JP2012134327A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することにより、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ｎ型バッファ層１２１やｎ型クラッド層１２２などのｎ型半導体層と、発光層１２４と、ｐ型クラッド層１２６などのｐ型半導体層とを有する窒化物半導体発光素子１００であって、リッジ側面として発光層１２４の側面を含むリッジ構造を備え、発光層１２４の側面は、発光層１２４よりも抵抗が高いＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で構成されるパッシベーション膜１４０によって覆われており、パッシベーション膜１４０は、発光層１２４の屈折率よりも屈折率が低い低屈折率膜１５１によって覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子に関し、特に、青紫から赤色までの可視光領域における発光を伴う半導体レーザまたはスーパールミネッセントダイオードに関する。

近年、プロジェクタなどのディスプレイ用の水銀レスの高輝度光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子が注目されている。

ＬＥＤは、発光効率が非常に高いという特長を持つ一方、発光面積が大きく出射光の指向性が低いという性質を持つ。このため、ＬＥＤをディスプレイ用光源に用いた場合、ディスプレイを構成する光学系に対する結合効率が低くなり、その結果、小型の光学系を用いてディスプレイの低消費電力化を実現することが難しい。

一方、半導体レーザなどの光導波路を有する半導体発光素子は、生成した光を光導波路によって素子外部へ放射させるため、出射光の指向性を高くすることができる。このため、光学系に対する結合効率を高くすることができ、小型の光学系を用いてディスプレイの低消費電力化を実現することが可能である。現在、半導体レーザを用いたディスプレイについては、更なる低消費電力化を実現するために、投入電力−光変換効率の高い、つまり高効率な半導体レーザの開発が進められている。

このような高効率な半導体レーザを実現する構造として、例えば、次のようなものが挙げられる。まず半導体レーザのような光導波路を有する発光素子の場合、発光層で生成した光を効率よく光導波路に結合させる必要がある。通常、半導体レーザに用いられる光導波路は、光導波路周辺部をエッチングにより取り除くことにより屈折率差を設けたリッジ型光導波路が一般的である。

リッジ型光導波路は、通常、発光層上部でエッチングを止めた構造が一般的であるが、結合効率を向上させる方法してとして、光導波路周辺を発光層下部までエッチングで掘り込み、光導波路下部における発光層の側面が露出するようにリッジを掘り込んだ構造（以下、「深堀リッジ構造」と呼ぶ）が提案されている。

この深堀リッジ構造は、発光層の側面を露出させることにより、臨界角を小さくし、発光層で発光した光が導波路外へ漏れ出るのを抑制するものであり、これによって、半導体レーザの発光効率を高めることができる。

一方、深堀リッジ構造においては、発光層の側面が露出するため、発光層の側面において欠陥が生じ、長期駆動時の発光効率が低下してしまうという問題がある。このような発光層側面での欠陥の影響を低減させるために、深堀リッジ構造の側面に対しては、パッシベーションが必要となる。

このような深堀リッジ構造における側面のパッシベーションについて、特許文献１には、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザにおけるパッシベーション方法が開示されている。

以下、図８を参照して、特許文献１に開示された従来のパッシベーション方法について説明する。図８は、深堀リッジ構造を有する従来の半導体レーザの断面図である。

図８に示すように、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザ８０１は、半導体基板８１０上に、バッファ層８１２、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層８１３、クラッド層８１４、クラッド層８１８、および、コンタクト層８１９が順次積層され、バッファ層８１２が露出するまで掘りきるような深堀リッジ構造を備えている。深堀リッジ構造の側面は、エピタキシャル成長により成膜される薄膜保護層８２０により覆われている。薄膜保護層８２０は、バンドギャップが活性層８１３のバンドギャップよりも大きいｐ型半導体層で構成することができる。なお、コンタクト層８１９に接するように、ｐ側電極８２１が設けられている。

このように、従来に係る半導体レーザ８０１は、深堀リッジ構造の側面に薄膜保護層２０が形成されているので、活性層で発生する電子と正孔との非発光再結合を抑制することができる。これにより、光半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。

特開２００９−１１７５３９号公報

しかしながら、本発明者らが、深堀リッジ構造を有する窒化物半導体発光素子のパッシベーション方法について鋭意検討した結果、窒化物半導体発光素子については、直ちに従来のパッシベーション方法を適用することができないことが分かった。すなわち、窒化物半導体で構成された積層構造体を有する窒化物半導体発光素子において、当該積層構造体を深堀リッジ構造とし、さらに、活性層の側面を保護するために従来のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザのように薄膜保護層を形成しただけでは、次のような問題があることを突き止めた。以下、検討した内容について詳細に説明する。

まず、本発明者らは、実際に深堀リッジ構造を有する窒化物半導体レーザを作製し、その特性を評価した。具体的には、以下の３種類のサンプルを作製し、その特性を比較した。

サンプル♯１（深堀リッジ構造ではない窒化物半導体レーザ）として、基板上に（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ）系の材料を用いた積層構造体を成膜したのちに、発光層の上部までＣｌ_２ガスによるドライエッチングを行って光導波路を形成し、その後、プラズマＣＶＤ法により光導波路の側面にＳｉＯ_２保護膜を成膜したものを作製した。

サンプル♯２（深堀リッジ構造の窒化物半導体レーザ）として、サンプル♯１と同様に、基板上にＡｌＧａＩｎＮ系の積層構造体を形成し、発光層の下部までドライエッチングを行って光導波路を形成し、その後、同様にＳｉＯ_２保護膜を成膜したものを作製した。

サンプル♯３（深堀リッジ構造の窒化物半導体レーザ）として、サンプル♯１と同様に、基板上にＡｌＧａＩｎＮ系の積層構造体を形成し、発光層の下部までドライエッチングを行って光導波路を形成し、その後、光導波路の側面にＧａＮパッシベーション膜をエピタキシャル成長させたものを作製した。

以下、これら３つのサンプルについて考察する。まず、発光層の下部までエッチングした構造（深堀リッジ構造）のサンプル＃２は、発光層の上部まででエッチングを止めたサンプル＃１に対して、発光効率が低下することが分かった。サンプル♯１とサンプル♯２の電流電圧特性を評価したところ、これらのサンプルについては電流リーク等の電圧特性がほとんど変化していない。したがって、サンプル＃２については、深堀リッジ構造の側面に露出した結晶表面に発生したダングリング・ボンドによって発生した準位による非発光再結合によって、半導体レーザの発光効率が低下していると考えられる。

そこで、上記のダングリング・ボンドを終端させるためにサンプル♯３を作製し、深堀リッジ構造の側面に対してＧａＮパッシベーション膜をエピタキシャル成長させた。しかしながら、サンプル＃３では、リーク電流が発生し、結果的に電流−光変換効率が低下することが分かった。これは、発光層に用いられる窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の結晶性の低下を防止するために、ＧａＮパッシベーション膜のエピタキシャル成長温度を通常よりも２００℃程度低くしたためであると考えられる。一方、このようなリーク電流を低減させるために、ＧａＮパッシベーション膜のエピタキシャル成長温度を高くすることも考えられるが、高温によって窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の結晶性が低下してしまい、結局この場合も発光効率が低下してしまう。すなわち、ダングリング・ボンドを終端させようとしても、このようなトレードオフの関係によって発光効率が低下するという問題がある。

以上、これら３つのサンプルから分かるように、深堀リッジ構造を有する窒化物半導体発光素子においては発光効率が低下するという問題がある。

さらに、深堀リッジ構造における外部との屈折率差に関して、従来のＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザにおける発光層の屈折率は３．５程度であったのに対し、ＡｌＩｎＧａＮ系の窒化物半導体レーザにおける発光層の屈折率は２〜２．５である。このため、深堀リッジ構造に対して、ＳｉＯ_２やＳｉＮなどの保護膜（屈折率１．５〜２）を形成しただけでは、発光層と十分な屈折率差を得ることができず、自然放出光を効果的に閉じ込めることができないという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込め効果を向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することにより電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様は、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体発光素子であって、リッジ側面として前記発光層の側面を含むリッジ構造を備え、前記発光層の側面は、前記発光層よりも抵抗が高いＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で構成されるパッシベーション膜によって覆われており、前記パッシベーション膜は、前記発光層よりも屈折率が低い低屈折率膜によって覆われているものである。

この構成により、パッシベーション膜に電流を流さずに、発光層側面のダングリング・ボンドを終端することが可能となる。さらに、パッシベーション膜を透過した発光層からの光は、低屈折率膜とパッシベーション膜との界面にて、効果的に閉じ込められる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記パッシベーション膜は、エピタキシャル成長によって形成されることが好ましい。

この構成により、高抵抗のＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎで構成されるパッシベーション膜を、エピタキシャル成長によって成膜することができる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記パッシベーション膜は、不純物がドープされていることが好ましい。

この構成により、パッシベーション膜がより高抵抗になり、高い電流閉じ込めを実現することができる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記パッシベーション膜は、前記不純物としてＭｇがドープされていることが好ましい。

この構成により、パッシベーション膜がより高抵抗になり、高い電流閉じ込めを実現することができる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

あるいは、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記パッシベーション膜は、前記不純物として、Ｃ、Ｆｅ、またはＲｕがドープされていてもよい。

この構成によっても、パッシベーション膜がより高抵抗になり、高い電流閉じ込めを実現することができる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記パッシベーション膜は、前記ｐ型半導体層の側面に形成されたｐ型コンタクト膜と、前記発光層の側面に形成され、前記ｐ型コンタクト膜よりも抵抗が高い高抵抗膜とで構成されていることが好ましい。さらに、前記高抵抗膜の水素濃度は、前記ｐ型コンタクト膜の水素濃度よりも高いことが好ましい。

この構成により、ｐ型半導体層の側面にｐ型導電性を示す領域を新たに形成することができるので、ｐ型半導体層とｐ側電極とのコンタクト抵抗を低減することができる。そのため、動作電圧が下がり、消費電力を低減できる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記低屈折率膜は、ＳｉＯ_２であることが好ましい。

この構成により、パッシベーション膜と低屈折率膜との界面における屈折率差を１以上とすることができるので、発光層から発せられた光を効果的に光導波路内に閉じ込めることができる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記低屈折率膜は、ＭｇＦ_２またはＣａＦ_２であることが好ましい。

この構成により、パッシベーション膜と低屈折率膜との界面における屈折率差をＳｉＯ_２の屈折率以上にすることができるので、発光層から発せられた光を効果的に光導波路内に閉じ込めることができる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記低屈折率膜は、誘電体の多層膜からなることが好ましい。

この構成により、パッシベーション膜と低屈折率膜との界面に対して臨界角よりも小さい角度で入射した発光層からの光の一部を、光導波路内へ反射させることができる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記パッシベーション膜の膜厚は、１００ｎｍ以下であり、前記低屈折率膜の膜厚は、１００ｎｍ以上であることが好ましい。

この構成により、パッシベーション膜での光の吸収を抑制することができ、低屈折率膜によりｐ側電極の形成が容易になる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、当該窒化物半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであることが好ましい。

この構成により、窒化物半導体発光素子がスーパールミネッセントダイオードであるので、自然放出光を増幅させることができる。スーパールミネッセントダイオードは、半導体レーザと同様に光導波路を用いた半導体発光素子であるが、端面反射率を大きく下げることでレーザ発振を抑制し、低コヒーレント光と高指向性との両立を図ることができる。また、スーパールミネッセントダイオードから発せられる光は低コヒーレントなため、スペックルノイズは生じない。さらに、スーパールミネッセントダイオードでは自然放出光を増幅して出射することから、半導体レーザと比べて自然放出光の閉じ込め向上の効果がより顕著となる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

また、本発明に係る窒化物半導体発光素子の他の一態様は、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体発光素子であって、リッジ側面として前記発光層の側面を含むリッジ構造を備え、前記発光層の側面は、Ｇａの酸化物からなるパッシベーション膜によって覆われており、前記パッシベーション膜は、前記発光層よりも屈折率が低い低屈折率膜によって覆われているものである。

この構成により、パッシベーション膜に電流を流さずに、発光層側面のダングリング・ボンドを終端することが可能となる。さらに、パッシベーション膜を透過した発光層からの光は、低屈折率膜とパッシベーション膜との界面にて、効果的に閉じ込められる。したがって、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によれば、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

図１（ａ）は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における同窒化物半導体発光素子の断面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の動作および作用効果を説明するための図である。 図３は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００の製造方法における各工程を説明するための図である。 図４（ａ）は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線における同窒化物半導体発光素子の断面図である。 図５は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の動作を説明するための図である。 図６（ａ）は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子において、発光光の電界方向が発光層の積層方向に平行な方向（ＴＥｗａｖｅ）における反射率の計算結果を示す図であり、図６（ｂ）は、同窒化物半導体発光素子において、発光光の電界方向が発光層の積層方向に垂直な方向（ＴＭｗａｖｅ）における反射率の計算結果を示す図である。 図７は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００の製造方法における各工程を説明するための図である。 図８は、深堀リッジ構造を有する従来の半導体レーザの断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００について、図１（ａ）および図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における同窒化物半導体発光素子の断面図である。

（構造）
本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００は、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体発光素子であって、図１（ｂ）に示すように、例えばＳｉドープされたｎ型ＧａＮ基板である基板１１０上に形成された窒化物半導体層１２０を備える。

窒化物半導体層１２０は、基板１１０上に、例えばｎ型ＧａＮであるｎ型バッファ層１２１、例えばｎ型ＡｌＧａＮであるｎ型クラッド層１２２、例えばｎ型ＧａＮであるｎ型ガイド層１２３、例えばＩｎＧａＮ量子井戸層とＧａＮ量子障壁層とが交互に３層積層された発光層（活性層）１２４、例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮであるｐ型ガイド層１２５、および、例えばｐ型ＡｌＧａＮであるｐ型クラッド層１２６が順に積層された積層構造体となっている。

このような窒化物半導体発光素子１００において、窒化物半導体層１２０に形成される光導波路１３０は、リッジ側面として発光層１２４の側面を含む深堀リッジ構造で構成されている。深堀リッジ構造の光導波路１３０は、当該光導波路１３０を形成する箇所以外のｐ型クラッド層１２６の上方から、発光層１２４を貫通し、ｎ型クラッド層１２２の積層方向の面が平坦面として露出するようにして形成される。これにより、ｎ型クラッド層１２２の一部、ｎ型ガイド層１２３、発光層１２４、ｐ型ガイド層１２５、および、ｐ型クラッド層１２６の各層の側面が露出する。また、光導波路１３０は、図１（ａ）に示すように、窒化物半導体発光素子１００の後端面から前端面（光出射端面）にかけてストライプ状に形成されている。

さらに、窒化物半導体発光素子１００では、ｎ型クラッド層１２２、ｎ型ガイド層１２３、発光層１２４、ｐ型ガイド層１２５、および、ｐ型クラッド層１２６からなる深堀リッジ構造の側面を覆うようにして、パッシベーション膜１４０が形成されている。なお、パッシベーション膜１４０は、露出されたｎ型クラッド層１２２の平坦面にも形成されている。

本実施形態において、パッシベーション膜１４０は、発光層１２４の抵抗よりも高い抵抗であるＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体材料によって形成されており、高抵抗膜１４１とｐ型コンタクト膜１４２とで構成されている。パッシベーション膜１４０は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による結晶成長により成膜することができる。本実施形態において、パッシベーション膜１４０には不純物がドープされている。

パッシベーション膜１４０の高抵抗膜１４１は、ｎ型クラッド層１２２およびｎ型ガイド層１２３で構成されるｎ型半導体層と発光層１２４との側面を覆うようにして形成されている。高抵抗膜１４１は、不純物としてＭｇ（マグネシウム）がドープされたＡｌＧａＮによって構成することができる。

パッシベーション膜１４０のｐ型コンタクト膜１４２は、ｐ型クラッド層１２６の側面を覆うようにして形成されている。ｐ型コンタクト膜１４２は、不純物としてＭｇがドープされたＡｌＧａＮによって構成することができ、ｐ型クラッド層１２６までを覆うようにして形成した高抵抗膜１４１の一部を、例えばレーザアニール等によってアニールすることにより形成することができる。

このように、本実施形態において、パッシベーション膜１４０には不純物がドープされている。これにより、パッシベーション膜１４０の抵抗を、より高抵抗化することができ、高い電流閉じ込めを実現することができる。また、ｐ型クラッド層１２６の側面をｐ型コンタクト膜１４２で覆うことにより、ｐ型クラッド層１２６とｐ側電極１６１とのコンタクト抵抗を低減することができるので、動作電圧を低減して消費電力を低減することができる。

ここで、パッシベーション膜１４０において、高抵抗膜１４１の抵抗はｐ型コンタクト膜１４２の抵抗よりも高いことが好ましい。本実施形態では、高抵抗膜１４１の水素濃度が、ｐ型コンタクト膜１４２の水素濃度よりも高くなるように構成されている。これにより、ｐ側電極１６１から発光層１２４への電流注入を、より効率良く行うことができる。

さらに、窒化物半導体発光素子１００では、パッシベーション膜１４０を覆うようにして、発光層１２４よりも屈折率が低い低屈折率膜１５１が形成されている。

低屈折率膜１５１は、例えば、ＳｉＯ_２（二酸化シリコン）によって構成することができる。低屈折率膜１５１としてＳｉＯ_２を用いることにより、パッシベーション膜１４０と低屈折率膜１５１との界面における屈折率差を１．０以上とすることができるので、発光層１２４で発生した光を効果的に光導波路１３０内に閉じ込めることができる。また、低屈折率膜１５１としては、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）またはＣａＦ_２（フッ化カルシウム）等のＳｉＯ_２以外の低屈折率の誘電体によって構成することもできる。これにより、パッシベーション膜１４０と低屈折率膜１５１との界面における屈折率差をＳｉＯ_２の屈折率以上とすることができるので、発光層１２４で発生した光をさらに効果的に光導波路１３０内に閉じ込めることができる。

さらに、窒化物半導体発光素子１００では、ｐ型クラッド層１２６およびｐ型コンタクト膜１４２に接するようにしてｐ側電極１６１が形成されている。これにより、ｐ側電極１６１と、ｐ型クラッド層１２６およびｐ型コンタクト膜１４２とが電気的に接続される。ｐ側電極１６１は、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）等の中から選ばれる少なくとも一つ以上の金属の単層または多層膜で構成されている。ｐ側電極１６１としては、ＰｄまたはＰｔの金属の多層膜で構成することが好ましい。

なお、図示しないが、基板１１０の裏面には、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の中から選ばれる少なくとも一つ以上の金属の単層または多層膜からなるｎ側電極が形成されている。

このように、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、ｐ側電極１６１とｎ側電極との間に高い電流を注入することにより、レーザ動作またはスーパールミネッセントダイオード動作する構造となっている。

なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００において、発光層１２４は、例えば波長４５０ｎｍもしくは波長５２０ｎｍを中心波長とする青色もしくは緑色の発光を示すように調整されている。但し、これに限らず、例えば発光層１２４のインジウムの組成を変化させることにより、波長４００ｎｍ〜６５０ｎｍの間の特定の波長を中心波長として発光するように構成することができる。

また、本実施形態において、基板１１０は、導電性を示すｎ型ＧａＮとしたが、これに限らない。基板１１０としては、例えばｎ型ＳｉＣやｎ型Ｓｉなどの異種基板を用いても構わない。さらには、サファイア基板等の絶縁基板を用いることも可能である。この場合、光導波路１３０外部においてｎ型クラッド層１２２が露出した表面に、ｐ側電極１６１とは電気的に絶縁されたｎ側電極を形成することにより、窒化物半導体層１２０に電力を供給することができる。

（動作および作用効果）
次に、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００の動作および作用効果について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子の動作および作用効果を説明するための図である。

上述のとおり、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、発光層１２４の側面が、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるパッシベーション膜１４０によって覆われているので、パッシベーション膜１４０に電流を流すことなく、発光層１２４の側面に存在するダングリング・ボンドを効果的に終端させることが可能となる。これにより、ダングリング・ボンドに由来する、電子と正孔との非発光再結合を抑制することができるので、高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

また、パッシベーション膜１４０を覆うようにして低屈折率膜１５１が形成されているので、パッシベーション膜１４０を透過した光は、低屈折率膜１５１とパッシベーション膜１４０との界面で反射して、効果的に光を閉じ込めることができる。

なお、パッシベーション膜１４０の結晶成長後に活性化を行わないことが好ましい。これにより、パッシベーション膜１４０における高抵抗膜１４１は、低温で成長した場合においても高抵抗となる。

このように構成される本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００では、図２に示すように、ｐ側電極１６１からｐ型クラッド層１２６およびｐ型コンタクト膜１４２に注入された電流は、高抵抗膜１４１を流れずに、発光層１２４に集中して流れることになる。したがって、光閉じ込めを効果的に向上させることができるとともに、非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現することができる。

さらに、本実施形態では、高抵抗膜１４１がＡｌＧａＮによって構成されているので、Ｍｇドープ時における抵抗をより高くすることができる。これにより、図２下に示すように、発光層１２４と高抵抗膜１４１との屈折率差をより大きくとることができる。この結果、さらに効果的に光および電流を閉じ込めることができ、また、光が発光層１２４の側面のダングリング・ボンドにより吸収されることを抑制することができる。したがって、さらに高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

なお、ｐ型クラッド層１２６の側面に形成されたｐ型コンタクト膜１４２は、パッシベーション膜１４０を構成する高抵抗膜１４１の表面近傍のみを例えばレーザアニール技術等によりアニールすることにより活性化された状態とすることが好ましい。これにより、ｐ側電極１６１との接触面積を拡大することができ、ｐコンタクト抵抗を低減することができる。したがって、一層高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、低屈折率膜１５１は、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２等の低屈折率の誘電体で構成することが好ましい。これにより、パッシベーション膜１４０との屈折率差を大きくとることが可能となる。したがって、効率的に光を発光層１２４に閉じ込めることができるので、さらに高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、本実施形態において、パッシベーション膜１４０の膜厚は１００ｎｍ以下とし、低屈折率膜１５１の膜厚は１００ｎｍ以上とすることが好ましい。これにより、パッシベーション膜において光が吸収されてしまうことを抑制することができる。

（製造方法）
次に、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００の製造方法について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態１に係る窒化物半導体発光素子１００の製造方法における各工程を説明するための図である。

まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型導電性を有するＧａＮからなる基板１１０上に、ｎ型バッファ層１２１、ｎ型クラッド層１２２、ｎ型ガイド層１２３、発光層１２４、ｐ型ガイド層１２５、および、ｐ型クラッド層１２６からなる窒化物半導体層１２０を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより、ｐ型クラッド層１２６上に、ＳｉＯ_２を形成して、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、ストライプ状のＳｉＯ_２マスク１０１をパターン形成し、ｐ型クラッド層１２６を露出させる。

次に、図３（ｃ）に示すように、例えばＣｌ_２ガスによるドライエッチングを施し、ｐ型クラッド層１２６の上方から、発光層１２４を貫通してｎ型クラッド層１２２が露出するまでエッチングを行い、発光層１２４の側面を露出させる。これにより、発光層１２４の側面が露出するように構成されたリッジ構造を形成することができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法などにより、パッシベーション膜としてＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなる高抵抗膜１４１を、露出した窒化物半導体層１２０の側面に結晶成長させる。このとき、図示しないが、結晶成長前にＫＯＨや熱リン酸によって、露出した窒化物半導体層１２０の側面に対して表面処理を施すことが好ましい。このようにすることで、より高品質な結晶成長が可能となり、高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。このように、本実施形態において、高抵抗膜１４１は、エピタキシャル成長によって成膜されている。

次に、図３（ｅ）に示すように、レーザアニール法などにより、高抵抗膜１４１のうち、ｐ型クラッド層１２６の側面の領域のみを、８００℃以上の温度まで加熱を行う。このようにすることで、加熱された領域の高抵抗膜１４１は、ｐ型コンタクト膜１４２として構成することができ、ｐ型導電性を示すようになる。

次に、図３（ｆ）に示すように、ＨＦなどのウェットエッチングにより、ＳｉＯ_２マスク１０１を除去する。その後、プラズマＣＶＤ法や真空蒸着法などにより、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２等の低屈折率材料からなる低屈折率膜１５１を形成する。

次に、図３（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、ｐ型クラッド層１２６およびｐ型コンタクト膜１４２が露出するように、深堀リッジ構造の上面の低屈折率膜１５１をエッチング除去する。

次に、図３（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、ｐ型クラッド層１２６およびｐ型コンタクト膜１４２と電気的に接するように、所定形状のｐ側電極１６１を形成する。

次に、図示しないが、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、基板１１０の裏面に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の多層膜からなるｎ側電極を形成する。

最後に、ブレードを用いたダイシング、またはへき開によりチップ分離を行うことにより、窒化物半導体発光素子を作製することができる。

以上により、光閉じ込めを向上させるとともに、深堀リッジ構造の側面での非発光再結合を抑制することができ、電力−光変換効率の高い窒化物半導体発光素子を実現できる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００について、図４（ａ）および図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線における同窒化物半導体発光素子の断面図である。

（構造）
本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００は、実施形態１と同様に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体発光素子であって、図４（ｂ）に示すように、例えばＳｉドープされたｎ型ＧａＮ基板である基板２１０上に形成された、積層構造体である窒化物半導体層２２０を備える。

窒化物半導体層２２０は、基板２１０上に、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型バッファ層２２１、例えばＳｉがドープされたＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２２２、例えばＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型ガイド層２２３、ＩｎＧａＮとＧａＮの多重量子井戸からなる発光層２２４、例えばＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型ガイド層２２５、および、例えばＭｇがドープされたＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２２６が順に積層された積層構造体となっている。

本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００でも、窒化物半導体層２２０に形成された光導波路２３０は、深堀リッジ構造で構成されている。深堀リッジ構造の光導波路２３０は、当該光導波路２３０を形成する個所以外のｐ型クラッド層２２６の上方から、発光層２２４等を貫通し、ｎ型バッファ層２２１の積層方向の面が平坦面として露出するようにして形成される。これにより、ｎ型バッファ層２２１の一部、ｎ型クラッド層２２２、ｎ型ガイド層２２３、発光層２２４、ｐ型ガイド層２２５、および、ｐ型クラッド層２２６の各層の側面が露出する。また、光導波路２３０は、図４（ａ）に示すように、一部曲線構造を有し、後端面から前端面（光出射端面）に向かって途中まではストライプ状に形成され、前端面側において前端面に対して傾斜した構造となっている。

さらに、窒化物半導体発光素子２００では、ｎ型バッファ層２２１、ｎ型クラッド層２２２、ｎ型ガイド層２２３、発光層２２４、ｐ型ガイド層２２５、および、ｐ型クラッド層２２６からなる深堀リッジ構造の側面を覆うようにして、パッシベーション膜２４０が形成されている。なお、パッシベーション膜２４０は、露出されたｎ型バッファ層２２１の平坦面にも形成されている。

本実施形態において、パッシベーション膜２４０は、発光層２２４の抵抗よりも高い抵抗であるＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体材料によって形成されており、ＭＯＣＶＤによる結晶成長により成膜することができる。

また、パッシベーション膜２４０には不純物がドープされており、本実施形態では、例えば、Ｆｅ（鉄）、Ｃ（炭素）、Ｒｕ（ルテニウム）の中から選ばれるいずれか一つもしくは複数が不純物としてドープされている。これにより、パッシベーション膜２４０をより高抵抗化することができ、高い電流閉じ込めを実現することができる。なお、ＡｌＧａＮからなるパッシベーション膜２４０において、Ａｌの組成は０．５％〜２０％の間であって、ＡｌＧａＮの膜厚がＡｌ組成に対して臨界膜厚以下であることが好ましい。

さらに、窒化物半導体発光素子１００でも、パッシベーション膜２４０を覆うようにして、発光層２２４よりも屈折率が低い低屈折率膜２５１が形成されている。低屈折率膜２５１は、実施形態１と同様に、例えば、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２によって構成することができる。

本実施形態では、さらに、低屈折率膜２５１を覆うようにして、誘電体多層膜２７０が形成されている。誘電体多層膜２７０は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２等の誘電体を複数種用いて、多層膜として構成することが好ましい。さらに、誘電体多層膜２７０は、発光層２２４からの光を、ブラッグ反射するように構成されていることが好ましい。

さらに、窒化物半導体発光素子１００では、ｐ型クラッド層２２６に接するようにして、ｐ側電極２６１が形成されている。これにより、ｐ側電極２６１とｐ型クラッド層２２６とが電気的に接続される。ｐ側電極２６１は、例えばＰｄまたはＰｔ等の金属の多層膜で構成することが好ましい。なお、図示しないが、基板２１０の裏面には、ｎ側電極が形成されている。

このように、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００は、ｐ側電極２６１とｎ側電極との間に電流を注入することにより、レーザ動作またはスーパールミネッセントダイオード動作する構造となっている。

なお、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００において、発光層２２４は、例えば波長４５０ｎｍを中心とする青色の発光を示すように調整されている。但し、これに限らず、例えば発光層２２４のインジウムの組成を変化させることにより、波長４００ｎｍ〜６５０ｎｍの間の特定の波長を中心波長として発光するように構成することができる。

また、本実施形態において、基板２１０は、導電性を示すｎ型ＧａＮとしたが、これに限らない。基板２１０としては、例えばｎ型ＳｉＣやｎ型Ｓｉなどの異種基板を用いても構わない。さらには、サファイア基板等の絶縁基板を用いることも可能である。この場合、例えば、光導波路２３０外部においてｎ型クラッド層２２２が露出した表面に、ｐ側電極２６１と電気的に絶縁されたｎ側電極を形成することにより、窒化物半導体層２２０に電力を供給することができる。

なお、本実施形態において、パッシベーション膜２４０の膜厚は１００ｎｍ以下とし、低屈折率膜２５１の膜厚は１００ｎｍ以上とすることが好ましい。これにより、パッシベーション膜において光が吸収されてしまうことを抑制することができる。

（動作および作用効果）
次に、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００の動作および作用効果について説明する。

上述のとおり、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００は、発光層２２４の側面が、Ｆｅ、Ｃ、Ｒｕのいずれか一つもしくは複数をドープしたＡｌＧａＮからなるパッシベーション膜２４０によって覆われているので、パッシベーション膜２４０に電流を流すことなく、発光層２２４の側面に存在するダングリング・ボンドを効果的に終端させることが可能となる。これにより、ダングリング・ボンドに由来する、電子と正孔との非発光再結合を抑制することができるので、高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

さらに、パッシベーション膜２４０を覆うよう形成された誘電体多層膜２７０は、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２等の誘電体の多層膜で構成されている。これにより、光を効率よく発光層２２４に閉じ込めることができる。この点について、図５を用いてさらに詳細に説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子の動作を説明するための図である。

発光層２２４で発生した光は、図５に示すように、光導波路２３０と低屈折率膜２５１との界面で屈折され、光導波路２３０から外部へと導かれた光を、ブラッグ反射により反射させて、光導波路２３０の内部へと戻すことが可能となる。

そのため、光線Ｌｃで示すように、パッシベーション膜２４０と誘電体多層膜２７０との界面に対してパッシベーション膜２４０からの臨界角よりも小さい角度で入射した光の一部は、再び光導波路２３０（発光層２２４）内へ閉じ込めることが可能となる。つまり、光導波路２３０と低屈折率膜２５１との界面で反射することなく光導波路２３０内を伝播する光線Ｌａと、光導波路２３０と低屈折率膜２５１との界面で全反射して光導波路２３０内を伝播する光線Ｌｂと、上記のように、誘電体多層膜２７０においてブラッグ反射により反射して光導波路２３０内を伝播する光線Ｌｃとを、光導波路２３０内に閉じ込めることが可能となる。これにより、光を効率的に発光層２２４に閉じ込めることができるので、高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

この効果について、図６の計算例を用いて具体的に示す。図６（ａ）は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子において、発光光の電界方向が発光層の積層方向に平行な方向（ＴＥｗａｖｅ）における反射率の計算結果を示す図であり、図６（ｂ）は、同窒化物半導体発光素子において、発光光の電界方向が発光層の積層方向に垂直な方向（ＴＭｗａｖｅ）における反射率の計算結果を示す図である。

なお、図６（ａ）および図６（ｂ）の計算において、発光層２２４は、膜厚が０．５μｍで、屈折率が２．４５のＧａＮとし、発光層２２４で発光する光はＧａＮの光導波路中の発光層の中央部とし、光導波路の幅は１μｍ（発光位置からの側面への距離は０．５μｍ）とした。また、低屈折率膜２５１は、膜厚が０．７μｍで、屈折率が１．５であるＳｉＯ_２膜とした。また、誘電体多層膜２７０は、膜厚が０．０４５μｍで、屈折率が２．５であるＴｉＯ_２と、膜厚が０．０７５μｍで、屈折率が１．５であるＳｉＯ_２とが１組となって構成される多層膜を用いて、これらの組を３ペア積層して構成した。なお、窒化物半導体発光素子２００の外部は、屈折率が１．０の空気とした。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、光導波路（ＧａＮ）と空気との反射率に対して、光導波路（ＧａＮ）と低屈折率膜（ＳｉＯ_２膜）と誘電体多層膜（ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２（３ペア））との反射率は、発光光が発光点に対して、全方位（０〜９０度）において十分に高いことが分かる。

また、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００では、ｎ型クラッド層２２２、発光層２２４、ｐ型クラッド層２２６などからなる深堀リッジ構造が一部に曲線構造を有しており、光導波路２３０が窒化物半導体発光素子２００の光出射端面に対して傾斜した構造となっている。これにより、光出射端面での反射率を低減することができ、効果的にスーパールミネッセントダイオード動作させることが可能となる。このため、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００は、高効率であるとともに、ディスプレイ用光源として適当な低スペックルノイズを実現できる。

（製造方法）
次に、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００の製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施形態２に係る窒化物半導体発光素子２００の製造方法における各工程を説明するための図である。

まず、図７（ａ）に示すように、ｎ型導電性を有するＧａＮからなる基板２１０上に、ｎ型バッファ層２２１、ｎ型クラッド層２２２、ｎ型ガイド層２２３、発光層２２４、ｐ型ガイド層２２５、および、ｐ型クラッド層２２６からなる窒化物半導体層２２０を形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法などにより、ｐ型クラッド層２２６上に、ＳｉＯ_２を形成して、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、光出射端面に対して傾斜するようにＳｉＯ_２マスク２０１をパターン形成し、ｐ型クラッド層２２６を露出させる。

次に、図７（ｃ）に示すように、例えばＣｌ_２ガスによるドライエッチングを施し、ｐ型クラッド層２２６および発光層２２４を貫通し、ｎ型バッファ層２２１が露出するまでエッチングを行い、発光層２２４の側面を露出させる。これにより、発光層２２４の側面が露出するように構成されたリッジ構造を形成することができる。

次に、図７（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法などにより、Ｆｅ、Ｃ、Ｒｕ等のいずれか一つもしくは複数をドープしたＡｌＧａＮからなるパッシベーション膜２４０を、露出した窒化物半導体層２２０の側面に結晶成長させる。このとき、図示しないが、結晶成長前にＫＯＨや熱リン酸によって、露出した窒化物半導体層２２０の側面に対して表面処理を施すことが好ましい。このようにすることで、より高品質な結晶成長が可能となり、高発光効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

次に、図７（ｅ）に示すように、ＨＦなどのウェットエッチングにより、ＳｉＯ_２マスク２０１を除去する。

次に、図７（ｆ）に示すように、プラズマＣＶＤ法や真空蒸着法などにより、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２等の誘電体材料からなる低屈折率膜２５１と、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２等の誘電体材料の多層膜からなる誘電体多層膜２７０とを順次形成する。

次に、図７（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法を用いて、ｐ型クラッド層２２６が露出するように、深堀リッジ構造の上面における低屈折率膜２５１および誘電体多層膜２７０をエッチング除去する。

次に、図７（ｈ）に示すように、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、ｐ型クラッド層２２６と電気的に接するように、所定形状のｐ側電極２６１を形成する。

次に、図示しないが、フォトリソグラフィ法と真空蒸着法を用いて、基板２１０の裏面に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等の多層膜からなるｎ側電極を形成する。

最後に、ブレードを用いたダイシング、またはへき開によりチップ分離を行うことにより、窒化物半導体発光素子を作製することができる。

以上により、光閉じ込めを向上させるとともに、深堀リッジ構造の側面での非発光再結合を抑制することができ、電力−光変換効率の高い窒化物半導体発光素子を実現できる。

以上、本発明に係る窒化物半導体発光素子について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施形態では、パッシベーション膜は、ＡｌＧａＩｎＮ系の窒化物半導体によって、特に、ＡｌＧａＮによって構成したが、これに限らない。例えば、パッシベーション膜として、Ｇａの酸化物（Ｇａ_２Ｏ_３）を用いても構わない。Ｇａの酸化物によってパッシベーション膜を構成した場合でも、ＡｌＧａＩｎＮによってパッシベーション膜を構成した場合と同様の効果を奏する。すなわち、パッシベーション膜に電流を流さずに、発光層側面のダングリング・ボンドを終端することが可能となる。さらに、パッシベーション膜を透過した発光層からの光を、低屈折率膜とパッシベーション膜との界面にて効果的に閉じ込めることができる。これにより、窒化物半導体を用いた半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどの窒化物半導体発光素子において、光閉じ込めを効果的に向上させるとともに非発光再結合や電流リークを抑制することができるので、電力−光変換効率の高い高効率な窒化物半導体発光素子を実現できる。

また、上記の第１の実施形態では、ｎ型クラッド層１２２が露出するまでエッチングを行うことによりリッジ構造を形成したが、第１の実施形態において、第２の実施形態のように、ｎ型バッファ層１２１が露出までエッチングを行うことによりリッジ構造を形成しても構わない。

逆に、上記の第２の実施形態では、ｎ型バッファ層２２１が露出するまでエッチングを行うことによりリッジ構造を形成したが、第２の実施形態において、第１の実施形態のように、ｎ型クラッド層２２が露出するまでエッチングを行うことによりリッジ構造を形成しても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したもの、または異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明に係る窒化物半導体発光素子は、半導体レーザまたはスーパールミネッセントダイオードとして利用することができ、高輝度の光源として、特にプロジェクタなどのディスプレイ用光源として広く有用である。

１００、２００ 窒化物半導体発光素子
１１０、２１０ 基板
１２０、２２０ 窒化物半導体層
１２１、２２１ ｎ型バッファ層
１２２、２２２ ｎ型クラッド層
１２３、２２３ ｎ型ガイド層
１２４、２２４ 発光層
１２５、２２５ ｐ型ガイド層
１２６、２２６ ｐ型クラッド層
１３０、２３０ 光導波路
１４０、２４０ パッシベーション膜
１４１ 高抵抗膜
１４２ ｐ型コンタクト膜
１５１、２５１ 低屈折率膜
１６１、２６１ ｐ側電極
２７０ 誘電体多層膜
１０１、２０１ ＳｉＯ_２マスク

Claims (13)

1. ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体発光素子であって、
   リッジ側面として前記発光層の側面を含むリッジ構造を備え、
   前記発光層の側面は、前記発光層よりも抵抗が高いＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で構成されるパッシベーション膜によって覆われており、
   前記パッシベーション膜は、前記発光層よりも屈折率が低い低屈折率膜によって覆われている
   窒化物半導体発光素子。
2. 前記パッシベーション膜は、エピタキシャル成長によって形成される
   請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記パッシベーション膜は、不純物がドープされている
   請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記パッシベーション膜は、前記不純物としてＭｇがドープされている
   請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
5. 前記パッシベーション膜は、前記不純物として、Ｃ、Ｆｅ、またはＲｕがドープされている
   請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記パッシベーション膜は、前記ｐ型半導体層の側面に形成されたｐ型コンタクト膜と、前記発光層の側面に形成され、前記ｐ型コンタクト膜よりも抵抗が高い高抵抗膜とで構成されている
   請求項４に記載の窒化物半導体発光素子。
7. 前記高抵抗膜の水素濃度は、前記ｐ型コンタクト膜の水素濃度よりも高い
   請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
8. 前記低屈折率膜は、ＳｉＯ_２である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
9. 前記低屈折率膜は、ＭｇＦ_２またはＣａＦ_２である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
10. 前記低屈折率膜は、誘電体の多層膜からなる
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
11. 前記パッシベーション膜の膜厚は、１００ｎｍ以下であり、
    前記低屈折率膜の膜厚は、１００ｎｍ以上である
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
12. 当該窒化物半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードである
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
13. ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体発光素子であって、
    リッジ側面として前記発光層の側面を含むリッジ構造を備え、
    前記発光層の側面は、Ｇａの酸化物からなるパッシベーション膜によって覆われており、
    前記パッシベーション膜は、前記発光層よりも屈折率が低い低屈折率膜によって覆われている
    窒化物半導体発光素子。

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