JP2020077832A - 半導体素子及び半導体レーザダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高電流密度で駆動することができる半導体素子及び半導体レーザダイオードを提供することを目的とする。【解決手段】半導体素子１は、基板１１上に設けられた半導体積層部１３と、半導体積層部１３の上方に設けられて周期性のある積層構造を有する複数の凸部１７１ａで形成された凹凸構造を有する第一窒化物半導体層１７１と、第一窒化物半導体層１７１上で凹凸構造に接触して設けられた第一電極１４と、半導体積層部１３の一部に接触して設けられた第二電極１５とを備え、複数の凸部１７１ａは、１０ｎｍより高く１０００ｎｍよりも低い範囲の高さを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子及び半導体レーザダイオードに関する。

基板上に窒化物半導体を積層させた構造を有する窒化物半導体レーザダイオードが知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−４１５８５号公報

半導体レーザダイオードでは、大電流下での高出力化およびレーザ発振の閾値を低減させることによる低電圧駆動のために高電流駆動、つまり高電流密度での駆動が求められる。特に電流注入でのレーザダイオードが実現されていない波長３２７ｎｍ以下の紫外半導体レーザダイオードにおいては、高い発振閾値を超える高電流密度での駆動が必須である。しかしながら、多くの場合半導体レーザダイオードは高電流駆動させると消費電力が増加し、生成する素子熱により素子破壊が起こり、電流がリークすることで出力が低減する、あるいはダイオード駆動しなくなる不具合が生じる。これを抑制するためには、p型コンタクト抵抗等の寄生抵抗の低減が必須である。

本発明の目的は、高電流密度で駆動することができる半導体素子及び半導体レーザダイオードを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体素子は、基板上に設けられた半導体積層部と、前記半導体積層部の上方に設けられて周期性のある積層構造を有する複数の凸部で形成された凹凸構造を有する第一窒化物半導体層と、前記第一窒化物半導体層上で前記凹凸構造に接触して設けられた第一電極と、前記半導体積層部の一部に接触して設けられた第二電極とを備え、前記複数の凸部は、１０ｎｍより高く１０００ｎｍよりも低い範囲の高さを有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体レーザダイオードは、上記本発明の半導体素子を備えていることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、高電流密度で駆動することができる。

本発明の一実施形態による半導体素子の構造の一例を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態による半導体素子のリッジ部半導体層を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態の実施例１による半導体素子の電圧―電流特性を示す図である。 本発明の一実施形態の実施例１による半導体素子のｐ−ＧａＮの表面の顕微鏡で撮像した画像である。 比較例１による半導体素子の電圧―電流特性を示す図である。 比較例１による半導体素子のｐ−ＧａＮの表面の顕微鏡で撮像した画像である。 比較例１による半導体素子の電圧―電流特性を示す図である。 比較例１による半導体素子のｐ−ＧａＮの表面の顕微鏡で撮像した画像である。

〔半導体レーザダイオード〕
本発明の一実施形態による半導体レーザダイオードは、後述する本発明の一実施形態による半導体素子と、当該半導体素子を内包するパッケージ（不図示）とを備えている。当該半導体素子は、窒化物半導体層を有している。このため、本実施形態による半導体レーザダイオードの一例として、窒化物半導体レーザダイオードが挙げられる。本実施形態による半導体レーザダイオードは、当該半導体素子がＡｌＮで形成された上部領域を有する基板上に積層されたＡｌＧａＮ層を備える構成を有することにより、波長が４００ｎｍから３２０ｎｍのＵＶＡや波長が３２０ｎｍから２８０ｎｍのＵＶＢを発光することができる。

〔半導体素子〕
本発明の一実施形態による半導体素子について図１から図８を用いて説明する。まず、本実施形態による半導体素子１の概略構成について図１及び図２を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態による半導体素子１は、基板１１と、基板１１上に設けられた半導体積層部１３とを備えている。また、半導体素子１は、半導体積層部１３上に設けられたリッジ部半導体層１７を備えている。さらに、半導体素子１は、リッジ部半導体層１７上に設けられた第一電極１４と、半導体積層部１３の一部に接触して設けられた第二電極１５とを備えている。

半導体積層部１３は、基部３０の上面３０ａの一部に設けられた第一半導体層３１を有している。半導体積層部１３は、活性層３２２を有している。半導体積層部１３は、基部３０と活性層３２２との間に設けられた下部ガイド層３２１と、活性層３２２上に設けられた上部ガイド層３２３とを有している。半導体積層部１３は、上部ガイド層３２３上に設けられた第二半導体層３３を有している。第二電極１５は、第一半導体層３１上に設けられている。

半導体素子１は、第二半導体層３３の一部を含み第二半導体層３３上に設けられたリッジ部半導体層１７を備えている。詳細は後述するが、半導体素子１は、半導体積層部１３の上方に設けられて周期性のある積層構造を有する複数の凸部で形成された凹凸構造を有する第一窒化物半導体層１７１を備えている。さらに、半導体素子１は、半導体積層部１３と第一窒化物半導体層１７１との間に設けられて周期性のある積層構造を有する第二窒化物半導体層１７２を備えている。リッジ部半導体層１７は、第一窒化物半導体層１７１、第二窒化物半導体層１７２及び第二半導体層３３の一部で構成されている。

下部ガイド層３２１と、活性層３２２と、上部ガイド層３２３とを合わせて発光部３２が構成されている。第一半導体層３１は、基部３０の上面３０ａの一部に配置されている。このため、基部３０の上面３０ａには、第一半導体層３１が形成されていない領域と、第一半導体層３１が形成されている領域とが存在する。

半導体素子１は、第一半導体層３１及び発光部３２の側面を少なくとも含む光を外部へ出射する方向の側面に設けられた共振器面１６を備えている。より具体的には、共振器面１６は、第一半導体層３１の側面と、発光部３２の側面と、第二半導体層３３の側面と、リッジ部半導体層１７の側面とによって形成される同一平面で構成されている。

次に、半導体素子１を構成する各構成要件の詳細について図１を参照しつつ図２を用いて説明する。

（基板）
基板１１を形成する材料の具体例としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。これらの材料うち、ＧａＮおよびＡｌＮおよびＡｌＧａＮ等の窒化物半導体で形成された基板を用いると、基板１１と基部３０との間の格子定数差および熱膨張係数差が小さく、欠陥の少ない窒化物半導体層を成長できる。さらに、ＡｌＮ基板を用いた場合、圧縮応力下で基部３０を成長させることができ、基部３０にクラックの発生を抑制することができる。また、基板１１を形成する上記材料には不純物が混入していてもよい。基板１１は、ＡｌＮで形成された上部領域を有していてもよい。基板１１は、全体がＡｌＮで形成されていることにより、ＡｌＮで形成された上部領域を有してもよい。また、基板１１は、ＡｌＮ以外の材料で形成された基板上にＡｌＮが積層されることにより、ＡｌＮで形成された上部領域を有してもよい。

基板１１は、薄板の四角形状を有していることが組立上好ましいが、これに限らない。

（基部）
基部３０を形成する材料は、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびその混晶である。つまり、基部３０は、ＡｌＮを含んでいてもよい。具体例としてはＡｌＮ、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０≦ｘ＜１）が挙げられる。また、これらの材料には、Ｐ、Ａｓ、ＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が含まれていてもよい。また、基部３０の上面３０ａは、第一半導体層３１が形成されていない領域がＡｌＧａＮで形成されている。基部３０は、III族元素としてＡｌ、Ｇａ以外の例えばＢやＩｎを含んでいてもよいが、ＢやＩｎを含む箇所において欠陥の形成や耐久性の変化が生まれることから、Ａｌ、Ｇａ以外のIII族元素を含まないことが好ましい。基部３０は、導電性を有していても絶縁体であっても良い。基部３０をｎ型半導体にする場合、例えばＳｉをドープ（例えば１×１０^１９ｃｍ^−３）することで基部３０をｎ型化させる。基部３０をｐ型半導体にする場合、例えばＭｇをドープする（例えば３×１０^１９ｃｍ^−３）ことで基部３０をｐ型化させる。

基部３０は、単層構造を有していても、積層構造を有していてもよい。基部３０は、積層構造として例えば基板１１上に設けられたＡｌＮ層と、当該ＡｌＮ層上に設けられたＡｌ_ｘＧａ_ｙＮ層（０≦ｘ＜１）との積層構造を有していてもよい。また、基部３０は、積層構造として例えばＡｌ_ｘ４Ｇａ_ｙ４Ｎ層（０≦ｘ４＜１）と、当該Ａｌ_ｘ４Ｇａ_ｙ４Ｎ層上に設けられたＡｌ_ｘ５Ｇａ_ｙ５Ｎ層（０≦ｘ５＜ｘ４＜１）とを含む構造を有していてもよい。さらに、基部３０は、積層構造として例えばＡｌＮ層と、当該ＡｌＮ層上に設けられたＡｌ_ｘ４Ｇａ_ｙ４Ｎ層（０≦ｘ４＜１）と、当該Ａｌ_ｘ４Ｇａ_ｙ４Ｎ層上に設けられたＡｌ_ｘ５Ｇａ_ｙ５Ｎ層（０≦ｘ５＜ｘ４＜１）とを含む構造を有していてもよい。また、基部３０は、組成を傾斜させた構造を有していても良い。例えば、基部３０は、ｘを１から０．６まで連続的又は階段状に変化させたＡｌ_ｘＧａ_ｙＮ層（０≦ｘ＜１）層を有していても良い。

（第一半導体層）
第一半導体層３１は、基部３０の上であって基部３０の一部に形成されている。第一半導体層３１は、基部３０の上面３０ａの全面に形成されていてもよい。第一半導体層３１は、発光部３２へ電子あるいは正孔を供給するために、導電性を有していてもよい。第一半導体層３１を形成する材料として、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびその混晶が挙げられる。第一半導体層３１を形成する材料の具体例は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０≦ｘ≦１）である。第一半導体層３１を形成するＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘは、基部３０の上面３０ａのＡｌ_ｘＧａ_ｙＮのＡｌ組成比ｘと同じであってもよいし、上面３０ａのＡｌ_ｘＧａ_ｙＮのＡｌ組成比ｘよりも小さくてもよい。これにより、基部３０と第一半導体層３１との積層界面での欠陥の発生を抑制することが可能となる。また、第一半導体層３１を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったIII族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅなどの不純物が含まれていてもよい。

第一半導体層３１がｎ型半導体の場合、例えばＳｉを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｎ型化させることが可能である。第一半導体層３１がｐ型半導体の場合、例えばＭｇを３×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｐ型化させることが可能である。第一半導体層３１は、組成を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、第一半導体層３１は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘが０．８から０．６に連続的又は階段状に変化させた層構造を有していてもよい。第一半導体層３１の厚さは、特に制限されない。例えば、第一半導体層３１の抵抗を低減させるために１００ｎｍ以上であってもよいし、第一半導体層３１の形成時のクラックの発生を抑制する観点から１０μｍ以下であってもよい。

（下部ガイド層）
下部ガイド層３２１は、第一半導体層３１の上に形成されている。下部ガイド層３２１は、活性層３２２で発光した光を発光部３２に閉じ込めるために、第一半導体層３１と屈折率差をつけている。下部ガイド層３２１を形成する材料として、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびその混晶が挙げられる。下部ガイド層３２１を形成する材料の具体例は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０≦ｘ≦１）である。下部ガイド層３２１を形成するＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘは、第一半導体層３１を形成するＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘよりも小さくてもよい。これにより、下部ガイド層３２１は、第一半導体層３１よりも屈折率が大きくなり、活性層３２２で発光した光を発光部３２に閉じ込めることが可能となる。また、下部ガイド層３２１を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったIII族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅなどの不純物が含まれていてもよい。

下部ガイド層３２１がｎ型半導体の場合、例えばＳｉを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｎ型化させることが可能である。下部ガイド層３２１がｐ型半導体の場合、例えばＭｇを３×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｐ型化させることが可能である。下部ガイド層３２１は、アンドープ層であってもよい。下部ガイド層３２１は、組成を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、下部ガイド層３２１は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘを０．６から０．５に連続的又は階段状に変化させる層構造を有していてもよい。下部ガイド層３２１の厚さは、特に制限されない。下部ガイド層３２１の厚さは、活性層３２２からの発光を効率よく発光部３２へ閉じ込めるために１０ｎｍ以上であってもよい、また、下部ガイド層３２１の厚さは、下部ガイド層３２１の抵抗を低減させる観点から２μｍ以下であってもよい。

（活性層）
活性層３２２は、半導体素子１の発光が得られる層である。つまり、活性層３２２は、発光層である。活性層３２２を形成する材料として、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびその混晶が挙げられる。活性層３２２を形成する材料の具体例は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}Ｎ（０≦ｘ３≦１）である。活性層３２２のＡｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}ＮのＡｌ組成比ｘ３は、第二電極１５および第一電極１４から注入したキャリアを効率よく発光部３２に閉じ込めるために、下部ガイド層３２１のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘよりも小さくてもよい。例えば、活性層３２２は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}Ｎ（０．３＜ｘ３＜１）で形成されていてもよい。また、活性層３２２を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったIII族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅなどの不純物が含まれていてもよい。

活性層３２２がｎ型半導体の場合、例えばＳｉを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｎ型化させることが可能である。活性層３２２がｐ型半導体の場合、例えばＭｇを３×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｐ型化させることが可能である。活性層３２２は、アンドープ層でもよい。活性層３２２は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}ＮのＡｌ組成比ｘ３を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、活性層３２２は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}ＮのＡｌ組成比ｘ３を０．５から０．４に連続的又は階段状に変化させる層構造を有していてもよい。

活性層３２２は、例えばＡｌＧａＮで形成された障壁層を有し、井戸層及び障壁層が１つずつ交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有していてもよい。半導体素子１は、多重量子井戸構造の活性層３２２を有することにより、活性層３２２の発光効率や発光強度の向上を図ることができる。活性層３２２は、例えば「障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層」という二重量子井戸構造を有していてもよい。超格子の井戸層と障壁層との間の界面（超格子界面）には、井戸層及び障壁層の格子定数差による分極によって２次元的に拡がったキャリア（２次元キャリアガス）が生成している。これら井戸層のそれぞれの膜厚は例えば４ｎｍであってよく、これらの障壁層のそれぞれの膜厚は例えば８ｎｍであってよく、活性層３２２の膜厚は３２ｎｍであってもよい。

（上部ガイド層）
上部ガイド層３２３は、活性層３２２の上に形成されている。上部ガイド層３２３は、活性層３２２で発光した光を発光部３２に閉じ込めるために、第二半導体層３３と屈折率差をつけている。上部ガイド層３２３を形成する材料として、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびその混晶が挙げられる。上部ガイド層３２３を形成する材料の具体例は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０≦ｘ≦１）である。上部ガイド層３２３のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘは、活性層３２２のＡｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}ＮのＡｌ組成比ｘ３よりも大きくてもよい。これにより、活性層３２２へキャリアを閉じ込めることが可能となる。また、上部ガイド層３２３を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったIII族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅなどの不純物が含まれていてもよい。

上部ガイド層３２３がｎ型半導体の場合、例えばＳｉを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｎ型化させることが可能である。上部ガイド層３２３がｐ型半導体の場合、例えばＭｇを３×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｐ型化させることが可能である。上部ガイド層３２３は、アンドープ層でもよい。上部ガイド層３２３は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、上部ガイド層３２３は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘを０．５から０．６に連続的又は階段状に変化させる層構造を有していてもよい。上部ガイド層３２３の厚さは、特に制限されない。上部ガイド層３２３の厚さは、活性層３２２からの発光を効率よく発光部３２へ閉じ込めるために１０ｎｍ以上であってもよい。また、上部ガイド層３２３の厚さは、上部ガイド層３２３の抵抗を低減させる観点から２μｍ以下であってもよい。上部ガイド層３２３及び下部ガイド層３２１のそれぞれのＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０≦ｘ≦１）のＡｌ組成比ｘは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

（第二半導体層）
第二半導体層３３は、上部ガイド層３２３の上に形成されている。第二半導体層３３は、共振器面１６及び共振器面１６に対向する面の間で土手状に突出する突出部３３１を有している。第二半導体層３３は、発光部３２へ電子あるいは正孔を供給するために、導電性を有していてもよい。第二半導体層３３を形成する材料として、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびその混晶が挙げられる。第二半導体層３３を形成する具体例は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０≦ｘ≦１）である。第二半導体層３３のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘは、上部ガイド層３２３のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘよりも大きくてもよい。これにより、上部ガイド層３２３と第二半導体層３３との間に屈折率差が生じ、活性層３２２からの発光を効率よく発光部３２へ閉じ込めることができる。また、第二半導体層３３のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘが、上部ガイド層３２３のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘよりも大きいと、第一電極１４から注入したキャリアを効率よく発光部３２へ閉じ込めることができる。

また、第二半導体層３３には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったIII族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅなどの不純物が含まれていてもよい。第二半導体層３３がｎ型半導体の場合、例えばＳｉを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｎ型化させることが可能である。第二半導体層３３がｐ型半導体の場合、例えばＭｇを３×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｐ型化させることが可能である。第二半導体層３３は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、第二半導体層３３は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘを０．８から０．３に連続的又は階段状に変化させる層構造を有していてもよい。第二半導体層３３の厚さは、特に制限されない。第二半導体層３３の厚さは、活性層３２２からの発光を効率よく発光部３２へ閉じ込めるために１０ｎｍ以上であってもよい。また、第二半導体層３３の厚さは、第二半導体層３３の抵抗を低減させる観点から５μｍ以下であってもよい。第二半導体層３３は、単層構造でもよく、積層構造でもよい。第二半導体層３３が積層構造を有する場合、例えばｕ−Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ｎで形成されて厚さが２０ｎｍの層の上にｐ−ＡｌｘＧａ_ｙＮの組成を傾斜させて形成されて厚さが１５０ｎｍの層を有していてもよい。ｐ−ＡｌｘＧａ_ｙＮの組成を傾斜させた層（組成傾斜層）は、ｕ−Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ｎで形成された層側から例えばＡｌ組成比ｘが０．８から０．３に傾斜し、Ｇａ組成比ｙが０．２から０．７に傾斜してもよい。

（リッジ部半導体層）
リッジ部半導体層１７は、第二半導体層３３の上であって第二半導体層３３の一部に形成されている。リッジ部半導体層１７は、第二半導体層３３の突出部３３１を含んで構成されている。リッジ部半導体層１７が第二半導体層３３の一部に形成されることにより、第一電極１４から注入されるキャリアがリッジ部半導体層１７中で基板１１の水平方向に拡散することが抑制される。これにより、活性層３２２での発光が、リッジ部半導体層１７の下方に位置する領域（すなわち第二半導体層３３の突出部３３１の下方に位置する領域）に制御される。その結果、半導体素子１は、高電流密度を実現し、レーザ発振の閾値を低減させることが可能になる。リッジ部半導体層１７は、発光部３２へ電子あるいは正孔を供給するために、導電性を有していてもよい。第二半導体層３３の突出部３３１を除いたリッジ部半導体層１７を形成する材料として、ＡｌＮ、ＧａＮ、およびその混晶が挙げられる。リッジ部半導体層１７を形成する材料の具体例は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０≦ｘ≦１）である。リッジ部半導体層１７のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘは、第二半導体層３３のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘと同じであってもよいし、大きくてもよい。これにより、第二半導体層３３は、第一電極１４から注入されたキャリアを効率よく発光部３２へ運搬することができる。また、リッジ部半導体層１７を形成する材料には、Ｐ、Ａｓ又はＳｂといったＮ以外のＶ族元素や、Ｉｎ又はＢといったIII族元素、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｓｉ、Ｃｄ、Ｚｎ又はＢｅなどの不純物が含まれていてもよい。

リッジ部半導体層１７がｎ型半導体の場合、例えばＳｉを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｎ型化させることが可能である。リッジ部半導体層１７がｐ型半導体の場合、例えばＭｇを３×１０^１９ｃｍ^−３ドープすることでｐ型化させることが可能である。リッジ部半導体層１７は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比を傾斜させた構造を有していてもよい。例えば、リッジ部半導体層１７は、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}ＮのＡｌ組成比ｘを０．８から０．３に連続的又は階段状に変化させる層構造を有していてもよい。リッジ部半導体層１７の厚さは、特に制限されない。リッジ部半導体層１７の厚さは、活性層３２２からの発光を効率よく発光部３２へ閉じ込めるために１０ｎｍ以上であってもよい。また、リッジ部半導体層１７の厚さは、リッジ部半導体層１７の抵抗を低減させる観点から５μｍ以下であってもよい。

ここで、リッジ部半導体層１７の詳細は構成について図２を用いて説明する。図２は、リッジ部半導体層１７の長手方向に直交する方向に切断したリッジ部半導体層１７の断面を模式的に示している。図２では、理解を容易にするため、第一電極１４が併せて図示されている。なお、図２では、理解を容易にするため、リッジ部半導体層１７の各構成要素及び第一電極１４の縮尺率は、実際の縮尺率と異なっている。

図２に示すように、リッジ部半導体層１７は、第二半導体層３３の突出部３３１の上方に形成された第一窒化物半導体層１７１と、第二半導体層３３の突出部と第二半導体層３３との間に設けられた第二窒化物半導体層１７２とを有している。

第一窒化物半導体層１７１は、周期性のある積層構造を有する複数の凸部１７１ａで形成された凹凸構造を有している。周期性のある積層構造は、超格子構造である。このため、第一窒化物半導体層１７１の表面は、凹凸かつ超格子構造を有している。第一電極１４は、第一窒化物半導体層１７１上で凹凸構造に接触して設けられている。第一電極１４は、複数の凸部１７１ａの間の空間（凹凸構造の凹部）に埋め込まれて設けられている。複数の凸部１７１ａは、１０ｎｍより高く１０００ｎｍよりも低い範囲の高さを有している。ここで、凸部１７１ａの高さは、第二窒化物半導体層１７２側の端面から第一電極１４側の端面までの長さである。図２では、複数の凸部１７１ａは、全て同じ高さを有しているが、少なくとも一部は異なる高さを有していてもよい。複数の凸部１７１ａの高さが一定でない場合、複数の凸部１７１ａによって形成される凹凸構造は、最も高い凸部１７１ａの第一電極１４側の端面と、最も低い部分（第一窒化物半導体層１７１が形成された第二窒化物半導体層１７２の表面）との差が１０ｎｍよりも大きく１０００ｎｍよりも小さくなっている。さらに、換言すると、当該凹凸構造は、１０ｎｍよりも大きく１０００ｎｍよりも小さい深さを有している。

図２では、複数の凸部１７１ａは、規則的に配置され、かつ隣接する凸部１７１ａの間（凹部）に第二窒化物半導体層１７２が露出されている。さらに、第一窒化物半導体層１７１を第一電極１４が配置された面から見た場合、第一窒化物半導体層１７１における占有面積は、凸部１７１ａの方が凹部よりも多くなっているが、これらに限られない。複数の凸部１７１ａのうちの少なくとも一部では、隣接する凸部１７１ａ同士の一部分（第二窒化物半導体層１７２側の部分）が接触していてもよい。この接触している部分が第一窒化物半導体層１７１の凹凸構造の凹部になる。さらに、第一窒化物半導体層１７１を第一電極１４が配置された面から見た場合、第一窒化物半導体層１７１における占有面積は、隣接する凸部１７１ａ同士の一部分が接触している部分及び第二窒化物半導体層１７２が露出する部分である凹部が凸部１７１ａよりも多くてもよい。

第一窒化物半導体層１７１の凸部１７１ａは、組成比の異なる窒化物半導体層（例えばＡｌ組成比の異なるＡｌＧａＮ層）が交互に繰り返し積層されて形成されている。図２では、窒化物半導体層の組成比が異なることがハッチングの有無によって表されている。

第一窒化物半導体層１７１の表面は、１０ｎｍから１０００ｎｍの凹凸かつ超格子構造を有している。凸部１７１ａの高さ（凹凸構造の深さ）が１０ｎｍ以上であると、凸部１７１ａの高さが超格子構造の周期以上になる。このため，凸部１７１ａの端面に超格子の切れ目と第一電極１４との接触点を適切に形成することができる。これにより、第一窒化物半導体層１７１と第一電極１４とのコンタクト抵抗が低減される。これは、超格子構造の界面には歪み起因の分極による、キャリアが多量生成しており、半導体層部よりも電極との間のエネルギー障壁を低減させる役割がある。凸部１７１ａの端面に切れ目があることにより、この切れ目においてエネルギー障壁が局所的に小さくなっており、コンタクト抵抗の低減に繋がっている。凸部１７１ａの高さが１０００ｎｍ以上であると、ｎ型電極とｎ型半導体間のコンタクト抵抗が高くなる懸念がある。これは、ラフネスが大きすぎて、ｎ型電極をｎ型半導体に均一に接触させることが困難であるためである。また、凸部１７１ａの高さが１０００ｎｍ以上であると、第一電極１４を凸部１７１ａに隙間なく接触させることが極めて困難である。また、第二電極１５をｎ型の第一半導体層３１に隙間なく接触させることが極めて困難である。これに対し、本実施形態では、凸部１７１ａは、１０００ｎｍ未満の高さに形成されているので、電極と半導体層とのコンタクト抵抗が低減され、デバイス抵抗（すなわち半導体素子１自体の抵抗）が抑制され、駆動電圧のバラつきも抑制される。さらに、活性層への電流注入の向上が図られる。

一般的には、所定の素子が電極に接触する接触層の表面に凹凸構造自体を有すると、当該素子に電流を均一に流すことができなくなる。その結果、素子破壊が誘発される。このため、電極との接触層の表面に凹凸構造を有することは好ましくない。しかしながら、電極との接触層の表面が凹凸構造を有していても、当該凹凸構造が超格子構造を有すると、超格子構造を有さない凹凸構造よりも素子破壊を伴わない高電流を素子に流すことができる。さらに、電極との接触層の表面に形成された凹凸構造が超格子構造を有すると、電極との接触層の表面が平坦でかつ超格子構造を有さない場合と比較して、素子破壊を伴わない高電流を流すことができる。このように、凹凸構造を有していても素子破壊を伴わない高電流が流せるのは、凹凸構造を有することで電極が凹部に埋め込まれて、凹凸構造の側壁と電極とが接触することができるので、凸部に形成された超格子構造の積層界面に集まる高正孔密度領域と電極とが直接接触することが出来るため、コンタクト抵抗を低減させることができることが要因であると考えられる。さらに、凹凸構造を有していても素子破壊を伴わない高電流が流せることの他の要因として、凸部に形成された超格子構造の積層界面に集まる高正孔密度領域から注入されたキャリアが直接２次元的に広がる超格子界面に伝導し、キャリアが平面方向に瞬時に拡散することであると考えられる。

凸部１７１ａに形成された超格子構造は、必ずしも凸部１７１ａの全てを満たしている必要はなく、積層構造における窒化物半導体層の積層方向において部分的に設けられていてもよい。また、超格子構造を構成する窒化物半導体層のそれぞれの膜厚は必ずしも同じ膜厚周期で無くても良い。超格子構造を構成する窒化物半導体層の１層の膜厚範囲は、１ｎｍ以上１５ｎｍ以下であってもよい。超格子構造を構成する窒化物半導体層の１層の膜厚が１ｎｍ以上であると、凸部１７１ａにおいて隣り合う窒化物半導体層の積層界面でのエネルギー傾斜が大きくなる。これにより、第一窒化物半導体層１７１の活性化が行われやすくなる。また、超格子構造を構成する窒化物半導体層の１層の膜厚が１５ｎｍ以下であると、凸部１７１ａにおいて隣り合う窒化物半導体層の積層界面同士の距離が近くなる。これにより、第一窒化物半導体層１７１において凸部１７１ａを構成する窒化物半導体層の積層方向への電気的伝導において、第一窒化物半導体層１７１の抵抗値が小さくなり、駆動電圧が低く保持できる。

第一窒化物半導体層の凸部１７１ａの積層構造は、窒化物の組成周期が変化してもよい。組成周期とは、組成の異なる２つの窒化物層を一組とした場合、当該一組の窒化物層の組成が変化する周期をいう。例えば、当該２つのＡｌＧａＮ層の一組が積層されるごとに、当該一組の窒化物層の組成が「「ｘ１が０．１かつｘ２が０．３」→「ｘ１が０．１１かつｘ２が０．３１」→「ｘ１が０．１２かつｘ２が０．３２」→・・・・」というように変化してもよい。この場合、当該一組の窒化物層の積層周期が組成周期となる。また、当該一組の窒化物層が複数回積層されると当該一組の窒化物層の組成が変化してもよい。この場合、当該一組の窒化物層が組成変化するまでに積層される回数が組成周期となる。

第一窒化物半導体層１７１は、凸部１７１ａを構成する２種類のＡｌＧａＮ層のＡｌ組成比が凹凸構造の表面に行くほど徐々に小さくなることで、下層（第二窒化物半導体層１７２側）にＡｌ組成比の高いＡｌＧａＮ層が配置される。これにより、第一窒化物半導体層１７１と第一電極１４のエネルギー差が段階的に変化するので、第一窒化物半導体層１７１に正孔を注入し易くなる。その結果、半導体素子１の素子抵抗を下げることが出来る。

凸部１７１ａは、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎ（０≦ｘ１＜０．６）で形成された窒化物層とＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎ（ｘ２＜ｘ１）で形成された窒化物層とが交互に繰り返し積層された積層構造を有していてもよい。以下、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎで形成された窒化物層を「Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎ層」又は「ＡｌＧａＮ層」と略記する場合がある。また、Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎで形成された窒化物層を「Ａｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎ層」又は「ＡｌＧａＮ層」と略記する場合がある。この場合、凸部１７１ａは、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎ層によって第一電極１４と接触してもよい。Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎ層のＡｌ組成比ｘ１が０．６未満であると、第一窒化物半導体層１７１と第一電極１４とのコンタクト抵抗が低くなるので、半導体素子１の駆動電圧を低減することができる。また、半導体素子１は、活性層３２２への電流注入の向上を図ることができる。

また、ＡｌＮで形成されたＡｌＮ層を下地としたＡｌＧａＮ成長によって第一窒化物半導体層１７１を形成する場合、下層のＡｌＮ層とのＡｌ組成差に基づく格子緩和のさせやすさの点から、凸部１７１ａを構成するＡｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎ層のＡｌ組成比ｘ１は、０．６未満にするとよい。また、下層にＡｌＮを有していることで、表面を緩和により凸部１７１ａを島成長させることが出来る。

凸部１７１ａは、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎで形成された窒化物層とＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎ（ｘ２＜ｘ１かつ０≦ｘ２＜０．３）で形成された窒化物層とが交互に繰り返し積層された積層構造を有していてもよい。凸部１７１ａを構成するＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎ層のＡｌ組成比ｘ２を０．３未満とすることにより、半導体素子１の駆動電圧を低減することができる。

凸部１７１ａの積層構造を構成する窒化物層のＡｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}ＮのＡｌ組成比ｘ１及びＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}ＮのＡｌ組成比ｘ２の平均値は、０より大きく０．４よりも小さくてもよい。凸部１７１ａを構成するＡｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎ層のＡｌ組成比ｘ１及びＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎ層のＡｌ組成比ｘ２の平均値が０．４未満であると、第一電極１４と第一窒化物半導体層１７１との接触抵抗が低くなる。これにより、半導体素子１の駆動電圧を低くすることができ、半導体素子１が破壊されてしまうことを防止できる。

活性層３２２がＡｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}Ｎで形成されている場合、Ａｌ組成比ｘ３が０．３より大きいと、必然的に下部ガイド層３２１及び上部ガイド層３２３のそれぞれのＡｌ組成比を高くする必要がある。この場合、本実施形態における第一窒化物半導体層１７１と第一電極１４とのコンタクト抵抗の低減効果を有する凹凸及び超格子構造を第一窒化物半導体層１７１に用いる効果は極めて高い。

図２に示すように、リッジ部半導体層１７は、第一窒化物半導体層１７１の下方に第二窒化物半導体層１７２を有している。第二窒化物半導体層１７２は、周期性のある積層構造を有している。第二窒化物半導体層１７２は、例えば異なる組成の２種類の窒化物層が交互に繰り返して積層されているという周期性のある積層構造を有している。しかしながら、第二窒化物半導体層１７２は、第一窒化物半導体層１７１と異なり、凹凸構造を有していない。第二窒化物半導体層１７２は、組成の異なる２種類の窒化物層（例えばＡｌＧａＮ層）を交互に繰り返して積層して形成されている。超格子構造を有する第二窒化物半導体層１７２が凹凸構造を有する第一窒化物半導体層１７１の下層に連続的に形成されると、凹部（すなわち凸部１７１ａが形成されていない領域）の下方及び凸部１７１ａの下方に均等に電流を流すことが出来る。複数の凸部１７１ａの高さが異なる場合や、隣り合う凸部１７１ａの間の凹部に相当する領域に超格子構造が形成されている場合（すなわち隣り合う凸部１７１ａの間に第二窒化物半導体層１７２が露出していない場合）に、第一窒化物半導体層１７１と第二窒化物半導体層１７２との接触面の抵抗を凹部及び凸部で均等にすることで、電流の不均一性を抑制できる。これにより、半導体素子１の局所的な素子破壊を抑制できる。

凹凸構造はコンタクトのみならず、コンタクト部の下方の半導体層でのバルク抵抗にも差異が生じる。このため、コンタクト抵抗を下げる超格子構造下の半導体は、薄膜平坦であるとよい。具体的には、凸部１７１ａと第二窒化物半導体層１７２との界面には、０ｎｍ以上１０ｎｍ以下の深さの凹凸が形成されていてもよい。つまり、凸部１７１ａと第二窒化物半導体層１７２との接触面は、０ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内の凹凸であれば、平坦と見做すことができる。凸部１７１ａと第二窒化物半導体層１７２との界面の凹凸の深さが１０ｎｍより小さいことで、複数の凸部１７１ａと第二窒化物半導体層１７２とのそれぞれのコンタクト抵抗の抵抗差が小さくなる。これにより、局所的に電流が集中することを防止できるので、半導体素子１の素子破壊を抑制することができる。

凸部１７１ａと第二窒化物半導体層１７２との境界領域において、第一窒化物半導体層１７１の水平方向格子定数は、第二窒化物半導体層１７２の水平方向格子定数よりも大きくてもよい。第一窒化物半導体層１７１の水平方向格子定数が第二窒化物半導体層１７２の水平方向格子定数よりも大きくすると、第一窒化物半導体層１７１に凹凸構造を形成しやすくなる。第一窒化物半導体層１７１に凹凸構造が形成しやすくなるのは、第一窒化物半導体層１７１と第二窒化物半導体層１７２との間に格子不整合が生じた場合、結晶成長時に核となる構造がまずランダムに成長し、その核を起点として成長が行われ、３次元成長することで凹凸差を有する表面が出来るためである。

第一窒化物半導体層１７１に凹凸構造を形成する形成方法としては、薄膜成長中の格子緩和により、２次元成長から３次元成長へと成長モードが変化することで凹凸化させる方法がある。また、当該形成方法として、２次元成長で薄膜を最表層まで積層させたのちに、エッチング処理により凹凸を構成する方法がある。さらに、当該形成方法として、平坦薄膜を積層させたのちにＳｉＯ_２等の成長抑制層をパターニングし、再度超格子構造を成長させることで凹凸の超格子構造を作製する方法等がある。

（第一電極）
第一電極１４は、リッジ部半導体層１７上に形成されている。第一電極１４がｎ型電極の場合、第一電極１４を形成する材料としては、第一電極１４がリッジ部半導体層１７に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のｎ型電極に対応する材料を使用することが可能である。例えば、第一電極１４がｎ型電極の場合の形成材料として、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗおよびその合金、又はＩＴＯ等が適用される。

第一電極１４がｐ型電極の場合、第一電極１４を形成する材料としては、第一電極１４が窒化物半導体発光素子に正孔（ホール）を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のｐ型電極層と同じ材料を使用することが可能である。例えば、第一電極１４がｐ型電極の場合の形成材料として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕおよびその合金、又はＩＴＯ等が適用される。第一電極１４がｐ型電極の場合は、第一電極１４とリッジ部半導体層１７とのコンタクト抵抗が小さいＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであってもよい。

第一電極１４は、第一電極１４の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極を有していてもよい。パッド電極を形成する材料としては、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ又はＷなどが挙げられる。当該パッド電極は、導電性の観点から、これらの材料のうち導電性が高いＡｕで形成されていてもよい。具体的には、第一電極１４の構造として、例えばＮｉ及びＡｕの合金で形成された第二コンタクト電極をリッジ部半導体層１７上に形成し、Ａｕで形成された第二パッド電極を第二コンタクト電極上に形成した構造が挙げられる。

（第二電極）
第二電極１５は、第一半導体層３１の上に形成されている。第二電極１５がｎ型電極の場合、第二電極１５を形成する材料としては、第二電極１５が第一半導体層３１に電子を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のＮ型電極に対応する材料を使用することが可能である。例えば、第二電極１５がｎ型電極の場合の形成材料として、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗおよびその合金、またはＩＴＯ等が適用される。

第二電極１５がｐ型電極の場合、第二電極１５を形成する材料としては、第二電極１５が窒化物半導体発光素子に正孔（ホール）を注入する目的で用いられるのであれば、一般的な窒化物半導体発光素子のｐ型電極層と同じ材料を使用することが可能である。例えば、第二電極１５がｐ型電極の場合の形成材料として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｕおよびその合金、またはＩＴＯ等が適用される。第二電極１５がｐ型電極の場合は、第二電極１５と半導体積層部１３の第一半導体層３１とのコンタクト抵抗が小さいＮｉ、Ａｕ若しくはこれらの合金、又はＩＴＯであってもよい。

第二電極１５は、第二電極１５の全域に電流を均等に拡散させる目的で、上部にパッド電極を有していてもよい。パッド電極を形成する材料としては、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ又はＷなどが挙げられる。当該パッド電極は、導電性の観点から、これらの材料のうち導電性が高いＡｕで形成されていてもよい。具体的には、第二電極１５の構造として、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕの中から選択された素材の合金で形成された第一コンタクト電極を第一半導体層３１上に形成し、Ａｕで形成された第一パッド電極を第一コンタクト電極上に形成した構造が挙げられる。

（共振器面）
共振器面１６は、第一半導体層３１、発光部３２、第二半導体層３３及びリッジ部半導体層１７のそれぞれの側面によって形成される同一平面で構成されている。共振器面１６は、発光部３２の発光を共振器面１６で反射させることを目的として設けられている。共振器面１６で反射した光を発光部３２に閉じ込めるために、共振器面１６は、半導体素子１の光の出射側と、出射側の反対の側面に、対を成して備えられていてもよい。共振器面１６において、発光部３２からの発光を反射させるために、共振器面１６は、発光部３２と上部ガイド層３２３との接触面に対して垂直かつ平坦であってもよい。しかしながら、共振器面１６は、全体にあるいは部分的に傾斜部あるいは凹凸部を有していてもよい。

共振器面１６の上には、誘電体多層膜等の絶縁保護膜、及び反射膜が形成されていてもよい。具体的には、当該絶縁保護膜は、ＳｉＯ_２で形成されていてよく、その他にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ又はＨｆＯ_２等で形成されていてもよい。また、当該絶縁保護膜は、これらの材料が積層された構造を有していてもよい。当該絶縁保護膜は、半導体素子１の共振器面１６の光の出射側、及び光の反対側両方の面において形成されていてもよい。共振器面１６の光の出射側に形成された絶縁保護膜と、光の反射側に形成された絶縁保護膜は、同じ構造を有していてもよいし、異なる構造を有していてもよい。

（特定方法）
第一窒化物半導体層１７１に形成される凹凸構造の膜厚差及び接面のずれの特定方法として、以下の方法がある。ｐ型III族窒化物半導体表面が露出している場合は、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）を用いて任意の１０μｍ×１０μｍの範囲内においての高低差を凹凸構造の厚み差と定義する。ただし、ｐ型III族窒化物半導体表面が露出していない場合、例えば第一電極１４が全面を被覆する構造、あるいは該露出領域周辺に該露出部よりも高さの高い凸構造が存在しＡＦＭの針の接触を阻害する場合においては、上述の手法を用いることが困難である。このため、積層方向と垂直な断面を分割及び研磨し、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）加工し、その断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）観察あるいは透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）観察することで高低差を測長することができる。ただし、５０ｎｍ以上の測長はＳＥＭを、５０ｎｍ以下の測長はＴＥＭを用いて測長する。また、同定する高低差が１ｃｍ程度に拡大される倍率を選択する。

第一窒化物半導体層１７１及び第二窒化物半導体層１７２の周期性のある積層構造（すなわち超格子構造）及び組成の特定方法として、以下の方法がある。窒化物層の積層方向と垂直な断面を分割及び研磨し、集束イオンビーム加工し、その断面を走査型電子顕微鏡観察あるいは透過電子顕微鏡観察することで周期構造を確認することができる。ただし、５０ｎｍ以上の測長はＳＥＭを、５０ｎｍ以下の測長はＴＥＭを用いて測長する。また、同定する高低差が１ｃｍ程度に拡大される倍率を選択する。超格子構造の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＥＤＸ）で特定する。超格子構造内の各層において測定のバラつきを考慮しＡｌ組成比率が各層平均値の±０．０５内であれば同一組成層と定義する。

第一窒化物半導体層１７１及び第二窒化物半導体層１７２をそれぞれ形成する窒化物層の格子定数の測定には、Ｘ線回折装置を用いる。III族窒化物半導体のａ軸およびｃ軸の格子定数は（０００２）面に対して測定を行うことで算出可能であり、ａ軸の格子定数は（１０−１２）面に対して測定を行うことで算出可能である。より正確には、Ｘ線回折装置を用いて２θ方向とω方向の測定による逆格子測定（Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｓｐａｃｅ ｍａｐｐｉｎｇ）により、格子歪みを考慮した格子定数の測定が可能である。例えば、（２０−２４）面に対しての逆格子測定を実施し、得られたピーク位置からｃ軸およびａ軸の格子定数を算出することが可能である。さらに、各層の緩和率は以下の式（２）で定義される。

Ａ層のａ軸格子定数をａ_Ａ、Ｂ層のａ軸格子定数をａ_Ｂと定義し、Ｂ層のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮの１００％緩和時の格子定数をａ_Ｂ１００と定義すると、Ｂ層のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮの１００％緩和時の格子定数ａ_Ｂ１００は、以下の式（１）で表現される。また、Ａ層に対するＢ層の緩和率αは、Ａ層のａ軸格子定数ａ_Ａ、Ｂ層のａ軸格子定数ａ_Ｂと定義し及びＢ層のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮの１００％緩和時の格子定数をａ_Ｂ１００より、以下の式（２）で表現される。なお、本実施形態では１００％緩和時のＡｌＮのａ軸格子定数を３．１１２Å、ＧａＮのａ軸格子定数を３．１８９Åと仮定している。
ａ_Ｂ１００＝３．１８９×（１−ｚ）＋３．１１２×ｚ ・・・（１）
α＝（｜ａ_Ｂ−ａ_Ａ｜）／（｜ａ_Ｂ１００−ａ_Ａ｜） ・・・（２）

具体例として、例えばＲｉｇａｋｕのＳｍａｒｔＬａｂを用いて（２０−２４）面に対して逆格子測定を実施した場合、ピーク値を表現するＱｘ、Ｑｙから、ａ軸格子定数は、「（（１／Ｑｘ）／（√３／２））×２」によって算出することができ、ｃ軸格子定数は、「（１／Ｑｙ）×４」によって算出することができる。

＜実施例＞
次に、本実施形態の実施例による半導体素子について図１及び図２を参照しつつ図３から図８を用いて説明する。

（実施例１）
（０００２）面の２インチのサファイア基板上に有機金属気相成長装置（大陽日酸製、ＳＲ４３３８ＫＳ−ＨＴ）を用いてＡｌＧａＮ積層構造をトリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、シクロペンタジエニルマグネシウム、シラン、アンモニアを原料ガスとして用いて積層させた。まず、サファイア基板上にＡｌＮを１．５μｍの膜厚になるまで１３５０℃の環境下で積層させた。このＡｌＮの上にＡｌ組成比が１から０．６まで連続的に減少し、かつＧａ組成比が０から０．４まで連続的に増加するようにＡｌＧａＮを１３００℃の環境下で０．３μｍの膜厚になるまで積層させた。このＡｌＧａＮの上に、Ｓｉを１×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎを１２００℃の周囲環境下で膜厚が３μｍになるまで積層させた。これらのＡｌＮ、ＡｌＧａＮ及びｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎで形成される層は、最終的に基部３０となる。

さらに、ｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎの上に、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で膜厚が０．１５μｍになるまで積層させた。このＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎで形成される層は、最終的に下部ガイド層３２１となる。Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの上に、活性層としてＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で８ｎｍ、Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎを１０５０℃の環境下で４ｎｍ、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で８ｎｍ、Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎを１０５０℃環境下で４ｎｍ、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で８ｎｍの膜厚になるまでそれぞれ積層させた。最終的に、Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎの層が井戸層となり、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの層が障壁層となる。最上層のＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの上に、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で０．１５μｍの膜厚になるまで積層させた。このＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの層が最終的に上部ガイド層３２３となる。

このＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの上に、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ｎを１０５０℃の環境下で２０ｎｍ、Ａｌ組成比が０．８から０．４まで連続的に減少し、かつＧａ組成比が０から０．４まで連続的に増加するようにＭｇが２×１０^１９ｃｍ^−３ドープされたＡｌＧａＮを１０５０℃の環境下で０．１μｍの膜厚になるまでそれぞれ積層させた。最終的に、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ｎの層およびＡｌＧａＮの層が第二半導体層３３となる。

このＡｌＧａＮの上に、Ｍｇを２×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたｐ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎと、Ｍｇを２×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたｐ−ＧａＮをそれぞれ８ｎｍずつ、１２周期、合計膜厚が１９２ｎｍとなるように、この順番で積層させた。その上層にｐ−ＧａＮを１０ｎｍの膜厚になるまで積層させた。このｐ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎとｐ−ＧａＮとの積層膜が最終的にリッジ部半導体層１７の一部となる。

この積層構造を１ｃｍ口（角）に分割した後、熱処理装置（ＥｐｉＱｕｅｓｔ製、ＡＴ−３０Ｎ−５０Ｄ）で５５０℃、１０分間、空気雰囲気下で熱処理を行った。その後ＩＣＰ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＣＥ−Ｓ）を用いてのエッチングを二度、異なるレジストパターンで行い、リッジ上での凹凸の底がｐ−Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ｎからｐ−Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎに組成が傾斜する層が３０ ｎｍ残る位置と一致するように、またｎ−ＡｌＧａＮ上での凹凸の底がｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎが２μｍ残る位置と一致するように塩素でエッチング除去を実施した。露出したｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎ上にＶ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕの金属をそれぞれ２０ｎｍ、８０ｎｍ、４０ｎｍ、１００ｎｍの膜厚となるように電子ビーム蒸着装置（ＪＥＯＬ製、ＪＢＳ−Ｚ０５００ＥＨＡ）を用いることで、最終的に第二電極１５となるｎ電極を形成し、その後熱処理装置で９００℃、３分間、窒素雰囲気下で熱処理を行った。次に、リッジ構造上に露出しているｐ−ＧａＮ上に電子ビーム蒸着装置（ＥＢ）を用いて、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕをそれぞれ１０ｎｍ、１０ｎｍ、４０ｎｍの膜厚に積層し、最終的に第一電極１４となるｐ電極を形成し、その後熱処理装置で７００℃、１分間、酸素雰囲気下で熱処理を行った。その後、ｎ電極とｐ電極上に電流拡散用の電極を電子ビーム蒸着装置を用いてＴｉを５００Å、Ａｕを４０００Åの膜厚となるまで積層させた。

図３は、上述の形成工程を経て作製された構造（本構造）を有する半導体素子（本実施例による半導体素子）の電圧−電流特性を示すグラフである。図４に示すグラフの横軸は、ｐ電極及びｎ電極の間に印加された電圧（Ｖ）を示し、当該グラフの縦軸は、本構造を有する半導体素子（ｐ電極及びｎ電極の間）に流れる電流（ｍＡ）を示している。本構造を有する半導体素子に、パルス幅５０ｎｓ、パルスサイクル５００μｓ（マイクロ秒）で電流を流したところ、図３に示すように、３０．４Ｖで２５０ｍＡの電流が流れ、発光波長２９０ｎｍの発光が得られた。

また、ｐ−ＧａＮ表面の顕微鏡撮像（Ｎｉｋｏｎ製、ＬＶ１５０Ｎ）を図４に示す。図４に示すように、１０μｍ×１０μｍのスケールでのＡＦＭ像（Ｓｅｉｋｏ Ｉｎｓｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製、ＳＰＩ３８００Ｎ）の結果から、本構造を有する半導体素子は、自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）が４．９ｎｍ、高低差が１６２ｎｍの凹凸を表面に有していることが分かった。この結果から、本構造を有する半導体素子は、凸部内に超格子構造を有しており、さらにその凹凸部下にも超格子構造を４０ｎｍ有していることが分かる。

（比較例１）
（０００２）面の２インチのサファイア基板上に有機金属気相成長装置（大陽日酸製、ＳＲ４３３８ＫＳ−ＨＴ）を用いてＡｌＧａＮ積層構造をトリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、シクロペンタジエニルマグネシウム、シラン、アンモニアを原料ガスとして用いて積層させた。まず、サファイア基板上にＡｌＮを１μｍの膜厚になるまで１３５０℃の環境下で積層させた。このＡｌＮの上にＡｌＮを０．４μｍの膜厚になるまで１３００℃の環境下で積層させて、Ａｌ組成比が１から０．６まで連続的に減少し、Ｇａ組成比が０から０．４まで連続的に増加するようにＡｌＧａＮを１３００℃の環境下で０．３μｍの膜厚になるまで積層させた。このＡｌＧａＮの上に、Ｓｉを１×ｅ１０^１９ｃｍ^−３ドープしたｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎを１２００℃の環境下で３μｍの膜厚になるまで積層させた。

さらに、このＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎの上に、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で膜厚が０．１５μｍになるまで積層させた。このＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの上に、活性層として、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で８ｎｍ、Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎを１０５０℃の環境下で４ｎｍ、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で８ｎｍ、Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎを１０５０℃の環境下で４ｎｍ、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で８ｎｍの膜厚になるまでそれぞれ積層させた。最上層のＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの上に、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを１０５０℃の環境下で０．１５μｍの膜厚になるまで積層させた。

このＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎの上に、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ｎを１０５０℃の環境下で２０ｎｍの膜厚になるまで、Ａｌ組成比が０．８から０．４まで連続的に減少し、Ｇａ組成比が０から０．４まで連続的に増加するようにＭｇが２×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたＡｌＧａＮを１０５０℃の環境下で０．１μｍの膜厚になるまで積層させた。このＡｌＧａＮの上に、Ｍｇを２×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたｐ型のＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎを１０５０℃の環境下で０．２μｍの膜厚になるまで積層させた。さらに、ｐ型のＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎの上に、Ｍｇを２×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたｐ型のＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎを１０５０℃の環境下で１０ｎｍ、Ｍｇを２×１０^１９ｃｍ^−３ドープしたｐ型のＧａＮを１０５０℃の環境下で１０ｎｍ積層させた。

この積層構造を１ｃｍ口（角）に分割した後、熱処理装置（ＥｐｉＱｕｅｓｔ製、ＡＴ−３０Ｎ−５０Ｄ）で５５０℃、１０分間、空気雰囲気下で熱処理を行い、その後ＩＣＰ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＣＥ−Ｓ）を用いてのエッチングを二度、異なるレジストパターンで行い、リッジ上での凹凸の底がｐ−Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ｎからｐ−Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎに組成が傾斜する層が３０ｎｍ残る位置と一致するように、またｎ−ＡｌＧａＮ上での凹凸の底がｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎが２μｍ残る位置と一致するように塩素でエッチング除去を実施した。露出したｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎ上にＶ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕの金属をそれぞれ２０ｎｍ、８０ｎｍ、４０ｎｍ、１００ｎｍ電子ビーム蒸着装置（ＪＥＯＬ製、ＪＢＳ−Ｚ０５００ＥＨＡ）を用いることでｎ電極を形成し、その後熱処理装置で９００℃、３分間、窒素雰囲気下で熱処理を行った。次に、リッジ構造上に露出しているｐ−ＧａＮ上に、電子ビーム蒸着装置（ＥＢ）を用いて、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕをそれぞれ１０ｎｍ、１０ｎｍ、４０ｎｍの膜厚に積層してｐ電極を形成し、その後熱処理装置で７００℃、１分間、酸素雰囲気下で熱処理を行った。その後、ｎ電極とｐ電極上に電流拡散用の電極を電子ビーム蒸着装置を用いてＴｉを５００Å、Ａｕを４０００Åの膜厚になるまで積層させた。

図６は、上述の形成工程を経て作製された構造（比較構造１）を有する素子（比較例１による半導体素子）の電圧−電流特性を示すグラフである。図６に示すグラフの横軸は、ｐ電極及びｎ電極の間に印加された電圧（Ｖ）を示し、当該グラフの縦軸は、比較構造１を有する素子（ｐ電極及びｎ電極の間）に流れる電流（ｍＡ）を示している。比較構造１を有する半導体素子に、パルス幅５０ｎｓ、パルスサイクル５００μｓで電流を流したところ、図６に示すように、２６．７Ｖで１００ｍＡの電流が流れ、発光波長２８１ｎｍの発光が得られた。構造１を有する半導体素子に１００ｍＡより大きい電流を流したところ、電圧が低下し素子が破壊されてリーク不良となっていることが分かった。

また、ｐ型のＧａＮ表面の顕微鏡撮像（Ｎｉｋｏｎ製、ＬＶ１５０Ｎ）を図７に示す。１０μｍ×１０μｍのスケールでのＡＦＭ像（Ｓｅｉｋｏ Ｉｎｓｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製、ＳＰＩ３８００Ｎ）の結果から、比較構造１を有する素子のＲＭＳが３．７ｎｍ、高低差が５．３ｎｍの凹凸を表面に有していることが分かった。つまり、電極に接触する窒化物層に凹凸構造を有していても、当該凹凸構造を構成する凸部の高さが１０ｎｍから１０００ｎｍの範囲内でないと、低電圧で十分な電流を流すことができない。この結果から、従来一般的に用いられている平坦薄膜のｐ−ＡｌＧａＮを用いた構造よりも、実施例１のように、高さが１０ｎｍから１０００ｎｍの範囲内の凸部で構成された凹凸構造で周期性のある積層構造を有する素子の方が大電流を流すことが可能であることが分かる。

（比較例２）
図８は、ｎ型のＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ｎを２μｍとした点以外は、比較例１と同様の製法で作製した素子（比較構造２を有する半導体素子（比較例２による半導体素子））の電圧−電流特性を示すグラフである。図８に示すグラフの横軸は、ｐ電極及びｎ電極の間に印加された電圧（Ｖ）を示し、当該グラフの縦軸は、比較構造２を有する半導体素子（ｐ電極及びｎ電極の間）に流れる電流（ｍＡ）を示している。比較構造２を有する半導体素子にパルス幅５０ｎｓ、パルスサイクル５００μｓで電流を流したところ、図８に示すように、１４Ｖで１２．５ｍＡの電流が流れ、波長２９９ｎｍの発光が得られた。１２．５ｍＡより高い電流を流したところ、素子破壊が起こり、電圧値が下がり、電流がリークしてしまった。

また、ｐ−ＧａＮ表面の顕微鏡撮像を図９に示す。ＡＦＭの結果から、比較構造２を有する半導体素子は、ＲＭＳが１２．７ｎｍ、最大高低差が３５．９ｎｍの凹凸を表面に有していることが分かる。本結果から、凸部内に超格子構造を有していないと正孔注入が出来ず、電流による素子破壊を誘発することが分かる。

以上説明したように、本実施形態による半導体素子１は、基板１１上に設けられた半導体積層部１３と、半導体積層部１３の上方に設けられて周期性のある積層構造を有する複数の凸部１７１ａで形成された凹凸構造を有する第一窒化物半導体層１７１と、半導体積層部１３の一部に接触して設けられた第二電極１５と、第一窒化物半導体層１７１上で凹凸構造に接触して設けられた第一電極１４とを備え、複数の凸部１７１ａは、１０ｎｍより高く１０００ｎｍよりも低い範囲の高さを有している。

当該構成を備えた半導体素子１は、第一窒化物半導体層１７１と第一電極１４との間のコンタクト抵抗が低くなるので、高電流密度で駆動することができる。また、換言すると、半導体素子１は、駆動時の電流密度の向上を図ることができる。さらに、半導体素子１は、活性層３２２への電流注入の向上を図ることができる。半導体素子１は、凹凸構造を有さない半導体素子と比較して、同じ駆動電圧であっても、当該半導体素子が活性層に注入する電流よりも大きい電流を活性層３２２に注入することができる。また、半導体素子１は、当該コンタクト抵抗が低くなるので、駆動電圧を低減できる。その結果、半導体素子１は、低消費電力化を図ることができる。

ｐ型層を超格子構造かつ、１０ｎｍより高く１０００ｎｍよりも低い範囲の高さを有する凸部で構成された凹凸構造にすると、薄膜平坦化せずともｐ型伝導性を示す半導体素子を形成することができる。

上述のとおり、超格子無しの凹凸構造の場合ではｐ型半導体層とｐ型電極間の高いコンタクト抵抗により高電流注入下で電流・熱による素子破壊が起こるという問題がある。また、凹凸無しの超格子構造では端面が無いのでコンタクト抵抗が高くなり素子破壊が起こるという問題がある。これに対し、本実施形態による半導体素子１は、凹凸超格子を有することで、超格子間に生成するホールガス、及び凹凸の側面端面に露出する超格子層間部に発生するホールガスを介してｐ型半導体中に正孔を注入することができる。これにより、半導体素子１は、素子破壊が起こる電流値を高める（すなわち素子破壊を起こり難くする）ことが可能である。つまり、半導体素子１を備える半導体レーザダイオードは、高閾値を要するレーザダイオード、例えば紫外レーザダイオードにおいては、高電流を必要とするので特に有効である。

１ 半導体素子
１１ 基板
１３ 半導体積層部
１４ 第一電極
１５ 第二電極
１６ 共振器面
１７ リッジ部半導体層
３０ 基部
３０ａ 上面
３１ 第一半導体層
３２ 発光部
３３ 第二半導体層
１７１ 第一窒化物半導体層
１７１ａ 凸部
１７２ 第二窒化物半導体層
３２１ 下部ガイド層
３２２ 活性層
３２３ 上部ガイド層
３３１ 突出部

Claims (13)

1. 基板上に設けられた半導体積層部と、
   前記半導体積層部の上方に設けられて周期性のある積層構造を有する複数の凸部で形成された凹凸構造を有する第一窒化物半導体層と、
   前記第一窒化物半導体層上で前記凹凸構造に接触して設けられた第一電極と、
   前記半導体積層部の一部に接触して設けられた第二電極と
   を備え、
   前記複数の凸部は、１０ｎｍより高く１０００ｎｍよりも低い範囲の高さを有する
   半導体素子。
2. 前記半導体積層部と前記第一窒化物半導体層との間に設けられ、周期性のある積層構造を有する第二窒化物半導体層を備える
   請求項１に記載の半導体素子。
3. 前記凸部と前記第二窒化物半導体層との界面には、０ｎｍ以上１０ｎｍ以下の深さの凹凸が形成されている
   請求項２に記載の半導体素子。
4. 前記凸部と前記第二窒化物半導体層との境界領域において、前記第一窒化物半導体層の水平方向格子定数は、前記第二窒化物半導体層の水平方向格子定数よりも大きい
   請求項２又は３に記載の半導体素子。
5. 前記凸部の積層構造は、窒化物の組成周期が変化する
   請求項１から４までのいずれか一項に記載の半導体素子。
6. 前記凸部は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎ（０≦ｘ１＜０．６）で形成された窒化物層とＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎ（ｘ２＜ｘ１）で形成された窒化物層とが交互に繰り返し積層された前記積層構造を有する
   請求項１から５までのいずれか一項に記載の半導体素子。
7. 前記凸部は、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}Ｎで形成された窒化物層とＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}Ｎ（ｘ２＜ｘ１かつ０≦ｘ２＜０．３）で形成された窒化物層とが交互に繰り返し積層された前記積層構造を有する
   請求項１から６までのいずれか一項に記載の半導体素子。
8. 前記凸部の積層構造を構成する前記窒化物層のＡｌ_ｘ１Ｇａ_{（１−ｘ１）}ＮのＡｌ組成比ｘ１及びＡｌ_ｘ２Ｇａ_{（１−ｘ２）}ＮのＡｌ組成比ｘ２の平均値は、０より大きく０．４よりも小さい
   請求項６又は７に記載の半導体素子。
9. 前記半導体積層部は、Ａｌ_ｘ３Ｇａ_{（１−ｘ３）}Ｎ（０．３＜ｘ３＜１）で形成された活性層を有する
   請求項１から８までのいずれか一項に記載の半導体素子。
10. 前記活性層は、発光層である
    請求項９に記載の半導体素子。
11. 前記基板は、ＡｌＮで形成された上部領域を有する
    請求項１から１０までのいずれか一項に記載の半導体素子。
12. 前記周期性のある積層構造は、超格子構造である
    請求項１から１１までのいずれか一項に記載の半導体素子。
13. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の半導体素子を備える半導体レーザダイオード。