(57)【要約】【課題】安定した特性を得ることができる窒化物半導体多層構造、発光素子、光源装置及び窒化物半導体多層構造の製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体多層構造１００は、第１の窒化物半導体層１０５ａと、第２の窒化物半導体層１０５ｂと、第１の窒化物半導体層１０５ａと第２の窒化物半導体層１０５ｂとの間に位置する第３の窒化物半導体層１０１と、を有し、第３の窒化物半導体層１０１は、第１の領域１０１ａと、第３の窒化物半導体層１０１に平行な面内で第１の領域１０１ａを取り囲む第２の領域１０１ｂと、を有し、第２の領域１０１ｂのＩｎ組成は、第１の領域１０１ａのＩｎ組成よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物半導体層と、
第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に位置する第３の窒化物半導体層と、
を有し、
前記第３の窒化物半導体層は、
第１の領域と、
前記第３の窒化物半導体層に平行な面内で前記第１の領域を取り囲む第２の領域と、
を有し、
前記第２の領域のＩｎ組成は、前記第１の領域のＩｎ組成よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体多層構造。
【請求項２】
第１の窒化物半導体層と、
第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に位置する第３の窒化物半導体層と、
を有し、
前記第３の窒化物半導体層は、
第１の領域と、
前記第３の窒化物半導体層に平行な面内で前記第１の領域を取り囲む第２の領域と、
を有し、
前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層、前記第１の領域及び前記第２の領域のうちで前記第２の領域のバンドギャップが最も大きいことを特徴とする窒化物半導体多層構造。
【請求項３】
前記第２の領域のバンドギャップは、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層及び前記第１の領域の各々のバンドギャップよりも０．５ｅＶ以上大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体多層構造。
【請求項４】
前記第３の窒化物半導体層の厚さは２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層構造。
【請求項５】
前記第１の領域及び前記第２の領域はＡｌを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層構造。
【請求項６】
前記第１の領域及び前記第２の領域はＡｌＩｎＮ又はＡｌＧａＩｎＮからなることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体多層構造。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体多層構造を有し、
前記窒化物半導体多層構造は、光を発する活性層を有することを特徴とする発光素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体多層構造は、前記活性層が発した光を共振させる共振器構造を有することを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の発光素子を有することを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
基板上に、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に位置する第３の窒化物半導体層と、を形成する工程と、
熱処理を施すことにより、前記第３の窒化物半導体層に、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間で電流を通過させる第１の領域と、前記第３の窒化物半導体層に平行な面内で前記第１の領域を取り囲み、前記電流の通過を阻止する第２の領域と、を形成する工程と、
を有し、
前記第２の領域のＩｎ組成は、前記第１の領域のＩｎ組成よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体多層構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体多層構造、発光素子、光源装置及び窒化物半導体多層構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
端面発光レーザや面発光レーザでは、効率的に光を増幅するために、電流を狭い領域に絞り反転分布を起こし、そこに光を閉じ込めて増幅させる。例えば、ウェハ表面側のｐ型半導体層中の電流を流さない領域にｎ型の半導体層を埋め込むことで、電流狭窄構造を作製する。
【０００３】
特許文献１には、開口部を形成したｎ−ＡｌＩｎＮ層上に複数の窒化物半導体層を積層して電流狭窄構造を実現した装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法では、ｎ−ＡｌＩｎＮ層が開口部に伴う段差を含む。このため、このｎ−ＡｌＩｎＮ層上に形成される窒化物半導体層も、ｎ−ＡｌＩｎＮ層の段差に倣う段差を含むこととなる。段差がある下地上に窒化物半導体層を形成すると、混晶の組成及び膜厚にばらつきが生じやすい。このため、安定した特性を得ることが困難である。更に、段差を含む窒化物半導体層を面発光レーザに用いると、段差が光の散乱源になって、閾値の増加等の特性の低下が生じることがある。
【０００５】
本発明は、安定した特性を得ることができる窒化物半導体多層構造、発光素子、光源装置及び窒化物半導体多層構造の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の技術の一態様によれば、窒化物半導体多層構造は、第１の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に位置する第３の窒化物半導体層と、を有し、前記第３の窒化物半導体層は、第１の領域と、前記第３の窒化物半導体層に平行な面内で前記第１の領域を取り囲む第２の領域と、を有し、前記第２の領域のＩｎ組成は、前記第１の領域のＩｎ組成よりも小さい。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、安定した特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造を示す断面図である。
【図２Ａ】第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図２Ｂ】第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図２Ｃ】第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図２Ｄ】第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図２Ｅ】第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その５）である。
【図３】第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造を示す断面図である。
【図４Ａ】第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図４Ｂ】第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図４Ｃ】第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図５】第３の実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。
【図６Ａ】第３の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図６Ｂ】第３の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図６Ｃ】第３の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図６Ｄ】第３の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その４）である。
【図６Ｅ】第３の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その５）である。
【図６Ｆ】第３の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その６）である。
【図７】第４の実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。
【図８Ａ】第４の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図８Ｂ】第４の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図８Ｃ】第４の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図８Ｄ】第４の実施形態に係る発光ダイオードの製造方法を示す断面図（その４）である。
【図９】第５の実施形態に係る端面発光レーザを示す断面図である。
【図１０Ａ】第５の実施形態に係る端面発光レーザの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図１０Ｂ】第５の実施形態に係る端面発光レーザの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１０Ｃ】第５の実施形態に係る端面発光レーザの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図１０Ｄ】第５の実施形態に係る端面発光レーザの製造方法を示す断面図（その４）である。
【図１１】第６の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図１２Ａ】第６の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図１２Ｂ】第６の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１２Ｃ】第６の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図１２Ｄ】第６の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その４）である。
【図１３】第７の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図１４Ａ】第７の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図１４Ｂ】第７の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１４Ｃ】第７の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図１４Ｄ】第７の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その４）である。
【図１４Ｅ】第７の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その５）である。
【図１５】第８の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【図１６Ａ】第８の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図１６Ｂ】第８の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１６Ｃ】第８の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図１６Ｄ】第８の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図（その４）である。
【図１７】第９の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【図１８】第１０の実施形態に係る投光装置のレイアウトを示す図である。
【図１９】第１１の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。以下の説明では、基板から見て窒化物半導体層が位置する側を上方とする。但し、窒化物半導体多層構造等は天地逆の状態で用いることができ、任意の角度で配置することもできる。
【００１０】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、窒化物半導体多層構造に関する。図１は、第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造１００は、ｎ型半導体層１０４と、ｎ型半導体層１０４上の活性層１０２と、活性層１０２上のｐ型半導体層１０５とを有する。ｐ型半導体層１０５は、活性層１０２上の下部半導体層１０５ａと、下部半導体層１０５ａ上の電流狭窄層１０１と、電流狭窄層１０１上の上部半導体層１０５ｂとを有する。下部半導体層１０５ａは第１の窒化物半導体層の一例であり、上部半導体層１０５ｂは第２の窒化物半導体層の一例であり、電流狭窄層１０１は第３の窒化物半導体層の一例である。
【００１２】
電流狭窄層１０１は、第１の領域１０１ａと、電流狭窄層１０１に平行な面内で第１の領域１０１ａを取り囲む第２の領域１０１ｂとを有する。第２の領域１０１ｂのＩｎ（インジウム）組成は、第１の領域１０１ａのＩｎ組成よりも小さい。
【００１３】
窒化物半導体多層構造１００は、例えば基板１０３上に形成されている。基板１０３としては、例えばその上に窒化物半導体層を積層できる基板が用いられる。基板１０３として、例えば、ＧａＮ基板及びＡｌＮ基板等の窒化物半導体基板を用いることができる。基板１０３として、例えば、異種基板上に窒化物半導体層を成膜したＧａＮテンプレートを用いることもできる。異種基板としては、例えば、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板等を用いることができる。
【００１４】
窒化物半導体多層構造１００では、上述のように、第２の領域１０１ｂのＩｎ組成が第１の領域１０１ａのＩｎ組成よりも小さい。このため、第２の領域１０１ｂのバンドギャップが第１の領域１０１ａのバンドギャップよりも大きい。従って、電流狭窄層１０１の内部では、第２の領域１０１ｂにより電流が阻止され、電流は第１の領域１０１ａを選択的に流れる。
【００１５】
詳細は後述するが、電流狭窄層１０１は、段差を含む窒化物半導体層を用いずに形成することができる。このため、窒化物半導体多層構造１００によれば安定した特性を得ることができる。
【００１６】
より優れた電流経路の選択性を得るために、第２の領域１０１ｂのバンドギャップは、下部半導体層１０５ａ、上部半導体層１０５ｂ及び第１の領域１０１ａの各々のバンドギャップよりも、好ましくは０．５ｅＶ以上大きく、より好ましくは１．０ｅＶ以上大きい。バンドギャップの差が大きいほど、第２の領域１０１ｂと、下部半導体層１０５ａ、上部半導体層１０５ｂ及び第１の領域１０１ａとの間に大きなバンドオフセットが形成され、第２の領域１０１ｂにより電流が阻止されやすくなる。
【００１７】
なお、Ｉｎ組成に拘わらず、下部半導体層１０５ａ、上部半導体層１０５ｂ、第１の領域１０１ａ及び第２の領域１０１ｂのうちで第２の領域のバンドギャップが最も大きくてもよい。
【００１８】
また、一般的に、Ｉｎ組成が高いほど窒化物半導体の屈折率が高い。このため、第２の領域１０１ｂの屈折率は第１の領域１０１ａの屈折率よりも低い。従って、活性層１０２が発した光を、電流狭窄層１０１に平行な面内、つまり基板１０３に平行な面内で閉じ込めやすい。光閉じ込め効果の観点から、電流狭窄層１０１はＡｌを含むことが好ましい。第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとの間の屈折率の差を大きくしやすいからである。そして、優れた光閉じ込め効果は、端面発光レーザ及び面発光レーザに極めて好適である。
【００１９】
窒化物半導体多層構造１００を、光閉じ込め効果を得るために用いてもよい。例えば、第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとの間のＩｎ組成の差が小さく、電流狭窄の効果が小さい場合であっても、光閉じ込めの効果を得ることができる。従って、窒化物半導体多層構造１００によっては優れた電流狭窄の効果が得られない場合であっても、他の電流狭窄の効果が得られる構造と組み合わせ、窒化物半導体多層構造１００は光閉じ込め効果を得るためだけに用いてもよい。
【００２０】
ｎ型半導体層１０４は、例えばＳｉ、Ｇｅ等の不純物がドーピングされた窒化物半導体層である。ｎ型半導体層１０４として、例えばｎ−ＧａＮ層又はｎ−ＡｌＧａＮ層等を用いることができる。ｐ型半導体層１０５は、例えばＭｇ等の不純物がドーピングされた窒化物半導体層である。ｐ型半導体層１０５として、例えばｐ−ＧａＮ層又はｐ−ＡｌＧａＮ層等を用いることができる。
【００２１】
活性層１０２は、例えば、ｎ型半導体層１０４又はｐ型半導体層１０５から注入されたキャリアを閉じ込めて発光する。活性層１０２として、例えば、高い発光効率を得るために、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを交互に積層した多重量子井戸層、又は互いに組成の異なる２種のＩｎＧａＮ層を交互に積層した多重量子井戸層を用いることが好ましい。
【００２２】
電流狭窄層１０１の厚さは限定されないが、２０ｎｍ以上であることが好ましい。これは、第２の領域１０１ｂでの、電子やホール等のキャリアのトンネルを抑制するためである。電流狭窄層１０１が厚すぎると、他の窒化物半導体層との間の格子定数差によって結晶欠陥が生じやすくなる。このため、電流狭窄層１０１の厚さは、好ましくは臨界膜厚以下である。
【００２３】
次に、第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造１００の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｅは、第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造１００の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、基板１０３上に、窒化物半導体多層構造１００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長の方法としては、有機金属化合物気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法、分子ビーム成長法（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）法、プラズマ堆積（plasma chemical vapor deposition：ＰＣＶＤ）法、ハイドライド気相成長（hydride vapor phase epitaxy：ＨＶＰＥ）法等が挙げられる。
【００２４】
先ず、図２Ａに示すように、基板１０３上に、ｎ型半導体層１０４と、活性層１０２と、下部半導体層１０５ａと、中間半導体層１０１ｘとを形成する。中間半導体層１０１ｘはＩｎを含み、第１の領域１０１ａと同一の組成を有する。
【００２５】
次いで、図２Ｂに示すように、中間半導体層１０１ｘ上に、第１の領域１０１ａを形成する予定の領域を覆う保護マスク１０６を形成する。保護マスク１０６は水素を遮断できればよく、保護マスク１０６としては、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）等を用いることができる。
【００２６】
その後、水素を含む雰囲気中で５００℃以上の温度で熱処理を行う。この熱処理により、中間半導体層１０１ｘの保護マスク１０６から露出している部分に水素が浸透すると共に、この部分からＩｎが蒸発する。この結果、図２Ｃに示すように、Ｉｎ組成が中間半導体層１０１ｘのＩｎ組成よりも低い第２の領域１０１ｂが形成される。中間半導体層１０１ｘの残部はＩｎ組成が中間半導体層１０１ｘのＩｎ組成から変化していない第１の領域１０１ａとなる。このようにして、第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとを有する電流狭窄層１０１が形成される。
【００２７】
この熱処理には、例えば、ｎ型半導体層１０４、活性層１０２、下部半導体層１０５ａ及び中間半導体層１０１ｘの形成に使用したＭＯＣＶＤ装置等の成膜装置を用いることができる。この熱処理に、熱処理装置等を用いてもよい。
【００２８】
続いて、図２Ｄに示すように、保護マスク１０６を除去する。
【００２９】
次いで、図２Ｅに示すように、電流狭窄層１０１上に上部半導体層１０５ｂを形成する。
【００３０】
このようにして、第１の実施形態に係る窒化物半導体多層構造１００を製造することができる。
【００３１】
この方法によれば、中間半導体層１０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層１０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【００３２】
なお、保護マスク１０６は中間半導体層１０１ｘ上に直接形成しなくてもよい。つまり、保護マスク１０６と中間半導体層１０１ｘとの間に他の窒化物半導体層を形成してもよい。例えば、Ｉｎを含まない、ＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層等の窒化物半導体層を１００ｎｍ以下の厚さで形成してもよい。この場合、Ｉｎを含まない窒化物半導体層によってＩｎの蒸発速度が抑えられるため、電流狭窄層１０１のＩｎ組成を制御しやすくなる。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、窒化物半導体多層構造に関する。図３は、第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造を示す断面図である。
【００３４】
図３に示すように、第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造２００では、ｐ型半導体層１０５と、電流狭窄層１０１と、活性層１０２と、ｎ型半導体層１０４の一部とがエッチングされて、メサ構造２１１が形成されている。他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００３５】
第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造２００によっても窒化物半導体多層構造１００と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
メサ構造２１１の平面形状は特に限定されない。例えば、窒化物半導体多層構造２００が端面発光レーザに用いられる場合、メサ構造２１１はストライプ状に形成される。例えば、窒化物半導体多層構造２００が面発光レーザに用いられる場合、メサ構造２１１は円形状又は矩形状に形成される。
【００３７】
次に、第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造２００の製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造２００の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、基板１０３上に、窒化物半導体多層構造２００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。
【００３８】
先ず、図４Ａに示すように、基板１０３上に、ｎ型半導体層１０４と、活性層１０２と、下部半導体層１０５ａと、中間半導体層１０１ｘと、上部半導体層１０５ｂとを形成する。
【００３９】
次いで、図４Ｂに示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ｐ型半導体層１０５と、中間半導体層１０１ｘと、活性層１０２と、ｎ型半導体層１０４の一部とを除去することにより、メサ構造２１１を形成する。
【００４０】
その後、水素を含む雰囲気中で５００℃以上の温度で熱処理を行う。この熱処理により、中間半導体層１０１ｘに、その側壁から水素が浸透すると共に、中間半導体層１０１ｘ中のＩｎが側壁から蒸発する。この結果、図４Ｃに示すように、Ｉｎ組成が中間半導体層１０１ｘのＩｎ組成よりも低い第２の領域１０１ｂが形成される。中間半導体層１０１ｘの残部はＩｎ組成が中間半導体層１０１ｘのＩｎ組成から変化していない第１の領域１０１ａとなる。このようにして、第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとを有する電流狭窄層１０１が形成される。
【００４１】
このようにして、第２の実施形態に係る窒化物半導体多層構造２００を製造することができる。
【００４２】
この方法によれば、中間半導体層１０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層１０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【００４３】
なお、メサ構造２１１は、少なくとも中間半導体層１０１ｘの側壁が露出される程度に形成すればよい。
【００４４】
また、第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとの間でＩｎ組成が急峻かつ不連続に変化している必要はなく、第１の領域１０１ａと第２の領域１０１ｂとの間にＩｎ組成が連続的に変化する領域が存在していてもよい。
【００４５】
第１及び第２の実施形態において、熱処理の雰囲気は、水素ガスのみの雰囲気でもよく、水素ガスと窒素ガス等の不活性ガスとの混合ガスの雰囲気でもよい。不活性ガスの割合に応じて、Ｉｎの蒸発速度を制御することができる。また、熱処理の雰囲気が、水素ガスの他にアンモニア（ＮＨ３）を含む雰囲気でもよい。熱処理中に窒化物半導体層中の窒素が脱離して、露出している面が荒れることがあるが、雰囲気がアンモニアを含んでいる場合、窒素の脱離を抑制して露出している面を平坦に保持しやすい。
【００４６】
熱処理温度はＩｎが蒸発し得る温度であれば限定されず、例えば上述のように５００℃以上である。熱処理温度は、電流狭窄層となる中間半導体層１０１ｘ（第３の窒化物半導体層）を良好な結晶性で成膜できる温度をＴ（℃）としたとき、好ましくはＴ−２００（℃）以上であり、より好ましくはＴ−１００（℃）以上である。その一方で、熱処理の温度は、好ましくは中間半導体層１０１ｘが分解する温度以下である。例えば、中間半導体層１０１ｘがＩｎＧａＮ層の場合、１１００℃〜１２００℃の温度域でＧａが蒸発し始める。このため、熱処理温度が１２００℃超では、電流狭窄層１０１が形成される前に中間半導体層１０１ｘが分解してしまう。従って、中間半導体層１０１ｘがＩｎＧａＮ層の場合、熱処理温度は、好ましくは１２００℃以下であり、より好ましくは１１００℃である。例えば、中間半導体層１０１ｘがＡｌＩｎＮ層又はＡｌＧａＩｎＮ層の場合、中間半導体層１０１ｘに含まれるＡｌによって、中間半導体層１０１ｘの熱分解が抑えられ、熱処理温度を１４００℃まで高めることができる。なお、温度Ｔは中間半導体層１０１ｘのＩｎ組成に依存し、Ｉｎ組成が低いほど温度Ｔが高くなる傾向がある。
【００４７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、窒化物半導体多層構造を備えた発光ダイオードに関する。発光ダイオードは発光素子の一例である。図５は、第３の実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。
【００４８】
図５に示すように、第３の実施形態に係る発光ダイオード３５０は、サファイア基板３０２と、サファイア基板３０２上の発光ダイオード（light emitting diodeＬＥＤ）構造３００と、を有する。ＬＥＤ構造３００は、ｎ−ＧａＮ層３０３と、多重量子井戸層３０４と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層３０５と、ｐ−ＧａＮ層３０６ａと、電流狭窄層３０１と、ｐ−ＧａＮ層３０６ｂと、ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７とを有する。ｐ−ＧａＮ層３０６ａは第１の窒化物半導体層の一例であり、ｐ−ＧａＮ層３０６ｂは第２の窒化物半導体層の一例であり、電流狭窄層３０１は第３の窒化物半導体層の一例である。ＬＥＤ構造３００は窒化物半導体多層構造の一例である。
【００４９】
ｎ−ＧａＮ層３０３はサファイア基板３０２上に形成されている。ｎ−ＧａＮ層３０３の厚さは、例えば５μｍである。
【００５０】
多重量子井戸層３０４はｎ−ＧａＮ層３０３上に形成されている。多重量子井戸層３０４は、例えば、厚さが２．５ｎｍのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層と厚さが７．５ｎｍのＧａＮ層とが交互に５周期積層された構造を有する。多重量子井戸層３０４は活性層の一例である。
【００５１】
ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層３０５は多重量子井戸層３０４上に形成されている。ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層３０５の厚さは、例えば２０ｎｍである。
【００５２】
ｐ−ＧａＮ層３０６ａはｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層３０５上に形成されている。ｐ−ＧａＮ層３０６ａの厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００５３】
電流狭窄層３０１はｐ−ＧａＮ層３０６ａ上に形成されている。電流狭窄層３０１の厚さは、例えば５０ｎｍである。電流狭窄層３０１は、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａと、電流狭窄層３０１に平行な面内でｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａを取り囲むｐ−ＡｌＮ層３０１ｂとを有する。このように、ｐ−ＡｌＮ層３０１ｂのＩｎ組成は、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａのＩｎ組成よりも小さい。ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａは第１の領域の一例であり、ｐ−ＡｌＮ層３０１ｂは第２の領域の一例である。
【００５４】
ｐ−ＧａＮ層３０６ｂは電流狭窄層３０１上に形成されている。ｐ−ＧａＮ層３０６ｂの厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００５５】
ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７はｐ−ＧａＮ層３０６ｂ上に形成されている。ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７の厚さは、例えば５ｎｍである。ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７には、アクセプターとしてＭｇが１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
【００５６】
ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７と、ｐ−ＧａＮ層３０６ｂと、電流狭窄層３０１と、ｐ−ＧａＮ層３０６ａと、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層３０５と、多重量子井戸層３０４と、ｎ−ＧａＮ層３０３の一部とに素子分離溝３１２が形成されている。
【００５７】
ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７の表面にｐ側電極３０９が形成されている。ｎ−ＧａＮ層３０３の素子分離溝３１２から露出した部分の表面にｎ側電極３１０が形成されている。ｐ側電極３０９は、例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７側から順に積層されたＮｉ膜とＡｕ膜とを有する。ｎ側電極３１０は、例えば、ｎ−ＧａＮ層３０３側から順に積層されたＴｉ膜とＡｌ膜とを有する。
【００５８】
発光ダイオード３５０では、上述のように、電流狭窄層３０１がｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａとｐ−ＡｌＮ層３０１ｂとを有する。ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａのバンドギャップは３．５９ｅＶであり、ｐ−ＡｌＮ層３０１ｂのバンドギャップは６．２ｅＶである。また、電流狭窄層３０１を間に挟むｐ−ＧａＮ層３０６ａ及びｐ−ＧａＮ層３０６ｂのバンドギャップはいずれも３．４ｅＶである。このように、ｐ−ＡｌＮ層３０１ｂのバンドギャップは、その周囲に存在する、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａ、ｐ−ＧａＮ層３０６ａ及びｐ−ＧａＮ層３０６ｂのいずれのバンドギャップよりも１．０ｅＶ以上大きい。従って、ｐ−ＡｌＮ層３０１ｂと、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａ、ｐ−ＧａＮ層３０６ａ及びｐ−ＧａＮ層３０６ｂとの間に大きなバンドオフセットが形成される。このため、電流狭窄層３０１の内部では、ｐ−ＡｌＮ層３０１ｂにより電流が阻止され、電流はｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａを選択的に流れる。
【００５９】
詳細は後述するが、電流狭窄層３０１は、段差を含む窒化物半導体層を用いずに形成することができる。このため、ＬＥＤ構造３００を含む発光ダイオード３５０に安定した特性を得ることができる。
【００６０】
次に、第３の実施形態に係る発光ダイオード３５０の製造方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｆは、第３の実施形態に係る発光ダイオード３５０の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、サファイア基板３０２上に、ＬＥＤ構造３００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。
【００６１】
先ず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、図６Ａに示すように、サファイア基板３０２上に、ｎ−ＧａＮ層３０３と、多重量子井戸層３０４と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層３０５と、ｐ−ＧａＮ層３０６ａと、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ｘとを順次形成する。ｎ−ＧａＮ層３０３の形成前に、サファイア基板３０２上に、例えば厚さがバッファ層２０ｎｍのＧａＮバッファ層（図示せず）を形成してもよい。
【００６２】
次いで、図６Ａに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図６Ｂに示すように、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ｘ上に、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａを形成する予定の領域を覆う保護マスクとして、例えば厚さが１００ｎｍのＳｉＯ２膜３０８を形成する。ＳｉＯ２膜３０８は、例えばフォトリソグラフィーにより形成することができる。
【００６３】
その後、図６Ｂに示す構造体を熱処理装置に入れ、水素雰囲気中で８００℃の温度で熱処理を行う。熱処理の時間は、例えば１０分間とする。この熱処理により、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ｘのＳｉＯ２膜３０８から露出している部分に水素が浸透すると共に、この部分からＩｎが蒸発する。この結果、図６Ｃに示すように、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ｘのＳｉＯ２膜３０８から露出している部分が、ｐ−ＡｌＮ層３０１ｂに変化する。ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ｘの残部はＩｎ組成がｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ｘのＩｎ組成から変化していないｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａとなる。このようにして、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ａとｐ−ＡｌＮ層３０１ｂとを有する電流狭窄層３０１が形成される。
【００６４】
続いて、図６Ｃに示す構造体を熱処理装置から取り出し、図６Ｄに示すように、ＳｉＯ２膜３０８を除去する。ＳｉＯ２膜３０８は、例えばバッファードフッ酸を用いて除去することができる。
【００６５】
次いで、図６Ｄに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置に入れ、図６Ｅに示すように、電流狭窄層３０１上に、ｐ−ＧａＮ層３０６ｂと、ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７とを順次形成する。
【００６６】
その後、図６Ｅに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、アクセプターの活性化アニールを行う。続いて、図６Ｆに示すように、ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７と、ｐ−ＧａＮ層３０６ｂと、電流狭窄層３０１と、ｐ−ＧａＮ層３０６ａと、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層３０５と、多重量子井戸層３０４と、ｎ−ＧａＮ層３０３の一部とに素子分離溝３１２を形成する。素子分離溝３１２は、例えばリソグラフィー及びドライエッチングにより形成することができる。次いで、ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７の表面にｐ側電極３０９を形成し、ｎ−ＧａＮ層３０３の素子分離溝３１２から露出した部分の表面にｎ側電極３１０を形成する。ｐ側電極３０９の形成では、例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ層３０７側から順にＮｉ膜とＡｕ膜とを積層する。ｎ側電極３１０の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ層３０３側から順にＴｉ膜とＡｌ膜とを積層する。
【００６７】
このようにして、第３の実施形態に係る発光ダイオード３５０を製造することができる。
【００６８】
この方法によれば、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層３０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層３０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【００６９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、窒化物半導体多層構造を備えた発光ダイオードに関する。発光ダイオードは発光素子の一例である。図７は、第４の実施形態に係る発光ダイオードを示す断面図である。
【００７０】
図７に示すように、第４の実施形態に係る発光ダイオード４５０は、ｎ−ＧａＮ基板４０２と、ｎ−ＧａＮ基板４０２上のＬＥＤ構造４００と、を有する。ＬＥＤ構造４００は、ｎ−ＧａＮ層４０３と、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａと、電流狭窄層４０１と、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂと、多重量子井戸層４０５と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０６と、ｐ−ＧａＮ層４０７と、ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８とを有する。ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａは第１の窒化物半導体層の一例であり、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂは第２の窒化物半導体層の一例であり、電流狭窄層４０１は第３の窒化物半導体層の一例である。ＬＥＤ構造４００は窒化物半導体多層構造の一例である。
【００７１】
ｎ−ＧａＮ層４０３はｎ−ＧａＮ基板４０２上に形成されている。ｎ−ＧａＮ層４０３の厚さは、例えば２μｍである。
【００７２】
ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａはｎ−ＧａＮ層４０３上に形成されている。ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａの厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００７３】
電流狭窄層４０１はｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａ上に形成されている。電流狭窄層４０１の厚さは、例えば２０ｎｍである。電流狭窄層４０１は、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａと、電流狭窄層４０１に平行な面内でｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａを取り囲むｎ−ＧａＮ層４０１ｂとを有する。このように、ｎ−ＧａＮ層４０１ｂのＩｎ組成は、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａのＩｎ組成よりも小さい。ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａは第１の領域の一例であり、ｎ−ＧａＮ層４０１ｂは第２の領域の一例である。
【００７４】
ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂは電流狭窄層４０１上に形成されている。ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂの厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００７５】
多重量子井戸層４０５はｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂ上に形成されている。多重量子井戸層４０５は、例えば、厚さが３ｎｍのＩｎ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ層と厚さが７ｎｍのＧａＮ層とが交互に５周期積層された構造を有する。多重量子井戸層４０５は活性層の一例である。
【００７６】
ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０６は多重量子井戸層４０５上に形成されている。ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０６の厚さは、例えば２０ｎｍである。
【００７７】
ｐ−ＧａＮ層４０７はｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０６上に形成されている。ｐ−ＧａＮ層４０７の厚さは、例えば５０ｎｍである。
【００７８】
ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８はｐ−ＧａＮ層４０７上に形成されている。ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８の厚さは、例えば５ｎｍである。ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８には、アクセプターとしてＭｇが１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
【００７９】
ＬＥＤ構造４００では、ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８と、ｐ−ＧａＮ層４０７と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０６と、多重量子井戸層４０５と、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂと、電流狭窄層４０１と、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａと、ｎ−ＧａＮ層４０３の一部とがエッチングされて、メサ構造４０９が形成されている。
【００８０】
ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８の表面にｐ側電極４１０が形成されている。ｎ−ＧａＮ基板４０２の裏面にｎ側電極４１１が形成されている。ｐ側電極４１０は、例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８側から順に積層されたＮｉ膜とＡｕ膜とを有する。ｎ側電極４１１は、例えば、ｎ−ＧａＮ基板４０２側から順に積層されたＴｉ膜とＡｌ膜とを有する。
【００８１】
発光ダイオード４５０では、上述のように、電流狭窄層４０１がｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａとｎ−ＧａＮ層４０１ｂとを有する。ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａのバンドギャップは２．６５ｅＶであり、ｎ−ＧａＮ層４０１ｂのバンドギャップは３．４ｅＶである。また、電流狭窄層４０１を間に挟むｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａ及びｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂのバンドギャップはいずれも２．８３ｅＶである。このように、ｎ−ＧａＮ層４０１ｂのバンドギャップは、その周囲に存在する、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａ、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａ及びｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂのいずれのバンドギャップよりも０．５ｅＶ以上大きい。従って、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂと、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａ、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａ及びｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂとの間に大きなバンドオフセットが形成される。このため、電流狭窄層４０１の内部では、ｎ−ＧａＮ層４０１ｂにより電流が阻止され、電流はｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａを選択的に流れる。
【００８２】
詳細は後述するが、電流狭窄層４０１は、段差を含む窒化物半導体層を用いずに形成することができる。このため、ＬＥＤ構造４００を含む発光ダイオード４５０に安定した特性を得ることができる。
【００８３】
次に、第４の実施形態に係る発光ダイオード４５０の製造方法について説明する。図８Ａ〜図８Ｄは、第３の実施形態に係る発光ダイオード４５０の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、ｎ−ＧａＮ基板４０２上に、ＬＥＤ構造４００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。
【００８４】
先ず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、図８Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板４０２上に、ｎ−ＧａＮ層４０３と、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａと、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘと、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂと、多重量子井戸層４０５と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０６と、ｐ−ＧａＮ層４０７と、ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８とを順次形成する。
【００８５】
次いで、図８Ａに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図８Ｂに示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８と、ｐ−ＧａＮ層４０７と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０６と、多重量子井戸層４０５と、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ｂと、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘと、ｎ−Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層４０４ａと、ｎ−ＧａＮ層４０３の一部とを除去することにより、メサ構造４０９を形成する。
【００８６】
その後、図８Ｂに示す構造体を熱処理装置に入れ、水素及びアンモニアの混合ガス雰囲気中で７５０℃の温度で熱処理を行う。熱処理の時間は、例えば５分間とする。この熱処理により、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘに、その側壁から水素が浸透すると共に、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘ中のＩｎが側壁から蒸発する。この結果、図８Ｃに示すように、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘの側壁近傍の部分が、ｎ−ＧａＮ層４０１ｂに変化する。ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘの残部はＩｎ組成がｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘのＩｎ組成から変化していないｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａとなる。このようにして、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａとｎ−ＧａＮ層４０１ｂとを有する電流狭窄層４０１が形成される。ｎ−ＧａＮ層４０１ｂが形成される範囲は、例えば側壁から１μｍ程度以内の範囲である。
【００８７】
続いて、図８Ｃに示す構造体を熱処理装置から取り出し、アクセプターの活性化アニールを行う。次いで、ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８の表面にｐ側電極４１０を形成し、ｎ−ＧａＮ基板４０２の裏面にｎ側電極４１１を形成する。ｐ側電極４１０の形成では、例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ層４０８側から順にＮｉ膜とＡｕ膜とを積層する。ｎ側電極４１１の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ基板４０２側から順にＴｉ膜とＡｌ膜とを積層する。
【００８８】
このようにして、第４の実施形態に係る発光ダイオード４５０を製造することができる。
【００８９】
この方法によれば、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層４０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【００９０】
なお、メサ構造４０９は、少なくともｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ｘの側壁が露出される程度に形成すればよい。
【００９１】
また、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａとｎ−ＧａＮ層４０１ｂとの間でＩｎ組成が急峻かつ不連続に変化している必要はなく、ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層４０１ａとｎ−ＧａＮ層４０１ｂとの間にＩｎ組成が連続的に変化する領域が存在していてもよい。
【００９２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、窒化物半導体多層構造を備えた端面発光レーザに関する。端面発光レーザは発光素子の一例である。図９は、第５の実施形態に係る端面発光レーザを示す断面図である。
【００９３】
図９に示すように、第５の実施形態に係る端面発光レーザ５５０は、ｎ−ＧａＮ基板５０２と、ｎ−ＧａＮ基板５０２上のレーザ構造５００と、を有する。レーザ構造５００は、ｎ−ＧａＮ層５０３と、ｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０４と、ＧａＮ層５０５と、多重量子井戸層５０６と、ｐ−ＧａＮ層５０７と、電流狭窄層５０１と、ｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９と、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０とを有する。ｐ−ＧａＮ層５０７は第１の窒化物半導体層の一例であり、ｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９は第２の窒化物半導体層の一例であり、電流狭窄層５０１は第３の窒化物半導体層の一例である。レーザ構造５００は窒化物半導体多層構造の一例である。
【００９４】
ｎ−ＧａＮ層５０３はｎ−ＧａＮ基板５０２上に形成されている。ｎ−ＧａＮ層５０３の厚さは、例えば１μｍである。
【００９５】
ｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０４はｎ−ＧａＮ層５０３上に形成されている。ｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０４の厚さは、例えば５００ｎｍである。
【００９６】
ＧａＮ層５０５はｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０４上に形成されている。ＧａＮ層５０５の厚さは、例えば１００ｎｍである。
【００９７】
多重量子井戸層５０６はＧａＮ層５０５上に形成されている。多重量子井戸層５０６は、例えば、厚さが２．５ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層と厚さが７．５ｎｍのＧａＮ層とが交互に３周期積層された構造を有する。多重量子井戸層５０６は活性層の一例である。
【００９８】
ｐ−ＧａＮ層５０７は多重量子井戸層５０６上に形成されている。ｐ−ＧａＮ層５０７の厚さは、例えば１００ｎｍである。
【００９９】
電流狭窄層５０１はｐ−ＧａＮ層５０７上に形成されている。電流狭窄層５０１の厚さは、例えば２０ｎｍである。電流狭窄層５０１は、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａと、電流狭窄層５０１に平行な面内でｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａを取り囲むｐ−ＡｌＮ層５０１ｂとを有する。このように、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂのＩｎ組成は、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａのＩｎ組成よりも小さい。ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａは第１の領域の一例であり、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂは第２の領域の一例である。
【０１００】
ｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９は電流狭窄層５０１上に形成されている。ｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９の厚さは、例えば５００ｎｍである。
【０１０１】
ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０はｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９上に形成されている。ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０の厚さは、例えば５ｎｍである。ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０には、アクセプターとしてＭｇが１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
【０１０２】
レーザ構造５００では、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０と、ｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９と、電流狭窄層５０１、ｐ−ＧａＮ層５０７と、多重量子井戸層５０６と、ＧａＮ層５０５と、ｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０４と、ｎ−ＧａＮ層５０３の一部とがエッチングされて、例えば幅が３０μｍのストライプ状のメサ構造５１１が形成されている。
【０１０３】
メサ構造５１１の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層５０３の表面とを覆うようにパッシベーション膜としてＳｉＮ膜５１２が形成されている。ＳｉＮ膜５１２には、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０の表面の一部を露出する開口部５１２ａが形成されている。例えば、平面視でｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａは開口部５１２ａの内側に位置する。
【０１０４】
ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０の表面にｐ側電極５１３が形成されている。ｐ側電極５１３は、例えばＳｉＮ膜５１２の表面に広がるように形成されている。ｎ−ＧａＮ基板５０２の裏面にｎ側電極５１４が形成されている。ｐ側電極５１３は、例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０側から順に積層されたＮｉ膜とＡｕ膜とを有する。ｎ側電極５１４は、例えば、ｎ−ＧａＮ基板５０２側から順に積層されたＴｉ膜とＡｌ膜とを有する。
【０１０５】
端面発光レーザ５５０では、上述のように、電流狭窄層５０１がｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａとｐ−ＡｌＮ層５０１ｂとを有する。ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａのバンドギャップは３．９７ｅＶであり、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂのバンドギャップは６．２ｅＶである。また、電流狭窄層５０１を間に挟むｐ−ＧａＮ層５０７及びｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９のバンドギャップは、それぞれ３．４ｅＶ、３．５１ｅＶである。このように、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂのバンドギャップは、その周囲に存在する、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａ、ｐ−ＧａＮ層５０７及びｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９のいずれのバンドギャップよりも１．０ｅＶ以上大きい。従って、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂと、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａ、ｐ−ＧａＮ層５０７及びｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９との間に大きなバンドオフセットが形成される。このため、電流狭窄層５０１の内部では、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂにより電流が阻止され、電流はｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａを選択的に流れる。
【０１０６】
詳細は後述するが、電流狭窄層５０１は、段差を含む窒化物半導体層を用いずに形成することができる。このため、レーザ構造５００を含む端面発光レーザ５５０に安定した特性を得ることができる。
【０１０７】
また、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂの屈折率がｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａの屈折率よりも低いため、基板面内方向での光閉じ込め効果を得ることができる。
【０１０８】
更に、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａのバンドギャップがｐ−ＧａＮ層５０７及びｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９のそれぞれのバンドギャップより大きいため、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａは、多重量子井戸層５０６からｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９へ向かう電子の漏れ出しを抑制する電子ブロック層として機能し得る。
【０１０９】
次に、第５の実施形態に係る端面発光レーザ５５０の製造方法について説明する。図１０Ａ〜図１０Ｄは、第５の実施形態に係る端面発光レーザ５５０の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、ｎ−ＧａＮ基板５０２上に、レーザ構造５００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。
【０１１０】
先ず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、図１０Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板５０２上に、ｎ−ＧａＮ層５０３と、ｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０４と、ＧａＮ層５０５と、多重量子井戸層５０６と、ｐ−ＧａＮ層５０７と、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘと、ｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９と、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０とを順次形成する。
【０１１１】
次いで、図１０Ａに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図１０Ｂに示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０と、ｐ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０９と、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘと、ｐ−ＧａＮ層５０７と、多重量子井戸層５０６と、ＧａＮ層５０５と、ｎ−Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層５０４と、ｎ−ＧａＮ層５０３の一部とを除去することにより、ストライプ状のメサ構造５１１を形成する。
【０１１２】
その後、図１０Ｂに示す構造体を熱処理装置に入れ、水素及びアンモニアの混合ガス雰囲気中で８００℃の温度で熱処理を行う。熱処理の時間は、例えば１０分間とする。この熱処理により、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘに、その側壁から水素が浸透すると共に、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘ中のＩｎが側壁から蒸発する。この結果、図１０Ｃに示すように、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘの側壁近傍の部分が、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂに変化する。ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘの残部はＩｎ組成がｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘのＩｎ組成から変化していないｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａとなる。このようにして、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａとｐ−ＡｌＮ層５０１ｂとを有する電流狭窄層５０１が形成される。例えば、ｐ−ＡｌＮ層５０１ｂが形成される範囲は側壁から５μｍ程度以内の範囲であり、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａの幅は２０μｍ程度となる。
【０１１３】
続いて、図１０Ｃに示す構造体を熱処理装置から取り出し、アクセプターの活性化アニールを行う。次いで、図１０Ｄに示すように、メサ構造５１１の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層５０３の表面とを覆うようにＳｉＮ膜５１２を形成する。その後、ＳｉＮ膜５１２に、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０の表面の一部を露出する開口部５１２ａを形成する。続いて、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０の表面に、ＳｉＮ膜５１２の表面に広がるようにｐ側電極５１３を形成し、ｎ−ＧａＮ基板５０２の裏面にｎ側電極５１４を形成する。ｐ側電極５１３の形成では、例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ層５１０側から順にＮｉ膜とＡｕ膜とを積層する。ｎ側電極５１４の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ基板５０２側から順にＴｉ膜とＡｌ膜とを積層する。
【０１１４】
このようにして、第５の実施形態に係る端面発光レーザ５５０を製造することができる。
【０１１５】
この方法によれば、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層５０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【０１１６】
なお、メサ構造５１１は、少なくともｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ｘの側壁が露出される程度に形成すればよい。
【０１１７】
また、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａとｐ−ＡｌＮ層５０１ｂとの間でＩｎ組成が急峻かつ不連続に変化している必要はなく、ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層５０１ａとｐ−ＡｌＮ層５０１ｂとの間にＩｎ組成が連続的に変化する領域が存在していてもよい。
【０１１８】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、窒化物半導体多層構造を備えた面発光レーザに関する。面発光レーザは発光素子の一例である。図１１は、第６の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【０１１９】
図１１に示すように、第６の実施形態に係る面発光レーザ６５０は、ｎ−ＧａＮ基板６０２と、ｎ−ＧａＮ基板６０２上のレーザ構造６００と、を有する。レーザ構造６００は、下部多層膜反射鏡６０３と、ｎ−ＧａＮ層６０４と、多重量子井戸層６０５と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６と、電流狭窄層６０１と、ｐ−ＧａＮ層６０７と、ｐ−＋＋ＧａＮ層６０８とを有する。ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６は第１の窒化物半導体層の一例であり、ｐ−ＧａＮ層６０７は第２の窒化物半導体層の一例であり、電流狭窄層６０１は第３の窒化物半導体層の一例である。レーザ構造６００は窒化物半導体多層構造の一例である。
【０１２０】
下部多層膜反射鏡６０３はｎ−ＧａＮ基板６０２上に形成されている。下部多層膜反射鏡６０３は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に４６周期積層された構造を有する。高屈折率層は、例えば厚さが５０ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。低屈折率層は、例えば、厚さが６ｎｍの３層のＧａＮ層の間に、厚さが６ｎｍの２層のＡｌＮ層が挿入された多層構造を有する。
【０１２１】
ｎ−ＧａＮ層６０４は下部多層膜反射鏡６０３上に形成されている。ｎ−ＧａＮ層６０４の厚さは、例えば１．１μｍである。
【０１２２】
多重量子井戸層６０５はｎ−ＧａＮ層６０４上に形成されている。多重量子井戸層６０５は、例えば、厚さが４ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層と厚さが６ｎｍのＧａＮ層とが交互に５周期積層された構造を有する。多重量子井戸層６０５は活性層の一例である。
【０１２３】
ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６は多重量子井戸層６０５上に形成されている。ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６の厚さは、例えば２０ｎｍである。
【０１２４】
電流狭窄層６０１はｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６上に形成されている。電流狭窄層６０１の厚さは、例えば３５ｎｍである。電流狭窄層６０１は、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａと、電流狭窄層６０１に平行な面内でｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａを取り囲むｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂとを有する。このように、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂのＩｎ組成は、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａのＩｎ組成よりも小さい。ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａは第１の領域の一例であり、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂは第２の領域の一例である。
【０１２５】
ｐ−ＧａＮ層６０７は電流狭窄層６０１上に形成されている。ｐ−ＧａＮ層６０７の厚さは、例えば７５ｎｍである。
【０１２６】
ｐ−＋＋ＧａＮ層６０８はｐ−ＧａＮ層６０７上に形成されている。ｐ−＋＋ＧａＮ層６０８の厚さは、例えば５ｎｍである。ｐ＋＋−ＧａＮ層６０８には、アクセプターとしてＭｇが１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
【０１２７】
レーザ構造６００では、ｐ−＋＋ＧａＮ層６０８と、ｐ−ＧａＮ層６０７と、電流狭窄層６０１と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６と、多重量子井戸層６０５と、ｎ−ＧａＮ層６０４の一部とがエッチングされて、例えば平面形状が円形状のメサ構造６０９が形成されている。
【０１２８】
メサ構造６０９の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層６０４の表面とを覆うようにパッシベーション膜としてＳｉＮ膜６１０が形成されている。ＳｉＮ膜６１０には、ｐ＋＋−ＧａＮ層６０８の表面の一部を露出する開口部６１０ａと、ｎ−ＧａＮ層６０４の表面の一部を露出する開口部６１０ｂとが形成されている。例えば、平面視でｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａは開口部６１０ａの内側に位置する。
【０１２９】
ｐ＋＋−ＧａＮ層６０８の表面に、開口部６１０ａを通じてＳｉＮ膜６１０上にせりあがるようにして酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜６１１が形成されている。メサ構造６０９の上方でＳｉＮ膜６１０及びＩＴＯ膜６１１上に、平面形状がリング状の上部電極６１２が形成されている。上部電極６１２の内側では、ＩＴＯ膜６１１上に、誘電体の分布ブラッグ反射鏡（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）６１４が形成されている。ｎ−ＧａＮ層６０４の表面に、開口部６１０ｂを通じてＳｉＮ膜６１０上にせりあがるようにして下部電極６１３が形成されている。上部電極６１２は、例えば、ＳｉＮ膜６１０及びＩＴＯ膜６１１側から順に積層されたＴｉ膜とＡｕ膜とを有する。下部電極６１３は、例えば、ｎ−ＧａＮ層６０４側から順に積層されたＴｉ膜とＡｌ膜とを有する。ＤＢＲ６１４は、例えば酸化タンタル膜（Ｔａ２Ｏ５膜）及びＳｉＯ２膜を含む。下部多層膜反射鏡６０３とＤＢＲ６１４が共振器構造に含まれる。
【０１３０】
面発光レーザ６５０では、上述のように、電流狭窄層６０１がｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａとｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂとを有する。ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａのバンドギャップは３．５９ｅＶであり、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂのバンドギャップは５．２４ｅＶである。また、電流狭窄層６０１を間に挟むｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６及びｐ−ＧａＮ層６０７のバンドギャップは、それぞれ３．８５ｅＶ、３．４ｅＶである。このように、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂのバンドギャップは、その周囲に存在する、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａ、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６及びｐ−ＧａＮ層６０７のいずれのバンドギャップよりも１．０ｅＶ以上大きい。従って、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂと、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａ、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６及びｐ−ＧａＮ層６０７との間に大きなバンドオフセットが形成される。このため、電流狭窄層６０１の内部では、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂにより電流が阻止され、電流はｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａを選択的に流れる。
【０１３１】
詳細は後述するが、電流狭窄層６０１は、段差を含む窒化物半導体層を用いずに形成することができる。このため、レーザ構造６００を含む面発光レーザ６５０に安定した特性を得ることができる。
【０１３２】
また、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂの屈折率がｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａの屈折率よりも低いため、基板面内方向での光閉じ込め効果を得ることができる。
【０１３３】
次に、第６の実施形態に係る面発光レーザ６５０の製造方法について説明する。図１２Ａ〜図１２Ｄは、第６の実施形態に係る面発光レーザ６５０の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、ｎ−ＧａＮ基板６０２上に、レーザ構造６００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。
【０１３４】
先ず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、図１２Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板６０２上に、下部多層膜反射鏡６０３と、ｎ−ＧａＮ層６０４と、多重量子井戸層６０５と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６と、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ｘと、ｐ−ＧａＮ層６０７と、ｐ−＋＋ＧａＮ層６０８とを順次形成する。
【０１３５】
次いで、図１２Ａに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図１２Ｂに示すように、ｐ−＋＋ＧａＮ層６０８上に、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａを形成する予定の領域を覆う保護マスクとして、例えば直径が１０μｍで、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ２膜６１５を形成する。ＳｉＯ２膜６１５は、例えばフォトリソグラフィーにより形成することができる。
【０１３６】
その後、図１２Ｂに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置に入れ、水素及びアンモニアの混合ガス雰囲気中で８００℃の温度で熱処理を行う。熱処理の時間は、例えば３０分間とする。この熱処理により、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ｘのＳｉＯ２膜６１５から露出している部分に水素が浸透すると共に、この部分からＩｎが蒸発する。ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ｘからのＩｎの蒸発量は、ｐ−ＧａＮ層６０７の厚さにより制御することができる。この結果、図１２Ｃに示すように、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ｘのＳｉＯ２膜６１５から露出している部分が、ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂに変化する。ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ｘの残部はＩｎ組成がｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ｘのＩｎ組成から変化していないｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａとなる。このようにして、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ａとｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層６０１ｂとを有する電流狭窄層６０１が形成される。
【０１３７】
続いて、図１２Ｃに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図１２Ｄに示すように、ＳｉＯ２膜６１５を除去する。ＳｉＯ２膜６１５は、例えばバッファードフッ酸を用いて除去することができる。次いで、アクセプターの活性化アニールを行う。その後、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ｐ−＋＋ＧａＮ層６０８と、ｐ−ＧａＮ層６０７と、電流狭窄層６０１と、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層６０６と、多重量子井戸層６０５と、ｎ−ＧａＮ層６０４の一部とを除去することにより、素子分離のためにメサ構造６０９を形成する。続いて、メサ構造６０９の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層６０４の表面とを覆うようにＳｉＮ膜６１０を形成する。次いで、ＳｉＮ膜６１０に、ｐ＋＋−ＧａＮ層６０８の表面の一部を露出する開口部６１０ａと、ｎ−ＧａＮ層６０４の表面の一部を露出する開口部６１０ｂとを形成する。
【０１３８】
その後、ｐ＋＋−ＧａＮ層６０８の表面に、開口部６１０ａを通じてＳｉＮ膜６１０上にせりあがるようにしてＩＴＯ膜６１１を形成し、メサ構造６０９の上方でＳｉＮ膜６１０及びＩＴＯ膜６１１上に、平面形状がリング状の上部電極６１２を形成する。また、ｎ−ＧａＮ層６０４の表面に、開口部６１０ｂを通じてＳｉＮ膜６１０上にせりあがるようにして下部電極６１３を形成する。上部電極６１２の形成では、例えば、ＳｉＮ膜６１０及びＩＴＯ膜６１１側から順にＴｉ膜とＡｕ膜とを積層する。下部電極６１３の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ層６０４側から順にＴｉ膜とＡｌ膜とを積層する。続いて、上部電極６１２の内側において、ＩＴＯ膜６１１上にＤＢＲ６１４を形成する。
【０１３９】
このようにして、第６の実施形態に係る面発光レーザ６５０を製造することができる。
【０１４０】
この方法によれば、ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層６０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層６０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【０１４１】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、窒化物半導体多層構造を備えた面発光レーザに関する。面発光レーザは発光素子の一例である。図１３は、第７の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【０１４２】
図１３に示すように、第７の実施形態に係る面発光レーザ７５０は、ｎ−ＧａＮ基板７０２と、ｎ−ＧａＮ基板７０２上のレーザ構造７００と、を有する。レーザ構造７００は、下部多層膜反射鏡７０３と、ｎ−ＧａＮ層７０４と、電流狭窄層７０１と、多重量子井戸層７０５と、ｐ−ＡｌＧａＮ層７０６と、ｐ−ＧａＮ層７０７と、ｐ−＋＋ＧａＮ層７０８とを有する。ｎ−ＧａＮ層７０４は第１の窒化物半導体層の一例であり、多重量子井戸層７０５は第２の窒化物半導体層の一例であり、電流狭窄層７０１は第３の窒化物半導体層の一例である。レーザ構造７００は窒化物半導体多層構造の一例である。
【０１４３】
下部多層膜反射鏡７０３はｎ−ＧａＮ基板７０２上に形成されている。下部多層膜反射鏡７０３は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に４６周期積層された構造を有する。高屈折率層は、例えば厚さが５０ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。低屈折率層は、例えば、厚さが６ｎｍの３層のＧａＮ層の間に、厚さが６ｎｍの２層のＡｌＮ層が挿入された多層構造を有する。
【０１４４】
ｎ−ＧａＮ層７０４は下部多層膜反射鏡７０３上に形成されている。ｎ−ＧａＮ層７０４の厚さは、例えば１．０５０μｍである。
【０１４５】
電流狭窄層７０１はｎ−ＧａＮ層７０４上に形成されている。電流狭窄層７０１の厚さは、例えば５０ｎｍである。電流狭窄層７０１は、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａと、電流狭窄層７０１に平行な面内でｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａを取り囲むｎ−ＡｌＮ層７０１ｂとを有する。このように、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂのＩｎ組成は、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａのＩｎ組成よりも小さい。ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａは第１の領域の一例であり、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂは第２の領域の一例である。
【０１４６】
多重量子井戸層７０５は電流狭窄層７０１上に形成されている。多重量子井戸層７０５は、例えば、厚さが４ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層と厚さが６ｎｍのＧａＮ層とが交互に５周期積層された構造を有する。多重量子井戸層７０５は活性層の一例である。
【０１４７】
ｐ−ＡｌＧａＮ層７０６は多重量子井戸層７０５上に形成されている。ｐ−ＡｌＧａＮ層７０６の厚さは、例えば２０ｎｍである。
【０１４８】
ｐ−ＧａＮ層７０７はｐ−ＡｌＧａＮ層７０６上に形成されている。ｐ−ＧａＮ層７０７の厚さは、例えば７５ｎｍである。
【０１４９】
ｐ−＋＋ＧａＮ層７０８はｐ−ＧａＮ層７０７上に形成されている。ｐ−＋＋ＧａＮ層７０８の厚さは、例えば５ｎｍである。ｐ＋＋−ＧａＮ層７０８には、アクセプターとしてＭｇが１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
【０１５０】
レーザ構造７００では、ｐ−＋＋ＧａＮ層７０８と、ｐ−ＧａＮ層７０７と、ｐ−ＡｌＧａＮ層７０６と、多重量子井戸層７０５と、電流狭窄層７０１と、ｎ−ＧａＮ層７０４の一部とがエッチングされて、例えば平面形状が円形状のメサ構造７０９が形成されている。
【０１５１】
メサ構造７０９の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層７０４の表面とを覆うようにパッシベーション膜としてＳｉＮ膜７１０が形成されている。ＳｉＮ膜７１０には、ｐ＋＋−ＧａＮ層７０８の表面の一部を露出する開口部７１０ａと、ｎ−ＧａＮ層７０４の表面の一部を露出する開口部７１０ｂとが形成されている。例えば、平面視でｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａは開口部７１０ａの内側に位置する。
【０１５２】
ｐ＋＋−ＧａＮ層７０８の表面に、開口部７１０ａを通じてＳｉＮ膜７１０上にせりあがるようにしてＩＴＯ膜７１１が形成されている。メサ構造７０９の上方でＳｉＮ膜７１０及びＩＴＯ膜７１１上に、平面形状がリング状の上部電極７１２が形成されている。上部電極７１２の内側では、ＩＴＯ膜７１１上に、誘電体のＤＢＲ７１４が形成されている。ｎ−ＧａＮ層７０４の表面に、開口部７１０ｂを通じてＳｉＮ膜７１０上にせりあがるようにして下部電極７１３が形成されている。上部電極７１２は、例えば、ＳｉＮ膜７１０及びＩＴＯ膜７１１側から順に積層されたＴｉ膜とＡｕ膜とを有する。下部電極７１３は、例えば、ｎ−ＧａＮ層７０４側から順に積層されたＴｉ膜とＡｌ膜とを有する。ＤＢＲ７１４は、例えばＴａ２Ｏ５膜及びＳｉＯ２膜を含む。下部多層膜反射鏡７０３とＤＢＲ７１４が共振器構造に含まれる。
【０１５３】
面発光レーザ７５０では、上述のように、電流狭窄層７０１がｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａとｎ−ＡｌＮ層７０１ｂとを有する。ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａのバンドギャップは３．５９ｅＶであり、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂのバンドギャップは６．２ｅＶである。また、電流狭窄層７０１を間に挟むｎ−ＧａＮ層７０４及び多重量子井戸層７０５のバンドギャップは、それぞれ３．４ｅＶ、３．１ｅＶである。このように、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂのバンドギャップは、その周囲に存在する、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａ、ｎ−ＧａＮ層７０４及び多重量子井戸層７０５のいずれのバンドギャップよりも１．０ｅＶ以上大きい。従って、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂと、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａ、ｎ−ＧａＮ層７０４及び多重量子井戸層７０５との間に大きなバンドオフセットが形成される。このため、電流狭窄層７０１の内部では、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂにより電流が阻止され、電流はｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａを選択的に流れる。
【０１５４】
詳細は後述するが、電流狭窄層７０１は、段差を含む窒化物半導体層を用いずに形成することができる。このため、レーザ構造７００を含む面発光レーザ７５０に安定した特性を得ることができる。
【０１５５】
また、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂの屈折率がｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａの屈折率よりも低いため、基板面内方向での光閉じ込め効果を得ることができる。
【０１５６】
次に、第７の実施形態に係る面発光レーザ７５０の製造方法について説明する。図１４Ａ〜図１４Ｅは、第７の実施形態に係る面発光レーザ７５０の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、ｎ−ＧａＮ基板７０２上に、レーザ構造７００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。
【０１５７】
先ず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、図１４Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板７０２上に、下部多層膜反射鏡７０３と、ｎ−ＧａＮ層７０４と、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ｘとを順次形成する。
【０１５８】
次いで、図１４Ａに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図１４Ｂに示すように、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ｘ上に、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａを形成する予定の領域を覆う保護マスクとして、例えば直径が１０μｍで、厚さが１００ｎｍのＳｉＯ２膜７１５を形成する。ＳｉＯ２膜７１５は、例えばフォトリソグラフィーにより形成することができる。
【０１５９】
その後、図１４Ｂに示す構造体を熱処理装置に入れ、水素及びアンモニアの混合ガス雰囲気中で８００℃の温度で熱処理を行う。熱処理の時間は、例えば１０分間とする。この熱処理により、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ｘのＳｉＯ２膜７１５から露出している部分に水素が浸透すると共に、この部分からＩｎが蒸発する。この結果、図１４Ｃに示すように、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ｘのＳｉＯ２膜７１５から露出している部分が、ｎ−ＡｌＮ層７０１ｂに変化する。ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ｘの残部はＩｎ組成がｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ｘのＩｎ組成から変化していないｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａとなる。このようにして、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ａとｎ−ＡｌＮ層７０１ｂとを有する電流狭窄層７０１が形成される。
【０１６０】
続いて、図１４Ｄに示すように、ＳｉＯ２膜７１５を除去する。ＳｉＯ２膜７１５は、例えばバッファードフッ酸を用いて除去することができる。次いで、ＳｉＯ２膜７１５の除去後の構造体をＭＯＣＶＤ装置に入れ、電流狭窄層７０１上に、多重量子井戸層７０５と、ｐ−ＡｌＧａＮ層７０６と、ｐ−ＧａＮ層７０７と、ｐ−＋＋ＧａＮ層７０８とを順次形成する。
【０１６１】
その後、図１４Ｄに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、アクセプターの活性化アニールを行う。続いて、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ｐ−ＧａＮ層７０７と、ｐ−ＡｌＧａＮ層７０６と、多重量子井戸層７０５と、電流狭窄層７０１と、ｎ−ＧａＮ層７０４の一部とを除去することにより、素子分離のためにメサ構造７０９を形成する。次いで、メサ構造７０９の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層７０４の表面とを覆うようにＳｉＮ膜７１０を形成する。その後、ＳｉＮ膜７１０に、ｐ＋＋−ＧａＮ層７０８の表面の一部を露出する開口部７１０ａと、ｎ−ＧａＮ層７０４の表面の一部を露出する開口部７１０ｂとを形成する。
【０１６２】
続いて、ｐ＋＋−ＧａＮ層７０８の表面に、開口部７１０ａを通じてＳｉＮ膜７１０上にせりあがるようにしてＩＴＯ膜７１１を形成し、メサ構造７０９の上方でＳｉＮ膜７１０及びＩＴＯ膜７１１上に、平面形状がリング状の上部電極７１２を形成する。また、ｎ−ＧａＮ層７０４の表面に、開口部７１０ｂを通じてＳｉＮ膜７１０上にせりあがるようにして下部電極７１３を形成する。上部電極７１２の形成では、例えば、ＳｉＮ膜７１０及びＩＴＯ膜７１１側から順にＴｉ膜とＡｕ膜とを積層する。下部電極７１３の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ層７０４側から順にＴｉ膜とＡｌ膜とを積層する。次いで、上部電極７１２の内側において、ＩＴＯ膜７１１上にＤＢＲ７１４を形成する。
【０１６３】
このようにして、第７の実施形態に係る面発光レーザ７５０を製造することができる。
【０１６４】
この方法によれば、ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層７０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層７０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【０１６５】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、窒化物半導体多層構造を備えた面発光レーザに関する。面発光レーザは発光素子の一例である。図１５は、第８の実施形態に係る面発光レーザを示す断面図である。
【０１６６】
図１５に示すように、第８の実施形態に係る面発光レーザ８５０は、ｎ−ＧａＮ基板８０２と、ｎ−ＧａＮ基板８０２上のレーザ構造８００と、を有する。レーザ構造８００は、下部多層膜反射鏡８０３と、ｎ−ＧａＮ層８０４と、多重量子井戸層８０５と、ｐ−ＡｌＧａＮ層８０６と、ｐ−ＧａＮ層８０７と、電流狭窄層８０１と、ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８と、ｎ−ＧａＮ層８０９とを有する。ｐ−ＧａＮ層８０７は第１の窒化物半導体層の一例であり、ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８は第２の窒化物半導体層の一例であり、電流狭窄層８０１は第３の窒化物半導体層の一例である。レーザ構造８００は窒化物半導体多層構造の一例である。
【０１６７】
下部多層膜反射鏡８０３はｎ−ＧａＮ基板８０２上に形成されている。下部多層膜反射鏡８０３は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に４６周期積層された構造を有する。高屈折率層は、例えば厚さが５０ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。低屈折率層は、例えば、厚さが６ｎｍの３層のＧａＮ層の間に、厚さが６ｎｍの２層のＡｌＮ層が挿入された多層構造を有する。
【０１６８】
ｎ−ＧａＮ層８０４は下部多層膜反射鏡８０３上に形成されている。ｎ−ＧａＮ層８０４の厚さは、例えば１．１μｍである。
【０１６９】
多重量子井戸層８０５はｎ−ＧａＮ層８０４上に形成されている。多重量子井戸層８０５は、例えば、厚さが４ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層と厚さが６ｎｍのＧａＮ層とが交互に５周期積層された構造を有する。多重量子井戸層８０５は活性層の一例である。
【０１７０】
ｐ−ＡｌＧａＮ層８０６は多重量子井戸層８０５上に形成されている。ｐ−ＡｌＧａＮ層８０６の厚さは、例えば２０ｎｍである。
【０１７１】
ｐ−ＧａＮ層８０７はｐ−ＡｌＧａＮ層８０６上に形成されている。ｐ−ＧａＮ層８０７の厚さは、例えば１００ｎｍである。
【０１７２】
電流狭窄層８０１はｐ−ＧａＮ層８０７上に形成されている。電流狭窄層８０１の厚さは、例えば５ｎｍである。電流狭窄層８０１は、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａと、電流狭窄層８０１に平行な面内でｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａを取り囲むｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂとを有する。このように、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂのＩｎ組成は、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａのＩｎ組成よりも小さい。ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａは第１の領域の一例であり、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂは第２の領域の一例である。ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａ及びｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂには、アクセプターとしてＭｇが１×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
【０１７３】
ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８は電流狭窄層８０１上に形成されている。ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８の厚さは、例えば５ｎｍである。ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８には、ドナーとしてＳｉが３×１０２０ｃｍ−３の濃度でドーピングされている。
【０１７４】
ｎ−ＧａＮ層８０９はｎ＋＋−ＧａＮ層８０８上に形成されている。ｎ−ＧａＮ層８０９の厚さは、例えば４７０ｎｍである。
【０１７５】
レーザ構造８００では、ｎ−ＧａＮ層８０９と、ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８と、電流狭窄層８０１と、ｐ−ＧａＮ層８０７と、ｐ−ＡｌＧａＮ層８０６と、多重量子井戸層８０５と、ｎ−ＧａＮ層８０４の一部とがエッチングされて、例えば平面形状が円形状のメサ構造８１０が形成されている。
【０１７６】
また、メサ構造８１０から離間して、ｎ−ＧａＮ層８０４と、下部多層膜反射鏡８０３と、ｎ−ＧａＮ基板８０２の一部とに開口部８１１が形成されている。開口部８１１内に、ｎ−ＧａＮ層８０４とｎ−ＧａＮ基板８０２とを電気的に導通させる導電膜８１２が形成されている。導電膜８１２は、例えば、ｎ−ＧａＮ基板８０２側から順に積層されたＴｉ膜とＡｌ膜とを有する。
【０１７７】
メサ構造８１０の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層８０４の表面と、導電膜８１２の表面とを覆うようにパッシベーション膜としてＳｉＮ膜８１３が形成されている。ＳｉＮ膜８１３には、ｎ−ＧａＮ層８０９の表面の一部を露出する開口部８１３ａが形成されている。例えば、平面視でｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａは開口部８１３ａの内側に位置する。
【０１７８】
ｎ−ＧａＮ層８０９の表面に、開口部８１３ａの縁に沿ってＳｉＮ膜８１３上にせりあがるようにして平面形状がリング状の上部電極８１４が形成されている。上部電極８１４の内側では、ｎ−ＧａＮ層８０９上に、誘電体のＤＢＲ８１５が形成されている。ｎ−ＧａＮ基板８０２の裏面に下部電極８１６が形成されている。上部電極８１４は、例えば、ｎ−ＧａＮ層８０９側から順に積層されたＴｉ膜とＡｕ膜とを有する。下部電極８１６は、例えば、ｎ−ＧａＮ基板８０２側から順に積層されたＴｉ膜とＡｌ膜とを有する。ＤＢＲ８１５は、例えばＴａ２Ｏ５膜及びＳｉＯ２膜を含む。下部多層膜反射鏡８０３とＤＢＲ８１５が共振器構造に含まれる。
【０１７９】
面発光レーザ８５０では、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａとｎ＋＋−ＧａＮ層８０８とがトンネル接合している。また、上述のように、電流狭窄層８０１がｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａとｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂとを有する。ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａのバンドギャップは３．５９ｅＶであり、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂのバンドギャップは６．２ｅＶである。また、電流狭窄層８０１を間に挟むｐ−ＧａＮ層８０７及びｎ＋＋−ＧａＮ層８０８のバンドギャップはいずれも３．４ｅＶである。このように、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂのバンドギャップは、その周囲に存在する、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａ、ｐ−ＧａＮ層８０７及びｎ＋＋−ＧａＮ層８０８のいずれのバンドギャップよりも１．０ｅＶ以上大きい。従って、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂと、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａ、ｐ−ＧａＮ層８０７及びｎ＋＋−ＧａＮ層８０８との間に大きなバンドオフセットが形成される。このため、電流狭窄層８０１の内部では、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂにより電流が阻止され、電流はｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａを選択的に流れる。
【０１８０】
詳細は後述するが、電流狭窄層８０１は、段差を含む窒化物半導体層を用いずに形成することができる。このため、レーザ構造８００を含む面発光レーザ８５０に安定した特性を得ることができる。
【０１８１】
また、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂの屈折率がｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層８０１ａの屈折率よりも低いため、基板面内方向での光閉じ込め効果を得ることができる。
【０１８２】
次に、第８の実施形態に係る面発光レーザ８５０の製造方法について説明する。図１６Ａ〜図１６Ｄは、第８の実施形態に係る面発光レーザ８５０の製造方法を示す断面図である。この製造方法では、ｎ−ＧａＮ基板８０２上に、レーザ構造８００に含まれる窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる。
【０１８３】
先ず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、図１６Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板８０２上に、下部多層膜反射鏡８０３と、ｎ−ＧａＮ層８０４と、多重量子井戸層８０５と、ｐ−ＡｌＧａＮ層８０６と、ｐ−ＧａＮ層８０７と、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘと、ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８と、ｎ−ＧａＮ層８０９とを順次形成する。
【０１８４】
次いで、図１６Ａに示す構造体をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図１６Ｂに示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、ｎ−ＧａＮ層８０９と、ｎ＋＋−ＧａＮ層８０８と、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘと、ｐ−ＧａＮ層８０７と、ｐ−ＡｌＧａＮ層８０６と、多重量子井戸層８０５と、ｎ−ＧａＮ層８０４の一部とを除去することにより、メサ構造８１０を形成する。
【０１８５】
その後、図１６Ｂに示す構造体を熱処理装置に入れ、水素及びアンモニアの混合ガス雰囲気中で８００℃の温度で熱処理を行う。熱処理の時間は、例えば３０分間とする。この熱処理により、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘに、その側壁から水素が浸透すると共に、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘ中のＩｎが側壁から蒸発する。この結果、図１６Ｃに示すように、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘの側壁近傍の部分が、ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂに変化する。ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘの残部はＩｎ組成がｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘのＩｎ組成から変化していないｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ａとなる。このようにして、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ａとｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂとを有する電流狭窄層８０１が形成される。ｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂが形成される範囲は、例えば側壁から１０μｍ程度以内の範囲である。
【０１８６】
続いて、図１６Ｃに示す構造体を熱処理装置から取り出し、アクセプターの活性化アニールを行う。次いで、図１６Ｄに示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、メサ構造８１０から離間して、ｎ−ＧａＮ層８０４と、下部多層膜反射鏡８０３と、ｎ−ＧａＮ基板８０２の一部とに開口部８１１を形成する。その後、開口部８１１内に、ｎ−ＧａＮ層８０４とｎ−ＧａＮ基板８０２とを電気的に導通させる導電膜８１２を形成する。導電膜８１２の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ基板８０２側から順にＴｉ膜とＡｌ膜とを積層する。続いて、メサ構造８１０の表面及び側面と、ｎ−ＧａＮ層８０４の表面と、導電膜８１２の表面とを覆うようにＳｉＮ膜８１３を形成する。次いで、ＳｉＮ膜８１３に、ｎ−ＧａＮ層８０９の表面の一部を露出する開口部８１３ａを形成する。
【０１８７】
その後、ｎ−ＧａＮ層８０９の表面に、開口部８１３ａの縁に沿ってＳｉＮ膜８１３上にせりあがるようにして平面形状がリング状の上部電極８１４を形成する。続いて、上部電極８１４の内側において、ｎ−ＧａＮ層８０９上に、誘電体のＤＢＲ８１５を形成する。次いで、ｎ−ＧａＮ基板８０２の裏面に下部電極８１６を形成する。上部電極８１４の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ層８０９側から順にＴｉ膜とＡｕ膜とを積層する。下部電極８１６の形成では、例えば、ｎ−ＧａＮ基板８０２側から順にＴｉ膜とＡｌ膜とを積層する。
【０１８８】
このようにして、第８の実施形態に係る面発光レーザ８５０を製造することができる。
【０１８９】
この方法によれば、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ｘに段差を形成せずに電流狭窄層８０１を形成することができる。従って、安定した特性を得ることができる。
【０１９０】
なお、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ａとｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂとの間でＩｎ組成が急峻かつ不連続に変化している必要はなく、ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．２０Ｎ層８０１ａとｐ＋＋−ＡｌＮ層８０１ｂとの間にＩｎ組成が連続的に変化する領域が存在していてもよい。
【０１９１】
第１〜第３の窒化物半導体層の組成、導電型及び不純物濃度は、これら実施形態のものに限定されない。また、電流狭窄層を備えた窒化物半導体多層構造の用途は光学素子に限定されず、電流狭窄層を備えた窒化物半導体多層構造を他の電子デバイスに用いることもできる。
【０１９２】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、レーザを走査して画像を描画する投影装置に関する。投影装置は光源装置の一例である。図１７は、第９の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【０１９３】
第９の実施形態に係る投影装置１０００は、光源１００１及び光走査部１００２を備えている。光源１００１は、例えば、第５の実施形態に係る端面発光レーザ５５０、第６の実施形態に係る面発光レーザ６５０、第７の実施形態に係る面発光レーザ７５０又は第８の実施形態に係る面発光レーザ８５０を１又は２以上備えている。端面発光レーザ５５０、面発光レーザ６５０、面発光レーザ７５０又は面発光レーザ８５０が１つの場合、投影装置１０００は、単色の画像を対象物１００３に投影する。複数の端面発光レーザ５５０、面発光レーザ６５０、面発光レーザ７５０又は面発光レーザ８５０を備える場合、投影装置１０００は、各端面発光レーザ又は面発光レーザの光軸を同軸上に揃えて出射面から出射し、端面発光レーザ又は面発光レーザ毎に発振波長を変えることで、複数の色の画像を対象物１００３に投影できる。
【０１９４】
光走査部１００２は光源１００１から出射されたレーザ光を走査し対象物１００３へ投影するための素子を含む。このような素子として、２軸方向に可動するＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）ミラーや１軸方向に可動するＭＥＭＳミラーを２個組み合わせた素子等を用いることができる。光走査部１００２は、光源１００１から出射されたレーザ光の進行方向を調整する光学素子の一例である。
【０１９５】
画像の生成の際には、光走査部１００２の走査に合わせて、レーザ光の強度を変調して対象物１００３上にレーザ光を照射する。このようにして、対象物１００３上に直接画像を生成することができる。
【０１９６】
光源１００１に単一又は少数の端面発光レーザ又は面発光レーザを用いる場合、μＷオーダーから数ｍＷ程度のレーザ光を出力し、微小な領域に画像を描画することができる。このような投影装置１０００は、例えば、網膜ディスプレイとして用いることができる。
【０１９７】
光源１００１に多数の面発光レーザをアレイ化した２次元アレイ光源を用いる場合、ｍＷオーダーからｋＷオーダーのレーザ光を出力し、大面積な領域に画像を描画することができる。このような投影装置は、例えば、プロジェクターとして用いることができる。
【０１９８】
（第１０の実施形態）
次に、第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態は、投光装置に関する。投光装置は光源装置の一例である。図１８は、第１０の実施形態に係る投光装置のレイアウトを示す図である。
【０１９９】
第１０の実施形態に係る投光装置１１００は、光源１１０１、蛍光部材１１０２及び投光部材１１０３を備えている。光源１１０１としては、例えば、複数の第６の実施形態に係る面発光レーザ６５０、第７の実施形態に係る面発光レーザ７５０又は第８の実施形態に係る面発光レーザ８５０をアレイ化した２次元アレイ光源が用いられ、光源１１０１から出射された光で蛍光部材１１０２を励起させる。光源１１０１から出射された光と、蛍光部材１１０２が励起されて放射された光とを投光部材１１０３で２次元状に拡げて投光する。図１８には、投光部材１１０３の例として、反射鏡を図示してある。
【０２００】
蛍光部材１１０２としては、例えば、光源１１０１から出射される光が青色光の場合、黄色光を発する蛍光部材が用いられ、光源１１０１から出射される光が紫外光の場合、白色光を発する蛍光部材が用いられる。蛍光部材１１０２は、光源１１０１から出射されたレーザ光の波長を調整する光学素子の一例である。また、投光部材１１０３は、光源１１０１から出射され、蛍光部材１１０２により波長が調整されたレーザ光の進行方向を調整する光学素子の一例である。
【０２０１】
光源１１０１は、例えば面内に数千個〜数万個の面発光レーザを２次元アレイ状に並べた２次元アレイ光源であり、複数の面発光レーザ群を個別に駆動できるよう電極が接続されている。面発光レーザ群は複数の面発光レーザを有してもよく、単一の面発光レーザを有してもよい。
【０２０２】
電圧を印加する面発光レーザ群を選択することで、１つの光源１１０１で、任意の場所や空間に投光することができる。例えば、投光装置１１００を車載用のヘッドライトモジュールとして使う場合、配光可変型前照灯として使うことができる。
【０２０３】
（第１１の実施形態）
次に、第１１の実施形態について説明する。第１１の実施形態は、投影装置に関する。投影装置は光源装置の一例である。図１９は、第１１の実施形態に係る投影装置のレイアウトを示す図である。
【０２０４】
第１１の実施形態に係る投影装置１２００は、光源１２０１及び投影光学部１２０２を備えている。光源１２０１は、複数の第６の実施形態に係る面発光レーザ６５０、第７の実施形態に係る面発光レーザ７５０又は第８の実施形態に係る面発光レーザ８５０をアレイ化した２次元アレイ光源を備える。
【０２０５】
投影光学部１２０２は、少なくとも、蛍光部材１２０３、フィルター１２０４及び画像生成素子１２０５を備え、必要に応じて、投影レンズ１２０６等のレンズやミラー等を更に備えてもよい。
【０２０６】
蛍光部材１２０３は、光源１２０１から投影光学部１２０２へ入射した光の一部によって励起されることで、白色光を作り出す。蛍光部材１２０３としては、例えば、光源１２０１から出射される光が青色光の場合、黄色光を発する蛍光部材が用いられ、光源１２０１から出射される光が紫外光の場合、白色光を発する蛍光部材が用いられる。
【０２０７】
フィルター１２０４は、白色光から色を分離するフィルターであり、可動部も備えている。フィルター１２０４としては、例えば赤色、青色、緑色の光を透過させるカラーホイール等が用いられる。
【０２０８】
画像生成素子１２０５は、フィルター１２０４を透過した光から画像を生成する素子である。画像生成素子１２０５としては、例えば、２次元アレイ状に微細なミラーを備えたＭＥＭＳデバイスや、反射型液晶素子等が用いられる。
【０２０９】
投影レンズ１２０６は、画像生成素子１２０５により生成された画像を所望の倍率に拡大し対象物へ投影する。
【０２１０】
投影光学部１２０２は、光源１２０１から出射されたレーザ光の波長及び進行方向等を調整する光学素子の一例である。
【０２１１】
本実施形態では、投影光学部１２０２にフィルター１２０４が含まれているが、フィルター１２０４の代わりに、プリズムやダイクロイックミラーが用いられてもよい。プリズムやダイクロイックミラーが用いられる場合、光を例えば赤色、緑色、青色に分離し、３つの画像生成素子で各色の画像を生成し、最後にプリズム等で合成する構成等にすることができる。
【符号の説明】
【０２１２】
１００、２００  窒化物半導体多層構造
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１  電流狭窄層
１０１ａ  第１の領域
１０１ｂ  第２の領域
３００、４００  ＬＥＤ構造
３５０、４５０  発光ダイオード
３０１ａ  ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層
３０１ｂ  ｐ−ＡｌＮ層
４０１ａ  ｎ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ層
４０１ｂ  ｎ−ＧａＮ層
５００、６００、７００、８００  レーザ構造
５５０  端面発光レーザ
５０１ａ  ｐ−Ａｌ０．７５Ｉｎ０．２５Ｎ層
５０１ｂ  ｐ−ＡｌＮ層
６５０、７５０、８５０  面発光レーザ
６０１ａ  ｐ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層
６０１ｂ  ｐ−Ａｌ０．９０Ｉｎ０．１０Ｎ層
７０１ａ  ｎ−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層
７０１ｂ  ｎ−ＡｌＮ層
８０１ａ  ｐ＋＋−Ａｌ０．７０Ｉｎ０．３０Ｎ層
８０１ｂ  ｐ＋＋−ＡｌＮ層
１０００、１２００  投影装置
１００１、１１０１、１２０１  光源
１００２  光走査部
１００３  対象物
１１００  投光装置
１１０２、１２０３  蛍光部材
１１０３  投光部材
１２０２  投影光学部
１２０４  フィルター
１２０５  画像生成素子
１２０６  投影レンズ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２１３】
【特許文献１】特開２０１１−１４６９３号公報
【図１】
2020120051.tif 000003
【図２Ａ】
2020120051.tif 000004
【図２Ｂ】
2020120051.tif 000005
【図２Ｃ】
2020120051.tif 000006
【図２Ｄ】
2020120051.tif 000007
【図２Ｅ】
2020120051.tif 000008
【図３】
2020120051.tif 000009
【図４Ａ】
2020120051.tif 000010
【図４Ｂ】
2020120051.tif 000011
【図４Ｃ】
2020120051.tif 000012
【図５】
2020120051.tif 000013
【図６Ａ】
2020120051.tif 000014
【図６Ｂ】
2020120051.tif 000015
【図６Ｃ】
2020120051.tif 000016
【図６Ｄ】
2020120051.tif 000017
【図６Ｅ】
2020120051.tif 000018
【図６Ｆ】
2020120051.tif 000019
【図７】
2020120051.tif 000020
【図８Ａ】
2020120051.tif 000021
【図８Ｂ】
2020120051.tif 000022
【図８Ｃ】
2020120051.tif 000023
【図８Ｄ】
2020120051.tif 000024
【図９】
2020120051.tif 000025
【図１０Ａ】
2020120051.tif 000026
【図１０Ｂ】
2020120051.tif 000027
【図１０Ｃ】
2020120051.tif 000028
【図１０Ｄ】
2020120051.tif 000029
【図１１】
2020120051.tif 000030
【図１２Ａ】
2020120051.tif 000031
【図１２Ｂ】
2020120051.tif 000032
【図１２Ｃ】
2020120051.tif 000033
【図１２Ｄ】
2020120051.tif 000034
【図１３】
2020120051.tif 000035
【図１４Ａ】
2020120051.tif 000036
【図１４Ｂ】
2020120051.tif 000037
【図１４Ｃ】
2020120051.tif 000038
【図１４Ｄ】
2020120051.tif 000039
【図１４Ｅ】
2020120051.tif 000040
【図１５】
2020120051.tif 000041
【図１６Ａ】
2020120051.tif 000042
【図１６Ｂ】
2020120051.tif 000043
【図１６Ｃ】
2020120051.tif 000044
【図１６Ｄ】
2020120051.tif 000045
【図１７】
2020120051.tif 000046
【図１８】
2020120051.tif 000047
【図１９】
2020120051.tif 000048