JP6135559B2 - 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法ならびに半導体素子 - Google Patents

半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法ならびに半導体素子 Download PDF

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Description

本開示は、例えば半導体レーザあるいは発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの半導体発光素子およびその製造方法、ならびに半導体素子に関する。
半導体レーザでは、基板上に半導体積層構造を形成した後、エッチングによりリッジ部を形成し、リッジ部を絶縁体層によって挟み込むことにより、電流狭窄を実現して低閾値電流密度を得ることができる（例えば、非特許文献１）。また、絶縁体層の材料として、半導体よりも低い屈折率を有する材料を選定することでリッジ部内外において屈折率差を持たせることができるので、いわゆる光横モードの制御が容易になる。ところが、このような構造では、電極面積はリッジ部の幅以下に制限されるので、電極との接触抵抗や半導体バルク抵抗の増大を招き駆動電圧が増大してしまう。
そこで、電流狭窄を行いつつ上記のような抵抗を低減するために、半導体層上に開口を有する絶縁体膜を形成した後、結晶成長によりリッジ部を形成する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１０−１９０１４２号公報
S.Nakamura et. Al., Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 1477
上記のような半導体発光素子では、例えば光ディスクあるいはディスプレイの光源用途として、光ディスクの高速化あるいはディスプレイの高輝度化を実現するために、高出力化の要求がある。高出力化に際し、さらなる駆動電圧の低減が望まれる。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、駆動電圧を低減することが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法ならびに半導体素子を提供することにある。
本開示の第１の半導体発光素子は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、積層構造のうちの少なくとも第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、積層構造のうちの少なくとも第２導電型の半導体層を含み、かつ、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と、積層構造のうちの第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、積層構造のうちの第２半導体層に電気的に接続されるとともに、第２半導体層の第１領域上および第２領域上に形成された第２電極と、第２半導体層と第２電極との間に設けられた第２導電型のコンタクト層とを備えたものである。第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、第２領域は、第１領域と同一の構成元素からなるとともに、第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む。
本開示の第１の半導体発光素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成されている。第２半導体層において、絶縁膜の開口に非対向の第２領域が、開口に対向する第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含むことにより、第２半導体層における電流経路が拡がる。
本開示の第２の半導体発光素子は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、積層構造のうちの少なくとも第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、積層構造のうちの少なくとも第２導電型の半導体層を含み、かつ、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と、積層構造のうちの第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、積層構造のうちの第２半導体層に電気的に接続されるとともに、第２半導体層の第１領域上および第２領域上に形成された第２電極と、第２半導体層と第２電極との間に設けられた第２導電型のコンタクト層とを備えたものである。第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、第２領域は、第１領域と同一の構成元素からなるとともに、第１領域よりも電気抵抗率が小さくなっている。
本開示の第２の半導体発光素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成されている。第２半導体層において、絶縁膜の開口に非対向の第２領域が、開口に対向する第１領域よりも電気抵抗率が小さいことにより、第２半導体層における電流経路が拡がる。
本開示の第３の半導体発光素子は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、積層構造のうちの少なくとも第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、積層構造のうちの少なくとも第２導電型の半導体層を含み、かつ、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と、積層構造のうちの第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、積層構造のうちの第２半導体層に電気的に接続されるとともに、第２半導体層の第１領域上および第２領域上に形成された第２電極と、第２半導体層と第２電極との間に設けられた第２導電型のコンタクト層とを備えたものである。第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、第２領域は、第１領域と同一の構成元素からなり、第２半導体層におけるキャリアの経路は、絶縁膜の開口の幅よりも拡がるように構成されている。
本開示の第３の半導体発光素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成されている。第２半導体層が、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを含み、第２半導体層では、キャリアの経路が絶縁膜の開口の幅よりも拡がるように構成されることにより、電流経路が拡大する。
本開示の半導体発光素子の製造方法は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造のうちの少なくとも第１導電型の半導体層を含む第１半導体層を形成する工程と、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に、積層構造のうちの少なくとも第２導電型の半導体層を含む第２半導体層を、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により形成する工程と、第２半導体層上に、第２導電型のコンタクト層を形成する工程と、第１電極を積層構造のうちの第１半導体層に電気的に接続させる工程と、コンタクト層を介して第２半導体層の第１領域上および第２領域上に第２電極を形成し、第２電極を積層構造のうちの第２半導体層に電気的に接続させる工程とを含むものである。第２半導体層を形成する工程では、絶縁膜の開口に対向する第１領域を形成し、第１領域を形成した後、選択成長により、第１領域と同一の構成元素からなり、開口に非対向の第２領域を形成する。
本開示の半導体発光素子の製造方法では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層を形成する。第２半導体層を形成する際に、絶縁膜の開口に対向して第１領域を形成した後、選択成長により、開口に非対向の第２領域を形成することにより、第２半導体層における電流経路を拡げることができる。
本開示の半導体素子は、第１半導体層と、第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、絶縁膜上に形成されるとともに、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と、第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、第２半導体層に電気的に接続されるとともに、第２半導体層の第１領域上および第２領域上に形成された第２電極と、第２半導体層と第２電極との間に設けられたコンタクト層とを有する。第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、第２領域は、第１領域と同一の構成元素からなり、かつ、第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む、あるいは第１領域よりも電気抵抗率が小さくなっている。
本開示の半導体素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成され、第２半導体層が、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを含む。第２半導体層において、第２領域が、第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む、あるいは第１領域よりも電気抵抗率が小さいことにより、第２半導体層における電流経路が拡がる。
本開示の第１の半導体発光素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成され、第２半導体層において、絶縁膜の開口に非対向の第２領域が、開口に対向する第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む。これにより、第２半導体層における電流経路を拡げ、第２半導体層のバルク抵抗を小さくすることができる。よって、駆動電圧を低減することが可能となる。
本開示の第２の半導体発光素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成され、第２半導体層において、絶縁膜の開口に非対向の第２領域が、開口に対向する第１領域よりも電気抵抗率が小さくなっている。これにより、第２半導体層における電流経路を拡げ、第２半導体層のバルク抵抗を小さくすることができる。よって、駆動電圧を低減することが可能となる。
本開示の第３の半導体発光素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成され、第２半導体層が、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを含み、第２半導体層では、キャリアの経路が絶縁膜の開口の幅よりも拡がるように構成されている。これにより、第２半導体層における電流経路を拡げ、第２半導体層のバルク抵抗を小さくすることができる。よって、駆動電圧を低減することが可能となる。
本開示の半導体発光素子の製造方法では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層を形成する工程において、絶縁膜の開口に対向して第１領域を形成した後、選択成長により、開口に非対向の第２領域を形成する。これにより、第２半導体層における電流経路を拡げ、バルク抵抗を小さくすることができる。よって、駆動電圧を低減することが可能な半導体発光素子を実現できる。
本開示の半導体素子では、第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を介して第２半導体層が形成され、第２半導体層が、絶縁膜の開口に対向する第１領域と、開口に非対向の第２領域とを含む。第２半導体層において、第２領域が、第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む、あるいは第１領域よりも電気抵抗率が小さいことにより、第２半導体層における電流経路を拡げ、バルク抵抗を小さくすることができる。よって、駆動電圧を低減することが可能となる。
尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
本開示の一実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。 図１に示した半導体発光素子の製造方法を説明するための流れ図である。 図２に示した第２半導体層の形成工程を説明するための模式図である。 図３Ａに続く工程を説明するための模式図である。 図３Ｂに続く工程を説明するための模式図である。 比較例１に係る半導体発光素子の要部構成を表す模式図である。 図４Ａに示した半導体発光素子の作用を説明するための模式図である。 比較例２に係る半導体発光素子の要部構成を表す模式図である。 図５Ａに示した半導体発光素子の作用を説明するための模式図である。 比較例３−１に係る半導体発光素子の要部構成を表す模式図である。 比較例３−２に係る半導体発光素子の要部構成を表す模式図である。 図１に示した半導体発光素子の作用を説明するための模式図である。 電流値に対する素子微分抵抗の関係を表す特性図である。 リッジ部中央からの距離に対する電流密度の関係を表す特性図である。 電流に対する電圧の関係（Ｖ−Ｉ特性）を表す特性図である。 電流に対する光出力の関係（Ｌ−Ｉ特性）を表す特性図である。 図５Ａに示したモデルの電流密度分布である。 図１２Ａの一部を拡大した図である。 図１に示したモデルの電流密度分布である。 図１３Ａの一部を拡大した図である。 変形例１に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。 変形例２に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。 変形例３に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。 変形例４に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。 変形例５に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。 変形例６に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（リッジ部において不純物濃度の異なる第１領域と第２領域とを有する半導体発光素子の例）
２．変形例１（他の積層構造を有する半導体発光素子の例）
３．変形例２（複数層の絶縁膜を形成した例）
４．変形例３（第２領域が不純物濃度分布を有する場合の例）
５．変形例４（第１領域と第２領域との境界がテーパとなる場合の例）
６．変形例５（第１領域の上に第３領域を有する場合の例）
７．変形例６（第２領域に電流経路制御用の電極を設けた例）
＜実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る半導体発光素子（半導体発光素子１）の構成を表したものである。半導体発光素子１は、例えば、ｎ型（第１導電型）半導体層とｐ型（第２導電型）半導体層との間に活性層を有する積層構造体を、図示しない一対の共振器端面によって挟み込んだ、いわゆる端面発光型の半導体レーザである。なお、図１は、半導体発光素子１の要部構成を模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。
この半導体発光素子１は、例えば窒化物系半導体レーザであり、ＧａＮ基板（窒化物半導体基板）の上に、いわゆるIII−Ｖ族窒化物半導体層を成長させたものである。III−Ｖ族窒化物半導体は、Ｇａ（ガリウム）とＮ（窒素）とを含んだ窒化ガリウム系化合物であり、一例としては、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム），あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）などが挙げられる。これらは、必要に応じてＳｉ（珪素），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物を含有している。
半導体発光素子１は、例えば、ｃ面ＧａＮ基板（基板１２）上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（ｎ型クラッド層１３）、ｎ型ＧａＮ光ガイド層（ｎ型光ガイド層１４）、およびｎ型ＧａＩｎＮ層（量子井戸層）とｎ型ＧａＩｎＮ層（障壁層）とを含む活性層１５がこの順に形成されている。活性層１５上には、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層（ｐ型電子障壁層１６）、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（ｐ型クラッド層１７）がこの順に形成されている。ここでは、これらのｎ型クラッド層１３、ｎ型光ガイド層１４、活性層１５、ｐ型電子障壁層１６およびｐ型クラッド層１７が、第１半導体層１０を構成し、この第１半導体層１０上に絶縁膜１８が形成されている。
絶縁膜１８は、所定の方向に沿って延在する開口Ｈ１を有している。この絶縁膜１８上に、第２半導体層１９（リッジ部，リッジストライプ）として、第１領域１９Ａと第２領域１９Ｂとが形成されている。第１領域１９Ａは、開口Ｈ１に対向して形成され、第２領域１９Ｂは、開口Ｈ１に非対向となっている（開口Ｈ１に非対向の領域に形成されている）。具体的には、第１領域１９Ａは、開口Ｈ１の延在方向に沿って例えばストライプ状を成し、この第１領域１９Ａの横（側面）に（第１領域１９Ａを両側から挟むように）、第２領域１９Ｂが形成されている。但し、第２領域１９Ｂは、第１領域１９Ａの側面の少なくとも一部に隣接して形成されていればよい。第２半導体層１９では、これらの第１領域１９Ａと第２領域１９Ｂとを有することにより、詳細は後述するが、第２半導体層１９とｐ側電極２１との接触面積が、絶縁膜１８の開口Ｈ１の面積よりも大きくなる。
第１領域１９Ａおよび第２領域１９Ｂは、例えばｐ型ＡｌＧａＮよりなるが、互いに原料比（組成比あるいは不純物濃度）が異なっている。これらの第２半導体層１９の上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層（ｐ型コンタクト層２０）を介して、ｐ側電極２１が形成されている。基板１２の裏面には、ｎ側電極１１が形成されている。なお、図１では、第１半導体層１０および第２半導体層１９を含む積層構造を、ｎ側電極１１とｐ側電極２１とが挟み込むように形成されているが、ｎ側電極１１およびｐ側電極２１の形成箇所はこれに限定されない。ｎ側電極１１は、第１半導体層１０（詳細にはｎ型クラッド層１３）に電気的に接続されていればよく、ｐ側電極２１は、第２半導体層１９に電気的に接続されていればよい。第２半導体層１９は、例えば窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成されている。
ｎ型クラッド層１３は、例えばｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなり、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）または酸素（Ｏ）がドープされたものである。このｎ型クラッド層１３厚みは例えば２μｍである。ｎ型光ガイド層１４は、厚みが例えば１００ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）または酸素（Ｏ）がドープされたものである。活性層１５の量子井戸層は、例えばＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎからなり、厚みは例えば５ｎｍである。この場合、窒化物系半導体レーザの発光波長は４００ｎｍ前後となる。活性層１５の障壁層は、例えばＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎからなり、厚みは例えば１０ｎｍである。活性層１５における量子井戸層の数は例えば３層であり、活性層１５は、いわゆる多重量子井戸構造を有している。ｐ型電子障壁層１６は、例えばｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎからなり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたものである。ｐ型電子障壁層１６の厚みは、例えば１０ｎｍである。ｐ型クラッド層１７は、例えばＡｌ0.04Ｇａ0.96Ｎからなり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたものである。ｐ型クラッド層１７の厚みは、例えば０．１μｍである。
絶縁膜１８は、例えばＳｉＯ2からなり、その膜厚は例えば１００ｎｍである。また絶縁膜１８の開口Ｈ１の幅は、例えば１．５μｍである。
第２半導体層１９の第１領域１９Ａは、例えばＡｌ0.04Ｇａ0.96Ｎからなり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたものである。この第１領域１９Ａの厚みは、例えば０．５μｍである。第２領域１９Ｂは、例えばＡｌ0.04Ｇａ0.96Ｎからなり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたものである。第２領域１９Ｂの厚みは、例えば０．５μｍである。但し、第２領域１９Ｂの不純物濃度（ドープ量）は、第１領域の不純物濃度よりも高くなっている。第１領域１９Ａの幅（Ｗ１）は、開口Ｈ１の幅と同等であり、例えば１．５μｍである。ここでは、第１領域１９Ａが、開口Ｈ１と正対し、かつ互いに同一の幅で形成されている構成を例示しているが、第１領域１９Ａの幅Ｗ１は、開口Ｈ１の幅よりも大きくてもよいし、開口Ｈ１の幅よりも小さくてもよい。第２領域１９Ｂの幅（Ｗ２）は、例えば１．０μｍである。ｐ型コンタクト層２０は、ＧａＮからなり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたものである。ｐ型コンタクト層２０の厚みは、例えば０．０１μｍである。
ｎ側電極１１は、例えばＴｉ，Ａｌ，ＰｔおよびＡｕの積層膜からなる。ｐ側電極２１は、例えばＮｉ，ＰｔおよびＡｕの積層膜、またはＮｉおよびＡｕの積層膜からなる。このような半導体発光素子１では、共振器長が例えば０．８ｍｍであり、リッジストライプ幅（ｐ側電極２１の幅Ｗ３）は、例えば３．０μｍである。
ここで、第２半導体層１９は、ｐ型半導体層であるため、電荷（キャリア）の輸送は正孔によってなされる。ｐ側電極２１から正孔が供給され、絶縁膜１８の開口Ｈ１において狭窄される。このとき正孔の供給に寄与する実効的なｐ側電極２１の幅（Ｗ４）は、ｐ側電極２１の実際の幅Ｗ３が開口Ｈ１の幅Ｗ１よりも十分大きい場合、ｐ側電極２１と第２半導体層１９との接触部分の幅よりも狭くなる。正孔がｐ側電極２１から開口Ｈ１付近に到達するまでのｐ側電極２１との接触抵抗および半導体バルク抵抗の大きさは、実効的なｐ側電極２１の幅Ｗ４に準じて決定される。
第２領域１９Ｂは、その少なくとも一部において第１領域１９Ａよりも高い不純物濃度（ここではｐ型不純物濃度）を有している。この第２領域１９Ｂの不純物濃度は、望ましくは、第２領域１９Ｂにおいて第１領域１９Ａよりも十分に小さな抵抗が得られるように設定される。但し、第２領域１９Ｂの不純物濃度が大きすぎると結晶品質が損なわれ、かえってバルク抵抗増大の原因となる。したがって、第２領域１９Ｂの第１領域１９Ａに対する不純物濃度の比は、２以上２０以下であることが望ましい。
なお、必ずしも第２領域１９Ｂの全域において、第１領域１９Ａよりも不純物濃度が高くなっている必要はない。第２領域１９Ｂが、第１領域１９Ａよりも不純物濃度が高い部分を一部でも含んでさえいればよい。換言すると、第２領域１９Ｂの一部が、第１領域１９Ａよりも低い不純物濃度を有していても構わない。また、第２領域１９Ｂの不純物濃度は、第２領域１９Ｂ内において一様である必要はなく、分布を有していても構わない。但し、第２領域１９Ｂの広範囲において第１領域１９Ａよりも高濃度であることで、より電流経路の拡大効果を得やすくなる。
第２領域１９Ｂにおける不純物濃度は、特に限定されないが、望ましくは１．０×１０18／ｃｍ3以上１．０×１０20／ｃｍ3である。良好なｐ型半導体層のバルク抵抗を実現できるためである。
第２領域１９Ｂにおける電気抵抗率（比抵抗）は、第１領域１９Ａにおける電気抵抗率よりも小さくなっていることが望ましい。例えば、第１領域１９Ａの電気抵抗率の１／２０以上１／２以下に設定されることが望ましい。
第２領域１９Ｂの幅Ｗ２は、正孔が第２半導体層１９において十分に拡がることが可能な大きさに設定されることが望ましい。但し、正孔の拡がりには限界があり、その限界を超えて幅Ｗ２を大きく設定しても、さほど大きな効果は得られない。かえって製造コスト増大の原因となる。したがって、幅Ｗ２は、例えば０．１μｍ以上３．０μｍ以下であることが望ましい。
（製造方法）
図２は、上記のような半導体発光素子１の製造工程のフローを表したものである。半導体発光素子１は、例えば次のようにして製造することができる。即ち、まず、例えばＧａＮよりなる基板１２を用意する。この基板１２の表面には、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属化学気相成長）法により、図示しないバッファ層を所定の成長温度（例えば１０５０℃）下において成長させておく。この後、基板１２上（バッファ層上）に、成長温度を例えば１０５０℃に保持し、例えばＭＯＣＶＤ法により、上述した材料よりなるｎ型クラッド層１３を成長させる（ステップＳ１１）。続いて、同様にして、ｎ型光ガイド層１４、活性層１５、ｐ型電子障壁層１６およびｐ型クラッド層１７を順次成長させる（ステップＳ１２〜Ｓ１５）。これにより、基板１２上に、第１半導体層１０を形成する。
なお、ＭＯＣＶＤを行う際、ガリウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）を、アルミニウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）を、インジウムの原料ガスとしては、例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ 3）3Ｉｎ）を、それぞれ用いる。また、窒素の原料ガスとしてはアンモニア（ＮＨ3）を用いる。また、ケイ素の原料ガスとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、マグネシウムの原料ガスとしては例えばビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5Ｈ5）2Ｍｇ）を用いる。
続いて、ｐ型クラッド層１７上に、例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜１８を形成する（ステップＳ１６）。このとき、絶縁膜１８に、ストライプ状の開口Ｈ１を形成する。開口Ｈ１のストライプ方向（延在方向）は、（１１−２０）結晶面に平行となるようにする。
次いで、第２半導体層１９を形成する（ステップＳ１７，図３Ａ〜図３Ｃ）。具体的には、図３Ａおよび図３Ｂに示したように、例えばＭＯＣＶＤ法により、成長温度を例えば１０００℃に設定し、ｐ型ＡｌＧａＮを成長させる。これにより、第１半導体層１０のうちの絶縁膜１８から露出した領域に、即ち絶縁膜１８の開口Ｈ１に対向して、第１領域１９Ａを形成する（ステップＳ１７１）。続いて、図３Ｃに示したように、成長温度を例えば１１５０℃に設定して、ｐ型ＡｌＧａＮを成長させることにより、第２領域１９Ｂを形成する（ステップＳ１７２）。この際、第２領域１９Ｂは、結晶方位（０００１）方向よりも（１１−２０）方向（図のＸ方向）における結晶成長速度が大きくなるような選択成長（ラテラル成長）により形成する。選択成長条件としては、材料組成に応じて適切な条件が設定されればよいが、例えば本実施の形態のようなIII−Ｖ族窒化物半導体では、成長温度が選択成長に寄与するパラメータとなる。また、第２領域１９Ｂの結晶成長過程では、第１領域１９Ａと原料比（組成比または不純物濃度（ドープ量））を変えて、結晶成長させる。例えば、第２領域１９Ｂの成長時には、第１領域１９Ａの成長時よりも、例えばマグネシウムの原料ガスの流量を増やすようにする。これにより、上述したように、第２領域１９Ｂにおいて、第１領域１９Ａよりも不純物濃度を高くすることができる。
この後、例えばＭＯＣＶＤ法により、成長温度を例えば１０５０℃とし、上述した材料よりなるｐ型コンタクト層２０を成長させる（ステップＳ１８）。続いて、ｐ型コンタクト層２０上に、ｐ側電極２１を形成する（ステップＳ１９）。一方、基板１２を例えばラッピングおよびポリッシングして、基板１２を所定の厚み（例えば１００μｍ程度）としたのち、この基板１２の裏面に、ｎ側電極１１を形成する（ステップＳ２０）。最後に、基板１２を所定の大きさに整え、対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。以上により、図１に示した半導体発光素子１が完成する。
［作用、効果］
本実施の形態の半導体発光素子１では、ｎ側電極１１とｐ側電極２１との間に所定の電圧が印加されると、絶縁膜１８の開口Ｈ１において狭窄された電流が活性層１５に注入される。これにより電子と正孔の再結合による発光が生じ、この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、一往復したときの位相の変化が２πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、外部に出射される。
ここで、図４Ａおよび図４Ｂに、比較例１に係る半導体発光素子（半導体発光素子１００Ａ）の要部構成とその作用について示す。半導体発光素子１００Ａは、活性層１０２を含む第１半導体層１０１上に、リッジ部を構成する第２半導体層１０３が形成されており、この第２半導体層１０３の上面にｐ側電極１０４が形成されている。第２半導体層１０３は、第１半導体層１０１上に結晶成長したのち、例えばエッチングによって所定のストライプ幅（Ｗ１０１）となるようにパターニングされたものである。このような半導体発光素子１００Ａでは、図４Ｂに示したように、電流狭窄により低閾値電流密度を得ることができる。また、第２半導体層１０３（リッジ部）を、半導体よりも低い屈折率を有する絶縁材料により埋め込むことで、リッジ部内外において屈折率差を持たせることができるので、いわゆる光横モードの制御が容易になる。ところが、このような構造では、ｐ側電極２１と第２半導体層１０３との接触面積は、幅Ｗ１０１以下に制限される。このため、ｐ側電極２１との接触抵抗や半導体バルク抵抗の増大を招き、駆動電圧が増大してしまう。
図５Ａおよび図５Ｂには、比較例２に係る半導体発光素子（半導体発光素子１００Ｂ）の要部構成とその作用について示す。半導体発光素子１００Ｂは、活性層１０２を含む第１半導体層１０１上に、開口Ｈ１００を有する絶縁膜１０５を介して、第２半導体層１０６（リッジ部）が形成され、この第２半導体層１０６の上面にｐ側電極１０７が形成されている。第２半導体層１０６は、絶縁膜１０５の開口Ｈ１００を介した結晶成長により形成され、第１領域１０６Ａを結晶成長させたのち、第２領域１０６Ｂを横方向に選択成長させる。但し、比較例２において、第１領域１０６Ａの不純物濃度と第２領域１０６Ｂのの不純物濃度とは同等となっている。これによりエッチングを行うことなくリッジ形成が可能となる。また、比較例１に比べ、ｐ側電極１０７と第２半導体層１０６との接触面積を大きく確保することができ、駆動電圧の低減を図ることができる。
ここで、実効的なリッジ幅あるいは電流経路断面積は、開口Ｈ１付近の電流狭窄部分からｐ側電極１０７までの間（第２半導体層１０６内）の電流拡がりによって決まる。比較例２の半導体発光素子１００Ｂでは、第２半導体層１０６（リッジ部）内では、正孔は拡散しながら輸送されるが、正孔の移動度が低いことから、図５Ｂに示したように、第２半導体層１０６内における電流経路ｄ１の拡がりは不十分である。特に、窒化物系半導体では、ｐ型不純物の活性化エネルギーが大きいことから、十分なキャリア密度が得にくく、ｐ型半導体の抵抗が大きくなり易い。そのため、リッジ内におけるキャリア拡散（正孔拡散）による電流経路の拡大効果を得にくい。つまり、ｐ型半導体において多数キャリアである正孔は、比較的高抵抗なｐ型半導体内において拡がりにくいため、実効的なリッジ幅（Ｗ１０２ａ）は、実際のｐ側電極１０７の幅（Ｗ１０２）よりも大幅に小さくなる。したがって、駆動電圧を十分に低減することができない。
図６Ａには、比較例３−１に係る半導体発光素子（半導体発光素子１００Ｃ）の要部構成について示す。図６Ｂには、比較例３−２に係る半導体発光素子（半導体発光素子１００Ｄ）の要部構成について示す。図６Ａに示した半導体素子１００Ｃは、活性層１０２を含む第１半導体層１０１上に、リッジ部を構成する第２半導体層１０８が形成されており、この第２半導体層１０８の上面にｐ側電極１０９が形成されている。図６Ｂに示した半導体素子１００Ｄは、活性層１０２を含む第１半導体層１０１上に、リッジ部を構成する第２半導体層１０８ａが形成されており、この第２半導体層１０８ａの上面にｐ側電極１０９が形成されている。半導体発光素子１００Ｄの第２半導体層１０８ａでは、半導体発光素子１００Ｃの第２半導体層１０８に比べ、不純物濃度が高くなっている。図６Ｂの半導体発光素子１００Ｄのように、第２半導体層１０８ａにおける不純物濃度を高めることにより、駆動電圧を低くすることができる。ところが、不純物濃度が高まると、光吸収性が強まるため、光Ｌ１０２が第２半導体層１０８ａにおいて吸収されてしまい、十分な光出力を得にくい。
これに対し、本実施の形態では、リッジ部を構成する第２半導体層１９が、開口Ｈ１に対向する第１領域１９Ａと、開口Ｈ１に非対向の第２領域１９Ｂとを有し、第２領域１９Ｂが第１領域１９Ａよりもｐ型不純物濃度の高い部分を含んでいる。これにより、第２半導体層１９における第２領域１９Ｂ内の正孔キャリア密度は、第１領域１９Ａ内よりも高くなり、第２領域１９Ｂの電気抵抗率は、第１領域１９Ａよりも低くなる。この結果、第２半導体層１９では、正孔は、相対的に抵抗の低い第２領域１９Ｂへ引き寄せられ、効率よく拡散される。よって、第２半導体層１９内におけるキャリアの経路（輸送経路）が拡がり、電流経路ｄが十分に拡がる（図７）。これにより、実効的なリッジ幅Ｗｒ（実効的なｐ側電極２１の幅）は、比較例２の実効的なリッジ幅Ｗ１０２ａに比べて、十分に大きなものとなる。したがって、第２半導体層１９のｐ側電極２１との接触抵抗が小さくなる。加えて、電流経路ｄの拡大によりｐ型半導体バルク抵抗が小さくなる。
以上説明したように本実施の形態では、絶縁膜１８による電流狭窄効果と光横モード制御性を維持しつつ、比較的高抵抗な第２半導体層１９内において電流経路を拡げることができる。これにより、第２半導体層１９のｐ側電極２１との接触抵抗と、バルク抵抗とを小さくすることができる。よって、良好な特性を維持しつつ、駆動電圧を低減することが可能となる。
（実施例）
本実施の形態の半導体発光素子１について、以下のようなシミュレーションを行った。シミュレータとしては、マクスウエル方程式、ポアソン方程式あるいはレート方程式等を用いたシミュレータを使用することができる。また、シミュレーションモデルとしては、ＧａＩｎＮからなる量子井戸層（Ｉｎ元素組成比：１５％，厚み：５ｎｍ）を、ＧａＩｎＮからなる障壁層（Ｉｎ元素組成比：４％）で挟み込み、量子井戸層の数を３層とした活性層１５を有するものを用いた。この活性層１５を含む窒化物系半導体レーザの発光波長は４５０ｎｍ前後である。さらに上記活性層１５をｎ型クラッド層１３とｐ型クラッド層１７とにより挟み、半導体レーザとして駆動できる構造とした。また、ＳｉＯ2からなる絶縁膜１８の開口Ｈ１の幅は１．５μｍとし、第２半導体層１９の第１領域１９Ａとして、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（Ａｌ組成比：５％，ｐ型不純物濃度：３．０×１０18／ｃｍ3，厚み：５００ｎｍ）を形成した。また、第２領域１９Ｂとして、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（Ａｌ組成比：５％，ｐ型不純物濃度：３．０×１０19／ｃｍ3，厚み：５００ｎｍ，幅Ｗ２：１．０μｍ）を形成した。
上記のような本実施の形態の半導体発光素子１に対応するシミュレーションモデル（モデルＡとする）を用いたシミュレーション結果を、図８および図９に示す。図８は、電流値に対する素子微分抵抗の関係を示し、図９は、リッジ部中央からの距離に対する電流密度の関係について示す。これは、第２半導体層１９における基板１２に平行な面内の電流密度分布を表している。
また、図８には、上記比較例１，２にそれぞれ対応するシミュレーションモデル（モデルＢ１，Ｂ２とする）を用いたシミュレーション結果も示す。また、図９には、比較例２に対応するモデルＢ２を用いたシミュレーション結果も示す。
比較例１に対応するモデルＢ１では、図４Ａに示した構成において、第２半導体層１０３として、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（Ａｌ組成：５％，ｐ型不純物濃度：３．０×１０18／ｃｍ3，厚み：５００ｎｍ）を形成した。第２半導体層１０３以外の構造については、上記モデルＡと同様とした。
比較例２に対応するモデルＢ２では、図５Ａに示した構成において、第２半導体層１０６として、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（Ａｌ組成：５％，ｐ型不純物濃度：３．０×１０18／ｃｍ3，厚み：５００ｎｍ）を形成した。第１領域１０６Ａおよび第２領域１０６Ｂの各不純物濃度は互いに同じ（３．０×１０18／ｃｍ3）である。また、第２半導体層１０６の幅Ｗ１０２は、開口Ｈ１００の幅よりも大きく、第２領域１０６Ｂの幅Ｗ２は１．０μｍとした。この第２半導体層１０６以外の構造については、上記モデルＡと同様とした。
これらのモデルＡ，Ｂ１，Ｂ２を用いたシミュレーションの結果、図８に示したように、高不純物濃度の第２領域１９Ｂを有するモデルＡの抵抗値は、モデルＢ１，Ｂ２に比べ小さくなった。また、モデルＢ２では、抵抗値がモデルＢ１に比べ小さくなっているものの、その効果はモデルＡに比べて小さい。また、図９に示したように、モデルＡでは、モデルＢ２に比べ、リッジ部内の電流密度分布が均一であることがわかる。これは、モデルＡでは、不純物濃度が高い第２領域１９Ｂにより、電流経路がより広範囲に拡大していることを示している。また、この電流経路の拡大によって、図８に示した抵抗値の大幅な低減効果が得られると考えられる。このように、本実施の形態の半導体発光素子１では、比較例１，２の素子構造に比べ、大幅に素子微分抵抗値を低減できることを確認した。
また、図１０には、モデルＡ，Ｂ１，Ｂ２の電流に対する電圧の関係（Ｖ−Ｉ特性）を、図１１には、モデルＡ，Ｂ１の電流に対する光出力の関係（Ｌ−Ｉ特性）を、それぞれ示す。このように、モデルＡでは、Ｖ−Ｉ特性およびＬ−Ｉ特性がモデルＢ１，Ｂ２に比べて改善されており、良好なレーザ特性が得られることもわかった。
さらに、図１２Ａおよび図１２Ｂには、比較例２に対応するモデルＢ２の電流密度分布に関するシミュレーション結果を示す。なお、図１２Ｂは、図１２Ａの絶縁膜１０５付近を拡大したものである。図１３Ａおよび図１３Ｂには、本実施の形態に対応するモデルＡの電流密度分布に関するシミュレーション結果を示す。なお、図１３Ｂは、図１３Ａの絶縁膜１８付近を拡大したものである。これらの図では、電流密度の高い部分ほど黒色に近く、電流密度の低い部分ほど白色に近くなるように表している。モデルＡでは、モデルＢ２に比べ、選択成長界面付近での電流密度が増大していることがわかる。これは、モデルＡにおいてキャリアがより広範囲に拡大していることを示している。
以下、上記実施の形態の半導体発光素子の変形例について説明する。尚、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
＜変形例１＞
図１４は、変形例１に係る半導体発光素子（半導体発光素子１Ａ）の構成を表したものである。上記実施の形態の半導体発光素子１では、絶縁膜１８よりも下層に形成される第１半導体層１０が、ｎ型クラッド層１３、ｎ型光ガイド層１４、活性層１５、ｐ型電子障壁層１６およびｐ型クラッド層１７からなる場合を例に挙げたが、第１半導体層１０の構成はこれに限定されない。本変形例のように、ｎ型クラッド層１３、ｎ型光ガイド層１４および活性層１５よりなる第１半導体層１０Ａ上に、絶縁膜１８が形成されるようにしてもよい。この場合、絶縁膜１８の開口Ｈ１にｐ型電子障壁層２２が形成され、この上に、第１領域１９Ａと第２領域１９Ｂとを含む第２半導体層１９が形成される。即ち、第１半導体層１０Ａの積層構造は、上述したものに限定されず、ｐ型またはｎ型（ここではｎ型）の半導体層を含んでいればよい。ｐ型電子障壁層２２は、例えばＡｌ0.20Ｇａ0.80Ｎからなり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたものである。このｐ型電子障壁層１６の厚みは、例えば１０ｎｍであり、例えば開口Ｈ１と同一の幅で形成されている。
本変形例のように、ｎ型の半導体層（ｎ型クラッド層１３、ｎ型光ガイド層１４および活性層１５）からなる第１半導体層１０Ａ上に、絶縁膜１８が形成されてもよい。この場合にも、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、例えば、ｎ型半導体の表面は平坦性が高いことから、上記実施の形態よりも、開口Ｈ１を有する絶縁膜１８を形成し易くなる、という利点もある。
＜変形例２＞
図１５は、変形例２に係る半導体発光素子（半導体発光素子１Ｂ）の構成を表したものである。本変形例では、開口Ｈ１を有する絶縁膜が第１絶縁膜１８ａと第２絶縁膜１８ｂとの積層膜から構成されている。このように、第１半導体層１０上に、２層以上の絶縁膜を積層させてもよい。第１絶縁膜１８ａおよび第２絶縁膜１８ｂの構成材料としては特に限定されないが、例えば第１絶縁膜１８ａはＳｉＯ2から構成され、第２絶縁膜１８ｂはＳｉＮから構成されている。第１絶縁膜１８ａおよび第２絶縁膜１８ｂの厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、例えばそれぞれ１００ｎｍである。
本変形例のように、第１半導体層１０Ａ上に、第１絶縁膜１８ａおよび第２絶縁膜１８ｂからなる積層膜が形成されていてもよく、この場合にも、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、第１絶縁膜１８ａおよび第２絶縁膜１８ｂのそれぞれの屈折率および吸収係数の組み合わせを選択することによって、光モード制御性をより高めることが可能となる。
＜変形例３＞
図１６は、変形例３に係る半導体発光素子（半導体発光素子１Ｃ）の構成を表したものである。本変形例では、第２半導体層１９の第２領域（第２領域１９Ｂ１）が、空間的に不純物濃度勾配（濃度分布）を有していること以外は、上記実施の形態の半導体発光素子１と同様の構成となっている。第２領域１９Ｂ１では、不純物濃度が一様である場合に限られず、Ｘ方向あるいはＹ方向に沿って濃度勾配を有していてもよい。即ち、第２領域１９Ｂ１では、原料比や温度などの成長条件を意図的に変化させて形成されてもよいし、あるいは意図しない濃度変化が生じていてもよい。上述したように、第２領域１９Ｂは、第１領域１９Ａよりも不純物濃度の高い部分を一部でも含んでいれば足り、本変形例のように意図的または意図しない濃度勾配を有していても構わない。例えば、第２領域１９Ｂ１において、絶縁膜１８の側からｐ側電極２１の側に向かって徐々に不純物濃度が高くなるような分布を有していてもよい。
本変形例のように、第２領域１９Ｂが濃度勾配を有している場合にも、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、第２領域１９Ｂ１の不純物濃度を調整することにより、不純物による光吸収損失を軽減する設計を行うことができる。例えば、第２領域１９Ｂ１において、絶縁膜１８の側からｐ側電極２１の側に向かって徐々に不純物濃度が高くなるような分布を形成することで、不純物による光吸収損失を抑制することができる。
＜変形例４＞
図１７は、変形例４に係る半導体発光素子（半導体発光素子１Ｄ）の構成を表したものである。本変形例では、第２半導体層１９において、第１領域（第１領域１９Ａ２）と第２領域（第２領域１９Ｂ２）との界面がテーパとなっている。詳細には、第１領域１９Ａ２の側面は、（１１−２０）面以外の結晶方位面、例えば（１１−２２）面を有している。なお、本変形例においても、第２領域１９Ｂ２は、第１領域１９Ａ２よりも不純物濃度の高い部分を有している。
本変形例のように、第１領域１９Ａ２の側面が（１１−２０）面以外の結晶方位面であってもよく、この場合にも、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、第２半導体層１９内における不純物濃度の平均値を高めることができ、より低電圧駆動に有利となる。
＜変形例５＞
図１８は、変形例５に係る半導体発光素子の要部構成を表したものである。本変形例では、第２半導体層１９が、ｐ側電極２１の側の面にも、第１領域１９Ａよりも不純物濃度の高い第２領域（第２領域１９Ｃ）が形成されている。換言すると、第２領域１９Ｃは、第１領域１９Ａの側面と上面とを覆うように形成されている。第２領域１９Ｃのｐ側電極２１に対向する部分（第３領域１９Ｃ１）は、ｐ型コンタクト層として機能する。第３領域１９Ｃ１の厚みｔは、第２領域１９Ｃの幅Ｗ２よりも小さくなっている。第２領域１９Ｃは、上記実施の形態の第２領域１９Ｂと同様、第１領域１９Ａの形成後に選択成長により形成される。選択成長の際には、その条件によって、Ｘ方向に沿った結晶成長だけでなく、僅かながらＹ方向に沿った結晶成長も進むことがある。第２領域１９Ｃの選択成長過程において形成された第３領域１９Ｃ１は、第１領域１９Ａよりも高濃度であることから、コンタクト層として機能させることができる。但し、本変形例では、上記実施の形態のｐ型コンタクト層２０を別途形成しないことから、第２領域１９Ｃの不純物濃度が、１．０×１０18／ｃｍ3以上１．０×１０21／ｃｍ3以下となるように設定されることが望ましい。
＜変形例６＞
図１９は、変形例６に係る半導体発光素子の要部構成を表したものである。上記実施の形態等では、第２半導体層１９において、第２領域１９Ｂ等の不純物濃度を高めることで、電流経路を拡大したが、電流経路を拡大する構成は、これに限定されるものではない。例えば本変形例のように、ｐ側電極２１とは別に（電気的に分離して）、電流経路制御用の電極（電極２３）を設け、この電極２３を用いてキャリアの輸送経路を拡げ、電流経路を拡大するように構成されていてもよい。電極２３は、例えば第２領域１９Ｂに対応して設けられている。即ち、本開示の半導体発光素子は、何らかの電流経路拡大手段を備えていればよい。電流経路拡大手段としては、例えば、上記実施の形態等で述べた、第１領域１９Ａと第２領域１９Ｂとに互いに異なる濃度で含まれる不純物であってもよいし、本変形例のような電極２３を含む構成であってもよい。本変形例では、例えば、電極２３を通じて第２領域１９Ｄに所定の電圧を印加することで、絶縁膜１８の表面に負の固定電荷ｅを生じさせて、正孔キャリアを第２領域１９Ｄ側へ引き寄せるようにすることができる。本変形例では、第１領域１９Ａと第２領域１９Ｄとの不純物濃度は、同じであってもよいし異なっていても構わない。
以上、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本開示は、これらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上述したｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層の各層の構成、積層順序は特に限定されない。また、上述した全ての層を備える必要はなく、あるいは更に他の層を備えていてもよい。例えば、ｐ型クラッド層１７とｐ型電子障壁層１６との間に更にｐ型の光ガイド層を備えていても構わない。本開示の半導体発光素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に活性層を有する積層構造を有していればよい。また、活性層はｎ型であってもよいし、ｐ型であってもよい。
また、絶縁膜１８よりも下層に設けられる第１半導体層１０と、絶縁膜１８よりも上層に設けられる第２半導体層１９との各構成は、上述したものに限定されない。例えば、第１半導体層１０が、ｎ型クラッド層１３、ｎ型光ガイド層１４、活性層１５およびｐ型電子障壁層１６を積層したものであり、そのｐ型電子障壁層１６上に絶縁膜１８が形成されていてもよい。
更に、上記実施の形態等では、ｐ側電極２１が第２半導体層１９の上面のほぼ全域にわたって形成されている場合を例示したが、このような構成に限定されず、ｐ側電極２１は、第２半導体層１９の上面の一部に形成されていてもよい。ｐ側電極２１は、第２半導体層１９と電気的に接続されていればよい。同様に、ｎ側電極１１についても、第１半導体層１０に電気的に接続されていればよく、必ずしも基板１２の裏面に形成される必要はない。
加えて、上記実施の形態等において説明した半導体発光素子のリッジ部は、他の半導体、誘電体、金属、樹脂等の材料によって埋め込まれていてもよい。また、素子上面が必ずしも凸状でなくともよく、平坦であったり、凹部を有していても構わない。
また、第２半導体層１９を構成する結晶は単結晶である必要はなく、例えば多結晶やアモルファス結晶体であっても構わない。
更に、第２半導体層１９を構成する半導体は、上述したような窒化物系化合物半導体に限られず、他の化合物半導体であってもよい。また、これ以外にも、例えば酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ，ＩＧＺＯ）あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの酸化物半導体であってもよい。あるいは、例えば非晶質または多結晶のシリコンであっても構わない。本開示の半導体素子は、半導体レーザあるいはＬＥＤに適用可能であることは勿論であるが、これら以外にも、不純物拡散によって導電性を発揮する半導体層を絶縁膜を介して積層してなる、あらゆるタイプの半導体デバイスに適用可能である。
また、上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、
前記積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含む第２半導体層と
を備え、
前記第２半導体層は、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有し、
前記第２領域は、前記第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む
半導体発光素子。
（２）
前記積層構造のうちの前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
前記積層構造のうちの前記第２半導体層に電気的に接続された第２電極と
を更に備えた
上記（１）に記載の半導体発光素子。
（３）
前記第２電極は、前記第２半導体層上に形成され、
前記第２半導体層と前記第２電極との間に第２導電型のコンタクト層を更に備えた
上記（２）に記載の半導体発光素子。
（４）
前記第２電極は、前記第２半導体層上に形成され、
前記第２半導体層は、前記第２電極の側の面に、前記第１領域よりも不純物濃度の高い第３領域を有する
上記（２）または（３）に記載の半導体発光素子。
（５）
前記第３領域の厚みは、前記第２領域の幅よりも小さい
上記（４）に記載の半導体発光素子。
（６）
前記第２電極は、前記第２半導体層上に形成され、
前記第２半導体層と前記第２電極との接触面積は、前記絶縁膜の開口面積よりも大きい
上記（２）〜（５）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（７）
前記第２半導体層において、前記第２領域は、前記第１領域の側面の少なくとも一部に隣接して形成されている
上記（６）に記載の半導体発光素子。
（８）
前記第２領域は、前記第１領域を挟んで形成されている
上記（７）に記載の半導体発光素子。
（９）
前記第２領域の幅は、０．１μｍ以上３．０μｍ以下である
上記（１）〜（８）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１０）
前記第２領域は、前記第１領域の２倍以上２０倍以下の不純物濃度を有する部分を含む
上記（１）〜（９）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１１）
前記第２領域は、１．０×１０18／ｃｍ3以上１．０×１０20／ｃｍ3以下の不純物濃度を有する部分を含む
上記（１）〜（１０）のいずれかにに記載の半導体発光素子。
（１２）
前記第２領域の電気抵抗率は、前記第１領域の電気抵抗率よりも小さい
上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１３）
前記第２領域の電気抵抗率は、前記第１領域の電気抵抗率の１／２０以上１／２以下である
上記（１２）に記載の半導体発光素子。
（１４）
前記第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成されている
上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１５）
第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、
前記積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含む第２半導体層と
を備え、
前記第２半導体層は、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有し、
前記第２領域は、前記第１領域よりも電気抵抗率が小さい
半導体発光素子。
（１６）
前記第２領域の電気抵抗率は、前記第１領域の電気抵抗率の１／２０以上１／２以下である
上記（１５）に記載の半導体発光素子。
（１７）
第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、
前記積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含む第２半導体層と
を備え、
前記第２半導体層は、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有し、
前記第２半導体層におけるキャリアの経路は、前記絶縁膜の前記開口の幅よりも拡がるように構成された
半導体発光素子。
（１８）
前記第２半導体層における前記キャリアの経路を拡大するための電流経路拡大手段を備えた
上記（１７）に記載の半導体発光素子。
（１９）
前記電流経路拡大手段は、
前記第１領域と前記第２領域との各々に対応して設けられた複数の電極と、
前記第１領域と前記第２領域とに互いに異なる濃度で含まれた不純物と
のうちのいずれかである
上記（１８）に記載の半導体発光素子。
（２０）
第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層を形成する工程と、
前記第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含む第２半導体層を形成する工程と
を含み、
前記第２半導体層を形成する工程では、
前記絶縁膜の開口に対向する第１領域を形成し、
前記第１領域を形成した後、選択成長により前記開口に非対向の第２領域を形成する
半導体発光素子の製造方法。
（２１）
前記第２領域は、前記第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む
上記（２０）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（２２）
前記第２半導体層を形成する工程では、前記第１領域を形成する際の原料比と前記第２領域を形成する際の原料比とが互いに異なる
上記（２０）または（２１）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（２３）
前記第２半導体層を形成する工程では、
前記第１領域と前記第２領域とをそれぞれ、不純物を含む原料ガスを供給しつつ成長させ、
前記第２領域を形成する際の前記原料ガスの供給量を、前記第１領域を形成する際よりも多くする
上記（２２）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（２４）
前記第２半導体層を形成する工程では、前記第１領域と前記第２領域とをそれぞれ互いに異なる成長条件により形成する
上記（２０）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（２５）
前記第１領域と前記第２領域とをそれぞれ互いに異なる成長温度により形成する
上記（２４）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（２６）
第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された第２半導体層と
を備え、
前記第２半導体層は、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有し、
前記第２領域は、前記第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む、あるいは前記第１領域よりも電気抵抗率が小さくなっている
半導体素子。
１，１Ａ〜１Ｄ…半導体発光素子、１０…第１半導体層、１１…ｎ側電極、１２…基板、１３…ｎ型クラッド層、１４…ｎ型光ガイド層、１５…活性層、１６…ｐ型電子障壁層、１７…ｐ型クラッド層、１８…絶縁膜、１９…第２半導体層、１９Ａ，１９Ａ２…第１領域、１９Ｂ，１９Ｂ１，１９Ｂ２，１９Ｃ…第２領域、１９Ｃ１…第３領域、２０…ｐ型コンタクト層、２１…ｐ側電極、Ｈ１…開口。

Claims (20)

  1. 第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、
    前記積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、
    前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含み、かつ、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と、
    前記積層構造のうちの前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
    前記積層構造のうちの前記第２半導体層に電気的に接続されるとともに、前記第２半導体層の前記第１領域上および前記第２領域上に形成された第２電極と、
    前記第２半導体層と前記第２電極との間に設けられた第２導電型のコンタクト層と
    を備え、
    前記第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、
    前記第２領域は、前記第１領域と同一の構成元素からなるとともに、前記第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む
    半導体発光素子。
  2. 前記第２半導体層において、前記第２領域は、前記第１領域の側面の少なくとも一部に隣接して形成されている
    請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 前記第２領域は、前記第１領域を挟んで形成されている
    請求項２に記載の半導体発光素子。
  4. 前記第２領域の幅は、０．１μｍ以上３．０μｍ以下である
    請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  5. 前記第２領域は、前記第１領域の２倍以上２０倍以下の不純物濃度を有する部分を含む
    請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  6. 前記第２領域は、１．０×１０18／ｃｍ3以上１．０×１０20／ｃｍ3以下の不純物濃度を有する部分を含む
    請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  7. 前記第２領域の電気抵抗率は、前記第１領域の電気抵抗率よりも小さい
    請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  8. 前記第２領域の電気抵抗率は、前記第１領域の電気抵抗率の１／２０以上１／２以下である
    請求項７に記載の半導体発光素子。
  9. 第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、
    前記積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、
    前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含み、かつ、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と、
    前記積層構造のうちの前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
    前記積層構造のうちの前記第２半導体層に電気的に接続されるとともに、前記第２半導体層の前記第１領域上および前記第２領域上に形成された第２電極と、
    前記第２半導体層と前記第２電極との間に設けられた第２導電型のコンタクト層と
    を備え、
    前記第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、
    前記第２領域は、前記第１領域と同一の構成元素からなるとともに、前記第１領域よりも電気抵抗率が小さい
    半導体発光素子。
  10. 前記第２領域の電気抵抗率は、前記第１領域の電気抵抗率の１／２０以上１／２以下である
    請求項９に記載の半導体発光素子。
  11. 第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造を備え、かつ、
    前記積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層と、
    前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含み、かつ、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と、
    前記積層構造のうちの前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
    前記積層構造のうちの前記第２半導体層に電気的に接続されるとともに、前記第２半導体層の前記第１領域上および前記第２領域上に形成された第２電極と、
    前記第２半導体層と前記第２電極との間に設けられた第２導電型のコンタクト層と
    を備え、
    前記第２領域は、前記第１領域と同一の構成元素からなり、
    前記第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、
    前記第２半導体層におけるキャリアの経路は、前記絶縁膜の前記開口の幅よりも拡がるように構成された
    半導体発光素子。
  12. 前記第２半導体層における前記キャリアの経路を拡大するための電流経路拡大手段を備えた
    請求項１１に記載の半導体発光素子。
  13. 前記電流経路拡大手段は、
    各々が、前記第１領域と前記第２領域とのうちのいずれかに対応して設けられた複数の電極と、
    前記第１領域と前記第２領域とに互いに異なる濃度で含まれた不純物と
    のうちのいずれかである
    請求項１２に記載の半導体発光素子。
  14. 第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に活性層を有する積層構造のうちの少なくとも前記第１導電型の半導体層を含む第１半導体層を形成する工程と、
    前記第１半導体層上に、開口を有する絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜上に、前記積層構造のうちの少なくとも前記第２導電型の半導体層を含む第２半導体層を、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により形成する工程と、
    前記第２半導体層上に、第２導電型のコンタクト層を形成する工程と、
    第１電極を前記積層構造のうちの前記第１半導体層に電気的に接続させる工程と、
    前記コンタクト層を介して前記第２半導体層の前記第１領域上および前記第２領域上に第２電極を形成し、前記第２電極を前記積層構造のうちの前記第２半導体層に電気的に接続させる工程と
    を含み、
    前記第２半導体層を形成する工程では、
    前記絶縁膜の開口に対向する第１領域を形成し、
    前記第１領域を形成した後、選択成長により、前記第１領域と同一の構成元素からなり、前記開口に非対向の第２領域を形成する
    半導体発光素子の製造方法。
  15. 前記第２領域は、前記第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む
    請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
  16. 前記第２半導体層を形成する工程では、前記第１領域を形成する際の原料比と前記第２領域を形成する際の原料比とが互いに異なる
    請求項１４または請求項１５に記載の半導体発光素子の製造方法。
  17. 前記第２半導体層を形成する工程では、
    前記第１領域と前記第２領域とをそれぞれ、不純物を含む原料ガスを供給しつつ成長させ、
    前記第２領域を形成する際の前記原料ガスの供給量を、前記第１領域を形成する際よりも多くする
    請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
  18. 前記第２半導体層を形成する工程では、前記第１領域と前記第２領域とを互いに異なる成長条件により形成する
    請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
  19. 前記第１領域と前記第２領域とを、互いに異なる成長温度により形成する
    請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
  20. 第１半導体層と、
    前記第１半導体層上に形成されると共に、開口を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成されるとともに、前記絶縁膜の前記開口に対向する第１領域と、前記開口に非対向の第２領域とを有する第２半導体層と
    前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
    前記第２半導体層に電気的に接続されるとともに、前記第２半導体層の前記第１領域上および前記第２領域上に形成された第２電極と、
    前記第２半導体層と前記第２電極との間に設けられたコンタクト層と
    を備え、
    前記第２半導体層は、窒素（Ｎ）と、ガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）のうちの少なくとも１種の元素とを含む化合物半導体により構成され、
    前記第２領域は、前記第１領域と同一の構成元素からなり、かつ、前記第１領域よりも不純物濃度の高い部分を含む、あるいは前記第１領域よりも電気抵抗率が小さくなっている
    半導体素子。
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