JP5608815B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、青紫〜赤色の可視域の光を出力する半導体レーザー（ＬＤ）及びスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の半導体発光素子に関する。
特許文献１に記載の従来の半導体発光素子について、図２２を参照しながら説明する。図２２は、従来の半導体発光素子（レーザーダイオード構造１００）の構造を示す斜視図である。
図２２に示すように、サファイア基板等の基板１０１の上には、ｎ型コンタクト層１１０、ｎ型下部クラッド層１３０、ｎ型下部導波路層１４０、多重量子井戸（ＭＱＷ）領域１５０、ｐ型閉じ込め層１６０及びｐ型上部導波路層１７０が順次形成されている。
上部クラッド層１８０は、ｐ型上部導波路層１７０におけるＭＱＷ領域１５０の活性領域１５５の上方に位置する部分の上に形成されている。絶縁層１８５は、上部クラッド層１８０を挟んで向かい合うように形成されている。
金属からなるｐ電極１９０は、上部クラッド層１８０の上及び絶縁層１８５の上に形成されている。一方、金属からなるｎ電極１２０は、ｎ型コンタクト層１１０の露出領域の上に形成されている。
上部クラッド層１８０の材料として、半導体ではなく、透明電極材料（例えば導電性金属酸化物）を用いる。具体的には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、酸化インジウムスズ）を用いることで、上部クラッド層１８０に、クラッド層の機能及びｐ型電極の機能を併せ持たせることが可能となる。
上記の構成により、高い光閉じ込め係数を維持すると共に、直列抵抗を大幅に低減させたシングルモード動作を行うレーザーダイオードを提供する。
半導体発光素子に透明電極材料を適用した技術として、特許文献１に記載の技術の他に、特許文献２及び特許文献３に記載の技術がある。特許文献２に記載の技術では、ＩＴＯからなるクラッド層電極を用いる。特許文献３に記載の技術では、ＩＴＯからなる上部透明電極膜を用いる。
特開２００４−２８９１５７号公報 特開２００６−４１４９１号公報 特開２０１０−２１２７１号公報
本願発明者が検討した結果、従来の半導体発光素子では、以下に示す問題があることを見出した。
従来の半導体発光素子では、透明電極材料として、現在最も特性が安定しているＩＴＯを用いる。しかしながら、従来の半導体発光素子は、メサ型の光導波路構造を有していないため、横方向の光閉じ込めが弱く、閾値電流の増大を招くという問題がある。
前記に鑑み、本発明の目的は、閾値電流の増大が抑制された半導体発光素子を実現することにある。
本発明に係る半導体発光素子は、基板と、基板の上に形成された第一クラッド層と、第一クラッド層の上に形成された第一ガイド層と、第一ガイド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第二ガイド層と、第二ガイド層の上に形成されたコンタクト層と、コンタクト層の上に形成された導電性金属酸化物からなるクラッド電極と、クラッド電極と電気的に接続されたパッド電極とを備え、コンタクト層を含むストライプ状のメサ型構造を有し、クラッド電極の幅は、メサ型構造の幅よりも広く、クラッド電極は、メサ型構造の上面及び側面を覆い、かつ、コンタクト層と電気的に接続されている。
本発明に係る半導体発光素子によると、閾値電流の増大が抑制された高効率の半導体発光素子を実現することができる。
図１は、実施の形態１に係る半導体発光素子の構造を示す平面図であり、具体的には、パッド電極側から見た平面図である。 図２は、実施の形態１に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であり、具体的には、図１に示すII-II線に沿った断面図である。 図３は、実施の形態１に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であり、具体的には、図１に示すIII-III線に沿った断面図である。 図４は、実施の形態１に係る半導体発光素子の動作を模式的に示す図である。 図５（ａ）〜図５（ｅ）は、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｄ）は、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図７は、実施の形態１の変形例に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 図８（ａ）〜図８（ｃ）は、半導体発光素子の一部、具体的には、前方端面の近傍部分の構造を示す断面図であり、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、それぞれ、比較例の半導体発光素子、実施の形態１に係る半導体発光素子、及び、実施の形態１の変形例に係る半導体発光素子の一部の構造を示す断面図である。 図９は、実施の形態２に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図１２は、実施の形態３に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 図１３（ａ）〜図１３（ｅ）は、実施の形態３に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、実施の形態３に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図１５は、実施の形態４に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 図１６（ａ）〜図１６（ｅ）は、実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、実施の形態４に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図１８は、実施の形態５に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 図１９（ａ）〜図１９（ｅ）は、実施の形態５に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は、実施の形態５に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図２１は、実施の形態６に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。 図２２は、従来の半導体発光素子の構造を示す斜視図である。 図２３は、比較例の半導体発光素子の構造を示す断面図である。 図２４（ａ）〜図２４（ｅ）は、比較例の半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。 図２５（ａ）〜図２５（ｄ）は、比較例の半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態１及びその変形例並びに実施の形態２〜６は、それぞれ、一例であって、本発明は、以下に示す実施の形態１及びその変形例並びに実施の形態２〜６に限定されない。
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す平面図であり、具体的には、パッド電極側から見た平面図である。図２は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であり、具体的には、図１に示すII-II線に沿った断面図である。図３は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であり、具体的には、図１に示すIII-III線に沿った断面図である。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、基板１０と、ｎ型クラッド層（第一クラッド層）１１と、ｎ型ガイド層（第一ガイド層）１２と、活性層１３と、ｐ型ガイド層（第二ガイド層）１４と、コンタクト層１６と、クラッド電極２２と、パッド電極２３とを備えている。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、少なくともコンタクト層１６を含むストライプ状のメサ型構造２０を有している。
ｎ型クラッド層１１は、基板１０の上に形成されている。ｎ型ガイド層１２は、ｎ型クラッド層１１の上に形成されている。活性層１３は、ｎ型ガイド層１２の上に形成されている。ｐ型ガイド層１４は、活性層１３の上に形成されている。コンタクト層１６は、ｐ型ガイド層１４の上に形成されている。クラッド電極２２は、コンタクト層１６の上に形成され、コンタクト層１６と電気的に接続されている。パッド電極２３は、クラッド電極２２の上に形成され、クラッド電極２２と電気的に接続されている。なお、本明細書において、「層（基板）の上に形成されている」とは、層（基板）の上に、層（基板）と接して形成されている場合と、層（基板）の上に、他の層を介して形成されている場合との双方を含む。
クラッド電極２２は、導電性金属酸化物からなる。クラッド電極２２の幅Ｗeは、メサ型構造２０の幅Ｗsよりも広い。クラッド電極２２は、メサ型構造２０の上面及び側面を覆っている。
このような構成とすることで、閾値電流の増大が抑制された高効率の半導体発光素子を実現することができる。具体的には、図３に示すように、導電性金属酸化物からなるクラッド電極２２の幅Ｗeをメサ型構造２０の幅Ｗsよりも広くすることで、対称性の高い光閉じ込め構造を安定して作製することができる。その結果、閾値電流の増大が抑制された高効率の半導体発光素子を実現することができる。
なお、クラッド電極２２の膜厚を５００ｎｍ以上にすることにより、この効果をより確実に得ることができる。
以下に、本実施の形態に係る半導体発光素子のより具体的な構造について説明する。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、波長が４００ｎｍ〜４５０ｎｍ程度の青色光を出力する半導体レーザーである。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｐ型ガイド層１４とコンタクト層１６との間に形成されたｐ型クラッド層（第二クラッド層）１５をさらに備えている。ｐ型クラッド層１５は、凸部１５ａを有している。
メサ型構造２０は、ｐ型クラッド層１５の凸部１５ａと、凸部１５ａの上に形成されたコンタクト層１６とを有している。メサ型構造２０における上面と下面との段差ｄは、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下であることが好ましい。本実施の形態におけるメサ型構造２０の上面はコンタクト層１６の上面で規定され、メサ型構造２０の下面はｐ型クラッド層（第二クラッド層）１５における凸部１５ａを形成していない領域の上面で規定される。
本実施の形態に係る半導体発光素子は、ｎ型基板１０の上に、ｎ型バッファ層（図示省略）、ｎ型クラッド層１１、ｎ型ガイド層１２、活性層１３、ｐ型ガイド層１４、ｐ型クラッド層１５及びｐ型コンタクト層１６が順次形成された半導体積層体を有している。
なお、ｎ型基板１０は基板の一例であり、ｎ型クラッド層１１は第一クラッド層の一例であり、ｎ型ガイド層１２は第一ガイド層の一例であり、ｐ型ガイド層１４は第二ガイド層の一例であり、ｐ型クラッド層１５は第二クラッド層の一例であり、ｐ型コンタクト層１６はコンタクト層の一例である。
バッファ層の形成は必須ではないが、バッファ層の形成により、半導体積層体の結晶性を向上することができる。半導体積層体を構成する各層は、必ずしも単一の組成からなる単一層である必要はなく、組成の異なる複数層であってもよい。
クラッド電極２２は、例えばＩＴＯからなり、クラッド層かつｐ型電極として機能している。横方向の光閉じ込めをメサ型構造２０とクラッド電極２２との屈折率差で実現している。
ＩＴＯからなるクラッド電極２２は、クラッド電極の一例である。クラッド電極２２は、導電性を有し、かつ、活性層１３からの発光に対して透明な材料からなる。「透明」とは、活性層１３からの発光の吸収量が少ないことをいう。このような材料の一例として、導電性金属酸化物がある。ＩＴＯは、導電性金属酸化物の一例であり、その他の例として、ＺｎＯ、ＡＺＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ）、ＧＺＯ（Ｇａ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ）、ＦＴＯ（Ｆ−ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ2）及びＡＴＯ（Ｓｂ−ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ2）等がある。
クラッド電極２２は、コンタクト層１６の上にだけでなく、ｐ型クラッド層１５の上にも形成されている。クラッド電極２２は、メサ型構造２０の上面及び側面だけでなく、ｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する側方部分の上面も覆っている。
クラッド電極２２は、メサ型構造２０とオーミック接触している。一方、クラッド電極２２は、ｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する側方部分とショットキー接触している（図３の高抵抗面１５ｓ参照）。このため、実質的には、電流は、メサ型構造２０のみに流れる。このような構成とすることで、動作電圧を低減した高効率の半導体発光素子を実現することができる。
パッド電極２３は、金（Ａｕ）を含む。Ａｕを含むパッド電極２３は、パッド電極の一例である。パッド電極２３は、例えば、チタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる。「Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ」とは、Ｔｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層が順次形成されていることをいう。パッド電極は、その他に例えば、チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）又はニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）からなってもよい。配線ワイヤーのボンディングのために、パッド電極２３の最上層は、Ａｕ層であることが好ましい。
ｐ型クラッド層１５におけるクラッド電極２２の側方に位置する部分の上には、表面保護のために、ＳｉＯ2からなる絶縁膜２１が形成されていることが好ましい。この場合、パッド電極２３は、クラッド電極２２の上にだけでなく、絶縁膜２１の上にも形成されるため、パッド電極２３の幅は、クラッド電極２２の幅Ｗeよりも広い。
基板１０におけるｎ型クラッド層１１が形成された面と反対側の面（裏面）の上には、ｎ電極２４が形成されていることが好ましい。
本実施の形態のメサ型構造２０は、直線導波路である。光が出射する前方端面（出射端面）の上には、誘電体単層膜又は誘電体多層膜からなる前方端面コート２５が形成されていることが好ましい。一方、後方端面の上には、誘電体多層膜からなる後方端面コート２６が形成されていることが好ましい。
なお、図１〜図３に示すｃ、ａ及びｍは、六方晶ＧａＮ系結晶の面方位を表している。具体的には、ｃは、面方位が（０００１）面の法線ベクトル、即ちｃ軸を表している。ａは、面方位が（１１−２０）面とその等価面の法線ベクトル、即ちａ軸を表している。ｍは、面方位が（１−１００）面とその等価面の法線ベクトル、即ちｍ軸を表している。本明細書において、面方位におけるミラー指数に付した負符号「−」は、該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
本実施の形態では、基板１０の主面の面方位が（０００１）であり、前方端面及び後方端面の面方位が（１−１００）であり、基板１０の主面、前方端面及び後方端面の面方位が、最も一般的な面方位である場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、どのような面方位であっても構わない。
（製造方法）
以下に、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法について、図５（ａ）〜図５（ｅ）及び図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照しながら説明する。図５（ａ）〜図６（ｄ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。
−結晶成長工程−
まず、図５（ａ）に示すように、例えば、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により、キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3程度のｎ型六方晶ＧａＮからなる基板１０の主面の上に、厚さが１μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型バッファ層（図示省略）、及び厚さが２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１を順次成長する。基板１０の主面の面方位は（０００１）面である。
続いて、ｎ型クラッド層１１の上に、厚さが０．１０μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１２と、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるバリア層及びＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎからなる量子井戸層を３周期分繰り返してなる量子井戸（ＭＱＷ）活性層１３とを順次成長する。
続いて、活性層１３の上に、厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１４を成長する。続いて、ｐ型ガイド層１４の上に、厚さが１．５ｎｍのｐ型Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ層及び厚さが１．５ｎｍのＧａＮ層を５０周期分繰り返してなるｐ型クラッド層１５と、厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１６とを順次成長する。ｐ型クラッド層１５は、厚さが０．１５μｍの歪超格子層である。
これにより、基板１０の上に、ｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層１１、ｎ型ガイド層１２、活性層１３、ｐ型ガイド層１４、ｐ型クラッド層１５及びｐ型コンタクト層１６が順次形成された半導体積層体を形成する。
ｎ型半導体層（具体的には、ｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層１１及びｎ型ガイド層１２）のそれぞれには、シリコン（Ｓｉ）がドナー不純物として５×１０17ｃｍ-3〜１０×１０17ｃｍ-3程度の濃度にドーピングされている。ｐ型コンタクト層１６以外のｐ型半導体層（具体的には、ｐ型ガイド層１４、及びｐ型クラッド層１５のｐ型Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ層）のそれぞれには、マグネシウム（Ｍｇ）がアクセプタ不純物として１×１０19ｃｍ-3程度の濃度にドーピングされている。ｐ型コンタクト層１６には、Ｍｇが１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度にドーピングされている。
なお、本実施の形態では、半導体積層体を形成する際の結晶成長法として、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、結晶成長法として、分子ビーム成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法又は化学ビーム成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＣＢＥ）法等の、ＧａＮ系半導体層が成長可能な方法を用いてもよい。
本実施の形態のようにＭＯＣＶＤ法を用いて半導体積層体を形成する場合、例えば、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用いればよい。ｎ型不純物であるＳｉ原料としてシラン（ＳｉＨ4）ガスを用い、ｐ型不純物であるＭｇ原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。
−メサ型構造形成工程−
次に、ＣＶＤ法により、基板１０の上の全面に、厚さが２００ｎｍのＳｉＯ2膜を堆積する。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気の８５０℃の温度で２０分間の熱処理を施す。これにより、ｐ型半導体層にドーピングされたＭｇを活性化する。その後、リソグラフィ法及びＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のドライエッチング法により、図５（ｂ）に示すように、コンタクト層１６におけるメサ型構造（図５（ｃ）の２０参照）の形成領域の上に、ＳｉＯ2からなるマスク膜７０を形成する。
その後、マスク膜７０を用いて、塩素（Ｃｌ2）ガス、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）ガス及び三塩化ボロン（ＢＣｌ3）ガス等の塩素系ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングを行う。これにより、図５（ｃ）に示すように、ｐ型クラッド層１５の凸部１５ａとコンタクト層１６とを有するメサ型構造２０を形成する。
この際、ドライエッチングのダメージ又は窒素（Ｎ）抜けにより、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する側方部分の上部がｎ型化されるため、ｐ型クラッド層１５の導電型と反対の導電型（即ち、ｎ型）の表面層（図示省略）が形成される。
さらに、この際、ｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する側方部分の上面が、塩素系プラズマに晒されるため、高抵抗面１５ｓとなる。
エッチング深さは、例えば０．１５μｍである。「エッチング深さ」とは、メサ型構造２０の上面（コンタクト層１６の上面）から、メサ型構造２０の下面（ｐ型クラッド層１５の凸部１５ａの下面）までの距離をいう。メサ型構造２０の幅は、例えば１．５μｍである。
その後、緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いたフッ酸処理により、マスク膜７０を除去する。
−絶縁膜及びクラッド電極形成工程−
次に、図５（ｄ）に示すように、ＣＶＤ法により、基板１０の上の全面に、厚さが３００ｎｍのＳｉＯ2からなる絶縁膜２１を堆積する。その後、絶縁膜２１の上にリソグラフィ法を用いて、開口部を有するレジスト７１を形成する。
その後、レジスト７１をマスクとして、緩衝フッ酸溶液を用いたウェットエッチングを行う。これにより、図６（ａ）に示すように、絶縁膜２１に、メサ型構造２０の全体を露出する開口部を形成する。絶縁膜２１の開口部の開口幅は、例えば５μｍである。その後、有機洗浄により、レジスト７１を除去する。
その後、図６（ｂ）に示すように、電子線蒸着法により、絶縁膜２１の開口部に、ＩＴＯからなるクラッド電極２２を形成する。クラッド電極２２の膜厚は、例えば２００ｎｍである。その後、酸素（Ｏ2）雰囲気中で６００℃の熱処理を施す。これにより、５×１０-4Ωｃｍ2以下の良好なコンタクト抵抗を得ることができる。
−パッド電極形成工程−
次に、図６（ｃ）に示すように、リソグラフィ法及び電子線蒸着法により、クラッド電極２２及び絶縁膜２１の上に、クラッド電極２２と電気的に接続されるように、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるパッド電極２３を形成する。Ｔｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層の厚さは、それぞれ、例えば５０ｎｍ、５０ｎｍ及び５００ｎｍである。
なお、基板１０はウェハの状態であり、複数の半導体発光素子は、基板１０の主面の上に行列状に形成される。このため、ウェハ状態である基板１０は、後工程において、半導体発光素子毎に分割される（後述の−劈開及び組立工程−参照）。
パッド電極２３が隣り合う半導体発光素子同士の間に亘って連続して形成されると、分割する際に、パッド電極２３と密着したクラッド電極２２が、コンタクト層１６から剥がれる虞がある。そこで、パッド電極２３は、隣り合う半導体発光素子同士の間で分離して形成されることが好ましい。
電解めっき法等の利用により、パッド電極２３の上層であるＡｕ層の厚さを３μｍ以上にすると、活性層１３からの発熱を効果的に放熱することができる。厚さが３μｍ以上のＡｕからなるメッキ電極によって、半導体発光素子の信頼性を向上することができる。
−ｎ電極形成工程−
次に、図６（ｄ）に示すように、基板１０の裏面（ｎ型クラッド層１１が形成された面と反対側の面）側の部分を研磨する。これにより、基板１０の厚さを例えば１００μｍにする。なお、基板１０の研磨方法として、ダイヤモンドスラリ及びコロイダルシリカ等の研磨剤を用いた機械研磨法、又は例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等のアルカリ溶液を用いた化学機械研磨法を用いればよい。
その後、基板１０の裏面の上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ電極２４を形成する。Ｔｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層の厚さは、それぞれ、例えば１０ｎｍ、５０ｎｍ及び１００ｎｍである。この構成により、１×１０-4Ωｃｍ2程度の良好なコンタクト抵抗を実現することができる。
次工程である劈開及び組立工程における認識パターンとして、リソグラフィ法及びウェットエッチング法により、パッド電極２３の上層であるＡｕ層にパターンを形成して、電極パターンを形成することが好ましい。或いは、リソグラフィ法及び蒸着リフトオフ法により、電極パターンを形成することが好ましい。
−劈開及び組立工程−
次に、第一の切断ラインに沿ってブレーキングを行い、ウェハ状態である基板１０の一次劈開を行う。これにより、前方端面及び後方端面を形成する。第一の切断ラインは、共振器の長手方向と垂直な方向に延びる切断ラインである。一次劈開を行う前に、ダイヤモンド針又はレーザーを用いたスクライブにより、第一の切断ライン上に溝を形成することで、溝を一次劈開の補助溝として利用してもよい。溝は、第一の切断ラインの端部にのみ形成してもよいし、隣り合う半導体発光素子同士の間に破線状に形成してもよい。
その後、ＣＶＤ法又はスパッタ法等により、後方端面の上に、反射率が９０％以上の誘電体多層膜からなる後方端面コート（図１及び図２の２６参照）を形成する。その後、ＣＶＤ法又はスパッタ法等により、前方端面の上に、反射率が数〜数十％の誘電体単層膜又は誘電体多層膜からなる前方端面コート（図１及び図２の２５参照）を形成する。
その後、ダイヤモンド針又はレーザーを用いたスクライブにより、第二の切断ライン上に補助溝を形成した後、基板１０の二次劈開を行う。第二の切断ラインは、共振器の長手方向と平行な方向に延びる切断ラインである。
これにより、ウェハ状態である基板１０を、半導体発光素子毎に分割する。
以上のようにして、本実施の形態に係る半導体発光素子を製造することができる。
本実施の形態に係る半導体発光素子（例えば半導体レーザー）は、ＣＡＮパッケージ等の所望のパッケージに実装された後、ワイヤー配線される。
（機能及び効果）
以下に、本実施の形態に係る半導体発光素子の機能及び効果について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係る半導体発光素子の動作を模式的に示す図である。
図４に示すように、導電性金属酸化物からなるクラッド電極２２の幅（図３のＷｅ参照）をメサ型構造２０の幅（図３のＷｓ参照）よりも広くすることで、対称性の高い光閉じ込め構造を安定して作製することができる。その結果、閾値電流の増大が抑制された高効率の半導体発光素子を実現することができる。
本実施の形態では、メサ型構造２０の上面及び側面の上にだけでなく、ｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する側方部分（以下、単に「ｐ型クラッド層１５の側方部分」ということがある）の上面の上にも、クラッド電極２２が形成される。このため、ｐ型クラッド層１５の側方部分に電流が流れると、効率の低下を招く虞があると、本願発明者は考えた。
しかしながら、実際には、電流は、ｐ型クラッド層１５の側方部分に殆ど流れないことを、本願発明者は見出した。この理由は、以下の通りであると考えられる。
第１に、ＩＣＰドライエッチング（図５（ｃ）参照）時に、ドライエッチングのダメージ又は窒素抜けにより、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層１５の側方部分の上部がｎ型化されるため、ｐ型クラッド層１５の導電型と反対の導電型（即ち、ｎ型）の表面層（図示省略）が形成される。
第２に、塩素系ガスを用いたＩＣＰドライエッチング時に、ｐ型クラッド層１５の側方部分の上面が、塩素系プラズマに晒されるため、高抵抗面１５ｓとなる。このため、ｐ型クラッド層１５の側方部分と、クラッド電極２２とは、ショットキー接触をしている。
従って、電流は、図４に示す電流方向５０に流れる。即ち、図４に示すように、電流は、パッド電極２３から、コンタクト層１６及びコンタクト層１６の直下のｐ型クラッド層１５を通って、活性層１３へ流れる。このように、電流は、ｐ型クラッド層１５の側方部分に殆ど流れない。
本実施の形態では、電流は、ｐ型クラッド層１５の側方部分に殆ど流れないため、光導波路の光分布６０と発光部とが空間的に殆どずれず、ほぼ重なるため、効率の低下を招かない。
光分布の対称性に影響を与えないために、クラッド電極２２の幅は、光分布の幅よりも十分に広いことが好ましい。光分布の計算及び発光のＮＦＰ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ：近視野像）の測定の結果、クラッド電極２２の側面がメサ型構造２０の側面から０．５μｍ以上離れていれば、光分布の対称性に影響を与えることは殆どないことが判明した。クラッド電極２２の幅は、「メサ型構造の幅」＋「光分布のメサ型構造外への広がり幅×２」以上であれば、光分布の対称性に影響を与えることは殆どない。本実施の形態では、メサ型構造２０の幅を１．５μｍとしたため、クラッド電極２２の幅は２．５μｍ以上であれば良いが、作製のし易さ及び設計のマージンを考慮して、クラッド電極２２の幅（絶縁膜２１の開口部の開口幅）を５μｍとした。
本実施の形態では、メサ型構造２０における上面と下面との段差（図３のｄ参照，エッチング深さ）を０．１５μｍ（１５０ｎｍ）としたが、これ以外の段差でも構わない。メサ型構造２０における上面と下面との段差は、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、本実施の形態におけるメサ型構造２０の上面はコンタクト層１６の上面で規定され、メサ型構造２０の下面はｐ型クラッド層（第二クラッド層）１５における凸部１５ａを形成していない領域の上面で規定される。
比較例（後述の図８（ａ）参照）のように、金属からなるｐ型電極を用いた場合は、メサ型構造における上面と下面との段差を０．４μｍ（４００ｎｍ）以上にしなければ、ｐ型電極による光の吸収があるため、特性が悪化した。しかしながら、本実施の形態のように、ｐ型電極として透明な導電性金属酸化物からなるクラッド電極２２を用いる場合は、光の吸収がないため、ｐ型クラッド層１５の厚さを薄くすることが可能である。
メサ型構造２０における上面と下面との段差を２００ｎｍ以下にすれば、比較例と比べて、ｐ型クラッド層１５の厚さが半分以下になるため、動作電圧の低減が可能である。一方、メサ型構造２０における上面と下面との段差が１０ｎｍ以上であれば、横方向の光閉じ込めを強くする効果が十分にあることを、本願発明者は確認している。従って、メサ型構造２０における上面と下面との段差は、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下であることが好ましい。
導電性金属酸化物からなるクラッド電極２２が、その上面と下面との段差が１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の薄いメサ型構造２０の上面及び側面を覆うことで、横方向の光閉じ込めを強くし、閾値電流の増大を抑制しながら、低い動作電圧を実現することができる。
次に、歩留まり向上効果について説明する。
比較例の半導体発光素子の構造として、クラッド電極をメサ型構造の上面の上にのみ形成した構造、即ち、クラッド電極の幅をメサ型構造の幅と同一にした構造を試作した。その結果、本実施の形態では、比較例と比べて、精度良く安定した構造の半導体発光素子を高い歩留まりで作製することができることが判明した。
比較例の半導体発光素子の歩留まりが低い理由は、次の通りである。図２３は、比較例の半導体発光素子の構造を示す断面図である。図２４（ａ）〜図２４（ｅ）及び図２５（ａ）〜図２５（ｄ）は、比較例の半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。メサ型構造２０（図２４（ｃ）参照）の形成後、図２４（ｄ）に示すように、基板１０の上の全面に絶縁膜２１を形成する。その後、絶縁膜２１の上にレジストとマスクを利用したリソグラフィ法を用いて、開口部を有するレジスト７１を形成する。レジストに開口部を形成する際、レジストの開口部の開口面がメサ型構造２０の上面と合うように、レジストの開口部の形成を試みる。しかしながら、レジストの開口部の精度は、マスクの位置合わせの精度に依存するため、ｇ線又はｉ線ステッパー露光機を用いた場合、図２４（ｅ）に示すように、メサ型構造２０の上面とレジスト７１の開口部の開口面との間に、最大０．１μｍ〜０．２μｍ程度のずれが発生する。このため、図２５（ａ）に示すように、絶縁膜２１の開口部からメサ型構造２０の上面の全部を露出させることができず、メサ型構造２０の上面の一部のみが絶縁膜２１の開口部から露出する。このため、図２５（ｂ）に示すように、クラッド電極２２をメサ型構造２０の上面の全部の上に形成することができず、クラッド電極２２がメサ型構造２０の直上からずれて形成される。このため、パッド電極２３の一部が、光の分布と重なるため、光の吸収が生じ、効率が低下する。よって、比較例の半導体発光素子の歩留まりは低い。
これに対し、本実施の形態では、導電性金属酸化物からなるクラッド電極２２の幅をメサ型構造２０の幅よりも広くするため、比較例のようなズレ（具体的には、クラッド電極２２のメサ型構造２０の直上からのズレ）が起こり難く、精度良く安定した構造の半導体発光素子を高い歩留まりで作製することができる。
クラッド電極２２のメサ型構造２０の直上からのズレを解消する手法として、２つの手法が考えられる。
１つの手法は、レジストエッチバックと呼ばれる手法である。この手法は、メサ型構造を覆い、かつ、平坦に塗布したレジストを均一に削ることによって、メサ型構造の上面のみを露出させる手法である。この手法の場合、メサ型構造の上面のみを露出させるには、メサ型構造における上面と下面との段差がある程度必要である。メサ型構造における上面と下面との段差がある程度必要である。メサ型構造における上面と下面との段差が、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の場合、メサ型構造の上面のみを露出させることはできず、この手法を適用することができないことが、本願発明者の検討の結果、明らかになった。
もう１つの手法は、クラッド電極自体をマスクとして、ドライエッチング法により、メサ型構造を自己整合的に形成する手法である。この手法の場合、クラッド電極自体をマスクとするため、ドライエッチング時に、クラッド電極の端部のみが削られる、又はドライエッチングのダメージによりコンタクト抵抗が増大する虞がある。このため、メサ型構造内での電流注入が不均一になり、特性が悪化することが、本願発明者の検討の結果、明らかになった。
以上から明らかなように、本実施の形態のようにクラッド電極２２の幅をメサ型構造２０の幅よりも広くすることで、簡便に、精度良く安定した構造の半導体発光素子を作製することができる。
以上説明したように、本実施の形態によると、閾値電流の増大が抑制された高効率の半導体発光素子を実現することができる。さらに、閾値電流の増大を抑制しながら、低い動作電圧を実現することができる。さらに、精度良く安定した構造の半導体発光素子を高い歩留まりでかつ簡便に作製することができる。
なお、本実施の形態では、半導体発光素子が半導体レーザーである場合を具体例に挙げて説明したが、半導体発光素子がスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）である場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、ＳＬＤは、光閉じ込めが強いほど特性が大きく向上するため、本実施の形態の構造は好適である。
（実施の形態１の変形例）
以下に、本発明の実施の形態１の変形例に係る半導体発光素子について、図７を参照しながら説明する。図７は、本変形例に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。
図７に示すように、ｐ型クラッド層（図３の１５参照）を省略しても構わない。この場合、ｐ型ガイド層１４は、凸部１４ａを有している。メサ型構造２０Ｘは、ｐ型ガイド層１４の凸部１４ａと、凸部１４ａの上に形成されたコンタクト層１６とを有している。
ｐ型ガイド層１４におけるメサ型構造２０Ｘの側方に位置する部分の上面は、高抵抗面１４ｓである。
メサ型構造２０Ｘにおける上面と下面との段差ｄは、１０ｎｍ以上で５０ｎｍ未満であることが好ましい。なお、本実施の形態におけるメサ型構造２０Ｘの上面はコンタクト層１６の上面で規定され、メサ型構造２０の下面はｐ型ガイド層１４における凸部１４ａを形成していない領域の上面で規定される。メサ型構造２０Ｘにおける上面と下面との段差が５０ｎｍ以上になると、メサ型構造２０Ｘの上部に光の分布が吸い寄せられるため、光の分布と発光部とが空間的にずれるため、効率の低下を招く。
本変形例によると、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、導電性金属酸化物からなるクラッド電極２２を用いることで、ｐ型クラッド層を省略することができる。抵抗が高いｐ型クラッド層の省略により、より低い動作電圧を実現することができる。さらに、ｐ型クラッド層の省略により、メサ型構造２０Ｘにおける上面と下面との段差をより薄くすることができる。
以下に、その他の効果について、図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら説明する。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、半導体発光素子の一部、具体的には、前方端面の近傍部分の構造を示す断面図であり、メサ型構造が延びる方向に平行な方向の断面図である。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、それぞれ、比較例の半導体発光素子、実施の形態１に係る半導体発光素子、及び、実施の形態１の変形例に係る半導体発光素子の一部の構造を示す断面図である。
比較例の半導体発光素子は、図８（ａ）に示すように、実施の形態１の導電性金属酸化物からなるクラッド電極（図８（ｂ）の２２参照）の代わりに、金属からなるｐ型電極２２ａを用いた半導体発光素子である。
図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、非注入部の非注入幅８０は、例えば５μｍである。この非注入部は、電流、発光及び非発光による端面の発熱を抑えるための部分であり、非注入部により、最大光出力の増大及び信頼性の向上といった効果が得られる。
しかしながら、比較例では、ｐ型クラッド層１５の厚さが厚いため、ｐ型電極２２ａとコンタクト層１６との界面から活性層１３までの距離が長い。このため、界面から活性層１３までの間での電流の広がりにより、実効的な非注入幅８１ａは狭くなる。
これに対し、実施の形態１では、ｐ型クラッド層１５の厚さが薄いため、クラッド電極２２とコンタクト層１６との界面から活性層１３までの距離が短い。このため、界面から活性層１３までの間での電流の広がりを抑制することができるため、実効的な非注入幅８１ｂを広くすることができる。従って、最大光出力の増大及び信頼性の向上といった効果が大きく得られる。
実施の形態１の変形例では、ｐ型クラッド層（図８（ｂ）の１５参照）を省略するため、クラッド電極２２とコンタクト層１６との界面から活性層１３までの距離がより短い。このため、界面から活性層１３までの間での電流の広がりをより抑制することができるため、実効的な非注入幅８１ｃをより広くすることができる。従って、最大光出力の増大及び信頼性の向上といった効果がより大きく得られる。
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子について、図９、図１０（ａ）〜図１０（ｅ）及び図１１（ａ）〜図１１（ｄ）を参照しながら説明する。図９は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１０（ａ）〜図１１（ｄ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。なお、図９及び図１０（ａ）〜図１１（ｄ）において、実施の形態１と同様の構成要素には、図１〜図４及び図５（ａ）〜図６（ｄ）と同一の符号を付す。従って、本実施の形態では、実施の形態１と同様の説明を省略する。
図９に示すように、ｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する側方部分の上部には、高抵抗部１７ｘが形成されている。高抵抗部１７ｘは、プラズマ処理によりｐ型クラッド層１５の側方部分の上部が改質された改質部である。高抵抗部１７ｘは、プラズマ処理時に用いたプラズマに由来する元素を含む。高抵抗部１７ｘは、例えばフッ素（Ｆ）又は酸素（Ｏ）を含む。
高抵抗部１７ｘは、次のようにして形成される。メサ型構造２０（図１０（ｃ）参照）の形成後、図１０（ｄ）に示すように、フッ素（Ｆ）プラズマを用いたプラズマ処理を行う。これにより、ｐ型クラッド層１５の側方部分の上部を改質して、高抵抗部１７ｘを形成する。なお、Ｆプラズマの代わりに、酸素（Ｏ）プラズマを用いてもよい。
本実施の形態によると、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、高抵抗部１７ｘの形成により、ｐ型クラッド層１５の側方部分の上部の抵抗をより高めることができる。このため、ｐ型クラッド層１５の側方部分とクラッド電極２２との界面抵抗をより高めることができる。さらに、プラズマ処理により、ｐ型クラッド層１５の側方部分の上面の近傍部分のみを改質することができるため、光の吸収等に影響を与えることが殆どない。
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子について、図１２、図１３（ａ）〜図１３（ｅ）及び図１４（ａ）〜図１４（ｄ）を参照しながら説明する。図１２は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１３（ａ）〜図１４（ｄ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。なお、図１２及び図１３（ａ）〜図１４（ｄ）において、実施の形態１と同様の構成要素には、図１〜図４及び図５（ａ）〜図６（ｄ）と同一の符号を付す。従って、本実施の形態では、実施の形態１と同様の説明を省略する。
図１２に示すように、ｐ型ガイド層１４及びｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する部分には、高抵抗部１７ｙが形成されている。高抵抗部１７ｙは、イオンが注入されたイオン注入部である。高抵抗部１７ｙは、注入されたイオンに由来する元素を含む。高抵抗部１７ｙは、例えばホウ素（Ｂ）、酸素（Ｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）又はケイ素（Ｓｉ）を含む。
高抵抗部１７ｙは、次のようにして形成される。メサ型構造２０（図１３（ｃ）参照）の形成後、図１３（ｄ）に示すように、イオン注入を行う。これにより、ｐ型クラッド層１５及びｐ型ガイド層１４におけるメサ型構造２０の側方に位置する部分にイオンを注入して、高抵抗部１７ｙを形成する。イオンは、ホウ素（Ｂ）イオン、酸素（Ｏ）イオン、亜鉛（Ｚｎ）イオン、鉄（Ｆｅ）イオン又はケイ素（Ｓｉ）イオンであることが好ましい。
本実施の形態の場合、図１２に示すように、高抵抗部１７ｙに注入されたイオンは、ｐ型クラッド層１５とｐ型ガイド層１４との界面（図１２の破線参照）を超えてｐ型ガイド層１４にまで到達している。
イオンが活性層１３にまで到達すると、発光効率の低下等を引き起こす虞があるため、高抵抗部１７ｙの注入深さは、イオンが活性層１３に到達しない深さとする必要がある。ｐ型クラッド層１５の厚さが、０．１５μｍ（１５０ｎｍ）の場合、高抵抗部１７ｙの注入深さは、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることが好ましい。「注入深さ」とは、ｐ型クラッド層１５の側方部分の上面から、高抵抗部１７ｙの下面までの距離をいう。
注入ドーズ量が多過ぎると、光の吸収があるため、注入ドーズ量は、１０14ｃｍ2以下であることが好ましい。
本実施の形態によると、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、高抵抗部１７ｙの形成により、ｐ型クラッド層１５の側方部分の抵抗をより高めることができる。このため、ｐ型クラッド層１５の側方部分とクラッド電極２２との界面抵抗をより高めることができる。さらに、イオン注入によって、高抵抗部１７ｙの抵抗を１０6Ωｃｍ以上にまで高めることが可能であり、ｐ型クラッド層１５の側方部分を介したリーク電流を防止することができる。
なお、本実施の形態では、メサ型構造２０の形成後に、イオン注入を行う場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、メサ型構造の形成前又はメサ型構造の形成途中に、イオン注入を行ってもよい。これにより、ｐ型クラッド層の側方部分にのみイオンを注入して、高抵抗部を形成してもよい。
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４に係る半導体発光素子について、図１５、図１６（ａ）〜図１６（ｅ）及び図１７（ａ）〜図１７（ｄ）を参照しながら説明する。図１５は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１６（ａ）〜図１７（ｄ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。なお、図１５及び図１６（ａ）〜図１７（ｄ）において、実施の形態１と同様の構成要素には、図１〜図４及び図５（ａ）〜図６（ｄ）と同一の符号を付す。従って、本実施の形態では、実施の形態１と同様の説明を省略する。
図１５に示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子は、高抵抗層１８をさらに備えている。高抵抗層１８は、ｐ型クラッド層１５におけるメサ型構造２０の側方に位置する側方部分の上面の上、及びメサ型構造２０の側面の上に形成されている。高抵抗層１８は、例えばＡｌＮからなる。
高抵抗層１８は、次のようにして形成される。メサ型構造２０（図１６（ｃ）参照）の形成後、図１６（ｄ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、厚さが１ｎｍ〜５ｎｍ程度のＡｌＮからなる高抵抗層１８を成長する。この際、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層１５及びコンタクト層１６の表面と、ＳｉＯ2からなるマスク膜７０の表面との濡れ性の違いから、ｐ型クラッド層１５及びコンタクト層１６の表面の上にのみ、ＡｌＮからなる高抵抗層１８が成長する。一方、マスク膜７０の表面の上には、ＡｌＮからなる層は殆ど成長しない。このため、ｐ型クラッド層１５の側方部分の上面の上、及びメサ型構造２０の側面の上に、高抵抗層１８が形成される。なお、マスク膜７０の表面の上には、ＡｌＮからなる層が殆ど成長しないため、実施の形態１と同様、フッ酸処理により、マスク膜７０を除去することが可能である。
本実施の形態によると、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、ｐ型クラッド層１５の側方部分の上面とクラッド電極２２との間、及び、メサ型構造２０の側面とクラッド電極２２との間に、高抵抗層１８を形成することができる。
（実施の形態５）
以下に、本発明の実施の形態５に係る半導体発光素子について、図１８、図１９（ａ）〜図１９（ｅ）及び図２０（ａ）〜図２０（ｄ）を参照しながら説明する。図１８は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１９（ａ）〜図２０（ｄ）は、本実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。なお、図１８及び図１９（ａ）〜図２０（ｄ）において、実施の形態１と同様の構成要素には、図１〜図４及び図５（ａ）〜図６（ｄ）と同一の符号を付す。従って、本実施の形態では、実施の形態１と同様の説明を省略する。
図１８に示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子は、アルミニウム（Ａｌ）を含むＡｌ含有層１９をさらに備えている。Ａｌ含有層１９は、ｐ型ガイド層１４と、ｐ型クラッド層１５、クラッド電極２２及び絶縁膜２１との間に形成されている。Ａｌ含有層１９は、例えばＡｌ組成比が３０％のＡｌＧａＮからなる。Ａｌ含有層１９は、メサ型構造２０の形成時に、エッチングストップ層として機能する。
メサ型構造２０Ｙは、ｐ型クラッド層１５とコンタクト層１６とを有している。
Ａｌ含有層１９は、次のようにして形成される。図１９（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型ガイド層１４の形成後でｐ型クラッド層１５の形成前に、厚さが１０ｎｍ程度であり、かつ、Ａｌ組成比が３０％のＡｌＧａＮからなるＡｌ含有層１９を形成する。その後、図１９（ｃ）に示すように、塩素系ガスを用いたＩＣＰドライエッチングを行う。これにより、ｐ型クラッド層１５及びコンタクト層１６を有するメサ型構造２０Ｙを形成すると共に、Ａｌ含有層１９を露出させる。
この際、ｐ型Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎ層及びＧａＮ層を繰り返してなるｐ型クラッド層１５におけるＧａＮ層のＡｌ組成比（０％）と、Ａｌ含有層１９のＡｌ組成比（３０％）との違いを利用して、ｐ型クラッド層１５とＡｌ含有層１９との選択比を高めることができるので、Ａｌ含有層１９（エッチングストップ層）でエッチングを停止することができる。
さらに、この際、Ａｌ含有層１９におけるメサ型構造２０Ｙの側方に位置する側方部分の上面が、塩素系プラズマに晒されるため、高抵抗面１９ｓとなる。
なお、ＩＣＰドライエッチング時に、塩素系ガスだけでなく酸素（Ｏ2）ガスも用いることで、ｐ型クラッド層１５及びＡｌ含有層１９のエッチング速度を大きく変えることができる。特に、Ａｌ含有層１９のＡｌ組成比が高い（具体的には例えば、１０％以上の）場合、Ａｌ含有層１９のエッチング速度をほぼゼロにすることが可能である。
本実施の形態によると、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、ｐ型ガイド層１４におけるメサ型構造２０Ｙの側方に位置する部分とクラッド電極２２との間に、側方部分の上面が高抵抗面１９ｓであるＡｌ含有層１９を形成することができる。さらに、Ａｌ含有層１９でエッチングを停止することができる。このため、メサ型構造２０Ｙの厚さを、ｐ型クラッド層１５の厚さ及びコンタクト層１６の厚さの総和にすることができると共に、メサ型構造２０Ｙの底面から活性層１３の上面までの厚さを、Ａｌ含有層１９の厚さ及びｐ型ガイド層１４の厚さの総和にすることができる。このため、再現性の良い半導体発光素子を作製することができるため、半導体発光素子の歩留まりをより高めることができる。
（実施の形態６）
以下に、本発明の実施の形態６に係る半導体発光素子について、図２１を参照しながら説明する。図２１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。なお、図２１において、実施の形態１と同様の構成要素には、図１〜図４及び図５（ａ）〜図６（ｄ）と同一の符号を付す。従って、本実施の形態では、実施の形態１と同様の説明を省略する。
本実施の形態では、実施の形態１のｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１の代わりに、ｎ型クラッド層１１ａを用いる。ｎ型クラッド層１１ａは、Ａｌ1-xＩｎxＮ層（０≦ｘ≦１）、又はＡｌ1-xＩｎxＮ層とＧａＮ層とを有する超格子層である。
本実施の形態では、実施の形態１と同様、ＩＴＯからなるクラッド電極２２は、クラッド層として機能している。ＩＴＯの屈折率は、約２．０であり、半導体積層体を構成する各層の窒化物半導体材料の屈折率と比べて、非常に小さいため、活性層１３よりも上側の光閉じ込めは、非常に強い。
活性層１３よりも下側のｎ型クラッド層として、実施の形態１のように屈折率が２．４のＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１１を用いた場合、ｎ型クラッド層１１と、屈折率が２．５のＧａＮからなるｎ型ガイド層１２との屈折率差が小さくなる。このため、活性層１３よりも下側の光閉じ込めは、あまり強くない。このため、縦方向の光閉じ込めが、活性層１３よりも上側と下側とでアンバランスになるため、光が閉じ込められず、光が基板１０側に漏れ、光閉じ込め係数が小さくなることがある。
そこで、本実施の形態では、活性層１３よりも下側のｎ型クラッド層１１ａとして、例えば、ＧａＮ層と格子整合したＡｌ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層、又はＧａＮ層と格子整合したＡｌ0.82Ｉｎ0.18Ｎ層とＧａＮ層とを有する超格子層を用いる。
このような構成とすることで、無歪みのまま、活性層１３よりも下側の屈折率を２．０〜２．２程度まで小さくすることができるため、ｎ型クラッド層１１ａとｎ型ガイド層１２との屈折率差を大きくすることができる。このため、活性層１３よりも下側の光閉じ込めを強くすることができる。このため、縦方向の光閉じ込めが、活性層１３よりも上側と下側とでアンバランスになることを抑制することができるため、光閉じ込め係数を大きくすることができる。
本実施の形態によると、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、光閉じ込め係数を大きくすることができるので、より高効率の半導体発光素子を実現することができる。
なお、本実施の形態では、半導体発光素子が半導体レーザーである場合を具体例に挙げて説明したが、半導体発光素子がＳＬＤである場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。ＳＬＤは、光閉じ込め係数が大きいほど特性が大きく向上するため、本実施の形態の構造は最適である。
なお、実施の形態１及びその変形例、並びに実施の形態２〜６では、半導体発光素子が、窒化物半導体ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）を用いた青色（Ｂ）の半導体レーザーである場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
窒化物半導体ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮの組成比を変更することで、紫色（Ｖ、約３８０ｎｍ）〜緑色（Ｇ、約５５０ｎｍ）の半導体発光素子を実現することができる。
窒化物半導体ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮの組成を変更する、具体的には、窒化物半導体ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＡｓzＰ1-z（但し、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）に変更することで、赤色（Ｒ、約６００ｎｍ）〜赤外（ＩＲ、約７５０ｎｍ）の半導体発光素子を実現することができる。
赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の半導体発光素子を用いれば、ディスプレイ及びプロジェクター等の画像表示装置の光源、又は液晶表示装置の光源として利用可能である。
本発明は、閾値電流の増大が抑制された高効率の半導体発光素子を実現することができ、透明電極材料を適用した半導体発光素子に有用である。本発明に係る半導体発光素子は、画像表示装置の光源、液晶表示装置の光源、又はレーザー機器の光源として利用可能である。
１０ 基板
１１，１１ａ ｎ型クラッド層（第一クラッド層）
１２ ｎ型ガイド層（第一ガイド層）
１３ 活性層
１４ ｐ型ガイド層（第二ガイド層）
１４ａ 凸部
１４ｓ 高抵抗面
１５ ｐ型クラッド層（第二クラッド層）
１５ａ 凸部
１５ｓ 高抵抗面
１６ コンタクト層
１７ｘ 高抵抗部
１７ｙ 高抵抗部
１８ 高抵抗層
１９ Ａｌ含有層
１９ｓ 高抵抗面
２０，２０Ｘ，２０Ｙ メサ型構造
２１ 絶縁膜
２２ クラッド電極
２２ａ ｐ型電極
２３ パッド電極
２４ ｎ電極
２５ 前方端面コート
２６ 後方端面コート
５０ 電流方向
６０ 光分布
７０ マスク膜
７１ レジスト
８０ 非注入幅
８１ａ〜８１ｃ 実効的な非注入幅

Claims (20)

  1. 基板と、
    前記基板の上に形成された第一クラッド層と、
    前記第一クラッド層の上に形成された第一ガイド層と、
    前記第一ガイド層の上に形成された活性層と、
    前記活性層の上に形成された第二ガイド層と、
    前記第二ガイド層の上に形成され、凸部を有する第二クラッド層と、
    前記第二クラッド層の上に形成されたコンタクト層と、
    前記コンタクト層の上に形成された導電性金属酸化物からなるクラッド電極と、
    前記クラッド電極と電気的に接続されたパッド電極とを備え、
    前記コンタクト層を含むストライプ状のメサ型構造を有し、
    前記クラッド電極の幅は、前記メサ型構造の幅よりも広く、
    前記クラッド電極は、前記メサ型構造の上面及び側面を覆い、かつ、前記コンタクト層と電気的に接続され、
    前記メサ型構造は、前記第二クラッド層の前記凸部と、前記第二クラッド層の前記凸部の上に形成された前記コンタクト層とを有している半導体発光素子。
  2. 前記メサ型構造における上面と下面との段差は、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下である請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 前記クラッド電極は、前記メサ型構造の上面及び側面、並びに前記第二クラッド層における前記メサ型構造の側方に位置する側方部分の上面を覆い、
    前記第二クラッド層の前記側方部分と前記クラッド電極とは、ショットキー接触をしている請求項１に記載の半導体発光素子。
  4. 前記第二クラッド層における前記メサ型構造の側方に位置する側方部分には、前記第二クラッド層の導電型と反対の導電型の表面層が形成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
  5. 前記第二クラッド層における前記メサ型構造の側方に位置する側方部分には、高抵抗部が形成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
  6. 前記第二ガイド層及び前記第二クラッド層における前記メサ型構造の側方に位置する部分には、高抵抗部が形成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
  7. 前記高抵抗部は、プラズマを用いたプラズマ処理により前記第二クラッド層の前記側方部分の上部が改質された改質部であり、
    前記プラズマは、フッ素プラズマ又は酸素プラズマであり、前記高抵抗部は、フッ素又は酸素を含む請求項５に記載の半導体発光素子。
  8. 前記高抵抗部は、イオンが注入されたイオン注入部であり、
    前記イオンは、ホウ素イオン、酸素イオン、亜鉛イオン、鉄イオン又はケイ素イオンであり、
    前記高抵抗部は、ホウ素、酸素、亜鉛、鉄又はケイ素を含む請求項５又は６に記載の半導体発光素子。
  9. 前記第二クラッド層における前記メサ型構造の側方に位置する側方部分の上面の上、及び前記メサ型構造の側面の上に形成された高抵抗層をさらに備え、
    前記高抵抗層は、アルミニウムを含む請求項１に記載の半導体発光素子。
  10. 前記第二ガイド層と前記第二クラッド層との間に形成され、アルミニウムを含むＡｌ含有層をさらに備え、
    前記Ａｌ含有層のＡｌ組成比は、前記第二クラッド層のＡｌ組成比よりも高い請求項１に記載の半導体発光素子。
  11. 前記第一クラッド層は、ＡｌＩｎＮ層である請求項１に記載の半導体発光素子。
  12. 前記第一クラッド層は、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層とを有する超格子層である請求項１に記載の半導体発光素子。
  13. 基板と、
    前記基板の上に形成された第一クラッド層と、
    前記第一クラッド層の上に形成された第一ガイド層と、
    前記第一ガイド層の上に形成された活性層と、
    前記活性層の上に形成された第二ガイド層と、
    前記第二ガイド層の上に形成されたコンタクト層と、
    前記コンタクト層の上に形成された導電性金属酸化物からなるクラッド電極と、
    前記クラッド電極と電気的に接続されたパッド電極とを備え、
    前記コンタクト層を含むストライプ状のメサ型構造を有し、
    前記クラッド電極の幅は、前記メサ型構造の幅よりも広く、
    前記クラッド電極は、前記メサ型構造の上面及び側面を覆い、かつ、前記コンタクト層と電気的に接続され、
    前記パッド電極の幅は、前記クラッド電極の幅よりも広い半導体発光素子。
  14. 前記第二ガイド層の上で、且つ、前記メサ型構造の側方に位置する側方部分には、高抵抗部が形成され、
    前記高抵抗部は、プラズマを用いたプラズマ処理により前記第二ガイド層の前記側方部分の上部が改質された改質部であり、
    前記プラズマは、フッ素プラズマ又は酸素プラズマであり、前記高抵抗部は、フッ素又は酸素を含む請求項１３に記載の半導体発光素子。
  15. 前記第二ガイド層の上で、且つ、前記メサ型構造の側方に位置する側方部分には、高抵抗部が形成され、
    前記高抵抗部は、イオンが注入されたイオン注入部であり、
    前記イオンは、ホウ素イオン、酸素イオン、亜鉛イオン、鉄イオン又はケイ素イオンであり、
    前記高抵抗部は、ホウ素、酸素、亜鉛、鉄又はケイ素を含む請求項１３に記載の半導体発光素子。
  16. 前記第二ガイド層の上で、且つ、前記メサ型構造の側方に位置する側方部分には、高抵抗部が形成され、
    前記高抵抗部は、アルミニウムを含む請求項１３に記載の半導体発光素子。
  17. 基板と、
    前記基板の上に形成された第一クラッド層と、
    前記第一クラッド層の上に形成された第一ガイド層と、
    前記第一ガイド層の上に形成された活性層と、
    前記活性層の上に形成され、凸部を有する第二ガイド層と、
    前記第二ガイド層の上に形成されたコンタクト層と、
    前記コンタクト層の上に形成された導電性金属酸化物からなるクラッド電極と、
    前記クラッド電極と電気的に接続されたパッド電極とを備え、
    前記コンタクト層を含むストライプ状のメサ型構造を有し、
    前記クラッド電極の幅は、前記メサ型構造の幅よりも広く、
    前記クラッド電極は、前記メサ型構造の上面及び側面を覆い、かつ、前記コンタクト層と電気的に接続され、
    前記メサ型構造は、前記第二ガイド層の前記凸部と、前記第二ガイド層の前記凸部の上に形成された前記コンタクト層とを有し、
    前記第二ガイド層の上で、且つ、前記メサ型構造の側方に位置する側方部分には、高抵抗部が形成されている半導体発光素子。
  18. 前記高抵抗部は、プラズマを用いたプラズマ処理により前記第二ガイド層の前記側方部分の上部が改質された改質部であり、
    前記プラズマは、フッ素プラズマ又は酸素プラズマであり、前記高抵抗部は、フッ素又は酸素を含む請求項１７に記載の半導体発光素子。
  19. 前記高抵抗部は、イオンが注入されたイオン注入部であり、
    前記イオンは、ホウ素イオン、酸素イオン、亜鉛イオン、鉄イオン又はケイ素イオンであり、
    前記高抵抗部は、ホウ素、酸素、亜鉛、鉄又はケイ素を含む請求項１７又は１８に記載の半導体発光素子。
  20. 前記高抵抗部は、アルミニウムを含む請求項１７に記載の半導体発光素子。
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