CN117581432A - 半导体激光元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有周期结构且降低阈值电流的半导体激光元件。一种半导体激光元件，具备有光波导的氮化物半导体层叠体，所述氮化物半导体层叠体依次具有：第1n侧氮化物半导体层(31)，其具有沿着所述光波导的共振方向，折射率周期性地变化的周期结构；第2n侧氮化物半导体层(32)；活性层(40)，其具有一个以上的阱层以及一个以上的阻挡层；p侧氮化物半导体层(50)；所述活性层(40)具有所述一个以上的阱层中的位于最接近所述第2n侧氮化物半导体层(32)的位置的n侧阱层、所述一个以上的阻挡层中的位于所述n侧阱层和所述第2n侧氮化物半导体层(32)之间的位置的的n侧阻挡层，所述第2n侧氮化物半导体层(32)为具有In和Ga的氮化物半导体层，所述第2n侧氮化物半导体层(32)的厚度比所述n侧阻挡层的厚度更大。

Description

半导体激光元件
技术领域
本公开涉及半导体激光元件。
背景技术
现在，具有氮化物半导体的半导体激光元件能够振荡发出从紫外域到绿色的光，其用于光盘或投影仪用光源、医疗用光源、车载用前照灯等多种用途。在分光用光源或可视光通信等的用途中，存在期望波长的光谱宽度窄或波长的控制性高的情况。分布反馈型(Distributed Feedback：DFB)激光元件被期待用于这样的用途。例如，专利文献1上记载有具有衍射光栅的DFB激光元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开2019/146321号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在具有氮化物半导体的半导体激光元件中，存在设置有衍射光栅的DFB激光元件比未设置有衍射光栅的法布里-珀罗型的半导体激光元件，产生阈值电流的增大的倾向。
用于解决技术问题的技术方案
本公开包含以下发明(1)。
(1)一种半导体激光元件，具备具有光波导的氮化物半导体层叠体，
所述氮化物半导体层叠体依次具有：
第1n侧氮化物半导体层，其具有沿着所述光波导的共振方向，折射率周期性地变化的周期结构；
第2n侧氮化物半导体层；
活性层，其具有一个以上的阱层以及一个以上的阻挡层；
p侧氮化物半导体层；
所述活性层具有所述一个以上的阱层中的位于最靠近所述第2n侧氮化物半导体层的位置的n侧阱层、所述一个以上的阻挡层中的位于所述n侧阱层和所述第2n侧氮化物半导体层之间的位置的n侧阻挡层，
所述第2n侧氮化物半导体层为具有In和Ga的氮化物半导体层，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度比所述n侧阻挡层的厚度更大。
发明效果
根据上述的发明，在具有周期结构的半导体激光元件中，能够降低阈值电流。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的半导体激光元件的示意性的俯视图。
图2是在图1的II-II线的剖视图。
图3是在图1的III-III线的剖视图。
图4是在计算例1中，示出第2n侧氮化物半导体层的厚度和与衍射光栅相耦合的部分的光强比例Γgrating的关系的图表。
图5是在计算例1中，示出第2n侧氮化物半导体层的厚度和阱层的光限制Γwell的关系的图表。
图6是在计算例1中，示出第2n侧氮化物半导体层的厚度和向p侧氮化物半导体层的漏光的比例Γp的关系的图表。
图7是在计算例1中，示出计算归一化耦合系数kL的结果的图表。
图8是示出实施例1以及比较例1的半导体激光元件的I-L特性的图表。
图9是示出实施例1以及比较例1的半导体激光元件的波长光谱的图表。
图10是示出实施例1的半导体激光元件的边模抑制比的图表。
图11是示出实施例2以及比较例2的半导体激光元件的I-L特性的图表。
图12是示出实施例2的半导体激光元件的波长光谱的图表。
图13是示出比较例2的半导体激光元件的波长光谱的图表。
图14是示出实施例2的半导体激光元件的边模抑制比的图表。
图15是实施例2的半导体激光元件的一部分的Z对比度像。
具体实施方式
以下、参照附图，对本发明的一实施方式进行说明。另外，各附图中，在相同要素上标以相同标记。
图1是示出本实施方式的半导体激光元件的示意性的俯视图。图2是在图1的II-II线的剖视图。图3是在图1的III-III线的剖视图。如图1～图3所示，本实施方式的半导体激光元件100具备具有光波导10的氮化物半导体层叠体20。本实施方式的半导体激光元件100具有基板60，并在基板60上配置有氮化物半导体层叠体20。氮化物半导体层叠体20具有n侧氮化物半导体层30、活性层40、p侧氮化物半导体层50。在本实施方式中，将从n侧氮化物半导体层30朝向p侧氮化物半导体层50的方向作为上方向进行说明。该上方向也可以不一定与固定有半导体激光元件100的发光装置等的上方向一致。
(基板60)
基板60例如是半导体基板。基板60例如是GaN基板等氮化物半导体基板。例如，使用氮化物半导体基板作为基板60，能够将其上表面当作+c面(即，(0001)面)。在本实施方式中，c面不仅限于与(0001)面严格地保持一致的面，也包含具有±0.03～1度范围内的偏移角的面。半导体激光元件100也可以不具有基板60。作为基板的上表面，可以使用具有非极性面(M面或A面)或、具有与非极性面±0.03～25度范围内的偏移角的半极性面。
(氮化物半导体层叠体20)
氮化物半导体层叠体20具有多个氮化物半导体层。构成氮化物半导体层叠体20的氮化物半导体例如作为III族氮化物半导体。作为III族氮化物半导体，例如可举出GaN、InGaN、AlGaN、InN、AlN、以及InAlGaN。氮化物半导体层叠体20具有n侧氮化物半导体层30、活性层40、p侧氮化物半导体层50。活性层40配置于n侧氮化物半导体层30和p侧氮化物半导体层50之间。n侧氮化物半导体层30、活性层40、p侧氮化物半导体层50也可以分别直接接触，也可以在这些之间配置有其它半导体层。氮化物半导体层叠体20依次具有第1n侧氮化物半导体层31、第2n侧氮化物半导体层32、活性层40、p侧氮化物半导体层50。氮化物半导体层叠体20例如在基板60的上方外延成长。氮化物半导体层叠体20的主面例如是+c面(即，(0001)面)。
在图1～3中，将共振方向作为方向D1，将与共振方向垂直的方向作为方向D2。与光波导10的共振方向垂直的方向(方向D2)的宽度W10例如为1μm以上。光波导10的宽度W10优选地为10μm以上。由此，能够使半导体激光元件100的输出光提高，并且，通过设置具有周期结构的第1n侧氮化物半导体层31，能够将振荡发出波长的纵向模式单一化或者接近单一。考虑少量的自然放出光时，在严格意义上，不存在所谓单一纵向模式的状态。由此，将某模式的输出比其它模式的输出足够强的情况作为单一纵向模式或者接近单一的纵向模式。光波导10的宽度W10更优选地为50μm以上，也可以为80μm以上。光波导10的宽度W10能够为400μm以下。
如图1～3所示，在氮化物半导体层叠体20具有脊部20c的情况下，也可以将脊部20c的宽度视作光波导10的宽度W10。或者，在具有脊部20c以外的电流狭窄结构的情况下，也可以将其电流狭窄结构的在方向D2的宽度视作光波导10的宽度W10。
光波导10的在共振方向(方向D1)的长度L10例如可以是100μm以上。从活性层40到第1n侧氮化物半导体层31所具有的周期结构的距离越大，来自活性层40的光与周期结构的耦合效率越降低，但是通过使光波导10的长度L10变大，能够抑制半导体激光元件100的输出光的降低。因此，光波导10的长度L10优选地为1000μm以上。光波导10的长度L10也可以是1500μm以上。光波导10的长度L10能够为3000μm以下。光波导10的长度L10与共振器长相等。
氮化物半导体层叠体20具有光出射端面20a和光反射端面20b。光出射端面20a以及光反射端面20b为相对活性层40的主面非平行的面。光出射端面20a以及光反射端面20b例如为相对活性层40的主面垂直的面。光出射端面20a以及光反射端面20b为与光波导10的共振方向(方向D1)交叉的面，例如为相对方向D1垂直的面。
(n侧氮化物半导体层30)
n侧氮化物半导体层30具有一个以上含有n型杂质的氮化物半导体层。作为n型杂质，例如可举出Si以及Ge。n侧氮化物半导体层30也可以具有有意地不掺杂杂质的无掺杂层。n侧氮化物半导体层30包含第1n侧氮化物半导体层31和第2n侧氮化物半导体层32。n侧氮化物半导体层30也可以具有这些以外的层。图1～图3所示出的半导体激光元件100具有第3n侧氮化物半导体层33、第4n侧氮化物半导体层34、第5n侧氮化物半导体层35。n侧氮化物半导体层30也可以不具有全部这些层。n侧氮化物半导体层30也可以具有这些以外的层。
(第5n侧氮化物半导体层35)
第5n侧氮化物半导体层35配置于第1n侧氮化物半导体层31的与活性层40相反的一侧。第5n侧氮化物半导体层35配置于第1n侧氮化物半导体层31和基板60之间。第5n侧氮化物半导体层35例如是n侧包层。第5n侧氮化物半导体层35例如是n侧氮化物半导体层30中的带隙能最大的层。第5n侧氮化物半导体层35例如是含有n型杂质的AlGaN层。
(第3n侧氮化物半导体层33)
第3n侧氮化物半导体层33配置于第5n侧氮化物半导体层35和第1n侧氮化物半导体层31之间。
第3n侧氮化物半导体层33具有第5n侧氮化物半导体层35的折射率和第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率之间的折射率。例如，若第1n侧氮化物半导体层31和第一半导体部31a加第二半导体部31b的体积比是1：1，则能够将第一半导体部31a的折射率和第二半导体部31b的折射率的和的一半作为第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率。或者，若第3n侧氮化物半导体层33的折射率比第一半导体部31a的折射率和第二半导体部31b的折射率的任一个都低，则据此可以说第3n侧氮化物半导体层33的折射率也比第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率更低。各半导体的折射率能够从半导体的组成推测出。
通过设置第3n侧氮化物半导体层33，能够降低向第5n侧氮化物半导体层35或基板60漏出的光。例如，在第1n侧氮化物半导体层31具有周期性地配置有GaN和InGaN的周期结构的情况下，与第1n侧氮化物半导体层31不具有周期结构、只由GaN构成的情况相比较，第1n侧氮化物半导体层31的折射率上升。在这样的第1n侧氮化物半导体层31的折射率比较高的情况下，特别地，优选地通过设置第3n侧氮化物半导体层33来降低漏光。
第3n侧氮化物半导体层33例如是AlGaN层。第3n侧氮化物半导体层33也可以含有n型杂质。第3n侧氮化物半导体层33的厚度也可以是100nm以上且1000nm以下。
(第1n侧氮化物半导体层31)
第1n侧氮化物半导体层31具有沿着光波导10的共振方向(方向D1)折射率周期性地变化的周期结构。在氮化物半导体中，存在n型杂质(例如Si)的活性化率比p型杂质(例如Mg)的活性化率更高的倾向。因此，n侧氮化物半导体层30所具有的n型杂质浓度能够比p侧氮化物半导体层50所具有的p型杂质浓度更低。周期结构例如为在一个半导体层上形成凹凸结构后，由通过其它的半导体层填充该凹凸结构而形成，但是杂质浓度越低，越容易致密地填充。因此，周期结构设置于n侧氮化物半导体层30是适合的。第1n侧氮化物半导体层31所具有的周期结构例如具有比第5n侧氮化物半导体层35的折射率更高的折射率。或者，第1n侧氮化物半导体层31也可以兼有n侧包层。
将周期结构接近活性层40而配置时，可能产生由p侧氮化物半导体层50的电场强度相对地变高引起的吸收损失的增大，和/或，向活性层40的光限制的降低。由此，半导体激光元件100激光振荡的阈值电流能够上升。因此，将具有周期结构的第1n侧氮化物半导体层31设置于远离活性层40的位置。例如如图2所示，将第2n侧氮化物半导体层32配置于第1n侧氮化物半导体层31和活性层40之间。由此，通过p侧氮化物半导体层50的电场强度相对地变低，能够降低吸收损失，和/或，提高向活性层40的光限制，由此，能够降低半导体激光元件100的阈值电流。通过降低阈值电流，能够使激光振荡时的电流密度降低，能够降低在纵向模式下出现高次模式的概率。另外，通过提高向活性层40的光限制，能够提高半导体激光元件100的斜度效率。以下，使用计算结果进行说明。
首先，在分布反馈(DFB)激光或者分布布拉格反射器(Distributed BraggReflector：DBR)激光中，沿着光波导形成衍射光，通过在光波导中使前进波和后进波耦合，在布拉格频率附近反馈变强，产生频率的选择性。由此，在单一纵向模式或者接近单一的纵向模式中的激光振荡成为可能。例如，如果相对衍射光栅平行地传播光而产生布拉格反射，因为必须使前进波和后退波相位一致，所以衍射光栅周期Λ使用模式的次数m和有效折射率neff和波长λ并以式(1)进行表示。
但是，因为在有端面的反射的情况下，通过衍射光栅的相位使DFB模式变化，所以也存在改变衍射光栅的一部分的间隔而使带有相移的情况。例如为λ/4位移型或设置有平坦部的等价的相移型、使衍射光栅的间距周期变化的间距调制位移型或多相移型等。不仅考虑其它在水平方向上带有一维的周期结构的情况，也考虑使二维地带有周期性的情况。另外，除了带有一维周期结构的情况，也考虑相对带有周期结构的方向，使在面内其它方向不带有周期性的结构或周期位移的结构。
在DFB激光中，耦合系数k为传播的光由衍射光栅进行衍射而示出每单位长度的相耦合的程度，对于一般的形状，TE模式(Transverse Electric mode)的耦合系数k以式(2)以及式(3)进行表示。
这里，β是传播常数，Ey是TE模式的电场，k0＝2π/λ，λ是波长，n(x,z)作为折射率。例如，在衍射光栅在矩形中高度低、在衍射光栅的区域中被视为电场强度一定的情况下，耦合系数k由下式(4)近似地表示。
这里，n1是衍射光栅的凸部的折射率，n2是衍射光栅的凹部的折射率，neff是有效折射率，Γgrating是与衍射光栅耦合的部分的光强比例、Λ1是衍射光栅的凸部的宽度。从这些公式，已知凹凸部的折射率差越大、与衍射光栅耦合的电场的比例越高，耦合系数则越高。
Γgrating能够通过等价折射率计算算出。在以下示出的计算中，使用M.J.Bergmann,et.Al.,JOURNAL OF APPLIED PHYSICS vol.84(1998)pp.1196-1203所记载的公式，基于构成该层的氮化物半导体的组成比来算出各层的折射率。作为计算例1，使后述的实施例1的半导体激光元件和第2n侧氮化物半导体层32(无掺杂的In0.03Ga0.97N层)的厚度变化以外，使用相同的结构，计算在图4～图6示出的各项目。第2n侧氮化物半导体层32的厚度为15nm、50nm、100nm、150nm、200nm、300nm、400nm。即，在计算例1中，从第2n侧氮化物半导体层32到活性层40的距离为215nm、250nm、300nm、350nm、400nm、500nm、600nm。
对于计算例1，将与相对第2n侧氮化物半导体层32的厚度的衍射光栅耦合的部分的光强比例Γgrating、阱层41的光限制Γwell和向p侧氮化物半导体层50的漏光比例Γp的关系分别在图4、图5和图6中示出。如图4所示，第2n侧氮化物半导体层32的厚度越厚，衍射光栅的光强度越减少，其降低的程度从厚度400nm附近变得缓慢。如前述，因为与衍射光栅耦合的电场的比例高时，耦合系数k高，乍一看，认为第2n侧氮化物半导体层32薄是优选的。但是，如图5所示，阱层41的光限制Γwell最大是300nm，在其前后缓慢地降低。DFB激光与一般的法布里-珀罗激光相同，向活性层的光限制降低时，阈值电流上升。进一步地，如图6所示，第2n侧氮化物半导体层32越薄，向p侧氮化物半导体层50的漏光比例Γp越增大。Γp的增加引起在p侧氮化物半导体层50的自由载流子吸收损失的增加，通过增加在共振器内部的损失，来引起阈值电流的上升或斜度效率的降低。
这里的自由载流子吸收损失例如如果是p型半导体层，能够以反映向p型半导体层的漏光Γp、p型半导体层的杂质浓度n和自由载流子吸收截面积的系数σfc的积近似地说明。将其用公式(5)表示。
α fc＝n×σ fc×Γp (5)
即，即使p型半导体层的杂质浓度相同，向p型半导体层的漏光增加时，自由载流子吸收损失αfc也增加。作为p型半导体层，能够举出由含有Mg等的p型杂质的氮化物半导体构成的层。因为在氮化物半导体中p型杂质的活性化率比Si等n型杂质的活性化率更低，在p型半导体层中比较多的p型杂质是必要的，所以由p型杂质引起的自由载流子吸收损失增加。从上述公式，能够理解向p侧氮化物半导体层50的漏光越增加，自由载流子吸收损失越增加，由此因为共振器内部的损失增加，所以阈值电流增加。同样地，即使向p侧氮化物半导体层50的漏光相同，因为p侧氮化物半导体层50的杂质浓度增加时，自由载流子吸收损失αfc增加，共振器内部的损失增加，所以阈值电流增加。
从图6的计算结果来看，为了制作阈值电流低而斜度效率高的DFB激光，优选地第2n侧氮化物半导体层32的厚度更大。另一方面，为了得到稳定的单一纵向模式或者接近单一的纵向模式的DFB激光，耦合系数k是重要的。从图4的计算结果来看，第2n侧氮化物半导体层32的厚度越大，耦合系数k越降低。因此，认为若只着眼于耦合系数k，则第2n侧氮化物半导体层32的厚度越大，越不利于得到稳定的单一纵向模式或者接近单一的纵向模式的DFB激光。但是，实际地影响衍射光栅和传播的光的耦合的参数不只是耦合系数k，而是以耦合系数k和衍射光栅的区域长度L的积kL来表示。kL也称为归一化耦合系数。
图7示出计算归一化耦合系数kL的结果。在图7中，计算所用的耦合系数k与图4相同，〇、□、△、×的区域长度L分别为300μm、600μm、1000μm、2000μm。从图7来看，已知通过调整共振器长，能够得到期望的归一化耦合系数kL。即，使第2n侧氮化物半导体层32的膜厚变大而减少自由载流子吸收损失、和得到期望的归一化耦合系数kL是能够兼顾的。
在本实施方式中，第1n侧氮化物半导体层31所具有的周期结构是衍射光栅。通过具备具有周期结构的第1n侧氮化物半导体层31，能够将半导体激光元件100作为DFB激光元件。能够通过周期结构的大小、需要得到的激光的波长、使用的半导体的组成等进行适当调整。
构成周期结构的凹凸的、沿着光波导10的共振方向(方向D1)的截面形状能够例如是锯齿状、正弦波状、矩形状、梯形状、倒梯形状等。构成周期结构的凹凸中的凸部的截面形状在图2中为矩形状，但是优选地是如梯形状，具有随着接近活性层40而宽度变窄的倾斜边的形状。由此，能够容易使填充凹凸的半导体层成长，减小该半导体层的厚度。凹凸各自的凸部能够具有上表面。该上表面例如是平行于活性层40的主面的面。图2示出的凹凸的各自的凹部具有底面。该底面例如为平行于活性层40的主面的面。凹凸的各自的凹部例如也可以是不具有V字形状这样的底面的形状。
构成周期结构的凹凸的周期(间距)能够由欲振荡发出的波长和有效折射率来决定。凹凸的间距(凹凸的1周期)例如能够是40nm以上且140nm以下。沿着光波导10的共振方向(方向D1)的方向的凸部的宽度和凹部的宽度也可以分别相同，也可以不同。另外，在设置高次模式的衍射结构的情况下，能够在3次衍射中为120nm以上且420nm以下或者、在10次衍射以上中为400nm以上且2000nm以下。凸部的宽度和凹部的宽度优选地为任一个的宽度处于另一个的宽度的1/2～2的范围。构成周期结构的凹凸的凹部的数量和凸部的数量可以相同，也可以不同。例如，在从光出射端面20a到光反射端面20b，以凹部开始，以凹部结束的情况下，凹部的数量比凸部的数量多一个。在图2中，示意性地示出11的凹部和10的凸部，但是凹部以及凸部的数量不限于此。构成周期结构的凹凸的周期的数量例如在共振器长为300μm且周期为110nm的情况下，约为2727。在该情况下，构成一个半导体激光元件100的周期结构的凹部和凸部的数量分别是2727或者2728。
构成周期结构的凹凸的高度能够是300nm以下，也可以是200nm以下。因为提高凹凸的高度而Γgrating上升，所以能够使耦合系数k上升。因此，凹凸的高度优选地为50nm以上。构成周期结构的凹凸的高度例如为在垂直于活性层40的主面并且平行于光波导10的共振方向的截面中，与活性层40的主面平行且通过凹凸中的离活性层40最近的部分的线、和与活性层40的主面平行且通过凹凸中的离活性层40最远部分的线之间的最短距离。这样的截面例如能够通过透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope：TEM)进行观察。截面也可以通过扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope：STEM)进行观察。
构成周期结构的凹凸也可以从光出射端面20a到光反射端面20b连续地形成。如图2所示，在光出射端面20a和/或光反射端面20b的附近也可以不形成凹凸。在周期结构从光出射端面20a到光反射端面20b连续地形成的情况下，周期结构的区域长度L与光波导10的长度L10相等。或者，周期结构的区域长度L也可以小于光波导10的长度L10。周期结构的区域长度L能够是光波导10的长度L10的80％以上，优选地为90％以上。周期结构的区域长度L优选地为200μm以上且3000μm以下，更优选地为300μm以上且1500μm以下。由此，容易得到期望的耦合效率。能够设置基于衍射光栅的周期结构层的区域和不设置衍射光栅的区域这两者。在该情况下，周期结构的区域长度L能够是光波导10的长度L10的10％，优选地为30％以上。在该情况下，能够使剩余区域作为不带有衍射光栅的增益区域发挥功能，和/或，作为施加偏压使相位位移的相移区域等发挥功能。其它地，也能够设置有基于衍射光栅的周期结构层的区域和带有不设置衍射光栅的复杂功能的区域。在该情况下，周期结构的区域长度L能够是光波导10的长度L10的5％以上，优选地为10％以上，在该情况下，能够将光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)或电场吸收调制器(EAM：Electro AbsorptionModulator)、Mach-Zehnder型强度调制器等集成于元件内。
第1n侧氮化物半导体层31具有多个第一部分、有比第一部分的折射率更高的折射率的多个第二部分。周期结构通过多个第一部分和多个第二部分沿着所述共振方向交替地配置而构成。
在图1～3示出的第1n侧氮化物半导体层31中，多个第一部分联结于一个共通部分，通过多个第一部分和一个共通部分构成一个第一半导体部31a。同样地，多个第二部分联结于一个共通部分，通过多个第二部分和一个共通部分构成一个第二半导体部31b。换言之，第一半导体部31a具有从一个共通部分朝向上方突出的多个第一部分，并且第二半导体部31b具有从一个共通部分朝向下方突出的多个第二部分，第一部分和第二部分沿着方向D1交替地配置。第一半导体部31a的共通部分的组成与第一部分的组成相同。第二半导体部31b的共通部分的组成与第二部分的组成相同。组成相同指的是有意的不设为不同的组成而形成得到的，可以包含制造上产生的误差。这里以第一半导体部31a包含多个第一部分，第二半导体部31b包含多个第二部分进行说明，但是也可以是第一半导体部31a包含多个第二部分，第二半导体部31b包含多个第一部分。
第一半导体部31a可以通过例如在形成成为第一半导体部31a的第一半导体层后，由干蚀刻等除去第一半导体层的一部分而得到。若除去该一部分时，连同第一半导体层的下表面也除去，则能够形成没有共通部分而只由多个第一部分构成的第一半导体部。考虑除去的深度的精度，若是以未到达第一半导体层的下表面的深度进行除去，则能够形成由一个共通部分和多个第一部分构成的第一半导体部31a。
第二半导体部31b例如能够通过在第一半导体部31a的上方形成第二半导体部31b而得到。第二半导体部31b填充于第一半导体部31a所具有的多个第一部分彼此之间。第二半导体部31b例如能够在比第一半导体层更促进横向成长的成长条件下形成。在这样形成第二半导体部31b的情况下，第二半导体部31b的杂质浓度越低，越能够降低在第二半导体部31b和第一半导体部31a之间产生间隙的可能性。因此，第二半导体部31b的n型杂质浓度优选地为1×1020/cm3以下。第一半导体部31a的n型杂质浓度也可以为1×1017/cm3以上且1×1020/cm3，或者是检测极限以下。第一半导体部31a的n型杂质浓度也可以比第二半导体部31b的n型杂质浓度更大。第二半导体部31b的n型杂质以外的杂质浓度可以是检测极限以下。另外，第二半导体部31b优选地由GaN构成，由此能够降低在第二半导体部31b和第一半导体部31a之间产生间隙的可能性。
多个第一部分或者多个第二部分的任一个，在与共振方向垂直的方向的两端中的至少一端也可以位于氮化物半导体层叠体20的内部。多个第一部分或者多个第二部分的任一个的两端，即也可以换言之为周期结构的两端。在将电子束光刻这样的形成面积和作业时间成比例的方法用于周期结构的形成的情况下，通过这样将周期结构的宽度设定比半导体激光元件100的宽度更小，能够缩短周期结构的形成时间。
在图2以及图3中，第一半导体部31a在从活性层40远离的方向上具有凹陷的多个凹形状。第一半导体部31a中的沿着共振方向(方向D1)而夹持多个凹形状的部分为第一部分或者第二部分的一个。多个凹形状由第二半导体部31b进行填充，填充该多个凹形状的部分为第一部分或者第二部分的另一个。第一半导体部31a也可以具有朝向活性层40突出的多个凸形状。在该情况下，第一半导体部31a的多个凸形状的部分为第一部分或者第二部分的一个，第二半导体部31b中的沿着共振方向(方向D1)而夹持多个凸形状的部分为第一部分或者第二部分的另一个。认为通过使与第一半导体部31a的凹形状或者凸形状的部分的共振方向垂直的方向(方向D2)的两端中的至少一端位于氮化物半导体层叠体20的内部，容易稳定形成凹形状或者凸形状。因为能够期待凹形状或者凸形状的方向D2的宽度越窄，第一半导体部31a的强度越提高。优选地，将凹形状或者凸形状作为凹形状或者凸形状的在方向D2的两端的两方位于氮化物半导体层叠体20的内部的形状。凹形状或者凸形状的在方向D2的宽度为光波导10的宽度W10以上，也可以比光波导10的宽度W10更大。凹形状或者凸形状的在方向D2的宽度也可以是在光波导10的宽度W10上加上一侧5μm以上、合计10μm以上的值。凹形状或者凸形状的在方向D2的宽度也可以比电极焊盘83的在方向D2的宽度更小。在使用电子束光刻这样的形成面积和作业时间成比例的方法于周期结构的形成的情况下，形成具有多个凹形状的第一半导体部31a比形成具有多个凸形状的第一半导体部31a，更能缩短周期结构的形成时间。另外，能够期待形成具有多个凹形状的第一半导体部31a比形成具有多个凸形状的第一半导体部31a，更加提高第一半导体部31a的强度。
例如，第一部分由包含Ga的氮化物半导体构成，第二部分由包含In和Ga的氮化物半导体构成。例如、第一部分由GaN构成，第二部分由In XGa1-XN(0＜X＜1)构成。第二部分的In组成比能够为0.001≤X≤0.1。在该情况下，作为与第1n侧氮化物半导体层31的其它层设置有n侧包层，能够将第1n侧氮化物半导体层31配置于n侧包层和活性层40之间。由此，能够降低阈值电流，并且，能够使光限制提高。在第一部分由GaN构成的情况下，优选地第一半导体部31a包含多个第二部分，第二半导体部31b包含多个第一部分。由此，因为第一半导体部31a的凹凸能够由第二半导体部31b进行填充，所以能够降低在所以第一部分和第二部分之间产生间隙的概率。这样的第一半导体部31a和第二半导体部31b例如如后述的图15所示，在通过STEM得到的Z对比度像(ZC像)中，相比第一半导体部31a的凹部的侧面，底部比较的变化缓慢。这样的比较的变化例如能够通过垂直于活性层40的主面且沿着光波导10的共振方向的截面的观察来确认。Z对比度像是基于原子量的对比度像。
例如，第一部分由包含Al和Ga的氮化物半导体构成，第二部分由包含Ga的氮化物半导体构成。例如，第一部分由Al YGa 1-YN(0＜Y＜1)构成，第二部分由GaN构成。第一部分的Al组成比能够为0.001≤Y≤0.2。在第1n侧氮化物半导体层31的至少一部分包含含有Al和Ga的氮化物半导体的情况下，第1n侧氮化物半导体层31也可以是作为n侧包层发挥功能的层。
第1n侧氮化物半导体层31所具有的周期结构沿着脊部20c的延伸方向，折射率周期性地变化。周期结构沿着最短结合光出射端面20a和光反射端面20b的方向，折射率周期性地变化。周期结构配置于至少脊部20c的正下方。
从第1n侧氮化物半导体层31到阱层41的距离优选地比300nm大。由此，能够降低半导体激光元件100的阈值电流。另外，能够使半导体激光元件100的斜度效率提高。从第1n侧氮化物半导体层31到阱层41的距离为300nm以下时，阈值电流上升，例如存在即使注入400mA的电流，也不激光振荡的情况。从第1n侧氮化物半导体层31到阱层41的距离例如能够为800nm以下，优选地为500nm以下。由此，容易得到期望的耦合效率。也可以将从第1n侧氮化物半导体层31到活性层40的距离作为这些的数值范围。另外，也可以将从第1n侧氮化物半导体层31所具有的周期结构到阱层41的距离作为这些的数值范围，也可以将从周期结构到活性层40的距离作为这些的数值范围。从第1n侧氮化物半导体层31所具有的周期结构到阱层41(n侧阱层)的距离可以是320nm以上且800nm以下，也可以是400nm以上且800nm以下。
第1n侧氮化物半导体层31的厚度优选地是50nm以上，更优选地是100nm以上。由此，在第1n侧氮化物半导体层31上容易形成周期结构。第1n侧氮化物半导体层31的厚度能够使1000nm以下、也可以是500nm以下。
周期结构的厚度，即周期结构的相对活性层40的主面垂直的方向的长度与第1n侧氮化物半导体层31的厚度相同，或相比其更小。第1n侧氮化物半导体层31的厚度和周期结构的厚度的差值能够是0nm以上且1000nm以下。
(第4n侧氮化物半导体层34)
第4n侧氮化物半导体层34配置于第2n侧氮化物半导体层32和第1n侧氮化物半导体层31之间。第4n侧氮化物半导体层34的折射率比第2n侧氮化物半导体层32的折射率更低，并且，也可以比第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率更高。第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率也可以从构成第1n侧氮化物半导体层31的多个半导体部的体积比求出。或者，凭借第4n侧氮化物半导体层34的折射率比该多个半导体部的折射率的任一个都高，也可以说第4n侧氮化物半导体层34的折射率比第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率高。
通过设置有第4n侧氮化物半导体层34，能够提高向活性层40的光限制。例如，在第1n侧氮化物半导体层31具有周期性地配置有AlGaN和GaN的周期结构的情况下，与第1n侧氮化物半导体层31不具有周期结构、只由GaN构成的情况相比较，第1n侧氮化物半导体层31的折射率降低。在这样的第1n侧氮化物半导体层31的折射率比较低的情况下，特别地，优选地通过设置第4n侧氮化物半导体层34来提高向活性层40的光限制。或者，也可以是不设置第4n侧氮化物半导体层34，代替地，将第二半导体部31b的共通部分的厚度设为50nm以上。由此，能够提高向活性层40的光限制。第二半导体部31b的共通部分的厚度可以是300nm以下。
第4n侧氮化物半导体层34例如为InGaN层。第4n侧氮化物半导体层34也可以含有n型杂质。第4n侧氮化物半导体层34的厚度可以是1nm以上且500nm以下。
(第2n侧氮化物半导体层32)
第2n侧氮化物半导体层32配置于第1n侧氮化物半导体层31和活性层40之间。
具有周期结构的第1n侧氮化物半导体层31和活性层40的距离越小，p侧氮化物半导体层50的电场强度越上升，吸收损失越增大，和/或向活性层40的光限制越降低。通过设置有第2n侧氮化物半导体层32，能够使p侧氮化物半导体层50的电场强度降低而降低吸收损失，和/或，能够使向活性层401光限制提高。因此，能够使半导体激光元件100的阈值电流降低。
第2n侧氮化物半导体层32优选地为具有In和Ga的氮化物半导体层。第2n侧氮化物半导体层32的厚度优选地比后述的n侧阻挡层的厚度更大。通过具备这些结构，能够降低吸收损失，和/或，能够使向活性层40的光限制提高。
第2n侧氮化物半导体层32的折射率优选地比第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率更高。第2n侧氮化物半导体层32的厚度优选地比第1n侧氮化物半导体层31的厚度更大。通过具备这些结构，能够降低吸收损失，和/或，能够使向活性层40的光限制提高。
第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率也可以从构成第1n侧氮化物半导体层31的多个半导体部的体积比求出。或者，凭借第2n侧氮化物半导体层32的折射率比该多个半导体部的折射率任一个都高，也可以说第2n侧氮化物半导体层32的折射率比第1n侧氮化物半导体层31的平均折射率高。第2n侧氮化物半导体层32的厚度不是第1n侧氮化物半导体层31的厚度，也可以与第1n侧氮化物半导体层31的周期结构的厚度相比较。
第2n侧氮化物半导体层32的折射率优选地也比n侧阻挡层的折射率更高。为了使n侧阻挡层作为阻挡层发挥功能，其具有比阱层的带隙能更大的带隙能，但是在这样的n侧阻挡层中，折射率呈现比较低的倾向。因此，通过设置有具有比n侧阻挡层的折射率高的折射率的第2n侧氮化物半导体层32，能够降低吸收损失，和/或，能够使向活性层40的光限制提高。在n侧阻挡层由多个层构成的情况下，第2n侧氮化物半导体层32的折射率优选地比n侧阻挡层的平均折射率更高，也可以比构成n侧阻挡层的多个层的任一个的折射率更高。
第2n侧氮化物半导体层32例如由InZGa1-ZN(0＜Z＜1)构成。第2n侧氮化物半导体层32的In组成比能够为0.001≤Z≤0.2。第2n侧氮化物半导体层32也可以是组成倾斜层。第2n侧氮化物半导体层32例如能够为整体是InGaN，随着接近活性层40，In组成比增加的组成倾斜层。这样的组成倾斜层可以说是具有In和Ga的氮化物半导体层。作为组成倾斜层，在形成将离活性层40最远的部分作为GaN，将离活性层40最近的部分作为InGaN，随着接近活性层40，In组成比增加的组成倾斜层的情况下，可以将除去该组成倾斜层中的离活性层40最远的部分后剩余的部分作为第2n侧氮化物半导体层32。
第2n侧氮化物半导体层32的厚度能够为150nm以上，优选地为200nm以上。由此，能够降低吸收损失，和/或，能够使向活性层40的光限制提高。第2n侧氮化物半导体层32的厚度也可以比第4n侧氮化物半导体层34的厚度更大。第2n侧氮化物半导体层32的厚度能够为500nm以下。从图4、图5以及图6示出的衍射光栅的光强度、阱层41的光限制、向p侧氮化物半导体层50的漏光的关系来看，第2n侧氮化物半导体层32的厚度可以是170nm以上且500nm以下，可以是230nm以上且500nm以下，也可以是300nm以上且500nm以下。
(活性层40)
活性层40配置于n侧氮化物半导体层30和p侧氮化物半导体层50之间。活性层40能够为多个量子阱结构，或者，单一量子阱结构。活性层40具有一个以上的阱层41以及一个以上的阻挡层42。
活性层40具有：n侧阱层，其位于一个以上的阱层41中的最接近第2n侧氮化物半导体层32的位置；n侧阻挡层，其位于一个以上的阻挡层42中的n侧阱层和第2n侧氮化物半导体层32之间的位置。
在n侧阱层和第2n侧氮化物半导体层32之间存在多个半导体层的情况下，优选地第2n侧氮化物半导体层32的厚度比其中厚度最大的层的厚度更大。由此，能够降低吸收损失，和/或，能够使向活性层40的光限制提高。进一步地，优选地与位于n侧阱层和第2n侧氮化物半导体层32之间的多个半导体层的合计厚度相比较，第2n侧氮化物半导体层32的厚度更大。由此，进一步地，能够降低吸收损失，和/或，使向活性层40的光限制提高。
活性层40例如能够由能发出400nm以上且600nm以下的波长的光的组成来形成。一个以上的阱层41例如由InGaN构成。构成一个以上的阱层41的InGaN的In组成比例如能够为0.05以上且0.50以下。构成一个以上的阱层41的InGaN的In组成比也可以为0.15以上。
(p侧氮化物半导体层50)
p侧氮化物半导体层50具有一个以上含有p型杂质的氮化物半导体层。作为p型杂质，例如可举出Mg。p侧氮化物半导体层50也可以具有有意地不掺杂杂质的无掺杂层。p侧氮化物半导体层50能够具有接触层。p侧氮化物半导体层50能够具有光导层、电子阻挡层、一个以上的包层。p侧氮化物半导体层50也可以具有全部这些层，也可以具有这些以外的层。
在氮化物半导体中，p型杂质的活性化率比n型杂质的活性化率更低。因此，存在p侧氮化物半导体层50所具有的p型杂质浓度比n侧氮化物半导体层30所具有的n型杂质浓度更高的倾向。例如，在p侧氮化物半导体层50的p型杂质浓度的最高值比在n侧氮化物半导体层30的n型杂质浓度的最高值更大。
(第一保护膜71、第二保护膜72)
半导体激光元件100也可以具有第一保护膜71和第二保护膜72。第一保护膜71设置于氮化物半导体层叠体20的光出射端面20a。第二保护膜72设置于氮化物半导体层叠体20的光反射端面20b。也可以不设置第一保护膜71以及第二保护膜72的一方或者两方。第一保护膜71以及第二保护膜72能够分别具有一个以上的电解质膜。
第一保护膜71也可以是AR(非反射)镀层。在该情况下，第一保护膜71的反射率优选地为1％以下，更优选地为0.1％以下、0.001％以上。但是，将第一保护膜71作为AR镀层适合于共振器内部的增益足够高的情况，在共振器的增益不足够高的情况下，优选地设置有具有更高反射率的第一保护膜71。为了抑制阈值电流的上升，第一保护膜71的反射率优选地为0.1％以上，更优选地为5％以上。在射出420nm以上且小于500nm的峰值波长的激光的半导体激光元件100中，能够提高共振器内部的增益，第一保护膜71的反射率优选地为25％以下，更优选地为18％以下。由此，能够提高斜度效率，实现高输出化。
在欲更加抑制阈值电流的上升的情况下，第一保护膜71的反射率可以成为18％以上，更优选地为30％以上。在射出500nm以上的峰值波长的激光的半导体激光元件100中，其与小于500nm的情况相比较，存在共振器内部的增益低的倾向。因此，在输出500nm以上的峰值波长的激光的半导体激光元件100中，第一保护膜71的反射率优选地为30％以上，并且小于第二保护膜72的反射率。由此，能够降低阈值电流。在氮化物半导体层叠体20的内部设置有周期结构，在通过该周期结构使振荡波长的纵向模式单一化或者接近单一的情况下，与不是这样的情况相比较，降低与激光振荡有关的限制系数。能够越提高第一保护膜71的反射率，越使限制系数上升。第一保护膜71的反射率也可以是60％以上，也可以是80％以上。
第二保护膜72的反射率比第一保护膜71的反射率更高。第二保护膜72的反射率例如能够是95％以上，也可以是98％以上。第二保护膜72的反射率例如能够是100％以下。第二保护膜72的反射率也可以是100％。另外，第一保护膜71的反射率和第二保护膜72的反射率指的是半导体激光元件100振荡发出的激光的峰值波长的反射率。
(绝缘膜73)
半导体激光元件100能够具有设置于p侧氮化物半导体层50的表面的一部分的绝缘膜73。绝缘膜73例如是Si、Al、Zr、Ti、Nb、Ta等氧化物或者氮化物等单层膜或者多层膜。
(n电极81、p电极82、电极焊盘83)
半导体激光元件100具有n电极81、p电极82。n电极81设置于基板60的下表面。p电极82与p侧氮化物半导体层50的一部分接触而设置。p电极82例如与脊部20c的上表面接触而设置。半导体激光元件100能够具有设置于p电极82的上方的电极焊盘83。电极焊盘83与p电极82接触而设置。作为各电极的材料，例如可以举出Ni、Rh、Cr、Au、W、Pt、Ti、Al等金属或者合金，包含从Zn、In、Sn选择的至少一种的导电性氧化物等单层膜或者多层膜。作为导电性氧化物，可以举出ITO(IndiumTin Oxide，氧化铟锡)、IZO(Indium Zinc Oxide，氧化铟锌)、GZO(Gallium-doped Zinc Oxide，氧化锌镓)等。另外，在本说明书中，从活性层40来看，将p侧氮化物半导体层50所位于的一侧作为上方，将n侧氮化物半导体层30所位于的一侧作为下方。
(半导体激光元件100)
半导体激光元件100例如为DFB激光元件。半导体激光元件100射出的激光的峰值波长例如能够为400nm以上且600nm以下。半导体激光元件100射出的激光的峰值波长例如为500nm以上。如果是具有第1n侧氮化物半导体层31的半导体激光元件100，能够具有周期结构，并且，射出500nm以上的峰值波长的激光。
半导体激光元件100的射出的激光的光谱宽度能够为10pm以下，例如为3pm以下。半导体激光元件100射出的激光的光谱宽度例如为1fm以上，也可以为10fm以上。或者，如果是测定分辨率以下的光谱线宽度，也可以说是单一波长。测定分辨率例如为pm指令。
半导体激光元件100射出的激光法人边模抑制比(Side mode suppressionratio：SMSR)例如为10dB以上。边模抑制比为光谱强度最大的峰(主模)和第二大的峰(边模)的强度比。边模抑制比越小，振荡的激光光谱的单色性，即纵向模式的单一性越高。半导体激光元件100射出的激光的边模抑制比例如可以为60dB以下。或者，如果是背景水平以上的SMSR，纵向模式也可以是单一的。背景水平例如为20～40dB程度。
(实施例1)
作为实施例1，制作以下示出的半导体激光元件。在制作成为半导体激光元件的外延晶片中使用MOCVD装置。另外，在原料中，适当使用三甲基镓(TMG)、三乙基镓(TEG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)、氨气(NH 3)、硅烷气体、双(环戊二烯)(Cp 2Mg)。
在c面GaN基板(基板60)上，使含有Si的Al0.016Ga0.984N层以1.8μm厚度成长。
接着，使含有Si的Al0.08Ga0.92N层以200nm的厚度成长。
接着，使含有Si的In0.04Ga0.96N层以150nm的厚度成长。
接着、使含有Si的Al0.08Ga0.92N层(成为第一半导体部31a的第一半导体层)以650nm的厚度成长。
从MOCVD装置取出形成有以上的层的外延晶片，使用电子束光刻装置和反应性离子蚀刻(RIE)以及溅射进行周期性的凹凸形状(周期结构)的制作。凹部的深度为200nm，凹部的宽度为80nm，衍射光栅周期Λ(凹凸的1周期)为110nm。
在制作凹凸形状后，通过MOCVD装置使含有Si的GaN层(第二半导体部31b)以200nm的厚度成长。200nm为从凹凸形状的凸部的最上部到含有Si的GaN层(第二半导体部31b)的上表面的厚度。
接着、使无掺杂的In0.03Ga0.97N层(第2n侧氮化物半导体层32)以240nm的厚度成长。从含有Si的Al0.016Ga0.984N层到该In0.03Ga0.97N层为n侧氮化物半导体层30。
接着，使依次包含由厚度1nm的Si掺杂的GaN层、厚度8nm的Si掺杂的In0.05Ga0.95N层、厚度1nm的Si掺杂的GaN层的3层构成的n侧阻挡层(阻挡层42)；厚度2.1nm的无掺杂的In0.25Ga0.75N层(阱层41)；厚度2.9nm的无掺杂的GaN层(阻挡层42)；厚度2.1nm的无掺杂的In0.25Ga0.75N层(阱层41)；厚度2.9nm的无掺杂的GaN层(阻挡层42)的活性层40成长。
接着，使无掺杂的组成倾斜层以150nm的厚度成长。在组成倾斜层中，以成长的起始端为In0.05Ga0.95N，成长的终点端为GaN，组成倾斜成为大致直线状的方式，以120级使In组成实质地单调减少而成长。
接着，使含有Mg的Al0.10Ga0.90N层和Al0.16Ga0.84N层分别以3nm、7nm的厚度成长。
接着，使含有Mg的Al0.015Ga0.985N层以450nm的厚度成长。
接着，使含有Mg的GaN层以15nm的厚度成长。从无掺杂的组成倾斜层到该GaN层为p侧氮化物半导体层50。
而且，从MOCVD装置取出形成有以上的层的外延晶片，使用光刻和RIE和溅射，来形成脊部20c和p电极82和电极焊盘83和n电极81等。其后，进行单片化，在端面上形成第一保护膜71和第二保护膜72，得到半导体激光元件。第一保护膜71的反射率为80％，第二保护膜72的反射率为98％。在半导体激光元件中，脊部宽度为2μm，共振器长为300μm，元件宽度为200μm。
(实施例2)
作为实施例2的半导体激光元件，制作以下示出的半导体激光元件。实施例2的半导体激光元件主要地在形成周期性的凹凸形状的层(成为第一半导体部31a的第一半导体层)为InGaN层这一点、以及脊部宽度为15μm这一点与实施例1的半导体激光元件不同。
在c面GaN基板(基板60)上，使含有Si的Al0.016Ga0.984N层以1.25μm的厚度成长。
接着，使含有Si的Al0.08Ga0.92N层以250nm的厚度成长。
接着，使含有Si的In0.04Ga0.96N层以150nm的厚度成长。
接着，使含有Si的Al0.08Ga0.92N层(第5n侧氮化物半导体层35)以650nm的厚度成长。
接着，使含有Si的GaN层(第3n侧氮化物半导体层33)以100nm的厚度成长。
接着，使含有Si的In0.03Ga0.97N层(成为第一半导体部31a的第一半导体层)以200nm的厚度成长。
从MOCVD装置取出形成有以上的层的外延晶片，使用电子束光刻装置和反应性离子蚀刻(RIE)以及溅射进行周期性的凹凸形状(周期结构)的制作。凹部的深度为150nm，凹部的宽度为50nm，衍射光栅周期Λ(凹凸的1周期)为115nm。
在制作凹凸形状后，通过MOCVD装置，使含有Si的GaN层(第二半导体部31b)以100nm的厚度成长。100nm为从凹凸形状的凸部的最上部到含有Si的GaN层(第二半导体部31b)的上表面的厚度。
接着，无掺杂的In0.03Ga0.97N层(第2n侧氮化物半导体层32)以230nm的厚度成长。
接着，使依次含有由厚度1nm的Si掺杂的GaN层、厚度44nm的Si掺杂的In0.05Ga0.95N层、厚度1nm的Si掺杂的GaN层的3层构成的n侧阻挡层(阻挡层42)、厚度2.1nm的无掺杂的In0.25Ga0.75N层(阱层41)、厚度3.3nm的无掺杂的GaN层(阻挡层42)、厚度2.1nm的无掺杂的In0.25Ga0.75N层(阱层41)、厚度2.2nm的无掺杂的GaN层(阻挡层42)的活性层40成长。
接着，使无掺杂的组成倾斜层以180nm的厚度成长。在组成倾斜层中，以成长的起始端为In0.05Ga0.95N，成长的终点端为GaN，组成倾斜成为大致直线状的方式，以120级使In组成实质地单调减少而成长。
接着，使无掺杂的组成倾斜层以150nm的厚度成长。在组成倾斜层中，以成长的起始端为GaN，成长的终点端为Al0.04Ga0.96N，组成倾斜成为大致直线状的方式，以70级使Al组成实质地单调增加而成长。
接着，使无掺杂的Al0.04Ga0.96N层以200nm的厚度成长。
接着，使含有Mg的Al0.10Ga0.90N层和Al0.19Ga0.81N层分别以3.9nm、7nm的厚度成长。
接着，使含有Mg的Al0.04Ga0.96N层以100nm的厚度成长。
接着，使含有Mg的GaN层以15nm的厚度成长。
而且，从MOCVD装置取出形成有以上的层的外延晶片，使用光刻和RIE和溅射，来形成脊部20c和p电极82和电极焊盘83和n电极81等。其后，进行单片化，在端面上形成第一保护膜71和第二保护膜72，得到半导体激光元件。第一保护膜71的反射率为90％，第二保护膜72的反射率为98％。在半导体激光元件中，脊部宽度为15μm，共振器长为300μm，元件宽度为200μm。
(比较例1)
作为比较例1的半导体激光元件，除了不在含有Si的Al0.08Ga0.92N层(第一半导体层)上形成凹凸这一点以外，以与实施例1的半导体激光元件全部相同的结构来制作半导体激光元件。
(比较例2)
作为比较例2的半导体激光元件，除了不在含有Si的In0.03Ga0.97N层(第一半导体层)上形成凹凸这一点以外，以与实施例2的半导体激光元件全部相同的结构来制作半导体激光元件。
(评价)
将实施例1以及比较例1的半导体激光元件的I-L特性在图8中示出。在图8中，横轴为电流，纵轴为输出光。将实施例1以及比较例1的半导体激光元件的波长光谱在图9中示出。在图9中，横轴为波长，纵轴为以面积归一化的强度。将实施例1的半导体激光元件的边模抑制比(SMSR)在图10中示出。实施例1的半导体激光元件振荡发出约512nm的峰值波长的激光。实施例1的半导体激光元件的边模抑制比为23.4dB。实施例1的半导体激光元件的光谱宽度为4pm以下。比较例1的半导体激光元件激光振荡，但是波长光谱为多根，即在多纵模式下的激光振荡。
实施例1的半导体激光元件的阈值电流为34mA。比较例1的半导体激光元件的阈值电流为28mA。实施例1和比较例1的阈值电流的差值为6mA，
实施例1的半导体激光元件可以说能够抑制由设置周期结构引起的阈值电流的上升。
将实施例2以及比较例2的半导体激光元件的I-L特性在图11示出。在图11中，横轴为电流，纵轴为输出光。将实施例2以及比较例2的半导体激光元件的波长光谱分别在图12以及图13中示出。在图12以及图13中，横轴为波长，纵轴为以面积归一化的强度。将实施例2的半导体激光元件的边模抑制比(SMSR)在图14中示出。实施例2的半导体激光元件振荡约532nm的峰值波长的激光。实施例2的半导体激光元件的边模抑制比为15dB。实施例2的半导体激光元件的光谱宽度为7pm以下。比较例2半导体激光元件激光振荡，但是波长光谱为多根，即在多纵模式下的激光振荡。
实施例2的半导体激光元件的阈值电流为65mA。比较例2的半导体激光元件的阈值电流为60mA。实施例2和比较例2的阈值电流的差值为5mA，实施例2的半导体激光元件可以说能够抑制由设置周期结构引起的阈值电流的上升。
在图15中，对于实施例2的半导体激光元件的一部，示出通过STEM得到的Z对比度像。图15是包含第一半导体部31a以及第二半导体部31b的部分的截面的Z对比度像。在Z对比度像中，能够将组成的差作为在图像的表示浓度的差进行观察。在图15中，已知第一半导体部31a和第二半导体部31b以不同的表示浓度示出，则这些为不同的组成。从图15来看，已知从第一半导体部31a到第二半导体部31b的对比度的变化相比在第一半导体部31a的凹部的侧面，其在底部变化更加缓慢。通过STEM也能获得试样的深度的信息，半导体层或在半导体部的交界的对比度的变化容易变得缓慢，但是在第一半导体部31a的凹部的底部中特别地缓慢，除了凹部的深度在进深方向不同的可能性之外，有认为从第一半导体部31a的组成朝向和第二半导体部31b的组成逐渐地变化的可能性。
本公开包含以下的发明。
(2)根据(1)中所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的折射率比所述第1n侧氮化物半导体层的平均折射率更高，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度比所述第1n侧氮化物半导体层的厚度更大。
(3)根据(1)或(2)所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的折射率比所述n侧阻挡层的折射率更高。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度为200nm以上。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
从所述第1n侧氮化物半导体层到所述阱层的距离比300nm更大。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述第1n侧氮化物半导体层的厚度为50nm以上。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述周期结构的在与所述共振方向垂直的方向上的两端中的至少一端位于所述氮化物半导体层叠体的内部的位置。
(8)根据(1)～(7)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述第1n侧氮化物半导体层具有多个第一部分、具有比所述多个第一部分的折射率更高的折射率的多个第二部分，
所述周期结构通过所述多个第一部分和所述多个第二部分沿着所述共振方向交替地配置而构成。
(9)根据(8)所述的半导体激光元件，其中，
在所述多个第一部分或者所述多个第二部分的任一方中，在与所述共振方向垂直的方向的两端中的至少一端位于所述氮化物半导体层叠体的内部的位置。
(10)根据(8)或(9)所述的半导体激光元件，其中，
所述多个第一部分由包含Ga的氮化物半导体形成，
所述多个第二部分由包含In和Ga的氮化物半导体形成。
(11)根据(10)所述的半导体激光元件，其中，具有：
n侧包层，其配置于与所述第1n侧氮化物半导体层的所述活性层相反侧；
第3n侧氮化物半导体层，其配置于所述n侧包层和所述第1n侧氮化物半导体层之间，并具有所述n侧包层的折射率和所述第1n侧氮化物半导体层的平均折射率之间的折射率。
(12)根据(8)或(9)所述的半导体激光元件，其中，
所述多个第一部分由包含Al和Ga的氮化物半导体形成，
所述多个第二部分由包含Ga的氮化物半导体形成。
(13)根据(12)所述的半导体激光元件，其中，
具有配置于所述第2n侧氮化物半导体层和所述第1n侧氮化物半导体层之间的第4n侧氮化物半导体层，
所述第4n侧氮化物半导体层的折射率比所述第2n侧氮化物半导体层的折射率更低，并且比所述第1n侧氮化物半导体层的平均折射率更高。
(14)根据(13)所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度比所述第4n侧氮化物半导体层的厚度更大。
(15)根据(1)～(14)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述光波导的在与所述共振方向垂直的方向上的宽度为10μm以上。
(16)根据(1)～(15)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
在所述光波导的所述共振方向的长度为1000μm以上。
(17)根据(1)～(16)中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述氮化物半导体层叠体具有光出射端面和光反射端面，
所述半导体激光元件具有设置于所述光出射端面的第一保护膜、设置于所述光反射端面的第二保护膜，
所述第一保护膜的反射率为30％以上，并且小于所述第二保护膜的反射率。
以上，参照具体例，并对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明并不限于这些具体例。以本发明的上述实施方式为基础，本领域技术人员适当地变更设计而能够实施的全部形态，只要包含本发明的要旨，均属于本发明的范围。其它，已知的是，在本发明的思想的范畴中，如果是本领域技术人员，能够想到的各种变更例以及修正例，对于这些变更例以及修正例也属于本发明的范围。
附图标记说明
10：光波导；20：氮化物半导体层叠体；20a：光出射端面；20b：光反射端面；20c：脊部；30：n侧氮化物半导体层；31：第1n侧氮化物半导体层；31a：第一半导体部；31b：第二半导体部；32：第2n侧氮化物半导体层；33：第3n侧氮化物半导体层；34：第4n侧氮化物半导体层；35：第5n侧氮化物半导体层；40：活性层；41：阱层；42：阻挡层；50：p侧氮化物半导体层；60：基板；71：第一保护膜；72：第二保护膜；73：绝缘膜；81：n电极；82：p电极；83：电极焊盘；100：半导体激光元件。

Claims (17)

1.一种半导体激光元件，其具备具有光波导的氮化物半导体层叠体，
所述氮化物半导体层叠体依次具有：
第1n侧氮化物半导体层，其具有沿着所述光波导的共振方向，折射率周期性地变化的周期结构；
第2n侧氮化物半导体层；
活性层，其具有一个以上的阱层以及一个以上的阻挡层；
p侧氮化物半导体层；
所述活性层具有所述一个以上的阱层中的位于最接近所述第2n侧氮化物半导体层的位置的n侧阱层、所述一个以上的阻挡层中的位于所述n侧阱层和所述第2n侧氮化物半导体层之间的位置的n侧阻挡层，
所述第2n侧氮化物半导体层为具有In和Ga的氮化物半导体层，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度比所述n侧阻挡层的厚度更大。
2.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的折射率比所述第1n侧氮化物半导体层的平均折射率更高，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度比所述第1n侧氮化物半导体层的厚度更大。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的折射率比所述n侧阻挡层的折射率更高。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度为200nm以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体激光元件，其中，
从所述第1n侧氮化物半导体层到所述阱层的距离比300nm更大。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述第1n侧氮化物半导体层的厚度为50nm以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述周期结构的在与所述共振方向垂直的方向上的两端中的至少一端位于所述氮化物半导体层叠体的内部的位置。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述第1n侧氮化物半导体层具有多个第一部分、具有比所述多个第一部分的折射率更高的折射率的多个第二部分，
所述周期结构通过所述多个第一部分和所述多个第二部分沿着所述共振方向交替地配置而构成。
9.根据权利要求8所述的半导体激光元件，其中，
在所述多个第一部分或者所述多个第二部分的任一方中，在与所述共振方向垂直的方向的两端中的至少一端位于所述氮化物半导体层叠体的内部的位置。
10.根据权利要求8或9所述的半导体激光元件，其中，
所述多个第一部分由包含Ga的氮化物半导体形成，
所述多个第二部分由包含In和Ga的氮化物半导体形成。
11.根据权利要求10所述的半导体激光元件，其中，具有：
n侧包层，其配置于与所述第1n侧氮化物半导体层的所述活性层相反侧；
第3n侧氮化物半导体层，其配置于所述n侧包层和所述第1n侧氮化物半导体层之间，并具有所述n侧包层的折射率和所述第1n侧氮化物半导体层的平均折射率之间的折射率。
12.根据权利要求8或9所述的半导体激光元件，其中，
所述多个第一部分由包含Al和Ga的氮化物半导体形成，
所述多个第二部分由包含Ga的氮化物半导体形成。
13.根据权利要求12所述的半导体激光元件，其中，
具有配置于所述第2n侧氮化物半导体层和所述第1n侧氮化物半导体层之间的第4n侧氮化物半导体层，
所述第4n侧氮化物半导体层的折射率比所述第2n侧氮化物半导体层的折射率更低，并且比所述第1n侧氮化物半导体层的平均折射率更高。
14.根据权利要求13所述的半导体激光元件，其中，
所述第2n侧氮化物半导体层的厚度比所述第4n侧氮化物半导体层的厚度更大。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述光波导的在与所述共振方向垂直的方向上的宽度为10μm以上。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的半导体激光元件，其中，
在所述光波导的所述共振方向的长度为1000μm以上。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的半导体激光元件，其中，
所述氮化物半导体层叠体具有光出射端面和光反射端面，
所述半导体激光元件具有设置于所述光出射端面的第一保护膜、设置于所述光反射端面的第二保护膜，
所述第一保护膜的反射率为30％以上，并且小于所述第二保护膜的反射率。
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