JP3786054B2 - 半導体光素子および半導体レーザ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの出射光の形状を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮをはじめとするIII族窒化物半導体は、ＩｎＰやＧａＡｓなどの他の化合物半導体に比べ、禁制帯エネルギーが３．４ｅＶと大きい。この性質を利用し、窒素を構成元素として有する半導体（以下、窒化物系半導体という）を用いた素子の開発が精力的に行われている。現在、緑から紫外の比較的短い波長で発光する素子、例えば発光ダイオード（以下、窒化物系発光ダイオードという）や半導体レーザ（以下、窒化物系半導体レーザという）が実現されている（例えば、S. Nakamura et al., Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996) L74など）。
【０００３】
《従来例》
図１に、選択成長により作製した従来の窒化物系半導体レーザの概略断面図を示す（特開２０００−５８９８１号公報）。図１の窒化物系半導体レーザの半導体層はすべて(0 0 0 1)面を表面とする六方晶である。図１の窒化物系半導体レーザは、ｎ型ＧａＮ基板１９２上に、厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層１１３、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層１０４、厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ障壁層からなる７周期の多重量子井戸構造活性層１０５、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６、該ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６上に<１−１００>方向のストライプ状に形成された、幅４μｍの開口部１１６を挟んで一対の幅１５μｍ、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２マスク１１５、該ＳｉＯ_２マスク１１５を用いて選択的に形成された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層１１７、厚さ０．２μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１８、該ｐ型ＧａＮコンタクト層１１８上に形成され、かつ前記開口部１１６と中心が一致する幅１８μｍの開口部を持ったＳｉＯ_２マスク１２１、Ｎｉ／Ａｕの２層金属からなるｐ電極１２２、Ｔｉ／Ａｌの２層金属からなるｎ電極１２０が形成されている。ｎ型ＧａＮ基板１９２は導電性を有するので、その裏面にｎ電極１２０を形成している。
【０００４】
図１に示された窒化物系半導体レーザの半導体結晶部分の製造工程においては、まず、減圧（３００Ｔｏｒｒ）有機金属化学気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、平坦な面ｎ型ＧａＮ基板１９２上に、ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層１１３、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０４、多重量子井戸構造活性層１０５、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６を前記順序で形成した後に、結晶の<１−１００>方向に、幅４μｍのストライプ状の開口部１１６を持つＳｉＯ_２マスク１１５を形成し、しかる後に、ＭＯＶＰＥ法により、前記ＳｉＯ_２マスク１１５の開口部１１６にのみ選択的にｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層１１７、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１８を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１に示した従来の窒化物系半導体レーザには、狭開口部のｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層１１７のＡｌ組成・厚さの再現性や制御性に欠け、製造安定性の点で課題を有していた。
【０００６】
また、上述したような結晶成長技術を用いて製造された半導体レーザの出射端面における出射光の分布は、一般に、結晶成長方向（以下、この方向を「縦」方向という）よりも、結晶成長方向に垂直な方向（以下、この方向を「横」方向という）が長い楕円状の形状となる。しかしながら、ＤＶＤの書き込みなどに半導体レーザを用いる場合、スポット形状は真円に近いほど光を効率よく利用することができるため、出射光のスポット形状を真円に近づけるための技術が求められる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【００５５】
本発明によれば、半導体基板と、該半導体基板よりも上部に形成された六方晶の結晶構造を有する光導波路層と、該光導波路層よりも上部に形成された凸形状を有するリッジ部と、該リッジ部の少なくとも一部を構成するＡｌ _ｘ Ｇａ _１−ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１）結晶からなるクラッド層と、前記リッジ部の上面の少なくとも一部に形成された第１のコンタクト電極と、前記半導体基板の下面に形成された第２のコンタクト電極とを備えるリッジ型の窒化物半導体光素子であって、前記光導波路層の等価屈折率が光導波路方向に沿って変化しているとともに、前記クラッド層は、光導波路の端面に接近するにしたがって幅が狭くなるように形成されたテーパー領域を含むことを特徴とする半導体光素子が提供される。
【００５６】
ここで、光導波路層は、半導体光素子が発光又は受光した光を導波させるための層であり、光の利得を有する活性層、光を閉じ込めるためのガイド層、キャップ層などを含む。一般に、これらの層は半導体プロセスにより均一な層として形成されるが、上下に隣接する層の影響により、導波する光が実質的に感じる等価屈折率を変化させることができる。これを利用して、半導体光素子をレーザに適用した場合のビームスポットの形状を制御することができる。この半導体光素子において、前記クラッド層は、前記光導波路の端面に接近するにしたがって幅が狭くなるように形成されたテーパー領域を含んでいる。これにより、コンタクト抵抗の増大を抑えつつ、導波ロスの少ない半導体光素子を実現することができる。ここで、図１に示した半導体レーザにおけるクラッド層１１７のように、結晶成長方向に沿ったクラッド層の幅が一定でない場合は、テーパー領域におけるクラッド層の外縁を、クラッド層のうち光導波路層へ電流を注入する機能を有する部分の外縁としても良いし、クラッド層の最下部の外縁としても良いし、クラッド層のうち光導波路層に最も近い部分の外縁としても良い。この半導体光素子において、前記クラッド層は、前記テーパー領域と前記端面との間に、前記テーパー領域の最も狭い幅で一定幅に形成された領域を更に含んでいても良い。こうすることで、半導体構造を形成した後に、一定幅に形成された領域をへき開して鏡面を形成し、半導体光素子を得る際、多少の機械的誤差があったとしても端面におけるクラッド層の幅を一定にすることができるので、製造安定性に優れる。
【００５７】
この半導体光素子において、前記光導波路の端面近傍における前記光導波路層の等価屈折率が、前記光導波路の中央部における前記光導波路層の等価屈折率より大きいことが好ましい。これにより、後述のように、出射光の結晶成長方向の閉じ込めが弱まり、スポット形状が真円に近づく。
【００５８】
この半導体光素子において、前記光導波路層の層厚が光導波路方向に沿って変化していても良い。前記光導波路の端面近傍における前記光導波路層の層厚が、前記光導波路の中央部における前記光導波路層の層厚より厚くなるように構成するのが好ましい。
【００５９】
この半導体光素子において、前記クラッド層の屈折率が光導波路方向に沿って変化していても良い。前記光導波路の端面近傍における前記クラッド層の屈折率が、前記光導波路の中央部における前記クラッド層の屈折率より大きくなるように構成するのが好ましい。ここで、この半導体光素子は、光の利得を有する活性層を備えた半導体レーザであっても良く、本請求項のクラッド層は、活性層に電流又は光を閉じ込めるために、活性層の上部又は下部、或いは双方に形成される。クラッド層が活性層の上下に設けられる場合、その双方の屈折率が光導波路方向に沿って変化していても良いし、いずれか一方の屈折率が光導波路方向に沿って変化していても良い。なお、クラッド層と活性層は必ずしも隣接していなくても良く、クラッド層と活性層との間に光ガイド層、キャップ層などが形成されていても良い。これらの点については、以下同様である。
【００６０】
この半導体光素子において、前記クラッド層の層厚が光導波路方向に沿って変化していても良い。前記光導波路の端面近傍における前記クラッド層の層厚が、前記光導波路の中央部における前記クラッド層の層厚よりも厚くなるように構成するのが好ましい。
【００６１】
この半導体光素子において、前記クラッド層のＡｌ組成が光導波路方向に沿って変化していても良い。前記光導波路の端面近傍における前記クラッド層のＡｌ組成が、前記光導波路の中央部における前記クラッド層のＡｌ組成よりも低くなるように構成するのが好ましい。
【００６２】
この半導体光素子において、前記クラッド層の幅が光導波路方向に沿って変化していても良い。前記光導波路の端面近傍における前記クラッド層の幅が、前記光導波路の中央部における前記クラッド層の幅よりも狭くなるように構成するのが好ましい。ここで、図１に示した半導体レーザにおけるクラッド層１１７のように、結晶成長方向に沿ったクラッド層の幅が一定でない場合は、クラッド層の幅を、クラッド層のうち光導波路層へ電流を注入する機能を有する部分の幅としても良いし、クラッド層の最下部の幅としても良いし、クラッド層のうち光導波路層に最も近い部分の幅としても良い。
【００６３】
この半導体光素子において、前記光導波路層よりも上部に形成された、ストライプ状の開口部を有するマスクを更に備え、前記クラッド層は、前記開口部から選択成長されても良い。
【００６４】
この半導体光素子において、前記光導波路層に注入される電流を狭窄するための電流狭窄層を更に備え、該電流狭窄層の屈折率が光導波路方向に沿って変化していても良い。前記光導波路の端面近傍における前記電流狭窄層の屈折率が、前記光導波路の中央部における前記電流狭窄層の屈折率よりも低くなるように構成するのが好ましい。電流狭窄層は、単層であっても複数の層を含んでいても良い。たとえば、図１に示した半導体レーザにおいては、ＳｉＯ_２マスク１１５が電流狭窄層に相当する。ＳｉＯ_２マスク１１５の屈折率を光導波路方向に沿って変化させることにより、その下に位置する光導波路層の等価屈折率を変化させ、光の閉じ込めの程度を制御することができる。図１に示した半導体レーザはリッジ構造を有するインデックスガイド型であるが、ゲインガイド型、埋め込みヘテロ構造を有するインデックスガイド型などの場合も同様である。
【００６５】
この半導体光素子において、前記テーパー領域における前記クラッド層の外縁がなす直線と、前記光導波路方向に平行な直線とのなす角が２度以下であることが好ましい。
【００６６】
この半導体光素子において、前記光導波路層はIII族窒化物を含む半導体層を含んでも良い。
【００６７】
また、本発明によれば、半導体基板と、該半導体基板よりも上部に形成されたIII族窒化物を含み六方晶の結晶構造を有する光導波路層と、該光導波路層よりも上部に形成された凸形状を有するリッジ部と、該リッジ部の少なくとも一部を構成するＡｌ _ｘ Ｇａ _１−ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１）結晶からなるクラッド層と、前記リッジ部の上面の少なくとも一部に形成された第１のコンタクト電極と、前記半導体基板の下面に形成された第２のコンタクト電極とを備え、前記光導波路層の等価屈折率が光導波路方向に沿って変化しているとともに、前記クラッド層は、光導波路の中央部付近に位置する一定幅の第１領域と、前記第１領域から前記光導波路の端面に接近するにしたがって幅が狭くなるように形成されたテーパー領域とを含み、前記テーパー領域における前記クラッド層の外縁がなす直線と、光導波路方向に平行な直線との間のなす角が２度以下であることを特徴とするリッジ型の窒化物半導体レーザが提供される。テーパー領域の角度を２度以下にすることで、結合効率の低下が抑えられ、発光効率の高い、低消費電力用途等に適したリッジ型の窒化物半導体レーザを実現することができる。
【００６８】
また、本発明によれば、半導体基板と、該半導体基板よりも上部に形成されたIII族窒化物を含み六方晶の結晶構造を有する光導波路層と、該光導波路層よりも上部に形成された凸形状を有するリッジ部と、該リッジ部の少なくとも一部を構成するＡｌ _ｘ Ｇａ _１−ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１）結晶からなるクラッド層と、前記リッジ部の上面の少なくとも一部に形成された第１のコンタクト電極と、前記半導体基板の下面に形成された第２のコンタクト電極とを備え、前記光導波路層の等価屈折率が光導波路方向に沿って変化しているとともに、前記クラッド層は、光導波路の中央部付近に位置する一定幅の第１領域と、前記第１領域から前記光導波路の端面に接近するにしたがって幅が狭くなるように形成されたテーパー領域とを含み、前記テーパー領域における前記クラッド層の外縁がなす直線と、光導波路方向に平行な直線との間のなす角が５度以上であることを特徴とするリッジ型の窒化物半導体レーザが提供される。テーパー領域の角度を５度以上にすることで、コンタクト抵抗の増大が抑えられ、発熱の影響の少ない、高出力用途等に適したリッジ型の窒化物半導体レーザを実現することができる。
【００６９】
この半導体レーザにおいて、前記クラッド層は、前記テーパー領域よりも端面側に、前記テーパー領域のうち最も狭い幅で一定幅に形成された第２領域を更に含み、前記テーパー領域及び前記第２領域は、前記第１領域の両側に形成されても良い。このような構成は、後述するように、本発明の半導体レーザを複数同時に製造する際に有利である。
【００７０】
この半導体レーザにおいて、前記第２領域の幅は２マイクロメーター以下であることが好ましい。これにより、結晶成長方向に垂直な方向の光の広がりを抑え、ビームスポットの形状を真円に近づけることができる。また、この半導体レーザにおいて、前記第２領域の長さは１０マイクロメーター以上１００マイクロメーター以下であることが好ましい。これにより、第２領域をへき開して鏡面を形成する際の機械的誤差の影響を抑止することができる。
【００７７】
以下の実施形態のうち、第２の実施の形態及び実施例Ｂ１、Ｂ３が本発明の実施の形態を示すものであり、他は参考例である。
【００７８】
《実施例１》
図２は本発明の実施例を示す窒化物系半導体レーザの概略断面図である。本実施例の半導体レーザ（図２）は、選択成長により形成したｐ型Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎクラッド層２１７（狭開口部）およびｐ型Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎ層２９３（大面積開口部）のＡｌ組成以外は、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）と同様である。
【００７９】
本実施例の窒化物系半導体レーザ（図２）においては、マスク上多結晶析出速度を増加させるために、選択成長ＡｌＧａＮ層（ｐ型Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎクラッド層２１７（狭開口部）およびｐ型Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎ層２９３（大面積開口部））を形成する際のＡｌ原料であるＴＭＡの供給量（以下［ＴＭＡ］）を、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、増加させている。具体的には、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）では［ＴＭＡ］＝２．６μｍｏｌ／ｍｉｎ．であったのに対し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図２）では［ＴＭＡ］＝４．０μｍｏｌ／ｍｉｎ．と増加させている。
【００８０】
《実施例２》
図５は本発明の実施例を示す概略断面図である。本実施例の窒化物系半導体レーザ（図５）は、選択成長により形成したｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層５１７（狭開口部）およびｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層５９３（大面積開口部）のＡｌ組成以外は、実施例１の窒化物系半導体レーザ（図２）と同様である。
【００８１】
本実施例の窒化物系半導体レーザ（図５）においては、マスク上多結晶析出速度を増加させるために、選択成長ＡｌＧａＮ層（ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層５１７（狭開口部）およびｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層５９３（大面積開口部））を形成する際のＶ族原料であるＮＨ_３の供給量（以下［ＮＨ_３］）を、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、増加させている。具体的には、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）では［ＮＨ_３］＝０．４５ ｍｏｌ／ｍｉｎ．であったのに対し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図５）では［ＮＨ_３］＝０．５８ ｍｏｌ／ｍｉｎ．と増加させている。
【００８２】
《実施例３》
図６は本発明の実施例を示す概略断面図である。本実施例の窒化物系半導体レーザ（図６）は、実施例２の窒化物系半導体レーザ（図５）と同様な構造を有している。但し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図６）においては、マスク上多結晶析出速度を増加させるために、選択成長ＡｌＧａＮ層（ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６１７およびｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層６９３）を形成する際の基板温度を、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、増加させている。具体的には、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）では基板温度が１０１５℃であったのに対し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図６）では１０４５℃と増加させている。
【００８３】
得られた窒化物系半導体レーザの断面を走査型電子顕微鏡により観察した。結果を図１１および図１２に示す。図１１は１０１５℃で成長した従来の半導体レーザの断面を示し、図１２は、本実施例の半導体レーザの断面を示す。広い開口部における層厚に対する狭い開口部の層厚の比は、１０１５℃では４６％程度、１０４５℃では７７％程度であった。基板温度を増加し、マスク上多結晶析出速度を増加させることにより、マスク開口幅による層厚の差異が抑制されることがわかる。すなわち、基板温度を増加することによって狭開口部へのＧａの局在が抑制され、その結果、Ａｌ組成やマスク成長した層の厚みについて、製造のばらつきを低減できることがわかった。
【００８４】
《実施例４》
図７は本発明の実施例を示す概略断面図である。本実施例の窒化物系半導体レーザ（図７）は、実施例２および実施例３の窒化物系半導体レーザ（図５および図６）と同様な構造を有している。
【００８５】
但し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図７）においては、マスク上多結晶析出速度を増加させるために、選択成長ＡｌＧａＮ層（ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層７１７およびｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層７９３）を形成する際の成長速度を、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、増加させている。具体的には、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）では成長速度が〜１μｍ／ｈであったのに対し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図７）では〜２μｍ／ｈと増加させている。
【００８６】
《実施例５》
図８は本発明の実施例を示す概略断面図である。本実施例の窒化物系半導体レーザ（図８）は、実施例２ないし実施例４の窒化物系半導体レーザ（図５ないし図７）と同様な構造を有している。
【００８７】
但し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図８）においては、マスク上多結晶析出速度を増加させるために、選択成長ＡｌＧａＮ層（ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層８１７およびｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層８９３）を形成する際のＮ_２分圧を、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べて増加させ、かわりにＨ_２分圧を減少させている。具体的には、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）ではＮ_２分圧が０Ｔｏｒｒ、Ｈ_２分圧が１００Ｔｏｒｒであったのに対し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図８）ではＮ_２分圧が６０Ｔｏｒｒ、Ｈ_２分圧が４０Ｔｏｒｒである。
【００８８】
《実施例６》
図９は本発明の実施例を示す概略断面図である。本実施例の窒化物系半導体レーザ（図９）は、実施例２ないし実施例５の窒化物系半導体レーザ（図５ないし図８）と同様な構造を有している。
【００８９】
但し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図９）においては、選択成長初期においてマスク上多結晶析出速度を増加させるために、選択成長ＡｌＧａＮ層（ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層９１７およびｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層９９３）の形成初期のみ［ＮＨ_３］を増加させて０．６５ｍｏｌ／ｍｉｎ．とし、その後０．５８ｍｏｌ／ｍｉｎ．に減少させている。
【００９０】
《実施例７》
図１０は本発明の実施例を示す概略断面図である。本実施例の窒化物系半導体レーザ（図１０）は、実施例２ないし実施例７の窒化物系半導体レーザ（図５ないし図９）と同様な構造を有している。
【００９１】
但し、本実施例の窒化物系半導体レーザ（図１０）においては、選択成長初期においてマスク上多結晶析出速度を増加させるために、ＳｉＯ_２マスク１０１５表面に微細な凹凸が形成されている。
【００９２】
前記凹凸は、例えば、特開平８−１６２４１９号公報等に開示されているように、マスクパターンの表面に滑らかでない面または辺を接触させて押圧した状態で相対的に移動させる方法や、干渉露光法を用いたフォトリソグラフィー技術により、形成することが出来る。
【００９３】
実施例１においては、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、ＴＭＡ供給量を増加させていることにより、マスク上多結晶析出速度が増加し、Ｇａ原料であるＴＭＧが開口部へ集中しなくなり、狭開口部であっても、そのＡｌ組成や成長速度が大面積開口部に近づいている。［ＴＭＡ］増加により狭開口部であってもＡｌ組成が大面積開口部に近づく様子を図３に示す。［ＴＭＡ］増加により、狭開口部のＡｌ組成が微小な成長条件の変動に影響を受けにくくなり、その制御性や再現性が向上するという効果が得られる。ＴＭＡはマスク上いたるところで多結晶として析出する一方で、ＴＭＧがマスク上マイグレーションや気相中拡散により開口部に集中するため、狭開口部のＡｌ組成は大面積開口部よりも低いが、［ＴＭＡ］増大によりその比が１に漸近する（図４）。
【００９４】
図４の結果からわかるように、［ＴＭＡ］増大等により狭開口部と大面積開口部のＡｌ組成の比が１に漸近する。狭開口部のＡｌ組成が大面積開口部の７０％程度以上であれば、Ａｌ組成の制御性や再現性という点でも問題はないと考えられる。このとき、レーザの製造歩留まりの向上等が期待される。また、これにより、マスクパターンの自由度も増す。例えば、より狭い開口部により電流を狭窄することで、同じしきい値電流密度であっても、低いしきい値電流を実現することが出来る。
【００９５】
上記実施例１では、マスク上多結晶析出速度を増加させるために、［ＴＭＡ］の増加という手段を用いているが、特に窒化物系の結晶成長においては、ＴＭＡ等のＡｌ原料とＮＨ_３等のＶ族原料の中間反応が顕著であり、ある程度以上のＡｌ原料の供給は困難である。したがって、［ＴＭＡ］増加以外の方法で、マスク上多結晶析出速度を増加させることができることが望ましい。これにより、Ａｌ組成のより低いＡｌＧａＮ層であっても、制御性良く作製することができ、結晶成長による試料作製の自由度が増すという利点がある。
【００９６】
そこで、実施例２においては、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、Ｖ族原料であるＮＨ_３の供給量を増加させることにより、マスク上多結晶析出速度を増加させている。Ｖ族圧が高い場合、マスク上に付着したＡｌ原料が容易に核形成するからである。
【００９７】
実施例３においては、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、基板温度を増加させることにより、マスク上多結晶析出速度を増加させている。基板温度が高い場合、Ａｌ原料とマスク材料中のＳｉやＯとの反応速度が増加するからである。
【００９８】
実施例４においては、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、成長速度を増加させることにより、マスク上多結晶析出速度を増加させている。成長速度は主に［ＴＭＧ］で決まるが、同程度のＡｌ組成を実現するためには［ＴＭＡ］も増加させなければならないからである。
【００９９】
実施例５においては、従来例の窒化物系半導体レーザ（図１）に比べ、Ｎ_２分圧を増加させ、Ｈ_２分圧を減少させることにより、マスク上多結晶析出速度を増加させている。これにより、マスク上に析出した多結晶が雰囲気中のＨ_２によりエッチングされることが抑制されるためである。
【０１００】
実施例６においては、選択成長初期のみ［ＮＨ_３］を増加させることにより、選択成長開始直後の早い段階から、マスク表面が多結晶により被覆されるようにしている。従って、選択成長開始当初から安定した組成のＡｌＧａＮ層が形成される。
【０１０１】
なお、実施例６においては、選択成長初期のみ［ＮＨ_３］を増加させているが、選択成長初期のみ、［ＴＭＡ］を増加し、または、基板温度を高温化し、または、成長速度を増加し、または、［Ｎ_２］分圧を増加し、または、［Ｈ_２］分圧を減少することによっても、同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
実施例７においては、ＳｉＯ_２マスク１０１５の表面に微細な凹凸が形成されているため、ＳｉＯ_２マスク１０１５の表面積が増大している。これにより、選択成長開始直後の早い段階から、容易に多結晶の核形成がなされ、マスク表面が多結晶により被覆される。従って、選択成長開始当初から安定した組成のＡｌＧａＮ層が形成される。
【０１０３】
［第２の実施の形態］
本実施の形態では、半導体レーザの出射光のスポット形状を制御する技術、とくに、スポット形状を真円に近づけるための技術について説明する。図１３は、従来の半導体レーザの出射端面における出射光の形状を示す。図１に示した一般的な構造の半導体レーザにおいては、出射端面における出射光のスポット形状は横に長い楕円形になるため、これを真円に近づけるためには、図示したように、横方向を狭め、縦方向を広げるようにスポット形状を制御すればよい。
【０１０４】
出射光の横方向の広がりを抑えるためには、出射端面近傍における横方向の光の狭窄、又は電流の狭窄の程度を強めればよい。具体的には、出射端面近傍において、
ａ）クラッド層又は電極の横幅を狭くし、電流を横方向に狭窄する。
ｂ）光導波路層の横幅を狭くし、光を横方向に狭窄する。
ｃ）電流狭窄層の屈折率を低くし、光導波路層において光を横方向に狭窄する。
などの方法が考えられる。
【０１０５】
出射光を縦方向に広げるためには、出射端面近傍における縦方向の光の狭窄の程度を弱めればよい。具体的には、光導波路層内を通過する光が実質的に感じる屈折率（等価屈折率）を大きくすればよいが、そのための方法として、出射端面近傍において、
Ａ）クラッド層又は光閉じ込め層の層厚を厚くする。
Ｂ）クラッド層のＡｌ組成を低くする。
Ｃ）クラッド層又は光閉じ込め層の屈折率を高くする。
などが挙げられる。
【０１０６】
上述の技術を任意に組み合わせることにより、出射光の形状を真円に近づけるように制御することができるが、その際、半導体レーザの特性を考慮しつつ、上記の技術を組み合わせることが好ましい。たとえば、上記ａ）に記載した通り、クラッド層の横幅を狭くすることで出射光の横幅を狭めることができるが、他方、クラッド層の横幅を狭くし過ぎてしまうと、電極との接触面積が減少するので、コンタクト抵抗が増大し、消費電力の増大や抵抗熱の発生による温度上昇など、好ましくない現象を引き起こす恐れがある。半導体レーザの性能を維持しつつスポット形状を制御するために、たとえば、クラッド層の幅を光導波路方向に沿って変化させてもよい。すなわち、中心部付近のクラッド層の幅を広くとってコンタクト抵抗の低減を図る一方、出射端面近傍のクラッド層の幅を狭くして出射光の横方向への広がりを抑える。このように、クラッド層、光導波路層、電流狭窄層などの層厚、材質、組成、形状、幅などが光導波路方向に変化するように設けることで、半導体レーザの性能と、出射光のスポット形状の双方を適切に調節することができる。
【０１０７】
クラッド層の層厚、幅、Ａｌ組成などを光導波路方向に変化させるためには、第１の実施の形態において詳述した技術が好適である。すなわち、クラッド層を選択成長させるときに用いるＳｉＯ_２マスクの幅、材質、形状などを光導波路方向に変化させることにより、また、クラッド層を選択成長させるときの条件を適切に制御することにより、クラッド層の層厚、幅、Ａｌ組成などを光導波路方向に変化させることができる。
【０１０８】
その他、光導波路方向に変化する構造を形成するために、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの技術を用いて、領域ごとに層を形成してもよい。たとえば、上記Ｂ）の方法により出射光の形状を縦方向に広げる場合、まずＡｌ組成の低いクラッド層を形成した後、ドライエッチングにより出射端面近傍を除去し、新たにＡｌ組成の高いクラッド層を出射端面近傍に形成してもよい。このように、光導波路層やクラッド層を形成する際に、中心部と出射端面部とを別のプロセスで形成することにより、光導波路方向に層厚、材質、組成、形状、幅などが異なる構造を形成することができる。
【０１０９】
以下、上述の技術を適用して作製した半導体レーザの例について説明する。
【０１１０】
《実施例Ｂ１》
本実施例について、図２、１５を参照して説明する。本実施例の窒化物半導体レーザの半導体層は(0 0 0 1)面を表面とする六方晶である。本実施例では、第１の実施の形態で説明した技術を応用し、光導波路方向に開口幅を変化させたマスクを用いてクラッド層を選択成長させることにより、光導波路方向に幅、層厚、Ａｌ組成が変化したクラッド層を形成する。
【０１１１】
本実施例の窒化物半導体レーザは、図２に示した実施例１の窒化物半導体レーザとほぼ同様の構成であるが、ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層１１３に代えて、ｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎクラッド層を設けており、また、多重量子井戸構造活性層１０５とｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６の間にｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層を設けている。窒化物半導体レーザは、ｎ型ＧａＮ基板１９２上に、厚さ１．８μｍのｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎクラッド層、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層１０４、厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ障壁層からなる３周期の多重量子井戸構造活性層１０５、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１０６、その上に形成され<１−１００>方向に幅の異なる開口部を持った厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２マスク１１５、該ＳｉＯ_２マスク１１５を用いて選択的に形成されたｐ型ＧＡＮ光ガイド層、厚さ０．６μｍのｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層１１７、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１８、Ｎｉ／Ａｕの２層金属からなるｐ電極１２２、Ｔｉ／Ａｌの２層金属からなるｎ電極１２０が形成されている。
【０１１２】
図１５において、ＳｉＯ_２マスク（図中、斜線部）は、端面部と中央部で開口幅が異なっている。本実施例では端面部の開口幅は１．５μｍであり、中央部の開口幅は２．５μｍであり、光導波路方向に開口幅も変化させている。
【０１１３】
本実施例の窒化物半導体レーザの半導体レーザ構造は減圧有機金属気相成長装置（以下ＭＯＶＰＥ装置）で成長を行った。基板温度は１０１５℃、Ａｌ原料であるＴＭＡの流量は５．２μｍｏｌ／ｍｉｎ．、窒素原料であるＮＨ_３流量は０．４５ｍｏｌ／ｍｉｎ．、成長速度は〜１μｍ／ｈ、キャリアガスの窒素分圧は０Ｔｏｒｒ、水素分圧は１００Ｔｏｒｒとした。この成長条件は、実施例１と同様に、ＴＭＡの供給量を従来例に比べて増加させた条件となっており、これにより、マスク上多結晶析出速度を増加させ、クラッド層のＡｌ組成の制御性及び再現性を向上させている。
【０１１４】
第１の実施の形態で説明したように、マスクの開口幅の変化に伴い、クラッド層を選択成長させるときのＡｌ原料の堆積とＧａ原料の開口部への集中の程度が変化するため、クラッド層のＡｌ組成及び層厚が変化する。したがって、本実施例の半導体レーザのように光導波路方向に開口幅を変化させると、光導波路長方向にＡｌ組成の変調が起こり、出射端面近傍では中心部に比べてＡｌＧａＮクラッドの組成が少なくなり、且つ厚さが厚くなるので、結晶成長方向すなわち縦方向の光閉じ込めが弱くなる。本実施例では、中央部の開口幅よりも端面部の開口幅の方が狭いマスクを用いてクラッド層を選択成長させることで、端面部におけるクラッド層の横幅を狭め、電流を狭い領域に狭窄し、出射光の分布を横方向に狭めるともに、上述のように縦方向の光の閉じ込めを弱くし、出射光の分布を縦方向に広げる。これら双方の効果によりレーザ構造の断面における光分布のアスペクト比は１に近づくため、効率よく光を利用することができる。
【０１１５】
本実施例に係る半導体レーザのクラッド層の層厚ｄ及びＡｌ組成ｘを測定した結果、光導波路の端面近傍では、ｄ＝０．６２μｍ、ｘ＝６．８％であり、光導波路の中央部近傍では、ｄ＝０．６μｍ、ｘ＝７％であった。本実施例の半導体レーザにおいて、光導波路の端面近傍におけるクラッド層のＡｌ組成が、光導波路の中央部付近におけるクラッド層のＡｌ組成よりも低いことが分かる。ここで、Ａｌ組成は、１）ダミー領域とリッジ領域の層厚の比率を測定することにより算出したが、その他にも、２）顕微ＰＬ（Photo Luminescence）測定、３）顕微Ｘ線回折測定、などの方法がある。１）は、第１の実施の形態で説明したように、マスクの被覆率の差異により、ダミー領域とリッジ領域におけるＡｌ原料及びＧａ原料の集中の程度が異なり、Ａｌ組成及び層厚が変化することを利用して、層厚の比からＡｌ組成を算出するものである。２）は、顕微ＰＬ測定を行い、ストライプ中央部のＡｌＧａＮバンド端発光ピーク波長からＡｌ組成を算出するものである。３）は、Ｘ線エネルギー１０ｋｅＶ、ビームサイズ縦０．７μｍ×横１．１μｍのビーム形状を有するＸ線装置により、（０００４）及び（０００６）反射ω軸ロッキングカーブの測定を行い、Ａｌ組成を算出するものである。なお、本実施例では、光導波路の端面近傍と中央部におけるクラッド層の層厚の変化、及びＡｌ組成の変化は、２〜３％程度であったが、成長温度、原料の供給量、成長速度、キャリアガスの流量、マスクの材質などの成長条件を変更することにより、さらに層厚やＡｌ組成を変化させることができるため、ビームスポットの形状をより円形に近づけることができる。
【０１１６】
図１６（ａ）は、本実施例の半導体レーザの出射光の遠視野像を、図１６（ｂ）は、従来の半導体レーザの出射光の遠視野像を示す。従来の半導体レーザでは、横方向はθ（平行）＝８．７７°、縦方向はθ（垂直）＝２２．３９°であり、アスペクト比は２．５５であったが、本実施例の半導体レーザでは、横方向θ（平行）＝１２°、縦方向θ（垂直）＝２１．６°であり、アスペクト比は１．８であった。このアスペクト比は、本出願の時点で世界で最も低い値であり、本発明の技術が優れた効果を奏することが実証された。
【０１１７】
本実施例では、図１５に示すように、端面の開口幅を狭くし、且つマスク幅を広くするマスクパターンで作製したが、図１７のように開口幅のみ狭くしても良く、図１８、図１９のように開口幅は一定で端面のマスク幅を広くしても良い。また、図２０、図２１のように端面部近傍において開口幅が一定の領域を設けなくても良い。図１７〜図２１のマスクパターンでは、光導波路の両側の端面において対称的にマスク幅や開口幅を変化させているが、実際に光を出射させる側だけを変化させても良い。図２２、図２３のように、出射端面側に近づくにつれて開口幅が狭くなるような形状であっても良い。なお本実施例の窒化物半導体レーザでは基板としてＧａＮ基板を用いているが、サファイア、ＳｉＣ、ＡｌＧａＮ基板など、他の基板でも良く、マスク材もＳｉや酸素などｎ型ドーパントとなりうる元素で構成された材料であれば良い。
【０１１８】
なお、本実施例の窒化物半導体レーザと近似した構造を有する例として、特開平１１−１８６６５９号公報、及び特開２０００−１７４３８５号公報がある。
特開平１１−１８６６５９号公報は、リッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザにおいて、ストライプ幅の少なくとも一方が共振面に接近するに従って狭くなるように形成することで、水平横モードの多波長発振を抑え、シングルモードにする技術を開示する。この半導体レーザは、リッジ部がテーパー領域を有する点で本実施例と近似しているが、これは、出射端面におけるクラッド層の幅を狭くして水平横モードをシングルモードにするための構成であって、本実施例のように、出射端面近傍におけるクラッド層の層厚、Ａｌ組成、屈折率などを調節することにより出射光のスポット形状を制御する技術については開示されていない。また、本公報の半導体レーザのクラッド層は、本実施例のように選択成長により形成されるのではなく、ストライプ状のリッジ部の周囲をエッチングにより除去して形成されるため、クラッド層は全領域にわたって均一に形成されており、本実施例のように、光導波路方向に沿ってクラッド層の層厚、Ａｌ組成、屈折率などの特性を変化させることについて教示を与えるものではない。
【０１１９】
他方、特開２０００−１７４３８５号公報は、ＡｌＧａＡｓ系のゲインガイド型半導体レーザにおいて、光導波路をストライプ幅が中央部で広く端面付近で狭いテーパー導波路として構成する技術を開示する。この半導体レーザはゲインガイド型であり、端面付近の光導波路のストライプ幅を狭くすることで電流を横方向に狭窄するだけであるが、本実施例の半導体レーザはインデックスガイド型であり、端面付近のクラッド層の幅を狭くすることで電流を横方向に狭窄するだけでなく、光導波路において光が実質的に感じる等価屈折率の分布が上層のクラッド層により変化するので、光も横方向に狭窄する。また、本実施例の半導体レーザは、光導波路方向にクラッド層の層厚、Ａｌ組成、屈折率などを変化させることにより縦方向の光の閉じ込めを弱めているが、本公報はかかる点について教示を与えるものではない。
さらに、本実施例ではクラッド層のＡｌ組成により光導波路層の等価屈折率を制御しているが、これは、上述したようにIII族窒化物系に特有の現象を利用したものである。ＧａＡｓ系の半導体レーザに係る上記公報にはこのような等価屈折率の制御技術は開示されていない。
【０１２０】
《実施例Ｂ２》
本実施例について、図１４、１５を参照して説明する。本実施例の窒化物半導体レーザの半導体層は(0 0 0 1)面を表面とする六方晶である。本実施例も、実施例Ｂ１と同様に、光導波路方向に開口幅を変化させたマスクを用いてクラッド層を選択成長させることにより、光導波路方向に幅、層厚、Ａｌ組成が変化したクラッド層を形成する。
【０１２１】
図１４において、本実施例の窒化物半導体レーザは、ＧａＮ基板２６上に、厚さ１μｍのｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層２７、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層２８、厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ障壁層からなる３周期の多重量子井戸構造活性層２９、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層３０、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層３１、その上に形成され<１−１００>方向に幅の異なる開口部３２を持った厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２マスク３３、該ＳｉＯ_２マスク３３を用いて選択的に形成された厚さ０．６μｍのｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層３４、その周囲に配置されたポリイミド埋め込み層３７、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層３５、Ｎｉ／Ａｕの２層金属からなるｐ電極３８、Ｔｉ／Ａｌの２層金属からなるｎ電極３９が形成されている。ｐ型ＧａＮ光ガイド層３１上には、ＡｌＧａＮ多結晶層３６が形成されている。
【０１２２】
図１５において、ＳｉＯ_２マスク（図中、斜線部）は、端面部と中央部で開口幅が異なっている。本実施例では端面部の開口幅は１μｍであり、中央部の開口部は１．５μｍであり、光導波路方向に開口幅も変化させている。
【０１２３】
本実施例の窒化物半導体レーザは、以下のようにして作製した。半導体レーザ構造は減圧有機金属気相成長装置（以下ＭＯＶＰＥ装置）で成長を行った。成長温度は１０９０℃であり、キャリアガスとして窒素と水素を用いている。Ｇａ原料としてトリメチルガリウム、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム、窒素原料としアンモニアを用いている。またドーピング材料として、ｎ型にはＳｉをｐ型にはＭｇを用いている。
【０１２４】
上記ＭＯＶＰＥ装置において平坦なＧａＮ基板２６上に、厚さ１μｍのｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層２７、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層２８、多重量子井戸構造活性層２９、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層３０を前記順序で形成した。その後、結晶の<１−１００>方向に、幅１．５μｍのストライプ状の開口部３２を持つＳｉＯ_２マスク３３を形成し、ブタノン、エチルアルコールによる有機洗浄、バッファードフッ酸によるＳｉＯ_２マスク３３や開口部の表面エッチングを施し、更に８０℃に加熱した硝酸中でウェハを洗浄した。その後、前記したＭＯＶＰＥ装置により、ＳｉＯ_２マスク３３の開口部にのみ選択的に半導体層を成長し、図示したレーザ構造を得た。この時の成長温度は１１００℃、成長レートは２．６μｍ／時間、キャリアガスに水素と窒素を用いた。
【０１２５】
このように光導波路方向に開口幅を変えると、実施例Ｂ１と同様に、光導波路方向にＡｌ組成の変調が起こり、端面部ではＡｌＧａＮクラッドの組成が少なくなり、且つ厚さが厚くなるので、結晶成長方向の光閉じ込めが弱くなる。この結果、ＬＤ断面における光分布のアスペクト比は１に近づくため、効率よく光を利用できる。また、本実施例のようにクラッド層を逆メサ構造とすることにより、横方向の電流狭窄の幅を狭くしつつ、電極コンタクト抵抗を有効に低減することができる。本実施例でも、実施例Ｂ１と同様に、様々なマスクパターンが適用でき、両端面にマスク幅や開口幅を変化させてもよいし、実際に光を出射させる端面だけでも良い。なお本実施例の窒化物半導体レーザでは基板としてＧａＮ基板を用いているが、サファイア、ＳｉＣ、ＡｌＧａＮ基板など、他の基板でも良く、マスク材もＳｉＯ_２以外の誘電体、半導体などであってもよい。
【０１２６】
《実施例Ｂ３》
本実施例について、図２４及び図２５を参照して説明する。図２４は本実施例の窒化物半導体レーザの概略断面図であり、図２５は上面図である。本実施例の窒化物半導体レーザの半導体層は(0 0 0 1)面を表面とする六方晶である。本実施例では、第１の実施の形態で説明した技術を応用し、光導波路方向に開口幅を変化させたマスクを用いて光導波路層及びクラッド層を選択成長させることにより、端面部における光導波路層の層厚を中央部よりも厚くするとともに、端面部におけるクラッド層の幅を中央部よりも狭く、層厚を厚く、Ａｌ組成を低くする。これにより、出射端面における縦方向の光の閉じ込めの程度を弱め、出射光のスポット形状を真円に近づける。
【０１２７】
先ず図２４に於いて、本実施例の窒化物半導体レーザは、ＧａＮ基板４０上に、厚さ１μｍのｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層４１、該ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層４１上に形成され<１−１００>方向に幅の異なる開口部４２を持った厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２マスク４３、該ＳｉＯ_２マスク４３を用いて選択的に形成された厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層４４、厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ障壁層からなる３周期の多重量子井戸構造活性層４５、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層４６、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層４７、厚さ０．６μｍのｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層４８、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層４９、Ｎｉ／Ａｕの２層金属からなるｐ電極５０、Ｔｉ／Ａｌの２層金属からなるｎ電極５１より形成されている。ＳｉＯ_２マスク４３は、図２５のように端面部５２と中央部５３でマスク幅及び開口幅の異なるマスクを使用している。本実施例の場合、端面部５２の開口幅は１μｍであり、中央部５３の開口部は２．５μｍである。
【０１２８】
このように光導波路方向に開口幅を変えると、実施例Ｂ１と同様に、光導波路方向にＡｌ組成の変調が起こり、端面部５２ではＡｌＧａＮクラッドの組成が少なくなり、且つ厚さが厚くなるので、結晶成長方向の光閉じ込めが弱くなる。また、多重量子井戸構造活性層４５を含む光導波路層の層厚も端面部５２で厚くなる。この結果、ＬＤ断面における光分布のアスペクト比は１に近づくため、効率よく光を利用できる。本実施例でも、実施例Ｂ１と同様に、様々なマスクパターンが適用でき、両端面にマスク幅や開口幅を変化させてもよいし、実際に光を出射させる端面だけでも良い。なお本実施例の窒化物半導体レーザでは基板としてＧａＮ基板を用いているが、サファイア、ＳｉＣ、ＡｌＧａＮ基板など、他の基板でも良く、マスク材もＳｉＯ_２以外の誘電体、半導体などであってもよい。
【０１２９】
《実施例Ｂ４》
本実施例について、図２６及び図２７を参照して説明する。図２６は、本実施例の窒化物半導体レーザの概略断面図であり、図２７は上面図である。図２６及び図２７に示された、本実施例の窒化物半導体レーザの半導体層は(0 0 0 1)面を表面とする六方晶である。本実施例では、端面近傍の光ガイド層の層厚を中央部付近の層厚よりも厚くすることにより、出射端面における縦方向の光の閉じ込めの程度を弱め、出射光のスポット形状を真円に近づける。
【０１３０】
先ず図２６に於いて、本実施例の窒化物半導体レーザは、ＧａＮ基板６０上に、有機金属気相成長法により、厚さ１．５μｍのｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６１、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層６２、厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ障壁層からなる３周期の多重量子井戸構造活性層６３、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層６４、厚さ０．２μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層６５を形成する。その後、該ｐ型ＧａＮ光ガイド層６５上に形成され、<１１−２０>方向に５０μｍのマスク幅を持った厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２マスクを図２７中の端面部７２に形成する。その後、該ＳｉＯ_２をマスクとして、ドライエッチングによりＳｉＯ_２に被覆されていない中央部７３のｐ型ＧａＮ光ガイド層６５を０．１μｍ削る。その後、ＳｉＯ_２マスクを除去し、再び有機金属気相成長法により、厚さ０．６μｍのｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層６６、厚さ０．０１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層６７を順次成長させて、ＬＤ構造を形成する。その後、ドライエッチングによりｐ型クラッド層６６そしてｐ型コンタクト層６７を含んだメサ型６８を部分的に残した後、ＳｉＯ_２絶縁膜６９をつけ、メサ部分の頭出しを露光技術により行い、リッジ構造を形成した。このように作成されたレーザは、端面部７２のみｐ型ＧａＮ光ガイド層６５が０．２μｍと厚くなっており、その他の部分は０．１μｍとなっている。このため、端面部では、縦方向の光閉じ込めが弱くなるため、光分布が広がり、遠視野像のアスペクト比を１に近づけることができる。
【０１３１】
本実施例では、端面部７２の光閉じ込め層の厚さを厚くしてアスペクト比を低減させているが、クラッド層の厚さを厚くしたり、光閉じ込め層やクラッド層の屈折率を大きくすることでも同様の効果がある。また、層厚や屈折率を変えず、ＳｉＯ_２絶縁膜６９を端面部７２のみ屈折率の高い誘電体或いは窒化物半導体で埋め込むことで、端面付近の横モード特性を独立に設計し、設計許容度を向上することもできる。また、本実施例ではｐ型ＧａＮ光ガイド層６５の厚さを変えるために、ドライエッチングを用いているが、選択成長などで行なっても良い。また、本実施例では、真っ直ぐなストライプを形成しているが、実施例Ｂ１に記載されたようなテーパー光導波路を含むリッジ構造でも良い。
【０１３２】
《実施例Ｂ５》
本実施例について、図２８及び図２９を参照して説明する。図２８は本実施例の窒化物半導体レーザの概略断面図を、図２９は上面図をそれぞれ示す。図２８及び図２９に示された、本実施例の窒化半導体レーザの半導体層は(0 0 0 1)面を表面とする六方晶である。本実施例では、端面近傍のクラッド層の幅を中央部付近の幅よりも狭くすることにより、抵抗値の上昇及び結合効率の低下を抑えつつ、横方向の光の閉じ込めの程度を強め、出射光のスポット形状を真円に近づける。
【０１３３】
まず図２８において、本実施例の窒化物半導体レーザは、ＧａＮ基板８０上に、厚さ１．５μｍのｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層８１、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層８２、厚さ２．５ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ量子井戸層と厚さ５ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ障壁層からなる３周期の多重量子井戸構造活性層８３、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層８４、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層８５、厚さ０．６μｍのｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層８６、厚さ０．０１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層８７を順次成長させて、ＬＤ構造を形成する。次にドライエッチングによりｐ型クラッド層８６そしてｐ型コンタクト層８７を含んだメサ型８８を部分的に残した後、ＳｉＯ_２絶縁膜８９をつけ、メサ部分の頭出しを露光技術により行い、リッジ構造を形成した。この時、リッジストライプのパターンは図２９のように端面部の開口幅は１．２μｍであり、中央部の開口部は２．５μｍであり、光導波路方向に開口幅を変化させている。図２９において、広い開口部と狭い開口部の間の領域９２（以下「テーパー領域」という）におけるクラッド層の外縁がなす直線９３と、光導波路方向に平行な直線９４との間のなす角θは、１．５°とした。ｎ型基板裏にはＴｉ／Ａｌからなるｎ電極９０を形成し、ｐコンタクト上には、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ電極９１を形成する。
【０１３４】
図３０は、実施例で示したレーザ構造のテーパー領域における角度θと、広い光導波路幅から狭い光導波路幅に光が導波した場合の光分布の結合効率との関係を示した計算結果である。図３０をみても分かるように、テーパー領域の角度θが２°付近にしきい値があり、この角度を超えると急激に結合効率が低くなる。結合効率が低くなると、光導波路損失（内部損失）が大きくなり、半導体レーザのしきい値電流を上昇させ、スロープ効率が低下する。本計算結果は、レーザ構造を構成する層の種類、厚さで多少異なり、また電流狭窄構造によっても異なり、屈折率の精度にも依存するが、窒化物半導体レーザの場合、好ましくは５°以下、より好ましくは２°以下、さらに好ましくは１°以下であれば高い結合効率が得られる。このような半導体レーザは、ポータブルビデオなど、高速の書き込みを必要とせず、消費電力を低く抑えるべき用途に適している。本実施例で示したレーザでは、テーパー領域の角度θが２°以下なので、結合効率が高く、従って、しきい値電流やスロープ効率など、レーザの基本的な特性を損ねること無く、ビームの遠視野像のアスペクト比を１に近づけることができる。このような低消費電力の半導体レーザの場合、共振器長は１０００μｍ以下、中央部の開口幅は４μｍ以下、裏面コーティングは９０％以上かつフロントコートは２％以上であることが望ましい。
【０１３５】
図３１は、実施例で示したレーザ構造のテーパー領域における角度θと抵抗値との関係を示した計算結果である。図３１には、中央部の開口幅と端面部の開口幅の値が異なる３つの場合についての計算結果を示しており、上から順に、それぞれ、１μｍ（端面）−３μｍ（中央）、１．５μｍ（端面）−３μｍ（中央）、１μｍ（端面）−４μｍ（中央）の場合を示す。テーパー領域を設けずに、一定幅のリッジを設けた場合の抵抗値は、幅が１μｍの場合は５０Ω、幅が１．５μｍの場合は３４Ωであった。図３１から分かるように、テーパー領域を設けて中央部のリッジ幅を広げることにより、端面部のリッジ幅を増大させることなく、すなわち、横モード特性を維持しつつ、リッジ全体の接触面積を増大させ、抵抗値を低減させることができる。このとき、テーパー領域の角度θは、好ましくは２°以上、より好ましくは３°以上、さらに好ましくは５°以上であれば、抵抗値が効果的に低減する。この角度θは、テーパー領域を有する光導波路が光素子として機能する程度であればよく、たとえば９０°を上限としてもよい。これにより、発熱が抑えられるので、しきい値電流密度の上昇を防ぎ、高出力なレーザを実現することができる。
【０１３６】
このように、本実施例の半導体レーザを高出力用途に用いる場合、クラッド層と電極との間のコンタクト抵抗に起因する発熱の影響を効果的に軽減するために、テーパー領域を含むクラッド層に接触する電極、すなわち本実施例ではｐ電極がヒートシンク或いはステムに融着するように、半導体レーザをマウントすることが好ましい。その逆の電極、すなわち本実施例ではｎ電極をヒートシンク或いはステムに融着する場合は、ｐ電極の厚さを低出力用途の場合よりも厚くすることが好ましく、たとえば０．３μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上とする。これにより、コンタクト抵抗に起因する発熱の影響を抑える。ｎ電極をヒートシンク或いはステムに融着する場合、ｐ電極に接続するワイヤーボンディングの本数を複数（２本以上）としてもよい。これにより、ワイヤーボンディングを介して外部に効果的に熱を逃がすことができる。高出力用半導体レーザにおいて、共振器長は５００μｍ以上、中央部の開口幅は２μｍ以上、裏面コーティングは９０％以上かつフロントコートは２０％以下とすることが望ましい。
【０１３７】
なお本実施例の窒化物半導体レーザでは、電流及び光の狭窄のためにドライエッチングにより形成されたリッジ型構造を用いたが、ウェットエッチングなど別の方法で作成したリッジ構造、埋め込み構造や絶縁膜による利得導波型レーザの構造でも良い。また、基板としてＧａＮ基板を用いているが、サファイア、ＳｉＣ、ＡｌＧａＮ基板など、他の基板でも良い。また、端面部の開口幅は１．５μｍとしたが、２μｍ以下であればよい。
【０１３８】
図３２は、本実施例の半導体レーザを製造するにあたり、複数の半導体レーザを同時に製造する方法を示す図である。図３２に示すように、図２９に示した半導体レーザを光導波路方向に複数連続して設けている。すなわち、開口幅の広い第１領域９５、テーパー領域９６、開口幅の狭い第２領域９７、テーパー領域９８が、この順に繰り返し出現するように半導体構造を形成する。その後、出射端面となるべき第２領域の部分において結晶をへき開し、個々の半導体レーザに分断する。これにより、複数の半導体レーザを同時に歩留まりよく製造することができる。この方法により製造された半導体レーザは、開口幅の広い第１領域の両側に、テーパー領域と開口幅の狭い第２領域が形成された構造となる。ここで、第２領域の長さは、へき開するときの機械精度を考慮して、１０μｍ以上とすることが好ましい。また、第２領域の長さは、半導体レーザ全体の大きさを考慮して、たとえば１００μｍ以下とすることが好ましい。
【０１３９】
以上、実施例に基づき本発明について説明したが、本発明は上記実施例に示された構造やその製造方法に限られるものではない。本発明の半導体層構造およびその製造方法は、その趣旨を逸脱しない範囲内で、様々な半導体層構造およびその製造方法に適用可能である。例えば、マスク上多結晶の析出速度を増加させる方法について、Ａｌ原料供給量の増加・基板温度の高温化・Ｖ族原料供給量の増加・成長速度の増加・Ｎ_２分圧の増加について述べたが、これらの方法以外であっても、マスク上多結晶の析出速度が増加すれば、本発明の実施に支障はない。また、前記実施例では主に成長方法としてＮＨ_３等を原料として用いたＭＯＶＰＥについて述べたが、他の原料を用いたＭＯＶＰＥ法においても、さらには、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や水素化物気相成長（ＨＶＰＥ）法など他の成長方法においても本発明は支障なく実施することができる。前記実施例では主に窒化物系半導体レーザについて述べたが、窒化物系発光ダイオードなど他の窒化物系半導体発光素子や、窒化物系以外の他の半導体発光素子、窒化物系およびその他の半導体受光素子、さらには窒化物系およびそれ以外の半導体素子においても、支障なく実施することができる。前記実施例では、マスクとしてＳｉＯ_２を用いているが、他の材料、例えば窒化珪素または酸化アルミニウムまたは酸化チタンまたはこれらの多層膜等を用いても、本発明は支障なく実施することができる。前記実施例１ないし実施例７においては、ストライプ状の開口部を有するマスクを用いて説明したが、本発明の適用は必ずしもかかる形状に限られるものではなく、矩形・円形・六角形などあらゆる形状の開口部を有するマスクにおいて、支障なく実施することができる。また、前記実施例１ないし実施例７においては、選択成長層としてＡｌＧａＮを形成する場合についてのみ説明したが、選択成長層がＩｎＡｌＧａＮであっても同様である。
【０１４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、Ａｌを含む半導体層を開口部からマスク成長する際、狭い幅の開口部に成長した半導体層が広い幅の開口部に成長した半導体層よりもＡｌ組成が低くなることを利用して、半導体素子の製造安定性を改善している。また本発明によれば、かかる性質を利用して光導波路方向に沿ってＡｌ組成の変化する層を形成し、これにより、従来、困難であった真円に近いビームスポットを実現する半導体レーザを提供する。さらに、本発明によれば、光導波路方向に光導波路層、クラッド層、電流狭窄層などの特性を変化させることにより、ビームスポットを適切に制御可能な半導体光素子を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 選択成長を用いて作製した従来の窒化物系半導体レーザの概略断面図である。
【図２】 実施例１に示した、選択成長を用いて作製した本発明に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図３】［ＴＭＡ］増加により狭開口部であってもＡｌ組成が大面積開口部に近づく様子を示す図である。
【図４】［ＴＭＡ］増大により大面積開口部に対する狭開口部のＡｌ組成の比が１に漸近する様子を示す図である。
【図５】 実施例２に示した、選択成長を用いて作製した本発明に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図６】 実施例３に示した、選択成長を用いて作製した本発明に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図７】 実施例４に示した、選択成長を用いて作製した本発明に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図８】 実施例５に示した、選択成長を用いて作製した本発明に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図９】 実施例６に示した、選択成長を用いて作製した本発明に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図１０】 実施例７に示した、選択成長を用いて作製した本発明に係る半導体レーザの概略断面図である。
【図１１】 実施例３で得られた窒化物系半導体レーザの断面を走査型電子顕微鏡により観察した結果を示す図である。
【図１２】 実施例３で得られた窒化物系半導体レーザの断面を走査型電子顕微鏡により観察した結果を示す図である。
【図１３】 従来の窒化物半導体レーザの出射光のスポット形状を示す図である。
【図１４】 実施例Ｂ１およびＢ２に係る半導体レーザの上面図である。
【図１５】 実施例Ｂ２に係る半導体レーザの断面図である。
【図１６】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの出射光のスポット形状を示す図である。
【図１７】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの上面の他の例を示す図である。
【図１８】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの上面の他の例を示す図である。
【図１９】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの上面の他の例を示す図である。
【図２０】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの上面の他の例を示す図である。
【図２１】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの上面の他の例を示す図である。
【図２２】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの上面の他の例を示す図である。
【図２３】 実施例Ｂ１に係る半導体レーザの上面の他の例を示す図である。
【図２４】 実施例Ｂ３に係る半導体レーザの断面図である。
【図２５】 実施例Ｂ３に係る半導体レーザの上面図である。
【図２６】 実施例Ｂ４に係る半導体レーザの断面図である。
【図２７】 実施例Ｂ４に係る半導体レーザの上面図である。
【図２８】 実施例Ｂ５に係る半導体レーザの断面図である。
【図２９】 実施例Ｂ５に係る半導体レーザの上面図である。
【図３０】 実施例Ｂ５で示したレーザ構造のテーパー領域における角度θと、広い光導波路幅から狭い光導波路幅に光が導波した場合の光分布の結合効率との関係の計算結果を示す図である。
【図３１】 実施例Ｂ５で示したレーザ構造のテーパー領域における角度θと抵抗値との関係の計算結果を示す図である。
【図３２】 実施例Ｂ５に係る半導体レーザを複数同時に製造する方法を示す図である。
【符号の説明】
２６ ＧａＮ基板
２７ ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
２８ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
２９ 多重量子井戸構造活性層
３０ キャップ層
３１ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
３２ 開口部
３３ ＳｉＯ_２マスク
３４ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
３５ ＧａＮコンタクト層
３６ ＡｌＧａＮ多結晶層
３７ ポリイミド埋め込み層
３８ ｐ電極
３９ ｎ電極
４０ ＧａＮ基板
４１ ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
４２ 開口部
４３ ＳｉＯ_２マスク
４４ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
４５ 多重量子井戸構造活性層
４６ ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層
４７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
４８ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
４９ ｐ型ＧａＮコンタクト層
５０ ｐ電極
５１ ｎ電極
５２ 端面部
５３ 中央部
６０ ＧａＮ基板
６１ ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
６２ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
６３ 多重量子井戸構造活性層
６４ ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層
６５ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
６６ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
６７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
６８ メサ型
６９ ＳｉＯ_２絶縁膜
７０ ｎ電極
７１ ｐ電極
７２ 端面部
７３ 中央部
８０ ＧａＮ基板
８１ ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
８２ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
８３ 多重量子井戸構造活性層
８４ ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎキャップ層
８５ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
８６ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
８７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
８８ メサ型
８９ ＳｉＯ_２絶縁膜
９０ ｎ電極
９１ ｐ電極
９２ テーパー領域
９３ テーパー領域におけるクラッド層の外縁がなす直線
９４ 光導波路方向に平行な直線
９５ 開口幅の広い第１領域
９６ テーパー領域
９７ 開口幅の狭い第２領域
９８ テーパー領域
１０４ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０５ 多重量子井戸構造活性層
１０６ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１１３ ｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
１１５ ＳｉＯ_２マスク
１１６ 開口部
１１７ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
１１８ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１２０ ｎ電極
１２１ ＳｉＯ_２マスク
１２２ ｐ電極
１９２ ｎ型ＧａＮ基板
１９３ ｐ型ＡｌＧａＮ層
２１７ ｐ型Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０Ｎクラッド層
２９３ ｐ型Ａｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎ層
５１７ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
５９３ ｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層
６１７ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
６９３ ｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層
７１７ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
７９３ ｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層
８１７ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
８９３ ｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層
９１７ ｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラッド層
９９３ ｐ型Ａｌ_０．０９Ｇａ_０．９１Ｎ層
１０１５ ＳｉＯ_２マスク

Claims (23)

1. 半導体基板と、該半導体基板よりも上部に形成された六方晶の結晶構造を有する光導波路層と、該光導波路層よりも上部に形成された凸形状を有するリッジ部と、該リッジ部の少なくとも一部を構成するＡｌ _ｘ Ｇａ _１−ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１）結晶からなるクラッド層と、前記リッジ部の上面の少なくとも一部に形成された第１のコンタクト電極と、前記半導体基板の下面に形成された第２のコンタクト電極とを備えるリッジ型の窒化物半導体光素子であって、前記光導波路層の等価屈折率が光導波路方向に沿って変化しているとともに、前記クラッド層は、光導波路の端面に接近するにしたがって幅が狭くなるように形成されたテーパー領域を含むことを特徴とする半導体光素子。
2. 請求項１に記載の半導体光素子であって、光導波路の端面近傍における前記光導波路層の等価屈折率が、光導波路の中央部における前記光導波路層の等価屈折率より大きいことを特徴とする半導体光素子。
3. 請求項１または２に記載の半導体光素子であって、前記光導波路層の層厚が光導波路方向に沿って変化していることを特徴とする半導体光素子。
4. 請求項３に記載の半導体光素子であって、光導波路の端面近傍における前記光導波路層の層厚が、光導波路の中央部における前記光導波路層の層厚より厚いことを特徴とする半導体光素子。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の半導体光素子であって、前記クラッド層の屈折率が光導波路方向に沿って変化していることを特徴とする半導体光素子。
6. 請求項１乃至５いずれかに記載の半導体光素子であって、光導波路の端面近傍における前記クラッド層の屈折率が、光導波路の中央部における前記クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とする半導体光素子。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載の半導体光素子であって、前記クラッド層の層厚が光導波路方向に沿って変化していることを特徴とする半導体光素子。
8. 請求項７に記載の半導体光素子であって、光導波路の端面近傍における前記クラッド層の層厚が、光導波路の中央部における前記クラッド層の層厚よりも厚いことを特徴とする半導体光素子。
9. 請求項１乃至８いずれかに記載の半導体光素子であって、前記クラッド層のＡｌ組成が光導波路方向に沿って変化していることを特徴とする半導体光素子。
10. 請求項９に記載の半導体光素子であって、光導波路の端面近傍における前記クラッド層のＡｌ組成が、光導波路の中央部における前記クラッド層のＡｌ組成よりも低いことを特徴とする半導体光素子。
11. 請求項１乃至１０いずれかに記載の半導体光素子であって、前記クラッド層の幅が光導波路方向に沿って変化していることを特徴とする半導体光素子。
12. 請求項１１に記載の半導体光素子であって、光導波路の端面近傍における前記クラッド層の幅が、光導波路の中央部における前記クラッド層の幅よりも狭いことを特徴とする半導体光素子。
13. 請求項１乃至１２いずれかに記載の半導体光素子であって、前記光導波路層よりも上部に形成された、ストライプ状の開口部を有するマスクを更に備え、前記クラッド層は、前記開口部から選択成長されたことを特徴とする半導体光素子。
14. 請求項１乃至１３いずれかに記載の半導体光素子であって、前記光導波路層に注入される電流を狭窄するための電流狭窄層を更に備え、該電流狭窄層の屈折率が光導波路方向に沿って変化していることを特徴とする半導体光素子。
15. 請求項１４に記載の半導体光素子であって、光導波路の端面近傍における前記電流狭窄層の屈折率が、光導波路の中央部における前記電流狭窄層の屈折率よりも低いことを特徴とする半導体光素子。
16. 請求項１乃至１５いずれかに記載の半導体光素子であって、前記テーパー領域における前記クラッド層の外縁がなす直線と、光導波路方向に平行な直線とのなす角が２度以下であることを特徴とする半導体光素子。
17. 請求項１乃至１６いずれかに記載の半導体光素子であって、前記クラッド層は、前記テーパー領域と前記端面との間に、前記テーパー領域の最も狭い幅で一定幅に形成された領域を更に含むことを特徴とする半導体光素子。
18. 請求項１乃至１７いずれかに記載の半導体光素子であって、前記光導波路層はIII族窒化物を含む半導体層を含むことを特徴とする半導体光素子。
19. 半導体基板と、該半導体基板よりも上部に形成されたIII族窒化物を含み六方晶の結晶構造を有する光導波路層と、該光導波路層よりも上部に形成された凸形状を有するリッジ部と、該リッジ部の少なくとも一部を構成するＡｌ _ｘ Ｇａ _１−ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１）結晶からなるクラッド層と、前記リッジ部の上面の少なくとも一部に形成された第１のコンタクト電極と、前記半導体基板の下面に形成された第２のコンタクト電極とを備え、
    前記光導波路層の等価屈折率が光導波路方向に沿って変化しているとともに、前記クラッド層は、光導波路の中央部付近に位置する一定幅の第１領域と、前記第１領域から光導波路の端面に接近するにしたがって幅が狭くなるように形成されたテーパー領域とを含み、前記テーパー領域における前記クラッド層の外縁がなす直線と、光導波路方向に平行な直線との間のなす角が２度以下であることを特徴とするリッジ型の窒化物半導体レーザ。
20. 半導体基板と、該半導体基板よりも上部に形成されたIII族窒化物を含み六方晶の結晶構造を有する光導波路層と、該光導波路層よりも上部に形成された凸形状を有するリッジ部と、該リッジ部の少なくとも一部を構成するＡｌ _ｘ Ｇａ _１−ｘ Ｎ（０≦ｘ≦１）結晶からなるクラッド層と、前記リッジ部の上面の少なくとも一部に形成された第１のコンタクト電極と、前記半導体基板の下面に形成された第２のコンタクト電極とを備え、
    前記光導波路層の等価屈折率が光導波路方向に沿って変化しているとともに、前記クラッド層は、光導波路の中央部付近に位置する一定幅の第１領域と、前記第１領域から光導波路の端面に接近するにしたがって幅が狭くなるように形成されたテーパー領域とを含み、前記テーパー領域における前記クラッド層の外縁がなす直線と、光導波路方向に平行な直線との間のなす角が５度以上であることを特徴とするリッジ型の窒化物半導体レーザ。
21. 請求項１９または２０に記載の窒化物半導体レーザであって、前記クラッド層は、前記テーパー領域よりも端面側に前記テーパー領域のうち最も狭い幅で一定幅に形成された第２領域を更に含み、前記テーパー領域及び前記第２領域は、前記第１領域の両側に形成されたことを特徴とするリッジ型の窒化物半導体レーザ。
22. 請求項１９乃至２１いずれかに記載の窒化物半導体レーザであって、前記第１領域の幅は４マイクロメーター以下であることを特徴とするリッジ型の窒化物半導体レーザ。
23. 請求項１９乃至２２いずれかに記載の窒化物半導体レーザであって、前記第１領域の長さは１０マイクロメーター以上１００マイクロメーター以下であることを特徴とするリッジ型の窒化物半導体レーザ。

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