TW202418695A - 半導體雷射元件 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可降低載子之損失之半導體雷射元件。半導體雷射元件向上方依序具有分別包含氮化物半導體之n側半導體層、活性層、及p側半導體層。p側半導體層具有：第1部分，其未摻雜；電子障壁層，其含有p型雜質；及第2部分，其具有1個以上之含有p型雜質之p型半導體層。第1部分具有：第1p側組成漸變層，其包含In _xGa _1-xN，隨著朝向上方，In組成比x於0以上且未達1之範圍內減少；第2p側組成漸變層，其配置於第1p側組成漸變層與電子障壁層之間，包含Al _yGa _1-yN，隨著朝向上方，Al組成比y於超過0且未達1之範圍內增加；及中間層，其配置於第1p側組成漸變層與第2p側組成漸變層之間，包含Al _zGa _1-zN，Al組成比z超過0且未達y。

Description

半導體雷射元件

本發明係關於一種半導體雷射元件。

專利文獻1揭示一種於活性層與電子障壁層之間具有未摻雜之p側組成漸變層及未摻雜之p側中間層之半導體雷射元件。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2020-115539號公報

[發明所欲解決之問題]

本發明之半導體雷射元件之一態樣之目的在於獲得一種可降低載子之損失之半導體雷射元件。 [解決問題之技術手段]

根據本發明之半導體雷射元件之一態樣，該半導體雷射元件向上方依序具有分別包含氮化物半導體之n側半導體層、活性層、及p側半導體層，其中上述p側半導體層向上方依序具有：第1部分，其未摻雜，且具有1個以上之半導體層；電子障壁層，其能帶隙能量較上述第1部分大，且含有p型雜質；及第2部分，其具有1個以上之含有p型雜質之p型半導體層；上述第1部分具有：第1p側組成漸變層，其包含In _xGa _1-xN，隨著朝向上方，In組成比x於0以上且未達1之範圍內減少；第2p側組成漸變層，其配置於上述第1p側組成漸變層與上述電子障壁層之間，包含Al _yGa _1-yN，隨著朝向上方，Al組成比y於超過0且未達1之範圍內增加；及中間層，其配置於上述第1p側組成漸變層與上述第2p側組成漸變層之間，包含Al _zGa _1-zN，Al組成比z超過0且未達y。 [發明之效果]

根據本發明，能夠獲得一種可降低載子之損失之半導體雷射元件。

以下，參照圖式對本發明之實施方式進行說明。然而，以下所示實施方式係例示用於將本發明之技術思想具體化之方法者，並非將本發明特定為以下實施方式。進而，於以下之說明中，相同名稱、符號表示相同或同質之構件，適當地省略詳細說明。

圖1係本實施方式之半導體雷射元件100之模式性剖視圖，示出了半導體雷射元件100之與共振器方向垂直之方向上之剖面。圖2係模式性地表示半導體雷射元件100之p側半導體層4之層構造之例的圖。圖2模式性地示出了各層之能帶隙能量之大小關係。圖2中之單點鏈線係表示隆脊部4a之底面之位置之線。所謂隆脊部4a之底面，係指將隆脊部4a之兩側面之最下邊彼此連接之面。

如圖1所示，半導體雷射元件100向上方依序具有分別包含氮化物半導體之n側半導體層2、活性層3、及p側半導體層4。本說明書中，將從n側半導體層2朝向p側半導體層4之方向稱為上或上方，將其相反方向稱為下或下方。此種上下方向可與使用半導體雷射元件100時之重力方向不一致。

p側半導體層4向上方依序具有第1部分41、電子障壁層42、及第2部分43。第1部分41具有1個以上之半導體層。第1部分41未摻雜。電子障壁層42之能帶隙能量較第1部分41大，且含有p型雜質。第2部分43具有1個以上之含有p型雜質之p型半導體層。再者，本說明書中，所謂未摻雜，係指有意地不摻雜。可將二次離子質譜分析法(SIMS)等之分析結果中不超過檢測極限之濃度稱為未摻雜。或者，亦可以雜質濃度未達1×10 ¹⁷/cm ³之狀態為未摻雜。例如，若p型雜質及n型雜質之濃度為檢測極限以下，則可稱第1部分41未摻雜。然而，若第1部分41與p型雜質濃度高之電子障壁層42相接，則即使有意地不摻雜p型雜質而形成，亦存在於分析結果中檢測到p型雜質之情形。於此情形時檢測到之p型雜質之濃度較佳為未達1×10 ¹⁸/cm ³。又，於以未摻雜之方式形成第1部分41等時，有時會含有H、C等無意之雜質，但此種情形亦可稱為未摻雜。又，本說明書中，所謂某一層或某部分之厚度，係指從該層或該部分之下表面到上表面之最短距離。於在下表面及/或上表面具有V坑等局部之凹部及/或凸部之情形時，可以下表面及/或上表面中無此種凹部及/或凸部之平坦之部分彼此間之最短距離為該層或該部分之厚度。又，所謂從某一層到另一層之距離，係指從某一層到另一層之最短距離。於在該等層之下表面及/或上表面具有V坑等局部之凹部及/或凸部之情形時，可以下表面及/或上表面中無此種凹部及/或凸部之平坦之部分彼此間之最短距離為該等層之間之距離。能帶隙能量之大小關係可由比較對象之半導體之組成來進行判斷。例如，於比較對象之2個層均包含AlGaN之情形時，判斷Al組成比相對較大之層為能帶隙能量相對較大之層。

第1部分41具有第1p側組成漸變層411、配置於第1p側組成漸變層411與電子障壁層42之間之第2p側組成漸變層412、及配置於第1p側組成漸變層411與第2p側組成漸變層412之間之中間層413。第1p側組成漸變層411包含In _xGa _1-xN，隨著朝向上方，In組成比x於0以上且未達1之範圍內減少。第2p側組成漸變層412包含Al _yGa _1-yN，隨著朝向上方，Al組成比y於超過0且未達1之範圍內增加。中間層413(第1中間層)包含Al _zGa _1-zN，Al組成比z超過0且未達y。

藉由設置第2p側組成漸變層412，可使能帶隙能量朝向電子障壁層42緩慢地變化，能夠減輕於存在能帶隙能量差之異質界面產生之帶尖峰之影響。所謂帶尖峰之影響，係指於帶尖峰產生電子而導致電洞(electron hole)相對減少，載子之損失增大。第1p側組成漸變層411包含n _xGa _1-xN，第2p側組成漸變層412包含Al _yGa _1-yN。因此，於使該等層生長時，需於途中切換原料氣體。藉由於該等層之間使中間層413生長，能夠使切換之原料氣體穩定，能夠良好地形成第2p側組成漸變層412。該等層例如可藉由有機金屬化學氣相沈積(metal organic chemical vapor deposition：MOCVD)法形成。藉由良好地形成第2p側組成漸變層412，能夠降低p側半導體層4中之帶尖峰之影響，能夠降低載子之損失。

(半導體雷射元件100) 如圖1所示，半導體雷射元件100具有基板1、及設置於其上方之n側半導體層2、活性層3及p側半導體層4。半導體雷射元件100係具有與活性層3等半導體層之主面交叉之光出射端面及光反射端面之端面發光雷射元件。

例如，於p側半導體層4設置有向上方突出之隆脊部4a。隆脊部4a係台面構造。隆脊部4a之俯視形狀係於連接光出射端面與光反射端面之方向上較長之形狀，例如，以與光反射端面平行之方向為短邊、以與光反射端面垂直之方向為長邊之長方形形狀。活性層3中之隆脊部4a之正下方之部分及其附近為光波導區域。可於隆脊部4a之側面及從隆脊部4a之側面連續之p側半導體層4之表面設置絕緣膜5。基板1例如包含n型半導體，其下表面設置有n電極8。又，與隆脊部4a之上表面相接地設置有p電極6，進而於其上設置有p側焊墊電極7。

半導體雷射元件100例如可振盪可見光之雷射光。半導體雷射元件100例如可振盪藍色或綠色之雷射光。半導體雷射元件100振盪之雷射光之峰值波長例如為400 nm以上600 nm以下，可為420 nm以上580 nm以下，亦可為500 nm以上580 nm以下。隨著半導體雷射元件100所振盪之雷射光之波長變長，由於折射率對波長色散之影響，自光導層向外側之漏光增加。其結果，閾值電流上升，雷射振盪時之電流密度變大。而且，電流密度越大，藉由局域能階之屏蔽及能帶填充，實際有效之躍遷間隔越擴大，振盪波長向短波長轉換。藉由設置第1p側組成漸變層411，能夠降低雷射振盪之閾值電流密度，能夠期待抑制短波長轉換之效果。因此，半導體雷射元件100所振盪之雷射光之峰值波長較佳為500 nm以上，可為500 nm以上580 nm以下。

(基板1) 作為基板1，例如可使用包含GaN等之氮化物半導體基板。作為於基板1之上生長之n側半導體層2、活性層3、p側半導體層4，例如可列舉實質上沿c軸方向生長之半導體。例如可使用以＋c面((0001)面)為主面之GaN基板，於其＋c面上使各半導體層生長。此處，所謂以＋c面為主面，可包含具有±1度以內左右之偏離角者。藉由使用以＋c面為主面之基板，能夠獲得量產性優異之優點。

(n側半導體層2) n側半導體層2可為包含GaN、InGaN、AlGaN等氮化物半導體之多層構造。n側半導體層2包含1個以上之n型半導體層。作為n型半導體層，可列舉包含含有Si、Ge等n型雜質之氮化物半導體之層。n側半導體層2可具有n側包覆層及n側光導層，亦可包含除此以外之層。n側包覆層之能帶隙能量大於n側光導層之能帶隙能量。雖不如p型雜質一般，但n型雜質亦為光吸收之主要原因，因此，於n側光導層未摻雜或包含n型雜質之情形時，其n型雜質濃度較佳為低於n側包覆層之n型雜質濃度。

圖3示出了n側半導體層2之層構造之例。圖3係模式性地表示半導體雷射元件100之n側半導體層2之層構造之例的圖。n側半導體層2可具有與活性層3之下表面相接配置之n側組成漸變層21、配置於n側組成漸變層21之下方之n型半導體層22、及配置於n側組成漸變層21與n型半導體層22之間之n側中間部23。n側組成漸變層21之組成以隨著朝向下方而能帶隙能量變大之方式變化。n型半導體層22含有n型雜質，具有較構成p側半導體層4之第1部分41之任意之層之能帶隙能量大之能帶隙能量。從n側組成漸變層21到n型半導體層22之距離較佳為大於從第1p側組成漸變層411到電子障壁層42之距離。藉此，能夠使半導體雷射元件100中之電場強度分佈偏向n側半導體層2之側，因此，能夠降低含有p型雜質之電子障壁層42及其上方之層中之光吸收所引起之損失。n側半導體層2亦可包含該等以外之層。

n側組成漸變層21之能帶隙能量越接近活性層3越小。n側組成漸變層21之折射率越接近活性層3越高。藉此，能夠強化對活性層3之光封閉。n側組成漸變層21例如為n側光導層。n側組成漸變層21例如可為包含In _aGa _1-aN，且隨著朝向上方，In組成比a於0以上且未達1之範圍內增加之層。對於決定組成漸變層之能帶隙能量或雜質濃度與其他層之能帶隙能量或雜質濃度之大小關係時之基準，可使用組成漸變層之平均值。所謂組成漸變層之平均值，係指構成組成漸變層之各次層之能帶隙能量等與厚度之乘積之合計值除以總厚度後所獲得之值。於n側組成漸變層21為越接近活性層3而晶格常數越大之組成漸變層之情形時，較佳為於該組成漸變層中添加n型雜質。換言之，可謂組成漸變層包含組成逐漸不同之複數個次層。因此，於組成漸變層中，即使減小組成變化率，亦難以避免固定電荷之產生。若添加n型雜質，則能夠屏蔽固定電荷，因此，能夠降低由固定電荷之產生引起之電壓上升之程度。

n型半導體層22例如為n型AlGaN層。n型半導體層22例如為n側包覆層。n型半導體層22與n側中間部23可相接，亦可於n型半導體層22與n側中間部23之間配置有其他層。從n側組成漸變層21到n型半導體層22之距離可設為未達600 nm，可為400 nm以下。

n側中間部23係具有較n型半導體層22之能帶隙能量小之能帶隙能量之層。n側中間部23之n型雜質濃度可小於n型半導體層22之n型雜質濃度。n側中間部23例如為含有n型雜質之n型GaN層。

n側中間部23可具有越接近活性層3能帶隙能量越小之組成漸變層232。於該組成漸變層中，其下端之能帶隙能量小於n型半導體層22之能帶隙能量，其上端之能帶隙能量與n側組成漸變層21之下端之能帶隙能量相同或大於n側組成漸變層21之下端之能帶隙能量。n側中間部23可從n側組成漸變層21側依序具有組成漸變層232及中間層233。n側中間部23亦可從n側組成漸變層21側依序具有中間層231、組成漸變層232及中間層233。中間層231及中間層233不為組成漸變層，或為具有較組成漸變層232之組成變化率小之組成變化率之組成漸變層。組成漸變層232與n側組成漸變層21同樣，以添加n型雜質為佳。藉此，能夠降低由固定電荷之產生引起之電壓上升之程度。中間層231及中間層233可未摻雜，但亦可例如含有n型雜質。n側中間部23之厚度可為100 nm以上。藉此，能夠降低向n型半導體層22之漏光。n側中間部23之厚度可為400 nm以下。藉此，能夠提高對活性層3之光封閉。

(活性層3) 活性層3可為包含GaN、InGaN等氮化物半導體層之多層構造。活性層3具有單一量子井構造或多重量子井構造。例如，活性層3從n側半導體層2側依序具有n側障壁層31、井層32、及p側障壁層33。於活性層3為多重量子井構造之情形時，具有複數個井層32及夾於井層32之間之中間障壁層。

從離n側半導體層2最近之井層32到活性層3之下表面之距離例如可設為10 nm以下。從離n側半導體層2最近之井層32到活性層3之下表面之距離可為0 nm，即，井層32之下表面可為活性層3之下表面。於n側半導體層2具有n側組成漸變層21之情形時，較佳為配置有具有較n側組成漸變層21之上端之能帶隙能量大之能帶隙能量之層作為n側障壁層31之至少一部分。藉此，能夠提高井層32中之發光再結合之概率。n側障壁層31配置於離n側半導體層2最近之井層32與n側組成漸變層21之間。從離n側半導體層2最近之井層32到活性層3之下表面之距離可為1 nm以上，且可為1 nm以上10 nm以下。

從離p側半導體層4最近之井層32到活性層3之上表面之距離例如可設為5 nm以下。較佳為配置有具有較第1p側組成漸變層411之下端之能帶隙能量大之能帶隙能量之層作為p側障壁層33之至少一部分。藉此，能夠提高井層32中之發光再結合之概率。p側障壁層33配置於離p側半導體層4最近之井層32與p側半導體層4之間。從離p側半導體層4最近之井層32到活性層3之上表面之距離可為1 nm以上，且可為1 nm以上5 nm以下。活性層3較佳為不添加p型雜質而形成。藉此，能夠抑制由p型雜質之添加引起之光吸收損失。活性層3之各層例如為未摻雜之層。

井層32例如為In _xGa _1-xN井層。於振盪波長500 nm以上之半導體雷射元件之情形時，In _xGa _1-xN井層之In組成比x根據活性層3以外之層構造而稍微增減，例如為0.23以上。作為井層32之In組成比x之上限，例如可列舉0.50以下。此時，考慮半導體雷射元件之振盪波長為600 nm以下左右。

圖4示出了活性層之另一例。圖4係模式性地表示活性層之層構造之另一例之圖。圖4所示之活性層3A具有n側障壁層31、複數個井層32、中間障壁層34、及p側障壁層33。複數個井層32位於n側障壁層31與p側障壁層33之間。複數個井層32包含第1井層及第2井層。第1井層及第2井層位於n側障壁層31與p側障壁層33之間。中間障壁層34係夾於2個井層32之間之層。中間障壁層34位於第1井層與第2井層之間。井層32之數量為複數個，例如2個。n側障壁層31、中間障壁層34及p側障壁層33之能帶隙能量大於井層32之能帶隙能量。複數個井層32之厚度例如可列舉1 nm以上4 nm以下。複數個井層32之厚度可相同。

見到中間障壁層34之厚度越小，半導體雷射元件100之驅動電壓越降低之傾向。另一方面，關於p側障壁層33，作為積層p側半導體層4之前之基底層，基於恢復結晶性之目的，較佳為具有一定程度之厚度。因此，中間障壁層34之厚度較佳為小於p側障壁層33之厚度。藉此，可兼顧半導體雷射元件100之驅動電壓之降低與p側半導體層4之結晶性之提高。結晶性例如可由錯位密度進行評估。再者，各層之厚度係指積層方向上之厚度。中間障壁層34例如為未摻雜之GaN層。中間障壁層34之厚度較佳為3 nm以下，更佳為2.5 nm以下。藉此，能夠提高電子向井層32之注入效率。中間障壁層34之厚度可設為1 nm以上，較佳為1.5 nm以上，更佳為2 nm以上。藉由使中間障壁層34之厚度為1.5 nm以上，能夠抑制載子之封閉效率之降低，能夠抑制半導體雷射元件100之輸出降低。中間障壁層34之厚度可設為1 nm以上3 nm以下，較佳為1.5 nm以上3 nm以下，更佳為1.5 nm以上2.5 nm以下。中間障壁層34之厚度可為2 nm以上2.5 nm以下。

p側障壁層33之厚度可大於1個井層32之厚度。p側障壁層33之厚度較佳為2.5 nm以上。藉此，能夠更有效地提高p側半導體層4之結晶性。若p側障壁層33之厚度增加一定程度，則可見半導體雷射元件100之驅動電壓之上升。p側障壁層33之厚度較佳為7 nm以下。藉此，能夠抑制半導體雷射元件100之驅動電壓之上升。p側障壁層33之厚度較佳為2.5 nm以上7 nm以下。p側障壁層33之厚度可大於2.5 nm。p側障壁層33之厚度可為超過2.5 nm且為7 nm以下。p側障壁層33較佳為GaN層，更佳為未摻雜之GaN層。藉此，能夠更有效地提高p側半導體層4之結晶性。

具有活性層3A之半導體雷射元件100可為如下：半導體雷射元件100，其向上方依序具有分別包含氮化物半導體之n側半導體層2、活性層3、及p側半導體層4，其中活性層3A具有n側障壁層31、p側障壁層33、包含位於n側障壁層31與p側障壁層33之間之第1井層及第2井層之複數個井層32、及位於第1井層與第2井層之間之中間障壁層34，且中間障壁層34之厚度小於p側障壁層33之厚度。於此情形時之p側半導體層4可向上方依序具有：未摻雜且具有1個以上之半導體層之第1部分41、能帶隙能量較第1部分41大且含有p型雜質之電子障壁層42、及具有1個以上之含有p型雜質之p型半導體層之第2部分43。於此情形時之p側半導體層4亦可具有第1p側組成漸變層411。於此情形時之p側半導體層4可不具有第2p側組成漸變層412及中間層413。

(p側半導體層4) p側半導體層4可為包含GaN、InGaN、AlGaN等氮化物半導體之多層構造。p側半導體層4可具有p側包覆層及p側光導層，亦可包含除此以外之層。於設置透明導電膜作為p電極6之情形時，能夠將其作為包覆層發揮功能，因此可於p側半導體層4中不設置包覆層。p側半導體層4包含1個以上之p型半導體層。作為p型半導體層，可列舉包含含有Mg等p型雜質之氮化物半導體之層。由於p型雜質之活化率低於Si等n型雜質之活化率，因此，於p型半導體層中，若意欲獲得充分之電洞之注入，則需摻雜p型雜質至更高濃度，由p型雜質引起之自由載子吸收損失增大。

(第1部分41) 第1部分41係p側半導體層4中之將從活性層3到含p型雜質之層之間連接之部分。第1部分41可與活性層3之上表面相接配置。第1部分41為不含p型半導體層之部分。或許可包含於第1部分41之一部分含有p型雜質之層，只要為不影響自由載子吸收損失之程度之p型雜質濃度及厚度即可。然而，若要摻雜p型化所需之Mg，則需1×10 ¹⁸/cm ³以上左右之p型雜質，於此情形時，自由載子吸收損失增大之可能性較高。因此，第1部分41較佳為不含p型半導體層之部分。第1部分41較佳為p型雜質濃度低至如下程度，即，整體上，根據SIMS等之分析，p型雜質濃度為檢測極限以下。例如，第1部分41整體上係於製造時有意地不添加p型雜質而形成。第1部分41可形成為於整體上未摻雜。由於第1部分41之厚度越厚，越能降低向第2部分43之光之洩漏，因此第1部分41之厚度較佳為400 nm以上。第1部分41之厚度之上限值可設為不妨礙來自第2部分43之電洞之供給之程度。又，存在第1部分41之厚度越厚，溢出之電子越增加之傾向，因此，從該觀點出發，可謂第1部分41之厚度越薄，發生電子溢出之概率越降低。從該觀點出發，第1部分41之厚度例如可設為660 nm以下。第1部分41藉由於與電子障壁層42之間存在帶隙差，能夠降低發生電子溢出之概率。因此，第1部分41中之與電子障壁層42相接之層較佳為具有較電子障壁層42之能帶隙能量小之能帶隙能量之層。

再者，於使第1部分41為低濃度摻雜而非未摻雜之部分之情形時，較佳為整體上其p型雜質濃度低於電子障壁層42之p型雜質濃度，進而，較佳為其p型雜質濃度低於電子障壁層42及第2部分43中任一者之p型雜質濃度。又，第1部分41之n型雜質濃度例如未達2×10 ¹⁸/cm ³。第1部分41之n型雜質濃度較佳為低至藉由SIMS分析檢測不到n型雜質之程度(即，本底水準)。換言之，第1部分41較佳為實質上不含n型雜質。

隆脊部4a之下端較佳為位於第1部分41。藉此，能夠使隆脊部4a之下端接近活性層3。例如，隆脊部4a包含第1部分41之一部分、電子障壁層42、及第2部分43。

(第1p側組成漸變層411) 第1p側組成漸變層411係隨著朝向上方而能帶隙能量變大之層。藉由具有此種構成，能夠強化對活性層3之光封閉。第1p側組成漸變層411可與活性層3相接。藉由以此方式將第1p側組成漸變層411配置於活性層3之附近，能夠提高第1p側組成漸變層411之光封閉效應。第1p側組成漸變層411可與第2p側組成漸變層412相接。從第1p側組成漸變層411到電子障壁層之距離可為150 nm以上。從第1p側組成漸變層411到電子障壁層之距離可為600 nm以下。藉由利用第1p側組成漸變層411強化對活性層3之光封閉，能夠降低雷射振盪之閾值電流密度。藉此，能夠抑制局域能階之屏蔽，能夠抑制伴隨電流注入之增加而發生之振盪波長向短波長之轉換，因此，有利於振盪波長之長波長化。

第1p側組成漸變層411具有上表面及下表面，其能帶隙能量從下表面向上表面變大。第1p側組成漸變層411之下表面側之能帶隙能量較上表面側之能帶隙能量小。於圖2中，第1p側組成漸變層411以漸變狀示出，如後述，所謂組成漸變層，可謂組成互不相同之複數個次層之集合體。因此，可謂於第1p側組成漸變層411中，能帶隙能量從下表面向上表面呈階梯狀增大。可於n側半導體層2中設置與第1p側組成漸變層411成對之n側組成漸變層21。例如，可形成第1p側組成漸變層411與n側組成漸變層以其間夾有活性層3之方式而對稱之能帶隙能量構造。

第1p側組成漸變層411例如作為p側光導層發揮功能。第1p側組成漸變層411之厚度較活性層3具有之井層之厚度厚，又，於存在p側障壁層33之情形時，第1p側組成漸變層411之厚度較p側障壁層33之厚度厚。為提高光封閉效應，第1p側組成漸變層411之厚度較佳為100 nm以上。第1p側組成漸變層411之厚度可設為500 nm以下。第1p側組成漸變層411之厚度可為200 nm以下。於設置有p側障壁層33之情形時，第1p側組成漸變層411之下端之能帶隙能量較佳為較p側障壁層33之能帶隙能量小。第1p側組成漸變層411之上端之能帶隙能量可與p側障壁層33之能帶隙能量相同，或可為p側障壁層33之能帶隙能量以上。

第1p側組成漸變層411係折射率從活性層3側向電子障壁層42側減少、且能帶隙能量從活性層3側向電子障壁層42側增加之構造。藉此，能夠使光靠近活性層3並抑制電子之溢出。第1p側組成漸變層411之組成以隨著朝向上方而能帶隙能量以第1變化率變大之方式發生變化。第1變化率係能帶隙能量之變化率，可根據In組成比x之變化率藉由計算而求出。例如，可將藉由SIMS等之分析而獲得之第1p側組成漸變層411之In含量繪製成表，將其斜率作為In組成比x之變化率。亦可將藉由分析而獲得之In含量繪製成線性標度表，根據該表創建線性近似曲線，將該近似曲線之斜率作為In組成比x之變化率。

如圖5所示，可謂第1p側組成漸變層411包含組成互不相同之複數個次層411a、411b、411c、411y、411z。圖5係第1p側組成漸變層411及其附近之局部放大圖，於次層411c與次層411y之間，除該等以外，亦存在複數個次層。於第1p側組成漸變層411包含In _xGa _1-xN之情形時，第1p側組成漸變層411之最下側之次層411a之In組成比x _a與最上側之次層411z之In組成比x _z之關係為0≦x _z＜x _a。構成第1p側組成漸變層411之下端之次層411a之In組成比x _a之上限值例如為0.25。若考慮抑制結晶性惡化，則In組成比x _a較佳為0.1以下。

相鄰次層之間之晶格常數差較佳為較小。藉此，能夠減小變形。因此，較佳為使第1p側組成漸變層411之組成以較薄之厚度一點點地變化。具體而言，第1p側組成漸變層411較佳為，In組成比x從下表面到上表面每隔25 nm以下之厚度而減少。即，各次層411a、411b、411c、411y、411z之厚度較佳為25 nm以下。各次層411a、411b、411c、411y、411z之厚度更佳為20 nm以下，可為10 nm以下，亦可為5 nm以下。各次層411a、411b、411c、411y、411z之厚度之下限值例如為1個原子層(約0.25 nm)左右。又，相鄰次層(例如次層411a與次層411b)之In組成比x之差較佳為0.005以下，更佳為0.001以下。相鄰次層之In組成比x之差之下限值例如為0.00007左右。較佳為第1p側組成漸變層411之整體滿足上述範圍。即，較佳為所有次層為此種範圍內。於第1p側組成漸變層411中組成變化之次數，即，第1p側組成漸變層411之次層之數較佳為90以上。

於設置n側組成漸變層21之情形時，其組成、組成變化率、厚度之較佳範圍可採用與第1p側組成漸變層411相同者。

(第2p側組成漸變層412) 第2p側組成漸變層412配置於第1p側組成漸變層411與電子障壁層42之間。第2p側組成漸變層412具有上表面及下表面，其能帶隙能量從下表面向上表面變大。第2p側組成漸變層412之下表面側之能帶隙能量較上表面側之能帶隙能量小。與第1p側組成漸變層411同樣，所謂組成漸變層，可謂組成互不相同之複數個次層之集合體，因此，可謂於第2p側組成漸變層412中，能帶隙能量從下表面向上表面呈階梯狀增大。

第2p側組成漸變層412之厚度可設為2 nm以上。藉此，能夠有效地降低帶尖峰。第2p側組成漸變層412之厚度可為10 nm以上，亦可為50 nm以上。藉此，能夠降低向電子障壁層42及第2部分43之漏光，能夠降低光之吸收損失。第2p側組成漸變層412之厚度可較活性層3具有之井層之厚度厚。於存在p側障壁層33之情形時，第2p側組成漸變層412之厚度可較p側障壁層33之厚度厚。第2p側組成漸變層412之厚度較佳為250 nm以下，可為200 nm以下，亦可為100 nm以下。第2p側組成漸變層412之厚度可為2 nm以上250 nm以下，亦可為10 nm以上250 nm以下。

第2p側組成漸變層412之下端之能帶隙能量較第1p側組成漸變層411之上端之能帶隙能量大。第2p側組成漸變層412之上端之能帶隙能量較電子障壁層42之能帶隙能量小。第2p側組成漸變層412之上端之能帶隙能量可大於構成第2部分43之下端之層之能帶隙能量。第2p側組成漸變層412之下端之Al組成比y較佳為超過中間層413之Al組成比z且為0.05以下。藉此，易穩定地形成包含AlGaN之第2p側組成漸變層412。第2p側組成漸變層412之上端之Al組成比y較佳為0.1以下。藉此，易降低帶尖峰之影響。

第2p側組成漸變層412係折射率從活性層3側向電子障壁層42側減少、且能帶隙能量從活性層3側向電子障壁層42側增加之構造。第2p側組成漸變層412之組成以隨著朝向上方而能帶隙能量以小於第1變化率之第2變化率變大之方式發生變化。藉此，易降低帶尖峰之影響。第2變化率可由與第1變化率相同之手法而求出。即，第2變化率係能帶隙能量之變化率，可根據Al組成比y之變化率藉由計算而求出。可將藉由SIMS等之分析而獲得之第2p側組成漸變層412之Al含量繪製成表，將其斜率作為Al組成比y之變化率。亦可將藉由分析而獲得之Al含量繪製成線性標度表，根據該表創建線性近似曲線，將該近似曲線之斜率作為Al組成比y之變化率。即便第1p側組成漸變層411之In含量與第2p側組成漸變層412之Al含量中之至少任一者於層內呈非線性變化，亦能夠藉由創建該等線性近似曲線，來比較第1變化率與第2變化率之大小關係。

如圖6所示，可謂第2p側組成漸變層412包含組成互不相同之複數個次層412a、412b、412c、412y、412z。圖6係第2p側組成漸變層412及其附近之局部放大圖，於次層412c與次層412y之間，除該等以外，亦存在複數個次層。於第2p側組成漸變層412包含Al _yGa _1-yN之情形時，第2p側組成漸變層412之最下側之次層412a之Al組成比y _a與最上側之次層412z之Al組成比y _z之關係為y _a＜y _z＜1。構成第2p側組成漸變層412之下端之次層412a之Al組成比y _a可設為z＜y _a≦0.05。z係中間層413之Al組成比。構成第2p側組成漸變層412之上端之次層412z之Al組成比y _z可設為y _a＜y _z≦0.1。

第2p側組成漸變層412較佳為，Al組成比y從下表面到上表面每隔25 nm以下之厚度而增加。即，各次層412a、412b、412c、412y、412z之厚度較佳為25 nm以下。藉此，能夠減小於相鄰次層之間產生之變形。各次層412a、412b、412c、412y、412z之厚度更佳為20 nm以下，可為10 nm以下，亦可為5 nm以下。各次層412a、412b、412c、412y、412z之厚度之下限值例如為1個原子層(約0.25 nm)左右。又，相鄰次層(例如次層412a與次層412b)之Al組成比y之差較佳為0.005以下，更佳為0.001以下。相鄰次層之Al組成比y之差之下限值例如為0.00007左右。較佳為第2p側組成漸變層412整體滿足上述範圍。即，較佳為所有次層為此種範圍內。於第2p側組成漸變層412中組成變化之次數，即，第2p側組成漸變層412之次層之數較佳為10以上，更佳為30以上。

於在n側中間部23設置組成漸變層232之情形時，其組成、組成變化率、厚度之較佳範圍可採用與第2p側組成漸變層412相同者。

(中間層413) 中間層413配置於第1p側組成漸變層411與第2p側組成漸變層412之間。中間層413與第2p側組成漸變層412相接。中間層413可與第1p側組成漸變層411相接。

中間層413包含Al _zGa _1-zN。中間層413之Al組成比z未達第2p側組成漸變層412之Al組成比y。第2p側組成漸變層412之Al組成比y並不一定，但中間層413之Al組成比z較第2p側組成漸變層412之Al組成比y之任意值小。第2p側組成漸變層412中之最小之Al組成比y為下端之Al組成比y，因此，可比較第2p側組成漸變層412之下端之Al組成比y與中間層413之Al組成比z。中間層413之Al組成比z可設為超過0且為0.01以下。為了穩定地形成第2p側組成漸變層412，此種小Al組成比z較為合適。中間層413之Al組成比z可為超過0且未達0.01，亦可為超過0且為0.005以下。中間層413不為組成漸變層，或為具有較第2p側組成漸變層412之組成變化率小之組成變化率之組成漸變層。中間層413例如每1 nm之Al組成之變化可為0.0001以下。於中間層413之組成不一定之情形時，取其中央值作為Al組成比z。

中間層413之厚度可設為2 nm以上，可為10 nm以上，亦可為50 nm以上。藉此，易穩定地形成第2p側組成漸變層412。中間層413之厚度可設為250 nm以下，可為200 nm以下，亦可為100 nm以下。藉此，能夠高效地形成包含中間層413之第1部分41。中間層413之厚度可設為第2p側組成漸變層412之厚度之0.5倍以上1.5倍以下。

於在n側中間部23設置中間層231之情形時，其組成、組成變化率、厚度之較佳範圍可採用與中間層413相同者。

(中間層414) 第2p側組成漸變層412可與電子障壁層42相接，但亦可於第2p側組成漸變層412與電子障壁層42之間配置中間層414。可將中間層413及中間層414分別稱為第1中間層及第2中間層。中間層414可與第2p側組成漸變層412及電子障壁層42相接。

中間層414之能帶隙能量係與第2p側組成漸變層412之上端之能帶隙能量相同之值，或係第2p側組成漸變層412之上端之能帶隙能量與電子障壁層42之能帶隙能量之間之值。藉由設置此種中間層414，能夠提高對活性層3之光封閉。又，藉由設置中間層414，能夠使含有p型雜質之電子障壁層42及第2部分43更遠離活性層3，因此，能夠降低光之吸收損失。藉由降低光之吸收損失，能夠提高半導體雷射元件100之效率。作為半導體雷射元件100之效率，可列舉斜率效率，即，閾值電流以上之電流值下之電流及光輸出之特性圖中之斜率。

中間層414不為組成漸變層，或為具有較第2p側組成漸變層412之組成變化率小之組成變化率之組成漸變層。中間層414例如每1 nm之Al組成之變化可為0.001以下。於中間層414之組成並不一定之情形時，可取其中央值作為中間層414之組成來比較與其他層之能帶隙能量之大小。隆脊部4a之下端較佳為位於中間層414。藉此，與隆脊部4a之下端位於組成漸變層之情形相比，能夠降低伴隨隆脊部4a之深度之偏差而產生之隆脊部4a之內外之實效折射率差之偏差。

例如，中間層414包含AlGaN。於中間層414之下表面與第2p側組成漸變層412之上表面相接之情形時，中間層414之下端之晶格常數較佳為與第2p側組成漸變層412之上端之晶格常數相同。中間層414之晶格常數與第2p側組成漸變層412之上端之晶格常數之差越小，越能降低帶尖峰之影響。於中間層414包含AlGaN之情形時，中間層414中最大之Al組成比與第2p側組成漸變層412之上端之Al組成比y之差較佳為0.02以下，更佳為0.01以下。藉此，能夠降低帶尖峰之影響。

中間層414之厚度較構成第2p側組成漸變層412之次層厚。中間層414之厚度可厚於25 nm，亦可為50 nm以上。中間層414之厚度可為600 nm以下，亦可為250 nm以下。

第2p側組成漸變層412之厚度與中間層414之厚度之和較佳為100 nm以上。藉此，能夠降低向電子障壁層42及第2部分43之漏光，能夠降低光之吸收損失。第2p側組成漸變層412之厚度與中間層414之厚度之和較佳為500 nm以下。藉此，能夠將電子障壁層42配置於離活性層3不太遠之位置，因此，能夠抑制向第2部分43溢出之電子之總量。第2p側組成漸變層412之厚度相對於第2p側組成漸變層412之厚度與中間層414之厚度之和之比率較佳為0.5以下。第2p側組成漸變層412之能帶隙能量之平均值小於中間層414之能帶隙能量，因此越使第2p側組成漸變層412之厚度增大，對活性層3之光封閉越降低。因此，藉由使第2p側組成漸變層412之厚度相對變薄，能夠提高對活性層3之光封閉。藉此，能夠期待半導體雷射元件100之振盪閾值電流之降低。又，能夠減少到達第2部分43之光，因此，能夠降低光之吸收損失，能夠增大光輸出。

於在n側中間部23設置中間層233之情形時，其組成、組成變化率、厚度之較佳範圍可採用與中間層414相同者。

(電子障壁層42) 電子障壁層42含有Mg等p型雜質。電子障壁層42可與第1部分41之上表面相接配置。電子障壁層42之能帶隙能量較第1部分41之能帶隙能量大。於第1部分41為如上所述多層構造之情形時，將電子障壁層42設為能帶隙能量較構成第1部分41之任意之層大之層。藉由電子障壁層42為具有此種大能帶隙能量之層，能夠使電子障壁層42作為相對於從活性層3溢出之電子之障壁而發揮功能。電子障壁層42與第1部分41之最上層之能帶隙能量差較佳為0.1 eV以上。該等之能帶隙能量差例如可為1 eV以下。電子障壁層42例如係p側半導體層4中具有最高能帶隙能量之層。電子障壁層42可為厚度較第1p側組成漸變層411小之層。

電子障壁層42可為多層構造。於此情形時，構成電子障壁層42之1個以上之層具有較構成第1部分41之任意之層之能帶隙能量大之能帶隙能量。電子障壁層42可為組成漸變層。電子障壁層42例如可為以隨著朝向上方而能帶隙能量變小之方式組成發生變化之組成漸變層。於第1部分41或電子障壁層42具有超晶格層之情形時，使用超晶格層之平均之能帶隙能量而非構成超晶格層之各層之能帶隙能量來比較大小關係。電子障壁層42例如包含AlGaN。於電子障壁層42為AlGaN之情形時，其Al組成比可設為0.08以上0.5以下。電子障壁層42之厚度例如可設為4 nm以上，可設為100 nm以下。

(第2部分43) 第2部分43具有1個以上之含有p型雜質之p型半導體層。第2部分43可與電子障壁層之上表面相接配置。第2部分43具有之p型半導體層之p型雜質之濃度例如可設為1×10 ¹⁸/cm ³以上，可設為1×10 ²²/cm ³以下。如上所述，藉由使第2部分43之厚度變薄，能夠降低驅動電壓，因此，第2部分43之厚度較佳為260 nm以下。第2部分43之厚度可設為10 nm以上。第2部分43可包含未摻雜層。第2部分43較佳為於其整體中含有p型雜質。藉此，於包含未摻雜層之情形相比，能夠降低第2部分43之電阻。於超晶格層之情形時，可將其平均p型雜質濃度視為該超晶格層之p型雜質濃度，因此，於第2部分43具有超晶格層之情形時，該超晶格層可具有未摻雜之層與含p型雜質之層之積層構造。

第2部分43之厚度可小於第1部分41之厚度。藉由使第1部分41相對較厚，能夠使光強度之峰遠離含p型雜質之層，能夠降低含p型雜質之層中之自由載子吸收所引起之損失。因此，能夠提高半導體雷射元件100之斜率效率等效率。另外，藉由使第2部分43相對較薄，能夠降低半導體雷射元件100之驅動電壓，能夠提高效率。藉由使含有p型雜質之部分之厚度變薄，電壓降低，其原因在於，於氮化物半導體中，Mg等p型雜質之活化率較Si等n型雜質之活化率低，含p型雜質之層具有較高電阻。雖然第1部分41未摻雜，但由於其位於電子障壁層42與活性層3之間，因此由於電子溢出等因素，與其說係完全絕緣性，倒不如說存在顯示n型導電性之傾向。由此，可認為，藉由使電阻較高之含有p型雜質之第2部分43之厚度變薄，驅動電壓降低，能夠獲得抑制使未摻雜之第1部分41之厚度變厚而引起之驅動電壓之上升之效果。由於第1部分41相對較厚，隆脊部4a之下端較佳為設置於第1部分41。藉此，能夠加強橫向之光封閉。

第2部分43可具有下側p型半導體層、及上側p型半導體層。上側p型半導體層構成隆脊部4a之上表面。即，上側p型半導體層係第2部分43之最上層。上側p型半導體層作為p側接觸層發揮功能。下側p型半導體層配置於上側p型半導體層與電子障壁層42之間，具有較上側p型半導體層之能帶隙能量大之能帶隙能量。

下側p型半導體層例如包含AlGaN。上側p型半導體層例如包含GaN。下側p型半導體層可作為p側包覆層發揮功能。下側p型半導體層可形成為p型GaN層，藉此，能夠使第2部分43之電阻更低。於此情形時，較佳為以ITO等作為包覆層發揮功能之材料形成p電極。上側p型半導體層之厚度例如可設為5 nm以上30 nm以下。下側p型半導體層之厚度例如可設為1 nm以上260 nm以下。下側p型半導體層例如厚度較電子障壁層42大。於此情形時，為了降低自由載子吸收損失，較佳為下側p型半導體層之p型雜質濃度低於電子障壁層42之p型雜質濃度。

(絕緣膜5、n電極8、p電極6、p側焊墊電極7) 絕緣膜5例如可由Si、Al、Zr、Ti、Nb、Ta等之氧化物或氮化物等之單層膜或多層膜形成。n電極8例如設置於n型基板1之下表面之大致整個區域。p電極6設置於隆脊部4a之上表面。於p電極6之寬度狹窄之情形時，於p電極6之上設置寬度較p電極6寬之p側焊墊電極7，並將導線等連接於p側焊墊電極7即可。各電極之材料例如可列舉包含選自Ni、Rh、Cr、Au、W、Pt、Ti、Al等金屬或合金、Zn、In、Sn之至少1種之導電性氧化物等之單層膜或多層膜。作為導電性氧化物之例，可列舉ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)、IZO(Indium Zinc Oxide，氧化銦鋅)、GZO(Gallium-doped Zinc Oxide，氧化鎵鋅)等。電極之厚度通常為可作為半導體元件之電極發揮功能之厚度即可。例如，可列舉0.05 μm～2 μm左右。

p電極6較佳為具有較活性層3之折射率小之折射率之透明導電膜。藉此，能夠作為包覆層發揮功能。進而，p電極6較佳為具有較第2部分43之折射率小之折射率之透明導電膜。藉此，能夠更加獲得光封閉效應。又，於在第2部分43設置p側包覆層之情形時，例如，設置Al組成比較高且添加了p型雜質之AlGaN層作為p側包覆層，但Al組成比越高，電阻越易變高。若使p電極6作為包覆層發揮功能，則可無需於第2部分43設置p側包覆層，或者，即便於設置p側包覆層之情形時，亦能夠使其Al組成比變低。因此，能夠降低電阻，能夠降低半導體雷射元件100之驅動電壓。作為包覆層發揮功能之p電極6之例例如有包含ITO之p電極6。

(製造方法) 實施方式之半導體雷射元件100之製造方法例如具有如下第1～第5步驟。第1步驟係於基板1之上形成n側半導體層2之步驟。第2步驟係於n側半導體層2之上形成活性層3之步驟。第3步驟係於活性層3之上表面以未摻雜之方式形成具有1個以上之半導體層之第1部分41之步驟。第4步驟係於第1部分41之上表面以摻雜p型雜質之方式形成電子障壁層42之步驟。第5步驟係於電子障壁層42之上表面形成具有1個以上之摻雜p型雜質而形成之p型半導體層之第2部分43之步驟。於第3步驟中，構成第1部分41之各層從下向上依序形成。半導體雷射元件100之製造方法進而可具有如下第6步驟：藉由去除包含第1部分41、電子障壁層42及第2部分43之p側半導體層4之一部分，形成向上方突出之隆脊部4a。由各步驟獲得之層等之作用效果及較佳構成等如上所述。

(實施例1) 作為實施例1，製作半導體雷射元件100。使用MOCVD裝置來製作作為半導體雷射元件100之磊晶晶圓。又，適當地使用三甲基鎵(TMG)、三乙基鎵(TEG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)、氨(NH ₃)、矽烷氣體、雙(環戊二烯基)鎂(Cp ₂Mg)作為原料。

於以＋c面為上表面之n型GaN基板(基板1)上依序生長n側半導體層2、活性層3、及p側半導體層4。

n側半導體層2形成為自n型GaN基板之側起依序具有：添加了Si之厚度1.5 μm之Al _0.016Ga _0.984N層、添加了Si之厚度150 nm之In _0.05Ga _0.95N層、添加了Si之厚度900 nm之Al _0.072Ga _0.928N層(n型半導體層22)、添加了Si之厚度3500 nm之GaN層(n側中間部23)、及添加了Si之厚度200 nm之以GaN為始端以In _0.05Ga _0.95N為末端使In組成實質上單調遞增而生長成之n側組成漸變層21。

活性層3形成為自n型GaN基板之側起依序具有：添加了Si之GaN層、未摻雜之In組成漸變層、未摻雜之In _0.2Ga _0.8N層、及未摻雜之GaN層。

p側半導體層4形成為自n型GaN基板之側起依序具有：未摻雜之厚度200 nm之第1p側組成漸變層411、未摻雜之厚度50 nm之中間層413、未摻雜之厚度70 nm之第2p側組成漸變層412、未摻雜之厚度130 nm之包含Al _0.045Ga _0.955N之中間層414、添加了Mg之厚度10 nm之包含AlGaN之電子障壁層42、添加了Mg之厚度100 nm之包含AlGaN之下側p型半導體層、及添加了Mg之厚度18 nm之包含GaN之上側p型半導體層。第1p側組成漸變層411以In _0.05Ga _0.95N為生長之始端，以GaN為生長之末端。第2p側組成漸變層412以Al組成比1%以下之AlGaN為生長之始端，以Al _0.045Ga _0.955N為生長之末端。

繼而，將形成有上述層之磊晶晶圓從MOCVD裝置中取出，形成隆脊部4a、絕緣膜5、p電極6、p側焊墊電極7、n電極8，於光出射端面及光反射端面分別形成反射膜，進行單片化，獲得半導體雷射元件100。隆脊部4a之深度約為270 nm。即，以其下端位於第2p側組成漸變層412之方式形成隆脊部4a。又，形成厚度200 nm之ITO膜作為p電極6。實施例1之半導體雷射元件100出射之雷射光之峰值波長約為455 nm。

(SIMS分析) 對與實施例1相同之於p側半導體層4生長、形成隆脊部4a等之前停止之晶圓進行SIMS分析之結果示於圖7。於圖7中，虛線係表示In之檢測量之線，實線係表示Al之檢測量之線。圖7之縱軸及橫軸係線性標度。根據圖7，可確認於第1p側組成漸變層411與第2p側組成漸變層412之間形成有中間層414。於圖7中，於中間層414之下端(圖中右端)，表示In之檢測量之線與表示Al之檢測量之線相交，於中間層414之過半處檢測到Al。

(實施例2) 於以＋c面為上表面之n型GaN基板(基板1)上依序生長n側半導體層2、活性層3、及p側半導體層4。

n側半導體層2形成為自n型GaN基板之側起依序具有：添加了Si之厚度1.25 μm之Al _0.018Ga _0.982N層、添加了Si之厚度250 nm之Al _0.08Ga _0.92N層、添加了Si之厚度150 nm之In _0.04Ga _0.96N層、添加了Si之厚度10 nm之GaN層、添加了Si之厚度650 nm之Al _0.08Ga _0.92N層(n型半導體層22)、及添加了Si之厚度200 nm之GaN層(n側中間部23)、及未摻雜之厚度230 nm之In _0.03Ga _0.97N層。

活性層3形成為自n型GaN基板之側起依序具有：添加了Si之GaN層、添加了Si之In _0.05Ga _0.95N層、添加了Si之GaN層、未摻雜之In _0.25Ga _0.75N層、未摻雜之GaN層、未摻雜之In _0.25Ga _0.75N層、及未摻雜之GaN層。

p側半導體層4形成為自n型GaN基板之側起依序具有：未摻雜之厚度180 nm之第1p側組成漸變層411、未摻雜之厚度50 nm之中間層413、未摻雜之厚度100 nm之第2p側組成漸變層412、未摻雜之厚度200 nm之包含Al _0.04Ga _0.96N之中間層414、添加了Mg之厚度10.9 nm之包含AlGaN之電子障壁層42、添加了Mg之厚度100 nm之包含AlGaN之下側p型半導體層、及添加了Mg之厚度18 nm之包含GaN之上側p型半導體層。第1p側組成漸變層411以In _0.05Ga _0.95N為生長之始端，以GaN為生長之末端。第2p側組成漸變層412以Al組成比1%以下之AlGaN為生長之始端，以Al _0.04Ga _0.96N為生長之末端。

繼而，將形成有上述層之磊晶晶圓從MOCVD裝置中取出，形成隆脊部4a、絕緣膜5、p電極6、p側焊墊電極7、n電極8，於光出射端面及光反射端面分別形成反射膜，進行單片化，獲得半導體雷射元件100。隆脊部4a之深度約為270 nm。即，以其下端位於中間層414之方式形成隆脊部4a。又，形成厚度200 nm之ITO膜作為p電極6。實施例2之半導體雷射元件100出射之雷射光之峰值波長約為527 nm。

(實施例3) 除以下方面以外，以與實施例2相同之方式製作實施例3之半導體雷射元件100。將n側半導體層2中之最後兩層設為添加了Si之厚度250 nm之GaN層(n側中間部23)與未摻雜之厚度180 nm之In _0.03Ga _0.97N層。於p側半導體層4中，將第2p側組成漸變層412之厚度設為300 nm，去掉中間層414。未摻雜之厚度50 nm之中間層413保持原樣。隆脊部4a之深度保持為約270 nm。即，以其下端位於第2p側組成漸變層412之方式形成隆脊部4a。實施例3之半導體雷射元件100出射之雷射光之峰值波長為527 nm。

(比較例1) 除不形成中間層413及第2p側組成漸變層412而於該位置形成未摻雜之厚度120 nm之GaN層之方面以外，以與實施例1之半導體雷射元件100相同之方式製作比較例1之半導體雷射元件。隆脊部4a之深度保持為約270 nm。即，以其下端位於未摻雜之厚度120 nm之GaN層之方式形成隆脊部4a。比較例1之半導體雷射元件出射之雷射光之峰值波長為455 nm。

(比較例2) 除以下方面以外，以與實施例2相同之方式製作比較例2之半導體雷射元件。將n側半導體層2中之最後兩層設為添加了Si之厚度250 nm之GaN層與未摻雜之厚度180 nm之In _0.03Ga _0.97N層。於p側半導體層4中，不形成第2p側組成漸變層412，而於該位置形成未摻雜之厚度150 nm之GaN層。比較例2之半導體雷射元件出射之雷射光之峰值波長為527 nm。

(I-L特性) 實施例1及比較例1之半導體雷射元件之I-L特性示於圖8。於圖8之圖中，橫軸表示電流，縱軸表示光輸出。於圖8中，實線表示實施例1，虛線表示比較例1。實施例2、實施例3及比較例2之半導體雷射元件之I-L特性示於圖9。於圖9之圖中，橫軸表示電流，縱軸表示光輸出。於圖9中，實線表示實施例2，單點鏈線表示實施例3，虛線表示比較例2。如圖8及圖9所示，確認如下，藉由具備第1p側組成漸變層411、中間層413、及第2p側組成漸變層412，斜率效率提高，光輸出提高。認為此係因p側半導體層4中之載子之損失降低所產生之效果。

1:基板 2:n側半導體層 3:活性層 3A:活性層 4:p側半導體層 4a:隆脊部 5:絕緣膜 6:p電極 7:p側焊墊電極 8:n電極 21:n側組成漸變層 22:n型半導體層 23:n側中間部 31:n側障壁層 32:井層 33:p側障壁層 34:中間障壁層 41:第1部分 42:電子障壁層 43:第2部分 100:半導體雷射元件 231:中間層 232:組成漸變層 233:中間層 411:第1p側組成漸變層 411a、411b、411c、411y、411z:次層 412:第2p側組成漸變層 412a、412b、412c、412y、412z:次層 413:中間層 414:中間層

圖1係本發明之一實施方式之半導體雷射元件之模式性剖視圖。 圖2係模式性地表示圖1之半導體雷射元件之p側半導體層之層構造之例的圖。 圖3係模式性地表示圖1之半導體雷射元件之n側半導體層之層構造之例的圖。 圖4係模式性地表示活性層之層構造之另一例之圖。 圖5係圖1之半導體雷射元件之第1p側組成漸變層及其附近之局部放大圖。 圖6係圖1之半導體雷射元件之第2p側組成漸變層及其附近之局部放大圖。 圖7係與實施例1相同之p側半導體層生長而成之晶圓之SIMS分析結果。 圖8係表示實施例1及比較例1之半導體雷射元件之I-L特性之圖。 圖9係表示實施例2、實施例3及比較例2之半導體雷射元件之I-L特性之圖。

4:p側半導體層

41:第1部分

42:電子障壁層

43:第2部分

411:第1p側組成漸變層

412:第2p側組成漸變層

413:中間層

414:中間層

Claims (10)

1. 一種半導體雷射元件，其向上方依序具有分別包含氮化物半導體之n側半導體層、活性層、及p側半導體層，其中 上述p側半導體層向上方依序具有： 第1部分，其未摻雜，且具有1個以上之半導體層； 電子障壁層，其能帶隙能量較上述第1部分大，且含有p型雜質；及 第2部分，其具有1個以上之含有p型雜質之p型半導體層； 上述第1部分具有： 第1p側組成漸變層，其包含In _xGa _1-xN，隨著朝向上方，In組成比x於0以上且未達1之範圍內減少； 第2p側組成漸變層，其配置於上述第1p側組成漸變層與上述電子障壁層之間，包含Al _yGa _1-yN，隨著朝向上方，Al組成比y於超過0且未達1之範圍內增加；及 中間層，其配置於上述第1p側組成漸變層與上述第2p側組成漸變層之間，包含Al _zGa _1-zN，Al組成比z超過0且未達y。
2. 如請求項1之半導體雷射元件，其中上述第1p側組成漸變層之組成以隨著朝向上方而能帶隙能量以第1變化率變大之方式發生變化， 上述第2p側組成漸變層之組成以隨著朝向上方而能帶隙能量以小於第1變化率之第2變化率變大之方式發生變化。
3. 如請求項1或2之半導體雷射元件，其中上述第2p側組成漸變層之上端之Al組成比y為0.1以下。
4. 如請求項1至3中任一項之半導體雷射元件，其中上述第2p側組成漸變層之厚度為2 nm以上。
5. 如請求項1至4中任一項之半導體雷射元件，其中上述中間層之Al組成比z超過0且為0.01以下。
6. 如請求項1至5中任一項之半導體雷射元件，其中上述第2p側組成漸變層之下端之Al組成比y超過上述中間層之Al組成比z且為0.05以下。
7. 如請求項1至6中任一項之半導體雷射元件，其中上述中間層係第1中間層， 上述第1部分具有配置於上述第2p側組成漸變層與上述電子障壁層之間之第2中間層，該第2中間層具有與上述第2p側組成漸變層之上端相同或處於上述第2p側組成漸變層之上端與上述電子障壁層之間之能帶隙能量。
8. 如請求項7之半導體雷射元件，其中上述第2p側組成漸變層之厚度相對於上述第2p側組成漸變層之厚度與上述第2中間層之厚度之和之比率為0.5以下。
9. 如請求項1至8中任一項之半導體雷射元件，其中上述n側半導體層具有： n側組成漸變層，其與上述活性層之下表面相接配置，其組成以隨著朝向下方而能帶隙能量變大之方式變化； n型半導體層，其配置於上述n側組成漸變層之下方，具有較構成上述p側半導體層之上述第1部分之任意之層之能帶隙能量大之能帶隙能量，含有n型雜質；及 n側中間部，其配置於上述n側組成漸變層與上述n型半導體層之間； 從上述n側組成漸變層到上述n型半導體層之距離大於從上述第1p側組成漸變層到上述電子障壁層之距離。
10. 如請求項1至9中任一項之半導體雷射元件，其中上述活性層具有： n側障壁層； p側障壁層； 複數個井層，其包含位於上述n側障壁層與上述p側障壁層之間之第1井層及第2井層；及 中間障壁層，其位於上述第1井層與上述第2井層之間； 上述中間障壁層之厚度小於上述p側障壁層之厚度。