WO2024047917A1 - レーザダイオード - Google Patents

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孝至 青戸
梓懿 張
真希 久志本
千秋 笹岡
浩 天野
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旭化成株式会社
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Abstract

発振閾値電流および駆動電圧の低いレーザダイオードを提供する。レーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体構造の発光層と、発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振及び射出のためのメサ構造であり、メサ構造の側面は、メサ構造の上面から第１導電型クラッド層に向かって外側に傾斜する傾斜面となっている。

Description

レーザダイオード
　本開示はレーザダイオードに関する。
　従来、ライトエミッティングダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）を形成するための材料として窒化物半導体が用いられている。窒化物半導体は、直接遷移の再結合形態を有することから、高い再結合効率および高い光学利得を得ることができる点で、ＬＥＤおよびＬＤのための材料として適している。このような窒化物半導体が用いられたレーザダイオードの一例として、紫外領域での電流注入型のレーザダイオードを発振させる技術が開示されている（例えば、非特許文献１）。
Ｚｈａｎｇ　ｅｔ　ａｔ．，　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｅｘｐｒｅｓｓ　１５、０４１００７（２０２２）
　上述した紫外レーザダイオードは低温連続発振であり、実際のアプリケーションへの応用には室温連続発振が必要とされる。この室温連続発振には、発振閾値電流の低減と、駆動電圧の低減が必要とされる。
　本開示の目的は、発振閾値電流および駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体構造の発光層と、発光層上に配置され、第２導電型窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振及び射出のためのメサ構造であり、メサ構造の側面は、メサ構造の上面から第１導電型クラッド層に向かって外側に傾斜する傾斜面となっている。
　なお、上述した発明の概要は、本開示にかかる発明の特徴の全てを列挙したものではない。
　本開示によれば、発振閾値電流および駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することができる。
本開示の第１の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す平面模式図である。 本開示の第１の実施形態に係るレーザダイオードの一構成例を示す断面模式図である。 本開示の第２の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。 本開示の第３の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。 本開示の第４の実施形態に係るレーザダイオードの他の構成例を示す断面模式図である。
　以下、実施形態を通じて本開示に係るレーザダイオードを説明するが、以下の実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　また、以下の説明では、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、面、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
１．実施形態
　本開示の実施形態に係るレーザダイオードについて説明する。
（１．１）レーザダイオードの構成
　本実施形態に係るレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備えている。半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体構造の発光層と、発光層上に配置され、第２導電型窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、を有している。半導体積層部の少なくとも一部は、光共振及び射出のためのメサ構造であり、メサ構造の側面は、メサ構造の上面から第１導電型クラッド層に向かって外側に傾斜する傾斜面となっている。ここで、「側面」とは、メサ構造の側面のうち、レーザ光が射出される共振ミラー端面（図１に記載の共振ミラー端面ＥＳ、詳細は後述する）以外の側面（図１に記載の側面ＳＳ）をいう。
　以下、レーザダイオードの各層について詳細に説明する。
＜窒化物半導体基板＞
　本実施形態に係るレーザダイオードの製造に用いる窒化物半導体基板（以下、基板と記載することがある）は、Ａｌを含む窒化物半導体を含んでいる。Ａｌを含む窒化物半導体は、例えばＡｌＮである。すなわち、基板はＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。また、Ａｌを含む窒化物半導体は、ＡｌＮに限定されず、例えばＡｌＧａＮであってよい。例えば、基板がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化物半導体単結晶基板である場合、基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる。
　基板の貫通転位密度は、５×１０４ｃｍ－２以下であることが好ましい。特に、発振閾値電流の低減の観点から、貫通転位密度は１×１０３以上１×１０４ｃｍ－２以下であることがより好ましい。
　ここで、「窒化物半導体を含む」という表現における「含む」とは、窒化物半導体を主に層内に含むことを意味するが、その他の元素を含む場合もこの表現に含まれる。具体的には、窒化物半導体以外の元素を少量（例えばＧａ（Ｇａが主元素でない場合）、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐ、またはＳｂ等の元素を数％以下）加える等してこの層の組成に軽微な変更を加える場合についてもこの表現に含まれる。その他の層の組成の表現においても、「含む」という文言は、同様の意味を有する。また、含まれる少量元素については前述の限りではない。
　また、基板は、ドナー不純物またはアクセプタ不純物によって、ｎ型またはｐ型にドーピングされてよい。また、基板は、ＡｌＮ等の窒化物半導体と、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮまたはＩｎＮとの混晶であってもよい。
　基板は、一例として１００μｍ以上６００μｍ以下の層厚を有することが好ましい。
　また、面方位はｃ面（０００１）、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１０－１０）などが挙げられるが、ｃ面（０００１）基板がより好ましい。さらに、ｃ面（０００１）法線方向からいくらかの角度（例えば－４°～４°、好ましくは－０．４°～０．４°）に傾いた面上に形成することができるが、これに限らない。
＜バッファ層＞
　バッファ層は、基板と、第一導電型クラッド層との間に形成されており、基板の全面に形成されていることが好ましい。バッファ層を備えることにより、バッファ層上には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が形成される。また、バッファ層を備えることにより、圧縮応力下で第一導電型クラッド層を成長させることができ、第一導電型クラッド層におけるクラックの発生を抑制することができる。このため、基板がＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成されている場合でも、バッファ層の上方に欠陥の少ない窒化物半導体層を形成することができる。
　バッファ層は、例えばＡｌＮ又はＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成される。また、バッファ層には、Ｃ，Ｓｉ，Ｆｅ、Ｍｇ等の不純物を含んでいても良い。
　バッファ層は、例えば数μｍの厚さを有している。具体的には、バッファ層の厚さは、１０ｎｍより厚く１０μｍより薄いことが好ましい。バッファ層の厚さが１０ｎｍより厚い場合、ＡｌＮ等の窒化物半導体の結晶性が高くなる。また、バッファ層の厚さが１０μｍより薄い場合、ウエハ全面に結晶成長により形成されたバッファ層にクラックが発生しにくくなる。また、バッファ層は、５０ｎｍより厚く５μｍより薄いことがより好ましい。バッファ層の厚さが５０ｎｍより厚い場合、結晶性の高い層を形成することができる。また、バッファ層の厚さが５μｍより薄い場合、バッファ層のクラックがより発生しにくくなる。
＜第１導電型クラッド層＞
　第１導電型クラッド層は、基板上に形成される。ここで、例えば「第１導電型クラッド層は基板上に形成される」という表現における「上に」という文言は、基板の一方の面上に第１導電型クラッド層が形成されることを意味する。また、基板と第１導電型クラッド層との間に別の層がさらに存在する場合も上述の表現に含まれる。その他の層同士の関係においても、「上の」という文言は、同様の意味を有する。例えば、後述する第２導波路層上に電子ブロック層を介して第２導電型クラッド層が形成される場合も、「第２導電型クラッド層は第１導波路層上に形成される」という表現に含まれる。また、本実施形態の説明において、「第１導電型」および「第２導電型」は、それぞれ異なる導電型を示す半導体であることを意味し、例えば、一方がｎ型導電性である場合は、他方がｐ型導電性となる。特段の説明なく、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型であることを前提として説明する場合があるが、これに限定されない。
　第１導電型クラッド層は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。第１導電型クラッド層は、例えばＡｌａＧａ１－ａＮ（０＜ａ＜１）により形成される。これにより、深紫外領域のバンドギャップエネルギーに対応する材料を発光層として形成する場合に、発光層の結晶性を高め、発光効率を向上させることが可能となる。高い発光効率を実現する観点から、第１導電型クラッド層を構成する窒化物半導体は、ＡｌＮおよびＧａＮの混晶であることが好ましい。また、基板に対して 完全歪で成長させる観点から、第１導電型クラッド層は、ＡｌａＧａ１－ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）により形成されることがより好ましい。
　第１導電型クラッド層は、縦伝導率を制御する目的などから、Ａｌ組成が基板から遠ざかるほど増加するような傾斜層であって良い。この場合、上述したＡｌ組成に対する限定は、第１導電型クラッド層内の膜厚方向の位置におけるＡｌ組成を第１導電型クラッド層の膜厚で平均したＡｌ組成とすることができる。
　第１導電型クラッド層がｎ型導電性半導体層の場合は、Ｉｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物を含んでいてもよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。電気抵抗を低減する観点および原料の入手難易度の観点から、第１導電型クラッド層に含まれる不純物はＳｉであることが好ましく、不純物濃度は５×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３であることが好ましい。
　第１導電型クラッド層は、第１導電型クラッド層内での格子緩和の観点と膜抵抗の観点から、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の層厚を有することが好ましく、３００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の層厚を有することがより好ましく、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の層厚を有することが更に好ましい。
＜発光層＞
　発光層は、ＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体の層である。発光層が含む窒化物半導体は、高い発光効率を実現する観点から例えばＡｌＮ、ＧａＮの混晶であることが好ましく、たとえばＡｌｂＧａ１－ｂＮ（０＜ｂ＜１）により形成される。発光層には、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、この限りではない。
　また、発光層は、多重量子井戸構造も単層量子井戸構造も取り得る。第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層の縦伝導率によって異なるが、量子井戸構造の数は好ましくは１から３のいずれかであることが好ましい。
　また、発光層の結晶欠陥の影響を低減する目的などから、発光層の一部または全てにＳｉ，Ｓｂ，Ｐなどの元素が１×１０１５ｃｍ－３以上含まれていても良い。
＜導波路層＞
　本実施形態のレーザダイオードは、光閉じ込めの観点から、発光層を挟み込むように発光層の上下に形成され、発光層から放出された光を発光層内に閉じ込める効果を有する導波路層をさらに備えていても良い。導波路層は、発光層に対して第１導電型クラッド層側に配置された第１導波路層と、発光層に対して第２導電型クラッド層側に配置された第２導波路層の２層から構成されることが好ましい。
　導波路層は、光閉じ込めの観点から、発光層よりエネルギーの高いバンドギャップを持つＡｌ、Ｇａを含む窒化物半導体であることが好ましい。導波路層は、デバイス内で定在する光の電界強度分布と発光層の重なりを増大させるＡｌ組成と膜厚とを有することが好ましい。発光層へのキャリア閉じ込めの観点から、発光層をＡｌｂＧａ１－ｂＮ（０＜ｂ＜１）とし、導波路層をＡｌｃＧａ１－ｃＮ（０＜ｃ＜１）としたとき、ｂ＜ｃであり、ｃ≧ｂ＋０．０５であることが好ましい。たとえば発光波長が２６５ｎｍの発光層を例とした場合、ｂは０．５２であり、ｃは０．５７以上であることが好ましい。また、光閉じ込めと、層抵抗の観点から、導波路層の膜厚は第１導波路層と第２導波路層との合計膜厚が、７０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
　第１導波路層および第２導波路層のＡｌ組成のそれぞれは、膜厚方向において均一であることが好ましいが、この限りではない。後述する第２導電型クラッド層の上方に存在する金属（例えば第２電極）への光吸収を回避するために、第２導波路層のＡｌ組成が第１導波路層のＡｌ組成より高くなっていてもよい。同様の目的で、第２導波路層の膜厚が第１導波路の膜厚より厚くなっていてもよい。
　第１導波路層は、第１導電型クラッド層と同じ伝導型を得る目的などからＮの他にＰ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素，Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｆ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していて良いが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。
＜第２導電型クラッド層＞
　第２導電型クラッド層は、発光層上に形成され、第２導電型の導電性を有するＡｌおよびＧａを含む窒化物半導体層である。第２導電型クラッド層は、例えばＡｌｄＧａ１－ｄＮ（０＜ｄ≦１）により形成され、ＡｌｄＧａ１－ｄＮ（０．１≦ｄ＜１）により形成されることが好ましい。また、発光層上に導波路層（第２導波路層）が設けられている場合には、第２導電型クラッド層は、導波路層（第２導波路層）上に形成される。これにより、第２導電型クラッド層は、発光層または導波路層に対して格子整合が容易であり、貫通転位密度の抑制が可能となる。
　第２導電型クラッド層は、キャリア（電子または正孔）を発光層へ注入するに足りる導電性を有しており、デバイス内で定在する光モードの電界強度分布と発光層の重なりを増大させる（すなわち光閉じ込めを増大させる）ことが可能であれば、導電型は特に限定されない。第２導電型クラッド層は、たとえば不純物としてＭｇをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＮであってよい。また、第２導電型クラッド層は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ等の不純物が混入していてよいが、不純物の元素の種類としてはこの限りではない。
　キャリアをより効率よく発光層へ注入する観点から、第２導電型クラッド層は 、基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｅが小さくなる、すなわちＡｌ組成ｅが基板の上面から遠ざかる方向へ減少する様に傾斜したＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．１≦ｅ≦１）で形成された組成傾斜層（第２導電型縦伝導層）と、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層とを備えることが好ましい。
　以下、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層について説明する。
（第２導電型縦伝導層）
　第２導電型縦伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層側の領域を構成する層である。
　第２導電型縦伝導層は、ＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．１≦ｅ≦１）を含む層である。第２導電型縦伝導層におけるＡｌ組成ｅのプロファイル（傾斜）は、連続的に減少してもよいし、断続的に減少してもよい。ここで、「断続的に減少する」とは、第２導電型縦伝導層の膜中の一部にＡｌ組成ｅが同じ（膜厚方向に一定）になっている部分を含むことを意味する。つまり、第２導電型縦伝導層には、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成ｅが減少しない部分が含まれていてもよいが、増加する部分は含まれていない。
　第２導電型縦伝導層の膜厚は、格子整合の観点から５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２導電型縦伝導層の膜厚は、発光層への光閉じ込めおよびキャリア注入の観点から、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることがより好ましく、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
　第２導電型縦伝導層は、不純物の拡散を抑制する目的などから、第２導電型縦伝導層のうちの発光層に近い領域においてＨ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物がドープされていない（意図的に混入されていない）、すなわちアンドープの状態であることが好ましい。ここで、「アンドープ」とは、対象の層を形成する過程で元素として上述した不純物が意図に供給されないことを意味するが、原料、製造装置由来の元素が例えば１×１０１６ｃｍ－３以下の範囲で混入される場合は、この限りではない。また、第２導電型縦伝導層のアンドープ状態の領域は、少なくとも発光層（第２導波路層を備える場合には第２導波路層）との境界を含むが、その大きさは限定されない。例えば、第２導電型縦伝導層の全ての領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第２導電型縦伝導層のうち、発光層に近い５０％の領域がアンドープの状態であってよい。また、別の例として、第２導電型縦伝導層のうち、発光層に近い約１０％の領域がアンドープの状態であってもよい。
（第２導電型横伝導層）
　第２導電型横伝導層は、第２導電型クラッド層のうちの発光層と反対側の領域を構成する層であり、第２導電型縦伝導層上に形成される。
　第２導電型横伝導層は、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む層である。ここで、第２導電型横伝導層の第２導電型縦伝導層と対向する面におけるＡｌ組成ｆは、第２導電型縦伝導層のＡｌ組成ｅの最小値よりも大きいことが好ましい。
　第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の縦抵抗率を制御する目的などから、Ｈ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｂ等の不純物を意図的に混入させていてもよい。混入される不純物の量は、第２導電型横伝導層の表面および内部に誘積される正味の電界量に応じて、一例として、１×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３であってよい。
　第２導電型横伝導層の膜厚は、第２導電型横伝導層を貫通するキャリアの量子透過を容易とする観点から２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
　第２導電型横伝導層の上に後述する第２導電型コンタクト層が設けられる場合、第２導電型横伝導層の第２導電型コンタクト層との界面におけるＡｌ組成は、第２導電型コンタクト層におけるＡｌ組成よりも小さく、かつ基板に対して完全歪であることが好ましい。このような第２導電型横伝導層は、第２導電型横伝導層の表面および表面付近の内部に蓄積される正味内部電界が負となって、界面にキャリアが誘積されることで横伝導率を向上させることができる。
　このように、第２導電型縦伝導層は、分極ドーピング効果によりキャリア（例えば第２導電型縦伝導層がｐ型半導体により形成されている場合には正孔）を生成させて、キャリアを効率良く発光層内の活性層に注入する作用を有する。このため、第２導電型縦伝導層が発光層上に設けられることで、レーザダイオードのキャリア注入効率を高め、閾値電圧を低減することができる。
　また、第２導電型横伝導層は、電極下部に集中する電界によって狭められるキャリア分布を横方向（第２導電型横伝導層の面内）に広げる効果を有する。この効果により、第２導電型横伝導層は、第２導電型縦伝導層と同様に発光層へのキャリア注入効率を高めることができる。
＜第２導電型コンタクト層＞
　本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、第２導電型クラッド層上に配置された第２導電型コンタクト層を更に備えていても良い。第２導電型コンタクト層を構成する窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮおよび、それらを含む混晶で形成されることが好ましく、ＧａＮを含む窒化物半導体であることがより好ましい。
　第２導電型コンタクト層は、ｐ型コンタクト層の場合、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＮ以外のＶ族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｅ等の不純物が混入していてよい。原料ガスの汎用性から、ｐ型コンタクト層に含まれる不純物はＭｇであることが好ましい。コンタクト抵抗低減の観点から、Ｍｇの濃度が８×１０１９ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下であることが好ましく、５×１０２０ｃｍ－３以上５×１０２１ｃｍ－３以下であることがより好ましい。
　また、第２導電型コンタクト層の層厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。第２導電型コンタクト層の層厚が薄いほどレーザダイオードのキャリア注入効率が向上し、層厚が厚いほどキャリア注入効率が低下する。
＜電子ブロック層＞
　本実施形態のレーザダイオードの半導体積層部は、発光層よりも上方に、バンドギャップが第２導波路層より大きい電子ブロック層を更に有していても良い。電子ブロック層は、例えば第２導波路層の内部、第２導波路層と発光層との間または第２導波路層と第２導電型縦伝導層との間に設けることができる。
　電子ブロック層の層厚は、電子ブロック層をキャリア（正孔）が量子貫通しやすいように、３０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましく、１５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
＜メサ構造と共振器＞
　メサ構造は、第２導電型層と第１導電型層を電気的に分離するために形成される。メサ構造は、半導体積層部の一部を除去した構造である。ここで、「半導体積層部」とは、少なくとも第１導電型クラッド層、発光層および第２導電型クラッド層をいい、上述した導波路層（第１導波路層および第２導波路層）、および第２導電型コンタクト層が設けられている場合にはこれらの層も含む。
　メサ構造は、レーザの電流狭窄および端面における反射による光増幅の観点から、平面視において長辺と短辺とを有する矩形状であり、長辺が＜１－１００＞方向に伸びていることが好ましい。ここで、平面視におけるメサ構造の長辺側にはメサ構造の側面が形成されており、平面視におけるメサ構造の短辺側はメサ構造の共振ミラー端面が形成されている。これは、劈開法やエッチング法などさまざまな方法によってレーザ共振器の共振ミラー端面を得る場合に、安定面であり、原子的に平坦な（１－１００）面が最も容易に形成できるためである。
　つまり、メサ構造は、窒化物半導体基板の結晶面（１－１００）面に平行な共振器の共振ミラー端面を有している。これにより、本実施形態のレーザダイオードは、メサ構造が＜１－１００＞方向に光を射出する端面発光型レーザダイオードとなっている。
　メサ構造は、半導体積層部を誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively coupled plasma）等でエッチングすることで形成できる。このとき、メサ構造の側面は、第１導電型クラッド層表面に対して垂直から傾斜まで種々の構造とすることができる。製造工程の観点から、メサ構造の側面は垂直に形成されることが一般的には好ましいが、垂直な側面を有するメサ構造を形成した場合、側面にダメージ層が形成される。光のモードがこのダメージ層に干渉すると光学ロスが生じるため、発振閾値電流の悪化が生じる。
　そこで光学ロスを抑制する観点から、メサ構造の側面は傾斜していることが好ましい。同様に、メサ構造の側面は外側または内側に凸な傾斜であることが好ましい。つまり、本願では逆テーパーである構造は含まない。また、製造工程数の観点から、メサ構造の側面は外側に凸（すなわち、上に凸）な傾斜であることが好ましい。
　メサ構造は、第２導電型クラッド層（第２導電型コンタクト層を備える場合には第２導電型コンタクト層）から傾斜が始まる。窒化物半導体基板の結晶面（１－１００）面から見た時に、メサ構造上面の角度が変化する箇所を傾斜面の始点とする。また、メサ構造の側面は、第１導電型クラッド層まで傾斜し、平坦な面に接続する。この平坦な面に接続して角度が変化する点を傾斜面の終点とする。傾斜面の始点が基板上の積層方向において終点よりも上にある場合、メサ構造の側面を傾斜面であると定義する。このとき、傾斜面の始点とメサ構造上面とが完全に一致していない場合、角度が変化する箇所（例えばメサ構造の側面の角度が変化する箇所）を傾斜面の始点とする。メサ構造側面の傾斜面が、傾斜面の始点と終点を結んだ直線に対して全ての範囲で上にある場合、傾斜面が「外側に凸な傾斜面」であるとする。また、メサ構造側面の傾斜面が、上述した直線に対して全ての範囲で下にある場合、傾斜面が「内側に凸な傾斜面」であるとする。メサ構造側面の傾斜面の一部が上述した直線に対して上にあり、傾斜面の他の一部が上述した直線に対して下にある場合、メサ構造の側面は傾斜面であるとする。
　傾斜面の始点と終点とを結ぶ第１直線が第１導電型クラッド層の表面となす角の低角側をθａ（０°＜θａ＜９０°）としたとき（後述する図３参照）、発振閾値と駆動電圧の観点から、θａは６°以上３０°以下であることが好ましい。より好ましくは、θａは１１°以上２５°以下である。また、傾斜面の始点及び終点を結ぶ第１直線に平行な第２直線が凸形状を有する傾斜面に接する接点と、傾斜面の始点と、を結んだ第３直線が、上述した第１直線となす角をθｂ（０°＜θｂ＜９０°）とする（後述する図３参照）。この場合、発振閾値と駆動電圧の観点から、θｂは０．１°以上５．０°以下であることが好ましい。
　以下に記載されるように、傾斜面を挟んで第１電極と第２電極とがそれぞれ第１導電型クラッド層上および第２導電型クラッド層上に形成される。このとき、傾斜面の長さは駆動電圧と発振閾値の観点から、基板に垂直な上面視で０．７μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．９μｍ以上２．２μｍ以下である。これらの傾斜面形状により、さらに光学ロスを低減することができ、発振閾値電流を低減することができる。また、第１電極と第２電極との間の抵抗を低減することができ、駆動電圧の低減が可能となる。
＜電極＞
　レーザダイオードは、第２導電型クラッド層上に配置された第２電極と、第１導電型クラッド層上に配置された第１電極によって電流を注入することにより発振を行うことができる。このとき、第１電極は、第１導電型クラッド層と電気的に接触するように形成されており、第２電極は、第２導電型クラッド層と電気に接触するように形成されている。
　第１電極は、例えば、基板の裏側に電極を配置することができる。また、第１電極は、半導体積層部の第１導電型クラッド層よりも上部の層（例えば第２導電型コンタクト層近傍の１つ以上の層）を例えば化学エッチングまたはドライエッチングによって除去することにより露出した第１導電型クラッド層上に配置される。つまり、第１電極は、第１導電型クラッド層においてメサ構造を形成しない領域上に配置される。
　第１導電型クラッド層がｎ型クラッド層の場合、第１電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
　第１導電型クラッド層がｐ型クラッド層の場合、第１電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
　第２導電型クラッド層がｎ型クラッド層の場合、第２電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
　第２導電型クラッド層がｐ型クラッド層の場合、第２電極は、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｉｒ、Ｚｒ等の金属、これらの混晶、または、ＩＴＯもしくはＧａ２Ｏ３等の導電性酸化物等により形成される。
　第１電極および第２電極の配置領域および形状は、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層（第２導電型コンタクト層を備える場合には第２導電型コンタクト層）とのそれぞれと電気的接触が得られていれば限定はされない。駆動電圧および製造寸法の精度の観点から、第２電極からメサ構造の側面側の端部（後述する図１中の端部Ｌ）までの距離Ｄ１は、基板に垂直な方向の上面視で１．０μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましい。ここで、本実施形態において「メサ構造の側面側の端部」とは、メサ構造上面の側面側の端部であり、例えば第２導電型クラッド層上面における端部（第２導電型コンタクト層を備える場合には第２導電型コンタクト層上面における端部）とする。また、駆動電圧の観点から、第１導電型クラッド層上に形成された第１電極と第２電極との間の距離は、上面視で３．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましい。ここでいう距離とは、該当箇所を結ぶ最短距離を意味する。
　第一電極がメサ構造を挟んで両側に配置されている場合も同様に、距離とは、最短距離を意味する。
（１．２）紫外線レーザダイオードの製造方法
　本実施形態のレーザダイオードは、基板上に各層を形成する工程を経て製造される。
（基板の形成）
　基板は、昇華法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等の気相成長法および液相成長法等の一般的な基板成長法により形成される。
（半導体積層部の形成）
　基板上に形成される半導体積層部の各層は、例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等により形成することができる。
　ここで、基板上に形成された各層のうち窒化物半導体の層は、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含むＡｌ原料、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等を含むＧａ原料、もしくはアンモニア（ＮＨ３）を含むＮ原料を用いて形成することができる。
　基板上に形成されたバッファ層の上に、第１導電型の窒化物半導体を含む第１導電型クラッド層を形成する。次いで、第１導電型クラッド層上に、１つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体（ＡｌＧａＮ等）により発光層を形成し、発光層上に、第２導電型クラッド層を形成する。
　必要に応じて、発光層の上下にＡｌＧａＮ等の窒化物半導体による導波路層を形成してもよい。また、第２導電型クラッド層および導波路の間にＡｌＧａＮ等の窒化物半導体による中間層を形成してもよいし、第２導電型クラッド層上にＧａＮ等を含む窒化物半導体第２導電型コンタクト層を設けてもよい。
　メサ構造は、基板上に形成された半導体積層部の各層の不要部分をエッチングによって除去する工程（メサ構造形成工程）を経て製造される。半導体積層部の各層の不要部分の除去は、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング等で行うことができる。このとき、メサ構造の側面が傾斜面となるように、半導体積層部の各層の不要部分をエッチングによって除去する。例えば、東京応化工業製のＯＦＰＲレジストを使用し、ベーク温度を１５０℃以上２５０℃以下において処理することにより、レジスト焼けを回避し、長時間のエッチング耐性が得られる。これにより、メサ構造の側面を傾斜面に形成することが可能となる。
　メサ構造形成工程では、エッチングによって導体積層部の各層の不要部分が除去されることで、第１導電型クラッド層の一部が露出される。
（電極の形成）
　また、レーザダイオードは、電極を形成する工程を経て製造され得る。第１電極および第２電極等の電極は、例えば抵抗加熱蒸着、電子銃蒸着またはスパッタ等により形成されるが、これら方法には限定されない。各電極は、単層で形成してもよく、複数層積層して形成してもよい。また、各電極は、層の形成後に酸素、窒素または空気雰囲気等で熱処理が行われてもよい。
　具体的には、第１導電型クラッド層上において、表面上に第１電極を形成する。また、第２電極は、半導体積層部の一部形成されるメサ構造の最上層（例えば、第２導電型クラッド層）に形成される。
　形成された電極は、赤外線ランプによる加熱処理であるラピッドサーマルアニーリング（ＲＴＡ：Rapid Thermal Anneal）装置による加熱や、レーザパルスによる加熱処理であるレーザアニーリングによって合金化され、窒化物半導体層とのコンタクト得ることができる。このとき、窒化物半導体層との十分なコンタクトが得られ、メサ構造への転位の導入がなければ合金化の手法は特に限定されない。
　最後に、上述した工程を経て各層が形成された基板を、ダイシングにより個片へと分割してレーザダイオードが製造される。
２．レーザダイオードの物性等の測定方法
　上述したレーザダイオードの物性等は、以下のようにして測定することができる。
（不純物濃度およびドーピング濃度の測定）
　レーザダイオードを構成する基板及び半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により測定することができる。
　半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度を、デバイスに加工された後にＳＩＭＳで測定する場合は、化学的なエッチングや物理研磨により電極を除去した状態で測定することができる。また、半導体積層部の各層に含まれるドーパントや不純物の濃度は、電極が形成されていない基板側からスパッタして測定することもできる。
　具体的には、エバンス・アナリティカル・グループ（ＥＡＧ）社が提供する測定条件によりＳＩＭＳ測定を実施する。測定時の試料のスパッタには、１４．５ｋｅＶのエネルギーを有したセシウム（Ｃｓ）イオンビームを用いる。
（層厚の測定方法）
　レーザダイオードを構成する各層の層厚は、基板に垂直な所定断面を切り出して、この断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）により観察し、ＴＥＭの測長機能を使用することで測定できる。測定方法としては、先ず、ＴＥＭを用いて、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を観察する。具体的には、例えば、レーザダイオードの基板の主面に対して垂直な断面を示すＴＥＭ画像内の、基板の主面に対して平行な方向において２μｍ以上の範囲を観察幅とする。この観察幅の範囲において、組成の異なる２層の界面にはコントラストが観察されるので、この界面までの厚さを、幅２００ｎｍの連続する観察領域で観察する。この２００ｎｍ幅の観察領域内に含まれる各層の厚さの平均値を、上述した２μｍ以上の観察幅から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層の層厚を得ることができる。
（緩和の測定方法）
　緩和の有無はＴＥＭの格子回折像から算出される格子定数によって得られる。歪はレーザダイオードの各層のａ軸の面内方向の格子定数が本来の格子定数からどれだけ変化しているかで表すことができる。基板の格子定数に対して格子定数が同じであれば歪であり、差分があれば緩和といえる。ここでは計算から算出される緩和が２０％以上である場合を緩和とする。格子定数の差は格子回折像を各スポットで自動マッピング測定し、解析ソフトによってマッピングとして表示することができる。具体的には解析ソフト（ＮａｎｏＭＥＧＡＳ社製ＡＳＴＥＲ）を用いて測定を行うことができる。
（各層の原子濃度の測定方法）
　レーザダイオードを構成する各層に含まれる原子濃度を測定する方法としては、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray Diffraction）法による逆格子マッピング測定（ＲＳＭ：Reciprocal Space Mapping）が挙げられる。具体的には、非対称面を回折面として得られる回折ピーク近傍の逆格子マッピングデータを解析することにより、下地に対する格子緩和率とＡｌ組成が得られる。回折面としては、例えば（１０－１５）面や（２０－２４）面が挙げられる。
　また、発光層や傾斜層、各層に形成されたヒロックなどのＸＲＤで十分な反射強度が得られない層や領域は、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray spectroscopy）、及び電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Electron Energy－Loss Spectroscopy）によって測定することができる。
　ＥＥＬＳでは、電子線が試料を透過する際に失うエネルギーを測定することで、試料の組成を分析する。具体的には、例えば、ＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において、透過電子線の強度のエネルギー損失スペクトルを測定・解析する。そして、エネルギー損失量２０ｅＶ付近に現れるピーク位置が、各層の組成に応じて変化することを利用し、ピーク位置から組成を求めることができる。
　上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
　ＥＤＸでは、上述のＴＥＭ観察等で使用する薄片化試料において電子線によって発生する特性Ｘ線を測定・解析する。上述のＴＥＭ観察による層厚算出方法と同様にして、観察幅２００ｎｍにおけるＡｌ組成の平均値を、２μｍ以上の観察領域から任意に抽出した５箇所から算出することで、各層のＡｌ組成を得る。
　ＸＰＳでは、イオンビームを用いたスパッタエッチングを行いながらＸＰＳ測定を行うことで、深さ方向の評価が可能である。イオンビームには一般的にＡｒ＋が用いられるが、ＸＰＳ装置に搭載されたエッチング用イオン銃で照射できるイオンであれば、例えばＡｒクラスターイオンなどの他のイオン種でもよい。Ａｌ、Ｇａ、ＮのＸＰＳピーク強度を測定・解析して各層のＡｌ組成の深さ方向分布を得る。スパッタエッチングの代わりに、基板の主面に対して垂直な断面が拡大されて露出されるようにレーザダイオードを斜め研磨して、露出断面をＸＰＳで測ってもよい。
　ＸＰＳだけでなくオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）を用いても各層の組成を測定できる。この場合、スパッタエッチングあるいは斜め研磨により露出させた断面においてオージェ電子分光法による測定を行うことで、組成を測定できる。また、斜め研磨により露出させた断面に対するＳＥＭ－ＥＤＸ測定によっても、各層の組成を測定できる。
（レーザダイオードの適用分野）
　本開示に係るレーザダイオードは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。レーザダイオードは、薬品または化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ（Flat Panel Display）・ＰＣＢ（Printed Wiring Board）・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
　液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるが、この限りではない。
　気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用または寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるが、この限りではない。
　固体殺菌装置（表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるが、この限りではない。
３．レーザダイオードの具体例
　以下、図１および図５を参照して、本実施形態のレーザダイオードをより具体的に説明する。なお、以下の各実施形態の各層の詳細な構成は、上述した通りである。
（３．１）第１の実施形態
　図１および図２は、第１の実施形態にかかるレーザダイオード１を説明するための模式図である。図１は、レーザダイオード１の平面模式図であり、図２はレーザダイオード１の断面模式図である。図１において、＜１－１００＞＜１１－２０＞＜０００１＞はそれぞれ結晶方位を示している。
　図２に示すように、レーザダイオード１は、基板１１と、基板１１上に配置される半導体積層部１０と、第１電極２１と、第２電極２２とを備えている。半導体積層部１０は、第１導電型クラッド層１０１と、発光層１０２と、第２導電型クラッド層１０３とを有している。半導体積層部１０の一部は、メサ構造２０となっている。メサ構造２０の共振ミラー端面ＥＳ（図２参照）は、光共振および射出のための共振器構造となっており、共振ミラー端面ＥＳに垂直な方向（図１中の矢印の方向）にレーザ光が出射する。メサ構造２０は、側面ＳＳが傾斜する傾斜面２０１を有している。傾斜面２０１は、第２導電型クラッド層１０３の上面端部である始点２０２、および傾斜面２０１と第１導電型クラッド層１０１との交点である終点２０３を有する（図１参照）。
（３．２）第２の実施形態
　図３は、第２の実施形態にかかるレーザダイオード２を説明するための模式図である。図３は、レーザダイオード２の断面模式図である。
　レーザダイオード２は、側面が外側に凸な傾斜面２０１Ａとなっているメサ構造２０Ａを有する半導体積層部１０Ａを備えている点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。半導体積層部１０Ａの一部は、メサ構造２０Ａとなっている。
　このようなレーザダイオード２は、メサ構造２０Ａの側面ＳＳ（図１参照）での光学ロスを低減でき、レーザダイオード２の発振閾値電流が改善する。
（３．３）第３の実施形態
　図４は、第３の実施形態にかかるレーザダイオード３を説明するための模式図である。図４は、レーザダイオード３の断面模式図である。
　レーザダイオード３は、第１導波路層１２と、第２導波路層１３とを更に備える半導体積層部１０Ｂを備えている点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。第１導波路層１２は、第１導電型クラッド層１０１と発光層１０２との間に配置されており、第２導波路層１３は、第２導電型クラッド層１０３と発光層１０２との間に配置されている。半導体積層部１０Ｂの一部は、メサ構造２０Ｂとなっている。メサ構造２０Ｂの側面は、平らな傾斜面である傾斜面２０１Ｂとなっている。
　このようなレーザダイオード３は、発光層１０２への光閉じ込め効果が向上し、レーザダイオード３の発振閾値電流が改善する。
（３．４）第４の実施形態
　図５は、第４の実施形態にかかるレーザダイオード４を説明するための模式図である。図５は、レーザダイオード４の断面模式図である。
　レーザダイオード４は、第２導電型縦伝導層１０３Ａと第２導電型横伝導層１０３Ｂとで構成された第２導電型クラッド層１０３Ｃ及び第２導電型コンタクト層１４を備える半導体積層部１０Ｃを備えている点で、第１の実施形態に係るレーザダイオード１と相違する。半導体積層部１０Ｃの一部は、メサ構造２０Ｃとなっている。メサ構造２０Ｃの側面は、平らな傾斜面である傾斜面２０１Ｃとなっている。
　このようなレーザダイオード４は、発光層１０２へのキャリア注入効率が向上し、レーザダイオード４の発振閾値電流が改善する。
４．効果
　上述したレーザダイオードは、以下の効果を有する。
（１）本開示のレーザダイオードは、Ａｌを含む窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、を備え、半導体積層部は、窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型の窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体構造の発光層と、発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、を有し、半導体積層部の少なくとも一部は、光共振及び射出のためのメサ構造であり、メサ構造の側面は、メサ構造の上面から第１導電型クラッド層に向かって外側に傾斜する傾斜面となっている。
　これにより、発振閾値電流および駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することが可能となる。
（２）本開示のレーザダイオードにおいて、傾斜面は、外側または内側に凸な傾斜となっていることが好ましい。
　これにより、光学ロスを抑制させ、発振閾値電流密度を低減することが可能となる。
（３）本開示のレーザダイオードにおいて、傾斜面は、上に凸な傾斜であることが好ましい。
　これにより、製造工程数の観点から傾斜面形成が形成しやすくなる。
（４）本開示のレーザダイオードにおいて、傾斜面の長さは、上面視で０．７μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましい。
　これにより、光学ロスを低減することができ、発振閾値電流を低減することができるとともに、第１電極と第２電極との間の抵抗を低減することができ、駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することが可能となる。
（５）本開示のレーザダイオードにおいて、傾斜面の始点と終点とを結ぶ直線と、第１導電型クラッド層表面とのなす角θａが６°以上３０°以下であることが好ましい。
　これにより、発振閾値電流および駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することが可能となる。
（６）本開示のレーザダイオードにおいて、傾斜面の始点と変曲点とを結ぶ直線と、始点と傾斜面の終点とを結んだ直線とのなす角θｂが０．１°以上５．０°以下であることが好ましい。
　これにより、発振閾値電流および駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することが可能となる。
（７）本開示のレーザダイオードにおいて、メサ構造上に形成された第２電極からメサ構造の側面側の端部までの距離は、上面視で１．０μｍ以上４．５μｍ以下であることが好ましい。
　これにより、レーザダイオード製造時の製造寸法の精度を向上させ、駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することができる。
（８）本開示のレーザダイオードにおいて、第１導電型クラッド層上に形成された第１電極と、メサ構造上に形成された第２電極との間の距離は、上面視で３．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましい。
　これにより、駆動電圧の低いレーザダイオードを提供することが可能となる。
（９）本開示のレーザダイオードにおいて、窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板であることが好ましい。
　これにより、基板と基板の上側に形成される窒化物半導体層との格子定数差が小さくなり、窒化物半導体層を格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくすることができ、安定性の高い窒化物半導体層を形成することができる。
（１０）本開示のレーザダイオードにおいて、半導体積層部は、第１導電型クラッド層と発光層との間に配置された第１導波路層と、第２導電型クラッド層と発光層との間に配置された第２導波路層と、を備えることが好ましい。
　これにより、発光層へ光を閉じ込める効果が向上し、発振閾値電流が低減する。
（１１）本開示のレーザダイオードにおいて、第２導電型クラッド層上に配置され、ＧａＮを含む窒化物半導体で形成された第２導電型コンタクト層を備え、第２導電型クラッド層は、ＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．１≦ｅ≦１）を含み、窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｅが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が０．５μｍ未満である第２導電型縦伝導層と、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を有することが好ましい。
　これにより、キャリアをより効率よく発光層へ注入して発振閾値電流が低減させることができる。
（１２）本開示のレーザダイオードにおいて、第２導電型縦伝導層の膜厚は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。
　これにより、発光層への光閉じ込め効果が向上するとともに、キャリア注入効果が向上し、レーザダイオードの発振閾値電流が低減する。
（１３）本開示のレーザダイオードにおいて、第１導電型クラッド層は、ＡｌａＧａ１－ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成されており、第２導電型縦伝導層および第２導電型横伝導層は、窒化物半導体基板に対して完全歪で形成されていることが好ましい。
　これにより、キャリアの伝導率を向上させることができる。
（１４）本開示のレーザダイオードにおいて、メサ構造は、平面視で長辺と短辺とを有する矩形状であり、長辺が＜１－１００＞方向に平行であることが好ましい。
　これにより、レーザ共振器の共振ミラー端面を原子的に平坦な（１－１００）面に形成することになり、共振ミラー端面を容易に形成できる。
　以下、本開示のレーザダイオードを、実施例及び比較例により説明する。なお、本開示のレーザダイオードは、これら実施例に限定されない。
＜実施例１＞
　基板として厚さ５５０μｍの（０００１）面ＡｌＮ単結晶基板を用いた。
　次に、基板上に、バッファ層であるＡｌＮ層を形成した。ＡｌＮ層は、１２００℃の環境下において５００ｎｍの厚さで形成した。このとき、ＩＩＩ族元素原料ガスの供給レートと窒素原料ガスの供給レートとの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）は５０とした。このときのＡｌＮ層の成長レートは０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。
　この基板上に第１導電型クラッド層を形成した。第１導電型クラッド層は、Ｓｉをドーパント不純物として用いたｎ型ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：７５％、すなわちＡｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ層）とした。第１導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で４００ｎｍの厚さで形成した。このときの第１導電型クラッド層の成長レートは０．４μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。また、Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）を用いた。
　続いて、第１導電型クラッド層上に第１導波路層であるｎ型導波路層を形成した。ｎ型導波路層は、ドーパントを含まないＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎ層）とした。ｎ型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で４０ｎｍの厚さで形成した。このときのｎ型導波路層の成長レートは０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。また、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いた。
　続いて、第１導波路層上に発光層を形成した。発光層は、量子井戸層とバリア層とを２周期積層させた多重量子井戸構造を有するように成膜して形成した。ここで、量子井戸層は、４．５ｎｍの厚さを有するＡｌＧａＮ層（Ａｌ：５２％、すなわちＡｌ０．５２Ｇａ０．４８Ｎ層）とした。また、６．０ｎｍの厚さを有するバリア層は、ＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎ層）とした。
　発光層は、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの量子井戸層の成長レートは０．１８μｍ／ｈｒであった。また、バリア層の成長レートは０．１５μｍ／ｈｒであった。
　続いて、発光層上に第２導波路層であるｐ型導波路層を形成した。ｐ型導波路層は、ドーパントを含まないＡｌＧａＮ層（Ａｌ：６３％、すなわちＡｌ０．６３Ｇａ０．３７Ｎ層）とした。ｐ型導波路層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で７０ｎｍの厚さで形成した。このときのｐ型導波路層の成長レートは０．３５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。
　続いて、ｐ型導波路層上に第２導電型クラッド層を形成した。第２導電型クラッド層は、第２導電型縦伝導層と、第２導電型横伝導層とを備える積層構造であり、Ａｌ組成比が傾斜するグレーデッド層である。第２導電型縦伝導層は、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝１．０から０．７まで変化する、層厚３３０ｎｍのＡｌＧａＮ層とした。第２導電型クラッド層は、１０８０℃の温度で、真空度を５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を４０００とした条件で形成した。このときの第２導電型クラッド層の成長レートは０．３～０．５μｍ／ｈｒであった。また、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いた。また、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた。第２導電型横伝導層は、Ａｌ＝０．８、層厚５ｎｍのＡｌＧａＮ層とした。
　このとき、第２導電型クラッド層における平均Ａｌ組成ｄ’は０．８５であり、第１導電型クラッド層における平均Ａｌ組成ａ’よりも大きかった。
　続いて、第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層であるｐ型コンタクト層を形成した。ここで、ｐ型コンタクト層は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とにより形成した。ＡｌＧａＮ層は、Ｍｇをドーパント不純物として用い、基板から遠ざかる方向にＡｌ組成が分布をもち、Ａｌ＝０．７から０．４まで変化する、層厚３０ｎｍのｐ型窒化物半導体層とした。また、ＧａＮ層は、１０ｎｍの厚さを有するＧａＮ（すなわちＡｌ：０％）で形成した。
　第２導電型コンタクト層は、９５０℃の温度で、真空度を１５０ｍｂａｒに設定し、Ｖ／ＩＩＩ比を３６５０とした条件で形成した。このときの第２導電型コンタクト層の成長レートは０．２μｍ／ｈｒであった。
　以上のようにして、ＡｌＮ基板上に、半導体積層部を形成した。この半導体積層部に対してＸＲＤによる逆格子マッピング測定を実施したところ、半導体積層部は第２導電型コンタクト層まで緩和のないシュードモルフィック成長をしていることが分かった。
　上述したように形成された半導体積層部に対して、Ｎ２雰囲気中、７００℃で１０分以上アニーリングを行うことによって、第２導電型コンタクト層を更に低抵抗化した。ＩＣＰを用いてＣｌ２を含むガスによりドライエッチングを行うことによって、第１導電型クラッド層を露出させたメサ構造を形成した。
　このとき、メサ構造の側面が傾斜面となるように、半導体積層部の各層の不要部分をエッチングによって除去した。メサ構造は、傾斜面の凸の方向を外側とし、上面視での傾斜面の長さ４．６μｍとなるように形成した。また、傾斜面は、傾斜面の始点と終点とを結ぶ直線と、第１導電型クラッド層表面とのなす角θａが５．０°であり、傾斜面の始点と変曲点とを結ぶ直線と、始点と傾斜面の終点とを結んだ直線とのなす角θｂが０．３°となるように傾斜面を形成した。
　形成されたメサ構造は、メサ構造上面において＜１－１００＞方向の長さが７００μｍであり、＜１１－２０＞方向の長さが４０μｍであった。ここで、メサ構造の＜１－１００＞方向の長さは平面視における共振器ミラー端面同士の間の距離であり、＜１１－２０＞方向の長さはメサ構造の側面同士の間の最短距離である。すなわち、メサ構造の傾斜面は、メサ構造上面の長辺側の端部から第１導電型クラッド層に向かって外側に傾斜するように形成した。
　メサ構造における第２導電型コンタクト層上に、＜１－１００＞方向に長い矩形状にＮｉおよびＡｕを順に成膜して電極金属領域を複数形成してｐ型の第２電極とした。このとき、第２電極の幅は５μｍであり、長さは７００μｍであった。第２電極は、メサ構造の長辺側の端部からの距離が上面視で３．５μｍとなる位置に形成した。
　また、メサ構造のｎ型クラッド層が露出した領域において、＜１－１００＞方向に長い矩形状にＶ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＡｕを順に成膜して電極金属領域を複数形成してｎ型の第１電極とした。第１電極は、第２電極との間の距離が上面視で９．１μｍとなる位置に形成した。
　最後に、ＲＴＡ装置によって、第１電極及び第２電極に対して窒素雰囲気下で７５０℃のアニールを６０秒間実施した。
　さらに、電極金属領域内において、＜１１－２０＞方向に平行に複数回劈開させることによって、基板をストライプ状に分割し、個片化されたレーザダイオードを形成した。分割後のメサ構造の＜１－１００＞方向の長さは６００μｍであった。
　このようにして得られたレーザダイオードに対して電流注入による電流－端面発光強度測定を実施したところ、閾値電圧は９．３Ｖ、発振閾値電流密度は１０．０ｋＡ／ｃｍ２であった。
＜実施例２＞
　上面視での傾斜面の長さが２．３μｍ、角度θａが１０．０°となるようにメサ構造を形成するとともに、第２電極との間の距離が上面視で６．８μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例１と同様にして実施例２のレーザダイオードを形成した。
＜実施例３＞
　上面視での傾斜面の長さが１．５μｍ、角度θａが１５．０°となるようにメサ構造を形成するとともに、第２電極との間の距離が上面視で６．０μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例１と同様にして実施例３のレーザダイオードを形成した。
＜実施例４＞
　上面視での傾斜面の長さが０．８μｍ、角度θａが２６．０°となるようにメサ構造を形成するとともに、第２電極との間の距離が上面視で５．３μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例１と同様にして実施例４のレーザダイオードを形成した。
＜実施例５＞
　上面視での傾斜面の長さが０．６μｍ、角度θａが３３．０°となるようにメサ構造を形成するとともに、第２電極との間の距離が上面視で５．１μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例１と同様にして実施例５のレーザダイオードを形成した。
＜実施例６＞
　上面視での傾斜面の長さが１．５μｍ、角度θａが１５．０°、角度θｂが０．１°となるようにメサ構造を形成するとともに、第２電極との間の距離が上面視で６．０μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例１と同様にして実施例６のレーザダイオードを形成した。
＜実施例７＞
　角度θｂが４．０°となるようにメサ構造を形成した以外は実施例６と同様にして実施例７のレーザダイオードを形成した。
＜実施例８＞
　角度θｂが６．０°となるようにメサ構造を形成した以外は実施例６と同様にして実施例８のレーザダイオードを形成した。
＜実施例９＞
　角度θｂが０．３°となるようにメサ構造を形成するとともに、メサ構造の長辺側の端部からの距離が上面視で１．２μｍとなる位置に第２電極を形成し、第２電極との間の距離が上面視で３．７μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例６と同様にして実施例９のレーザダイオードを形成した。
＜実施例１０＞
　メサ構造の長辺側の端部からの距離が上面視で２．２μｍとなる位置に第２電極を形成し、第２電極との間の距離が上面視で４．７μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例９と同様にして実施例１０のレーザダイオードを形成した。
＜実施例１１＞
　メサ構造の長辺側の端部からの距離が上面視で４．４μｍとなる位置に第２電極を形成し、第２電極との間の距離が上面視で６．９μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例９と同様にして実施例１１のレーザダイオードを形成した。
＜実施例１２＞
　メサ構造の長辺側の端部からの距離が上面視で５．５μｍとなる位置に第２電極を形成し、第２電極との間の距離が上面視で８．０μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例９と同様にして実施例１２のレーザダイオードを形成した。
＜比較例１＞
　メサ構造の側面を斜面とせず垂直な面を形成するとともに、第２電極との間の距離が上面視で４．５μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例１と同様にして比較例１のレーザダイオードを形成した。
＜比較例２＞
　メサ構造の側面を斜面とせず垂直な面を形成するとともに、メサ構造の長辺側の端部からの距離が上面視で１０．０μｍとなる位置に第２電極を形成し、第２電極との間の距離が上面視で４．５μｍとなる位置に第１電極を形成した以外は実施例１と同様にして比較例２のレーザダイオードを形成した。
［電流－端面発光強度測定］
　上述した各実施例および比較例のレーザダイオードに対して、電流注入による電流－端面発光強度測定を実施して閾値電圧および発振閾値電流密度を測定した。以下の表１に、各実施例及び各比較例の評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、側面に傾斜面を有するメサ構造を備える各実施例のレーザダイオードは、側面に傾斜面を有していないメサ構造を備える各比較例のレーザダイオードと比較して、閾値電圧及び発振閾値電流密度の双方を低減している。
　また、上面視での傾斜面の長さが４．５μｍ以下であり、傾斜面の角θａが６°以上である実施例２～１２のレーザダイオードは、実施例１のレーザダイオードと比較して閾値電圧及び発振閾値電流密度がより低減した。また、上面視での傾斜面の長さが０．７μｍ以上であり、傾斜面の角θａが３０°以下である実施例２～４及び６～１２のレーザダイオードは、発振閾値電流密度がより低減した。また、傾斜面の角θｂが０．１°以上５．０°以下である実施例２～４、６，７および９～１２のレーザダイオードは、発振閾値電流密度がより低減した。
　さらに、第２電極からメサ構造の長辺側の端部までの距離が上面視で４．５μｍ以下の実施例２～４、６，７および９～１１のレーザダイオードは、発振閾値電流密度がさらに低減した。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本開示の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本開示の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本開示の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
１，２，３，４　レーザダイオード
１０　半導体積層部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　半導体積層部
１０１　第１導電型クラッド層
１０２　発光層
１０３，１０３Ｃ　第２導電型クラッド層
１０３Ａ　第２導電型縦伝導層
１０３Ｂ　第２導電型横伝導層
１１　基板
１２　第１導波路層
１３　第２導波路層
１４　第２導電型コンタクト層
２０，２０Ａ，２０Ｂ　メサ構造
２０１，２０１Ａ　傾斜面
２０２　始点
２０３　終点
２１　第１電極
２２　第２電極

Claims (16)

  1. 　Ａｌを含む窒化物半導体基板と、
    　前記窒化物半導体基板上に配置される半導体積層部と、
    を備え、
    　前記半導体積層部は、
    　前記窒化物半導体基板上に配置され、第１導電型窒化物半導体層を含む第１導電型クラッド層と、
    　前記第１導電型クラッド層上に形成され、一つ以上の量子井戸を含む窒化物半導体構造の発光層と、
    　前記発光層上に配置され、第２導電型の窒化物半導体層を含む第２導電型クラッド層と、
    を有し、
    　前記半導体積層部の少なくとも一部は、光共振及び射出のためのメサ構造であり、
    　前記メサ構造の側面は、前記メサ構造の上面から前記第１導電型クラッド層に向かって外側に傾斜する傾斜面となっている
    レーザダイオード。
  2. 　前記傾斜面は、外側または内側に凸な傾斜である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  3. 　前記傾斜面は、上に凸な傾斜である
    請求項２に記載のレーザダイオード。
  4. 　前記メサ構造上面から下面までの前記傾斜面の長さは、上面視で０．７μｍ以上４．５μｍ以下である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  5. 　前記傾斜面の始点と終点とを結ぶ第１直線と、前記第１導電型クラッド層表面とのなす角θａは、６°以上３０°以下である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  6. 　前記傾斜面の始点及び終点を結ぶ第１直線に平行な第２直線が前記傾斜面に接する接点と、前記傾斜面の始点と、を結んだ第３直線が、前記第１直線となす角θｂは、０．１°以上５．０°以下である
    請求項２に記載のレーザダイオード。
  7. 　前記メサ構造上に形成された第２電極から前記メサ構造の前記側面側の端部までの距離は、上面視で１．０μｍ以上４．５μｍ以下である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  8. 　前記第１導電型クラッド層上に形成された第１電極と、前記メサ構造上に形成された第２電極との間の距離は、上面視で３．５μｍ以上１０．０μｍ以下である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  9. 　前記窒化物半導体基板は、ＡｌＮ単結晶基板である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  10. 　前記半導体積層部は、
    　前記第１導電型クラッド層と前記発光層との間に配置された第１導波路層と、
    　前記第２導電型クラッド層と前記発光層との間に配置された第２導波路層と、を備える請求項１に記載のレーザダイオード。
  11. 　前記第２導電型クラッド層上に配置され、ＧａＮを含む窒化物半導体で形成された第２導電型コンタクト層を備え、
    　前記第２導電型クラッド層は、ＡｌｅＧａ１－ｅＮ（０．１≦ｅ≦１）を含み、前記窒化物半導体基板から遠ざかるにつれてＡｌ組成ｅが小さくなる組成傾斜を有し、膜厚が０．５μｍ未満である第２導電型縦伝導層と、ＡｌｆＧａ１－ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含む第２導電型横伝導層と、を有する
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  12. 　前記第２導電型縦伝導層の膜厚は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である
    請求項１１に記載のレーザダイオード。
  13. 　前記第１導電型クラッド層は、ＡｌａＧａ１－ａＮ（０．６＜ａ≦０．８）で形成されており、
    　前記第２導電型縦伝導層および前記第２導電型横伝導層は、前記窒化物半導体基板に対して完全歪で形成されている
    請求項１１に記載のレーザダイオード。
  14. 　前記メサ構造は、平面視で長辺と短辺とを有する矩形状であり、前記長辺が＜１－１００＞方向に平行である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  15. 　前記メサ構造上面から下面までの前記傾斜面の長さは、上面視で０．９μｍ以上２．２μｍ以下である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
  16. 　前記傾斜面の始点と終点とを結ぶ第１直線と、前記第１導電型クラッド層表面とのなす角θａは、１１°以上２５°以下である
    請求項１に記載のレーザダイオード。
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