(57)【要約】【課題】小型で且つ大きな出力を得ることが可能な低コヒーレンス光を放射する半導体発光素子を実現できるようにする。【解決手段】半導体発光素子は、基板１０１の上に形成され、発光層１２４とストライプ状の光導波路１３１とを含み、前端面１０２Ａ側から光を放射する半導体層積層体１０２を備えている。光導波路１３１は、２つの光出射端面を有し且つ互いに間隔をおいて第１の方向に延びる第１の部分１３１Ａ及び第２の方向に延びる第２の部分１３１Ｂと、第１の部分１３１Ａと第２の部分１３１Ｂとを接続する第３の部分１３１Ｃとを含む。光導波路１３１の２つの光出射端は基板１０１の前端面１０２Ａ側に位置し、光導波路１３１の２つの光出射端の法線方向はそれぞれ第１の方向又は第２の方向とずれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成され、発光層とストライプ状の光導波路とを含み、前端面側から光を放射する半導体層積層体を備え、
前記光導波路は、２つの光出射端を有し且つ互いに間隔をおいて第１の方向に延びる第１の部分及び第２の方向に延びる第２の部分と、前記第１の部分と第２の部分とを接続する第３の部分とを含み、
前記光導波路の２つの光出射端は、前記前端面側に位置し、
前記光導波路の２つの光出射端の法線方向は、それぞれ前記第１の方向又は第２の方向とずれていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第３の部分は、半円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第３の部分は、曲率半径が５００μｍ以上且つ１５００μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記光導波路は、
前記第１の部分と前記第３の部分との接続部及び前記第２の部分と前記第３の部分との接続部にそれぞれ形成され、入射した光を入射した方向と直交する方向に全反射する第１の反射部及び第２の反射部とを有し、
前記第３の部分は、前記第１の方向及び第２の方向と直交する方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１の方向及び第２の方向と、前記基板の端面とは直交していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に低コヒーレンス光を放射する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバジャイロスコープ及び医療用の光干渉断層法（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）等の光計測並びにレーザディスプレイ等の映像投射の分野において必要とされるインコヒーレント光源として、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）が注目されている。ＳＬＤは半導体レーザ素子と同様に光導波路を用いた半導体発光素子である。ＳＬＤにおいては、注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光放射端面方向に進む間に誘導放出による高い利得を受けて増幅され、光放射端面から放出される。ＳＬＤと半導体レーザ素子との相違点は、端面反射による光共振器の形成を抑え、ファブリ・ペロー（ＦＰ）モードによるレーザ発振が生じないようにしている点である。このため、ＳＬＤは通常の発光ダイオードと同様にインコヒーレント性及び広帯域なスペクトル形状を示すと共に、数１０ｍＷ程度までの出力を得ることが可能である。
【０００３】
ＳＬＤは、光導波路を基板端面に対して５〜１５°傾斜させて形成する（例えば、非特許文献１を参照。）。これにより、モード反射率を低減し、レーザ発振を抑えている。光導波路が基板端面に対して傾斜していること以外は、ＦＰモードによるレーザ発振を利用した半導体レーザ素子とほぼ同一の構造を有している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Gerald A. Alphose、 Dean B. Gibert、 M. G. Harvey, Michael Ettenberg, "IEEE Journal of Quantum Electronics"、１９８８年、２４巻、１２号、ｐ．２４５４
【非特許文献２】Jongwoon Park、Xun Li, "IEEE Journal of Lightwave Technology"、２００６年、２４巻、６号、ｐ．２４７３
【非特許文献３】Ching-Fuh Lin、Chaur-Shiuann Juang, "IEEE Photonics Technology Letters"、１９９６、８巻、２号、ｐ．２０６
【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、従来のＳＬＤには小型化することが困難であるという問題がある。ＳＬＤを高効率化するためには光導波路長Ｌを長くする必要がある。その理由は、電流密度ＪにおけるＳＬＤの光出力をＰ（Ｊ）は、解析的には以下の式により表すことができ、光導波路長Ｌが長いほど、電流密度が同一の場合には光出力を大きくできるからである（例えば、非特許文献２を参照。）。
【０００６】
Ｐ（Ｊ）  ∝  Ｅｘｐ［｛Γ・ｇ（Ｊ）−αｉ｝×Ｌ］  
ここで、Γは導波光の活性層への光閉じ込め係数、ｇ（Ｊ）はＪにおける光利得、αｉは光導波路の内部光損失である。
【０００７】
実際にはＪはＬに反比例するので、Ｌが長いほど同一電流におけるＪは低下するため、実用上問題となる電流−光出力における発光効率には適切なＬの値が存在し、ＳＬＤのチップ長、すなわちＬ×ｃｏｓθを数ｍｍ程度とすることが一般的である。ここでθは、光導波路の接線と端面の法線とがなす角度であり、一般的な半導体レーザ素子のように光導波路が端面に対して垂直に形成されている場合のθは０である。
【０００８】
一方、光出力が数１０ｍＷ程度の半導体レーザ素子の場合、共振器長はチップ長と等しく、チップ長は１ｍｍ以下とすることが一般的である。ＳＬＤはＬＤとほぼ同一構造のデバイスであるため、チップ長が長くなり同一サイズのウェハから取れるチップ数が小さくなると、コストが上昇する。また、チップ長が長くなるとＳＬＤを用いた機器の小型化が困難となる。特に、映像投射機器を携帯電話又はデジタルカメラ等に搭載したり、映像投射機器そのものを携帯機器化したりする場合、チップ長が半導体レーザ素子よりも長いＳＬＤを光源として採用することが困難となる。
【０００９】
さらに、従来のＳＬＤには発光効率が低く大きな出力を得ることが困難であるという問題もある。半導体レーザ素子の場合には１００％近い高反射率のコート膜を後端面に設けることにより、後端面からの光放射を防止することができる。しかし、従来のＳＬＤの場合には、端面に対して光導波路が傾斜しているため、後端面に平面波に対して高反射率なコート膜を形成しても、光導波路のモード反射率は低いままである。このため、同一出力の光が前端面と後端面とから放射され、発光効率が２分の１程度又はそれ以下となることが避けられない。反射ミラー等を実装パッケージ内部に設けることにより、ＳＬＤの後端面から放射される光をある程度回収することが可能である。しかし、この場合にはパッケージのコストが増大するという問題が生じる。
【００１０】
ＳＬＤにおいて後端面からの光放射を防止するために、後端面においては光導波路を端面に対して垂直となるようにすることも検討されている（例えば、非特許文献３を参照）。このようにすれば、光導波路が垂直に形成されている後端面からの光放射は、高反射率コート膜により防止することができる。しかし、後端面が高反射率となるため、ＦＰモードを抑制することが困難となり、１０ｍＷ程度の出力においてレーザ発振が生じてしまい、ＳＬＤの出力を大きくすることが困難となるという問題が生じる。
【００１１】
本発明は、前記の問題を解決し、小型で且つ大きな出力を得ることが可能な低コヒーレンス光を放射する半導体発光素子を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体発光素子を、光導波路の両方の端面が半導体層積層体の前端面の側に位置する構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係る半導体発光素子は、基板の上に形成され、発光層とストライプ状の光導波路とを含み、前端面側から光を放射する半導体層積層体を備え、光導波路は、２つの光出射端を有し且つ互いに間隔をおいて第１の方向に延びる第１の部分及び第２の方向に延びる第２の部分と、第１の部分と第２の部分とを接続する第３の部分とを含み、光導波路の２つの光出射端は、半導体層積層体における前端面側に位置し、光導波の２つの光出射端の法線方向はそれぞれ第１の方向又は第２の方向とずれている。
【００１４】
本発明の半導体発光素子は、光導波路の２つの光出射端は、半導体層積層体における前端面側に位置し、その法線方向はそれぞれ第１の方向又は第２の方向とずれている。このため、基板の前端面側から放射される光の強度は、光導波路の光出射端の一方が前端面側に位置し、他方が後端面側に位置する場合の２倍となる。また、光導波路の長さを半導体発光素子のチップ長の２倍以上とすることができるため、高効率化と小型化とを両立させることが可能となる。さらに、光導波路の端部のいずれにも高反射率のコーティング等を施す必要がなく、出力を高くした場合にもレーザ発振が生じにくくなるという利点も得られる。
【００１５】
本発明の半導体発光素子において、第３の部分は、半円弧状に形成されていてもよい。この場合において、第３の部分は、曲率半径が５００μｍ以上且つ１５００μｍ以下とすればよい。
【００１６】
本発明の半導体発光素子において、光導波路は、第１の部分と第３の部分との接続部及び第２の部分と第３の部分との接続部にそれぞれ形成され、入射した光を入射した方向と直交する方向に全反射する第１の反射部及び第２の反射部を有し、第３の部分は、第１の方向と直交する方向に延びている構成としてもよい。このような構成とすれば、第３の部分の長さを短くすることが可能となり、半導体発光素子のサイズをさらに小さくすることができる。
【００１７】
本発明の半導体発光素子において、第１の方向と、基板の端面とは直交している構成としてもよい。このような構成とすれば、半導体発光素子のチップ幅をさらに小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る半導体発光素子によれば、小型で且つ大きな出力を得ることが可能な低コヒーレンス光を放射する半導体発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は前端面における断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線における断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は前端面を示す図である。
【図６】一実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す平面図である。
【図７】一実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す平面図である。
【図８】評価に用いた光導波路のモデルを示す図である。
【図９】光導波路の評価結果を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
一実施形態に係る半導体発光素子について図面を参照して説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の半導体発光素子であり、（ａ）は平構成を示し、（ｂ）は前端面における断面構成を示している。図１に示すように、本実施形態の半導体発光素子はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）であり、基板１０１の上に形成された半導体層積層体１０２を備えている。基板１０１は例えばｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板である。半導体層積層体１０２は、基板１０１側から順次形成されたｎ型ＧａＮ層１２１、ｎ型クラッド層１２２、ｎ型光ガイド層１２３、発光層１２４、ｐ型光ガイド層１２５、ｐ型電子ブロック層１２６、ｐ型クラッド層１２７及びｐ型のＧａＮからなるコンタクト層１２８を有している。
【００２１】
ｎ型ＧａＮ層１２１は、例えば膜厚が１μｍで、ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）濃度を１×１０１８ｃｍ−３とすればよい。ｎ型クラッド層１２２は、例えば膜厚が１、５μｍでＳｉ濃度が５×１０１７ｃｍ−３の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）とすればよい。ｎ型光ガイド層１２３は、例えば膜厚が０．１μｍでＳｉ濃度が５×１０１７ｃｍ−３のＧａＮとすればよい。発光層１２４は、例えば膜厚が３ｎｍのアンドープの窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる井戸層と膜厚が７ｎｍのアンドープのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる障壁層とが３周期積層された多重量子井戸活性層とすればよい。井戸層のＩｎ組成は、発光波長に応じて設定すればよい。本実施形態においては発光波長が４０５ｎｍとなるように設定した。ｐ型光ガイド層１２５は、例えば、膜厚が０．１μｍでｐ型不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）濃度が１×１０１９ｃｍ−３のＧａＮ層とすればよい。ｐ型電子ブロック層１２６は、例えば膜厚が１０ｎｍでＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３のＡｌＧａＮ層とすればよい。ｐ型クラッド層１２７は、例えば膜厚が２ｎｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎと膜厚が２ｎｍのＧａＮとを合計膜厚が０．５μｍでＭｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３となるように積層した超格子層とすればよい。コンタクト層１２８は、例えば膜厚が２０ｎｍでＭｇ濃度が１×１０２０ｃｍ−３のＧａＮ層とすればよい。
【００２２】
コンタクト層１２８及びｐ型クラッド層１２７の一部は選択的に除去され、光導波路１３１を構成するストライプ状のリッジ部１３３が形成されている。リッジ部１３３以外の部分に残存しているｐ型クラッド層１２７の膜厚は例えば０．１μｍとすればよい。また、リッジ部１３３の下部及び上部の幅は、例えば２μｍ及び１．４μｍとすればよい。本実施形態において、リッジ部１３３の外周に沿った形状はＵ字状に形成されており、光導波路１３１もＵ字状に形成されている。光導波路１３１は互いに間隔をおいて並行に延びる第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂと、第１の部分１３１Ａと第２の部分１３１Ｂとを接続する半円弧状の第３の部分１３１Ｃとを有している。
【００２３】
コンタクト層１２８の上にはパラジウム（Ｐｄ）からなるｐ電極１３５が形成され、基板１０１の半導体層積層体１０２と反対側の面（裏面）にはチタン（Ｔｉ）からなるｎ電極１３６が形成されている。
【００２４】
ｎ電極１３６及びｐ電極１３５から注入された電子及び正孔が発光層１２４において再結合することにより、自然放出光が生じる。生じた自然放出光は、光導波路１３１内を端面に向かって進み、その間に誘導放出による高い利得を受けて増幅される。増幅された光は、光導波路１３１の端面から放出される。
【００２５】
本実施形態において、光導波路１３１はＵ字状に形成されている。このため、光導波路１３１の２つの端部は、いずれも半導体層積層体１０２の劈開面の一方である前端面１０２Ａの側に位置している。また、光導波路１３１の２つの端部はいずれも光を出射する光出射端である。従って、光導波路の端部の一方が前端面に位置し、他方が後端面に位置している場合と比べて半導体層積層体１０２の前端面から放出される光は約２倍となり、光放射効率は約２倍となる。
【００２６】
また、光導波路１３１をＵ字状とすることにより、光導波路長を直線状の光導波路よりも長くすることができる。従来の直線状の光導波路の場合には、光導波路長はチップ長の１．０５倍程度であるが、本実施形態においては光導波路１３１の長さをチップ長ｌの２．６倍程度とすることができる。例えば、チップ長ｌを１．２ｍｍとし、チップ幅ｗを２．１ｍｍとし、第３の部分１３１Ｃの曲率半径Ｒを１ｍｍとした場合には、光導波路１３１の長さは約３．２ｍｍとなる。一方、従来の直線状の光導波路の場合には、光導波路長を３．２ｍｍとするためには、チップ長を約３ｍｍとする必要がある。このように、半導体発光素子のサイズを大きくすることなく光導波路長を長くすることができ、光出力を大幅に向上させることができる。
【００２７】
光導波路１３１をＵ字状とした場合には、損失が生じるおそれがある。例えば、第３の部分１３１Ｃの曲率半径が１００μｍ以下の場合には、光導波路１３１を曲げたことにより１０％程度の損失が生じる。しかし、第３の部分１３１Ｃの曲率半径を１ｍｍ程度とすれば、損失は１％以下となりほとんど無視することができる。但し、曲率半径を大きくするとチップサイズが大きくなるため、第３の部分１３１Ｃの曲率半径は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２８】
本実施形態において、光導波路１３１の２つの光出射端は基板１０１の劈開により形成された端面と一致している。このため、光導波路１３１の２つの光出射端の法線方向と、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂが延びる方向とはずれている。これにより、光導波路１３１の両端部における反射率を小さくすることができ、レーザ発振が生じることを抑えることができる。劈開により形成した基板１０１の端面は、通常（１−１００）面であり、その法線方向は結晶軸の＜１−１００＞方向となる。この場合には第１の部分１３１Ａと第２の部分１３１Ｂとが延びる方向は、＜１−１００＞方向から５°〜１５°程度傾斜させればよい。約１０°傾斜させた場合における光導波路の光出射端における理論的な反射率は、１×１０−６以下となる。特に、本実施形態の半導体発光素子は、光導波路１３１の両方の端部から光を放射させるため、一方の端部にコーティング等を行い反射率を高くする必要がない。従って、光導波路１３１の両方の端部の反射率を低く保つことができ、半導体発光素子の出力を１００ｍＷ程度としてもレーザ発振が生じることを十分抑えることができる。
【００２９】
以下に、本実施形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、図２に示すように、ｎ型のＧａＮからなる基板１０１の主面の上に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等を用いて、ｎ型ＧａＮ層１２１、ｎ型クラッド層１２２、ｎ型光ガイド層１２３、発光層１２４、ｐ型光ガイド層１２５、ｐ型電子ブロック層１２６、ｐ型クラッド層１２７及びｐ型のＧａＮからなるコンタクト層１２８を順次成長させ、半導体層積層体１０２を形成する。
【００３０】
次に、図３に示すようにＳｉＯ２膜１４１を堆積した後、パターニングする。パターニングしたＳｉＯ２膜１４１をマスクとしてドライエッチングを行い、コンタクト層１２８及びｐ型クラッド層１２７の一部を選択的に除去して、ストライプ状のリッジ部１３３を形成する。リッジ部１３３は、互いに並行で長さが５０μｍの２つの直線部分と、２つの直線部分の端部を結ぶ曲率半径が１ｍｍの半円弧状の２つの曲線部分とを有する円環状に形成する。また、２つの直線部分は、基板１０１の＜１−１００＞方向に対して１０°傾斜させる。
【００３１】
次に、図４に示すように、ＳｉＯ２膜１４１を除去した後、コンタクト層１２８と接するＰｄからなるｐ電極１３５を形成する。続いて、基板１０１をダイシングしやすいように薄膜化した後、基板１０１の裏面に接してＴｉからなるｎ電極１３６を形成する。なお、ｐ電極１３５を覆うボンディングパッド（図示せず）を必要に応じて形成する。
【００３２】
次に、図５に示すように、劈開を行い、円環状のリッジ部１３３の中央において精度よくダイシングする。これにより、直線状の第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂと、半円弧状の第３の部分１３１Ｃとを有する光導波路１３１が形成される。なお、劈開を容易にするため、ｐ電極１３５及びｎ電極１０６等は、劈開面から間隔をおいて形成するようにしてもよい。
【００３３】
本実施形態は、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂが延びる方向を、基板１０１の劈開により形成した端面の法線の方向から傾斜させることにより、光導波路１３１の端部における反射率を低減している。しかし、図６に示すように、半導体層積層体１０２における光導波路１３１の光出射端となる部分に切り欠き溝１０２ａを形成することにより、光導波路１３１の光出射端の法線方向と、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂが延びる方向とをずらせてもよい。この場合には、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂが延びる方向を、基板１０１の劈開により形成する端面の法線方向と一致させることができる。このため、半導体発光素子のチップ幅をさらに小さくすることができる。切り欠き溝１０２ａは、光導波路１３１の両端部をドライエッチング等により選択的に除去することにより形成すればよい。切り欠き溝１０２ａの深さと幅は、光導波路を伝搬する光分布より大きくすればよく、深さは基板１０１まで達するように、幅はリッジ幅よりも大きくする必要がある。本実施形態においては、深さを５μｍ、幅は１０μｍとしている。
【００３４】
本実施形態においては、第３の部分１３１Ｃを半円弧状に形成した。しかし、図７に示すように直線状の第３の部分１３１Ｄを有する構成としてもよい。第１の部分１３１Ａと第３の部分１３１Ｄとの接続部に入射した光を入射した方向と直交する方向に全反射する第１の反射部１３１Ｅを形成し、第２の部分１３１Ｂと第３の部分１３１Ｄとの接続部に入射した光を入射した方向と直交する方向に全反射する第２の反射部１３１Ｆを形成する。このようにすれば、第３の部分１３１Ｄを進む光を直角に曲げ、第１の部分１３１Ａ又は第２の部分１３１Ｂに進ませることができる。また、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂを進む光を、それぞれ直角に曲げ第３の部分１３１Ｄに進ませることができる。
【００３５】
第１の反射部１３１Ｅ及び第２の反射部１３１Ｆは、それぞれ第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂが延びる方向に対して４５°の角度に形成された壁面である。具体的には、第１の反射部１３１Ｅは、半導体層積層体１０２を貫通し基板１０１に達する開口部１０２ｂを、第１の部分１３１Ａと第３の部分１３１Ｄとの接続部に形成する。これにより、リッジ部１３３を含む半導体層積層体１０２に第１の部分１３１Ａが延びる方向に対して４５°の角度の壁面を形成する。開口部１０２ｂは、ドライエッチングにより形成すればよく、例えば深さが５μｍで、幅が１０μｍ、奥行きが５μｍとすればよい。第２の反射部１３１Ｆは、第２の部分１３１Ｂと第３の部分１３１Ｄとの接続部に同様にして形成すればよい。
【００３６】
直線状の第３の部分１３１Ｄと第１の反射部１３１Ｅ及び第２の反射部１３１Ｆとにより、第１の部分１３１Ａと第２の部分１３１Ｂとを接続した場合には、半円弧状の第３の部分により第１の部分１３１Ａと第２の部分１３１Ｂとを接続した場合よりも半導体発光素子のサイズを小さくすることができる。例えば、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂの長さが１．５ｍｍで、第３の部分１３１Ｄの長さを１０μｍとすれば、光導波路１３１の長さは約３ｍｍとなる。この場合には、チップ長及びチップ幅を１．６ｍｍ及び０．５ｍｍとすることができる。この場合、光導波路長及びチップ長が同じ長さの従来のＳＬＤと比べてチップの面積を約２分の１とすることができるため、同一サイズのウェハから得られるチップの数を約２倍にすることができ、製造コストを大幅に低減できる。
【００３７】
第１の反射部１３１Ｅ及び第２の反射部１３１Ｆにおいて、光導波路１３１を進む光を適切に反射させることができない場合には、反射部における損失が大きくなるおそれがある。しかし、光伝搬をシミュレーションした結果、反射部における伝搬効率は９９％程度であり、光導波路の損失を１％程度に抑えることができることが明らかとなった。
【００３８】
シミュレーションは、図８に示すような半導体層積層体２０１に直交するリッジ部２０２が形成され、リッジ部２０２の角部に半導体層積層体２０１を切り欠いて角度が４５°の反射部２０３が形成されているモデルを用いて行った。光導波路における水平方向の光閉じ込め効率は、リッジ部２０２と半導体層積層体２０１のリッジ部２０２以外の領域とにおける垂直方向構造の実効的な屈折率差により近似した。等価屈折率法により見積もった波長４０５ｎｍの光に対する実効的な屈折率は、リッジ部２０２では２．５２４８５であり、半導体層積層体２０１のリッジ部２０２以外の領域では２．５１６７４であった。反射部２０３の外側における実効的な屈折率は空気と同じ１とした。また、リッジ部２０２の幅は１．４μｍとした。光導波路に入射する光はＳＬＤにおいて主に増幅される水平方向に電界が偏向しているＴＥ偏光光とした。入射光の真空中における波長は４０５ｎｍであり、光強度の空間分布はガウス分布であり、光導波路の中心における光強度の１／ｅとなる幅（１／ｅ幅）をリッジ部２０２の幅と等しい１．４μｍとした。シミュレーションの結果、図９に示すように、反射部において導波路を伝搬する光が全反射されることが確認できた。
【００３９】
直線状の第３の部分１３１Ｄを設けた場合にも、図１０に示すように、半導体層積層体１０２における光導波路１３１の光出射端となる部分に切り欠き溝１０２ａを形成し、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂの延びる方向を、基板１０１の劈開により形成した端面の法線方向と一致させてもよい。第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂを基板１０１の端面の法線方向から１０°傾斜させた場合には、光導波路１３１のフットプリントは２６０μｍとなる。しかし、第１の部分１３１Ａ及び第２の部分１３１Ｂの延びる方向と、基板１０１の劈開により形成した端面とを一致させた場合には、光導波路１３１のフットプリントはリッジ部１３３の幅と等しい１．４μｍとなる。従って、半導体発光素子のサイズをさらに低減できる。例えば、光導波路の長さを約３ｍｍとする場合には、チップ長を１．６ｍｍとし、チップ幅を０．２ｍｍとすることができる。
【００４０】
本実施形態は、第１の部分及び第２の部分が平行に形成された例を示した。しかし、前方端面に２つの光出射端を形成できれば、第１の部分及び第２の部分は平行に形成されていなくてもよい。
【００４１】
なお、窒化物半導体を用いた青紫色ＳＬＤについて説明したが、他のＳＬＤについても同様の構造とすることにより同様の効果を得ることができる。例えば、窒化物半導体を用いた波長４００ｎｍ未満の紫外光を放射するＳＬＤ又は波長４８０ｎｍ付近の青色光若しくは波長５６０ｎｍ付近の緑色光等の可視域の光を放射するＳＬＤについても同様の構造とすることができる。また、窒化物半導体以外の材料を用いた波長が７６０ｎｍ付近の赤色光又は波長が８００ｎｍ以上の赤外光を放射するＳＬＤについても同様の構造とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る半導体発光素子は、小型で且つ大きな出力を得ることが可能な低コヒーレンス光を放射する半導体発光素子を実現でき、低コヒーレンス光を放射する半導体発光素子等として有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１      基板
１０１Ａ    前端面
１０２      半導体層積層体
１０２ａ    切り欠き溝
１０２ｂ    開口部
１２１      ｎ型ＧａＮ層
１２２      ｎ型クラッド層
１２３      ｎ型光ガイド層
１２４      発光層
１２５      ｐ型光ガイド層
１２６      ｐ型電子ブロック層
１２７      ｐ型クラッド層
１２８      コンタクト層
１３１      光導波路
１３１Ａ    第１の部分
１３１Ｂ    第２の部分
１３１Ｃ    第３の部分
１３１Ｄ    第３の部分
１３１Ｅ    第１の反射部
１３１Ｆ    第２の反射部
１３３      リッジ部
１３５      ｐ電極
１３６      ｎ電極
１４１      ＳｉＯ２膜
２０１      半導体層積層体
２０２      リッジ部
２０３      反射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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【図９】
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