JP7506873B2 - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Description

本開示は、窒化物半導体素子に関する。

窒化物半導体発光素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）では、高出力化のために大電流を流したり、低コスト化のために素子を小型化したりすることがある。また、例えばレーザダイオードにおいては、電流密度を増加させるために電極面積を小さくすることがある。いずれの場合にも、より高い電流密度での駆動に耐えうる素子が必要となる。そこで、例えばＡｌ組成が厚み方向に減少するＡｌＧａＮで形成されたｐ型クラッド層を有する窒化物半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を組成傾斜することによって、レーザ発振する閾値電流密度及び閾値電圧が低くなることが開示されている。

また、特に紫外線レーザダイオードにおいては、波長３８０ｎｍ未満の紫外光でのレーザ発振を実現するためには、それよりも長波長の窒化物半導体レーザダイオードよりも高電流密度での駆動が必須である。特に３００ｎｍ以下のレーザ素子では、実現報告がされている波長２７１．８ｎｍのレーザダイオードは２５ｋＡ／ｃｍ^２、波長２９８ｎｍのレーザダイオードは４１ｋＡ／ｃｍ^２と、２０ｋＡ／ｃｍ^２を越える高電流密度が必要である。これは、高品質のＡｌＧａＮ薄膜の成長が困難であること、光を閉じ込めるのに必要な導電型の高Ａｌ組成のＡｌＧａＮ成長が極めて困難であることにより、レーザ発振に必要な閾値電流密度が高いためである。

特開２０１８－９８４０１号公報 特開２０１６－１７１１２７号公報

本開示は、高電流密度下での駆動においても素子破壊の無い窒化物半導体素子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素子は、活性層と、活性層の上方に形成されたＡｌＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層の上面を被覆し、ＡｌＧａＮ層よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成された被覆層と、を備え、ＡｌＧａＮ層は、活性層とは反対側の表面に設けられた突出部を有し、被覆層は、突出部を被覆していることを特徴とする。

本開示の一態様によれば、高電流密度下の駆動においても素子破壊の無い窒化物半導体素子を得ることができる。

本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体素子の一構成例を示す斜視図である。 本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体素子のＡｌＧａＮ層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素子の一構成例を示す斜視図である。 本開示の第一実施形態に係る窒化物半導体素子のＡｌＧａＮ層の一構成例を示す断面図である。 本開示の実施例２の各サンプルの最大電流密度を示すグラフである。 本開示の実施例２のサンプル２－５の窒化物半導体素子の第二ＡｌＧａＮ領域表面の形状を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した画像である。 本開示の実施例３の各サンプルの二乗平均平方根高さを示すグラフである。

以下、実施形態を通じて本実施形態に係る窒化物半導体素子を説明するが、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、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１について、図１及び図２を参照して説明する。
窒化物半導体素子１は、紫外光を発光可能なレーザダイオードである。窒化物半導体素子１は、電流注入によって紫外レーザ光を放射することが可能である。窒化物半導体素子１は、例えば、波長が２８０ｎｍから３２０ｎｍのＵＶＢの領域の発光を得ることができる。

［窒化物半導体素子の全体構成］
図１及び図２を参照して、窒化物半導体素子１の構成について説明する。
図１に示すように、窒化物半導体素子１は、基板１１と、基板１１の上方に設けられた窒化物半導体活性層（活性層の一例）３５２と、窒化物半導体活性層３５２の上方に設けられた電子ブロック層３４と、電子ブロック層３４の上方に形成されたＡｌＧａＮ層３２と、ＡｌＧａＮ層３２の上面を被覆する第二窒化物半導体層（被覆層の一例）３３と、を備えている。窒化物半導体素子１は、基板１１の上方に、ＡｌＮ層（下地層の一例）３０と、第一窒化物半導体層３１と、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５と、電子ブロック層３４と、ＡｌＧａＮ層３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層された構成とされている。また、窒化物半導体素子１は、第二窒化物半導体層３３に接触して設けられた第一電極１４と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を備えている。
以下、窒化物半導体素子１を構成する各部について詳細に説明する。

＜電子ブロック層＞
電子ブロック層３４は、窒化物半導体活性層３５２の上方に形成されている。電子ブロック層３４は、窒化物半導体活性層３５２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、例えば窒化物半導体活性層３５２がＡｌＧａＮの場合は、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３４は、基板１１の水平方向に略平坦であることが望ましい。電子ブロック層３４が略平坦であることで、後述する突出部３２２ａを有する第二ＡｌＧａＮ領域３２２で局所的に集中した第二電極１５から注入されたキャリア（電子）を、電子ブロック層３４の水平面内に拡散させる役割がある。これは、電子ブロック層３４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３４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３４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３４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。

＜ＡｌＧａＮ層＞
図２は、ＡｌＧａＮ層３２の詳細な構成を示す断面図である。ＡｌＧａＮ層３２は、窒化物半導体活性層３５２とは反対側の表面に設けられた突出部３２２ａを有している。ＡｌＧａＮ層３２は、ＡｌＧａＮで形成されている。ＡｌＧａＮ層３２は、厚み方向においてＡｌ組成比が一定のＡｌＧａＮで形成されていても良く、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されていてもよい。電子ブロック層３４がＡｌＧａＮである場合、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌＮ混晶比率は電子ブロック層３４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、第二電極１５から注入されるキャリア（電子）を効率良く窒化物半導体活性層３５２へ運搬することが可能となる。
このようなＡｌＧａＮ層３２を有する窒化物半導体素子１は、例えば紫外線Ｂ波を発光する紫外線レーザダイオードである。

より具体的に、ＡｌＧａＮ層３２は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１－ｘ）}Ｎで形成されており、ＡｌＧａＮ層３２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、ＡｌＧａＮ層３２のＡｌ組成比ｘは、厚み方向において０以上０．９以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９からほぼ０まで変化してもよい。ＡｌＧａＮ層３２におけるＡｌ組成比ｘが変化する場合、Ａｌ組成比ｘは、ＡｌＧａＮ層３２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、ＡｌＧａＮ層３２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、ＡｌＧａＮ層３２は、図２に示すように、ＡｌＧａＮで形成された第一ＡｌＧａＮ領域３２１と、突出部３２２ａを有する第二ＡｌＧａＮ領域３２２とを備えていてもよい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、例えば第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域である。第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２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、ＡｌＧａＮ層３２が、Ａｌ組成比が第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２を備える場合について説明する。
以下、各層について詳細に説明する。

（第一ＡｌＧａＮ領域）
第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、ＡｌＧａＮで形成されている。第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、電子ブロック層３４の上方に形成され、ｐ型半導体である。また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、厚み方向において一定のＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮで形成されていても良く、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成されていても良い。
より具体的に、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１－ｘ１）}Ｎで形成されている。第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌの組成比ｘ１は、例えば０．４５≦ｘ１≦０．９であることが好ましい。第一ＡｌＧａＮ領域３２１のＡｌ組成比ｘ１は、厚み方向において０．４５以上０．９以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９から０．４５まで変化してもよい。
図２に示すように、本実施形態においては、Ａｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．９から０．４５まで減少する第一ＡｌＧａＮ領域３２１について説明する。
また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、Ｍｇを含んでいてもよい。

第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、０ｎｍ超４００ｎｍ未満の厚さを有していることが好ましい。第一ＡｌＧａＮ領域３２１が４００ｎｍ未満の場合、第一ＡｌＧａＮ領域３２１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、窒化物半導体素子１の破壊が生じにくくなる。
窒化物半導体素子１がレーザダイオードである場合、第一ＡｌＧａＮ領域３２１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ＡｌＧａＮ領域３２１の厚さは、例えば２６０ｎｍである。
また、窒化物半導体素子１が発光ダイオード（ＬＥＤ）等である場合、第一ＡｌＧａＮ領域３２１は、０ｎｍ超１５０ｎｍ未満の厚さを有していても良い。窒化物半導体素子１が光閉じ込めの必要があるレーザダイオードである場合でも、第一ＡｌＧａＮ領域３２１が薄くても高電流を流すことができる。一方、窒化物半導体素子１が発光ダイオードである場合、光閉じ込めの必要がない。このため、レーザダイオードの場合と比較してより薄い第一ＡｌＧａＮ領域３２１であっても、高電流密度を実現する良好な素子を得ることができる。

（第二ＡｌＧａＮ領域）
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、ＡｌＧａＮで形成された第一ＡｌＧａＮ領域３２１と同じ導電型（すなわちｐ型）を有する半導体である。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、窒化物半導体活性層３５２とは反対側の表面に突出部３２２ａを有している。
第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、厚み方向においてＡｌ組成比が一定のＡｌＧａＮで形成されていても良く、突出部３２２ａの先端に向かってＡｌ組成比が減少する構成となっていてもよい。
ここで、突出部３２２ａは、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも下方に位置するいずれかの層の凹凸に対応して形成されたものではない。すなわち、突出部３２２ａが形成された部分の第二ＡｌＧａＮ領域３２２の厚さは、突出部３２２ａが形成されていない部分の第二ＡｌＧａＮ領域３２２の厚さと比較して突出部３２２ａの高さ分程度厚くなっている。このため、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも下層に突状部が形成されていた場合であっても、突出部３２２ａは、平面視で下層の突状部とは異なる位置に形成されているか、又は下層の突状部の周期とは異なる周期で形成されている。

より具体的に、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１－ｘ２）}Ｎで形成されている。第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるＡｌの組成比ｘ２は、例えば０＜ｘ２≦０．４５であることが好ましい。すなわち、第二ＡｌＧａＮ領域３２２のＡｌ組成比ｘ２は、厚み方向において０超０．４５以下の範囲で略一定であってもよく、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．４５からほぼ０まで変化してもよい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部３２２ａの先端に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成された場合、第二窒化物半導体層３３を構成するＡｌＧａＮ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ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３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。
図２に示すように、本実施形態においては、Ａｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かって０．４５からほぼ０まで減少する第二ＡｌＧａＮ領域３２２について説明する。

第二ＡｌＧａＮ領域３２２では、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも平均のＡｌ組成比が低くなるように形成されることが好ましい。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ＡｌＧａＮ領域３２２では、突出部３２２ａの先端に向かう方向のＡｌ組成比ｘ２の変化率が、第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１の変化率よりも大きくなっていることが好ましい。これにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２から第一ＡｌＧａＮ領域３２１へ効率的に電流を流すことが可能となり、かつ後述する光の漏れに起因する内部ロスの増加を抑制することができる。第二ＡｌＧａＮ領域３２２が複数層で形成されている場合には、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の複数層のうち一層のＡｌ組成比ｘ２の変化率が第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比ｘ１の変化率よりも大きくなっていればよい。

第二ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２の双方でＡｌ組成が連続的に変化とは、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２が接触する界面のＡｌ組成比は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１のＡｌ組成比ｘ１の回帰直線と、第二ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２２を構成するＡｌＧａＮは、ｐ型半導体のドーパントとしてＭｇを含んでいても良い。第二ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２２中に正孔が発生する。この場合、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、ドーパントとしてＭｇを含んでいても良い。

第二ＡｌＧａＮ領域は、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ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と直接接していてもよい。また、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２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ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部３２２ａを有することにより、電流密度を向上させる効果がある。また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部３２２ａを有することにより、ショットキー成分の低減や、キャリア注入効率の向上を図ることができる。
例えば第二窒化物半導体層３３がＧａＮで形成されている場合等、被覆層である第二窒化物半導体層３３からＡｌＧａＮ層３２（第二ＡｌＧａＮ領域３２２）へのホール注入が難しい場合がある。しかしながら、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部３２２ａを有していることにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第二窒化物半導体層３３との接触面積を大きくすることができ、直列抵抗及び疑似エネルギー障壁を低減させることができる。このため、ショットキー成分の低減や、キャリア注入効率の向上を図ることができる。

特に、突出部３２２ａの高さが高くなると、突出部３２２ａ側面と３３の接触が大きくなる。このため、突出部３２２ａの側面において、Ａｌ組成の局所的なムラが大きくなる。つまり、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面や３２２aの側面から電流が流れやすい点ができやすくなる。このため、第二窒化物半導体層３３と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間で電流が流れやすくなる。突出部３２２ａが設けられていない第二ＡｌＧａＮ領域では、第二窒化物半導体層３３側の面が均一となりＡｌ組成のムラが小さくなるため、電流が流れやすいミクロな局所点が少なくなる。
また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２が突出部３２２ａを有していることにより、歪みが緩和し、第二ＡｌＧａＮ領域３２２におけるクラックの発生が抑制される。

また、突出部３２２ａは、錐台形状であることが好ましい。突出部３２２ａを構成する窒化物は六方晶であることから、第二ＡｌＧａＮ領域３２２上に結晶成長にて突出部３２２ａを形成する際、平面形状が略六角形状の結晶が成長する。突出部３２２ａは、例えば六角錐台形状等の錐台形状となっていることにより、突出部３２２ａ先端において電流が集中することを抑制できる。このため、突出部３２２ａの頂部に電流が集中することによる突出部３２２ａの破壊が生じにくくなる。このため、例えば、錐形状の突出部を有する場合に生じる、突出部の頂点に電流が集中し、突出部の頂点が破壊されやすくなることを抑制することができる。

突出部３２２ａは、７ｎｍ以上の高さを有することが好ましく、５０ｎｍ以上の高さを有することがより好ましい。突出部３２２ａの高さが７ｎｍ以上の場合、紫外光を発光するレーザダイオードの発振に要する十分な電流密度が得られるとともに、電流密度が高くなるためである。

第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、０ｎｍ超１３０ｎｍ未満の厚さを有している。ここで、本開示において、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の厚さは、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第一ＡｌＧａＮ領域３２１との境界から、突出部３２２ａを除いた第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面までの厚さをいう。第二ＡｌＧａＮ領域３２２の厚さが１３０ｎｍ未満の場合、窒化物半導体素子１が好適に発振するため好ましい。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、例えば３０ｎｍの厚さに形成される。

第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２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。ＡｌＧａＮ層３２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ＡｌＧａＮ層３２を作製することができる。この際、Ｃｐ２Ｍｇ（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ＡｌＧａＮ領域３２２に突出部３３２ａが設けられた凹凸構造の形成方法としては、以下のような方法を用いることが出来る。
第一ＡｌＧａＮ領域３２１を形成後、突出部３２２ａの成長領域が開口したＳｉＯ_２のマスクを用いて薄膜成長を再度実施することで突出部３２２ａを形成することが可能である。突出部３２２ａを形成した後に上述したマスクをフッ酸等の薬液で除去することで、第二ＡｌＧａＮ領域３２２表面の凹凸構造を形成できる。
また、上述した方法に替えて、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２１を連続的に薄膜成長した後に、突出部３２２ａを形成する領域をレジストでマスクした後に、第二ＡｌＧａＮ領域３２１の表面に対してエッチング処理を実施することで、突出部３２２ａを形成しても良い。

＜第二窒化物半導体層＞
第二窒化物半導体層３３は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であって、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の突出部３２２ａの全面を被覆する被覆層である。第二窒化物半導体層３３は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されている。すなわち、第二窒化物半導体層３３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３３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３３の上に配置される第一電極１４とのコンタクト抵抗を下げることができるとともに、窒化物半導体素子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３３としてｐ－ＧａＮを用いると、第二ＡｌＧａＮ領域３２２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３３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３３のＡｌ組成比は、最表層、すなわち第一電極１４に接する表面での組成比を示す。

第二窒化物半導体層３３はｐ型半導体であり、ＡｌＧａＮ又はＧａＮ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、第二窒化物半導体層３３がｐ型化する。
ドーパントの濃度は、基板１１の垂直方向に一定であっても、不均一であっても良い。基板１１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３３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３３は、ＡｌＧａＮのＡｌ組成比が、ＡｌＧａＮ層３２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３３が層構造を有する場合、第二窒化物半導体層３３はアンドープ層であっても良い。
第二窒化物半導体層３３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３３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３５２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３３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３３の厚さが１０ｎｍ超である場合、突出部３２２ａによって生じた第二ＡｌＧａＮ領域３２２表面の凹凸を比較的に均一に被覆することが出来、ＡｌＧａＮ層３２と、ＡｌＧａＮ層３２の上面に設けられた第二窒化物半導体層３３との密着性が向上する。具体的には、ＡｌＧａＮ層３２と第二窒化物半導体層３３との界面において、突出部３２２ａ同士の間に空隙および３３の被覆されない領域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、第一電極１４から正孔が注入される際に突出部３２２ａ先端に電流が集中することを抑制し、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面（第二窒化物半導体層３３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３３の厚さが０ｎｍ超の場合、ＡｌＧａＮ層３２と第一電極１４とが第二窒化物半導体層３３を介して低抵抗で接続される。
また、第二窒化物半導体層３３の厚さが１０μｍ未満である場合、ＡｌＧａＮ層３２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３３の厚さがこの範囲内にある場合、第二窒化物半導体層３３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３３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３３と第一電極１４との接触性が安定し、再現性の高い駆動電圧の低い窒化物半導体素子１を実現できる。

＜リッジ部半導体層＞
リッジ部半導体層１７は、ＡｌＧａＮ層３２の一部を含んで形成されている。リッジ部半導体層１７は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１に形成された突出領域３２１ａと、突出部３２２ａを含む第二ＡｌＧａＮ領域３２２と、第二窒化物半導体層３３とを有している。リッジ部半導体層１７が第一ＡｌＧａＮ領域３２１の一部に形成されることにより、第一電極１４から注入されるキャリア（正孔）がリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制される。これにより、窒化物半導体活性層３５２での発光が、リッジ部半導体層１７の下方に位置する領域（すなわち第一ＡｌＧａＮ領域３２１の突出領域３２１ａの下方に位置する領域）に制御される。その結果、窒化物半導体素子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１７の役割は、上述したように、電流の集中と基板１１の水平方向の光の閉じ込めである。このため、リッジ部半導体層１７は、必ずしも第一ＡｌＧａＮ領域３２１の一部のみに形成される必要はない。リッジ部半導体層１７は、発光部３５を含んでいてもよく、第一ＡｌＧａＮ領域３２１全体を含んでいてもよい。さらに、リッジ部半導体層１７が存在しなくても良い。なお、リッジ部半導体層１７が存在しない場合には、第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と同じ面積で形成される。また、第一電極１４（詳細は後述）は、電流注入量を抑制するために、幅と長さを適切な大きさに設計すれば良い。

上述したように、リッジ部半導体層１７は、第二電極１５側に偏らせて配置されていている。リッジ部半導体層１７が第二電極１５に近付くことによって、窒化物半導体素子１中を流れる電流経路が短くなるので、窒化物半導体素子１中に形成される電流経路の抵抗値を下げることができる。これにより、窒化物半導体素子１の駆動電圧を低くすることができる。しかしながら、突出領域３２１ａ及びリッジ部半導体層１７は、リソグラフィの再現性の観点から１μｍ以上メサ端（第一ＡｌＧａＮ領域３２１の突出領域３２１ａを除く領域の端部）より離れていることが好ましい。突出領域３２１ａ及びリッジ部半導体層１７は、中央に配置されている側に片寄らせて形成されていてもよい。

＜基板＞
基板１１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１１は、上層薄膜を支持し、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１１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。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１１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１１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１１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、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、基板１１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１１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。

＜ＡｌＮ層＞
ＡｌＮ層３０は、第一窒化物半導体層３１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れて、基板１１の全面に形成されている。本開示において、窒化物半導体素子１がＡｌＮ層３０を有することにより、ＡｌＧａＮ層３２の第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面に突出部３２２ａが形成されやすくなる。すなわち、ＡｌＮ層３０は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の上面に突出部３２２ａを形成するための下地層としても機能する。
ＡｌＮ層３０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ＡｌＮ層３０上に成長させることができる。また、ＡｌＮ層３０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１１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ＡｌＮ層３０を介して基板１１の上方に成長できる。
ＡｌＮ層３０には、Ｃ，Ｓｉ，Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物が混入されていてもよい。
基板１１の形成材料としてＡｌＮを用いた場合、ＡｌＮ層３０と基板１１とが同一材料で形成されることから、ＡｌＮ層３０と基板１１との境界が不明確となる。本実施形態では、基板１１がＡｌＮで形成されている場合には、基板１１が基板１１とＡｌＮ層３０とを構成しているものと見做す。

ＡｌＮ層３０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、ＡｌＮ層３０の厚さは、１０ｎｍより厚く１０μｍより薄いことが好ましい。ＡｌＮ層３０の厚さが１０ｎｍより厚い場合、ＡｌＮの結晶性が高くなる。また、ＡｌＮ層３０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ＡｌＮ層３０にクラックが発生しにくくなる。また、ＡｌＮ層３０は、５０ｎｍより厚く５μｍより薄いことがより好ましい。ＡｌＮ層３０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、ＡｌＮ層３０の厚さが５μｍより薄い場合、ＡｌＮ層３０のクラックがより発生しにくくなる。

ＡｌＮ層３０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。ＡｌＮ層３０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の薄膜積層の水平方向の抵抗が低減され、低電圧駆動の窒化物半導体素子１を実現することができる。窒化物半導体素子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。
なお、ＡｌＮ層３０は必ずしも設けられていなくても良い。例えば、基板１１上に第一窒化物半導体層３１、発光部３５、電子ブロック層３４及びＡｌＧａＮ層３２を順に形成しても、ＡｌＧａＮ層３２に突出部３２２ａを形成することができる。

＜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３５２を含む発光部３５のＡｌＧａＮ層３２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、基板１１の上方に配置された第一積層部３１１と、第一積層部３１１上に積層された第二積層部３１２とを有している。第二積層部３１２は、第二積層部３１２表面の一部に形成された突出領域３１２ａを有している。第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの一部に配置されている。このため、第一積層部３１１の上面３１１ａには、第二積層部３１２が形成されていない領域と、第二積層部３１２が形成されている領域とが存在する。第一積層部３１１の上面３１１ａのうち、第二積層部３１２が形成されていない領域には、第一積層部３１１と接続する第二電極１５が設けられている。
なお、第二積層部３１２は、第一積層部３１１の上面３１１ａの全面に積層されていてもよい。

第一積層部３１１及び第二積層部３１２は、いずれもＡｌＧａＮで形成されている。第一積層部３１１及び第二積層部３１２のそれぞれのＡｌ組成比は、同一であっても良く、異なっていても良い。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、１０００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１０００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１０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。
第一積層部３１１は、例えばＡｌ_ｘ５Ｇａ_{（１－ｘ５）}Ｎ（０＜ｘ５＜１）で形成されている。第一積層部３１１は、ＡｌＧａＮに、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ以外の例えば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、第一積層部３１１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。

第二積層部３１２は、例えばＡｌ_ｘ６Ｇａ_{（１－ｘ６）}Ｎ（０≦ｘ６≦１）で形成されている。第二積層部３１２を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比ｘ６は、第一積層部３１１の上面３１１ａにおけるＡｌ組成比ｘ５と同じであってもよく、小さくてもよい。これにより、第一積層部３１１と第二積層部３１２との積層界面での欠陥の発生を抑制することが可能となる。
また、第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮとともに、Ｐ、Ａｓ、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。

本開示において、第一積層部３１１及び第二積層部３１２はｎ型半導体である。第一積層部３１１及び第二積層部３１２は、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ｎ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。

第一積層部３１１と第二電極１５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。ｎ型半導体で構成された第一窒化物半導体層３１が第二電極１５とトンネル接合されている場合、第一窒化物半導体層３１と第二電極１５との間にはｐ型半導体が設けられる。このため、第二電極１５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。第二電極１５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。

第二積層部３１２は、ＡｌＧａＮ層３２とＰＮダイオードを作製する観点から、ｎ型半導体となる。ＡｌＧａＮ層３２は、ＡｌＧａＮ層３２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、例えば基板１１として＋ｃ面サファイアを用いる場合、ＡｌＧａＮ層３２は分極によりｐ型半導体となる。

第一積層部３１１の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第一積層部３１１の厚さが１００ｎｍである場合、第一積層部３１１の抵抗が低減する。第一積層部３１１の厚さが１０μｍ以下である場合、第一積層部３１１の形成時のクラックの発生が抑制される。
第二積層部３１２の厚さは、特に制限されないが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。第二積層部３１２の厚さが１００ｎｍ以上である場合、第二積層部３１２の抵抗が低減する。第二積層部３１２の厚さが１０μｍ以下である場合、第二積層部３１２の形成時のクラックの発生が抑制される。

＜発光部＞
発光部３５は、窒化物半導体活性層３５２と、窒化物半導体活性層３５２の一方の面に設けられた下部ガイド層３５１と、窒化物半導体活性層３５２の他方の面に設けられた上部ガイド層３５３とを備えている。下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１と窒化物半導体活性層３５２との間に設けられている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２とＡｌＧａＮ層３２との間に設けられている。

（下部ガイド層）
下部ガイド層３５１は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２の上に形成されている。下部ガイド層３５１は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二積層部３１２と屈折率差を設けている。下部ガイド層３５１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３５１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３５１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３５１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３５１のＡｌ組成比ｘ７は、第二積層部３１２のＡｌ組成比ｘ６よりも小さくてもよい。これにより、下部ガイド層３５１は、第二積層部３１２よりも屈折率が大きくなり、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めることが可能となる。

下部ガイド層３５１はｎ型半導体であり、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ｎ型化する。下部ガイド層３５１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）
窒化物半導体活性層３５２は、窒化物半導体素子１の発光が得られる発光層である。
窒化物半導体活性層３５２は、例えばＡｌＮ、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３５２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３５２におけるＡｌ組成比ｘ８は、下部ガイド層３５１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１４及び第二電極１５から注入したキャリアを効率よく発光部３５に閉じ込めることができる。
窒化物半導体活性層３５２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３５２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３５２がｎ型化する。窒化物半導体活性層３５２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３５２がｐ型化する。窒化物半導体活性層３５２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３５２は、図示しない井戸層と、井戸層に隣接して設けられ障壁層とを有する。窒化物半導体活性層３５２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。窒化物半導体素子１は、単一井戸構造の窒化物半導体活性層３５２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３５２は、例えば「障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層」という二重量子井戸構造、又は三重以上の量子井戸構造を有していても良い。窒化物半導体素子１は、多重量子井戸構造の窒化物半導体活性層３５２を有することにより、窒化物半導体活性層３５２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３５２の厚さは３２ｎｍであってもよい。

井戸層のＡｌ組成比は、下部ガイド層３５１及び上部ガイド層３５３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３５１及び上部ガイド層３５３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３５２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３５３は、窒化物半導体活性層３５２の上に形成されている。上部ガイド層３５３は、窒化物半導体活性層３５２で発光した光を発光部３５に閉じ込めるために、第二窒化物半導体層３３と屈折率差を設けている。上部ガイド層３５３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３５３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３５３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３５３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３５３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３５２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３５３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３５３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３５３がｎ型化する。上部ガイド層３５３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３５３がｐ型化する。上部ガイド層３５３は、アンドープ層でもよい。

＜電子ブロック層＞
電子ブロック層３４は、発光部３５とＡｌＧａＮ層３２との間に設けられている。電子ブロック層３４は、第一窒化物半導体層３１側から流入されて窒化物半導体活性層３５２に注入されなかった電子を反射して窒化物半導体活性層３５２に注入することができる。窒化物半導体活性層３５２に注入されなかった電子は、例えば、ＡｌＧａＮ層３２におけるホール濃度が低い場合に、窒化物半導体活性層３５２に注入されずにＡｌＧａＮ層３２側に流れてしまう電子である。電子がＡｌＧａＮ層３２側に流れると、窒化物半導体活性層３５２への電子の注入効率が低下するので、発光効率を十分に向上させることが困難になる。電子ブロック層３４を設けることにより、窒化物半導体活性層３５２への電子の注入効率が向上し、発光効率の向上を図ることができる。

電子ブロック層３４は、例えばＡｌＧａＮで形成されている。より具体的に、電子ブロック層３４は、Ａｌ_ｘ４Ｇａ_{（１－ｘ４）}Ｎで形成されている。電子ブロック層３４におけるＡｌの組成比ｘ４は、例えばＡｌ組成比ｘ１と同等かそれ以上であることが好ましい。電子ブロック層３４は、ｐ型半導体であっても良く、Ｍｇが注入されていても良い。Ｍｇは、例えば１×１０^１８ｃｍ^－３の不純物濃度で電子ブロック層３４に注入されている。これにより、電子ブロック層３４は、ｐ型化されてｐ型半導体に構成される。電子ブロック層３４はＭｇが添加されていなくても良い。電子ブロック層３４にＭｇが添加されていない場合、電子ブロック層３４の導電性は低下するが、特にレーザダイオードにおいては吸収による内部ロスの増加を抑制することができるため、閾値電流密度Ｊｔｈを下げることが可能である。

電子ブロック層３４は、電子をブロックする観点からはできるだけバリア高さが高いことが要求される。しかしながら、バリア高さを高くしすぎると、素子抵抗が高くなり、窒化物半導体素子１の駆動電圧の増加、窒化物半導体素子１を破壊しない範囲で到達し得る最大電流密度の低下を引き起こす。このため、電子ブロック層３４のＡｌ組成比は、窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比よりも０．３以上０．５５未満高いことが好ましい。電子ブロック層３４のＡｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比よりも０．３以上高い場合、素子の導通が好適に維持される。また、電子ブロック層３４のＡｌ組成比が窒化物半導体活性層３５２のＡｌ組成比よりも０．５５未満高い場合、素子抵抗の増加が抑制される。

電子ブロック層３４の厚さは、０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより好ましく、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。すなわち、電子ブロック層３４が設けられていなくても良い。電子ブロック層３４の厚さが５０ｎｍ以下の場合、窒化物半導体素子１は、素子抵抗が低く低電圧駆動が可能となる。また、電子ブロック層３４の厚さが小さいほど窒化物半導体素子１の素子抵抗を下げることができるため、電子ブロック層３４の厚さは小さい程好ましい。また、電子ブロック層３４の厚さが２ｎｍ以上の場合、電子ブロックの効果を発揮し内部効率を向上できるため、発光出力向上の観点からは好ましい。

電子ブロック層３４は、窒化物半導体活性層３５２と上部ガイド層３５３との間に配置されてもよい。また、電子ブロック層３４は、下部ガイド層３５１中に下部ガイド層３５１を分割するように配置されてもよい。また、電子ブロック層３４は、下部ガイド層３５１と窒化物半導体活性層３５２との間に配置されてもよい。電子ブロック層３４は、複数層で形成されていても良い。電子ブロック層３４は、単一Ａｌ組成で形成されていてもよく、Ａｌ組成が高組成と低組成を繰り返す超格子構造であっても良い。

＜第一電極＞
第一電極１４は、リッジ部半導体層１７上、すなわちリッジ部半導体層１７の最上層である第二窒化物半導体層３３上に形成されている。
第一電極１４はｐ型電極であり、第一電極１４が窒化物半導体発光素子に正孔（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素子のｐ型電極材料により形成される。例えば、第一電極１４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。第一電極１４とリッジ部半導体層１７とのコンタクト抵抗が小さくなるためである。

第一電極１４は、第一電極１４の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極（第一パッド電極）を有していてもよい。パッド電極は、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。また、第一電極１４は、例えばＮｉ及びＡｕの合金で形成された第一コンタクト電極をリッジ部半導体層１７上に形成し、Ａｕで形成された第一パッド電極を第二コンタクト電極上に形成した構成であっても良い。
第一電極１４は、例えば２４０ｎｍの厚さに形成されている。

第一電極１４は、レーザダイオードの場合には短辺の長さが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３３に積層されているとよい。発光ダイオードの場合には、様々な形状が想定されるが、例えば５０μｍ×２００μｍの長方形の形状等が想定される。第一電極１４のリッジ部半導体層１７側の面は、ほぼ同じ形状を有している。第一電極１４とリッジ部半導体層１７との接触面が互いに同じ形状を有することにより、第一電極１４から注入されるキャリア（正孔）がリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制され、窒化物半導体活性層３５２での発光を制御することができる。

＜第二電極＞
第二電極１５は、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２上に形成されている。
第二電極１５はｎ型電極であり、第二電極１５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素子のｎ型電極材料により形成される。例えば、第二電極１５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。

第二電極１５は、第二電極１５の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極（第二パッド電極）を有していてもよい。パッド電極は、第一電極１４のパッド電極と同様の材料、構成とすることができる。
第二電極１５は、例えば６０ｎｍの厚さに形成されている。本開示では、第二電極１５は、第一電極１４と異なる厚さに形成されているが、第一電極１４と同じ厚さに形成されていてもよい。

（共振器面）
窒化物半導体素子１がレーザダイオードに適用される場合、共振器面の形成が必要である。共振器面１６ａは、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、電子ブロック層３４、ＡｌＧａＮ層３２及び第二窒化物半導体層３３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１６ａ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１６ｂは、共振器面１６ａに対向する側面であって、第一窒化物半導体層３１の第二積層部３１２、発光部３５、電子ブロック層３４、ＡｌＧａＮ層３２及び第二窒化物半導体層３３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。裏側共振器面１６ｂは、図１において輪郭の一部が太線によって図示されている面である。

共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、発光部３５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１６ａ及び裏側共振器面１６ｂで反射した光を発光部３５に閉じ込めるために、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、対を成して備えられている。共振器面１６ａは、例えば窒化物半導体素子１の光の出射側となる。共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂにおいて、発光部３５からの発光を反射させるために、共振器面１６ａ及び裏側共振器面１６ｂは、発光部３５と上部ガイド層３５３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１６ａ及び裏側共振器面１６ｂ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１６ａ及び裏側共振器面１６ｂ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、窒化物半導体素子１の光の出射側となる共振器面１６ａと、光の出射側にならない反射側の裏側共振器面１６ｂ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１６ａに形成された絶縁保護膜と、光の反射側の裏側共振器面１６ｂ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。

＜第一実施形態の効果＞
第一実施形態に係る窒化物半導体素子は、以下の効果を有する。
（１）窒化物半導体素子は、窒化物半導体活性層の上方に形成されたＡｌＧａＮ層が、第一ＡｌＧａＮ領域と、上面に突出部を有する第二ＡｌＧａＮ領域と、第二ＡｌＧａＮ領域の突出部の全面を被覆する第二窒化物半導体層とを有している。
これにより、ＡｌＧａＮ層では、第二ＡｌＧａＮ領域と第二窒化物半導体層との接触面積が増加し、電流密度が向上する。

（２）窒化物半導体素子は、突出部の先端に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成された第二ＡｌＧａＮ領域を備えている。
これにより、窒化物半導体素子では、第二ＡｌＧａＮ領域と第二窒化物半導体層との障壁を顕著に低下させ、第二ＡｌＧａＮ領域と第二窒化物半導体層との間の抵抗を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向上する。

（３）窒化物半導体素子は、錐台形状の突出部を有する第二ＡｌＧａＮ領域を備えていることが好ましい。
これにより、第一電極から電子が注入される際に、突出部先端での電流の局所集中を抑制して、第二ＡｌＧａＮ領域の上面から均一に電流を注入することができる。

（４）窒化物半導体素子は、高さ７ｎｍ以上の突出部を有する第二ＡｌＧａＮ領域を備えていることが好ましい。
これにより、第一電極から電子が注入される際に、紫外光を発光するレーザダイオードの発振に要する十分な電流密度が得られるとともに、電流密度が高くなる。

（５）窒化物半導体素子は、突出部の先端に向かう方向のＡｌ組成比の変化率が、第一ＡｌＧａＮ領域３２１におけるＡｌ組成比の変化率よりも大きくなっている第二ＡｌＧａＮ領域を備えることが好ましい。
これにより、第二ＡｌＧａＮ領域から第一ＡｌＧａＮ領域へ効率的に電流を流すことが可能となり、かつ後述する光の漏れに起因する吸収による内部ロスの増加を抑制することができる。

（６）窒化物半導体素子は、厚さが２００ｎｍ超１０μｍ未満の第二窒化物半導体層を有する第二ＡｌＧａＮ領域を備えることが好ましい。
これにより、突出部によって生じた第二ＡｌＧａＮ領域表面の凹凸が緩和されて、ＡｌＧａＮ層と第二窒化物半導体層との密着性が向上し、電流密度を向上させることができるとともに、製造時に第二窒化物半導体層にクラックが生じにくくすることができる。

２．第二実施形態
以下、第二実施形態に係る窒化物半導体素子２について、図３及び図４を用いて説明する。
窒化物半導体素子２は、窒化物半導体素子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。

［窒化物半導体素子の全体構成］
図３は、本実施形態に係る窒化物半導体素子２の概略構成の一例を模式的に示す斜視図である。図４は、窒化物半導体素子２のＡｌＧａＮ層１３２の構成を説明する断面図である。
図３に示すように、窒化物半導体素子２は、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１と同様に、基板１１の上方に、ＡｌＮ層３０と、第一窒化物半導体層３１と、窒化物半導体活性層３５２を含む発光部３５と、電子ブロック層３４と、ＡｌＧａＮ層１３２と、第二窒化物半導体層３３とがこの順に積層された構成とされている。また、窒化物半導体素子２は、第二窒化物半導体層３３に接触して設けられた第一電極１４と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を備えている。すなわち、窒化物半導体素子２は、二層の領域で形成されたＡｌＧａＮ層３２に替えて三層の領域で形成されたＡｌＧａＮ層１３２を有する点で、第一実施形態に係る窒化物半導体素子１と相違する。
以下、図３を参照して、窒化物半導体素子２のＡｌＧａＮ層１３２について説明する。また、ＡｌＧａＮ層１３２以外の各部については、第一実施形態で説明した各部と同様の構成であるため説明を省略する。

＜ＡｌＧａＮ層＞
図４は、ＡｌＧａＮ層１３２の詳細な構成を示す断面図である。図４に示すように、窒化物半導体素子２は、Ａｌ組成比の変化率が異なる３つの領域を有するＡｌＧａＮ層１３２を備えている。ＡｌＧａＮ層１３２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と、第三ＡｌＧａＮ領域３２３と、第二ＡｌＧａＮ領域３２２とを備えている。ＡｌＧａＮ層１３２の上面には、ＡｌＧａＮ層１３２を被覆する第二窒化物半導体層３３が備えられている。
第三ＡｌＧａＮ領域３２３以外の各部については、第一実施形態で説明した第一ＡｌＧａＮ領域３２１、第二ＡｌＧａＮ領域３２２及び第二窒化物半導体層３３と同様の構成であるため説明を省略する。

（第三ＡｌＧａＮ領域）
ＡｌＧａＮ層１３２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間に設けられた第三ＡｌＧａＮ領域３２３を有している。第三ＡｌＧａＮ領域３２３は、ＡｌＧａＮで形成されている。より具体的に、第三ＡｌＧａＮ領域３２３は、Ａｌ_ｘ１０Ｇａ_{（１－ｘ１０）}Ｎで形成されている。第三ＡｌＧａＮ領域３２３は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも平均のＡｌ組成比が低く、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも平均のＡｌ組成比が高く形成されている（ｘ２＜ｘ３＜ｘ１）。また、第三ＡｌＧａＮ領域３２３は、第三ＡｌＧａＮ領域３２３の厚さ方向において連続的にＡｌ組成比が変化する。

図４に示すように、第三ＡｌＧａＮ領域３２３は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１に形成された突出領域３２１ａ上に形成されている。第二ＡｌＧａＮ領域３２２は、第三ＡｌＧａＮ領域３２３上に形成されている。第二ＡｌＧａＮ領域３２２上に第二窒化物半導体層３３が形成されている。リッジ部半導体層１７は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１に形成された突出領域３２１ａ、第三ＡｌＧａＮ領域３２３、第二ＡｌＧａＮ領域３２２及び第二窒化物半導体層３３によって構成されている。ただし、第一実施形態において説明した通り、突出領域３２１ａ（リッジ部）は電流を集中させることが目的となるので、窒化物半導体活性層３５２を含んでいても、第一窒化物半導体層３１を含んでいてもよい。あるいは、窒化物半導体素子２は、そもそも突出領域３２１ａを有さず、メサ部と同じ面積でＡｌＧａＮ層１３２が形成され、第一電極１４の大きさを適切な値に設計することにより電流を集中させる構造を有していても良い。

窒化物半導体素子２は、ＡｌＧａＮ層１３２が第三ＡｌＧａＮ領域３２３を有することにより、第一ＡｌＧａＮ領域３２１、第三ＡｌＧａＮ領域３２３、第二ＡｌＧａＮ領域３２２がこの順で各々隣り合う配置となっている。このとき、ＡｌＧａＮ層１３２において、窒化物半導体活性層３５２側の第一ＡｌＧａＮ領域３２１の端部と、窒化物半導体活性層３５２の配置側の第二ＡｌＧａＮ領域３２２の端部との間に、ＡｌＧａＮ層１３２のＡｌ組成比の変化率が変化する境界が生じる。これにより、窒化物半導体素子２は、光閉じ込めの向上を図ることができる。Ａｌ組成比の変化率は、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも第三ＡｌＧａＮ領域３２３が大きく、第三ＡｌＧａＮ領域３２３よりも第一ＡｌＧａＮ領域３２１が大きい方が好ましい。これにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２及び第三ＡｌＧａＮ領域３２３の平均のＡｌ組成比率が、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の変化率（傾斜率）で第二ＡｌＧａＮ領域３２２及び第三ＡｌＧａＮ領域３２３の層を形成した際のＡｌ組成比率よりも高くなる。このため、窒化物半導体素子２における光の閉じ込め効率が向上する。

また、第二ＡｌＧａＮ領域３２２と第三ＡｌＧａＮ領域３２３の変曲面でのＡｌ組成比率は、第三ＡｌＧａＮ領域３２３と第一ＡｌＧａＮ領域３２１の変曲面でのＡｌ組成比率よりも０．１以上大きいことが好ましい。窒化物半導体素子２は、この構造を有することにより、第二ＡｌＧａＮ領域３２２の厚さを必要以上に厚くすることに起因する駆動電圧の増加や素子破壊率の増加を抑制しつつ、光閉じ込めと高電流密度の実現を両立することが可能となる。

本実施形態では、第一ＡｌＧａＮ領域３２１及び第三ＡｌＧａＮ領域３２３が互いに接触して形成され、第三ＡｌＧａＮ領域３２３及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２が互いに接触して形成されているが、このような構成に限られない、ＡｌＧａＮ層１３２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第三ＡｌＧａＮ領域３２３との間、及び第三ＡｌＧａＮ領域３２３と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間にそれぞれ中間層を有していても良い。中間層は、例えば組成が変化していないＡｌ_ｗＧａ_{（１－ｗ）}Ｎ（０＜ｗ＜１）であっても良い。また、中間層は、組成が変化していないＡｌ_ｗＧａ_{（１－ｗ）}Ｎと組成が変化していないＡｌ_ｖＧａ_{（１－ｖ）}Ｎ（０＜ｖ＜ｗ＜１）とが積層した構造（多段の場合超格子構造に該当）を有していてもよい。

Ａｌ組成比ｗ及びＡｌ組成比ｖの一例として、ｗが０．６であり、ｖが０．４であってもよい。中間層が積層構造を有する場合、エネルギー障壁を作らない観点からＡｌ組成比ｖ及びＡｌ組成比ｗは、それぞれのＡｌＧａＮ領域の端点のＡｌ組成比の値と同じか差があっても良い。Ａｌ組成比の値に差がある場合には、キャリアを効率よく発光層へ運ぶ観点から、上層ほどＡｌ組成比率が小さくなる構造とすることが好ましい。中間層は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１、第三ＡｌＧａＮ領域３２３及び第二ＡｌＧａＮ領域３２２と同一の導電型、すなわちｐ型半導体であってもよい。また、中間層は、アンドープ層であっても良い。

以上説明したように、本実施形態による窒化物半導体素子２は、Ａｌ_ｘ８Ｇａ_{（１－ｘ８）}Ｎで形成された窒化物半導体活性層３５２と、窒化物半導体活性層３５２から離れる方向に向かってＡｌ組成比ｘが減少するＡｌ_ｘＧａ_{（１－ｘ）}Ｎで形成されたＡｌＧａＮ層１３２とを備えている。ＡｌＧａＮ層１３２は、０ｎｍより大きく４００ｎｍよりも小さい厚さを有する第一ＡｌＧａＮ領域３２１と、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも窒化物半導体活性層３５２から離れた領域であってＡｌＧａＮ層１３２の膜厚の厚さ方向におけるＡｌ組成比ｘ３の変化率が第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも大きい第二ＡｌＧａＮ領域３２２とを有している。

当該構成を備えた窒化物半導体素子２は、最大電流密度の向上と最大電流時電圧の低減を図ることができる。これにより、窒化物半導体素子２は、高電流密度を実現することができる。

さらに、窒化物半導体素子２に備えられたＡｌＧａＮ層１３２は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１と第二ＡｌＧａＮ領域３２２との間の領域に、Ａｌ組成比ｘ３の変化率が第二ＡｌＧａＮ領域３６２とは異なる第三ＡｌＧａＮ領域３２３を有している。第三ＡｌＧａＮ領域３２３は、第一ＡｌＧａＮ領域３２１よりも平均のＡｌ組成比ｘ３が低く、第二ＡｌＧａＮ領域３２２よりも平均のＡｌ組成比ｘ３が高くなるように構成されている。これにより、第一ＡｌＧａＮ領域３２１を必要以上に厚くすることなく、低駆動電圧で素子破壊が無く高電流密度を実現し、かつレーザ発振における閾値を低減することができる。

＜第二実施形態の効果＞
第二実施形態に係る窒化物半導体素子２は、第一実施形態における効果に加えて以下の効果を有する。
（７）窒化物半導体素子は、第一ＡｌＧａＮ領域と第二ＡｌＧａＮ領域との間に設けられた第三ＡｌＧａＮ領域を有している。
このため、窒化物半導体素子は、第三ＡｌＧａＮ領域により、第一ＡｌＧａＮ領域と第二ＡｌＧａＮ領域との間にＡｌ組成比の変化率が変化する境界が生じ、光閉じ込めの向上を図ることができる。
（８）窒化物半導体素子は、第一ＡｌＧａＮ領域よりも平均のＡｌ組成比が低く、第二ＡｌＧａＮ領域よりも平均のＡｌ組成比が高く形成された第三ＡｌＧａＮ領域を有している。
このため、窒化物半導体素子における光の閉じ込め効率がより向上する。

以下、本開示に係る窒化物半導体素子について、実施例を挙げて説明する。
実施例では、第一実施形態で説明した構成の窒化物半導体素子に対する評価を行った。

各実施例における窒化物半導体素子（図１参照）の基本モデルの構成を以下に示す。この窒化物半導体素子は、レーザダイオードである。
なお、例えば以下に示す組成におけるＡｌ_ｘ→ｙとの記載は、層内の下層側から上層側に向けてＡｌの組成がｘからｙに徐々に変化した構成を示す。

（基本モデルの構成）
基板の上面にＡｌＮ層、第一窒化物半導体層、下部ガイド層及び上部ガイド層並びに窒化物半導体活性層を含む発光部、電子ブロック層、第一ＡｌＧａＮ領域及び第二ＡｌＧａＮ領域を含むＡｌＧａＮ層、被覆層である第二窒化物半導体層を形成した。続いて、第二窒化物半導体層に接触して設けられた第一電極と、第一窒化物半導体層３１の一部に接触して設けられた第二電極１５と、を形成した。ここで、各層は以下の構成で形成した。

・基板：サファイア基板
・ＡｌＮ層：組成 ＡｌＮ（有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により形成）、厚さ １．６μｍ
・第一窒化物半導体層：組成 ｎ－Ａｌ_０．５５Ｇａ_０．４５Ｎ、厚さ ３μｍ
・発光層（二重量子井戸構造）
井戸層：組成 ｕ－Ａｌ_０．3５Ｇａ_０．6５Ｎ、厚さ ４ｎｍ
障壁層：組成 ｕ－Ａｌ_０．４５Ｇａ_０．５５Ｎ、厚さ ８ｎｍ
下部ガイド層及び上部ガイド層：組成 ｕ－Ａｌ_０．４５Ｇａ_０．５５Ｎ、厚さ 各１５０ｎｍ
・電子ブロック層：組成 Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ｎ、厚さ ２０ｎｍ
・ＡｌＧａＮ層
第一ＡｌＧａＮ領域：組成 ｐ－Ａｌ_{０．９→０．４５}Ｇａ_{０．１→０．５５}Ｎ、厚さ ２６０ｎｍ
第二ＡｌＧａＮ領域：組成 ｐ－Ａｌ_{０．４５→０}Ｇａ_{０．５５→１}Ｎ、厚さ（突出部を除く） ３０ｎｍ
・第二窒化物半導体層：組成 ｐ－ＧａＮ
・リッジ部半導体層：幅 ５μｍ
・第一電極：幅 ３μｍ

［実施例１］
上述した基本モデルの窒化物半導体素子について、本開示に係る構成を有する以下の構成１、構成２の窒化物半導体素子と、比較例に係る構成３の窒化物半導体素子を形成した。構成の記載がない層、部分は上述した基本モデルの構成とした。なお、構成１－３は第二ＡｌＧａＮ領域の成膜を実施する時間、及び第二窒化物半導体層を成膜する時間を適切に設定することにより、各高さおよび厚さを制御することができる。

（構成１）
・第二ＡｌＧａＮ領域：突出部高さ ７０ｎｍ
・第二窒化物半導体層：厚さ：１０００ｎｍ
（構成２）
・第二ＡｌＧａＮ領域：突出部高さ ７０ｎｍ
・第二窒化物半導体層：厚さ １０ｎｍ
（構成３）
・第二ＡｌＧａＮ領域：突出部高さ ０ｎｍ（突出部無し）
・第二窒化物半導体層：厚さ １０ｎｍ

＜評価＞
以上のような構成１～３の各窒化物半導体素子について、リッジ部半導体層の幅と、第二窒化物半導体層上に形成した第一電極の幅とを以下の表１に示すように変えて、各窒化物半導体素子の最大電流密度Ｊｍａｘを測定し、比較した。
ここで、窒化物半導体素子の最大電流密度Ｊｍａｘは、第一電極及び第二電極の間に印加する印加電圧Ｖａの電圧値を所定間隔で段階的に増加することによって窒化物半導体素子に流す電流Ｉの電流量を増加していき、窒化物半導体素子が破壊される直前の電流値に基づいて算出した。最大電流密度Ｊｍａｘの算出に当たって、窒化物半導体素子の電圧電流特性が一般的なダイオード曲線から外れた場合に窒化物半導体素子が破壊されたと判定した。具体的には、最大電流密度Ｊｍａｘを得た測定点の次の測定点の測定を実施した際に、電圧が低下し、電流値が極端に高くなることから、当該ダイオード曲線から外れる直前（１つ前）の測定点の電流Ｉに基づく電流密度が最大電流密度Ｊｍａｘと定義した。

以下の表１に、評価結果を示す。表１において、サンプル１－１は構成１、サンプル１－２は構成２、サンプル１－３は構成３を有する窒化物半導体素子となっている。

表１に示すように、構成１の窒化物半導体素子（サンプル１－１）は、他の構成の窒化物半導体素子（サンプル１－２，サンプル１－３）と比較して顕著に高い最大電流密度を実現できた。これは、第二ＡｌＧａＮ領域の第二窒化物半導体層側に設けられた突出部により電流の局所集中を抑制し、電流の均一注入を実現しているためであると考えられる。

以上から、第二ＡｌＧａＮ領域には突出部が設けられていることが好ましく、さらに、第二窒化物半導体層が突出部よりも厚く形成されていることがさらに好ましいことが分かった。

［実施例２］
上述した基本モデルの窒化物半導体素子について、第二窒化物半導体層の厚さを１０ｎｍとして、第二ＡｌＧａＮ領域の突出部の高さを表２に示すように変化させて、最大電流密度を評価した。構成の記載がない層、部分は上述した基本モデルの構成とした。なお、突出部の高さは、第二ＡｌＧａＮ領域の成膜時間を変化させることにより調整した。
図５は、各サンプルの最大電流密度を示すグラフである。また、図６は、サンプル２－５の窒化物半導体素子の第二ＡｌＧａＮ領域表面の形状を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した画像である。図６は、一辺が１０μｍである正方形領域の画像を示している。

表２に示すように、第二ＡｌＧａＮ領域の突出部が高い程最大電流密度が大きくなる傾向がみられた。一般的に紫外光のレーザダイオードを発信させるためには、少なくとも１ｋＡ／ｃｍ^２以上の電流密度が必要であると言われている。すなわち、７ｎｍ以上の突出部を有する場合に最大電流密度が好ましい範囲に向上した。

また、図６に示すように、サンプル２－５に示す突出部高さ７０ｎｍの場合の第二ＡｌＧａＮ領域の表面形状は、平面視で六角形状となっていた。

［実施例３］
上述した基本モデルの窒化物半導体素子について、突出部高さが７ｎｍの第二ＡｌＧａＮ領域を覆う第二窒化物半導体層の厚さを表３に示すように変化させて、第二窒化物半導体層の表面平坦性の二乗平均平方根（ＲＭＳ：Root Mean Square）高さ（二乗平均平方根高さＲｑ）を評価した。構成の記載がない層、部分は上述した基本モデルの構成とした。
図７は、各サンプルの二乗平均平方根高さを示すグラフである。ここで、第二窒化物半導体層表面における二乗平均平方根高さＲｑは、第二窒化物半導体層表面のＡＦＭ画像に基づいて算出した。なお、本実施例では、リッジ部半導体層及び第一電極を形成せずに第二窒化物半導体層表面における二乗平均平方根高さＲｑを算出した。

表３に示すように、第二窒化物半導体層の厚さが厚い程、第二窒化物半導体層の平坦性が高くなった。特に、突出部高さが７０ｎｍの場合、第二窒化物半導体層の厚さが１５０ｎｍ程度までは第二窒化物半導体層表面の二乗平均平方根高さＲｑが高くなった。一方、第二窒化物半導体層の厚さが２００ｎｍ以上となると第二窒化物半導体層表面の二乗平均平方根高さＲｑが顕著に小さくなり、５００ｎｍ以上の場合は特に凹凸が小さくなった。これは、第二窒化物半導体層が形成される際に、厚くなる程第二ＡｌＧａＮ領域表面の凹凸が小さくなるように成長するためである。第二窒化物半導体層表面が平坦な方が電極の被覆性が向上し、均一電流注入に有利になる。ここから、第二窒化物半導体層の厚さは２００ｎｍ以上が好ましいことが分かる。ただし、５μｍ以上積層するとクラックが入る懸念が有るので、５μｍ未満であることが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、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発明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。

１，２ 窒化物半導体素子
１１ 基板
１４ 第一電極
１５ 第二電極
１６ａ 共振器面
１６ｂ 裏側共振器面
１７ リッジ部半導体層
３１ 第一窒化物半導体層
３２ ＡｌＧａＮ層
３３ 第二窒化物半導体層
３４ 電子ブロック層
３５ 発光部
３１１ 第一積層部
３１１ａ 上面
３１２ 第二積層部
３１２ａ，３２１ａ， 突出領域
３２１ 第一ＡｌＧａＮ領域
３２２ 第二ＡｌＧａＮ領域
３２２ａ 突出部
３２３ 第三ＡｌＧａＮ領域
３５１ 下部ガイド層
３５２ 窒化物半導体活性層
３５３ 上部ガイド層

Claims (12)

1. 活性層と、
   前記活性層の上方に形成された電子ブロック層と、
   前記電子ブロック層の上方に形成されたＡｌＧａＮ層と、
   前記ＡｌＧａＮ層の上面を被覆し、前記ＡｌＧａＮ層よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成された被覆層と、
   を備え、
   前記ＡｌＧａＮ層は、前記活性層とは反対側の表面に設けられ、７ｎｍ以上の高さであり、前記ＡｌＧａＮ層の表面の全面に点在する複数の突出部を有し、
   前記突出部は、前記ＡｌＧａＮ層よりも下方に位置するいずれかの層の凹凸に対応して形成されたものではなく、
   前記被覆層は、前記突出部を被覆している
   窒化物半導体素子。
2. 活性層と、
   前記活性層の上方に形成された電子ブロック層と、
   前記電子ブロック層の上方に形成されたＡｌＧａＮ層と、
   前記ＡｌＧａＮ層の上面を被覆し、前記ＡｌＧａＮ層よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成された被覆層と、
   を備え、
   前記ＡｌＧａＮ層は、前記活性層とは反対側の表面に設けられ、前記ＡｌＧａＮ層の表面の全面に点在する複数の突出部を有し、
   前記突出部は、前記ＡｌＧａＮ層よりも下方に位置するいずれかの層の凹凸に対応して形成されたものではなく、
   前記被覆層は、２００ｎｍ以上１０μｍ未満の厚さを有し、前記突出部を被覆している
   窒化物半導体素子。
3. 前記突出部は、７ｎｍ以上の高さである
   請求項２に記載の窒化物半導体素子。
4. 活性層と、
   前記活性層の上方に形成された電子ブロック層と、
   前記電子ブロック層の上方に形成されたＡｌＧａＮ層と、
   前記ＡｌＧａＮ層の上面を被覆し、前記ＡｌＧａＮ層よりもＡｌ組成比が低いＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成された被覆層と、
   を備え、
   前記ＡｌＧａＮ層は、前記活性層とは反対側の表面に設けられ、前記ＡｌＧａＮ層の表面の全面に点在する複数の突出部を有し、
   前記突出部は、前記ＡｌＧａＮ層よりも下方に位置するいずれかの層の凹凸に対応して形成されたものではなく、
   前記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ＡｌＧａＮで形成された第一ＡｌＧａＮ領域と、前記第一ＡｌＧａＮ領域よりも前記活性層から離れた領域であって、前記突出部の先端に向かってＡｌ組成比が減少するＡｌＧａＮで形成され、前記第一ＡｌＧａＮ領域よりも平均のＡｌ組成比が低い第二ＡｌＧａＮ領域と、を有しており、
   前記被覆層は、前記突出部を被覆している
   窒化物半導体素子。
5. 前記突出部は、７ｎｍ以上の高さである
   請求項４に記載の窒化物半導体素子。
6. 前記被覆層は、２００ｎｍ以上１０μｍ未満の厚さを有する
   請求項４または５に記載の窒化物半導体素子。
7. 前記第二ＡｌＧａＮ領域の前記Ａｌ組成比の変化率は、前記第一ＡｌＧａＮ領域の前記Ａｌ組成比の変化率よりも大きくなっている
   請求項４から６のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
8. 前記第一ＡｌＧａＮ領域は、０ｎｍ超４００ｎｍ未満の厚さを有する
   請求項４から７のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
9. 前記第一ＡｌＧａＮ領域は、Ｍｇを含んでいる
   請求項４から８のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
10. 前記第一ＡｌＧａＮ領域及び前記第二ＡｌＧａＮ領域は、それぞれの領域の厚さ方向において連続的に前記Ａｌ組成比が変化する
    請求項４から９のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
11. 前記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ＡｌＧａＮで形成されている
    請求項１から３のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。
12. 前記突出部は、錐台形状である
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。

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