(57)【要約】  半導体レーザ素子（１）は、基板（１０）と、基板（１０）の上方に積層され、少なくとも３個の発光部が並んで配置されるレーザアレイ部（１１）とを備え、レーザアレイ部（１１）は、基板（１０）側より、第１導電型の第１半導体層（２０）、発光層（３０）、及び、第２導電型の第２半導体層（４０）を順に備え、第２半導体層（４０）は、平坦部（４０ｂ）と、平坦部（４０ｂ）より上方に突出し、少なくとも３個の発光部の上方に配置されたリッジ状の少なくとも３個の凸部とを含み、発光層（３０）から平坦部（４０ｂ）の上面までの距離は、少なくとも３個の発光部の配列方向において、少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に積層され、少なくとも３個の発光部が並んで配置されるレーザアレイ部とを備え、
前記レーザアレイ部は、前記基板側より、第１導電型の第１半導体層、発光層、及び、第２導電型の第２半導体層を順に備え、
前記第２半導体層は、平坦部と、前記平坦部より上方に突出し、前記少なくとも３個の発光部の上方に配置されたリッジ状の少なくとも３個の凸部とを含み、
前記発光層から前記平坦部の上面までの距離は、前記少なくとも３個の発光部の配列方向において、前記少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している
半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記平坦部の厚みは、前記少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記平坦部の上面は、前記少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて連続的に傾斜している
請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記少なくとも３個の凸部の各々の厚みは、前記配列方向において増加方向又は減少方向の一方向に変化している
請求項２又は３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記少なくとも３個の凸部の各々の厚みは、等しい
請求項２又は３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記少なくとも３個の凸部の個数は、５以上である
請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記凸部の幅は、１０μｍ以上である
請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記発光層から前記平坦部の上面までの距離は、前記少なくとも３個の発光部の配列方向において、前記少なくとも３個の凸部のすべてを超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している
請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アレイ型の半導体レーザ素子に関する。【０００２】
なお、本願は、平成28年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構  「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／高効率加工用GaN系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願である。
【背景技術】
【０００３】
近年、半導体レーザ素子は、ディスプレイやプロジェクタなどの画像表示装置の光源、車載ヘッドランプの光源、産業用照明や民生用照明の光源、又は、レーザ溶接装置や薄膜アニール装置、レーザ加工装置などの産業機器の光源など、様々な用途の光源として注目されている。また、上記用途の光源として用いられる半導体レーザ素子には、光出力が１ワットを大きく超える高出力化が望まれている。【０００４】
半導体レーザ素子の高出力化の手法として、幅の広い導波路を複数並列に配列することによってアレイを形成する手法が広く利用されている。【０００５】
アレイ型の半導体レーザ素子では、発光部及び導波路が複数形成されるので、例えば、レンズなどの光学系を用いて、各発光部からの出射光を１箇所に集光して使用される。【０００６】
アレイ型の半導体レーザ素子においては、各導波路からの出射光の強度分布にランダムにリップルが存在し得る。この場合、各導波路からの出射光を光学系で合成すると、各出射光のリップルが重ね合わされることで、合成光の強度分布に大きいリップルが発生し得る。特に高出力半導体レーザ素子で用いられる幅の広い導波路では、横方向の光閉じ込めが弱いため、導波路におけるわずかな構造の差異に対して、強度分布が大きな影響を受ける。【０００７】
特許文献１には、このような問題を解決するための構成を備える半導体レーザ素子の例が開示されている。図８は、特許文献１に開示された従来のアレイ型半導体レーザ素子１０００の構成を示す断面図である。【０００８】
図８に示すように、従来のアレイ型半導体レーザ素子１０００は、基板１０１１上に、第１クラッド層１０１２、活性層１０１３、第２クラッド層１０１４及びｐ側コンタクト層１０１５が積層された多層膜半導体層を有する。アレイ型半導体レーザ素子１０００は、基板１０１１の下面にｎ側電極１０１６をさらに備える。アレイ型半導体レーザ素子１０００には、並列に配列された複数の帯状の導波路１０２１〜１０２４が形成されている。複数の帯状の導波路１０２１〜１０２４は、それらの幅Ｗ１〜Ｗ４が１０μｍ以上であり、かつ、少なくとも１つの導波路の幅が他の導波路幅とは異なっている。各導波路において、各ＮＦＰ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）のリップル成分の位置は各導波路幅に依存して変化する。導波路１０２１〜１０２４にそれぞれ対応するＮＦＰ１０３１〜１０３４が重ね合わさると各ＮＦＰのリップル成分の凹凸が平坦化された合成ＮＦＰが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１９３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、導波路の熱抵抗は導波路幅に応じて変化するため、各発光部における導波路幅が異なる従来のアレイ型半導体レーザ素子１０００では、各導波路間での温度分布が不均一となり、その結果、信頼性が悪化するという課題があった。【００１１】
本開示は、複数の発光部を有するアレイ型の半導体レーザ素子において、複数の発光部からの出射光を合成した場合に生じる強度分布のリップル成分を低減でき、かつ、各発光部に対応する導波路間の温度分布の不均一を抑制できる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、基板と、前記基板の上方に積層され、少なくとも３個の発光部が並んで配置されるレーザアレイ部とを備え、前記レーザアレイ部は、前記基板側より、第１導電型の第１半導体層、発光層、及び、第２導電型の第２半導体層を順に備え、前記第２半導体層は、平坦部と、前記平坦部より上方に突出し、前記少なくとも３個の発光部の上方に配置されたリッジ状の少なくとも３個の凸部とを含み、前記発光層から前記平坦部の上面までの距離は、前記少なくとも３個の発光部の配列方向において、前記少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。ここで、「距離が増加方向又は減少方向の一方向に変化する」との記載は、距離が継続的に増加する変化の態様、又は、距離が継続的に減少する変化の態様を意味する。言い換えると、当該記載は、距離が、増加から減少、又は、減少から増加に転じることなく、増加又は減少の一方のみの傾向で変化する態様を意味する。【００１３】
このように、発光層から平坦部の上面までの距離を変化させると、発光層から各発光部に対応する凸部の底面（つまり、凸部における平坦部側の端部）までの距離が異なるため、各発光部からの出射光の強度分布の形状（放射パターン）を変えることができる。このように様々な強度分布の形状を有する出射光を集光することで、リップルの少ない強度分布を有する光を得ることができる。また、各凸部の幅を異ならせる必要がないため、凸部間の温度分布の不均一を抑制できる。【００１４】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、前記平坦部の厚みは、前記少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化していてもよい。【００１５】
これにより、平坦部の厚みの変化に応じて、発光層から各発光部に対応する凸部の底面までの距離を発光部毎に異ならせることができる。【００１６】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、前記平坦部の上面は、前記少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて連続的に傾斜していてもよい。【００１７】
これにより、平坦部の上面の傾斜に応じて、発光層から各発光部に対応する凸部の底面までの距離を発光部毎に異ならせることができる。【００１８】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、前記少なくとも３個の凸部の各々の厚みは、前記配列方向において増加方向又は減少方向の一方向に変化していてもよい。【００１９】
これにより、各凸部に流れる電流量を変えることができるため、各発光部からの出射光の強度分布の形状を変えることができる。【００２０】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、前記少なくとも３個の凸部の各々の厚みは、等しくてもよい。【００２１】
これにより、凸部の厚みの違いによる各凸部間での温度分布の不均一を抑制できる。【００２２】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、前記少なくとも３個の凸部の個数は、５以上であってもよい。【００２３】
これにより、多くの互いに異なる強度分布を有する出射光を得られるため、出射光を集光したときの強度分布のリップル成分の凹凸を十分に小さくできる。【００２４】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、前記凸部の幅は、１０μｍ以上であってもよい。【００２５】
これにより、各凸部における熱抵抗を低減できるため、温度分布の影響を抑制できる。【００２６】
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、前記発光層から前記平坦部の上面までの距離は、前記少なくとも３個の発光部の配列方向において、前記少なくとも３個の凸部のすべてを超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化していてもよい。【００２７】
これにより、すべての発光部において、各凸部間での温度分布が不均一になることを抑えた状態で、レーザ光を集光したときの強度分布におけるリップル成分の凹凸を小さくできる。
【発明の効果】
【００２８】
複数の発光部を有するアレイ型の半導体レーザ素子において、複数の発光部からの出射光を合成した場合に生じる強度分布のリップル成分を低減でき、かつ、各発光部に対応する導波路間の温度分布の不均一を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の構成を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における第１半導体層、発光層及び第２半導体層の各層を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における第１保護膜を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における第１保護膜をパターニングする工程を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における凸部及び平坦部を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法における誘電体層を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるｐ側電極を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるパッド電極を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるｎ側電極を形成する工程を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、半導体レーザ素子の第１の構成例における残し厚を説明する発光層近傍の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、半導体レーザ素子の第２の構成例における残し厚を説明する発光層近傍の断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、半導体レーザ素子の第３の構成例における残し厚を説明する発光層近傍の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の残し厚と光閉じ込めの強さとの関係を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の残し厚と強度分布との関係を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子からの出射光を、一点に集光するための、光学系を示した模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子からの出射光を集光して得られる光の強度分布を示すグラフである。
【図６】図６は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法における第１半導体層、発光層及び電子障壁層の各層を形成する工程を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるｐ側クラッド層を形成する工程を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法におけるｐ側コンタクト層及び第１保護膜を成膜する工程を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法における第１保護膜をパターニングする工程を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法における凸部及び平坦部を形成する工程を示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法における電極部材及びｎ側電極を形成する工程を示す断面図である。
【図８】図８は、従来のアレイ型半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３１】
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００３２】
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
【００３３】
また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、且つ、いずれもＺ軸に直交する軸である。
【００３４】
（実施の形態１）
［半導体レーザ素子の構成］
まず、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１の構成について、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の構成を示す平面図及び断面図である。図１Ｂには、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における半導体レーザ素子１の断面図が示されている。
【００３５】
本実施の形態に係る半導体レーザ素子１は、半導体材料を含み、複数の発光部７１〜７５を有するアレイ型のレーザ素子である。本実施の形態では、半導体レーザ素子１は、窒化物半導体材料によって形成される。半導体レーザ素子１は、図１Ｂに示すように、基板１０と、基板１０の上方に積層され、少なくとも３個（本実施の形態では５個）の発光部７１〜７５が並んで配置されるレーザアレイ部１１とを備える。半導体レーザ素子１は、さらに、基板１０の下方にｎ側電極８０を備える。
【００３６】
レーザアレイ部１１は、基板１０側より、第１導電型の第１半導体層２０、発光層３０、及び、第２導電型の第２半導体層４０を順に備える。本実施の形態では、レーザアレイ部１１は、さらに、電極部材５０と、誘電体層６０と、を備える。
【００３７】
第２半導体層４０は、平坦部４０ｂと、平坦部４０ｂより上方に突出し、少なくとも３個の発光部７１〜７５の上方にそれぞれ配置されたリッジ状の少なくとも３個（本実施の形態では５個）の凸部４０ａ１〜４０ａ５とを含む。凸部４０ａ１〜４０ａ５は、共振器長方向（図１Ａ及び図１ＢのＹ軸方向）に延在するリッジストライプ状の部分であり、各々が導波路を形成する。平坦部４０ｂは、基板１０の上方全面に形成された第２半導体層４０のベース部分である。
【００３８】
凸部４０ａ１〜４０ａ５は、半導体レーザ素子１内に少なくとも３個設けられている。半導体レーザ素子１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、凸部の個数は５個以上であるとよい。本実施の形態では、５個の凸部４０ａ１〜４０ａ５が設けられる。凸部４０ａ１〜４０ａ５はそれぞれ平行に配置され、同じ方向に光が出射される。
【００３９】
凸部４０ａ１〜４０ａ５の幅（つまり、導波路幅）及び間隔（つまり、導波路及び発光部７１〜７５の中心間距離）は、特に限定されるものではないが、例えば、凸部４０ａ１〜４０ａ５の幅は１μｍ以上、１００μｍ以下で、凸部の間隔は、５０μｍ以上、１０００μｍ以下である。半導体レーザ素子１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、凸部４０ａ１〜４０ａ５の幅を１０μｍ以上、５０μｍ以下とし、凸部４０ａ１〜４０ａ５の間隔を３００μｍ以上、５００μｍ以下にするとよい。これにより、各凸部における熱抵抗を低減できるため、温度分布の影響を抑制できる。したがって、高い光出力での動作が可能となる。本実施の形態では、幅３０μｍ、間隔４００μｍである。
【００４０】
凸部４０ａ１〜４０ａ５の幅は、すべて同一でもよい。これにより、各凸部が形成する導波路間の温度分布を均一化できる。なお、ここで、凸部４０ａ１〜４０ａ５の幅がすべて同一であるとの記載が示す構成には、各幅が完全に一致する構成だけでなく、各幅が実質的に同一である構成も含まれる。例えば、各幅の誤差が８％以下である構成も含まれる。また、凸部４０ａ１〜４０ａ５の間隔は、素子内において等間隔である必要はなく、素子内の温度分布、応力等の影響を考慮して、任意の位置に配置してもよい。
【００４１】
凸部４０ａ１〜４０ａ５の厚み（つまり、高さ）ｈａ１〜ｈａ５について、半導体レーザ素子１内の任意の一つの凸部に対して、その両隣りに配置された二つ凸部のうち、一方は厚みが大きく、他方は厚みが小さい。言い換えると、凸部の厚みは、その配列方向（図１ＢのＸ軸方向）において傾斜している。さらに言い換えると、凸部４０ａ１〜４０ａ５の各々の厚みは、発光部７１〜７５の配列方向において増加方向又は減少方向の一方向に変化している。本実施の形態では、凸部４０ａ１〜４０ａ５の厚みｈａ１〜ｈａ５は、図１Ｂの右端に近付くほど大きくなっており、不等式ｈａ１＜ｈａ２＜ｈａ３＜ｈａ４＜ｈａ５が成り立つ。すなわち、凸部４０ａ１〜４０ａ５の厚みｈａ１〜ｈａ５は、発光部７１〜７５の配列方向において、図１Ｂの右端に向かって増加の一方向に変化している。半導体レーザ素子１内の厚みの差は、およそ５０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００４２】
それぞれの凸部の厚みの絶対値は、特に限定されることはないが、例えば、１００ｎｍ以上、１μｍ以下である。半導体レーザ素子１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、凸部の厚みは３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であるとよい。
【００４３】
平坦部４０ｂの下面から上面までの距離（つまり平坦部４０ｂの厚み）は、発光部の配列方向において、凸部４０ａ１〜４０ａ５のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。ここで、「距離が増加方向又は減少方向の一方向に変化する」との記載は、上述したとおり、距離が継続的に増加する変化の態様、又は、距離が継続的に減少する変化の態様を意味する。言い換えると、当該記載は、距離が、増加から減少、又は、減少から増加に転じることなく、増加又は減少の一方のみの傾向で変化する態様を意味している。本実施の形態では、距離が連続的に変化している場合が示されている。
【００４４】
本実施の形態では、平坦部４０ｂの厚みは、発光部の配列方向において、すべての凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。例えば、凸部４０ａ１〜４０ａ５に対応する位置における平坦部４０ｂの下面から上面までの距離ｈｂ１〜ｈｂ５は、発光部７１〜７５の配列方向において増加方向又は減少方向の一方向に変化している。図１Ｂに示すように、距離ｈｂ１〜ｈｂ５は、右端に近付くほど小さくなるように減少の一方向に変化している。つまり、距離ｈｂ１〜ｈｂ５に関して、不等式ｈｂ１＞ｈｂ２＞ｈｂ３＞ｈｂ４＞ｈｂ５が成り立つ。すなわち、距離ｈｂ１〜ｈｂ５は、図１Ｂの右端に近付くほど、距離が小さくなっており、平坦部４０ｂの上面は、凸部４０ａ１〜４０ａ５の間において、図１Ｂの右端に向かって下りの傾斜が継続しており、連続的に傾斜している。
【００４５】
本実施の形態では、平坦部４０ｂの上面は、凸部４０ａ１〜４０ａ５のうち連続する３個の凸部を超えて連続的に傾斜している。
【００４６】
基板１０は、例えば、ＧａＮ基板である。本実施の形態では、基板１０として、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板を用いている。
【００４７】
第１半導体層２０は、基板１０の上方に配置されている。第１半導体層２０は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層である。
【００４８】
発光層３０は、第１半導体層２０の上方に配置されている。本実施の形態では、発光層３０は、窒化物半導体によって構成される。発光層３０は、例えば、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１と、ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる活性層３２と、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３とを含む積層構造を有する。
【００４９】
第２半導体層４０は、発光層３０の上方に配置されている。第２半導体層４０は、例えば、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１と、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ側クラッド層４２と、ｐ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３とを含む積層構造を有する。本実施の形態では、ｐ側コンタクト層４３は、凸部４０ａ１〜４０ａ５の最上層として形成されている。
【００５０】
これらの各層の膜厚は、成長条件を調整することで、ほぼ均一な膜厚で形成することができる。
【００５１】
ｐ側クラッド層４２は、発光部７１〜７５に対応する位置において、上方に突出する突出部を有している。本実施の形態では、このｐ側クラッド層４２の突出部とｐ側コンタクト層４３とによってストライプ状の凸部４０ａ１〜４０ａ５が構成されている。また、ｐ側クラッド層４２は、凸部４０ａ１〜４０ａ５の両側方に、平坦部４０ｂを構成する平面部を有している。つまり、平坦部４０ｂの最上面は、ｐ側クラッド層４２の上面であり、平坦部４０ｂの最上面にはｐ側コンタクト層４３が形成されていない。
【００５２】
また、第２半導体層４０の凸部４０ａ１〜４０ａ５に対応する各位置における膜厚は、すべて等しく、上面は平面（つまり、活性層３２上面と平行）である。つまり、各凸部の厚みと各凸部の下方に位置する平坦部４０ｂの厚みとの和は、すべて等しい。一方、平坦部４０ｂは、中央の凸部から、右端に近付くほど膜厚が小さく、左端に近付くほど膜厚が大きい。平坦部４０ｂの膜厚は、凸部のストライプ方向（つまり、長手方向）と直交する方向において変化しており、凸部のストライプ方向と平行な方向においては、膜厚はほぼ均一である。
【００５３】
電極部材５０は、第２半導体層４０の上方に配置されている。電極部材５０は、凸部４０ａ１〜４０ａ５よりも幅広である。つまり、電極部材５０の幅（つまり、図１ＢのＸ軸方向の幅）は、凸部４０ａ１〜４０ａ５の幅（つまり、図１ＢのＸ軸方向の幅）よりも大きい。電極部材５０は、誘電体層６０及び凸部４０ａ１〜４０ａ５の上面と接触している。
【００５４】
本実施の形態において、電極部材５０は、各発光部への電流供給のためのｐ側電極５１と、ｐ側電極５１の上方に配置されたパッド電極５２とを有する。
【００５５】
ｐ側電極５１は、凸部４０ａ１〜４０ａ５の上面と接触している。ｐ側電極５１は、凸部４０ａ１〜４０ａ５の上方においてｐ側コンタクト層４３とオーミック接触するオーミック電極であり、凸部４０ａ１〜４０ａ５の上面であるｐ側コンタクト層４３の上面と接触している。ｐ側電極５１は、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態において、ｐ側電極５１は、Ｐｄ／Ｐｔの２層構造を有する。
【００５６】
パッド電極５２は、凸部４０ａ１〜４０ａ５よりも幅広であって、誘電体層６０と接触している。つまり、パッド電極５２は、凸部４０ａ１〜４０ａ５及び誘電体層６０を覆うように形成されている。パッド電極５２は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態において、パッド電極５２は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構造を有する。
【００５７】
なお、図１Ａに示すように、パッド電極５２は、半導体レーザ素子１を個片化する際の歩留まりを向上させるために、第２半導体層４０の内側部分の上方に形成されている。すなわち、半導体レーザ素子１を上面視した場合に、パッド電極５２は、半導体レーザ素子１の周縁には形成されていない。さらに言い換えると、半導体レーザ素子１を上面視した場合に、パッド電極５２は、半導体レーザ素子１の周縁より内側に配置される。これにより、半導体レーザ素子１は、周縁に電流が供給されない非電流注入領域を有する。また、パッド電極５２が形成されている領域の断面形状は、どの部分でも図１Ｂに示す形状となる。
【００５８】
誘電体層６０は、光を閉じ込めるために、凸部４０ａ１〜４０ａ５の側面に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁膜である。具体的には、誘電体層６０は、各凸部の側面（つまり、図１ＢのＸ軸方向と交差する面）から平坦部４０ｂの上面にわたって連続的に形成されている。本実施の形態において、誘電体層６０は、各凸部の周辺において、ｐ側コンタクト層４３の側面とｐ側クラッド層４２の凸部の側面とｐ側クラッド層４２の上面とにわたって連続して形成されている。
【００５９】
誘電体層６０の形状は、特に限定されないが、誘電体層６０は、各凸部の側面及び平坦部４０ｂと接しているとよい。これにより、各凸部の直下で発光した光を安定的に閉じ込めることができる。
【００６０】
また、高い光出力で動作させること（つまり、高出力動作）を目的とした半導体レーザ素子１では、光出射端面には誘電体多層膜などの端面コート膜が形成される。この端面コート膜は、端面のみに形成することが難しく、半導体レーザ素子１の上面にも回りこむ。この場合、半導体レーザ素子１の共振器長方向（つまり、図１Ａ及び図１ＢのＹ軸方向）の端部では、パッド電極５２が形成されていないため、端面コート膜が上面にまで回りこんでしまうと、半導体レーザ素子１の長手方向の端部で誘電体層６０と端面コート膜とが接してしまう場合がある。この際、誘電体層６０が形成されていない場合、又は、誘電体層６０の膜厚が光閉じ込めに対して薄い場合には、端面コート膜の影響を受けるため、光損失の原因となる。そこで、発光層３０で発生した光を十分に閉じ込めるには、誘電体層６０の膜厚は、１００ｎｍ以上にするとよい。一方、誘電体層６０の膜厚が厚すぎると、パッド電極５２の形成が困難となるため、誘電体層６０の膜厚は、凸部４０ａ１〜４０ａ５の高さ以下にするとよい。
【００６１】
また、凸部４０ａ１〜４０ａ５の側面及び平坦部４０ｂには、凸部４０ａ１〜４０ａ５を形成する際のエッチング工程でエッチングダメージが残存してリーク電流が発生する場合がある。しかしながら、本実施の形態では、凸部４０ａ１〜４０ａ５及び平坦部４０ｂを誘電体層６０で被覆することで、不要なリーク電流の発生を低減できる。
【００６２】
ｎ側電極８０は、基板１０の下面に配置される。ｎ側電極８０は、基板１０とオーミック接触するオーミック電極である。ｎ側電極８０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる積層膜である。ｎ側電極８０の構成はこれに限定されない。ｎ側電極８０は、Ｔｉ及びＡｕが積層された積層膜であってもよい。
【００６３】
［半導体レーザ素子の製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｈを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｈは、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法における各工程の断面図である。図２Ａ〜図２Ｈには、図１Ｂと同様の断面が示されている。
【００６４】
まず、図２Ａに示すように、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板である基板１０上に、有機金属気層成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）を用いて、第１半導体層２０、発光層３０及び第２半導体層４０を順次成膜する。
【００６５】
具体的には、基板１０の上に、第１半導体層２０としてｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層を３μｍ成長させる。続いて、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１を０．１μｍ成長させる。続いて、ＩｎＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮ量子井戸層との３周期からなる活性層３２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３を０．１μｍ成長させる。続いて、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１を１０ｎｍ成長させる。続いて、膜厚１．５ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮ層と膜厚１．５ｎｍのＧａＮ層とを１６０周期繰り返して形成した厚み０．４８μｍの歪超格子からなるｐ側クラッド層４２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３を０．０５μｍ成長させる。ここで、各層において、Ｇａ、Ａｌ及びＩｎを含む有機金属原料には、例えば、それぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアンモニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。また、窒素原料には、アンモニア（ＮＨ３）を用いる。
【００６６】
次に、図２Ｂに示すように、第２半導体層４０上に、第１保護膜９１を成膜する。具体的には、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、ｐ側コンタクト層４３の上に、第１保護膜９１として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
【００６７】
なお、第１保護膜９１の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、例えば、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザー成膜法など、公知の成膜方法を用いることができる。また、第１保護膜９１の成膜材料は、上記のものに限るものではなく、例えば、誘電体、金属など、後述する第２半導体層４０（ｐ側クラッド層４２、ｐ側コンタクト層４３）のエッチングに対して、選択性のある材料であればよい。
【００６８】
次に、図２Ｃに示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、第１保護膜９１が帯状に残るように、第１保護膜９１を選択的に除去する。エッチング法としては、例えば、ＣＦ４などのフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチング、又は、１：１０程度に希釈した弗化水素酸（ＨＦ）などを用いたウェットエッチングを用いることができる。
【００６９】
次に、図２Ｄに示すように、帯状に形成された第１保護膜９１をマスクとして、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２をエッチングすることで、第２半導体層４０に凸部４０ａ１〜４０ａ５及び平坦部４０ｂを形成する。ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２のエッチングとしては、Ｃｌ２などの塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングを用いるとよい。
【００７０】
次に、エッチングで平坦部４０ｂの膜厚を基板１０上の位置に応じて増加方向又は減少方向の一方向に変化させる手法を説明する。
【００７１】
反応性ガスに高電圧を印加することでプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオン又はラジカルがエッチング対象であるウエハに衝突することでエッチングが進行する。このときに、プラズマの密度及びエネルギーの少なくとも一方に差があれば、エッチング量に差をつけることができる。
【００７２】
例えば、供給するガスをウエハの片側から供給し、供給側とは反対の方向から排気することで、ウエハの位置に応じてエッチング量に差をつけることができる。この手法ではガス供給の上流側でプラズマが多く生成され、下流側では少なくなる。この結果、上流側でエッチング量を多く、下流側でエッチング量を少なくすることができる。
【００７３】
本実施の形態では、図２Ｄの右側からガスを供給し、左側から排気することで、右端でエッチング量が最も多く、左端に近付くにしたがってエッチング量が少なくなる。その結果、平坦部４０ｂの膜厚を基板１０上の位置に応じて増加方向又は減少方向の一方向に変化させることができる。
【００７４】
別の手法として、ガス供給を均一にした場合でも、印加する高電圧の分布を変えることで、ウエハの位置に応じてエッチング量を制御することができる。例えば、ウエハの一方側に高電圧を印加し、他方側では、これよりも小さい電圧を印加することで、ウエハの位置に応じてエッチング量に差をつけることができる。
【００７５】
また、ウエハを斜めに設置することによっても、ウエハの位置に応じてエッチング量を制御することができる。ウエハを斜めに設置することで、生成したプラズマとウエハの距離が変わる。したがって、プラズマに近い部分ではエッチング量を多く、遠い部分ではエッチング量を少なくすることができる。
【００７６】
次に、図２Ｅに示すように、帯状の第１保護膜９１をフッ酸などのウェットエッチングによって除去した後、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２を覆うように、誘電体層６０を成膜する。つまり、凸部４０ａ１〜４０ａ５及び平坦部４０ｂの上に誘電体層６０を形成する。誘電体層６０としては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ法によって、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
【００７７】
なお、誘電体層６０の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザー成膜法などの成膜方法を用いてもよい。
【００７８】
次に、図２Ｆに示すように、フォトリソグラフィー法とフッ酸を用いたウェットエッチングにより、凸部４０ａ１〜４０ａ５上の誘電体層６０のみを除去して、ｐ側コンタクト層４３の上面を露出させる。その後、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、凸部４０ａ１〜４０ａ５上のみにＰｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１を形成する。具体的には、誘電体層６０から露出させたｐ側コンタクト層４３の上にｐ側電極５１を形成する。
【００７９】
なお、ｐ側電極５１の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法又はパルスレーザー成膜法などであってもよい。また、ｐ側電極５１の電極材料は、Ｎｉ／Ａｕ系、Ｐｔ系など、第２半導体層４０（ｐ側コンタクト層４３）とオーミック接触する材料であればよい。
【００８０】
次に、図２Ｇに示すように、ｐ側電極５１、誘電体層６０を覆うようにパッド電極５２を形成する。具体的には、フォトリソグラフィー法などによって、パッド電極５２を形成しない部分にレジストをパターニングし、基板１０の上方の全面に真空蒸着法などによってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるパッド電極５２を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分を除去する。これにより、ｐ側電極５１、誘電体層６０の上に所定形状のパッド電極５２を形成する。以上のように、ｐ側電極５１及びパッド電極５２からなる電極部材５０が形成される。
【００８１】
次に、図２Ｈに示すように、基板１０の下面にｎ側電極８０を形成する。具体的には、基板１０の下面に真空蒸着法などによってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極８０を形成し、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いてパターニングすることで、所定形状のｎ側電極８０を形成する。
【００８２】
以上のように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１を製造することができる。
【００８３】
［窒化物半導体レーザの作用効果］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の作用効果について説明する。まず、半導体レーザ素子の光閉じ込めで重要となるパラメータである「残し厚」について図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、それぞれ、半導体レーザ素子の第１〜第３の構成例における残し厚を説明する発光層３０近傍の断面図である。
【００８４】
残し厚とは、発光層３０から第２半導体層４０の平坦部４０ｂの上面までの距離である。より詳細には、発光層３０に含まれる活性層３２の厚み方向の中心から平坦部４０ｂの上面までの距離を「残し厚」と定義する。ここで、活性層３２の厚み方向の中心とは、ｎ側光ガイド層３１の上面から、量子井戸層３０２及びバリア層３０１の厚みの総和の半分だけ上方の位置である。
【００８５】
また、図３Ａは、活性層３２が１層の量子井戸層３０２を有する場合の断面図であり、この場合は、量子井戸層３０２の厚み方向の中心から平坦部４０ｂの上面までの距離が残し厚（Ｔ０）となる。図３Ｂは、活性層３２が２層の量子井戸層３０２を有する場合の断面図であり、この場合は、量子井戸層３０２間のバリア層３０１の厚み方向の中心から平坦部４０ｂの上面までの距離が残し厚（Ｔ０）となる。図３Ｃは、量子井戸層３０２がＮ層の場合の断面図であり（Ｎ：１以上の整数）、この場合は、ｎ側光ガイド層３１の上面から、量子井戸層３０２とバリア層３０１の厚みの総和Ｔａの半分だけ上方の位置から平坦部４０ｂの上面までの距離が残し厚（Ｔ０）となる。
【００８６】
なお、凸部４０ａ１〜４０ａ５が形成されている部分の残し厚は、発光層３０から凸部の底面（つまり、凸部における平坦部側の端部）までの距離である。より詳細には、発光層３０に含まれる活性層３２の厚み方向の中心から凸部の底面までの距離を残し厚と定義する。
【００８７】
半導体レーザ素子１からの出射光の横方向の強度分布は、この残し厚で制御することができる。以下、半導体レーザ素子１からの出射光の横方向の強度分布と残し厚との関係について図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。
【００８８】
図４Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の残し厚と光閉じ込めの強さとの関係を示す図である。図４Ａにおいては、残し厚に対する光閉じ込めの強さの計算結果が示されている。ここで、光閉じ込めの強さは、凸部の直下と凸部の外側における実効的な屈折率の差に相当する値である。図４Ｂは、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の残し厚と強度分布との関係を示す図である。図４Ｂのグラフ（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、異なる残し厚（Ｔ０）に対応する光強度の分布を示す。図４Ｂにおいて、グラフ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の順に、残し厚が大きくなる。
【００８９】
図４Ａに示すように、残し厚が小さいと光閉じ込めは強くなり、残し厚が大きいと光閉じ込めは弱くなる。また、半導体レーザ素子１内の導波路毎に残し厚を変えることで、導波路毎に光閉じ込めの強さを変えることができる。また、図４Ｂに示すように、残し厚を変えることで、強度分布を様々な形状に変化させることができる。
【００９０】
続いて、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１の効果について、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１からの出射光を、一点に集光するための、光学系を示した模式図である。図５Ｂは、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１からの出射光を集光して得られる光の強度分布を示すグラフである。
【００９１】
図５Ａに示すように、半導体レーザ素子１からの出射光を、レンズ２などの光学系を用いることで、集光点Ｐｆに集光することができる。本実施の形態においては、残し厚（発光層３０から平坦部４０ｂの上面までの距離）は、発光部７１〜７５の配列方向（つまり、図１ＢなどのＸ軸方向）において、少なくとも３個の凸部のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。つまり、各発光部に対応する残し厚が異なる。このため、図４Ｂに示すように各導波路からの出射光の強度分布の形状が異なる。このように様々な形状を有する出射光を集光することで、図５Ｂに示すようなリップルの少ない強度分布を有する光を得ることができる。また、本実施の形態においては、特許文献１に開示された半導体レーザ素子のように、各凸部の幅を異ならせる必要がないため、各導波路間の温度分布の不均一を抑制できる。さらに、本実施の形態では、残し厚は、発光部７１〜７５の配列方向において、凸部４０ａ１〜４０ａ５のすべてを超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。これにより、すべての発光部７１〜７５において、各凸部間での温度分布が不均一になることを抑えた状態で、レーザ光を集光したときの強度分布におけるリップル成分の凹凸を小さくできる。
【００９２】
本実施の形態においては、平坦部４０ｂの厚みは、凸部４０ａ１〜４０ａ５のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。これにより、平坦部４０ｂの厚みの変化に応じて、残し厚を発光部毎に異ならせることができる。
【００９３】
また、本実施の形態では、平坦部４０ｂの上面は、凸部４０ａ１〜４０ａ５のうち連続する３個の凸部を超えて連続的に傾斜している。これにより、平坦部４０ｂの上面の傾斜に応じて、残し厚を発光部毎に異ならせることができる。
【００９４】
また、本実施の形態では、凸部４０ａ１〜４０ａ５の各々の厚みは、発光部７１〜７５の配列方向において単調増加又は単調減少している。これにより、各凸部に流れる電流量を変えることができるため、各発光部からの出射光の強度分布の形状を変えることができる。
【００９５】
また、本実施の形態では、凸部の個数は、５である。このように、凸部の個数を５以上にすることで、多くの互いに異なる強度分布を有する出射光を得られるため、出射光を集光したときの強度分布のリップル成分の凹凸を十分に小さくできる。
【００９６】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る半導体レーザ素子について説明する。実施の形態１では、均一な膜厚の第２半導体層に対するエッチング量に、基板１０上の位置に応じて差を付ける手法を説明したが、本実施の形態では、第２半導体層の膜厚を導波路毎に変えることで、強度分布を制御する手法を用いて形成された半導体レーザ素子について説明する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１との相違点を中心に説明する。
【００９７】
［半導体レーザ素子の構成］
まず、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成について図面を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１の構成を示す断面図である。図６においては、図１Ｂと同様の断面が示されている。
【００９８】
図６に示すように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１は、基板１０と、基板１０の上方に積層され、少なくとも３個の発光部７１〜７５が並んで配置されるレーザアレイ部１１１とを備える。半導体レーザ素子１０１は、さらに、基板１０の下方にｎ側電極８０を備える。
【００９９】
レーザアレイ部１１１は、基板１０側より、第１導電型の第１半導体層２０、発光層３０、及び、第２導電型の第２半導体層１４０を順に備える。本実施の形態では、レーザアレイ部１１１は、さらに、電極部材５０と、誘電体層６０と、を備える。
【０１００】
本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１の第２半導体層１４０以外の構成要素については、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１と同様の構成を有する。
【０１０１】
第２半導体層１４０は、実施の形態１と同様に、平坦部１４０ｂと、平坦部１４０ｂより上方に突出し、少なくとも３個の発光部７１〜７５の上方にそれぞれ配置されたリッジ状の少なくとも３個の凸部１４０ａ１〜１４０ａ５とを含む。凸部１４０ａ１〜１４０ａ５は、共振器長方向（図６のＹ軸方向）に延在するリッジストライプ状の部分であり、各々が導波路を形成する。平坦部１４０ｂは、基板１０の上方全面に形成された第２半導体層１４０のベース部分である。平坦部１４０ｂは、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５の下端から横方向（図６のＸ軸方向）に広がる。
【０１０２】
本実施の形態は、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５の厚み（つまり、高さ）ｈａ１〜ｈａ５がすべて等しい点において、実施の形態１と相違する。なお、厚みがすべて等しいとの記載が示す構成には、厚みが完全に一致する構成だけでなく、厚みが実質的に等しい構成も含まれる。例えば、各厚みの誤差が１０％以下である構成も含まれる。
【０１０３】
本実施の形態に係る平坦部１４０ｂは、実施の形態１に係る平坦部４０ｂと同様の構成を有する。
【０１０４】
第２半導体層１４０は、実施の形態１と同様に、電子障壁層４１と、ｐ側クラッド層１４２と、ｐ側コンタクト層４３とを含む積層構造を有する。
【０１０５】
［半導体レーザ素子の製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１の製造方法について、図７Ａ〜図７Ｆを用いて説明する。図７Ａ〜図７Ｆは、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１の製造方法における各工程の断面図である。図７Ａ〜図７Ｆには、図１Ｂと同様の断面が示されている。
【０１０６】
まず、図７Ａに示すように、実施の形態１と同様に、基板１０上に、有機金属気層成長法を用いて、第１半導体層２０、発光層３０及び電子障壁層４１を順次成膜する。ここでは、各膜厚が基板１０の位置に応じて実質的に変化しないように均一に各膜を成長させる。
【０１０７】
次に、図７Ｂに示すように、電子障壁層４１の上に、ｐ側クラッド層１４２を成長させる。本実施の形態では、基板１０上の位置に応じてｐ側クラッド層１４２の膜厚が増加方向又は減少方向の一方向に変化するようにｐ側クラッド層１４２を成長させる。基板１０上の位置に応じて膜厚を変化させるために、例えば、基板１０上の位置に応じて、温度を変化させてもよい。また、基板１０上の位置に応じて、ｐ側クラッド層１４２を形成する材料の供給比を変化させてもよい。本実施の形態では、図７Ｂに示すように、左端の膜厚が最も大きく、右端に近付くにしたがって、膜厚が小さくなるように、ｐ側クラッド層１４２を成長させる。
【０１０８】
次に、図７Ｃに示すように、実施の形態１と同様に、ｐ側クラッド層１４２上に、ｐ側コンタクト層４３を成長させ、ｐ側コンタクト層４３上に第１保護膜９１を成膜する。
【０１０９】
次に、図７Ｄに示すように、実施の形態１と同様に、第１保護膜９１が帯状に残るように、第１保護膜９１を選択的に除去する。
【０１１０】
次に、図７Ｅに示すように、帯状に形成された第１保護膜９１をマスクとして、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層１４２をエッチングすることで、第２半導体層１４０に凸部１４０ａ１〜１４０ａ５及び平坦部１４０ｂを形成する。本実施の形態では、ｐ側クラッド層１４２のエッチング量が、基板１０上の位置に応じて変化しないように、つまり、均一にエッチングする。これにより、平坦部１４０ｂの膜厚を基板１０上の位置に応じて増加方向又は減少方向の一方向に変化させることができる。つまり、残し厚を導波路毎に変化させることができる。
【０１１１】
次に、実施の形態１と同様に、第１保護膜９１をウェットエッチングにより除去し、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層１４２を覆うように、誘電体層６０を成膜する。続いて、ウェットエッチングにより、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５上の誘電体層６０のみを除去して、ｐ側コンタクト層４３の上面を露出させ、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５上のみにｐ側電極５１を形成する。続いて、ｐ側電極５１、誘電体層６０を覆うようにパッド電極５２を形成する。続いて、基板１０の下面にｎ側電極８０を形成する。これにより、図７Ｆに示すような、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１を製造できる。
【０１１２】
［窒化物半導体レーザの作用効果］
本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１では、第２半導体層１４０において、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５の厚み（高さ）ｈａ１〜ｈａ５は、すべて等しい。凸部１４０ａ１〜１４０ａ５の上面の位置は、上面は右肩下りになるよう傾斜している。一方、平坦部１４０ｂの膜厚は、左端において最も大きく、右端に近付くほど小さい。また、平坦部１４０ｂの上面は、隣り合う二つの凸部の間において右肩下がりとなるように傾斜している。平坦部１４０ｂの膜厚は、凸部のストライプ方向（つまり、長手方向）と直交する方向において変化しており、凸部のストライプ方向と平行な方向においては、膜厚はほぼ均一である。本実施の形態では、平坦部１４０ｂにおけるエッチング量を基板１０上の位置によらず同じとしているので、各凸部の厚みは等しい。つまり、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５と平坦部１４０ｂとは、同様に傾斜する。
【０１１３】
本実施の形態では、第２半導体層１４０が以上のような構成を有することにより、発光層３０から平坦部１４０ｂの上面までの距離（残し厚）は、発光部７１〜７５の配列方向において、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５のうち連続する３個の凸部を超えて増加方向又は減少方向の一方向に変化している。
【０１１４】
これにより、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０１においては、実施の形態１と同様に、各発光部における残し厚が異なるため、各導波路からの出射光の強度分布の形状を異ならせることができる。このように様々な形状を有する出射光を集光することで、リップルの少ない強度分布を有する光を得ることができる。また、本実施の形態においても、特許文献１に開示された半導体レーザ素子のように、各凸部の幅を異ならせる必要がないため、各導波路間の温度分布の不均一を抑制できる。
【０１１５】
また、本実施の形態では、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５の各々の厚みは、等しい。これにより、凸部１４０ａ１〜１４０ａ５の厚みの違いによる各凸部間での温度分布の不均一を抑制できる。
【０１１６】
（変形例）
以上、本開示に係る半導体レーザ素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１１７】
上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【０１１８】
例えば、実施の形態２において、各凸部を形成する手法において、実施の形態１で示したエッチング量を変える手法を組み合わせることも可能である。
【０１１９】
また、上述の各実施の形態では、第２半導体層の平坦部の厚みを変化させることにより、残し厚を変化させているが、残し厚を変化させる方法はこれに限定されない。例えば、発光層３０中の、ｐ側光ガイド層３３、活性層３２全体、活性層３２中のバリア層３０１及び量子井戸層３０２の少なくとも一つの膜厚を変化させることにより、活性層から平坦部の上面までの距離を変化させても、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
また、上述の各実施の形態では、ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる活性層を用いたが、活性層の材料は、これに限定されず、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰなどからなる活性層を用いてもよい。この場合、赤色、赤外域などのレーザ光を出射する半導体レーザ素子を実現できる。
【０１２１】
また、上述の各実施の形態では、残し厚を連続的に変化させているが、残し厚をステップ状に増加又は減少させてもよい。この場合、一つのステップの幅は一個の凸部の幅よりも小さければよく、ステップ状による残し厚の増加又は減少の一方のみの変化が、３個の凸部を超えて継続していればよい。また、平坦部の上面は、ステップ状の形状となってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本開示に係る半導体レーザ素子は、画像表示装置、照明又は産業機器などの光源として利用することができ、特に、比較的に高い光出力を必要とする機器の光源として有用である。
【符号の説明】
【０１２３】
１、１０１  半導体レーザ素子
２  レンズ
１０  基板
１１、１１１  レーザアレイ部
２０  第１半導体層
３０  発光層
３１  ｎ側光ガイド層
３２  活性層
３３  ｐ側光ガイド層
４０、１４０  第２半導体層
４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３、４０ａ４、４０ａ５、１４０ａ１、１４０ａ２、１４０ａ３、１４０ａ４、１４０ａ５  凸部
４０ｂ、１４０ｂ  平坦部
４１  電子障壁層
４２、１４２  ｐ側クラッド層
４３  ｐ側コンタクト層
５０  電極部材
５１  ｐ側電極
５２  パッド電極
６０  誘電体層
７１、７２、７３、７４、７５  発光部
８０  ｎ側電極
９１  第１保護膜
３０１  バリア層
３０２  量子井戸層
１０００  アレイ型半導体レーザ素子
１０１１  基板
１０１２  第１クラッド層
１０１３  活性層
１０１４  第２クラッド層
１０１５  ｐ側コンタクト層
１０１６  ｎ側電極
１０２１、１０２２、１０２３、１０２４  導波路
１０３１、１０３２、１０３３、１０３４  ＮＦＰ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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