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WO2024257516A1 - 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2024257516A1
WO2024257516A1 PCT/JP2024/017346 JP2024017346W WO2024257516A1 WO 2024257516 A1 WO2024257516 A1 WO 2024257516A1 JP 2024017346 W JP2024017346 W JP 2024017346W WO 2024257516 A1 WO2024257516 A1 WO 2024257516A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
type
layer
cladding layer
concentration
nitride semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/017346
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
明彦 石橋
啓 大野
章雄 上田
隆司 狩野
Original Assignee
パナソニックホールディングス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックホールディングス株式会社 filed Critical パナソニックホールディングス株式会社
Publication of WO2024257516A1 publication Critical patent/WO2024257516A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • This disclosure relates to a nitride semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device.
  • semiconductor laser devices have been used in a wide range of technical fields due to their excellent features such as being small, inexpensive, and having high output.
  • high-output semiconductor laser devices are used for processing a variety of materials such as metals, resins, and composite carbon materials (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics).
  • GaN-based semiconductor light-emitting devices that emit light in the blue wavelength range of 405 nm to 540 nm, which has a high absorption rate (low reflectance) in copper materials, have been attracting attention as light sources for processing copper materials, which are often used in EV motors, etc.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements require high power-to-light conversion efficiency.
  • Power-to-light conversion efficiency indicates the proportion of input power that is converted into laser light. By converting input power into light with high efficiency, it is possible to increase the optical output and prevent excess energy from being converted into heat, thereby reducing the decrease in optical output caused by heat generation and the adverse effects on long-term reliability characteristics.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting element comprises an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type semiconductor layer, all made of GaN-based semiconductors.
  • the p-type semiconductor layer has, in order from the light-emitting layer side, a p-type cladding layer and a p-type contact layer.
  • the p-type cladding layer is made of, for example, an AlGaN semiconductor, and Mg is added as an impurity.
  • Patent document 1 describes a manufacturing method for controlling the Mg concentration in the thickness direction of the p-type cladding layer to a constant value.
  • the technology described in patent document 1 makes the carrier distribution in the thickness direction of the p-type cladding layer uniform, reducing the effect on hole injection into the light-emitting layer.
  • Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 also propose a technique in which a p-type electron blocking layer with a higher Mg concentration than the p-type cladding layer is provided at the junction between the p-type cladding layer and the light-emitting layer, and an undoped AlGaN layer is interposed between the p-type electron blocking layer and the light-emitting layer to suppress diffusion of Mg added to the p-type electron blocking layer into the light-emitting layer.
  • the undoped AlGaN layer prevents deterioration of the light-emitting layer due to Mg diffusion, so that optical absorption loss is reduced and power-to-light conversion efficiency is improved compared to when no undoped AlGaN layer is provided.
  • a nitride semiconductor light emitting device includes: A nitride semiconductor light emitting device comprising an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a light emitting layer between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer has a p-type contact layer and a p-type cladding layer made of an Mg-doped nitride semiconductor; the p-type cladding layer includes a p-type first cladding layer disposed on the light emitting layer side, and a p-type second cladding layer disposed between the p-type first cladding layer and the p-type contact layer, the average Mg concentration of the second p-type cladding layer is higher than the average Mg concentration of the first p-type cladding layer; The overall average Mg concentration of the p-type cladding layer is lower than that of the other layers of the p-type semiconductor layer.
  • a method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device includes the steps of: A method for manufacturing a nitride semiconductor light-emitting device comprising an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a light-emitting layer between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the method comprising the steps of: the p-type semiconductor layer has a p-type contact layer and a p-type cladding layer made of an Mg-doped nitride semiconductor; the step of forming the p-type cladding layer includes a step of forming a p-type first cladding layer under first growth conditions on the light emitting layer side, and a step of forming a p-type second cladding layer between the p-type first cladding layer and the p-type contact layer under second growth conditions; The Mg supply amount under the second growth conditions is greater than the Mg supply amount under the first growth conditions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a concentration profile in the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing another example of a concentration profile in the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of a concentration profile in the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of a concentration profile in the semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • an undoped AlGaN layer is inserted between the p-type semiconductor layer and the light emitting layer, so the element resistance increases compared to when the undoped AlGaN layer is not provided. Therefore, if the thickness of the undoped AlGaN layer is increased to reduce the light absorption loss, the operating voltage increases, and there is a risk that the total power-to-light conversion efficiency will decrease.
  • the objective of this disclosure is to provide a nitride semiconductor light-emitting device with high power-to-light conversion efficiency and a method for manufacturing the nitride semiconductor light-emitting device.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting element capable of emitting blue light with a wavelength of 445 nm will be described as an example of a nitride semiconductor light-emitting element.
  • a nitride semiconductor light-emitting element is typically a semiconductor light-emitting element in which each layer is composed of a general formula In x Al y Ga 1-x-y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x+y ⁇ 1).
  • the active layer contains Ga
  • the active layer is composed of In x Al y Ga 1-x-y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x+y ⁇ 1)
  • it is called a GaN-based semiconductor light-emitting element.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 according to an embodiment.
  • FIGS. 2 to 5 are diagrams showing examples of concentration profiles in the GaN-based semiconductor light-emitting element 1. The concentration profiles shown in FIGS. 2 to 5 were analyzed by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the n-type impurity is silicon (Si) and the p-type impurity is magnesium (Mg).
  • the group III raw material for example, trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), and trimethylaluminum (TMA) are used as the group III raw material.
  • ammonia (NH 3 ) is used as the group V raw material.
  • silane (SiH 4 ) is used as the Si raw material.
  • cyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) is used as the Mg raw material.
  • the configuration of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 described in this embodiment is an example, and the stacked structure of the n-type semiconductor layer 20, the light-emitting layer 30, and the p-type semiconductor layer 40, the film thickness of each layer, the composition ratio of the group III elements forming each layer, etc. can be changed as appropriate.
  • the substrate 10 is, for example, an n-type hexagonal GaN substrate having a (0001) surface.
  • the n-type semiconductor layer 20 is a cladding layer for confining light in the light emitting layer 30.
  • the n-type semiconductor layer 20 is composed of, for example, Si-doped Al y Ga 1-y N (0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the Al composition ratio y of the n-type semiconductor layer 20 is, for example, 0.03.
  • the film thickness of the n-type semiconductor layer 20 is, for example, 3 ⁇ m.
  • the Si concentration of the n-type semiconductor layer 20 is, for example, about 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the light-emitting layer 30 is a layer that emits blue light when a current is passed through it.
  • the light-emitting layer 30 has, in order from the substrate 10 side, an n-side light guide layer 31, an active layer 32, and a p-side light guide layer 33.
  • the n-side optical guiding layer 31 is made of Si-doped In x Ga 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the n-side optical guiding layer 31 has, for example, a first optical guiding layer made of Si-doped GaN with an In composition ratio x of 0, and a second optical guiding layer made of Si-doped InGaN containing In (not shown).
  • the first optical guiding layer is formed on the n-type semiconductor layer 20.
  • the first optical guiding layer has a thickness of, for example, 250 nm.
  • the first optical guiding layer has a Si concentration of, for example, about 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the second optical guide layer is formed while gradually increasing the In composition ratio x from the first optical guide layer side.
  • the thickness of the second optical guide layer is, for example, 150 nm.
  • the second optical guide layer is not intentionally doped with Si.
  • the Si concentration is, for example, about 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less.
  • the In composition ratio x can be increased by gradually increasing the supply amount of the In raw material (TMI).
  • the supply amount of the Ga raw material (TMG) may be gradually decreased while keeping the supply amount of the TMI constant, thereby increasing the In composition ratio x of the second optical guide layer.
  • TMI may be supplied in a pulsed manner and the duty may be gradually increased, thereby substantially continuously increasing the In composition ratio x of the second optical guide layer.
  • the In composition ratio x of the second optical guide layer may be increased by gradually lowering the growth temperature while keeping the TMI supply amount and the TMG supply amount constant. Note that it is preferable that the composition ratio x of the second optical guide layer does not exceed the composition ratio x of the n-side optical guide layer to be stacked next, i.e., it increases monotonically.
  • the active layer 32 is composed of an In x Ga 1-x N layer (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the active layer 32 has, for example, a quantum well layer and a barrier layer (not shown).
  • the active layer 32 has, for example, a two-period multiple quantum well structure in which quantum well layers and barrier layers are alternately stacked. Specifically, a first barrier layer, a first quantum well layer, a second barrier layer, a second quantum well layer, and a third barrier layer (all not shown) are formed in this order on the n-side light guide layer 31.
  • the first barrier layer has, for example, an In composition ratio x of 0.03 and a thickness of 20 nm.
  • the first quantum well layer has, for example, an In composition ratio x of 0.18 and a thickness of 3.0 nm.
  • the second barrier layer has, for example, an In composition ratio x of 0.08 and a thickness of 10 nm.
  • the second quantum well layer has, for example, an In composition ratio x of 0.18 and a thickness of approximately 3.0 nm.
  • the third barrier layer has, for example, an In composition ratio x of 0.03 and a thickness of 10 nm.
  • each barrier layer may be set appropriately taking into account the uniformity of carrier injection, etc., and may be the same or different.
  • the p-side light guiding layer 33 is made of undoped In x Al y Ga 1-x-y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x+y ⁇ 1).
  • the p-side light guiding layer 33 is, for example, a layer made of undoped InGaN, undoped GaN, undoped AlGaN, or a combination thereof.
  • the thickness of the p-side light guiding layer 33 is, for example, 0.2 ⁇ m.
  • the p-side light guide layer 33 is configured so that the refractive index decreases from the active layer 32 side toward the p-type semiconductor layer 40 (p-type cladding layer 42) side.
  • the light confinement effect can be improved by forming the p-side light guide layer 33 by depositing InGaN, GaN, and AlGaN in this order from the active layer 32 side.
  • the p-type semiconductor layer 40 has a p-type electron blocking layer 41, a p-type cladding layer 42, and a p-type contact layer 43.
  • the p-type electron blocking layer 41 is composed of Mg-doped Al y Ga 1-y N (0 ⁇ y ⁇ 1). By providing the p-type electron blocking layer 41, it is possible to improve the efficiency of hole injection into the active layer 32.
  • the Al composition ratio y of the p-type electron blocking layer 41 is preferably 0.35 or more, for example, 0.35.
  • the film thickness of the p-type electron blocking layer 41 is, for example, 5 nm.
  • the Mg concentration of the p-type electron blocking layer 41 is preferably 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more in order to efficiently inject holes into the active layer 32.
  • the p-type cladding layer 42 is composed of Mg-doped Al y Ga 1-y N (0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the p-type cladding layer 42 may include an Mg-doped AlGaN layer, and may have a superlattice structure in which Mg-doped AlGaN layers and Mg-doped GaN layers are periodically stacked.
  • the Al composition ratio y of the p-type cladding layer 42 is preferably 0.02 to 0.05, for example, 0.03.
  • the Al composition ratio means an average Al composition ratio.
  • the total thickness of the p-type cladding layer 42 is preferably 500 to 800 nm, for example, 650 nm.
  • the overall average Mg concentration of the p-type cladding layer 42 is, for example, 3 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the overall average Mg concentration of the p-type cladding layer 42 is lower than the average Mg concentration of the other layers of the p-type semiconductor layer 40, i.e., the p-type contact layer 43 and the p-type electron blocking layer 41.
  • the p-type cladding layer 42 has a p-type first cladding layer 421 arranged on the light-emitting layer 30 side, and a p-type second cladding layer 422 arranged between the p-type first cladding layer 421 and the p-type contact layer 43.
  • the p-type first cladding layer 421 and the p-type second cladding layer 422 can be distinguished, for example, by their respective Mg concentrations.
  • the first p-type cladding layer 421 has a constant Mg concentration C1 in the thickness direction (see FIGS. 2 to 5).
  • Constant Mg concentration means that the variation (deviation) of the Mg concentration in the thickness direction is small and falls within a predetermined concentration range, and typically, the deviation (difference between the maximum and minimum values) is 1 ⁇ 10 18 cm -3 or less.
  • the Mg concentration of the first p-type cladding layer 421, i.e., the first Mg concentration C1, is controlled to be in the range of at least 0.5 to 5 ⁇ 10 18 cm -3 . It is preferable that the Mg concentration changes sharply at the boundary between the p-type electron blocking layer 41 and the first p-type cladding layer 421 (see FIG. 2). For example, by setting the Mg supply amount in the deposition process of the first p-type cladding layer 421 to 1% or less of the Mg supply amount in the deposition process of the p-type electron blocking layer 41, the Mg concentration can be sharply reduced and a desired Mg concentration profile can be realized.
  • the first Mg concentration C1 is higher than 2 ⁇ 10 18 cm -3 , the blue light emitted from the active layer 32 may be absorbed in the p-type first cladding layer 421, increasing the optical absorption loss and possibly decreasing the power-light conversion efficiency. If the first Mg concentration C1 is lower than 1 ⁇ 10 18 cm -3 , the element resistance may increase and possibly decreasing the power-light conversion efficiency. For this reason, it is preferable that the first Mg concentration C1 is 1 to 2 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the Mg concentration in the p-type cladding layer 42 is constant at about 1 to 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 throughout the entire p-type cladding layer 42.
  • the element resistance is low, but since a high Mg level exists near the light emitting layer 30, the light absorption loss is large compared to the case where a p-type first cladding layer 421 with a low Mg concentration is provided as in this embodiment.
  • the p-type second cladding layer 422 has a constant Mg concentration in the thickness direction, which is a second Mg concentration C2 (see Figures 2 to 5). As shown in Figures 2 to 5, the second Mg concentration C2 is greater than the first Mg concentration C1. Naturally, the average Mg concentration of the p-type second cladding layer 422 is greater than the average Mg concentration of the p-type first cladding layer 421.
  • the Mg concentration of the p-type second cladding layer 422, i.e., the second Mg concentration C2, is controlled to be at least 0.5 ⁇ 10 19 cm -3 or more from the viewpoint of reducing resistance.
  • the second Mg concentration C2 is higher than 2 ⁇ 10 19 cm -3 , the blue light emitted from the active layer 32 may be absorbed by the p-type second cladding layer 422, increasing the light absorption loss and decreasing the power light conversion efficiency.
  • the second Mg concentration C2 is preferably 0.5 to 2 ⁇ 10 19 cm -3 .
  • the first p-type cladding layer 421 and the second p-type cladding layer 422 can also be distinguished by the inflection point of the Mg concentration profile.
  • An inflection point is a boundary where the rate of change in Mg concentration with respect to depth (the slope of the Mg concentration profile) is greater than the rate of change in Mg concentration in the regions before and after it.
  • the p-type first cladding layer 421 and the p-type second cladding layer 422 can be distinguished by their respective growth conditions. That is, when forming the p-type cladding layer 42, the region formed with a first Mg supply amount can be defined as the p-type first cladding layer 421, and the region formed with a second Mg supply amount greater than the first Mg supply amount can be defined as the p-type second cladding layer 422.
  • the thickness of the p-type first cladding layer 421 is 0.3 ⁇ m or less, the distribution of laser light intensity is substantially broadened. Furthermore, when the thickness of the p-type first cladding layer 421 is less than 0.2 ⁇ m (see FIG. 5), the p-type second cladding layer 422 approaches the light-emitting layer 30, and absorption loss of blue light due to the Mg level in the p-type second cladding layer 422 is likely to occur. For this reason, the thickness of the p-type first cladding layer 421 is preferably 0.2 to 0.4 ⁇ m, for example, 0.35 ⁇ m.
  • the thickness of the p-type second cladding layer 422 is preferably 100 to 600 nm, for example, 300 nm.
  • the total thickness of the p-type cladding layer 42 is preferably 500 to 800 nm, because when the thickness of the p-type first cladding layer 421 is 0.2 to 0.4 ⁇ m, the thickness of the p-type second cladding layer 422 is in the range of 100 to 600 nm.
  • the p-type contact layer 43 is composed of an Mg-doped GaN layer.
  • the thickness of the p-type contact layer 43 is, for example, 10 nm.
  • the average Mg concentration of the p-type contact layer 43 is preferably 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or more in order to reduce the contact resistance with the p-side electrode 51.
  • the n-type semiconductor layer 20, the light-emitting layer 30, and the p-type semiconductor layer 40 are successively formed using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the process of forming the p-type cladding layer 42 includes a first process of forming the p-type first cladding layer 421 and a second process of forming the p-type second cladding layer 422.
  • the first and second processes have different growth conditions, in particular, different Mg supply amounts.
  • Mg source material (TMG) is supplied so that the Mg concentration in the thickness direction of the p-type first cladding layer 421 is constant at a first Mg concentration C1 (first growth condition).
  • Mg source material (TMG) is supplied so that the Mg concentration in the thickness direction of the p-type second cladding layer 422 is constant at a second Mg concentration C2 (second growth condition).
  • the Mg supply amount in the second growth condition is set to be larger than the Mg supply amount in the first growth condition.
  • each electrode is formed as follows.
  • a SiO 2 insulating film is formed on the p-type semiconductor layer 40 (p-type contact layer 43) by, for example, a thermal CVD method.
  • the thickness of the SiO 2 insulating film is, for example, 0.3 ⁇ m.
  • the SiO 2 insulating film is left in a stripe shape with a width of 16 ⁇ m, and other regions are etched.
  • the direction of the stripe is parallel to the m-axis direction of the hexagonal GaN-based semiconductor.
  • the stacked structure on which the SiO 2 insulating film is formed is etched to a depth of, for example, 1.0 ⁇ m by an inductively coupled plasma (ICP) etching method.
  • ICP inductively coupled plasma
  • a ridge stripe portion constituting the optical waveguide WG is formed in the p-type contact layer 43 and the p-type cladding layer 42.
  • the SiO 2 insulating film is removed using hydrofluoric acid to expose the p-type contact layer 43 and the p-type cladding layer 42.
  • a SiO 2 insulating film is again formed by thermal CVD over the entire surface including the ridge stripe portion on the exposed p-type contact layer 43 and p-type cladding layer 42.
  • the thickness of the SiO 2 insulating film is, for example, 0.2 ⁇ m.
  • This SiO 2 insulating film constitutes the insulating layer 55.
  • a resist pattern having an opening corresponding to the ridge stripe portion is formed on the upper surface of the SiO 2 insulating film by lithography.
  • the SiO 2 insulating film is etched using the resist pattern as a mask by reactive ion etching (RIE) using, for example, methane trifluoride (CHF 3 ) gas, so that the p-type contact layer 43 is exposed from the upper surface of the ridge stripe portion.
  • RIE reactive ion etching
  • a metal laminate film made of, for example, palladium (Pd) and platinum (Pt) is formed by electron beam (EB) deposition on at least the p-type contact layer 43 exposed from the upper surface of the ridge stripe portion.
  • Pd palladium
  • Pt platinum
  • the metal laminate film in the area other than the ridge stripe portion is removed by lift-off.
  • a p-side electrode 51 is formed on the upper surface of the p-type contact layer 43 in the ridge stripe portion.
  • the p-side electrode 51 may be made of a transparent oxide such as indium tin oxide or indium oxide.
  • the wiring electrode 52 is selectively formed by lithography and lift-off so as to cover the SiO 2 insulating film and the p-side electrode 51.
  • the wiring electrode 52 has, for example, a planar dimension of 750 ⁇ m in a direction parallel to the ridge stripe portion and a planar dimension of 150 ⁇ m in a direction perpendicular to the ridge stripe portion.
  • the wiring electrode 52 is formed of, for example, a metal laminate film made of titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au).
  • Ti titanium
  • Pt platinum
  • Au gold
  • the thickness of Ti is 50 nm
  • the thickness of Pt is 200 nm
  • the thickness of Au is 100 nm.
  • a pad electrode 53 made of an Au layer is formed on the upper surface of the wiring electrode 52 by electrolytic plating.
  • the thickness of the pad electrode 53 is, for example, 10 ⁇ m. This makes it possible to mount the laser chip by wire bonding, and also makes it possible to effectively dissipate heat generated in the active layer 32, thereby improving the reliability of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1.
  • the rear surface of the semiconductor wafer on which the p-side electrode 51, wiring electrode 52, and pad electrode 53 are formed is polished with diamond slurry to thin the substrate 10 to a thickness of approximately 100 ⁇ m.
  • the n-side electrode 54 is formed on the rear surface of the substrate 10, for example, by EB deposition.
  • the n-side electrode 54 is formed, for example, from a metal laminate film made of Ti, Pt, and Au.
  • the thickness of Ti is 5 nm
  • the thickness of Pt is 10 nm
  • the thickness of Au is 1000 nm.
  • the wafer-state laminate structure thus produced is cleaved (primary cleavage) along the m-plane.
  • the length in the m-axis direction is, for example, 1200 ⁇ m.
  • a frontcoat film (not shown) capable of emitting laser light is disposed on one cleavage surface in the resonator length direction of the optical waveguide WG.
  • a rearcoat film for reflecting the laser light is disposed on the other cleavage surface in the resonator length direction of the optical waveguide WG.
  • the one end surface on which the frontcoat film is disposed becomes the emission end surface from which the laser light is emitted, and the other end surface on which the rearcoat film is formed becomes the reflection end surface that reflects the laser light.
  • the front coat film and the rear coat film are formed by, for example, an electron cyclotron resonance (ECR) sputtering method.
  • the front coat film is made of a dielectric film such as a single layer of SiO2 .
  • the rear coat film is made of a dielectric film such as a stacked layer of ZrO2 / SiO2 .
  • the reflectance of the emission end surface where the front coat film is disposed is, for example, 6%, and the reflectance of the emission end surface where the rear coat film is disposed is, for example, 95%. This makes it possible to realize a highly efficient GaN-based semiconductor light-emitting element 1.
  • the laminated structure with the front coat film and rear coat film formed is cleaved (secondary cleavage) along the a-plane between the optical waveguides WG formed at a pitch of, for example, 200 ⁇ m. In this way, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 for a semiconductor laser device is produced.
  • the Mg concentration changes sharply at the boundary between the p-type electron blocking layer 41 and the first p-type cladding layer 421.
  • the Mg raw material Cp 2 Mg may be incorporated into the first p-type cladding layer 421 in a larger amount than set due to the memory effect, or Mg may diffuse from the p-type electron blocking layer 41 into the first p-type cladding layer 421 in a solid phase.
  • the p-type third cladding layer 423 is interposed between the p-type first cladding layer 421 and the p-type electron blocking layer 41.
  • the p-type third cladding layer 423 is not an intentionally formed layer, but a transition layer that is formed as a result when the p-type first cladding layer 421 is formed on the p-type electron blocking layer 41.
  • the growth conditions of the p-type third cladding layer 423 are typically the same as those of the p-type first cladding layer 421. Note that the growth conditions of the p-type third cladding layer 423 may be set to be different from those of the p-type first cladding layer 421.
  • p-type third cladding layer 423 can be defined as a layer in which the Mg concentration increases monotonically from p-type first cladding layer 421 toward p-type electron blocking layer 41.
  • the Mg concentration C3 of p-type third cladding layer 423 is higher than the Mg concentration C1 of p-type first cladding layer 421, and exceeds 2 ⁇ 10 18 cm -3 , for example.
  • the thickness of the p-type third cladding layer 423 is 0.2 ⁇ m or less, the effect of providing the p-type first cladding layer 421, that is, the effect of suppressing light absorption loss due to the Mg level in the p-type second cladding layer 422, can be obtained.
  • the thickness of the p-type third cladding layer 423 exceeds 0.2 ⁇ m, the absorption loss of blue light becomes significant due to the Mg level in the p-type third cladding layer 423, and the deterioration of the element characteristics cannot be ignored.
  • the thickness of the p-type third cladding layer 423 must be 0.2 ⁇ m or less, and is preferably 0.1 ⁇ m or less.
  • the thickness of the p-type third cladding layer 423 can be controlled by appropriately adjusting the growth conditions of the p-type electron blocking layer 41 and the growth conditions in the initial stage of growth of the p-type first cladding layer 421.
  • the growth temperature of the p-type electron blocking layer 41 and the p-type cladding layer 42 at an initial stage to a low temperature (e.g., 850°C) similar to that of the active layer 32 and the p-side light guide layer 33, and adjusting the growth rate appropriately, it is possible to suppress the diffusion of Mg from the p-type electron blocking layer 41 into the p-type cladding layer 42 (the third p-type cladding layer 423).
  • a low temperature e.g., 850°C
  • C carbon
  • C atoms are incorporated into both C lattice sites and Ga lattice sites in the GaN crystal lattice, and have the property of compensating for impurities.
  • Mg is known to supply holes at about 1/10 of the atomic concentration.
  • the hole concentration is about 1 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the C concentration that may compensate for the holes is preferably 10% or less of the Mg concentration. If the C concentration is too low, the effect of suppressing the diffusion of Mg atoms decreases. For this reason, the C concentration in the p-type electron blocking layer 41 is preferably 5 ⁇ 10 16 to 1 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 has the following characteristics, either alone or in appropriate combination:
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is a GaN-based semiconductor element including an n-type semiconductor layer 20, a p-type semiconductor layer 40, and a light-emitting layer 30 between the n-type semiconductor layer 20 and the p-type semiconductor layer 40.
  • the p-type semiconductor layer 40 has a p-type contact layer 43 and a p-type cladding layer 42 made of Mg-doped nitride semiconductor, and the p-type cladding layer 42 has a p-type first cladding layer 421 arranged on the light-emitting layer 30 side, and a p-type second cladding layer 422 arranged between the p-type first cladding layer 421 and the p-type contact layer 43.
  • the average Mg concentration of the p-type second cladding layer 422 is higher than the average Mg concentration of the p-type first cladding layer 421, and the overall average Mg concentration of the p-type cladding layer 42 is lower than other layers of the p-type semiconductor layer 40 (for example, the p-type contact layer 43).
  • the method for manufacturing a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 includes an n-type semiconductor layer 20, a p-type semiconductor layer, and a light-emitting layer 30 between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer 40 includes a p-type contact layer 43 and a p-type cladding layer 42 made of an Mg-doped nitride semiconductor, and the process for forming the p-type cladding layer 42 includes a process for forming a p-type first cladding layer 421 on the light-emitting layer 30 side under first growth conditions, and a process for forming a p-type second cladding layer 422 between the p-type first cladding layer 421 and the p-type contact layer 43 under second growth conditions, and the Mg supply amount under the second growth conditions is greater than the Mg supply amount under the first growth conditions.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 and its manufacturing method according to the embodiment ensure low element resistance by using the p-type second cladding layer 422 with a high Mg concentration, while the p-type first cladding layer 421 with a low Mg concentration reduces the optical absorption loss of blue light due to the Mg level of the p-type second cladding layer 422, thereby increasing the total power-to-light conversion efficiency (the product of current and voltage).
  • the p-type semiconductor layer 40 preferably has a p-type electron blocking layer 41 made of an Mg-doped nitride semiconductor at the portion where it joins with the light-emitting layer 30.
  • a p-type electron blocking layer 41 made of an Mg-doped nitride semiconductor at the portion where it joins with the light-emitting layer 30.
  • the p-type first cladding layer 421 has a constant Mg concentration in the thickness direction at a first Mg concentration C1
  • the p-type second cladding layer 422 has a constant Mg concentration in the thickness direction at a second Mg concentration C2 that is higher than the first Mg concentration C1.
  • the first Mg concentration C1 is preferably 1 to 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 . This makes it possible to reduce the element resistance while suppressing the optical absorption loss of blue light due to the Mg level of the p-type first cladding layer 421, and effectively improve the power-to-light conversion efficiency of the GaN-based semiconductor element 1.
  • the second Mg concentration is preferably 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more, which makes it possible to effectively reduce the element resistance and improve the power-to-light conversion efficiency of the GaN-based semiconductor element 1.
  • the thickness of the p-type first cladding layer 421 is preferably 0.2 to 0.3 ⁇ m. This provides the effect of suppressing the optical absorption loss of blue light due to the Mg level in the p-type second cladding layer 422, and also effectively widens the distribution of the laser light intensity.
  • the p-type cladding layer 42 may have a p-type third cladding layer 423 between the p-type first cladding layer 421 and the p-type electron blocking layer 41, in which the Mg concentration increases monotonically from the p-type first cladding layer 421 toward the p-type electron blocking layer 41. This allows some diffusion of Mg from the p-type electron blocking layer 41 to the p-type cladding layer 42, making it easy to control the Mg concentration in the p-type cladding layer 42.
  • the thickness of the p-type third cladding layer 423 is preferably 0.2 ⁇ m or less. This makes it possible to suppress light absorption loss due to Mg levels in the p-type third cladding layer 423.
  • the carbon concentration in p-type electron blocking layer 41 and p-type third cladding layer 423 is 0.5 to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . This makes it possible to suppress diffusion of Mg from p-type electron blocking layer 41 to p-type cladding layer 42, and to suppress light absorption loss due to Mg levels in p-type third cladding layer 423.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 described in the embodiment has a p-type electron blocking layer 41 at the junction between the p-type semiconductor layer 40 and the light-emitting layer 30, but the p-type electron blocking layer 41 may be omitted.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device having a single optical waveguide WG has been described, but the same effect can be obtained by applying this disclosure to a GaN-based semiconductor light-emitting device (so-called bar laser) in which multiple optical waveguides are formed in an array.
  • the nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method disclosed herein are useful as a blue laser light source suitable for laser processing machines for cutting and welding copper materials, which are often used in EV motors, etc.
  • GaN-based semiconductor light-emitting element (nitride semiconductor light-emitting element) REFERENCE SIGNS LIST 10: Substrate 20: n-type semiconductor layer 30: Light emitting layer 32: Active layer 40: P-type semiconductor layer 41: P-type electron blocking layer 42: P-type cladding layer 43: P-type contact layer 421: P-type first cladding layer 422: P-type second cladding layer 423: P-type third cladding layer

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Abstract

窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間の発光層とを備える窒化物半導体発光素子であって、ｐ型半導体層は、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層を有し、ｐ型クラッド層は、発光層側に配置されるｐ型第１クラッド層と、ｐ型第１クラッド層とｐ型コンタクト層の間に配置されるｐ型第２クラッド層と、を有し、ｐ型第２クラッド層の平均Ｍｇ濃度は、ｐ型第１クラッド層の平均Ｍｇ濃度より高く、ｐ型クラッド層の全体の平均Ｍｇ濃度は、ｐ型半導体層の他の層よりも低い。

Description

窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法
　本開示は、窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
　従来、小型、安価、高出力などの優れた特徴をもつことから、幅広い技術分野で半導体レーザー装置が用いられている。例えば、金属、樹脂、複合炭素材（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）といった様々な材料の加工用途に、高出力の半導体レーザー装置が用いられている。
　近年では、ＥＶモーター等に多用されている銅材料の加工用光源として、銅材料への吸収率が大きい（反射率が低い）波長４０５ｎｍ～５４０ｎｍの青色波長域で発光するＧａＮ系半導体発光素子が注目されている。
　ＧａＮ系半導体発光素子には、高い電力光変換効率が要求される。電力光変換効率は、投入した電力のうちレーザー光に変換される割合を示す。投入電力を高効率で光に変換することで、光出力を増大させることができるとともに、余剰エネルギーが熱に変換されるのを防ぐことができ、発熱に起因する光出力の低下や、長期信頼性特性に対する悪影響を低減することができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子は、ＧａＮ系半導体からなるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を備える。一般に、ｐ型半導体層は、発光層側から順に、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層を有する。ｐ型クラッド層は、例えば、ＡｌＧａＮ半導体で構成され、不純物としてＭｇが添加される。
　特許文献１には、ｐ型クラッド層における厚さ方向のＭｇ濃度を一定に制御するための製造方法が記載されている。特許文献１に記載の技術によれば、ｐ型クラッド層における厚さ方向のキャリア分分布が均一となり、発光層へのホール注入に対する影響が低減される。
　また、特許文献２及び非特許文献１には、ｐ型クラッド層と発光層との接合部分に、ｐ型クラッド層よりもＭｇ濃度が高いｐ型電子ブロック層を設け、さらに、ｐ型電子ブロック層に添加されているＭｇの発光層への拡散を抑制するために、ｐ型電子ブロック層と発光層との間にアンドープＡｌＧａＮ層を介在させる技術が提案されている。特許文献２及び非特許文献１に記載の技術によれば、アンドープＡｌＧａＮ層により、Ｍｇの拡散による発光層の劣化が防止されるので、アンドープＡｌＧａＮ層を設けない場合に比較して、光吸収損失が低減され、電力光変換効率が向上する。
特開２０１４－６３８９１号公報 特開２０１４－１２７７０８号公報
M. Ikeda and S. Uchida, "Blue-Violet Laser Diodes Suitable for Blu-ray Disk", phys. Stat. sol.(a) 194, no.2407 (2002).
　本開示の一態様に係る窒化物半導体発光素子は、
　ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間の発光層とを備える窒化物半導体発光素子であって、
　前記ｐ型半導体層は、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層を有し、
　前記ｐ型クラッド層は、前記発光層側に配置されるｐ型第１クラッド層と、前記ｐ型第１クラッド層と前記ｐ型コンタクト層の間に配置されるｐ型第２クラッド層と、を有し、
　前記ｐ型第２クラッド層の平均Ｍｇ濃度は、前記ｐ型第１クラッド層の平均Ｍｇ濃度より高く、
　前記ｐ型クラッド層の全体の平均Ｍｇ濃度は、前記ｐ型半導体層の他の層よりも低い。
　本開示の一態様に係る窒化物半導体発光素子の製造方法は、
　ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間の発光層とを備える窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
　前記ｐ型半導体層は、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層を有し、
　前記ｐ型クラッド層を形成する工程は、前記発光層側に第１成長条件でｐ型第１クラッド層を形成する工程と、前記ｐ型第１クラッド層と前記ｐ型コンタクト層の間に第２成長条件でｐ型第２クラッド層を形成する工程と、を有し、
　前記第２成長条件におけるＭｇ供給量は、前記第１成長条件におけるＭｇ供給量よりも大きい。
図１は、実施の形態に係る半導体発光素子の素子断面図である。 図２は、実施の形態に係る半導体発光素子における濃度プロファイルの一例を示す図である。 図３は、実施の形態に係る半導体発光素子における濃度プロファイルの他の一例を示す図である。 図４は、実施の形態に係る半導体発光素子における濃度プロファイルの他の一例を示す図である。 図５は、実施の形態に係る半導体発光素子における濃度プロファイルの他の一例を示す図である。
　特許文献１に記載されているように、ｐ型クラッド層における厚さ方向のＭｇ濃度を一定にする場合に、素子抵抗が最も低くなるＭｇ濃度を設定すると、青色光の光吸収損失が増大し、電力光変換効率が低下する虞がある。
　また、特許文献２及び非特許文献１等に記載されている構成では、ｐ型半導体層と発光層との間にアンドープＡｌＧａＮ層が挿入されているため、アンドープＡｌＧａＮ層を設けない場合に比較して素子抵抗が増大する。そのため、光吸収損失を低減するためにアンドープＡｌＧａＮ層の膜厚を増大させると、動作電圧が増大することとなり、トータルの電力光変換効率が低下してしまう虞がある。
　本開示の目的は、高い電力光変換効率を有する窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
　本実施の形態では、窒化物半導体発光素子の一例として、波長４４５ｎｍの青色光を発光可能なＧａＮ系半導体発光素子について説明する。窒化物半導体発光素子とは、典型的には、各層が、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で構成される半導体発光素子である。このうち、活性層がＧａを含む場合、すなわち、活性層がＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で構成される場合を、ＧａＮ系半導体発光素子と称する。
　図１は、実施の形態に係るＧａＮ系半導体発光素子１の素子断面図である。図２～図５は、ＧａＮ系半導体発光素子１における濃度プロファイルの一例を示す図である。図２～図５に示す濃度プロファイルは、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）で解析したものである。
　図１に示すように、ＧａＮ系半導体発光素子１は、基板１０上に、ｎ型半導体層２０、発光層３０及びｐ型半導体層４０が順に形成された積層構造を有する。ＧａＮ系半導体発光素子１は、リッジストライプ型の光導波路ＷＧを有する。発光層３０は、ｎ型半導体層２０とｐ型半導体層４０との間に配されている。
　ＧａＮ系半導体発光素子１において、ｎ型不純物はケイ素（Ｓｉ）であり、ｐ型不純物はマグネシウム（Ｍｇ）である。ＧａＮ系半導体発光素子１の成膜において、ＩＩＩ族原料には、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が用いられる。Ｖ族原料には、例えば、アンモニア（ＮＨ３）が用いられる。Ｓｉ原料には、例えば、シラン（ＳｉＨ４）が用いられる。Ｍｇ原料には、例えば、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）が用いられる。
　なお、本実施の形態で説明するＧａＮ系半導体発光素子１の構成は一例であり、ｎ型半導体層２０、発光層３０、ｐ型半導体層４０の積層構造、各層の膜厚、各層を形成するＩＩＩ属元素の組成比等は、適宜変更することができる。
　基板１０は、例えば、（０００１）面を有するｎ型六方晶ＧａＮ基板である。
　ｎ型半導体層２０は、発光層３０に光を閉じ込めるためのクラッド層である。ｎ型半導体層２０は、例えば、ＳｉドープＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０＜ｙ＜１）で構成される。ｎ型半導体層２０のＡｌ組成比ｙは、例えば、０．０３である。ｎ型半導体層２０の膜厚は、例えば、３μｍである。ｎ型半導体層２０のＳｉ濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３程度である。
　発光層３０は、通電により青色光を発光する層である。発光層３０は、基板１０側から順に、ｎ側光ガイド層３１、活性層３２及びｐ側光ガイド層３３を有する。
　ｎ側光ガイド層３１は、ＳｉドープＩｎｘＧａ１－ｘＮ（０≦ｘ＜１）で構成される。ｎ側光ガイド層３１は、例えば、Ｉｎ組成比ｘが０であるＳｉドープＧａＮからなる第１光ガイド層と、Ｉｎを含むＳｉドープＩｎＧａＮからなる第２光ガイド層とを有する（図示略）。
　第１光ガイド層は、ｎ型半導体層２０上に成膜される。第１光ガイド層の膜厚は、例えば、２５０ｎｍである。第１光ガイド層のＳｉ濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３程度である。
　第２光ガイド層は、第１光ガイド層側から徐々にＩｎ組成比ｘを増加させながら成膜される。第２光ガイド層の膜厚は、例えば、１５０ｎｍである。第２光ガイド層にはＳｉは意図的にはドープしない。Ｓｉ濃度は、例えば、５×１０１５ｃｍ－３以下程度である。
　第２光ガイド層の成膜工程では、例えば、Ｉｎ原料（ＴＭＩ）の供給量を徐々に増加させることにより、Ｉｎ組成比ｘを増加させることができる。また例えば、ＴＭＩ供給量を一定として、Ｇａ原料（ＴＭＧ）の供給量を徐々に減少させて、第２光ガイド層のＩｎ組成比ｘを増加させてもよい。この場合、Ｓｉ濃度を実質的に一定に保つために、ＳｉＨ４原料の供給量をＴＭＧ供給量の増加に応じて増加させるのが好ましい。
　さらに、ＴＭＩ供給量やＴＭＧ供給量を徐々に変化させるのではなく、ＴＭＩをパルス的に供給し、ＤＵＴＹを徐々に増加させることで、実質的に第２光ガイド層のＩｎ組成比ｘを連続的に増加させてもよい。また、成長温度を下げるとＩｎの取り込み量が増加することから、ＴＭＩ供給量及びＴＭＧ供給量を一定としつつ、成長温度を徐々に低下させることで、第２光ガイド層のＩｎ組成比ｘを増加させてもよい。なお、第２光ガイド層の組成比ｘは、次に積層するｎ側光ガイド層の組成比ｘを超えない、すなわち、単調増加することが好ましい。
　活性層３２は、ＩｎｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ＜１）で構成される。活性層３２は、例えば、量子井戸層及びバリア層を有する（図示略）。活性層３２は、例えば、量子井戸層とバリア層を交互に積層した２周期の多重量子井戸構造を有する。具体的には、ｎ側光ガイド層３１上に、第１バリア層、第１量子井戸層、第２バリア層、第２量子井戸層及び第３バリア層（いずれも図示略）が順に成膜される。
　第１バリア層は、例えば、Ｉｎ組成比ｘが０．０３であり、膜厚が２０ｎｍである。第１量子井戸層は、例えば、Ｉｎ組成比ｘが０．１８であり、膜厚が３．０ｎｍである。第２バリア層は、例えば、Ｉｎ組成比ｘが０．０８であり、膜厚が１０ｎｍである。第２量子井戸層は、例えば、Ｉｎ組成比ｘが０．１８であり、膜厚が約３．０ｎｍである。第３バリア層は、例えば、Ｉｎ組成比ｘが０．０３であり、膜厚が１０ｎｍである。
　ここで、バリア層の膜厚が厚いと、バリア層における発光性再結合によって、内部量子効率が低下してしまう。そこで、各バリア層の厚みは、最大でも４０ｎｍ程度にとどめることが好ましい。なお、バリア層（第１～第３バリア層）の膜厚は、キャリア注入の均一性等を考慮して適宜設定されればよく、同じであってもよいし、異なっていてもかまわない。
　ｐ側光ガイド層３３は、アンドープＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で構成される。ｐ側光ガイド層３３は、例えば、アンドープＩｎＧａＮ、アンドープＧａＮ若しくはアンドープＡｌＧａＮ、又はそれらの組み合わせからなる層である。ｐ側光ガイド層３３の膜厚は、例えば、０．２μｍである。
　ここで、素子内部への光閉じ込め効果の観点から、ｐ側光ガイド層３３は、活性層３２側からｐ型半導体層４０（ｐ型クラッド層４２）側に向かって屈折率が低下する構成であることが好ましい。例えば、活性層３２側から順に、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮを成膜してｐ側光ガイド層３３を形成することで、光閉じ込め効果を向上することができる。
　ｐ型半導体層４０は、ｐ型電子ブロック層４１、ｐ型クラッド層４２及びｐ型コンタクト層４３を有する。
　ｐ型電子ブロック層４１は、ＭｇドープＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ＜１）で構成される。ｐ型電子ブロック層４１を設けることで、活性層３２への正孔の注入効率を向上することができる。ｐ型電子ブロック層４１のＡｌ組成比ｙは、０．３５以上であることが好ましく、例えば、０．３５である。ｐ型電子ブロック層４１の膜厚は、例えば、５ｎｍである。ｐ型電子ブロック層４１のＭｇ濃度は、活性層３２に正孔を効率よく注入するために、１×１０１９ｃｍ－３以上であることが好ましい。
　ｐ型クラッド層４２は、ＭｇドープＡｌｙＧａ１－ｙＮ（０≦ｙ＜１）で構成される。ｐ型クラッド層４２は、ＭｇドープＡｌＧａＮ層を含んでいればよく、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＧａＮ層を周期的に積層させた超格子構造を有していてもよい。ｐ型クラッド層４２のＡｌ組成比ｙは、０．０２～０．０５であることが好ましく、例えば、０．０３である。ここに、ｐ型クラッド層４２がＡｌＧａＮとＧａＮとで構成される超格子の場合は、Ａｌ組成比は平均のＡｌ組成比を意味する。ｐ型クラッド層４２の全体の膜厚は、５００～８００ｎｍであることが好ましく、例えば、６５０ｎｍである。
　ｐ型クラッド層４２の全体の平均Ｍｇ濃度は、例えば、３×１０１８ｃｍ－３～１×１０１９ｃｍ－３である。ｐ型クラッド層４２の全体の平均Ｍｇ濃度は、ｐ型半導体層４０の他の層、すなわち、ｐ型コンタクト層４３及びｐ型電子ブロック層４１の平均Ｍｇ濃度よりも小さい。
　本実施の形態では、ｐ型クラッド層４２は、発光層３０側に配置されるｐ型第１クラッド層４２１と、ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型コンタクト層４３の間に配置されるｐ型第２クラッド層４２２と、を有している。ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型第２クラッド層４２２は、例えば、それぞれのＭｇ濃度により区別することができる。
　ｐ型第１クラッド層４２１は、厚さ方向におけるＭｇ濃度が第１のＭｇ濃度Ｃ１で一定である（図２～図５参照）。「Ｍｇ濃度が一定である」とは、厚さ方向におけるＭｇ濃度のばらつき（偏差）が小さく所定の濃度範囲に入っていることを意味し、典型的には、偏差（最大値と最小値の差分）が１×１０１８ｃｍ－３以下である。
　ｐ型第１クラッド層４２１のＭｇ濃度、すなわち第１のＭｇ濃度Ｃ１は、少なくとも０．５～５×１０１８ｃｍ－３の範囲となるように制御される。ｐ型電子ブロック層４１とｐ型第１クラッド層４２１の境界では、Ｍｇ濃度が急峻に変化することが好ましい（図２参照）。例えば、ｐ型第１クラッド層４２１の成膜工程におけるＭｇ供給量を、ｐ型電子ブロック層４１の成膜工程におけるＭｇ供給量の１％以下とすることにより、Ｍｇ濃度を急峻に減少させ、所望のＭｇ濃度プロファイルを実現することができる。
　第１のＭｇ濃度Ｃ１が２×１０１８ｃｍ－３より高い場合、活性層３２で放出された青色光がｐ型第１クラッド層４２１で吸収されて光吸収損失が増大し、電力光交換効率が低下する虞がある。また、第１のＭｇ濃度Ｃ１が１×１０１８ｃｍ－３より低い場合、素子抵抗が増大して、電力光交換効率が低下する虞がある。これより、第１のＭｇ濃度Ｃ１は、１～２×１０１８ｃｍ－３であることが好ましい。
　従来のＧａＮ半導体発光素子では、図２に比較例として示すように、ｐ型クラッド層４２のＭｇ濃度が、ｐ型クラッド層４２の全域にわたって１～２×１０１９ｃｍ－３程度で一定となっている。この場合、素子抵抗は低くなるが、発光層３０の近くに高いＭｇ順位が存在することとなるため、本実施の形態のように、Ｍｇ濃度の低いｐ型第１クラッド層４２１を設けた場合に比較して、光吸収損失が大きくなる。
　ｐ型第２クラッド層４２２は、厚さ方向におけるＭｇ濃度が第２のＭｇ濃度Ｃ２で一定である（図２～図５参照）。図２～図５に示すように、第２のＭｇ濃度Ｃ２は、第１のＭｇ濃度Ｃ１よりも大きい。当然に、ｐ型第２クラッド層４２２の平均Ｍｇ濃度は、ｐ型第１クラッド層４２１の平均Ｍｇ濃度よりも大きくなる。
　ｐ型第２クラッド層４２２のＭｇ濃度、すなわち第２のＭｇ濃度Ｃ２は、低抵抗化の観点から、少なくとも０．５×１０１９ｃｍ－３以上となるように制御される。ただし、第２のＭｇ濃度Ｃ２が２×１０１９ｃｍ－３より高い場合、活性層３２で放出された青色光がｐ型第２クラッド層４２２で吸収されて光吸収損失が増大し、電力光交換効率が低下する虞がある。これより、第２のＭｇ濃度Ｃ２は、０．５～２×１０１９ｃｍ－３であることが好ましい。
　ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型第２クラッド層４２２とは、Ｍｇ濃度プロファイルの変曲点により区別することもできる。変曲点とは、深さに対するＭｇ濃度の変化の割合（Ｍｇ濃度プロファイルの傾き）が、その前後の領域のＭｇ濃度の変化の割合に比べて、大きい境界である。ｐ型第１クラッド層４２１の第１のＭｇ濃度Ｃ１とｐ型第２クラッド層４２２の第２のＭｇ濃度Ｃ２は、少なくとも１０倍以上の開きがあるので、互いの境界において、Ｍｇ濃度は急峻に変化する。
　また例えば、ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型第２クラッド層４２２は、それぞれの成長条件によって区別することもできる。すなわち、ｐ型クラッド層４２を形成するに際して、第１のＭｇ供給量で成膜された領域がｐ型第１クラッド層４２１であり、第１のＭｇ供給量よりも大きい第２のＭｇ供給量で成膜された領域がｐ型第２クラッド層４２２であると定義してもよい。
　レーザー加工用途に用いる１本あたりの光出力がワット級の波長４５０ｎｍ帯の高出力青色半導体レーザーでは、ｐ型第１クラッド層４２１の膜厚が０．３μｍ以下である場合に、レーザー光強度の分布が実質的に広がる。また、ｐ型第１クラッド層４２１の膜厚が０．２μｍより小さい場合（図５参照）、ｐ型第２クラッド層４２２が発光層３０に近づくため、ｐ型第２クラッド層４２２におけるＭｇ準位による青色光の吸収損失が生じやすくなる。これより、ｐ型第１クラッド層４２１の膜厚は、０．２～０．４μｍであることが好ましく、例えば、０．３５μｍである。
　ｐ型第２クラッド層４２２の膜厚は、１００～６００ｎｍであることが好ましく、例えば、３００ｎｍである。ｐ型クラッド層４２の全体の膜厚は、５００～８００ｎｍであることが好ましく、ｐ型第１クラッド層４２１の膜厚が０．２～０．４μｍの場合、ｐ型第２クラッド層４２２の膜厚は、１００～６００ｎｍの範囲になるからである。
　ｐ型コンタクト層４３は、ＭｇドープＧａＮ層で構成される。ｐ型コンタクト層４３の膜厚は、例えば、１０ｎｍである。ｐ型コンタクト層４３の平均Ｍｇ濃度は、ｐ側電極５１との接触抵抗を低減するために、１×１０２０ｃｍ－３以上であることが好ましい。
　ｎ型半導体層２０、発光層３０及びｐ型半導体層４０は、例えば、有機金属気層成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて連続的に成膜される。
　ｐ型クラッド層４２を形成する工程は、ｐ型第１クラッド層４２１を形成する第１工程と、ｐ型第２クラッド層４２２を形成する第２工程と、を有する。第１工程と第２工程は、それぞれの成長条件、特に、Ｍｇ供給量が異なる。第１工程では、ｐ型第１クラッド層４２１の厚さ方向におけるＭｇ濃度が第１のＭｇ濃度Ｃ１で一定となるようにＭｇ原料（ＴＭＧ）が供給される（第１成長条件）。第２工程では、ｐ型第２クラッド層４２２の厚さ方向におけるＭｇ濃度が第２のＭｇ濃度Ｃ２で一定となるようにＭｇ原料（ＴＭＧ）が供給される（第２成長条件）。第２成長条件におけるＭｇ供給量は、第１成長条件におけるＭｇ供給量よりも大きく設定される。
　ｐ型半導体層４０の上面は、リッジストライプ状に加工され、所定のパターンでｐ側電極５１、配線電極５２及びパッド電極５３が配置される。また、基板１０の裏面には、ｎ側電極５４が配置される。具体的には、以下のようにして、各電極が形成される。
　まず、ｐ型半導体層４０（ｐ型コンタクト層４３）の上に、例えば、熱ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２絶縁膜を成膜する。ＳｉＯ２絶縁膜の膜厚は、例えば、０．３μｍである。フォトリソグラフィ法及びフッ化水素酸を用いたエッチング法により、例えば、ＳｉＯ２絶縁膜を幅１６μｍのストライプ状に残して、他の領域をエッチングする。このとき、六方晶ＧａＮ系半導体の自然へき開面（ｍ面）を利用してレーザーの端面を形成することを考慮して、ストライプの向きは六方晶ＧａＮ系半導体のｍ軸方向に平行とする。
　次に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）エッチング法により、ＳｉＯ２絶縁膜が形成された積層構造体の上部から、例えば、１．０μｍの深さでエッチングする。ｐ型コンタクト層４３及びｐ型クラッド層４２に、光導波路ＷＧを構成するリッジストライプ部が形成される。その後、フッ化水素酸を用いてＳｉＯ２絶縁膜を除去し、ｐ型コンタクト層４３及びｐ型クラッド層４２を露出させる。
　露出したｐ型コンタクト層４３及びｐ型クラッド層４２の上に、リッジストライプ部を含む全面にわたって、再度、熱ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２絶縁膜を成膜する。ＳｉＯ２絶縁膜の膜厚は、例えば、０．２μｍである。このＳｉＯ２絶縁膜は、絶縁層５５を構成する。ＳｉＯ２絶縁膜の上面に、リソグラフィ法により、リッジストライプ部に対応する部分が開口しているレジストパターンを形成する。
　次に、例えば、三フッ化メタン（ＣＨＦ３）ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）により、レジストパターンをマスクとしてＳｉＯ２絶縁膜をエッチングする。リッジストライプ部の上面からｐ型コンタクト層４３が露出する。
　次に、電子ビーム（ＥＢ：Electron Beam）蒸着法により、少なくともリッジストライプ部の上面から露出したｐ型コンタクト層４３の上に、例えば、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）からなる金属積層膜を形成する。例えば、Ｐｄの厚さは４０ｎｍであり、Ｐｔの厚さは３５ｎｍである。リフトオフ法により、リッジストライプ部以外の領域の金属積層膜を除去する。リッジストライプ部において、ｐ型コンタクト層４３の上面に、ｐ側電極５１が形成される。なお、ｐ側電極５１は、酸化インジウムスズや酸化インジウムなどの透明酸化物で構成されてもよい。
　次に、リソグラフィ法及びリフトオフ法により、ＳｉＯ２絶縁膜及びｐ側電極５１を覆うように、配線電極５２を選択的に形成する。配線電極５２は、例えば、リッジストライプ部に平行な方向の平面寸法が７５０μｍで、且つリッジストライプ部に垂直な方向の平面寸法が１５０μｍである。配線電極５２は、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）からなる金属積層膜により形成される。例えば、Ｔｉの厚さは５０ｎｍ、Ｐｔの厚さは２００ｎｍであり、Ａｕの厚さは１００ｎｍである。
　続いて、配線電極５２の上面に、電解めっき法により、Ａｕ層からなるパッド電極５３を形成する。パッド電極５３の厚さは、例えば、１０μｍである。このようにすることで、ワイヤーボンディングによるレーザーチップの実装が可能になるとともに、活性層３２における発熱を効果的に放熱させることができるため、ＧａＮ系半導体発光素子１の信頼性が向上する。
　次に、ｐ側電極５１、配線電極５２及びパッド電極５３が形成された半導体ウェハの裏面を、ダイヤモンドスラリーにより研磨して、基板１０の厚さが１００μｍ程度になるまで薄膜化する。その後、例えば、ＥＢ蒸着法により、基板１０の裏面に、ｎ側電極５４を形成する。ｎ側電極５４は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕからなる金属積層膜により形成される。例えば、Ｔｉの厚さは５ｎｍ、Ｐｔの厚さは１０ｎｍであり、Ａｕの厚さは１０００ｎｍである。
　このようにして作製されたウェハ状態の積層構造体は、ｍ面に沿って劈開（１次劈開）される。ｍ軸方向の長さは、例えば、１２００μｍである。光導波路ＷＧの共振器長方向における一方の劈開面には、レーザー光を放射可能なフロントコート膜（図示略）が配置される。また、光導波路ＷＧの共振器長方向における他方の劈開面には、レーザー光を反射するためのリアコート膜が配置される。フロントコート膜が配置された一方の端面が、レーザー光を出射する出射端面となり、リアコート膜が形成された他方の端面が、レーザー光を反射する反射端面となる。
　フロントコート膜及びリアコート膜は、例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ法を用いて形成される。フロントコート膜は、例えば、ＳｉＯ２単層膜などの誘電体膜で構成される。また、リアコート膜は、例えばＺｒＯ２／ＳｉＯ２積層膜などの誘電体膜で構成される。
　フロントコート膜が配置された出射端面の反射率は、例えば６％であり、リアコート膜が配置された出射端面の反射率は、例えば９５％である。これにより、高効率のＧａＮ系半導体発光素子１を実現することができる。
　フロントコート膜及びリアコート膜が形成された積層構造体は、例えば、２００μｍピッチで形成されている光導波路ＷＧの間で、ａ面に沿って劈開（２次劈開）される。このようにして、半導体レーザー装置用のＧａＮ系半導体発光素子１が作製される。
　図２に示す濃度プロファイルでは、ｐ型電子ブロック層４１とｐ型第１クラッド層４２１の境界において、Ｍｇ濃度が急峻に変化している。一方、ｐ型電子ブロック層４１及びｐ型第１クラッド層４２１をＭＯＣＶＤ法により成膜する際、Ｍｇ原料であるＣｐ２Ｍｇがメモリー効果によりｐ型第１クラッド層４２１内に設定以上に多量に取り込まれたり、ｐ型電子ブロック層４１からｐ型第１クラッド層４２１にＭｇが固相拡散したりする場合がある。
　この場合、図３～図５の濃度プロファイルに示すように、ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型電子ブロック層４１との間にｐ型第３クラッド層４２３が介在する。ｐ型第３クラッド層４２３は、意図的に形成される層ではなく、ｐ型電子ブロック層４１上にｐ型第１クラッド層４２１を形成する際に、結果的に形成されてしまう遷移層である。つまり、ｐ型第３クラッド層４２３の成長条件は、典型的には、ｐ型第１クラッド層４２１の成長条件と同じである。なお、ｐ型第３クラッド層４２３の成長条件は、ｐ型第１クラッド層４２１の成長条件と異なるように設定されてもよい。
　ｐ型第１クラッド層４２１と明確に区別する場合、ｐ型第３クラッド層４２３は、ｐ型第１クラッド層４２１からｐ型電子ブロック層４１に向かってＭｇ濃度が単調増加する層と定義することができる。ｐ型第３クラッド層４２３のＭｇ濃度Ｃ３は、ｐ型第１クラッド層４２１のＭｇ濃度Ｃ１よりも大きく、例えば、２×１０１８ｃｍ－３を超える。
　図４のＭｇ濃度プロファイルに示すように、ｐ型第３クラッド層４２３の膜厚が０．２μｍ以下であれば、ｐ型第１クラッド層４２１を設けることによる効果、すなわち、ｐ型第２クラッド層４２２におけるＭｇ準位による光吸収損失を抑制する効果が得られる。言い換えると、ｐ型第３クラッド層４２３の膜厚が０．２μｍを超えると、ｐ型第３クラッド層４２３におけるＭｇ準位により青色光の吸収損失が顕著になり、素子特性の悪化を無視できなくなる。
　そこで、ｐ型第３クラッド層４２３の膜厚は、０．２μｍ以下であることが必要であり、好ましくは０．１μｍ以下である。ｐ型第３クラッド層４２３の膜厚は、ｐ型電子ブロック層４１の成長条件及びｐ型第１クラッド層４２１の成長初期の成長条件を適宜調整することにより、制御することができる。
　例えば、ｐ型電子ブロック層４１及びｐ型クラッド層４２の成長初期の成長温度を、活性層３２及びｐ側光ガイド層３３と同程度の低温（例えば、８５０℃）とし、成長レートを適宜調整することで、ｐ型電子ブロック層４１のＭｇのｐ型クラッド層４２（ｐ型第３クラッド層４２３）への拡散を抑制することができる。
　ｐ型電子ブロック層４１及びｐ型クラッド層４２の成長初期の成長温度を低温とした場合、図２に示すように、ｐ型電子ブロック層４１及びｐ型クラッド層４２の成長初期の領域に、炭素（Ｃ）が取り込まれる。Ｃ原子はＧａＮ結晶格子中ではＣ格子位置及びＧａ格子位置の両方に取り込まれ、不純物を補償する性質がある。ｐ型電子ブロック層４１中のＣ原子の濃度を適切に制御することで、Ｍｇ原子がＣ原子によって補償されるようにペアリングを生じさせ、Ｍｇの拡散を抑制することができる。
　ここで、Ｍｇは、原子濃度の１／１０程度の正孔を供給することが知られている。ｐ型電子ブロック層４１のＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ－３程度である場合、正孔濃度は１×１０１８ｃｍ－３程度となる。一方、正孔を補償する可能性のあるＣ濃度は、Ｍｇ濃度の１割以下であることが好ましい。また、Ｃ濃度が低すぎると、Ｍｇ原子の拡散を抑制する効果が低下する。これより、ｐ型電子ブロック層４１のＣ濃度は、５×１０１６～１×１０１７ｃｍ－３であることが好ましい。
　このように、実施の形態に係るＧａＮ系半導体発光素子１は、以下の特徴事項を単独で、又は、適宜組み合わせて備えている。
　すなわち、ＧａＮ系半導体発光素子１（窒化物半導体発光素子）は、ｎ型半導体層２０と、ｐ型半導体層４０と、ｎ型半導体層２０とｐ型半導体層４０との間の発光層３０とを備えるＧａＮ系半導体素子であって、ｐ型半導体層４０は、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層４３及びｐ型クラッド層４２を有し、ｐ型クラッド層４２は、発光層３０側に配置されるｐ型第１クラッド層４２１と、ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型コンタクト層４３の間に配置されるｐ型第２クラッド層４２２と、を有する。ｐ型第２クラッド層４２２の平均Ｍｇ濃度は、ｐ型第１クラッド層４２１の平均Ｍｇ濃度より高く、ｐ型クラッド層４２の全体の平均Ｍｇ濃度は、ｐ型半導体層４０の他の層（例えば、ｐ型コンタクト層４３）よりも低い。
　ＧａＮ系半導体発光素子１（窒化物半導体発光素子）の製造方法は、ｎ型半導体層２０と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間の発光層３０とを備えるＧａＮ系半導体発光素子１の製造方法であって、ｐ型半導体層４０は、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層４３及びｐ型クラッド層４２を有し、ｐ型クラッド層４２を形成する工程は、発光層３０側に第１成長条件でｐ型第１クラッド層４２１を形成する工程と、ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型コンタクト層４３の間に第２成長条件でｐ型第２クラッド層４２２を形成する工程と、を有し、第２成長条件におけるＭｇ供給量は、第１成長条件におけるＭｇ供給量よりも大きい。
　実施の形態に係るＧａＮ系半導体発光素子１及びその製造方法によれば、Ｍｇ濃度の高いｐ型第２クラッド層４２２により、低い素子抵抗を確保しつつ、Ｍｇ濃度の低いｐ型第１クラッド層４２１により、ｐ型第２クラッド層４２２のＭｇ準位による青色光の光吸収損失を低減することができ、トータルの電力光変換効率（電流と電圧の積）を高めることができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子１において、ｐ型半導体層４０は、発光層３０と接合する部分に、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型電子ブロック層４１を有することが好ましい。ｐ型電子ブロック層４１を設けることで、活性層３２への正孔の注入効率を向上することができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子１において、ｐ型第１クラッド層４２１は、厚さ方向におけるＭｇ濃度が第１のＭｇ濃度Ｃ１で一定であり、ｐ型第２クラッド層４２２は、厚さ方向におけるＭｇ濃度が第１のＭｇ濃度Ｃ１よりも高い第２のＭｇ濃度Ｃ２で一定であることが好ましい。これにより、ｐ型第１クラッド層４２１及びｐ型第２クラッド層４２２の平均Ｍｇ濃度を容易に制御でき、ｐ型第２クラッド層４２２の平均Ｍｇ濃度を、ｐ型第１クラッド層４２１の平均Ｍｇ濃度より高くすることができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子１において、第１のＭｇ濃度Ｃ１は、１～２×１０１８ｃｍ－３であることが好ましい。これにより、ｐ型第１クラッド層４２１のＭｇ準位による青色光の光吸収損失を抑制しつつ、素子抵抗を低減することができ、ＧａＮ系半導体素子１の電力光変換効率を効果的に向上することができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子１において、第２のＭｇ濃度は、５×１０１８ｃｍ－３以上であることが好ましい。これにより、素子抵抗を効果的に低減することができ、ＧａＮ系半導体素子１の電力光変換効率を向上することができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子１において、ｐ型第１クラッド層４２１の膜厚は、０．２～０．３μｍであることが好ましい。これにより、ｐ型第２クラッド層４２２におけるＭｇ準位による青色光の光吸収損失を抑制する効果を得ることができるとともに、レーザー光強度の分布が実質的に広がる。
　ＧａＮ系半導体素子１において、ｐ型クラッド層４２は、ｐ型第１クラッド層４２１とｐ型電子ブロック層４１との間に、ｐ型第１クラッド層４２１からｐ型電子ブロック層４１に向かってＭｇ濃度が単調増加するｐ型第３クラッド層４２３を有してもよい。これにより、ｐ型電子ブロック層４１からｐ型クラッド層４２へのＭｇの拡散がある程度容認され、ｐ型クラッド層４２のＭｇ濃度を容易に制御することができる。
　ＧａＮ系半導体素子１において、ｐ型第３クラッド層４２３の膜厚は、０．２μｍ以下であることが好ましい。これにより、ｐ型第３クラッド層４２３におけるＭｇ準位による光吸収損失を抑制することができる。
　ＧａＮ系半導体発光素子１において、ｐ型電子ブロック層４１及びｐ型第３クラッド層４２３における炭素濃度が０．５～１×１０１７ｃｍ－３である。これにより、ｐ型電子ブロック層４１からｐ型クラッド層４２へのＭｇの拡散を抑制することができ、ｐ型第３クラッド層４２３におけるＭｇ準位による光吸収損失を抑制することができる。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
　例えば、実施の形態で説明したＧａＮ系半導体発光素子１は、ｐ型半導体層４０の発光層３０との接合部分にｐ型電子ブロック層４１を有しているが、ｐ型電子ブロック層４１はなくてもよい。
　また例えば、実施の形態では、単一の光導波路ＷＧを有するＧａＮ系半導体発光素子について説明したが、光導波路が複数本アレイ状に形成されたＧａＮ系半導体発光素子（いわゆるバーレーザー）についても、本開示を適用して同様の効果を得ることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本開示によれば、窒化物半導体発光素子の電力光変換効率を向上することができる。
　本開示に係る窒化物半導体発光素子及び製造方法は、ＥＶモーター等に多用される銅材料の切断や溶接等のレーザー加工機に好適な青色レーザー光源として有用である。
１　ＧａＮ系半導体発光素子（窒化物半導体発光素子）
１０　基板
２０　ｎ型半導体層
３０　発光層
３２　活性層
４０　ｐ型半導体層
４１　ｐ型電子ブロック層
４２　ｐ型クラッド層
４３　ｐ型コンタクト層
４２１　ｐ型第１クラッド層
４２２　ｐ型第２クラッド層
４２３　ｐ型第３クラッド層

Claims (10)

  1. 　ｎ型半導体層と、
    　ｐ型半導体層と、
    　前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間の発光層とを備え、
    　前記ｐ型半導体層は、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層を有し、
    　前記ｐ型クラッド層は、前記発光層側に配置されるｐ型第１クラッド層と、前記ｐ型第１クラッド層と前記ｐ型コンタクト層の間に配置されるｐ型第２クラッド層と、を有し、
    　前記ｐ型第２クラッド層の平均Ｍｇ濃度は、前記ｐ型第１クラッド層の平均Ｍｇ濃度より高く、
    　前記ｐ型クラッド層の全体の平均Ｍｇ濃度は、前記ｐ型半導体層の他の層よりも低い、
    　窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記ｐ型半導体層は、前記発光層と接合する部分に、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型電子ブロック層を有する、
    　請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 　前記ｐ型第１クラッド層は、厚さ方向におけるＭｇ濃度が第１のＭｇ濃度で一定であり、
    　前記ｐ型第２クラッド層は、厚さ方向におけるＭｇ濃度が前記第１のＭｇ濃度よりも高い第２のＭｇ濃度で一定である、
    　請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
  4. 　前記第１のＭｇ濃度は、１～２×１０１８ｃｍ－３である、
    　請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
  5. 　前記第２のＭｇ濃度は、５×１０１８ｃｍ－３以上である、
    　請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
  6. 　前記ｐ型第１クラッド層の膜厚は、０．２～０．４μｍである、
    　請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  7. 　前記ｐ型クラッド層は、前記ｐ型第１クラッド層と前記ｐ型電子ブロック層との間に、前記ｐ型第１クラッド層から前記ｐ型電子ブロック層に向かってＭｇ濃度が単調増加するｐ型第３クラッド層を有する、
    　請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
  8. 　前記ｐ型第３クラッド層の膜厚は、０．２μｍ以下である、
    　請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
  9. 　前記ｐ型電子ブロック層及び前記ｐ型第３クラッド層における炭素濃度が０．５～１×１０１７ｃｍ－３である、
    　請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
  10. 　ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間の発光層とを備える窒化物半導体発光素子の製造方法であって、
    　前記ｐ型半導体層は、Ｍｇドープ窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層を有し、
    　前記ｐ型クラッド層を形成する工程は、前記発光層側に第１成長条件でｐ型第１クラッド層を形成する工程と、前記ｐ型第１クラッド層と前記ｐ型コンタクト層の間に第２成長条件でｐ型第２クラッド層を形成する工程と、を有し、
    　前記第２成長条件におけるＭｇ供給量は、前記第１成長条件におけるＭｇ供給量よりも大きい、
    　窒化物半導体発光素子の製造方法。
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