(57)【要約】【課題】容易なプロセスで作製することができ、かつ、曲線光導波路の光導波ロスを低減する構造を有する窒化物半導体発光素子を提供する。【解決手段】段差１０１ｂを有する基板１０１と、基板上に積層された、ｎ型クラッド層１０２、活性層１０４およびｐ型クラッド層１０７を有する積層構造体とを備え、積層構造体は、曲線の光導波路である曲線光導波路１１を含む光導波路部１０を有し、曲線光導波路１１の近傍であって曲線光導波路１１の曲線の外側領域は、段差１０１ｂの上方に形成されている。【選択図】図１
2012043984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
段差を有する基板と、
前記基板上に積層された、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を有する積層構造体とを備え、
前記積層構造体は、曲線の光導波路である曲線光導波路を含む光導波路部を有し、
前記曲線光導波路の近傍領域であって前記曲線光導波路の曲線の外側領域は、前記段差の上方に形成されている
窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記窒化物半導体発光素子を平面視したときにおける前記曲線光導波路と前記段差との距離をｄ1とすると、距離ｄ1は一定である
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
前記距離ｄ1は、１０μｍ未満である
請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記光導波路部は、さらに、前記曲線光導波路の一方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第１直線光導波路を有し、
前記第１直線光導波路は、へき開面に対して所定の傾斜角度で傾斜している
請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
前記所定の傾斜角度は、前記へき開面に対して０度より大きく臨界角よりも小さい
請求項４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１直線光導波路の近傍領域は、前記段差の上方に形成されている
請求項４又は請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１直線光導波路の前記曲線光導波路側の端部における第１直線光導波路と前記段差との距離をｄ2とし、前記第１直線光導波路の前記へき開面側の端部における前記第１直線光導波路と前記段差との距離をｄ3とすると、ｄ2＜ｄ3である
請求項６に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記距離ｄ2は１０μｍ未満であり、前記距離ｄ3は２０μｍ以上である
請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項９】
前記ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＮで構成されており、
前記段差近傍領域上に形成される前記ｎ型クラッド層は、前記曲線光導波路の直下に形成される第１層と、前記基板の主面から傾いて成長した第２層とが接して構成されており、
前記第２層のＡｌ組成比は、前記第１層のＡｌ組成比よりも高い
請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第２層のＡｌ組成比は、前記段差の端から離れていくにつれて漸減する
請求項９に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１層の屈折率をｎ1とし、前記第２層の屈折率をｎ2とすると、ｎ1＞ｎ2である
請求項９又は請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１２】
前記光導波路部は、さらに、前記曲線光導波路の他方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第２直線光導波路を有する
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項１３】
前記段差上方に形成されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層の各層の上面が、前記基板の主面に対して傾斜している
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
【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、特に窒化物半導体を用いた半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザなどの半導体発光素子は、小型、安価、高出力などの優れた特徴をもつことから、通信、光ディスクなどのＩＴ技術のほか、医療、一部照明など、幅広い技術分野で用いられている。
【０００３】
近年では特に、液晶プロジェクタや液晶ディスプレイなどの偏光表示装置の小型、薄型、低消費電力化を実現するために、光源として半導体発光素子を用いた偏光表示装置の開発が活発に行われている。
【０００４】
このような偏光表示装置用途の光源としては波長４２０ｎｍから波長６６０ｎｍ程度の範囲にある赤色光、緑色光、青色光、いわゆるＲＧＢの光を発光する光源が必要となる。このため従来の偏光表示装置においては、青色ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせた白色ＬＥＤを用いるタイプのものや、各色の光を発する３種類のＬＥＤ（赤色／緑色／青色ＬＥＤ）を組み合わせたものなどが開発されている。
【０００５】
また、液晶プロジェクタのような投影型の偏光表示装置の場合、光源の光をより効率良く画像として投影するために、光源からの出射光は指向性が高いことが好まれる。このような高指向性の半導体発光素子を実現するために、可視の波長の光を出射する半導体レーザなどの開発も進められている。
【０００６】
このような半導体発光素子において、波長４２０〜５５０ｎｍの青色光から緑色光を発光する発光素子としては、主に窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体発光素子が用いられている。また、波長５５０ｎｍから６６０ｎｍの赤色を発光する発光素子としては、主にガリウム砒素（ＧａＡｓ）系半導体発光素子が用いられている。また、ＧａＮ系半導体発光素子を用いた緑色〜赤色発光素子の研究開発も進められている。
【０００７】
上述のように、偏光表示装置では、光源からの光を効率良く利用するために、偏光比と指向性が高いことが望まれている。このため、半導体発光素子として出射光の偏光比が比較的高く、指向性の高い半導体レーザを用いる方法も提案されている。しかしながら、半導体発光素子として半導体レーザを用いた場合、出射光の可干渉性により投影像のちらつき、つまりスペックルノイズが重要な問題となる。
【０００８】
そこで、従来、可干渉性の低く、指向性の高い半導体発光素子として、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）を液晶プロジェクタの光源として用いることが非特許文献１において提案されている。また、非特許文献２においても、偏光表示装置の光源としてＳＬＤを用いることが提案されている。非特許文献２によれば、出射光の拡がり角が６０°（半値全幅）と指向性が高く、また、偏光性を有しているため、偏光表示装置の半導体発光素子からの光を効率よく利用することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett. 081107 (95) 2009.
【非特許文献２】IEEE J. Quant. Elec. 2454 (24) 1988.
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１７３０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、我々は窒化物半導体を用いて曲線光導波路を有するＳＬＤの作製を試みたところ、可干渉性が低く指向性が高いＳＬＤが得られた。しかし、曲線光導波路を有する従来のＳＬＤは、光導波ロスが大きく効率の低さが課題であった。
【００１２】
ここで、曲線光導波路を有する光デバイスにおいて光導波ロスを低減させる方法として、曲線光導波路に対して非対称な屈折率分布を設けることが知られている。例えば、特許文献１には、図８に示すように、光導波路３０の曲線部３０ａの外側に沿って、基板よりも屈折率の低い低屈折領域４０を設けることが開示されている。
【００１３】
しかしながら、窒化物半導体発光素子に対して特許文献１に開示されている技術を直ちに適用することは難しく、従来、窒化物半導体発光素子に非対称な屈折率分布を設けることが難しいという課題がある。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、容易なプロセスで作製することができ、かつ、曲線光導波路の光導波ロスを低減する構造を有する窒化物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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様は、段差を有する基板と、前記基板上に積層された、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を有する積層構造体とを備え、前記積層構造体は、曲線の光導波路である曲線光導波路を含む光導波路部を有し、前記曲線光導波路の近傍領域であって前記曲線光導波路の曲線の外側領域は、前記段差の上方に形成されている。
【００１６】
この構成にすることで、曲線光導波路の光導波ロスを低減することができる。その結果、ＳＬＤの高効率化を実現することができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記窒化物半導体発光素子を平面視したときにおける前記曲線光導波路と前記段差との距離をｄ1とすると、距離ｄ1は一定であることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記距離ｄ1は、１０μｍ未満であることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記光導波路部は、さらに、前記曲線光導波路の一方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第１直線光導波路を有し、前記第１直線光導波路は、へき開面に対して所定の傾斜角度で傾斜していることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記所定の傾斜角度は、前記へき開面に対して０度より大きく臨界角よりも小さいことが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１直線光導波路の近傍領域は、前記段差の上方に形成されていることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１直線光導波路の前記曲線光導波路側の端部における第１直線光導波路と前記段差との距離をｄ2とし、前記第１直線光導波路の前記へき開面側の端部における前記第１直線光導波路と前記段差との距離をｄ3とすると、ｄ2＜ｄ3であることが好ましい。
【００２３】
この構成にすることにより、曲線光導波路から第１直線光導波路に接続する際の結合ロスを低減することができるとともに、光出射端において良好な光分布形状を得ることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記距離ｄ2は１０μｍ未満であり、前記距離ｄ3は２０μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＮで構成されており、前記段差近傍領域上に形成される前記ｎ型クラッド層は、前記曲線光導波路の直下に形成される第１層と、前記基板の主面から傾いて成長した第２層とが接して構成されており、前記第２層のＡｌ組成比は、前記第１層のＡｌ組成比よりも高いことが好ましい。
【００２６】
この構成にすることにより、曲線光導波路の外側のｎ型クラッド層のＡｌ組成は、曲線光導波路の直下かつ内側のｎ型クラッド層のＡｌ組成よりも低くすることができる。すなわち、曲線光導波路の外側のｎ型クラッド層の屈折率は、曲線光導波路の直下かつ内側のｎ型クラッド層よりも低くすることができる。これにより、曲線光導波路の光導波ロスを低減することが可能となる。その結果、高効率なＳＬＤが実現可能となる。
【００２７】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第２層のＡｌ組成比は、前記段差の端から離れていくにつれて漸減することが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記第１層の屈折率をｎ1とし、前記第２層の屈折率をｎ2とすると、ｎ1＞ｎ2であることが好ましい。
【００２９】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記光導波路部は、さらに、前記曲線光導波路の他方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第２直線光導波路を有することが好ましい。
【００３０】
さらに、本発明に係る窒化物半導体発光素子の一態様において、前記段差上方に形成されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層の各層の上面が、前記基板の主面に対して傾斜していることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る窒化物半導体発光素子によれば、曲線光導波路の曲線の外側領域が基板の段差の上方に形成されているので、曲線光導波路における光導波ロスを低減することができ、高効率なＳＬＤを得ることができる。また、このような構成の窒化物半導体発光素子は、容易なプロセスにより作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ’線で切断した本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。（ｂ）は、図１に示すＢ−Ｂ’線で切断した本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子に製造方法によって作製した基板とｎ型クラッド層の断面写真である。
【図５】本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の段差近傍領域における表面形状について説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図７】（ａ）は、図６に示すＤ−Ｄ’線で切断した本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。（ｂ）は、図６に示すＥ−Ｅ’線で切断した本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。（ｃ）は、図６に示すＦ−Ｆ’線で切断した本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。
【図８】特許文献１に開示された光導波路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態に係る窒化物半導体発光素子及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は例であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の平面図である。
【００３５】
本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、窒化物半導体を用いたＳＬＤであって、図１に示すように、曲線の光導波路である曲線光導波路１１と、曲線光導波路１１の一方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第１直線光導波路１２と、曲線光導波路１１の他方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第２直線光導波路１３とを有する光導波路部１０を備える。
【００３６】
ここで、曲線光導波路１１が形成される領域を曲線光導波路領域Ａ１１とし、第１直線光導波路１２が形成される領域を第１直線光導波路領域Ａ１２とし、第２直線光導波路領域Ａ１３が形成される第２直線光導波路領域Ａ１３とする。
【００３７】
曲線光導波路１１は、所定の曲率を有する円弧形状の曲線部１１ａを含む。第１直線光導波路１２は、光出射端面であるへき開面Ｓ１１に対して所定の傾斜角度で傾斜している。本実施形態において、第１直線光導波路１２のへき開面Ｓ１１に対する傾斜角度θ１は、０度より大きく臨界角θｃよりも小さい角度である。ここで、臨界角θｃとは、第１直線光導波路１２からへき開面Ｓ１１に入射する光がへき開面Ｓ１１において全反射するときの入射角である。なお、第２直線光導波路１３は、他方のへき開面Ｓ１２に対して垂直である。
【００３８】
また、図１において太破線で囲まれる領域Ｘは、基板１０１上に凹部１０１ａが形成された領域を示しており、凹部１０１ａによって基板１０１上に段差１０１ｂが形成されている。すなわち、太破線部分が段差１０１ｂとなる。本実施形態では、凹部１０１ａは、曲線光導波路領域Ａ１１にのみ形成されており、第１直線光導波路領域Ａ１２と第２直線光導波路領域Ａ１３に凹部は形成されていない。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、曲線光導波路１１の近傍領域であって曲線光導波路１１の曲線部１１ａの外側（凹部１０１ａ側）部分における領域が、段差１０１ｂの上方に形成されている。すなわち、図１に示すように、平面視したときに、曲線部１１ａの円弧の外側部分に位置する領域と段差１０１ｂとが重なるように構成されている。
【００４０】
そして、図１に示すように、窒化物半導体発光素子１００を平面視したときにおいて、曲線光導波路１１の曲線部１１ａにおける外側端縁と、段差１０１ｂにおける曲線光導波路側端縁との距離ｄ1は、曲線光導波領域Ａ１１においては一定となっている。なお、距離ｄ1は、１０μｍ未満とすることが好ましく、本実施形態では、５μｍとした。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００の断面構造について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ’線で切断した本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。図２（ｂ）は、図１に示すＢ−Ｂ’線で切断した本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、点線で囲まれる領域は光分布形状を示している。
【００４２】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、基板１０１上に窒化物半導体が積層された積層構造体を備える。当該積層構造体は、ｎ型クラッド層１０２と、ｎ型光ガイド層１０３と、活性層１０４と、ｐ型光ガイド層１０５と、ｐ型電子障壁層１０６と、ｐ型クラッド層１０７とが、基板１０１上に順次形成されて構成されている。
【００４３】
基板１０１は、主面が（０００１）面のｎ−ＧａＮ基板からなり、図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１においては、凹部１０１ａが形成されており、凹部１０１ａによって段差１０１ｂが構成されている。
【００４４】
ｎ型クラッド層１０２は、Ａｌ組成比ｘで表されるｎ−ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＞０）によって構成されており、基板１０１上において段差１０１ｂを跨るようにして形成される。また、ｎ型クラッド層１０２は、Ａｌ組成の異なる複数のＡｌＧａＮ層によって構成されており、図２（ａ）に示すように、Ａｌ組成比一定層１０２ａ（第１層）と、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ（第２層）と、低Ａｌ組成比層１０２ｃ（第３層）と、第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄ（第４層）とを含む。
【００４５】
ｎ型クラッド層１０２において、Ａｌ組成比一定層１０２ａは、Ａｌ組成比が一定のＡｌＧａＮから構成され、段差１０１ｂから離れた領域の基板１０１上に形成されている。Ａｌ組成比一定層１０２ａは、曲線光導波路１１の直下に形成される。また、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂは、低Ａｌ組成比層１０２ｃ上に形成され、基板１０１の主面から傾いて成長する。Ａｌ組成比一定層１０２ａと第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂとは、曲線光導波路１１の下方領域において接している。ここで、Ａｌ組成比一定層１０２ａの屈折率をｎ1とし、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂの屈折率をｎ2とすると、ｎ1＞ｎ2である。さらに、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂは、段差１０１ｂの上面に接して形成されており、段差１０１ｂの端縁から離れていくにつれて第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂのＡｌ組成比は漸減するとともに屈折率ｎ2も漸減する。
【００４６】
また、低Ａｌ組成比層１０２ｃは、Ａｌ組成比一定層１０２ａよりも低いＡｌ組成比を有し、段差１０１ｂの側面に接して形成されている。第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄは、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂのＡｌ組成比よりもＡｌ組成比の変化量が大きいＡｌ組成比を有する。さらに、第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄは、基板１０１の凹部１０１ａの底面上であって、低Ａｌ組成比層１０２ｃの下方に形成されている。
【００４７】
このように構成されるｎ型クラッド層１０２は、曲線光導波路領域Ａ１１においては、凹部１０１ａの上方及び段差１０１ｂの近傍領域の上方に形成される層（第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ、低Ａｌ組成比層１０２ｃ、第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄ）の成長表面は、基板１０１の主面に対して傾斜している。なお、図２（ｂ）に示すように、第１直線光導波路領域Ａ１２においては基板１０１上に段差が形成されていない。従って、ｎ型クラッド層１０２は、図２（ａ）のような構成とはならずに、Ａｌ組成比が一定であるＡｌＧａＮ層のみで構成されている。また、その成長面も基板１０１の主面に対して平行であり基板１０１の主面と同じである。
【００４８】
ｎ型光ガイド層１０３は、ｎ−ＧａＮによって構成されており、ｎ型クラッド層１０２上に形成される。ｎ型光ガイド層１０３は、図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１においては、ｎ型クラッド層１０２におけるＡｌ組成比一定層１０２ａ及び第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ上に形成される。また、曲線光導波路領域Ａ１１においては、ｎ型光ガイド層１０３は、下層のｎ型クラッド層１０２の影響を受けて、段差１０１ｂ上方の成長面が基板１０１の主面に対して傾斜している。なお、図２（ｂ）に示すように、第１直線光導波路領域Ａ１２においては、ｎ型光ガイド層１０３の成長面は基板１０１の主面に対して平行である。
【００４９】
活性層１０４は、ＩｎＧａＮからなる量子井戸構造を有する活性層であり、ｎ型光ガイド層１０３上に形成される。図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１においては、活性層１０４も下層の影響を受けて、段差１０１ｂ上方の成長面は基板１０１の主面に対して傾斜している。なお、図２（ｂ）に示すように、第１直線光導波路領域Ａ１２における活性層１０４の成長面は、基板１０１の主面に対して平行である。
【００５０】
ｐ型光ガイド層１０５は、ｐ−ＧａＮによって構成されており、活性層１０４上に形成される。図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１においては、ｐ型光ガイド層１０５も下層の影響を受けて、段差１０１ｂ上方の成長面は基板１０１の主面に対して傾斜している。なお、図２（ｂ）に示すように、第１直線光導波路領域Ａ１２におけるｐ型光ガイド層１０５の成長面は基板１０１の主面に対して平行である。
【００５１】
ｐ型電子障壁層１０６は、ｐ−ＡｌＧａＮによって構成されており、ｐ型光ガイド層１０５上に形成される。図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１においては、ｐ型光ガイド層１０５も下層の影響を受けて、段差１０１ｂ上方の成長面は基板１０１の主面に対して傾斜している。なお、図２（ｂ）に示すように、第１直線光導波路領域Ａ１２におけるｐ型電子障壁層１０６の成長面は基板１０１の主面に対して平行である。
【００５２】
ｐ型クラッド層１０７は、歪量子井戸構造を有するｐ−ＡｌＧａＮによって構成されており、ｐ型電子障壁層１０６上に形成される。図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１においては、ｐ型クラッド層１０７も下層の影響を受けて、段差１０１ｂ上方の成長面は基板１０１の主面に対して傾斜している。なお、図２（ｂ）に示すように、第１直線光導波路領域Ａ１２におけるｐ型クラッド層１０７成長面は基板１０１の主面に対して平行である。
【００５３】
また、ｐ型クラッド層１０７は、断面凸形状のリッジ型の光導波路部１０を有する。この光導波路部１０は、上述のとおり、曲線光導波路１１と第１直線光導波路１２と第２直線光導波路１３とからなる。図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１における光導波路部１０（曲線光導波路１１）は、下層の影響を受けて成長面が基板１０１の主面に対して傾斜している。また、図２（ｂ）に示すように、第１直線光導波路領域Ａ１２における光導波路部１０（第１直線光導波路１２）の成長面は基板１０１の主面に対して平行である。なお、図示しないが、第２直線光導波路領域Ａ１３における光導波路部１０（第２直線光導波路１３）の成長面も基板１０１の主面に対して平行である。
【００５４】
そして、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ｐ型クラッド層１０７におけるリッジ型の光導波路部１０の上には、ｐ−ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８とｐ−電極１１０とが積層されている。また、ｐ型クラッド層１０７のリッジ型の光導波路部１０以外の上面及び側面にはＳｉＯ2からなる絶縁膜１０９が形成されている。さらに、ｐ−電極１１０及び絶縁膜１０９の一部を覆うようにして配線電極１１１が形成され、配線電極１１１を覆うようにしてパッド電極１１２が形成されている。なお、基板１０１のｎ型クラッド層１０２が形成されている面とは反対側の面である裏面上には、ｎ−電極１１３が形成されている。
【００５５】
このように構成される本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００によれば、曲線光導波路１１の円弧の曲線部１１ａの外側領域におけるｎ型クラッド層１０２の屈折率が、曲線部１１ａの内側領域におけるｎ型クラッド層１０２の屈折率よりも低くなる。そのため、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、光強度分布におけるピーク強度は光導波路部１０の中心からずれることがなくなる。
【００５６】
また、段差１０１ｂの上方に形成される層の成長面は基板１０１の主面に対し傾斜しているため、図２（ａ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ１１におけるニアフィールドパターン形状は歪むことになる。しかし、曲線光導波路１１を直線状の第１直線光導波路１２に接続することにより、図２（ｂ）に示すように、歪みのない良好なニアフィールドパターン形状を得ることができる。
【００５７】
これにより、高効率かつ良好なニアフィールドパターン形状を有するＳＬＤを実現することができる。
【００５８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００の製造方法について、図３を参照して説明する。図３（ａ）〜図３（ｊ）は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の製造方法を説明するための断面図である。なお、図３（ａ）〜図３（ｊ）は、図１のＣ−Ｃ’線に沿って切断した位置における断面を示している。
【００５９】
まず、図３（ａ）に示すように、主面が（０００１）面であるｎ−ＧａＮからなる基板１０１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2膜１２０を形成する。
【００６０】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー及びフッ酸を用いたエッチングにより、ＳｉＯ2膜１２０を選択的に除去して所定の曲率の円弧を有する開口１２０ａを形成する。これにより、開口１２０ａを備えるＳｉＯ2マスク１２０Ｍを形成する。ここで、開口１２０ａは、開口１２０ａの円弧の曲率が図１に示す曲線光導波路１１を構成する円弧の曲率よりも大きくなるように形成する。また、開口１２０ａの幅は、［１１−２０］方向において、少なくとも５０μｍとする。
【００６１】
その後、Ｃｌ2ガスを用いたＩＣＰドライエッチングを行うことによってＳｉＯ2マスク１２０Ｍに覆われていない領域（開口１２０ａ）における基板１０１に対して少なくとも２μｍの深さまでのエッチングを施す。その後、フッ酸によって、ＳｉＯ2マスク１２０Ｍを除去することにより、図３（ｃ）に示すように、基板１０１に段差１０１ｂを有する凹部１０１ａを形成することができる。
【００６２】
次に、図３（ｄ）に示すように、段差１０１ｂが形成された基板１０１上に、ｎ−ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１０２を形成する。ｎ型クラッド層１０２の組成としては、例えば、ｎ−Ａｌ0.036Ｇａ0.964Ｎとすることができる。
【００６３】
この場合、曲線光導波路領域Ａ１１におけるｎ型クラッド層１０２としては、Ａｌ組成比が一定であるＡｌ組成比一定層１０２ａと、基板１０１の主面から傾いた第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂと、低Ａｌ組成比層１０２ｃと、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂよりもＡｌ組成比の変化量が大きく基板１０１の主面から傾いた第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄとが形成される。
【００６４】
この時、ｎ型クラッド層１０２において、段差１０１ｂの側壁面から低Ａｌ組成比層１０２ｃが基板１０１の主面に対して傾いて形成され、その層の上部に第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂが基板１０１の主面に対して傾いて形成される。第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂの幅は、段差１０１ｂの上部の片端（Ａｌ組成比一定層１０２ａ）から約８μｍ〜１０μｍに亘って形成されている。また、段差１０１ｂの上面中央に接してＡｌ組成比一定層１０２ａ（Ａｌ組成：３．６％）が形成されている。
【００６５】
ここで、Ａｌ組成比一定層１０２ａ、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ、低Ａｌ組成比層１０２ｃ及び第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄというように、ｎ型クラッド層１０２において、なるＡｌ組成比を有する層が形成される仕組みについて説明する。
【００６６】
Ａｌ組成比一定層１０２ａ、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ、低Ａｌ組成比層１０２ｃ及び第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄにおけるＡｌ組成比の違いは、段差１０１ｂから一定の距離離れたところに成長したＡｌ組成比一定層１０２ａの積層方向の膜厚と、段差１０１ｂの側壁面から成長した低Ａｌ組成比層１０２ｃの膜厚と、段差１０１ｂの側壁面から成長した低Ａｌ組成比層１０２ｃの下部と基板１０１上に形成されている第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄの膜厚との差、すなわち各層の成長速度差によるものである。
【００６７】
一般的に、ＡｌＧａＮを構成しているＧａ種はＡｌ種よりも拡散長が長い。このため、段差１０１ｂの周辺部に存在するＧａ種は原料拡散により、ダングリングボンド数が（０００１）面よりも多い（１１−２ｘ）面（ｘ：整数）にＧａ種が吸着され、成長速度が速くなる。
【００６８】
その結果、段差上面及び下面端部においてＧａ種の急激な濃度勾配が生じ、Ａｌ組成比一定層１０２ａのＡｌ組成比よりもＡｌ組成比が高い第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ及び第２のＡｌ組成比変化層１０２ｄが形成される。また、同時に、低Ａｌ組成比層１０２ｃも形成される。
【００６９】
本実施形態では、（１１−２ｘ）面（ｘ：整数）におけるｎ型クラッド層１０２と、（０００１）面におけるｎ型クラッド層１０２との成長速度の比は、３以上である。言い換えると、Ａｌ組成比一定層１０２ａの成長速度は、低Ａｌ組成比層１０２ｃの成長速度の３倍以上である。
【００７０】
また、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ及び低Ａｌ組成比層１０２ｃが基板１０１の主面から傾いて形成されるメカニズムについても同様に、Ｇａ種の拡散長によるものと考えられる。
【００７１】
具体的に、Ｇａ種の拡散長に対して段差１０１ｂの側面から十分離れた領域においては、基板１０１の主面方向における成長駆動力が強いため、厚膜なｎ型クラッド層１０２が形成される。一方、段差１０１ｂの側面近傍の領域においては、Ｇａ種の拡散により側面の成長駆動力が強いため、基板１０１の主面方向の成長駆動力が弱くなり、薄膜なｎ型クラッド層１０２が形成される。
【００７２】
これにより、段差１０１ｂの底面にｎ型クラッド層１０２が形成される。この性質を利用することにより、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂ及び低Ａｌ組成比層１０２ｃの成長面を基板１０１の主面から傾けることが可能となる。なお、本実施形態において、段差１０１ｂを構成する凹部１０１ａの溝幅は５０μｍとした。また、凹部１０１ａの溝幅は少なくとも２０μｍ以上とすることが好ましい。溝幅を２０μｍ未満にすると、Ｇａ種の拡散長が長いことから、段差１０１ｂの側壁面からの成長のみになり、上記のような構造にすることが難しくなる。なお、本実施形態におけるＧａ種の拡散長は、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂの領域幅により見積もることができ、８μｍ〜１０μｍである。
【００７３】
また、本実施形態において、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂのＡｌ組成は、３.７％〜５％である。また、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂのＡｌ組成は段差１０１ｂの中央部に向かうにつれて低くなっており、本実施形態では、段差１０１ｂの中央部に向かうに従って、５％から３．７％へと漸次低くなっている。これは、段差１０１ｂの側面からｎ型クラッド層１０２の成長が進むにつれで、原料の濃度勾配が起こる箇所が変化するためである。これにより、図３（ｄ）に示すような第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂを形成することができる。言い換えると、段差１０１ｂの側面から低Ａｌ組成比層１０２ｃが成長するにつれ、Ａｌ組成比の濃度勾配が生じる箇所が変化するので、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂのＡｌ組成比は、段差１０１ｂの端から離れていくにつれて漸減する。
【００７４】
この構成により、曲線光導波路１１の円弧の内外領域において屈折率差を生じさせることができ、曲線光導波路１１の光導波損失を低減することが可能となる。これにより、ＳＬＤの効率を大幅に向上させることができる。
【００７５】
また、このような結果を引き起こすためには、［０００１］方向の成長レート（Ｒａ）と［１１−２０］方向の成長レート（Ｒｂ）との比（Ｒｂ／Ｒａ）を１よりも大きくすることが好ましい。ここで、成長レート比（Ｒｂ／Ｒａ）を１より大きくさせる成長条件としては、水素分圧比が０．３以下、Ｖ／ＩＩＩ比が１０００〜３０００、成長温度が１０００〜１２００℃の３項目のうち少なくとも１項目の条件を満たすことが必要となる。
【００７６】
ここで、水素分圧比に着目すると、水素分圧比を０．３以上にすると、水素エッチング効果により段差１０１ｂの側壁面からの成長レートが小さくなり、成長レート比（Ｒｂ／Ｒａ）＞１の実現が困難となる。そのため、成長レート比（Ｒｂ／Ｒａ）＞１を実現するためには、水素分圧比を０．３以下とすることが好ましい。より望ましくは、水素分圧比は０．２よりも小さくすることである。これにより、水素エッチング効果をさらに抑制することができるので、成長レート比（Ｒｂ／Ｒａ）≧３を実現することが可能となる。これにより、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂの高Ａｌ組成化を実現することができる。
【００７７】
また、Ｖ／ＩＩＩ比を１０００以下にすると成長レートが速くなり、第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂをより一層高Ａｌ組成化することができるとも考えられる。しかしながら、成長レートが速過ぎるため、ＡｌＧａＮの結晶性が低下してしまいデバイス特性の低下が生じる。一方、Ｖ／ＩＩＩ比を３０００以上にすると、成長レートが低下して、この場合もＡｌＧａＮの結晶性が低下してしまいデバイス特性の低下につながる。よって、Ｖ／ＩＩＩ比は、１０００〜３０００の間とすることが好ましい。
【００７８】
また、成長温度を１０００℃より低くすると、Ｇａ原子の再蒸発量が低下し、なおかつＧａのマイグレーション長が長くなる。それにより、段差１０１ｂの側壁面からの成長レートがさらに速くすることができ、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂのＡｌ組成をより一層高Ａｌ組成化することができると考えられる。しかし、成長レートの増大によって段差１０１ｂの上面から成長したＡｌ組成比一定層１０２ａの結晶性が低下してしまうため、デバイス特性の低下につながる。これにより、成長温度は、１０００℃〜１２００℃とすることが好ましい。
【００７９】
また、段差１０１ｂの側壁面については、［０００１］方向に対する傾斜角度が、５０°より大きく９０°未満とすることはが好ましい。言い換えると、段差１０１ｂは段差上端面から段差下端に向かって広がって形成され、段差１０１ｂの側面が基板１０１の主面の垂直方向に対して成す角度θｘが、０°＜θｘ＜４０°を満たすことが好ましい。角度θｘが大きくなり過ぎると、段差１０１ｂの側壁面における成長レートが遅くなるため、原料の濃度勾配が小さくなる。その結果、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂが小さくなるとともに、第１のＡｌ組成比変化層１０２ｂのＡｌ組成が低くなってしまう。
【００８０】
ここで、本実施形態に係る製造方法によって作製したｎ型クラッド層１０２について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子に製造方法によって作製した基板とｎ型クラッド層の断面写真である。なお、図４は、基板１０１に段差１０１ｂが形成された領域における断面を示している。
【００８１】
図４に示すように、本実施形態に係る製造方法によれば、図３（ｄ）に示すような構成のｎ型クラッド層１０２が形成することができることを確認できた。
【００８２】
次に、図３（ｅ）に示すように、ｎ型クラッド層１０２上に、ｎ−ＧａＮからなるｎ型光ガイド層１０３、ＩｎＧａＮからなる活性層１０４、ｐ−ＧａＮからなるｐ型光ガイド層１０５、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ型電子障壁層１０６、歪量子井戸構造を有するｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０７、及び、ｐ−ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８をＭＯＣＶＤ法により順次形成する。
【００８３】
なお、活性層１０４としては、例えば、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ／Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎとすることができる。また、ｐ型電子障壁層１０６としては、例えば、ｐ−Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ｎとすることができる。また、ｐ型クラッド層１０７としては、ｐ−Ａｌ0.072Ｇａ0.928／ＧａＮとすることができる。
【００８４】
次に、図３（ｆ）に示すように、ｐ型コンタクト層１０８の上に、プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2膜１２１を形成する。
【００８５】
次に、図３（ｇ）に示すように、フォトリソグラフィー及びフッ酸を用いたエッチングによりＳｉＯ2膜１２１を選択的に除去してＳｉＯ2マスク１２１Ｍを形成する。ＳｉＯ2マスク１２１Ｍによって、第１直線光導波路１２（不図示）、曲線光導波路１１及び第２直線光導波路１３（不図示）からなるリッジ型の光導波路部１０が形成される。本実施形態では、ＳｉＯ2マスク１２１Ｍの幅を１．５μｍとしたので、光導波路部１０のリッジ幅は１．５μｍとなる。
【００８６】
その後、Ｃｌ2ガスを用いたＩＣＰドライエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2マスク１２１Ｍに覆われていない領域におけるｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８を０．３５μｍの深さまでエッチングする。さらに、その後、ＳｉＯ2マスク１２１Ｍをフッ化水素酸により除去する。これにより、図３（ｈ）に示すような幅が１．５μｍのリッジ型の光導波路部１０を形成することができる。
【００８７】
このとき、上述のとおり、曲線光導波路１１の外側端（段差側端）と段差１０１ｂの曲線光導波路側端との距離ｄ1は一定とした。具体的に、距離ｄ1は１０μｍ未満とすることが好ましく、５μｍ以下がより好ましい。この構成により、曲線光導波路１１の曲線部１１ａの内側と外側とで所望のＡｌ組成差を得ることができる。
【００８８】
つまり、曲線光導波路１１の円弧の内側の屈折率をｎ1、円弧の外側の屈折率をｎ2とすると、ｎ1＞ｎ2の関係となる。これにより、曲線光導波路１１での光導波ロスを低減させることが可能となる。さらに、距離ｄ1を５μｍ以下にすることにより、曲線光導波路１１の円弧の内外におけるＡｌ組成差をより大きくすることができる。つまり、曲線光導波路１１の円弧の内側と外側との屈折率差がより大きくなる。その結果、さらに光導波ロスを低減させることが可能となる。
【００８９】
また、曲線光導波路１１の曲線部１１ａの円弧の曲率は、５００μｍより大きくすることが好ましい。これは、曲線光導波路１１の円弧の曲率が５００μｍ以下になると光導波ロスが大きくなるからである。一方、曲線光導波路１１の円弧の曲率が５０００μｍ以上になるとチップ幅が大きくなるため、チップ取れ数が少なくなってしまう。従って、光導波ロスを低減するとともにチップ取れ数を減らさないように構成にするには、曲線光導波路１１の円弧の曲率は、５００μｍより大きく５０００μｍ未満とすることが好ましい。
【００９０】
また、図示しないが、第１直線光導波路１２のへき開面Ｓ１１に対する傾斜角度θ１は、上述のとおり、０°より大きく臨界角θｃより小さくすることが好ましい。より具体的には、ＧａＮの屈折率は２．５であり空気層の屈折率は１であるので、スネルの法則により臨界角θｃは約２３．６°となる。そのため、第１直線光導波路１２の傾斜角度θ１は、０°より大きく２３．６°より小さい角度とすることが好ましい。なお、傾斜角度θ１が５°よりも小さいと端面反射による光増幅が起こる。この場合、高出力動作時においてＬＤ発振する可能性がある。従って、第１直線光導波路１２の傾斜角度θ１は、５°以上２３．６°より小さい角度にすることがより好ましい。
【００９１】
ここで、基板１０１の段差１０１ｂの近傍領域の上方に形成される層の表面形状について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子の段差近傍領域における表面形状について説明する図である。図５において、横軸は断面横方向における距離（μｍ）を示しており、縦軸は積層構造体の高さ（μｍ）を示している。
【００９２】
図５に示すように、曲線光導波路１１（ｐ型クラッド層１０７のリッジ部）は、段差１０１ｂ近傍領域の上方に形成されるので、基板１０１の主面から傾いていることが分かる。また、これにより、曲線光導波路１１のニアフィールドパターン形状は歪んだ形状となる。しかしながら、上述のとおり、曲線光導波路１１を第１直線光導波路１２へ連続的に接合することで、光出射端におけるニアフィールドパターン形状は歪みのないものとなる。その結果、歩留まりを改善させることが可能となる。
【００９３】
次に、光導波路部１０を形成した後は、基板１０１の上方の全面を覆うようにプラズマＣＶＤ法により厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成し、その後、フォトリソグラフィーを用いてｐ型コンタクト層１０８上のＳｉＯ2膜を露出させ、ドライエッチング等にてｐ型コンタクト層１０８上のＳｉＯ2膜を選択的に除去することにより、図３（ｉ）に示すように、所定形状の絶縁膜１０９を形成する。
【００９４】
その後、同図３（ｉ）に示すように、ＥＢ蒸着法などを用いて、露出したｐ型コンタクト層１０８上に、厚さが３５ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが４０ｎｍの白金（Ｐｔ）とからなるｐ−電極１１０を形成する。
【００９５】
次に、図３（ｊ）に示すように、フォトリソグラフィーとＥＢ蒸着法を用いて、リッジ型の光導波路部１０を覆うようにして、厚さ５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、厚さが２００ｎｍのＰｔ、及び、厚さが５０ｎｍのＴｉからなる配線電極１１１を形成する。
【００９６】
続いて、フォトリソグラフィーとＥＢ蒸着法を用いて、配線電極１１１を覆うようにして、厚さが５０ｎｍのＴｉと厚さが１０００ｎｍのＡｕとを積層させた膜と形成する。さらに、電解メッキによりＡｕの厚さを１０μｍまで増やすことにより、パッド電極１１２を形成する。その後、図示しないが、ダイヤモンドスラリーを用いて、基板１０１の厚さが１００μｍ程度にまでなるように基板１０１の裏面を研磨して基板１０１を薄片化する。
【００９７】
次に、同図３（ｊ）に示すように、ＥＢ蒸着法により、基板１０１の裏面に、厚さが５ｎｍのＴｉ、厚さが１０ｎｍのＰｔ、及び、厚さが１０００ｎｍのＡｕからなるｎ−電極１１３を形成する。
【００９８】
その後、へき開を行うことによりチップ分離され、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００が製造される。このように製造される本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００は、高効率であり、かつ、歪のないニアフィールドパターン形状のＳＬＤ特性を有する。
【００９９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の平面図である。
【０１００】
本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００は、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子と同様に窒化物半導体を用いたＳＬＤであって、図６に示すように、曲線状の光導波路である曲線光導波路２１と、曲線光導波路２１の一方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第１直線光導波路２２と、曲線光導波路２１の他方側に連続して繋がる直線状の光導波路である第２直線光導波路２３とを有する光導波路部２０を備える。
【０１０１】
ここで、曲線光導波路２１が形成される領域を曲線光導波路領域Ａ２１とし、第１直線光導波路２２が形成される領域を第１直線光導波路領域Ａ２２とし、第２直線光導波路領域２３が形成される第２直線光導波路領域Ａ２３とする。
【０１０２】
曲線光導波路２１は、所定の曲率を有する円弧形状の曲線部２１ａを含む。第１直線光導波路２２は、光出射端面であるへき開面Ｓ２１に対して所定の傾斜角度で傾斜している。本実施形態において、第１直線光導波路２２のへき開面Ｓ２１に対する傾斜角度θ１は、第１の実施形態と同様に、０度より大きく臨界角θｃよりも小さい角度である。なお、第２直線光導波路２３は、他方のへき開面Ｓ２２に対して垂直である。
【０１０３】
また、図６において太破線で囲まれる領域Ｙは、基板２０１上に形成された凹部２０１ａの領域を示しており、凹部２０１ａによって基板２０１上に段差２０１ｂが形成されている。すなわち、太破線部分が段差２０１ｂとなる。本実施形態では、第１の実施形態と異なり、凹部２０１ａは、曲線光導波路領域Ａ２１だけではなく第１直線光導波路領域Ａ２２にも形成されている。なお、第２直線光導波路領域Ａ２３には、凹部は形成されていない。
【０１０４】
図６に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００は、曲線光導波路２１の近傍領域であって曲線光導波路２１の曲線部２１ａの外側（凹部２０１ａ側）部分における領域が、段差２０１ｂの上方に形成されている。すなわち、図６に示すように、平面視したときに、曲線部２１ａの円弧の外側部分に位置する領域と段差２０１ｂとが重なるように構成されている。
【０１０５】
さらに、本実施形態では、第１直線光導波路２２の近傍領域であって第１直線光導波路２２の凹部２０１ａ側の領域も段差２０１ｂの上方に形成されている。
【０１０６】
そして、図６に示すように、窒化物半導体発光素子２００を平面視したときにおいて、曲線光導波路領域Ａ２１では、曲線光導波路２１の曲線部２１ａにおける外側端縁と、段差２０１ｂにおける曲線光導波路側端縁との距離ｄ1は一定となっている。なお、距離ｄ1は、１０μｍ未満とすることが好ましく、本実施形態では、５μｍとした。
【０１０７】
さらに、本実施形態では、第１直線光導波路領域Ａ２２において、第１直線光導波路２２の開始点（第１直線光導波路２２の曲線光導波路側端）における第１直線光導波路２２と段差２０１ｂとの距離をｄ2とし、第１直線光導波路２２の終了点（第１直線光導波路２２のへき開面Ｓ２１側端）である光出射端における第１直線光導波路２２と段差２０１ｂとの距離をｄ3とすると、ｄ2＜ｄ3となるように構成されている。距離ｄ2は距離ｄ1と等しく、１０μｍ未満であることが好ましい。また、距離ｄ3は２０μｍ以上とすることが好ましい。
【０１０８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００にの断面構造について、図７（ａ）〜図７（ｃ）を用いて説明する。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、それぞれ図６に示すＤ−Ｄ’線、Ｅ−Ｅ’線及びＦ−Ｆ’線で切断した本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面図及び当該断面における光強度分布を示す図である。なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）において、点線で囲まれる領域は光分布形状を示している。
【０１０９】
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００は、基板２０１上に窒化物半導体が積層された積層構造体を備えるものである。当該積層構造体は、第１の実施形態と同様に、ｎ型クラッド層２０２と、ｎ型光ガイド層２０３と、活性層２０４と、ｐ型光ガイド層２０５と、ｐ型電子障壁層２０６と、ｐ型クラッド層２０７とが、基板２０１上に順次形成されて構成されている。
【０１１０】
基板２０１は、主面が（０００１）面のｎ−ＧａＮ基板からなり、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ２１及び第１直線光導波路領域Ａ２２には、凹部２０１ａが形成されており、凹部２０１ａによって段差２０１ｂが構成されている。
【０１１１】
ｎ型クラッド層２０２は、ｎ−ＡｌＧａＮによって構成されており、基板２０１上において段差２０１ｂを跨るようにして形成される。また、ｎ型クラッド層２０２は、Ａｌ組成の異なる複数のＡｌＧａＮ層によって構成されており、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、Ａｌ組成比一定層２０２ａ（第１層）と、第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂ（第２層）と、低Ａｌ組成比層２０２ｃ（第３層）と、第２のＡｌ組成比変化層２０２ｄ（第４層）とを含む。
【０１１２】
ｎ型クラッド層２０２において、Ａｌ組成比一定層２０２ａは、Ａｌ組成比が一定のＡｌＧａＮから構成され、段差２０１ｂから離れた領域の基板２０１上に形成されている。第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂは、低Ａｌ組成比層２０２ｃ上に形成される。ここで、Ａｌ組成比一定層２０２ａの屈折率をｎ1とし、第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂの屈折率をｎ2とすると、ｎ1＞ｎ2である。さらに、第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂは、段差２０１ｂの上面に接して形成されており、段差２０１ｂの端縁から離れていくにつれて第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂのＡｌ組成比は漸減するとともに屈折率ｎ2も漸減する。低Ａｌ組成比層２０２ｃは、Ａｌ組成比一定層２０２ａよりも低いＡｌ組成比を有し、段差２０１ｂの側面に接して形成されている。なお、第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂは、段差２０１ｂの上面においてＡｌ組成比一定層２０２ａに接する領域とは異なる領域に接して形成されている。また、第２のＡｌ組成比変化層２０２ｄは、第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂのＡｌ組成比よりもＡｌ組成比の変化量が大きいＡｌ組成比を有する。さらに、第２のＡｌ組成比変化層２０２ｄは、基板２０１の凹部２０１ａの底面上であって、低Ａｌ組成比層２０２ｃの下方に形成されている。
【０１１３】
このように構成されるｎ型クラッド層２０２は、曲線光導波路領域Ａ２１及び第１直線光導波路領域Ａ２２においては、段差２０１ｂの上方に形成される層（第１のＡｌ組成比変化層２０２ｂ、低Ａｌ組成比層２０２ｃ、第２のＡｌ組成比変化層２０２ｄ）の成長表面は、基板２０１の主面に対して傾斜している。但し、第１直線光導波路領域Ａ２２においては第１直線光導波路２２と段差２０１ｂとの距離が十分に離れているので、図７（ｃ）に示すように、光導波路部２０（第１直線光導波路２２）の下方領域におけるｎ型クラッド層２０２（Ａｌ組成比一定層２０２ａ）の成長表面は、基板２０１に対して平行であり、基板２０１の主面と同じ面となる。
【０１１４】
なお、ｎ型光ガイド層２０３、活性層２０４、ｐ型光ガイド層２０５、ｐ型電子障壁層２０６、ｐ型クラッド層２０７は、ｐ型コンタクト層２０８、絶縁膜２０９、ｐ−電極２１０、配線電極２１１、パッド電極２１２及びｎ−電極２１３については、第１の実施形態に係る、ｎ型光ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型光ガイド層１０５、ｐ型電子障壁層１０６、ｐ型クラッド層１０７は、ｐ型コンタクト層１０８、絶縁膜１０９、ｐ−電極１１０、配線電極１１１、パッド電極１１２及びｎ−電極１１３と同様であるので、その詳しい説明は省略する。
【０１１５】
ｐ型クラッド層２０７における断面凸形状のリッジ型の光導波路部２０は、上述のとおり、曲線光導波路２１と第１直線光導波路２２と第２直線光導波路２３とからなる。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、曲線光導波路領域Ａ２１及び第１直線光導波路領域Ａ２２における光導波路部２０（曲線光導波路２１及び第１直線光導波路２２）は、下層の影響を受けて成長面が基板２０１の主面に対して傾斜している。なお、図示しないが、第２直線光導波路領域Ａ２３における光導波路部２０（第２直線光導波路２３）の成長面は基板２０１の主面に対して平行である。
【０１１６】
このように構成される本実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００によれば、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００の構成に加えて、第１直線光導波路領域Ａ２２においても段差２０１ｂが形成され、当該段差２０１ｂは、第１直線光導波路２２から離れた領域に形成されている。これにより、第１直線光導波路領域Ａ２２において、光導波路部２０（第１直線光導波路２２）の下方領域における層の成長表面は基板２０１に対して平行であり、なおかつ、光導波路部２０（第１直線光導波路２２）から離れた領域の下方領域には、屈折率が小さい領域を形成することができる。従って、光導波ロスをさらに低減することができ、また、良好なニアフィールドパターン形状を得ることができる。
【０１１７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００の製造方法について説明する。なお、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体発光素子２００の製造方法については、第１の実施形態に係る窒化物半導体発光素子１００の製造方法と基本的には同じであるので、図３（ａ）〜図３（ｊ）を参照しながら異なるところのみ説明する。
【０１１８】
まず、第２の実施形態においては、図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応する工程において、段差２０１ｂを有する凹部２０１ａを、曲線光導波路領域Ａ２１だけではなく第１直線光導波路領域Ａ２２においても基板２０１上に形成する。なお、第１直線光導波路領域Ａ２２における段差２０１ｂは、第１直線光導波路２２の近傍となるように形成する。
【０１１９】
このとき、上述のとおり、第１直線光導波路領域Ａ２２において、第１直線光導波路２２の開始点（第１直線光導波路２２の曲線光導波路側端）における第１直線光導波路２２と段差２０１ｂとの距離ｄ2と、第１直線光導波路２２の終了点（第１直線光導波路２２のへき開面Ｓ２１側端）である光出射端における第１直線光導波路２２と段差２０１ｂとの距離ｄ3とは、ｄ2＜ｄ3となるように形成する。
【０１２０】
具体的には、距離ｄ2は１０μｍ未満とし、距離ｄ3は２０μｍ以上とすることが好ましい。距離ｄ2を１０μｍ以上にすると、曲線光導波路２１から第１直線光導波路２２へと結合する際における光導波ロスが大きくなる。つまり、距離ｄ2を１０μｍ未満にすることにより光導波ロスを抑えることができる。また、距離ｄ3を２０μｍ未満にすると、段差２０１ｂの影響による成長表面が基板２０１の主面から傾斜し、歪んだニアフィールドパターン形状となる。そのため、距離ｄ3は２０μｍ以上とすることが好ましい。本実施形態において、距離ｄ2は５μｍとし、距離ｄ3は２０μｍとした。
【０１２１】
以上、本発明に係る窒化物半導体発光素子及びその製造方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【０１２２】
例えば、上述の実施形態においては、光導波路におけるリッジストライプの幅として１．５μｍの例を示したが、これに限らない。光導波路におけるリッジは１０μｍ以下のストライプ幅であれば、いずれの値の場合であっても同様に適用することができる。
【０１２３】
また、上述の実施形態においては、青紫色活性層を用いたＳＬＤの例を示したが、これに限らない。活性層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ＞０）で構成していれば、いずれの場合であっても同様に適用することができる。
【０１２４】
また、上述の実施形態においては、窒化物半導体発光素子の基板として、（０００１）面を基板の主面としたｎ−ＧａＮ基板の例を示したが、これに限らない。例えば、（１０−１０）面又は（１１−２０）面などの無極性面や（１１−２２）面などの半極性面を基板の主面としたｎ−ＧａＮ基板を用いても構わない。
【０１２５】
また、上述の実施形態においては、窒化物半導体発光素子の基板として、ｎ−ＧａＮ基板を用いた例を示したが、これに限らない。例えば、サファイア、ＳｉＣ又はＳｉなど他の基板を用いても構わない。
【０１２６】
さらに、その他、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、本発明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発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明にかかる窒化物半導体発光素子は、曲線光導波路における光導波ロスを低減するという効果を有し、ＳＬＤ等の半導体発光素子等として有用である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０、２０  光導波路部
１１、２１  曲線光導波路
１１ａ、２１ａ  曲線部
１２、２２  第１直線光導波路
１３、２３  第２直線光導波路
１０１、２０１  基板
１０１ａ、２０１ａ  凹部
１０１ｂ、２０１ｂ  段差
１０２、２０２  ｎ型クラッド層
１０２ａ、２０２ａ  Ａｌ組成比一定層
１０２ｂ、２０２ｂ  第１のＡｌ組成比変化層
１０２ｃ、２０２ｃ  低Ａｌ組成比層
１０２ｄ、２０２ｄ  第２のＡｌ組成比変化層
１０３、２０３  ｎ型光ガイド層
１０４、２０４  活性層
１０５、２０５  ｐ型光ガイド層
１０６、２０６  ｐ型電子障壁層
１０７、２０７  ｐ型クラッド層
１０８、２０８  ｐ型コンタクト層
１０９、２０９  絶縁膜
１１０、２１０  ｐ−電極
１１１、２１１  配線電極
１１２、２１２  パッド電極
１１３、２１３  ｎ−電極
１２０、１２１  ＳｉＯ2膜
１２０ａ  開口
１２０Ｍ、１２１Ｍ  ＳｉＯ2マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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