(57)【要約】  半導体発光素子（１００）は、窒化物半導体からなるｎ型クラッド層（１０２）と、ｎ型クラッド層（１０２）の上方に配置され、窒化物半導体からなる活性層（１０３）と、活性層（１０３）の上方に配置され、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層（１０４）と、ｐ型クラッド層（１０４）の上方に配置されるｐ側電極（１０７）と、を備え、前記ｐ型クラッド層は、水素を含有し、前記ｐ側電極の下方領域における前記ｐ型クラッド層の中央での前記水素の第１濃度は、前記下方領域における前記中央より外縁側の位置での前記水素の第２濃度より低い。
2019044355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上方に配置され、窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上方に配置され、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層の上方に配置されるｐ側電極と、を備え、
前記ｐ型クラッド層は、水素を含有し、
前記ｐ側電極の下方領域における前記ｐ型クラッド層の中央での前記水素の第１濃度は、前記下方領域における前記中央より外縁側の位置での前記水素の第２濃度より低い
半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層における前記下方領域から外れた領域での前記水素の第３濃度は、前記第２濃度より高い
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ型クラッド層の上方に配置され、開口部を有する絶縁層をさらに備え、
前記ｐ側電極は、少なくとも前記開口部に配置され、
前記下方領域は、前記ｐ側電極の前記開口部に配置された部分において下方に位置する領域である
請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｐ型クラッド層の上方に配置され、窒化物半導体からなるコンタクト層をさらに備え、
前記絶縁層は、前記コンタクト層の上方に配置され、
前記ｐ側電極は、前記開口部において前記コンタクト層と接触する
請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ型クラッド層は、リッジ部を有し、
前記リッジ部の上方に前記開口部が配置され、
前記ｐ側電極は、前記リッジ部の上方に配置される
請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記リッジ部の上方に配置され、窒化物半導体からなるコンタクト層をさらに備え、
前記ｐ側電極は、前記開口部において前記コンタクト層と接触する
請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
基板と、
前記基板の主面の上方において、前記主面に配列され、各々が光を出射する三つ以上の発光素子部を有するアレイ部と、を備え、
三つ以上の前記発光素子部の各々は、
前記基板の上に、前記基板側から順に配置される、窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、窒化物半導体からなる活性層と、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層と、を有し、
前記ｐ型クラッド層は、水素を含有し、
前記アレイ部の中央側に位置する前記発光素子部の前記ｐ型クラッド層における前記水素の濃度は、当該発光素子部より前記アレイ部の端部側に位置する前記発光素子部の前記ｐ型クラッド層における前記水素の濃度より低い
半導体発光素子。
【請求項８】
前記ｐ型クラッド層は、ドーパントとしてＭｇを含む
請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体発光素子に関し、特に青紫から赤色までの可視域の発光を伴う半導体発光素子に関する。【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】
従来、プロジェクタなどに用いられる高出力かつ高効率な光源として、半導体レーザなどの半導体発光素子が検討されている（例えば、特許文献１）。半導体発光素子において高出力動作を行う場合、発光部付近における素子の温度が上昇し、半導体発光素子の電力変換効率が低下し得る。特許文献１では、このような問題を解決するために、半導体レーザ素子の導波路にストライプ状の複数の絶縁層を設けている。これにより導波路中央部における電流を低減できるため、導波路における温度分布の改善できる。特許文献１では、以上のように導波路における温度分布を改善することで、半導体レーザ素子の電力変換効率を高めようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−８８６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体レーザ素子においては、導波路に絶縁層を設けることに伴って、半導体層とｐ側電極との間のコンタクト面積が低減される。このため、ｐ側電極と半導体層との間のコンタクト抵抗が上昇する。したがって、コンタクト抵抗における電圧降下が増大するため、半導体レーザ素子の電力変換効率が低下する。【０００６】
本開示は、このような課題を解決するものであり、電力変換効率が高い半導体発光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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示に係る半導体発光素子の一態様は、窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上方に配置され、窒化物半導体からなる活性層と、前記活性層の上方に配置され、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層の上方に配置されるｐ側電極と、を備え、前記ｐ型クラッド層は、水素を含有し、前記ｐ側電極の下方領域における前記ｐ型クラッド層の中央での前記水素の第１濃度は、前記下方領域における前記中央より外縁側の位置での前記水素の第２濃度より低い。【０００８】
このように構成することにより、ｐ型クラッド層の導波路に対応する領域の中央における水素濃度を低減して、導波路に対応する領域の中央におけるＭｇなどのドーパントと水素との結合を低減できるため、ｐ型クラッド層の導波路中央部に対応する位置での高抵抗化を抑制できる。また、導波路中央部に対応する位置におけるｐ型クラッド層の水素濃度を特に低減することによって、ｐ型クラッド層の中央部分の抵抗を特に低減できる。このため、温度が最も高くなる傾向にあるｐ型クラッド層の中央部分において発生するジュール熱を低減でき、導波路における温度分布を均一化することができる。つまり、導波路における最高温度を低減できる。したがって、半導体発光素子における温度上昇に起因する電力変換効率の低下を抑制できる。【０００９】
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｐ型クラッド層における前記下方領域から外れた領域での前記水素の第３濃度は、前記第２濃度より高くてもよい。【００１０】
このように構成することにより、導波路の外側におけるｐ型クラッド層の水素濃度は、導波路の内側におけるｐ型クラッド層の水素濃度より高くなる。このため、導波路の外側でのｐ型クラッド層における水素と結合して不活性化されたＭｇなどのドーパントの割合は大きくなる。つまり、導波路の外側でのｐ型クラッド層の抵抗は高くなるため、導波路の外側に流れる電流は少なくなる。したがって、電流を導波路の内側に閉じ込めることができる。【００１１】
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｐ型クラッド層の上方に配置され、開口部を有する絶縁層をさらに備え、前記ｐ側電極は、少なくとも前記開口部に配置され、前記下方領域は、前記ｐ側電極の前記開口部に配置された部分において下方に位置する領域であるとよい。【００１２】
このような構成では、ｐ側電極の前記開口部に配置された部分において下方に位置する領域が、ｐ型クラッド層の導波路に対応する領域となる。【００１３】
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｐ型クラッド層の上方に配置され、窒化物半導体からなるコンタクト層をさらに備え、前記絶縁層は、前記コンタクト層の上方に配置され、前記ｐ側電極は、前記開口部において前記コンタクト層と接触してもよい。【００１４】
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記ｐ型クラッド層は、リッジ部を有し、前記リッジ部の上部に、前記開口部が配置され、前記ｐ側電極は、前記リッジ部の上部に配置されてもよい。【００１５】
これにより、活性層において発生した光を共振方向と垂直な方向に安定的に閉じ込めることができる。したがって、半導体発光素子からの出力光の断面方向における強度分布を安定化できる。【００１６】
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記リッジ部の上方に配置され、窒化物半導体からなるコンタクト層をさらに備え、前記ｐ側電極は、前記開口部において前記コンタクト層と接触してもよい。【００１７】
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様は、基板と、前記基板の主面の上方において、前記主面に配列され、各々が光を出射する三つ以上の発光素子部を有するアレイ部と、を備え、三つ以上の前記発光素子部の各々は、前記基板の上に、前記基板側から順に配置される、窒化物半導体からなるｎ型クラッド層と、窒化物半導体からなる活性層と、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを有し、前記ｐ型クラッド層は、水素を含有し、前記アレイ部の中央側に位置する前記発光素子部の前記ｐ型クラッド層における前記水素の濃度は、当該発光素子部より前記アレイ部の端部側に位置する前記発光素子部の前記ｐ型クラッド層における前記水素の濃度より低い。【００１８】
このように、三つ以上の発光素子部を有するアレイ部を備える半導体発光素子においては、アレイ部の中央側に位置する発光素子部の温度が、アレイ部の端部側に位置する発光素子部の温度より高くなる傾向にある。しかしながら、本開示に係る半導体発光素子においては、上記のような構成を有することにより、アレイ部の中央側に位置するｐ型クラッド層の抵抗を低減できるため、半導体発光素子の動作時に、アレイ部の中央側に位置する発光素子部において発生するジュール熱を低減できる。したがって、アレイ部の中央部に位置する発光素子部の電力変換効率の低下を抑制できる。【００１９】
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記リッジ部の上方に配置され、窒化物半導体からなるコンタクト層をさらに備え、前記ｐ側電極は、前記開口部において前記コンタクト層と接触してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、電力変換効率が高い半導体発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る半導体発光素子のｐ型クラッド層における水素濃度分布を模式的に示すグラフである。
【図３】図３は、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態１に係る半導体発光素子と同様の構成を有する実験用素子の水素濃度分布を示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１に係る半導体発光素子と同様の構成を有する他の実験用素子の水素濃度分布を示すグラフである。
【図５】図５は、実施の形態２に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係るｐ型クラッド層の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。
【図７】図７は、実施の形態３に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態３に係るｐ型クラッド層の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。
【図９】図９は、実施の形態４に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４に係るｐ型クラッド層の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施の形態４に係る半導体発光素子の水素濃度低減工程を説明する図である。
【図１２】図１２は、実施の形態５に係る半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態５に係るｐ型クラッド層の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、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。
【００２３】
また、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、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、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。
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る半導体発光素子について説明する。
【００２６】
［１−１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る半導体発光素子の全体構成について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の全体構成を示す模式的な断面図である。
【００２７】
半導体発光素子１００は、窒化物半導体層を含む発光素子である。本実施の形態では、半導体発光素子１００は、共振器を形成する二つの端面を有する半導体レーザ素子である。図１においては、半導体発光素子１００の共振方向に垂直な断面が示されている。
【００２８】
図１に示されるように、半導体発光素子１００は、基板１０１と、ｎ型クラッド層１０２と、活性層１０３と、ｐ型クラッド層１０４と、コンタクト層１０５と、絶縁層１０６と、ｐ側電極１０７と、パッド電極１０８と、ｎ側電極１０９と、を備える。
【００２９】
基板１０１は、半導体発光素子１００の基材である。本実施の形態では、基板１０１は、ＧａＮ単結晶基板である。基板１０１は、ＧａＮ単結晶基板に限定されず、窒化物半導体層を積層し得る基板であればよい。例えば、基板１０１は、ＳｉＣ基板、サファイア基板などであってもよい。
【００３０】
ｎ型クラッド層１０２は、基板１０１の上方に配置されるｎ型の窒化物半導体からなるクラッド層である。本実施の形態では、ｎ型クラッド層１０２は、Ｓｉがドープされ、３μｍの膜厚を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．０３）層である。ｎ型クラッド層１０２におけるＳｉ濃度は１×１０１７ｃｍ−３である。ｎ型クラッド層１０２の構成はこれに限定されない。ｎ型クラッド層１０２は、１μｍ以上の膜厚を有するｎ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）層であればよい。
【００３１】
活性層１０３は、ｎ型クラッド層１０２の上方に配置され、窒化物半導体からなる発光層である。本実施の形態では、活性層１０３は、５ｎｍの膜厚を有しＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝０．０６）からなる井戸層と、１０ｎｍの膜厚を有しＧａＮからなる障壁層とが交互に２層ずつ積層された量子井戸活性層を含む。活性層１０３の構成はこれに限定されない。活性層１０３は、ＩｎｘＧａＮ（０＜ｘ＜１）からなる井戸層と、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≧０、ｙ≧０）からなる障壁層とが交互に積層された量子井戸活性層であればよい。なお、活性層１０３は、量子井戸活性層の上方及び下方の少なくとも一方に形成されたガイド層を含んでもよい。
【００３２】
ｐ型クラッド層１０４は、活性層１０３の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなるクラッド層である。ｐ型クラッド層１０４は、水素を含有する。ｐ側電極１０７の下方領域におけるｐ型クラッド層１０４の中央での水素の第１濃度は、当該下方領域における当該中央より外縁側の位置での水素の第２濃度より低い。ここで、ｐ側電極１０７の下方領域とは、ｐ側電極１０７の直下に位置する領域を意味する。つまり、ｐ側電極１０７の下方領域とは、ｐ側電極１０７より基板１０１側の領域のうち、基板１０１の平面視において、ｐ側電極１０７と重なる領域を意味する。ｐ型クラッド層１０４における水素濃度については後述する。
【００３３】
本実施の形態では、ｐ型クラッド層１０４は、Ｍｇがドープされ、３μｍの膜厚を有するＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層を含む。ｐ型クラッド層１０４におけるＭｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３である。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層は、Ａｌの平均組成が３％であり、３ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮ層と、３ｎｍの膜厚を有するＧａＮ層とが交互にそれぞれ１００層積層された層である。ｐ型クラッド層１０４の構成はこれに限定されない。ｐ型クラッド層１０４は、１μｍ以上の膜厚を有するＭｇドープのｐ型のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）層であればよい。
【００３４】
コンタクト層１０５は、ｐ型クラッド層１０４の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなる層である。本実施の形態では、コンタクト層１０５は、Ｍｇがドープされ、５ｎｍの膜厚を有するＧａＮ層である。コンタクト層１０５におけるＭｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３である。コンタクト層１０５の構成はこれに限定されない。コンタクト層１０５は、ｐ型のＧａＮ層、ｐ型のＩｎＧａＮ層等のｐ型のＧａＮ系の層であればよい。
【００３５】
絶縁層１０６は、ｐ型クラッド層１０４の上方に配置され、開口部１０６ａを有する絶縁材料からなる層である。本実施の形態では、絶縁層１０６は、コンタクト層１０５の上方に配置され、２００ｎｍの膜厚を有するＳｉＯ２からなる層であり、中央に開口部１０６ａを有する。開口部１０６ａは、絶縁層１０６に形成された貫通孔、又は、スリット状の部分である。絶縁層１０６の構成は、これに限定されない。絶縁層１０６は、中央に開口部１０６ａを有し、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の膜厚を有する絶縁材料で形成された層であればよい。
【００３６】
ｐ側電極１０７は、ｐ型クラッド層１０４の上方に配置される導電材料からなる層である。ｐ側電極１０７は、絶縁層１０６の開口部１０６ａに配置される。ｐ側電極１０７は、開口部１０６ａにおいて、コンタクト層１０５と接触する。本実施の形態では、ｐ側電極１０７は、コンタクト層１０５側から順にＰｄ及びＰｔが積層された積層膜である。ｐ側電極１０７の構成はこれに限定されない。ｐ側電極１０７は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜であってもよい。
【００３７】
パッド電極１０８は、ｐ側電極１０７の上方に配置されたパッド状の電極である。本実施の形態では、パッド電極１０８は、ｐ側電極１０７側から順にＴｉ及びＡｕが積層された積層膜である。パッド電極１０８の構成はこれに限定されない。パッド電極１０８は、例えば、Ｔｉ及びＡｕ、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕ、Ｎｉ及びＡｕなどの積層膜であってもよい。
【００３８】
ｎ側電極１０９は、基板１０１の下方に配置される電極である。本実施の形態では、ｎ側電極１０９は、基板１０１側から順にＴｉ、Ｐｔ及びＡｕが積層された積層膜である。ｎ側電極１０９の構成はこれに限定されない。ｎ側電極１０９は、例えば、Ｔｉ及びＡｕ、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕなどの積層膜であってもよい。
【００３９】
［１−２．ｐ型クラッド層における水素濃度］
次に、本実施の形態に係るｐ型クラッド層１０４における水素濃度について、図面を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る半導体発光素子１００のｐ型クラッド層１０４における水素濃度分布を模式的に示すグラフである。図２においては、ｐ型クラッド層１０４における位置と水素濃度との関係を示すために、半導体発光素子１００の模式的な断面図も併せて示されている。
【００４０】
ｐ型クラッド層１０４が有する水素は、主にｐ型クラッド層１０４の結晶成長時に取り込まれる。ｐ型クラッド層１０４に取り込まれた水素原子は、ｐ型ドーパントとしてドープされるＭｇと結合し得る。Ｍｇは水素と結合することによって不活性化され、ドーパントとしてキャリアを生成することができなくなる。このため、ｐ型クラッド層１０４における水素濃度が高い場合、キャリア密度が低下し、ｐ型クラッド層１０４が高抵抗化される。このようにｐ型クラッド層１０４が高抵抗化される場合、ｐ型クラッド層１０４における抵抗成分による電力損失が増大する。さらに、ｐ型クラッド層１０４における抵抗成分に起因するジュール熱による温度上昇の影響で、半導体発光素子１００の電力変換効率が低下する。特にｐ側電極１０７の下方に形成される導波路の中央部分における温度上昇、及び、電力変換効率の低下が顕著となる。
【００４１】
本実施の形態では、ｐ型クラッド層１０４における水素濃度分布を好適化することによって、上述したｐ型クラッド層１０４の高抵抗化、及び、導波路中央部における温度上昇を抑制する。具体的には、図２に示されるように、ｐ側電極１０７の下方領域におけるｐ型クラッド層１０４の中央１０４ｐでの水素の第１濃度は、当該下方領域における中央１０４ｐより外縁側の位置１０４ｑでの水素の第２濃度より低い。このように導波路中央部に対応する位置におけるｐ型クラッド層１０４の水素濃度が低く、導波路の外縁側に対応する位置でのｐ型クラッド層１０４の水素濃度が高い。第１濃度は、例えば、５×１０１７ｃｍ−３以下であってもよい。これにより、ｐ型クラッド層１０４の高抵抗化を確実に抑制できる。また、図２に示されるように、ｐ型クラッド層１０４における下方領域から外れた領域１０４ｒでの水素の第３濃度は、第２濃度より高い。つまり、ｐ型クラッド層１０４の導波路の外側に対応する領域１０４ｒにおける水素の第３濃度は、第２濃度より高い。
【００４２】
以上のように、ｐ型クラッド層１０４の導波路に対応する領域の中央における水素濃度を低減することにより、導波路に対応する領域の中央におけるＭｇと水素との結合を低減できるため、ｐ型クラッド層１０４の導波路中央部に対応する位置での高抵抗化を抑制できる。また、導波路中央部に対応する位置におけるｐ型クラッド層１０４の水素濃度を特に低減することによって、ｐ型クラッド層１０４の中央部分の抵抗を特に低減できる。このため、温度が最も高くなる傾向にあるｐ型クラッド層１０４の中央部分において発生するジュール熱を低減でき、導波路における温度分布を均一化することができる。つまり、導波路における最高温度を低減できる。したがって、半導体発光素子１００における温度上昇に起因する電力変換効率の低下を抑制できる。
【００４３】
本実施の形態における絶縁層１０６の開口部１０６ａにおけるｐ側電極１０７の下方領域の導波路幅は３０μｍである。ここで、導波路幅とは、図２の断面図における導波路の水平方向の幅、つまり、半導体発光素子１００の共振方向及びｐ側電極１０７の厚さ方向に垂直な方向の幅を意味する。導波路幅は、３０μｍに限定されない。導波路幅は、１５μｍ以上、１５０μｍ以下であってもよい。導波路幅を１５μｍ以上とすることで、温度分布の均一化を実現するために十分なｐ型クラッド層１０４における水素濃度の高低差を得ることができる。また、導波路幅を１５０μｍ以下とすることによって、電流及び光の導波路領域への閉じ込め効果を高めることができる。
【００４４】
また、上述したようにｐ型クラッド層１０４のｐ側電極１０７の下方領域から外れた領域１０４ｒにおける水素の第３濃度は、第２濃度より高い。このように、導波路の外側におけるｐ型クラッド層１０４の水素濃度は、導波路の内側におけるｐ型クラッド層１０４の水素濃度より高い。このため、導波路の外側でのｐ型クラッド層１０４における水素と結合して不活性化されたＭｇの割合は大きくなる。つまり、導波路の外側でのｐ型クラッド層１０４の抵抗は高くなるため、導波路の外側に流れる電流は少なくなる。したがって、電流を導波路の内側に閉じ込めることができる。
【００４５】
［１−３．製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について、図面を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【００４６】
まず、図３の断面図（ａ）に示されるように、基板１０１を準備し、基板１０１上に、基板１０１側から順に、ｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４及びコンタクト層１０５を形成する。本実施の形態では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、各層の成膜を行う。ここで、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層を含むｐ型クラッド層１０４の成膜において、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が用いられる。ＴＭＡは水素を吸着しやすいため、ＡｌＧａＮ層を成膜する際、キャリアガス等に含まれる水素が膜中に取り込まれやすい。水素がｐ型クラッド層１０４に取り込まれることで、上述したようにｐ型クラッド層１０４が高抵抗化される。
【００４７】
次に、図３の断面図（ｂ）に示されるように、ｐ型クラッド層１０４の上方に絶縁膜１０６Ｍを成膜する。本実施の形態では、ｐ型クラッド層１０４の上方に形成されたコンタクト層１０５上に絶縁膜１０６Ｍが成膜される。絶縁膜１０６Ｍの成膜には、例えば、プラズマＣＶＤなどを用いることができる。続いて、図３の断面図（ｂ）に示される絶縁膜１０６Ｍを含む積層体をアニールする。本実施の形態では、例えば、８００℃で、３０分アニールする。これにより、ｐ型クラッド層１０４に含まれるＭｇと水素との結合の一部を切断できる。ただし、アニールによって切断できるＭｇと水素との結合は、全体の高々１割程度であり、ｐ型クラッド層１０４の高抵抗化を十分に低減することはできない。
【００４８】
次に、図３の断面図（ｃ）に示されるように、例えば、ウェットエッチングなどにより、絶縁膜１０６Ｍの一部を除去することによって、開口部１０６ａを有する絶縁層１０６を形成する。
【００４９】
次に、図３の断面図（ｄ）に示されるように、例えば、真空蒸着などにより、絶縁層１０６の開口部１０６ａに、コンタクト層１０５側から順に、ｐ側電極１０７及びパッド電極１０８を形成する。
【００５０】
次に、図３の断面図（ｅ）に示されるように、例えば、真空蒸着などにより、基板１０１の下面（つまり、図３の下側面）にｎ側電極１０９を形成する。
【００５１】
次に、以上のような工程で形成された積層体を加熱しながら、パッド電極１０８とｎ側電極１０９との間に電流を注入する。本実施の形態では、例えば、積層体の温度を７０℃以上に加熱しながら、電流密度１５ｋＡ／ｃｍ２の電流注入を１００時間以上行う。これにより、ｐ側電極１０７の下方領域におけるｐ型クラッド層１０４（つまり、ｐ型クラッド層１０４における導波路に対応する領域）に集中的に電流が流れるため、ｐ側電極１０７の下方領域におけるｐ型クラッド層１０４のＭｇと結合している水素をＭｇから離脱させることができる。また、電流注入によって、ｐ側電極１０７の下方領域におけるｐ型クラッド層１０４のうち中央部分の温度が特に上昇するため、当該中央部分においてより多くの水素をＭｇから離脱させることができる。以上のように、ｐ型クラッド層１０４の導波路に対応する領域における水素濃度を低減することによって、図２に示されるような水素濃度分布を実現できる。
【００５２】
以上のような工程によって、本実施の形態に係る半導体発光素子１００を製造することができる。
【００５３】
ここで、以上のような工程によって、実際に図２に示されるような水素濃度分布が得られることを、実験結果を用いて説明する。
【００５４】
図４Ａは、本実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の構成を有する実験用素子の水素濃度分布を示すグラフである。図４Ａには、実験用素子の導波路中央に相当する位置における水素濃度分布が実線で、導波路における外縁側の位置における水素濃度分布が点線で、それぞれ示されている。本実験用素子には、直径３００μｍのｐ側電極が形成されており、ｐ側電極の中央に対応する位置の水素濃度分布が実線で、ｐ側電極の中央から１００μｍ外縁側の位置の水素濃度分布が点線で、それぞれ示されている。本実験用素子では、本実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の水素濃度分布を形成するために、７０℃に加熱しながら電流密度１５ｋＡ／ｃｍ２の電流注入が１００時間行われた。
【００５５】
図４Ｂは、本実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の構成を有する他の実験用素子の水素濃度分布を示すグラフである。図４Ｂには、実験用素子の導波路中央に相当する位置における水素濃度分布が実線で、導波路の外側の領域における水素濃度分布が点線で、それぞれ示されている。本実験用素子には、直径３００μｍのｐ側電極が形成されており、ｐ側電極の中央に対応する位置の水素濃度分布が実線で、ｐ側電極の外側の位置の水素濃度分布が点線で、それぞれ示されている。本実験用素子では、本実施の形態に係る半導体発光素子１００と同様の水素濃度分布を形成するために、７０℃に加熱しながら電流密度１５ｋＡ／ｃｍ２の電流注入が５００時間行われた。
【００５６】
図４Ａ及び図４Ｂには、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって計測された数値が示されている。また、半導体発光素子１００は、例えば、半導体発光素子１００をヒータの上に載せることによって加熱される。
【００５７】
図４Ａに示されるように、導波路中央に相当する位置におけるｐ型クラッド層の水素濃度は、導波路の外縁側に位置するｐ型クラッド層の水素濃度より低い。また図４Ｂに示されるように、導波路中央に相当する位置におけるｐ型クラッド層の水素濃度は、導波路の外側に位置するｐ型クラッド層の領域の水素濃度より大幅に低い。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、上述したような加熱と電流注入とを同時に行う工程により、図２に示されるような水素濃度分布が得られることが分かる。
【００５８】
なお、本実施の形態に係るｐ型クラッド層１０４のような水素濃度分布を形成する方法は、上述の方法に限定されない。例えば、加熱時の温度は７０℃より高くてもよいし、注入する電流密度は、１５ｋＡ／ｃｍ２より大きくてもよい。また、導波路の中央にレーザ光などの光や電子ビームを入射しながら加熱及び電流注入を行ってもよい。このように光や電子ビームを入射することで、水素のＭｇからの離脱を促進できるため、より短時間で所望の水素濃度分布を形成できる。
【００５９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、リッジ構造を有する点において実施の形態１に係る半導体発光素子１００と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態１に係る半導体発光素子１００との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【００６０】
図５は、本実施の形態に係る半導体発光素子２００の全体構成を示す模式的な断面図である。本実施の形態に係る半導体発光素子２００は、共振器を形成する二つの端面を有する半導体レーザ素子である。図５においては、半導体発光素子２００の共振方向に垂直な断面が示されている。
【００６１】
図５に示されるように、半導体発光素子２００は、基板２０１と、ｎ型クラッド層２０２と、活性層２０３と、ｐ型クラッド層２０４と、コンタクト層２０５と、絶縁層２０６と、ｐ側電極２０７と、パッド電極２０８と、ｎ側電極２０９と、を備える。
【００６２】
基板２０１、ｎ型クラッド層２０２、活性層２０３及びｎ側電極２０９は、それぞれ、実施の形態１に係る半導体発光素子１００の基板１０１、ｎ型クラッド層１０２、活性層１０３及びｎ側電極１０９と同様の構成を有する。
【００６３】
ｐ型クラッド層２０４は、実施の形態１に係るｐ型クラッド層１０４と同様に、活性層２０３の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなるクラッド層である。本実施の形態では、ｐ型クラッド層２０４は、リッジ部２０４ｓと、リッジ部２０４ｓの両側に形成された平坦部２０４ｔと、を有する。つまり、ｐ型クラッド層２０４は、実施の形態１に係るｐ型クラッド層１０４と同様の材料で形成された層にリッジ構造が形成された層である。ｐ型クラッド層２０４は、半導体発光素子２００の共振方向に延びるリッジ部２０４ｓと、それに隣接する膜厚の小さい部分と、を有する。本実施の形態では、リッジ部２０４ｓの幅は３０μｍである。リッジ部２０４ｓの幅はこれに限定されず、例えば、１０μｍ以上、１５０μｍ以下でもよい。
【００６４】
ｐ型クラッド層２０４は、水素を有する。ｐ型クラッド層２０４の水素濃度分布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ｐ型クラッド層２０４の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。図６においては、ｐ型クラッド層２０４における位置と水素濃度との関係を示すために、半導体発光素子２００の模式的な断面図も併せて示されている。
【００６５】
図６に示されるように、ｐ側電極２０７の下方領域におけるｐ型クラッド層２０４の中央２０４ｐでの水素の第１濃度は、当該下方領域における中央より外縁側の位置２０４ｑでの水素の第２濃度より低い。また、ｐ型クラッド層２０４の当該下方領域から外れた領域２０４ｒにおける水素の第３濃度は、上記第２濃度より高い。つまり、ｐ型クラッド層２０４の導波路の外側に対応する領域２０４ｒにおける水素の第３濃度は、第２濃度より高い。
【００６６】
コンタクト層２０５は、図５に示されるように、ｐ型クラッド層２０４の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなる層である。コンタクト層２０５は、ｐ型クラッド層２０４のリッジ部２０４ｓの上方に配置される。
【００６７】
以上のようなｐ型クラッド層２０４及びコンタクト層２０５の構造は、例えば、実施の形態１に係るｐ型クラッド層１０４及びコンタクト層１０５と同様の材料で形成された二つの層の一部をエッチングによって選択的に除去することで形成される。
【００６８】
絶縁層２０６は、図５に示されるように、ｐ型クラッド層２０４の上方に配置され、開口部２０６ａを有する絶縁材料からなる層である。絶縁層２０６は、実施の形態１に係る絶縁層２０６と同様の材料で形成された層である。本実施の形態では、絶縁層２０６は、ｐ型クラッド層２０４の上面のうち、リッジ部２０４ｓ以外の部分と、リッジ部２０４ｓの側壁部と、コンタクト層２０５の側面とに配置される。つまり、リッジ部２０４ｓの上方に開口部２０６ａが配置される。絶縁層２０６は、リッジ構造の側壁部とｐ型クラッド層２０４の平坦部２０４ｔの上面とに配置される。なお、絶縁層２０６は、コンタクト層２０５の上面の一部にも配置されてもよい。絶縁層２０６は、例えば、ｐ型クラッド層２０４及びコンタクト層２０５の上に形成した絶縁膜のうち、コンタクト層２０５の上面部分だけをエッチングによって除去することで形成される。
【００６９】
ｐ側電極２０７は、ｐ型クラッド層２０４の上方に配置される導電材料からなる層である。ｐ側電極２０７は、絶縁層２０６の開口部２０６ａにおいて、コンタクト層２０５と接触する。本実施の形態では、ｐ側電極２０７は、リッジ部２０４ｓ及びコンタクト層２０５の上方に配置される。ｐ側電極２０７の幅は、リッジ部２０４ｓの幅のと同様に３０μｍである。ｐ側電極２０７の幅はこれに限定されず、例えば、１０μｍ以上、１５０μｍ以下でもよい。
【００７０】
パッド電極２０８は、ｐ側電極２０７の上方に配置されるパッド状の電極である。本実施の形態では、パッド電極２０８は、ｐ側電極２０７及び絶縁層２０６の上方に配置される。これにより、実施の形態１に係るパッド電極１０８より、パッド電極２０８の面積を拡大できるため、パッド電極２０８へのワイヤなどの接続を容易化できる。
【００７１】
本実施の形態に係る半導体発光素子２００は、以上のような構成を有することにより、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と同様の効果を奏する。さらに、本実施の形態に係る半導体発光素子２００においては、リッジ構造を有するため、活性層２０３において発生した光を共振方向と垂直な方向に安定的に閉じ込めることができる。したがって、半導体発光素子２００からの出力光の断面方向における強度分布を安定化できる。
【００７２】
また、ｐ型クラッド層２０４の水素濃度分布を形成する際に、電流注入に伴って発生した光をリッジ構造部分に安定的に閉じ込めることができるため、水素濃度分布の形成に要する時間を短縮できる。
【００７３】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、二つの発光素子部、つまり、二つの導波路を備える点において、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態１に係る半導体発光素子１００との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【００７４】
図７は、本実施の形態に係る半導体発光素子３００の全体構成を示す模式的な断面図である。本実施の形態に係る半導体発光素子３００は、共振器を形成する二つの端面を有する半導体レーザ素子である。図７においては、半導体発光素子３００の共振方向に垂直な断面が示されている。
【００７５】
図７に示されるように、半導体発光素子３００は、基板３０１と、絶縁層３０６と、ｎ側電極３０９と、基板３０１の主面の上方において、主面に平行に配列され、各々が光を出射する二つの発光素子部３５１及び３５２を有するアレイ部３５０と、を備える。
【００７６】
発光素子部３５１及び３５２の各々は、基板３０１側から順に配置される、窒化物半導体からなるｎ型クラッド層３０２と、窒化物半導体からなる活性層３０３と、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層３０４と、コンタクト層３０５と、を有する。発光素子部３５１は、さらに、ｐ側電極３０７ａと、パッド電極３０８ａと、を備える。発光素子部３５２は、さらに、ｐ側電極３０７ｂと、パッド電極３０８ｂと、を備える。
【００７７】
基板３０１、ｎ型クラッド層３０２、活性層３０３及びコンタクト層３０５は、それぞれ、実施の形態１に係る基板１０１、ｎ型クラッド層１０２、活性層１０３及びコンタクト層１０５と同様の構成を有する。
【００７８】
絶縁層３０６は、ｐ型クラッド層３０４の上方に配置され、開口部３０６ａ及び３０６ｂを有する絶縁材料からなる層である。本実施の形態では、絶縁層３０６は、コンタクト層３０５の上方に配置される。開口部３０６ａ及び３０６ｂは、それぞれ実施の形態１に係る開口部１０６ａと同様の構成を有する。
【００７９】
ｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂは、ｐ型クラッド層３０４の上方に配置される導電材料からなる層である。本実施の形態では、ｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂは、それぞれ絶縁層３０６の開口部３０６ａ及び３０６ｂに配置される。ｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂは、それぞれ実施の形態１に係るｐ側電極１０７と同様の構成を有する。ｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂの各幅は３０μｍである。ｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂの各幅はこれに限定されず、例えば、１０μｍ以上、１５０μｍ以下でもよい。
【００８０】
パッド電極３０８ａ及び３０８ｂは、それぞれｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂの上方に配置される導電材料からなる層である。パッド電極３０８ａ及び３０８ｂは、それぞれ実施の形態１に係るパッド電極１０８と同様の構成を有する。
【００８１】
ｐ型クラッド層３０４は、活性層３０３の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなるクラッド層である。ｐ型クラッド層３０４は、水素を含有する。ｐ型クラッド層３０４の水素濃度分布について図面を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係るｐ型クラッド層３０４の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。図８においては、ｐ型クラッド層３０４における位置と水素濃度との関係を示すために、半導体発光素子３００の模式的な断面図も併せて示されている。
【００８２】
図８に示されるように、ｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂの各下方領域におけるｐ型クラッド層３０４の中央３０４ｐでの水素の第１濃度は、当該各下方領域における当該中央より外縁側の位置３０４ｑでの水素の第２濃度より低い。また、ｐ型クラッド層３０４における当該各下方領域から外れた領域３０４ｒでの水素の第３濃度は、上記第２濃度より高い。つまり、ｐ型クラッド層３０４の導波路の外側に対応する領域３０４ｒにおける水素の第３濃度は、第２濃度より高い。
【００８３】
本実施の形態に係る半導体発光素子３００は、以上のような構成を有することにより、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と同様の効果を奏する。さらに、本実施の形態に係る半導体発光素子３００においては、二つの発光素子部３５１及び３５２を有するため、半導体発光素子１００の約２倍のパワーの光を出力できる。
【００８４】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、三つの発光素子部を備える点、及び、ｐ型クラッド層の水素濃度分布において、実施の形態３に係る半導体発光素子３００と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態３に係る半導体発光素子３００との相違点を中心に説明する。
【００８５】
［４−１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る半導体発光素子４００の全体構成について図面を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る半導体発光素子４００の全体構成を示す模式的な断面図である。本実施の形態に係る半導体発光素子４００は、共振器を形成する二つの端面を有する半導体レーザ素子である。図９においては、半導体発光素子４００の共振方向に垂直な断面が示されている。
【００８６】
図９に示されるように、半導体発光素子４００は、基板４０１と、絶縁層４０６と、ｎ側電極４０９と、基板４０１の主面の上方において、主面に平行に配列され、各々が光を出射する三つの発光素子部４５１、４５２及び４５３を有するアレイ部４５０と、を備える。
【００８７】
発光素子部４５１、４５２及び４５３の各々は、基板４０１側から順に配置される、窒化物半導体からなるｎ型クラッド層４０２と、窒化物半導体からなる活性層４０３と、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層４０４と、窒化物半導体からなるコンタクト層４０５と、を有する。発光素子部４５１は、さらに、ｐ側電極４０７ａと、パッド電極４０８ａと、を備える。発光素子部４５２は、さらに、ｐ側電極４０７ｂと、パッド電極４０８ｂと、を備える。発光素子部４５３は、さらに、ｐ側電極４０７ｃと、パッド電極４０８ｃと、を備える。
【００８８】
基板４０１、ｎ型クラッド層４０２、活性層４０３、コンタクト層４０５及びｎ側電極４０９は、それぞれ、実施の形態３に係る基板３０１、ｎ型クラッド層３０２、活性層３０３、コンタクト層３０５及びｎ側電極３０９と同様の構成を有する。
【００８９】
絶縁層４０６は、ｐ型クラッド層４０４の上方に配置され、開口部４０６ａ、４０６ｂ及び４０６ｃを有する絶縁材料からなる層である。本実施の形態では、絶縁層４０６は、コンタクト層４０５の上方に配置される。開口部４０６ａ、４０６ｂ及び４０６ｃは、それぞれ実施の形態３に係る開口部３０６ａ及び３０６ｂと同様の構成を有する。
【００９０】
ｐ側電極４０７ａ、４０７ｂ及び４０７ｃは、ｐ型クラッド層４０４の上方に配置される導電材料からなる層である。ｐ側電極４０７ａ、４０７ｂ及び４０７ｃは、それぞれ実施の形態３に係るｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂと同様の構成を有する。ｐ側電極４０７ａ、４０７ｂ及び４０７ｃの各幅は３０μｍである。ｐ側電極３０７ａ及び３０７ｂの幅はこれに限定されず、例えば、１０μｍ以上、１５０μｍ以下でもよい。
【００９１】
パッド電極４０８ａ、４０８ｂ及び４０８ｃは、それぞれｐ側電極４０７ａ、４０７ｂ及び４０７ｃの上方に配置される導電材料からなる層である。パッド電極４０８ａ、４０８ｂ及び４０８ｃは、それぞれ実施の形態３に係るパッド電極３０８ａ及び３０８ｂと同様の構成を有する。
【００９２】
ｐ型クラッド層４０４は、活性層４０３の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなるクラッド層である。ｐ型クラッド層４０４は、水素を含有する。ｐ型クラッド層４０４の水素濃度分布について図面を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係るｐ型クラッド層４０４の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。図１０においては、ｐ型クラッド層４０４における位置と水素濃度との関係を示すために、半導体発光素子４００の模式的な断面図も併せて示されている。
【００９３】
図１０に示されるように、ｐ側電極４０７ａ、４０７ｂ及び４０７ｃの各下方領域におけるｐ型クラッド層４０４の中央４０４ｐでの水素の第１濃度は、当該各下方領域における当該中央より外縁側の位置４０４ｑでの水素の第２濃度より低い。また、ｐ型クラッド層４０４における当該各下方領域から外れた領域４０４ｒでの水素の第３濃度は、上記第２濃度より高い。つまり、ｐ型クラッド層４０４の導波路の外側に対応する領域４０４ｒにおける水素の第３濃度は、第２濃度より高い。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子４００は、実施の形態３に係る半導体発光素子３００と同様の効果を奏する。
【００９４】
また、図１０に示されるように、アレイ部４５０の中央側に位置する発光素子部４５２のｐ型クラッド層４０４における水素の濃度は、発光素子部４５２よりアレイ部４５０の端部側に位置する発光素子部４５１及び４５３のｐ型クラッド層４０４における水素の濃度より低い。つまり、ｐ型クラッド層４０４のうち、アレイ部４５０の中央側に位置する発光素子部４５２に含まれる部分４０４ｘにおける水素の濃度は、ｐ型クラッド層４０４のうち、アレイ部４５０の端部側に位置する発光素子部４５１及び４５３に含まれる部分４０４ｙにおける水素の濃度より低い。一般に、三つ以上の発光素子部を有するアレイ部を備える半導体発光素子においては、動作時に、アレイ部の中央側に位置する発光素子部において発生した熱は拡散されにくい。このため、アレイ部の中央部に位置する発光素子部の温度が、アレイ部の端部側に位置する発光素子部の温度より高くなる。したがって、アレイ部の中央部に位置する発光素子部の電力変換効率が、アレイ部の端部側に位置する発光素子部の電力変換効率より低くなる。本実施の形態では、ｐ型クラッド層４０４が図１０に示されるような水素濃度分布を有することにより、アレイ部４５０の中央側に位置するｐ型クラッド層４０４の抵抗を低減できるため、半導体発光素子４００の動作時に、アレイ部４５０の中央側に位置する発光素子部４５２において発生するジュール熱を低減できる。したがって、アレイ部の中央部に位置する発光素子部の電力変換効率の低下を抑制できる。
【００９５】
［４−２．製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子４００の製造方法のうち、ｐ型クラッド層４０４の水素濃度を低減する工程（以下、水素濃度低減工程ともいう。）について図面を用いて説明する。図１１は、本実施の形態に係る半導体発光素子４００の水素濃度低減工程を説明する図である。図１１のグラフ（ａ）は、水素濃度低減工程前のｐ型クラッド層４０４におけるＭｇ及び水素の各濃度分布を示す。図１１のグラフ（ｂ）は、水素濃度低減工程中のｐ型クラッド層４０４中の温度分布を示す。図１１のグラフ（ｃ）は、水素濃度低減工程後のｐ型クラッド層４０４における水素濃度分布を示す。図１１には、ｐ型クラッド層４０４における位置と水素濃度などとの関係を示すために、半導体発光素子４００の模式的な断面図も併せて示されている。
【００９６】
水素濃度低減工程前には、図１１のグラフ（ａ）に示されるように、ｐ型クラッド層４０４に一様にＭｇ及び水素が分布している。このような水素濃度分布を有する素子に対して、水素濃度低減工程において、実施の形態１などと同様に、加熱及び電流注入を同時に行う。このとき、素子全体を一様に加熱し、かつ、各発光素子部に同程度に電流注入を行う。このとき各発光素子部には、図１１の断面図において矢印で示される方向に電流が流れる。これにより、図１１のグラフ（ｂ）に示されるように、ｐ型クラッド層４０４の中の温度分布が得られる。図１１のグラフ（ｂ）に示されるように、ｐ型クラッド層４０４のうち、アレイ部４５０の中央側に位置する発光素子部４５２に含まれる部分４０４ｘの温度が、アレイ部４５０の端部側に位置する発光素子部４５１及び４５３に含まれる部分４０４ｙの温度より高くなる。発光素子部４５２に含まれる部分４０４ｘのピーク温度と、アレイ部４５０の端部側に位置する発光素子部４５１及び４５３に含まれる部分４０４ｙのピーク温度との差は、０℃より大きく、３０℃以下程度であればよい。このような温度差は、例えば、アレイ部４５０で発生する総熱量が１００Ｗ程度の場合に生じる。
【００９７】
図１１のグラフ（ｂ）に示されるような温度分布が形成されることにより、ｐ型クラッド層４０４のうち、発光素子部４５２に含まれる部分４０４ｘにおいて、発光素子部４５１及び４５３に含まれる部分４０４ｙより、水素のＭｇからの離脱が促進される。したがって、水素濃度低減工程後には、図１１のグラフ（ｃ）に示されるような水素濃度分布が得られる。
【００９８】
以上のような水素濃度低減を実現するためには、ｐ側電極４０７ａと、ｐ側電極４０７ｂ及び４０７ｃとの各中心間距離は、５０μｍ以上、１０００μｍ以下であればよい。
【００９９】
なお、図１１のグラフ（ｃ）には示されないが、Ｍｇの濃度分布は、水素濃度低減工程によって変化しない。
【０１００】
以上のような工程によって、本実施の形態に係る半導体発光素子４００を製造できる。
【０１０１】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、リッジ構造を有する点において実施の形態４に係る半導体発光素子４００と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態４に係る半導体発光素子４００との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０１０２】
図１２は、本実施の形態に係る半導体発光素子５００の全体構成を示す模式的な断面図である。本実施の形態に係る半導体発光素子５００は、共振器を形成する二つの端面を有する半導体レーザ素子である。図１２においては、半導体発光素子５００の共振方向に垂直な断面が示されている。
【０１０３】
図１２に示されるように、半導体発光素子５００は、基板５０１と、絶縁層５０６と、ｎ側電極５０９と、基板５０１の主面の上方において、主面に平行に配列され、各々が光を出射する三つの発光素子部５５１、５５２及び５５３を有するアレイ部５５０と、を備える。
【０１０４】
発光素子部５５１、５５２及び５５２の各々は、基板５０１側から順に配置される、窒化物半導体からなるｎ型クラッド層５０２と、窒化物半導体からなる活性層５０３と、窒化物半導体からなるｐ型クラッド層５０４と、パッド電極５０８と、を有する。発光素子部５５１は、さらに、窒化物半導体からなるコンタクト層５０５ａと、ｐ側電極５０７ａと、を備える。発光素子部５５２は、さらに、窒化物半導体からなるコンタクト層５０５ｂと、ｐ側電極５０７ｂと、を備える。発光素子部５５３は、さらに、窒化物半導体からなるコンタクト層５０５ｃと、ｐ側電極５０７ｃと、を備える。
【０１０５】
基板５０１、ｎ型クラッド層５０２、活性層５０３及びｎ側電極５０９は、それぞれ、実施の形態４に係る基板４０１、ｎ型クラッド層４０２、活性層４０３及びｎ側電極４０９と同様の構成を有する。
【０１０６】
ｐ型クラッド層５０４は、活性層５０３の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなるクラッド層である。本実施の形態では、ｐ型クラッド層５０４は、各発光素子部に対応する位置に形成されたリッジ部５０４ｓと、リッジ部５０４ｓの両側に形成された平坦部５０４ｔと、を有する。ｐ型クラッド層５０４は、半導体発光素子５００の共振方向に延びる三つのリッジ部５０４ｓと、それに隣接する膜厚の小さい部分と、を有する。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子５００の各発光素子部は、実施の形態２に係る半導体発光素子２００と同様に、出力光の断面方向における強度分布を安定化できる。
【０１０７】
ｐ型クラッド層５０４は、水素を含有する。ｐ型クラッド層５０４の水素濃度分布について図面を用いて説明する。図１３は、本実施の形態に係るｐ型クラッド層５０４の水素濃度分布を模式的に示すグラフである。図１３においては、ｐ型クラッド層５０４における位置と水素濃度との関係を示すために、半導体発光素子５００の模式的な断面図も併せて示されている。
【０１０８】
図１３に示されるように、ｐ側電極５０７ａ、５０７ｂ及び５０７ｃの各々の下方領域におけるｐ型クラッド層５０４の中央５０４ｐでの水素の第１濃度は、当該下方領域における中央より外縁側の位置５０４ｑでの水素の第２濃度より低い。また、ｐ型クラッド層５０４の当該下方領域から外れた領域５０４ｒにおける水素の第３濃度は、上記第２濃度より高い。つまり、ｐ型クラッド層５０４の導波路の外側に対応する領域５０４ｒにおける水素の第３濃度は、第２濃度より高い。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子５００の各発光素子部は、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と同様の効果を奏する。
【０１０９】
また、図１３に示されるように、アレイ部５５０の中央側に位置する発光素子部５５２のｐ型クラッド層５０４における水素の濃度は、発光素子部５５２よりアレイ部５５０の端部側に位置する発光素子部５５１及び５５３のｐ型クラッド層５０４における水素の濃度より低い。つまり、ｐ型クラッド層５０４のうち、アレイ部５５０の中央側に位置する発光素子部５５２に含まれる部分５０４ｘにおける水素の濃度は、ｐ型クラッド層５０４のうち、アレイ部５５０の端部側に位置する発光素子部５５１及び５５３に含まれる部分５０４ｙにおける水素の濃度より低い。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子５００は、実施の形態４に係る半導体発光素子４００と同様の効果を奏する。
【０１１０】
コンタクト層５０５ａ、５０５ｂ及び５０５ｃは、ｐ型クラッド層５０４の上方に配置され、ｐ型の窒化物半導体からなる層である。コンタクト層５０５ａ、５０５ｂ及び５０５ｃは、ｐ型クラッド層５０４の各リッジ部５０４ｓの上方に配置される。
【０１１１】
以上のような、ｐ型クラッド層５０４並びにコンタクト層５０５ａ、５０５ｂ及び５０５ｃの構造は、実施の形態２に係る半導体発光素子２００のｐ型クラッド層２０４及びコンタクト層２０５と同様の方法によって形成できる。
【０１１２】
絶縁層５０６は、ｐ型クラッド層５０４の上方に配置され、開口部５０６ａ、５０６ｂ及び５０６ｃを有する絶縁材料からなる層である。
【０１１３】
ｐ側電極５０７ａ、５０７ｂ及び５０７ｃは、ｐ型クラッド層５０４の上方に配置される導電材料からなる層である。ｐ側電極５０７ａ、５０７ｂ及び５０７ｃは、それぞれ実施の形態２に係るｐ側電極２０７と同様の構成を有する。
【０１１４】
パッド電極５０８は、ｐ側電極５０７ａ、５０７ｂ及び５０７ｃの上方に配置される導電材料からなる層である。本実施の形態では、パッド電極５０８は、各ｐ側電極及び絶縁層５０６の上に配置される。
【０１１５】
なお、本実施の形態では、ｐ側電極５０７ａ、５０７ｂ及び５０７ｃは、開口部５０６ａ、５０６ｂ及び５０６ｃの幅に一致して形成されているが、必ずしも、ｐ側電極は、開口部の幅に一致している必要はなく、少なくとも、ｐ側電極の一部が開口部に配置されていればよい。例えば、ｐ側電極は開口部の幅よりも幅広であってもよく、このような場合においては、ｐ側電極のうち開口部に配置された部分の下方に位置する領域が、本発明の「ｐ側電極の下方領域」となる。実施の形態１〜４に係るｐ側電極及び下方領域についても同様である。
【０１１６】
本実施の形態に係る半導体発光素子５００は、以上のような構成を有することにより、上述したとおり、実施の形態１〜４に係る各半導体発光素子と同様の効果を奏する。
【０１１７】
（変形例など）
以上、本開示に係る半導体発光素子について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【０１１８】
例えば、上記各実施の形態においては、半導体発光素子が半導体レーザ素子である例を示したが、半導体発光素子は、半導体レーザ素子に限定されない。例えば、半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。
【０１１９】
また、上記実施の形態３に係る半導体発光素子３００において、上記実施の形態２に係る半導体発光素子２００と同様にリッジ構造を設けてもよい。
【０１２０】
また、上記実施の形態４及び実施の形態５においては、各半導体発光素子の発光素子部の個数は３つであったが、発光素子部の個数は４つ以上でもよい。
【０１２１】
また、上記各実施の形態に係る半導体発光素子は、絶縁層を備えるが、半導体発光素子は、必ずしも絶縁層を備えなくてもよい。
【０１２２】
また、上記各実施の形態に係る半導体発光素子において、ｐ型クラッド層の水素濃度は、位置に対して滑らかに変化しているが、ｐ型クラッド層の水素濃度分布は、このような構成に限定されない。例えば、ｐ型クラッド層の水素濃度分布は、位置に対してステップ状に変化してもよい。
【０１２３】
また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつ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上記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。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本開示の半導体発光素子は、例えば、高出力かつ高効率な光源としてプロジェクタなどに適用できる。
【符号の説明】
【０１２５】
１００、２００、３００、４００、５００  半導体発光素子
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１  基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２  ｎ型クラッド層
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３  活性層
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４  ｐ型クラッド層
１０４ｐ、２０４ｐ、３０４ｐ、４０４ｐ、５０４ｐ  中央
１０４ｑ、２０４ｑ、３０４ｑ、４０４ｑ、５０４ｑ  外縁側の位置
１０４ｒ、２０４ｒ、３０４ｒ、４０４ｒ、５０４ｒ  領域
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５ａ、５０５ｂ、５０５ｃ  コンタクト層
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６  絶縁層
１０６ａ、２０６ａ、３０６ａ、３０６ｂ、４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ、５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ  開口部
１０６Ｍ  絶縁膜
１０７、２０７、３０７ａ、３０７ｂ、４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ、５０７ａ、５０７ｂ、５０７ｃ  ｐ側電極
１０８、２０８、３０８ａ、３０８ｂ、４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃ、５０８  パッド電極
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９  ｎ側電極
２０４ｓ、５０４ｓ  リッジ部
２０４ｔ、５０４ｔ  平坦部
３５０、４５０、５５０  アレイ部
３５１、３５２、４５１、４５２、４５３、５５１、５５２、５５３  発光素子部
４０４ｘ、４０４ｙ、５０４ｘ、５０４ｙ  部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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