WO2013061651A1 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

窒化物半導体発光素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2013061651A1
WO2013061651A1 PCT/JP2012/066055 JP2012066055W WO2013061651A1 WO 2013061651 A1 WO2013061651 A1 WO 2013061651A1 JP 2012066055 W JP2012066055 W JP 2012066055W WO 2013061651 A1 WO2013061651 A1 WO 2013061651A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
semiconductor
heterojunction
nitride semiconductor
type cladding
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/066055
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝史 京野
陽平 塩谷
上野　昌紀
簗嶋　克典
邦彦 田才
中島　博
統之 風田川
Original Assignee
住友電気工業株式会社
ソニー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社, ソニー株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Priority to KR1020147013684A priority Critical patent/KR20140079505A/ko
Priority to EP12843889.2A priority patent/EP2779333A1/en
Priority to CN201280051908.4A priority patent/CN103959580B/zh
Publication of WO2013061651A1 publication Critical patent/WO2013061651A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/3013—AIIIBV compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H01S5/320275—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth semi-polar orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3215—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities graded composition cladding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • H01S5/2031—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers characterized by special waveguide layers, e.g. asymmetric waveguide layers or defined bandgap discontinuities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H01S5/3063—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping using Mg
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3213—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities asymmetric clading layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3403—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers having a strained layer structure in which the strain performs a special function, e.g. general strain effects, strain versus polarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3407—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by special barrier layers

Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device.
  • Patent Document 1 relates to a gallium nitride semiconductor laser element.
  • the multiple quantum well structure active layer made of a nitride semiconductor includes two quantum well layers, and the thickness of each quantum well layer is 10 nm or less.
  • electrons and holes can be uniformly distributed in all the quantum well layers. Electrons and holes are effectively injected into the quantum well layer where electrons and holes have disappeared due to recombination, so that the density of electrons and holes existing in the quantum well layer is effectively modulated. .
  • the optical output can also be modulated, and a gallium nitride based semiconductor laser device that does not generate an error when reading data when used for an optical disk is realized.
  • Patent Document 1 discloses a gallium nitride based semiconductor laser element.
  • a gallium nitride based semiconductor laser device is fabricated using a sapphire substrate, SiC substrate, spinel substrate, MgO substrate, Si substrate or GaAs substrate.
  • a gallium nitride based semiconductor laser device a polar c-plane grown on the substrate.
  • a semiconductor layer for the laser is grown thereon.
  • a 0.7 ⁇ m thick p-type cladding layer and a 0.2 ⁇ m thick contact layer are grown.
  • the p-type contact layer and the p-type cladding layer are etched to form a ridge structure.
  • the remaining film of the etched p-type cladding layer is in the range of 0.05 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • a difference occurs in the characteristics of the semiconductor laser.
  • the inventors' experiments show that the threshold current of a nitride semiconductor laser using a semipolar plane is higher than that of a nitride semiconductor laser using a c plane. Show that it grows.
  • the technique relating to the c-plane nitride semiconductor laser is often not applicable to the semipolar nitride semiconductor laser, and the technique relating to the reverse piezo polarization is an example.
  • An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device having a structure capable of reducing the lateral spread of carriers coming from a semiconductor ridge.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes (a) a first group III nitride semiconductor region including an n-type cladding layer and a first inner semiconductor layer, and (b) the first group III nitride semiconductor region. An active layer provided on the first inner semiconductor layer, and (c) a second group III nitride semiconductor region provided on the active layer including a p-type cladding layer and a second inner semiconductor layer And (d) an electrode provided on the second group III nitride semiconductor region.
  • the first group III nitride semiconductor region, the active layer, and the second group III nitride semiconductor region are sequentially arranged along a stacking axis, and the first inner semiconductor layer includes the active layer and the n layer.
  • the second inner semiconductor layer is provided between the active layer and the p-type cladding layer, and the first inner semiconductor layer, the active layer, and the second inner semiconductor layer.
  • the layer constitutes a first heterojunction
  • the n-type cladding layer is made of a group III nitride semiconductor
  • the first heterojunction is along the c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer With an inclination angle greater than zero with respect to the extended reference plane
  • the active layer is formed of a gallium nitride semiconductor and includes a well layer containing compressive strain, and the direction of piezoelectric polarization of the well layer is in the direction from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer.
  • the well layer includes an InGaN layer, and the well layer of the active layer and the second inner semiconductor layer of the second group III nitride semiconductor region form a second heterojunction,
  • the group III nitride semiconductor region has a semiconductor ridge, and the semiconductor ridge includes a third heterojunction between the second inner semiconductor layer and the p-type cladding layer, and the second inner semiconductor layer includes A first portion forming the second heterojunction with the well layer of the active layer; a second portion from the third heterojunction to the bottom of the semiconductor ridge; and between the first portion and the second portion A third part, the first part, 3 portion and the second portion are arranged in this order along the stacking axis, the distance between the bottom and the second heterojunction of the semiconductor ridge is 200nm or less.
  • the active layer forms a heterojunction (first heterojunction) with the first inner semiconductor layer of the first group III nitride semiconductor region, and the heterojunction is an n-type cladding layer. It is inclined at an inclination angle larger than zero with respect to a reference plane extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor. Therefore, the active layer is provided on a so-called semipolar surface.
  • this active layer includes a well layer containing compressive strain
  • the semiconductor ridge is formed on a semipolar plane in which the direction of piezoelectric polarization of the well layer is directed from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer
  • the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge is larger than the lateral spread of carriers from the semiconductor ridge provided on the c-plane.
  • the distance between the bottom of the semiconductor ridge and the second heterojunction is 200 nm or less, the increase in the lateral spread of the carriers coming from the semiconductor ridge is reduced, and the light conduction due to the mismatch between the light distribution and the carrier distribution in the optical waveguide structure is reduced. Wave loss can be reduced. For this reason, an increase in threshold current is reduced.
  • the distance between the bottom of the semiconductor ridge and the second heterojunction is preferably 30 nm or more. If the distance between the bottom of the semiconductor ridge and the second heterojunction is shorter than 30 nm, the damage of the ridge processing may reach the active layer and the light emission efficiency may be reduced.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes (a) a first group III nitride semiconductor region including an n-type cladding layer and a first inner semiconductor layer, and (b) the first group III nitride. An active layer provided on the first inner semiconductor layer in a semiconductor region; and (c) a second group III nitride provided on the active layer including a p-type cladding layer and a second inner semiconductor layer. A semiconductor region; and (d) an electrode provided on the second group III nitride semiconductor region.
  • the first group III nitride semiconductor region, the active layer, and the second group III nitride semiconductor region are sequentially arranged along a stacking axis, and the first inner semiconductor layer includes the active layer and the n layer.
  • the second inner semiconductor layer is provided between the active layer and the p-type cladding layer, and the active layer and the first group III nitride semiconductor region 1 inner semiconductor layer constitutes a first heterojunction, the n-type cladding layer is made of a group III nitride semiconductor, and the first heterojunction is a c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer
  • the active layer includes a well layer made of a gallium nitride-based semiconductor and containing a compressive strain, and the piezoelectric layer has a piezo polarization of the well layer.
  • the direction of the n-type clad is from the p-type clad layer.
  • the active layer and the second inner semiconductor layer of the second group III nitride semiconductor region form a second heterojunction, and the second group III nitride semiconductor region is a semiconductor.
  • the semiconductor ridge includes a third heterojunction between the second inner semiconductor layer and the p-type cladding layer, and the second inner semiconductor layer extends from the second heterojunction to the stack axis.
  • the portion does not include a heterojunction.
  • the active layer forms a heterojunction (first heterojunction) with the first inner semiconductor layer of the first group III nitride semiconductor region, and the heterojunction is an n-type cladding layer. It is inclined at an inclination angle larger than zero with respect to a reference plane extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor. Therefore, the active layer is provided on a so-called semipolar surface.
  • this active layer includes a well layer containing compressive strain
  • the semiconductor ridge is formed on a semipolar plane in which the direction of piezoelectric polarization of the well layer is directed from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer Then, the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge is larger than the lateral spread of carriers from the semiconductor ridge provided on the c-plane.
  • the semiconductor ridge of the second group III nitride semiconductor region is separated from the second inner semiconductor layer.
  • the third portion of the second inner semiconductor layer in other words, a semiconductor ridge exceeding 80 nm in the direction of the stacking axis from the second heterojunction
  • the semiconductor part up to the bottom of it does not contain a heterojunction.
  • the nitride semiconductor light emitting device further includes (a) a first group III nitride semiconductor region including an n-type cladding layer and a first inner semiconductor layer, and (b) the first group III nitride.
  • An active layer provided on the first inner semiconductor layer in a semiconductor region; and (c) a second group III nitride provided on the active layer including a p-type cladding layer and a second inner semiconductor layer.
  • the first group III nitride semiconductor region, the active layer, and the second group III nitride semiconductor region are sequentially arranged along a stacking axis, and the first inner semiconductor layer includes the active layer and the n layer.
  • the second inner semiconductor layer is provided between the active layer and the p-type cladding layer, and the active layer and the first group III nitride semiconductor region 1 inner semiconductor layer constitutes a first heterojunction, the n-type cladding layer is made of a group III nitride semiconductor, and the first heterojunction is a c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer
  • the active layer includes a well layer made of a gallium nitride-based semiconductor and containing a compressive strain, and the piezoelectric layer has a piezo polarization of the well layer.
  • the direction of the n-type clad is from the p-type clad layer.
  • the active layer and the second inner semiconductor layer of the second group III nitride semiconductor region form a second heterojunction, and the second group III nitride semiconductor region is a semiconductor.
  • the semiconductor ridge includes a third heterojunction between the second inner semiconductor layer and the p-type cladding layer, and the second inner semiconductor layer extends from the second heterojunction to the stack axis.
  • the portion does not include a heterojunction
  • the second inner semiconductor layer includes A light guide layer and a second light guide layer, wherein a band gap of the first light guide layer is larger than a band gap of the second light guide layer, and the first light guide layer includes the p-type cladding layer and the second light guide layer.
  • the first light guide layer forms a heterojunction with the second light guide layer in the semiconductor ridge.
  • the active layer forms a heterojunction (first heterojunction) with the first inner semiconductor layer of the first group III nitride semiconductor region, and the heterojunction is an n-type cladding layer. It is inclined at an inclination angle larger than zero with respect to a reference plane extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor. Therefore, the active layer is provided on a so-called semipolar surface.
  • this active layer includes a well layer containing compressive strain
  • the semiconductor ridge is formed on a semipolar plane in which the direction of piezoelectric polarization of the well layer is directed from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer Then, the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge is larger than the lateral spread of carriers from the semiconductor ridge provided on the c-plane.
  • the semiconductor ridge of the second group III nitride semiconductor region is separated from the second inner semiconductor layer. While including the heterojunction (third heterojunction) with the p-type cladding layer, the third portion of the second inner semiconductor layer, that is, the bottom of the semiconductor ridge exceeding 80 nm from the second heterojunction in the direction of the stacking axis The semiconductor portion up to does not include a heterojunction.
  • the light confinement performance can be improved by the difference in refractive index between the first light guide layer and the second light guide layer. Since the first light guide layer and the second light guide layer form a heterojunction, and this heterojunction is located in the semiconductor ridge, the lateral flow of the carriers flowing out of the semiconductor ridge due to the dip in the hole band caused by the heterojunction There is no spread and the increase in threshold current is reduced.
  • a nitride semiconductor light emitting device includes (a) a first group III nitride semiconductor region including an n-type cladding layer and a first inner semiconductor layer, and (b) the first group III nitride. An active layer provided on the first inner semiconductor layer in the physical semiconductor region; and (c) a second group III nitride provided on the active layer including the p-type cladding layer and the second inner semiconductor layer. And (d) an electrode provided on the second group III nitride semiconductor region.
  • the first group III nitride semiconductor region, the active layer, and the second group III nitride semiconductor region are sequentially arranged along a stacking axis, and the first inner semiconductor layer includes the active layer and the n layer.
  • the second inner semiconductor layer is provided between the active layer and the p-type cladding layer, and the active layer and the first group III nitride semiconductor region 1 inner semiconductor layer constitutes a first heterojunction, the n-type cladding layer is made of a group III nitride semiconductor, and the first heterojunction is a c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer
  • the active layer includes a well layer made of a gallium nitride-based semiconductor and containing a compressive strain, and the piezoelectric layer has a piezo polarization of the well layer.
  • the direction of the n-type clad is from the p-type clad layer.
  • the active layer and the second inner semiconductor layer of the second group III nitride semiconductor region form a second heterojunction, and the second group III nitride semiconductor region is a semiconductor.
  • the semiconductor ridge includes a third heterojunction between the second inner semiconductor layer and the p-type cladding layer, and the second inner semiconductor layer extends from the second heterojunction to the stack axis.
  • the portion of the second inner semiconductor layer has a composition of the n-type clamp. From head layer containing monotonically changing region in a direction to the p-type cladding layer.
  • the active layer forms a heterojunction (first heterojunction) with the first inner semiconductor layer of the first group III nitride semiconductor region, and the heterojunction is an n-type cladding layer. It is inclined at an inclination angle larger than zero with respect to a reference plane extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor. Therefore, the active layer is provided on a so-called semipolar surface.
  • this active layer includes a well layer containing compressive strain
  • the semiconductor ridge is formed on a semipolar plane in which the direction of piezoelectric polarization of the well layer is directed from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer Then, the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge is larger than the lateral spread of carriers from the semiconductor ridge provided on the c-plane.
  • the semiconductor ridge of the second group III nitride semiconductor region is separated from the second inner semiconductor layer.
  • the third portion of the second inner semiconductor layer that is, the semiconductor exceeding 80 nm defined in the direction of the stacking axis from the second heterojunction
  • the semiconductor portion to the bottom of the ridge contains a composition gradient but no heterojunction.
  • a band gap of the p-type cladding layer is larger than a band gap of the second portion of the second inner semiconductor layer in the third heterojunction, and the inclination angle is , 50 degrees or more and 80 degrees or less, or 130 degrees or more and 170 degrees or less.
  • the band gap of the p-type cladding layer is larger than the band gap of the second inner semiconductor layer at the third heterojunction in the range of the tilt angle.
  • a dip is formed in the vicinity of the third heterojunction.
  • a dip in the hole band causes the hole to spread laterally.
  • the third heterojunction is located in the semiconductor ridge, the lateral spread of carriers in the third heterojunction is limited to the semiconductor ridge width.
  • the first portion of the second inner semiconductor layer is within 80 nm defined from the second heterojunction in the direction of the stacking axis, and the second inner semiconductor layer
  • the third portion of the semiconductor layer does not include a heterojunction.
  • this nitride semiconductor light emitting device when the group III nitride semiconductor (small band gap) and the group III nitride semiconductor (large hand gap) are arranged to form a heterojunction, the inventors' investigation Therefore, in this heterojunction, a dip is formed in the hole band of the second inner semiconductor layer, and the dip in the hole band causes a lateral expansion of the holes.
  • the third portion of the second inner semiconductor layer does not include a heterojunction, it is possible to avoid occurrence of carrier lateral expansion due to dip in the hole band.
  • the influence of the carrier spread by the heterojunction that generates a dip in the hole band is small.
  • the second inner semiconductor layer includes a first light guide layer and a second light guide layer, and a material of the first light guide layer is the second light guide layer. Unlike the material, the second portion of the second inner semiconductor layer may include a junction composed of the first light guide layer and the second light guide layer.
  • the first light guide layer is made of a material different from that of the second light guide layer, a refractive index distribution can be generated in the second inner semiconductor layer, and light confinement can be improved.
  • the second portion of the second inner semiconductor layer includes a heterojunction composed of the first light guide layer and the second light guide layer. Due to this heterojunction, a dip is formed in the hole band. However, since this heterojunction is included in the semiconductor ridge, it is possible to avoid occurrence of carrier lateral expansion due to dip in the hole band.
  • the third portion of the second inner semiconductor layer has a composition of a material of the second inner semiconductor layer from the n-type cladding layer to the p-type cladding layer.
  • a gradient composition region that monotonously changes in direction can be included.
  • the gradient composition region can provide a refractive index distribution in the second inner semiconductor layer, and does not generate a dip in the hole band.
  • the second portion and the third portion of the second inner semiconductor layer include a first light guide layer and a second light guide layer, and the second light guide.
  • the band gap of the layer is larger than the band gap of the first light guide layer
  • the composition of the material of the second inner semiconductor layer is the n-type cladding in the second portion and the third portion of the second inner semiconductor layer.
  • a composition gradient region that monotonously changes in a direction from the layer to the p-type cladding layer, the first light guide layer having a substantially constant composition, and the second light guide layer being substantially constant. Can have the following composition:
  • the gradient composition region can generate a refractive index distribution in the second inner semiconductor layer by connecting the first light guide layer and the second light guide layer.
  • the first light guide layer and the second light guide layer do not form a heterojunction. Therefore, although the second inner semiconductor layer includes the first light guide layer and the second light guide layer having different refractive indexes, no dip is generated in the hole band in the second inner semiconductor layer.
  • the first portion of the second inner semiconductor layer may include an electron blocking layer.
  • the first region of the second inner semiconductor layer includes the electron blocking layer
  • the first region includes a heterojunction.
  • This heterojunction generates a dip in the hole band of the first region.
  • the first region of the second inner semiconductor layer is as close to the active layer as to form a junction with the active layer, the influence of carrier spreading due to the heterojunction related to the electron block layer is small.
  • the first portion includes a light guide layer provided between the electron block layer and the active layer, and the light guide layer and the electron block layer.
  • the fourth heterojunction can be separated from the second heterojunction by a distance of 10 nm or more defined in the direction of the stacking axis.
  • the dopant may be added to the semiconductor layer related to the fourth heterojunction.
  • the distance of 10 nm or more makes it possible not to influence the dopant diffusion on the active layer.
  • the nitride semiconductor light emitting device may further include a substrate having a semipolar main surface made of a group III nitride semiconductor.
  • An angle formed by the semipolar main surface and the reference surface is in a range of 50 degrees to 80 degrees or 130 degrees to 170 degrees, and the first group III nitride semiconductor region, the active layer, and the first layer
  • the group III nitride semiconductor region 2 is provided on the semipolar main surface.
  • this nitride semiconductor light emitting device when the group III nitride semiconductor layer epitaxially grown on the substrate forms a heterojunction, a dip is formed in the hole band at the heterojunction.
  • the substrate may be made of GaN. According to this nitride semiconductor light emitting device, compressive strain is included in the InGaN layer that is epitaxially grown coherently on the GaN substrate.
  • the thickness of the first inner semiconductor layer is 200 nm or more and 500 nm or less, and the first inner semiconductor layer is between the n-type cladding layer and the active layer.
  • the second inner semiconductor layer has a thickness of 200 nm to 500 nm, and the second inner semiconductor layer is interposed between the p-type cladding layer and the active layer.
  • a second light guide region may be included.
  • a long wavelength light emitting laser such as a green laser cannot increase the refractive index difference between the light guide layer and the clad layer due to wavelength dispersion of the refractive index.
  • it is effective to use a thick light guide layer.
  • the element series resistance in the semiconductor region from the active layer to the anode electrode increases to a negligible level for the second inner semiconductor layer. Invite rise.
  • the light guide layer may increase in strain or crystallinity.
  • the second inner semiconductor layer includes the second light guide region, and the second light guide region includes an undoped In X Ga 1-X N layer (0 ⁇ X ⁇ 1) and an Mg-doped In X Ga 1-X N layer (0 ⁇ X ⁇ 1), and the undoped In X Ga 1-X N layer includes the active layer and the Mg-doped In X Ga 1-X
  • the total film thickness of the undoped In X Ga 1-X N layer and the Mg doped In X Ga 1-X N layer is provided between the second heterojunction and the bottom of the semiconductor ridge.
  • a junction between the undoped In X Ga 1-X N layer and the Mg-doped In X Ga 1-X N layer is between the second heterojunction and the bottom of the semiconductor ridge. Can do.
  • the undoped In X Ga 1-X N layer and the Mg doped In X Ga 1-X N layer have the same In composition, these layers do not constitute a heterointerface, Carrier spread due to dip in the band can be avoided.
  • the In X Ga 1-X N layer close to the active layer is preferably undoped in order to reduce absorption loss.
  • the undoped In X Ga 1-X N layer is provided between the active layer and the Mg doped In X Ga 1-X N layer, Mg diffusion from the light guide layer to the active layer can be prevented.
  • the second inner semiconductor layer includes the second light guide region, and the second light guide region includes an undoped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1), Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1), and Mg-doped In X2 Ga 1-X2 N layer (0 ⁇ X2 ⁇ X1 ⁇ 1), X1 Ga 1-X1 n layer, the Mg-doped in X1 Ga 1-X1 n layer, and the Mg-doped in X2 Ga 1-X2 n layer, in this order in the direction to the p-type cladding layer from the n-type cladding layer
  • the Mg-doped In X2 Ga 1-X2 N layer forms a junction with the Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer, and the undoped In X1 Ga 1-X1 N layer and the Mg-doped
  • the total thickness of the undoped In X1 Ga 1 -X1 N layer and the Mg doped In X1 Ga 1 -X1 N layer is larger than the distance between the second heterojunction and the bottom of the semiconductor ridge. Therefore, the junction between the Mg - doped In X2 Ga 1-X2 N layer and the Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer is located in the semiconductor ridge. Thus, this junction forms a hole band dip, but avoids the lateral spread of the carriers.
  • the light guide region can be composed of a semiconductor layer having a high In composition and a semiconductor having a low In composition (including zero), the crystal quality can be improved without significantly impairing the light confinement function of the light guide region.
  • the crystal quality of the clad and contact layer grown thereon is not deteriorated.
  • the second inner semiconductor layer includes the second light guide region, and the second light guide region includes an undoped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1 ), Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1), Mg-doped composition-graded In X Ga 1-X N layer, Mg-doped In X2 Ga 1-X2 N layer (0 ⁇ X2 ⁇ X1 ⁇ 1), the undoped In X1 Ga 1 -X1 N layer, the Mg doped In X1 Ga 1 -X1 N layer, the Mg doped composition gradient In X Ga 1 -XN layer, and the Mg doped In X2 Ga 1-X2 n layer, the are arranged in this order in the direction from the n-type cladding layer to the p-type cladding layer, the Mg-doped compositionally graded in X Ga 1-X
  • the In composition X in the Mg-doped composition gradient In X Ga 1-X N layer changes monotonically from the composition X1 to the composition X2.
  • This Mg-doped composition-graded In X Ga 1-X N layer is located between the second heterojunction and the bottom of the semiconductor ridge. Therefore, it is possible to provide a good light guiding function while avoiding carrier lateral expansion due to dip in the hole band.
  • the tilt angle may be in a range of 63 degrees to 80 degrees.
  • the semipolar surface with the above tilt angle enables homogeneous In incorporation and growth of a gallium nitride semiconductor having a high In composition. This feature is more remarkable when the inclination is in the m-axis direction.
  • the angle formed between the semipolar main surface of the substrate and the reference surface can be in the range of 63 degrees to 80 degrees.
  • the active layer may be provided so as to generate an emission spectrum having an oscillation peak wavelength within a range of 500 nm to 550 nm.
  • an active layer that generates an emission spectrum having an oscillation peak wavelength within a range of 500 nm to 550 nm is produced using a semipolar plane.
  • the active layer is applied to the nitride semiconductor light emitting device, the spread of carriers due to the heterojunction can be avoided.
  • the well layer in the active layer, can form a junction with the second inner semiconductor layer.
  • a nitride semiconductor light emitting device having a structure capable of reducing the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge.
  • FIG. 1 is a view showing a structure according to a nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a drawing schematically showing the structure of the ridge type nitride semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a drawing showing the relationship between the threshold current Ith and the distance D measured by applying a pulse current to the semiconductor laser on the ⁇ 20-21 ⁇ plane and the c plane.
  • FIG. 4 is a drawing showing band diagrams of the ⁇ 20-21 ⁇ plane and the c plane.
  • FIG. 5 is a drawing schematically showing the structure of a ridge type nitride semiconductor laser according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a drawing schematically showing a structure applicable to a ridge type nitride semiconductor laser.
  • FIG. 7 is a view showing an example of the shape of the semiconductor ridge.
  • FIG. 8 is a drawing showing the relationship between piezo polarization and band diagrams.
  • FIG. 9 is a drawing
  • FIG. 1 is a drawing showing a structure related to a nitride semiconductor light emitting device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 shows an XYZ coordinate system S and a crystal coordinate system CR.
  • the crystal coordinate system CR has a c-axis, a-axis, and m-axis.
  • the nitride semiconductor light emitting device 11 includes a first group III nitride semiconductor region 13, an active layer 15, a second group III nitride semiconductor region 17, and an electrode 19.
  • the first group III nitride semiconductor region 13 includes a first inner semiconductor layer 21 and an n-type cladding layer 23.
  • the active layer 15 is provided on the first inner semiconductor layer 21.
  • the first inner semiconductor layer 21 is provided on the n-type cladding layer 23.
  • the second group III nitride semiconductor region 17 includes a second inner semiconductor layer 25 and a p-type cladding layer 27, and the p-type cladding layer 27 is provided on the second inner semiconductor layer 25.
  • the second group III nitride semiconductor region 17 is provided on the active layer 15.
  • the first inner semiconductor layer 21 is provided between the active layer 15 and the n-type cladding layer 23.
  • the second inner semiconductor layer 25 is provided between the active layer 15 and the p-type cladding layer 27.
  • the electrode 19 is provided on the second group III nitride semiconductor region 17.
  • the first group III nitride semiconductor region 13, the active layer 15, and the second group III nitride semiconductor region 17 are sequentially arranged along the stacking axis Ax (the Z-axis method of the coordinate system S).
  • the first inner semiconductor layer 21, the active layer 15, and the second inner semiconductor layer 23 constitute a core region 31, and the core region 31 is provided between the n-type cladding layer 23 and the p-type cladding layer 27.
  • the n-type cladding layer 23, the core region 31 and the p-type cladding layer 27 constitute an optical waveguide structure.
  • the active layer 15 and the first inner semiconductor layer 21 constitute a first heterojunction HJ1.
  • the n-type cladding layer 23 is made of a group III nitride semiconductor, and the first heterojunction HJ1 is zero from the reference plane Sc extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer 23. It inclines with a large inclination angle Angle.
  • the reference plane in the n-type cladding layer 23 is orthogonal to the axis indicating the c-axis direction of the crystal coordinate system CR (the axis indicated by the vector VC).
  • the active layer 15 includes at least one well layer 33a, and the well layer 33a is made of, for example, a gallium nitride based semiconductor.
  • the well layer 33a contains compressive strain.
  • the piezo polarization of the well layer 33 a has a component facing in the direction from the p-type cladding layer 27 to the n-type cladding layer 23.
  • the direction of piezo polarization on the semipolar plane is opposite to the direction of piezo polarization on the c plane.
  • the well layer 33a can include, for example, an InGaN layer.
  • the active layer 15 can include a plurality of well layers 33a and at least one barrier layer 33b, if necessary.
  • a barrier layer 33b is provided between adjacent well layers 33a.
  • the outermost layer of the active layer 15 can be a well layer.
  • the well layer 33a of the active layer 15 and the second inner semiconductor layer 25 constitute a second heterojunction HJ2.
  • the second group III nitride semiconductor region 17 has a semiconductor ridge 35.
  • the semiconductor ridge 35 extends along a plane defined by the c-axis and the m-axis of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer 23.
  • the nitride semiconductor light emitting device 11 includes end faces 37a and 37b. In one embodiment, the end faces 37a and 37b can constitute an optical resonator.
  • the semiconductor ridge 35 includes a third heterojunction HJ 3 between the second inner semiconductor layer 25 and the p-type cladding layer 27.
  • the third heterojunction HJ3 terminates at the side surface 35b of the semiconductor ridge 35.
  • the semiconductor ridge 35 has an upper end TOP and a bottom BOTTOM.
  • the upper surface 35 a of the semiconductor ridge 35 forms a junction J 0 with the electrode 19.
  • the distance D between the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35 and the second heterojunction HJ2 is 200 nm or less.
  • the second inner semiconductor layer 25 includes a first portion 25a, a second portion 25b, and a third portion 25c.
  • the first portion 25a, the third portion 25c, and the second portion 25b are arranged in order along the stacking axis Ax.
  • the first portion 25a forms a second heterojunction HJ2 with the well layer 33a of the active layer 15.
  • the second portion 25 b is a region from the third heterojunction HJ 3 to the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35.
  • the third portion 25c is located between the first portion 25a and the second portion 25b.
  • the semiconductor ridge 35 includes a part of the second inner semiconductor layer 25, a p-type cladding layer 27, and a p-type contact layer 29.
  • the second inner semiconductor layer 25 functions as a light guide layer
  • a p-type cladding layer 27 is provided on the light guide layer
  • a p-type contact layer 29 is provided on the p-type cladding layer 27.
  • the active layer 15 forms a heterojunction (first heterojunction HJ1) with the first inner semiconductor layer 21 of the first group III nitride semiconductor region 13.
  • the heterojunction HJ1 is inclined at an inclination angle Angle greater than zero with respect to the reference plane Sc extending along the c-plane of the group III nitride semiconductor of the n-type cladding layer 23. Therefore, the active layer 15 is so-called Provided on a semipolar surface.
  • the active layer 15 When the active layer 15 includes a compression strained well layer 33a, the active layer 15 is formed on a semipolar plane in which the direction of piezoelectric polarization of the well layer 33a is directed from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer. In the semiconductor ridge 35, the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge 35 is larger than the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge provided on the c-plane.
  • the distance between the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35 and the second heterojunction HJ2 is 200 nm or less, the increase in the lateral spread of the carriers coming from the semiconductor ridge 35 is reduced, and the mismatch between the light distribution and the carrier distribution in the optical waveguide structure Waveguide loss due to the can be reduced. For this reason, an increase in threshold current is reduced.
  • Example 1 In the ridge-type nitride semiconductor laser fabricated on the c-plane, a current confinement is achieved to a desired level in the width of the semiconductor ridge structure because the p-type nitride semiconductor region has a high resistance. This means that in the ridge type nitride semiconductor laser fabricated on the c-plane, the carrier distribution, the light distribution, and the degree of matching are acceptable.
  • the current confinement is insufficient at the ridge depth at which the desired current confinement is achieved on the c-plane.
  • the lack of current confinement appears as an increase in threshold current.
  • the laser characteristics are deteriorated due to the waveguide loss caused by the mismatch between the carrier distribution and the guided light distribution.
  • the lateral spread of the current in the p-type nitride semiconductor region is the p-type nitride semiconductor on the c-plane. Compared to the region, the threshold current is increased.
  • a semipolar GaN substrate is prepared.
  • the main surface of this semipolar GaN substrate has a ⁇ 20-21 ⁇ plane.
  • the GaN c-axis of the substrate is inclined at an angle of 75 degrees in the direction of the GaN m-axis.
  • Perform thermal cleaning of the GaN substrate The thermal cleaning is performed in an atmosphere containing ammonia (NH 3 ) and hydrogen (H 2 ), and the heat treatment temperature is 1050 degrees Celsius.
  • a first group III nitride semiconductor region is grown.
  • An n-type GaN layer is grown on the semipolar main surface of the GaN substrate. The growth temperature is 1050 degrees Celsius.
  • an n-type cladding layer is grown on the n-type GaN layer.
  • an n-type InAlGaN cladding layer having a thickness of 2 ⁇ m is grown as an n-type cladding layer.
  • the n-type InAlGaN cladding layer has an In composition of 0.03 and an Al composition of 0.14.
  • an n-type GaN light guide layer and an n-type InGaN light guide layer are grown on the n-type InAlGaN cladding layer.
  • the In composition of this InGaN layer is 0.03.
  • an active layer is grown on the inner semiconductor layer.
  • an InGaN layer is grown as the active layer at a substrate temperature of 790 degrees Celsius.
  • the In composition of the InGaN layer is 0.30, and the thickness of the InGaN layer is 3 nm.
  • a second group III nitride semiconductor region is grown on the active layer. For example, after raising the substrate temperature to 840 degrees Celsius, an undoped InGaN light guide layer is grown on the active layer and a p-type GaN light guide layer is grown.
  • the In composition of this InGaN layer is 0.03.
  • a p-type InAlGaN cladding layer having a thickness of 400 nm is grown on the inner semiconductor layer.
  • the p-type InAlGaN cladding layer has an In composition of 0.02 and an Al composition of 0.07.
  • a p-type GaN contact layer having a thickness of 50 nm is grown on the p-type InAlGaN cladding layer.
  • An epitaxial substrate can be manufactured by these steps.
  • a ridge type gallium nitride semiconductor laser having a semiconductor ridge with a width of 2 ⁇ m and an optical resonator with a length of 600 ⁇ m is fabricated by applying photolithography, dry etching and vacuum deposition to the epitaxial substrate.
  • the second group III nitride semiconductor region is etched to form a semiconductor ridge.
  • the semiconductor ridge is processed by dry etching.
  • a plurality of semiconductor lasers having different semiconductor ridge heights are manufactured by changing the etching amount by dry etching.
  • the distance from the interface between the active layer and the light guide layer to the bottom of the semiconductor ridge is referred to as a value “D”.
  • the upper surface and side surfaces of the semiconductor ridge are formed by processing by dry etching.
  • an insulating film such as a silicon oxide film (specifically, SiO 2 ) is formed. This insulating film covers the side surface of the semiconductor ridge and the surface of the light guide layer (surface formed by etching) and has an opening on the upper surface of the semiconductor ridge (contact surface showing semipolarity).
  • An electrode is formed on the semiconductor ridge.
  • An anode electrode for example, Ni / Au
  • a pad electrode for example, Ti / Au is formed so as to cover the ohmic electrode.
  • the back surface of the GaN substrate is polished to form a polished substrate having a substrate thickness of 80 ⁇ m.
  • a cathode electrode for example, Ti / Al
  • a pad electrode for example, Ti / Au
  • the substrate product is cleaved to form an end face for the optical resonator (an end face different from the cleaved face).
  • a dielectric multilayer film is formed on these end faces.
  • the dielectric multilayer film is made of SiO 2 / TiO 2 .
  • the above epitaxial substrate structure is fabricated on a c-plane GaN substrate.
  • the well layer includes an InGaN layer (In composition 0.07), and this semiconductor laser can oscillate in the 410 nm band. This semiconductor laser is not coated with an end face.
  • FIG. 2 is a drawing schematically showing the structure of the ridge-type nitride semiconductor laser according to the first embodiment.
  • Part (a) of FIG. 2 is a drawing schematically showing the structure of an epitaxial substrate for the ridge-type nitride semiconductor laser according to the first embodiment.
  • Part (b) of FIG. 2 is a drawing schematically showing a ridge structure in the ridge type nitride semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a drawing showing the relationship between the threshold current Ith and the distance D measured by applying a pulse current to the semiconductor laser on the ⁇ 20-21 ⁇ plane and the c plane. In the semiconductor laser 11a on the ⁇ 20-21 ⁇ plane, the threshold current Ith increases abruptly when the distance D exceeds 150 nm. On the other hand, in the semiconductor laser on the c-plane, the threshold current Ith increases from the distance D around 200 nm.
  • the active layer includes a well layer containing compressive strain
  • the direction of piezoelectric polarization of the well layer is in the direction from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer.
  • a semiconductor ridge is formed on the semipolar surface of such an active layer. According to the inventors' consideration, in this structure, as shown in FIG. 3, the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge is larger than the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge provided on the c-plane. .
  • the degree of lateral expansion of the carriers coming from the semiconductor ridge is acceptable. It is considered that the waveguide loss caused by the mismatch between the light distribution and the carrier distribution in the structure can be tolerated. For this reason, an increase in threshold current is suppressed.
  • the distance D150 nm is substantially equal to the total film thickness of the undoped InGaN light guide layer and the p-type InGaN light guide layer of the p-side inner semiconductor layer.
  • the undoped InGaN light guide layer and the p-type InGaN light guide layer of the p-side inner semiconductor layer form a heterojunction.
  • a two-dimensional hole gas is generated at the heterojunction in the hole band.
  • the heterojunction that generates the two-dimensional hole gas HG is located away from the semiconductor ridge, the two-dimensional hole gas HG may cause carriers to spread laterally in the p-side semiconductor region.
  • the semiconductor laser on the c-plane as shown in FIG. 4B, no two-dimensional hole gas is generated at the heterojunction in the hole band.
  • a broken line RG indicates the position of the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge.
  • FIG. 5 is a drawing schematically showing the structure of a ridge type nitride semiconductor laser according to the second embodiment.
  • the ridge type nitride semiconductor laser 11b according to Example 2 in the p-side inner semiconductor layer of the laser structure of the semipolar surface in Example 1, between the p-type InGaN light guide layer and the p-type GaN light guide layer, A composition gradient layer having a thickness of 20 nm is provided.
  • the In composition continuously increases from the In composition value at the interface of the p-type InGaN light guide layer to the In composition value (In composition zero) at the interface of the p-type GaN light guide layer.
  • the distance D is 170 nm.
  • the threshold current Ith of this semiconductor laser is about 70 mA, which is lower by about 60 to 70% than the threshold of a semiconductor laser having a distance D of 170 nm when compared with reference to FIG. This decrease in the threshold current is considered to indicate that the heterojunction in the light guide region is replaced with the composition gradient layer, and the carrier spread by the two-dimensional hole gas is suppressed.
  • the nitride semiconductor light emitting device 11 preferably has the following form.
  • the inclination angle Angle can be in the range of 50 degrees to 80 degrees or 130 degrees to 170 degrees.
  • the band gap of the p-type cladding layer 27 is larger than the band gap of the second portion 25b of the second inner semiconductor layer 25 in the third heterojunction HJ3. Therefore, a dip is formed in the vicinity of the third heterojunction HJ3 in the hole band of the second inner semiconductor layer 25. A dip in the hole band causes the hole to spread laterally.
  • the third heterojunction HJ3 is located in the semiconductor ridge 35, the lateral spread of carriers in the third heterojunction HJ3 is limited to the width of the semiconductor ridge 35.
  • the nitride semiconductor light emitting device 11 can further include a substrate 39.
  • the substrate 39 has a semipolar main surface 39a made of a group III nitride semiconductor.
  • the semipolar principal surface 39a and the semipolar principal surface 39a are inclined with respect to a reference plane Sc perpendicular to an axis (axis Cx indicated by the vector VC) extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor.
  • the angle formed with the surface Sc (substantially equal to the angle Angle) can be in the range of 50 degrees to 80 degrees or 130 degrees to 170 degrees.
  • the first group III nitride semiconductor region 13, the active layer 15, and the second group III nitride semiconductor region 17 are provided on the semipolar main surface 39a.
  • the heterojunction forms a dip in the hole band.
  • the substrate 39 can be made of GaN.
  • the InGaN layer coherently epitaxially grown on the GaN substrate contains compressive strain.
  • the inclination angle Angle can be in the range of 63 degrees to 80 degrees.
  • the semipolar surface 39a having the inclination angle Angle makes it possible to grow homogeneous In incorporation and high In composition gallium nitride semiconductors.
  • the angle formed by the semipolar main surface 39a of the substrate 39 and the reference surface Sc can be in the range of not less than 63 degrees and not more than 80 degrees.
  • the active layer 15 can be provided so as to generate an emission spectrum having a peak wavelength within a range of 500 nm to 550 nm.
  • the active layer 15 that generates an emission spectrum having a peak wavelength in the range of 500 nm or more and 550 nm or less is manufactured using a semipolar plane.
  • the active layer 15 is applied to the nitride semiconductor light emitting device 11, the spread of carriers due to the heterojunction can be avoided.
  • the well layer 33 a can form a junction with the second inner semiconductor layer 27.
  • structures A1, A2, A3, and A4 are shown as the second inner semiconductor 25.
  • the group III nitride semiconductor small band gap
  • the group III nitride semiconductor large hand gap
  • the inventors consider Therefore, a dip is formed in the hole band of the second inner semiconductor layer 25 in this heterojunction.
  • the dip in the hole band causes hole lateral expansion.
  • the third portion 25c since the third portion 25c does not include a heterojunction, it is possible to avoid occurrence of carrier lateral expansion due to dip in the hole band.
  • the first portion 25 a of the second inner semiconductor layer 25 is provided by the thickness of the thin semiconductor layer 40 and can include the electron blocking layer 41.
  • the electron blocking layer 41 is included in the first portion 25a within 80 nm of the second heterojunction HJ2 in the second inner semiconductor layer 25, the first portion 25a includes the heterojunction HJ4.
  • This heterojunction HJ4 generates a dip in the hole band of the first portion 25a.
  • the first portion 25a is close to the active layer 15 to the extent that it forms a junction with the active layer 15, the influence of the carrier spread by the heterojunction HJ4 related to the electron blocking layer 41 is small.
  • the fourth heterojunction HJ4 of the first portion 25a may be separated from the second heterojunction HJ2 by a distance of 10 nm or more defined in the direction of the stacking axis Ax.
  • a dopant may be added to the semiconductor layer (for example, the electron block layer 41) related to the fourth heterojunction HJ4.
  • the distance of 10 nm or more allows the dopant diffusion to not affect the active layer 15.
  • a thin semiconductor layer is provided between the active layer 15 and the electron blocking layer 41, and the thin semiconductor layer is made of the same material as that of the light guide layer or the barrier layer. May be.
  • the thin semiconductor layer can be made of a gallium nitride based semiconductor having a band gap between the band gap of the electron block layer 41 and the band gap of the well layer, for example, GaN or InGaN.
  • the first portion 25a of the second inner semiconductor layer 25 is within 80 nm defined in the direction of the stacking axis Ax from the second heterojunction HJ2.
  • the third portion 25c does not include a heterojunction.
  • the second inner semiconductor layer 25 may include a first light guide layer 43 and a second light guide layer 45.
  • the material of the first light guide layer 43 is different from the material of the second light guide layer 35. Therefore, the band gap of the second light guide layer 45 is larger than the band gap of the first light guide layer 43.
  • the second portion 25 b includes a junction HJ 5 including the first light guide layer 43 and the second light guide layer 45. Since the first light guide layer 43 is made of a material different from that of the second light guide layer 45, a refractive index distribution can be generated in the second inner semiconductor layer 25.
  • the second portion 25 b of the second inner semiconductor layer 25 includes a heterojunction HJ 5 including the first light guide layer 43 and the second light guide layer 45.
  • a dip is formed in the hole band.
  • this heterojunction HJ5 is included in the semiconductor ridge 35, it is possible to avoid the occurrence of carrier lateral expansion due to dip in the hole band.
  • the second portion 25 b and the third portion 25 c of the second inner semiconductor layer 25 include the first light guide layer 43 and the second light guide layer 45, and the band of the second light guide layer 45.
  • the gap is larger than the band gap of the first light guide layer 43, and the second portion 25 b and the third portion 25 c of the second inner semiconductor layer 25 have a composition of the material of the second inner semiconductor layer 25 from the n-type cladding layer 23 to p.
  • a composition gradient region 47 that monotonously changes in the direction toward the mold cladding layer 27 can be further included.
  • the first light guide layer 43 has a substantially constant composition
  • the second light guide layer 45 has a substantially constant composition
  • the In composition decreases in the composition gradient region 47.
  • the graded composition region 47 can connect the first light guide layer 43 and the second light guide layer 45 to generate a refractive index distribution in the second inner semiconductor layer.
  • the guide layer 43 and the second light guide layer 45 do not form a heterojunction. Therefore, although the second inner semiconductor layer 25 includes the first light guide layer 43 and the second light guide layer 45 having different refractive indexes, no dip is generated in the hole band in the second inner semiconductor layer 25.
  • the third portion 25 c of the second inner semiconductor layer 25 includes the gradient composition region 47, but the composition gradient may be provided in part or all of the second inner semiconductor layer 25. it can.
  • the gradient composition can generate a refractive index profile in the second inner semiconductor layer 25. Also, no dip is generated in the hole band.
  • the thickness DG2 of the second inner semiconductor layer 25 can be 200 nm or more and 500 nm or less.
  • the second inner semiconductor layer 25 may include a second light guide region provided between the p-type cladding layer 27 and the active layer 15.
  • the thickness DG1 of the first inner semiconductor layer 21 may be 200 nm or more and 500 nm or less.
  • the first inner semiconductor layer 21 includes a first light guide region provided between the n-type cladding layer 23 and the active layer 15.
  • a long-wavelength laser such as a green laser cannot increase the refractive index difference between the light guide layer and the cladding layer due to the wavelength dispersion of the refractive index.
  • the element series resistance in the semiconductor region from the active layer 15 to the anode electrode increases to a negligible level for the second inner semiconductor layer 25. This causes an increase in driving voltage.
  • the strain of the light guide layer may increase and the crystallinity may deteriorate.
  • the second light guide region is an undoped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1), as included in part (a) of FIG. 53a, an Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1) 53b, and an Mg-doped In X2 Ga 1-X2 N layer (0 ⁇ X2 ⁇ X1 ⁇ 1) 53c.
  • the undoped In X1 Ga 1 -X1 N layer 53 a, Mg doped In X1 Ga 1 -X1 N layer 53 b, and Mg doped In X2 Ga 1 -X2 N layer 53 c are formed from the n-type cladding layer 23 to the p-type cladding layer 27. Arranged sequentially in the direction.
  • the Mg-doped In X2 Ga 1-X2 N layer 53c forms a junction (heterojunction HJ5 in FIG. 1) with the Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer 53b.
  • the total thickness of the undoped In X1 Ga 1 -X1 N layer 53 a and the Mg doped In X1 Ga 1 -X1 N layer 53 b is greater than the distance between the second heterojunction HJ 2 and the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35.
  • the bottom of the undoped In X1 Ga 1-X1 N layer 53a and a Mg-doped In X1 Ga 1-X1 the total thickness of the N layer 53b is a second heterojunction HJ2 and semiconductor ridge 35 Since the distance to the BOTTOM is larger than that of the BOTTOM, the junction between the Mg-doped In X2 Ga 1-X2 N layer 53c and the Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer 53b (the heterojunction HJ5 shown in FIG. 1) is within the semiconductor ridge 35. Located in.
  • the light guide region can be composed of a semiconductor layer having a high In composition and a semiconductor having a low In composition (including zero), the crystal quality can be improved without significantly impairing the light confinement function of the light guide region.
  • the crystal quality of the cladding layer 27 and the contact layer 29 grown on (53a to 53c) is not deteriorated.
  • the second light guide region is an undoped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1), as included in part (b) of FIG. 55a, Mg-doped In X1 Ga 1-X1 N layer (0 ⁇ X1 ⁇ 1) 55b, Mg-doped composition-graded In X Ga 1- XN layer 55c, Mg-doped In X2 Ga 1-X2 N layer (0 ⁇ X2 ⁇ X1 ⁇ 1) 55d can be included.
  • the undoped In X1 Ga 1-X1 N layer 55a, the Mg doped In X1 Ga 1-X1 N layer 55b, the Mg doped composition gradient In X Ga 1-X N layer 55c, and the Mg doped In X2 Ga 1-X2 N layer 55d The n-type cladding layer 23 and the p-type cladding layer 27 are arranged in this order.
  • the In composition X in the Mg - doped composition gradient In X Ga 1-X N layer is the composition X1 at the interface between the Mg - doped In X1 Ga 1 -X1 N layer 55b and the Mg-doped composition gradient InGaN layer 55c.
  • composition X2 at the interface between the Mg-doped composition-graded InGaN layer 55c and the Mg-doped In X2 Ga 1 -X2 N layer 55d. It changes monotonously from composition X1 to composition X2.
  • the Mg-doped composition gradient In X Ga 1-X N layer 55c is located between the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35 and the second heterojunction HJ2.
  • the In composition X in the Mg-doped composition gradient In X Ga 1-X N layer 55c changes monotonously from the composition X1 to the composition X2.
  • This Mg-doped composition gradient In X Ga 1-X N layer 55 c is located between the second heterojunction HJ 2 and the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35.
  • the In composition in the second inner semiconductor layer 25 can change monotonously in the direction from the n-type cladding layer 23 to the p-type cladding layer 27.
  • the second inner semiconductor layer 25 does not include a composition gradient layer in the structure shown in part (b) of FIG. 6, and the second light guide region is an undoped In X Ga 1-X N layer ( 0 ⁇ X ⁇ 1) and Mg-doped In X Ga 1-X N layers (0 ⁇ X ⁇ 1).
  • the undoped In X Ga 1-X N layer is provided between the active layer 15 and the Mg doped In X Ga 1-X N layer.
  • the total film thickness of the undoped In X Ga 1-X N layer and the Mg-doped In X Ga 1-X N layer is greater than the distance between the second heterojunction HJ 2 and the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35.
  • the junction of the undoped In X Ga 1-X N layer and the Mg doped In X Ga 1-X N layer can be between the second heterojunction HJ 2 and the bottom BOTTOM of the semiconductor ridge 35.
  • the undoped In X Ga 1-X N layer and the Mg doped In X Ga 1-X N layer have the same In composition, these layers do not constitute a heterointerface.
  • the In X Ga 1-X N layer close to the active layer 15 is preferably undoped in order to reduce absorption loss. Further, since the undoped In X Ga 1-X N layer is provided between the active layer 15 and the Mg doped In X Ga 1-X N layer, Mg diffusion from the light guide layer to the active layer 15 can be prevented.
  • FIG. 7 is a drawing showing an example of the shape of the semiconductor ridge.
  • the semiconductor ridge can have the shapes shown in (a), (b), and (c) of FIG. 7 as well as the shape shown in FIG. 1.
  • the heterojunction HJ5 formed by the two light guide layers 43 and 45 terminates on the side surface of the semiconductor ridge.
  • the semiconductor ridge 35 in FIG. 7A is defined by a trench.
  • the semiconductor ridge 35 in part (b) of FIG. 7 is defined by a pair of small grooves that block the extension of the heterojunction HJ5.
  • the semiconductor ridge 35 in part (c) of FIG. 7 is defined by a pair of tapered grooves that block the extension of the heterojunction HJ5.
  • FIG. 8 is a drawing showing the relationship between piezo polarization and band diagram.
  • symbol F1 indicates a quasi-Fermi level on the conduction band side
  • symbol F2 indicates a quasi-Fermi level on the valence band side.
  • the InGaN active layer is formed on ⁇ 20-21 ⁇ plane GaN. When the gallium nitride semiconductor layer provided on this surface receives compressive stress in the in-plane direction, negative piezo-polarized VPW is generated in the gallium nitride semiconductor layer. In FIG. 6, the InGaN active layer receives a compressive stress in the in-plane direction, for example.
  • An InGaN light guide layer having an In composition smaller than the In composition of the InGaN active layer is formed on the active layer.
  • the strain of the InGaN guide layer is relaxed, and the InGaN guide layer includes weak compression.
  • This InGaN light guide layer is divided into four regions GR1, GR2, GR3, GR4.
  • Region GR1 forms a heterojunction with the InGaN active layer. At this hetero interface, a small positive polarization is generated in the region GR1 in accordance with the negative polarization VPW generated in the InGaN active layer, and the InGaN region GR1 exhibits the positive polarization VPG1.
  • the regions GR3 and GR4 are polarized in the negative direction due to the compressive strain of the InGaN optical guide layer, and the regions GR3 and GR4 have negative polarizations VPG3 and VPG4, respectively.
  • Region GR4 forms a heterojunction with the GaN optical guide layer.
  • a polarization VPG0 is generated in the GaN light guide layer in the opposite direction to the polarization in the InGaN light guide layer.
  • negative polarization is generated in the regions GR3 and GR4, and positive polarization is generated in the GaN light guide layer.
  • the region GR4 of the small band gap InGaN optical guide layer has a negative polarization VPG4, a dip DIP is generated in the hole band at this heterointerface.
  • the region GR2 is located between the region GR1 indicating the positive polarization VPG1 and the region GR3 indicating the negative polarization VPG3, and is a polarization transition region.
  • FIG. 9 is a drawing showing the relationship between piezo polarization and band diagrams.
  • symbol F1 indicates a quasi-Fermi level on the conduction band side
  • symbol F2 indicates a quasi-Fermi level on the valence band side.
  • an electron blocking layer made of AlGaN or GaN is provided in the light guide layer.
  • the InGaN active layer includes compressive strain in the in-plane direction
  • the electron block layer includes tensile strain in the in-plane direction.
  • the region GR8 is slightly negatively polarized VPG8 due to the stress from the electron block layer.
  • Have Region GR10 joins the GaN light guide layer and has a small negative polarization VPG10.
  • the polarization transitions between the region GR8 and the region GR10.
  • the two-dimensional hole gas is generated at the heterojunction J2 and J3. Since the heterojunction J2 is provided in the semiconductor ridge, it does not contribute to the lateral spread of carriers.
  • the heterojunction J3 is provided outside the semiconductor ridge. However, since the electron block layer related to the heterojunction J3 is located within about 80 nm from the active layer, the heterojunction J3 hardly contributes to the lateral spread of carriers.
  • the heterojunction J3 is preferably separated from the active layer by a distance of 10 nm or more. Thereby, when the p-type dopant is added to the electron blocking layer, the InGaN well layer is not affected by the diffusion of the p-type dopant.
  • the present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment.
  • a nitride semiconductor light emitting device having a structure capable of reducing the lateral spread of carriers coming from the semiconductor ridge.
  • SYMBOLS 11 Nitride semiconductor light-emitting device, 13 ... 1st group III nitride semiconductor region, 15 ... Active layer, 17 ... 2nd group III nitride semiconductor region, 19 ... Electrode, 21 ... 1st inner side semiconductor layer, 23 ... n-type cladding layer, 25 ... second inner semiconductor layer, 27 ... p-type cladding layer, 29 ... p-type contact layer, Ax ... lamination axis, 31 ... core region, HJ1, HJ2, HJ3, HJ4, HJ5 ... heterojunction , 33a ... well layer, 33b ... barrier layer, 35 ... semiconductor ridge, BOTTOM ... bottom of semiconductor ridge, 37a, 37b ... end face, 39 ... substrate, 39a ... semipolar main surface, Angle ... tilt angle, Sc ... reference plane.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

半導体リッジから来るキャリアの横広がりを低減可能な構造を有する窒化物半導体発光素子を提供できる。｛２０－２１｝面上の半導体レーザではホールバンドにおいてこのヘテロ接合に二次元ホールガスが生成される。二次元ホールガスを生成するヘテロ接合が、半導体リッジから外れて位置するとき、この二次元ホールガスは、ｐ側の半導体領域においてキャリアの横広がりを引き起こしている。一方、c面上の半導体レーザでは、ホールバンドにおいてこのヘテロ接合に二次元ホールガスが生成されない。ヘテロ接合ＨＪが半導体リッジに含まれるとき、半導体リッジから流れ出たキャリアには、二次元ホールガスの働きによる横広がりがない。

Description

窒化物半導体発光素子
　本発明は、窒化物半導体発光素子に関する。
　特許文献１には、窒化ガリウム系半導体レーザ素子に係る。この窒化ガリウム系半導体レーザ素子においては、窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層を含み、各量子井戸層の厚さが１０ｎｍ以下である。これによって、すべての量子井戸層に電子と正孔とを均一に分布させることができる。再結合によって電子・正孔が消滅した量子井戸層内への電子と正孔の注入が効果的に行われるので、量子井戸層内に存在する電子と正孔の密度が効果的に変調される。その結果、その光出力も変調されることが可能となり、光ディスク用としての使用においてデータの読み出し時にエラーを発生しない窒化ガリウム系半導体レーザ素子を実現する。
特開２００８－１７７６２４号公報
　特許文献１は窒化ガリウム系半導体レーザ素子を開示している。窒化ガリウム系半導体レーザ素子は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、スピネル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板又はＧａＡｓ基板を用いて作製され、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製では、基板上に成長された極性ｃ面上にレーザのための半導体層を成長する。エピ成長の最後に０．７μｍ厚のｐ型クラッド層及び０．２μｍ厚のコンタクト層を成長する。この後に、ｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層をエッチングして、リッジ構造を形成している。リッジ形成に際して、光ガイド層がエッチングされていない。このリッジ構造では、エッチングされたｐ型クラッド層の残膜は、０．０５μｍから０．５μｍの範囲にある。
　半極性面上に活性層が設けられた窒化物半導体レーザでは、半極性面上の井戸層のピエゾ分極が負、つまりｃ面上の井戸層のピエゾ分極と逆向きであるとき、発明者らの知見によれば、半導体レーザの特性に違いが生じる。リッジ構造を有する窒化物半導体レーザを半極性面上に作製するとき、発明者らの実験は、半極性面を用いる窒化物半導体レーザのしきい値電流がｃ面を用いる窒化物半導体レーザに比べて大きくなることを示す。これは、井戸層のピエゾ分極がｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への方向に向くような半極性面上に作製される半導体リッジでは、半導体リッジから来るキャリアの横広がりが、ｃ面上に設けられた半導体リッジに比べて大きいことを示唆している。
　発明者らの知見によれば、ｃ面の窒化物半導体レーザに係る技術を半極性面の窒化物半導体レーザに適用できないことが多く、逆向きピエゾ分極に係る技術は一例である。
　本発明は、半導体リッジから来るキャリアの横広がりを低減可能な構造を有する窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
　本発明に係る窒化物半導体発光素子は、（ａ）ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、（ｃ）ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、（ｄ）前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極とを備える。前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、前記第１内側半導体層、前記活性層及び前記第２内側半導体層はコア領域を構成し、前記ｎ型クラッド層、前記コア領域及び前記ｐ型クラッド層は光導波路構造を構成し、前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、前記井戸層はＩｎＧａＮ層を含み、前記活性層の前記井戸層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、前記第２内側半導体層は、前記活性層の前記井戸層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、前記半導体リッジの前記底と前記第２ヘテロ接合との距離は２００ｎｍ以下である。
　この窒化物半導体発光素子によれば、活性層は、第１のIII族窒化物半導体領域の第１内側半導体層とヘテロ接合（第１ヘテロ接合）を成し、このヘテロ接合はｎ型クラッド層のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜する。これ故に、活性層は、いわゆる半極性面上に設けられる。この活性層が圧縮歪みを内包する井戸層を含むとき、該井戸層のピエゾ分極の向きがｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への方向に向くような半極性面上に作製される半導体リッジでは、半導体リッジから来るキャリアの横広がりが、ｃ面上に設けられた半導体リッジからのキャリアの横広がりに比べて大きい。半導体リッジの底と第２ヘテロ接合との距離は２００ｎｍ以下であるとき、半導体リッジから来るキャリアの横広がりの増加が低減されて、光導波路構造における光分布とキャリア分布とのミスマッチに起因する導波ロスを低減できる。このため、しきい値電流の増加が低減される。
　なお、半導体リッジの底と第２ヘテロ接合との距離は３０ｎｍ以上が良い。半導体リッジの底と第２ヘテロ接合との距離が３０ｎｍより短くなると、リッジ加工のダメージが活性層に及んで、発光効率が低下する可能性がある。
　また、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、（ａ）ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、（ｃ）ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、（ｄ）前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極とを備える。前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、前記第２内側半導体層は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内であり前記活性層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、前記第２内側半導体層の前記第３部分はヘテロ接合を含まない。
　この窒化物半導体発光素子によれば、活性層は、第１のIII族窒化物半導体領域の第１内側半導体層とヘテロ接合（第１ヘテロ接合）を成し、このヘテロ接合はｎ型クラッド層のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜する。これ故に、活性層は、いわゆる半極性面上に設けられる。この活性層が圧縮歪みを内包する井戸層を含むとき、該井戸層のピエゾ分極の向きがｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への方向に向くような半極性面上に作製される半導体リッジでは、半導体リッジから来るキャリアの横広がりが、ｃ面上に設けられた半導体リッジからのキャリアの横広がりに比べて大きい。
　この活性層が第２内側半導体層にヘテロ接合（第２ヘテロ接合）を形成する構造に関する発明者検討によれば、第２のIII族窒化物半導体領域の半導体リッジは、第２内側半導体層とｐ型クラッド層との間のヘテロ接合（第３ヘテロ接合）を含む一方で、第２内側半導体層の第３部分、換言すれば、第２ヘテロ接合から積層軸の方向に８０ｎｍを超え半導体リッジの底まで半導体部分は、ヘテロ接合を含まない。この半導体部分がヘテロ接合を含まないとき、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりが抑制され、光分布とキャリア分布のミスマッチが低減されるので、しきい値電流の増加が低減される。
　さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、（ａ）ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、（ｃ）ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、（ｄ）前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極とを備える。前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、前記第２内側半導体層は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内であり前記活性層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、前記第２内側半導体層の前記第３部分はヘテロ接合を含まず、前記第２内側半導体層は、第１光ガイド層及び第２光ガイド層を含み、前記第１光ガイド層のバンドギャップは第２光ガイド層のバンドギャップより大きく、前記第１光ガイド層は前記ｐ型クラッド層と前記第２光ガイド層との間に設けられ、前記第１光ガイド層は前記第２光ガイド層に前記半導体リッジ内においてヘテロ接合を成す。
　この窒化物半導体発光素子によれば、活性層は、第１のIII族窒化物半導体領域の第１内側半導体層とヘテロ接合（第１ヘテロ接合）を成し、このヘテロ接合はｎ型クラッド層のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜する。これ故に、活性層は、いわゆる半極性面上に設けられる。この活性層が圧縮歪みを内包する井戸層を含むとき、該井戸層のピエゾ分極の向きがｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への方向に向くような半極性面上に作製される半導体リッジでは、半導体リッジから来るキャリアの横広がりが、ｃ面上に設けられた半導体リッジからのキャリアの横広がりに比べて大きい。
　この活性層が第２内側半導体層にヘテロ接合（第２ヘテロ接合）を形成する構造に関する発明者検討によれば、第２のIII族窒化物半導体領域の半導体リッジは、第２内側半導体層とｐ型クラッド層との間のヘテロ接合（第３ヘテロ接合）を含む一方で、第２内側半導体層の第３部分、つまり、第２ヘテロ接合から積層軸の方向に８０ｎｍを超え半導体リッジの底までの半導体部分は、ヘテロ接合を含まない。
　また、第１光ガイド層と第２光ガイド層との屈折率差により光閉じ込め性能を向上できる。第１光ガイド層と第２光ガイド層はヘテロ接合を構成し、このヘテロ接合が半導体リッジ内に位置するので、このヘテロ接合に起因するホールバンドにおけるディップにより、半導体リッジから流れ出たキャリアの横広がりが生じることはなく、しきい値電流の増加が低減される。
　さらにまた、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、（ａ）ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、（ｃ）ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、（ｄ）前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極とを備える。前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、前記第２内側半導体層は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内にあり前記活性層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、前記第２内側半導体層の前記第３部分は、前記第２内側半導体層の材料の組成が前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に単調に変化する領域を含む。
　この窒化物半導体発光素子によれば、活性層は、第１のIII族窒化物半導体領域の第１内側半導体層とヘテロ接合（第１ヘテロ接合）を成し、このヘテロ接合はｎ型クラッド層のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜する。これ故に、活性層は、いわゆる半極性面上に設けられる。この活性層が圧縮歪みを内包する井戸層を含むとき、該井戸層のピエゾ分極の向きがｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への方向に向くような半極性面上に作製される半導体リッジでは、半導体リッジから来るキャリアの横広がりが、ｃ面上に設けられた半導体リッジからのキャリアの横広がりに比べて大きい。
　この活性層が第２内側半導体層にヘテロ接合（第２ヘテロ接合）を形成する構造に関する発明者検討によれば、第２のIII族窒化物半導体領域の半導体リッジは、第２内側半導体層とｐ型クラッド層との間のヘテロ接合（第３ヘテロ接合）を含む一方で、第２内側半導体層の第３部分、つまり、第２ヘテロ接合から積層軸の方向に規定された８０ｎｍを超え半導体リッジの底までの半導体部分は、組成傾斜を含むけれどもヘテロ接合を含まない。この半導体部分がヘテロ接合を含まないとき、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりが生じないので、しきい値電流の増加が低減される。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記ｐ型クラッド層のバンドギャップは、前記第３ヘテロ接合において前記第２内側半導体層の前記第２部分のバンドギャップより大きく、前記傾斜角は、５０度以上８０度以下又は１３０度以上１７０度以下の範囲にあることができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、上記の傾斜角の範囲では、ｐ型クラッド層のバンドギャップは第３ヘテロ接合において第２内側半導体層のバンドギャップより大きいので、上記の傾斜角の範囲では、第２内側半導体層のホールバンドにおいて第３ヘテロ接合の近傍にディップが形成される。ホールバンドにおけるディップは正孔の横広がりを引き起こす。しかしながら、第３ヘテロ接合は半導体リッジ内に位置するので、第３ヘテロ接合内においてはキャリアの横広がりは、半導体リッジ幅に限定される。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層の前記第１部分は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内にあり、前記第２内側半導体層の前記第３部分は、ヘテロ接合を含まない。
　この窒化物半導体発光素子によれば、III族窒化物半導体（小さいバンドギャップ）とIII族窒化物半導体（大きなハンドギャップ）とが、ヘテロ接合を成すように配列されるとき、発明者らの検討によれば、このヘテロ接合において、第２内側半導体層のホールバンドにディップが形成され、ホールバンドにおけるディップは正孔の横広がりを引き起こす。しかしながら、第２内側半導体層の第３部分がヘテロ接合を含まないので、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりの発生を避けることができる。
　また、発明者らの検討によれば、第２ヘテロ接合から積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内の部分では、ホールバンドにおけるディップを生成するようなヘテロ接合によるキャリア広がりの影響は小さい。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層は、第１光ガイド層及び第２光ガイド層を含み、前記第１光ガイド層の材料は前記第２光ガイド層の材料と異なり、前記第２内側半導体層の前記第２部分は、前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層とからなる接合を含むことができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、第１光ガイド層は第２光ガイド層と互いに異なる材料からなるので、第２内側半導体層内に屈折率分布を生成でき、光閉じ込めを良好にできる。一方、第２内側半導体層の第２部分が第１光ガイド層と第２光ガイド層とからなるヘテロ接合を含む。このヘテロ接合により、ホールバンドにディップが形成される。しかしながら、このヘテロ接合は半導体リッジに含まれるので、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりの発生を避けることができる。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層の前記第３部分は、前記第２内側半導体層の材料の組成が前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に単調に変化する傾斜組成領域を含むことができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、傾斜組成領域は、第２内側半導体層内に屈折率分布を提供でき、またホールバンドにディップを生成しない。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層の前記第２部分及び前記第３部分は、第１光ガイド層及び第２光ガイド層を含み、前記第２光ガイド層のバンドギャップは前記第１光ガイド層のバンドギャップより大きく、前記第２内側半導体層の前記第２部分及び前記第３部分は、前記第２内側半導体層の材料の組成が前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に単調に変化する組成傾斜領域を更に含み、前記第１光ガイド層は実質的に一定の組成を有し、前記第２光ガイド層は実質的に一定の組成を有することができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、傾斜組成領域は、第１光ガイド層と第２光ガイド層とを繋いで第２内側半導体層内に屈折率分布を生成できる。一方で、傾斜組成領域のおかげで、第１光ガイド層と第２光ガイド層とはヘテロ接合を形成しない。これ故に、第２内側半導体層は、互いに異なる屈折率の第１光ガイド層及び第２光ガイド層を含むけれども、第２内側半導体層におけるホールバンドにディップを生成しない。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層の前記第１部分は電子ブロック層を含むことができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、第２内側半導体層の第１領域が電子ブロック層を含むので、第１領域はヘテロ接合を含む。このヘテロ接合は、第１領域のホールバンドにディップを生成する。しかしながら、第２内側半導体層の第１領域は、活性層に接合を成す程度に活性層に近いので、電子ブロック層に係るヘテロ接合によるキャリア広がりの影響は小さい。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第１部分は、前記電子ブロック層と前記活性層との間に設けられた光ガイド層と、該光ガイド層と前記電子ブロック層との第４のヘテロ接合を含み、前記第４のヘテロ接合は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された１０ｎｍ以上の距離で離れることができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、第４のヘテロ接合に係る半導体層にはドーパントが添加される可能性がある。上記１０ｎｍ以上の距離は、ドーパント拡散の影響を活性層に及ぼさないことを可能にする。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子は、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板を更に備えることができる。前記半極性主面と前記基準面との成す角度は、５０度以上８０度以下又は１３０度以上１７０度以下の範囲にあり、前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は前記半極性主面上に設けられる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、上記の基板上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層がヘテロ接合を成すとき、そのヘテロ接合では、ホールバンドにディップが形成される。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記基板はＧａＮからなることができる。この窒化物半導体発光素子によれば、ＧａＮ基板上にコヒーレントにエピタキシャル成長されるＩｎＧａＮ層には、圧縮歪みが内包される。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第１内側半導体層の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記第１内側半導体層は、前記ｎ型クラッド層と前記活性層との間に設けられた第１光ガイド領域を含み、前記第２内側半導体層の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記第２内側半導体層は、前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に設けられた第２光ガイド領域を含むことができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、緑色レーザといった長波長発光のレーザでは、屈折率の波長分散に起因して光ガイド層とクラッド層の屈折率差が大きくできない。光閉じ込め性を大きくするために、厚い光ガイド層を利用することが有効である。しかしながら、光ガイド層のトータル膜厚が５００ｎｍを超えると、第２内側半導体層については、活性層からアノード電極までの半導体領域における素子直列抵抗が無視できい程度に大きくなり、これは駆動電圧の上昇を招く。また、第１内側半導体層については、光ガイド層のトータル膜厚が５００ｎｍを超えると、光ガイド層の歪み増大や結晶性の悪化を招くことがある。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層は前記第２光ガイド領域を含み、前記第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層（０＜Ｘ＜１）と、ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層（０＜Ｘ＜１）とを含み、前記アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は前記活性層と前記ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との間に設けられ、前記アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層及び前記ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層の合計膜厚は、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの底との間の距離より大きく、前記アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層と前記ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との接合は、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの底との間にあることができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層とＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は同じＩｎ組成を有するので、これらの層はヘテロ界面を構成せず、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりを避けることができる。活性層に近いＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は吸収ロス低減のために、アンドープであることが良い。また、アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層が活性層とＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との間に設けられるので、光ガイド層から活性層へＭｇ拡散を防止できる。
　本発明に係る上記の窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層は前記第２光ガイド領域を含み、前記第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層（０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）とを含み、前記アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、及び前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層は、前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に順に配置されており、前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層は前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層と接合を成し、前記アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層及び前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層の合計の厚さは、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの底との距離より大きいことができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層及びＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層の合計の厚さが第２ヘテロ接合と半導体リッジの底との距離より大きいので、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層とＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層との接合は半導体リッジ内に位置する。よって、この接合はホールバンドのディップを形成するけれども、キャリアの横方向広がりを避けることができる。高Ｉｎ組成の半導体層と低Ｉｎ組成（ゼロを含む）の半導体から光ガイド領域を構成できるので、光ガイド領域の光閉じ込め機能を大きく損なうことなく、結晶品質を良好にでき、また光ガイド領域上に成長されるクラッド及びコンタクト層の結晶品質を劣化させることがない。
　本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記第２内側半導体層は前記第２光ガイド領域を含み、前記第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層と、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層（０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）とを含み、前記アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層、及び前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層は、前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に順に配置されており、前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層におけるＩｎ組成Ｘは、前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層と前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＧａＮ層との界面において組成Ｘ１であり、前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＧａＮ層と前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層との界面において組成Ｘ２であり、前記組成Ｘ１から前記組成Ｘ２まで単調に変化し、前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの底との間に位置することができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層におけるＩｎ組成Ｘが、組成Ｘ１から組成Ｘ２まで単調に変化する。このＭｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層が第２ヘテロ接合と半導体リッジの底との間に位置する。よって、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりを避けながら、良好な光ガイド機能を提供できる。
　本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記傾斜角は６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、上記の傾斜角の半極性面は、均質なＩｎ取り込み及び高Ｉｎ組成の窒化ガリウム系半導体の成長を可能にする。この特徴は、傾斜がｍ軸方向のときにより顕著である。また、基板の半極性主面と基準面との成す角度が６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。
　本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記活性層は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に発振ピーク波長を有する発光スペクトルを生成するように設けられることができる。
　この窒化物半導体発光素子によれば、半極性面を利用して、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に発振ピーク波長を有する発光スペクトルを生成する活性層が作製される。この窒化物半導体発光素子に該活性層を適用するに際して、ヘテロ接合に起因するキャリアの広がりを避けることができる。
　本発明に係る窒化物半導体発光素子では、前記活性層では、前記井戸層は前記第２内側半導体層に接合を成すことができる。
　以上説明したように、本発明によれば、半導体リッジから来るキャリアの横広がりを低減可能な構造を有する窒化物半導体発光素子を提供できる。
図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子に係る構造を示す図面である。 図２は、実施例１に係るリッジ型窒化物半導体レーザの構造を模式的に示す図面である。 図３は、｛２０－２１｝面及びｃ面上の半導体レーザにパルス通電を行って測定したしきい値電流Ｉｔｈ及び距離Ｄとの関係を示す図面である。 図４は、｛２０－２１｝面及びｃ面のバンドダイアグラムを示す図面である。 図５は、実施例２に係るリッジ型窒化物半導体レーザの構造を模式的に示す図面である。 図６は、リッジ型窒化物半導体レーザに適用可能な構造を模式的に示す図面である。 図７は、半導体リッジの形状の例示を示す図面である。 図８は、ピエゾ分極とバンドダイアグラムとの関係を示す図面である。 図９は、ピエゾ分極とバンドダイアグラムとの関係を示す図面である。
　引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体発光素子、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
　図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子に係る構造を示す図面である。図１には、ＸＹＺ座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが記載されている。結晶座標系ＣＲはｃ軸、ａ軸及びｍ軸を有する。
　窒化物半導体発光素子１１は、第１のIII族窒化物半導体領域１３、活性層１５、第２のIII族窒化物半導体領域１７及び電極１９を含む。第１のIII族窒化物半導体領域１３は、第１内側半導体層２１及びｎ型クラッド層２３を含む。活性層１５は、第１内側半導体層２１上に設けられる。第１内側半導体層２１はｎ型クラッド層２３上に設けられる。第２のIII族窒化物半導体領域１７は、第２内側半導体層２５及びｐ型クラッド層２７を含み、ｐ型クラッド層２７は第２内側半導体層２５上に設けられる。第２のIII族窒化物半導体領域１７は、活性層１５上に設けられる。第１内側半導体層２１は活性層１５とｎ型クラッド層２３との間に設けられる。第２内側半導体層２５は活性層１５とｐ型クラッド層２７との間に設けられる。電極１９は、第２のIII族窒化物半導体領域１７上に設けられる。第１のIII族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２のIII族窒化物半導体領域１７は、積層軸Ａｘ（座標系ＳのＺ軸の方法）に沿って順に配列される。
　第１内側半導体層２１、活性層１５及び第２内側半導体層２３はコア領域３１を構成し、コア領域３１はｎ型クラッド層２３とｐ型クラッド層２７との間に設けられる。ｎ型クラッド層２３、コア領域３１及びｐ型クラッド層２７は光導波路構造を構成する。
　活性層１５と第１内側半導体層２１とは第１ヘテロ接合ＨＪ１を構成する。ｎ型クラッド層２３はIII族窒化物半導体からなり、第１ヘテロ接合ＨＪ１は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角Ａｎｇｌｅで傾斜する。図１では、ｎ型クラッド層２３における基準面は、結晶座標系ＣＲのｃ軸の方向を示す軸（ベクトルＶＣで示される軸）に直交する。活性層１５は、少なくとも１つの井戸層３３ａを含み、この井戸層３３ａは例えば窒化ガリウム系半導体からなる。井戸層３３ａは圧縮歪みを内包する。井戸層３３ａのピエゾ分極はｐ型クラッド層２７からｎ型クラッド層２３への方向に向く成分を有する。半極性面上におけるこのピエゾ分極の向きはｃ面上のピエゾ分極の向きと逆である。井戸層３３ａは例えばＩｎＧａＮ層を含むことができる。
　活性層１５は、必要な場合には、複数の井戸層３３ａ及び少なくとも１つの障壁層３３ｂを含むことができる。隣り合う井戸層３３ａの間には障壁層３３ｂが設けられる。活性層１５の最外層は、井戸層からなることができる。活性層１５の井戸層３３ａと第２内側半導体層２５とは第２ヘテロ接合ＨＪ２を構成する。
　第２のIII族窒化物半導体領域１７は半導体リッジ３５を有する。本実施例では、半導体リッジ３５は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される面にそって延在する。窒化物半導体発光素子１１は端面３７ａ及び３７ｂを含み、一実施例では、端面３７ａ及び３７ｂは光共振器を構成することができる。この半導体リッジ３５は、第２内側半導体層２５とｐ型クラッド層２７との第３ヘテロ接合ＨＪ３を含む。第３ヘテロ接合ＨＪ３は、半導体リッジ３５の側面３５ｂで終端する。半導体リッジ３５は上端ＴＯＰ及び底ＢＯＴＴＯＭを有する。半導体リッジ３５の上面３５ａは電極１９に接合Ｊ０を成す。半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭと第２ヘテロ接合ＨＪ２との距離Ｄは２００ｎｍ以下である。
　第２内側半導体層２５は、第１部分２５ａ、第２部分２５ｂ及び第３部分２５ｃを含む。第１部分２５ａ、第３部分２５ｃ及び第２部分２５ｂは積層軸Ａｘに沿って順に配列される。第１部分２５ａは、活性層１５の井戸層３３ａに第２ヘテロ接合ＨＪ２を成す。第２部分２５ｂは、第３ヘテロ接合ＨＪ３から半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭまでの領域である。第３部分２５ｃは第１部分２５ａと第２部分２５ｂとの間に位置する。
　半導体リッジ３５は、第２内側半導体層２５の一部と、ｐ型クラッド層２７と、ｐ型コンタクト層２９とを含む。第２内側半導体層２５は光ガイド層として働き、この光ガイド層上にｐ型クラッド層２７が設けられ、このｐ型クラッド層２７上にｐ型コンタクト層２９が設けられる。
　この窒化物半導体発光素子１１によれば、活性層１５は、第１のIII族窒化物半導体領域１３の第１内側半導体層２１とヘテロ接合（第１ヘテロ接合ＨＪ１）を成す。このヘテロ接合ＨＪ１はｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角Ａｎｇｌｅで傾斜し、これ故に、活性層１５はいわゆる半極性面上に設けられる。この活性層１５が、圧縮歪みの井戸層３３ａを含むとき、該井戸層３３ａのピエゾ分極の向きがｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への方向に向くような半極性面上に作製される半導体リッジ３５では、半導体リッジ３５から来るキャリアの横広がりが、ｃ面上に設けられた半導体リッジからのキャリアの横広がりに比べて大きい。半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭと第２ヘテロ接合ＨＪ２との距離は２００ｎｍ以下であるとき、半導体リッジ３５から来るキャリアの横広がりの増加が低減されて、光導波路構造における光分布とキャリア分布とのミスマッチに起因する導波ロスを低減できる。このため、しきい値電流の増加が低減される。
　（実施例１）
ｃ面に作製されるリッジ型窒化物半導体レーザでは、ｐ型窒化物半導体領域が高い抵抗であることもあって半導体リッジ構造の幅に電流の狭窄が所望の程度に達成されている。これは、ｃ面に作製されるリッジ型窒化物半導体レーザでは、キャリア分布と光分布とマッチングの程度が受け入れ可能な程度にあることを意味する。
　一方、一部の半極性面上に作製されるリッジ型窒化物半導体レーザでは、電流狭窄の不足が、ｃ面上では所望の電流狭窄を達成しているリッジ深さにおいて生じている。電流狭窄の不足は、しきい値電流の増加として現れる。このリッジ型窒化物半導体レーザでは、キャリア分布と導波光分布とのミスマッチに起因する導波ロスにより、レーザ特性が悪化する。発明者らの検討によれば、ピエゾ分極の向きがｃ面上に対して反対になる半極性面上では、ｐ型窒化物半導体領域において電流の横広がりがｃ面上のｐ型窒化物半導体領域に比べて、しきい値電流増加を引き起こしている。
　半極性ＧａＮ基板を準備する。この半極性ＧａＮ基板の主面は｛２０－２１｝面を有する。｛２０－２１｝面では、基板のＧａＮのｃ軸はこのＧａＮのｍ軸の方向に７５度の角度で傾斜している。ＧａＮ基板のサーマルクリーニングを行う。サーマルクリーニングは、アンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を含む雰囲気中で行われ、熱処理温度は、摂氏１０５０度である。この前処理の後に、まず、第１のIII族窒化物半導体領域を成長する。ＧａＮ基板の半極性主面上に、ｎ型ＧａＮ層を成長する。成長温度は摂氏１０５０度である。基板温度を摂氏８４０度に下げた後に、このｎ型ＧａＮ層上にｎ型クラッド層を成長する。本実施例では、ｎ型クラッド層として、厚さ２μｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４である。摂氏８４０度の基板温度において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に、ｎ型ＧａＮ光ガイド層を成長すると共に、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０３である。これらの光ガイド層からなるｎ側の内側半導体層を形成した後に、この内側半導体層上に活性層を成長する。この実施例では、活性層として、摂氏７９０度の基板温度においてＩｎＧａＮ層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．３０であり、ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。活性層上に、第２のIII族窒化物半導体領域を成長する。例えば、基板温度を摂氏８４０度に上昇した後に、活性層上にアンドープＩｎＧａＮ光ガイド層を成長すると共に、ｐ型ＧａＮ光ガイド層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０３である。これらの光ガイド層からなるｐ側の内側半導体層を形成した後に、この内側半導体層上に厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０２であり、Ａｌ組成は０．０７である。基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長する。これらの工程によりエピタキシャル基板を作製できる。
　このエピタキシャル基板にフォトリソグラフィ、ドライエッチング及び真空蒸着を適用して、幅２μｍの半導体リッジ及び長さ６００μｍの光共振器のリッジ型窒化ガリウム系半導体レーザを作製する。
　この作製において、第２のIII族窒化物半導体領域をエッチングして半導体リッジを形成する。半導体リッジの加工は、ドライエッチングにより行われる。ドライエッチングによるエッチング量を変化させて、異なる半導体リッジの高さを有する複数の半導体レーザを作製する。半導体リッジの加工において、活性層と光ガイド層との界面から半導体リッジの底までの距離を値「Ｄ」として参照する。
　ドライエッチングによる加工により、半導体リッジの上面及び側面が形成される。半導体リッジを形成した後に、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（具体的にはＳｉＯ２）を形成する。この絶縁膜は、半導体リッジの側面及び光ガイド層の表面（エッチングにより形成された表面）を覆うと共に半導体リッジの上面（半極性を示すコンタクト面）に開口を有する。半導体リッジの上に電極を形成する。半導体リッジ上面にはアノード電極（例えばＮｉ／Ａｕ）を蒸着により形成する。このオーミック電極を覆うようにパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。ＧａＮ基板の裏面は研磨して、基板膜厚８０μｍの研磨基板を形成する。このＧａＮ基板の研磨面上の全面にカソード電極（例えばＴｉ／Ａｌ）とパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。これらの工程により、基板生産物が作製される。
　電極を形成した後に、基板生産物の割断を行って光共振器のための端面（へき開面と異なる端面）を形成する。これらの端面上に誘電体多層膜を成膜する。誘電体多層膜はＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。これらの工程により、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜させた半極性ＧａＮ基板｛２０－２１｝面上に半導体レーザが作製される。この半導体レーザは５２０ｎｍ波長帯で発光できる。
　比較例として、上記のエピタキシャル基板の構造をc面ＧａＮ基板上に作製する。c面ＧａＮ基板を用いるエピタキシャル基板では、井戸層はＩｎＧａＮ層（Ｉｎ組成０．０７）を含み、この半導体レーザは４１０ｎｍ帯において発振可能である。この半導体レーザには端面コートはしていない。
　図２は、実施例１に係るリッジ型窒化物半導体レーザの構造を模式的に示す図面である。図２の（ａ）部は実施例１に係るリッジ型窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板の構造を模式的に示す図面である。図２の（ｂ）部は実施例１に係るリッジ型窒化物半導体レーザにおけるリッジ構造を模式的に示す図面である。図３は、｛２０－２１｝面及びｃ面上の半導体レーザにパルス通電を行って測定したしきい値電流Ｉｔｈ及び距離Ｄとの関係を示す図面である。｛２０－２１｝面上の半導体レーザ１１ａでは、距離Ｄが１５０ｎｍを超えたあたりからしきい値電流Ｉｔｈが急激に増加する。一方、ｃ面上の半導体レーザでは、しきい値電流Ｉｔｈは、距離Ｄが２００ｎｍあたりから増加する。
　活性層が圧縮歪みを内包する井戸層を含むとき、上記の｛２０－２１｝面上の半導体レーザでは、その井戸層のピエゾ分極の向きがｐ型クラッド層からｎ型クラッド層への方向に向く。このような活性層の半極性面上に半導体リッジが作製される。発明者らの考察によれば、この構造では、図３に示されるように、半導体リッジから来るキャリアの横広がりが、ｃ面上に設けられた半導体リッジからのキャリアの横広がりに比べて大きい。｛２０－２１｝面上の半導体レーザでは、半導体リッジの底と第２ヘテロ接合との距離Ｄが２００ｎｍ以下であるとき、半導体リッジから来るキャリアの横広がりの程度が許容可能であり、光導波路構造における光分布とキャリア分布とのミスマッチに起因する導波ロスを許容できると考えられる。このため、しきい値電流の増加が抑制されている。
　発明者らの更なる考察によれば、上記の距離Ｄ１５０ｎｍは、ｐ側内側半導体層のアンドープＩｎＧａＮ光ガイド層とｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層との合計膜厚にほぼ等しい。ｐ側内側半導体層のアンドープＩｎＧａＮ光ガイド層とｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層とはヘテロ接合を形成する。｛２０－２１｝面上の半導体レーザでは、図４の（ａ）部に示されるように、ホールバンドにおいてこのヘテロ接合に二次元ホールガスが生成される。二次元ホールガスＨＧを生成するヘテロ接合が、半導体リッジから外れて位置するとき、この二次元ホールガスＨＧは、ｐ側の半導体領域においてキャリアの横広がりを引き起こしている可能性がある。一方、c面上の半導体レーザでは、図４の（ｂ）部に示されるように、ホールバンドにおいてこのヘテロ接合に二次元ホールガスが生成されない。
　図４に示されるように、｛２０－２１｝面上の井戸層ＷＳにおけるバンドの傾きがｃ面上の井戸層ＷＣにおけるバンドの傾きと逆向きであるので、｛２０－２１｝面上の井戸層ＷＳにおけるピエゾ分極の向きは、ｃ面上の井戸層ＷＣにおけるピエゾ分極の向きと逆である。c面上の半導体レーザでは、｛２０－２１｝面上の半導体レーザのような二次元ホールガスの生成のような現象が生じない。
　図４に示されるように、破線ＲＧは半導体リッジの底ＢＯＴＴＯＭの位置を示す。ヘテロ接合ＨＪが半導体リッジ内に含まれないとき、半導体リッジから流れ出たキャリアは、二次元ホールガスの働きにより横方向にも流れる。
　（実施例２）
図５は、実施例２に係るリッジ型窒化物半導体レーザの構造を模式的に示す図面である。実施例２に係るリッジ型窒化物半導体レーザ１１ｂでは、実施例1における半極性面のレーザ構造のｐ側内側半導体層において、ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層とｐ型ＧａＮ光ガイド層との間に、厚さ２０ｎｍの組成傾斜層を設ける。組成傾斜層では、Ｉｎ組成はｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層の界面におけるＩｎ組成値からｐ型ＧａＮ光ガイド層の界面におけるＩｎ組成値（Ｉｎ組成ゼロ）に連続的に増加する。半導体リッジ形成のエッチングにおいて、距離Ｄは１７０ｎｍである。
　この半導体レーザのしきい値電流Ｉｔｈは７０ｍＡ程度であり、図３を参照して比較すると、１７０ｎｍの距離Ｄを有する半導体レーザのしきい値に比べて、６０から７０％程度に低い。このしきい値電流の低下は、光ガイド領域におけるヘテロ接合が組成傾斜層に置き換えられて、二次元ホールガスによるキャリア広がりが抑制されていることを示すと考えられる。
　上記の実施例１及び実施例２の結果を検討した結果、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１１は、以下の形態を有することが良い。
　再び図１を参照しながら、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１１を説明する。傾斜角Ａｎｇｌｅが５０度以上８０度以下又は１３０度以上１７０度以下の範囲にあることができる。ｐ型クラッド層２７のバンドギャップが第３ヘテロ接合ＨＪ３において第２内側半導体層２５の第２部分２５ｂのバンドギャップより大きい。これ故に、第２内側半導体層２５のホールバンドにおいて第３ヘテロ接合ＨＪ３の近傍にディップが形成される。ホールバンドにおけるディップは正孔の横広がりを引き起こす。しかしながら、第３ヘテロ接合ＨＪ３は半導体リッジ３５内に位置するので、第３ヘテロ接合ＨＪ３内においてはキャリアの横広がりは、半導体リッジ３５の幅に限定される。
　窒化物半導体発光素子１１は、基板３９を更に備えることができる。基板３９は、III族窒化物半導体からなる半極性主面３９ａを有する。半極性主面３９ａは、III族窒化物半導体のｃ軸の方向の延在する軸（ベクトルＶＣで示される軸Ｃｘ）に直交する基準面Ｓｃに対して傾斜する、半極性主面３９ａと基準面Ｓｃとの成す角度（実質的に角度Ａｎｇｌｅに等しい角度）は、５０度以上８０度以下又は１３０度以上１７０度以下の範囲にあることができる。第１のIII族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２のIII族窒化物半導体領域１７は、半極性主面３９ａ上に設けられる。上記の基板３９上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層がヘテロ接合を成すとき、そのヘテロ接合は、ホールバンドにディップが形成される。基板３９はＧａＮからなることができる。ＧａＮ基板上にコヒーレントにエピタキシャル成長されるＩｎＧａＮ層には、圧縮歪みが内包される。
　また、傾斜角Ａｎｇｌｅは６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。上記の傾斜角Ａｎｇｌｅの半極性面３９ａは、均質なＩｎ取り込み及び高Ｉｎ組成の窒化ガリウム系半導体の成長を可能にする。また、基板３９の半極性主面３９ａと基準面Ｓｃとの成す角度が６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。
　活性層１５は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成するように設けられることができる。５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成する活性層１５は、半極性面を利用して作製される。この窒化物半導体発光素子１１に該活性層１５を適用するに際して、ヘテロ接合に起因するキャリアの広がりを避けることができる。活性層１５では、井戸層３３ａは第２内側半導体層２７に接合を成すことができる。
　図１を参照すると、第２内側半導体２５として構造Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４が示されている。
・構造Ａ１～Ａ４。
この窒化物半導体発光素子１１において、III族窒化物半導体（小さいバンドギャップ）とIII族窒化物半導体（大きなハンドギャップ）とが、ヘテロ接合を成すように配列されるとき、発明者らの検討によれば、このヘテロ接合において、第２内側半導体層２５のホールバンドにディップが形成される。このヘテロ接合が半導体リッジ３５に含まれないとき、ホールバンドにおけるディップは正孔の横広がりを引き起こす。しかしながら、図１に示される構造Ａ１～Ａ４のように、第３部分２５ｃがヘテロ接合を含まないので、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりの発生を避けることができる。
・構造Ａ１、Ａ２。
発明者らの検討によれば、第２ヘテロ接合ＨＪ２から積層軸Ａｘの方向に規定された８０ｎｍ以内の部分では、ホールバンドにおけるディップを生成するようなヘテロ接合によるキャリア広がりの影響は小さい。図１に示される構造Ａ１、Ａ２では、第２内側半導体層２５の第１部分２５ａは、薄い半導体層４０の厚さにより提供され、電子ブロック層４１を含むことができる。電子ブロック層４１が、第２内側半導体層２５において第２ヘテロ接合ＨＪ２から８０ｎｍ以内の第１部分２５ａに含まれるとき、第１部分２５ａはヘテロ接合ＨＪ４を含む。このヘテロ接合ＨＪ４は、第１部分２５ａのホールバンドにディップを生成する。しかしながら、第１部分２５ａは、活性層１５に接合を成す程度に活性層１５に近いので、電子ブロック層４１に係るヘテロ接合ＨＪ４によるキャリア広がりの影響は小さい。
　また、第１部分２５ａの第４ヘテロ接合ＨＪ４は、第２ヘテロ接合ＨＪ２から積層軸Ａｘの方向に規定された１０ｎｍ以上の距離で離れることが良い。第４ヘテロ接合ＨＪ４に係る半導体層（例えば電子ブロック層４１）にはドーパントが添加される可能性がある。上記１０ｎｍ以上の距離は、ドーパント拡散の影響を活性層１５に及ぼさないことを可能にする。上記１０ｎｍ以上の距離を提供するために、活性層１５と電子ブロック層４１との間に薄い半導体層が設けられ、この薄い半導体層は、光ガイド層又は障壁層の材料と同じ材料からなっていてもよい。薄い半導体層は、電子ブロック層４１のバンドギャップと井戸層のバンドギャップとの間にバンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体、例えばＧａＮ又はＩｎＧａＮからなることができる。
・構造Ａ３、Ａ４。
一方、実施例１及び実施例２のように、窒化物半導体発光素子１１では、第２内側半導体層２５の第１部分２５ａは第２ヘテロ接合ＨＪ２から積層軸Ａｘの方向に規定された８０ｎｍ以内にあり、第３部分２５ｃはヘテロ接合を含まない。
・構造Ａ２、Ａ４。
第２内側半導体層２５は、第１光ガイド層４３及び第２光ガイド層４５を含むことができる。第１光ガイド層４３の材料は第２光ガイド層３５の材料と異なる。これ故に、第２光ガイド層４５のバンドギャップは第１光ガイド層４３のバンドギャップより大きい。第２部分２５ｂは第１光ガイド層４３と第２光ガイド層４５とからなる接合ＨＪ５を含む。第１光ガイド層４３は第２光ガイド層４５と互いに異なる材料からなるので、第２内側半導体層内２５に屈折率分布を生成できる。一方、第２内側半導体層２５の第２部分２５ｂが第１光ガイド層４３と第２光ガイド層４５とからなるヘテロ接合ＨＪ５を含む。このヘテロ接合ＨＪ５により、ホールバンドにディップが形成される。しかしながら、このヘテロ接合ＨＪ５は半導体リッジ３５に含まれるので、ホールバンドにおけるディップによるキャリア横広がりの発生を避けることができる。
・構造Ａ１、Ａ３。
窒化物半導体発光素子１１では、第２内側半導体層２５の第２部分２５ｂ及び第３部分２５ｃは、第１光ガイド層４３及び第２光ガイド層４５を含み、第２光ガイド層４５のバンドギャップは第１光ガイド層４３のバンドギャップより大きく、第２内側半導体層２５の第２部分２５ｂ及び第３部分２５ｃは、第２内側半導体層２５の材料の組成がｎ型クラッド層２３からｐ型クラッド層２７への方向に単調に変化する組成傾斜領域４７を更に含むことができる。第１光ガイド層４３は実質的に一定の組成を有し、第２光ガイド層４５は実質的に一定の組成を有し、組成傾斜領域４７ではＩｎ組成が減少している。
　傾斜組成領域４７は、第１光ガイド層４３と第２光ガイド層４５とを繋いで第２内側半導体層内に屈折率分布を生成できる一方で、傾斜組成領域４７のおかげで、第１光ガイド層４３と第２光ガイド層４５とはヘテロ接合を形成しない。これ故に、第２内側半導体層２５は、互いに異なる屈折率の第１光ガイド層４３及び第２光ガイド層４５を含むけれども、第２内側半導体層２５におけるホールバンドにディップを生成しない。
　なお、窒化物半導体発光素子１１では、第２内側半導体層２５の第３部分２５ｃが傾斜組成領域４７を含むけれども、組成傾斜は、第２内側半導体層２５の一部又は全部に設けられることができる。傾斜組成は、第２内側半導体層２５内に屈折率分布を生成できる。また、ホールバンドにディップを生成しない。
　良好な実施例では、第２内側半導体層２５の厚さＤＧ２は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることができる。第２内側半導体層２５はｐ型クラッド層２７と活性層１５との間に設けられた第２光ガイド領域を含むことができる。また、第１内側半導体層２１の厚さＤＧ１は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることができる。第１内側半導体層２１は、ｎ型クラッド層２３と活性層１５との間に設けられた第１光ガイド領域を含む。
　緑色レーザといった長波長発光のレーザでは、屈折率の波長分散に起因して光ガイド層とクラッド層の屈折率差を大きくできない。屈折率差を大きくできないことを補うために、上記のような厚い光ガイド層を利用することが有効である。しかしながら、光ガイド層のトータル膜厚が５００ｎｍを超えると、第２内側半導体層２５については、活性層１５からアノード電極までの半導体領域における素子直列抵抗が無視できい程度に大きくなる。これは駆動電圧の上昇を招く。また、第１内側半導体層２１については、光ガイド層のトータル膜厚が５００ｎｍを超えると、光ガイド層の歪み増大や結晶性の悪化を招くことがある。
　良好な実施例では、第２内側半導体層２５では、図６の（ａ）部に含まれるように、第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）５３ａと、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）５３ｂと、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層（０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）５３ｃを含むことができる。アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ａ、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ｂ、及びＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層５３ｃは、ｎ型クラッド層２３からｐ型クラッド層２７への方向に順に配置されている。ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層５３ｃはＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ｂと接合（図１におけるヘテロ接合ＨＪ５）を成す。アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ａ及びＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ｂの合計の厚さは第２ヘテロ接合ＨＪ２と半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭとの距離より大きい。
　この窒化物半導体発光素子１１によれば、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ａ及びＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ｂの合計の厚さが第２ヘテロ接合ＨＪ２と半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭとの距離より大きいので、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層５３ｃとＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５３ｂとの接合（図１に示されたヘテロ接合ＨＪ５）は半導体リッジ３５内に位置する。高Ｉｎ組成の半導体層と低Ｉｎ組成（ゼロを含む）の半導体から光ガイド領域を構成できるので、光ガイド領域の光閉じ込め機能を大きく損なうことなく、結晶品質を良好にでき、また光ガイド領域（５３ａ～５３ｃ）上に成長されるクラッド層２７及びコンタクト層２９の結晶品質を劣化させることがない。
　良好な実施例では、第２内側半導体層２５では、図６の（ｂ）部に含まれるように、第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）５５ａと、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）５５ｂと、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層５５ｃと、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層（０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）５５ｄを含むことができる。アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５５ａ、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５５ｂ、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層５５ｃ、及びＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層５５ｄは、ｎ型クラッド層２３からｐ型クラッド層２７への方向に順に配置されている。Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層におけるＩｎ組成Ｘは、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層５５ｂとＭｇドープ組成傾斜ＩｎＧａＮ層５５ｃとの界面において組成Ｘ１である。Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＧａＮ層５５ｃとＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層５５ｄとの界面において組成Ｘ２である。組成Ｘ１から組成Ｘ２まで単調に変化する。Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層５５ｃは、半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭと第２ヘテロ接合ＨＪ２との間に位置する。
　この窒化物半導体発光素子１１によれば、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層５５ｃにおけるＩｎ組成Ｘが、組成Ｘ１から組成Ｘ２まで単調に変化する。このＭｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層５５ｃが第２ヘテロ接合ＨＪ２と半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭとの間に位置する。なお、第２内側半導体層２５におけるＩｎ組成は、ｎ型クラッド層２３からｐ型クラッド層２７への方向に単調に変化することができる。
　良好な実施例では、第２内側半導体層２５では、図６の（ｂ）部に示される構造において組成傾斜層を含むことなく、第２光ガイド領域はアンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層（０＜Ｘ＜１）及びＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層（０＜Ｘ＜１）を含むことができる。アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は活性層１５とＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との間に設けられる。アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層及びＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層の合計膜厚は、第２ヘテロ接合ＨＪ２と半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭとの間の距離より大きい。アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層とＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との接合は、第２ヘテロ接合ＨＪ２と半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭとの間にあることができる。この窒化物半導体発光素子１１によれば、アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層とＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は同じＩｎ組成なので、これらの層はヘテロ界面を構成しない。活性層１５に近いＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は吸収ロス低減のために、アンドープであることが良い。また、アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層が活性層１５とＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との間に設けられるので、光ガイド層から活性層１５へＭｇ拡散を防止できる。
　図７は、半導体リッジの形状の例示を示す図面である。図７に示されるように、半導体リッジは、図１に示される形状だけでなく、図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部に示される形状を有することができる。図７の（ａ）部～（ｃ）部に示される形状では、２層の光ガイド層４３、４５によって形成されるヘテロ接合ＨＪ５が半導体リッジの側面において終端している。図７の（ａ）部における半導体リッジ３５はトレンチにより規定される。図７の（ｂ）部における半導体リッジ３５は、ヘテロ接合ＨＪ５の延在を遮る小さい一対の溝により規定される。図７の（ｃ）部における半導体リッジ３５は、ヘテロ接合ＨＪ５の延在を遮るテーパ形状の一対の溝により規定される。これらのリッジ形状は、ドライエッチングにより形成可能である。
　図８は、ピエゾ分極とバンドダイアグラムとの関係を示す図面である。図８において、符号Ｆ１は伝導帯側の擬フェルミ準位を示し、符号Ｆ２は価電子帯側の擬フェルミ準位を示す。ＩｎＧａＮ活性層は｛２０－２１｝面ＧａＮ上に形成される。この面上に設けられた窒化ガリウム半導体層がその面内方向に圧縮応力を受けるとき、その窒化ガリウム半導体層に負のピエゾ分極ＶＰＷが発生する。図６において、ＩｎＧａＮ活性層は、例えば面内方向に圧縮応力を受ける。この活性層上に、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成より小さいＩｎ組成のＩｎＧａＮ光ガイド層が形成される。ＩｎＧａＮ活性層上では、ＩｎＧａＮガイド層の歪みが緩和されて、ＩｎＧａＮガイド層は弱い圧縮を内包する。このＩｎＧａＮ光ガイド層を４つの領域ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、ＧＲ４に分ける。領域ＧＲ１はＩｎＧａＮ活性層にヘテロ接合を成す。このヘテロ界面において、ＩｎＧａＮ活性層に生成された負の分極ＶＰＷに応じて、領域ＧＲ１には小さく正の分極が生成されて、ＩｎＧａＮ領域ＧＲ１は正の分極ＶＰＧ１を示す。領域ＧＲ３、ＧＲ４はＩｎＧａＮ光ガイド層の圧縮歪みに起因して負方向に分極が生成されて、領域ＧＲ３、ＧＲ４は、それぞれ負の分極ＶＰＧ３、ＶＰＧ４を有する。領域ＧＲ４はＧａＮ光ガイド層にヘテロ接合を成す。このヘテロ界面において、ＧａＮ光ガイド層には、ＩｎＧａＮ光ガイド層における分極と反対向きに分極ＶＰＧ０が発生する。このように、領域ＧＲ３、ＧＲ４には負の分極が生成され、ＧａＮ光ガイド層には正の分極が生成される。小さいバンドギャップのＩｎＧａＮ光ガイド層の領域ＧＲ４は負の分極ＶＰＧ４を有するので、このヘテロ界面においてホールバンドにはディップＤＩＰが生成される。領域ＧＲ２は、正の分極ＶＰＧ１を示す領域ＧＲ１と負の分極ＶＰＧ３を示す領域ＧＲ３との間に位置し、分極の遷移領域である。
　図９は、ピエゾ分極とバンドダイアグラムとの関係を示す図面である。図９において、符号Ｆ１は伝導帯側の擬フェルミ準位を示し、符号Ｆ２は価電子帯側の擬フェルミ準位を示す。図９におけるエピ構造では、ＡｌＧａＮ又はＧａＮからなる電子ブロック層が光ガイド層内に設けられる。
　この構造では、ＩｎＧａＮ活性層は、面内方向の圧縮歪みを含み、電子ブロック層は面内方向の引っ張り歪みを含む。ＩｎＧａＮ活性層と電子ブロック層との間のＩｎＧａＮ光ガイド層を３つの領域ＧＲ５、ＧＲ６、ＧＲ７に分けるとき、領域ＧＲ５は、正の分極ＶＰＧ５を有し、領域ＧＲ７は、負の分極ＶＰＧ７を有し、領域ＧＲ６では、領域ＧＲ５と領域ＧＲ７との間において分極が遷移する。
　また、ＧａＮ光ガイド層と電子ブロック層との間のＩｎＧａＮ光ガイド層を３つの領域ＧＲ８、ＧＲ９、ＧＲ１０に分けるとき、領域ＧＲ８は、電子ブロック層からの応力を受けて少し大きい負の分極ＶＰＧ８を有する。領域ＧＲ１０はＧａＮ光ガイド層に接合を成し、小さい負の分極ＶＰＧ１０を有する。領域ＧＲ９では、領域ＧＲ８と領域ＧＲ１０との間において分極が遷移する。
　この構造では、二次元ホールガスは、ヘテロ接合Ｊ２、Ｊ３で生成される。ヘテロ接合Ｊ２は、半導体リッジ内に設けられるので、キャリアの横広がりに寄与しない。ヘテロ接合Ｊ３は、半導体リッジ外に設けられる。しかしながら、ヘテロ接合Ｊ３に係る電子ブロック層が活性層から８０ｎｍ程度の以内に位置するので、このヘテロ接合Ｊ３は、キャリアの横広がりにほとんど寄与しない。ヘテロ接合Ｊ３は、活性層から１０ｎｍ以上の距離で離すことが良い。これにより、電子ブロック層にｐ型ドーパントが添加されているとき、このｐ型ドーパントの拡散の影響をＩｎＧａＮ井戸層が受けることがない。
　本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
　本実施の形態によれば、半導体リッジから来るキャリアの横広がりを低減可能な構造を有する窒化物半導体発光素子を提供できる。
１１…窒化物半導体発光素子、１３…第１のIII族窒化物半導体領域、１５…活性層、１７…第２のIII族窒化物半導体領域、１９…電極、２１…第１内側半導体層、２３…ｎ型クラッド層、２５…第２内側半導体層、２７…ｐ型クラッド層、２９…ｐ型コンタクト層、Ａｘ…積層軸、３１…コア領域、ＨＪ１、ＨＪ２、ＨＪ３、ＨＪ４、ＨＪ５…ヘテロ接合、３３ａ…井戸層、３３ｂ…障壁層、３５…半導体リッジ、ＢＯＴＴＯＭ…半導体リッジの底、３７ａ、３７ｂ…端面、３９…基板、３９ａ…半極性主面、Ａｎｇｌｅ…傾斜角、Ｓｃ…基準面。

Claims (20)

  1. 　窒化物半導体発光素子であって、
    　ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、
    　ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極と、
    を備え、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、
    　前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記第１内側半導体層、前記活性層及び前記第２内側半導体層はコア領域を構成し、
    　前記ｎ型クラッド層、前記コア領域及び前記ｐ型クラッド層は光導波路構造を構成し、
    　前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、
    　前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、
    　前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、
    　前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、前記井戸層はＩｎＧａＮ層を含み、
    　前記活性層の前記井戸層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、
    　前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、
    　前記第２内側半導体層は、前記活性層の前記井戸層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、
    　前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、
    　前記半導体リッジの前記底と前記第２ヘテロ接合との距離は２００ｎｍ以下である、窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記ｐ型クラッド層のバンドギャップは、前記第３ヘテロ接合において前記第２内側半導体層の前記第２部分のバンドギャップより大きく、
    　前記傾斜角は、５０度以上８０度以下又は１３０度以上１７０度以下の範囲にある、請求項１に記載された窒化物半導体発光素子。
  3. 　前記第２内側半導体層の前記第１部分は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内にあり、
    　前記第２内側半導体層の前記第３部分は、ヘテロ接合を含まない、請求項１又は請求項２に記載された窒化物半導体発光素子。
  4. 　前記第２内側半導体層は、第１光ガイド層及び第２光ガイド層を含み、
    　前記第１光ガイド層の材料は前記第２光ガイド層の材料と異なり、
    　前記第２内側半導体層の前記第２部分は、前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層とからなる接合を含む、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  5. 　前記第２内側半導体層の前記第３部分は、前記第２内側半導体層の材料の組成が前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に単調に変化する傾斜組成領域を含む、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  6. 　前記第２内側半導体層の前記第２部分及び前記第３部分は、第１光ガイド層及び第２光ガイド層を含み、
    　前記第２光ガイド層のバンドギャップは前記第１光ガイド層のバンドギャップより大きく、
    　前記第２内側半導体層の前記第２部分及び前記第３部分は、前記第２内側半導体層の材料の組成が前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に単調に変化する組成傾斜領域を更に含み、
    　前記第１光ガイド層は実質的に一定の組成を有し、
    　前記第２光ガイド層は実質的に一定の組成を有する、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  7. 　前記第２内側半導体層の前記第１部分は電子ブロック層を含む、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  8. 　前記第１部分は、前記電子ブロック層と前記活性層との間に設けられた光ガイド層と、該光ガイド層と前記電子ブロック層との第４のヘテロ接合を含み、
    　前記第４のヘテロ接合は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された１０ｎｍ以上の距離で離れる、請求項７に記載された窒化物半導体発光素子。
  9. 　III族窒化物半導体からなる半極性主面を有する基板を更に備え、
    　前記半極性主面と前記基準面との成す角度は、５０度以上８０度以下又は１３０度以上１７０度以下の範囲にあり、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、前記半極性主面上に設けられる、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  10. 　前記基板はＧａＮからなる、請求項９に記載された窒化物半導体発光素子。
  11. 　前記第１内側半導体層の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
    　前記第１内側半導体層は、前記ｎ型クラッド層と前記活性層との間に設けられた第１光ガイド領域を含み、
    　前記第２内側半導体層の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
    　前記第２内側半導体層は、前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に設けられた第２光ガイド領域を含む、請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  12. 　前記第２内側半導体層は第２光ガイド領域を含み、
    　前記第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層（０＜Ｘ＜１）と、ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層（０＜Ｘ＜１）とを含み、
    　前記アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は前記活性層と前記ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との間に設けられ、
    　前記アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層及び前記ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層の合計膜厚は、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの前記底との間の距離より大きく、
    　前記アンドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層と前記ＭｇドープＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との接合は、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの前記底との間にある、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  13. 　前記第２内側半導体層は第２光ガイド領域を含み、
    　前記第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層（０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）とを含み、
    　前記アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、及び前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層は、前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に順に配置されており、
    　前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層は前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層と接合を成し、
    　前記アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層及び前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層の合計の厚さは、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの前記底との距離より大きい、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  14. 　前記第２内側半導体層は第２光ガイド領域を含み、
    　前記第２光ガイド領域は、アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層（０＜Ｘ１＜１）と、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層と、ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層（０≦Ｘ２＜Ｘ１＜１）とを含み、
    　前記アンドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層、Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層、及び前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層は、前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に順に配置されており、
    　前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層におけるＩｎ組成Ｘは、前記ＭｇドープＩｎＸ１Ｇａ１－Ｘ１Ｎ層と前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層との界面において組成Ｘ１であり、前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層と前記ＭｇドープＩｎＸ２Ｇａ１－Ｘ２Ｎ層との界面において組成Ｘ２であり、前記組成Ｘ１から前記組成Ｘ２まで単調に変化し、
    　前記Ｍｇドープ組成傾斜ＩｎＸＧａ１－ＸＮ層は、前記第２ヘテロ接合と前記半導体リッジの前記底との間に位置する、請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  15. 　前記傾斜角は６３度以上８０度以下の範囲にある、請求項１～請求項１４のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  16. 　前記活性層は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に発振ピーク波長を有する発光スペクトルを生成するように設けられる、請求項１～請求項１５のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  17. 　前記活性層では、前記井戸層は前記第２内側半導体層に接合を成す、請求項１～請求項１６のいずれか一項に記載された窒化物半導体発光素子。
  18. 　窒化物半導体発光素子であって、
    　ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、
    　ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極と、
    を備え、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、
    　前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、
    　前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、
    　前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、
    　前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、
    　前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、
    　前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、
    　前記第２内側半導体層は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内であり前記活性層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、
    　前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、
    　前記第２内側半導体層の前記第３部分はヘテロ接合を含まない、窒化物半導体発光素子。
  19. 　窒化物半導体発光素子であって、
    　ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、
    　ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極と、
    を備え、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、
    　前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、
    　前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、
    　前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、
    　前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、
    　前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、
    　前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、
    　前記第２内側半導体層は、前記第２ヘテロ接合から前記積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内であり前記活性層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、
    　前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、
    　前記第２内側半導体層の前記第３部分はヘテロ接合を含まず、
    　前記第２内側半導体層は、第１光ガイド層及び第２光ガイド層を含み、
    　前記第１光ガイド層のバンドギャップは第２光ガイド層のバンドギャップより大きく、
    　前記第１光ガイド層は前記ｐ型クラッド層と前記第２光ガイド層との間に設けられ、
    　前記第１光ガイド層は前記第２光ガイド層に前記第２部分においてヘテロ接合を成す、窒化物半導体発光素子。
  20. 　窒化物半導体発光素子であって、
    　ｎ型クラッド層及び第１内側半導体層を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層の上に設けられた活性層と、
    　ｐ型クラッド層及び第２内側半導体層を含み前記活性層の上に設けられた第２のIII族窒化物半導体領域と、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域の上に設けられた電極と、
    を備え、
    　前記第１のIII族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２のIII族窒化物半導体領域は、ある積層軸に沿って順に配列され、
    　前記第１内側半導体層は前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記第２内側半導体層は前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、
    　前記活性層と前記第１のIII族窒化物半導体領域の前記第１内側半導体層とは第１ヘテロ接合を構成し、
    　前記ｎ型クラッド層はIII族窒化物半導体からなり、
    　前記第１ヘテロ接合は、前記ｎ型クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面に対して、ゼロより大きい傾斜角で傾斜しており、
    　前記活性層は、窒化ガリウム系半導体からなり圧縮歪みを内包する井戸層を含み、前記井戸層のピエゾ分極の向きは前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層への方向に向き、
    　前記活性層と前記第２のIII族窒化物半導体領域の前記第２内側半導体層とは第２ヘテロ接合を構成し、
    　前記第２のIII族窒化物半導体領域は半導体リッジを有し、
    　前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、
    　前記半導体リッジは、前記第２内側半導体層と前記ｐ型クラッド層との間の第３ヘテロ接合を含み、
    　前記第２内側半導体層は、前記第２ヘテロ接合から積層軸の方向に規定された８０ｎｍ以内にあり前記活性層に前記第２ヘテロ接合を成す第１部分と、前記第３ヘテロ接合から前記半導体リッジの底までの第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分とを含み、
    　前記第１部分、前記第３部分及び前記第２部分は、前記積層軸に沿って順に配列され、
    　前記第２内側半導体層の前記第３部分はヘテロ接合を含まず、
    　前記第２内側半導体層の前記第３部分は、前記第２内側半導体層の材料の組成が前記ｎ型クラッド層から前記ｐ型クラッド層への方向に単調に変化する領域を含む、窒化物半導体発光素子。
PCT/JP2012/066055 2011-10-24 2012-06-22 窒化物半導体発光素子 WO2013061651A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020147013684A KR20140079505A (ko) 2011-10-24 2012-06-22 질화물 반도체 발광 소자
EP12843889.2A EP2779333A1 (en) 2011-10-24 2012-06-22 Nitride semiconductor light-emitting element
CN201280051908.4A CN103959580B (zh) 2011-10-24 2012-06-22 氮化物半导体发光元件

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011233165A JP5255106B2 (ja) 2011-10-24 2011-10-24 窒化物半導体発光素子
JP2011-233165 2011-10-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013061651A1 true WO2013061651A1 (ja) 2013-05-02

Family

ID=48167495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/066055 WO2013061651A1 (ja) 2011-10-24 2012-06-22 窒化物半導体発光素子

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8731016B2 (ja)
EP (1) EP2779333A1 (ja)
JP (1) JP5255106B2 (ja)
KR (1) KR20140079505A (ja)
CN (1) CN103959580B (ja)
TW (1) TW201318292A (ja)
WO (1) WO2013061651A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019130655A1 (ja) * 2017-12-26 2019-07-04 パナソニック株式会社 窒化物半導体レーザ素子

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI610459B (zh) * 2015-05-13 2018-01-01 友達光電股份有限公司 微型發光二極體裝置與其製造方法
US10777968B2 (en) * 2016-10-28 2020-09-15 Nlight, Inc. Method, system and apparatus for higher order mode suppression
TWI605613B (zh) * 2016-11-10 2017-11-11 錼創科技股份有限公司 半導體發光元件
JP7355740B2 (ja) * 2018-08-24 2023-10-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 発光素子
JP7323786B2 (ja) 2019-01-17 2023-08-09 日亜化学工業株式会社 半導体レーザ素子
WO2021030639A1 (en) * 2019-08-13 2021-02-18 Nlight, Inc. Method, system and apparatus for higher order mode suppression
JP2023010171A (ja) * 2021-07-09 2023-01-20 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 窒化物系半導体発光素子
WO2023243518A1 (ja) * 2022-06-13 2023-12-21 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 窒化物系半導体発光素子

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008177624A (ja) 2008-04-14 2008-07-31 Sharp Corp 窒化ガリウム系半導体レーザ素子
WO2010147181A1 (ja) * 2009-06-19 2010-12-23 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体レーザダイオード
WO2011007777A1 (ja) * 2009-07-15 2011-01-20 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板
WO2011040486A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体レーザ素子、及びiii族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP2012124273A (ja) * 2010-12-07 2012-06-28 Rohm Co Ltd 半導体レーザ素子

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5670798A (en) * 1995-03-29 1997-09-23 North Carolina State University Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact non-nitride buffer layer and methods of fabricating same
CA2444273C (en) * 2001-04-12 2012-05-22 Nichia Corporation Gallium nitride semiconductor device
KR101142672B1 (ko) * 2008-09-11 2012-05-11 스미토모덴키고교가부시키가이샤 질화물계 반도체 광소자, 질화물계 반도체 광소자용의 에피택셜 웨이퍼, 및 반도체 발광 소자를 제조하는 방법
CN105006462B (zh) * 2009-06-18 2019-03-01 罗姆股份有限公司 半导体装置
JP5786548B2 (ja) * 2011-08-15 2015-09-30 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子を作製する方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008177624A (ja) 2008-04-14 2008-07-31 Sharp Corp 窒化ガリウム系半導体レーザ素子
WO2010147181A1 (ja) * 2009-06-19 2010-12-23 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体レーザダイオード
WO2011007777A1 (ja) * 2009-07-15 2011-01-20 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板
WO2011040486A1 (ja) * 2009-09-30 2011-04-07 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体レーザ素子、及びiii族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP2012124273A (ja) * 2010-12-07 2012-06-28 Rohm Co Ltd 半導体レーザ素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ASAMIZU HIROKUNI ET AL.: "Continuous-Wave Operation of InGaN/GaN Laser Diodes on Semipolar (1122) Plane Gallium Nitrides", APPLIED PHYSICS EXPRESS, vol. 2, 13 February 2009 (2009-02-13), pages 021002-1 - 021002-3, XP008155430 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019130655A1 (ja) * 2017-12-26 2019-07-04 パナソニック株式会社 窒化物半導体レーザ素子

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013093382A (ja) 2013-05-16
US20130142210A1 (en) 2013-06-06
CN103959580B (zh) 2016-09-14
KR20140079505A (ko) 2014-06-26
EP2779333A1 (en) 2014-09-17
TW201318292A (zh) 2013-05-01
US8731016B2 (en) 2014-05-20
JP5255106B2 (ja) 2013-08-07
CN103959580A (zh) 2014-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5255106B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP3857295B2 (ja) 半導体発光素子
KR101179319B1 (ko) Ⅲ족 질화물 반도체 레이저
JP4924185B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP5118392B2 (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP5139555B2 (ja) 窒化物半導体レーザ、及びエピタキシャル基板
US8748868B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device and epitaxial substrate
US8803274B2 (en) Nitride-based semiconductor light-emitting element
WO2012161268A1 (ja) 窒化物半導体レーザ素子、エピタキシャル基板、及び窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP5626279B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP2008226865A (ja) 半導体レーザダイオード
JP2003086903A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP5332955B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ
JP5351290B2 (ja) 窒化物半導体レーザ、及びエピタキシャル基板
JP2014090090A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
KR101161970B1 (ko) Ⅲ족 질화물 반도체 레이저 다이오드
WO2014088030A1 (ja) 窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光素子を作製する方法
JP2015216303A (ja) 半導体レーザ素子

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12843889

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20147013684

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012843889

Country of ref document: EP