JP2022138095A - 窒化物半導体レーザダイオード及び窒化物半導体レーザダイオードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光特性に優れた窒化物半導体レーザダイオード及び窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体レーザダイオードは、基板と、基板の上方に設けられ、第一導電型のＡｌＧａＮで形成された第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層の上方に形成されたＡｌＧａＮで形成された活性層と、活性層上に形成された上部ＡｌＧａＮ層と、を備え、上部ＡｌＧａＮ層の一部又は全てによってリッジ部半導体層が形成されており、リッジ部半導体層は、断面視で、基板に近い領域が基板に向かって徐々に広い幅となる順テーパ形状となっており、基板から遠い領域が基板に向かって徐々に狭い幅となる逆テーパ形状となっている。【選択図】図１

Description

本開示は、窒化物半導体レーザダイオード及び窒化物半導体レーザダイオードの製造方法に関する。

従来、閾値電流密度の低減、消費電力の低減、発光効率の向上及び長寿命化等を目的として、窒化物半導体レーザダイオードの半導体積層部をリッジ構造としたり、リッジ構造の側面を低屈折率材料で被覆した構造とすることが行われている（例えば、特許文献１）。

特開平９－６４４６７号公報

しかしながら、上述したようなリッジ構造を有する窒化物半導体レーザダイオードでは、レーザダイオードとしての発光特性が十分でない場合がある。

本開示は、発光特性に優れた窒化物半導体レーザダイオード及び窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を提供することを目的とする。

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、基板と、基板の上方に設けられ、第一導電型のＡｌＧａＮで形成された第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層の上方に形成されたＡｌＧａＮで形成された活性層と、活性層上に形成された上部ＡｌＧａＮ層と、を備え、上部ＡｌＧａＮ層の一部又は全てによってリッジ部半導体層が形成されており、リッジ部半導体層は、断面視で、基板に近い領域が基板に向かって徐々に広い幅となる順テーパ形状であり、基板から遠い領域が基板に向かって徐々に狭い幅となる逆テーパ形状であることを特徴とする。

また、本開示の一態様に係る窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、基板上に、第一導電型のＡｌＧａＮで形成された第一窒化物半導体層と、ＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成された活性層と、ＡｌＧａＮで形成された上部ＡｌＧａＮ層と、を順に形成して半導体積層部を形成し、第二窒化物半導体層の上面の一部を金属により形成されたエッチングマスクで被覆した後、エッチングマスクで被覆されていない半導体積層部の第二窒化物半導体層から上部ガイド層の厚さ方向の一部までをドライエッチングにより除去し、ドライエッチング後に残存した半導体積層部の第二窒化物半導体層から上部ガイド層の側面をアルカリ溶液でウェットエッチングすることにより、第二窒化物半導体層及び組成傾斜層を、断面視で基板に向かって狭い幅となる逆テーパ形状に形成し、かつ上部ガイド層を、断面視で基板に向かって広い幅となるテーパ形状に形成してリッジ部半導体層を形成し、少なくともドライエッチング後に残存した上部ガイド層の上面及びマスクの上面にシリコン酸化膜を成膜した後、エッチングマスクを構成する金属を溶解する溶液によりエッチングマスク及びエッチングマスク上に成膜されたシリコン酸化膜を除去し、エッチングマスクを除去した上記第二窒化物半導体層と電気的に接続された第二電極を形成した後、電子ビーム蒸着により第二電極及びリッジ部半導体層の側方を空洞を介して覆う上部第二電極を形成することを特徴とする。

本開示の一態様によれば、発光特性に優れた窒化物半導体レーザダイオード及び窒化物半導体レーザダイオードの製造方法を提供することができる。

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断面図である。 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リッジ部半導体層の断面の一構成例を示す断面図である。 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リッジ部半導体層の断面の他の構成例を示す断面図である。 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リッジ部半導体層の断面の他の構成例を示す断面図である。 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リッジ部半導体層の断面の他の構成例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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製造方法の一例を示す断面図である。 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。 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リッジ部半導体層の断面の一構成例を示す断面図である。

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。

１．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３及び図４Ａから図４Ｊ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。

（１．１）窒化物半導体レーザダイオードの全体構成
図１及び図２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は、窒化物半導体レーザダイオード１の一構成例を示す断面図であり、図２は、窒化物半導体レーザダイオード１のリッジ部半導体層の構造を詳細に示す拡大断面図である。

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１０と、基板１０の上方に設けられた第一窒化物半導体層３１と、発光部３２を構成する窒化物半導体活性層３２２と、窒化物半導体活性層３２２上に形成された上部ＡｌＧａＮ層３６とを備えている。窒化物半導体レーザダイオード１では、上部ＡｌＧａＮ層３６の一部又は全てによってリッジ部半導体層３０が形成されている。また、窒化物半導体レーザダイオード１は、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａを覆うように設けられた絶縁体であるシリコン酸化膜４０を備えている。リッジ部半導体層３０では、断面視で、リッジ部半導体層３０の基板１０に近い領域が基板１０に向かって徐々に広い幅となる順テーパ形状となっており、基板１０から遠い領域が基板１０に向かって徐々に狭い幅となる逆テーパ形状となっている。

このような上部ＡｌＧａＮ層３６は、発光部３２を構成する上部ガイド層３２３の一部と、組成傾斜層３４と、第二窒化物半導体層３５とによって構成されている。上部ＡｌＧａＮ層は、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少する組成傾斜層を含んでいる。また、上部ＡｌＧａＮ層は、上部ＡｌＧａＮ層内の活性層側に上部ガイド層３２３を有している。リッジ部半導体層３０は、リッジ部半導体層３０の順テーパ形状の領域（基板１０に近い下部の領域）の底面は、上部ガイド層３２３中に位置するように形成されている。

窒化物半導体レーザダイオード１は、第一窒化物半導体層３１と電気的に接続している第一電極５１を備えている。本実施形態において、第一電極５１は、例えば下部第一電極５１Ａと、下部第一電極５１Ａ上に配置された上部第一電極５１Ｂ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、上部ＡｌＧａＮ層３６（特に、リッジ部半導体層３０の上面３０Ｂに設けられた第二窒化物半導体層３５）と電気的に接続している第二電極５２を備えている。本実施形態において、第二電極５２は、例えば下部第二電極５２Ａと、下部第二電極５２Ａ上に配置された上部第二電極５２Ｂとを備えている。ここで、第二電極５２（特に、上部第二電極５２Ｂ）は、被覆膜の一例である。
ここで、窒化物半導体レーザダイオード１では、基板１０上に設けられたバッファ層２０と、発光部３２上に設けられた電子ブロック層３３とを備える構成として説明しているが、バッファ層２０及び電子ブロック層３３は設けられていなくてもよい。

図２に示すように、リッジ部半導体層３０は、断面視で、基板１０に近い領域（本実施形態では上部ガイド層３２３のうちの一部）が基板１０に向かって徐々に広い幅となる順テーパ形状となっている。また、リッジ部半導体層３０は、断面視で、基板１０から遠い領域（電子ブロック層３３、組成傾斜層３４及び第二窒化物半導体層３５）が基板１０に向かって徐々に狭い幅となる逆テーパ形状となっている。
第二電極５２は、このような形状のリッジ部半導体層３０を覆うように設けられている。第二電極５２は、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａをシリコン酸化膜４０の側方に形成された空洞を介して覆っている。より具体的には、窒化物半導体レーザダイオード１では、第二電極５２は、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａを、シリコン酸化膜４０とシリコン酸化膜４０の側方に形成された空洞６０を介して覆っている。
以下、窒化物半導体レーザダイオード１を構成する各層について詳細に説明する。

＜基板＞
基板１０は、例えばＳｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。基板１０は、上層の薄膜を支持し、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１０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。ｐ型半導体として作用する組成傾斜構造を利用する際には、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１０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１０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１０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１０の結晶品質には特に制限はないが、貫通転位密度が１×１０^９ｃｍ^－２以下であることが好ましく、１×１０^８ｃｍ^－２以下であることがより好ましい。これにより、基板１０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。

＜バッファ層＞
バッファ層２０は、基板１０の全面に形成されている。バッファ層２０は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ又はＧａＮ等により形成されることが好ましい。バッファ層２０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バッファ層２０上に成長させることができる。また、バッファ層２０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１０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バッファ層２０を介して基板１０の上方に成長できる。

バッファ層２０には、Ｃ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物が混入されていてもよい。
基板１０の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、バッファ層２０と基板１０とが同一材料で形成されることから、バッファ層２０と基板１０との境界が不明確となる。本実施形態では、基板１０とバッファ層２０とが同一材料（例えばＡｌＮ）で形成されている場合には、基板１０が基板１０とバッファ層２０とを構成しているものと見做す。バッファ層２０は、結晶の品質を高める目的で、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧＡＮ等の層を、バッファ層２０の初期成長と後期成長とで異なる条件にて厚膜形成しても良い。

バッファ層２０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、バッファ層２０の厚さは、１０ｎｍより厚く１０μｍより薄いことが好ましい。バッファ層２０の厚さが１０ｎｍより厚い場合、ＡｌＮの結晶性が高くなる。また、バッファ層２０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バッファ層２０にクラックが発生しにくくなる。また、バッファ層２０は、５０ｎｍより厚く５μｍより薄いことがより好ましい。バッファ層２０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、バッファ層２０の厚さが５μｍより薄い場合、バッファ層２０のクラックがより発生しにくくなる。

バッファ層２０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。バッファ層２０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の薄膜積層の面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。

＜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３２２を含む発光部３２の組成傾斜層３４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、第一積層領域３１１と、第一積層領域３１１の上面の一部に形成された第二積層領域３１２とを有している。このため、第一積層領域３１１の上面には、第二積層領域３１２が形成されていない領域と、第二積層領域３１２が形成されている領域とが存在する。第一積層領域３１１の上面のうち、第二積層領域３１２が形成されていない領域には、第一積層領域３１１と接続する第一電極５１が設けられている。
なお、第一窒化物半導体層３１は、第二積層領域３１２を有しておらず、平坦な上面であってもよい。

第一窒化物半導体層３１は、第一導電型（ｎ型又はｐ型）のＡｌＧａＮで形成されている。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。

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。
第一窒化物半導体層３１は、例えばＡｌ_ｘ５Ｇａ_{（１－ｘ５）}Ｎ（０＜ｘ５＜１）で形成されている。第一窒化物半導体層３１は、ＡｌＧａＮに、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ以外の元素（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、第一窒化物半導体層３１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。

本開示において、第一窒化物半導体層３１は例えばｎ型半導体である。第一窒化物半導体層３１がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで第一窒化物半導体層３１がｎ型化する。第一窒化物半導体層３１がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＭｇが３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、第一窒化物半導体層３１がｐ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。

第一窒化物半導体層３１と第一電極５１と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。例えばｎ型半導体で構成された第一窒化物半導体層３１が第一電極５１とトンネル接合されている場合、第一窒化物半導体層３１と第一電極５１との間にはｐ型半導体が設けられる。このため、第一電極５１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。第一電極５１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。

第一窒化物半導体層３１は、後述する組成傾斜層３４とＰＮダイオードを作製する観点から、組成傾斜層３４とは異なる導電型となる。組成傾斜層３４は、組成傾斜層３４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、第一窒化物半導体層３１がｎ型半導体である場合、組成傾斜層３４の基板１０に対する薄膜成長方向がＡｌ面の場合、分極ドーピングにより組成傾斜層３４がｐ型化しやすくなる。

第一窒化物半導体層３１の厚さは、特に制限されないが、例えば、２００ｎｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。第一窒化物半導体層３１の厚さが２００ｎｍ以上である場合、第一窒化物半導体層３１の抵抗が低減する。第一窒化物半導体層３１の厚さが２０μｍ以下である場合、第一窒化物半導体層３１形成時のクラックの発生が抑制される。

＜発光部＞
発光部３２は、窒化物半導体活性層３２２と、窒化物半導体活性層３２２の一方の面に設けられた下部ガイド層３２１と、窒化物半導体活性層３２２の他方の面に設けられた上部ガイド層３２３とを備えている。下部ガイド層３２１は、第一窒化物半導体層３１と窒化物半導体活性層３２２との間に設けられている。上部ガイド層３２３は、窒化物半導体活性層３２２と電子ブロック層３３との間に設けられている。

（下部ガイド層）
下部ガイド層３２１は、第一窒化物半導体層３１の上に形成されている。下部ガイド層３２１は、窒化物半導体活性層３２２で発光した光を発光部３２に閉じ込めるために、第一窒化物半導体層３１との間に屈折率差を設けている。下部ガイド層３２１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３２１は、具体的には、Ａｌ_ｘ７Ｇａ_{（１－ｘ７）}Ｎ（０＜ｘ７＜１）により形成される。
また、下部ガイド層３２１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３２１のＡｌ組成比ｘ７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３２１のＡｌ組成比ｘ７は、第一窒化物半導体層３１のＡｌ組成比よりも小さくてもよい。これにより、下部ガイド層３２１は、第一窒化物半導体層３１よりも屈折率が大きくなり、窒化物半導体活性層３２２で発光した光を発光部３２に閉じ込めることが可能となる。

下部ガイド層３２１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。また、下部ガイド層３２１は、第一窒化物半導体層３１と同一の導電型であってもよい。下部ガイド層３２１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１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、下部ガイド層３２１がｎ型化する。下部ガイド層３２１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３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、下部ガイド層３２１がｐ型化する。

（窒化物半導体活性層）
窒化物半導体活性層３２２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部である。
窒化物半導体活性層３２２は、例えばＡｌＧａＮ、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３２２は、例えばＡｌ_ｘ８Ｇａ_{（１－ｘ８）}Ｎ（０≦ｘ８≦１）で形成される。窒化物半導体活性層３２２におけるＡｌ組成比ｘ８は、下部ガイド層３２１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５１及び第二電極５２から注入したキャリアを効率よく発光部３２に閉じ込めることができる。
窒化物半導体活性層３２２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３２２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１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、窒化物半導体活性層３２２がｎ型化する。窒化物半導体活性層３２２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３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、窒化物半導体活性層３２２がｐ型化する。窒化物半導体活性層３２２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。

窒化物半導体活性層３２２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。窒化物半導体活性層３２２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３２２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３２２は、例えば「井戸層／障壁層／井戸層」という量子井戸構造、又は二重以上の量子井戸構造（多重量子井戸構造）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３２２を有することにより、窒化物半導体活性層３２２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３２２の厚さは例えば１６ｎｍであってもよい。

井戸層のＡｌ組成比は、下部ガイド層３２１及び上部ガイド層３２３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３２１及び上部ガイド層３２３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３２２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。

（上部ガイド層）
上部ガイド層３２３は、窒化物半導体活性層３２２の上に形成されている。上部ガイド層３２３は、窒化物半導体活性層３２２で発光した光を発光部３２に閉じ込めるために、上層（図１においては電子ブロック層３３）と屈折率差を設けている。上部ガイド層３２３の一部には、他の領域よりも断面視で幅が狭い突出領域３２４が設けられている。突出領域３２４は、リッジ部半導体層３０の一部を構成する。上部ガイド層３２３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３２３は、具体的には、Ａｌ_ｘ９Ｇａ_{（１－ｘ９）}Ｎ（０≦ｘ９≦１）により形成される。
また、上部ガイド層３２３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３２３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３２３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３２２へキャリアを閉じ込めることが可能となる。

上部ガイド層３２３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３２３がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、上部ガイド層３２３がｎ型化する。上部ガイド層３２３がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＭｇが３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、上部ガイド層３２３がｐ型化する。上部ガイド層３２３は、アンドープ層でもよい。

上部ガイド層３２３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３２３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。

＜電子ブロック層＞
電子ブロック層３３は、窒化物半導体活性層３２２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３２２がＡｌＧａＮの場合、電子ブロック層３３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３３は、基板１０の面方向に略平坦であることが望ましい。電子ブロック層３３が略平坦であることで、組成傾斜層３４で局所的に集中した第一電極５１から注入されたキャリアを、電子ブロック層３３内の面方向に拡散させる役割がある。これは、電子ブロック層３３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３３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３３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３３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。

電子ブロック層３３は、組成傾斜層３４と同一の導電型であってもよい。電子ブロック層３３がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、電子ブロック層３３がｎ型化する。電子ブロック層３３がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＭｇが３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、電子ブロック層３３がｐ型化する。また、電子ブロック層３３は、アンドープ層であってもよい。

＜組成傾斜層＞
組成傾斜層３４は、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されている。組成傾斜層３４のＡｌＮ混晶比率は、電子ブロック層３３と同じか少ないことが好ましい。このような設計にすることにより、第一電極５１から注入されるキャリアを効率良く窒化物半導体活性層３２２へ運搬することが可能となる。また、組成傾斜層３４の第二窒化物半導体層３５に近い層のＡｌ組成比が低いため、第二窒化物半導体層３５を構成するＡｌＧａＮ又はＧａＮとの障壁を顕著に低下させることができる。このため、第二組成傾斜領域３４２と第二窒化物半導体層３５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。

さらに、組成傾斜層３４は、基板１０に近いほどＡｌ組成比が多くなる。このため、ドライエッチング後に残存した組成傾斜層３４の側面を例えばアルカリ溶液でウェットエッチングしてリッジ部半導体層３０を形成する際に、リッジ部半導体層３０の組成傾斜層３４を含む領域（リッジ部半導体層３０の上部）を逆テーパ形状に形成することができる。これは、組成傾斜層３４の基板１０に近い領域程Ａｌ組成比が多く、高いエッチングレートでエッチングされるためである（詳細は後述する）。

より具体的に、組成傾斜層３４は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１－ｘ）}Ｎで形成されており、組成傾斜層３４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、組成傾斜層３４のＡｌ組成比ｘは、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かって０．９からほぼ０まで変化することが好ましい。組成傾斜層３４におけるＡｌ組成比ｘは、組成傾斜層３４の厚さ方向全域において一定の変化率で減少しても良い。また、Ａｌ組成比ｘは、組成傾斜層３４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。

また、組成傾斜層３４は、図１及び図２に示すように、ＡｌＧａＮで形成された第一組成傾斜領域３４１と第二組成傾斜領域３４２とを備えていてもよい。第二組成傾斜領域３４２は、例えば第一組成傾斜領域３４１よりも窒化物半導体活性層３２２から離れている領域である。第一組成傾斜領域３４１と第二組成傾斜領域３４２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。
本実施形態では、組成傾斜層３４が、第一組成傾斜領域３４１及び第二組成傾斜領域３４２を備える場合について説明する。
以下、各領域について詳細に説明する。

（第一ＡｌＧａＮ領域）
第一組成傾斜領域３４１は、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されている。第一組成傾斜領域３４１は、電子ブロック層３３の上方に形成されている。より具体的に、第一組成傾斜領域３４１は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１－ｘ１）}Ｎで形成されている。第一組成傾斜領域３４１におけるＡｌ組成比ｘ１は、光を効率良く閉じ込める観点から上部ガイド層のＡｌ組成比より高いことが好ましく、さらに０．６≦ｘ１≦０．９であることが好ましい。第一組成傾斜領域３４１のＡｌ組成比ｘ１は、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かって上述した範囲内で減少する。

第一組成傾斜領域３４１は、第二窒化物半導体層３５と同一の導電型であってもよい。第一組成傾斜領域３４１がｎ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＳｉが１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、第一組成傾斜領域３４１がｎ型化する。第一組成傾斜領域３４１がｐ型半導体である場合、ＡｌＧａＮに対して例えばＭｇが３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、第一組成傾斜領域３４１がｐ型化する。また、第一組成傾斜領域３４１は、アンドープ層であってもよい。

第一組成傾斜領域３４１は、０ｎｍ超４００ｎｍ未満の厚さを有していることが好ましい。第一組成傾斜領域３４１の厚さが４００ｎｍ未満の場合、第一組成傾斜領域３４１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。
第一組成傾斜領域３４１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。第一組成傾斜領域３４１の厚さは、例えば３２０ｎｍである。

（第二ＡｌＧａＮ領域）
第二組成傾斜領域３４２は、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されている。第二組成傾斜領域３４２は、第一組成傾斜領域３４１上に形成されている。より具体的に、第二組成傾斜領域３４２は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１－ｘ２）}Ｎで形成されている。第二組成傾斜領域３４２におけるＡｌ組成比ｘ２は、例えば０＜ｘ２≦０．６であることが好ましい。第二組成傾斜領域３４２のＡｌ組成比ｘ２は、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かって上述した範囲内で減少する。第二組成傾斜領域３４２では、第一組成傾斜領域３４１よりも平均のＡｌ組成比が低くなるように形成される。これにより、電極から活性層へ効率良く電流を流すことが可能である。

第二組成傾斜領域３４２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、第一組成傾斜領域３４１及び第二組成傾斜領域３４２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、第一組成傾斜領域３４１及び第二組成傾斜領域３４２の双方でＡｌ組成が連続的に変化とは、第一組成傾斜領域３４１及び第二組成傾斜領域３４２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、第一組成傾斜領域３４１及び第二組成傾斜領域３４２が接触する界面のＡｌ組成比は、第一組成傾斜領域３４１のＡｌ組成比ｘ１の回帰直線と、第二組成傾斜領域３４２のＡｌ組成比ｘ２の回帰直線との交点におけるＡｌ組成比をいう。

第二組成傾斜領域３４２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、第二組成傾斜領域３４２を構成するＡｌＧａＮが例えばｐ型半導体のドーパントとしてＭｇを含む場合、第二組成傾斜領域３４２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組成傾斜領域３４２中に正孔が発生する。

第二組成傾斜領域３４２は、ドーパントとしてのＭｇを含まないアンドープ層であっても良い。第二組成傾斜領域３４２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。また、発光ダイオードにおいても光吸収を抑制することにより光取り出し効率が向上し、発光効率を向上させることが可能である。第二組成傾斜領域３４２は、第一組成傾斜領域３４１と直接接していてもよい。また、第一組成傾斜領域３４１と第二組成傾斜領域３４２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。

第二組成傾斜領域３４２は、例えば０ｎｍ超１３０ｎｍ未満の厚さを有している。第二組成傾斜領域３４２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。第二組成傾斜領域３４２は、例えば７５ｎｍの厚さに形成される。

第一組成傾斜領域３４１及び第二組成傾斜領域３４２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。組成傾斜層３４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組成比が変化した組成傾斜層３４を作製することができる。この際、Ｃｐ_２Ｍｇ（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。

＜第二窒化物半導体層＞
第二窒化物半導体層３５は、第二組成傾斜領域３４２よりも窒化物半導体活性層３２２から離れた領域であって、第二組成傾斜領域３４２の全面を被覆する被覆層である。第二窒化物半導体層３５は、第二組成傾斜領域３４２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３５は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_{（１－ｘ３）}Ｎ（０≦ｘ３＜ｘ２）で形成されている。

第二窒化物半導体層３５は、第一導電型とは異なる第二導電型（ｎ型又はｐ型）の半導体で形成されている。
第二窒化物半導体層３５がｎ型半導体の場合、例えばＳｉが１×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、第二窒化物半導体層３５がｎ型化する。
第二窒化物半導体層３５がｐ型半導体の場合、例えばＭｇが３×１０^１９ｃｍ^－３の濃度でドープされることで、第二窒化物半導体層３５がｐ型化する。
ドーパントの濃度は、基板１０の膜厚方向に一定であっても、不均一であっても良い。また、ドーパントの濃度は、基板１０の面内方向に一定であっても、不均一であっても良い。

第二窒化物半導体層３５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３５の上に配置される第二電極５２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３５としてｐ－ＧａＮを用いると、第二組成傾斜領域３４２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３５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３５のＡｌ組成比は、最表層、すなわち第二電極５２に接する表面での組成比を示す。

第二窒化物半導体層３５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３５は、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が、組成傾斜層３４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３５が層構造を有する場合、第二窒化物半導体層３５はアンドープ層であっても良い。
第二窒化物半導体層３５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３５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３２２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３５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３５の厚さが１０ｎｍ超である場合、組成傾斜層３４と組成傾斜層３４の上面に設けられた第二窒化物半導体層３５との密着性が向上する。具体的には、組成傾斜層３４と第二窒化物半導体層３５との界面において、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、第二電極５２からキャリアが注入される際に局所的に電流が集中することを抑制し、第二組成傾斜領域３４２の上面（第二窒化物半導体層３５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３５の厚さが１０ｎｍ超の場合、組成傾斜層３４と第二電極５２とが第二窒化物半導体層３５を介して低抵抗で接続される。
また、第二窒化物半導体層３５の厚さが１０μｍ未満である場合、組成傾斜層３４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３５の厚さがこの範囲内にある場合、第二窒化物半導体層３５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３５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３５と第二電極５２との接触性が安定し、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。

＜リッジ部半導体層＞
リッジ部半導体層３０は、発光部３２を構成する上部ガイド層３２３の一部と、組成傾斜層３４と、第二窒化物半導体層３５とによって構成されている。また、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオード１では、リッジ部半導体層３０は電子ブロック層３３を含んでいる。リッジ部半導体層３０が形成されることにより、発光部３２よりも上層に形成された屈折率の高い材料で形成された層を除去して、発光部３２からの光を発光部３２内の面方向に閉じ込めることができる。

また、本実施形態の窒化物半導体レーザダイオード１では、リッジ部半導体層３０の上部を逆テーパ形状とし、下部を順テーパ形状としている。
リッジ部半導体層３０の上部が逆テーパであることにより、リッジ部半導体層３０と第二電極との接触面積を大きくして抵抗を下げて駆動電圧を低くしつつ、電流を狭窄して電流密度を向上させることで閾値電流を低減することができる。また、リッジ部半導体層３０の上部が逆テーパ構造を有することで電極面積を広くすることができ、電極パターンの設計の自由度を向上させることができる。さらに、フリップチップ接合型のレーザダイオードにおいては、ボンディングエリアを広くすることが出来るため、放熱性を向上することが出来るとともに、フリップチップ接合における接合パターンの設計自由度を高めることが出来る。

また、リッジ部半導体層３０の下部を順テーパ形状とすることで、発光部３２への過剰な光閉じ込めを抑制し、電流Ｉに対する光強度Ｌの特性を安定させてキンクが生じないようにしたり、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａの結晶性の劣化による窒化物半導体レーザダイオード１の発光特性の低下を抑制することができる。また、電流を狭窄した窒化物半導体活性層３２２の内部の発光箇所と外部（図１及び図２中の空洞６０）との距離を遠くすることが出来る。このため、外気（水や酸素）と窒化物半導体活性層３２２のＡｌＧａＮとの電流と熱とにより促進される、劣化の原因となる化学反応を抑制する効果があり、窒化物半導体レーザダイオード１を長寿命化することができる。また、上述した逆テーパ形状の部分において最も電流が集中する部分（逆テーパ形状の部分と順テーパ形状の部分とが接するリッジ部半導体層３０の側面箇所）の電流を、この電流が窒化物半導体活性層３２２に到達する前に順テーパ形状の部分で一部拡散することが出来るため、電流集中による素子の破壊を抑制し、素子を長寿命化できる。
これにより、リッジ部半導体層側面での光閉じ込め効果を向上させ、窒化物半導体レーザダイオード１の発光効率を向上させることができる。また、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３０の役割は、上述したように、電流の集中と発光部３２への光の閉じ込めである。このため、リッジ部半導体層３０は、必ずしも上部ガイド層３２３の一部と、組成傾斜層３４と、第二窒化物半導体層３５のみで形成される必要はない。
上部ＡｌＧａＮ層３６に組成傾斜層３４を含むことで、上述した逆テーパ形状を特に形成しやすくなる。これは、ウェットエッチング処理においてアルカリ溶液を用いる場合に、Ａｌ組成の高いＡｌＧａＮほど側面エッチングが進行しやすく、Ａｌ組成が連続的に変化する組成傾斜構造において逆テーパ構造を形成しやすくなるためである。

リッジ部半導体層３０の順テーパ形状の領域の底面は、上部ガイド層３２３中に位置することが好ましい。これは、リッジ部半導体層３０の形状を形成する際の加工工程において、順テーパ形状の領域の底面と同一平面上の窒化物半導体表面が、上部ガイド層３２３の厚さの分窒化物半導体活性層３２２から遠ざかるため、加工工程における加工ダメージが窒化物半導体活性層３２２まで到達する可能性を低減できるからである。

この際、リッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域の底面の位置、すなわち順テーパ形状と逆テーパ形状とが切り替わる箇所は、上部ガイド層３２３中であってもよく、上部ＡｌＧａＮ層３６の上部ガイド層３２３以外の領域内であってもよい。すなわち、リッジ部半導体層３０の順テーパ形状の領域は、上部ガイド層３２３と上部ガイド層３２３以外の上部ＡｌＧａＮ層３６（電子ブロック層３３、組成変化層３４、第二窒化物半導体層３５）の下部領域の少なくとも一方または両方で形成されていてもよく、上部ガイド層３２３と上部ガイド層３２３以外の上部ＡｌＧａＮ層３６の両方で形成されていることがより好ましい。また、リッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域は、順テーパ形状の領域以外の上部ＡｌＧａＮ層３６で形成されていてもよい。

より具体的に、リッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域の底面の位置は、以下の箇所が好ましい。なお、「底面の位置」は、各層の底面または上面の位置、すなわち層同士の境界に位置していても良い。
１）上部ガイド層３２３
２）電子ブロック層３３
３）組成傾斜層３４

図３Ａに示すように、リッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域の底面が上部ガイド層３２３中に位置する場合、特に水平方向への光の漏れを抑制する効果が大きく、レーザの水平方向への拡がりの制御や発振閾値の低減の効果が高くなる。さらに、逆テーパ形状の領域が上部ガイド層３２３まで形成されているため、順テーパ形状の領域での電流の水平方向への拡散を抑制することが出来、モードの制御や発振閾値の低減の効果がより高くなる。

図３Ｂに示すように、リッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域の底面が電子ブロック層３３中に位置する場合、エッチング処理で順テーパ形状の領域、逆テーパ形状の領域を形成する際の再現性が高い。これは、例えばＡｌＧａＮ材料の場合、エッチングレートがＡｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）組成比率が高いほど高く、かつ通常電子ブロック層３３はバンドギャップが上部ガイド層３２３、組成傾斜層３４より大きい材料（ＡｌＧａＮの場合では、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｇａ）組成比率が最も高い）を用いることから、順テーパ形状と逆テーパ形状の切り替わる箇所を電子ブロック層３３中に形成しやすいためである。つまり、基準の範囲内に収まる特性を有する窒化物半導体レーザダイオード１の製造工程において、製造歩留まりが高くなる。

図３Ｃに示すように、リッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域の底面が組成傾斜層３４中に位置するの場合、逆テーパ部の表面積が図３Ａ、図３Ｂに示す場合よりも小さい。窒化物半導体レーザダイオード１では、＋ｃ面上に組成傾斜層３４となるｐ型半導体を成長させる場合この逆テーパ形状の領域（－ｃ面が部分的に露出している）における耐湿性、腐食性が低くなっている。この部分の構造劣化が通電中や保管中に進行すると、素子の寿命が短くなるが、図３Ｃに示す構造ではこの逆テーパ形状の領域の面積を小さくすることで、寿命の長い素子を実現できる。
なお、図３Ａから図３Ｃでは、上部ガイド層３２３、電子ブロック層３３及び組成傾斜層３４の層中にリッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域の底面が位置する場合について説明したが、このような構成に限られない。リッジ部半導体層３０の逆テーパ形状の領域の底面は、各層の境界面に位置していても良い。

また、上部ＡｌＧａＮ層３６の側面方向に被覆膜で覆われた空洞６０が形成されていることが好ましい。これは、空洞６０中の空気（屈折率１）が低屈折率であるために、光の共振時にリッジ部半導体部３０の延伸方向および薄膜の膜厚方向の両方と垂直な軸方向における光の閉じ込め効率が向上する。さらに、空洞６０が被覆されていることにより、窒化物半導体レーザダイオード１の外部からの作用（振動、水、熱、電磁波など）に対して空洞６０と接する素子表面を保護することが出来、信頼性の高い窒化物半導体レーザダイオード１を実現できる。
また、被覆膜として酸化シリコン膜等の絶縁膜が用いられる、すなわち空洞６０が絶縁膜で覆われた構造であってもよい。この場合、側面３０Ａがシリコン酸化膜４０で覆われたリッジ部半導体層３０の側方に空洞６０が形成され、空洞６０が図示しない絶縁膜で覆われる。

上述したように、リッジ部半導体層３０は、第一電極５１側に偏らせて配置されていている。リッジ部半導体層３０が第一電極５１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て、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、リッジ部半導体層３０は、リソグラフィの再現性の観点から１μｍ以上メサ構造の端部（発光部３２の端部）より離れていることが好ましい。リッジ部半導体層３０は、メサ構造の中央に配置されていてもよく、メサ構造の端部に片寄らせて形成されていてもよい。

＜共振器面＞
窒化物半導体レーザダイオード１には、共振器面の形成が必要である。共振器面７０は、第一窒化物半導体層３１の第二積層領域３１２、発光部３２、組成傾斜層３４及び第二窒化物半導体層３５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７０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（図１中不図示）は、共振器面７０に対向する端面であって、第一窒化物半導体層３１の第二積層領域３１２、発光部３２、組成傾斜層３４及び第二窒化物半導体層３５のそれぞれの端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７０及び裏側共振器面は、発光部３２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７０及び裏側共振器面で反射した光を発光部３２に閉じ込めるために、共振器面７０及び裏側共振器面は、対を成して備えられている。共振器面７０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７０及び裏側共振器面において、発光部３２からの発光を反射させるために、共振器面７０及び裏側共振器面は、窒化物半導体活性層３２２と上部ガイド層３２３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７０及び裏側共振器面は、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。

共振器面７０及び裏側共振器面の表面には、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、ＳｉＯ_２で形成されていてよく、その他にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ又はＨｆＯ_２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７０と、光の出射側にならない反射側の裏側共振器面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７０に形成された絶縁保護膜と、光の反射側の裏側共振器面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。

＜シリコン酸化膜＞
シリコン酸化膜４０は、絶縁体の一例であり、少なくともリッジ部半導体層３０の側面３０Ａを覆うように設けられている。シリコン酸化膜４０は、上層が除去された上部ガイド層３２３の上面に設けられていてもよい。
これにより、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａが空洞６０中の空気と直接接触することを抑制し、空洞６０中に残留する酸素、炭素、水、二酸化炭素等とリッジ部半導体層３０の側面３０Ａとが、素子駆動時の熱と電流により化学変化を起こし劣化することを抑制することが可能となる。

＜第一電極＞
第一電極５１は、第一窒化物半導体層３１上に形成されている。第一電極５１は、例えば下部第一電極５１Ａと上部第一電極５１Ｂとを含んでいるが、下部第一電極５１Ａのみで構成されていても良い。

第一電極５１がｎ型電極の場合、第一電極５１は、第一電極５１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、第一電極５１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。
第一電極５１がｐ型電極の場合、第一電極５１は、第一電極５１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５１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。第一電極５１と第一窒化物半導体層３１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５１は、例えばｎ型電極となるように形成されている。

第一電極５１は、第一電極５１の全域に電流を均等に拡散させる目的で、下部第一電極５１Ａの上方にパッド電極（上部第一電極）５１Ｂを有していてもよい。上部第一電極５１Ｂ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。
第一電極５１は、例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。本開示では、第一電極５１は、第二電極５２と異なる厚さに形成されているが、第二電極５２と同じ厚さに形成されていてもよい。

＜第二電極＞
第二電極５２は、リッジ部半導体層３０上、すなわち上部ＡｌＧａＮ層３６の最上層である第二窒化物半導体層３５上に形成されている。上部ＡｌＧａＮ層３６と電気的に接続している第二電極５２を備え、被覆膜は、第二電極５２で構成されていることが好ましい。本構造を有することで第二電極５２をリッジ部半導体層３０の上面３０Ｂに成膜する際に、同時に空洞６０を被覆することが可能となり、工程の簡略化が可能である。さらに、第二電極５２は、リッジ部半導体層３０と接する下部第二電極５２Ａと、下部第二電極５２Ａ上に配置された上部第二電極５２Ｂとを含み、被覆膜は、第二電極５２の上部第二電極５２Ｂで構成されていることが好ましい。本構造により、リッジ部半導体層３０の上面３０Ｂに形成する電極（下部第二電極５２Ａ）と、空洞６０を被覆する電極（上部第二電極５２Ｂ）に別の金属材料を用いることが可能となり、異なる加工条件を適用することが可能となる。例えば、下部第二電極５２Ａを形成後に熱処理を行い、第二窒化物半導体層３５との界面に合金を形成し、その後上部第二電極５２Ｂを被覆することで空洞６０を形成することが可能となる。この構造により、下部第二電極５２Ａの加工時に空洞６０を被覆する第二電極５２の形状が変化することを抑制できる。
なお、第二電極５２は、例えば下部第二電極５２Ａと、下部第二電極５２Ａ上に配置された上部第二電極５２Ｂとを含んでいるが、下部第二電極５２Ａのみで構成されていても良い。

被覆膜である第二電極５２は、第二電極５２の内表面から外表面に貫通する貫通経路を有していてもよい。貫通経路は、窒化物半導体レーザダイオード１の内部（空洞６０）から外部へ繋がる微細な貫通孔である。この貫通経路を介して酸素が供給されることにより、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａに不導体化により形成される酸化膜（シリコン酸化膜４０）の形成を維持することが可能となる。これは、窒化物半導体レーザダイオード１の使用時に熱と電流によりシリコン酸化膜４０に亀裂が入り、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａ方向から内部にまで酸化が促進することを、繰り返し不導体化することで抑制する役割がある。

第二電極５２がｐ型電極の場合、第二電極５２は、第二電極５２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５２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。第二電極５２とリッジ部半導体層３０とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。
第二電極５２がｎ型電極の場合、第二電極５２は、リッジ部半導体層３０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５２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。
本実施形態では、第二電極５２は、例えばｐ型電極となるように形成されている。

第二電極５２は、第二電極５２の全域に電流を均等に拡散させる目的かつリッジ部半導体層３０の側方に空洞６０を形成する目的で、下部第二電極５２Ａの上方にパッド電極（上部第二電極）５２Ｂを有している。上部第二電極５２Ｂは、上部第一電極５１Ｂと同様の材料、構成とすることができる。また、上部第二電極５２Ｂの代わりに、例えばＮｉ及びＡｕの合金で形成された下部第二電極５２Ａをリッジ部半導体層３０上に形成し、Ａｕで形成された上部第二電極５２Ｂを下部第二電極５２Ａ上に形成した構成であっても良い。
第二電極５２は、例えば２４０ｎｍの厚さに形成されている。

第二電極５２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３５に積層された構造であることが好ましい。第二電極５２のリッジ部半導体層３０側の面は、リッジ部半導体層３０の上面３０Ｂとほぼ同じ形状を有していることが好ましい。第二電極５２とリッジ部半導体層３０との接触面が互いに同じ形状を有することにより、第二電極５２から注入されるキャリアがリッジ部半導体層３０中で基板１０の面方向に拡散することが抑制され、窒化物半導体活性層３２２での発光を制御することができる。

（１．２）窒化物半導体レーザダイオードの製造方法
図４Ａから図４Ｊを参照して、窒化物半導体レーザダイオード１の製造方法を説明する。なお、以下の製造方法では、第一窒化物半導体層３１がｎ型半導体で形成され、第二窒化物半導体層３５がｐ型半導体で形成される場合について説明する。また、以下の製造方法では、基板１０上にバッファ層２０を備え、発光部３２と組成傾斜層３４との間に電子ブロック層３３を備える窒化物半導体レーザダイオード１の製造方法について説明する。

まず、図４Ａに示すように、例えばサファイア基板である基板１０上に、バッファ層２０、第一窒化物半導体層３１Ａ、下部ガイド層３２１Ａ、窒化物半導体活性層３２２Ａ、上部ガイド層３２３Ａ、電子ブロック層３３Ａ、組成傾斜層３４Ａ及び第二窒化物半導体層３５Ａを順に形成して、半導体積層部３０１を形成する。組成傾斜層３４Ａは、第一組成傾斜領域３４１Ａと第二組成傾斜領域３４２Ａとで構成されている。ここで、第一窒化物半導体層３１Ａ、下部ガイド層３２１Ａ、窒化物半導体活性層３２２Ａ、上部ガイド層３２３Ａ、電子ブロック層３３Ａ、組成傾斜層３４Ａ及び第二窒化物半導体層３５Ａは、それぞれ、後に第一窒化物半導体層３１、下部ガイド層３２１、窒化物半導体活性層３２２、上部ガイド層３２３、電子ブロック層３３、組成傾斜層３４及び第二窒化物半導体層３５となる窒化物半導体層である。続いて、半導体積層部が形成された基板１０を熱処理することにより、不純物を活性化させる。熱処理は、例えば５００℃以上６００℃以下の環境下で５分以上２０分以下の時間行われる。

続いて、図４Ｂに示すように、第二窒化物半導体層３５Ａの上面の一部を、金属により形成されたエッチングマスク１００で被覆する。エッチングマスク１００は、後にリッジ部半導体層３０（図１参照）を形成する領域にＮｉ等の金属材料を成膜して形成する。
続いて、図４Ｃに示すように、半導体積層部３０１のエッチングマスク１００で被覆されていない領域の第二窒化物半導体層３５Ａから上部ガイド層３２３Ａの厚さ方向の一部までをＣｌ２ガスを用いたドライエッチングにより除去する。すなわち、第二窒化物半導体層３５Ａから上部ガイド層３２３Ａの厚さ方向の途中までドライエッチングを行った後に、ドライエッチングを終了する。ドライエッチング処理が広範に用いられている異方性エッチングである場合、ドライエッチングが進むにつれて形成される半導体積層部３０２の端面３０２Ａは、ドライエッチングされにくくなる。このため、エッチングマスク１００で被覆されていない半導体積層部３０１の一部が除去されると、エッチングマスク１００で被覆されて残存した半導体積層部３０２の断面形状は順テーパ形状となる。残存した半導体積層部３０２は、上部ガイド層３２３Ｂ、電子ブロック層３３Ｂ、第一組成傾斜領域３４１Ｂ及び第二組成傾斜領域３４２Ｂを有する組成傾斜層３４Ｂ及び第二窒化物半導体層３５Ｂを備えている。

なお、上部ＡｌＧａＮ層３６を形成する際に、窒化物半導体活性層３２２の上層に上部ガイド層３２３を形成し、上部ガイド層３２３の厚さ方向の途中までドライエッチングを行った後にドライエッチングを終了することが好ましい。この工程を行うことで、窒化物半導体活性層３２３にドライエッチングダメージを与えることを抑制することが可能となる。

続いて、図４Ｄに示すように、ドライエッチング後に残存した半導体積層部３０２の第二窒化物半導体層３５Ｂから上部ガイド層３２３Ｂの側面を例えばアルカリ溶液でウェットエッチングする。このとき、アルカリ溶液として、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いる。これにより、半導体積層部３０２の側面がウェットエッチングにより除去される。これは、窒化物半導体のａ面、ｍ面のエッチングレートがｃ面のエッチングレートより速いことに起因する。ウェットエッチングは、半導体積層部３０２の上部が逆テーパ形状になるまで行う。

このとき、ドライエッチング後に残存した半導体積層部３０２の側面（端面３０２Ａ）が順テーパ形状であるため、端面３０２Ａのエッチングが進行すると、半導体積層部３０２の断面形状が図４Ｄに示すように順テーパ形状と逆テーパ形状とを組み合わせた構造になる。このような図４Ｄに示す構造になったところで、ウェットエッチングを停止する。なお、図４Ｄに示す構造を形成するには、端面３０２Ａのエッチングレートを考慮してウェットエッチングの時間を設定すればよい。
また、このとき、Ａｌ組成比が高いほどエッチングレートが速くなる。このため、Ａｌ組成比の最も高い電子ブロック層３３Ｂの側面が最も多く除去され、Ａｌ組成比の最も低い第二窒化物半導体層３５Ｂの側面が最も少なく除去される。また、窒化物半導体活性層３２２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少する組成傾斜層３４Ｂでは、電子ブロック層３３Ｂに近い領域ほど多く除去され、第二窒化物半導体層３５Ｂに近い領域ほど少なく除去される。これにより、下部が順テーパ形状であり、上部が逆テーパ形状の半導体積層部であるリッジ部半導体層３０が形成される。つまり、窒化物半導体レーザダイオード１のような薄膜構造を有する素子は、Ａｌ組成比の調整を比較的容易に行うことができることから、さらに図４Ｄの構造を形成しやすい特徴がある。リッジ部半導体層３０では、第二窒化物半導体層３５、組成傾斜層３４及び電子ブロック層３３が、断面視で基板１０に向かって狭い幅となる逆テーパ形状に形成され、かつ上部ガイド層３２３の一部が、断面視で基板１０に向かって広い幅となるテーパ形状になっている。

続いて、図４Ｅに示すように、ドライエッチング後に残存した上部ガイド層３２３の上面、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａ及びエッチングマスク１００を覆うように、絶縁体であるシリコン酸化膜４０Ａをスパッタにより成膜する。スパッタにより、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａにも材料が回り込んで、上部ガイド層３２３の上面、エッチングマスク１００の上面のみならずリッジ部半導体層３０の側面３０Ａも覆うようにシリコン酸化膜４０Ａが形成される。このとき、断面視においてリッジ部半導体層３０の側面３０Ａの形状が急激に変化する部分（リッジ部半導体層３０の側面３０Ａに接触する線の傾きが急激に変化する変異点）Ｐ１，Ｐ２を起点として、シリコン酸化膜４０Ａに亀裂やピンホール等（以下、亀裂と記載する）Ｃ１，Ｃ２が生じる。亀裂Ｃ１は、エッチングマスク１００の上面に形成されたシリコン酸化膜４０Ａと、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａに形成されたシリコン酸化膜４０との境界に形成されている。

なお、このとき、上部ガイド層３２３の上面及びリッジ部半導体層３０の側面３０Ａにシリコン酸化膜４０Ａを形成した後、このシリコン酸化膜４０Ａよりも被覆物質が粗となる形成条件にて、例えば成膜温度を下げて、シリコン酸化膜４０Ａを形成してもよい。これにより、エッチングマスク１００の上面に、上部ガイド層３２３の上面及びリッジ部半導体層３０の側面３０Ａに形成したシリコン酸化膜４０Ａよりも疎な結晶で形成されたシリコン酸化膜４０Ａを形成することができる。これにより、上部ガイド層３２３の上面及びリッジ部半導体層３０の側面３０Ａに形成されたシリコン酸化膜４０Ａと、エッチングマスク１００の上面に形成されたシリコン酸化膜４０Ａとの間に亀裂（図４Ｅに示す亀裂Ｃ１に相当する）が生じる。

続いて、図４Ｆに示すように、シリコン酸化膜４０Ａが形成された領域を、エッチングマスク１００を構成する金属（例えばＮｉ）を溶解する溶液により処理する。ここで、金属を溶解する溶液として、例えば硝酸を用いる。これにより、亀裂Ｃ１，Ｃ２を介してシリコン酸化膜４０Ａの内部に硝酸が入り込み、エッチングマスク１００に近い亀裂Ｃ１から入り込んだ硝酸がエッチングマスク１００を溶解する。これにより、エッチングマスク１００及びエッチングマスク１００上に成膜されたシリコン酸化膜４０Ａが除去され、リッジ部半導体層３０の上面３０Ｂ（第二窒化物半導体層３５）が露出する。すなわち、本実施形態では、第二窒化物半導体層３５を露出させるために、上部が逆テーパ形状であり、下部が順テーパ形状のリッジ部半導体層３０を形成して、シリコン酸化膜４０Ａに亀裂Ｃ１を発生させる。
ここで、リッジ部半導体層３０の下部に形成された亀裂Ｃ２の近傍には金属で形成された領域が存在しない。このため、上部ガイド層３２３の上面及びリッジ部半導体層３０の側面３０Ａに形成されたシリコン酸化膜４０Ａは硝酸処理後も残存してシリコン酸化膜４０となる。
この手法により、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａをシリコン酸化膜４０で被覆し、かつリッジ部半導体層３０の上面３０Ｂを露出させることが出来、第二電極５２とリッジ部半導体層３０の上面３０Ｂとの接触面積を増やすことが出来る。

続いて、図４Ｇに示すように、リッジ部半導体層３０を形成した領域及びその周辺領域を除いた領域を除去して、メサ構造３７を形成する。このとき、リッジ部半導体層３０を形成した領域及びその周辺領域の上面に金属（Ｎｉ等）によりエッチングマスクを形成し、Ｃｌ２ガスを用いたドライエッチングによりエッチングマスク（図４Ｇ中不図示）を形成していない領域を除去する。この後、硝酸処理により、エッチングマスクを除去する。

続いて、図４Ｈに示すように、電子ビーム（ＥＢ：Electron Beam）蒸着により、メサ構造３７の形成時に上層が除去された第一窒化物半導体層３１の上面に第一電極５１を形成するとともに、第二窒化物半導体層３５の上面に第二電極５２を形成する。
続いて、図４Ｉに示すように、フォトリソグラフィによりリッジ部半導体層３０及び第一電極５１を覆うレジストマスク（図４Ｈ中不図示）を形成し、シリコン酸化膜４０Ｂ（図４Ｈ中不図示）を成膜した後、レジストマスク及びレジストマスク上に形成されたシリコン酸化膜４０Ｂを除去してリッジ部半導体層３０の側面３０Ａ及び第一窒化物半導体層３１の上面を覆うシリコン酸化膜４０を形成する。なお、図４Ｉには、第一電極５１を覆うレジストマスク上のシリコン酸化膜４０Ｂを除去した後のシリコン酸化膜４０のみを示している。

最後に、図４Ｊに示すように、電子ビーム蒸着により、第一電極５１を覆う上部第一電極５１Ｂと、第二電極５２を覆う上部第二電極５２Ｂとを形成する。上部第一電極５１Ｂ及び上部第二電極５２Ｂは、例えば電子ビーム蒸着で同時に形成される。このため、基板１０に対して略垂直な方向から被覆物質を基板１０に垂直な方向に堆積させて、上部第二電極５２Ｂを形成する。すなわち、リッジ部半導体層３０の上方から基板１０に向けて略まっすぐに被覆物質としてパッド電極である上部第二電極５２Ｂの材料となる金属材料が蒸着されて上部第二電極５２Ｂが形成される。このため、第二電極５２がマスクとなり、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａには金属が蒸着されず、リッジ部半導体層３０の側方と上部第二電極５２Ｂとの間には空洞６０が形成される。このようにして、リッジ部半導体層３０の側方を空洞６０を介して覆う被覆膜である上部第二電極５２Ｂが形成される。ここで、「基板１０に対して略垂直な方向」とは、基板１０に対して厳密に垂直な方向のみでなく、基板１０に対して厳密に垂直ではないものの、基板１０の厚さ方向に対して斜めに形成されたリッジ部半導体層３０の側面３０Ａに電子ビーム蒸着によって被覆物質が堆積しない程度の方向をいう。
このとき、蒸着環境において真空度を高めることにより、蒸着環境下において電子ビーム蒸着材料の直進性を阻害する微粒子等を低減し、直進性をより高めることができる。
このあと、第一窒化物半導体層３１の第二積層領域３１２、発光部３２、組成傾斜層３４及び第二窒化物半導体層３５を光の発振方向にエッチングして共振器面の形成を行う（不図示）。これにより、図１に示す窒化物半導体レーザダイオード１が得られる。

（１．３）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、基板上に形成された上部ガイド層の組成傾斜層の一部と、組成傾斜層と、第二窒化物半導体層とがリッジ部半導体層を形成しており、リッジ部半導体層は、断面視で、基板に近い領域が順テーパ形状となっている。
これにより、リッジ部半導体層と第二電極との接触面積を大きくして抵抗を下げて駆動電圧を低くしつつ、電流を狭窄して電流密度を向上させることで閾値電流を低減することができる。また、電極面積を広くすることができ、電極パターンの設計の自由度を向上させることができる。さらに、フリップチップ接合型のレーザダイオードにおいては、ボンディングエリアを広くすることが出来るため、放熱性を向上することが出来るとともに、フリップチップ接合における接合パターンの設計自由度を高めることが出来る。

（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、上述したリッジ部半導体層の基板から遠い領域が逆テーパ形状となっている。
これにより、リッジ部半導体層の下部を順テーパ形状とすることで過剰な光閉じ込めを抑制し、電流Ｉに対する光強度Ｌの特性を安定させてキンクが生じないようにしたり、リッジ部半導体層の側面の結晶性の劣化による窒化物半導体レーザダイオードの発光特性の低下を抑制することができる。また、電流を狭窄した窒化物半導体活性層の内部の発光箇所と外部（空洞）との距離を遠くすることが出来る。このため、窒化物半導体レーザダイオードの劣化の原因となる化学反応を抑制する効果があり、窒化物半導体レーザダイオードを長寿命化することができる。また、リッジ部半導体層の逆テーパ形状の部分において最も電流が集中する部分（逆テーパ形状の部分と順テーパ形状の部分とが接するリッジ部半導体層の側面箇所）の電流を窒化物半導体活性層到達前に順テーパ形状の部分で一部拡散することが出来るため、電流集中による素子の破壊を抑制し、素子を長寿命化できる。

（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、上部第二電極が、第二窒化物半導体層と電気的に接続している第二電極とリッジ部半導体層の側面とを覆っている。このような形状のリッジ部半導体層は、上部第二電極とリッジ部半導体層の側面との間に屈折率の低い空気の層である空洞を介して上部第二電極で覆われている。
これにより、リッジ部半導体層側面での光閉じ込め効果を向上させ、窒化物半導体レーザダイオードの発光効率を向上させることができる。

（４）本実施形態に係る窒化物半導体レーザダイオードは、上部ガイド層側の面におけるＡｌ組成比が上部ガイド層のＡｌ組成比よりも大きく、かつ窒化物半導体活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が連続的に減少するＡｌＧａＮで形成された領域を含む組成傾斜層を備えている。
これにより、キャリアを効率良く窒化物半導体活性層３２２へ運搬することが可能となり、また組成傾斜層と第二窒化物半導体層３５との障壁を顕著に低下させてキャリア注入効率がより向上させる。また、上部第二電極とリッジ部半導体層の側面との間に空洞を形成するためのリッジ部半導体層構造を、ウェットエッチングによって容易に形成することができる。

２．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及び図６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。

（２．１）窒化物半導体レーザダイオードの全体構成
図４に示すように、窒化物半導体レーザダイオード２は、基板１０と、基板１０上に設けられた第一窒化物半導体層３１と、発光部３２と、組成傾斜層３４と、第二窒化物半導体層３５とを備えており、窒化物半導体レーザダイオード１では、発光部３２を構成する上部ガイド層３２３の一部と、組成傾斜層３４と、第二窒化物半導体層３５とによってリッジ部半導体層３０が形成されている。図２に示すように、リッジ部半導体層３０は、窒化物半導体レーザダイオード１と同様に、断面視で、基板１０に近い領域が順テーパ形状となっており、基板１０から遠い領域が逆テーパ形状となっている。また、窒化物半導体レーザダイオード１は、上部第二電極５２Ｂが、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａを、空洞６０のみを介して覆っている。そして、窒化物半導体レーザダイオード２は、リッジ部半導体層３０周辺において、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａを覆っておらず、上部ガイド層３２３の上面のみを覆うように設けられたシリコン酸化膜１４０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、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａがシリコン酸化膜４０で覆われていない点で、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。

被覆膜は、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａを、空洞６０のみを介して覆っていることも好ましい。これは、特に高効率のレーザダイオードを実現する際に屈折率の低い空気を直接リッジ部半導体層３０の側面３０Ａへ隣接させることで、上述した光閉じ込めの効果を最大とし、高効率化を実現することができるためである。

以下、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａがシリコン酸化膜で覆われていない窒化物半導体レーザダイオード２の製造方法について説明する。なお、窒化物半導体レーザダイオード２の各部は、窒化物半導体レーザダイオード１の各部と同様の構成であるため、説明を省略する。

（２．２）窒化物半導体レーザダイオードの製造方法
まず、窒化物半導体レーザダイオード１と同様の方法（図４Ａから図４Ｄ参照）により、リッジ部半導体層３０を形成する。
続いて、ドライエッチング後に残存した上部ガイド層３２３の上面及びエッチングマスク１００の上面に、電子ビーム蒸着によりシリコン酸化膜４０Ａを形成する。このとき、電子ビーム蒸着は材料の直進性が高いことから、リッジ部半導体層３０の上方から基板１０に向けて電子ビーム蒸着を行うことによりリッジ部半導体層３０の側面３０Ａを露出させたまま上部ガイド層３２３の上面及びエッチングマスク１００の上面にシリコン酸化膜４０Ａを形成する。

この後、シリコン酸化膜４０Ａが形成された領域を、エッチングマスク１００を構成する金属を溶解する溶液（例えば硝酸）により処理することにより、エッチングマスク１００を溶解する。これにより、エッチングマスク１００及びエッチングマスク１００上に成膜されたシリコン酸化膜４０Ａが除去され、リッジ部半導体層３０の上面３０Ｂが露出する。
このようにして、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａを、空洞６０のみを介して覆うように上部第二電極５２Ｂが形成された窒化物半導体レーザダイオード２が得られる。窒化物半導体レーザダイオード２は、リッジ部半導体層３０周辺において、リッジ部半導体層３０の側面３０Ａを覆っておらず、上部ガイド層３２３の上面を覆うように設けられたシリコン酸化膜１４０を備えている。

（２．３）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、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、上部第二電極が、リッジ部半導体層の側面を空洞のみを介して覆っている。すなわち、上部第二電極とリッジ部半導体層の側面との間には、屈折率の低い空気の層である空洞のみが存在する。
これにより、上部第二電極とリッジ部半導体層の側面との間にシリコン酸化膜が存在する場合と比較して、リッジ部半導体層側面での光閉じ込め効果をより向上させ、窒化物半導体レーザダイオードの発光効率を向上させることができる。

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。

１，２ 窒化物半導体レーザダイオード
１０ 基板
２０ バッファ層
３０ リッジ部半導体層
３１，３１Ａ 第一窒化物半導体層
３２ 発光部
３２１，３２１Ａ 下部ガイド層
３２２，３２２Ａ 窒化物半導体活性層
３２３，３２３Ａ，３２３Ｂ 上部ガイド層
３３，３３Ａ，３３Ｂ 電子ブロック層
３４，３４Ａ，３４Ｂ 組成傾斜層
３４１，３４１Ｂ 第一組成傾斜領域
３４２，３４２Ｂ 第二組成傾斜領域
３５，３５Ａ，３５Ｂ 第二窒化物半導体層
３６ 上部ＡｌＧａＮ層
４０，４０Ａ，４０Ｂ シリコン酸化膜
５１ 第一電極
５１Ａ 下部第一電極
５１Ｂ 上部第一電極
５２ 第二電極
５２Ａ 下部第二電極
５２Ｂ 上部第二電極
６０ 空洞
１００ エッチングマスク
３００，３０１，３０２ 半導体積層部
Ｃ１，Ｃ２ 亀裂

Claims (20)

1. 基板と、
   前記基板の上方に設けられ、第一導電型のＡｌＧａＮで形成された第一窒化物半導体層と、
   前記第一窒化物半導体層の上方に形成されたＡｌＧａＮで形成された活性層と、
   前記活性層上に形成された上部ＡｌＧａＮ層と、
   を備え、
   前記上部ＡｌＧａＮ層の一部又は全てによってリッジ部半導体層が形成されており、
   前記リッジ部半導体層は、断面視で、前記基板に近い領域が前記基板に向かって徐々に広い幅となる順テーパ形状であり、前記基板から遠い領域が前記基板に向かって徐々に狭い幅となる逆テーパ形状である
   窒化物半導体レーザダイオード。
2. 前記上部ＡｌＧａＮ層は、前記上部ＡｌＧａＮ層内の前記活性層側に、前記活性層よりもＡｌ組成比が高い上部ガイド層と、前記上部ガイド層の上方に設けられた前記上部ガイド層以外の前記上部ＡｌＧａＮ層と、を有しており、
   前記リッジ部半導体層の前記順テーパ形状の領域は、前記上部ガイド層と前記上部ガイド層以外の前記上部ＡｌＧａＮ層の下部領域の少なくとも一方または両方で形成されており、前記逆テーパ形状の領域は、前記順テーパ形状の領域以外の前記上部ＡｌＧａＮ層で形成される前記請求項１に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
3. 前記リッジ部半導体層の前記順テーパ形状の領域は、前記上部ガイド層と前記上部ガイド層以外の前記上部ＡｌＧａＮ層の下部領域との両方で形成されており、前記逆テーパ形状の領域は、前記上部ガイド層以外の前記上部ＡｌＧａＮ層の上部領域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。
4. 前記上部ＡｌＧａＮ層は、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少する組成傾斜層を含む
   請求項１から３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。
5. 前記リッジ部半導体層の前記順テーパ形状の領域の底面は、前記上部ガイド層中に位置する
   請求項２に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
6. 前記上部ＡｌＧａＮ層の側面方向に、被覆膜で覆われた空洞が形成されている請求項１から５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。
7. 前記上部ＡｌＧａＮ層と電気的に接続している第二電極を備え、
   前記被覆膜は、前記第二電極で構成されている
   請求項６に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
8. 前記第二電極は、前記リッジ部半導体層と接する下部第二電極と、前記下部第二電極上に配置された上部第二電極とを含み、
   前記被覆膜は、前記第二電極の前記上部第二電極で構成されている
   請求項７に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
9. 前記リッジ部半導体層の側面を覆うように設けられた絶縁体を備え、
   前記被覆膜は、前記リッジ部半導体層の側面を、前記絶縁体の側方に形成された前記空洞を介して覆っている
   請求項６から８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。
10. 前記被覆膜は、前記リッジ部半導体層の側面を、前記空洞のみを介して覆っている
    請求項６から８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。
11. 前記被覆膜は、前記被覆膜の内表面から外表面に貫通する貫通経路を有している
    請求項６から９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。
12. 基板上に、第一導電型のＡｌＧａＮで形成された第一窒化物半導体層と、ＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成された活性層と、ＡｌＧａＮで形成された上部ＡｌＧａＮ層とを順に形成して半導体積層部を形成し、
    前記上部ＡｌＧａＮ層の上面の一部をエッチングマスクで被覆した後、前記エッチングマスクで被覆されていない前記半導体積層部の前記上部ＡｌＧａＮ層の厚さ方向の一部又は全部をドライエッチングにより除去し、
    ドライエッチング後に残存した前記半導体積層部の前記上部ＡｌＧａＮ層の側面をウェットエッチングすることにより、前記上部ＡｌＧａＮ層の基板に近い領域が、断面視で前記基板に向かって広い幅となる順テーパ形状となり、かつ前記上部ＡｌＧａＮ層の前記基板から遠い領域が、断面視で前記基板に向かって狭い幅となる逆テーパ形状となるまでウェットエッチングを進行させた後にウェットエッチングを停止することでリッジ部半導体層を形成する
    窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
13. 前記上部ＡｌＧａＮ層を形成する際に、前記活性層から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少する組成傾斜層を形成する
    請求項１２に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
14. 前記上部ＡｌＧａＮ層を形成する際に、前記活性層の上層に上部ガイド層を形成し、
    前記上部ガイド層の厚さ方向の途中までドライエッチングを行った後にドライエッチングを終了する
    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の製造方法。
15. 前記基板に対して略垂直な方向から被覆物質を前記基板に垂直な方向に堆積させることで、前記リッジ部半導体層の側方を空洞を介して覆う被覆膜を形成する
    請求項１２から１４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の製造方法。
16. 前記被覆物質として、電極材料となる金属を用いる
    請求項１５に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
17. 前記被覆物質として、パッド電極材料となる金属を用いる
    請求項１５又は１６に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
18. 前記リッジ部半導体層の側面および前記エッチングマスクを覆うように絶縁体を成膜し、前記絶縁体を成膜した後に前記被覆膜を形成する
    請求項１５から１７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の製造方法。
19. 前記被覆物質として、絶縁体を用いる
    請求項１５から１７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の製造方法。
20. 前記被覆膜を形成する際に、前記リッジ部半導体層の側方に前記被覆膜を形成した後、前記リッジ部半導体層の側方に形成された前記被覆膜よりも前記被覆物質が粗となる形成条件にて前記被覆膜を形成することで前記空洞を覆う
    請求項１５から１９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の製造方法。

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