(57)【要約】【課題】ＷＰＥ向上と信頼性特性の劣化抑制とを実現できる窒化物系半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】窒化物系半導体レーザ素子１００は、基板１と、基板の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第一導電型クラッド層３と、第一導電型クラッド層３の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる発光層と、発光層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第二導電型半導体層と、第一導電型クラッド層３の側方に配置された電流狭窄部１４０とを備え、電流狭窄部１４０は、発光層と基板１との間に配置された空洞を含む。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第一導電型クラッド層と、
前記第一導電型クラッド層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる発光層と、
前記発光層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第二導電型半導体層と、
前記第一導電型クラッド層の側方に配置された電流狭窄部とを備え、
前記電流狭窄部は、前記発光層と前記基板との間に配置された空洞を含む
窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記電流狭窄部は、前記第一導電型クラッド層と前記空洞との間に配置された誘電体層を備える
請求項１記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電流狭窄部の幅は、１μｍ以上である
請求項１又は２記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第二導電型半導体層は、
前記発光層の上方に、該発光層に接して配置されたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる電子障壁層と、
前記電子障壁層の上方に、該電子障壁層に接して配置されたＧａＮからなるコンタクト層とを備え、
前記電子障壁層と前記コンタクト層との合計膜厚が７０ｎｍ以下である
請求項１〜３のいずれか１項記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記電子障壁層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．２５≦ｘ≦０．４５）からなる
請求項４記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項６】
さらに、
前記コンタクト層の上方に、該コンタクト層に接して配置された透明電極を備える
請求項４又は５記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記透明電極は、Ｉｎを含む酸化物からなる
請求項６記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項８】
窒化物系半導体材料からなる第一導電型クラッド層と、前記第一導電型クラッド層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる発光層と、前記発光層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第二導電型半導体層とを備える窒化物系半導体レーザ素子の製造方法であって、
基板の上方に、前記第一導電型クラッド層に対応する第一半導体層、前記発光層に対応する第二半導体層、及び、前記第二導電型半導体層に対応する第三半導体層を順に積層する工程と、
前記積層された前記第一半導体層、前記第二半導体層及び前記第三半導体層に対して、前記第三半導体層から、前記第一半導体層の途中又は前記第一半導体層の下方まで到達する溝を形成する工程と、
前記溝により露出した前記第一半導体層の側面を、選択的エッチングによりエッチングすることにより、前記発光層と前記基板との間に空洞を形成する工程とを含む
窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記選択的エッチングは、光電気化学反応を利用したエッチングである
請求項８記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第一半導体層と前記空洞との間に誘電体層を形成する工程を備える
請求項８又は９記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記溝を形成する工程において、前記溝をドライエッチングにより形成する
請求項８〜１０いずれか１項記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えばスポット照明、加工用レーザ発振器等に適用される窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スポット照明、加工用レーザ発振器等の光源に求められる重要な特性として電力変換効率（Ｗａｌｌ  Ｐｌｕｇ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ、以下ＷＰＥ）がある。窒化物系半導体レーザ素子は材料の物性上、動作電圧が高くなることによるＷＰＥ低下が大きな課題となる。窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧低減のための一手段として、ｐ型コンタクト層及びｐ型電極の面積を増大させることによるコンタクト抵抗低減が挙げられる。以下、従来の窒化物系半導体レーザ素子、及び、コンタクト抵抗の低減方法について図面を用いて説明する。
【０００３】
例えば、特許文献１に代表されるような電流狭窄層をｎ型半導体層内に配置する構造を有する窒化物系半導体レーザ素子が提案されている。図８は、特許文献１記載の従来の窒化物系半導体レーザ素子の構造の一例を示す断面図である。特許文献１記載の窒化物系半導体レーザ素子では、ｎ型ＧａＮ基板１００１上に中間層１００２及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層１００５が成長され、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層１００５を高抵抗化することにより電流狭窄層１００３を作製する。その後、活性層１００６、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層１００７及びｐ型ＧａＮコンタクト層１００８を再成長することにより電流狭窄機構を有する窒化物系半導体レーザ素子を作製する。また、図８に示されるように、窒化物系半導体レーザ素子には、ｐ型電極１００９及びｎ型電極１０１０が形成される。また、ｎ側半導体層内に電流狭窄層を構成する他の手段として、特許文献２に代表されるような誘電体層等の半導体層以外の電流狭窄層を形成し選択成長により導波路構造を作製する方法も提案されている。これらの窒化物系半導体レーザ素子においてもｐ型電極面積を増大することによりコンタクト抵抗を下げ動作電圧低減を実現することは可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５２４９０１号公報
【特許文献２】特開２００９−２６７０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示される構成では上述のとおりコンタクト抵抗低減による動作電圧低減は可能であるが、屈折率導波構造ではないので閾値電流又は動作電流の低減等の特性向上によるＷＰＥ向上は期待できない。特許文献２に示される構成では屈折率導波構造により光閉じ込め効果が得られるが、さらなるＷＰＥ向上には、光閉じ込め効果の強化、ｐ型半導体層の膜厚低減等の電圧対策が必要となる。また、特許文献１及び特許文献２の両特許文献記載の窒化物系半導体レーザ素子共に積層半導体層上への再成長工程が必要となるため、再成長界面の汚染等による抵抗値の増大及び結晶欠陥の発生、並びに、段差を有する構造体への再成長による転位の発生による信頼性特性の大幅な劣化が懸念される。
【０００６】
本開示は、上記の課題を解決するために、ＷＰＥ向上と信頼性特性の劣化抑制とを実現できる窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法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】
上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子は、基板と、前記基板の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第一導電型クラッド層と、前記第一導電型クラッド層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる発光層と、前記発光層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第二導電型半導体層と、前記第一導電型クラッド層の側方に配置された電流狭窄部とを備え、前記電流狭窄部は、前記発光層と前記基板との間に配置された空洞を含む。
【０００８】
このように屈折率の低い空洞を含む電流狭窄部を設けることで光閉じ込め効果を強化し、第二電導型半導体層の薄膜化設計によるＷＰＥ向上と信頼性特性の劣化抑制とを実現することができる。
【０００９】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子において、前記電流狭窄部は、前記第一導電型クラッド層と前記空洞との間に配置された誘電体層を備えてもよい。
【００１０】
このように誘電体層を配置することにより、パッシベーション膜としての作用により信頼性特性を改善できる。さらに、誘電体層の屈折率及び膜厚により光閉じ込め効果を制御することができるため、素子の特性の制御と、ＷＰＥ向上とを両立することができる。
【００１１】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子において、前記電流狭窄部の幅は、１μｍ以上であってもよい。なお、電流狭窄部の幅は、第一導電型クラッド層の幅が最も小さくなる箇所での電流狭窄部となる部分での幅で決まる。
【００１２】
これにより、導波路内への有効な光閉じ込め効果を得ることが可能となる。
【００１３】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子において、前記第二導電型半導体層は、前記発光層の上方に、該発光層に接して配置されたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる電子障壁層と、前記電子障壁層の上方に、該電子障壁層に接して配置されたＧａＮからなるコンタクト層とを備え、前記電子障壁層と前記コンタクト層との合計膜厚が７０ｎｍ以下であってもよい。
【００１４】
これにより、第二導電型のクラッド層を備えない窒化物系半導体レーザ素子を実現できる。このような素子によれば、動作電圧上昇の原因となる半導体層の膜厚を大幅に低減できるため素子のＷＰＥを大幅に向上させることが可能となる。
【００１５】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子において、前記電子障壁層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．２５≦ｘ≦０．４５）からなるでもよい。
【００１６】
この電子障壁層の構成により、発光層からの電子のオーバーフローが抑制されるため、素子の閾値電流及び動作電流の低減、並びに、温度特性向上を実現し得る。
【００１７】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子は、さらに、前記コンタクト層の上方に、該コンタクト層に接して配置された透明電極を備えてもよい。
【００１８】
これにより、光が電極の位置を伝播しても電極における光損失を抑制できるため、電極を発光層に近づけることが可能となる。したがって、動作電圧低減を妨げる第二導電型半導体層の膜厚を極限まで薄膜化したデバイス設計が可能となることから、大幅にＷＰＥを向上し得る。
【００１９】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子において、前記透明電極は、Ｉｎを含む酸化物からなってもよい。
【００２０】
この構成の透明電極を使用することにより、光が電極の位置を伝播しても、電極における光損失を抑制できる。このため、第二電極型半導体層を極限まで薄膜化することで電極と発光層とが近づく場合にも動作電圧低減を可能とするデバイス設計を可能とする。
【００２１】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物系半導体材料からなる第一導電型クラッド層と、前記第一導電型クラッド層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる発光層と、前記発光層の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第二導電型半導体層とを備える窒化物系半導体レーザ素子の製造方法であって、基板の上方に、前記第一導電型クラッド層に対応する第一半導体層、前記発光層に対応する第二半導体層、及び、前記第二導電型半導体層に対応する第三半導体層を順に積層する工程と、前記積層された前記第一半導体層、前記第二半導体層及び前記第三半導体層に対して、前記第三半導体層から、前記第一半導体層の途中又は前記第一半導体層の下方まで到達する溝を形成する工程と、前記溝により露出した前記第一半導体層の側面を、選択的エッチングによりエッチングすることにより、前記発光層と前記基板との間に空洞を形成する工程とを含む。
【００２２】
この製造方法により、信頼性特性劣化を誘発する再成長等の複雑な工程を必要とすることなく発光層と基板との間に屈折率導波構造を形成することができるため、信頼性特性劣化を防止し、素子特性向上を図ることが可能となる。
【００２３】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、前記選択的エッチングは、光電気化学反応を利用したエッチングであってもよい。
【００２４】
これにより、エッチングダメージを抑制し信頼性特性劣化を防止することができる。
【００２５】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、前記第一半導体層と前記空洞との間に誘電体層を形成する工程を備えてもよい。
【００２６】
これにより、エッチング表面のパッシベーションを行うことができる。このため、素子のリーク電流抑制等の素子特性の安定化に貢献する効果を得ることができる。
【００２７】
また、本開示の一態様に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、前記溝を形成する工程において、前記溝をドライエッチングにより形成してもよい。
【００２８】
これにより、ウェットエッチングなどによって溝を形成する場合より、微細な溝の形成が可能となる。このため、素子の構造設計の精細化及び素子の小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本開示によれば、ＷＰＥ向上と信頼性特性の劣化抑制とを実現できる窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す他の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧のｐ型クラッド層膜厚依存性を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子及び比較例に係る窒化物系半導体レーザ素子の信頼性特性を示すグラフである実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の素子特性、信頼性特性である。
【図３】図３は、実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の形態２の変形例に係る窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第一工程を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第二工程を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第三工程を示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第四工程を示す断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第五工程を示す断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第六工程を示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第一工程を示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第二工程を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第三工程を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第四工程を示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第五工程を示す断面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法における第六工程を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、空洞形成前のリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第一の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第二の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、第三の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、第四の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、第五の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、第六の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図７Ｈ】図７Ｈは、第七の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図８】図８は、従来の窒化物系半導体レーザ素子の構造の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本開示の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。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、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、工程（ステップ）及び工程の順序等は、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。
【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密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
【００３３】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子について図面を用いて説明する。
【００３４】
図１Ａは、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００の構造を示す断面図である。図１Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００の構造を示す他の断面図である。図１Ｂでは、図１Ａに示される１Ｂ−１Ｂ線における断面が示されている。なお、図１Ｂでは、断面より奥に位置する層の端部を破線で示している。
【００３５】
窒化物系半導体レーザ素子１００は、基板１と、第一導電型クラッド層３と、発光層１２０と、第二導電型半導体層１３０と、電流狭窄部１４０とを備える。本実施の形態では、窒化物系半導体レーザ素子１００は、さらに、第一導電型電極１６と、バッファ層２と、ｎ型ＧａＮガイド層４と、電子障壁層１１と、コンタクト層１２と、第二導電型電極１４と、パッド電極１５とを備える。窒化物系半導体レーザ素子１００は、さらに、誘電体層１７を備える。窒化物系半導体レーザ素子１００は、図１Ａに示されるように、リッジストライプ１３が形成されている。
【００３６】
基板１は、窒化物系半導体レーザ素子１００の基材であり、例えば、ＧａＮ基板である。
【００３７】
第一導電型クラッド層３は、基板１の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる第一導電型の半導体層である。本実施の形態では、第一導電型クラッド層３は、膜厚が１０００ｎｍのｎ型ＧａｘＡｌｙＮ（ｙ＝０．０２６、ｘ＝１−ｙ）からなる層である。
【００３８】
発光層１２０は、第一導電型クラッド層３の上方に配置された窒化物系半導体材料からなる層であり、窒化物系半導体レーザ素子１００の発光部を形成する。本実施の形態では、発光層１２０は、アンドープＧａＮ第一ガイド層５と、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第一ガイド層６と、ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層７と、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第二ガイド層８と、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第三バリア層９と、アンドープＧａＮ第二ガイド層１０とを有し、これらの層がこの順に基板１側（下方）から積層されている。
【００３９】
ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層７は、光を発生する活性層の一例である。ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層７は、井戸層と障壁層とが交互に積層された構成を有する。
【００４０】
アンドープＧａＮ第一ガイド層５は、活性層に対して下方に配置され、活性層において発生した光をガイドする第一ガイド層に含まれる層の一例である。アンドープＧａＮ第一ガイド層５の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では２５０ｎｍである。
【００４１】
アンドープＧａｘＩｎｙＮ第一ガイド層６は、活性層に対して下方に配置され、活性層において発生した光をガイドする第一ガイド層に含まれる層の一例である。本実施の形態では、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第一ガイド層６は、アンドープＧａｘＩｎｙＮ（ｙ＝０．００８、ｘ＝１−ｙ）からなる。アンドープＧａｘＩｎｙＮ第一ガイド層６の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では４０ｎｍである。
【００４２】
アンドープＧａｘＩｎｙＮ第二ガイド層８は、活性層に対して上方に配置され、活性層において発生した光をガイドする第二ガイド層に含まれる層の一例である。本実施の形態では、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第二ガイド層８は、アンドープＧａｘＩｎｙＮ（ｙ＝０．００８、ｘ＝１−ｙ）からなる。アンドープＧａｘＩｎｙＮ第二ガイド層８の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では３６ｎｍである。
【００４３】
アンドープＧａｘＩｎｙＮ第三バリア層９は、第二ガイド層の上方に配置される第三バリア層の一例である。本実施の形態では、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第三バリア層９は、アンドープＧａｘＩｎｙＮ（ｙ＝０．００３、ｘ＝１−ｙ）からなる。アンドープＧａｘＩｎｙＮ第三バリア層９の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では６３．５ｎｍである。
【００４４】
アンドープＧａＮ第二ガイド層１０は、第三バリア層の上方に配置され、活性層において発生した光をガイドする第二ガイド層に含まれる層の一例である。アンドープＧａＮ第二ガイド層１０の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では２５５０ｎｍである。
【００４５】
第二導電型半導体層１３０は、発光層１２０の上方に形成された窒化物系半導体材料からなる半導体層である。本実施の形態では、第二導電型半導体層１３０は、電子障壁層１１と、コンタクト層１２とを備える。
【００４６】
電子障壁層１１は、発光層１２０の上方に、発光層１２０に接して配置されたＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる層である。本実施の形態では、電子障壁層１１は、ｐ型ＧａｘＡｌｙＮ（ｘ＝０．３６、ｘ＝１−ｙ）からなる。電子障壁層１１の構成はこれに限定されない。電子障壁層１１は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．２５≦ｘ≦０．４５）からなってもよい。この電子障壁層１１の構成により、発光層１２０からの電子のオーバーフローが抑制されるため、素子の閾値電流及び動作電流の低減、並びに、温度特性向上を実現し得る。電子障壁層１１の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では５ｎｍである。
【００４７】
コンタクト層１２は、電子障壁層１１の上方に、電子障壁層１１に接して配置されたｐ型ＧａＮからなる層である。コンタクト層１２の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では６０ｎｍである。
【００４８】
これにより、第二導電型のクラッド層を備えない窒化物系半導体レーザ素子を実現できる。このような素子によれば、動作電圧上昇の原因となる半導体層の膜厚を大幅に低減できるため素子のＷＰＥを大幅に向上させることが可能となる。
【００４９】
また、電子障壁層１１とコンタクト層１２との合計膜厚は、例えば、１０ｎｍ以上、７０ｎｍ以下である。合計膜厚が１０ｎｍとなる例としては、電子障壁層１１及びコンタクト層１２の各膜厚が５ｎｍである場合が挙げられる。
【００５０】
電流狭窄部１４０は、第一導電型クラッド層３の側方に配置され、発光層１２０と基板１との間に配置された空洞１８を含む。なお、ここで、側方とは、図１Ｂに示される窒化物系半導体レーザ素子１００のレーザ光軸Ａｘ及び第一導電型クラッド層３の厚さ方向の両方に垂直な方向を意味する。つまり、図１Ａの水平方向を意味する。空洞１８は、図１Ａに示されるように、窒化物系半導体レーザ素子１００のリッジストライプ１３の側面のうち、第一導電型クラッド層３の部分に形成された凹部である。言い換えると、空洞１８は、図１Ｂに示されるように、基板１の上面視において、リッジストライプ１３の最も外側の側面である発光層１２０の側面より、内側に配置されている。
【００５１】
また、本実施の形態では、電流狭窄部１４０は、クラッド層と空洞１８との間に配置された誘電体層１７ａを備える。誘電体層１７ａは、誘電体層１７のうち、リッジストライプ１３の側面に形成された部分である。このような誘電体層１７を配置することにより、パッシベーション膜としての作用により信頼性特性を改善できる。さらに、誘電体層１７の屈折率及び膜厚により光閉じ込め効果を制御することができるため、素子の特性の制御と、ＷＰＥ向上とを両立することができる。
【００５２】
本実施の形態では電流狭窄部１４０の幅は、５μｍである。なお、ここで、幅とは、図１Ａの水平方向における寸法を意味する。電流狭窄部１４０の幅は、５μｍに限定されず、１μｍ以上であればよい。これにより、クラッド層などで形成された導波路内への有効な光閉じ込め効果を得ることが可能となる。
【００５３】
バッファ層２は、基板１と第一導電型クラッド層３との間に配置され、第一導電型クラッド層３の結晶性を向上させるための層である。本実施の形態では、バッファ層２はＧａＮからなる。
【００５４】
ｎ型ＧａＮガイド層４は、第一導電型クラッド層３の上方に配置され、活性層で発生した光をガイドする第一導電型光ガイド層の一例である。本実施の形態では、ｎ型ＧａＮガイド層４は、ｎ型ＧａＮからなる。ｎ型ＧａＮガイド層の膜厚は、特に限定されないが、本実施の形態では２２０ｎｍである。
【００５５】
第二導電型電極１４は、コンタクト層１２の上方に、コンタクト層１２に接して配置された透明電極である。第二導電型電極１４は、例えば、Ｉｎを含む導電性酸化膜である。また、第二導電型電極１４としてＧａＩｎＯのような仕事関数の大きな材料を使用することでコンタクト抵抗のさらなる低減が可能となり、素子の電力変換効率向上に効果的である。また、透明電極を用いることにより、光が第二導電型電極１４の位置を伝播しても第二導電型電極１４における光損失を抑制できるため、第二導電型電極１４を発光層に近づけることが可能となる。したがって、動作電圧低減を妨げる第二導電型半導体層の膜厚を極限まで薄膜化したデバイス設計が可能となることから、大幅にＷＰＥを向上し得る。
【００５６】
パッド電極１５は、第二導電型電極１４の上方に、第二導電型電極に接して配置されたパッド状の電極である。
【００５７】
第一導電型電極１６は、基板１の下方に配置された電極である。
【００５８】
誘電体層１７は、リッジストライプ１３の側面に形成された誘電体からなる保護膜である。本実施の形態では、誘電体層１７としてＳｉＯ２を用いるが、Ａｌ２Ｏ３等のその他の誘電体酸化膜、又は、ＳｉＮ、ＡｌＮ等の窒化膜を用いてもよい。誘電体層１７は図１Ａに示したように第二導電型電極１４及びパッド電極１５以外の各層を被覆するが、各層の一部に被覆されない部分があってもよい。第一導電型クラッド層３に接する形で誘電体層１７ａが形成され、その外側に空洞１８が形成されている。このように、屈折率の低い空洞１８を含む電流狭窄部１４０を設けることで、導波路内に効果的な光閉じ込めを実現し、素子の高効率化を実現することができる。
【００５９】
本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００は、以上のような層構成のダブルへテロ構造を有する。しかしながら、ダブルへテロ構造の各構成層の組成及び膜厚は本実施の形態の限りではなく、レーザ光の拡がり角等の特性に応じて設計変更が可能である。
【００６０】
本実施の形態の最も顕著な特徴は、従来の窒化物系半導体レーザ素子に用いられている第二導電型（本実施の形態ではｐ型）クラッド層が存在しないことであり、これにより素子のシリーズ抵抗低減による動作電圧低減が可能となる。本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００の導波路構造では、第一導電型クラッド層３をリッジストライプ１３の側壁より５μｍ内側に配置することにより屈折率導波構造を実現している。リッジストライプ１３の幅は３０μｍである。リッジストライプ１３上に形成された第二導電型電極１４の幅は２０μｍであり、エッチングされた第一導電型クラッド層３と同じサイズとした。なお、リッジストライプ１３の幅、第一導電型クラッド層３の幅は本実施の形態の限りではなく、定格光出力、要望される電力変換効率などに応じて設計変更が可能である。第一導電型クラッド層３の幅は、例えば、１μｍ以上である。これにより効果的な光閉じ込めを実現することができる。
【００６１】
ここで、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の電圧特性に関するデータ、及び信頼性試験の結果について図面を用いて説明する。
【００６２】
図２Ａは、窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧のｐ型クラッド層膜厚依存性を示すグラフである。図２Ａには、定格光出力が２．５Ｗの窒化物系半導体レーザ素子のパッケージ温度２５℃での測定結果である。ｐ型クラッド層は電子障壁層１１とコンタクト層１２の間に配置される構成層である。ｐ型クラッド層膜厚低減により線形的に動作電圧が低減することが確認される。本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００（図２Ａのｐ型クラッド層膜厚０μｍの場合に相当）の動作電圧も線形相関から逸脱することがないことが確認できており、作製プロセスに問題がないと判断できる。
【００６３】
図２Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００及び比較例に係る窒化物系半導体レーザ素子の信頼性特性を示すグラフである。試験環境は２．５Ｗの光出力、パッケージ温度は２５℃である。実線が本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００、点線が比較例に係る半導体レーザ素子のエージング試験の結果をそれぞれ示す。比較例に係る半導体レーザ素子は、膜厚２８０ｎｍのｐクラッド層を有し、電流狭窄部１４０を有さないリッジストライプ半導体レーザ素子である。図２Ｂからわかるように本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００の劣化率は従来型の半導体レーザ素子によりも低減されていることがわかる。これは、動作電圧低減による電力変換効率向上によりジャンクション温度が低減された効果であるといえる。
【００６４】
これらの結果より、ｐ型クラッド層を持たない本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子１００が従来型のｐクラッド層を持つ半導体レーザ素子に対し、特性面、信頼性面での特性改善効果があり、大出力化等の高機能化に対し有効な構成であると判断することができる。本実施の形態ではシングルストライプレーザ素子を作製し本開示の効果を確認したが、マルチストライプを有する半導体レーザアレイにおいても効果が期待できる。
【００６５】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子は、リッジストライプ構造の側方に、レーザ光を発生しないリッジストライプを備える点において実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子１００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子１００との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【００６６】
図３は、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子２００の構造を示す断面図である。
【００６７】
本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子２００は、図３に示されるように、基板２１と、第一導電型クラッド層２３と、発光層２２０と、第二導電型半導体層２３０と、電流狭窄部２４０とを備える。本実施の形態では、窒化物系半導体レーザ素子２００は、さらに、第一導電型電極３７と、バッファ層２２と、ｎ型ＧａＮガイド層２４と、第二導電型電極３５と、パッド電極３６とを備える。窒化物系半導体レーザ素子２００は、さらに、誘電体層３９を備える。また、窒化物系半導体レーザ素子２００には、図３に示されるように、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子１００と同様の第一リッジストライプ３４が形成されている。さらに、窒化物系半導体レーザ素子２００には、第一リッジストライプ３４の両側方に第二リッジストライプ３８が形成されている。第二リッジストライプ３８は、溝３３を介して第一リッジストライプ３４の側方に配置されている。
【００６８】
基板２１、第一導電型クラッド層２３、発光層２２０、第二導電型半導体層２３０及び電流狭窄部２４０は、それぞれ、実施の形態１に係る基板１、第一導電型クラッド層３、発光層１２０、第二導電型半導体層１３０及び電流狭窄部１４０と同様の構成を有する。つまり、発光層２２０を構成するアンドープＧａＮ第一ガイド層２５、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第一ガイド層２６、ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層２７、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第二ガイド層２８、アンドープＧａｘＩｎｙＮ第三バリア層２９、アンドープＧａＮ第二ガイド層３０は、実施の形態１に係る発光層１２０を構成する各層を同様の構成を有する。また、第二導電型半導体層２３０を構成する電子障壁層３１及びコンタクト層３２は、実施の形態１に係る第二導電型半導体層１３０を構成する電子障壁層１１及びコンタクト層１２と同様の構成を有する。
【００６９】
電流狭窄部２４０も実施の形態１に係る電流狭窄部１４０と同様の構成を有する。つまり、電流狭窄部２４０は、空洞４１と、空洞４１及び第一導電型クラッド層２３の間に配置された誘電体層３９ａとを有する。
【００７０】
また、第一導電型電極３７、バッファ層２２、ｎ型ＧａＮガイド層２４、第二導電型電極３５及びパッド電極３６は、それぞれ、実施の形態１に係る第一導電型電極１６、バッファ層２、ｎ型ＧａＮガイド層４、第二導電型電極１４及びパッド電極１５と同様の構成を有する。
【００７１】
第二リッジストライプ３８は、それぞれ、バッファ層２２、第一導電型クラッド層２３、ｎ型ＧａＮガイド層２４、発光層２２０及び第二導電型半導体層２３０と同様の積層構造を有しており、それらの積層構造を覆う誘電体層３９をさらに有する。
【００７２】
本実施の形態では、図３の上方から第一導電型クラッド層２３の下方まで到達する溝３３が形成され、第一導電型クラッド層２３の側面を、発光層２２０における側面（溝３３の側壁）より５μｍ内側に配置する。本実施の形態では、溝３３は、第一導電型クラッド層３の下方に位置する基板２１まで到達する。導波路となる第一リッジストライプ３４の幅は３０μｍであり、第一リッジストライプ３４上には第二導電型電極３５及びパッド電極３６が形成されている。第二導電型電極３５の幅は２０μｍであり、第一導電型クラッド層２３と同じサイズとした。第二リッジストライプ３８の幅は特に限定されないが、例えば、３０μｍ以上であり、５０μｍ以上あるのが好ましい。第一リッジストライプ３４及び第二リッジストライプ３８の幅、並びに、第一導電型クラッド層２３の幅は本実施の形態の限りではなく、定格光出力や要望される電力変換効率に応じて設計変更が可能である。第一導電型クラッド層２３の幅は、例えば、１μｍ以上である。これにより効果的な光閉じ込めを実現することができる。
【００７３】
溝３３及び第二リッジストライプ３８は上述のとおり誘電体層３９で被覆されている。誘電体層３９は本実施の形態ではＳｉＯ２を用いるが、Ａｌ２Ｏ３等のその他の誘電体酸化膜、又は、ＳｉＮ、ＡｌＮ等の窒化膜を用いてもよい。誘電体層３９は図３に示したように第二導電型電極３５及びパッド電極３６以外の各層を被覆するが、各層の一部に被覆されない部分があってもよい。
【００７４】
以上のような構成を有することにより、本実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子２００では、動作電圧低減による電力変換効率向上と、動作電圧低減に伴う発光層のジャンクション温度低減による信頼性特性向上が可能となる。さらに本実施の形態では、第一リッジストライプ３４の側方に、第一導電型クラッド層２３の下方まで到達する溝３３を介して配置される第二リッジストライプ３８を備える。これにより、窒化物系半導体レーザ素子２００のパッド電極３６側を実装面とする場合に、第二リッジストライプ３８が第一リッジストライプ３４を支持することができる。このため、安定的な実装が可能となる。また、駆動時に発生する第一リッジストライプにおいて発生する熱をパッド電極３６からだけでなく第二リッジストライプ３８からも排熱することが可能となり、さらなる温度特性改善及び信頼性特性改善を達成できる。
【００７５】
（実施の形態２の変形例）
実施の形態２の変形例に係る窒化物系半導体レーザ素子について説明する。本変形例に係る窒化物系半導体レーザ素子は、第二リッジストライプ３８における誘電体層３９の上方にパッド電極を備える点において、実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子２００と相違する。以下、本変形例に係る窒化物系半導体レーザ素子について、実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子２００との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【００７６】
図４は、実施の形態２の変形例に係る窒化物系半導体レーザ素子３００の構造を示す断面図である。
【００７７】
図４に示されるように、本変形例に係る窒化物系半導体レーザ素子３００では、実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子２００において、さらに第二リッジストライプ３８に形成された誘電体層３９の上方に配置されたパッド電極４０を備える。
【００７８】
本実施の形態に係るパッド電極３６及びパッド電極４０の上面の高さ（積層方向における上方の面の位置）は実質的に同じになるように設計される。これにより、パッド電極３６側を実装面とする場合、駆動時に発生する第一リッジストライプにおいて発生する熱をパッド電極３６からだけでなく第二リッジストライプ３８のパッド電極４０からも排熱することが可能となり、さらなる温度特性改善及び信頼性特性改善を達成できる。
【００７９】
（実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法）
実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について図面を用いて説明する。
【００８０】
図５Ａ〜図５Ｆは、それぞれ、実施の形態１に係る窒化物系半導体レーザ素子１００の製造方法における第一工程〜第六工程を示す断面図である。
【００８１】
図５Ａに示されるように、第一工程において、基板１の上方に、それぞれ窒化物系半導体材料からなる第一半導体層、第二半導体層及び第三半導体層を順に積層する。本実施の形態では、第一半導体層は、第一導電型クラッド層３を有する。本実施の形態では、第一導電型クラッド層３の下方にさらに、バッファ層２を積層し、第一導電型クラッド層３の上方にｎ型ＧａＮガイド層４を積層する。また、第二半導体層は、発光層１２０を構成する各層を含む。また、第三半導体層は、第二導電型半導体層１３０の各層を含む。各層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて積層される。基板１は、段差や高抵抗層、或いは開口部を有する誘電体層形成等の加工を実施していない平坦、均一表面の基板である。
【００８２】
次に、図５Ｂに示されるように、第二工程において、第一導電型クラッド層３の下方まで到達するリッジストライプ１３を形成する。本工程では、例えば、ドライエッチングによってリッジストライプ１３を形成する。これにより、ウェットエッチングなどによってリッジストライプ１３を形成する場合より、微細なリッジストライプ１３の形成が可能となる。このため、素子の構造設計の精細化及び素子の小型化が可能となる。本実施の形態では基板１まで到達するリッジストライプ１３を形成する。
【００８３】
次に、図５Ｃに示されるように、第三工程において、光電気化学反応を用いた選択的エッチングによりリッジストライプ１３の側壁から第一導電型クラッド層３を選択的にエッチングすることにより導波路形成を行う。これにより、エッチングダメージを抑制し信頼性特性劣化を防止することができる。本実施の形態ではリッジストライプ１３の幅を３０μｍとし、第一導電型クラッド層３のリッジストライプ１３の側壁からのエッチング量を５μｍとした。また、本実施の形態では、第一導電型クラッド層３全体を選択的にエッチングしたが、一部分だけをエッチングしてもよい。エッチング量は例えば、１μｍ以上である。これにより、効果的な光閉じ込めを行うことができる。
【００８４】
導波路形成後、図５Ｄに示されるように、第四工程において、リッジストライプ１３上のコンタクト層１２上に第二導電型電極１４を形成する。第二導電型電極１４として本実施の形態ではＩｎＳｎＯを選択したが、Ｉｎを含有し仕事関数の大きな酸化物（例えばＧａＩｎＯ）を選択してもよい。さらに、効果的に導波路に電流注入を行うためには、第二導電型電極１４の幅はリッジストライプ１３の側壁よりエッチングされた第一導電型クラッド層３の幅以下であってもよい。これにより、効果的に導波路に電流注入を行うことができる。本実施の形態では第二導電型電極１４の幅を２０μｍとした。
【００８５】
第二導電型電極１４を形成後、図５Ｅに示されるように、第五工程において、第二導電型電極１４表面以外の領域に誘電体層１７を形成する。これにより、誘電体層１７ａと空洞１８とを有する電流狭窄部１４０を形成できる。これにより、エッチング表面のパッシベーションを行うことができる。このため、素子のリーク電流抑制等の素子特性の安定化に貢献する効果を得ることができる。なお、本実施の形態では誘電体層１７としてＳｉＯ２を選択したが、他の誘電体を用いてもよい。
【００８６】
誘電体層１７を形成後、図５Ｆに示されるように、第六工程において、第二導電型電極１４上にパッド電極１５を形成する。本実施の形態では、電流狭窄を発光層１２０の下方の第一導電型クラッド層３で行うことにより、誘電体層１７及び空洞１８で光閉じ込めを効果的に行うことができる。さらに、ｐ型半導体層にクラッド層を配置せずｐ型半導体層の総膜厚が７０ｎｍ以下（本実施の形態では６５ｎｍ）と非常に薄い。これにより、高効率化、低動作電圧化を可能とし、高性能な窒化物系半導体レーザ素子を実現できる。
【００８７】
また、上記製造方法により、信頼性特性劣化を誘発する再成長等の複雑な工程を必要とすることなく発光層１２０と基板１との間に屈折率導波構造を形成することができるため、信頼性特性劣化を防止し、素子特性向上を図ることが可能となる。
【００８８】
（実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法）
実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子２００の製造方法について図面を用いて説明する。
【００８９】
図６Ａ〜図６Ｆは、実施の形態２に係る窒化物系半導体レーザ素子２００の製造方法における第一工程〜第六工程を示す断面図である。
【００９０】
図６Ａに示されるように、第一工程において、基板２１の上方に、第一導電型クラッド層２３に対応する第一半導体層、発光層２２０に対応する第二半導体層、及び、第二導電型半導体層２３０に対応する第三半導体層を順に積層する。本実施の形態では、第一半導体層は、第一導電型クラッド層２３を有する。本実施の形態では、第一導電型クラッド層２３の下方にさらに、バッファ層２２を積層し、第一導電型クラッド層３の上方にｎ型ＧａＮガイド層２４を積層する。また、第二半導体層は、発光層２２０を構成する各層を含む。また、第三半導体層は、第二導電型半導体層２３０の各層を含む。各層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて積層される。基板２１は、段差や高抵抗層、或いは開口部を有する誘電体層形成等の加工を実施していない平坦、均一表面の基板である。
【００９１】
次に、図６Ｂに示されるように、第二工程において、積層された第一半導体層、第二半導体層及び第三半導体層に対して、第三半導体層から、第一半導体層の途中又は第一半導体層の下方まで到達する溝３３を形成する。本工程では、例えば、ドライエッチングによって溝３３を形成する。これにより、ウェットエッチングなどによって溝３３を形成する場合より、微細な溝３３の形成が可能となる。このため、素子の構造設計の精細化及び素子の小型化が可能となる。本実施の形態では基板２１まで到達する溝３３を形成する。
【００９２】
次に、図６Ｃに示されるように、第三工程において、溝により露出した第一半導体層の側面を、選択的エッチングによりエッチングすることにより、発光層２２０と基板２１との間に空洞を形成する。本実施の形態では、光電気化学反応を用いた選択的エッチングにより溝３３側壁から第一導電型クラッド層２３を選択的にエッチングすることにより導波路形成を行う。本実施の形態では導波路となる第一リッジストライプ３４の幅を３０μｍとし、第一導電型クラッド層２３の溝３３側壁からのエッチング量を５μｍとした。第一導電型クラッド層２３全体を選択的にエッチングしたが、一部分であっても問題はない。エッチング量は、例えば１μｍ以上ある。これにより効果的な光閉じ込めを行うことができる。
【００９３】
導波路形成後、図６Ｄに示されるように、第四工程において、第一リッジストライプ３４上のコンタクト層３２上に第二導電型電極３５を形成する。第二導電型電極３５として本実施の形態ではＩｎＳｎＯを選択したが、Ｉｎを含有し仕事関数の大きな酸化物（例えばＧａＩｎＯ）を選択してもよい。さらに、第二導電型電極３５の幅は第一リッジストライプ３４の側壁よりエッチングされた第一導電型クラッド層２３の幅以下であってもよい。これにより、効果的に導波路に電流注入を行うことができる。本実施の形態では第二導電型電極３５の幅を２０μｍとした。
【００９４】
第二導電型電極３５を形成後、図６Ｅに示されるように、第五工程において、第二導電型電極３５の表面以外の領域に誘電体層３９を形成する。本実施の形態では誘電体層３９としてＳｉＯ２を選択したが、他の誘電体を用いてもよい。
【００９５】
誘電体層３９を形成後、図６Ｆに示されるように第二導電型電極３５上にパッド電極３６を形成する。
【００９６】
以上のように、実施の形態１と同様に高効率化、低動作電圧化を可能とすることで、高性能な窒化物系半導体レーザ素子２００を実現することができる。さらに第二リッジストライプ３８の効果により排熱量を増加させることができるため、温度特性改善、ジャンクション温度低減による信頼性特性改善を実現することができる。
【００９７】
また、上記製造方法により、信頼性特性劣化を誘発する再成長等の複雑な工程を必要とすることなく発光層２２０と基板２１との間に屈折率導波構造を形成することができるため、信頼性特性劣化を防止し、素子特性向上を図ることが可能となる。
【００９８】
なお、実施の形態２の変形例に係る窒化物系半導体レーザ素子３００は、窒化物系半導体レーザ素子２００における第二リッジストライプ３８の各々にパッド電極４０を形成することで製造できる。
【００９９】
（変形例など）
以上、本開示の窒化物系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、これらの実施の形態に限定されない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０１００】
例えば、第一導電型クラッド層に形成される空洞の形状は上記各実施の形態に係る各空洞の形状に限定されない。以下、空洞の形状の変形例について、図面を用いて説明する。
【０１０１】
図７Ａは、空洞形成前のリッジストライプ１３を有する積層体１００Ａの構造を示す断面図である。図７Ｂ〜図７Ｈは、それぞれ第一〜第七の変形例に係る空洞が形成されたリッジストライプ１３を有する積層体１００Ｂ〜１００Ｈの構造を示す断面図である。
【０１０２】
図７Ａに示されるように、選択的エッチングを行う前のリッジストライプ１３は、空洞を有さない。このようなリッジストライプ１３に対して選択的エッチングを行うことにより、図７Ｂ〜図７Ｈに示されるような空洞１８Ｂ〜１８Ｈを形成し得る。
【０１０３】
図７Ｂに示される積層体１００Ｂにおいては、第一導電型クラッド層３Ｂの上方ほど、空洞１８Ｂの幅が大きい。図７Ｃに示される積層体１００Ｃにおいては、第一導電型クラッド層３Ｃの下方ほど、空洞１８Ｃの幅が大きい。図７Ｄに示される積層体１００Ｄにおいては、第一導電型クラッド層３Ｄの下方の一部だけに一様な幅の空洞１８Ｄが形成されている。図７Ｅに示される積層体１００Ｅにおいては、第一導電型クラッド層３Ｅの上方の一部だけに一様な幅の空洞１８Ｅが形成されている。図７Ｆに示される積層体１００Ｆにおいては、第一導電型クラッド層３Ｆの下方の一部だけに空洞１８Ｆが形成されており、かつ、第一導電型クラッド層３Ｆの上方ほど空洞１８Ｆの幅が大きい。図７Ｇに示される積層体１００Ｇにおいては、第一導電型クラッド層３Ｇの上方の一部だけに空洞１８Ｇが形成されており、かつ、第一導電型クラッド層３Ｇの下方ほど空洞１８Ｇの幅が大きい。図７Ｈに示される積層体１００Ｈにおいては、第一導電型クラッド層３Ｈの一部だけに空洞１８Ｈが形成されており、かつ、空洞１８Ｈが第一導電型クラッド層３Ｈの上方端面及び下方端面に接しない。なお、空洞の幅が場所により異なる場合、第一導電型クラッド層の幅が最も小さい部分での空洞の幅が、有効な光閉じ込め効果を得るためには重要である。上記各変形例においても実施の形態１と同様に、電流狭窄部の幅は１μｍ以上であればよい。電流狭窄部の幅は、第一導電型クラッド層の幅が最も小さくなる箇所での電流狭窄部となる部分での幅で決まる。
【０１０４】
以上のような各空洞は、第一導電型クラッド層の厚さ方向の組成の調整、マスクによる被覆などの手法によって実現できる。
【０１０５】
また、上記各実施の形態に係る窒化物系半導体レーザ素子の層構成は、上述した構成に限定されない。例えば、他の層が挿入されていてもよい。
【０１０６】
また、上記各実施の形態では、ｐ型クラッド層を形成しない例を示したが、従来のｐ型クラッド層より薄いｐ型クラッド層を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本開示は、窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法に利用でき、特にＷ級の大出力必要とする、産業／施設照明、車載用ヘッドランプ、レーザ加工機等の半導体レーザ応用システムの光源に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、２１  基板
２、２２  バッファ層
３、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ、２３  第一導電型クラッド層
４、２４  ｎ型ＧａＮガイド層
５、２５  アンドープＧａＮ第一ガイド層
６、２６  アンドープＧａｘＩｎｙＮ第一ガイド層
７、２７  ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層
８、２８  ＧａｘＩｎｙＮ第二ガイド層
９、２９  アンドープＧａｘＩｎｙＮ第三バリア層
１０、３０  アンドープＧａＮ第二ガイド層
１１、３１  電子障壁層
１２、３２  コンタクト層
１３  リッジストライプ
１４、３５  第二導電型電極
１５、３６、４０  パッド電極
１６、３７  第一導電型電極
１７、１７ａ、３９、３９ａ  誘電体層
１８、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅ、１８Ｆ、１８Ｇ、１８Ｈ、４１  空洞
３３  溝
３４  第一リッジストライプ
３８  第二リッジストライプ
１００、２００、３００  窒化物系半導体レーザ素子
１２０、２２０  発光層
１３０、２３０  第二導電型半導体層
１４０、２４０  電流狭窄部
１００１  ｎ型ＧａＮ基板
１００２  中間層
１００３  電流狭窄層
１００５  ｎ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層
１００６  活性層
１００７  ｐ型ＩｎＧａＡｌＮクラッド層
１００８  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１００９  ｐ型電極
１０１０  ｎ型電極
【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３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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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７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８】
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