JP2022150772A - レーザダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】素子抵抗の低いレーザダイオードを提供する。
【解決手段】レーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置された、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置された、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置された、第２導電型の窒化物半導体を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のために形成されたメサ構造であり、メサ構造の側面のうち光共振方向に垂直ではない側面は、平面視において複数の凸部を有している。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、レーザダイオードに関する。

窒化物半導体は、直接遷移の再結合形態を有することから、高い再結合効率および高い光学利得を得ることができる点で、レーザダイオードのための材料として適している。例えば、窒化物半導体を用いた、紫外領域での電流注入型のレーザダイオードを発振させる技術が開示されている(例えば、非特許文献１)。

レーザダイオードの技術常識を参酌すると、紫外光を発光するレーザダイオードは、低い発振閾値電流密度にて発振させる構成が好ましい。また、紫外光を発光するレーザダイオードでは、熱による素子性能の低下を防ぐため、素子抵抗を低減させて、より低い駆動電力による発振特性を有することが好ましい。素子抵抗を低減させてレーザダイオードを低い電力にて発振させるためには、メサ構造上に配置される電極を、メサ構造の側面に極力近づけて配置する構成が適切であると考えられる。

Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａl．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １２、１２４００３（２０１９）

しかしながら、紫外光を発光するレーザダイオードにこのような構成を適用しても、所望の低い発振閾値電流密度を得られないのが実情である。その理由として、メサ構造の側面付近においては、メサ構造の側面から導入される転位がメサ構造上に設けられた電極の直下の発光層に到達することによって、光利得を阻害する非発光領域が生ずるためであると考えられる。
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、より低い素子抵抗を達成するレーザダイオードを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本開示の一実施形態に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置された、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置された、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置された、第２導電型の窒化物半導体を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のために形成されたメサ構造であり、メサ構造の側面のうち光共振方向に垂直ではない側面は、平面視において複数の凸部を有している。
なお、上述した発明の概要は、本開示の特徴の全てを列挙したものではない。

本開示の一態様によれば、発振閾値電流の低いレーザダイオードを提供することができる。

本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す平面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの凸部の一構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの凸部の一構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの凸部の一構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。 本開示の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。

以下、実施形態を通じて本開示に係るレーザダイオードを説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

また、以下、説明の便宜上、「上」とは、図面に描かれた第２電極側を意味するものとし、「下」とは、図面に描かれた基板側を意味するものとする。ただし、「上」、「下」とは、便宜的に定められたものに過ぎず、限定的に解釈すべきものではない。

１．実施形態
本開示の実施形態に係るレーザダイオードについて説明する。

（１．１）紫外レーザダイオードの構造
本開示に係るレーザダイオードは、
Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置された、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に配置された、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、発光層上に配置された、第２導電型の窒化物半導体を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のために形成されたメサ構造であり、メサ構造の側面のうち光共振方向に垂直ではない側面は、平面視において複数の凸部を有している。

本開示に係るレーザダイオードが低い素子抵抗を実現できる理由としては、メサ構造の側面のうち光共振方向に垂直ではない側面（共振器ミラー端面ではない側面）に複数の凸部を有していることで、このような凸部を備えない形態と比較して、メサ構造の側面から導入される転位が抑制され、光利得を阻害する非発光領域が低減するためであると考えられる。
以下、本開示に係る紫外レーザダイオードの各構成を説明をする。

＜窒化物半導体基板＞
窒化物半導体基板（以下、基板と記載することがある）は、Ａｌを含む窒化物半導体を含んでいる。Ａｌを含む窒化物半導体は、例えばＡｌＮである。すなわち、基板はＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。また、Ａｌを含む窒化物半導体は、ＡｌＮに限定されず、例えばＡｌＧａＮであってよい。例えば、基板がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
基板の貫通転位密度は、５×１０^４ｃｍ^－２以下であることが好ましい。特に、発振閾値電流の低減の観点から、貫通転位密度は１×１０^３以上１×１０^４ｃｍ^－２以下であることがより好ましい。

ここで、「窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、窒化物半導体以外の元素を少量（例えばＧａ（Ｇａが主元素でない場合）、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、またはＳｂ等の元素を数％以下）加える等してこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。

また、基板は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、ｎ型またはｐ型にドーピングされてよい。また、基板は、ＡｌＮ等の窒化物半導体と、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＧａＮまたはＩｎＮとの混晶であってもよい。

基板は、一例として１００μｍ以上６００μｍ以下の層厚を有することが好ましい。
また、面方位はｃ面（０００１）、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１０－１０）などが挙げられるが、ｃ面（０００１）基板がより好ましい。さらに、ｃ面（０００１）法線方向からいくらかの角度（例えば－４°～４°、好ましくは－０．４°～０．４°）に傾いた面上に形成することができるが、これに限らない。

＜第１導電型クラッド層＞
第１導電型クラッド層は、基板上に形成される。ここで、例えば「第１導電型クラッド層は基板上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板の一方の面上に第１導電型クラッド層が形成されることを意味する。また、基板と第１導電型クラッド層との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、後述する第１導電型導波路層上に電子ブロック層を介して第２導電型クラッド層が形成される場合も、「第２導電型クラッド層は第１導電型導波路層上に形成される」という表現に含まれる。また、本実施形態の説明において、「第１導電型」および「第２導電型」は、それぞれ異なる導電型を示す半導体であることを意味し、例えば、一方がｎ型導電性である場合は、他方がｐ型導電性となる。

本実施形態のレーザダイオードにおける第１導電型クラッド層は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。第１導電型クラッド層は、例えばＡｌ_ａＧａ_{（１－ａ）}Ｎ（０＜ａ＜１）により形成される。これにより、深紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を発光層として形成する場合に、発光層の結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。高い発光効率を実現する観点から、第１導電型クラッド層を構成する窒化物半導体は、ＡｌＮおよびＧａＮの混晶であることが好ましい。また、基板に対して完全歪で成長させる観点から、第１導電型クラッド層は、Ａｌ_ａＧａ_{（１－ａ）}Ｎ（０．６≦ａ≦０．８）により形成されることがより好ましい。

第１導電型クラッド層は、不純物によりドーピングされていてもよい。不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｏなどが挙げられる。不純物としては、これらの不純物の何れか１つが選択されてもよいし、これらの不純物の複数が選択されてもよい。不純物の濃度は、特に限定されるものではないが、１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^２０ｃｍ^－３以下であることが好ましく、５×１０^１８ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下であることがより好ましい。

第１導電型クラッド層は、第１導電型クラッド層内での格子緩和の観点と膜抵抗の観点から、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の層厚を有することが好ましく、３００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の層厚を有することがより好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の層厚を有することが更に好ましい。

＜発光層＞
発光層は、第１導電型クラッド層の上方に設けられている。発光層では、発光波長が２１０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下であることが好ましい。
発光層は、１つ以上の量子井戸層を有している。量子井戸層では、所望する発光波長により、材料が適宜選択されてよい。量子井戸層に用いられる材料としては、紫外領域の発光波長を得る目的である場合、例えば、Ａｌ_ｂＧａ_１－ｂＮ（０≦ｂ≦０．８）などが挙げられる。

発光層は、量子井戸層の上方若しくは下方、又は上方及び下方の双方が、量子井戸層と異なる材料で形成された層により挟まれた構造を有している。量子井戸層と異なる材料で形成された層としては、例えば、厚さ１ｎｍ以上２０ｎｍ以下のＡｌ_ｃＧａ_１－ｃＮ（０．５≦ｃ＜０．７）層などが挙げられる。
発光層は、一部が、不純物によりドーピングされていてもよい。不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｃなどが挙げられる。なお、発光層は、意図的に不純物がドーピングされていない構造（アンドープ層）であってもよい。

＜導波路層＞
本実施形態のレーザダイオードは、光閉じ込めの観点から、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置されて、発光層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、を備えていても良い。
これにより、導波路層は、発光層を挟み込むように発光層の上下に形成され、発光層から放出された光を発光層内に閉じ込める効果を有する。すなわち、導波路層は、発光層に対して第１導電型クラッド層側に配置された第１導電型導波路層）と、発光層に対して第２導電型クラッド層側に配置された第２導電型導波路層の２層から構成されることが好ましい。

導波路層は、光閉じ込めの観点から、発光層よりエネルギーの高いバンドギャップを持つＡｌ、Ｇａを含む窒化物半導体であることが好ましい。導波路層は、デバイス内で定在する光の電界強度分布と発光層の重なりを増大させるＡｌ組成と膜厚とを有することが好ましい。特に、第１導電型導波路層と第２導電型導波路層との膜厚比は、発光層への光閉じ込めと、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層とにおけるＡｌＧａＮのＡｌ組成によってさまざまに取りうる。

発光層へのキャリア閉じ込めの観点から、発光層をＡｌ_ｂＧａ_{（１－ｂ）}Ｎ（０＜ｂ＜１）とし、導波路層をＡｌ_ｄＧａ_{（１－ｄ）}Ｎ（０＜ｄ＜１）としたとき、ｂ＜ｄであり、ｄ≧ｂ＋０．０５であることがより好ましい。たとえば発光波長が２６５ｎｍの発光層を例とした場合、ｂ＝０．５２であり、ｄは０．５７以上であることが好ましい。また、光閉じ込めと、層抵抗の観点から、第一導電型導波路層と第２導電型導波路層との合計膜厚は７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。

第１導電型導波路層及び第２導電型導波路層のＡｌ組成のそれぞれは、膜厚方向において均一であることが好ましいが、この限りではない。後述する第２導電型コンタクトの上方に存在する金属（例えば第２電極）への光吸収を回避するために、第２導電型導波路層のＡｌ組成が第１導電型導波路層のＡｌ組成より高くなっていてもよい。同様の目的で、第２導電型導波路層の膜厚が第１導電型導波路の膜厚より厚くなっていてもよい。

第１導電型導波路層がｎ型導電性半導体層の場合は、第１導電型クラッド層と同じ伝導型を得る目的などからＮの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素，Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｆ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していて良いが、この限りではない。

＜第２導電型クラッド層＞
第２導電型クラッド層は、発光層上に設けられている。第２導電型クラッド層は、第２導電型窒化物半導体層を有している。第２導電型クラッド層は、例えばＡｌ_ｅＧａ_１－ｅＮ（０＜ｅ＜１）により形成される。また、発光層上に導波路層（第２導電型導波路層）が設けられている場合には、第２導電型クラッド層は、導波路層（第２導電型導波路層）状に形成される。これにより、第２導電型クラッド層は、発光層または導波路層に対して格子整合が容易であり、貫通転位密度の抑制が可能となる。

第２導電型クラッド層は、キャリア（電子または正孔）を発光層へ注入するに足りる導電性を有しており、デバイス内で定在する光モードの電界強度分布と発光層の重なりを増大させる（すなわち光閉じ込めを増大させる）ことが可能であれば、導電型は特に限定されない。第２導電型クラッド層は、たとえば一部にＭｇをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＮであってよい。
第２導電型クラッド層がｐ型導電性半導体層の場合、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。

第２導電型クラッド層は、第２導電型クラッド層の全体または一部が、例えば、Ｍｇ、Ｂ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｌｉなどの第２導電型不純物を有していないことがより好ましい。第２導電型クラッド層が第２導電型不純物を有していないことで、従来の紫外レーザダイオードと比較して、紫外レーザダイオードの発振閾値電流密度を低くすることができる。

キャリアをより効率よく発光層へ注入する観点から、第２導電型クラッド層はＡｌ組成ｆが基板の上面から遠ざかる方向へ減少する様に傾斜したＡｌ_ｆＧａ_{（１－ｆ）}Ｎで形成された組成傾斜層である第２導電型縦伝導層と、Ａｌ_ｇＧａ_{（１－ｇ）}Ｎ（０＜ｇ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を備えることが好ましい。
以下、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層について説明する。

（第２導電型縦伝導層）
第２導電型縦伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層側の領域を構成する層である。第２導電型縦伝導層は、Ａｌ_ｆＧａ_１－ｆＮを含む層である。第２導電型縦伝導層は、発光層と第２導電型クラッド層との界面から遠ざかる方向に向かって、Ａｌ組成比が１．０から連続的に減少していく層であってよい。第２導電型クラッド層は、Ａｌ組成が傾斜することで、光閉じ込めおよび発光層へのキャリア注入、および電子のブロック層としての役割を果たし、レーザダイオードの発振閾値電流密度を低くする効果が得られる。

第２導電型縦伝導層におけるＡｌ組成ｆのプロファイル（傾斜）は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、第２導電型縦伝導層の膜中にＡｌ組成ｆが同じ（膜厚方向に一定）になっている部分を含むことを意味する。つまり、第２導電型縦伝導層には、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成ｆが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。第２導電型クラッド層が、このような組成傾斜層を含むことで、光閉じ込めおよび発光層へのキャリア注入、および電子のブロック層としての役割を果たすことから、紫外レーザダイオード１００の発振閾値電流密度を低くする効果が期待される。

第２導電型縦伝導層の膜厚は、格子整合の観点から５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２導電型縦伝導層の膜厚は、発光層への光閉じ込め及びキャリア注入の観点から、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることがより好ましく、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

（第２導電型横伝導層）
第２導電型横伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層と反対側の領域を構成する層であり、第２導電型縦伝導層上に形成される。第２導電型横伝導層は、Ａｌ_ｇＧａ_１－ｇＮ（０＜ｇ≦１）を含む層である。ここで、第２導電型横伝導層の第２導電型縦伝導層と対向する面におけるＡｌ組成ｇは、第２導電型縦伝導層のＡｌ組成ｆの最小値よりも大きいことが好ましい。
第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の縦抵抗率を制御する目的などから、Ｈ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物を意図的に混入されることができる。混入される不純物の量は、第２導電型横伝導層の表面および内部に誘積される正味の電界量に応じて、一例として、１×１０^１９ｃｍ^－３以上５×１０^２１ｃｍ^－３であってよい。

第２導電型横伝導層の膜厚は、第２導電型横伝導層を貫通するキャリアの量子透過を容易とする観点から、２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

第２導電型横伝導層の上に後述する第２導電型コンタクト層が設けられる場合、第２導電型横伝導層の第２導電型コンタクト層との界面におけるＡｌ組成は、第２導電型コンタクト層におけるＡｌ組成よりも小さく、かつ基板に対して完全歪であることが好ましい。このような第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の表面および表面付近の内部に蓄積される正味内部電界が負となって、界面に正孔が誘積されることで横伝導率を向上させることができる。

第２導電型縦伝導層は、分極ドーピング効果によりキャリア（例えば第２導電型縦伝導層がｐ型半導体により形成されている場合には正孔）を生成させて、キャリアを効率良く発光層内の活性層に注入する作用を有する。このため、第２導電型縦伝導層が発光層と第２導電型コンタクト層との間に設けられることで、レーザダイオードのキャリア注入効率を高め、閾値電圧を低減することができる。
第２導電型横伝導層は、電極下部に集中する電界によって狭められる正孔分布を横方向に広げる効果を有する。この効果によって、第２導電型横伝導層は、第２導電型縦伝導層と同様にキャリア注入効率を高めることができる。

（中間層）
第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間には、伝導率を向上させる観点かつ／または第２導電型横伝導層および第２導電型コンタクト層を完全歪で形成させるためなどの観点から、基板の上面から遠ざかる方向へＡｌ組成ｈが増加するようなＡｌ_ｈＧａ_{（１－ｈ）}Ｎ（０＜ｈ≦１．０）から成る中間層を設けることができる。第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層の中間層は、所望する発光波長の光を吸収しないバンドギャップでない混晶であって良く、さらに５０ｎｍ以下の膜厚であることが好ましく、アンドープであって良い。

＜第２導電型コンタクト層＞
本実施形態のレーザダイオードは、第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト層を更に備えていても良い。第２導電型コンタクト層を構成する窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮおよび、それらを含む混晶で形成されることが好ましく、ＧａＮを含む窒化物半導体であることがより好ましい。

第２導電型コンタクト層は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｅ等の不純物が混入していてよい。原料ガスの汎用性から、第２導電型コンタクト層に含まれる不純物はＭｇであることが好ましい。コンタクト抵抗低減の観点から、Ｍｇの濃度が８×１０^１９ｃｍ^－３以上５×１０^２１ｃｍ^－３以下であることが好ましく、５×１０^２０ｃｍ^－３以上５×１０^２１ｃｍ^－３以下であることがより好ましい。

また、第２導電型コンタクト層の層厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。第２導電型コンタクト層の層厚が薄いほどレーザダイオードのキャリア注入効率が向上し、層厚が厚いほどキャリア注入効率が低下する。

＜第１電極＞
第１電極は、第１導電型クラッド層上に設けられている。第１電極は、第１導電型クラッド層と電気的に接続される第１導電性材料で形成されることが好ましい。第１導電性材料としては、例えば、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｖ、Ｉｎの何れかを含む合金などが挙げられる。第１導電性材料として、特に、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕの何れかを含む合金を用いることで、コンタクト抵抗を低減させることができる。

＜第２電極＞
第２電極は、第２導電型クラッド層上に設けられている。第２電極は、第２導電型クラッド層と電気的に接続される第２導電性材料で形成されることが好ましい。第２導電性材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｒｕの何れか又は何れかを含む合金などが挙げられる。第２導電性材料として、特に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄの何れかを含む合金を用いることで、コンタクト抵抗を低減させることができる。

＜メサ構造と共振器＞
メサ構造は、第２導電型層と第１導電型層とを電気的に分離するために形成される。メサ構造は、半導体積層部の一部を除去した構造である。ここで、「半導体積層部」とは、少なくとも第１導電型クラッド層、発光層および第２導電型クラッド層をいい、上述した導波路層（第１導電型導波路層および第２導電型導波路層）、中間層および第２導電型コンタクト層が設けられている場合にはこれらの層も含む。

メサ構造は、平面視において、基板の結晶方位（１－１００）面に平行な共振器を有し、＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードを可能にする形態を取ることが望ましい。これは、劈開法やエッチング法などさまざまな方法によってレーザ共振器の共振ミラー端面を得る場合に、原子的に平坦な（１－１００）面が最も容易に共振ミラー端面を形成できるためである。つまり、メサ構造が基板の結晶方位に対して平面視において（１－１００）面に平行なメサ端面を共振ミラー端面とする共振器を有し、＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードであることが好ましい。

メサ構造は、窒化物半導体層の積層体を誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively coupled plasma）エッチング等でエッチングすることで形成できる。この時のエッチング条件により、メサ構造の側面から転位が多量に発生し、メサ構造の内部方向へ伝搬する。これは、窒化物半導体層の積層体が基板に対して格子整合に成長するシュードモルフィック成長であり、窒化物半導体積層体には歪が蓄積されているためである。歪はメサ構造の形成を含むデバイスプロセスにおいて一部解放されるが、歪が開放される際メサ構造に転位の発生を伴う。発生する転位線は、典型的にメサ構造の側面を起点とする。

メサ構造に転位が発生する範囲が第２電極下部に至る場合、発振閾値電流が著しく悪化する。この理由から、第２電極は、メサ構造側面近傍に発生した転位の最大発生範囲よりもメサ構造の内側に設けることが好ましい。これにより、メサ構造の歪み解放に伴って発生する転位が第２電極直下の発光層に到達することが回避され、発振閾値電流密度を構造本来の最良水準に到達させることができる。
レーザダイオードの素子抵抗は、第２電極とメサ構造側面との最大距離Ｄによって決定される。素子抵抗を低減する観点から、より小さいＤが達成されることが好ましい。従って、メサ構造側面近傍に発生した転位の最大範囲を抑制することが求められる。

出願者らの鋭意検討により、平面視におけるメサ構造の形状を規定することでメサ構造側面近傍に発生した転位の最大範囲を抑制することが可能となることを明らかにした。メサ構造は、平面視で長辺と短辺とを有する矩形状であり、長辺が＜１－１００＞方向に平行であって、凸部は、平面視において＜１１－２０＞方向および＜－１－１２０＞方向の少なくとも一方に突出していることが好ましい。すなわち、凸部は、メサ構造の共振ミラー端面が形成された面以外の側面に設けられていることが好ましい。凸部を設けることにより、凸部先端にメサ構造の歪み応力を集中させることが可能となる。従って、メサ構造形成時における応力解放過程に伴ってメサ構造内部に導入される転位の発生起点を意図的に制御することで、効率的に転位の対消滅を発生させて、発生した転位の広がりを抑制することが可能となる。

凸部の頂部への十分な応力集中を達成する観点および効率的に転位の対消滅を発生させる観点から、凸部は、平面視における高さが１μｍ以上１１μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３．５μｍ以下であることがより好ましい。凸部の高さが上述の範囲内である場合、凸部の側面の凹凸が微小で応力集中が不十分となったり、凸部の底面から頂部までの距離が大きく、発生した転位の会合の頻度が低下して転位の最大範囲が拡大することを抑制することができる。

また、凸部の頂部への十分な応力集中を達成する観点から、平面視における凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角（以下、凸部頂部の角度と記載する場合がある）の最小角度が１度以上１３０度以下であることが好ましく、１度より大きく１２０度以下であることがより好ましい。凸部頂部の最小角度が上述の範囲内である場合、凸部が損傷しにくく、凸部の側面の凹凸が微小で応力集中が不十分となることを抑制して、凸部の頂部への十分な応力集中を達成することができる。

さらに、メサ内部方向への転位伝搬を抑制の観点から、転位の発生起点となる複数の凸部の頂部同士の間の距離は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上６μｍ以下であることがより好ましい。凸部の頂部同士の間の距離が上述の範囲内である場合、凸部を容易に形成することができるとともに、効率的に発生した転位を会合させてメサ内部方向への転位伝搬を抑制することが可能となる。

（１．２）レーザダイオードの製造方法
本実施形態のレーザダイオードは、基板上に各層を形成する工程を経て製造される。

（基板の形成）
基板は、昇華法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。

（半導体積層部の形成）
基板上に形成される半導体積層部の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等で行うことができる。
ここで、基板上に形成された各層のうち窒化物半導体の層は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）もしくはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、またはアンモニア（ＮＨ_３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
レーザダイオードは、基板上に形成された半導体積層部の各層の不要部分をエッチングによって除去する工程を経て製造される。半導体積層部の各層の不要部分の除去は、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング等で行うことができる。

（電極の形成）
レーザダイオードは、電極を形成する工程を経て製造され得る。第１電極および第２電極等の電極は、例えば抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されるが、これら方法には限定されない。電極は、単層で形成してもよく、複数層積層して形成してもよい。また、電極は、層の形成後に酸素、窒素または空気雰囲気等で熱処理が行われてもよい。
最後に、上述した各工程を経て各層が形成された基板をダイシングにより個片へと分割してレーザダイオードが製造される。

２．レーザダイオードの具体例
次に、図面を用いて本実施形態のレーザダイオードをより具体的に説明する。なお、以下の各具体例の各層の詳細な構成は、上述した通りである。

（３．１）第１の実施形態
図１Ａは、第１の実施形態にかかるレーザダイオード１の平面構成を示す平面模式図であり、図１Ｂは、図１Ａに示すレーザダイオード１の光共振方向に垂直な面の断面構成を示す断面模式図である。
図１Ａ及び図１Ｂにおいて、＜１－１００＞＜１１－２０＞＜０００１＞＜－１－１２０＞はそれぞれ結晶方位を示している。

図１Ａに示すように、本実施形態のレーザダイオード１は、Ａｌを含む基板１０と、基板１０上に配置された半導体積層部２０とを備えている。また、レーザダイオード１には、図示しない第１電極及び第２電極を備えている。
半導体積層部２０は、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層２１と、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層２２と、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層２３と、を有する。第１導電型クラッド層２１の一部、発光層２２及び第２導電型クラッド層２３は、光共振および射出のためメサ構造２０１となっている。

図１Ａに示すように、メサ構造２０１の側面のうち、光共振方向Ｄ１に平行な側面は、平面視において複数の凸部を有している。複数の凸部は、図１Ａに示したように光共振方向Ｄ１に垂直ではない側面の全ての側面に備えられていても良いし、一つの側面に備えられていても良い。また、メサ構造２０１の側面の全領域に渡って複数の凸部を備えていても良いし、一部領域にのみ凸部を備えていても良い。

複数の凸部について、図２Ａから図２Ｃを用いて詳細に説明する。
図２Ａから図２Ｃは、複数の凸部の形状の一例を示すための平面模式図である。図中、凸部の頂部の間の距離Ｗ、凸部の高さ（凸部の基底部から凸部の頂部の距離）Ｈ、側面の基底部から凸部の頂部を結んだ線分がなす最小角φをそれぞれ示している。
複数の凸部のパターンは、図２Ａに示すように平面視で三角形状の凸部が連続して並んでいても良いし、図２Ｂに示すように平面視で頂部が円弧状の凸部であっても良いし、図２Ｃに示すように平面視で三角形状の凸部が間隔を空けて並んでいても良い。凸部の頂部へ十分な応力集中を達成する観点から、凸部は図２Ａから図２Ｃに共通するように、凸部の頂部が平坦ではない形状であることが好ましい場合がある。

（３．２）第２の実施形態
図３は、第２の実施形態にかかるレーザダイオード２を説明するための模式図である。図３は、レーザダイオード２の断面模式図である。
レーザダイオード２は、第１導電型導波路層２４と、第２導電型導波路層２５とを更に備える半導体積層部２０Ａを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード２は、発光層２２への光閉じ込め効果が向上し、発光強度が向上する。

（３．３）第３の実施形態
図４は、第３の実施形態にかかるレーザダイオード３を説明するための模式図である。図４は、レーザダイオード３の断面模式図である。
レーザダイオード３は、第２導電型クラッド層２３上に配置された第２導電型コンタクト層２６を備える半導体積層部２０Ｂを有している点で、第２の実施形態に係るレーザダイオード２と相違する。
このようなレーザダイオード３は、発光層２２へのキャリア注入効率が向上し、発光効率が向上する。

なお、第２導電型コンタクト層２６は、例えば第２実施形態にかかるレーザダイオード２と組み合わされてもよい。すなわち、レーザダイオード２の第２導電型クラッド層２３上に第２導電型コンタクト層２６が配置されたレーザダイオードであっても良い（不図示）。

（３．４）第４の実施形態
図５は、第４の実施形態にかかるレーザダイオード４を説明するための模式図である。図５は、レーザダイオード４の断面模式図である。
レーザダイオード４は、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型横伝導層２３Ｂとで構成された第２導電型クラッド層２３及び第２導電型コンタクト層２６を備える半導体積層部２０Ｃを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード４は、発光層２２へのキャリア注入効率が向上し、発光効率が向上する。

（３．５）第５の実施形態
図６は、第５の実施形態にかかるレーザダイオード５を説明するための模式図である。図６は、レーザダイオード５の断面模式図である。
レーザダイオード５は、第１導電型導波路層２４及び第２導電型導波路層２５と、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型横伝導層２３Ｂとで構成された第２導電型クラッド層と、第２導電型縦伝導層２３Ａと第２導電型導波路層２５との間に設けられた中間層２７とを備える半導体積層部２０Ｄを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。
このようなレーザダイオード５は、中間層２７におけるキャリアの伝導率を向上させつつ、第２導電型横伝導層２３Ｂ及び第２導電型コンタクト層２６を完全歪で形成させることによるキャリアの横伝導率を向上させることができる

（３．６）第６の実施形態
図７は、第６の実施形態にかかるレーザダイオード６を説明するための模式図である。図７は、レーザダイオード６の断面模式図である。
レーザダイオード６は、第１導電型導波路層２４及び第２導電型導波路層２５、第２導電型コンタクト層２６を更に備え、レーザダイオード６のメサ構造は二段構造になっており、第１導電型クラッド層２１を含むメサ構造２０１と、第１導電型クラッド層２１を含まないメサ構造２０３とを備える半導体積層部２０Ｅを有している点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。

４．効果
上述した本開示のレーザダイオードは、以下の効果を有する。
（１）レーザダイオードは、半導体積層部の少なくとも一部に形成された光共振および射出のためのメサ構造の側面のうち、光共振方向に垂直ではない側面に、複数の凸部を有している。
これにより、凸部先端にメサ構造の歪み応力を集中させて、メサ構造形成時における応力解放過程に伴ってメサ構造内部に導入される転位の発生起点を制御することが可能となる。

（２）レーザダイオードでは、平面視における複数の凸部の頂部同士の間の距離が１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、効率的に発生した転位を会合させてメサ内部方向への転位伝搬を抑制することが可能となる。
（３）レーザダイオードでは、平面視における凸部の高さが１μｍ以上１１μｍ以下であることが好ましい。
これにより、発生した転位の会合の頻度が低下して転位の最大範囲が拡大することを抑制することができる。

（４）レーザダイオードでは、平面視における、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士のなす角の最小角度は、１度以上１２０度以下である、
これにより、凸部の頂部への十分な応力集中を達成できる。
（５）レーザダイオードでは、メサ構造は、窒化物半導体基板の結晶方位（１－１００）面に平行な端面を共振ミラー端面とする共振器を有し、＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型紫外レーザダイオードであることが好ましい。
これにより、レーザ共振器の共振ミラー端面を原子的に平坦な（１－１００）面に容易に形成できる。

（６）レーザダイオードでは、メサ構造が、平面視で長辺と短辺とを有する矩形状であり、長辺が＜１－１００＞方向に平行であって、凸部が、平面視において＜１１－２０＞方向および＜－１－１２０＞方向の少なくとも一方に突出していることが好ましい。
これにより、共振ミラー端面が形成された面以外の側面にメサ構造の歪み応力を集中させて転位の最大範囲を抑制することが可能となる凸部を設けることができる。
（７）レーザダイオードでは、窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。
これにより、基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくすることができる。

（８）レーザダイオードでは、発光層の上下に、発光層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層及び第２導電型導波路層を備えることが好ましい。
これにより、発光層へ光を閉じ込める効果が向上し、発光効率が向上する。

（９）レーザダイオードでは、第２導電型クラッド層上にＧａＮを含む第２導電型コンタクト層を更に備え、第２導電型クラッド層がＡｌ_ｆＧａ_１－ｆＮ（０．１≦ｆ≦１）を含み、窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｆが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が０．５μｍ未満である第２導電型縦伝導層と、Ａｌ_ｇＧａ_１－ｇＮ（０＜ｇ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を有することが好ましい。
これにより、キャリアをより効率よく発光層へ注入して発光効率を向上させることができる。

（１０）レーザダイオードでは、第２導電型縦伝導層と第２導電型導波路層との間に配置されて、Ａｌ_ｈＧａ_１－ｈＮ（０＜ｈ≦１．０）で形成された中間層、を備えることが好ましい。
これにより、第２導電型横伝導層および第２導電型コンタクト層を完全歪で形成させてキャリアの伝導率を向上させることができる。
（１１）レーザダイオードでは、第２導電型縦伝導層の膜厚は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。
これにより、発光層への光閉じ込め効果が向上するとともに、キャリア注入効果が向上し、レーザダイオードの発光効率が向上する。

（１２）レーザダイオードでは、第２導電型縦伝導層のうちの第２導電型導波路層との界面を含む一部または全ての領域が不純物がドープされていない領域であることが好ましい。
これにより、不純物の拡散を抑制してキャリアを効率的に発光層に注入することができ、発振効率を高めることができる。

（１３）レーザダイオードでは、第１導電型クラッド層がＡｌ_ａＧａ_１－ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成されており、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層が窒化物半導体基板に対して完全歪で形成されていることが好ましい。
第１導電型クラッド層をＡｌ_ａＧａ_1-ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成することにより、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層を基板に対して完全歪で形成してキャリアの伝導率を向上させることができる。
（１４）レーザダイオードでは、第２導電型横伝導層の第２導電型縦伝導層と対向する面におけるＡｌ組成ｇがＡｌ組成ｆの最小値よりも大きいことが好ましい。
これにより、キャリアを横方向に拡散することができ、キャリアの注入効率を高めることができる。

以下、本開示の実施例及び比較例について説明する。

＜実施例１＞
基板として厚さ５５０μｍの（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板を用い、この基板に対して有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置を用いてアニール処理を行った。アニール処理は、１３００℃の環境下において、ＮＨ_３雰囲気中での５分間のアニールおよびＨ_２雰囲気中での５分間のアニールを１セットとして、２セットの処理を行った。

次に、基板上に、バッファ層としてホモエピタキシャル層であるＡｌＮ層を形成した。ＡｌＮ層は、１２００℃の環境下において５００ｎｍの厚さで形成した。このとき、ＩＩＩ族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）は５０とした。また、アニールを行ったチャンバーの真空度を５０ｍｂａｒとした。このときのＡｌＮ層の成長レートは０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いた。

上述したように形成したＡｌＮ層上に、第１導電型クラッド層を形成した。第１導電型クラッド層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：７０％、すなわちＡｌ_０．７０Ｇａ_０．３０Ｎ層）とした。第１導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で３５０ｎｍの厚さで形成した。このときの第１導電型クラッド層の成長レートは０．４μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ_４）を用いた。

続いて、第１導電型クラッド層上に第１導電型導波路層であるｎ型導波路層を形成した。ｎ型導波路層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ_０．６３Ｇａ_０．３７Ｎ層）とした。ｎ型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で６０ｎｍの厚さで形成した。このときのｎ型導波路層の成長レートは０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いた。

続いて、ｎ型導波路層上に発光層を形成した。発光層は、量子井戸層とバリア層とを３周期積層させた多重量子井戸構造を有するように成膜して形成した。ここで、量子井戸層は、３．０ｎｍの厚さを有するＡｌＧａＮ層（Ａｌ：５２％、すなわちＡｌ_０．５２Ｇａ_０．４８Ｎ層）とした。また、６．０ｎｍの厚さを有するバリア層は、ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ_０．６３Ｇａ_０．３７Ｎ層）とした。
発光層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは０．１８μｍ／ｈｒであった。また、バリア層の成長レートは０．１５μｍ／ｈｒであった。

続いて、発光層上に第２導電型導波路層であるｐ型導波路層を形成した。ｐ型導波路層は、ドーパントを含まないＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ_０．６３Ｇａ_０．３７Ｎ層）とした。ｐ型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で６０ｎｍの厚さで形成した。このときのｐ型導波路層の成長レートは０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。

続いて、ｐ型導波路層上に第２導電型クラッド層を形成した。第２導電型クラッド層は、第２導電型縦伝導層と、第２導電型横伝導層とを備える積層構造であり、Ａｌ組成比が傾斜するグレーデッド層である。第２導電型縦伝導層は、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝０．６３から１．０まで変化する、層厚２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層とした。また、第２導電型横伝導層は、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝１．０から０．７まで変化する、層厚３２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層とした。第２導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの第２導電型クラッド層の成長レートは０．３～０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。

続いて、第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層であるｐ型コンタクト層を形成した。ここで、ｐコンタクト層は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とにより形成した。ＡｌＧａＮ層は、Ｍｇをドーパント不純物として用い、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝０．７から０．４まで変化する、層厚３０ｎｍのｐ型窒化物半導体層とした。また、ＧａＮ層は、１０ｎｍの厚さを有するＧａＮ（すなわちＡｌ：０％）で形成した。

ｐ型コンタクト層は、９５０℃の温度で、真空度を１５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を３６５０とした条件で形成した。このときのｐ型コンタクト層の成長レートは０．２μｍ／ｈｒであった。

以上のようにして、ＡｌＮ基板上に、半導体積層部を形成した。この半導体積層部に対してＸＲＤによる逆格子マッピング測定を実施したところ、半導体積層部はｐ型コンタクト層まで緩和のないシュードモルフィック成長をしていることが分かった。

上述したように形成された半導体積層部に対して、Ｎ_２雰囲気中、７００℃で１０分以上アニーリングを行うことによって、ｐ型コンタクト層を更に低抵抗化した。
フォトリソグラフィーによって、ｐ型コンタクト層上に＜１－１００＞方向のメサ境界に複数の凸部を設けるようなレジストパターン（ＩＰＣエッチングのフォトレジストマスク）を形成した。次いで、ＩＣＰを用いてＣｌ_２およびＢＣｌ_３を含むガスによりドライエッチングを行うことによって、ｎ型クラッド層を露出させた。ｎ型クラッド層は、平面視で＜１－１００＞方向長い矩形の領域に形成した。このとき、ＩＣＰの条件は、アンテナ電力が３２０Ｗ、バイアス電力が３０Ｗ、自動圧力調整（ＡＰＣ：Adaptive Pressure Control valve）が２Ｐａ、プロセス圧力が６００Ｐａであり、ガス流量はＣｌ_２ガスが２０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ_３ガスが５ｓｃｃｍであった。

形成されたメサ構造は＜１－１００＞方向の長さが６００μｍであり、＜１１－２０＞方向の長さが４０μｍであった。ここで、メサ構造の＜１－１００＞方向の長さは平面視における共振器ミラー端面同士の間の距離であり、＜１１－２０＞方向の長さはメサ構造の側面同士の間の距離である。

メサ構造におけるｐ型コンタクト層上に、＜１－１００＞方向に長い矩形状にＮｉおよびＡｕを順に成膜して電極金属領域を複数形成して第２電極とした。このとき、第２電極の幅は５μｍであり、長さは６００μｍであった。
メサ構造に対して、発光波長における単色Ｃａｔｈｏｄｅ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ測定を行い、非発光領域となるメサ構造周囲の転位発生領域の幅を確認したところ、５．６μｍであった。レーザダイオードの発振閾値を低減の観点から、第２電極とメサ構造周囲の転位発生領域とが重ならないように、メサ構造の側面から５．６μｍ離れた位置に第２電極を配置した。

また、メサ構造のｎ型クラッド層が露出した領域において、＜１－１００＞方向に長い矩形状にＶ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＡｕを順に成膜して電極金属領域を複数形成して第１電極とした。さらに、電極金属領域内において、＜１１－２０＞方向に複数回劈開させることによって、基板をストライプ状に分割し、個片化されたレーザダイオードを形成した。最終的なメサ構造の＜１－１００＞方向の長さは６００μｍであった。

このようにして得られたレーザダイオードにおいて、メサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は１．０μｍであり，凸部の高さは１．０μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は２０度であった。また、レーザダイオードの素子抵抗は５．４Ωであった。

＜実施例２＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は６μｍであり、凸部の高さは１μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は２０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ１０．５μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から１０．５μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は７Ωであった。

＜実施例３＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は１２μｍであり、凸部の高さは１μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は２０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ１１．４μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から１１．４μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は７．４Ωであった。

＜実施例４＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は５μｍであり、凸部の高さは３．５μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は２０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ９．３μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から９．３μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は６．６Ωであった。

＜実施例５＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は５μｍであり、凸部の高さは１０μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は２０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ１１．３μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から１１．３μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は７．３Ωであった。

＜実施例６＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は５μｍであり、凸部の高さは１２μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は２０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ１１．６μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から１１．６μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は７．４Ωであった。

＜実施例７＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は５μｍであり、凸部の高さは１μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は１０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ５．４μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から５．４μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は５．３Ωであった。

＜実施例８＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は５μｍであり、凸部の高さは１μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は６０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ７．９μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から７．９μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は６．１Ωであった。

＜実施例９＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は５μｍであり、凸部の高さは１μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は１００度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ９．５μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から９．５μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は６．７Ωであった。

＜実施例１０＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部の頂点間距離は１μｍであり、凸部の高さは１μｍであり、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度は１３０度であった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ１１．２μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から１１．２μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は７．３Ωであった。

＜比較例１＞
フォトレジストマスクの形状を変更してメサ構造の側面の形状を変更した以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイオードを得た。
得られたレーザダイオードのメサ構造の＜１－１００＞方向の側面（共振器ミラー端面ではない側面）の平面視における形状を測定したところ、凸部は無かった。メサ構造周囲の非発光領域の幅を測定したところ１２μｍであった。第２電極とメサ構造周囲の暗線領域とが重ならないように、メサ構造の側面から１２μｍ離れた位置に第２電極を配置したところ、レーザダイオードの素子抵抗は７．５Ωであった。
以下の表１に、各実施例及び各比較例の評価結果を示す。

表１に示すように、レーザダイオードのメサ構造の側面に凸部を有する実施例１から実施例１０のレーザダイオードは、メサ構造の側面に凸部を有していない比較例１のレーザダイオードと比較して、素子抵抗が低下した。
また、メサ構造の側面に形成された凸部の頂部間の距離が１μｍ以上１０μｍ以下である実施例１及び実施例２のレーザダイオードは、凸部の頂部間の距離が１０μｍを超える実施例３のレーザダイオードと比較して、さらに素子抵抗が低下した。

さらに、凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士がなす角の最小角度が１度より大きく１２０度以下である実施例７から実施例９のレーザダイオードは、最小角度が１２０度を超える実施例１０のレーザダイオードと比較して、さらに素子抵抗が低下した。
このように、レーザダイオードの素子抵抗を低下させるために、メサ構造の側面に凸部を設けることが好ましく、凸部の形状（頂点間距離、高さ、頂点の平面視における角度）を調整することがさらに好ましいことがわかった。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の技術的範囲には限定されない。上述した実施形態に、多様な変更又は改良を加えることも可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ 基板
２０ 半導体積層部
２１ 第１導電型クラッド層
２２ 発光層
２３ 第２導電型クラッド層
２３Ａ 第２導電型縦伝導層
２３Ｂ 第２導電型横伝導層
２４ 第１導電型導波路層
２５ 第２導電型導波路層
２６ 第２導電型コンタクト層
２７ 中間層
２８ 凸部
３１ 第１電極
３２ 第２電極
２０１ 第１導電型クラッド層を含むメサ構造
ＳＳ メサ構造の側面
ＥＳ メサ構造の端面

Claims (14)

1. Ａｌを含む窒化物半導体基板と、
   前記窒化物半導体基板上に配置された半導体積層部と、
   を備え、
   前記半導体積層部は、
   前記窒化物半導体基板上に配置された、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、
   前記第１導電型クラッド層上に配置された、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体で形成された発光層と、
   前記発光層上に配置された、第２導電型の窒化物半導体を含む第２導電型クラッド層と、
   を有し、
   前記半導体積層部の少なくとも一部は、光共振および射出のために形成されたメサ構造であり、
   前記メサ構造の側面のうち光共振方向に垂直ではない側面は、複数の凸部を有する
   レーザダイオード。
2. 平面視における複数の前記凸部の頂部同士の間の距離は、１μｍ以上１０μｍ以下である、
   請求項１に記載のレーザダイオード。
3. 平面視における前記凸部の高さは、１μｍ以上１１μｍ以下である、
   請求項１または２に記載のレーザダイオード。
4. 平面視における、前記凸部の底部と頂部とを結んだ線分同士のなす角の最小角度は、１度以上１２０度以下である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
5. 前記メサ構造は、前記窒化物半導体基板の結晶方位（１－１００）面に平行な端面を共振ミラー端面とする共振器を有し、＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型紫外レーザダイオードである
   請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
6. 前記メサ構造は、平面視で長辺と短辺とを有する矩形状であり、前記長辺が＜１－１００＞方向に平行であって、
   前記凸部は、平面視において＜１１－２０＞方向および＜－１－１２０＞方向の少なくとも一方に突出している
   請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
7. 前記窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板である
   請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
8. 前記第１導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第１導電型導波路層と、
   前記第２導電型クラッド層と前記発光層との間に配置されて、前記発光層へ光を閉じ込める第２導電型導波路層と、
   を備える、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
9. 前記第２導電型クラッド層上に配置され、ＧａＮを含む窒化物半導体で形成された第２導電型コンタクト層を更に備え、
   前記第２導電型クラッド層は、Ａｌ_ｆＧａ_１－ｆＮ（０．１≦ｆ≦１）を含み、前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｅが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が０．５μｍ未満である第２導電型縦伝導層と、Ａｌ_ｇＧａ_１－ｇＮ（０＜ｇ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を有する、
   請求項８に記載のレーザダイオード。
10. 前記第２導電型縦伝導層と前記第２導電型導波路層との間に配置されて、Ａｌ_ｈＧａ_１－ｈＮ（０＜ｈ≦１．０）で形成された中間層、を備える、
    請求項９に記載のレーザダイオード。
11. 前記第２導電型縦伝導層の膜厚は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である、
    請求項９または１０に記載のレーザダイオード。
12. 前記第２導電型縦伝導層のうちの前記第２導電型導波路層との界面を含む一部または全ての領域は、不純物がドープされていない領域である、
    請求項９から１１のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
13. 前記第１導電型クラッド層は、Ａｌ_ａＧａ_１－ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成されており、
    前記第２導電型縦伝導層および前記第２導電型横伝導層は、前記窒化物半導体基板に対して完全歪で形成されている、
    請求項９から１２のいずれか一項に記載のレーザダイオード。
14. 前記第２導電型横伝導層の前記第２導電型縦伝導層と対向する面における前記Ａｌ組成ｇは、前記第２導電型縦伝導層の前記Ａｌ組成ｆの最小値よりも大きい、
    請求項９から１３のいずれか一項に記載のレーザダイオード。

Images