WO2022163176A1 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

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WO2022163176A1
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nitride semiconductor
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emitting device
conductivity type
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俊彦 深町
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ウシオ電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device.
  • Patent Document 1 discloses a method of sequentially forming a p-type GaN guide layer, a p-type AlGaN clad layer and a p-type GaN contact layer on an active layer.
  • a p-type GaN contact layer is provided for making contact with the p-side electrode.
  • the vertical transverse mode of the laser light is pulled toward the p-type GaN contact layer, resulting in a decrease in the amplification efficiency of the laser light.
  • the p-type AlGaN cladding layer is thin, the vertical transverse mode of the laser light is applied to the p-side electrode, resulting in optical loss.
  • the resistance and optical loss will increase accordingly.
  • the heat generation increased and the slope efficiency decreased.
  • an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of reducing heat generation and improving slope efficiency.
  • a nitride semiconductor light emitting device a nitride semiconductor layer of a first conductivity type, an active layer positioned on the nitride semiconductor layer of the first conductivity type, and an active layer positioned on the active layer a nitride semiconductor layer of a second conductivity type; a current constriction layer located in a portion of the nitride semiconductor layer of the second conductivity type; and a transparent conductive layer that is transparent to light.
  • the vertical transverse mode in the direction perpendicular to the light propagation direction with the transparent conductive layer while suppressing thickening of the second conductivity type nitride semiconductor layer.
  • the current injected into the active layer can be confined by the current confinement layer, and the current can be efficiently injected into the light emitting region. can be confined to Therefore, it is possible to reduce the heat generation of the nitride semiconductor light emitting device, reduce the light loss during light propagation, and improve the slope efficiency.
  • a and an end face protective film are provided.
  • the guided light can be reflected while maintaining the vertical transverse mode distribution, and the optical loss can be reduced.
  • the lower surface of the current confinement layer is set at a position lower than the upper surface of the second conductivity type nitride semiconductor layer.
  • the current injected into the active layer can be confined by the current confinement layer, and the current can be efficiently injected into the light emitting region. It becomes possible to confine it between layers.
  • the current confinement layer is formed to have an opening along the waveguide direction of light generated in the active layer, A biconductivity type nitride semiconductor layer is embedded in the opening.
  • the transparent conductive layer As a result, it becomes possible to confine the vertical transverse mode in the direction perpendicular to the light propagation direction with the transparent conductive layer while suppressing an increase in the thickness of the nitride semiconductor layer of the second conductivity type. Guided light can be reflected by the facet protection film while maintaining the distribution. Moreover, it is not necessary to provide a contact layer on the transparent conductive layer for making contact with the electrode, and the resistance of the current injected into the active layer through the transparent conductive layer can be reduced. Furthermore, the current injected into the active layer can be confined by the current confinement layer without performing crystal growth again after forming the current confinement layer, and the current can be efficiently injected into the light emitting region. Therefore, it is possible to reduce the heat generation of the nitride semiconductor light-emitting device while suppressing an increase in the number of steps, reduce the light loss during light propagation, and improve the slope efficiency.
  • the transparent conductive layer is used as at least one of a guide layer and a clad layer on the active layer.
  • the guide layer or the clad layer of the nitride semiconductor layer of the second conductivity type can be removed while allowing the vertical transverse mode during light propagation to be confined in the transparent conductive layer. It is possible to reduce the resistance of the current injected into the active layer through the semiconductor layer.
  • the current confinement layer is also located on the light emitting portion of the active layer on the end face side of the second conductivity type nitride semiconductor layer.
  • the current confinement layer is positioned along the light guiding direction and is continuous with the end face side of the nitride semiconductor layer of the second conductivity type. do.
  • the horizontal lateral mode can be confined between the current confinement layers based on one patterning of the current confinement layer, and the current non-injection region can be formed on the facet side. An increase in the number of manufacturing steps can be suppressed.
  • the nitride semiconductor layer of the second conductivity type extends between the current confinement layer and the active layer.
  • the first conductivity type is n-type
  • the second conductivity type is p-type
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer at the position where the current constriction layer does not exist is 40 nm or more and 550 nm or less.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer is set to 40 nm or more, a depletion layer necessary for recombination can be secured in the p-type nitride semiconductor layer, and a decrease in luminous efficiency can be prevented. can.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer is set to 550 nm or less, it is possible to reduce the resistance of the current injected into the active layer through the p-type nitride semiconductor layer, thereby reducing the heat generation of the nitride semiconductor light emitting device. can be reduced.
  • the first conductivity type is p-type
  • the second conductivity type is n-type
  • the thickness of the n-type nitride semiconductor layer at the position where the current confinement layer does not exist is 5 nm or more and 150 nm or less.
  • the thickness of the n-type nitride semiconductor layer is set to 5 nm or more, a depletion layer necessary for recombination can be secured in the n-type nitride semiconductor layer, and a decrease in luminous efficiency can be prevented. can.
  • the thickness of the n-type nitride semiconductor layer is set to 150 nm or less, the resistance of the current injected into the active layer through the n-type nitride semiconductor layer can be reduced, and heat generation of the nitride semiconductor light-emitting element can be reduced. can be reduced.
  • the transparent conductive layer contains at least one element selected from In, Sn, Zn, Ti, Nb and Zr.
  • the transparent conductive layer is thinned within a range capable of confining the vertical transverse mode during light propagation.
  • the transparent conductive layer has a thickness of 80 nm or more and 120 nm or less.
  • the thickness of the transparent conductive layer is 80 nm or more, it becomes possible to confine the vertical transverse mode in the direction perpendicular to the light propagation direction with the transparent conductive layer.
  • the thickness of the transparent conductive layer is 120 nm or less, the resistance of the current injected into the active layer through the transparent conductive layer can be reduced.
  • the heat generation of the nitride semiconductor light-emitting device can be reduced and the slope efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to a first embodiment cut perpendicularly to the optical waveguide direction;
  • FIG. (a) is a sectional view showing the configuration of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment cut along the optical waveguide direction, and
  • (b) is each layer of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment. is a diagram showing the refractive index of .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of a current confinement layer of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a simplified model for obtaining the built-in potential of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram showing simulation results of the propagation mode of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing; It is a figure which shows an example of the simulation result of the propagation mode of the nitride semiconductor light-emitting device which concerns on a comparative example.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the simulation result of the propagation mode of the nitride semiconductor light emitting device according to the comparative example;
  • 1 is a cross-sectional view showing a mounting example of a nitride semiconductor light emitting device according to a first embodiment;
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment, cut perpendicularly to the optical waveguide direction;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to a third embodiment, cut perpendicularly to the optical waveguide direction; It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device which concerns on 3rd Embodiment. It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the nitride semiconductor light-emitting device which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment cut perpendicularly to the optical waveguide direction
  • FIG. FIG. 2(b) which is a sectional view showing the configuration cut along the optical waveguide direction, is a diagram showing the refractive index of each layer of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser LA includes an n-type nitride semiconductor layer N1, an active layer 15, a p-type nitride semiconductor layer N2, a current confinement layer 19 and a transparent conductive layer 20.
  • the active layer 15 is laminated on the n-type nitride semiconductor layer N1.
  • the p-type nitride semiconductor layer N2 is laminated on the active layer 15.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2 is preferably 40 nm or more and 550 nm or less.
  • the nitride semiconductor can have a composition of, for example, InxAlyGa1 -xyN ( 0 ⁇ x ⁇ 1 , 0 ⁇ y ⁇ 1 , 0 ⁇ x+y ⁇ 1).
  • a non-doped nitride guide layer 14 may be provided between the n-type nitride semiconductor layer N1 and the active layer 15.
  • a non-doped nitride guide layer 16 may be provided between the p-type nitride semiconductor layer N2 and the active layer 15 in order to suppress diffusion of impurities from the p-type nitride semiconductor layer N2 to the active layer 15 .
  • the current confinement layer 19 is located in part of the p-type nitride semiconductor layer N2.
  • the current confinement layer 19 can be arranged in a part of the p-type nitride semiconductor layer N2 so as to configure at least one of the refractive index-guided and gain-guided resonators.
  • the lower surface of the current confinement layer 19 can be set at a position lower than the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer N2.
  • the lower surface of the current confinement layer 19 can be set at a position lower than the lower surface of the transparent conductive layer 20 .
  • the current confinement layer 19 can also be positioned on the light emitting portion of the active layer 15 on the end face side of the p-type nitride semiconductor layer N2. Further, the current confinement layer 19 can be arranged such that the p-type nitride semiconductor layer N2 extends between the current confinement layer 19 and the active layer 15. As shown in FIG. A high resistance layer made of AlN, for example, can be used for the current confinement layer 19 . The thickness of the current confinement layer 19 can be set to 100 nm, for example.
  • the transparent conductive layer 20 is a conductive layer transparent to light generated in the active layer 15 .
  • the transparent conductive layer 20 may have a Fermi level in the conduction band.
  • the transparent conductive layer 20 is used as at least one of a guide layer and a clad layer on the active layer 15 .
  • the transparent conductive layer 20 can contain at least one element selected from In, Sn, Zn, Ti, Nb and Zr, and can be an oxide of these elements.
  • the transparent conductive layer 20 may be an ITO film, a ZnO film, an SnO film, or a TiO film. It is preferable that the transparent conductive layer 20 be thin within a range capable of confining the vertical transverse mode MA.
  • the vertical transverse mode MA is a propagation mode perpendicular to the direction of light propagation.
  • the thickness of the transparent conductive layer 20 is preferably 80 nm or more and 120 nm or less.
  • the p-type nitride semiconductor layer N2 and the transparent conductive layer 20 are sometimes collectively referred to as a p-side layer.
  • the n-type nitride semiconductor layer N1 includes an n-type nitride cladding layer 12 and an n-type nitride guide layer 13.
  • the n-type nitride cladding layer 12 and the n-type nitride guide layer 13 are sequentially laminated on the n-type nitride semiconductor substrate 11 .
  • the p-type nitride semiconductor layer N2 includes a p-type carrier block layer 17 and a p-type nitride guide layer 18.
  • a p-type carrier block layer 17 and a p-type nitride guide layer 18 are sequentially laminated on the non-doped nitride guide layer 16 .
  • an opening KA is formed in the current confinement layer 19, and a portion of the p-type nitride guide layer 18 is p-type nitrided.
  • the material guide layer 18A may be embedded in the opening KA.
  • An electrode 21 for injecting current into the active layer 15 is formed on the transparent conductive layer 20 through the transparent conductive layer 20 and the p-type nitride semiconductor layer N2.
  • the electrode 21 can have a laminated structure of Ti/Pt/Au.
  • the thickness of Ti/Pt/Au can be set to 100/50/300 nm, for example.
  • a facet protection film 22 is formed on the facet EF of the semiconductor laser LA.
  • the facet protection film 22 can have a laminated structure of AlN/SiO 2 .
  • the thickness of AlN/SiO 2 can be set to 30/300 nm, for example.
  • a facet protective film 23 is formed on the facet ER of the semiconductor laser LA.
  • the facet protection film 23 can have a laminated structure of AlN/(SiO 2 /Ta 2 O 5 ) 6 /SiO 2 .
  • the thickness of AlN/(SiO 2 /Ta 2 O 5 ) 6 /SiO 2 can be set to 30/(60/40) 6 /10 nm, for example.
  • the facet protection films 22 and 23 cover not only the facets of the n-type nitride semiconductor layer N1, the active layer 15, the p-type nitride semiconductor layer N2 and the current confinement layer 19, but also the facets of the transparent conductive layer 20. can be done.
  • the nitride guide layers 18 and 18A include an n-type GaN substrate, an n-type Al 0.02 Ga 0.98 N layer, an n-type GaN layer, an In 0.02 Ga 0.99 N layer, and an In 0.02 Single quantum well layer composed of Ga0.98N layer/In0.08Ga0.88N layer / In0.02Ga0.98N layer , In0.02Ga0.99N layer , p-type Al A 0.22 Ga 0.78 N layer and a p-type GaN layer can be used, respectively.
  • the thickness of the n-type nitride cladding layer 12 can be set to, for example, 700 nm, and the donor concentration N D can be set to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the n-type nitride guide layer 13 can be set to, for example, 50 nm, and the donor concentration N D can be set to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the non-doped nitride guide layer 14 can be set to 136 nm, for example.
  • the thicknesses of the barrier layer/well layer/barrier layer of the quantum well layers of the active layer 15 can be set to 10/9/10 nm, for example.
  • the thickness of the non-doped nitride guide layer 16 can be set to 135 nm, for example.
  • the thickness of the p-type carrier block layer 17 can be set to, for example, 4 nm, and the acceptor concentration N A can be set to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the total thickness of the p-type nitride guide layers 18, 18A can be set to, for example, 50 nm, and the acceptor concentration N A can be set to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the refractive index of the n-type nitride cladding layer 12 is made smaller than the refractive index of the n-type nitride guide layer 13, and the refractive index of the n-type nitride guide layer 13 is , the refractive index of the non-doped nitride guide layer 14, and the refractive index of the non-doped nitride guide layer 14 can be smaller than the refractive index of the active layer 15.
  • the refractive index of the transparent conductive layer 20 is made smaller than the refractive index of the p-type nitride guide layer 18, the refractive index of the p-type nitride guide layer 18 is made smaller than the refractive index of the non-doped nitride guide layer 16,
  • the refractive index of the non-doped nitride guide layer 16 can be made smaller than the refractive index of the active layer 15 .
  • the refractive index of the transparent conductive layer 20 can be made smaller than the refractive index of the p-type carrier block layer 17
  • the refractive index of the p-type carrier block layer 17 can be made smaller than the refractive index of the p-type nitride guide layer 18 . can.
  • the vertical transverse mode MA during laser oscillation of the semiconductor laser LA is applied to the transparent conductive layer 20 .
  • the refractive index of the transparent conductive layer 20 smaller than the refractive index of the p-type nitride guide layer 18, the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2 is suppressed, and the vertical transverse mode MA becomes transparent conductive. Confinement in layer 20 becomes possible. Further, by stacking the transparent conductive layer 20 on the p-type nitride semiconductor layer N2, it is not necessary to provide a p-type nitride semiconductor contact layer for making contact with the electrode 21 on the transparent conductive layer 20.
  • the resistance of the current injected into the active layer 15 through the conductive layer 20 can be reduced. Furthermore, by providing the current confinement layer 19 in a part of the p-type nitride semiconductor layer N2, the current injected into the active layer 15 can be confined by the current confinement layer 19, and the current can be efficiently injected into the light emitting region. , and the horizontal transverse mode in the direction horizontal to the light propagation direction can be confined between the current confinement layers 19 . Therefore, it is possible to reduce the heat generation of the semiconductor laser LA, reduce the optical loss during light propagation, and improve the slope efficiency.
  • the end surface protection films 22 and 23 are also applied to the end surfaces EF and ER of the transparent conductive layer 20.
  • the guided light can be reflected while maintaining the distribution of the vertical transverse mode MA, and the optical loss can be reduced.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2 is set to 40 nm or more, a depletion layer necessary for recombination can be secured in the p-type nitride semiconductor layer N2, thereby preventing a decrease in luminous efficiency. can be done.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2 is set to 550 nm or less, the resistance of the current injected into the active layer 15 via the p-type nitride semiconductor layer N2 can be reduced, and the heat generation of the semiconductor laser LA can be reduced. can be reduced.
  • the thickness of the transparent conductive layer 20 is set to 80 nm or more, it becomes possible to confine the vertical transverse mode MA in the transparent conductive layer 20 .
  • the thickness of the transparent conductive layer 20 is set to 120 nm or less, the resistance of current injected into the active layer 15 through the transparent conductive layer 20 can be reduced.
  • FIG. 3A, 3B, and 3D are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment
  • FIG. 3C is a current confinement layer of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
  • 1 is a plan view showing a configuration example of FIG.
  • an n-type nitride cladding layer 12, an n-type nitride guide layer 13, an undoped nitride guide layer 14, an active layer 15, an undoped nitride guide layer 16, a p-type carrier block layer 17 and a p-type are grown by epitaxial growth.
  • Nitride guide layers 18 are sequentially stacked on n-type nitride semiconductor substrate 11 . Furthermore, a current confinement layer 19 is laminated on the p-type nitride guide layer 18 by epitaxial growth, sputtering, or the like.
  • the current confinement layer 19 is patterned by photolithography and dry etching to form an opening KA in the current confinement layer 19 .
  • the opening KA can be formed so that the current confinement layer 19 is also located above the light emitting portion of the active layer 15 on the side of the end faces EF and ER of the semiconductor laser LA.
  • the current confinement layers 19 are positioned on both sides of the resonator through which the laser light is guided, and the opening KA is formed so that the current confinement layers 19 are continuous on the end faces EF and ER on the light emitting portion of the active layer 15 . can do.
  • the horizontal lateral mode can be confined between the current confinement layers 19 based on one patterning of the current confinement layer 19, and the current non-injection regions can be formed on the end faces EF and ER. , it is possible to suppress an increase in the number of steps required to fabricate the current non-injection region.
  • a p-type nitride guide layer 18A is selectively formed on the p-type nitride guide layer 18 by epitaxial growth so as to fill the opening KA.
  • a transparent conductive layer 20 is formed on the p-type nitride guide layer 18A and the current constriction layer 19 by a method such as sputtering.
  • an electrode 21 is formed on the transparent conductive layer 20 by a method such as vapor deposition.
  • the n-type nitride semiconductor substrate 11 is cleaved to form end faces EF and ER having cleaved surfaces.
  • end face protective films 22 and 23 are formed on the end faces EF and ER by a method such as sputtering.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2 must be greater than or equal to the depletion layer thickness w P of the depletion layer formed in the p-type nitride semiconductor layer N2 so as to obtain sufficient diode characteristics.
  • This depletion layer thickness wP is obtained as follows.
  • the nitride semiconductor light-emitting device of this embodiment has a semiconductor layer structure of p-type-i-type-n-type.
  • the built-in potential ⁇ of this pin junction is given by the following equation (1).
  • ⁇ 1 , ⁇ 2 and ⁇ 3 are given by the following equations (2) to (4).
  • z is the coordinate indicating the position of the pin junction in the thickness direction
  • ⁇ p and ⁇ n are the amount of charge per unit volume of the depletion layers of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer
  • ⁇ is the dielectric constant
  • ⁇ 0 is the dielectric constant of vacuum
  • w1 is the z - coordinate at the boundary between the p-type semiconductor layer and the i-type semiconductor layer
  • w2 is the z - coordinate at the boundary between the n-type semiconductor layer and the i-type semiconductor layer
  • wP is the p
  • w n is the depletion layer thickness of the n-type semiconductor layer.
  • the depletion layer thickness WP formed in the P -type semiconductor can be obtained.
  • the built-in potential ⁇ can be calculated using a simplified model.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a simplified model for obtaining the built-in potential of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
  • the acceptor concentration NA of the p - type semiconductor layer and the donor concentration ND of the p-type semiconductor layer are constant with respect to the z coordinate.
  • the thickness w intr of the i-type semiconductor layer is given by w 1 +w 2 .
  • the built-in potential ⁇ is obtained for this model, the built-in potential ⁇ is given by the following equation (6).
  • the depletion layer thickness wn is given by the following equation (8).
  • Mg is used as a dopant for the p-type semiconductor. Since the impurity level of Mg is deep, it is hardly activated, and even 10% activation is enough. However, the n-type semiconductor uses Si as a dopant and is almost 100% activated. Therefore, if the activation rate of Mg is ⁇ , the equations (7) and (8) are modified as the following equations (9) and (10).
  • Equation (12) the intrinsic carrier density ni is given by Equation (12) below.
  • Nc is the effective density of states in the conductor and Nv is the effective density of states in the valence band.
  • the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2 may be set with a margin of about 150 nm in order to ensure the ease of handling of the device and the reliability of its operation.
  • formulas (9) and (10) were calculated assuming that the p-type and n-type impurity concentrations are spatially uniform. In the case of uniform distribution, the spatially averaged impurity concentration may be applied to equations (9) and (10). In order to make a more accurate estimate, the calculation should be performed using the formulas (1) to (5).
  • the refractive index of the p-type clad layer is n 3
  • the refractive index of the core layer is n 1
  • the refractive index of the n-type clad layer is n 2 -.
  • Equation (14) the distribution E(y) of light toward the outermost p-type cladding layer side is given by Equation (14) below.
  • the thickness of the outermost clad layer preferably satisfies the following formula (16) in order to prevent disturbance of the waveguide mode.
  • the active layer and the guide layer generally correspond to the core layer (total thickness is 500 nm), and its refractive index is n core ⁇ 2.52 (in the case of GaN) at 405 nm, and the refractive index of the p-side layer is The rate n clad is ⁇ 2.11. Therefore, it is preferable to set the layer thickness of the transparent conductive layer 20 to 94 nm or more.
  • the above estimation is for the case of using a three-layer dielectric slab waveguide, but empirically, it is possible to estimate the outermost clad layer in the same way even in the case of multiple layers of three or more layers. I know. Also, since the oscillation wavelength may vary toward the longer wavelength side, it is preferable to set the thickness of the transparent conductive layer 20 to about 100 nm with some allowance. In addition, it can be similarly estimated when the propagating light is a TM (Transverse Magnetic) wave.
  • TM Transverse Magnetic
  • FIG. 5 is a diagram showing simulation results of the propagation mode of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
  • a simulation was performed with the p-side layer thickness set to 100 nm for the structure of FIG. 2(a). It was found that if the p-side layer thickness is about 100 nm, the light propagation mode is sufficiently confined in the longitudinal direction. Therefore, even if the p-side layer is thin, the light propagation mode can be sufficiently confined in the vertical direction, and the resistance and optical loss of the semiconductor laser LA can be reduced.
  • FIG. 6(a) is a sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to a comparative example cut along the optical waveguide direction
  • FIG. 6(b) shows each layer of the nitride semiconductor light emitting device according to the comparative example.
  • the semiconductor laser LB includes a p-type nitride semiconductor layer N2' instead of the p-type nitride semiconductor layer N2 of the semiconductor laser LA in FIG. 2A.
  • a current confinement layer 33 is provided in a portion of the p-type nitride semiconductor layer N2'.
  • An electrode 35 is formed on the p-type nitride semiconductor layer N2'.
  • a facet protection film 36 is formed on the facet EF of the semiconductor laser LB, and a facet protection film 37 is formed on the facet ER of the semiconductor laser LB.
  • the p-type nitride semiconductor layer N2' includes a p-type carrier block layer 17, a p-type nitride guide layer 31, a p-type nitride cladding layer 32 and a p-type nitride contact layer .
  • a p-type carrier block layer 17 , a p-type nitride guide layer 31 , a p-type nitride cladding layer 32 and a p-type nitride contact layer 34 are sequentially laminated on the non-doped nitride guide layer 16 .
  • the p-type nitride cladding layer 32 and the p-type nitride contact layer 34 for example, a p-type GaN layer, a p-type Al 0.02 Ga 0.98 N layer and a p-type GaN layer are used. Each can be used.
  • the refractive index of the p-type nitride cladding layer 32 can be made smaller than the refractive indices of the p-type nitride guide layer 31 and the p-type nitride contact layer 34 .
  • FIG. 7A is a diagram showing an example of simulation results of propagation modes of a nitride semiconductor light emitting device according to a comparative example.
  • the simulation was performed by setting the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2' to 700 nm for the structure of FIG. 6(a). In this case, since the p-type nitride semiconductor layer N2' is thick, the resistance is increased and the light propagation mode slightly seeps out to the electrode 35 side.
  • FIG. 7B is a diagram showing another example of simulation results of the propagation mode of the nitride semiconductor light emitting device according to the comparative example.
  • a simulation was performed with the thickness of the p-type nitride semiconductor layer N2' set to 100 nm for the structure of FIG. 6(a). In this case, it is expected that the light propagation mode will be applied to the electrode 35, resulting in an increase in propagation loss.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a mounting example of the nitride semiconductor light emitting device according to the first embodiment.
  • the semiconductor laser LA is mounted on the submount MT by junction down bonding.
  • the material of the submount MT is SiC, for example.
  • Au—Sn solder HD for example, can be used to connect the semiconductor laser LA and the submount MT.
  • the inner stripe type semiconductor laser LA can planarize the electrode 21 in FIG. Therefore, even when the semiconductor laser LA is mounted by junction-down bonding, it is possible to alleviate the concentration of external stress on a specific region of the semiconductor laser LA, thereby improving the reliability. Moreover, by mounting the semiconductor laser LA by junction down bonding, the heat dissipation of the semiconductor laser LA can be improved, and the laser output can be improved.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment, cut perpendicularly to the optical waveguide direction.
  • the semiconductor laser LC includes a p-type nitride semiconductor layer N11, an active layer 35, an n-type nitride semiconductor layer N12, a current confinement layer 39 and a transparent conductive layer .
  • the active layer 35 is laminated on the p-type nitride semiconductor layer N11.
  • the n-type nitride semiconductor layer N12 is laminated on the active layer 35.
  • the thickness of the n-type nitride semiconductor layer N12 is preferably 5 nm or more and 150 nm or less.
  • a non-doped nitride guide layer 37 may be provided between the n-type nitride semiconductor layer N12 and the active layer 35 in order to suppress diffusion of impurities from the n-type nitride semiconductor layer N12 to the active layer 35. .
  • the current confinement layer 39 is located in part of the n-type nitride semiconductor layer N12.
  • the current confinement layer 39 may extend from the n-type nitride semiconductor layer N12 to the non-doped nitride guide layer 37.
  • the current confinement layer 39 is part of the n-type nitride semiconductor layer N12 and the non-doped nitride guide layer 37 so as to form at least one of the refractive index-guided and gain-guided resonators. can be placed in
  • the planar shape of the current confinement layer 39 can be set as shown in FIG. 3C.
  • a high resistance layer made of AlN, for example, can be used for the current confinement layer 39 .
  • the thickness of the current confinement layer 39 can be made equal to the sum of the thickness of the n-type nitride semiconductor layer N12 and the thickness of the non-doped nitride guide layer 37, for example.
  • the thickness of the current confinement layer 39 can be set to 150 nm.
  • the transparent conductive layer 40 is a conductive layer transparent to light generated in the active layer 35 .
  • the transparent conductive layer 40 may have a Fermi level in the conduction band.
  • the transparent conductive layer 40 is used as at least one of a guide layer and a clad layer on the active layer 45 .
  • the transparent conductive layer 40 can contain at least one element selected from In, Sn, Zn, Ti, Nb and Zr, and can be an oxide of these elements.
  • the transparent conductive layer 40 is preferably thin enough to confine a vertical transverse mode, which is a propagation mode perpendicular to the light propagation direction. At this time, the thickness of the transparent conductive layer 40 is preferably 80 nm or more and 120 nm or less.
  • the n-type nitride semiconductor layer N12 and the transparent conductive layer 40 are sometimes collectively referred to as an n-side layer.
  • the p-type nitride semiconductor layer N11 includes a p-type nitride cladding layer 32, a p-type nitride guide layer 33 and a p-type carrier block layer .
  • a p-type nitride cladding layer 32 , a p-type nitride guide layer 33 and a p-type carrier block layer 34 are sequentially laminated on the p-type nitride semiconductor substrate 31 .
  • the n-type nitride semiconductor layer N12 includes an n-type nitride guide layer 38.
  • An n-type nitride guide layer 38 is laminated on the non-doped nitride guide layer 37 .
  • an opening KC is formed in the current confinement layer 39, and the non-doped nitride guide layer 37 and The n-type nitride guide layers 38 may be sequentially embedded in the openings KC.
  • An electrode 41 for injecting current into the active layer 35 is formed on the transparent conductive layer 40 through the transparent conductive layer 40 and the p-type nitride semiconductor layer N12.
  • the electrode 41 can have a laminated structure of Ti/Pt/Au.
  • the thickness of Ti/Pt/Au can be set to 100/50/300 nm, for example.
  • Facet protection films are formed on the front facet and the rear facet of the semiconductor laser LC.
  • a facet protective film on the front facet of the semiconductor laser LC can have a laminated structure of AlN/SiO 2 .
  • the thickness of AlN/SiO 2 can be set to 30/300 nm, for example.
  • a facet protective film on the rear facet of the semiconductor laser LC can have a laminated structure of AlN/(SiO 2 /Ta 2 O 5 ) 6 /SiO 2 .
  • the thickness of AlN/(SiO 2 /Ta 2 O 5 ) 6 /SiO 2 can be set to 30/(60/40) 6 /10 nm, for example.
  • the facet protective film can cover not only the facets of the p-type nitride semiconductor layer N11, the active layer 35, the n-type nitride semiconductor layer N12 and the current constriction layer 39, but also the facets of the transparent conductive layer 40.
  • p-type nitride semiconductor substrate 31 As p-type nitride semiconductor substrate 31, p-type nitride cladding layer 32, p-type nitride guide layer 33, p-type carrier block layer 34, active layer 35, non-doped nitride guide layer 37 and n-type nitride guide layer 38 , for example, p-type GaN substrate, p-type Al 0.02 Ga 0.98 N layer, p-type GaN layer, p-type Al 0.22 Ga 0.78 N layer, In 0.02 Ga 0.98 N layer/ In 0.08 Ga 0.88 N layer/In 0.02 Ga 0.98 N layer/In 0.08 Ga 0.88 N layer/In 0.02 Ga 0.98 N layer/In 0.08 Ga 0 A multiple quantum well layer consisting of .88N layer/ In0.02Ga0.98N layer, a GaN layer and a p-type GaN layer can be used, respectively.
  • the thickness of the p-type nitride cladding layer 32 can be set to, for example, 500 nm, and the acceptor concentration N A can be set to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the n-type nitride guide layer 33 can be set to, for example, 36 nm, and the acceptor concentration N A can be set to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the p-type carrier blocking layer 34 can be set to, for example, 4 nm, and the acceptor concentration N A can be set to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thicknesses of the barrier layer/well layer/barrier layer/well layer/barrier layer/well layer/barrier layer/well layer/barrier layer of the quantum well layer of the active layer 35 are set to 10/9/10/9/10/9/10 nm, for example. can do.
  • the thickness of the non-doped nitride guide layer 37 can be set to 33 nm, for example.
  • the thickness of the p-type nitride guide layer 38 can be set to, for example, 117 nm, and the donor concentration N D can be set to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . Note that the thicknesses of the n-type nitride semiconductor layer N12 and the transparent conductive layer 40 can be obtained by the same method as in the first embodiment.
  • the refractive index of the p-type nitride cladding layer 32 can be made smaller than the refractive index of the p-type nitride guide layer 33 .
  • the refractive index of p-type carrier blocking layer 34 can be smaller than the refractive index of p-type nitride cladding layer 32 .
  • the refractive index of the transparent conductive layer 40 is made smaller than the refractive index of the n-type nitride guide layer 38
  • the refractive index of the n-type nitride guide layer 38 is made smaller than the refractive index of the non-doped nitride guide layer 36
  • the refractive index of the non-doped nitride guide layer 37 can be smaller than that of the active layer 35 .
  • the refractive index of the transparent conductive layer 40 is made smaller than the refractive index of the n-type nitride guide layer 38, the thickness of the n-type nitride semiconductor layer N12 is suppressed and the vertical transverse mode is controlled by the transparent conductive layer. At 40 it becomes possible to confine.
  • the transparent conductive layer 40 by laminating the transparent conductive layer 40 on the n-type nitride semiconductor layer N12, it is not necessary to provide an n-type nitride semiconductor contact layer for making contact with the electrode 41 on the transparent conductive layer 40. The resistance of the current injected into the active layer 35 through the conductive layer 40 can be reduced.
  • the current confinement layer 39 in a part of the n-type nitride semiconductor layer N12, the current injected into the active layer 35 can be confined by the current confinement layer 39, and the current can be efficiently injected into the light emitting region. and confine the horizontal transverse mode in the direction horizontal to the light propagation direction between the current confinement layers 39 . Therefore, it is possible to reduce the heat generation of the semiconductor laser LC, reduce the optical loss during light propagation, and improve the slope efficiency.
  • the thickness of the n-type nitride semiconductor layer N12 is set to 5 nm or more, a depletion layer necessary for recombination can be secured in the n-type nitride semiconductor layer N12, thereby preventing a decrease in luminous efficiency. can be done.
  • the thickness of the n-type nitride semiconductor layer N12 is set to 150 nm or less, the resistance of the current injected into the active layer 35 via the n-type nitride semiconductor layer N12 can be reduced, and the heat generation of the semiconductor laser LC can be reduced. can be reduced.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment, cut perpendicularly to the optical waveguide direction.
  • the semiconductor laser LD has an active layer 55, a p-type nitride semiconductor layer instead of the active layer 15, the p-type nitride semiconductor layer N2, the current constriction layer 19 and the transparent conductive layer 20 of the semiconductor laser LA of FIG. It comprises a layer N22, a current confinement layer 59 and a transparent conductive layer 60.
  • FIG. The active layer 55 is laminated on the n-type nitride semiconductor layer N1.
  • the p-type nitride semiconductor layer N22 is laminated on the active layer 15. As shown in FIG.
  • a non-doped nitride guide layer 14 may be provided between the n-type nitride semiconductor layer N1 and the active layer 55.
  • a non-doped nitride guide layer 56 may be provided between the p-type nitride semiconductor layer N12 and the active layer 55 in order to suppress the diffusion of impurities from the p-type nitride semiconductor layer N22 to the active layer 55.
  • the current confinement layer 59 is located on part of the transparent conductive layer 60 . At this time, the current confinement layer 59 can be arranged in a part of the transparent conductive layer 60 so as to form a gain guided resonator. The current confinement layer 59 can also be positioned on the light emitting portion of the active layer 55 on the end surface side of the p-type nitride semiconductor layer N22. A high resistance layer made of AlN, for example, can be used for the current confinement layer 59 . The thickness of the current confinement layer 59 can be set to 100 nm, for example.
  • the transparent conductive layer 60 is a conductive layer transparent to light generated in the active layer 55 .
  • the transparent conductive layer 60 may have a Fermi level in the conduction band.
  • the transparent conductive layer 60 is used as at least one of a guide layer and a clad layer on the active layer 55 .
  • the transparent conductive layer 60 can contain at least one element selected from In, Sn, Zn, Ti, Nb and Zr, and can be an oxide of these elements.
  • the transparent conductive layer 60 is preferably thin enough to confine the vertical transverse mode.
  • an opening KD may be formed in the current confinement layer 59 and the transparent conductive layer 60D may be embedded in the opening KD.
  • the p-type nitride semiconductor layer N22 includes a p-type carrier block layer 57 and a p-type nitride guide layer 58.
  • a p-type carrier block layer 57 and a p-type nitride guide layer 58 are sequentially laminated on the non-doped nitride guide layer 56 .
  • An electrode 61 for injecting current into the active layer 55 is formed on the transparent conductive layer 60 through the transparent conductive layer 60 and the p-type nitride semiconductor layer N22.
  • the electrode 61 can have a laminated structure of Ti/Pt/Au.
  • the thickness of Ti/Pt/Au can be set to 100/50/300 nm, for example.
  • Facet protection films are formed on the front facet and the rear facet of the semiconductor laser LD.
  • a facet protective film on the front facet of the semiconductor laser LD may have a laminated structure of AlN/SiO 2 .
  • the thickness of AlN/SiO 2 can be set to 30/300 nm, for example.
  • a facet protective film on the rear facet of the semiconductor laser LD may have a laminated structure of AlN/(SiO 2 /Ta 2 O 5 ) 6 /SiO 2 .
  • the thickness of AlN/(SiO 2 /Ta 2 O 5 ) 6 /SiO 2 can be set to 30/(60/40) 6 /10 nm, for example.
  • the facet protective film can cover not only the facets of the p-type nitride semiconductor layer N1, the active layer 55, the n-type nitride semiconductor layer N22 and the current confinement layer 59, but also the facets of the transparent conductive layer 60.
  • the active layer 55, the non-doped nitride guide layer 56, the p-type carrier block layer 57 and the p-type nitride guide layer 58 for example, In 0.02 Ga 0.98 N layer/In 0.08 Ga 0.88 N layer /In0.02Ga0.98N layer / In0.08Ga0.88N layer / In0.02Ga0.98N layer , In0.02Ga0.99N layers, a p-type Al 0.22 Ga 0.78 N layer and a p-type GaN layer, respectively.
  • the thicknesses of the barrier layer/well layer/barrier layer/well layer/barrier layer of the quantum well layer of the active layer 55 can be set to 10/9/10/9/10 nm, for example.
  • the thickness of the non-doped nitride guide layer 16 can be set to 126 nm, for example.
  • the thickness of the p-type carrier blocking layer 17 can be set to, for example, 4 nm, and the acceptor concentration N A can be set to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the p-type nitride guide layer 18 can be set to, for example, 150 nm, and the acceptor concentration N A can be set to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the refractive index of the transparent conductive layer 60 is made smaller than the refractive index of the p-type nitride guide layer 58, and the refractive index of the p-type nitride guide layer 58 is made smaller than the refractive index of the non-doped nitride guide layer 56.
  • the refractive index of the non-doped nitride guide layer 56 can be smaller than that of the active layer 55 .
  • the refractive index of the p-type carrier blocking layer 57 can be smaller than the refractive index of the p-type nitride guiding layer 58 .
  • the p-type nitride semiconductor layer N2 is It is possible to confine the vertical transverse mode in the transparent conductive layer 60 while suppressing the thickening of the film, and to reflect guided light on the facet protective film while maintaining the distribution of the vertical transverse mode. Further, by stacking the transparent conductive layer 60 on the p-type nitride semiconductor layer N22, it is not necessary to provide a p-type nitride semiconductor contact layer for making contact with the electrode 61 on the transparent conductive layer 60.
  • the resistance of the current injected into the active layer 55 through the conductive layer 60 can be reduced. Furthermore, by providing the current confinement layer 59 in a part of the transparent conductive layer 60, the current injected into the active layer 55 can be blocked by the current confinement layer 59 without performing crystal growth again after the formation of the current confinement layer 60. It becomes possible to inject a current efficiently into the light emitting region by constricting the region. Therefore, it is possible to reduce the heat generation of the semiconductor laser LD while suppressing an increase in the number of steps, reduce the light loss during light propagation, and improve the slope efficiency.
  • FIG. 11A and 11B are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device according to the third embodiment.
  • an n-type nitride cladding layer 52, an n-type nitride guide layer 53, an undoped nitride guide layer 54, an active layer 55, an undoped nitride guide layer 56, a p-type carrier block layer 57 and p-type are grown by epitaxial growth.
  • a nitride guide layer 58 is sequentially stacked on the n-type nitride semiconductor substrate 51 .
  • a current confinement layer 59 is laminated on the p-type nitride guide layer 58 by epitaxial growth, sputtering, or the like. Note that the thicknesses of the p-type nitride semiconductor layer N22 and the transparent conductive layer 60 can be obtained by the same method as in the first embodiment.
  • the current confinement layer 59 is patterned to form an opening KD in the current confinement layer 59 based on photolithography technology and dry etching technology.
  • the planar shape of the current confinement layer 59 can be set as shown in FIG. 3C.
  • a transparent conductive layer 60D is formed on the p-type nitride guide layer 58 and the current constriction layer 59 by a method such as sputtering so as to fill the opening KD.
  • an electrode 61 is formed on the transparent conductive layer 60 by a method such as vapor deposition.
  • the n-type nitride semiconductor substrate 11 is cleaved to form an end surface having a cleaved surface.
  • a facet protection film is formed on each facet by a method such as sputtering.

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Abstract

窒化物半導体発光素子の発熱を低減し、スロープ効率を向上させる。　一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、第１導電型窒化物半導体層と、前記第１導電型窒化物半導体層上に位置する活性層と、前記活性層上に位置する第２導電型窒化物半導体層と、前記第２導電型窒化物半導体層の一部に位置する電流狭窄層と、前記第２導電型窒化物半導体層上に位置し、前記活性層で発生される光に透明な透明導電層とを備える。

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。
　露光機用の光源として、青紫レーザダイオードの採用が進んでいる。この青紫レーザダイオードには高出力化および高信頼化が求められており、さらなる発熱の抑制および高スロープ効率化が求められている。
　特許文献１には、ｐ型ＧａＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＧａＮコンタクト層を活性層上に順次形成する方法が開示されている。
特許第３７８５９７０号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された構成では、ｐ側電極とコンタクトをとるためにｐ型ＧａＮコンタクト層が設けられている。このため、レーザ光の垂直横モードがｐ型ＧａＮコンタクト層側に引っ張られ、レーザ光の増幅効率の低下を招いていた。
　また、特許文献１に開示された構成では、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層が薄いと、レーザ光の垂直横モードがｐ側電極にかかり、光損失を招いていた。
　一方、レーザ光の伝搬モードがｐ型ＧａＮコンタクト層側に引っ張られたり、ｐ側電極にかかったりするのを防止するため、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を厚くすると、その分だけ抵抗および光損失が増大し、発熱が増大するとともに、スロープ効率の低下を招いていた。
　そこで、本発明の目的は、発熱を低減し、スロープ効率を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を提供することである。
　本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、第１導電型窒化物半導体層と、前記第１導電型窒化物半導体層上に位置する活性層と、前記活性層上に位置する第２導電型窒化物半導体層と、前記第２導電型窒化物半導体層の一部に位置する電流狭窄層と、前記第２導電型窒化物半導体層上に位置し、前記活性層で発生される光に透明な透明導電層とを備える。
　これにより、第２導電型窒化物半導体層の厚膜化を抑制しつつ、光伝搬方向に対して垂直方向の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることが可能となる。また、電極とコンタクトをとるためのコンタクト層を透明導電層上に設ける必要がなくなるとともに、透明導電層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができる。さらに、活性層に注入される電流を電流狭窄層にて狭窄し、発光領域に電流を効率よく注入することが可能となるとともに、光伝搬方向に対して水平方向の水平横モードを電流狭窄層間に閉じ込めることが可能となる。このため、窒化物半導体発光素子の発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記第１導電型窒化物半導体層、前記活性層、第２導電型窒化物半導体層および前記透明導電層の各端面に形成された端面保護膜をさらに備える。
　これにより、垂直横モードの分布を維持しつつ導波光を反射させることができ、光損失を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記電流狭窄層の下面は、前記第２導電型窒化物半導体層の上面より低い位置に設定されている。
　これにより、活性層に注入される電流を電流狭窄層にて狭窄し、発光領域に電流を効率よく注入することが可能となるとともに、光伝搬方向に対して水平方向の水平横モードを電流狭窄層間に閉じ込めることが可能となる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記電流狭窄層は、前記活性層で発生される光の導波方向に沿った開口部を有するように形成され、前記第２導電型窒化物半導体層は前記開口部に埋め込まれている。
　これにより、光伝搬方向に対して垂直方向の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることを可能としつつ、光伝搬方向に対して水平方向の水平横モードを電流狭窄層間に閉じ込めることが可能となり、光伝搬時の光損失を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、第１導電型窒化物半導体層と、前記第１導電型窒化物半導体層上に位置する活性層と、前記活性層上に位置する第２導電型窒化物半導体層と、前記第２導電型窒化物半導体層上に位置し、前記活性層で発生される光に透明な透明導電層と、前記透明導電層の一部に位置する電流狭窄層と、前記第１導電型窒化物半導体層、前記活性層、第２導電型窒化物半導体層および前記透明導電層の各端面に形成された端面保護膜とを備える。
　これにより、第２導電型窒化物半導体層の厚膜化を抑制しつつ、光伝搬方向に対して垂直方向の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることが可能となるとともに、垂直横モードの分布を維持しつつ導波光を端面保護膜にて反射させることができる。また、電極とコンタクトをとるためのコンタクト層を透明導電層上に設ける必要がなくなるとともに、透明導電層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができる。さらに、電流狭窄層の形成後に再度の結晶成長を行うことなく、活性層に注入される電流を電流狭窄層にて狭窄し、発光領域に電流を効率よく注入することが可能となる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、窒化物半導体発光素子の発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記透明導電層は、前記活性層上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられる。
　これにより、光伝搬時の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることを可能としつつ、第２導電型窒化物半導体層のガイド層またはクラッド層を除去することができ、第２導電型窒化物半導体層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記電流狭窄層は、前記第２導電型窒化物半導体層の端面側において、前記活性層の発光部上にも位置する。
　これにより、窒化物半導体発光素子をウェハから切り出す際の劈開異常を低減することが可能となるとともに、端面の発熱を抑制し、端面破壊を抑制することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記電流狭窄層は、光の導波方向に沿うように位置し、前記第２導電型窒化物半導体層の端面側に連続する。
　これにより、電流狭窄層の１回のパターニングに基づいて、水平横モードを電流狭窄層間に閉じ込めることが可能となるとともに、電流非注入領域を端面側に形成することができ、電流非注入領域の作製にかかる工程数の増大を抑制することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記第２導電型窒化物半導体層は、前記電流狭窄層と前記活性層との間に延在する。
　これにより、電流狭窄層を薄膜化しつつ、再結合に必要な空乏層を第２導電型窒化物半導体層に確保することができる。このため、発光効率を低下させることなく、電流狭窄層との格子定数の不整合に起因して第２導電型窒化物半導体層にかかる応力を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記第１導電型はｎ型、前記第２導電型はｐ型である。
　これにより、電流注入側のキャリアとして、電子に比べ移動度が小さな正孔を用いることができる。このため、電流狭窄層を薄膜化しつつ、ｐ型窒化物半導体層における電流狭窄効果を得ることができ、電流狭窄層との格子定数の不整合に起因してｐ型窒化物半導体層にかかる応力を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記電流狭窄層が存在しない位置におけるｐ型窒化物半導体層の厚さは、４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。
　ここで、ｐ型窒化物半導体層の厚さを４０ｎｍ以上とすることにより、再結合に必要な空乏層をｐ型窒化物半導体層に確保することができ、発光効率の低下を防止することができる。ｐ型窒化物半導体層の厚さを５５０ｎｍ以下とすることにより、ｐ型窒化物半導体層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができ、窒化物半導体発光素子の発熱を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記第１導電型はｐ型、前記第２導電型はｎ型である。
　これにより、ｎ型窒化物半導体層の厚膜化を抑制しつつ、光伝搬方向に対して垂直方向の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることが可能となり、窒化物半導体発光素子の発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記電流狭窄層が存在しない位置におけるｎ型窒化物半導体層の厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
　ここで、ｎ型窒化物半導体層の厚さを５ｎｍ以上とすることにより、再結合に必要な空乏層をｎ型窒化物半導体層に確保することができ、発光効率の低下を防止することができる。ｎ型窒化物半導体層の厚さを１５０ｎｍ以下とすることにより、ｎ型窒化物半導体層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができ、窒化物半導体発光素子の発熱を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記透明導電層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒから選択される少なくともいずれか１つの元素を含む。
　これにより、導電性を確保しつつ、活性層で発生される光に透明な透明導電層を形成することが可能となる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記透明導電層は、光伝搬時の垂直横モードを閉じ込め可能な範囲内で薄膜化されている。
　これにより、第２導電型窒化物半導体層の厚膜化を抑制しつつ、光伝搬方向に対して垂直方向の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることが可能となるとともに、透明導電層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができる。このため、窒化物半導体発光素子の発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
　また、本発明の一態様に係る窒化物半導体発光素子によれば、前記透明導電層の厚さは、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である。
　ここで、透明導電層の厚さを８０ｎｍ以上とすることにより、光伝搬方向に対して垂直方向の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることが可能となる。透明導電層の厚さを１２０ｎｍ以下とすることにより、透明導電層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができる。
　本発明の一態様においては、窒化物半導体発光素子の発熱を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に垂直に切断して示す断面図である。 （ａ）は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に沿って切断して示す断面図、（ｂ）は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の電流狭窄層の構成例を示す平面図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の内蔵電位を求めるための簡略化したモデルの一例を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の伝搬モードのシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）は、比較例に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に沿って切断して示す断面図、（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。 比較例に係る窒化物半導体発光素子の伝搬モードのシミュレーション結果の一例を示す図である。 比較例に係る窒化物半導体発光素子の伝搬モードのシミュレーション結果のその他の例を示す図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の実装例を示す断面図である。 第２実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に垂直に切断して示す断面図である。 第３実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に垂直に切断して示す断面図である。 第３実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。 第３実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。
　以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の構成に必須のものとは限らない。実施形態の構成は、本発明が適用される装置の仕様や各種条件（使用条件、使用環境等）によって適宜修正または変更され得る。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定され、以下の個別の実施形態によって限定されない。また、以下の説明に用いる図面は、各構成を分かり易くするため、実際の構造と縮尺および形状などを異ならせることがある。
　図１は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に垂直に切断して示す断面図、図２（ａ）は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に沿って切断して示す断面図、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。
　図１および図２（ａ）において、半導体レーザＬＡは、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１、活性層１５、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２、電流狭窄層１９および透明導電層２０を備える。活性層１５は、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１上に積層されている。ｐ型窒化物半導体層Ｎ２は、活性層１５上に積層されている。ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚さは、４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるのが好ましい。なお、窒化物半導体は、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）という組成を持つことができる。
　なお、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１から活性層１５への不純物の拡散を抑制するために、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１と活性層１５との間にノンドープ窒化物ガイド層１４を設けてもよい。ｐ型窒化物半導体層Ｎ２から活性層１５への不純物の拡散を抑制するために、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２と活性層１５との間にノンドープ窒化物ガイド層１６を設けてもよい。
　電流狭窄層１９は、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の一部に位置する。ここで、電流狭窄層１９は、屈折率導波型および利得導波型のいずれか少なくとも１つの共振器が構成されるようにｐ型窒化物半導体層Ｎ２の一部に配置することができる。このとき、電流狭窄層１９の下面は、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の上面より低い位置に設定することができる。また、電流狭窄層１９の下面は、透明導電層２０の下面より低い位置に設定することができる。
また、電流狭窄層１９は、図２（ａ）に示すように、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の端面側において、活性層１５の発光部上にも位置することができる。また、電流狭窄層１９は、電流狭窄層１９と活性層１５との間にｐ型窒化物半導体層Ｎ２が延在するように配置することができる。電流狭窄層１９は、例えば、ＡｌＮからなる高抵抗層を用いることができる。電流狭窄層１９の厚さは、例えば、１００ｎｍに設定することができる。
　透明導電層２０は、活性層１５で発生される光に透明な導電層である。透明導電層２０は、フェルミレベルが伝導帯に位置することができる。透明導電層２０は、活性層１５上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられる。透明導電層２０は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒから選択される少なくともいずれか１つの元素を含むことができ、これらの元素の酸化物とすることができる。例えば、透明導電層２０は、ＩＴＯ膜であってもよいし、ＺｎＯ膜であってもよいし、ＳｎＯ膜であってもよいし、ＴｉＯ膜であってもよい。透明導電層２０は、垂直横モードＭＡを閉じ込め可能な範囲内で薄膜化されているのが好ましい。垂直横モードＭＡは、光伝搬方向に対して垂直方向の伝搬モードである。このとき、透明導電層２０の厚さは、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であるのが好ましい。なお、本明細書では、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２と透明導電層２０を合わせてｐ側層と言うことがある。
　ｎ型窒化物半導体層Ｎ１は、ｎ型窒化物クラッド層１２およびｎ型窒化物ガイド層１３を備える。ｎ型窒化物クラッド層１２およびｎ型窒化物ガイド層１３は、ｎ型窒化物半導体基板１１上に順次積層されている。
　ｐ型窒化物半導体層Ｎ２は、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８を備える。ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８は、ノンドープ窒化物ガイド層１６上に順次積層されている。ここで、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の一部に電流狭窄層１９を配置するために、電流狭窄層１９に開口部ＫＡを形成し、ｐ型窒化物ガイド層１８の一部をｐ型窒化物ガイド層１８Ａとして開口部ＫＡに埋め込むようにしてもよい。
　透明導電層２０上には、透明導電層２０およびｐ型窒化物半導体層Ｎ２を介して活性層１５に電流を注入する電極２１が形成されている。電極２１は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造とすることができる。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの厚さは、例えば、１００／５０／３００ｎｍに設定することができる。
　また、図２（ａ）に示すように、半導体レーザＬＡの端面ＥＦには、端面保護膜２２が形成されている。端面保護膜２２は、ＡｌＮ／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。
ＡｌＮ／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／３００ｎｍに設定することができる。
　半導体レーザＬＡの端面ＥＲには、端面保護膜２３が形成されている。端面保護膜２３は、ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／（６０／４０）６／１０ｎｍに設定することができる。
　端面保護膜２２、２３は、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１、活性層１５、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２および電流狭窄層１９のそれぞれの端面だけでなく、透明導電層２０の端面も被覆することができる。
　ｎ型窒化物半導体基板１１、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３、ノンドープ窒化物ガイド層１４、活性層１５、ノンドープ窒化物ガイド層１６、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａとして、例えば、ｎ型ＧａＮ基板、ｎ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層、ｎ型ＧａＮ層、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９９Ｎ層、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．８８Ｎ層／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層からなる単一量子井戸層、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９９Ｎ層、ｐ型Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ｎ層およびｐ型ＧａＮ層をそれぞれ用いることができる。
　ｎ型窒化物クラッド層１２の厚さは、例えば、７００ｎｍ、ドナー濃度ＮＤは、１×１０１７ｃｍ－３に設定することができる。ｎ型窒化物ガイド層１３の厚さは、例えば、５０ｎｍ、ドナー濃度ＮＤは、１×１０１７ｃｍ－３に設定することができる。ノンドープ窒化物ガイド層１４の厚さは、例えば、１３６ｎｍに設定することができる。活性層１５の量子井戸層の障壁層／井戸層／障壁層の厚さは、例えば、１０／９／１０ｎｍに設定することができる。ノンドープ窒化物ガイド層１６の厚さは、例えば、１３５ｎｍに設定することができる。ｐ型キャリアブロック層１７の厚さは、例えば、４ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。ｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａの合計の厚さは、例えば、５０ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。
　ここで、図２（ｂ）に示すように、ｎ型窒化物クラッド層１２の屈折率は、ｎ型窒化物ガイド層１３の屈折率より小さくし、ｎ型窒化物ガイド層１３の屈折率は、ノンドープ窒化物ガイド層１４の屈折率より小さくし、ノンドープ窒化物ガイド層１４の屈折率は、活性層１５の屈折率より小さくすることができる。
　また、透明導電層２０の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくし、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率は、ノンドープ窒化物ガイド層１６の屈折率より小さくし、ノンドープ窒化物ガイド層１６の屈折率は、活性層１５の屈折率より小さくすることができる。また、透明導電層２０の屈折率は、ｐ型キャリアブロック層１７の屈折率より小さくし、ｐ型キャリアブロック層１７の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくすることができる。
　図２（ａ）に示すように、半導体レーザＬＡのレーザ発振時の垂直横モードＭＡは、透明導電層２０にかかる。ここで、透明導電層２０の屈折率をｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくすることにより、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚膜化を抑制しつつ、垂直横モードＭＡを透明導電層２０にて閉じ込めることが可能となる。また、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２上に透明導電層２０を積層することにより、電極２１とコンタクトをとるためのｐ型窒化物半導体コンタクト層を透明導電層２０上に設ける必要がなくなるとともに、透明導電層２０を介して活性層１５に注入される電流の抵抗を低減することができる。さらに、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の一部に電流狭窄層１９を設けることにより、活性層１５に注入される電流を電流狭窄層１９にて狭窄し、発光領域に電流を効率よく注入することが可能となるとともに、光伝搬方向に対して水平方向の水平横モードを電流狭窄層１９間に閉じ込めることが可能となる。このため、半導体レーザＬＡの発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
　また、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１、活性層１５、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２および電流狭窄層１９のそれぞれの端面だけでなく、透明導電層２０の端面ＥＦ、ＥＲも端面保護膜２２、２３にて被覆することにより、垂直横モードＭＡの分布を維持しつつ導波光を反射させることができ、光損失を低減することができる。
　また、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚さを４０ｎｍ以上とすることにより、再結合に必要な空乏層をｐ型窒化物半導体層Ｎ２に確保することができ、発光効率の低下を防止することができる。ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚さを５５０ｎｍ以下とすることにより、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２を介して活性層１５に注入される電流の抵抗を低減することができ、半導体レーザＬＡの発熱を低減することができる。
　また、透明導電層２０の厚さを８０ｎｍ以上とすることにより、垂直横モードＭＡを透明導電層２０にて閉じ込めることが可能となる。透明導電層２０の厚さを１２０ｎｍ以下とすることにより、透明導電層２０を介して活性層１５に注入される電流の抵抗を低減することができる。
　図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｄは、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図、図３Ｃは、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の電流狭窄層の構成例を示す平面図である。
　図３Ａにおいて、エピタキシャル成長によって、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３、ノンドープ窒化物ガイド層１４、活性層１５、ノンドープ窒化物ガイド層１６、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８をｎ型窒化物半導体基板１１上に順次積層する。さらに、エピタキシャル成長やスパッタなどの方法によって、電流狭窄層１９をｐ型窒化物ガイド層１８上に積層する。
　次に、図３Ｂに示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、電流狭窄層１９をパターニングし、電流狭窄層１９に開口部ＫＡを形成する。
このとき、図３Ｃに示すように、半導体レーザＬＡの端面ＥＦ、ＥＲ側において活性層１５の発光部上にも電流狭窄層１９が位置するように開口部ＫＡを形成することができる。
これにより、ウェハから切り出す際の端面ＥＦ、ＥＲの劈開異常を低減することが可能となるとともに、端面ＥＦ、ＥＲの発熱を抑制し、端面破壊を抑制することができる。
　また、レーザ光が導波する共振器の両側に電流狭窄層１９が位置するとともに、活性層１５の発光部上の端面ＥＦ、ＥＲ側に電流狭窄層１９が連続するように開口部ＫＡを形成することができる。これにより、電流狭窄層１９の１回のパターニングに基づいて、水平横モードを電流狭窄層１９間に閉じ込めることが可能となるとともに、電流非注入領域を端面ＥＦ、ＥＲ側に形成することができ、電流非注入領域の作製にかかる工程数の増大を抑制することができる。
　次に、図３Ｄに示すように、エピタキシャル成長によって、開口部ＫＡに埋め込まれるようにｐ型窒化物ガイド層１８Ａをｐ型窒化物ガイド層１８上に選択的に形成する。
　次に、図１に示すように、スパッタなどの方法によって、透明導電層２０をｐ型窒化物ガイド層１８Ａおよび電流狭窄層１９上に形成する。次に、蒸着などの方法によって、電極２１を透明導電層２０上に形成する。
　次に、図２（ａ）に示すように、ｎ型窒化物半導体基板１１の劈開によって、劈開面を持つ端面ＥＦ、ＥＲを形成する。次に、スパッタなどの方法によって、各端面ＥＦ、ＥＲに端面保護膜２２、２３を形成する。
　以下、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚さの計算例について説明する。
　ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚さは、ダイオードとして十分な特性が得られるように、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２内に形成される空乏層の空乏層厚ｗＰ以上にする必要がある。
　この空乏層厚さｗＰは、以下のようにして求められる。
　本実施形態の窒化物半導体発光素子はｐ型－ｉ型－ｎ型という半導体の層構造をもつ。
このｐｉｎジャンクションの内蔵電位Φは、以下の式（１）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Φ１、Φ２、Φ３は、以下の式（２）～（４）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ただし、式（２）～（４）において、以下の式（５）の関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、ｚはｐｉｎジャンクションの厚み方向の位置を示す座標、ρｐおよびρｎはｐ型半導体層およびｎ型半導体層の各空乏層の単位体積当たりの電荷量、εは誘電率、ε０は真空の誘電率、ｗ１はｐ型半導体層とｉ型半導体層との境界位置におけるｚ座標、ｗ２はｎ型半導体層とｉ型半導体層との境界位置におけるｚ座標、ｗＰはｐ型半導体層の空乏層厚、ｗｎはｎ型半導体層の空乏層厚である。ただし、ε、ρｐおよびρｎはｚの関数である。
　実際の素子構造に対して式（１）～（５）を解くことによって、Ｐ型半導体内に形成される空乏層厚ＷＰが求められる。本実施形態の窒化物半導体発光素子の場合、内蔵電位Φは、簡略化したモデルで計算することができる。
　図４は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の内蔵電位を求めるための簡略化したモデルの一例を示す図である。
　図４において、このモデルでは、ｐ型半導体層のアクセプタ濃度ＮＡおよびｐ型半導体層のドナー濃度ＮＤはｚ座標に対して一定とした。ｉ型半導体層の厚さｗｉｎｔｒはｗ１＋ｗ２で与えられる。
　このモデルについて、内蔵電位Φを求めると、内蔵電位Φは、以下の式（６）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　次に、式（５）から、ＮＡ・ｗＰ＝ＮＤ・ｗｎの関係より、空乏層厚ｗＰについて求めると、空乏層厚ｗＰは、以下の式（７）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　同様に、空乏層厚ｗｎについて求めると、空乏層厚ｗｎは、以下の式（８）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ＧａＮ系半導体レーザの場合、ｐ型半導体のドーパントにはＭｇが使われる。Ｍｇの不純物準位は深いため、ほとんど活性化されず、１０％でも活性化できれば十分なほどである。ただし、ｎ型半導体はドーパントにＳｉが使われており、ほぼ１００％活性化される。そこで、Ｍｇの活性化率をαとすると、式（７）および（８）は、以下の式（９）および（１０）のように修正される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　また、ＧａＮ系半導体レーザでは、ピエゾ効果および自発分極により内部に電場ができ、上式はそれらの影響も考慮した方が好ましい。ただし、上式は、ある程度簡略化されたモデルから導出されているが、ＧａＮ系半導体レーザに対しても、概ねよい目安を与えることが経験的に判っている。
　そこで、上式より、具体的な空乏層厚ｗＰ（温度Ｔ＝２５℃）を求める。温度ＴにおけるバンドギャップＥｇは、以下の式（１１）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　ただし、ａおよびｂは定数である。これらの式から、真性キャリア密度ｎｉは、以下の式（１２）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　式（１２）により、ｎｉ～８．７×１０－１１ｃｍ－３と求まる。ただし、Ｎｃ＝２．２×１０１８ｃｍ－３、Ｎｖ＝４．５×１０１９ｃｍ－３、Ｅｇ（０）＝３．５［ｅＶ］、ａ＝－５．０８×１０－４［ｅＶ／Ｋ］、ｂ＝－９９６［Ｋ］とした。Ｎｃは伝導体の実効状態密度、Ｎｖは価電子帯の実効状態密度である。
　ＮＡ＝１．０×１０１８［ｃｍ－３］、ＮＤ＝１．０×１０１［ｃｍ－３］、α＝５［％］としたときに、式（１２）と以下の式（１３）から内蔵電位Φを求めると、内蔵電位Φは、～３．２Ｖとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　従って、図４の簡略化したモデルでは、ｗｉｎｔｒ＝３００ｎｍ、ε＝９．５のとき、ｐ型半導体層の空乏層厚ｗＰは、ｗＰ～９１ｎｍとなり、Ｐ型半導体層の厚さは９１ｎｍ以上必要であることが判る。
　以上の見積もりは、Ｔ＝２５［℃］の条件で計算したが、実際には通電に伴う発熱によって活性層１５の周辺の温度は２５℃以上になり、内蔵電位Φが小さくなる方向に働く。
また、実際の使用環境において、ハンドリングなどで多少逆バイアスが印加されるような状況も想定され、内蔵電位Φが大きくなる方向に働く。このため、素子の扱い易さおよび動作の信頼性を確保するため、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚さは１５０ｎｍ程度になるように余裕を持たせて設定してもよい。
　ここで、ｐ型およびｎ型の不純物濃度が空間的に一様な場合を想定して式（９）および式（１０）を算出したが、ｐ型およびｎ型の不純物濃度が空間的に非一様に分布する場合は、空間的に平均した不純物濃度を式（９）および式（１０）に適用すればよい。さらにより正確に見積もるには、式（１）～式（５）を用いて計算すればよい。
　次に、透明導電層２０の厚さの計算例について説明する。
　ｐ型クラッド層、コア層およびｎ型クラッド層の３層の誘電体スラブ型導波路を考える。ここで、ｐ型クラッド層の屈折率をｎ３、コア層の屈折率をｎ１、ｎ型クラッド層の屈折率をｎ２-とする。このとき、ｎ１＝ｎｃｏｒｅ＞ｎ２＝ｎｎ－ｃｌａｄかつｎ１＝ｎｃｏｒｅ＞ｎ３＝ｎｐ－ｃｌａｄとなる３層の誘電体スラブ型導波路を伝搬する光波は、
コア層周辺をピークに概ね山型の分布をする。ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）波の場合、最外のｐ型クラッド層側への光の分布Ｅ（ｙ）は、以下の式（１４）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ただし、κは、以下の式（１５）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　ここで、伝搬定数βは、ｎｎ－ｃｌａｄ・ｋ０＜β＜ｎｃｏｒｅ・ｋ０の範囲にある。
ただし、ｋ０は発光光の波数であり、定数である。このことから、導波モードの乱れを防止するには、経験的に最外のクラッド層厚は、以下の式（１６）を満たすのが好ましい
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　本実施形態では、概ね活性層とガイド層がコア層に対応し（合計の厚さが５００ｎｍ）、その屈折率は４０５ｎｍのときｎｃｏｒｅ～２．５２（ＧａＮの場合）、ｐ側層の屈折率ｎｃｌａｄは～２．１１である。このため、透明導電層２０の層厚は９４ｎｍ以上とするのが好ましい。
　以上の見積もりは、３層の誘電体スラブ型導波路を用いた場合であるが、３層以上の多層の場合にも、最外のクラッド層に対しては同様に見積もり可能なことが経験的に判っている。また、発振波長も狙いに対し長波側へばらつくことがあるので、ある程度余裕を持たせて透明導電層２０の厚さを１００ｎｍ程度に設定するのが好ましい。また、伝搬光がＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ）波の場合も同様に見積もることができる。
　図５は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の伝搬モードのシミュレーション結果を示す図である。
　図５において、図２（ａ）の構造についてｐ側層厚を１００ｎｍに設定してシミュレーションを行った。ｐ側層厚が１００ｎｍ程度あれば、光の伝搬モードが縦方向に十分閉じ込められることが判った。このため、ｐ側層厚が薄いままでも光の伝搬モードが縦方向に十分閉じ込めることができ、半導体レーザＬＡの低抵抗化および低光損失化を図ることができる。
　図６（ａ）は、比較例に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に沿って切断して示す断面図、図６（ｂ）は、比較例に係る窒化物半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。
　図６（ａ）において、半導体レーザＬＢは、図２（ａ）の半導体レーザＬＡのｐ型窒化物半導体層Ｎ２の代わりにｐ型窒化物半導体層Ｎ２´を備える。ｐ型窒化物半導体層Ｎ２´の一部には、電流狭窄層３３が設けられている。
　ｐ型窒化物半導体層Ｎ２´上には、電極３５が形成されている。半導体レーザＬＢの端面ＥＦには、端面保護膜３６が形成され、半導体レーザＬＢの端面ＥＲには、端面保護膜３７が形成されている。
　ｐ型窒化物半導体層Ｎ２´は、ｐ型キャリアブロック層１７、ｐ型窒化物ガイド層３１、ｐ型窒化物クラッド層３２およびｐ型窒化物コンタクト層３４を備える。ｐ型キャリアブロック層１７、ｐ型窒化物ガイド層３１、ｐ型窒化物クラッド層３２およびｐ型窒化物コンタクト層３４は、ノンドープ窒化物ガイド層１６上に順次積層されている。
　ｐ型窒化物ガイド層３１、ｐ型窒化物クラッド層３２およびｐ型窒化物コンタクト層３４として、例えば、ｐ型ＧａＮ層、ｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層およびｐ型ＧａＮ層をそれぞれ用いることができる。ここで、図６（ｂ）に示すように、ｐ型窒化物クラッド層３２の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層３１およびｐ型窒化物コンタクト層３４の屈折率より小さくすることができる。
　このとき、ｐ型窒化物クラッド層３２にある程度の厚さがないと、光の伝搬モードがｐ型窒化物コンタクト層３４側に引っ張られ、光の増幅効率の低下を招く。また、ｐ型窒化物クラッド層３２にある程度の厚さがないと、光の伝搬モードが電極３５にかかるため、光損失が増大する。このため、ｐ型窒化物コンタクト層３４の厚さが１００ｎｍ、ＮＡ＝１×１０１８ｃｍ－３としたとき、ｐ型窒化物クラッド層３２がｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層の場合、ｎｃｌａｄは～２．５１なので、５８５ｎｍ以上の厚さが必要である。
　図７Ａは、比較例に係る窒化物半導体発光素子の伝搬モードのシミュレーション結果の一例を示す図である。
　図７Ａにおいて、図６（ａ）の構造についてｐ型窒化物半導体層Ｎ２´の厚さを７００ｎｍに設定してシミュレーションを行った。この場合、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２´の厚さが厚いため、抵抗が増大するとともに、光の伝搬モードが電極３５側に若干染み出している。
　図７Ｂは、比較例に係る窒化物半導体発光素子の伝搬モードのシミュレーション結果のその他の例を示す図である。
　図７Ｂにおいて、図６（ａ）の構造についてｐ型窒化物半導体層Ｎ２´の厚さを１００ｎｍに設定してシミュレーションを行った。この場合、光の伝搬モードが電極３５にかかり、伝搬損失の増大を招くことが予想される。
　図８は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の実装例を示す断面図である。
　図８において、半導体レーザＬＡは、サブマウントＭＴ上にジャンクションダウンボンディング実装されている。サブマウントＭＴの材料は、例えば、ＳｉＣである。半導体レーザＬＡとサブマウントＭＴとの接続には、例えば、Ａｕ－ＳｎハンダＨＤを用いることができる。
　インナーストライプ型の半導体レーザＬＡは、図１の電極２１を平坦化することができる。このため、半導体レーザＬＡをジャンクションダウンボンディング実装した場合においても、半導体レーザＬＡの特定領域に外部応力が集中するのを緩和することができ、信頼性を向上させることができる。また、半導体レーザＬＡをジャンクションダウンボンディング実装することにより、半導体レーザＬＡの放熱性を向上させることができ、レーザ出力を向上させることができる。
　図９は、第２実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に垂直に切断して示す断面図である。
　図９において、半導体レーザＬＣは、ｐ型窒化物半導体層Ｎ１１、活性層３５、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２、電流狭窄層３９および透明導電層４０を備える。活性層３５は、ｐ型窒化物半導体層Ｎ１１上に積層されている。ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２は、活性層３５上に積層されている。ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２の厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるのが好ましい。
　なお、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２から活性層３５への不純物の拡散を抑制するために、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２と活性層３５との間にノンドープ窒化物ガイド層３７を設けてもよい。
　電流狭窄層３９は、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２の一部に位置する。電流狭窄層３９は、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２からノンドープ窒化物ガイド層３７にかけて延在してもよい。
このとき、電流狭窄層３９は、屈折率導波型および利得導波型のいずれか少なくとも１つの共振器が構成されるようにｎ型窒化物半導体層Ｎ１２およびノンドープ窒化物ガイド層３７の一部に配置することができる。電流狭窄層３９の平面形状は、図３Ｃに示したように設定することができる。電流狭窄層３９は、例えば、ＡｌＮからなる高抵抗層を用いることができる。電流狭窄層３９の厚さは、例えば、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２の厚さとノンドープ窒化物ガイド層３７の厚さの合計と等しくすることができる。例えば、電流狭窄層３９の厚さは、１５０ｎｍに設定することができる。
　透明導電層４０は、活性層３５で発生される光に透明な導電層である。透明導電層４０は、フェルミレベルが伝導帯に位置することができる。透明導電層４０は、活性層４５上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられる。透明導電層４０は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒから選択される少なくともいずれか１つの元素を含むことができ、これらの元素の酸化物とすることができる。透明導電層４０は、光伝搬方向に対して垂直方向の伝搬モードである垂直横モードを閉じ込め可能な範囲内で薄膜化されているのが好ましい。このとき、透明導電層４０の厚さは、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であるのが好ましい。なお、本明細書では、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２と透明導電層４０を合わせてｎ側層と言うことがある。
　ｐ型窒化物半導体層Ｎ１１は、ｐ型窒化物クラッド層３２、ｐ型窒化物ガイド層３３およびｐ型キャリアブロック層３４を備える。ｐ型窒化物クラッド層３２、ｐ型窒化物ガイド層３３およびｐ型キャリアブロック層３４は、ｐ型窒化物半導体基板３１上に順次積層されている。
　ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２は、ｎ型窒化物ガイド層３８を備える。ｎ型窒化物ガイド層３８は、ノンドープ窒化物ガイド層３７上に積層されている。ここで、ノンドープ窒化物ガイド層３７およびｎ型窒化物ガイド層３８の一部に電流狭窄層３９を配置するために、電流狭窄層３９に開口部ＫＣを形成し、ノンドープ窒化物ガイド層３７およびｎ型窒化物ガイド層３８を開口部ＫＣに順次埋め込むようにしてもよい。
　透明導電層４０上には、透明導電層４０およびｐ型窒化物半導体層Ｎ１２を介して活性層３５に電流を注入する電極４１が形成されている。電極４１は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造とすることができる。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの厚さは、例えば、１００／５０／３００ｎｍに設定することができる。
　また、半導体レーザＬＣの前端面および後端面には、端面保護膜が形成されている。半導体レーザＬＣの前端面の端面保護膜は、ＡｌＮ／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。ＡｌＮ／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／３００ｎｍに設定することができる。半導体レーザＬＣの後端面の端面保護膜は、ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／（６０／４０）６／１０ｎｍに設定することができる。端面保護膜は、ｐ型窒化物半導体層Ｎ１１、活性層３５、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２および電流狭窄層３９のそれぞれの端面だけでなく、透明導電層４０の端面も被覆することができる。
　ｐ型窒化物半導体基板３１、ｐ型窒化物クラッド層３２、ｐ型窒化物ガイド層３３、ｐ型キャリアブロック層３４、活性層３５、ノンドープ窒化物ガイド層３７およびｎ型窒化物ガイド層３８として、例えば、ｐ型ＧａＮ基板、ｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層、ｐ型ＧａＮ層、ｐ型Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ｎ層、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．８８Ｎ層／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．８８Ｎ層／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．８８Ｎ層／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層からなる多重量子井戸層、ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮ層をそれぞれ用いることができる。
　ｐ型窒化物クラッド層３２の厚さは、例えば、５００ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。ｎ型窒化物ガイド層３３の厚さは、例えば、３６ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。ｐ型キャリアブロック層３４の厚さは、例えば、４ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。活性層３５の量子井戸層の障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の厚さは、例えば、１０／９／１０／９／１０／９／１０ｎｍに設定することができる。ノンドープ窒化物ガイド層３７の厚さは、例えば、３３ｎｍに設定することができる。ｐ型窒化物ガイド層３８の厚さは、例えば、１１７ｎｍ、ドナー濃度ＮＤは、１×１０１７ｃｍ－３に設定することができる。なお、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２および透明導電層４０の厚さは、第１実施形態と同様な方法によって求めることができる。
　ここで、ｐ型窒化物クラッド層３２の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層３３の屈折率より小さくすることができる。ｐ型キャリアブロック層３４の屈折率は、ｐ型窒化物クラッド層３２の屈折率より小さくすることができる。
　また、透明導電層４０の屈折率は、ｎ型窒化物ガイド層３８の屈折率より小さくし、ｎ型窒化物ガイド層３８の屈折率は、ノンドープ窒化物ガイド層３６の屈折率より小さくし、ノンドープ窒化物ガイド層３７の屈折率は、活性層３５の屈折率より小さくすることができる。
　ここで、透明導電層４０の屈折率をｎ型窒化物ガイド層３８の屈折率より小さくすることにより、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２の厚膜化を抑制しつつ、垂直横モードを透明導電層４０にて閉じ込めることが可能となる。また、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２上に透明導電層４０を積層することにより、電極４１とコンタクトをとるためのｎ型窒化物半導体コンタクト層を透明導電層４０上に設ける必要がなくなるとともに、透明導電層４０を介して活性層３５に注入される電流の抵抗を低減することができる。さらに、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２の一部に電流狭窄層３９を設けることにより、活性層３５に注入される電流を電流狭窄層３９にて狭窄し、発光領域に電流を効率よく注入することが可能となるとともに、光伝搬方向に対して水平方向の水平横モードを電流狭窄層３９間に閉じ込めることが可能となる。このため、半導体レーザＬＣの発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
　また、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２の厚さを５ｎｍ以上とすることにより、再結合に必要な空乏層をｎ型窒化物半導体層Ｎ１２に確保することができ、発光効率の低下を防止することができる。ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２の厚さを１５０ｎｍ以下とすることにより、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１２を介して活性層３５に注入される電流の抵抗を低減することができ、半導体レーザＬＣの発熱を低減することができる。
　図１０は、第３実施形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を光導波方向に垂直に切断して示す断面図である。
　図１０において、半導体レーザＬＤは、図１の半導体レーザＬＡの活性層１５、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２、電流狭窄層１９および透明導電層２０の代わりに、活性層５５、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２２、電流狭窄層５９および透明導電層６０を備える。活性層５５は、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１上に積層されている。ｐ型窒化物半導体層Ｎ２２は、活性層１５上に積層されている。
　なお、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１から活性層５５への不純物の拡散を抑制するために、ｎ型窒化物半導体層Ｎ１と活性層５５との間にノンドープ窒化物ガイド層１４を設けてもよい。ｐ型窒化物半導体層Ｎ２２から活性層５５への不純物の拡散を抑制するために、ｐ型窒化物半導体層Ｎ１２と活性層５５との間にノンドープ窒化物ガイド層５６を設けてもよい。
　電流狭窄層５９は、透明導電層６０の一部に位置する。このとき、電流狭窄層５９は、利得導波型の共振器が構成されるように透明導電層６０の一部に配置することができる。
電流狭窄層５９は、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２２の端面側において、活性層５５の発光部上にも位置することができる。電流狭窄層５９は、例えば、ＡｌＮからなる高抵抗層を用いることができる。電流狭窄層５９の厚さは、例えば、１００ｎｍに設定することができる。
　透明導電層６０は、活性層５５で発生される光に透明な導電層である。透明導電層６０は、フェルミレベルが伝導帯に位置することができる。透明導電層６０は、活性層５５上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられる。透明導電層６０は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒから選択される少なくともいずれか１つの元素を含むことができ、これらの元素の酸化物とすることができる。透明導電層６０は、垂直横モードを閉じ込め可能な範囲内で薄膜化されているのが好ましい。ここで、透明導電層６０の一部に電流狭窄層５９を配置するために、電流狭窄層５９に開口部ＫＤを形成し、透明導電層６０Ｄを開口部ＫＤに埋め込むようにしてもよい。
　ｐ型窒化物半導体層Ｎ２２は、ｐ型キャリアブロック層５７およびｐ型窒化物ガイド層５８を備える。ｐ型キャリアブロック層５７およびｐ型窒化物ガイド層５８は、ノンドープ窒化物ガイド層５６上に順次積層されている。
　透明導電層６０上には、透明導電層６０およびｐ型窒化物半導体層Ｎ２２を介して活性層５５に電流を注入する電極６１が形成されている。電極６１は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造とすることができる。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの厚さは、例えば、１００／５０／３００ｎｍに設定することができる。
　また、半導体レーザＬＤの前端面および後端面には、端面保護膜が形成されている。半導体レーザＬＤの前端面の端面保護膜は、ＡｌＮ／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。ＡｌＮ／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／３００ｎｍに設定することができる。半導体レーザＬＤの後端面の端面保護膜は、ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／（６０／４０）６／１０ｎｍに設定することができる。端面保護膜は、ｐ型窒化物半導体層Ｎ１、活性層５５、ｎ型窒化物半導体層Ｎ２２および電流狭窄層５９のそれぞれの端面だけでなく、透明導電層６０の端面も被覆することができる。
　活性層５５、ノンドープ窒化物ガイド層５６、ｐ型キャリアブロック層５７およびｐ型窒化物ガイド層５８として、例えば、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．８８Ｎ層／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層／Ｉｎ０．０８Ｇａ０．８８Ｎ層／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層からなる２重量子井戸層、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９９Ｎ層、ｐ型Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ｎ層およびｐ型ＧａＮ層をそれぞれ用いることができる。
　活性層５５の量子井戸層の障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の厚さは、例えば、１０／９／１０／９／１０ｎｍに設定することができる。ノンドープ窒化物ガイド層１６の厚さは、例えば、１２６ｎｍに設定することができる。ｐ型キャリアブロック層１７の厚さは、例えば、４ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。ｐ型窒化物ガイド層１８の厚さは、例えば、１５０ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。
　このとき、透明導電層６０の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層５８の屈折率より小さくし、ｐ型窒化物ガイド層５８の屈折率は、ノンドープ窒化物ガイド層５６の屈折率より小さくし、ノンドープ窒化物ガイド層５６の屈折率は、活性層５５の屈折率より小さくすることができる。ｐ型キャリアブロック層５７の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層５８の屈折率より小さくすることができる。
　ここで、透明導電層６０の屈折率をｐ型窒化物ガイド層５８の屈折率より小さくし、透明導電層６０の端面も端面保護膜にて被覆することにより、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２の厚膜化を抑制しつつ、垂直横モードを透明導電層６０にて閉じ込めることが可能となるとともに、垂直横モードの分布を維持しつつ導波光を端面保護膜にて反射させることができる。また、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２２上に透明導電層６０を積層することにより、電極６１とコンタクトをとるためのｐ型窒化物半導体コンタクト層を透明導電層６０上に設ける必要がなくなるとともに、透明導電層６０を介して活性層５５に注入される電流の抵抗を低減することができる。さらに、透明導電層６０の一部に電流狭窄層５９を設けることにより、電流狭窄層６０の形成後に再度の結晶成長を行うことなく、活性層５５に注入される電流を電流狭窄層５９にて狭窄し、発光領域に電流を効率よく注入することが可能となる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、半導体レーザＬＤの発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
　図１１Ａおよび図１１Ｂは、第３実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。
　図１１Ａにおいて、エピタキシャル成長によって、ｎ型窒化物クラッド層５２、ｎ型窒化物ガイド層５３、ノンドープ窒化物ガイド層５４、活性層５５、ノンドープ窒化物ガイド層５６、ｐ型キャリアブロック層５７およびｐ型窒化物ガイド層５８をｎ型窒化物半導体基板５１上に順次積層する。さらに、エピタキシャル成長やスパッタなどの方法によって、電流狭窄層５９をｐ型窒化物ガイド層５８上に積層する。なお、ｐ型窒化物半導体層Ｎ２２および透明導電層６０の厚さは、第１実施形態と同様な方法によって求めることができる。
　次に、図１１Ｂに示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、電流狭窄層５９をパターニングし、電流狭窄層５９に開口部ＫＤを形成する。電流狭窄層５９の平面形状は、図３Ｃに示したように設定することができる。
　次に、図１０に示すように、スパッタなどの方法によって、開口部ＫＤに埋め込まれるように透明導電層６０Ｄをｐ型窒化物ガイド層５８および電流狭窄層５９上に形成する。
次に、蒸着などの方法によって、電極６１を透明導電層６０上に形成する。次に、ｎ型窒化物半導体基板１１の劈開によって、劈開面を持つ端面を形成する。次に、スパッタなどの方法によって、各端面に端面保護膜を形成する。
Ｎ１　ｎ型窒化物半導体層
Ｎ２　ｐ型窒化物半導体層
１１　ｎ型窒化物半導体基板
１２　第ｎ型窒化物クラッド層
１３　ｎ型窒化物ガイド層
１４、１６　ノンドープ窒化物ガイド層
１５　活性層
１７　ｐ型キャリアブロック層
１８　ｐ型窒化物ガイド層
１９　電流狭窄層
２０　透明導電層
２１　電極
２２　端面保護膜

Claims (16)

  1. 　第１導電型窒化物半導体層と、
    　前記第１導電型窒化物半導体層上に位置する活性層と、
    　前記活性層上に位置する第２導電型窒化物半導体層と、
    　前記第２導電型窒化物半導体層の一部に位置する電流狭窄層と、
    　前記第２導電型窒化物半導体層上に位置し、前記活性層で発生される光に透明な透明導電層とを備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記第１導電型窒化物半導体層、前記活性層、第２導電型窒化物半導体層および前記透明導電層の各端面に形成された端面保護膜をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 　前記電流狭窄層の下面は、前記第２導電型窒化物半導体層の上面より低い位置に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
  4. 　前記電流狭窄層は、前記活性層で発生される光の導波方向に沿った開口部を有するように形成され、前記第２導電型窒化物半導体層は前記開口部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  5. 　第１導電型窒化物半導体層と、
    　前記第１導電型窒化物半導体層上に位置する活性層と、
    　前記活性層上に位置する第２導電型窒化物半導体層と、
    　前記第２導電型窒化物半導体層上に位置し、前記活性層で発生される光に透明な透明導電層と、
    　前記透明導電層の一部に位置する電流狭窄層と、
    　前記第１導電型窒化物半導体層、前記活性層、第２導電型窒化物半導体層および前記透明導電層の各端面に形成された端面保護膜とを備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
  6. 　前記透明導電層は、前記活性層上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  7. 　前記電流狭窄層は、前記第２導電型窒化物半導体層の端面側において、前記活性層の発光部上にも位置することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  8. 　前記電流狭窄層は、光の導波方向に沿うように位置し、前記第２導電型窒化物半導体層の端面側に連続することを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
  9. 　前記第２導電型窒化物半導体層は、前記電流狭窄層と前記活性層との間に延在することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  10. 　前記第１導電型はｎ型、前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  11. 　前記電流狭窄層が存在しない位置におけるｐ型窒化物半導体層の厚さは、４０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
  12. 　前記第１導電型はｐ型、前記第２導電型はｎ型であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  13. 　前記電流狭窄層が存在しない位置におけるｎ型窒化物半導体層の厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体発光素子。
  14. 　前記透明導電層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒから選択される少なくともいずれか１つの元素を含むことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  15. 　前記透明導電層は、光伝搬時の垂直横モードを閉じ込め可能な範囲内で薄膜化されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  16. 　前記透明導電層の厚さは、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
     
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