(57)【要約】【課題】ｐ型コンタクト層の低抵抗化を図れるようにすると共に半導体レーザ素子においてはｐ型半導体層にリッジ状の加工を施すことなく電流狭窄構造を実現できるようにする。【解決手段】窒化物半導体素子は、主面の面方位が（０００１）面であるｎ型ＧａＮからなるｎ型基板１の主面上に形成され、主面に対して垂直な側面を持つ複数の凸部を有するＧａＮからなる第１ｐ型コンタクト層６と、該第１ｐ型コンタクト層６における凸部の側面から選択的に成長したＡｌＧａＮＰからなる第２ｐ型コンタクト層７とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する基板と、
前記基板の主面上に形成され、前記主面に対して垂直な側面を持つ１つ又は２つ以上の凸部を有する第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層における前記凸部の側面から選択的に成長してなる第２の窒化物半導体層とを備えていることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって前記凸部の各側面が形成されており、
前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層よりもｐ型のキャリア濃度が大きいこと特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって前記凸部の各側面が形成されており、
前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層よりも残留水素濃度が小さいこと特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって前記凸部の各側面が形成されており、
前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、
前記第１の窒化物半導体層の組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（但し、ｘは、０≦ｘ≦１である。）であり、前記第２の窒化物半導体層の組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮｙＰｚＡｓ１−ｙ−ｚ（但し、ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１であり、且つ、０＜ｙ＋ｚ＜１である。）であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって前記凸部の各側面が形成されており、
前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層よりも屈折率が大きいこと特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第２の窒化物半導体層の上に該第２の窒化物半導体層と接して形成された電極をさらに備え、
前記第２の窒化物半導体層は、前記凹凸部を埋め込むように形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記凹凸部は、フォトニック結晶構造を有していることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層には、一の方向にリッジ状に延びるリッジストライプ部が形成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記凹凸部は、前記一の方向に対して垂直且つ周期的に設けられており、
前記凹凸部は、回折格子として機能することを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記第１の窒化物半導体層における前記側面の面方位は、（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記第１の窒化物半導体層は、第１導電型を有し、且つ一の方向にリッジ状に延びるリッジストライプ部が形成されており、
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の側面から前記基板の主面に対して平行に成長した梁状半導体層であり、
前記リッジストライプ部及び梁状半導体層の上を覆うように形成され、活性層を含む第３の窒化物半導体層をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記梁状半導体層は、絶縁性又は第２導電型を有していることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１３】
前記梁状半導体層は、前記第１の窒化物半導体層と比べて禁制帯幅が大きい領域を有していることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１４】
前記梁状半導体層は、前記第１の窒化物半導体層の側面から離れるにつれて、前記梁状半導体層の組成が周期的に変化することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１５】
前記梁状半導体層は、前記第１の窒化物半導体層との接合界面から離れるにつれて、前記梁状半導体層の組成が、該梁状半導体層の禁制帯幅が大きくなるように連続的に変化していることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１６】
前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の側方の領域と前記梁状半導体層との間には間隙が形成されていることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１７】
前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の上面の面方位は（０００１）面であることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１８】
前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の上面には、凹凸部が周期的に形成されていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１９】
前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の幅は、前記一の方向に沿って連続的に変化することを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２０】
前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の幅は、前記一の方向に沿って周期的に変化することを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２１】
前記第１の窒化物半導体層は、前記基板の主面に対して垂直な方向の組成が互いに異なる領域を有していることを特徴とする請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２２】
前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の側面は、少なくとも１つの面方位によって構成されていることを特徴とする請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２３】
前記第１の窒化物半導体層における前記リッジストライプ部の上面は、前記梁状半導体層の上面よりも低く形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２４】
前記活性層は、前記リッジストライプ部の上側部分の吸収端波長が前記梁状半導体層の上側部分の吸収端波長よりも長いことを特徴とする請求項１１又は２３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２５】
前記梁状半導体層の残留水素濃度は、前記第１の窒化物半導体層の残留水素濃度よりも低いことを特徴とする請求項１１〜２４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２６】
前記第２の窒化物半導体層は、窒素源に有機系窒化物原料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２７】
前記有機系窒化物原料は、主成分に非対称ジメチルヒドラジン又は非対称ジブチルヒドラジンを含むことを特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２８】
基板上に第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層の少なくとも上部に、１つ又は２つ以上の凸部を形成する工程と、
前記凸部を形成する工程よりも後に、窒素源として有機系窒化物原料を用いることにより、第２の窒化物半導体層を前記第１の窒化物半導体層の前記凸部の側面上から選択的に成長させる工程とを備えていることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２９】
前記第１の窒化物半導体層における前記凸部の側面の面方位は、（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面であることを特徴とする請求項２８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３０】
基板上に、主面の面方位が（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程よりも後に、窒素源として有機系窒化物原料を用いることにより、第２の窒化物半導体層を前記第１の窒化物半導体層の上に成長させる工程とを備えていることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３１】
前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、前記第２の窒化物半導体層に燐及び砒素の少なくとも一方を添加することを特徴とする請求項２８又は３０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３２】
前記第２の窒化物半導体層を形成する工程において、燐源として有機系燐原料を用い、砒素源として有機系砒素原料を用いることを特徴とする請求項３１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３３】
前記有機系窒化物原料には、非対称ジメチルヒドラジン又は非対称ジブチルヒドラジンを用いることを特徴とする請求項２８〜３２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体により構成される窒化物半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体により構成される半導体発光素子は、窒化物半導体の組成を適当に制御することにより、紫外又は青色から緑色の可視域にわたる広い波長帯域での発光を実現でき、既に発光ダイオード素子が様々な分野で実用化されるに至っている。
【０００３】
ところで、窒化物半導体は禁制帯幅が大きく、また、アクセプタ不純物の準位が深いために、ｐ型層の低抵抗化が困難であり、ｐｎ接合により構成される発光ダイオード素子の動作電圧を低減するには、ｐ型層の抵抗の低減及び該ｐ型層とオーミック電極とのコンタクト抵抗の低減が必要不可欠である。
【０００４】
以下、第１の従来例として窒化物半導体を用いた発光ダイオード素子について図面を参照しながら説明する（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００５】
図１４は第１の従来例に係る窒化物半導体からなる発光ダイオード素子の断面構成を示している。図１４に示すように、従来の発光ダイオード素子は、主面の面方位が（０００１）面のサファイア基板１０１の主面上に順次成長した、ＧａＮからなる低温成長バッファ層１０２、ｎ型ＧａＮ層１０３、ＩｎＧａＮからなる量子井戸活性層１０４、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０５、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０６を有している。ｐ型コンタクト層１０６の上にはｐ側電極１０７が形成され、ｎ型ＧａＮ層１０３の選択的に露出された領域上にはｎ側電極１０８が形成されている。
【０００６】
第１の従来例によると、例えばｐ型クラッド層１０５のｐ型ドーパントにはマグネシウム（Ｍｇ）を用い、窒素雰囲気で熱処理を行なうことにより、ｐ型半導体層を実現している。
【０００７】
窒化物半導体を用いた第２の従来例として、青紫色半導体レーザ素子が既に実用化されている。青紫色半導体レーザ素子として一般に用いられている構造には、非特許文献２に挙げらるようなリッジ導波路型構造がある。この構成によると、活性層上のｐ型半導体層を凸形のストライプ状に加工して電流狭窄及び光閉じ込め構造が形成されており、比較的に簡単なプロセスにより青紫色レーザ素子を実現できる。
【非特許文献１】Shuji Nakmura et al. "Superbright Green InGaN Single-Quantum-Well-Structure Light-Emitting Diodes", Jpn.J.Appl.Phys. Vol.34 (1995) L.1332-L.1335
【非特許文献２】Shuji Nakamura et al. "InGaN/GaN/AlGaN-based laser diodes with modulation-doped strained-layer superlattices grown on an epitaxially laterally overgrown GaN substrate," Appl. Phys. Lett. Vol. 72, (1998) p.211-213
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、第１の従来例に係る窒化物半導体からなる発光ダイオード素子は、ｐ型コンタクト層１０６の低抵抗化と、ｐ型コンタクト層１０６のｐ側電極１０７とのコンタクト抵抗の低減には限界がある。このため、動作電圧のこれ以上の低減が困難であるという問題がある。同様に、窒化物半導体からなる半導体レーザ素子においても、ｐ型コンタクト層の低抵抗化が困難であるため、レーザ特性、高効率化及び信頼性の向上が容易ではない。
【０００９】
また、第２の従来例に係る窒化物半導体からなる半導体レーザ素子は、断面凸状のリッジ導波路をドライエッチングにより形成しているため、ｐ型半導体層におけるリッジ部の側方部分の残し膜厚の制御が困難である。このため、半導体レーザ素子におけるしきい値電流のばらつきや、出射光の放射角のばらつきが大きいという問題がある。
【００１０】
その上、一般に低抵抗のｐ型半導体層を得るのが困難な窒化物半導体からなるｐ型半導体層を加工するため、直列抵抗が大きくなってしまうという問題もある。また、リッジ部を形成する際のドライエッチングによるダメージも、電気的光学的特性及び素子の信頼性を悪化させることが懸念される。このように、第２の従来例に係る半導体レーザ素子には、歩留りの向上及び動作電圧の低減に限界がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題を解決し、ｐ型コンタクト層の低抵抗化を図れるようにすると共に、半導体レーザ素子においてはｐ型半導体層にリッジ状の加工を施すことなく電流狭窄構造を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明は、窒化物半導体素子を、第１の窒化物半導体層に形成した凸部の側面から第２の窒化物半導体層を選択的に成長する構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係る窒化物半導体素子は、主面を有する基板と、基板の主面上に形成され、主面に対して垂直な側面を持つ１つ又は２つ以上の凸部を有する第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層における凸部の側面から選択的に成長してなる第２の窒化物半導体層とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の窒化物半導体素子によると、１つ又は２つ以上の凸部の各側面から有機系窒化物原料を用いて選択的に成長した第２の窒化物半導体層は、後述するようにｐ型ドーパントの活性化率が向上して、その抵抗が小さくなる。
【００１５】
また、従来、窒化物半導体レーザ素子においては、活性層の上に形成されたｐ型半導体層に形成される電流狭窄構造に代えて、本発明に係る凸部を有する第１の窒化物半導体層をｎ型とすると、ｐ型半導体層にはリッジ状の加工を行なわなくてもよくなる。これにより、ｐ型半導体層に広い電流導入領域を確保できるため、素子の直列抵抗及び動作電圧を著しく低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の窒化物半導体素子において、第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって凸部の各側面が形成されており、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層よりもｐ型のキャリア濃度が大きいことが好ましい。
【００１７】
このようにすると、ｐ型の第２の窒化物半導体層の低抵抗化が可能となる。
【００１８】
本発明の窒化物半導体素子において、第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって凸部の各側面が形成されており、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層よりも残留水素濃度が小さいことが好ましい。
【００１９】
このように、第２の窒化物半導体層においてｐ型ドーパントの不活性化の原因となる水素濃度が小さいため、ｐ型の第２の窒化物半導体層の低抵抗化が可能となる。
【００２０】
本発明の窒化物半導体素子において、第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって凸部の各側面が形成されており、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、第１の窒化物半導体層の組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（但し、ｘは、０≦ｘ≦１である。）であり、第２の窒化物半導体層の組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮｙＰｚＡｓ１−ｙ−ｚ（但し、ｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１であり、且つ、０＜ｙ＋ｚ＜１である。）であることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、第２の窒化物半導体層に燐（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）による局在バンドが形成されるため、より低抵抗のｐ型の第２の窒化物半導体層を得ることが可能となる。
【００２２】
本発明の窒化物半導体素子において、第１の窒化物半導体層は、少なくとも上部に凹凸部が設けられることによって凸部の各側面が形成されており、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層よりも屈折率が大きいことが好ましい。
【００２３】
第１の窒化物半導体層の少なくとも上部に凹凸部が設けらている場合に、本発明の窒化物半導体素子は、第２の窒化物半導体層の上に該第２の窒化物半導体層と接して形成された電極をさらに備え、第２の窒化物半導体層は、凹凸部を埋め込むように形成されていることが好ましい。
【００２４】
また、この場合に、凹凸部はフォトニック結晶構造を有していることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、屈折率が大きいフォトニック結晶構造による光の閉じ込め効果により、発光光の取り出し効率が向上するため、素子特性の向上が可能となる。
【００２６】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層には、一の方向にリッジ状に延びるリッジストライプ部が形成されていることが好ましい。
【００２７】
また、この場合に、凹凸部は一の方向に対して垂直且つ周期的に設けられており、該凹凸部は回折格子として機能することが好ましい。
【００２８】
このようにすると、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層により、屈折率が互いに異なる凹凸状の回折格子を有する分布帰還型レーザ素子を実現することができる。
【００２９】
本発明の窒化物半導体素子において、第１の窒化物半導体層における側面の面方位は、（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面であることが好ましい。なお、本願明細書においては、面方位のミラー指数に付した負符号”−”は該負符号に続く一のミラー指数の反転を便宜的に表わしている。
【００３０】
本願発明者らは、種々検討を重ねた結果、窒化物半導体の窒素源にアンモニアに代えて有機系窒化物原料を用いると、面方位の（０００１）面には窒化物半導体がほとんど成長せず、面方位が（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面である場合に成長するという知見を得ている。従って、第１の窒化物半導体層に設ける凸部の側面を（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面を用いれば、凸部の各側面から第２の窒化物半導体層を確実に成長させることができる。
【００３１】
本発明の窒化物半導体素子において、第１の窒化物半導体層は、第１導電型を有し且つ一の方向にリッジ状に延びるリッジストライプ部が形成されており、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の側面から基板の主面に対して平行に成長した梁状半導体層であり、リッジストライプ部及び梁状半導体層の上を覆うように形成され、活性層を含む第３の窒化物半導体層をさらに備えていることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、第１の窒化物半導体層には、梁状半導体層よりも電流が流れやすくなり、従って、第１の窒化物半導体層の凸部の各側面から成長した第２の窒化物半導体層である梁状半導体層は、電流狭窄構造として機能する。さらに、第１の窒化物半導体層にはエッチング等の加工を行なう必要がないため、該第１の窒化物半導体層の上面は原子層オーダで平坦である。このため、第１の窒化物半導体層の上に形成される活性層は結晶性が極めて良好となるので、素子の発光効率が向上する。さらに、梁状半導体層からなる電流狭窄構造が第３の窒化物半導体層の下側に形成されることから、活性層を含む第３の窒化物半導体層に対する加工を必要としない。これにより、活性層への加工によるダメージが発生しないため、素子の電気抵抗及び動作電圧を低減することが可能となる。
【００３３】
また、第１の窒化物半導体層の凸部がリッジストライプ状であることから、第１の窒化物半導体層のリッジストライプ部の両側に梁状半導体層が形成される。このため、ストライプが延びる方向に対して均一且つ効率的に動作電流を注入することができるので、素子の発光効率を向上させることができる。
【００３４】
この場合に、梁状半導体層は、絶縁性又は第２導電型を有していることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、活性層の下側に高効率な電流狭窄構造を実現できるため、発光効率をさらに増すことができる。
【００３６】
第１の窒化物半導体層にリッジストライプ部が形成されている場合に、梁状半導体層は、第１の窒化物半導体層と比べて禁制帯幅が大きい領域を有していることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、活性層の下側に高効率な電流狭窄構造を実現できるため、発光効率をさらに増すことができる。
【００３８】
また、この場合に、梁状半導体層は、第１の窒化物半導体層の側面から離れるにつれて、梁状半導体層の組成が周期的に変化することが好ましい。
【００３９】
このようにすると、梁状半導体層は電子のエネルギー準位におけるバンド構造も周期的に変化するため、キャリアは梁状半導体層に入り込むことが難しくなる。その結果、梁状半導体層は電流狭窄構造として機能するので、素子の発光効率が向上する。
【００４０】
また、この場合に、梁状半導体層は、第１の窒化物半導体層との接合界面から離れるにつれて、梁状半導体層の組成が、該梁状半導体層の禁制帯幅が大きくなるように連続的に変化していることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、電流が流れる第１の窒化物半導体層から離れるにつれて、梁状半導体層の禁制帯幅が増大し且つ梁状半導体層の屈折率は低下するため、梁状半導体層は、電流狭窄構造のみならず分布屈折率型導波路としても機能する。その結果、梁状半導体層は、電流狭窄構造としてのキャリア閉じ込めによる特性向上だけではなく、光閉じ込め効率も向上することができる。
【００４２】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の側方の領域と梁状半導体層との間には間隙が形成されていることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の側方の領域と梁状半導体層とは空間的に完全に絶縁されるため、梁状半導体層における電流狭窄機能の効率が高まるので、発光効率をさらに向上させることができる。また、第１の窒化物半導体層と梁状半導体層との間に間隙が形成されると、梁状半導体層の素子に対する寄生容量をも低減できるため、素子の高周波特性が向上する。
【００４４】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の上面の面方位は（０００１）面であることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、第１の窒化物半導体層の凸部の側面の面方位は、（１−１００）面及び（１１−２０）面の少なくとも一方の面方位となる。この場合、窒素源に有機窒化物原料を用いた有機金属気相成長法によって、高品位な第２の窒化物半導体層を、凸部の側面上に且つ基板の主面に平行な方向に選択的にエピタキシャル成長させることができる。これにより、活性層を含む第３の窒化物半導体層の下側に梁状半導体層からなる電流狭窄構造を容易に且つ確実に形成することができるため、製造プロセスの簡略化及び低コスト化と、素子特性の向上とを同時に実現することができる。
【００４６】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の上面には、凹凸部が周期的に形成されていることが好ましい。
【００４７】
このようにすると、リッジストライプ部の上面に形成された周期的な凹凸によって、屈折率分布が周期的に変調されるため、活性層からの発光光は、特定の波長でのみブラッグ条件によって強い反射が起こる。その結果、複雑なプロセスを追加することなく、単一波長によるレーザ発振を起こすことが可能となる。
【００４８】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の幅は、一の方向に沿って連続的に変化することが好ましい。
【００４９】
このようにすると、発光光の放射角又は必要な光出力に応じて導波路形状を設計する際の自由度を高めることができる。例えば、小さい放射角で且つ高い光出力が必要な場合は、リッジストライプ部における出射端部の幅のみを小さくし、他の部分の幅を大きくしておけば容易に実現できる。このように、素子の高効率動作及び抵抗の低減を図れるだけでなく、レーザ素子の設計自由度を向上させることが可能となる。
【００５０】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の幅は、一の方向に沿って周期的に変化することが好ましい。
【００５１】
このようにすると、リッジストライプ部の幅の周期的な変化は、導波路における等価屈折率に周期的な変調を与えるため、ブラッグ反射によって特定の単一波長でのみ強い反射が起きる。その結果、単色性に優れた半導体レーザ素子を実現できる。
【００５２】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層は、基板の主面に対して垂直な方向の組成が互いに異なる領域を有していることが好ましい。
【００５３】
このようにすると、第１の窒化物半導体層の少なくとも一部に、例えば短周期超格子構造による多重量子障壁を設けるか、又は組成を基板の主面に垂直な方向に連続的に変化させることにより、分布屈折率型構造を実現できるため、電流狭窄構造と併せてさらなる電流注入効率の向上が可能となる。
【００５４】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の側面は、少なくとも１つの面方位によって構成されていることが好ましい。
【００５５】
このようにすると、第１の窒化物半導体層に形成された凸部（リッジストライプ部）の各側面上に第２の窒化物半導体層である梁状半導体層を選択的に成長させる際に、凸部の側面における一の面方位にのみ結晶成長を行なうことが可能となる。これにより、例えば、凸部の側方領域と梁状半導体層との間隙を大きくすることも可能となるため、効率的な電流狭窄構造を実現できると共に、寄生容量の大幅な低減による高周波特性の向上を図ることできる。
【００５６】
また、この場合に、第１の窒化物半導体層におけるリッジストライプ部の上面は、梁状半導体層の上面よりも低く形成されていることが好ましい。
【００５７】
このようにすると、第３の窒化物半導体層に含まれる活性層が、梁状半導体層上よりも第１の窒化物半導体層上において低く形成される。これにより、梁状半導体層による電流狭窄効果がさらに高められるため、素子の発光効率の向上が可能となる。
【００５８】
また、この場合に、活性層はリッジストライプ部の上側部分の吸収端波長が梁状半導体層の上側部分の吸収端波長よりも長いことが好ましい。
【００５９】
このようにすると、活性層における第１の窒化物半導体層の上側部分のポテンシャルエネルギーが最も低くなるため、電流狭窄構造が形成されているにもかかわらず横方向に広がってしまった電流を活性層に効率的に集めることができる。また、活性層における梁状半導体層の上側部分は発光波長が短波長側にシフトするため、屈折率及び光吸収が小さくなるので、素子の発光効率を向上させることができる。
【００６０】
また、この場合に、梁状半導体層の残留水素濃度は、第１の窒化物半導体層の残留水素濃度よりも低いことが好ましい。
【００６１】
このようにすると、梁状半導体層中のアクセプタは、残留水素と結合しにくくなるため、ｐ導電型の活性化率を高くすることが可能となる。また、梁状半導体層を第１の窒化物半導体層の凸部の側面上に選択成長した後の、アクセプタの活性化アニールを省略することができる。
【００６２】
本発明の窒化物半導体素子において、第２の窒化物半導体層は、窒素源に有機系窒化物原料を用いて形成されていることが好ましい。
【００６３】
この場合に、有機系窒化物原料は、主成分に非対称ジメチルヒドラジン又は非対称ジブチルヒドラジンを含むことが好ましい。
【００６４】
本発明に係る第１の窒化物半導体素子の製造方法は、基板上に第１の窒化物半導体層を形成する工程と、第１の窒化物半導体層の少なくとも上部に、１つ又は２つ以上の凸部を形成する工程と、凸部を形成する工程よりも後に、窒素源として有機系窒化物原料を用いることにより、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層の凸部の側面上から選択的に成長させる工程とを備えていることを特徴とする。
【００６５】
第１の窒化物半導体素子の製造方法によると、窒素源として有機系窒化物原料を用いることにより、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層の凸部の側面上から選択的に成長させるため、第２の窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。
【００６６】
第１の窒化物半導体素子の製造方法において、第１の窒化物半導体層における凸部の側面の面方位は、（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面であることが好ましい。
【００６７】
このようにすると、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層の凸部の側面上から選択的に成長させることが可能となる。
【００６８】
本発明に係る第２の窒化物半導体素子の製造方法は、基板上に、主面の面方位が（０００−１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、第１の窒化物半導体層を形成する工程よりも後に、窒素源として有機系窒化物原料を用いることにより、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層の上に成長させる工程とを備えていることを特徴とする。
【００６９】
第２の窒化物半導体素子の製造方法によると、窒素源として有機系窒化物原料を用いることにより、第２の窒化物半導体層を第１の窒化物半導体層の上に成長させるため、第２の窒化物半導体層の結晶性を良好にすることができる。
【００７０】
第１の又は第２の窒化物半導体素子の製造方法において、第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層はｐ型の導電性を有し、第２の窒化物半導体層を形成する工程において、第２の窒化物半導体層に燐及び砒素の少なくとも一方を添加することが好ましい。
【００７１】
このようにすると、第２の窒化物半導体層において、局在バンドを有した結晶成長を行なえる。
【００７２】
この場合に、第２の窒化物半導体層を形成する工程において、燐源として有機系燐原料を用い、砒素源として有機系砒素原料を用いることが好ましい。
【００７３】
このようにすると、燐又は砒素を含むことにより、第２の窒化物半導体層の結晶性を向上することができる。
【００７４】
第１の又は第２の窒化物半導体素子の製造方法において、有機系窒化物原料には、非対称ジメチルヒドラジン又は非対称ジブチルヒドラジンを用いることが好ましい。
【００７５】
このようにすると、結晶性の良好な窒化物半導体結晶を得ることができる。
【発明の効果】
【００７６】
本発明に係る半導体素子及びその製造方法によると、ｐ型コンタクト層の低抵抗化を図れると共に、半導体レーザ素子においてはｐ型半導体層にリッジ状の加工を施すことなく電流狭窄構造を得られるため、動作電圧が小さい窒化物半導体素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体を用いた発光ダイオード素子を示している。
【００７９】
図１に示すように、例えば、主面の面方位が（０００１）面であるｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型基板１の主面上には、例えば、厚さが３μｍのｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層２、厚さが１００ｎｍのｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッド層３、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４、厚さが５００ｎｍのｐ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｐ型クラッド層５及び厚さが１００ｎｍのｐ型コンタクト層１５が順次形成されている。
【００８０】
ｐ型コンタクト層１５は、ｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、それぞれ柱状にパターニングされた複数の第１ｐ型コンタクト層６と、Ｖ族元素に燐（Ｐ）が添加されたｐ型窒化燐化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮＰ）からなり、各第１ｐ型コンタクト層６の側面から選択的に成長してなる第２ｐ型コンタクト層７とから構成されている。
【００８１】
ここで、第２ｐ型コンタクト層７は、窒素源として、通常のアンモニア（ＮＨ３）に代えて有機系窒化物原料、例えば、非対称ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２：ＤＭＨｙ）又は非対称ジブチルヒドラジン（（Ｃ４Ｈ９）２ＮＮＨ２：ＤＢＨｙ）等を用いている。
【００８２】
ｐ型コンタクト層１５の上には、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）又はニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）が積層された透明電極であるｐ側電極８が形成されている。また、ｎ型基板１におけるｎ型ＧａＮ層２の反対側の面上には、例えばチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなるｎ側電極９が形成されている。
【００８３】
以下、前記のように構成された発光ダイオード素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００８４】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００８５】
第１の実施形態においては、III族窒化物半導体の結晶成長法として、ガリウム源に例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、アルミニウム源に例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、インジウム源に例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族源（窒素源）に例えばアンモニア（ＮＨ３）を用いる有機金属化学気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法を用いる。また、ｎ型ドーパントの原料にシリコン（Ｓｉ）を含むシラン（ＳｉＨ４）を用い、ｐ型ドーパントの原料にマグネシウム（Ｍｇ）を含むシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いる。
【００８６】
まず、図２（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位が（０００１）面のｎ型ＧａＮからなるｎ型基板１の主面上に、ｎ型ＧａＮ層２、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５及びｐ型ＧａＮからなる第１ｐ型コンタクト層６を順次成長により形成する。
【００８７】
ここでは、ｎ型基板１に主面の面方位が（０００１）面であるＧａＮを用いたが、これに限られず、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアを用いることができる。ｎ型基板１にサファイアを用いる場合には、ｎ型基板１上に、例えば５００℃程度の低温成長によるＧａＮからなる低温成長バッファ層を形成してもよい。また、低温成長バッファ層に代えて、１０００℃以上の高温下で成長する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなり、膜厚が比較的に厚いバッファ層を形成してもよい。
【００８８】
また、ＭＱＷ活性層４の下側及び上側には、ＧａＮからなる光ガイド層をそれぞれ設けてもよい。さらには、発光ダイオード素子における温度特性の向上を図るために、例えばＡｌ組成が１０％以上のＡｌＧａＮ層をＭＱＷ活性層４とｐ型クラッド層５との間に形成してもよい。このようにすると、ＭＱＷ活性層４にｎ型半導体層側から注入された電子がｐ型半導体層側へオーバフローすることを抑制できる。
【００８９】
次に、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、第１ｐ型コンタクト層６を複数の柱状に形成して、ｐ型クラッド層５の上に凹凸形状を形成する。このとき、凹凸形状はｐ型クラッド層５の上部に達していてもよい。また、このときのドライエッチングには、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma)エッチング法等を用いる。
【００９０】
次に、図２（ｃ）に示すように、本発明に係るＭＯＣＶＤ法により、それぞれ柱状の複数の第１ｐ型コンタクト層６における各側面上からｎ型基板１の主面に平行に、ｐ型ＡｌＧａＮＰからなる第２ｐ型コンタクト層７を選択的に結晶成長させる。
【００９１】
第２ｐ型コンタクト層７の結晶成長には、III族のアルミニウム源として例えばＴＭＡを用い、ガリウム源として例えばＴＭＧを用い、Ｖ族の燐源として例えばホスフィン（ＰＨ３）を用い、窒素源として例えば非対称ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を用いることが望ましい。ｐ型不純物原料には、例えばＣＰ２Ｍｇを用いることが望ましい。
【００９２】
本願発明者らは、従来の窒素源にアンモニアを用いるＭＯＣＶＤ法においては、ホスフィンの分解温度がアンモニアの分解温度と比べて低いため、ＡｌＧａＮＰ結晶における燐（Ｐ）組成が設計値よりも大きくなってしまうという検討結果を得ている。すなわち、従来のＭＯＣＶＤ法では、ＡｌＧａＮＰ結晶におけるＰ組成を精密に制御することは困難であるとの結論を得ている。このため、ＧａＮ又はＡｌＧａＮとの格子不整合が大きくなって、結晶性に優れたＡｌＧａＮＰを形成することができない。
【００９３】
そこで、本願発明者らは、非対称ＤＭＨｙを窒素源に用いることにより、例えばＰ組成が数％のＡｌＧａＮＰを形成することができるため、格子不整合による結晶の劣化を生じることなく、ＡｌＧａＮＰ層を成長することができるという知見を得ている。
【００９４】
また、本願発明者らが見出した実験結果によると、図３の拡大断面図に示すように、窒素源に非対称ＤＭＨｙを用いる結晶成長においては、面方位が（０００１）面である結晶面上での成長速度が、（１１−２０）面、（１−１００）面又は（０００−１）面である結晶面上の成長速度と比較して非常に小さいため、ＡｌＧａＮＰは（０００１）面上にはほとんど結晶成長しないという知見をも得ている。
【００９５】
従って、第１の実施形態においては、複数の柱状に形成された第１ｐ型コンタクト層６からなる凹凸形状における凹部、具体的には、柱状部の側面上にのみ、ｐ型ＡｌＧａＮＰからなる第２ｐ型コンタクト層７を選択的に形成することが可能となる。
【００９６】
また、従来は、アンモニアを窒素源に用いると、アンモニアの熱分解により生じた水素（Ｈ２）ガスに由来する水素原子がＭｇドーパントと結合してしまう結果、Ｍｇドーパントのアクセプタとしての活性化率が低いという問題がある。例えば、ｐ型ＧａＮにおけるキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度が上限であったが、非対称ＤＭＨｙを用いることにより、アンモニアを用いた場合と比較して、窒化物半導体層がより低温での成長が可能となる。このため、Ｍｇドーパントの再蒸発が抑制されるので、Ｍｇドーパントの結晶中における濃度を高めることが可能となる。すなわち、窒素源に非対称ＤＭＨｙを用いることにより、窒化物半導体層の成長中に水素ガスが生じなくなるため、水素原子がＭｇドーパントと結合することがなくなるので、Ｍｇドーパントの活性化率が向上して、より低抵抗且つ高キャリア濃度のｐ型半導体層を得ることができる。
【００９７】
なお、第１の実施形態においては、図３に示すように、第２ｐ型コンタクト層７が第１ｐ型コンタクト層６同士の間を埋め込むように選択成長した構成であるが、第２ｐ型コンタクト層７が第１ｐ型コンタクト層６の各上面を覆う構成であってもよい。
【００９８】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１ｐ型コンタクト層６及び第２ｐ型コンタクト層７の上にｐ側電極８を形成し、さらに、ｎ型基板１のｎ型ＧａＮ層２と反対側の面上にｎ側電極９を形成して、例えば青色又は紫外域で発光が可能な発光ダイオード素子を作製する。
【００９９】
第１の実施形態によると、ｐ型ＡｌＧａＮＰからなる第２ｐ型コンタクト層７は、結晶性に優れ、且つキャリア濃度を大きくすることができる。このため、従来の窒化物半導体発光ダイオード素子と比較して、ｐ側電極とのコンタクト抵抗及びｐ型クラッド層５等のｐ型半導体層との直列抵抗を低減できるので、より動作電圧を小さくすることが可能となる。
【０１００】
なお、第１の実施形態においては、第２ｐ型コンタクト層７にＡｌＧａＮＰを用いたが、例えば禁制帯幅がＧａＮよりも小さく、より低抵抗のｐ型コンタクト層１５を実現できる限りは、例えばＡｌＧａＮＡｓを用いてもよい。この場合は、Ｖ族源にはホスフィンに代えてアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。
【０１０１】
また、Ｐ又はＡｓに用いるＶ族原料は、ホスフィン又はアルシンのような水素化物ではなく、例えばターシャリブチルフォスフィン（ＴＢＰ）又はターシャリメチルアルシン（ＴＭＡｓ）等の有機Ｖ族原料であってもよい。この場合は、Ｐ組成又はＡｓ組成を精密に制御することが可能となる。その上、水素化物と比べて、より低温で結晶成長を行なうことができるため、ドーパントであるＭｇの拡散による発光効率の低下をも抑制することができる。また、第２ｐ型コンタクト層７にＡｌＧａＮＰ又はＡｌＧａＮＡｓを用いる代わりに、窒化燐化アルミニウム（ＡｌＮＰ）等を用いることにより、その広い禁制帯幅中にＰによる局在バンドを形成して、ｐ型コンタクト層１５をより低抵抗化してもよい。
【０１０２】
また、第１の実施形態においては、図１に示すように、第２ｐ型コンタクト層７を柱状の第１ｐ型コンタクト層６の間に埋め込みむように成長させている。この構成により、第２ｐ型コンタクト層７を構成するＡｌＧａＮＰは、ＧａＮと比較して禁制帯幅が小さいことから、その屈折率はＧａＮの屈折率よりも大きくなる。従って、ｐ型クラッド層５の上に柱状の第１ｐ型コンタクト層６を微細なピッチで且つ周期的に配置することにより、ＭＱＷ活性層４からの発光光は、第２ｐ型コンタクト層７に閉じ込められやすくなって、いわゆるフォトニック結晶として機能する。このため、ＭＱＷ活性層４からの発光光の外部への取り出しが容易となるので、発光ダイオード素子の発光効率を向上させることができる。
【０１０３】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０４】
図４は本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体を用いた発光ダイオード素子を示している。図４において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１０５】
図４に示すように、例えば、主面の面方位が（１−１００）面であるｎ型ＧａＮからなるｎ型基板２１の主面上には、ｎ型ＧａＮ層２、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層４、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５及びｐ型ＡｌＧａＮＰ又はｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５が順次形成されている。
【０１０６】
第２の実施形態においては、上面（成長面）の面方位が（１−１００）面のｐ型クラッド層５の上に、ＭＯＣＶＤ法に窒素源として非対称ＤＭＨｙを用いることにより、ｐ型ＡｌＧａＮＰ又はｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５を成長する。
【０１０７】
これにより、残留水素濃度が小さく、従ってよりキャリア濃度が大きいｐ型コンタクト層１５を形成することができる。
【０１０８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０９】
図５は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子を示している。
【０１１０】
図５に示すように、例えば、主面の面方位が（０００１）面であるｎ型ＧａＮからなるｎ型基板１の主面上には、厚さが３μｍのｎ型ＧａＮ層２、厚さが１００ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３、厚さが３０ｎｍのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型光ガイド層１０、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層４、厚さが３０ｎｍのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型光ガイド層１１、厚さが１μｍのｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５及び厚さが１００ｎｍのｐ型コンタクト層１５が順次形成されている。
【０１１１】
ｐ型コンタクト層１５及びｐ型クラッド層５の上部には、一の方向に延びるリッジストライプ部１６が形成されている。ｐ型コンタクト層１５は、リッジストライプ部１６が延びる一の方向に対して垂直な方向に互いに間隔をおいて短冊状に配置されたｐ型ＧａＮからなる複数の第１ｐ型コンタクト層６と、Ｖ族元素に燐（Ｐ）が添加されたｐ型ＡｌＧａＮＰからなり、各第１ｐ型コンタクト層６の互いに対向する側面から選択的に成長してなる第２ｐ型コンタクト層７とから構成されている。
【０１１２】
ここでも、第２ｐ型コンタクト層７には、窒素源として、通常のアンモニアに代えて有機系窒化物原料、例えば、非対称ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）又は非対称ジブチルヒドラジン（ＤＢＨｙ）等を用いている。
【０１１３】
なお、図５においては、ｐ型コンタクト層１５の上に形成されるｐ側電極及びｎ型基板１のｎ型ＧａＮ層２と反対側の面上に形成されるｎ側電極は図示を省略している。
【０１１４】
以下、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１１５】
図６（ａ）〜図６（ｆ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１１６】
第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、III族窒化物半導体の結晶成長法として、ガリウム源には例えばＴＭＧを用い、アルミニウム源には例えばＴＭＡを用い、インジウム源に例えばＴＭＩを用い、窒素源には例えばＮＨ３を用いるＭＯＣＶＤ法を用いる。また、ｎ型ドーパントにはＳｉＨ４を用い、ｐ型ドーパントにはＣＰ２Ｍｇを用いる。
【０１１７】
まず、図６（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位が（０００１）面のｎ型ＧａＮからなるｎ型基板１の主面上に、ｎ型ＧａＮ層２、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３、ｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層１０、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層４、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層１１、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５及びｐ型ＧａＮからなる第１ｐ型コンタクト層６を順次成長により形成する。
【０１１８】
ここでは、ｎ型基板１に主面の面方位が（０００１）面であるＧａＮを用いたが、これに限られず、主面の面方位が（０００１）面であるサファイアを用いてもよい。ｎ型基板１にサファイアを用いる場合には、ｎ型基板１上に低温成長によるＧａＮからなる低温成長バッファ層を形成し、形成した低温成長バッファ層の上にｎ型ＧａＮ層２から順次各半導体層を形成してもよい。さらには、サファイア基板上に、例えばストライプ状にパターニングした酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるマスク上に各半導体層を再成長する、いわゆるＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法を用いることにより、成長する半導体層に結晶欠陥密度が低減されるようにしてもよい。
【０１１９】
また、第３の実施形態においては、ＭＱＷ活性層４を挟むようにｎ型光ガイド層１０及びｐ型光ガイド層１１を形成して、ＭＱＷ活性層４からのｎ型基板１に垂直な方向の光閉じ込め効率が向上するようにしている。さらには、例えばＡｌ組成が１５％以上のＡｌＧａＮ層をＭＱＷ活性層４とｐ型クラッド層５との間に形成してもよい。このようにすると、ＭＱＷ活性層４にｎ型半導体層側から注入された電子のｐ型半導体層側へのオーバフローを抑制することができる。
【０１２０】
次に、図６（ｂ）に示すように、リソグラフィ法、及び塩素ガスを用いた誘導結合プラズマによるドライエッチング法により、第１ｐ型コンタクト層６及びｐ型クラッド層５の上部を複数の短冊状に形成して、ｐ型クラッド層５の上に凹凸形状を形成する。なお、第１ｐ型コンタクト層６及びｐ型クラッド層５に対するパターニング形状は短冊状に限られず、第１の実施形態のように柱状にパターニングしてもよい。
【０１２１】
次に、図６（ｃ）に示すように、本発明に係るＭＯＣＶＤ法により、それぞれ短冊状の複数の第１ｐ型コンタクト層６における対向する各側面上からｎ型基板１の主面に平行に、ｐ型ＡｌＧａＮＰからなる第２ｐ型コンタクト層７を選択的に結晶成長させる。ここで、第２ｐ型コンタクト層７の結晶成長には、第１の実施形態と同様に、Ｖ族の燐源には例えばＰＨ３を用い、窒素源には例えば非対称ＤＭＨｙを用いることが望ましい。また、ｐ型不純物原料には、例えばＣＰ２Ｍｇを用いることが望ましい。
【０１２２】
前述したように、非対称ＤＭＨｙをＶ族源（窒素源）に用いることにより、例えば数％のＰ組成を有するＡｌＧａＮＰを形成することができるため、格子不整合による結晶の劣化を生じることなく、第２ｐ型コンタクト層７を結晶成長させることができる。
【０１２３】
また、非対称ＤＭＨｙを用いた結晶成長は、結晶の面方位が（０００１）面における成長速度が他の面方位の（１１−２０）面、（１−１００）面又は（０００−１）面と比較して極めて小さいため、複数の第１ｐ型コンタクト層６同士の側面上にのみ、ｐ型ＡｌＧａＮＰからなる第２ｐ型コンタクト層７を形成することが可能となる。
【０１２４】
また、非対称ＤＭＨｙは、ＮＨ３と比べて分解温度が低いため、第２ｐ型コンタクト層７の成長面からＭｇドーパントの再蒸発が抑制されるので、第２ｐ型コンタクト層７に、Ｍｇドーパントの高濃度化を実現できる。さらに、第２ｐ型コンタクト層７の結晶成長中に水素ガスが生じないため、水素原子がＭｇドーパントと結合することがなくなるので、Ｍｇドーパントの活性化率が向上する。これにより、低抵抗で且つ高キャリア濃度を有する第２ｐ型コンタクト層７を実現でき、その結果、ｐ側電極とのコンタクト抵抗が低減して、半導体レーザ素子の動作電圧を低減することができる。
【０１２５】
なお、第３の実施形態においては、図５に示すように、第２ｐ型コンタクト層７が第１ｐ型コンタクト層６同士の間を埋め込むように選択成長した構成であるが、第２ｐ型コンタクト層７が第１ｐ型コンタクト層６の各上面を覆う構成であってもよい。
【０１２６】
また、第２の実施形態と同様に、ｐ型クラッド層５の結晶成長面（上面）の面方位を（１１−２０）面、（１−１００）面又は（０００−１）面とする場合には、ｐ型クラッド層５の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ又はｐ型ＡｌＧａＮＰからなるｐ型コンタクト層１５を直接に形成することができる。
【０１２７】
次に、図６（ｄ）及び図６（ｅ）に示すように、リソグラフィ法及び誘導結合プラズマを用いるドライエッチング法により、ｐ型コンタクト層１５及びｐ型クラッド層５の上部にリッジストライプ部１６を選択的に形成する。
【０１２８】
次に、図６（ｆ）に示すように、ｐ型クラッド層５の上にリッジストライプ部１６を覆うように、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、ｎ型基板１に対して横方向の発光光を閉じ込める、いわゆるブロック層として機能するパッシベーション膜１２を形成する。その後、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、パッシベーション膜１２にリッジストライプ部１６の上面を露出する開口部を形成する。続いて、形成した開口部に、例えばパラジウム（Ｐｄ）等からなるｐ側電極８を形成する。さらに、ｎ型基板１のｎ型ＧａＮ層２と反対側の面上に、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層膜等からなるｎ側電極９を形形成して、半導体レーザ素子を作製する。なお、ｐ側電極８とｎ側電極９との形成順序は特に問われない。
【０１２９】
第３の実施形態に係る半導体レーザ素子は、例えば発光波長が４０５ｎｍの次世代高密度光ディスク用光源等に用いることができる。
【０１３０】
また、第１ｐ型コンタクト層６と第２ｐ型コンタクト層７とにおいて、光の屈折率は第２ｐ型コンタクト層７のほうが大きい。このため、第１ｐ型コンタクト層６に対して、例えばリッジストライプ部１６が延びる方向に対して垂直な方向に光学波長程度の周期を持つ周期的な溝部を形成し、形成した溝部に第２ｐ型コンタクト層７を埋め込むように成長すると、第２ｐ型コンタクト層７に回折格子の効果を持たせることができる。このため、いわゆる分布帰還型（Distributed Feedback：DFB）半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、波長単一性に優れた半導体レーザ素子を良好なへき開面を必要とせずに実現することができる。
【０１３１】
ここでは、第２ｐ型コンタクト層７の組成をＡｌＧａＮＰとして説明したが、第１の実施形態と同様に、例えばＡｌＧａＡｓとしてもよい。Ｐ及びＡｓの添加に用いるＶ族源は、前述のホスフィン又はアルシンのような水素化物ではなく、例えばＴＢＰ又はＴＭＡｓ等の有機原料であってもよい。
【０１３２】
また、第２ｐ型コンタクト層７にＡｌＧａＮＰ又はＡｌＧａＮＡｓを用いる代わりに、ＡｌＮＰ等を用いることにより、その広い禁制帯幅中にＰによる局在バンドを形成して、ｐ型コンタクト層１５をより低抵抗化する構成としてもよい。
【０１３３】
なお、本発明の第１〜第３の実施形態においては、窒化物半導体を用いた半導体発光素子である発光ダイオード素子及び半導体レーザ素子を例に挙げたが、本発明は半導体発光素子に限られない。例えばトランジスタのような電子デバイスにおいても、ｐ型窒化物半導体層を有する限りは、該ｐ型半導体からなるコンタクト層の低抵抗化及び電極とのコンタクト抵抗の低減に有効である。
【０１３４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１３５】
図７は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子の断面構成を示している。
【０１３６】
図７に示すように、第４の実施形態に係る半導体レーザ素子は、例えば、主面の面方位が（０００１）面であるｎ型ＧａＮからなるｎ型基板３１と、該ｎ型基板３１の主面上に形成され、上部に高さが１μｍのリッジストライプ部３２ａを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型バッファ層３２と、該ｎ型バッファ層３２におけるリッジストライプ部３２ａの両側面から横方向に成長してなり電流狭窄層として機能する窒化物半導体からなる梁状半導体層３４と、リッジストライプ部３２ａの上及び梁状半導体層３４の上に形成され、厚さが３０ｎｍのｎ型ＧａＮ層３６と、該ｎ型ＧａＮ層３６の上に形成され、ＩｎＧａＮからなる量子井戸活性層３７と、該量子井戸活性層３７の上に形成され、厚さが１μｍのｐ型ＧａＮ層３８とを有している。
【０１３７】
ｐ型ＧａＮ層３８の上には、例えばＰｄからなるｐ側電極４０が形成され、ｎ型基板３１のｎ型バッファ層３２と反対側の面上には、ＴｉとＡｌとの積層膜等からなるｎ側電極４１が形成されている。
【０１３８】
また、ｐ型ＧａＮ層３８、量子井戸活性層３７、ｎ型ＧａＮ層３６及び梁状半導体層３４の側面並びにｎ型バッファ層３２におけるリッジストライプ部３２ａの両側方の露出面上には、例えば酸化シリコンからなり、量子井戸活性層３７からの発光光を閉じ込める機能を有するパッシベーション膜３９が形成されている。
【０１３９】
以下、前記のように構成された半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１４０】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１４１】
第４の実施形態においては、III族窒化物半導体の結晶成長法として、ガリウム源には例えばＴＭＧを用い、アルミニウム源には例えばＴＭＡを用い、インジウム源には例えばＴＭＩを用い、Ｖ族源（窒素源）には例えばＮＨ３又は非対称ＤＭＨｙを用いるＭＯＣＶＤ法を用いる。また、ｎ型ドーパントの原料にはＳｉＨ４を用い、ｐ型ドーパントの原料にはＣＰ２Ｍｇを用いる。
【０１４２】
まず、図８（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、主面の面方位が（０００１）面のｎ型ＧａＮからなるｎ型基板３１の主面上に、厚さが３μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型バッファ層３２を形成する。続いて、リソグラフィ法及び塩素ガスを主成分とする誘導結合プラズマエッチング法により、ｎ型バッファ層３２の上部に断面凸型のリッジストライプ部３２ａを形成する。ここで、リッジストライプ部３２ａは図面の前後方向に延びるように形成されている。リッジストライプ部３２ａの側面の面方位は（１−１００）面若しくは（１１−２０）面又はこれらの面方位の中間の指数を持つ。なお、リッジストライプ部３２ａは、ドライエッチングに限られず、ウェットエッチング等の他のエッチング方法によって形成しても、本発明の効果を得ることができる。
【０１４３】
また、ｎ型基板３１の結晶性及び主面の平坦性が優れ、且つｎ型ドーパントのドーピング濃度が適切である場合には、ｎ型ＧａＮからなるｎ型基板３１にリッジストライプ部３２ａを直接に形成してもよい。このようにすると、ｎ型バッファ層３２の結晶成長工程を削減できるため、窒化物半導体レーザ素子をさらに低コストで実現できる。
【０１４４】
また、第４の実施形態においては、ｎ型バッファ層３２を均一な組成で形成しているが、ドーピング濃度又は組成を変調しても、本発明の効果は発揮される。特に、ｎ型バッファ層３２に、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とからなる短周期超格子構造を導入した場合は、キャリアのオーバフローを抑制できるため、電流の注入効率をさらに向上させることができる。これにより、半導体レーザ素子の発光効率を改善することができる。
【０１４５】
次に、図８（ｂ）に示すように、窒素源に非対称ＤＭＨｙを用いるＭＯＣＶＤ法により、ｎ型バッファ層３２におけるリッジストライプ部３２ａの側面上に、窒化物半導体からなり電流ブロック層となる梁状半導体層３４を選択的に成長させる。
【０１４６】
一般に、結晶成長により高品質な活性層を得るには、その下地層である再成長界面は、原子層オーダで平坦でなければならない。特に窒化物半導体は、面方位が（０００１）面の場合とそれ以外の面方位の場合とでは成長機構が大幅に異なることが知られており、再成長界面は単一の面方位であることが望ましい。しかしながら、通常の結晶成長法では、横方向（ｎ型基板１の主面に平行な方向）に成長した後の窒化物半導体の上面の面方位は（０００１）面のみにはならない。
【０１４７】
これを抜本的に解決する方法が、窒化物半導体層を凸部の側面上にのみ選択的に成長させる、本発明に係る選択成長法である。本発明に係る選択成長法は、例えば非対称ＤＭＨｙ等の低温で熱分解が可能である有機窒化物原料を用いており、該有機窒化物を用いることによって、凸部の側面上にのみ選択的に結晶成長を行なうことができる。
【０１４８】
本発明の選択成長法における重要な点は以下の３つである。
【０１４９】
（１）本成長法は、マスクを用いないにもかかわらず面方位の（０００１）面には全く成長しないため、ｎ型バッファ層３２の上面には成長することなく、側面から横方向へ成長する。また、側面上に成長した梁状半導体層３４はｎ型基板１の主面に垂直な方向には成長しないため、ｎ型バッファ層３２の上面を越えることなく水平に成長する。
【０１５０】
（２）本成長法は、（０００１）面には全く成長しないため、仮に（０００１）面の表面に微小な凹凸があったとしても、本成長法によって窒化物半導体層が凹凸を埋めるように成長するため、結果として原子層オーダに平坦化される。
【０１５１】
（３）ｎ型バッファ層３２におけるリッジストライプ部３２ａの側方部分の面方位も（０００１）面であり、該側方部分からも上面と同様に窒化物半導体は成長することがない。このため、ｎ型バッファ層３２におけるリッジストライプ部３２ａの側方部分と梁状半導体層３４との間には、成長条件によっては自己組織的に間隙を形成することが可能である。
【０１５２】
以上の３つの特徴により、リッジストライプ部３２ａの上面及び梁状半導体層３４の上面からなる界面３５は原子層オーダで平坦化され、且つ梁状半導体層３４はリッジストライプ部３２ａの両側面上から横方向にのみ選択的に成長する。
【０１５３】
ここで、梁状半導体層３４の導電型をｐ型とする場合は、梁状半導体層３４におけるリッジストライプ部３２ａの側面との近傍に空乏層が形成されるため、注入される電流を効率的に狭窄することができる。特に、窒素源に非対称ＤＭＨｙを用いて梁状半導体層３４を選択成長する場合は、ＤＭＨｙは窒化物半導体結晶中に水素が混入しないように排除する。これは、ＤＭＨｙの熱分解過程において、反応性が高いメチル基ラジカル又はアミノ基ラジカルが発生し、発生したメチル基ラジカル等が水素と優先的に結合して、結晶中への水素の混入を防ぐためである。これにより、アンモニアを窒素源として用いる場合と比べて梁状半導体層３４中の残留水素濃度を大幅に低減することができる。このため、正孔濃度をより高くすることができることから、電流狭窄機能を強めることができるので、発光効率が高いレーザ素子を実現できる。また、梁状半導体層３４中の残留水素が少ないため、結晶成長後のアニール処理を省けることも利点である。
【０１５４】
一方、梁状半導体層３４に絶縁体を用いる場合においても、注入された電流は主にｎ型バッファ層３２を流れる。このため、梁状半導体層３４は注入された電流を狭窄することができるので、半導体レーザ素子における発光効率を向上することができる。また、梁状半導体層３４は、ｎ型バッファ層３２よりも禁制帯幅が大きい材料であっても、本発明の効果は発揮される。ｎ型バッファ層３２よりも禁制帯幅が大きい材料として、例えばＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮが挙げられる。特に、ＩｎＡｌＧａＮはＧａＮと格子定数を一致させることができるため、歪みが少ない結晶を得ることができる。なお、梁状半導体層３４に用いる禁制帯幅が大きい材料が絶縁体又はｐ型半導体である場合には、電流狭窄機能がさらに高まるため、半導体レーザ素子の発光効率をより一層向上することができる。
【０１５５】
また、リッジストライプ部３２ａの側面は、ｎ型基板３１の主面に垂直な面と斜面との２つの面によって構成されている。このような場合、本発明に係る選択成長法の面方位異方性によって、面方位が（０００１）面であるｎ型基板３１の主面に対して垂直な面、例えば（１１−２０）面では成長速度が速い反面、（０００１）面に近い斜面では成長速度が遅いか成長しないため、図８（ｂ）に示すように、梁状半導体層３４の下部とｎ型バッファ層３２との間に間隙を設けることが可能となる。このように、梁状半導体層３４は、リッジストライプ部３２ａの側面から側方に張り出す構造を採るため、リーク電流及び寄生容量をさらに低減することができる。
【０１５６】
次に、図８（ｃ）に示すように、窒素源にアンモニアを用いるＭＯＣＶＤ法により、ｎ型バッファ層３２の上にリッジストライプ部３２ａの上面及び梁状半導体層３４の上面を含む全面にわたってｎ型ＧａＮ層３６、光閉じ込め層を含むＩｎＧａＮからなる量子井戸活性層３７及びｐ型ＧａＮ層３８を成長により順次形成する。ここでは、活性層として量子井戸構造を用いたが、必ずしも量子井戸構造を採る必要はなくバルク層であっても本発明の効果は失われない。また、量子井戸活性層３７の組成をＩｎＧａＮとしているが、これに限られず、Ａｌを含めても本発明の効果は発揮される。
【０１５７】
また、層構造の結晶成長法としては、ｎ型ＧａＮ層３６、量子井戸活性層３７及びｐ型ＧａＮ層３８の結晶成長方法は、有機金属気相成長法に限られず、分子線エピタキシ法を用いることができる。
【０１５８】
なお、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長装置であって、窒素源としてＤＭＨｙ及びＮＨ３を供給可能な結晶成長装置を用いる場合は、本発明に係る選択成長法はマスクを必要としないため、梁状半導体層３４の選択成長と、その後のｎ型ＧａＮ層３６以降の結晶成長とを連続して行なうことができる。そのため、さらなる低コスト化を図ることができる。
【０１５９】
また、窒素源にＮＨ３を用いる結晶成長の場合は、面方位が（０００１）面の下地層だけでなく、他の面方位の下地層にも窒化物半導体層は成長する。
【０１６０】
次に、図８（ｄ）に示すように、素子を電気的に分離するためにドライエッチングによるメサエッチングを行なう。具体的には、ｐ型ＧａＮ層３８、量子井戸活性層３７、ｎ型ＧａＮ層３６、梁状半導体層３４及びｎ型バッファ層３２の上部におけるリッジストライプ部３２ａの両側方部分を除去する。続いて、ｐ型ＧａＮ層３８の上面を含め、露出したｐ型ＧａＮ層３８、量子井戸活性層３７、ｎ型ＧａＮ層３６及び梁状半導体層３４の各側面並びにｎ型バッファ層３２の露出された部分に、パッシベーション膜３９を形成して表面保護を行なう。その後、リソグラフィ法により、パッシベーション膜３９におけるｐ型ＧａＮ層３８の上側部分を選択的に除去してｐ型ＧａＮ層３８を露出し、続いて、ｐ型ＧａＮ層３８の露出部分に真空蒸着法等によりｐ側電極４０を形成する。その後、ｎ型基板３１のｎ型バッファ層３２と反対側の面上に、真空蒸着法等によりｎ側電極４１を形成して、半導体レーザ素子が完成する。なお、ｐ側電極４０とｎ側電極４１との形成順序は特に問われない。
【０１６１】
以上説明したように、第４の実施形態においては、半導体レーザ素子における量子井戸活性層３７の下側に梁状半導体層３４からなる電流狭窄層を設けている。このため、外部から注入された電流の横方向への拡がりを抑制しながら、量子井戸活性層３７への電流注入を効率良く行なうことができる。
【０１６２】
その上、第４の実施形態に係る製造方法においては、量子井戸活性層３７の上に成長したｐ型ＧａＮ層３８に対してエッチング等の加工を行なう必要がない。このため、加工ダメージを受けることがないｐ型ＧａＮ層３８の上に、比較的に大面積のｐ側電極４０を形成することができる。その結果、素子の直列抵抗を著しく低減することができるので、素子の消費電力の低減と信頼性の向上とを実現することが可能となる。
【０１６３】
なお、第４の実施形態においては、量子井戸活性層３７に対してｎ型基板３１側をｎ型の窒化物半導体層とし、量子井戸活性層３７に対してｎ型基板３１と反対側をｐ型の窒化物半導体層としたが、これとは逆に、ｎ型基板３１側をｐ型とし、ｎ型基板３１と反対側をｎ型としてもよい。
【０１６４】
また、梁状半導体層３４は、リッジストライプ部３２ａから離れるにしたがって、禁制帯幅が連続的に大きくなるように選択成長することも容易である。このようにすると、横方向への屈折率分布が連続的に変化するため、導波路を分布屈折率型導波路とすることができる。その結果、効率的な光閉じ込め構造を持つ導波路を実現できる。
【０１６５】
次に、梁状半導体層３４とｎ型バッファ層３２との格子定数が異なる場合、例えば梁状半導体層３４にＡｌＧａＮを用いる場合を考える。このとき、梁状半導体層３４の界面３５の上に結晶成長する量子井戸活性層３７は面内方向に対して同一材料であるにもかかわらず、下地層である梁状半導体層３４から異なる面内歪みを受ける。この歪みによって量子井戸活性層３７のバンド構造が変調を受けるため、リッジストライプ部３２ａの側面上に成長した梁状半導体層３４の上側では、量子井戸活性層３７からの発光光の波長が短波長側にずれる。すなわち、量子井戸活性層３７の内部にあるキャリアは、エネルギー勾配によって、リッジストライプ部３２ａの上側部分に流れ込む。これと同時に、量子井戸活性層３７における梁状半導体層３４の上側部分においては光吸収が低減される。その結果、半導体レーザ素子における発光効率が向上し、且つ消費電力を低減することが可能となる。
【０１６６】
（第４の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１６７】
本発明に係る選択成長法は、梁状半導体層を凸部の側面上から横方向にのみ成長して形成する。このため、図９に示すような、互いに組成が異なる複数の窒化物半導体層を交互に積層した梁状半導体層５３を形成することも可能である。
【０１６８】
具体的には、主面の面方位が（０００１）面であるｎ型ＧａＮからなるｎ型基板５１の主面上にｎ型ＧａＮからなるｎ型バッファ層５２を形成し、形成したｎ型バッファ層５２の上部にリッジストライプ部５２ａを形成する。その後、リッジストライプ部５２ａの側面から、ｐ型ＡｌＧａＮ層５３ａ及びＧａＮ層５３ｂを交互に積層してなる梁状半導体層５３を横方向に形成する。このようにすると、ｎ型バッファ層５２を流れる電子は、梁状半導体層５３に流入できないため、梁状半導体層５３には高効率な電流狭窄効果を得ることができる。
【０１６９】
なお、第１変形例においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層５３ａの導電型をｐ型としたが、絶縁性であっても電流狭窄効果を得ることは可能である。特に、ｐ型ＡｌＧａＮ層５３ａ及びＧａＮ層５３ｂの厚さがそれぞれ１０ｎｍ程度の場合は、梁状半導体層５３は横方向に延びる超格子構造を持つ。このため、梁状半導体層５３におけるｐ型ドーパント濃度をより高くできるので、梁状半導体層５３によって電流をより一層効率的に狭窄することができる。
【０１７０】
（第４の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ素子の製造方法について図１０（ａ）〜図１０（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１７１】
まず、図１０（ａ）に示すように、光露光法又は電子ビーム露光法と塩素ガスを主成分とするドライエッチング法とを併用して、主面の面方位が（０００１）面であるｎ型ＧａＮからなるｎ型基板６１の主面上に凹凸形状を形成する。ここで、ｎ型基板６１にはｎ型ＧａＮからなるバッファ層を形成し、形成したバッファ層の上面に凹凸形状を形成してもよい。
【０１７２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及び塩素ガスを主成分とするドライエッチング法等により、上面に凹凸形状を有するｎ型基板６１の上部に、リッジストライプ部６１ａを形成する。このとき、面方位が（０００１）面とは異なる面は、リッジストライプ部６１ａの両側面に加え、リッジストライプ部６１ａの上面に形成された斜面６１ｂである。
【０１７３】
次に、図１０（ｃ）に示すように、窒素源に非対称ＤＭＨｙを用いたＭＯＣＶＤ法により、ｎ型基板６１におけるリッジストライプ部６１ａの両側面上に、例えばＡｌＧａＮからなる梁状半導体層６２を選択成長させる。このとき、リッジストライプ部６１ａの側面上に梁状半導体層６２が横方向に成長するだけでなく、リッジストライプ部６１ａの上面に形成された斜面６１ｂにおいても、面方位が（０００１）面とは異なるため、ＡｌＧａＮの結晶成長が起こる。すなわち、梁状半導体層６２は、リッジストライプ部６１ａの上面においては、斜面６１ｂを埋めるように結晶成長し、該結晶成長面の面方位が（０００１）面と一致した時点で成長が停止する。このとき、埋め込まれたＡｌＧａＮからなる梁状半導体層６２からは、下地層であるｎ型基板６１における面方位が（０００１）面の複数の上端面が互いに間隔をおいて露出する。図１０（ｄ）は図１０（ｃ）のＸｄ−Ｘｄ線における断面図である。
【０１７４】
このように、第２変形例によると、リッジストライプ部６１ａの上面に形成された斜面６１ｂから梁状半導体層６２が成長し、リッジストライプ部６１ａの上端面で梁状半導体層６２の成長が停止する。このため、梁状半導体層６２が成長した後の上面は原子層オーダで平坦となる。
【０１７５】
その後は、第４の実施形態と同様に、リッジストライプ部６１ａ及び梁状半導体層６２の上に、活性層を含むダブルへテロ構造を結晶成長し、ｐ側電極及びｎ側電極をそれぞれ形成すると半導体レーザ素子が完成する
第２変形例によると、ＡｌＧａＮからなる梁状半導体層６２は、ｎ型ＧａＮからなるｎ型基板６１と比べて屈折率が小さいため、リッジストライプ部６１ａの上面に形成された凹凸による周期構造がブラッグ条件を満たす波長において強い反射を与える。その結果、鋭い波長選択性によって単一波長でレーザ発振を起こすことが可能である。
【０１７６】
また、ＡｌＧａＮからなる梁状半導体層６２は、ｎ型ＧａＮからなるｎ型基板６１と比べて禁制帯幅が大きいため、注入された電流はｎ型基板６１に流れる。その結果、周期的な光利得を得られることによって波長選択性が発揮されるので、これによっても単一波長のレーザ発振が可能となる。
【０１７７】
このように、リッジストライプ部６１ａの上部にあらかじめ凹凸状の周期構造を形成することにより、単色性に優れたレーザ特性を持つ半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１７８】
（第４の実施形態の第３変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ素子の製造方法について図１１を参照しながら説明する。
【０１７９】
図１１に示すように、第３変形例に係る半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮからなるｎ型バッファ層７１のリッジストライプ部７１ａの両側面にジグザグ状の凹凸形状７１ｂを形成する。続いて、両側面に凹凸形状７１ｂが形成されたリッジストライプ部７１ａの両側面から、ＡｌＧａＮからなる梁状半導体層７２を選択的に成長させる。
【０１８０】
その後は、第４の実施形態と同様に、リッジストライプ部７１ａ及び梁状半導体層７２の上に、活性層を含むダブルへテロ構造を結晶成長し、ｐ側電極及びｎ側電極をそれぞれ形成すると半導体レーザ素子が完成する。
【０１８１】
上述したように、ＡｌＧａＮとＧａＮとでは光の屈折率が異なるため、活性層におけるリッジストライプ部７１ａの上側部分においては、梁状半導体層７２との周期的な組成の違いによって屈折率変調を生じる。このため、リッジストライプ部７１ａと梁状半導体層７２との界面の近傍において、等価屈折率が周期的に変調されることになる。その結果、ブラッグ条件を満たす波長において鋭い反射が起こるため、単色性に優れたレーザ発振を得ることができる。
【０１８２】
また、第３変形例においては、リッジストライプ部７１ａの形成工程において、リッジストライプ部７１ａの両側面に周期的な屈折率変調を実現できる凹凸形状７１ｂを形成できる。このため、低コストで単一波長レーザ素子を実現することができる。
【０１８３】
（第４の実施形態の第４変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の第４変形例に係る半導体レーザ素子の製造方法について図１２を参照しながら説明する。
【０１８４】
図１２に示すように、第４変形例に係る半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮからなるｎ型バッファ層８１のリッジストライプ部８１ａの幅寸法が、該リッジストライプ部８１ａの延びる方向に連続的に変化する平面テーパ状に形成する。続いて、テーパ状に形成されたリッジストライプ部７１ａの両側面から、ＡｌＧａＮからなる梁状半導体層８２を選択的に成長させる。
【０１８５】
その後は、第４の実施形態と同様に、リッジストライプ部８１ａ及び梁状半導体層８２の上に、活性層を含むダブルへテロ構造を結晶成長し、ｐ側電極及びｎ側電極をそれぞれ形成すると半導体レーザ素子が完成する。
【０１８６】
第４変形例によると、リッジストライプ部８１ａにおける幅寸法が小さい前段においては光の閉じ込め効果が小さいため、活性層からの放射光はリッジストライプ部８１ａの周囲に位置する梁状半導体層８２に染み出たようなモード分布となる。このため、リッジストライプ部８１ａの前段から放射される放射光の放射角は小さくなる。
【０１８７】
これに対し、ッジストライプ部８１ａにおける幅寸法が大きい後段においては光閉じ込め効果が大きいため、大きな光利得を得ることができる。
【０１８８】
このように、リッジストライプ部８１ａの形状を変調して、側面からの選択成長を行なうことにより、狭放射角及び高い光利得を容易に得ることができる。
【０１８９】
（第４の実施形態の第５変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の第５変形例に係る半導体レーザ素子について図１３を参照しながら説明する。図１３において、図７に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１９０】
本発明に係る選択成長法によると、凸部（リッジストライプ部）の上面及び梁状半導体層の上面は常に平坦となるが、梁状半導体層を成長した後に凸部と梁状半導体層との上面に意図的に段差部を形成すると、素子の特性向上に有効である。
【０１９１】
図１３に示す半導体レーザ素子が図７に示す半導体レーザ素子と異なる点は、ｎ型バッファ層３２におけるリッジストライプ部３２ａの上端面と梁状半導体層３４の上面との高さが一致しておらず、その上のｎ型ＧａＮ層３６及び量子井戸活性層３７に段差を生じている点である。
【０１９２】
この段差は、梁状半導体層３４を選択成長した後で且つｎ型ＧａＮ層３６を成長する前に、ｎ型バッファ層３２と梁状半導体層３４とをアンモニア雰囲気で加熱することにより形成可能である。ｎ型バッファ層３２は、アンモニア雰囲気で加熱されると、梁状半導体層３４と比べてエッチングが速く進行するため、リッジストライプ部３２ａの上端面が窪んだ構造を形成することができる。
【０１９３】
ｎ型ＧａＮ層３６を再成長する界面であるリッジストライプ部３２ａの上端面と梁状半導体層３４の上面とがエッチングされる際には、再成長界面における酸素又は炭素等の不純物を除去することができる。このため、高品質な再成長界面を得ることができる。
【０１９４】
また、図１３に示すように、量子井戸活性層３７は、リッジストライプ部３２ａの上側に位置する中央部３７ａが梁状半導体層３４の上側に位置する両側部３７ｂと比べて低くなっているため、狭窄された電流を中央部３７ａに効率良く流入させることができるので、半導体レーザ素子の発光効率を向上することができる。
【０１９５】
さらに、結晶成長時には、一般に窪んだ部分への成長速度が速くなるため、量子井戸活性層３７の中央部３７ａの厚さはその両側部３７ｂの厚さと比べて薄くなる。これにより、量子井戸活性層３７の両側部３７ｂにおける吸収端波長はその中央部３７ａの吸収端波長よりも短波長化する。その結果、量子井戸活性層３７の両側部３７ｂにおいては、屈折率及び光吸収を低減できることから、半導体レーザ素子の発光効率をさらに向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
本発明に係る半導体発光素子及びその製造方法は、窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層の低抵抗化を図れるようになると共に、半導体レーザ素子においてはｐ型半導体層にリッジ状の加工を施すことなく電流狭窄構造を得られるため、動作電圧が小さい窒化物半導体素子を実現することができ、例えば発光ダイオード素子又は半導体レーザ素子の動作電圧の低減及び長寿命化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体素子であって、発光ダイオード素子を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法であって、図２（ｂ）における第１ｐ型コンタクト層及び第２ｐ型コンタクト層を示す部分的な拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体素子を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体素子であって、半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程順の断面図である。（ｅ）及び（ｆ）は本発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程順の斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体素子であって、半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の第１変形例に係る窒化物半導体素子の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態の第２変形例に係る窒化物半導体素子の製造方法を示す工程（部分）順の斜視図である。（ｄ）は（ｃ）のＸｄ−Ｘｄ線における断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の第３変形例に係る窒化物半導体素子の製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の第４変形例に係る窒化物半導体素子の製造方法の一工程を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の第５変形例に係る窒化物半導体素子を示す断面図である。
【図１４】第１の従来例に係る窒化物半導体からなる発光ダイオード素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１９８】
１      ｎ型基板
２      ｎ型ＧａＮ層
３      ｎ型クラッド層
４      多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
５      ｐ型クラッド層
６      第１ｐ型コンタクト層
７      第２ｐ型コンタクト層
８      ｐ側電極
９      ｎ側電極
１０    ｎ型光ガイド層
１１    ｐ型光ガイド層
１２    パッシベーション膜
１５    ｐ型コンタクト層
１６    リッジストライプ部
２１    ｎ型基板
３１    ｎ型基板
３２    ｎ型バッファ層
３２ａ  リッジストライプ部
３４    梁状半導体層
３５    界面
３６    ｎ型ＧａＮ層
３７    量子井戸活性層
３７ａ  中央部
３７ｂ  両側部
３８    ｐ型ＧａＮ層
３９    パッシベーション膜
４０    ｐ側電極
４１    ｎ側電極
５１    ｎ型基板
５２    ｎ型バッファ層
５２ａ  リッジストライプ部
５３    梁状半導体層
５３ａ  ｐ型ＡｌＧａＮ層
５３ｂ  ＧａＮ層
６１    ｎ型基板
６１ａ  リッジストライプ部
６１ｂ  斜面
６２    梁状半導体層
７１    ｎ型バッファ層
７１ａ  リッジストライプ部
７１ｂ  凹凸形状
７２    梁状半導体層
８１    ｎ型バッファ層
８１ａ  リッジストライプ部
８２    梁状半導体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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