から９０％に変化させて、終端組成を９０％とした場合の傾向をグラフ化した。
以下の表５に示すように、上述した基本モデルの組成傾斜層のｐ型半導体層側端面のＡｌ組成（終端組成）を調整して接面におけるＡｌ組成比を変化させたサンプル５－１～サンプル５－６の窒化物半導体レーザダイオードを構成した。
【0144】
＜評価＞
サンプル５－１～サンプル５－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表５に示す。また、これらの評価結果を図２３及び図２４に示す。ここで、図２３は、サンプル５－１～サンプル５－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図２４は、サンプル５－１～サンプル５－６の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
なお、組成傾斜層のｐ型半導体層側端面のＡｌ組成は０．４５（４５％）とした。
サンプル５－１～サンプル５－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャル、内部量子効率（ＩＱＥ）及び光閉じ込め効率係数Γのシミュレーション結果を表５に示す。また、これらの評価結果を図２３及び図２４に示す。ここで、図２３は、サンプル５－１～サンプル５－６の各窒化物半導体レーザダイオードにおける、第一ポケット及び第二ポケットのエネルギーポテンシャルと、内部量子効率（ＩＱＥ）とを示すグラフである。図２４は、サンプル５－１～サンプル５－６の光閉じ込め効率係数Γの評価結果を示すグラフである。
なお、組成傾斜層のｐ型半導体層側端面のＡｌ組成は０．４５（４５％）とした。
【0145】
【表5】
【0146】
表５に示すように、組成傾斜層とｐ型半導体層との接面におけるＡｌ組成比の差が０より大きい（組成傾斜層のＡｌ終端組成が４５％より大きい）サンプル５－２からサンプル５－６の窒化物半導体レーザダイオードでは、第二ポケットが浅く、キャリア注入効率（ＣＩＥ）が高くなることが分かった。特に、組成差が０超０．２以下（ｐ型半導体層のＡｌ終端組成が４５％超６５％以下）の範囲では、第一ポケットも浅く、キャリア注入効率（ＣＩＥ）が高くなることが分かった。さらに、組成差が０超０．１以下（ｐ型半導体層のＡｌ終端組成が４５％超５５％以下）の範囲では、第一ポケットがさらに浅く、キャリア注入効率（ＣＩＥ）がより高くなることが分かった。
【0147】
本開示の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本開示の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【0148】
１，２ 窒化物半導体レーザダイオード
１４ 第一電極
１５ 第二電極
１６ａ 共振器面
１６ｂ 裏側共振器面
１７ リッジ部半導体層
３０ ＡｌＮ層
３１ 第一窒化物半導体層
３１１ 第一積層部
３１１ａ 上面
３１２ 第二積層部
３１２ａ 突出領域
３２ ｐ型半導体層
３２１ 第一ＡｌＧａＮ領域
３２１ａ 突出領域
３２２ 第二ＡｌＧａＮ領域
３３ 第二窒化物半導体層
３４ 組成傾斜層
３５ 発光部
３５１ 下部ガイド層
３５２ 窒化物半導体活性層
３５３ 上部ガイド層
３６ 電子ブロック層
１３２ ｐ型半導体層
１３２Ａ 高Ａｌ組成領域
１３２Ｂ 低Ａｌ組成領域
１４ 第一電極
１５ 第二電極
１６ａ 共振器面
１６ｂ 裏側共振器面
１７ リッジ部半導体層
３０ ＡｌＮ層
３１ 第一窒化物半導体層
３１１ 第一積層部
３１１ａ 上面
３１２ 第二積層部
３１２ａ 突出領域
３２ ｐ型半導体層
３２１ 第一ＡｌＧａＮ領域
３２１ａ 突出領域
３２２ 第二ＡｌＧａＮ領域
３３ 第二窒化物半導体層
３４ 組成傾斜層
３５ 発光部
３５１ 下部ガイド層
３５２ 窒化物半導体活性層
３５３ 上部ガイド層
３６ 電子ブロック層
１３２ ｐ型半導体層
１３２Ａ 高Ａｌ組成領域
１３２Ｂ 低Ａｌ組成領域
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】