(57)【要約】【課題】上部クラッド層とｐ型半導体層との接触抵抗を低減しつつ、上部クラッド層の形成時間の短縮を図ることができる半導体レーザ素子を提供すること。【解決手段】半導体レーザ素子１０１は、ｎ型クラッド層１４、ｎ型クラッド層１４上に形成されたｎ型ガイド層１５、ｎ型ガイド層１５上に形成された発光層１０、および発光層１０上に形成されたｐ型半導体層１２を備え、ｐ型半導体クラッド層を有しない窒化物半導体積層構造２と、ｐ型半導体層１２上に形成された透明電極５とを含む。透明電極５は、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１と、第１導電性膜２１上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備え、ｐ型半導体クラッド層を有しない窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成された上部クラッド層とを含み、
前記上部クラッド層が、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含む、半導体レーザ素子。
【請求項２】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成された上部クラッド層とを含み、
前記上部クラッド層が、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、
ｐ型窒化物半導体からなるクラッド層を含まない、半導体レーザ素子。
【請求項３】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成された上部クラッド層とを含み、
前記上部クラッド層が、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、
前記ｐ型半導体層は、前記上部クラッド層側の表層部にｐ型ガイド層を備え、
前記ｐ型ガイド層と前記第１導電性膜とが接触している、半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ｐ型ガイド層は、ＩｎＧａＮからなる、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成された上部クラッド層とを含み、
前記上部クラッド層が、前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含む、半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記絶縁膜の厚さ方向から見た平面視において、前記開口部の幅は、１μｍ以上１００μｍ以下である、請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記絶縁膜の厚さは、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である、請求項５または６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１導電性膜の電子濃度は、１×１０１９ｃｍ-３以上である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１導電性膜は、前記発光層の発光波長に対して７０％以上の透過率を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記第２導電性膜は、前記発光層の発光波長に対して７０％以上の透過率を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第１導電性膜は、Ｓｎを３％以上の組成で含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記ｐ型半導体層と前記第１導電性膜との接触抵抗は、１×１０-３Ω・ｃｍ２以下である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第１導電性膜は、ＩＴＯからなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記第１導電性膜の厚さは、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記第２導電性膜は、ＩＩＩ族原子を１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含むＺｎＯからなる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第２導電性膜は、ＩＩＩ族原子を１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含むＭｇＺｎＯからなる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記第２導電性膜は、ＩＩＩ族原子を１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含み、Ｍｇ組成が５０％以下のＭｇＺｎＯからなる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記ＩＩＩ族原子は、ＧａまたはＡｌである、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記第２導電性膜の厚さは、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２０】
前記第１導電性膜および第２導電性膜の屈折率は、前記発光層の屈折率より小さい、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２１】
前記ｐ型半導体層は、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２２】
前記発光層は、ＩｎＧａＮからなる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２３】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、
前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、
前記ｐ型半導体層が、Ａｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなる電子ブロック層を含み、共振器方向に延びたストライプ状のリッジ部を有し、当該リッジ部において５０ｎｍ以上の層厚を有しており、
前記リッジ部の両側において前記ｐ型半導体層に接する絶縁膜をさらに含み、
前記第１導電性膜が、前記リッジ部において前記ｐ型半導体層に接し、前記絶縁膜上にまで延びている、半導体レーザ素子。
【請求項２４】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、
前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、
前記ｐ型半導体層が、前記発光層上に形成された第１ｐ型ガイド層と、前記第１ｐ型ガイド層上に形成され、厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であって、ｐ型不純物（Ｍｇ）が１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされている第２ｐ型ガイド層とを含む、半導体レーザ素子。
【請求項２５】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、
前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、
前記ｐ型半導体層が、前記発光層上に形成された第１ｐ型ガイド層と、前記第１ｐ型ガイド層上に形成されＡｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなる電子ブロック層と、前記電子ブロック層上に形成され、厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であって、ｐ型不純物（Ｍｇ）が１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされている第２ｐ型ガイド層とを含む、半導体レーザ素子。
【請求項２６】
前記第１導電性膜が、インジウム組成が９０％以上のＩＴＯからなる、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２７】
前記第１導電性膜および前記第２導電性膜の合計膜厚が４００ｎｍ以上である、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２８】
前記第２導電性膜上に形成されたｐ側電極パッドをさらに含み、
前記第２導電性膜の共振器方向に直交する方向の幅が、前記ｐ側電極パッドの前記共振器方向に直交する方向の幅よりも大きい、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２９】
素子マウント面を有するマウント部材をさらに含み、
前記ｐ側電極パッドが、前記素子マウント面に対向し、当該素子マウント面に接合されている、請求項２８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３０】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、
前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、
前記ｐ型半導体層が、前記発光層上に積層された第１ｐ型ガイド層と、前記第１ｐ型ガイド層上に積層されたｐ型電子ブロック層と、前記ｐ型電子ブロック層上に積層され前記第１ｐ型ガイド層よりもｐ型不純物濃度が高い第２ｐ型ガイド層と、前記第２ｐ型ガイド層上に積層され前記第２ｐ型ガイド層よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型コンタクト層とを含む、半導体レーザ素子。
【請求項３１】
少なくとも前記ｐ型コンタクト層の一部が掘り込まれてリッジ部が形成されている、請求項３０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３２】
前記第２ｐ型ガイド層の層厚が５０ｎｍ以下である、請求項３０または３１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３３】
前記ｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上であり、前記第１ｐ型ガイド層および前記第２ｐ型ガイド層のｐ型不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３４】
前記ｐ型半導体層の総膜厚が１５００Å以下である、請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３５】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、
前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜と、
前記第２導電性膜に接するように形成され、ＴｉＮを含むｐ側電極パッドとを含む、半導体レーザ素子。
【請求項３６】
前記ｐ側電極パッドが、前記第２導電性膜側から順に積層されたＴｉ層、ＴｉＮ層およびＡｕ層を有する積層電極膜を含む、請求項３５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３７】
素子マウント面を有するマウント部材をさらに含み、
前記ｐ側電極パッドが、前記素子マウント面に対向し、当該素子マウント面に接合されている、請求項３５または３６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３８】
前記発光層に対して前記ｐ側電極パッドとは反対側において前記窒化物半導体積層構造に接合されたｎ側電極パッドをさらに含み、
前記ｎ側電極パッドが、ＴｉＮを含む、請求項３５〜３７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３９】
前記ｎ側電極パッドが、前記窒化物半導体積層構造側から順に積層されたＡｌ層、ＴｉＮ層およびＡｕ層を有する積層電極膜を含む、請求項３８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４０】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成された、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、
前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜と、
前記第２導電性膜に接するように形成され、前記開口部に対応する領域に凹部を有するｐ側電極パッドとを含む、半導体レーザ素子。
【請求項４１】
前記開口部がストライプ状に形成されており、
前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに垂直な方向の幅が前記絶縁膜の当該方向の幅以下の透明電極を形成している、請求項４０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４２】
前記開口部がストライプ状に形成されており、
前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに垂直な方向の幅が前記窒化物半導体積層構造の当該方向の幅以下の透明電極を形成している、請求項４０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４３】
前記ｐ側電極パッドの前記ストライプに直交する方向の幅が、前記透明電極の当該方向の幅以下である、請求項４１または４２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４４】
前記開口部がストライプ状に形成されており、
前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに平行な方向の両端縁が、前記ストライプに平行な方向に関する前記窒化物半導体積層構造の両端面からそれぞれ後退した位置に形成された透明電極を形成している、請求項４０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４５】
前記開口部がストライプ状に形成されており、
前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに平行な方向の端縁付近における幅と当該方向の中央部における幅とが異なる透明電極を形成している、請求項４０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４６】
前記ｐ型半導体層が、高さ０．５μｍ以下に形成されたストライプ状のリッジ部を含み、
前記開口部が前記リッジ部の頂面を露出させるように形成されている、請求項４０〜４５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４７】
前記ｐ型半導体層は、前記開口部において露出する表面を有するｐ型コンタクト層を含み、
前記ｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上である、請求項４０〜４６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４８】
ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備え、共振器方向両端に一対の共振器端面を有する窒化物半導体積層構造と、
前記ｐ型半導体層上に形成され、前記共振器方向に沿うストライプ状の開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成された、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、
前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜と、
前記第２導電性膜に接するように形成され、前記一対の共振器端面とそれぞれ整合する一対の端縁を有するｐ側電極パッドとを含む、半導体レーザ素子。
【請求項４９】
前記ｐ側電極パッドが、前記第２導電性膜に接する第１金属膜と、前記第１金属膜に積層された第２金属膜とを含む積層金属膜からなり、前記第１金属膜の前記共振器方向に関する両端縁は、前記一対の共振器端面とそれぞれ整合しており、前記第２金属膜の前記共振器方向に関する両端縁は、前記一対の共振器端面からそれぞれ所定距離だけ後退した位置に配置されている、請求項４８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５０】
前記ｐ側電極パッドを構成する積層金属膜が、前記第１および第２金属膜の間に配置され、前記第２金属膜のエッチングに対する耐性を有する第３金属膜をさらに含む、請求項４９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５１】
前記第１金属膜が、前記第２金属膜のエッチングに対する耐性を有している、請求項４９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５２】
前記第２金属膜が、金からなる、請求項４９〜５１のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの先行技術に係る半導体レーザ素子は、特許文献１に開示されている。この半導体レーザ素子は、基板と、この基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体積層構造とを含む。ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造は、ｎ型半導体層、発光層、およびｐ型半導体層を積層して構成されている。ｎ型半導体層はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｎ型ＧａＮ（またはＩｎＧａＮ）ガイド層を含み、ｐ型半導体層はｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層およびｐ型ＧａＮ（またはＩｎＧａＮ）ガイド・コンタクト層を含む。ｐ型ＧａＮ（またはＩｎＧａＮ）ガイド・コンタクト層の表面に、ＺｎＯからなるｐ型透明電極がオーミック接触している。ｐ型電極は、上部クラッド層として兼用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９４３６０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備え、ｐ型半導体クラッド層を有しない窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成された上部クラッド層とを含み、前記上部クラッド層が、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含む（請求項１）。
【０００５】
この構成によれば、発光層では、ｎ型ガイド層側から注入される電子とｐ型半導体層から注入される正孔との再結合による発光が生じる。その光は、ｎ型クラッド層と上部クラッド層との間に閉じ込められ、窒化物半導体積層構造の積層方向と垂直な方向に伝搬する。半導体レーザ素子では、その伝搬方向の両端に共振器端面が形成されており、この一対の共振器端面間で、誘導放出を繰り返しながら光が共振増幅され、その一部がレーザ光として共振器端面から出射される。
【０００６】
窒化物半導体積層構造は、ｐ型半導体クラッド層を有していない。窒化物半導体積層構造がｐ型半導体クラッド層を有する場合には、窒化物半導体積層構造の形成工程において、比較的低温で発光層を形成してから、発光層の場合よりも高い温度でｐ型半導体クラッド層を形成することになる。そのため、ｐ型半導体クラッド層を形成する際に、発光層に対して熱によるダメージが加わる虞がある。それに対して、この発明では、窒化物半導体積層構造がｐ型半導体クラッド層を有していないので、窒化物半導体積層構造の形成工程において発光層に対して熱によるダメージが加わるといった不具合を防止できる。
【０００７】
上部クラッド層は、ｎ型クラッド層との間で発光層の光を閉じ込めるために、ある程度の厚さを有する必要がある。しかし、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜は、成膜速度が遅いので、第１導電性膜だけで上部クラッド層を構成すると、上部クラッド層を形成するのに時間がかかってしまう。一方、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は、成膜速度は比較的速いものの、ｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が高い。そこで、本発明では、上部クラッド層においてｐ型半導体層に接触する部分を酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜で構成して接触抵抗の低減が図られている。その一方で、第１導電性膜と、その上に形成された酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを上部クラッド層に含ませることによって、上部クラッド層の形成速度の向上を図ることができる。より具体的には、第１導電性膜を必要最小限の膜厚に形成することにより、上部クラッド層の形成に要する時間を短くでき、それによって生産性を向上できる。
【０００８】
また、この発明の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成された上部クラッド層とを含み、前記上部クラッド層が、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、前記半導体レーザ素子は、ｐ型窒化物半導体からなるクラッド層を含まない（請求項２）。
【０００９】
この構成によれば、発光層では、ｎ型ガイド層側から注入される電子とｐ型半導体層から注入される正孔との再結合による発光が生じる。その光は、ｎ型クラッド層と上部クラッド層との間に閉じ込められ、窒化物半導体積層構造の積層方向と垂直な方向に伝搬する。半導体レーザ素子では、その伝搬方向の両端に共振器端面が形成されており、この一対の共振器端面間で、誘導放出を繰り返しながら光が共振増幅され、その一部がレーザ光として共振器端面から出射される。
【００１０】
半導体レーザ素子は、ｐ型窒化物半導体からなるクラッド層（ｐ型半導体クラッド層ということにする）を含んでいない。半導体レーザ素子がｐ型半導体クラッド層を有する場合には、ｐ型半導体クラッド層は、窒化物半導体積層構造のｐ型半導体層に含まれる。この場合、窒化物半導体積層構造の形成工程において、比較的低温で発光層を形成してから、発光層の場合よりも高い温度でｐ型半導体クラッド層を形成することになる。そのため、ｐ型半導体クラッド層を形成する際に、発光層に対して熱によるダメージが加わる虞がある。それに対して、この発明では、半導体レーザ素子がｐ型半導体クラッド層を有していないので、窒化物半導体積層構造の形成工程において発光層に対して熱によるダメージが加わるといった不具合を防止できる。
【００１１】
上部クラッド層は、ｎ型クラッド層との間で発光層の光を閉じ込めるために、ある程度の厚さを有する必要がある。しかし、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜は、成膜速度が遅いので、第１導電性膜だけで上部クラッド層を構成すると、上部クラッド層を形成するのに時間がかかってしまう。一方、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は、成膜速度は比較的速いものの、ｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が高い。そこで、本発明では、上部クラッド層においてｐ型半導体層に接触する部分を酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜で構成して接触抵抗の低減が図られている。その一方で、第１導電性膜と、その上に形成された酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを上部クラッド層に含ませることによって、上部クラッド層の形成速度の向上を図ることができる。より具体的には、第１導電性膜を必要最小限の膜厚に形成することにより、上部クラッド層の形成に要する時間を短くでき、それによって生産性を向上できる。
【００１２】
また、この発明の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成された上部クラッド層とを含み、前記上部クラッド層が、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、前記ｐ型半導体層は、前記上部クラッド層側の表層部にｐ型ガイド層を備え、前記ｐ型ガイド層と前記第１導電性膜とが接触している（請求項３）。
【００１３】
この構成によれば、発光層では、ｎ型ガイド層側から注入される電子とｐ型半導体層から注入される正孔との再結合による発光が生じる。その光は、ｎ型クラッド層と上部クラッド層との間に閉じ込められ、窒化物半導体積層構造の積層方向と垂直な方向に伝搬する。半導体レーザ素子では、その伝搬方向の両端に共振器端面が形成されており、この一対の共振器端面間で、誘導放出を繰り返しながら光が共振増幅され、その一部がレーザ光として共振器端面から出射される。
【００１４】
上部クラッド層は、ｎ型クラッド層との間で発光層の光を閉じ込めるために、ある程度の厚さを有する必要がある。しかし、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜は、成膜速度が遅いので、第１導電性膜だけで上部クラッド層を構成すると、上部クラッド層を形成するのに時間がかかってしまう。一方、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は、成膜速度は比較的速いものの、ｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が高い。そこで、本発明では、上部クラッド層においてｐ型半導体層（ｐ型ガイド層）に接触する部分を酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜で構成して接触抵抗の低減が図られている。その一方で、第１導電性膜と、その上に形成された酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを上部クラッド層に含ませることによって、上部クラッド層の形成速度の向上を図ることができる。より具体的には、第１導電性膜を必要最小限の膜厚に形成することにより、上部クラッド層の形成に要する時間を短くでき、それによって生産性を向上できる。
【００１５】
前記ｐ型ガイド層は、ＩｎＧａＮからなることが好ましい（請求項４）。このようなｐ型ガイド層は、Ａｌを含む組成の場合に比べて、低温で形成できる。そのため、発光層に対する熱ダメージを一層低減できる。
また、この発明の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、開口部を有する絶縁膜と、前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成された上部クラッド層とを含み、前記上部クラッド層が、前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含む（請求項５）。
【００１６】
この構成によれば、発光層では、ｎ型ガイド層側から注入される電子とｐ型半導体層から注入される正孔との再結合による発光が生じる。その光は、ｎ型クラッド層と上部クラッド層との間に閉じ込められ、窒化物半導体積層構造の積層方向と垂直な方向に伝搬する。半導体レーザ素子では、その伝搬方向の両端に共振器端面が形成されており、この一対の共振器端面間で、誘導放出を繰り返しながら光が共振増幅され、その一部がレーザ光として共振器端面から出射される。
【００１７】
ｐ型半導体層上には、開口部を有する絶縁膜が形成されていて、上部クラッド層は、この開口部を介してｐ型半導体層に接するように絶縁膜上に形成されている。絶縁膜は、開口部以外の領域において、ｐ型半導体層と上部クラッド層とを絶縁するとともに、ｐ型半導体層から上部クラッド層へ向かう光を閉じ込める。
上部クラッド層は、ｐ型半導体層に電流を供給する電極となる。上部クラッド層は、絶縁膜の開口部に入り込んでｐ型半導体層に接している。これにより、上部クラッド層とｐ型半導体層との電気的接続は、開口部内に制限されるので、電流狭窄構造を形成できる。一般的な半導体レーザ素子は、たとえばｐ型半導体層にリッジ部を形成することによって電流狭窄構造を形成している。ところが、リッジ部を形成するためのエッチングのときにリッジ部の側面および根元部分の半導体結晶に欠陥が生じ、これにより、デバイス特性が悪くなる虞がある。しかも、細いリッジ部を外部応力から保護して素子破壊を防ぐためには、いわゆるJunction down（接合下向き姿勢。リッジ部が実装基板に対向する姿勢）で実装基板にダイボンディングすることができず、実装状態は、いわゆるJunction up（接合上向き姿勢）に制限される。これに対して、本発明では、窒化物半導体積層構造はリッジ部を有しておらず、上部クラッド層にもリッジ部が存在せず、上部クラッド層は、絶縁膜の開口部を入り込んでｐ型半導体層に接している。そのため、リッジ部形成のためのエッチングに起因するデバイス特性悪化の懸念がなく、かつJunction down（接合下向き姿勢）の実装姿勢をとることができる。
【００１８】
そして、Junction downによって、実装基板に接合（ダイボンディング）した場合には、発光層で生じる熱を、上部クラッド層から実装基板へと効率的に逃がすことができるから、半導体レーザ素子を効率的に冷却でき、これにより、素子の温度特性の向上を図ることができる。
上部クラッド層は、ｎ型クラッド層との間に発光層で生じた光を閉じ込めるために、ある程度の厚さを有する必要がある。しかし、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜は、成膜速度が遅いので、第１導電性膜だけで上部クラッド層を構成すると、上部クラッド層を形成するのに時間がかかってしまう。一方、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は、成膜速度は比較的速いものの、ｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が高い。そこで、本発明では、上部クラッド層においてｐ型半導体層に接触する部分を酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜で構成して接触抵抗の低減が図られている。その一方で、第１導電性膜と、その上に形成された酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを上部クラッド層に含ませることによって、上部クラッド層の形成速度の向上を図ることができる。より具体的には、第１導電性膜を必要最小限の膜厚に形成することにより、上部クラッド層の形成に要する時間を短くでき、それによって生産性を向上できる。
【００１９】
前記絶縁膜の厚さ方向から見た平面視において、前記開口部の幅は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい（請求項６）。
前記絶縁膜の厚さは、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい（請求項７）。この構成によれば、開口部以外の領域におけるｐ型半導体層と上部クラッド層との間での絶縁性や、ｐ型半導体層から上部クラッド層へ向かう光の閉じ込め効果の向上を図ることができる。
【００２０】
前記第１導電性膜の電子濃度は、１×１０１９ｃｍ-３以上であることが好ましい（請求項８）。前記第１導電性膜は、前記発光層の発光波長に対して７０％以上の透過率を有する（すなわち透明である）ことが好ましい（請求項９）。同様に、前記第２導電性膜は、前記発光層の発光波長に対して７０％以上の透過率を有する（すなわち透明である）ことが好ましい（請求項１０）。
【００２１】
前記第１導電性膜は、Ｓｎを３％以上の組成で含むことが好ましい（請求項１１）。この構成によれば、第１導電性膜の導電性の向上を図ることができる。
前記ｐ型半導体層と前記第１導電性膜との接触抵抗は、１×１０-３Ω・ｃｍ２以下であることが好ましい（請求項１２）。
前記第１導電性膜は、ＩＴＯからなることが好ましい（請求項１３）。これにより、ｐ型半導体層との接触抵抗を十分に低減できる。
【００２２】
前記第１導電性膜の厚さは、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい（請求項１４）。この構成によれば、第１導電性膜の成膜時間を必要最小限に抑えることができるので、上部クラッド層の形成速度の向上を図ることができる。
前記第２導電性膜は、ＩＩＩ族原子を１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含むＺｎＯからなることが好ましい（請求項１５）。前記第２導電性膜は、ＩＩＩ族原子を１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含むＭｇＺｎＯからなることが好ましい（請求項１６）。前記第２導電性膜は、ＩＩＩ族原子を１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含み、Ｍｇ組成が５０％以下のＭｇＺｎＯからなることが好ましい（請求項１７）。前記ＩＩＩ族原子は、ＧａまたはＡｌであることが好ましい（請求項１８）。
【００２３】
前記第２導電性膜の厚さは、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい（請求項１９）。この構成によれば、第２導電性膜が所定の厚さを有するので、上部クラッド層によるｎ型クラッド層との間での光の閉じ込め効果の向上を図ることができる。
前記第１導電性膜および第２導電性膜の屈折率は、前記発光層の屈折率より小さいことが好ましい（請求項２０）。前記ｐ型半導体層は、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含むことが好ましい（請求項２１）。前記発光層は、ＩｎＧａＮからなることが好ましい（請求項２２）。
【００２４】
請求項２３記載の発明は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、前記ｐ型半導体層が、Ａｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなる電子ブロック層を含み、共振器方向に延びたストライプ状のリッジ部を有し、当該リッジ部において５０ｎｍ以上の層厚を有しており、前記リッジ部の両側において前記ｐ型半導体層に接する絶縁膜をさらに含み、前記第１導電性膜が、前記リッジ部において前記ｐ型半導体層に接し、前記絶縁膜上にまで延びている、半導体レーザ素子である。
【００２５】
この構成により、第１および第２導電性膜が上部クラッド層として機能して、発光層への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜で構成された電極は、ｐ型半導体層に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【００２６】
さらに、この発明では、ｐ型半導体層には、Ａｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなる電子ブロック層が備えられている。これにより、電子を発光層へと反射でき、発光層への電子注入効率を高めることができる。さらに、ｐ型半導体層には、共振器方向に延びたストライプ状のリッジ部が形成されており、そのリッジ部に第１導電性膜が接している。そして、そのリッジ部の両側に絶縁膜が配置されて、ｐ型半導体層に接している。これにより、電流狭窄構造を形成でき、かつｐ型半導体層よりも屈折率の低い絶縁膜を発光層に近づけて配置できることから、横方向（共振器方向および窒化物半導体積層構造の積層方向に直交する方向）に関する発光層への光閉じ込めが強くなる。すなわち、リッジ部においてｐ型半導体層の層厚を５０ｎｍ以上として縦方向（窒化物半導体積層構造の積層方向）に関する光閉じ込めを強化しながらも、絶縁膜を発光層に近づけて横方向の光閉じ込めを強めることができるので、発振閾値の低減に寄与できる。
【００２７】
なお、電子ブロック層は、リッジ部の両側におけるｐ型半導体層の表面よりも深い位置において当該ｐ型半導体層内に配置されていることが好ましい。これにより、発光層に対向する全領域に渡って電子ブロック層を配置できるので、発光層への電子注入効率を高めることができる。
ｐ型半導体層の層厚が５０ｎｍ未満の場合には、あえてリッジ部を形成しなくても絶縁層を発光層に十分に近づけることができ、横方向に関する光閉じ込めを十分に行うことができる。
【００２８】
請求項２４記載の発明は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、前記ｐ型半導体層が、前記発光層上に形成された第１ｐ型ガイド層と、前記第１ｐ型ガイド層上に形成され、厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であって、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）が１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされている第２ｐ型ガイド層とを含む、半導体レーザ素子である。
【００２９】
この構成により、第１および第２導電性膜が上部クラッド層として機能して、発光層への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜で構成された電極は、ｐ型半導体層に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【００３０】
さらに、この発明では、ｐ型半導体層が、発光層上に形成された第１ｐ型ガイド層と、この第１ｐ型ガイド層上に形成された第２ｐ型ガイド層とを有している。第１ｐ型ガイド層および第２ｐ型ガイド層は、発光層へのキャリヤ閉じ込めおよび光閉じ込めに寄与する。第２ｐ型ガイド層は、さらに、第１および第２導電性膜と接するコンタクト層としての役割をも担う。第２ｐ型ガイド層は、厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされることにより、キャリヤ閉じ込め効果および光閉じ込め効果を発揮できる。さらに、第２ｐ型ガイド層は、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）が１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされていることによって、第１導電性膜との接触抵抗が低減されている。ただし、ｐ型不純物を１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングしたｐ型窒化物半導体層の電気抵抗は高くなるので、その層厚を５０ｎｍ以下とすることによって、直列抵抗の低減が図られている。これにより、半導体レーザ素子の直列抵抗を低減して、その発熱を抑制できるので、発振閾値の低減に寄与することができる。１０ｎｍは、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）を１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングできる窒化物半導体層の厚さの下限である。
【００３１】
たとえば、ｐ型半導体層は、共振器方向に沿ってストライプ状に形成されたリッジ部を有していてもよい。リッジ部における第２ｐ型ガイド層が、厚さ５０ｎｍ、幅２μｍ、長さ３０μｍ（共振器長）に形成されている場合に、第２ｐ型ガイド層へのｐ型不純物（たとえばＭｇ）のドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上であれば、第２ｐ型ガイド層での電気抵抗は８Ω以下にできる。
【００３２】
請求項２５記載の発明は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、前記ｐ型半導体層が、前記発光層上に形成された第１ｐ型ガイド層と、前記第１ｐ型ガイド層上に形成されＡｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなる電子ブロック層と、前記電子ブロック層上に形成され、厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であって、ｐ型不純物（Ｍｇ）が１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされている第２ｐ型ガイド層とを含む、半導体レーザ素子である。
【００３３】
この構成により、第１および第２導電性膜が上部クラッド層として機能して、発光層への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜で構成された電極は、ｐ型半導体層に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【００３４】
さらに、この発明では、ｐ型半導体層には、第１および第２ｐ型ガイド層の間に、Ａｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなる電子ブロック層が備えられている。これにより、電子を発光層へと反射でき、発光層への電子注入効率を高めることができる。
さらに、この発明では、電子ブロック層を挟んで配置された第１および第２ｐ型ガイド層が、発光層へのキャリヤ閉じ込めおよび光閉じ込めに寄与する。第２ｐ型ガイド層は、さらに、第１および第２導電性膜と接するコンタクト層としての役割をも担う。第２ｐ型ガイド層は、厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされることにより、キャリヤ閉じ込め効果および光閉じ込め効果を発揮できる。さらに、第２ｐ型ガイド層は、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）が１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされていることによって、第１導電性膜との接触抵抗が低減されている。ただし、ｐ型不純物を１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングしたｐ型窒化物半導体層の電気抵抗は高くなるので、その層厚を５０ｎｍ以下とすることによって、直列抵抗の低減が図られている。これにより、半導体レーザ素子の直列抵抗を低減して、その発熱を抑制できるので、発振閾値の低減に寄与することができる。１０ｎｍは、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）を１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングできる窒化物半導体層の厚さの下限である。
【００３５】
たとえば、ｐ型半導体層は、共振器方向に沿ってストライプ状に形成されたリッジ部を有していてもよい。この場合に、リッジ部は前記第２ｐ型ガイド層に形成されることが好ましい。そして、電子ブロック層は、リッジ部の両側における第２ｐ型ガイド層の表面よりも深い位置に配置されることが好ましい。
また、リッジ部の両側には、絶縁膜が配置されることが好ましい。これにより、縦方向の光閉じ込めのために第２ｐ型ガイド層が比較的厚く形成される場合であっても、絶縁膜を発光層に近づけて配置できるので、横方向の光閉じ込めを強くして、発振閾値の低減を図ることができる。
【００３６】
前記第１導電性膜は、インジウム組成が９０％以上のＩＴＯ（ＩｎxＳｎ1-xＯ。０．９≦ｘ＜１）からなることが好ましい（請求項２６）。
また、前記第１導電性膜および前記第２導電性膜の合計膜厚が４００ｎｍ以上であることが好ましい（請求項２７）。これにより、第１および第２導電性膜は、十分な光閉じ込め機能を有することができる。
【００３７】
請求項２８記載の発明は、前記第２導電性膜上に形成されたｐ側電極パッドをさらに含み、前記第２導電性膜の共振器方向に直交する方向の幅が、前記ｐ側電極パッドの前記共振器方向に直交する方向の幅よりも大きい、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子である。この構成により、ｐ側電極パッドを介して半導体レーザ素子を外部接続できる。ｐ側電極パッドの幅が、第２導電性膜の幅よりも小さいので、ｐ側電極パッドをパターニングするときのエッチングを第２導電性膜で停止させることができる。すなわち、第２導電性膜をエッチングストッパとして利用して、ｐ側電極パッドをパターニングできる。
【００３８】
ｐ側電極パッドは、たとえば、Ａｕ（金）を含んでいてもよい。この場合、ｐ側電極パッドを形成する工程は、Ａｕ膜（電極パッド膜）を形成する工程と、そのＡｕ膜をドライエッチング（たとえば反応性イオンエッチング）でパターニングする工程とを含む。この場合に、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は、Ａｕのための反応性イオンエッチングに対して耐性を有するので、Ａｕ膜のエッチングは第２導電性膜で停止する。もしも、電極パッド膜の下地膜が絶縁膜（たとえば酸化シリコン膜）である場合には、この絶縁膜は、電極パッド膜のためのエッチングに対して耐性を有しない場合がある。したがって、ｐ型半導体層上に、当該ｐ型半導体層を部分的に露出させる絶縁膜が形成されている場合には、第２導電性膜は当該絶縁膜上にまで延びて形成されていることが好ましい。そして、ｐ側電極パッドを第２導電性膜よりも幅狭に形成することによって、第２導電性膜をエッチングストッパとして利用して、ｐ側電極パッドのパターニングを行える。
【００３９】
ｐ型半導体層上に絶縁膜が形成されていて、この絶縁膜にｐ側電極パッドの縁部が接する構成の場合、ｐ側電極パッドのパターニングのためのエッチングの際に、絶縁膜が損傷を受けて、ｐ型半導体層が露出してしまうおそれがある。この場合、いわゆるJunction Downによって基板上に半導体レーザ素子を実装しようとすると、半田等のロウ材がｐ型半導体層に接し、意図しない電流経路が形成されてしまうおそれがある。このような不具合は、ｐ側電極パッドを第２導電性膜よりも幅狭に形成する前述の構成によって回避できる。
【００４０】
請求項２９記載の発明は、素子マウント面を有するマウント部材をさらに含み、前記ｐ側電極パッドが、前記素子マウント面に対向し、当該素子マウント面に接合されている、請求項２８に記載の半導体レーザ素子である。この構成により、いわゆるJunction Downでマウント部材上に搭載された半導体レーザ素子を提供できる。これにより、マウント部材を介する効率的な放熱が可能であるので、発振効率を高めることができる。また、ｐ側電極パッドが第２導電性膜よりも幅狭であるので、半田等のロウ材が窒化物半導体積層構造の領域外に流れ出ることを抑制できる。これにより、ショート等の接続不具合を抑制できる。
【００４１】
前記マウント部材は、サブマウント基板であってもよいし、ステムであってもよい。
請求項３０記載の発明は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜とを含み、前記ｐ型半導体層が、前記発光層上に積層された第１ｐ型ガイド層と、前記第１ｐ型ガイド層上に積層されたｐ型電子ブロック層と、前記ｐ型電子ブロック層上に積層され前記第１ｐ型ガイド層よりもｐ型不純物濃度が高い第２ｐ型ガイド層と、前記第２ｐ型ガイド層上に積層され前記第２ｐ型ガイド層よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型コンタクト層とを含む、半導体レーザ素子である。
【００４２】
この構成により、第１および第２導電性膜が上部クラッド層として機能して、発光層への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜で構成された電極は、ｐ型半導体層に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【００４３】
さらに、この発明では、ｐ型半導体層には、第１および第２ｐ型ガイド層の間に、ｐ型電子ブロック層が備えられている。これにより、電子を発光層へと反射でき、発光層への電子注入効率を高めることができる。ｐ型電子ブロック層を挟んで配置された第１および第２ｐ型ガイド層は、発光層へのキャリヤ閉じ込めおよび光閉じ込めに寄与する。ｐ型コンタクト層は、第２導電性膜と接する。ｐ型コンタクト層は、そのｐ型不純物濃度が高くされているので、第２導電性膜との接触抵抗が低くなっている。第２ｐ型ガイド層はｐ型コンタクト層よりもｐ型不純物濃度が低く、さらに第１ｐ型ガイド層は第２ｐ型ガイド層よりもｐ型不純物濃度が低い。すなわち、発光層に近づくほど、ｐ型不純物濃度が低くなっており、不純物による光の吸収を抑制する構造となっている。
【００４４】
この発明の一実施形態では、少なくとも前記ｐ型コンタクト層の一部が掘り込まれてリッジ部が形成されている（請求項３０）。これにより、リッジ部に電流を集中させる電流狭窄構造を形成することができる。リッジ部は、共振器方向に沿ってストライプ状に形成されることが好ましい。そして、リッジ部の両側には、絶縁膜が配置されることが好ましい。これにより、ｐ型コンタクト層を含むｐ型半導体層の層厚を或る程度確保して縦方向の光閉じ込めを図りつつ、絶縁膜を発光層に近づけて配置することにより横方向の光閉じ込めを強化できる。これにより、発振閾値を低減できる。
【００４５】
前記第２ｐ型ガイド層の層厚は、５０ｎｍ以下であることが好ましい（請求項３２）。とくに、前述のようなリッジ部が形成される場合に、第２ｐ型ガイド層の層厚を５０ｎｍ以下とすることにより、リッジ部の両側の絶縁膜を発光層に一層近づけることができる。これにより、横方向の光閉じ込めを一層強化できるので、発振閾値の低減に寄与できる。
さらに、前記ｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上であり、前記第１ｐ型ガイド層および前記第２ｐ型ガイド層のｐ型不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい（請求項３３）。この構成により、ｐ型コンタクト層と第２導電性膜との接触抵抗を低減し、かつ第１および第２ｐ型ガイド層による光の吸収を抑制できる。
【００４６】
前記ｐ型半導体層の総膜厚は、１５００Å以下であることが好ましい（請求項３４）。これにより、素子の薄型化を図ることができる。
請求項３５記載の発明は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜と、前記第２導電性膜に接するように形成され、ＴｉＮを含むｐ側電極パッドとを含む、半導体レーザ素子である。
【００４７】
この構成により、第１および第２導電性膜が上部クラッド層として機能して、発光層への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜で構成された電極は、ｐ型半導体層に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【００４８】
さらに、この発明では、第２導電性膜に接して形成されたｐ側電極パッドが、ＴｉＮを含む。ｐ側電極パッド中のＴｉＮは、製造工程中の素子半製品に対して熱処理が施されたとき、第２導電性膜からの酸素原子の拡散を抑制し、ｐ側電極パッドが高抵抗化したり、ｐ側電極パッドが剥がれたりすることを抑制または防止する。たとえば、ｎ型層にオーミック接触するｎ側電極パッドを形成するために、素子半製品に対して６００℃〜７００℃の熱処理（シンター）が必要な場合がある。このような熱処理を経た後であっても、ＴｉＮを含むｐ側電極パッドを低抵抗に保つことができ、窒化物半導体積層構造に対するｐ側電極パッドの強固な密着性を保持できる。
【００４９】
より具体的には、前記ｐ側電極パッドは、前記第２導電性膜側から順に積層されたＴｉ層、ＴｉＮ層およびＡｕ層を有する積層電極膜を含むことが好ましい（請求項３６）。この構成によれば、第２導電膜中の酸素原子の拡散をＴｉＮ層で阻止できるので、素子半製品に対する熱処理（たとえば４００℃〜９００℃）が行われる場合であっても、積層電極膜からなるｐ側電極パッドを低抵抗に保つことができ、かつ窒化物半導体積層構造に対するｐ側電極パッドの強固な密着性を保持できる。Ｔｉ層およびＴｉＮ層の形成はスパッタ法で行われてもよい。また、Ａｕ層の形成は蒸着法で行われてもよい。
【００５０】
ｐ側電極パッドには、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｕ積層電極膜の他にも、ＴｉＮ単膜、第２導電性膜の表面からＴｉＮ層およびＡｕ層を順に積層した積層電極膜、第２導電性膜の表面からＴｉＮ層およびＡｌ層を順に積層した積層電極膜などを適用できる。
請求項３７記載の発明は、素子マウント面を有するマウント部材をさらに含み、前記ｐ側電極パッドが、前記素子マウント面に対向し、当該素子マウント面に接合されている、請求項３５または３６に記載の半導体レーザ素子である。この構成により、いわゆるJunction Downでマウント部材上に搭載された半導体レーザ素子を提供できる。これにより、マウント部材を介する効率的な放熱が可能であるので、発振効率を高めることができる。また、ｐ側電極パッドがＴｉＮを含むので、動作時に発生した熱の影響によって、第２導電性膜中の酸素原子がｐ側電極パッド中に拡散して抵抗値が増加したり、ｐ側電極パッドが剥がれたりすることを回避できる。前記マウント部材は、サブマウント基板であってもよいし、ステムであってもよい。
【００５１】
請求項３８記載の発明は、前記発光層に対して前記ｐ側電極パッドとは反対側において前記窒化物半導体積層構造に接合されたｎ側電極パッドをさらに含み、前記ｎ側電極パッドが、ＴｉＮを含む、請求項３５〜３７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子である。
前記ｎ側電極パッドは、前記窒化物半導体積層構造側から順に積層されたＡｌ層、ＴｉＮ層およびＡｕ層を有する積層電極膜を含むものであってもよい（請求項３９）。このほか、ｎ側電極パッドとしては、ＴｉＮ単膜、前記窒化物半導体積層構造側からＡｌ層およびＴｉＮ層を順に積層した積層電極膜、前記窒化物半導体積層構造側からＴｉＮ層およびＡｕ層を順に積層した積層電極膜などが適用されてもよい。
【００５２】
ｎ側電極パッドとしては、前述の構成のほか、前記窒化物半導体積層構造側から順に積層されたＡｌコンタクトメタル層、Ｎｉ層およびＡｕ層を有する積層電極膜を例示できる。この他にも、Ａｌコンタクトメタル層、Ｐｔ層およびＡｕ層を有する積層電極膜をｎ側電極パッドに適用してもよい。
請求項４０記載の発明は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備える窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、開口部を有する絶縁膜と、前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成された、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜と、前記第２導電性膜に接するように形成され、前記開口部に対応する領域に凹部を有するｐ側電極パッドとを含む、半導体レーザ素子である。
【００５３】
この構成により、第１および第２導電性膜が上部クラッド層として機能して、発光層への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜で構成された電極は、ｐ型半導体層に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【００５４】
また、この発明では、ｐ型半導体層上に開口部を有する絶縁膜が形成されていて、その開口部を介して第１導電性膜がｐ型半導体層に接している。これにより、電流狭窄構造が形成されているので、効率的にレーザ発振を生じさせることができる。そして、その開口部に対応する領域では、第２導電性膜に接して形成されたｐ側電極パッドに凹部が形成されている。したがって、ｐ側電極パッドを実装基板に対向させてJunction Downで接合したときに、開口部に対応する領域（レーザ発振が生じる部分）に大きな応力がかかることがない。これにより、接合時等に発光層にダメージが生じることを回避できるから、半導体レーザ素子を実装基板にJunction Downで接合して構成される製品の歩留まりおよび信頼性を向上できる。また、Junction Down接合を容易に採用できるので、放熱性に優れた製品を提供できる。
【００５５】
この発明の一実施形態では、前記開口部がストライプ状に形成されており、前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに垂直な方向の幅が前記絶縁膜の当該方向の幅以下の透明電極を形成している（請求項４１）。この場合、ストライプ方向が共振器方向となる。第１および第２導電性膜の幅が絶縁膜の幅以下であるので、開口部以外で第１導電性膜または第２導電性膜が窒化物半導体積層構造に接することはない。第１および第２導電性膜によって形成される透明電極の幅を絶縁膜の幅を超えない範囲で可能な限り大きくしておくことにより、透明電極上に形成されたｐ側電極パッドの幅も広くできる。これにより、Junction Down接合を採用したときに、ｐ側電極パッドを介する放熱がより効率的になる。
【００５６】
この発明の一実施形態では、前記開口部がストライプ状に形成されており、前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに垂直な方向の幅が前記窒化物半導体積層構造の当該方向の幅以下の透明電極を形成している（請求項４２）。この場合も、ストライプ方向が共振器方向となる。第１および第２導電性膜によって形成される透明電極は、窒化物半導体積層構造の幅を超えない範囲で可能な限り大きくしておくことが好ましい。これにより、透明電極上に形成されるｐ側電極パッドの幅を広くできるから、Junction Down接合を採用したときに、ｐ側電極パッドを介する放熱がより効率的になる。
【００５７】
前記ｐ側電極パッドの前記ストライプに直交する方向の幅が、前記透明電極の当該方向の幅以下であることが好ましい（請求項４３）。ｐ側電極パッドの幅は、透明電極の幅を超えない範囲で可能な限り大きくしておくことが好ましい。これにより、ｐ側電極パッドの幅を広くできるから、Junction Down接合を採用したときに、ｐ側電極パッドを介する放熱がより効率的になる。
【００５８】
この発明の一実施形態では、前記開口部がストライプ状に形成されており、前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに平行な方向の両端縁が、前記ストライプに平行な方向に関する前記窒化物半導体積層構造の両端面からそれぞれ後退した位置に形成された透明電極を形成している（請求項４４）。
また、この発明の他の実施形態では、前記開口部がストライプ状に形成されており、前記第１導電性膜および前記第２導電性膜は、前記ストライプに平行な方向の端縁付近における幅と当該方向の中央部における幅とが異なる透明電極を形成している（請求項４５）。
【００５９】
この発明の一実施形態では、前記ｐ型半導体層が、高さ０．５μｍ以下に形成されたストライプ状のリッジ部を含み、前記開口部が前記リッジ部の頂面を露出させるように形成されている（請求項４６）。高さ０．５μｍ以下のリッジ部は、絶縁膜の厚さよりも低い頂面を有することができる。そのため、ｐ型半導体層にリッジ部を形成しても、ｐ側電極パッドは絶縁膜の開口部に対応する領域に凹部を有することができる。よって、ｐ型半導体層にリッジ部を形成して縦方向の光閉じ込めを強化しながら、Junction Down接合に有利な構造の半導体レーザ素子を提供できる。
【００６０】
前記ｐ型半導体層は、前記開口部において露出する表面を有するｐ型コンタクト層を含むことが好ましく、この場合に、前記ｐ型コンタクト層のｐ型不純物濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい（請求項４７）。この構成により、第１導電性膜とｐ型半導体層との接触抵抗を低くすることができるので、直列抵抗が低い半導体レーザ素子を提供できる。
【００６１】
請求項４８記載の発明は、ｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上に形成されたｎ型ガイド層、このｎ型ガイド層上に形成された発光層、およびこの発光層上に形成されたｐ型半導体層を備え、共振器方向両端に一対の共振器端面を有する窒化物半導体積層構造と、前記ｐ型半導体層上に形成され、前記共振器方向に沿うストライプ状の開口部を有する絶縁膜と、前記開口部を介して前記ｐ型半導体層に接するように前記絶縁膜上に形成された、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜と、前記第１導電性膜上に形成され、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜と、前記第２導電性膜に接するように形成され、前記一対の共振器端面とそれぞれ整合する一対の端縁を有するｐ側電極パッドとを含む、半導体レーザ素子を提供する。
【００６２】
この構成により、第１および第２導電性膜が上部クラッド層として機能して、発光層への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜で構成された電極は、ｐ型半導体層に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【００６３】
また、この発明では、ｐ型半導体層上に開口部を有する絶縁膜が形成されていて、その開口部を介して第１導電性膜がｐ型半導体層に接している。これにより、電流狭窄構造が形成されているので、効率的にレーザ発振を生じさせることができる。
さらにこの発明では、ｐ側電極パッドは、一対の共振器端面とそれぞれ整合する一対の端縁を有している。換言すれば、ｐ側電極パッド６は、共振器方向の全長に渡って、第２導電性膜に接するように形成されている。これにより、共振器方向の全長に渡って、一様に電流を注入できるので、電流密度を共振器方向に関するいたるところで一様にできる。それによって、光出力特性を向上することができる。
【００６４】
この発明の一実施形態では、前記ｐ側電極パッドが、前記第２導電性膜に接する第１金属膜と、前記第１金属膜に積層された第２金属膜（耐酸化性金属材料からなることが好ましい。）とを含む積層金属膜からなり、前記第１金属膜の前記共振器方向に関する両端縁は、前記一対の共振器端面とそれぞれ整合しており、前記第２金属膜の前記共振器方向に関する両端縁は、前記一対の共振器端面からそれぞれ所定距離だけ後退した位置に配置されている（請求項４９）。
【００６５】
この構成によれば、第１金属膜は、共振器方向の全長に渡って第２導電性膜に接しているので、共振器方向のいたるところで一様に電流を注入できる。その一方で、第２金属膜の両端縁は、共振器端面から後退して配置されている。したがって、基板の劈開によって共振器端面を形成するときに、第２金属膜の影響を受けないので、良好な共振器端面を得ることができ、それによって、一層優れた特性の半導体レーザ素子を実現できる。とくに、第２金属膜が金（耐酸化性金属材料の一例）からなる場合（請求項５１）には、その延性が高いので、このような構造をとることが好ましい。
【００６６】
この発明の他の実施形態では、前記ｐ側電極パッドを構成する積層金属膜が、前記第１および第２金属膜の間に配置され、前記第２金属膜のエッチングに対する耐性を有する第３金属膜をさらに含む（請求項５０）。この構成により、第３金属膜をエッチングストッパとして利用して、第２金属膜をエッチングし、共振器端面近傍の領域を選択的に除去することができる。
【００６７】
この発明のさらに他の実施形態では、前記第１金属膜が、前記第２金属膜のエッチングに対する耐性を有している（請求項５１）。この構成により、第１金属膜をエッチングストッパとして利用して、第２金属膜をエッチングし、共振器端面近傍の領域を選択的に除去することができる。第１および第２金属膜は互いに接していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、この発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を説明するための模式的な斜視図であり、要部を切り欠いて示している。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図２に示す半導体レーザ素子の製造方法を示す図解的な断面図である。
【図４】図４は、この発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図５】図５は、この発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。
【図６】図６は、この発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。
【図７】図７は、上部クラッド層としての透明電極の層厚と閾値電流との関係を調べた結果を示す。
【図８】図８は、サブマウントにJunction Downで第３または第４の実施形態の半導体レーザ素子を接合した構造を示す図解的な断面図である。
【図９】図９は、この発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。
【図１０】図１０は、ｐ型ＧａＮコンタクト層および第２ｐ型ＧａＮガイド層の各層厚と閾値電流との関係を計算した結果を示す。
【図１１】図１１は、この発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。
【図１２Ａ】図１２Ａは、ＺｎＯ膜上にＴｉ／ＴｉＮ／Ａｕ積層電極膜からなる電極パッドを形成して抵抗特性を測定した結果を示す（実施例）。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、ＺｎＯ膜上にＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ積層電極膜からなる電極パッドを形成して抵抗特性を測定した結果を示す（比較例）。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、ＺｎＯ膜上にＴｉ／Ａｕ積層電極膜からなる電極パッドを形成して抵抗特性を測定した結果を示す（比較例）。
【図１３】図１３Ａおよび図１３Ｂは、前記抵抗特性の測定方法を説明するための断面図および平面図である。
【図１４】図１４は、サブマウントにJunction Downで前記第６の実施形態の半導体レーザ素子を接合した構造を示す図解的な断面図である。
【図１５】図１５は、この発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。
【図１６】図１６Ａは、前記第７の実施形態に係る半導体レーザ素子の図解的な平面図である。また、図１６Ｂは、その一部の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面を示す。
【図１７】図１７Ａおよび図１７Ｂは、前記第７の実施形態の第１変形例を説明するための平面図および断面図である。
【図１８】図１８Ａおよび図１８Ｂは、前記第７の実施形態の第２変形例を説明するための平面図および断面図である。
【図１９】図１９Ａおよび図１９Ｂは、前記第７の実施形態の第３変形例を説明するための平面図および断面図である。
【図２０】図２０は、前記第７の実施形態の第４変形例を示す平面図である。
【図２１】図２１は、前記第７の実施形態の第５変形例を示す平面図である。
【図２２】図２２は、前記第７の実施形態の第６変形例を示す平面図である。
【図２３】図２３は、前記第７の実施形態の第７変形例を示す平面図である。
【図２４】図２４は、この発明の第８の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な部分断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。
【図２５】図２５は、この発明の第９の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。
【図２６】図２６は、第９の実施形態に係る半導体レーザ素子の図解的な平面図である。
【図２７】図２７は、第９の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に沿った縦断面を示す。
【図２８】図２８は、共振器方向の各部における電流密度を計算したシミュレーション結果を示す。
【図２９】図２９は、第９の実施形態による光出力特性の改善を説明するための光出力特性図である。
【図３０】図３０は、この発明の第１０の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。
【図３１】図３１は、第１０の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な平面図である。
【図３２】図３２は、第１０の実施形態に係る半導体レーザ素子の共振器方向に沿う縦断面図である。
【図３３】図３３は、第９の実施形態の変形例を示す平面図である。
【図３４】図３４は、第１０の実施形態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】
【００６９】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を説明するための模式的な斜視図であり、要部を切り欠いて示してある。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
この半導体レーザ素子１０１は、基板１と、基板１上に結晶成長（エピタキシャル成長）によって形成された窒化物半導体積層構造２と、基板１の裏面（窒化物半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ側電極パッド３と、窒化物半導体積層構造２の表面に接触するように形成された絶縁膜４と、絶縁膜４上に形成されて窒化物半導体積層構造２の表面に部分的に接触するｐ側電極としての透明電極５とを備えたファブリペロー型のものである。図１では、説明の便宜上、透明電極５の一部を切り欠いて示しており、透明電極５の断面が見えている。
【００７０】
基板１は、この実施形態では、ＧａＮ単結晶基板で構成されている。この基板１は、ｍ面を主面としたものであり、この主面上における結晶成長によって、窒化物半導体積層構造２が形成されている。したがって、窒化物半導体積層構造２は、ｍ面を結晶成長主面とする窒化物半導体からなる。なお、各図では、ｍ軸方向、ｃ軸方向およびａ軸方向を指し示す矢印が図示されている。
【００７１】
窒化物半導体積層構造２は、発光層１０（活性層）と、ｎ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１２とを備えている。各図において、ドットを付した部分が発光層１０である。ｎ型半導体層１１は、発光層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１２は、発光層１０に対して透明電極５側に配置されている。こうして、発光層１０が、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層１０には、ｎ型半導体層１１から電子が注入され、ｐ型半導体層１２から正孔が注入される。これらが発光層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００７２】
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型クラッド層１４（たとえば１．０μｍ厚）およびｎ型ガイド層１５（たとえば１００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１２は、発光層１０上に形成されている。ｐ型半導体層１２は、全体で、Ｍｇを１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含んでいる。ｐ型半導体層１２は、発光層１０側から順に、ｐ型電子ブロック層１６（たとえば２０ｎｍ厚）、およびｐ型ガイド・コンタクト層１７（たとえば１００ｎｍ厚）を積層して構成されている。ｐ型ガイド・コンタクト層１７は、ｐ型半導体層１２における透明電極５側の表層部に位置している。
【００７３】
ｎ型クラッド層１４は、基板１上に形成されている。ｎ型クラッド層１４は、発光層１０からの光を当該発光層１０側へと閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。ｎ型クラッド層１４は、ＡｌＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０１８ｃｍ−３）することによってｎ型半導体とされている。ｎ型クラッド層１４は、ｎ型ガイド層１５よりもバンドギャップが広い。これにより、ｎ型クラッド層１４は、ｎ型ガイド層１５よりも十分に小さな屈折率を有するので、良好な閉じ込めを行うことができ、低閾値および高効率の半導体レーザ素子１０１を実現できる。
【００７４】
ｎ型ガイド層１５は、ｎ型クラッド層１４上に形成されている。ｎ型ガイド層１５は、発光層１０にキャリヤ（電子）を閉じ込めるためのキャリヤ閉じ込め効果を生じる半導体層である。これにより、発光層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｎ型ガイド層１５は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０１８ｃｍ−３）することによりｎ型半導体とされている。
【００７５】
発光層１０は、ｎ型ガイド層１５上に形成されている。発光層１０は、たとえばＩｎＧａＮを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple-Quantum Well）構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。発光層１０は、具体的には、ＩｎＧａＮ層（１００Å厚以下。たとえば３ｎｍ厚）とＧａＮ層（たとえば９ｎｍ厚）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成されている。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層（障壁層）として機能する。たとえば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とは交互に２〜７周期繰り返し積層されて、ＭＱＷ構造の発光層１０が構成されている。発光波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成を調整することによって、たとえば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下とされている。前記ＭＱＷ構造は、Ｉｎを含む量子井戸の数が３以下とされることが好ましい。
【００７６】
発光波長を４０５ｎｍ近傍の青紫色領域とするときには、量子井戸層におけるＩｎ組成は、６％〜８％（たとえば、７％）とするとよい。また、発光波長を４６０ｎｍ近傍の青色領域とするときには、量子井戸層におけるＩｎ組成は、１２％〜１６％（たとえば、１４％）とするとよい。また、発光波長を５３０ｎｍ近傍の緑色領域とするときには、量子井戸層におけるＩｎ組成は、２１％〜２５％（たとえば、２３％）とするとよい。
【００７７】
ｐ型電子ブロック層１６は、発光層１０上に形成されている。ｐ型電子ブロック層１６は、ＡｌＧａＮにｐ型ドーパントとしてのたとえばＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０１８ｃｍ−３）して形成されたｐ型半導体であり、発光層１０からの電子の流出を防いで、電子および正孔の再結合効率を高めている。
ｐ型ガイド・コンタクト層１７は、ｐ型電子ブロック層１６上に形成されている。ｐ型ガイド・コンタクト層１７は、透明電極５とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層（コンタクト層）としての機能を有するとともに、発光層１０にキャリヤ（正孔）を閉じ込めるためのキャリヤ閉じ込め効果を生じる半導体層としての機能をも有する層である。これにより、発光層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｐ型ガイド・コンタクト層１７は、ＩｎＧａＮからなり、ＩｎＧａＮにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇを高濃度にドープする（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０１９ｃｍ−３）ことによってｐ型半導体とされている。
【００７８】
この実施形態では、ｐ型半導体層１２は、リッジ形状等に整形されておらず、その表面は平坦面となっている。この平坦な表面に接するように絶縁膜４がｐ型半導体層１２上に形成されている。
絶縁膜４は、たとえば、ＺｒＯ２またはＳｉＯ２からなり、その厚さは、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。絶縁膜４には、開口部２０が形成されている。開口部２０は、絶縁膜４の幅方向（ａ軸方向）中間部において、ｃ軸方向（共振器方向）における絶縁膜４の全域に亘って延びる帯状（ストライプ状）に形成されている。開口部２０は、絶縁膜４を、その厚さ方向（ｍ軸方向）において貫通している。当該厚さ方向から見た平面視において、開口部２０は、ａ軸方向（共振器方向に直交する方向）において１μｍ以上１００μｍ以下の幅を有している。この幅は、ｐ型半導体層１２側へ近付くに従って狭くなっている。そのため、絶縁膜４において開口部２０を幅方向から縁取る１対の側面部は、ｐ型半導体層１２側へ近付くに従って接近する１対の傾斜面４Ａとなっている。開口部２０では、ｐ型半導体層１２のｐ型ガイド・コンタクト層１７の表面が露出されている。
【００７９】
透明電極５は、絶縁膜４上に形成されていて、開口部２０を介してｐ型半導体層１２のｐ型ガイド・コンタクト層１７にオーミック接触している。そのため、透明電極５は、絶縁膜４上に形成されているとともに、開口部２０においてｐ型半導体層１２上にも形成されている。透明電極５は、絶縁膜４側から順に第１導電性膜２１および第２導電性膜２２を積層して構成されている。透明電極５全体は、４００ｎｍ程度の厚みを有している。
【００８０】
第１導電性膜２１は、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下（好ましくは１０ｎｍ）の厚みを有する透明な酸化膜である。「透明」とは、発光層１０の発光波長に対して透明であることであり、具体的には、たとえば、発光波長の透過率が７０％以上の場合をいう。第１導電性膜２１は、絶縁膜４の表面（図２における上面）における開口部２０以外の全領域と、絶縁膜４において開口部２０を縁取る１対の傾斜面４Ａの全領域と、ｐ型ガイド・コンタクト層１７の表面において開口部２０から露出された全領域とに亘って連続して形成されている。つまり、第１導電性膜２１は、開口部２０を介してｐ型ガイド・コンタクト層１７（ｐ型半導体層１２）に接するように絶縁膜４上に形成されている。
【００８１】
第１導電性膜２１は、以下の特性（１）〜（３）を有する材料からなる。
特性（１）：電子濃度が１×１０１９ｃｍ-３以上である。
特性（２）：透過率が発光層１０の発光波長に対して７０％以上である。
特性（３）：仕事関数が５．０ｅＶ以上である。
以上の特性を有するものとして、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）系の材料が挙げられる。具体的には、この実施形態では、第１導電性膜２１は、ＩＴＯからなる。この場合、第１導電性膜２１と、これが接するｐ型半導体層１２との接触抵抗は、１×１０-３Ω・ｃｍ２以下になっている。第１導電性膜２１を構成する酸化インジウム系の材料は、Ｓｎを３％以上の組成で含んでいることが好ましい。
【００８２】
第２導電性膜２２は、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚みを有する透明な酸化膜である。つまり、第２導電性膜２２の透過率は、発光層１０の発光波長に対して７０％以上である。第２導電性膜２２は、第１導電性膜２１の表面（図２における上面）上の全域に亘って形成されている。第２導電性膜２２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）系または酸化錫（ＳｎＯ）系の材料からなる。具体的には、第２導電性膜２２は、ＧａもしくはＡｌのＩＩＩ族原子を１×１０１９ｃｍ-３以上の濃度で含むＺｎＯまたはＭｇＺｎＯからなる。第２導電性膜２２がＭｇＺｎＯからなる場合、Ｍｇ組成を変更することによって第２導電性膜２２の屈折率を調整できる。ＭｇＺｎＯにおけるＭｇ組成は、５０％以下であることが好ましい。具体的に、第２導電性膜２２を構成するＭｇＺｎＯは、ＭｇxＺｎ1-xＯ（０≦ｘ＜１）と表わすことができる。
【００８３】
透明電極５は、上部クラッド層として、ｎ型クラッド層１４との間で、発光層１０からの光を当該発光層１０側へと閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。そのため、透明電極５に含まれる第１導電性膜２１および第２導電性膜２２の屈折率は、発光層１０の屈折率より小さい。具体的には、発光層１０の屈折率が２．４であるのに対し、ＩＴＯからなる場合における第１導電性膜２１の屈折率は２．１であり、ＺｎＯからなる場合における第２導電性膜２２の屈折率は２．２である。また、ＳｉＯ２からなる場合における絶縁膜４の屈折率は１．４と小さいことから、絶縁膜４も光閉じ込め効果を生じる。
【００８４】
発光層１０からの光が透明電極５とｎ型クラッド層１４との間で閉じ込められることから、この半導体レーザ素子１０１には、ｐ型窒化物半導体からなるクラッド層（ｐ型半導体クラッド層）が存在しない。つまり、窒化物半導体積層構造２は、ｐ型半導体クラッド層を有していない。
ｎ側電極パッド３は、たとえば、基板１側から順にＡｌ層、Ｔｉ層およびＡｕ層を積層した多層構造を有しており、そのＡｌ層が基板１にオーミック接触している。
【００８５】
このような構成により、ｐ型半導体クラッド層を設けていない構造でありながら、良好な光閉じ込め効果を得ることができ、発振効率を高めて、低閾値（低ＶＦ）化に寄与することができる。また、ｐ型半導体層１２がｐ型半導体クラッド層を含まない構造であるため、透明電極５から発光層１０までの距離が短い。そのため、電流狭窄および横方向（ａ軸方向）の光閉じ込めのためにｐ型半導体層１２をリッジ形状に形成する必要がなく、また、電気抵抗も低くなる。しかも、Ａｌを含むｐ型半導体クラッド層を設けると、このｐ型半導体クラッド層自体が高抵抗層となるが、このようなｐ型半導体クラッド層を必要としない本実施形態の構成により、電気抵抗を効果的に低減できる。こうして、簡単な構成でありながら、良好な発振効率を実現でき、低閾値化を実現することができる。リッジ構造を必要としない簡単な構造であるため、製造工程も簡素化できる。
【００８６】
窒化物半導体積層構造２は、ｃ軸方向両端における劈開により形成された一対の端面２４，２５（劈開面）を有している。一対の端面２４，２５は、互いに平行であり、いずれもｃ軸方向（共振器方向）に垂直である。こうして、ｎ型ガイド層１５、発光層１０およびｐ型ガイド・コンタクト層１７によって、端面２４，２５を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、発光層１０で発生した光は、共振器端面２４，２５の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面２４，２５からレーザ光として素子外に取り出される。
【００８７】
共振器端面２４，２５は、それぞれ絶縁膜（図示せず）によって被覆されている。共振器端面２４は、＋ｃ軸側端面であり、共振器端面２５は、−ｃ軸側端面である。すなわち、共振器端面２４の結晶面は＋ｃ面であり、共振器端面２５の結晶面は−ｃ面である。−ｃ面側の絶縁膜は、アルカリに溶けるなど化学的に弱い−ｃ面を保護する保護膜として機能することができ、半導体レーザ素子１０１の信頼性の向上に寄与する。
【００８８】
＋ｃ面である共振器端面２４を被覆するように形成された絶縁膜は、たとえばＺｒＯ２の単膜からなる。これに対し、−ｃ面である共振器端面２５に形成された絶縁膜は、たとえばＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜とを交互に複数回繰り返し積層した多重反射膜で構成されている。＋ｃ面側の絶縁膜を構成するＺｒＯ２の単膜は、その厚さがλ／２ｎ１（ただし、λは発光層１０の発光波長。ｎ１はＺｒＯ２の屈折率）とされている。一方、−ｃ面側の絶縁膜を構成する多重反射膜は、膜厚λ／４ｎ２（但しｎ２はＳｉＯ２の屈折率）のＳｉＯ２膜と、膜厚λ／４ｎ１のＺｒＯ２膜とを交互に積層した構造となっている。
【００８９】
このような構造により、＋ｃ軸側の共振器端面２４における反射率は小さく、−ｃ軸側の共振器端面２５における反射率が大きくなっている。より具体的には、たとえば、共振器端面２４の反射率は２０％程度とされ、共振器端面２５における反射率は９９．５％程度（ほぼ１００％）となる。したがって、共振器端面２４から、より大きなレーザ出力が出射されることになる。すなわち、この半導体レーザ素子１０１では、共振器端面２４が、レーザ出射端面とされている。
【００９０】
このような構成によって、ｎ側電極パッド３および透明電極５を電源に接続し、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２から電子および正孔を発光層１０に注入することによって、この発光層１０内で電子および正孔の再結合を生じさせ、たとえば、波長４００ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生させることができる。この光は、ｎ型クラッド層１４と透明電極５（上部クラッド層）との間に閉じ込められ、窒化物半導体積層構造２の積層方向と垂直な共振器方向（ｃ軸方向）に伝搬する。具体的には、この光は、共振器端面２４，２５の間をガイド層１５，１７に沿ってｃ軸方向（共振器方向）に往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面２４から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００９１】
以上のように、半導体レーザ素子１０１は、ｐ型半導体クラッド層を有していない。つまり、窒化物半導体積層構造２は、ｐ型半導体クラッド層を有していない。窒化物半導体積層構造２がｐ型半導体クラッド層を有する場合には、窒化物半導体積層構造２の形成工程において、比較的低温で発光層１０を形成してから、発光層１０の場合よりも高い温度でｐ型半導体クラッド層を形成することになる。そのため、ｐ型半導体クラッド層を形成する際に、発光層１０に対して熱によるダメージが加わる虞がある。それに対して、この実施形態では、窒化物半導体積層構造２がｐ型半導体クラッド層を有していないので、窒化物半導体積層構造２の形成工程において発光層１０に対して熱によるダメージが加わるといった不具合を防止できる。
【００９２】
透明電極５は、ｎ型クラッド層１４との間で発光層１０の光を閉じ込めるために、ある程度の厚さを有する必要がある。しかし、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１は、成膜速度が遅いので、第１導電性膜２１だけで透明電極５を構成すると、透明電極５を形成するのに時間がかかってしまう。一方、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２は、成膜速度は比較的速いものの、ｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が高い。そこで、本実施形態では、透明電極５においてｐ型半導体層１２（ｐ型ガイド・コンタクト層１７）に接触する部分を酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１で構成して接触抵抗の低減が図られている。特に、第１導電性膜２１は、ＩＴＯからなるので、ｐ型半導体層１２との接触抵抗を十分に低減できる。その一方で、第１導電性膜２１と、その上に形成された酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２とを透明電極５に含ませることによって、透明電極５の形成速度の向上を図ることができる。より具体的には、第１導電性膜２１を必要最小限の膜厚に形成することにより、透明電極５の形成に要する時間を短くでき、それによって生産性を向上できる。
【００９３】
また、ｐ型ガイド・コンタクト層１７は、ＩｎＧａＮからなるので、Ａｌを含む組成の場合に比べて、低温で形成できる。そのため、発光層１０に対する熱ダメージを一層低減できる。
また、絶縁膜４は、開口部２０以外の領域において、ｐ型半導体層１２と透明電極５とを絶縁する。絶縁膜４では、開口部２０において電流狭窄を行うことができ、絶縁膜４は、上部クラッド層としての透明電極５とともに発光層１０への光閉じ込めに寄与する。絶縁膜４の厚さが２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であるから、絶縁膜４は、開口部２０以外の領域におけるｐ型半導体層１２と透明電極５との間での絶縁性を十分に確保できるとともに、ｐ型半導体層１２から透明電極５へ向かう光の閉じ込め効果の向上を図ることができる。
【００９４】
透明電極５は、ｐ型半導体層１２に電流を供給する電極となる。透明電極５は、絶縁膜４の開口部２０に入り込んでｐ型半導体層１２に接している。これにより、透明電極５とｐ型半導体層１２との電気的接続は、開口部２０内に制限されるので、電流狭窄構造を形成できる。一般的な半導体レーザ素子は、たとえばｐ型半導体層１２にリッジ部を形成することによって電流狭窄構造を形成している。ところが、リッジ部を形成するためのエッチングのときにリッジ部の側面および根元部分の半導体結晶に欠陥が生じ、これにより、デバイス特性が悪くなる虞がある。しかも、細いリッジ部を外部応力から保護して素子破壊を防ぐためには、いわゆるJunction down（接合下向き姿勢。リッジ部が実装基板に対向する姿勢）で実装基板にダイボンディングすることができず、実装状態は、いわゆるJunction up（接合上向き姿勢）に制限される。これに対して、本実施形態では、窒化物半導体積層構造２はリッジ部を有しておらず、透明電極５にもリッジ部が存在せず、透明電極５は、絶縁膜４の開口部２０を入り込んでｐ型半導体層１２に接している。そのため、リッジ部形成のためのエッチングに起因するデバイス特性悪化の懸念がなく、かつJunction down（接合下向き姿勢）の実装姿勢をとることができる。
【００９５】
そして、Junction downによって、実装基板に接合（ダイボンディング）した場合には、発光層１０で生じる熱を、透明電極５から実装基板へと効率的に逃がすことができるから、半導体レーザ素子１０１を効率的に冷却でき、これにより、素子の温度特性の向上を図ることができる。
なお、透明電極５にリッジ部分があれば、透明電極５をJunction downによって実装基板に接合することはできないので、半導体レーザ素子１０１では、ｎ側電極パッド３を、Junction upによって実装基板に接合するしかない。この場合、ｎ側電極パッド３が半導体レーザ素子１０１において発光層１０に比較的遠い位置にあるので、発光層１０の熱をｎ側電極パッド３側の実装基板へ円滑に逃がすことは困難である。
【００９６】
また、絶縁膜４の開口部２０は、比較的精度よく形成できることから、半導体レーザ素子１０１の順方向電圧（ＶＦ）が個体間でばらつくことを防止できる。
そして、第１導電性膜２１は、Ｓｎを３％以上の組成で含むので、導電性の向上を図ることができる。また、第１導電性膜２１の厚さが２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であるから、第１導電性膜２１の成膜時間を必要最小限に抑えることができるので、透明電極５の形成速度の向上を図ることができる。
【００９７】
また、第２導電性膜２２が、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の所定の厚さを有するので、透明電極５によるｎ型クラッド層１４との間での光の閉じ込め効果の向上を図ることができる。
図３は、図２に示す半導体レーザ素子の製造方法を示す図解的な断面図である。
図３を参照して、まず、ウエハ５０を準備する。ウエハ５０は、各半導体レーザ素子１０１の基板１となる。そして、ウエハ５０上に窒化物半導体積層構造２が成長させられる。窒化物半導体積層構造２のｐ型ガイド・コンタクト層１７上に、開口部２０と同じパターンのレジスト膜（図示せず）が形成される。そして、そのレジスト膜を覆い、レジスト膜が形成されていない領域でｐ型ガイド・コンタクト層１７を覆うように絶縁膜４が形成される。その後、絶縁膜４の一部をレジスト膜（図示せず）とともにリフトオフしてパターニングすることによって、図３に示すように、絶縁膜４にストライプ状の開口部２０が形成される。次いで、図２に示すように、開口部２０を介してｐ型ガイド・コンタクト層１７にオーミック接触する透明電極５が形成され、その後、基板１にオーミック接触するｎ側電極パッド３が形成される。ｎ側電極パッド３の形成は、たとえば、抵抗加熱または電子線ビームによる金属蒸着装置によって行うことができる。また、透明電極５の形成は、たとえば、スパッタ法で行うことができる。
【００９８】
次の工程は、個別素子への分割である。すなわち、ウエハ５０を、絶縁膜４の開口部２０が延びる方向（ｃ軸方向）およびこれに垂直な方向に劈開して、半導体レーザ素子１０１を構成する個々の素子が切り出される。ｃ軸方向に平行な方向に関する分割はａ面に沿って行われる。また、ｃ軸方向に垂直な方向に関する分割はｃ面に沿う劈開によって行われる。このｃ面に沿う劈開によって、＋ｃ面（劈開面）からなる共振器端面２４と、−ｃ面（劈開面）からなる共振器端面２５とが形成される（図１参照）。
【００９９】
共振器端面２４，２５には、それぞれ前述の絶縁膜が形成される（図１参照）。この絶縁膜の形成は、たとえば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）成膜法によって行うことができる。ｃ軸方向に垂直な方向に関するウエハ分割（ｃ面に沿う劈開）を行ってバー状体を形成し、このバー状体の側面（ｃ面）に絶縁膜を形成し、その後に、バー状体をａ面に沿って分割するとよい。これにより、共振器端面２４，２５への絶縁膜の形成工程を複数のチップに関して共通に行うことができる。
【０１００】
以上の結果、個々の半導体レーザ素子１０１（図１および図２参照）が完成する。
図４は、この発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する断面が示されている。図４において、前述の第１の実施形態の半導体レーザ素子１０１の各部に対応する部分には同一の参照符号を付す。この半導体レーザ素子１０２では、ｐ型半導体層１２におけるｐ型ガイド・コンタクト層１７において、平面視で、絶縁膜４において開口部２０以外の部分に一致する部分が、それ以外の部分（開口部２０に一致する部分）に比べて薄くなっている。そのため、ｐ型ガイド・コンタクト層１７において、平面視で開口部２０に一致する部分は、透明電極５側へ突出するリッジ部（凸部）４０となっていて、開口部２０内に入り込んでいる。すなわち、ｐ型ガイド・コンタクト層１７は、共振器方向に沿ってストライプ状に形成されたリッジ部４０を有している。なお、図４におけるリッジ部４０の断面は、透明電極５側へ向けて幅狭となる略等脚台形状であるが、この形状でなくてもよい。
【０１０１】
この場合、ｐ型ガイド・コンタクト層１７において平面視で開口部２０に一致しない部分が薄くなることで、絶縁膜４が発光層１０に接近する。これにより、絶縁膜４における電流狭窄の効果が高まるとともに、絶縁膜４は、発光層１０への光閉じ込めに一層効果的に寄与する。
リッジ部４０の高さは、この実施形態では、絶縁膜４の表面以下である。そして、絶縁膜４において開口部２０を縁取る傾斜面４Ａと、リッジ部４０の両側の傾斜面とによって、リッジ部４０の両側に一対の断面Ｖ字形の溝が形成されている。第１導電性膜２１は、当該一対の溝に入り込んで形成されており、その表面は平坦面となっている。この平坦な表面上に、第２導電性膜２２が形成されている。したがって、第２導電性膜２２は、平坦な表面を有している。すなわち、リッジ部４０の高さが絶縁膜４の厚さ以下であるため、透明電極５はリッジ部を有していない。そのため、ｐ型ガイド・コンタクト層１７にリッジ部４０を形成して光閉じ込めを強化した構造でありながら、Junction Downによる接合にも対応可能である。
【０１０２】
図５は、この発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。この図５において、第２の実施形態の半導体レーザ素子（図４）の各部に対応する部分は、同一参照符号で示す。
この半導体レーザ素子１０３は、基板１と、窒化物半導体積層構造２と、ｎ側電極パッド３と、絶縁膜４と、上部クラッド層としての透明電極５と、ｐ側電極パッド６とを備えている。窒化物半導体積層構造２は、基板１上に順に積層された、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２を備えている。基板１は、ｍ面を主面とするＧａＮ基板であってもよい。絶縁膜４は、たとえばＳｉＯ２からなる。
【０１０３】
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型クラッド層１４およびｎ型ガイド層１５を積層して構成されている。発光層１０は、ｎ型ガイド層１５上に形成されている。
ｐ型半導体層１２は、発光層１０上に形成された第１ｐ型ガイド層１７１と、第１ｐ型ガイド層１７１上に形成されたｐ型電子ブロック層１６と、ｐ型電子ブロック層１６上に形成された第２ｐ型ガイド層１７２とを含む。第２ｐ型ガイド層１７２は、透明電極５との電気的接続のためのコンタクト層を兼ねる。第２ｐ型ガイド層１７２には、共振器方向に沿って形成されたストライプ状のリッジ部４０が形成されている。第１ｐ型ガイド層１７１には、ｐ型不純物としてのＭｇが、たとえば１×１０１９ｃｍ−３程度の濃度でドーピングされており、その厚さは、５０ｎｍ程度である。ｐ型電子ブロック層１６は、Ａｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなり、その厚さは２０ｎｍ程度である。第２ｐ型ガイド層１７２は、第１ｐ型ガイド層１７１よりも高濃度でｐ型不純物を含む。より具体的には、第２ｐ型ガイド層１７２には、ｐ型不純物としてのＭｇが、たとえば１×１０２０ｃｍ−３以上（より具体的は、１×１０２０ｃｍ−３程度）の濃度でドーピングされている。第２ｐ型ガイド層１７２は、ｐ型電子ブロック層１６の全域を覆うように形成されており、リッジ部４０における厚さは、たとえば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下（より具体的には、２０ｎｍ程度）である。ｐ型半導体層１２は、リッジ部４０において、全体で５０ｎｍ以上（より具体的には１００ｎｍ程度）の層厚を有している。ｐ型電子ブロック層１６は、リッジ部４０の両側における第２ｐ型ガイド層１７２よりも深い位置に配置されている。すなわち、リッジ部４０の両側において、第２ｐ型ガイド層１７２は、その底部を残すように掘り込まれている。
【０１０４】
絶縁膜４は、リッジ部４０の両側に配置されていて、開口部２０からリッジ部４０を露出させている。すなわち、絶縁膜４は、リッジ部４０の両側において、第２ｐ型ガイド層１７２に接している。
透明電極５は、ｐ型半導体層１２側から順に、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２を積層して構成されている。第１導電性膜２１は、酸化インジウム系の材料（たとえばＩＴＯ）からなる。第１導電性膜２１は、より具体的には、インジウム組成が９０％以上のＩＴＯ（ＩｎxＳｎ1-xＯ。０．９≦ｘ＜１）からなっていてもよい。第１導電性膜２１は、開口部２０に入り込んで、リッジ部４０の頂面および両側面に接しており、さらに、開口部２０外の絶縁膜４の表面にまで延びて形成されている。第２導電性膜２２は、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料（たとえばＺｎＯ）からなり、第１導電性膜２１の表面全域を覆うように形成されている。第１導電性膜２１および第２導電性膜２２の合計膜厚（透明電極５の膜厚）は、４００ｎｍ以上（たとえば６００ｎｍ程度）であることが好ましい。
【０１０５】
ｐ側電極パッド６は、透明電極５にオーミック接触する金属電極であり、たとえば透明電極５の表面にＴｉ層およびＡｕ層を順に積層した積層電極膜からなっていてもよい。ｐ側電極パッド６は、共振器方向および窒化物半導体積層構造２の積層方向に直交する共振器直交方向（図５の左右方向）の幅が、透明電極５よりも狭い。換言すれば、第２導電性膜２２の共振器直交方向の幅は、ｐ側電極パッド６の共振器直交方向の幅よりも広い。
【０１０６】
このような構成の半導体レーザ素子１０３においては、第１および第２導電性膜２１，２２が上部クラッド層として機能して、発光層１０への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜２１，２２で構成された透明電極５は、ｐ型半導体層１２に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【０１０７】
さらに、この実施形態の半導体レーザ素子１０３では、ｐ型半導体層１２には、Ａｌ組成が１８％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなる電子ブロック層１６が備えられている。これにより、電子を発光層１０へと反射でき、発光層１０への電子注入効率を高めることができる。さらに、ｐ型半導体層１２には、共振器方向に延びたストライプ状のリッジ部４０が形成されており、そのリッジ部４０に第１導電性膜２１が接している。そして、そのリッジ部４０の両側に絶縁膜４が配置されて、ｐ型半導体層１２に接している。これにより、電流狭窄構造を形成でき、かつｐ型半導体層１２よりも屈折率の低い絶縁膜４を発光層１０に近づけて配置できることから、共振器直交方向（図５の左右方向）に関する発光層１０への光閉じ込めが強くなる。すなわち、リッジ部４０においてｐ型半導体層１２の層厚を５０ｎｍ以上として縦方向（窒化物半導体積層構造２の積層方向）に関する光閉じ込めを強化しながらも、絶縁膜４を発光層に近づけて横方向の光閉じ込めを強めることができるので、発振閾値の低減に寄与できる。
【０１０８】
また、電子ブロック層１６は、リッジ部４０の両側におけるｐ型半導体層１２の表面よりも深い位置において当該ｐ型半導体層１２内に配置されているから、電子ブロック層１６は、発光層１０の全領域に対向している。これにより、発光層１０への電子注入効率を高めることができる。
さらに、この実施形態の半導体レーザ素子１０３においては、ｐ型半導体層１２が、発光層１０上に形成された第１ｐ型ガイド層１７１と、この第１ｐ型ガイド層１７１上に形成された第２ｐ型ガイド層１７２とを有している。第１ｐ型ガイド層１７１および第２ｐ型ガイド層１７２は、発光層１０へのキャリヤ閉じ込めおよび光閉じ込めに寄与する。第２ｐ型ガイド層１７２は、さらに、第１導電性膜２１と接するコンタクト層としての役割をも担う。第２ｐ型ガイド層１７２は、リッジ部４０において厚さが１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とされることにより、キャリヤ閉じ込め効果および光閉じ込め効果を発揮できる。さらに、第２ｐ型ガイド層１７２は、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）が１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングされていることによって、第１導電性膜２１との接触抵抗が低減されている。ただし、ｐ型不純物を１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングしたｐ型窒化物半導体層の電気抵抗は高くなるので、その層厚を５０ｎｍ以下とすることによって、直列抵抗の低減が図られている。これにより、半導体レーザ素子１０２の直列抵抗を低減して、その発熱を抑制できるので、発振閾値の低減に寄与することができる。１０ｎｍは、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）を１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でドーピングできる窒化物半導体層の厚さの下限である。
【０１０９】
リッジ部４０における第２ｐ型ガイド層１７２が、厚さ５０ｎｍ、幅２μｍ、長さ３０μｍ（共振器長）に形成されている場合に、第２ｐ型ガイド層１７２へのｐ型不純物（たとえばＭｇ）のドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上であれば、第２ｐ型ガイド層１７２での電気抵抗を８Ω以下にできる。
また、この実施形態の半導体レーザ素子１０３においては、ｐ側電極パッド６の幅が、第２導電性膜２２の幅よりも小さいので、ｐ側電極パッド６をパターニングするときのエッチングを第２導電性膜２２で停止させることができる。すなわち、第２導電性膜２２をエッチングストッパとして利用して、ｐ側電極パッド６をパターニングできる。たとえば、ｐ側電極パッド６がＡｕ膜を含む場合、ｐ側電極パッド６を形成する工程は、Ａｕ膜（電極パッド膜）を形成する工程と、そのＡｕ膜をドライエッチング（たとえば反応性イオンエッチング）でパターニングする工程とを含む。この場合に、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料（たとえばＺｎＯ）からなる第２導電性膜２２は、Ａｕのための反応性イオンエッチングに対して耐性を有するので、Ａｕ膜のエッチングは第２導電性膜２２で停止する。もしも、電極パッド膜の下地膜が絶縁膜４（たとえば酸化シリコン膜）である場合には、この絶縁膜４は、電極パッド膜のためのエッチングに対して耐性を有しない場合がある。この場合、電極パッド膜のエッチングの際に、絶縁膜４までエッチングされてｐ型半導体層１２が露出するおそれがある。ｐ型半導体層１２が露出していると、いわゆるJunction Downによって基板上に半導体レーザ素子１０３を実装しようとすると、半田等のロウ材がｐ型半導体層１２に接し、意図しない電流経路が形成されてしまうおそれがある。これに対して、この実施形態の構成であれば、電極パッド膜のエッチングを第２導電性膜２２で確実に停止させることができるので、ｐ型半導体層１２が露出したりする不具合を回避できるから、意図しない電流経路が形成されることを抑制または防止できる。
【０１１０】
図６は、この発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。この図６において、第３の実施形態の半導体レーザ素子（図５）の各部に対応する部分は、同一参照符号で示す。
この半導体レーザ素子１０４は、ｐ型半導体層１２にリッジ部４０が形成されていない点を除いて、第３の実施形態の半導体レーザ素子１０３と同様の構成を有している。すなわち、第２ｐ型ガイド層１７２は一様な厚さに形成されており、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さに形成されている。ただし、絶縁膜４を発光層１０に十分に近づけて共振器直交方向（横方向）の光閉じ込めを十分に行うためには、ｐ型半導体層１２の全体の層厚を５０ｎｍ未満とすることが好ましい。このような構成によっても、第３の実施形態の構成と同様の技術的効果が得られる。
【０１１１】
図７は、上部クラッド層としての透明電極５の層厚と、閾値電流密度との関係を調べた結果を示す。透明電極５を厚く形成するほど光閉じ込めが強くなり、閾値電流密度が低くなっているのがわかる。ただし、透明電極５の厚さが４００ｎｍ以上の範囲では、閾値電流が飽和していることから、透明電極５を４００ｎｍ以上の厚さ（すなわち、厚さの下限が４００ｎｍ）で形成しておけばよい。このように、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２の合計膜厚（透明電極５の厚さ）を４００ｎｍ以上とすることにより、第１および第２導電性膜２１，２２（透明電極５）は、十分な光閉じ込め機能を有することができる。
【０１１２】
図８は、サブマウントにJunction Downで半導体レーザ素子１０３，１０４を接合した構造を示す図解的な断面図である。サブマウント基板６０の素子マウント面６１には、互いに絶縁された配線パターン６３Ａ，６３Ｂが形成されている。一つの配線パターン６３Ａに、半田等のロウ材６４によって、ｐ側電極パッド６が接合されている。すなわち、半導体レーザ素子１０３，１０４は、ｐ側電極パッド６をサブマウント基板６０の素子マウント面６１に対向させたJunction Down接合でサブマウント基板６０に接合されている。ｎ側電極パッド３は、ボンディングワイヤ６５によって、配線パターン６３Ｂに接続されている。
【０１１３】
この構成により、いわゆるJunction Downでサブマウント基板６０に搭載された半導体レーザ素子１０３，１０４を提供できる。これにより、サブマウント基板６０を介する効率的な放熱が可能であるので、半導体レーザ素子１０３，１０４の発振効率を高めることができる。また、ｐ側電極パッド６が第２導電性膜２２よりも幅狭であるので、半田等のロウ材６４が窒化物半導体積層構造２の領域外に流れ出ることを抑制できる。これにより、ショート等の接続不具合を抑制できる。
【０１１４】
図９は、この発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。この図９において、前述の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１０１の各部に対応する部分は、同一参照符号で示す。
この半導体レーザ素子１０５は、基板１と、窒化物半導体積層構造２と、ｎ側電極パッド３と、絶縁膜４と、上部クラッド層としての透明電極５とを備えている。窒化物半導体積層構造２は、基板１上に順に積層された、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２を備えている。基板１は、ｃ面を主面とするＧａＮ基板であってもよい。絶縁膜４は、たとえばＳｉＯ２からなる。
【０１１５】
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型クラッド層１４およびｎ型ガイド層１５を積層して構成されている。発光層１０は、ｎ型ガイド層１５上に形成されている。たとえば、ｎ型クラッド層１４はｎ型ＡｌＧａＮ層であってもよく、ｎ型ガイド層１５はｎ型ＩｎＧａＮ層であってもよい。
ｐ型半導体層１２は、発光層１０上に形成された第１ｐ型ガイド層１７１と、第１ｐ型ガイド層１７１上に形成されたｐ型電子ブロック層１６と、ｐ型電子ブロック層１６上に形成された第２ｐ型ガイド層１７２と、第２ｐ型ガイド層１７２上に形成されたｐ型コンタクト層１７３とを含む。ｐ型コンタクト層１７３は、共振器方向に沿うストライプ状のリッジ部を形成している。すなわち、ｐ型コンタクト層１７３は、ストライプ状に成形されていて、共振器直交方向の両側が第２ｐ型ガイド層１７２まで掘り切られている。
【０１１６】
第１ｐ型ガイド層１７１には、ｐ型不純物としてのＭｇが、たとえば５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の濃度でドーピングされており、その厚さは、４０ｎｍ程度である。第１ｐ型ガイド層１７１はｐ型ＧａＮ層であってもよい。ｐ型電子ブロック層１６は、Ａｌ組成が１８％〜２２％のｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなり、その厚さは２０ｎｍ程度である。第２ｐ型ガイド層１７２は、５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下の濃度で、かつ第１ｐ型ガイド層１７１よりも高濃度でｐ型不純物を含む。第２ｐ型ガイド層１７２はｐ型ＧａＮ層であってもよい。第２ｐ型ガイド層１７２は、ｐ型電子ブロック層１６の全域を覆うように形成されており、たとえば５０ｎｍ以下の厚さに形成されている。ｐ型コンタクト層１７３は、たとえばｐ型ＧａＮ層からなり、ｐ型不純物としてのＭｇが、第２ｐ型ガイド層１７２よりも高濃度にドーピングされている。たとえば、ｐ型コンタクト層１７３のｐ型不純物濃度（Ｍｇ濃度）は、１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい。ｐ型コンタクト層１７３の層厚は３０ｎｍ程度であってもよい。素子の薄型化のためには、ｐ型半導体層１２は、リッジ部を構成するｐ型コンタクト層１７３の部分において、全体で１５００Å以下の厚さに形成されることが好ましい。
【０１１７】
絶縁膜４は、リッジ部をなすｐ型コンタクト層１７３の両側に配置されていて、開口部２０からｐ型コンタクト層１７３の頂面を露出させている。すなわち、絶縁膜４は、リッジ形状のｐ型コンタクト層１７３の両側において、第２ｐ型ガイド層１７２に接している。
透明電極５は、ｐ型半導体層１２側から順に、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２を積層して構成されている。第１導電性膜２１は、酸化インジウム系の材料（たとえばＩＴＯ）からなる。第１導電性膜２１は、開口部２０に入り込んで、ｐ型コンタクト層１７３に接しており、さらに、開口部２０外の絶縁膜４の表面にまで延びて形成されている。第２導電性膜２２は、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料（たとえばＺｎＯ）からなり、第１導電性膜２１の表面全域を覆うように形成されている。
【０１１８】
このような構成の半導体レーザ素子１０４においては、第１および第２導電性膜２１，２２が上部クラッド層として機能して、発光層１０への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜２１，２２で構成された透明電極５は、ｐ型半導体層１２に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【０１１９】
さらに、この実施形態の半導体レーザ素子１０５においては、ｐ型半導体層１２には、第１および第２ｐ型ガイド層１７１，１７２の間に、ｐ型電子ブロック層１６が備えられている。これにより、電子を発光層１０へと反射でき、発光層１０への電子注入効率を高めることができる。ｐ型電子ブロック層１６を挟んで配置された第１および第２ｐ型ガイド層１７１，１７２は、発光層１０へのキャリヤ閉じ込めおよび光閉じ込めに寄与する。ｐ型コンタクト層１７３は、そのｐ型不純物濃度が高くされているので、第２導電性膜２２との接触抵抗が低くなっている。第２ｐ型ガイド層１７２はｐ型コンタクト層１７３よりもｐ型不純物濃度が低く、さらに第１ｐ型ガイド層１７１は第２ｐ型ガイド層１７２よりもｐ型不純物濃度が低い。すなわち、発光層１０に近づくほど、ｐ型不純物濃度が低くなっており、不純物による光の吸収を抑制する構造となっている。
【０１２０】
また、ｐ型コンタクト層１７３がストライプ状のリッジ部を形成しているので、当該リッジ部に電流を集中させる電流狭窄構造が形成されている。そして、リッジ部の両側に絶縁膜４が配置されているので、ｐ型コンタクト層１７３を含むｐ型半導体層１２の層厚を或る程度確保して縦方向の光閉じ込めを図りつつ、絶縁膜４を発光層１０に近づけて配置することにより横方向の光閉じ込めを強化できる。これにより、発振閾値を低減できる。とくに、第２ｐ型ガイド層１７２の層厚を５０ｎｍ以下とすることにより、リッジ部の両側の絶縁膜４を発光層１０に一層近づけることができる。これにより、横方向の光閉じ込めを一層強化できるので、発振閾値の低減に寄与できる。
【０１２１】
図１０は、ｐ型ＧａＮコンタクト層および第２ｐ型ＧａＮガイド層の各層厚と閾値電流との関係を計算した結果を示す。ｐ型ＧａＮコンタクト層１７３の層厚を３０ｎｍを基準として減らしていき、半導体レーザ素子１０５の閾値電流を計算すると、層厚の減少に伴って閾値電流が増加することが分かる。すなわち、光閉じ込めのためには、ｐ型ＧａＮコンタクト層１７３は、或る程度の層厚を有している必要がある。一方、第２ｐ型ＧａＮガイド層１７２の層厚を０ｎｍから増やしていき、半導体レーザ素子１０５の閾値電流を計算すると、層厚の増加に伴って閾値電流が増加することが分かる。したがって、第２ｐ型ＧａＮガイド層１７２の層厚をできる限り小さくして、絶縁膜４を発光層１０に近づけ、横方向の光閉じ込めを強化することで、閾値電流を低減できる。具体的には、第２ｐ型ガイド層１７２の層厚は５０ｎｍ以下が好ましく、これにより、閾値電流を十分に低くできる。
【０１２２】
図１１は、この発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。また、図１１には、ｐ側電極パッドおよびｎ側電極パッドの構造の拡大図が併せて示されている。この図１１において、前述の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子１０４（図６）の各部に対応する部分は、同一参照符号で示す。
【０１２３】
この半導体レーザ素子１０６は、基板１と、窒化物半導体積層構造２と、ｎ側電極パッド３と、絶縁膜４と、上部クラッド層としての透明電極５と、ｐ側電極パッド６とを備えている。窒化物半導体積層構造２は、基板１上に順に積層された、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２を備えている。基板１は、ｍ面を主面とするＧａＮ基板であってもよい。絶縁膜４は、たとえばＳｉＯ２からなる。
【０１２４】
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型クラッド層１４およびｎ型ガイド層１５を積層して構成されている。発光層１０は、ｎ型ガイド層１５上に形成されている。
ｐ型半導体層１２は、発光層１０上に形成された第１ｐ型ガイド層１７１と、第１ｐ型ガイド層１７１上に形成されたｐ型電子ブロック層１６と、ｐ型電子ブロック層１６上に形成された第２ｐ型ガイド層１７２とを含む。第２ｐ型ガイド層１７２は、透明電極５との電気的接続のためのコンタクト層を兼ねる。
【０１２５】
絶縁膜４には、共振器方向に沿ってストライプ状に延びる開口部２０が形成されている。この開口部２０から第２ｐ型ガイド層１７２の表面がストライプ状に露出している。すなわち、絶縁膜４は、開口部２０の両側において、第２ｐ型ガイド層１７２に接している。
透明電極５は、ｐ型半導体層１２側から順に、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２を積層して構成されている。第１導電性膜２１は、酸化インジウム系の材料（たとえばＩＴＯ）からなる。第１導電性膜２１は、開口部２０に入り込んで、第２ｐ型ガイド層１７２に接しており、さらに、開口部２０外の絶縁膜４の表面にまで延びて形成されている。第２導電性膜２２は、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料（たとえばＺｎＯ）からなり、第１導電性膜２１の表面全域を覆うように形成されている。透明電極５は、当該半導体レーザ素子１０６の発振波長の光の透過率が８０％以上であり、窒化物半導体以外の物質で構成されており、その抵抗率が１×１０−３Ω・ｃｍ以下である。
【０１２６】
ｐ側電極パッド６は、透明電極５にオーミック接触する金属電極であり、たとえば透明電極５の表面にＴｉ層７１、ＴｉＮ層７２およびＡｕ層７３を順に積層した積層電極膜からなっている。Ｔｉ層７１およびＴｉＮ層７２は、同一チャンバ内で連続して行われるスパッタ法で形成されてもよい。また、Ａｕ層７３の形成は蒸着法で行われてもよい。
ｎ側電極パッド３は、基板１にオーミック接触する金属電極であり、たとえば、基板１側から順にＡｌ層８１、ＴｉＮ層８２およびＡｕ層８３を順に積層した積層電極膜からなっている。
【０１２７】
このような構成の半導体レーザ素子１０６においては、第１および第２導電性膜２１，２２が上部クラッド層として機能して、発光層１０への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜２１，２２で構成された透明電極５は、ｐ型半導体層１２に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【０１２８】
さらに、この実施形態では、第２導電性膜２２に接して形成されたｐ側電極パッド６が、ＴｉＮ（窒化チタン）を含む。より具体的には、ｐ側電極パッド６は、第２導電性膜２２側から順に積層されたＴｉ層７１、ＴｉＮ層７２およびＡｕ層７３を有する積層電極膜からなっている。この積層電極膜中のＴｉＮ層７２は、製造工程中の素子半製品に対して熱処理が施されたとき、第２導電性膜２２からの酸素原子の拡散を抑制する。これにより、ｐ側電極パッド６が高抵抗化したり、ｐ側電極パッド６が剥がれたりすることを抑制または防止できる。たとえば、ｎ側電極パッド３を基板１にオーミック接触させるために、素子半製品に対して、たとえば４００℃〜９００℃の熱処理（シンター）が必要な場合がある。このような熱処理を経た後であっても、ＴｉＮ層７２を含むｐ側電極パッド６を低抵抗に保つことができ、窒化物半導体積層構造２に対するｐ側電極パッド６の強固な密着性を保持できる。
【０１２９】
図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、ＺｎＯ膜上に積層電極膜からなる電極パッドを形成して抵抗特性を測定した結果を示す。測定は、図１３Ａの断面図および図１３Ｂの平面図に示すように、ＩＴＯ膜（１０ｎｍ厚）上にＺｎＯ膜（６０ｎｍ厚）を形成し、さらにその表面に接触するように一対の電極パッドを形成した測定用試料を用いて行った。一対の電極パッドは、４０μｍ（短辺）×１００μｍ（長辺）の矩形に形成し、それらの各一つの長辺が平行な状態で４０μｍの間隔を開けて対向するように形成した。一対の電極パッド間に電圧を印加したときに、それら一対の電極パッド間に流れる電流を測定した結果が、図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示されている。測定は、熱処理前（シンター前）と熱処理後（シンター後）とに行った。熱処理温度は、約６００℃とした。図１２Ａは、ＺｎＯ膜の表面から順にＴｉ膜（５０ｎｍ厚）、ＴｉＮ膜（５０ｎｍ厚）およびＡｕ膜（５００ｎｍ厚）を順に積層した積層電極膜で一対の電極パッドを形成したときの測定結果である（実施例）。図１２Ｂは、ＺｎＯ膜の表面から順にＴｉ膜（５０ｎｍ厚）、Ｎｉ膜（５０ｎｍ厚）およびＡｕ膜（５００ｎｍ厚）を順に積層した積層電極膜で一対の電極パッドを形成したときの測定結果である（比較例）。図１２Ｃは、ＺｎＯ膜の表面から順にＴｉ膜（５０ｎｍ厚）およびＡｕ膜（５００ｎｍ厚）を順に積層した積層電極膜で一対の電極パッドを形成したときの測定結果である（比較例）。
【０１３０】
図１２Ｂおよび図１２Ｃに示す比較例では、熱処理前よりも熱処理後の方が電気抵抗が高くなってしまっている。これは、ＺｎＯ膜中の酸素原子の拡散によって、電極パッドの電気抵抗が高くなってしまったためと考えられる。これに対して、図１２Ａに示す実施例では、熱処理前よりも熱処理後の方が電気抵抗が低くなっており、良好な抵抗特性を有している。これは、電極パッド中のＴｉＮ膜によって酸素原子の拡散が抑制された結果であると考えられる。
【０１３１】
このように、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２に接するｐ側電極パッド６を、ＴｉＮを含む構成、とくにＴｉＮ層を含む構成とすることによって、抵抗特性を向上できる。
ｐ側電極パッド６には、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｕ積層電極膜の他にも、ＴｉＮ単膜、第２導電性膜２２の表面からＴｉＮ層およびＡｕ層を順に積層した積層電極膜、第２導電性膜２２の表面からＴｉＮ層およびＡｌ層を順に積層した積層電極膜などを適用できる。
【０１３２】
ｎ側電極パッド３についても、ＴｉＮ単膜、前記窒化物半導体積層構造側からＡｌ層およびＴｉＮ層を順に積層した積層電極膜、前記窒化物半導体積層構造側からＴｉＮ層およびＡｕ層を順に積層した積層電極膜などが適用されてもよい。その他、基板１の表面からＴｉ層およびＡｌ層を積層した積層電極膜や、Ａｌ単膜などもｎ側電極パッド３として使用できる。さらに、ｎ側電極パッド３としては、前述の構成のほか、窒化物半導体積層構造２側から順に積層されたＡｌコンタクトメタル層、Ｎｉ層およびＡｕ層を有する積層電極膜を例示できる。この他にも、Ａｌコンタクトメタル層、Ｐｔ層およびＡｕ層を有する積層電極膜をｎ側電極パッドに適用してもよい。Ａｌを用いる場合には、シンターが必要となる。
【０１３３】
図１４は、サブマウントにJunction Downで半導体レーザ素子１０６を接合した構造を示す図解的な断面図である。サブマウント基板９０の素子マウント面９１には、互いに絶縁された配線パターン９３Ａ，９３Ｂが形成されている。一つの配線パターン９３Ａに、Ａｕ−Ｓｎ合金等のロウ材９４によって、ｐ側電極パッド６が接合されている。すなわち、半導体レーザ素子１０５は、ｐ側電極パッド６をサブマウント基板９０の素子マウント面９１に対向させたJunction Down接合でサブマウント基板９０に接合されている。ｎ側電極パッド３は、Ａｕワイヤ等のボンディングワイヤ９５によって、別の配線パターン９３Ｂに接続されている。サブマウント基板９０は、たとえばＡｌＮからなる。また、配線パターン９３Ａ，９３Ｂは、たとえば素子マウント面９１側から順にＴｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を積層した積層金属膜からなる。
【０１３４】
この構成により、いわゆるJunction Downでサブマウント基板９０に搭載された半導体レーザ素子１０５を提供できる。これにより、サブマウント基板９０を介する効率的な放熱が可能であるので、半導体レーザ素子１０５の発振効率を高めることができる。また、ｐ側電極パッド６がＴｉＮを含むので、動作時に発生した熱の影響によって、第２導電性膜２中の酸素原子がｐ側電極パッド６中に拡散して抵抗値が増加したり、ｐ側電極パッド６が剥がれたりすることを回避できる。
【０１３５】
図１５は、この発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。この図１５において、前述の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子１０６（図１１）の各部に対応する部分は、同一参照符号で示す。
この半導体レーザ素子１０７は、基板１と、窒化物半導体積層構造２と、ｎ側電極パッド３と、絶縁膜４と、上部クラッド層としての透明電極５と、ｐ側電極パッド６とを備えている。窒化物半導体積層構造２は、基板１上に順に積層された、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２を備えている。基板１は、ｍ面を主面とするＧａＮ基板であってもよい。絶縁膜４は、たとえばＳｉＯ２からなる。
【０１３６】
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型クラッド層１４およびｎ型ガイド層１５を積層して構成されている。発光層１０は、ｎ型ガイド層１５上に形成されている。
ｐ型半導体層１２は、発光層１０上に形成された第１ｐ型ガイド層１７１と、第１ｐ型ガイド層１７１上に形成されたｐ型電子ブロック層１６と、ｐ型電子ブロック層１６上に形成された第２ｐ型ガイド層１７２とを含む。第２ｐ型ガイド層１７２は、透明電極５との電気的接続のためのｐ型コンタクト層を兼ねる。このｐ型コンタクト層を兼ねる第２ｐ型ガイド層１７２は、１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でｐ型不純物（たとえばＭｇ）がドープされていることが好ましい。これにより、第１導電性膜２１とｐ型半導体層１２との接触抵抗を低くすることができるので、直列抵抗が低い半導体レーザ素子を提供できる。
【０１３７】
絶縁膜４には、共振器方向に沿ってストライプ状に延びる開口部２０が形成されている。この開口部２０から第２ｐ型ガイド層１７２の表面がストライプ状に露出している。すなわち、絶縁膜４は、開口部２０の両側において、第２ｐ型ガイド層１７２に接している。
透明電極５は、ｐ型半導体層１２側から順に、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２を積層して構成されている。第１導電性膜２１は、酸化インジウム系の材料（たとえばＩＴＯ）からなる。第１導電性膜２１は、開口部２０に入り込んで、第２ｐ型ガイド層１７２に接しており、さらに、開口部２０外の絶縁膜４の表面にまで延びて形成されている。第２導電性膜２２は、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料（たとえばＺｎＯ）からなり、第１導電性膜２１の表面全域を覆うように形成されている。第２導電性膜２２の表面には、開口部２０に対応したストライプ状の凹部が形成されている。透明電極５は、当該半導体レーザ素子１０７の発振波長の光の透過率が８０％以上であり、窒化物半導体以外の物質で構成されており、その抵抗率が１×１０−３Ω・ｃｍ以下である。
【０１３８】
ｐ側電極パッド６は、透明電極５にオーミック接触する金属電極であり、たとえば透明電極５の表面にＴｉ層、ＴｉＮ層およびＡｕ層を順に積層した積層電極膜からなっている。ｐ側電極パッド６の表面には、開口部２０に対応したストライプ状の凹部が形成されている。
図１６Ａは、この実施形態に係る半導体レーザ素子１０７の図解的な平面図である。また、図１６Ｂは、半導体レーザ素子１０７の一部の模式的な断面図であり、ストライプ状の開口部２０に平行な共振器方向に直交する切断面を示す。絶縁膜４は、ほぼ矩形に形成されており、共振器方向に直交する共振器直交方向（窒化物半導体積層構造２の積層方向とも直交する方向）の幅が、窒化物半導体積層構造２の共振器直交方向の幅よりも小さい。すなわち、絶縁膜４の共振器方向に平行な両側縁は、窒化物半導体積層構造２の両側縁からそれぞれ内方に後退して配置されている。また、絶縁膜４は、共振器方向の端縁が、窒化物半導体積層構造２の同方向の端縁と整合している。
【０１３９】
透明電極５の共振器直交方向の幅は、絶縁膜４の同方向の幅よりも小さい。すなわち、透明電極５は、共振器方向に平行な両側縁が、絶縁膜４の両側縁から後退して配置されている。さらに具体的には、透明電極５は、共振器方向両端部の幅が、共振器方向中央部の幅よりも狭くなっている。すなわち、透明電極５は、共振器方向両端部に一対の幅狭部５ｎを有し、この一対の幅狭部５ｎの間の中央部に幅広部５ｗを有している。幅狭部５ｎおよび幅広部５ｗはそれぞれ矩形状に形成されている。幅狭部５ｎの端縁は、窒化物半導体積層構造２の端縁と整合している。幅広部５ｗの共振器方向に関する両端縁は、窒化物半導体積層構造２の同方向に関する両端縁からそれぞれ後退して配置されている。
【０１４０】
ｐ側電極パッド６は、ほぼ矩形状に形成されており、共振器直交方向に関する幅が透明電極５の幅広部５ｗの同方向に関する幅よりも小さく、共振器方向に関する長さが透明電極５の幅広部５ｗの同方向に関する長さよりも短い。すなわち、ｐ側電極パッド６は、透明電極５の幅広部５ｗよりも一回り小さな矩形状に形成されていて、その両側縁および両端縁は、透明電極５の幅広部５ｗの両側縁および両端縁からそれぞれ後退して配置されている。
【０１４１】
このような構成の半導体レーザ素子１０７においては、第１および第２導電性膜２１，２２が上部クラッド層として機能して、発光層１０への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜２１，２２で構成された透明電極５は、ｐ型半導体層１２に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【０１４２】
また、この半導体レーザ素子１０７では、ｐ型半導体層１２上に開口部２０を有する絶縁膜４が形成されていて、その開口部２０を介して第１導電性膜２１がｐ型半導体層１２に接している。これにより、電流狭窄構造が形成されているので、効率的にレーザ発振を生じさせることができる。そして、その開口部２０に対応する領域では、第２導電性膜２２に接して形成されたｐ側電極パッド６に凹部が形成されている。したがって、ｐ側電極パッド６を実装基板に対向させてJunction Downで接合したときに、開口部２０に対応する領域（レーザ発振が生じる部分）に大きな応力がかかることがない。これにより、接合時等に発光層１０にダメージが生じることを回避できるから、半導体レーザ素子を実装基板にJunction Downで接合して構成される製品の歩留まりおよび信頼性を向上できる。また、Junction Down接合を容易に採用できるので、放熱性に優れた製品を提供できる。
【０１４３】
また、この実施形態では、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２は、共振器直交方向の幅が、絶縁膜４の当該方向の幅以下の透明電極５を形成している。したがって、開口部２０以外で第１導電性膜２１または第２導電性膜２２が窒化物半導体積層構造２に接することはない。透明電極５の幅を絶縁膜４の幅を超えない範囲で可能な限り大きくしておくことにより、透明電極５上に形成されたｐ側電極パッド６の幅も広くできる。また、絶縁膜４の幅は、窒化物半導体積層構造２の幅以下となるので、結局、透明電極５の幅は、窒化物半導体積層構造２の幅以下となる。透明電極５は、窒化物半導体積層構造２の幅を超えない範囲で可能な限り大きくしておくことが好ましい。これにより、透明電極５上に形成されるｐ側電極パッド６の幅を広くできるから、Junction Down接合を採用したときに、ｐ側電極パッド６を介する放熱がより効率的になる。
【０１４４】
このような観点からは、図１７Ａ（平面図）および図１７Ｂ（共振器方向に垂直な断面図）に示す第１変形例のように、ｐ型半導体層１２の表面の全域に絶縁膜４を形成し、この絶縁膜４の表面全域に透明電極５を形成するとよい。これにより、ｐ側電極パッド６の面積を最大化できる。ｐ側電極パッド６の幅は、透明電極５の幅を超えない範囲で可能な限り大きくしておくことが好ましい。これにより、ｐ側電極パッド６の幅を広くできるから、Junction Down接合を採用したときに、ｐ側電極パッド６を介する放熱がより効率的になる。
【０１４５】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、第２変形例を説明するための平面図および断面図である。この例では、絶縁膜４がｐ型半導体層１２の表面全域を覆うように形成されている点が、図１６Ａおよび図１６Ｂに示した例と異なる。
図１９Ａおよび図１９Ｂは、第３変形例を説明するための平面図および断面図である。この例では、透明電極５の幅広部５ｗの幅が絶縁膜４の幅と等しく、幅広部５ｗの両側縁が絶縁膜４の両側縁にそれぞれ整合している点が、図１６Ａおよび図１６Ｂに示した例と異なる。
【０１４６】
図２０は、第４変形例を説明するための平面図である。この例では、ｐ側電極パッド６が透明電極５の幅広部５ｗの表面全域を覆うように形成されている点が、図１６Ａおよび図１６Ｂに示した例と異なる。
図２１は、第５変形例を示す平面図である。この例では、絶縁膜４の共振器方向両端縁がｐ型半導体層１２の同方向の両端縁から後退している点が、図２０に示した例と異なる。
【０１４７】
図２２は、第６変形例を示す平面図である。この例では、絶縁膜４がｐ型半導体層１２の表面全域を覆うように形成されており、透明電極５の幅広部５ｗの両側縁が絶縁膜４の両側縁と整合（したがって、窒化物半導体積層構造２の両側縁と整合）している点が、図１６Ａおよび図１６Ｂに示した例と異なる。
図２３は、第７変形例を示す平面図である。この例では、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２によって形成される透明電極５は、共振器方向に平行な方向の両端縁が、同方向に関する窒化物半導体積層構造２の両端面からそれぞれ後退した位置に配置されている。換言すれば、この例の透明電極５は、図１６Ａに示した透明電極５における幅広部５ｗのみを有している。また、この例では、絶縁膜４は、ｐ型半導体層１２の表面全域を覆うように形成されている。したがって、共振器方向両端部では、透明電極５がｐ型半導体層１２に接しておらず、非注入構造となっている。
【０１４８】
このように、絶縁膜４、透明電極５およびｐ側電極パッド６の形状および配置に関して、様々な変形が可能である。
図２４は、この発明の第８の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な部分断面図であり、共振器方向に直交する切断面が示されている。図２４において、前述の図１６Ｂに示した各部に対応する部分は同一参照符号で示す。
【０１４９】
この第８の実施形態に係る半導体レーザ素子１０８においては、ｐ型半導体層１２が、高さ０．５μｍ以下に形成されたストライプ状のリッジ部４０を含む。そして、絶縁膜４の開口部２０がリッジ部４０の頂面を露出させるように形成されている。より具体的には、ｐ型コンタクト層を兼ねる第２ｐ型ガイド層１７２が掘り込まれて、この第２ｐ型ガイド層１７２に、高さ０．５μｍ以下のリッジ部４０が形成されている。リッジ部４０の両側の堀込み部には絶縁膜４が配置されている。これにより、絶縁膜４を発光層１０に近づけることができるので、共振器直交方向に関する光閉じ込めを強化して、閾値を低減することができる。
【０１５０】
一方、高さ０．５μｍ以下のリッジ部４０は、絶縁膜４の表面よりも低い頂面を有している。そのため、ｐ型半導体層１２にリッジ部４０を形成しても、ｐ側電極パッド６は絶縁膜４の開口部２０に対応する領域に凹部を有する。よって、ｐ型半導体層１２にリッジ部４０を形成して縦方向の光閉じ込めを強化しながら、Junction Down接合に有利な構造の半導体レーザ素子１０８を提供できる。
【０１５１】
図２５は、この発明の第９の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。図２５において、前述の第７の実施形態に係る半導体レーザ素子１０７（図１５）の各部に対応する部分は、同一参照符号で示す。
この半導体レーザ素子１０９は、基板１と、窒化物半導体積層構造２と、ｎ側電極パッド３と、絶縁膜４と、上部クラッド層としての透明電極５と、ｐ側電極パッド６とを備えている。窒化物半導体積層構造２は、基板１上に順に積層された、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２を備えている。基板１は、ｍ面を主面とするＧａＮ基板であってもよい。絶縁膜４は、たとえばＳｉＯ２からなる。
【０１５２】
ｎ型半導体層１１は、基板１側から順に、ｎ型クラッド層１４およびｎ型ガイド層１５を積層して構成されている。発光層１０は、ｎ型ガイド層１５上に形成されている。
ｐ型半導体層１２は、発光層１０上に形成された第１ｐ型ガイド層１７１と、第１ｐ型ガイド層１７１上に形成されたｐ型電子ブロック層１６と、ｐ型電子ブロック層１６上に形成された第２ｐ型ガイド層１７２とを含む。第２ｐ型ガイド層１７２は、透明電極５との電気的接続のためのｐ型コンタクト層を兼ねる。このｐ型コンタクト層を兼ねる第２ｐ型ガイド層１７２は、１×１０２０ｃｍ−３以上の濃度でｐ型不純物（たとえばＭｇ）がドープされていることが好ましい。これにより、第１導電性膜２１とｐ型半導体層１２との接触抵抗を低くすることができるので、直列抵抗が低い半導体レーザ素子を提供できる。
【０１５３】
絶縁膜４には、共振器方向に沿ってストライプ状に延びる開口部２０が形成されている。この開口部２０から第２ｐ型ガイド層１７２の表面がストライプ状に露出している。すなわち、絶縁膜４は、開口部２０の両側において、第２ｐ型ガイド層１７２に接している。
透明電極５は、ｐ型半導体層１２側から順に、第１導電性膜２１および第２導電性膜２２を積層して構成されている。第１導電性膜２１は、酸化インジウム系の材料（たとえばＩＴＯ）からなる。第１導電性膜２１は、開口部２０に入り込んで、第２ｐ型ガイド層１７２に接しており、さらに、開口部２０外の絶縁膜４の表面にまで延びて形成されている。第２導電性膜２２は、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料（たとえばＺｎＯ）からなり、第１導電性膜２１の表面全域を覆うように形成されている。第２導電性膜２２の表面には、開口部２０に対応したストライプ状の凹部が形成されている。透明電極５は、当該半導体レーザ素子１０９の発振波長の光の透過率が８０％以上であり、窒化物半導体以外の物質で構成されており、その抵抗率が１×１０−３Ω・ｃｍ以下である。
【０１５４】
ｐ側電極パッド６は、透明電極５にオーミック接触する金属電極であり、たとえば透明電極５の表面にＴｉ層１２１（第１金属膜）およびＡｕ層１２２（第２金属膜）を順に積層した積層金属膜からなっている。たとえば、Ｔｉ層１２１の層厚は５０ｎｍ程度、Ａｕ層１２２の層厚は５００ｎｍ程度であってもよい。Ｔｉ層１２１は、スパッタ法で形成されてもよい。また、Ａｕ層１２２の形成は蒸着法で行われてもよい。ｐ側電極パッド６の表面には、開口部２０に対応したストライプ状の凹部が形成されている。
【０１５５】
図２６は、この実施形態に係る半導体レーザ素子１０９の図解的な平面図である。また、図２７は、半導体レーザ素子１０９の模式的な断面図であり、ストライプ状の開口部２０に平行な共振器方向に沿った縦断面を示す。
絶縁膜４は、窒化物半導体積層構造２の全面を覆うように形成されている。すなわち、絶縁膜４は、ほぼ矩形に形成されており、共振器方向に関する両端縁が窒化物半導体積層構造２の両端縁（すなわち、一対の共振器端面）にそれぞれ整合しており、共振器方向に直交する共振器直交方向（窒化物半導体積層構造２の積層方向とも直交する方向）の幅が、窒化物半導体積層構造２の共振器直交方向の幅に等しい。
【０１５６】
透明電極５の共振器直交方向の幅は、絶縁膜４の同方向の幅よりも小さい。すなわち、透明電極５は、共振器方向に平行な両側縁が、絶縁膜４の両側縁から後退して配置されている。さらに具体的には、透明電極５は、共振器方向両端部の幅が、共振器方向中央部の幅よりも狭くなっている。すなわち、透明電極５は、共振器方向両端部に一対の幅狭部５ｎを有し、この一対の幅狭部５ｎの間の中央部に幅広部５ｗを有している。幅狭部５ｎおよび幅広部５ｗはそれぞれ矩形状に形成されている。幅狭部５ｎの端縁は、窒化物半導体積層構造２の端縁（すなわち、共振器端面２４，２５）と整合している。したがって、透明電極５は、共振器方向の全長に渡っており、その両端縁が一対の共振器端面２４，２５とそれぞれ整合している。幅広部５ｗの共振器方向に関する両端縁は、窒化物半導体積層構造２の同方向に関する両端縁からそれぞれ後退して配置されている。
【０１５７】
ｐ側電極パッド６は、透明電極５と同様な形状を有している。すなわち、ｐ側電極パッド６は、共振器方向両端部に一対の幅狭部６ｎを有し、この一対の幅狭部５ｎの間の中央部に幅広部６ｗを有している。幅狭部６ｎおよび幅広部６ｗはそれぞれ矩形状に形成されている。幅狭部６ｎの端縁は、窒化物半導体積層構造２の端縁（すなわち共振器端面２３，２４）と整合している。したがって、ｐ型電極パッド６は、共振器方向の全長に渡っており、その両端縁が一対の共振器端面２４，２５とそれぞれ整合している。幅狭部６ｎの共振器方向に沿う両側縁は、透明電極５の幅狭部５ｎにおける対応する両側縁からそれぞれ内方に所定距離だけ後退して配置されている。幅広部６ｗの共振器方向に関する両端縁は、透明電極５の幅広部５ｗにおける対応する両端縁からそれぞれ所定距離だけ後退して配置されている。この実施形態では、ｐ側電極パッド６を構成するＴｉ層１２１およびＡｕ層１２２が同一パターンに形成されている。
【０１５８】
このような構成の半導体レーザ素子１０９においては、第１および第２導電性膜２１，２２が上部クラッド層として機能して、発光層１０への光閉じ込めに寄与する。また、酸化インジウム系の材料からなる第１導電性膜２１はｐ型窒化物半導体に対する接触抵抗が低く、酸化亜鉛系、酸化ガリウム系または酸化錫系の材料からなる第２導電性膜２２は成長速度が速い。そのため、第１および第２導電性膜２１，２２で構成された透明電極５は、ｐ型半導体層１２に対する接触抵抗が低く、かつ短時間で光閉じ込めに必要な厚さに形成できる。
【０１５９】
また、この半導体レーザ素子１０９では、ｐ型半導体層１２上に開口部２０を有する絶縁膜４が形成されていて、その開口部２０を介して第１導電性膜２１がｐ型半導体層１２に接している。これにより、電流狭窄構造が形成されているので、効率的にレーザ発振を生じさせることができる。そして、その開口部２０に対応する領域では、第２導電性膜２２に接して形成されたｐ側電極パッド６に凹部が形成されている。したがって、ｐ側電極パッド６を実装基板に対向させてJunction Downで接合したときに、開口部２０に対応する領域（レーザ発振が生じる部分）に大きな応力がかかることがない。これにより、接合時等に発光層１０にダメージが生じることを回避できるから、半導体レーザ素子を実装基板にJunction Downで接合して構成される製品の歩留まりおよび信頼性を向上できる。また、Junction Down接合を容易に採用できるので、放熱性に優れた製品を提供できる。
【０１６０】
また、この実施形態では、図２７に最も良く表れているとおり、共振器方向の全長に渡って、すなわち、一方の共振器端面２４から他方の共振器端面２５に至る範囲に亘って、積層金属膜からなるｐ側電極パッド６が延びている。これにより、共振器方向の全長に渡るいたる箇所で電流密度を一様にすることでき、それによって、優れた特性の半導体レーザ素子１０９を実現することができる。
【０１６１】
図２８は、共振器方向の各部における電流密度（ｐ型半導体層１２と透明電極５との界面における電流密度）を計算したシミュレーション結果を示す。曲線Ｌ１は、図２５等に示す本実施形態の構成の場合を示す。また、曲線Ｌ２は図１５等に示す第７の実施形態の構成の場合、すなわち、ｐ側電極パッド６の両端縁を共振器端面から後退して配置した構成の場合の電流密度を示す。ｐ側電極パッド６の両端縁を共振器端面から後退して配置した構成（曲線Ｌ２）では、共振器端面付近において電流密度が大きく落ち込んでいる。これは、透明電極膜５の比抵抗がｐ側電極パッド６の比抵抗に比較して高く、そのため、共振器端面付近の領域への電流供給が不足しているからである。とくに、第２導電性膜２２を構成する材料の比抵抗が高く、たとえばＺｎＯの比抵抗は５×１０−４Ω・cmであり、金属に比較して二桁程度高い。加えて、ｐ側電極パッド６の端縁付近には電界集中に起因するピークが表れている。このように、共振器方向に関して電流密度が一様になっていない。これに対して、本実施形態の構成（曲線Ｌ１）では、共振器方向に関して、共振器方向の全長（たとえば３００μｍ）に渡って、電流密度を一様にすることができる。
【０１６２】
図２９は、本実施形態による光出力特性の改善を説明するための光出力特性図であり、電流Ｉに対する光強度Ｐの関係が示されている。本実施形態の構成によれば、しきい値電流Ｉｔｈ以上の範囲において、電流Ｉに対して光強度がリニアに変化する。これに対して、ｐ側電極パッドの両端縁を共振器端面から後退して配置した場合には、しきい値電流Ｉｔｈの付近の低出力領域ＲＬにおいて、点線で示すように、Ｌ字状のキンク（曲がり）が生じる。そのため、低出力領域ＲＬでのレーザ発振が不可能になる。したがって、本実施形態の構成により、光出力特性が改善され、低出力から高出力までの広い範囲で、光出力のリニアリティを確保できる。
【０１６３】
なお、この実施形態において、ｐ側電極パッド６を構成する積層金属膜は、Ｔｉ／Ａｕ膜である必要はなく、この他にも、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｕ膜、ＴｉＮ／Ａｕ膜、ＴｉＮ／Ａｌ膜、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ膜、Ｐｔ／Ａｕ膜、Ｐｄ／Ａｕ膜等を例示できる。
図３０は、この発明の第１０の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図であり、図３１は、その模式的な平面図であり、図３２は、その共振器方向に沿う縦断面図である。図３０〜図３２において、前述の図２５〜図２７に示された各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。
【０１６４】
この半導体レーザ素子１１０においては、ｐ側電極パッド６は、共振器方向両端部に一対の幅狭部６ｎを有し、この一対の幅狭部５ｎの間の中央部に幅広部６ｗを有している。幅狭部６ｎおよび幅広部６ｗはそれぞれ矩形状に形成されている。幅狭部６ｎの端縁は、窒化物半導体積層構造２の端縁（すなわち共振器端面２４，２５）と整合している。したがって、ｐ型電極パッド６は、共振器方向の全長に渡っており、その両端縁が一対の共振器端面２４，２５とそれぞれ整合している。幅狭部６ｎの共振器方向に沿う両側縁は、透明電極５の幅狭部５ｎにおける対応する両側縁からそれぞれ内方に所定距離だけ後退して配置されている。幅広部６ｗの共振器方向に関する両端縁は、透明電極５の幅広部５ｗにおける対応する両端縁からそれぞれ所定距離だけ後退して配置されている。
【０１６５】
この実施形態では、ｐ側電極パッド６は、透明電極５の表面にＴｉ層１２１（第１金属膜）、Ｎｉ層１２３（第３金属膜）およびＡｕ層１２２（第２金属膜）を順に積層した積層金属膜からなっている。たとえば、Ｔｉ層１２１の層厚は５０ｎｍ程度、Ｎｉ層１２３の層厚は５０ｎｍ程度、Ａｕ層１２２の層厚は５００ｎｍ程度であってもよい。Ｔｉ層１２１およびＮｉ層１２３は、同一チャンバ内で連続して行われるスパッタ法で形成されてもよい。また、Ａｕ層１２２の形成は蒸着法で行われてもよい。そして、この実施形態では、Ｔｉ層１２１およびＮｉ層１２３は同一形状に形成されており、Ａｕ層１２２はそれらとは異なる形状に形成されている。より具体的には、電極パッド６の幅広部６ｗは、Ｔｉ層１２１、Ｎｉ層１２３およびＡｕ層１２３の積層金属膜で構成されている一方、幅狭部６ｎはＴｉ層１２１およびＮｉ層１２３の積層金属膜で構成されていてＡｕ層が形成されていない。換言すれば、Ａｕ層１２２の共振器方向に関する両端縁は一対の共振器端面２４，２５からそれぞれ内方に所定距離（たとえば２５μｍ）だけ後退して配置されている。Ａｕ層１２２の端縁が共振器端面２４，２５から後退して配置されている限りにおいて、幅狭部６ｎの一部がＴｉ層１２１、Ｎｉ層１２３およびＡｕ層１２２を積層した積層金属膜で構成されていても差し支えない。
【０１６６】
Ｎｉ層１２３は、Ａｕ層１２２をドライエッチング（たとえば反応性イオンエッチング）によってパターニングするときに、エッチングストップ層として機能することができる。すなわち、Ｎｉ層１２３は、Ａｕ層１２２のエッチングに対して耐性を有する金属膜である。
このような構成により、第９の実施形態の場合と同じく、透明電極５に対して、共振器方向の全長に渡って、金属からなるｐ側電極パッド６が接している。それにより、共振器方向の至るところで電流密度を一様にできるので、光出力特性を向上できる。さらに、この実施形態では、Ａｕ層１２２の共振器方向に関する端縁が共振器端面２４，２５から後退している。そのため、半導体レーザ素子１１０の製造工程において、基板１を劈開して共振器端面２４，２５を形成するときに、Ａｕ層１２２がその延性によって延びて共振器端面２４，２５を覆うような事態を回避できる。すなわち、ｐ側電極パッド６を構成する積層金属膜を形成した後に、Ａｕ層１２２の一部（共振器端面付近）が選択的にエッチング除去される。その後に、基板１の劈開による共振器端面２４，２５の形成が行われる。こうして、Ａｕ層１２２の影響を受けることなく良好な共振器端面２４，２５を形成できるので、より一層優れた特性の半導体レーザ素子を実現できる。
【０１６７】
なお、この実施形態において、ｐ側電極パッド６を構成する積層金属膜は、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜である必要はなく、この他にも、Ｎｉ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ膜、Ｐｔ／Ａｕ膜、Ｐｄ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｃｒ／Ａｕ膜、Ｃｒ／Ａｕ膜等を例示できる。また、透明電極５に接する第１金属膜をＡｕ層１２２のエッチングに対する耐性を有する材料（たとえばＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ等）で構成する場合には、ｐ側電極パッド６を３層構造とする必要はなく、第１金属膜に接するようにＡｕ層を形成して、２層構造の積層金属膜でｐ側電極パッド６を形成してもよい。
【０１６８】
以上、この発明の１０個の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、窒化物半導体積層構造２および透明電極５を構成する各層や膜についての厚さや不純物濃度等は一例であり、適宜適切な値を選択して用いることができる。また、ｎ型クラッド層１４は、必ずしもＡｌＧａＮの単層である必要はなく、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とで構成された超格子層としてもよい。
【０１６９】
また、前述の実施形態では、窒化物半導体としてＡｌＧａＮやＧａＮ等を例示したが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の窒化物半導体が用いられてもよい。窒化物半導体は、一般には、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。
また、前述の第１実施形態等では、窒化物半導体積層構造２がｍ面を成長主面としており、共振器方向がｃ軸方向とされているが、共振器方向をａ軸方向にとってもよい。また、ａ面またはｃ面を成長主面とした窒化物半導体積層構造２で同様なレーザ構造を形成する場合にも、この発明を適用することができる。前述した実施形態のようにｍ面を成長主面とした場合には、絶縁膜４の開口部２０は、ｃ面に垂直な方向に長手となる。ｃ面を成長主面とした場合には、絶縁膜４の開口部２０は、ｍ面に垂直な方向に長手となる。また、（２０−１２）面を成長主面とした場合には、絶縁膜４の開口部２０は、（１０−１４）面に垂直な方向に長手となる。それらの長手方向が共振器方向となる。
【０１７０】
また、第１導電性膜２１は、絶縁膜４の表面と、絶縁膜４において開口部２０を縁取る傾斜面４Ａと、開口部２０に露出されたｐ型ガイド・コンタクト層１７の表面との全域を覆っている。これに限らず、第１導電性膜２１は、図１の一点鎖線で示すように、開口部２０に露出されたｐ型ガイド・コンタクト層１７の表面と、開口部２０の周囲から５０μｍ程度の範囲内における絶縁膜４の表面とを少なくとも覆っていればよい。
【０１７１】
さらに、窒化物半導体積層構造２を形成した後にレーザリフトオフなどで基板１を除去することで、基板１のない半導体レーザ素子を構成することもできる。
また、図２５等に示した第９の実施形態の構成を変形して、図３３に示すように、透明電極５を共振器方向の全長に渡って等幅の矩形形状に形成してもよい。この場合、ｐ側電極パッド６は、透明電極５の幅以下の幅を有し、共振器方向の全長に渡って等幅の矩形形状を有していてもよい。そして、その共振器方向に関する両端縁を一対の共振器端面２４，２５にそれぞれ整合させればよい。
【０１７２】
図３０等に示した第１０の実施形態の構成に関しても同様の変形が可能である。すなわち、図３４に示すように、透明電極５を共振器方向の全長に渡って等幅の矩形形状に形成し、ｐ側電極パッド６は、透明電極５の幅以下の幅を有し、共振器方向の全長に渡って等幅の矩形形状に形成する。そして、ｐ側電極パッド６を構成する積層金属膜のうち、Ａｕ層１２２に関しては、共振器方向に関する両端縁を一対の共振器端面２４，２５からそれぞれ内方に後退させて配置する。その一方で、ｐ側電極パッド６を構成する積層金属膜のうち、Ｔｉ層１２１およびＮｉ層１２３に関しては、それら共振器方向に関する両端縁を一対の共振器端面２４，２５にそれぞれ整合させればよい。
【０１７３】
また、第７の実施形態、第９の実施形態および第１０の実施形態ならびにそれらの変形例に関して説明した電極の構造は、その他の実施形態の構造に対しても同様に適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【０１７４】
１      基板
２      窒化物半導体積層構造
３      ｎ側電極パッド
４      絶縁膜
５      透明電極
６      ｐ側電極パッド
１０    発光層
１１    ｎ型半導体層
１２    ｐ型半導体層
１４    ｎ型クラッド層
１５    ｎ型ガイド層
１７    ｐ型ガイド・コンタクト層
１７１  第１ｐ型ガイド層
１７２  第２ｐ型ガイド層
１７３  ｐ型コンタクト層
２０    絶縁膜の開口部
２１    第１導電性膜
２２    第２導電性膜
２４，２５  共振器端面
６０    サブマウント基板
６１    素子マウント面
６３Ａ，６３Ｂ  配線パターン
６４    ロウ材
６５    ボンディングワイヤ
７１    Ｔｉ層
７２    ＴｉＮ層
７３    Ａｕ層
８１    Ａｌ層
８２    ＴｉＮ層
８３    Ａｕ層
９０    サブマウント基板
９１    素子マウント面
９３Ａ，９３Ｂ  配線パターン
９４  ロウ材
９５  ボンディングワイヤ
１０１〜１１０  半導体レーザ素子
１２１  Ｔｉ層
１２２  Ａｕ層
１２３  Ｎｉ層
【図１】
2013042107.tif 000003
【図２】
2013042107.tif 000004
【図３】
2013042107.tif 000005
【図４】
2013042107.tif 000006
【図５】
2013042107.tif 000007
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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