(57)【要約】【課題】高いＥＳＤ耐圧と良好な発光特性とを併せ持つ現実的な構造の半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子は、基板と、前記基板に対し、互いに同系の半導体材料が複数層に積層された積層体と、第１のｎ型半導体層、発光する活性層、および第１のｐ型半導体層が前記積層体の一部として互いに積層されて成る、電圧の印加によって発光する発光部と、第２のｎ型半導体層および第２のｐ型半導体層が前記積層体の一部として前記基板と前記発光部との間で互いに積層されて成る、前記発光部に対し並列接続されることで該発光部を電気的に保護する保護部と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に対し、互いに同系の半導体材料が複数層に積層された積層体と、
第１のｎ型半導体層、発光する活性層、および第１のｐ型半導体層が前記積層体の一部として互いに積層されて成る、電圧の印加によって発光する発光部と、
第２のｎ型半導体層および第２のｐ型半導体層が前記積層体の一部として前記基板と前記発光部との間で互いに積層されて成る、前記発光部に対し並列接続されることで該発光部を電気的に保護する保護部と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２のｐ型半導体層の半導体材料はＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第２のｐ型半導体層の半導体材料はＡｌＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２のｐ型半導体層が、前記第２のｎ型半導体層と接したＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．０１≦Ｘ≦０．１）の層を含んだ複数層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２のｐ型半導体層が、１．０×１０１８cm−３ 以上５．０×１０１９cm−３以下の濃度でｐ型不純物を含んだものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１のｐ型半導体層が、前記積層体中で前記基板から最も離れた位置に在ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記基板が窒化物半導体からなる基板であり、
前記基板の、前記積層体とは逆側に、該基板を介して前記保護部と電気的に接続するための電極が備えられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記積層体の半導体材料が窒化物半導体であり、
前記基板がＧａＮ基板であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記積層体の半導体材料が窒化物半導体であり、
前記基板が、サファイヤ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＡｌＮの群から選択された１つ以上の材料からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記半導体発光素子がレーザであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１のｎ型半導体層が、前記活性層に隣接したクラッド層を含んだ複数層であり、
前記第１のｐ型半導体層が、前記活性層に隣接したクラッド層を含んだ複数層であり、
前記第１のｎ型半導体層と前記第１のｐ型半導体層の少なくとも一方に、電流を狭窄させる狭窄部を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記半導体発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
基板に対し、互いに同系の半導体材料を複数層に積層して積層体を形成する積層工程であって、該積層体の一部として、電圧の印加によって発光する発光部となる、第１のｎ型半導体層、発光する活性層、および第１のｐ型半導体層を積層し、該積層体の別の一部として、前記発光部に対し並列接続されることで該発光部を電気的に保護する保護部となる、第２のｎ型半導体層および第２のｐ型半導体層を、前記基板と前記発光部との間に積層する積層工程と、
前記積層体を階段状に削るエッチング工程であって、前記保護部における第２のｎ型半導体層又は前記第２のｐ型半導体層のうち一以上を露出させる第１のエッチング工程と、前記第１のｎ型半導体層又は前記第１のｐ型半導体層の何れかを露出させる第２のエッチング工程とを備え、
前記エッチング工程によって露出した各層に電極を形成する電極形成工程と、
を有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１のエッチング工程が、前記積層体の第１領域を削る工程であり、
前記第２のエッチング工程が、前記積層体の第２の領域を削る工程であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記エッチング工程が、前記第１領域と前記第２領域とを除く更に別の第３領域については、前記第１のｎ型半導体層および前記第１のｐ型半導体層のうち前記活性層よりも前記基板から離れた側に位置する層を所定の高さ分だけ削ってリッジ部を形成する工程であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、紫外〜緑色までの発光波長をカバーする半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）や半導体発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を構成する半導体材料として、ＧａＮに代表される窒化物半導体材料が用いられている。
この窒化物半導体材料からなる発光素子は、順方向の電圧印加で発光するが、静電気等に起因して逆方向に急激な高電圧が印加されると絶縁破壊による故障の原因となる。このような故障に対応する方法として、発光素子を搭載した発光装置内において、保護用のダイオードを並列に逆接続してＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）耐圧を向上させて、発光素子の絶縁破壊を抑制する方法がとられている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１には、急激な逆方向電圧印加による発光素子の破壊を防ぐために、保護素子として逆耐圧補償用の補償ダイオードを設けた３族窒化物半導体発光素子が記載されている（本明細書中では、上記構成を便宜上、従来例１と称する。）。この補償ダイオードは、発光装置内で発光素子とは別に設けられており、金属ワイヤによって発光装置内で配線された構成をなしている。
【０００３】
また、特許文献１には、他の構成例（本明細書中ではこの構成例を、便宜上、従来例２と称する。）として、発光部と補償ダイオードが同一のサファイヤ基板上に隣接して形成された素子構造も記載されている。この従来例２では、発光部と補償ダイオードは、サファイヤ基板にまで達する溝によって分離された構造をなしている。また、発光部と補償ダイオードは、ワイヤを介して電気的に接続されている。
特許文献１には、さらに他の構成例（本明細書中ではこの構成例を、便宜上、従来例３と称する）として、発光部のｐ型窒化物半導体の上に、さらにｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層が積層されて、それら双方の半導体層に対してそれぞれｎ電極とｐ電極が形成された構造の補償ダイオードを設けた素子構造も記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長（以下では、「エピ成長」と略する場合がある。）したＧａＮ系半導体を用いて作製されたＬＥＤにおいて、発光素子部と保護素子部とを、それぞれ窒化物半導体、Ｓｉ半導体で形成する構造が開示されている。
この特許文献２に開示された技術によれば、発光素子部または保護素子部の一方に、Ｓｉ／ＧａＮ異種接合によるトンネル接合部を設けることで、保護素子部から発光素子部、もしくは発光素子部から保護素子部への電流の流れ、電荷の移動を円滑にできることも記載されている。
また、特許文献２には、窒化物半導体からなる発光素子部とＳｉ半導体からなる保護素子部との接合は異種材料層の積層界面であり、保護素子部と発光素子部を逆並列接続する際に、一方の接続がその積層界面（トンネル接合部）でなされるため、配線や配線構造が不要になることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４８６２５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３９６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された従来例１の場合、発光素子とは別に補償ダイオードが必要になるため、その分だけ部品コストが上昇する問題がある。さらに、この従来例１の場合、発光装置内に補償ダイオードを発光素子とは別に取り付ける必要がある。このため、発光装置内において発光素子を含めたワイヤ配線による実装を行う場合、ワイヤの本数増加、及びワイヤの取りまわしが複雑になること等によって製造コストが増加する問題がある。
また、特許文献１に記載された従来例２の場合、発光素子とは別の部品を用いることで上昇する部品コストは抑えられるが、発光素子以外の補償ダイオードの分だけチップ面積が増加するため、素子全体の製造コストが増加する問題がある。
さらに、特許文献１に記載された従来例３の場合、発光素子上の一部に補償ダイオードが設けられた構造のため、上記の部品コスト、及びチップ面積増に起因した製造コストの増加は抑制できる。
【０００７】
しかし、発光素子がたとえばＬＥＤの場合、補償ダイオードの分だけ発光部の面積が減少するため、１チップ当たりの発光特性が低下する問題がある。
この問題に対応するには、補償ダイオードの領域を小さくする、言いかえると、補償ダイオードのｐｎ接合面積を小さくする方法が考えられるが、補償ダイオード中を安全に流すことができる電流の限界値も低下する。このため、この小さな補償ダイオードを備えた発光素子に対して非常に大きな逆方向電圧が印加された場合、補償ダイオード内を流れる急激な順方向電流増加によって電流限界値を超える可能性があり、最悪のケースとして補償ダイオードが故障する危険性がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載された構造において、Ｓｉ半導体の保護素子部上に格子不整合系材料である窒化物半導体をエピタキシャル成長する場合、初期成長段階において窒化物半導体/Ｓｉ間の格子歪みを緩和するために、結晶性の低い窒化物半導体系材料からなるバッファ層が設けられるのが一般的である。しかし、結晶性が低いことに起因して上記バッファ層の電気的特性を安定的に制御して均一に作製することは困難である。
これは、例えば保護素子部上にバッファ層を形成した時に、保護素子部の上面において、上記バッファ層の抵抗が著しく高い領域が発生すること、もしくはほぼ絶縁性を示す領域が発生すること等の可能性を示すものである。
特許文献２に記載された構造を用いる場合、例えば保護素子側のｎ型層内の一部として上記バッファ層を含めたＳｉ／ＧａＮ接合部を設けることも考えられる。しかし、結晶性の低い上記バッファ層の不安定な電気特性の影響を受けて、保護素子側のｎ型層の抵抗が著しく高いか、もしくは電気がほとんど流れない等、安定した電気特性を持つ保護素子を歩留まり良く作製することが困難となり、現実性に欠ける。
【０００９】
また、上記Ｓｉ／ＧａＮ接合部を発光素子側のｎ型層内の一部として設けた場合においても、上記同様の理由によって、安定した発光特性をもつ発光素子を歩留まり良く作製することが困難となる。
このように、従来提案されているいずれの構成も、高いＥＳＤ耐圧と良好な発光特性とを併せ持つ半導体発光素子を実際に製造するのは困難な構成である。
そこで、本発明は、高いＥＳＤ耐圧と良好な発光特性とを併せ持つ現実的な構造の半導体発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子の一態様は、基板と、前記基板に対し、互いに同系の半導体材料が複数層に積層された積層体と、第１のｎ型半導体層、発光する活性層、および第１のｐ型半導体層が前記積層体の一部として互いに積層されて成る、電圧の印加によって発光する発光部と、第２のｎ型半導体層および第２のｐ型半導体層が前記積層体の一部として前記基板と前記発光部との間で互いに積層されて成る、前記発光部に対し並列接続されることで該発光部を電気的に保護する保護部と、を備える。
【００１１】
本願発明のように同系の半導体材料を用いて構成することで、特許文献２の構造において懸念された、異種半導体材料間の接合に起因した不安定な接合特性の問題が解消され、発光素子と保護素子の双方を安定して均一に作製することが可能となる。
上記半導体発光素子の構成をわかりやすく説明すると、基板側を下と考えて、保護部を下側、保護部と同系の半導体材料のからなる発光部を上側に配置した上下に２つのデバイスが重なった構成となっている。
この保護部は少なくとも一部がｐｎダイオードを構成しており、このｐｎダイオードは、ｐｉｎダイオードによって構成される発光部に対して並列に接続される(より詳しくは並列に逆接続される)ことによって発光部の保護ダイオードとして機能する。
このような、発光部の下に保護部を設けた本発明の半導体発光素子によれば、保護部の面積は発光部と同等以上の面積とすることが可能である。これにより、保護部に対して流すことができる電流限界値は著しく大きくなるため、保護素子の破壊を防ぐ効果がある。
上記半導体発光素子において、前記第２のｐ型半導体層の半導体材料はＧａＮであってもよくＡｌＧａＮであってもよい。
【００１２】
また、上記半導体発光素子において、前記第２のｐ型半導体層は、前記第２のｎ型半導体層と接したＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．０１≦Ｘ≦０．１）の層を含んだ複数層であってもよい。このようなＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０．０１≦Ｘ≦０．１）の層を含んでいることで、第２のｎ型半導体層と接した全面でｐｎ接合が実現する。
また、上記半導体発光素子において、前記第２のｐ型半導体層の半導体材料は、１．０×１０１８cm−３ 以上５．０×１０１９cm−３以下の濃度でｐ型不純物を含んだものであることが好ましい。この濃度範囲であると、活性化アニール後のｐ型領域は、キャリア濃度が高く、保護部のｐ型層として十分に機能する程度にまで低抵抗化される。
【００１３】
また、上記半導体発光素子において、前記第１のｐ型半導体層が、前記積層体中で前記基板から最も離れた位置に在ることが好ましい。
この構成の半導体発光素子を、上述した従来例３で推定した作製工程と同様に作成した場合、発光部の特性を左右する最上層の第１のｐ型半導体層の第1のｐ電極が形成される領域は、常にエッチングマスクによって保護された構成になるため、ドライエッチング時の損傷の影響を受けることが無い。したがって、この保護された第１のｐ型半導体と第1のｐ電極との接続は良好なオーミック接続が確立されることから、発光部の電気特性ならびに発光特性が低下することはない。
【００１４】
また、上記半導体発光素子において、前記基板が窒化物半導体からなる基板であり、前記基板の、前記積層体とは逆側に、該基板を介して前記保護部と電気的に接続するための電極が備えられていることが好ましい。この好ましい構成の半導体発光素子によれば、保護部のｎ電極が基板の裏面に形成されるため、実装時に発光素子上面に設けるワイヤ配線の数は２本にまで減らすことができる。
なお、前記積層体の半導体材料が窒化物半導体で前記基板としてＧａＮ基板を用いる場合は、結晶性が著しく向上するため、発光部の特性がよりいっそう向上するとともに、異種半導体基板上に窒化物半導体材料をエピ成長するための、該半導体基板材料ごとに異なる所謂特殊なバッファ層を設ける必要がないため、容易に安定したエピタキシャル成長層（以下では、「エピ層」と略する場合がある。）を成長できる。
【００１５】
また、上記半導体発光素子において、前記積層体の半導体材料が窒化物半導体であり、前記基板が、サファイヤ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＡｌＮの群から選択された１つ以上の材料からなるものであってもよい。
また、上記半導体発光素子は、レーザであってもよく、発光ダイオードであってもよい。上記半導体発光素子がレーザである場合、前記第１のｎ型半導体層が、前記活性層に隣接したクラッド層を含んだ複数層であり、前記第１のｐ型半導体層が、前記活性層に隣接したクラッド層を含んだ複数層であり、前記第１のｎ型半導体層と前記第１のｐ型半導体層の少なくとも一方に、電流を狭窄させる狭窄部を備えてもよい。
【００１６】
さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子の製造方法の一態様は、基板に対し、互いに同系の半導体材料を複数層に積層して積層体を形成する積層工程であって、該積層体の一部として、電圧の印加によって発光する発光部となる、第１のｎ型半導体層、発光する活性層、および第１のｐ型半導体層を積層し、該積層体の別の一部として、前記発光部に対し並列接続されることで該発光部を電気的に保護する保護部となる、第２のｎ型半導体層および第２のｐ型半導体層を、前記基板と前記発光部との間に積層する積層工程と、前記積層体を階段状に削るエッチング工程であって、前記保護部における第２のｎ型半導体層又は前記第２のｐ型半導体層のうち一以上を露出させる第１のエッチング工程と、前記第１のｎ型半導体層又は前記第１のｐ型半導体層の何れかを露出させる第２のエッチング工程とを備え、前記エッチング工程によって露出した各層に電極を形成する電極形成工程と、を有する。
【００１７】
上記製造方法によれば、本発明に係る半導体発光素子を容易に製造することができる。
また、上記製造方法において、前記第１のエッチング工程が、前記積層体の第１領域を削る工程であり、前記第２のエッチング工程が、前記積層体の第２の領域を削る工程であってもよい。この場合、前記エッチング工程が、前記第１領域と前記第２領域とを除く更に別の第３領域については、前記第１のｎ型半導体層および前記第１のｐ型半導体層のうち前記活性層よりも前記基板から離れた側に位置する層を所定の高さ分だけ削ってリッジ部を形成する工程であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法によれば、高いＥＳＤ耐圧と良好な発光特性とを併せ持つ現実的な構造の半導体発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】半導体発光素子の第１実施形態である半導体レーザを示す断面構成図である。
【図２】図１に示す半導体レーザの実装状態を示す図である。
【図３】半導体レーザの作製プロセスの積層工程を示す図である
【図４】半導体レーザの作製プロセスのエッチング工程を示す図である。
【図５】半導体レーザの作製プロセスの別のエッチング工程を示す図である。
【図６】半導体レーザの作製プロセスの上面電極等形成工程を示す図である。
【図７】半導体レーザの作製プロセスの下面電極形成工程を示す図である。
【図８】第１実施形態のレーザ装置の等価回路を示す回路構成図である。
【図９】半導体発光素子の第２実施形態である半導体レーザを示す断面構成図である。
【図１０】第２実施形態のレーザ装置の等価回路を示す回路構成図である。
【図１１】本発明の半導体発光素子の第３実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）を示す断面構成図である。
【図１２】異種基板材料を採用した第４実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以上説明した本発明の半導体発光素子の具体的な実施形態について、以下図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、半導体発光素子の第１実施形態である半導体レーザを示す断面構成図である。
第１実施形態の半導体レーザ１００は、ＧａＮ基板１上に、低Ｓｉ濃度のｎ型ＧａＮ層２と、Ｍｇが添加されたＭｇドープＧａＮ層３と、ｎ型コンタクト層としてのｎ型ＧａＮ層４と、ｎ型クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＮ層５がこの順で積層されている。
ｎ型ＡｌＧａＮ層５上には、更に、発光する活性層６と、ｐ型クラッド層としてのＭｇが添加されたｐ型ＡｌＧａＮ層７と、ｐ型コンタクト層としてのＭｇが添加されたｐ型ＧａＮ層８がこの順で積層されている。この結果、ＧａＮ基板１上に、ｎ型ＧａＮ層２からｐ型ＧａＮ層８に至る半導体積層構造が形成されている。。この半導体積層構造が、本発明にいう積層体の一例に相当する。
【００２１】
この半導体積層構造のうち、ｎ型ＧａＮ層２とＭｇドープＧａＮ層３によって保護部が構成され、ｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層４からｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層８までによって発光部が構成されている。このような保護部と発光部が本発明にいう保護部および発光部それぞれの一例に相当する。また、ｎ型ＧａＮ層４とｎ型ＡｌＧａＮ層５とを併せたものが、本発明にいう第１のｎ型半導体層の一例に相当し、活性層６が本発明にいう活性層の一例に相当する。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層７とｐ型ＧａＮ層８とを併せたものが本発明にいう第１のｐ型半導体層の一例に相当する。更に、保護部のｎ型ＧａＮ層２が本発明にいう第２のｎ型半導体層の一例に相当し、保護部のＭｇドープＧａＮ層３が本発明にいう第２のｐ型半導体層の一例に相当する。
なお、図１では図示を簡略化するために活性層６が単一の層で示されているが、実際には、例えばＩｎＧａＮやＡｌＧａＮ、ＧａＮ等を用いた周知の多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well）構造、または単一量子井戸（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）構造からなる。そして、これらの構造では、発光波長によって用いる半導体材料や組成比等が異なる。
【００２２】
発光部のｐ型領域を構成するｐ型ＧａＮ層８とｐ型ＡｌＧａＮ層７の一部には、周知の窒化物半導体ドライエッチングによって電流狭窄のための所望の形状からなるストライプ状のリッジ部が形成されている。そのリッジ部の最頂部に露出したｐ型ＧａＮ層８を残して、それ以外のｐ型ＡｌＧａＮ層７の側面及び表面には、ＳｉＯ２からなる保護膜９が形成されている。このリッジ部が、本発明にいう狭窄部の一例に相当する。
発光部のｐ型ＧａＮ層８とオーミック接続するｐ電極１３は、上記リッジ部の最頂部に存在するｐ型ＧａＮ層８に接しているのに加えて、保護膜９上の所望の領域まで横方向に延長されて、保護膜９の一部を覆うように形成されている。
発光部のｎ電極１２は、ストライプ状のリッジ部から離れた所望の領域のｐ型ＡｌＧａＮ層７、活性層６、及びｎ型ＡｌＧａＮ層５をエッチングすることで露出したｎ型ＧａＮ層４に接して形成され、そのｎ型ＧａＮ層４に対してオーミック接続している。
【００２３】
発光部のｎ型ＧａＮ層４表面から所望の領域をエッチングすることで、保護部のｐ型層を構成するＭｇドープＧａＮ層３の表面が露出されていて、そのように露出されたＭｇドープＧａＮ層３表面には、保護部を構成するｐ電極１１が形成されている。
この時、保護部を構成する第２のｐ型半導体層の露出面は、エッチング損傷の影響によってｐ電極との間で、良好なオーム性接触を得ることは困難になりショットキー接合となる。しかし、ドライエッチング損傷を受けた第２のｐ型半導体層とｐ電極との接合はショットキー接合になるだけである。保護部であるｐｎダイオードの順方向立ち上がり電圧は、ショットキー接合におけるショットキー障壁高さ分が上乗せされた電圧値になる。このショットキー障壁高さはせいぜい１．５ｅＶから高くても２ｅＶ前後であると推定される。このことから、保護部の順方向立ち上がり電圧は、およそ４．５Ｖ〜５Ｖ程度になるものと考えられる。この値は、標準的なｐｉｎダイオードの逆方向耐圧に比べて十分に小さい値であることから、保護部の機能を損なうことは無い。逆にこの影響によって、発光部（ｐｉｎダイオード）側に順方向電圧を印加して発光動作させた場合、保護部（ｐｎダイオード）側の逆方向リーク電流をよりいっそう低減させる。つまり、発光動作時の保護部の逆方向リーク電流に起因した不要な電流成分を低減できる効果がある。
【００２４】
保護部のｐ電極１１と発光部のｎ電極１２は、金属配線パターン１４によって電気的に接続されている。これらｐ電極１１やｎ電極１２に用いられる金属材料として、ｐ電極１１の場合は、半導体層との接触部がＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔなどの白金族元素から選択された材料からなり、その上に金等の低抵抗金属が積層された積層膜で形成されている。ｎ電極１２の場合は、周知のＴｉＡｌなどが積層された構造が用いられる。金属配線パターン１４は金やＡｌ、銅などの低抵抗な金属材料を主体とした単層膜、もしくは他の金属との積層膜で形成されている。
保護部に接続するためのｐ電極１１は、発光素子全体の中のほんの一部の領域に形成すればよく、さらに、保護部のｐ電極１１は発光部のｎ電極１２と発光素子上面において配線金属等を用いて電気的に接続することができる。従って、発光素子全体のチップ面積を著しく増大させることはなく、さらに実装時の素子上面に設けるワイヤ配線の数も、電極の数と同じ４本ではなく３本に減らすことができる。このことから、上記従来例１や従来例２のような煩雑なワイヤ配線レイアウトや、チップ面積の増大に起因した製造コストの増加を抑制できる。
【００２５】
保護部のｎ電極１０は、ＧａＮ基板１の裏面側に形成されて、ＧａＮ基板裏面に対してオーミック接続している。
図２は、図１に示す半導体レーザ１００の実装状態を示す図である。
半導体レーザ１００の実装工程では、保護部のｎ電極１０が半田１５によってサブマウント１９に固定され、発光部のｐ電極１３も、ワイヤ配線１６によってサブマウント１９に接続されて保護部のｎ電極１０と電気的に接続される。このように互いに電気的に接続された保護部のｎ電極１０と発光部のｐ電極１３は、サブマウント１９から延びるワイヤ配線１７によって、発光装置であるレーザ装置１５０の正極端子に接続される。
また、実装工程では、上記金属配線パターン１４から延びるワイヤ配線１８によって、保護部のｐ電極１１と発光部のｎ電極１２は発光装置である上記レーザ装置１５０の接地（共通）端子に接続される。
【００２６】
以上、本発明の半導体発光素子の第１実施形態である半導体レーザ１００の構造、および発光装置であるレーザ装置１５０への実装状態について説明したが、ここで、上記半導体レーザ１００の作製プロセスについて、図面を参照しながら簡単に説明する。
図３〜図７は、半導体レーザ１００の作製プロセスを示す図である。以下、図面を参照しながら順を追って説明する。
半導体レーザ１００の作製プロセスでは、最初に積層工程が実行される。図３には積層工程が示されている。この積層工程では、ＧａＮ基板１上に、保護部と発光部を構成するｎ型ＧａＮ層２からｐ型ＧａＮ層８に至る全ての窒化物半導体層をエピ成長させる。この積層工程が、本発明にいう積層工程の一例に相当する。
【００２７】
次に作製プロセスのエッチング工程が実行される。図４にはエッチング工程が示されている。このエッチング工程では、周知の絶縁膜形成技術とホトリソグラフィ技術、及び塩素系ガスを用いたドライエッチング技術を用いて、各エピ層（具体的には発光部のｎ型ＧａＮ層４からｐ型ＧａＮ層８に至る各層）が所望の平面形状になるように、断面形状としては階段状に加工する。
このような階段状の加工についてより詳しく説明すると、（１）まず、図４（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層４までエッチングされる第１の領域Ｒ１についてｎ型ＧａＮ層４の厚みに相当する深さだけエッチングされる。
（２）次に、図４（Ｂ）に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮ層５までエッチングされる第２の領域Ｒ２と第１の領域Ｒ１の両方について、ｎ型ＡｌＧａＮ層５からｐ型ＡｌＧａＮ層７までの図４（Ｃ）に示す厚みに相当する深さだけさらにエッチングされる。このとき、最初にエッチングされた第１の領域Ｒ１については、２回分のエッチングが施されてより深くなる。
（３）さらに、図４（Ｃ）に示すように、リッジ部を除く第３の領域Ｒ３と第１および第２の領域Ｒ１，Ｒ２について、リッジ部の高さ分だけさらにエッチングされる。この結果、第１の領域Ｒ１については３回分、第２の領域Ｒ２については２回分、第３の領域Ｒ３については１回分のエッチングが施されることとなり、各領域が所望の深さまで階段状に加工される。
このエッチング工程が、本発明にいうエッチング工程の一例に相当する。
【００２８】
尚、エッチング工程は上記に限定されず、以下のような別のエッチング工程が採用されてもよい。
図５は別のエッチング工程を示す図である。
（１）まず、図５（Ａ）に示すように、ＭｇドープＧａＮ層３の上面までエッチングされる第１の領域Ｒ１を除く領域にレジスト膜を形成した状態で、ＭｇドープＧａＮ層３の上面が露出するまで第１の領域Ｒ１をエッチングする工程を実行する。
（２）次に、図５（Ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＮ層４の上面までエッチングされる第２の領域Ｒ２を除く領域と、第１の領域Ｒ１とにそれぞれレジスト膜を形成した状態で、ｎ型ＧａＮ層４の上面が露出するまで第２の領域Ｒ２をエッチングする工程を実行する。
（３）さらに、図５（Ｃ）に示すように、リッジ部となるべき領域と、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２にそれぞれレジスト膜を形成した状態でリッジ部の高さ分だけ第３の領域Ｒ３をエッチングする工程を実行する。
【００２９】
このようなエッチング工程の次に作製プロセスのアニール工程（図示は省略）が実行される。このアニール工程では、保護部を構成するＭｇドープＧａＮ層３と、発光部を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層７およびｐ型ＧａＮ層８とのそれぞれにおけるキャリアを活性化させるため活性化アニール処理を施す。活性化アニール処理としては、例えば空気中で６００℃に加熱しながら、１０分〜３０分程度の時間加熱保持する。これにより、ＭｇドープＧａＮ層３、ｐ型ＡｌＧａＮ層７、およびｐ型ＧａＮ層８それぞれのキャリア密度が向上する。
【００３０】
次に作製プロセスの上面電極等形成工程が実行される。図６には、上面電極等形成工程が示されている。この上面電極等形成工程では、ＧａＮ基板１の上面側に保護膜や電極などを形成する。具体的には、リッジ部の最頂部に露出したｐ型ＧａＮ層８を残して、それ以外のｐ型ＡｌＧａＮ層７の側面及び表面に、ＳｉＯ２からなる保護膜９を形成する。また、周知のホトリソグラフィ技術と、電子ビーム蒸着法、及びリフトオフ法を用いて、ｐ電極１１、ｎ電極１２、ｐ電極１３をそれぞれ形成する。その後、これらのホトリソグラフィ技術などを用いて、ｐ電極１１とｎ電極１２を電気的に接続する金属配線パターン１４を形成する。この上面電極等形成工程が、本発明にいう電極形成工程の一例に相当する。
【００３１】
次に作製プロセスの下面電極形成工程が実行される。図７には、下面電極形成工程が示されている。この下面電極形成工程では、ＧａＮ基板１の下面側にｎ電極１０を形成する。
このような作製プロセスにより半導体レーザ１００が完成する。
ここで、上記従来例３と本実施形態を比較すると、従来例３でも発光部から補償ダイオード部までの半導体層を全てエピタキシャル成長させた後に、ドライエッチングによって各層ごとに所望の形状に加工する方法が用いられると推定される。しかしながら、従来例３ではドライエッチングによって補償ダイオード部をエッチング除去して、発光部のｐ型窒化物半導体面を露出させることとなり、ドライエッチング時の損傷の影響によって、発光部のｐ型窒化物半導体面は劣化して、ｐ電極と良好なオーミック接続を確立することが困難になる。このため従来例３では、発光部の電気特性（例えばダイオード特性）は低下して、発光特性の優れた半導体発光素子を提供することが困難になる。
【００３２】
これに対して本実施形態の場合は、発光部の特性を左右するｐ型ＧａＮ層８が最上層（即ちＧａＮ基板１から最も離れた位置）に在るため、図４と図５のどちらに示すエッチング工程を用いる場合であっても、ｐ電極１３が形成される領域は、常にエッチングマスクによって保護された構成になるため、ドライエッチング時の損傷の影響を受けることが無い。したがって、この保護されたｐ型ＧａＮ層８とｐ電極１３との接続は良好なオーミック接続が確立されることから、発光部の電気特性ならびに発光特性が低下することはない。
【００３３】
ところで、上述したアニール工程における活性化アニール処理でＭｇドープＧａＮ層３のキャリアが活性化される領域は、ドライエッチングによってＭｇドープＧａＮ層３の表面が露出した領域とその周辺近傍に限定される。これは以下説明する原因による。
活性化アニール処理は、Ｍｇを添加した所謂ｐ型層に含まれるＨ（水素）を適度に脱離することが目的であり、このＨ脱離によってｐ型キャリアが活性化して、キャリア密度が向上する。このようなＨ脱離は、発光部のｐ型ＡｌＧａＮ層７やｐ型ＧａＮ層８のように、Ｍｇを添加した窒化物半導体層上にＳｉ添加の窒化物半導体層が存在しない状況で作用してキャリアの活性化が十分に図れるものである。
【００３４】
しかし、保護部のｐ型ＧａＮ層３は、ドライエッチングによって露出した面以外の領域には、上層にＳｉ添加のｎ型ＧａＮ層４やｎ型ＡｌＧａＮ層５が存在するため、当該領域のＨが十分に脱離されない。
このため、上記上層にＳｉ添加層が存在する領域のｐ型ＧａＮ層３の導電型は、明確なｐ型ではなく、著しく高抵抗な特性を示す。
従って、図２に示すレーザ装置１５０の等価回路は、図８に示す回路構成になる。
図８に示すように、レーザ装置１５０の回路構成は、発光部１５１と保護ダイオード１５２が並列に逆接続されているほかに、さらに高抵抗体１５３も並列に接続された構成となっている。
保護ダイオード１５２は、静電気等に起因して発光部１５１に逆方向の急激な高電圧が印加された場合に、電流を保護ダイオード１５２側に流すことで発光部１５１を保護する。これによりレーザ装置１５０(および半導体レーザ１００)のＥＳＤ耐圧が向上する。
【００３５】
一方、高抵抗体１５３は、上述したように活性化されなかったＭｇドープＧａＮ層３を介したｎ電極１０とｎ電極１２との間の接合を示している。この高抵抗体１５３は、前述したとおり著しく高抵抗な特性であるため、図８に示す回路構成でも発光部１５１の動作に支障をきたすものではない。
また、高抵抗体１５３は、発光部１５１に高圧の逆方向電圧が印加された場合、保護ダイオード１５２を補助して電流を逃がすため、保護部全体としての電流限界値が向上し、保護ダイオード１５２の故障を防いでいる。
このように、ＭｇドープＧａＮ層３においてキャリアが活性化されていない領域が存在しても、半導体レーザ１００の保護部は、本発明にいう保護部の一例としての機能を効果的に果たす。
なお、保護部のｎ型層を構成する低Ｓｉ濃度のｎ型ＧａＮ層２のＳｉ濃度は、高くても５．０×１０１７cm−３以下にすることが好ましく、より好ましくは１．０×１０１７cm−３以下である。このｎ型ＧａＮ層２のＳｉ濃度を下げることで、保護部のｐｎダイオードにおける逆方向リーク電流を低減できるため、発光部の順方向動作時における不要なリーク電流を減らすことができる。
【００３６】
以上説明した第１実施形態では、ｐ型不純物として一般的なＭｇを選択しているが、本発明にいう第１のｐ型半導体層や第２のｐ型半導体層に添加されるｐ型不純物は特にこれに限定されるものではなく、ｐ型の導電型を示す不純物ならば何を用いてもよい。
また、ＭｇドープＧａＮ層３のＭｇ濃度は、１．０×１０１８cm−３ 以上５．０×１０１９cm−３以下であることが望ましい。この濃度範囲に設定することで、活性化アニール後のｐ型領域は、キャリア濃度が高く、保護部のｐ型層として十分に機能する程度にまで低抵抗化される。
【００３７】
また、保護部のＭｇドープ層としてＧａＮを適用した場合について述べたが、この他、ＡｌＧａＮを用いてもよい。ＡｌＧａＮの場合でも、Ａｌ組成が４％程度までならば、上記Ｍｇ濃度範囲で十分にｐ型特性を示すことが可能である。
また、ｐ型ＧａＮ層８のＭｇ濃度は、１．０×１０１９cm−３ 以上３．０×１０２０cm−３以下であることが望ましく、Ｍｇ濃度の異なる２層構造としても良い。特に、最表面側のＭｇ濃度を高くすることで、ｐ電極とのオーミック接続が良好になる効果がある。
また、ｎ型ＡｌＧａＮ層５、およびｐ型ＡｌＧａＮ層７のＡｌ組成は特に限定されるものではなく、発光部における発光波長に応じてクラッド層として機能するＡｌ組成を選択すればよいことは言うまでもない。
【００３８】
また、上記第１実施形態では保護膜としてＳｉＯ２を適用しているが、これに限定されるものではなく、ＳｉＮやＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等、絶縁性を有し、かつ通常の半導体素子製造工程において成膜・加工できる絶縁膜材料であるならば、何を選択してもよい。
また、上記活性化アニール処理の条件は、上述した雰囲気、温度、及び時間に限定されるものではなく、用いるアニール装置等の状況により、アニール条件を適切に選択可能である。
図１に示す構成で作製した第１実施形態の半導体レーザ１００において、保護部の順方向特性を評価した結果、順方向の立ち上がり電圧は４．６Ｖ〜５．１Ｖの範囲であり、立ち上がり後の電流も、通常のダイオードと同様に比例的に増大する傾向を示した。これにより、発光部の逆方向耐圧（〜８０Ｖ）に対して十分に低い値であるとともに、上記保護部側においてスムーズに順方向電流が増加することで、発光部側に対して逆方向に高電圧が印加されない。
【００３９】
したがって、第１実施形態の半導体レーザ１００は、発光部に対して逆方向に高電圧が印加された場合でも、発光部に対して並列に保護部による上述した作用によって十分に保護されるため、発光部側の故障を未然に防ぐことができる。
また、上記保護部の逆方向特性を評価した結果、−２０Ｖまでのリーク電流は１０ｎＡ以下と十分に低い値であることがわかった。これは、発光部の順方向動作時における順方向電流の中で、保護部のリーク電流が占める割合が著しく小さくなることを示していることから、発光部側では良好な電気特性、及び発光特性を得ることができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の半導体発光素子の第２実施形態について説明する。
図９は、半導体発光素子の第２実施形態である半導体レーザを示す断面構成図である。
図９に示す第２実施形態の半導体レーザ２００は、保護部におけるｐ型層の構成が異なる点を除いて、図１に示す第１実施形態の半導体レーザ１００と同様の構造を有する。以下、第１実施形態との相違点に着目して説明し、重複説明は省略する。
第２実施形態の半導体レーザ２００では、保護部を構成する低Ｓｉ濃度のｎ型ＧａＮ層２と、Ｍｇが添加されたＭｇドープＧａＮ層３との間に、Ｍｇが添加されたｐ型ＩｎＧａＮ層（ＭｇドープＩｎＧａＮ層）２０が設けられている。つまり、保護部のＭｇドープ層がＭｇドープＧａＮ層３およびＭｇドープＩｎＧａＮ層２０の２層構造によって構成されており、このような２層構造によって構成されたＭｇドープ層が本発明にいう第２のｐ型半導体層の一例に相当する。
【００４１】
Ｍｇを添加したＩｎＧａＮ層は、Ｍｇを添加したＧａＮ層とは異なり、活性化アニール処理をしなくても最初からｐ型の導電型を示す。さらにＭｇを添加したＧａＮ層よりもキャリア活性化率が高い。このため、第２実施形態の半導体レーザ２００は、ＭｇドープＩｎＧａＮ層２０を備えることで、たとえ上層のＭｇドープＧａＮ層３に活性化されない領域が発生しても、ＭｇドープＩｎＧａＮ層２０の効果によって、保護部全体において明確なｐｎ接合が確立される。
従って、この第２実施形態の半導体レーザ２００を図２と同様に実装したレーザ装置の等価回路は、図１０に示す回路構成になる。
レーザ装置２５０は、第２実施形態の半導体レーザ２００が実装されたものであり、発光部２５１に対して保護ダイオード２５２が並列に逆接続された回路構造を有している。
上述したＭｇドープＩｎＧａＮ層２０の効果により、保護部の全体が保護ダイオード２５２として機能することとなる。そして、保護部側におけるｐｎ接合面積は、第１実施形態におけるｐｎ接合面積よりも広くなるため、保護部においてｐｎ接合界面を流れる順方向電流が増加する。
【００４２】
また、この第２実施形態の場合、図８に示されるような高抵抗体１５３の領域がなくなるため、保護部の逆方向特性はほぼｐｎ接合によって支配的になる。このため、保護部における逆方向リーク電流がさらに低減される効果がある。
図９に示す構成で作製した第２実施形態の半導体レーザ２００について、保護部の逆方向特性を評価した結果、約−３０Ｖまでは明確なリーク電流が現れなかった。このことから、発光部の順方向動作時における保護部に起因した余計な電流成分はほぼ皆無になったものと考えられる。
【００４３】
また、保護部の順方向特性を評価した結果、立ち上がり電圧は約４．７Ｖであり、第１実施形態の半導体レーザ１００に対して明らかと言えるほどの差異は見られなかったものの、立ち上がり後の電流の傾きは急峻になった（微分抵抗は約３分の１に低減）。このことから、第２実施形態の半導体レーザ２００は、第１実施形態の半導体レーザ１００よりも、静電気等に起因して発光部に加わる急激かつ著しく高い逆方向電圧の影響を、さらに低減できる。
以上説明した第２実施形態において、ＭｇドープＩｎＧａＮ層２０のＩｎ組成については特に明記しなかったが、Ｉｎ組成として１％以上、高くても１０％以下であれば、上記の効果は十分に得ることができる。より好ましくは２％以上、８％以下である。
【００４４】
また、ＭｇドープＩｎＧａＮ層２０の膜厚は、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが望ましい。Ｉｎ組成にもよるが、１０ｎｍよりも薄い場合には、トンネル電流等が発生して、保護部において良好なｐｎ接合が得られなくなる可能性がある。また１００ｎｍよりも厚い場合には、ＭｇドープＩｎＧａＮ層２０自身の結晶性の劣化や、上層に成長する発光部の結晶性が低下する可能性がある。
さらに、ＭｇドープＩｎＧａＮ層２０のＭｇ濃度は１．０×１０１８cm−３ 以上５．０×１０１９cm−３以下であることが望ましい。Ｍｇ濃度をこの範囲に設定することで、ＭｇドープＩｎＧａＮ層２０は活性化アニールしない場合でもｐ型半導体層としての機能を十分に発揮できる。
第２実施形態の半導体レーザ２００において、Ｍｇドープｐ型ＩｎＧａＮ層２０のより具体的な例をあげるならば、Ｍｇ濃度が１．０×１０１９cm−３、膜厚が５０ｎｍのｐ型Ｉｎ０．０７ＧａＮ０．９３層である。
【００４５】
以上説明したように、Ｍｇドープｐ型ＩｎＧａＮ層２０を備えた第２実施形態の半導体レーザ２００を用いた場合も、第１実施形態の半導体レーザ１００と同様に、保護部と発光部との双方が窒化物半導体材料のみによって構成されている。このため、発光部と保護部との双方における電気特性、および発光部の発光特性が安定する効果がある。これにより高いＥＳＤ耐圧と良好な発光特性とを併せ持つ低コストの半導体レーザを実現できる。
【００４６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の半導体発光素子の第３実施形態について説明する。
図１１は、本発明の半導体発光素子の第３実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）を示す断面構成図である。
図１１に示す発光ダイオード３００は、サファイヤ基板３０上に、低Ｓｉ濃度のｎ型ＧａＮバッファ層３１と、Ｍｇが添加されたｐ型ＩｎＧａＮ層３２と、Ｍｇが添加されたＭｇドープＡｌＧａＮ層３３がこの順で積層されている。さらにそのＭｇドープＡｌＧａＮ層３３上には、ｎ型コンタクト層としてのｎ型ＧａＮ層３４と、アンドープのＩｎＧａＮ系多重量子井戸層からなる活性層（発光層）３５と、Ｍｇが添加されたコンタクト層としてのｐ型ＧａＮ層３６がこの順で積層されている。その結果、サファイヤ基板３０上には、低Ｓｉ濃度のｎ型ＧａＮバッファ層３１からｐ型ＧａＮ層３６に至る半導体積層構造が形成されている。この半導体積層構造も、本発明にいう積層体の一例に相当する。
【００４７】
この半導体積層構造のうち、ｎ型ＧａＮバッファ層３１とｐ型ＩｎＧａＮ層３２とＭｇドープＡｌＧａＮ層３３とによって保護部が構成され、ｎ型コンタクト層であるｎ型ＧａＮ層３４からｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層３６までによって発光部が構成されている。このような保護部と発光部も本発明にいう保護部および発光部それぞれの一例に相当する。また、ｎ型ＧａＮ層３４が本発明にいう第１のｎ型半導体層の一例に相当し、活性層３５本発明にいう活性層の一例に相当し、ｐ型ＧａＮ層３６が本発明にいう第１のｐ型半導体層の一例に相当する。更に、ｎ型ＧａＮバッファ層３１が本発明にいう第２のｎ型半導体層の一例に相当し、ｐ型ＩｎＧａＮ層３２とＭｇドープＡｌＧａＮ層３３とを併せたものが本発明にいう第２のｐ型半導体層の一例に相当する。
【００４８】
発光面を除く領域のｐ型ＧａＮ層３６から活性層（発光層）３５までがエッチングされてｎ型ＧａＮ層３４が露出しており、当該露出したｎ型ＧａＮ層３４上の所望の領域には、ｎ電極３７が設けられて、ｎ型ＧａＮ層３４に対してオーミック接続している。
ｐ型ＧａＮ層３６上の所望の領域には、透明電極３８が設けられており、透明電極３８上の一部にはｐ電極３９が設けられている。なお、上記透明電極３８としては、周知のＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜が適用できる。
前記エッチングによって露出したｎ型ＧａＮ層３４表面から、さらに所望の領域がエッチングされて、保護部のｐ型層を構成するＭｇドープＡｌＧａＮ層３３の表面が露出している。このように露出したＭｇドープＡｌＧａＮ層３３表面の所望の領域には、保護部を構成するｐ電極４０が形成されている。ＭｇドープＡｌＧａＮ層３３とｐ電極４０との間の接合は、上述した通り、エッチング損傷の影響によって、第１実施形態と同様にオーミックではなくショットキーとなっている。
【００４９】
さらに、保護部のｐ電極４０と発光部のｎ電極３７は、金属配線パターン４２によって電気的に接続されている。
保護部を構成するｎ電極４１は、ＭｇドープＡｌＧａＮ層３３表面からさらに深さ方向にエッチングして露出させたｎ型ＧａＮバッファ層３１表面上の所望の領域に形成されており、ｎ型ＧａＮバッファ層３１に対してオーミック接続している。
このような構造の発光ダイオード３００の実装時における各電極の接続方法は、図２に示した第１実施形態における接続方法に準じ、発光ダイオード３００の製造プロセスも、図３〜図７に示した第１実施形態における製造プロセスに準ずるので詳細説明は割愛する。
【００５０】
図１１に示す発光ダイオード３００では、活性層３５で発光した光を主に表面側に放出する構造をなしているため、活性層で発光した光を極力反射させるために、保護部のｐ電極が接する層は、ＭｇドープＧａＮ層でなく、ＭｇドープＡｌＧａＮ層を適用している。
このようなＭｇドープＡｌＧａＮ層３３を設けたことにより、活性層との屈折率差が少なからず大きくなるため、活性層から放射された下方向の光は、ＭｇドープＡｌＧａＮ層３３によって上方向に反射され、発光部における発光特性が向上する効果がある。
なお、このＭｇドープＡｌＧａＮ層３３はＡｌＧａＮ層単層であるが、この単層のＭｇドープＡｌＧａＮ層３３に換えて、より高Ａｌ組成のＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＧａＮ層との超格子構造を用いても、発光特性が向上する同様の効果が得られる。
【００５１】
一般に、発光ダイオードは、半導体レーザに比べてチップ面積が大幅に大きくなるため、この第３実施形態では、保護部のｐ型層の構成として、全面でｐｎ接合が確立されることで逆方向リーク電流を小さくできるＭｇドープＩｎＧａＮ層を備えた構成を採用している。
この構成により、発光部の順方向動作時における不要な電流成分を大幅にカットできるため、発光部において良好な発光特性を得ることができる。
さらに、チップ面積が増大したことによって、保護部において安全に流すことができる電流の限界値も大幅に増大する効果がある。
以上説明した第３実施形態では、基板にサファイヤ基板を用いた例について述べたが、この他、窒化物半導体をエピタキシャル成長できる異種基板材料を採用することができる。
【００５２】
図１２は、異種基板材料を採用した第４実施形態を示す図である。
この第４実施形態の発光ダイオード４００では、第３実施形態におけるサファイヤ基板３０に替えてＳｉ基板５１が採用されている。そして、格子歪みを緩和するために適切に選択された材料から成るバッファ層５０が、Ｓｉ基板５１とｎ型ＧａＮバッファ層３１との間に設けられている。この他の構造は、第３実施形態の構造と同様である。
このようなバッファ層５０をＳｉ基板５１上に設けてから窒化物半導体材料をエピ成長することで、結晶性の良い窒化物半導体積層膜を形成できる。
【００５３】
さらに、このような結晶性の良い窒化物半導体積層膜を用いて、発光部と保護部の双方を形成することで、発光部と保護部双方の電気特性、並びに発光部の発光特性が安定する効果がある。
ここに例示したＳｉ基板５１の他に、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板、ＺｎＯ基板等も、窒化物半導体をエピタキシャル成長できる異種基板材料として採用することが可能である。これらの異種基板材料を採用する場合には、バッファ層５０の材料も、格子歪みを緩和するための適切な材料を選択する。
また、このような異種基板材料は、発光ダイオードだけでなく、半導体レーザの基板としても採用することができる。
【００５４】
以上説明した各実施形態では、窒化物半導体材料を用いた半導体発光素子に本願発明を適用した例について述べたが、このほかＧａＡｓ系の半導体発光素子に適用しても同様に本願発明を適用することで上記説明した効果が同様に得られる。その結果、ＧａＡｓ系の半導体発光素子でも、高いＥＳＤ耐圧と良好な発光特性とを併せ持つ現実的な構造の半導体発光素子を提供できる。
【符号の説明】
【００５５】
１００…半導体レーザ、１５０…レーザ装置、１…ＧａＮ基板、２…ｎ型ＧａＮバッファ層、３…ＭｇドープＧａＮ層、４…ｎ型ＧａＮ層、５…ｎ型ＡｌＧａＮ層、６…活性層、７…ｐ型ＡｌＧａＮ層、８…ｐ型ＧａＮ層、９…保護膜、１０…保護部のｎ電極、１１…保護部のｐ電極、１２…発光部のｎ電極、１３…発光部のｐ電極、１４…金属配線パターン、１５…半田、１６，１７，１８…ワイヤ配線、１９…サブマウント、１５１…発光部、１５２…保護ダイオード、１５３…高抵抗体、２００…半導体レーザ、２５０…レーザ装置、２０…ｐ型ＩｎＧａＮ層、２５１…発光部、２５２…保護ダイオード、３００…発光ダイオード、３０…サファイヤ基板、３１…低Ｓｉ濃度のｎ型ＧａＮ層、３２…ｐ型ＩｎＧａＮ層、３３…ＭｇドープＡｌＧａＮ層、３４…ｎ型ＧａＮ層、３５…活性層（発光層）、３６…ｐ型ＧａＮ層、３７…発光部のｎ電極、３８…透明電極、３９…発光部のｐ電極、４０…保護部のｐ電極、４１…保護部のｎ電極、４２…金属配線パターン  、５０…バッファ層、５１…Ｓｉ基板
【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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