(57)【要約】【課題】簡便な構成でファブリ・ペローモードのレーザ発振を抑制して発光効率を向上させることができる半導体発光素子を提供する。【解決手段】基板１０１の上方に形成された発光層（活性層１０４）と、発光層が発する光を出射する光出射端面１３０ａとを有する半導体層積層体を備える半導体発光素子であって、発光層が発する光を閉じ込め導波する光導波路１２４と、光導波路１２４の光出射端面側の端面である光導波路端面１２４ａと光出射端面１３０ａとの間の領域であって、光導波路端面１２４ａから光出射端面１３０ａまでにおいて光導波路１２４からの光を基板１０１の主面と水平方向には実質的に光を閉じ込めずに通過させる領域である分離領域１２７Ａとを備え、光導波路端面１２４ａは、光出射端面１３０ａに対して傾斜している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に形成された発光層と、前記発光層が発する光を出射する光出射端面とを有する半導体層積層体を備える半導体発光素子であって、
前記発光層が発する光を閉じ込め導波する光導波路と、
前記光導波路の前記光出射端面側の端面である光導波路端面と前記光出射端面との間の領域であって、前記光導波路端面から前記光出射端面までにおいて前記光導波路からの光を前記基板の主面と水平方向には実質的に閉じ込めずに通過させる領域である分離領域とを備え、
前記光導波路端面は、前記光出射端面に対して傾斜している
半導体発光素子。
【請求項２】
前記光導波路と前記分離領域とは同一の前記半導体層積層体で形成される
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記光導波路端面と前記光出射端面との距離が、１μｍ以上である
請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
さらに、前記光導波路の上方に形成されたコンタクト電極を備え、
前記コンタクト電極の前記光出射端面側の端部が、前記光導波路端面と前記光出射端面との間にまで延設される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記光導波路端面と前記光出射端面との間に形成された前記コンタクト電極の幅の一部または全部は、前記光導波路の上方に形成された前記コンタクト電極の幅よりも広い
請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記導波路端面と前記光出射端面との間に形成された前記コンタクト電極の幅が、前記光導波路端面から前記光出射端面に向かうに従って漸次拡がる
請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記光出射端面が劈開面である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
さらに、前記半導体層積層体を切り欠くように形成された段差溝を備え、
前記光出射端面は、前記段差溝の内側面である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記段差溝は、エッチングにより形成される
請求項８記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
さらに、前記分離領域もしくはその近傍領域において、基板上に形成された基板段差部を備える
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記分離領域の一部または全部は、前記光導波路からの光を実質的に吸収させずに透過させる領域である
請求項１〜１０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、特に青紫色から赤色までの可視光領域の発光を伴うスーパールミネッセントダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
光干渉断層画像（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）システムなどの医療用機器の光源のほか、近年では、プロジェクターなどの画像表示デバイス用の光源として、高指向性および低可干渉性を併せ持つスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子が開発されている。
【０００３】
ＳＬＤは、半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）と同様に光導波路を用いた半導体発光素子であり、注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光出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、光出射端面から放出される。
【０００４】
また、ＳＬＤは、ＬＤと異なり、端面反射による光共振器の形成を抑え、ファブリ・ペローモードによるレーザ発振が生じないように構成されている。そのため、ＳＬＤでは、光出射端面を例えば導波路に対して傾斜させた構造とし、これによりモード反射率を低減させてレーザ発振を抑制している。このようなＳＬＤは、通常の発光ダイオードと同様にインコヒーレントで広帯域なスペクトル形状を示すと共に、狭放射角の光出射を得ることが可能である。
【０００５】
一方、窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、例えば発光ダイオードなどのように、紫外から緑までの可視光領域の光を出射する発光素子として実現されている。近年、この窒化物半導体を用いたＳＬＤも提案されている。
【０００６】
このようなＳＬＤにおいては、出射光をインコヒーレントにするために、光出射端面の反射率を低減させる技術が重要になる。以下、特許文献１および特許文献２に記載されている従来技術について、図２４および図２５を用いて詳細に説明する。
【０００７】
図２４は、特許文献１に開示された第１の従来例に係る半導体レーザ増幅器の斜視図である。また、図２５は、非特許文献１に開示された第２の従来例に係る半導体発光素子の斜視図である。
【０００８】
図２４に示すように、第１の従来例に係る半導体レーザ増幅器１０００は、ファブリ・ペローモードを抑制する技術に関するものであり、ＧａＩｎＡｓＰなどからなる半導体本体１０１６の半導体領域１０１５に導波路１０１２が形成され、ファセット１０１７および１０１８の面に対して導波路１０１２が斜めに接続されている。さらに、ファセット１０１７および１０１８には、バンドギャップが半導体本体１０１６よりも広い材料で構成された終端キャップ部１０１０および１０１１が設けられており、これにより入射端面１０１３と出射端面１０１４とが構成されている。
【０００９】
この構成により、入射端面１０１３から導波路１０１２に入射した光は、半導体領域１０１５で増幅された後、外部へ出射する際に、ファセット１０１８で屈折した後に、表面１０１９から外部に出射される。このとき、光の一部は表面１０１９にて反射するが、導波路１０１２とファセット１０１８とが斜めに接続されているので、終端キャップ部１０１１の厚み分、反射光は表面１０１９に対して斜め方向に伝搬する。これにより、反射光は、導波路１０１２にほとんど戻らないので、光出力の強い光が導波路１０１２に入射したとしても、導波路１０１２内部において光がファブリ・ペローモードにて共振しにくくなっている。
【００１０】
一方、図２５に示される第２の従来例に係る半導体発光素子２０００は、窒化物半導体を用いたＳＬＤであり、ＧａＮ基板２００１上に、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子からなる第１クラッド層２００２、ＳｉドープのＧａＮからなる第１ガイド層２００３、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸層２００４、ＡｌＧａＮからなるバリア層２００６、ＭｇドープのＧａＮからなる第２ガイド層２００５、および、ＭｇドープのＡｌＧａＮからなる第２クラッド層２００７が順次積層して成膜されたものである。
【００１１】
さらに、第２クラッド層２００７がエッチングされることにより、ストライプ状のリッジ部（光導波路）が形成されている。第２クラッド層２００７のリッジ部の表面には、ＳｉＯ２からなる絶縁層２０１０を介してｐ側コンタクト電極層２００８が形成されている。一方、ＧａＮ基板２００１の反対側の面には、ｎ側コンタクト電極層２０１１が形成されている。
【００１２】
ｐ側コンタクト電極層２００８とｎ側コンタクト電極層２０１１とに電圧が印加されることによってキャリアが注入される。多重量子井戸層２００４に注入されたキャリアは光に変換され、光導波路により増幅されて光出射端面から出射される。
【００１３】
このとき、光出射端面には、反射率を低減させるために、斜めファセット面２０１２が形成されている。この構成により、導波路で増幅された光はファブリ・ペローモードでのレーザ発振をせずに外部へ出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平３−０３０４８８号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett. 081107 (95) 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
近年開発されている窒化物半導体からなるＳＬＤでは、発光波長が４００ｎｍ〜５５０ｎｍとなっており、可視光領域での波長が短くなっている。このようなＳＬＤにおいて、高光出力動作時におけるファブリ・ペローモードのレーザ発振を抑制するためには、光出射端面近傍の構造をより精密に作製し、光出射端面の反射率を低くする必要がある。
【００１７】
具体的には、図２５に示す第２の従来例に係る半導体発光素子２０００のように導波路が光出射端面に対して傾斜する構造では、反射率を低減させるために光出射端面の平坦度を高くする必要があり、光出射端面を作製するときに生じる光出射端面の微小な凹凸をナノオーダーのスケール以下にまで低減させる必要がある。
【００１８】
さらに、図２４に示す第１の従来例のように光出射部に終端キャップ部１０１１を設ける場合には、終端キャップ部１０１１における上記効果を有効とするために、終端キャップ部１０１１での光吸収を低減させ、かつ終端キャップ部１０１１の厚みをミクロンオーダーまで厚くする必要がある。
【００１９】
しかしながら、光出射端面の微小な凹凸をナノオーダーのスケール以下にまで低減することは容易ではない。また、終端キャップの厚みをミクロンオーダーにまで厚くして、なおかつ光吸収を低減させることは容易ではない。
【００２０】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、簡便な構成でファブリ・ペローモードのレーザ発振を抑制して発光効率を向上させることができる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】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光素子の一態様は、基板の上方に形成された発光層と、前記発光層が発する光を出射する光出射端面とを有する半導体層積層体を備える半導体発光素子であって、前記発光層が発する光を閉じ込め導波する光導波路と、前記光導波路の前記光出射端面側の端面である光導波路端面と前記光出射端面との間の領域であって、前記光導波路端面から前記光出射端面までにおいて前記光導波路からの光を前記基板の主面と水平方向には実質的に閉じ込めずに通過させる領域である分離領域とを備え、前記光導波路端面は、前記光出射端面に対して傾斜しているものである。
【００２２】
本態様によれば、分離領域を備えているので、光導波路端面から出射した光は、光導波路に対して傾斜した光出射端面まで伝搬して光出射端面から外部に放射される一方、光出射端面において反射した光の大部分は光導波路に戻らない。これにより、ファブリ・ペローモードのレーザ発振を抑制することができるので、発光効率を向上させることができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記光導波路と前記分離領域とは同一の前記半導体層積層体で形成されることが好ましい。
【００２４】
これにより、光導波路端面から出射した光を、光出射端面においてロスすることなく伝搬させることができる。このため、半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記光導波路端面と前記光出射端面との距離が、１μｍ以上であることが好ましい。
【００２６】
これにより、ファブリ・ペローモードのレーザ発振を抑制することができ、半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記光導波路の上方に形成されたコンタクト電極を備え、前記コンタクト電極の前記光出射端面側の端部が、前記光導波路端面と前記光出射端面との間にまで延設されることが好ましい。
【００２８】
これにより、光導波路端面から出射した光を、光出射端面までの間において小さなロスで伝搬させることができる。このため、半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００２９】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記光導波路端面と前記光出射端面との間に形成された前記コンタクト電極の幅の一部または全部は、前記光導波路の上方に形成された前記コンタクト電極の幅よりも広いことが好ましい。
【００３０】
これにより、光導波路端面から出射した光を、光出射端面までの間において小さなロスで伝搬させることができる。このため、半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００３１】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記導波路端面と前記光出射端面との間に形成された前記コンタクト電極の幅が、前記光導波路端面から前記光出射端面に向かうに従って漸次拡がることが好ましい。
【００３２】
これにより、光導波路端面から出射した光は、光出射端面までの間におけるロスをさらに抑制することができる。
【００３３】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記光出射端面が劈開面であることが好ましい。
【００３４】
これにより、半導体発光素子の光出射端面を容易に作製することができる。
【００３５】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記半導体層積層体を切り欠くように形成された段差溝を備え、前記光出射端面は、前記段差溝の内側面であることが好ましい。
【００３６】
これにより、半導体発光素子の光出射端面を容易に作製することができる。
【００３７】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記段差溝は、エッチングにより形成されることが好ましい。
【００３８】
これにより、半導体発光素子の光出射端面を容易に作製することができる。
【００３９】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記分離領域もしくはその近傍領域において、基板上に形成された基板段差部を備えることが好ましい。
【００４０】
これにより、分離領域における発光層のバンドギャップを広くすることができるので、光導波路端面から出射した光は、光出射端面までの間において小さなロスで伝搬させることができる。このため、半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００４１】
さらに、本発明に係る半導体発光素子の一態様において、前記分離領域の一部または全部は、前記光導波路からの光を実質的に吸収させずに透過させる領域であることが好ましい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係る半導体発光素子によれば、半導体発光素子の発光効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図２Ａ】図１のＡ−Ａ’線における本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２Ｂ】図１のＢ−Ｂ’線における本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２Ｃ】図１のＣ−Ｃ’線における本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【図４Ａ】分離領域がない比較例１に係るＳＬＤにおける光出射端面（ナノオーダーの凹凸なし）近傍の構成を示す図である。
【図４Ｂ】分離領域がない比較例２に係るＳＬＤにおける光出射端面（ナノオーダーの凹凸あり）近傍の構成を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子における光出射端面近傍の構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子における分離領域の距離Ｌを計算するための模式図である。
【図６】比較例１に係るＳＬＤと本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子とにおける反射率の端面角度依存性を説明するための図である。
【図７Ａ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における凹部および段差溝を形成する工程を説明するための図である。
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法におけるブロック層およびｐ側コンタクト電極を形成する工程を説明するための図である。
【図７Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における第１の分割工程を説明するための図である。
【図７Ｄ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における第２の分割工程を説明するための図である。
【図８Ａ】比較例２に係るＳＬＤにおける、電流−光出力特性および電流−スロープ効率特性を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子における電流−光出力特性および電流−スロープ効率特性を示す図である。
【図９Ａ】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＢ−Ｂ’線における同半導体発光素子の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【図１１Ａ】光導波路端面と光出射端面とが同一平面にある場合における半導体発光素子（図４Ａおよび図４Ｂに示す比較例１、２に係るＳＬＤ）の部分拡大図である。
【図１１Ｂ】光導波路端面と光出射端面とが分離領域によって分離されている場合における半導体発光素子（本発明１）の部分拡大図である。
【図１１Ｃ】光導波路端面と光出射端面とが分離領域によって分離されており、かつ、ｐ側コンタクト電極のコンタクト電極端面が光導波路端面よりも光出射端面側にずれた位置にある場合における半導体発光素子（本発明２）の部分拡大図である。
【図１２】図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示す各半導体発光素子における分離領域の分離領域と分離距離とスロープ効率（光出力５０ｍＷ時）との関係を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子の光出射端面近傍の部分拡大図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子の光出射端面近傍の部分拡大図である。
【図１５Ａ】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡのＢ−Ｂ’線における本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図１９Ａ】図１８のＡ−Ａ’線における本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図１９Ｂ】図１８のＢ−Ｂ’線における本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための模式図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態の変形例に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【図２３Ａ】本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の上面図である。
【図２３Ｂ】図２３ＡのＡ−Ａ’線における本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２３Ｃ】図２３ＢのＢ−Ｂ’線における本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図２４】特許文献１に開示された第１の従来例に係る半導体レーザ増幅器の斜視図である。
【図２５】非特許文献１に開示された第２の従来例に係る半導体発光素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施形態は一例であって、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【００４５】
また、各図において、ｃ、ａ、ｍは、それぞれ六方晶ＧａＮ系結晶の面方位を示している。ここで、ｃは、面方位が（０００１）面の法線ベクトル、すなわちｃ軸を表し、ａは、面方位が（１１−２０）面とその等価面の法線ベクトル、すなわちａ軸を表し、ｍは、面方位が（１−１００）面とその等価面の法線ベクトル、すなわちｍ軸を表している。また、本明細書においては、面方位におけるミラー指数に付した負符号“−”は、該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
【００４６】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の構成について、図１、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の上面図である。図２Ａは、図１のＡ−Ａ’線における同半導体発光素子の断面図であり、図２Ｂは、Ｂ−Ｂ’線における同半導体発光素子の断面図であり、図２Ｃは、Ｃ−Ｃ’線における同半導体発光素子の断面図である。
【００４７】
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００は、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を含み、窒化物半導体からなる半導体層積層体を備えるＳＬＤであって、図１に示すように、当該半導体層積層体は、発光層が発する光が素子外部に出射される側の素子端面である前端面１４０ａおよび素子内部を導光する光を反射する素子端面である後端面１４０ｂを有する。後端面１４０ｂには、例えば、ＳｉＯ２／ＺｒＯ２などの誘電体多層膜からなる高反射率層１５０が積層されている。
【００４８】
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本実施形態に係る半導体発光素子１００は、ｎ型ＧａＮ基板やｎ型ＳｉＣ基板からなる基板１０１上に、例えばＳｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１０２（第１クラッド層）、例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層１０３（第１光ガイド層）、例えばＩｎＧａＮの量子井戸層とＧａＮの量子障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活性層（発光層）１０４、例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層１０５（第２光ガイド層）、例えばＭｇがドープされたＡｌ組成比が高いｐ型ＡｌＧａＮからなる電子バリア層１０６、および、Ｍｇがドープされたｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０７（第２クラッド層）が順次積層されたものである。
【００４９】
図２Ａに示すように、ｐ型クラッド層１０７の表面には２つ凹部１２５が形成されており、２つの凹部１２５に挟まれるようにして、所定のリッジ幅（ストライプ幅）を有する凸状のリッジ部１０７ａとして形成されている。リッジ部１０７ａは、リッジ部１０７ａの凸構造によって屈折率分布を与えて発光層１０４が発する光を導波させる屈折率導波型の光導波路１２４であって、図１に示すように、平面視においてストライプ状に形成されている。
【００５０】
なお、図１および図２Ａに示すように、凹部１２５が形成される領域を凹部領域１２５ａおよび１２５ｂとし、凹部領域１２５ａと凹部領域１２５ｂの間の領域であって光導波路１２４が形成される領域を光導波路領域１２４Ａとする。また、リッジ幅方向における光導波路領域１２４Ａおよび凹部領域１２５ａ、１２５ｂ以外の領域を台座領域１２６ａおよび１２６ｂとする。
【００５１】
図２Ａに示すように、ｐ型クラッド層１０７の表面は、リッジ部１０７ａの上に開口を有するように形成された絶縁膜からなるブロック層１０９によって覆われている。例えばＳｉＯ２などの絶縁材料で構成されたブロック層１０９によってリッジ部１０７ａ（光導波路１２４）の頂部以外が覆われる。
【００５２】
また、リッジ部１０７ａ上の開口には、例えばＰｄ／Ｐｔの多層金属膜からなるｐ側コンタクト電極１０８が形成され、リッジ部１０７ａにおいてｐ型クラッド層１０７とｐ側コンタクト電極１０８とが電気的に接続される。
【００５３】
さらに、ｐ側コンタクト電極１０８およびブロック層１０９上には配線電極１１０が形成される。一方、基板１０１の裏面には、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの多層金属膜からなるｎ側コンタクト電極１１１が形成される。
【００５４】
また、図１および図２Ｃに示すように、前端面１４０ａの近傍にはエッチングによって段差溝１３０が形成されており、段差溝１３０の内側面によって、発光層１０４が発する光を素子外部に出射する端面である光出射端面１３０ａが構成されている。光出射端面１３０ａは、光導波路１２４を伝搬する光を素子外部に放射させるように構成された極低反射面であって、前端面１４０ａに対して所定の角度をなすように形成されている。
【００５５】
さらに、光出射端面１３０ａは、光導波路１２４における光出射端面１３０ａ側（前端面１４０ａ側）の端面である光導波路端面１２４ａに対して傾斜するように構成されており、光出射端面１３０ａの法線は光導波路１２４の延長軸（ストライプ方向軸）に対して一定の角度で傾斜している。
【００５６】
段差溝１３０は、ｐ型クラッド層１０７から少なくともｎ型クラッド層１０２にいたるまでの深さで形成されたエッチング端面溝である。また、図２Ｃに示すように、エッチングによって露出する段差溝１３０の表面は、ブロック層１０９によって覆われる。なお、段差溝１３０が形成される領域を段差溝領域１３０Ａとする。
【００５７】
さらに、本実施形態に係る半導体発光素子１００は、図１、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、前端面１４０ａ側にはリッジ部１０７ａが形成されていない領域が設けられている。すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子１００は、図１に示すように、光導波路１２４の光導波路端面１２４ａ（不図示）と光出射端面１３０ａとの間の領域である分離領域１２７Ａを有する。分離領域１２７Ａは、光導波路１２４の光導波路端面１２４ａと光出射端面１３０ａとを所定の距離だけ離間させることによって、光導波路１２４の光導波路端面１２４ａと光出射端面１３０ａとを分離している。分離領域１２７Ａでは、光導波路端面１２４ａから光出射端面１３０ａまでの間において、光導波路１２４から光出射端面１３０ａに進行する光は横方向（基板の主面に対して水平な方向）の実質的な光閉じ込めがない分離領域１２７Ａを伝搬する。このような分離領域１２７Ａは、例えば分離領域１２７Ａの一部または全部が光導波路１２４からの光を実質的に吸収させずに透過させる領域となるように構成されている。なお、図１および図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本実施形態では、光導波路領域１２４Ａと分離領域１２７Ａとは同一の半導体層積層体、すなわち、同一の半導体材料からなる積層体で構成されている。
【００５８】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子１００の前方部（前端面１４０ａ近傍）の詳細な構造について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【００５９】
図３に示すように、光導波路１２４の光導波路端面１２４ａは、段差溝１３０の側壁である光出射端面１３０ａと、所定の距離だけ離れている。分離領域１２７Ａは、凹部１２５が形成されていない領域、すなわち、本実施形態では光導波路１２４（リッジ部１０７ａ）が形成されていない領域である。また、光導波路１２４にキャリアを注入するためのｐ側コンタクト電極１０８の光出射端面１３０ａ側（前端面１４０ａ側）の端面であるコンタクト電極端面１０８ａも光導波路端面１２４ａと同様に光出射端面１３０ａと所定の距離だけ離れた構成となっている。
【００６０】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１００の動作について、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、分離領域がない比較例１に係るＳＬＤにおける光出射端面（ナノオーダーの凹凸なし）近傍の構成を示す図である。図４Ｂは、分離領域がない比較例２に係るＳＬＤにおける光出射端面（ナノオーダーの凹凸あり）近傍の構成を示す図である。図４Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子における光出射端面近傍の構成を示す図である。
【００６１】
図４Ａに示すように、比較例１に係るＳＬＤの場合、光導波路１２４を伝搬する伝搬光１７０が光導波路１２４から出射する場合、伝搬光１７０は光出射端面１３０ａで反射されるが、光導波路１２４のストライプ方向と光出射端面１３０ａとは所定の角度を有するため、反射光１７１のほとんどは光導波路１２４には戻らない。このため、理論計算上は、ファブリ・ペローモードでのレーザ発振が発生しない程度まで光導波路へ戻る光の割合（モード反射率）を下げることが可能である。
【００６２】
しかしながら、実際に作製したＳＬＤでは、図４Ｂに示すように、光出射端面１３０ａにはナノオーダーの微小な凹凸が存在しているため、伝搬光１７０は、光出射端面１３０ａで反射する光（反射光１７１）と、微小な凹凸により散乱された光（散乱光１７２、１７３）とになる。これにより、伝搬光１７０の一部の光（散乱光１７３）は光導波路１２４にフィードバックすることになるので、比較例１のような理想的な端面を持つＳＬＤと異なり、モード反射率が上がってしまい、ファブリ・ペローモードでのレーザ発振を起こしやすくなってしまう。特に高出力動作時において半導体発光素子の光出力が高くなると、ファブリ・ペローモードのレーザ発振が生じやすい。
【００６３】
一方、図４Ｃに示すように、本実施形態に係る半導体発光素子１００では、光導波路端面１２４ａと光出射端面１３０ａとの間に分離領域１２７Ａが設けられているので、光出射端面１３０ａに微小な凹凸が存在していたとしても、光導波路１２４のない分離領域１２７Ａによって、当該微小な凹凸で散乱された散乱光１７２および１７３を光導波路１２４に戻らないようにすることができる。
【００６４】
ここで、図５を用いて、分離領域１２７Ａの距離Ｌの好ましい範囲について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子における分離領域の距離Ｌを計算するための模式図である。なお、図５では、光導波路１２４から出射した光がまっすぐに伝搬して光出射端面１３０ａで反射した場合において光導波路に戻る光を計算している。
【００６５】
図５において、光導波路１２４の幅をＷとし、分離領域１２７Ａの距離（長さ）をＬとし、光出射端面１３０ａの傾斜角度をθとすると、Ｌ＞Ｗ／ｔａｎ（２θ）の条件を満たすように反射した反射光１７１は光導波路１２４に戻らない。例えば、Ｗ＝１．５μｍ、θ＝１０°とした場合、Ｌ＞約４．１μｍであることがわかる。この場合、散乱光の方向はこの反射光を中心に分布するため、散乱光を効果的に光導波路１２４の外に逃がすためには、分離領域１２７Ａの距離Ｌは、４．１μｍよりも十分に大きい距離とすることが望ましい。
【００６６】
なお、光導波路端面１２４ａと光出射端面１３０ａとの距離は少なくとも１μｍ以上とすることが好ましい。これにより、光導波路端面１２４ａから出射した光は、光出射端面１３０ａから外部に放射される一方、光出射端面１３０ａにおいて反射した光の大部分は光導波路１２４に戻らない。これにより、ファブリ・ペローモードのレーザ発振を抑制することができるので、半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００６７】
次に、図４Ａに示す比較例１に係るＳＬＤと図４Ｃに示す本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００とにおける反射率の端面角度依存性について、図６を用いて説明する。図６は、比較例１に係るＳＬＤと本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子とにおける反射率の端面角度依存性を説明するための図である。
【００６８】
図６において、「比較例１Ａ」として図示された点線の曲線は、図４Ａに示す比較例１に係るＳＬＤにおいて波長が長い場合における反射率の端面角度依存性を表している。ここで、波長が長いもしくは短いとは、概ね波長が５００ｎｍ〜１μｍ以上もしくはそれ以下であるかによって区別され、波長の長さと、光出射端面１３０ａの微小な凹凸との大小関係によって効果が決定されるものである。また、「比較例１Ｂ」として図示された一点鎖線の曲線は、図４Ａに示す比較例１に係るＳＬＤにおいて波長が短い場合における反射率の端面角度依存性を表している。また、「本発明１」として図示された実線の曲線は、図４Ｃに示す本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の場合における反射率の端面角度依存性を表している。なお、図６において、「平面波」として破線で示された曲線は、平面波の反射率の角度依存性を表している。また、「比較例１Ａ」、「比較例１Ｂ」および「本発明１」では、導波のモードを考慮している。
【００６９】
図６に示すように、本実施形態のように分離領域１２７Ａを設けることによって、反射率を低減できることが分かる。このように、本実施形態では、光出射端面１３０ａにおける実効的な反射率を低減することができるので、ファブリ・ペローモードのレーザ発振を抑制することができる。
【００７０】
なお、図示しないが、上述の図４Ｂのように、ドライエッチング等の加工により光出射端面に微小な凹凸が形成されたＳＬＤにおいては、光導波路における反射率は波長が短いほど上昇する。
【００７１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について、図７Ａ〜図７Ｄを用いて説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における各工程を説明するための図である。
【００７２】
まず、例えばＧａＮ基板からなる基板１０１上に、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法を用いて、図２Ａ〜図２Ｃに示すような窒化物半導体層積層体からなる半導体積層膜を成膜する。
【００７３】
最初に、図示しない例えばＳｉをドープしたＧａＮ層の上に、例えばＳｉをドープしたＡｌＧａＮであるｎ型クラッド層１０２、連続して、例えばＳｉをドープしたＧａＮであるｎ型光ガイド層１０３、例えば量子井戸層がＩｎＧａＮで障壁層がＧａＮである多重量子井戸構造の活性層１０４、例えばＭｇをドープしたＧａＮであるｐ型光ガイド層１０５、例えばＭｇをドープしたＡｌＧａＮであるｐ型クラッド層１０７を連続して成膜する。
【００７４】
続いて図７Ａに示すように、ウェハ１９０の表面の所定の位置に、凹部１２５および段差溝１３０を形成する。具体的には、ウェハ１９０の表面にＳｉＯ２等のマスク材料を成膜したのち、その表面にレジストを用いて所定の位置に凹部１２５に対応したパターンのパターニングを行う。その後、例えばフッ素系ガスを用いてＳｉＯ２を所定のパターニングを行う。その後、例えば塩素系ガスにより凹部１２５を形成する。続いて、エッチングに残ったＳｉＯ２マスクをフッ酸などのエッチャントで除去した後に、再び、表面にＳｉＯ２等のマスク材料を成膜し、同様にして段差溝１３０に対応するパターンを形成し、その後、塩素系のガスにより段差溝１３０を形成する。
【００７５】
その後、エッチングに残ったＳｉＯ２マスクをフッ酸などのエッチャントで除去した後に、図７Ｂに示すように、表面にＳｉＯ２等の絶縁膜からなるブロック層１０９を全面に形成する。その後、光導波路１２４の上部の所定の位置にフォトレジストによるパターニングを行い、フッ酸などを用いたウェットエッチングにて、所定の位置のみのブロック層１０９を除去し、開口を形成する。連続して、開口に例えばＰｄ／Ｐｔからなるｐ側コンタクト電極１０８をリフトオフなどにより形成し、その後、例えば４００℃程度のアニールを行うことで、ｐ型クラッド層１０７と電気的にオーミック接続させる。
【００７６】
続いて、図７Ｃに示すように、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕである配線電極１１０に対応したレジストパターンを形成し、再びリフトオフにより配線電極１１０をパターン形成する。その後、図示しないが、基板１０１の裏面を所定の厚みだけ研磨した後、裏面側に例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属膜を蒸着により成膜し、ｎ側コンタクト電極１１１を形成する。その後、例えば、図７Ｃに示す第１の分割ライン１６１において劈開により分離した後、図７Ｄに示すように、例えば、素子の後端面１４０ｂにＳｉＯ２／ＺｒＯ２からなる誘電体多層膜をスパッタによって成膜することによって高反射率層１５０を形成する。その後、同図に示すように、第２の分割ライン１６２に沿ってレーザダイシングなどにより分割を行って素子分離することによって、半導体発光素子１００を作製することができる。
【００７７】
次に、以上の製造方法によって作製した半導体発光素子の特性について、図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは、比較例２に係るＳＬＤにおける、電流−光出力特性および電流−スロープ効率特性を示す図である。図８Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子（本発明１）における、電流−光出力特性および電流−スロープ効率特性を示す図である。
【００７８】
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００は、比較例２に係るＳＬＤと比べて、スロープ効率Ｓｅ（Ｗ／Ａ）が約４０％増大しており、ファブリ・ペローモードでのレーザ発振が抑制されていることがわかる。この結果から、光出射端面に微小な凹凸が存在する半導体発光素子であっても、光導波路端面と光出射端面との間に分離領域１２７Ａを設けることにより、発光効率および光出力が向上することがわかる。
【００７９】
以上、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１００によれば、分離領域１２７Ａを設けることによってファブリ・ペローモードでのレーザ発振を抑制することができるので、発光効率および光出力を向上することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００の構成について、図９Ａおよび図９Ｂを用い説明する。図９Ａは、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の上面図であり、図９Ｂは、図９ＡのＢ−Ｂ’線における同半導体発光素子の断面図である。なお、図９Ａおよび図９Ｂにおいて、図１および図２Ａ〜図２Ｃに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、本実施形態では第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００８１】
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００では、第１の実施形態と同様に、凹部が形成された領域である凹部領域２２５ａおよび２２５ｂと台座領域２２６ａおよび２２６ｂとによって光導波路２２４が形成される。
【００８２】
また、ｐ型クラッド層１０７のリッジ部（光導波路２２４）の上には、ブロック層２０９の開口内にｐ側コンタクト電極２０８が形成されている。
【００８３】
そして、本実施形態では、図９Ａに示すように、ｐ側コンタクト電極２０８の光出射端面１３０ａ側の端部が、光導波路２２４の光導波路端面２２４ａと光出射端面１３０ａとの間にまで延設されており、ｐ側コンタクト電極２０８の光出射端面１３０ａ側の端面であるコンタクト電極端面２０８ａは、光導波路２２４（リッジ部）を超えて、すなわち、凹部領域２２５ａおよび２２５ｂが形成されていない領域に位置する。このように、本実施形態では、ｐ側コンタクト電極２０８のコンタクト電極端面２０８ａが、光出射端面１３０ａから所定の距離だけ離れて位置するように、ｐ側コンタクト電極２０８が形成されている。
【００８４】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子２００の前端面１４０ａ近傍部分の詳細構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【００８５】
図１０に示すように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、光導波路端面２２４ａと光出射端面１３０ａとの間には分離領域２２７Ａが形成されている。
【００８６】
但し、本実施形態では、コンタクト電極端面２０８ａが分離領域２２７Ａ内に形成されており、本実施形態における分離領域２２７Ａは、第１の分離領域２２７Ａ１と第２の分離領域２２７Ａ２とで構成されている。第１の分離領域２２７Ａ１は、光導波路２２４が形成されていない領域であって、かつ、ｐ側コンタクト電極２０８が形成された領域である。また、第２の分離領域２２７Ａ２は、ｐ側コンタクト電極２０８および光導波路２２４のいずれも形成されない領域である。
【００８７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子２００の作用効果について、図１１Ａ〜図１１Ｃおよび図１２を用いて説明する。図１１Ａは、光導波路端面２２４ａと光出射端面１３０ａとが同一平面にある場合における半導体発光素子の部分拡大図であり、図４Ａおよび図４Ｂに示す比較例１、２に係るＳＬＤ（比較例）に相当する。図１１Ｂは、光導波路端面２２４ａと光出射端面１３０ａとが分離領域によって分離されている場合における半導体発光素子の部分拡大図であり、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子（本発明１）に相当する。図１１Ｃは、光導波路端面２２４ａと光出射端面１３０ａとが分離領域によって分離されており、かつ、ｐ側コンタクト電極２０８のコンタクト電極端面２０８ａが光導波路端面２２４ａよりも光出射端面１３０ａ側にずれた位置にある場合における半導体発光素子の部分拡大図であり、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子（本発明２）に相当する。また、図１２は、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃに示す各半導体発光素子における分離領域２２７Ａの分離距離Ｄとスロープ効率（Ｓｅ）との関係を示す図である。なお、図１２におけるスロープ効率は光出力が５０ｍＷ時におけるものである。
【００８８】
図１１Ｂに示す半導体発光素子は、図１１Ａに示す半導体発光素子に比べて、分離領域２２７Ａにおいて光導波路２２４がなくなる（横方向の閉じ込めがなくなる）ので、光導波路２２４内へのモード反射率を下げることができる。しかしながら、この場合、分離領域２２７Ａでは、電流注入がないために光吸収があり、分離領域２２７Ａの分離距離Ｄ（長さ）が長くなりすぎると光吸収ロスが多くなり、効率が低下する。
【００８９】
これに対して、図１１Ｃに示すように、分離領域２２７Ａの一部にまでｐ側コンタクト電極２０８を延伸して形成して電流注入を行うことにより、分離領域２２７Ａにおけるｐ側コンタクト電極２０８が存在する領域である第１の分離領域２２７Ａ１を利得導波型の光導波路とすることができる。これにより、分離領域２２７Ａにおける光吸収ロスを低減することができるので、発光効率が低下することを防止することができる。
【００９０】
具体的には、図１２に示すように、図１１Ａに示す半導体発光素子（比較例）におけるスロープ効率は１．０［Ｗ／Ａ］であったが、図１１Ｂに示す第１の実施形態に係る半導体発光素子（本発明１）においては分離距離Ｄが５μｍまではスロープ効率（Ｓｅ）が増加する。しかし、本発明１において分離距離Ｄが５μｍ以上になると、スロープ効率が飽和して減少しはじめることがわかる。
【００９１】
これに対して、図１１Ｃに示す第２の実施形態に係る半導体発光素子（本発明２）においては、分離距離Ｄが２０μｍまでの範囲においてスロープ効率は単調に増加しており、比較例および本発明１に対して光吸収ロスが少なく発光効率を向上できることがわかる。
【００９２】
なお、図１２において、本発明２における第２の分離領域２２７Ａ２の距離ｄは、３μｍとした。
【００９３】
（変形例１）
次に、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子２０１について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の第２の実施形態の変形例１に係る半導体発光素子の光出射端面近傍の部分拡大図である。なお、本変形例において、図１０に示す第２の実施形態と同じ構成要素については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００９４】
図１３に示すように、本変形例に係る半導体発光素子２０１では、第２の実施形態と比べてｐ側コンタクト電極２０８がさらに延伸され、ｐ側コンタクト電極２０８が光出射端面１３０ａと接続されている。すなわち、ｐ側コンタクト電極２０８が分離領域２２７Ａの分離距離の分だけ延伸され、ｐ側コンタクト電極２０８のコンタクト電極端面２０８ａが光出射端面１３０ａと一致している。
【００９５】
次に、本変形例に係る半導体発光素子２０１の製造方法について、光出射端面付近を中心に説明する。なお、本変形例にける製造方法は、第２の実施形態とほとんど同じであるため異なる部分についてのみ説明する。
【００９６】
本変形例において、光導波路２２４、ｐ側コンタクト電極２０８および段差溝１３０については、段差溝１３０を形成した後に、ｐ側コンタクト電極２０８を形成している。そして、ｐ側コンタクト電極２０８を形成した後にＳｉＯ２等のエッチングマスクを形成し、ｐ側コンタクト電極２０８の一部を含む半導体層積層体の前端面１４０ａ近傍をエッチングして段差溝１３０を形成する。これにより、本変形例に係る半導体発光素子２０１を作製することができる。
【００９７】
以上、本変形例に係る半導体発光素子２０１によれば、ｐ側コンタクト電極２０８が光出射端面１３０ａに接続されているので、光吸収ロスを完全になくすことができる。これにより、第２の実施形態と比べて、発光効率を一層向上させることができる。
【００９８】
（変形例２）
次に、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子２０２について、図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の第２の実施形態の変形例２に係る半導体発光素子の光出射端面近傍の部分拡大図である。なお、本変形例においても、図１０に示す第２の実施形態と同じ構成については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００９９】
図１４に示すように、本変形例に係る半導体発光素子２０２では、ｐ側コンタクト電極２０８の電極幅が、光導波路領域２２４Ａにおける第１電極幅２０８Ｗ１とコンタクト電極端面２０８ａにおける第２電極幅２０８Ｗ２との２段構成となっている。すなわち、光導波路端面２２４ａと光出射端面１３０ａとの間である分離領域２２７Ａにおけるｐ側コンタクト電極２０８の幅の一部または全部が、光導波路領域２２４Ａにおけるｐ側コンタクト電極２０８の幅よりも広くなるように構成されている。
【０１００】
さらに、本変形例では、分離領域２２７Ａにおけるｐ側コンタクト電極２０８の電極幅が、光導波路端面２２４ａからコンタクト電極端面２０８ａに向かって漸次広がるように形成されている。すなわち、ｐ側コンタクト電極２０８の電極幅が分離領域２２７Ａにおいて徐々に増加するようにしてｐ側コンタクト電極２０８が形成されている。
【０１０１】
本変形例に係る半導体発光素子２０２によれば、光導波路２２４を伝搬する光の波面２７０は、光導波路端面２２４ａ以降の領域である分離領域２２７Ａにおいて、光閉じ込め効果を受けなくなるので、ｐ側コンタクト電極２０８の電極幅に従って緩やかに横方向に拡がって分離領域２２７Ａを伝搬する。これにより、光吸収による伝搬ロスを低減させることができるため、半導体発光素子の光出力の高効率化が実現できる。
【０１０２】
なお、本変形例に係る半導体発光素子２０２は、第２の実施形態の変形例１と同様の製造方法によって作製することができる。
【０１０３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００の構成について、図１５Ａおよび図１５Ｂを用いて説明する。図１５Ａは、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の上面図であり、図１５Ｂは、図１５ＡのＢ−Ｂ’線における同半導体発光素子の断面図である。なお、図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、図１および図２Ａ〜図２Ｃに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、本実施形態では第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０４】
図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００では、光導波路３２４およびｐ側コンタクト電極３０８の中心線が、後端面１４０ｂに対しては垂直に接続され、前端面１４０ａに対しては所定の角度をもって接続されており、光導波路３２４およびｐ側コンタクト電極３０８が途中に曲面を有するように曲がっている。
【０１０５】
本実施形態では、第１および第２の実施形態と同様に、凹部３２５（不図示）が形成された凹部領域３２５ａおよび３２５ｂと台座領域３２６ａおよび３２６ｂとによって光導波路３２４が形成される。なお、ブロック層３０９の開口は、ｐ側コンタクト電極３０８の形状に従って曲線状に形成される。
【０１０６】
また、本実施形態では、前端面１４０ａ付近にも凹部領域３２５ａおよび３２５ｂが形成される。前端面１４０ａ近傍の凹部領域３２５ａおよび３２５ｂは、素子分離の際に、隣接する素子領域から延設された凹部領域３２５ａおよび３２５ｂの残部として残る残部領域である。
【０１０７】
なお、本実施形態では、前端面１４０ａに段差溝が形成されておらず、光出射端面１３０ａと前端面１４０ａとが一致する。
【０１０８】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子３００の前端面１４０ａ近傍部分の詳細構成について、図１６を用いて説明する。図１６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【０１０９】
図１６に示すように、本実施形態では、上述のとおり、光導波路３２４が途中で屈曲させることによって、光導波路端面３２４ａが光出射端面１３０ａ（前端面１４０ａ）に対して傾斜している。
【０１１０】
また、本実施形態では、第２の実施形態と同様にｐ側コンタクト電極３０８が分離領域３２７Ａにまで延伸されており、ｐ側コンタクト電極３０８のコンタクト電極端面３０８ａが光導波路３２４の光導波路端面３２４ａと光出射端面１３０ａとの間に位置する。これにより、光出射端面１３０ａにおいて反射した光を分離し、かつ、光導波路３２４外において光が吸収されることを防止することができる。
【０１１１】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子３００の製造方法について、図１７を用いて説明する。図１７は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図である。なお、本実施形態に係る半導体発光素子３００の製造方法は、図７Ａ〜図７Ｂに示す第１の実施形態における製造方法と同様であるので、異なる部分を中心に説明する。なお、図１７において、説明を簡単にするために半導体発光素子３００を横方向に３つ縦方向に２つ並べたものをウェハ３９０として示している。また、本実施形態において、基板１０１上の半導体積層構造は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１００の半導体積層構造と同様である。
【０１１２】
上記のウェハ３９０の表面に、例えばＳｉＯ２などの図示しないハードマスク材を基板上に形成し、レジストによるフォトリソグラフィおよび、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、２つの凹部３２５に対応するハードマスクパターンを形成する。
【０１１３】
続いて、例えば、塩素系ガスを用いてドライエッチングすることによって２つの凹部３２５を形成する。続いて、エッチング時に残ったハードマスクを例えばフッ酸等により除去したのち、例えばＳｉＯ２などのブロック層３０９に相当する絶縁膜をウェハ３９０全面に形成する。
【０１１４】
続いて、ｐ側コンタクト電極３０８に相当するレジストパターンをフォトリソグラフィにより形成し、フッ酸などのエッチャントによるウェットエッチングによりｐ側コンタクト電極３０８に相当する部分の絶縁膜を除去する。このとき、続いて、例えば、Ｐｄ／Ｐｔの多層金属膜を成膜し、リフトオフにより、ｐ側コンタクト電極３０８を形成する。続いて、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの多層金属膜を、ｐ側コンタクト電極３０８およびブロック層３０９上に成膜し、リフトオフもしくはエッチングによりパターニングすることにより配線電極１１０を形成する。これにより、図１７に示すように、ウェハ３９０が作製される。
【０１１５】
続いて、壁開によりウェハ３９０を、第１の分割ライン３６１に沿って分離する。続いて、素子の後端面１４０ｂに例えばＳｉＯ２／ＺｒＯ２からなる誘電体多層膜をスパッタによって成膜することにより高反射率層１５０を形成する。続いて、第２の分割ライン３６２に沿ってレーザダイシングなどにより分割することにより、半導体発光素子３００を作製することができる。
【０１１６】
以上、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子３００においても、ファブリ・ペローモードでのレーザ発振を抑制することができるので、発光効率を向上させることができる。
【０１１７】
また、本実施形態において、第１の分割ライン３６１での分割は劈開によって行っている。これにより、前端面１４０ａを、ほぼ完全に凹凸のない端面とすることができる。この場合、素子分離領域は、端面の反射率をさらに低減する機能部として作用する。このため、従来よりも、前端面１４０ａ（光出射端面１３０ａ）に対する傾斜角度（端面角度）を小さくしても、十分に低い反射率を実現することができるので、光導波路３２４の屈曲部による導波ロスが少ない半導体発光素子を作製することができる。また、端面角度を従来程度にした場合には、極限まで反射率を下げることができ、より高出力まで、ファブリ・ペローモードでのレーザ発振を抑えて、ＳＬＤ動作が可能になる。
【０１１８】
また、本実施形態において、光導波路３２４の屈曲部は導波損失をできるだけ小さく抑える構成とすることが好ましく、当該屈曲部の曲率半径は大きくとることが望ましい。例えば、波長が３００〜５５０ｎｍ程度である窒化物半導体からなる半導体発光そしの場合、光導波路の屈曲部の曲率半径は５００μｍ以上であることが好ましく、１０００μｍ以上がより好ましい。
【０１１９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００の構成について、図１８、図１９Ａおよび図１９Ｂを用いて説明する。図１８は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００の上面図であり、図１９Ａは、図１８のＡ−Ａ’線における同半導体発光素子の断面図であり、図１９Ｂは、図１８のＢ−Ｂ’線における同半導体発光素子の断面図である。なお、図１８、図１９Ａおよび図１９Ｂにおいて、図１および図２Ａ〜図２Ｃに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、本実施形態では第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１２０】
図１８に示すように、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００では、光導波路４２４の両側に凹部（底部）４２５が形成されており、図１に示すような台座部は存在しない。さらに、凹部４２５の両外側には基板１０１までエッチングされたエッチング溝４３２が形成されている。なお、凹部４２５が形成される領域を凹部領域４２５ａおよび４２５ｂとし、凹部領域４２５ａと凹部領域４２５ｂの間の領域であって光導波路４２４が形成される領域を光導波路領域４２４Ａとする。また、エッチング溝４３２が形成される領域をエッチング溝領域４３２ａおよび４３２ｂとする。
【０１２１】
また、第１の実施形態と同様に、前端面１４０ａの近傍には、エッチングによって段差溝４３０が形成されており、段差溝４３０の側壁は光出射端面４３０ａとなっている。光出射端面４３０ａの法線は、光導波路４２４の延長軸（ストライプ方向軸）に対して一定の角度で傾斜している。
【０１２２】
本実施形態では、後端面１４０ｂにも段差溝４３１が形成されており、段差溝４３０および４３１は同じエッチング工程によって同一溝として同時に形成される。なお、後端面１４０ｂ側の段差溝４３１の内側面（光導波路４２４の後端面）には高反射率層１５０が形成されている。
【０１２３】
ｎ側コンタクト電極４１１は、エッチング溝領域４３２ｂにおける基板１０１上に形成されており、半導体発光素子４００の表面側に形成されている。
【０１２４】
以下、本実施形態に係る半導体発光素子４００の前端面近傍の詳細な構造について、図２０を用いて説明する。図２０は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の前端面近傍部分における部分拡大図である。
【０１２５】
図２０に示すように、本実施形態に係る半導体発光素子４００の光出射部分は、台座部のないリッジ構造のレーザであって、第２の実施形態における分離領域２２７Ａと同等の効果を奏するような構造となっている。すなわち、分離領域４２７Ａにおいて、光導波路４２４の幅が徐々に拡大されており、実効的な光導波路端面４２４ａと光出射端面４３０ａとが分離している。また、第１分離領域４２７Ａ１は、ｐ側コンタクト電極４０８が延伸されて形成された領域であり、第２分離領域４２７Ａ２は、ｐ側コンタクト電極４０８が形成されていない領域である。分離領域４２７Ａにおいては、伝搬時の光の拡がり方よりも光導波路４２４の幅が急激に広がる形状とすることで、実効的に光閉じ込めのない状態とみなすことができる。また、分離領域４２７Ａにおける導波路幅の変化は、角度として数度以上あれば十分である。
【０１２６】
以上、本発明に係る第４の実施形態に係る半導体発光素子４００によれば、台座部のないリッジ構造レーザにおいても、実効的に光閉じ込めのない状態を実現することができるので、第２の実施形態と同様に、発光効率および光出力を向上させることができる。
【０１２７】
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００の製造方法について、図１８、図１９Ａおよび図１９Ｂを参照しながら図２１を用いて説明する。図２１は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子４００の製造方法を説明するための模式図である。なお、図２１において、説明を簡単にするために半導体発光素子４００を横方向に３つ縦方向に２つ並べたものをウェハ４９０として示している。
【０１２８】
まず、例えば絶縁性のサファイア基板からなる基板上に半導体積層膜を成膜し、ウェハ４９０を作製する。半導体積層膜については半導体発光素子１００と同様である。
【０１２９】
続いて半導体積層膜の表面に、例えばＳｉＯ２などのハードマスク（不図示）を基板上に形成し、レジストによるフォトリソグラフィおよびフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、凹部領域（第１のエッチング部）４２５ａおよび４２５ｂの凹部４２５に対応するパターンを形成する。その後、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第１のエッチング部をエッチングして凹部４２５を形成する。
【０１３０】
続いて、エッチング時に残ったハードマスクを例えばフッ酸等により除去する。再び、例えばＳｉＯ２などのハードマスク（不図示）を基板上に形成し、レジストによるフォトリソグラフィおよびフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、段差溝４３０および４３１とエッチング溝４３２（第２のエッチング部）とに対応するパターンを形成する。その後、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、段差溝４３０および４３１とエッチング溝４３２とを形成する。
【０１３１】
続いて、エッチング時に残ったハードマスクを例えばフッ酸等により除去した後、例えばＳｉＯ２などのブロック層１０９に相当する絶縁膜をウェハ４９０全面に形成する。続いて、ｐ側コンタクト電極４０８に相当するレジストパターンをフォトリソグラフィにより形成し、フッ酸エッチャントを用いたウェットエッチングによりｐ側コンタクト電極４０８に相当する部分の絶縁膜を除去する。
【０１３２】
続いて、例えば、Ｐｄ／Ｐｔの多層金属膜を成膜し、リフトオフもしくは金属エッチングによりパターニングを行い、ｐ側コンタクト電極４０８を形成する。続いて、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕなどの多層金属膜を成膜し、リフトオフもしくは金属エッチングによりパターニングを行い、ｎ側コンタクト電極４１１を形成する。続いて、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの多層金属膜を、ｐ側コンタクト電極４０８およびブロック層１０９上に成膜し、リフトオフもしくはエッチングによりパターニングすることにより配線電極１１０を成膜する。
【０１３３】
続いて、段差溝４３１の内側壁部分に、斜め方向から、例えばＳｉＯ２／ＺｒＯ２誘電体多層膜を成膜することにより高反射率層１５０を形成する。これにより、図２１に示すウェハ４９０が作製される。
【０１３４】
続いて、図２１に示すように、第１の分割ライン４６１に沿って、例えばレーザダイシングや壁開などによりウェハ４９０を分割する。連続して、第２の分割ライン４６２に沿って、レーザダイシングなどにより分割することにより半導体発光素子４００を作製する。
【０１３５】
なお、本実施形態においては、後端面１４０ｂにも段差溝４３１を形成しているので、第１の分割ライン４６１における分割をレーザダイシングなどのダイシングによって行うことができる。これにより、劈開を行う必要がなくなるため、量産性が向上する。
【０１３６】
また、本実施形態においては、ｎ側コンタクト電極１１１を半導体発光素子４００の表面側に形成しているので、基板１０１としては絶縁性のサファイア基板を用いることができ、高効率な発光素子を低コストで作製することが可能になる。
【０１３７】
（変形例）
次に、本発明の第４の実施形態の変形例に係る半導体発光素子４０１について、図２２を用いて説明する。図２２は、本発明の第４の実施形態の変形例に係る半導体発光素子の光出射端面近傍の部分拡大図である。なお、本変形例において、上述の第４の実施形態と同じ構成要素については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【０１３８】
図２２に示すように、本変形例において、光導波路４２４の幅は、光導波路領域４２４Ａと分離領域４２７Ａとの境界において不連続に拡大している。
【０１３９】
このように、光導波路４２４の幅が不連続に拡大させることによって、実効的に光閉じ込めのない状態を実現することができる。したがって、第４の実施形態に係る半導体発光素子４００と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子５００の構成について、図２３Ａ〜図２３Ｃを用いて説明する。図２３Ａは、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の光出射端面近傍の部分拡大図であり、図２３Ｂは、図２３ＡのＡ−Ａ’線における同半導体発光素子の断面図であり、図２３Ｃは、図２３ＡのＢ−Ｂ’線における同半導体発光素子の断面図である。なお、本実施形態における半導体発光素子５００の構造は第１の実施形態における半導体発光素子１００の構造と基本的には同じであるので、図２３Ａ〜図２３Ｃにおいて図１および図２Ａ〜図２Ｃに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【０１４１】
図２３Ａ〜図２３Ｃに示すように、本実施形態に係る半導体発光素子５００においては、基板１０１上に基板段差部５１７が形成されている。基板段差部５１７は、基板１０１の上部に形成された凹部である。このように、基板段差部５１７が設けられた基板１０１上に半導体積層膜を成膜すると、基板段差部５１７近傍の活性層１０４内にバンドギャップが広くなる部分として活性層短波長化部５０４が形成される。
【０１４２】
すなわち、基板段差部５１７が形成された基板１０１上に活性層１０４を含む半導体積層膜を形成すると、基板１０１上において、基板段差部５１７近傍と基板段差部５１７近傍以外とにおいてはインジウム（Ｉｎ）の取り込み効率が異なるので、基板段差部５１７の周縁部の半導体積層膜には活性層短波長化領域５０４Ａが自然に形成される。なお、活性層１０４において活性層短波長化部５０４が形成される半導体層積層体の領域を活性層短波長化領域５０４Ａとする。
【０１４３】
そして、この活性層短波長化領域５０４Ａに分離領域５２７Ａが形成されるように、光導波路５２４、ｐ側コンタクト電極１０８および段差溝（エッチング端面溝）５３０をそれぞれ形成する。
【０１４４】
本実施形態に係る半導体発光素子５００によれば、基板段差部５１７によって分離領域５２７Ａにおける活性層１０４が窓化するので、分離領域５２７Ａにおける光吸収ロスをなくすことができる。
【０１４５】
すなわち、光導波路５２４から出射した光は、分離領域５２７Ａを伝搬し、段差溝５３０の光出射端面５３０ａから外部へ出射されるが、当該光は、分離領域５２７Ａの活性層１０４の活性層短波長化部５０４を伝搬するので、光吸収のロスがなく伝搬させることができる。
【０１４６】
従って、発光効率の低下がないので、さらに発光効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明に係る半導体発光素子によれば、半導体発光素子の発光効率を増大することができるので、薄型、低消費電力および低コストの光源として広く利用することができ、特に、超薄型の液晶表示装置用のバックライト光源またはプロジェクター用の光源等として有用である。
【符号の説明】
【０１４８】
１００、２００、２０１、２０２、３００、４００、４０１、５００、２０００  半導体発光素子
１０１  基板
１０２  ｎ型クラッド層
１０３  ｎ型光ガイド層
１０４  活性層（発光層）
１０５  ｐ型光ガイド層
１０６  電子バリア層
１０７  ｐ型クラッド層
１０７ａ  リッジ部
１０８、２０８、３０８、４０８  ｐ側コンタクト電極
１０８ａ、２０８ａ、３０８ａ  コンタクト電極端面
１０９、２０９、３０９  ブロック層
１１０  配線電極
１１１、４１１  ｎ側コンタクト電極
１２４、２２４、３２４、４２４、５２４  光導波路
１２４ａ、２２４ａ、３２４ａ、４２４ａ  光導波路端面
１２４Ａ、２２４Ａ、４２４Ａ  光導波路領域
１２５、３２５、４２５  凹部
１２５ａ、１２５ｂ、２２５ａ、２２５ｂ、３２５ａ、３２５ｂ、４２５ａ、４２５ｂ  凹部領域
１２６ａ、１２６ｂ、２２６ａ、２２６ｂ、３２６ａ、３２６ｂ  台座領域
１２７Ａ、２２７Ａ、３２７Ａ、４２７Ａ、５２７Ａ  分離領域
１３０、４３０、４３１、５３０  段差溝
１３０ａ、４３０ａ、５３０ａ  光出射端面
１３０Ａ  段差溝領域
１４０ａ  前端面
１４０ｂ  後端面
１５０  高反射率層
１６１、３６１、４６１  第１の分割ライン
１６２、３６２、４６２  第２の分割ライン
１７０  伝搬光
１７１  反射光
１７２、１７３  散乱光
１９０、３９０、４９０  ウェハ
２０８Ｗ１  第１電極幅
２０８Ｗ２  第２電極幅
２２７Ａ１、４２７Ａ１  第１の分離領域
２２７Ａ２、４２７Ａ２  第２の分離領域
２７０  波面
３２５ａ、３２５ｂ  光導波路残部
４３２  エッチング溝
４３２ａ、４３２ｂ  エッチング溝領域
５０４  活性層短波長化部
５０４Ａ  活性層短波長化領域
５１７  基板段差部
１０００  半導体レーザ増幅器
１０１０、１０１１  終端キャップ部
１０１２  導波路
１０１３  入射端面
１０１４  出射端面
１０１５  半導体領域
１０１６  半導体本体
１０１７、１０１８  ファセット
１０１９  表面
２００１  ＧａＮ基板
２００２  第１クラッド層
２００３  第１ガイド層
２００４  多重量子井戸層
２００５  第２ガイド層
２００６  バリア層
２００７  第２クラッド層
２００８  ｐ側コンタクト電極層
２０１０  絶縁層
２０１１  ｎ側コンタクト電極層
２０１２  斜めファセット面
【図１】
2012204671.tif 000003
【図２Ａ】
2012204671.tif 000004
【図２Ｂ】
2012204671.tif 000005
【図２Ｃ】
2012204671.tif 000006
【図３】
2012204671.tif 000007
【図４Ａ】
2012204671.tif 000008
【図４Ｂ】
2012204671.tif 000009
【図４Ｃ】
2012204671.tif 000010
【図５】
2012204671.tif 000011
【図６】
2012204671.tif 000012
【図７Ａ】
2012204671.tif 000013
【図７Ｂ】
2012204671.tif 000014
【図７Ｃ】
2012204671.tif 000015
【図７Ｄ】
2012204671.tif 000016
【図８Ａ】
2012204671.tif 000017
【図８Ｂ】
2012204671.tif 000018
【図９Ａ】
2012204671.tif 000019
【図９Ｂ】
2012204671.tif 000020
【図１０】
2012204671.tif 000021
【図１１Ａ】
2012204671.tif 000022
【図１１Ｂ】
2012204671.tif 000023
【図１１Ｃ】
2012204671.tif 000024
【図１２】
2012204671.tif 000025
【図１３】
2012204671.tif 000026
【図１４】
2012204671.tif 000027
【図１５Ａ】
2012204671.tif 000028
【図１５Ｂ】
2012204671.tif 000029
【図１６】
2012204671.tif 000030
【図１７】
2012204671.tif 000031
【図１８】
2012204671.tif 000032
【図１９Ａ】
2012204671.tif 000033
【図１９Ｂ】
2012204671.tif 000034
【図２０】
2012204671.tif 000035
【図２１】
2012204671.tif 000036
【図２２】
2012204671.tif 000037
【図２３Ａ】
2012204671.tif 000038
【図２３Ｂ】
2012204671.tif 000039
【図２３Ｃ】
2012204671.tif 000040
【図２４】
2012204671.tif 000041
【図２５】
2012204671.tif 000042