JP2009123772A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに、信頼性の高い半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】青紫色半導体レーザ素子１００においては、ｎ型ＧａＮ基板１０１の一面上にｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４、およびｐ型コンタクト層１０５が形成され、ｐ型コンタクト層１０５の上面にｐ型オーミック電極１０６が形成されている。ｐ型クラッド層１０４、ｐ型コンタクト層１０５およびｐ型オーミック電極１０６からなるリッジ部Ｒｉが形成されている。リッジ部Ｒｉの両側方に位置するｐ型クラッド層１０４の上面には、ＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａ、およびＳｉＯ_２膜からなる第２の絶縁膜１０７ｂがこの順で形成されている。第１の絶縁膜１０７ａおよび第２の絶縁膜１０７ｂが電流狭窄層１０７を構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザ素子に関する。

従来の窒化物系半導体レーザ素子の構造およびその製造方法の一例を説明する。図９は、従来の窒化物系半導体レーザ素子の一構造例を示す模式的断面図である。この窒化物系半導体レーザ素子は、例えば次のように作製される。

ｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）基板５０１を用意し、その一面上に厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５０２を形成する。

ｎ型クラッド層５０２上に、厚み約３ｎｍのＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなる井戸層と厚み約２０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる障壁層とが交互に積層されてなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層５０３を形成する。

活性層５０３上に、Ｍｇがドープされた厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層５０４を形成する。ｐ型クラッド層５０４上に、Ｍｇがドープされた厚み約１０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層５０５を形成する。ｐ型コンタクト層５０５の上面全域に、ｐ型オーミック電極５０６を形成する。

次に、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてストライプ状の領域を除いてｐ型オーミック電極５０６からｐ型クラッド層５０４の所定深さまでをエッチングする。これにより、ストライプ状のリッジ部Ｒｉを形成するとともにリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層５０４を所定の厚みに調整する。

その後、リッジ部Ｒｉの側面および露出したｐ型クラッド層５０４の上面にＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）からなる電流ブロック層５０７を形成し、ｐ型オーミック電極５０６および電流ブロック層５０７の上面にパッド電極５０８を形成する。

最後に、ｎ型ＧａＮ基板５０１を所定の厚みに加工し、ｎ型ＧａＮ基板５０１の他面にｎ型オーミック電極５０９を形成する。

上記のようにして、図９の窒化物系半導体レーザ素子５００を作製することができる。このような、リッジ部Ｒｉを有する窒化物系半導体レーザ素子５００の構造およびその製造方法は、例えば特許文献１および２に開示されている。
特開２００１−２２３４３４号公報 特開２００２−２９９７６５号公報

上記の窒化物系半導体レーザ素子５００は、例えば光ピックアップ装置に用いられる。窒化物系半導体レーザ素子５００から出射されるレーザ光の水平広がり角等の光学的特性に窒化物系半導体レーザ素子５００ごとに大きなばらつきがあると、光ピックアップ装置における光路設計が困難になる。そのため、窒化物系半導体レーザ素子５００から出射されるレーザ光の水平広がり角は、できる限り均一化されていることが求められる。

レーザ光の水平広がり角は、リッジ部Ｒｉ下部の活性層５０３の領域における実効屈折率とその両側の活性層５０３の領域における実効屈折率との差に応じて変化する。

ここで、リッジ部Ｒｉ下部の活性層５０３の領域における実効屈折率は、リッジ部Ｒｉ内のｐ型クラッド層５０４の屈折率の影響を受ける。また、リッジ部Ｒｉの両側の活性層５０３の領域における実効屈折率は、電流ブロック層５０７の屈折率およびリッジ部Ｒｉの両側における活性層５０３と電流ブロック層５０７との間の半導体層の厚み（以下、平坦部厚と呼ぶ）ＦＴの影響を受ける。

それにより、実効屈折率差は、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層５０４の屈折率、電流ブロック層５０７の屈折率および平坦部厚ＦＴに依存して変化する。

したがって、平坦部厚ＦＴを調整することにより、リッジ部Ｒｉの両側の活性層５０３の領域における実効屈折率を調整することができ、レーザ光の水平広がり角を調整することができる。

窒化物系半導体レーザ素子５００の製造時に、平坦部厚ＦＴを許容誤差の範囲内に形成することにより、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に収めることができる。

しかしながら、光の閉じ込め効率を高くするためには、平坦部厚ＦＴを小さくする必要がある。それにより、平坦部厚ＦＴの許容誤差も小さくなる。この場合、ｐ型クラッド層５０４に対するドライエッチングの不均一性、およびｐ型クラッド層５０４の形成時における厚みの不均一性等の理由から、平坦部厚ＦＴを小さな許容誤差の範囲内に調整することは困難である。そのため、実際にはレーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に調整することは困難である。

例えば、上記窒化物系半導体レーザ素子５００において、ｐ型クラッド層５０４の屈折率は約２．５であり、電流ブロック層５０７の屈折率は約１．５である。したがって、リッジ部Ｒｉ内のｐ型クラッド層５０４の屈折率と電流ブロック層５０７の屈折率との差は約１．０である。例えば、レーザ光の水平広がり角の目標値を７度とし、ばらつきの許容範囲を±０．５度とすると、平坦部厚ＦＴを（６０±５）ｎｍの範囲内に調整する必要がある。

ところで、平坦部厚の調整は、他の半導体レーザ素子を作製する際にも行われてきた。例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子またはＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の製造時においては、エッチング速度が遅い材料を用いてクラッド層を形成し、ウェットエッチングを行う。これにより、平坦部厚が精度よく調整される。

しかしながら、上記の窒化物系半導体レーザ素子５００を構成する窒化物系の材料はウェットエッチングされにくい。したがって、窒化物系半導体レーザ素子５００の作製時には、ＲＩＥ法等のドライエッチングを行う必要がある。窒化物系半導体レーザ素子５００を構成する各材料に対してドライエッチングを行う場合、各材料のエッチング速度はほぼ等しい。

そのため、平坦部厚ＦＴを（６０±５）ｎｍの範囲内に調整することは困難である。したがって、実際にはレーザ光の水平広がり角を（７±０．５）度の範囲内に調整することは困難である。

また、平坦部厚ＦＴの厚みが小さくなるまで、ｐ型クラッド層５０４をドライエッチングすると、ｐ型クラッド層５０４下の活性層５０３の結晶にドライエッチングの影響による損傷が発生する場合がある。この場合、窒化物系半導体レーザ素子５００の高出力化が妨げられるとともに、その寿命も短くなる。

本発明の目的は、高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することである。

（１）第１の発明に係る半導体レーザ素子は、活性層と、活性層上に形成される平坦部とその平坦部上に形成されるストライプ状のリッジ部とを有する半導体層と、リッジ部の両側における平坦部上に形成される絶縁層とを備え、半導体層は、活性層よりも低い屈折率を有する層を含み、絶縁層は、半導体層上に形成される第１の層を含み、第１の層は、微粒子を含むものである。

その半導体レーザ素子において、平坦部の半導体層上に形成される第１の層は、微粒子を含む。この場合、第１の層には、微粒子同士の間に空隙が形成されたり、この空隙内に微粒子の屈折率よりも屈折率の低い他の材料が充填されたりすることにより、第１の層の屈折率が、その微粒子の材料自体の屈折率に比べて低くなる。それにより、リッジ部における半導体層の屈折率とリッジ部の両側の第１の層の屈折率との差を十分に大きくすることができる。したがって、リッジ部下方における活性層の領域の実効屈折率とリッジ部の両側における活性層の領域の実効屈折率との差を大きくすることができる。その結果、リッジ部の両側における半導体層の平坦部の厚みを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。

この場合、半導体層の平坦部の厚みを大きく維持することができるので、半導体層の平坦部の厚みの許容誤差も大きくなる。その結果、半導体層の平坦部の厚みを許容誤差の範囲内に容易に調整することが可能となり、レーザ光の水平広がり角を許容範囲内に容易に調整することができる。

さらに、半導体層の平坦部の厚みを大きく維持することができるので、リッジ部の形成時に活性層の結晶が損傷を受けることを防止することができる。それにより、半導体レーザ素子の出力の低下および短寿命化が防止される。

これらの結果、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに信頼性を向上させることができる。

（２）微粒子は、二酸化ケイ素または二酸化ケイ素の屈折率以下の屈折率を有する材料からなってもよい。

この場合、第１の層の屈折率が、二酸化ケイ素自体の屈折率に比べて確実に低くなる。したがって、絶縁層として、空隙を有しない二酸化ケイ素の膜を用いる場合に比べて、リッジ部における半導体層の屈折率とリッジ部の両側の第１の層の屈折率との差を十分に大きくすることができる。これにより、リッジ部の両側における半導体層の平坦部の厚みを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。

（３）第２の発明に係る半導体レーザ素子は、活性層と、活性層上に形成される平坦部とその平坦部上に形成されるストライプ状のリッジ部とを有する半導体層と、リッジ部の両側における平坦部上に形成される絶縁層とを備え、半導体層は、活性層よりも低い屈折率を有する層を含み、絶縁層は、半導体層上に形成される第１の層を含み、第１の層は、水素原子およびフッ素原子のうち少なくとも一方が添加されたケイ素の酸化物、またはフッ素原子が添加された高分子材料を含むものである。

その半導体レーザ素子において、平坦部の半導体層上に形成される第１の層は、水素原子およびフッ素原子のうち少なくとも一方が添加されたケイ素の酸化物、またはフッ素原子が添加された高分子材料を含む。

この場合、第１の層の屈折率を低くすることができるので、リッジ部における半導体層の屈折率とリッジ部の両側の第１の層の屈折率との差を十分に大きくすることができる。したがって、リッジ部下方における活性層の領域の実効屈折率とリッジ部の両側における活性層の領域の実効屈折率との差を大きくすることができる。その結果、リッジ部の両側における半導体層の平坦部の厚みを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。

この場合、半導体層の平坦部の厚みを大きく維持することができるので、半導体層の平坦部の厚みの許容誤差も大きくなる。その結果、半導体層の平坦部の厚みを許容誤差の範囲内に容易に調整することが可能となり、レーザ光の水平広がり角を許容範囲内に容易に調整することができる。

さらに、半導体層の平坦部の厚みを大きく維持することができるので、リッジ部の形成時に活性層の結晶が損傷を受けることを防止することができる。それにより、半導体レーザ素子の出力の低下および短寿命化が防止される。

これらの結果、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに信頼性を向上させることができる。

（４）第３の発明に係る半導体レーザ素子は、活性層と、活性層上に形成される平坦部とその平坦部上に形成されるストライプ状のリッジ部とを有する半導体層と、リッジ部の両側における平坦部上に形成される絶縁層とを備え、半導体層は、活性層よりも低い屈折率を有する層を含み、絶縁層は、半導体層上に形成される第１の層を含み、第１の層は、多孔質材料を含むものである。

その半導体レーザ素子において、平坦部の半導体層上に形成される第１の層は、多孔質材料を含む。

この場合、多孔質材料には、空隙が存在する。これにより、多孔質材料の屈折率が、その多孔質材料を構成する材料自体の屈折率に比べて低くなる。それにより、リッジ部における半導体層の屈折率とリッジ部の両側の第１の層の屈折率との差を十分に大きくすることができる。したがって、リッジ部下方における活性層の領域の実効屈折率とリッジ部の両側における活性層の領域の実効屈折率との差を大きくすることができる。その結果、リッジ部の両側における半導体層の平坦部の厚みを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。

この場合、半導体層の平坦部の厚みを大きく維持することができるので、半導体層の平坦部の厚みの許容誤差も大きくなる。その結果、半導体層の平坦部の厚みを許容誤差の範囲内に容易に調整することが可能となり、レーザ光の水平広がり角を許容範囲内に容易に調整することができる。

さらに、半導体層の平坦部の厚みを大きく維持することができるので、リッジ部の形成時に活性層の結晶が損傷を受けることを防止することができる。それにより、半導体レーザ素子の出力の低下および短寿命化が防止される。

これらの結果、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに信頼性を向上させることができる。

（５）多孔質材料は、ベンゾシクロブテンマトリックス、ポリアリーレン、およびペルフルオルシクロブテンからなるグループより選択される少なくとも１つを含むものである。

第１の層に上記のいずれかの多孔質材料を用いることにより、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに信頼性を向上させることができる。

（６）絶縁層は、第１の層における活性層と反対側の面上に形成される第２の層を含み、第２の層は、第１の層の屈折率よりも高い屈折率を有してもよい。

この場合、絶縁層においては、第１の層とともに第２の層が形成される。これにより、絶縁層が第２の層により補強される。それにより、半導体レーザ素子の信頼性が向上する。

例えば、第１の層が空隙を有する材料により形成される場合には、第２の層として第１の層上に空隙を有さない膜を形成する。この場合、絶縁層として第１の層のみを用いる場合に比べて、絶縁層の機械的強度が確実に向上する。

また、第１の層として吸湿性を有する材料を用いる場合には、第１の層を覆うように第２の層を設けることにより、第１の層の吸湿を抑制し、半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。

本発明によれば、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに、半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。

［１］第１の実施の形態
本実施の形態においては、半導体レーザ素子の一例として、波長約４０５ｎｍのレーザ光を出射する窒化物系半導体レーザ素子（以下、青紫色半導体レーザ素子と略記する）およびその製造方法を説明する。

（１）半導体レーザ素子の製造方法
図１〜図３は、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。

図１（ａ）に示すように、初めにｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）の（０００１面）基板１０１を用意し、そのｎ型ＧａＮ基板１０１の一面上に厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層１０２を形成する。

ｎ型クラッド層１０２上に、厚み約３ｎｍのＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなる複数の井戸層と厚み約２０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる複数の障壁層とが交互に積層されてなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造の（０００１）面を主面とする活性層１０３を形成する。

活性層１０３上に、Ｍｇがドープされた厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層１０４を形成する。さらに、ｐ型クラッド層１０４上に、Ｍｇがドープされた厚み約１０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１０５を形成する。

上記のｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４、およびｐ型コンタクト層１０５の形成は、例えば各層を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により順次成長させることにより行う。その後、ｐ型コンタクト層１０５の上面全域に、ｐ型オーミック電極１０６を形成する。ここで、本実施の形態では、ｐ型クラッド層１０４が各請求項に係る半導体層の例である。

上記構成において、活性層１０３のバンドギャップエネルギーは、ｎ型クラッド層１０２およびｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さい。また、活性層１０３は、ｎ型クラッド層１０２の屈折率およびｐ型クラッド層１０４の屈折率に比べて高い屈折率を有する。

ｐ型オーミック電極１０６の上面に、厚み約１５０ｎｍのＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）膜３０２をプラズマ化学気相成長（ＰＣＶＤ）法により形成する。そして、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３０２のパターニングを行う。これにより、幅約１．５μｍのｐ型オーミック電極１０６およびＳｉＯ_２膜３０２が得られる。

続いて、図１（ｃ）に示すように、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いてストライプ状の領域を除いてＳｉＯ_２膜３０２からｐ型クラッド層１０４の所定の深さまでをエッチングする。

具体的には、上記各層１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，３０２が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０１の温度を約２００℃に保持した状態で、ＳｉＯ_２膜３０２をマスクとしてＣｌ_２ 系ガスによりドライエッチングを行う。

これにより、ｐ型コンタクト層１０５およびｐ型クラッド層１０４の一部をエッチングすることにより、［１−１００］方向に延びるストライプ状のリッジ部Ｒｉを形成するとともにリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４を所定の厚みに調整する。以下、活性層１０３上のｐ型クラッド層１０４の上記所定の厚みを有する部分を平坦部と呼ぶ。

次に、図２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３０２の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側面からｐ型クラッド層１０４の上面に、コロイダルシリカ水溶液をスピンコート法により塗布する。なお、コロイダルシリカ水溶液としては、例えばＳｉＯ_２微粒子が体積濃度１０％の比率で分散したものを用いる。

このようにして、ＳｉＯ_２膜３０２の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側面からｐ型クラッド層１０４の上面にＳｉＯ_２微粒子からなる厚み約２００ｎｍの第１の絶縁膜１０７ａを形成する。なお、本例のＳｉＯ_２微粒子は略球形を有し、その粒径は約３０ｎｍである。

さらに、図２（ｅ）に示すように、第１の絶縁膜１０７ａの上面に、ＳｉＯ_２膜からなる厚み約２００ｎｍの第２の絶縁膜１０７ｂをＰＣＶＤ法により形成する。

そして、図３（ｆ）に示すように、リッジ部Ｒｉの上面部分に形成されたＳｉＯ_２膜３０２、第１の絶縁膜１０７ａおよび第２の絶縁膜１０７ｂをＲＩＥ法等のドライエッチングを行うことにより除去する。このようにして、第１の絶縁膜１０７ａおよび第２の絶縁膜１０７ｂからなる電流狭窄層１０７が形成される。

最後に、ｐ型オーミック電極１０６および電流狭窄層１０７の上面の所定領域にパッド電極１０８を形成する。パッド電極１０８は、Ｔｉ（チタン）、Ｐｄ（パラジウム）およびＡｕ（金）を順に含む積層膜からなる。Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕのそれぞれの厚みは、例えば約１０ｎｍ、約１００ｎｍおよび約３００ｎｍである。

また、ｎ型ＧａＮ基板１０１を所定の厚みに加工し、ｎ型ＧａＮ基板１０１の他面上にｎ型オーミック電極１０９を形成する。ｎ型オーミック電極１０９は、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ、ＰｄおよびＡｕを順に含む積層膜からなる。Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｉ、ＰｄおよびＡｕのそれぞれの厚みは、例えば約１ｎｍ、約６ｎｍ、約２ｎｍ、約６ｎｍおよび約３００ｎｍである。

上記のようにして、図３（ｇ）に示される青紫色半導体レーザ素子１００が完成する。この青紫色半導体レーザ素子１００においては、パッド電極１０８とｎ型オーミック電極１０９との間に電圧が印加されることにより、リッジ部Ｒｉの下方における活性層１０３の領域（発光点）から波長約４０５ｎｍのレーザ光が出射される。

（２）第１の実施の形態における効果
（２−ａ）
本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００おいては、リッジ部Ｒｉの両側における平坦部（ｐ型クラッド層１０４）上に電流狭窄層１０７が形成されている。上述のように、電流狭窄層１０７は、ｐ型クラッド層１０４上に形成される第１の絶縁膜１０７ａと、および第１の絶縁膜１０７ａ上に形成される第２の絶縁膜１０７ｂとからなる。

これにより、リッジ部Ｒｉの両側の活性層１０３の領域における実効屈折率は、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率およびリッジ部Ｒｉの両側における平坦部の厚み（以下、平坦部厚と呼ぶ）ＦＴ、すなわちリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４の厚みの影響を受ける。

ここで、ｐ型クラッド層１０４の屈折率は約２．５である。また、ＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａの屈折率ｎは、ＳｉＯ_２微粒子の屈折率をｎ_１とし、第１の絶縁膜１０７ａにおけるＳｉＯ_２微粒子の充填率をηとした場合に、次式（１）で表すことができる。

ｎ＝ｎ_１×η＋（１−η） ・・・（１）
ところで、ηは１より小さい。したがって、上記式（１）によれば、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率ｎはＳｉＯ_２微粒子の屈折率ｎ_１よりも確実に低くなる。また、ηを調整することにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率を容易に制御することができる。なお、球の最密充填構造の充填率が約７４％であるので、ＳｉＯ_２微粒子（屈折率約１．５）を用いることにより、通常容易に第１の絶縁膜１０７ａの屈折率ｎを約１．３６以下にすることができる。

本実施の形態において、第１の絶縁膜１０７ａにおけるＳｉＯ_２微粒子の充填率ηは、できる限り低く調整することが好ましい。ＳｉＯ_２微粒子の充填率ηを低くすることにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率をより低くすることができる。例えば、ＳｉＯ_２微粒子の充填率ηを約５０％となるように調整する。

ＳｉＯ_２微粒子の屈折率ｎ_１は約１．５である。したがって、上記のように、第１の絶縁膜１０７ａにおけるＳｉＯ_２微粒子の充填率ηを低く調整することにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率ｎをＳｉＯ_２膜の屈折率である約１．５よりも十分に低くすることができる。

この場合、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と電流狭窄層１０７の屈折率との屈折率差を約１．０よりも確実に大きくすることができる。

このように、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００おいては、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率とリッジ部Ｒｉの両側における第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差が、電流狭窄層１０７としてＳｉＯ_２膜を用いる場合に比べて確実に大きくなる。それにより、光の閉じ込め効率がより高くなる。

したがって、平坦部厚ＦＴを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効率を得ることが可能となる。この場合、平坦部厚ＦＴを大きく維持することにより平坦部厚ＦＴの許容誤差も大きくなる。そのため、平坦部厚ＦＴを許容誤差の範囲内に容易に調整することできる。その結果、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に容易に調整することが可能となる。

例えば、レーザ光の水平広がり角の目標値を７度とし、ばらつきの許容範囲を±０．５度とする。この場合、平坦部厚ＦＴを（６５±１０）ｎｍの範囲内に調整することにより、レーザ光の水平広がり角を許容範囲内に調整することができる。

このように、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００おいては、平坦部厚ＦＴの許容誤差、すなわちリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４の厚みの許容誤差が大幅に緩和される。その結果、レーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができる。

（２−ｂ）
また、上記のように、平坦部厚ＦＴを大きく維持することができるので、リッジ部Ｒｉの形成時に、平坦部下の活性層１０３の結晶にドライエッチングの影響による損傷が発生することが防止される。それにより、活性層１０３の損傷による青紫色半導体レーザ素子１００の出力の低下および短寿命化が防止される。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の高出力化が可能になるとともに信頼性が向上する。

（２−ｃ）
ところで、ＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａは、ＳｉＯ_２膜に比べて機械的強度が低く、耐薬品性も低い。そこで、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００においては、第１の絶縁膜１０７ａ上にＳｉＯ_２膜からなる第２の絶縁膜１０７ｂが形成されている。

これにより、電流狭窄層１０７が第２の絶縁膜１０７ｂにより補強されるので、ワイヤボンディングの際の衝撃によりｐ型クラッド層１０４が損傷することが防止される。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の信頼性が向上する。

また、第１の絶縁膜１０７ａの上面を覆うように第２の絶縁膜１０７ｂが形成されることにより、青紫色半導体レーザ素子１００の製造工程、例えばフォトリソグラフィ工程または洗浄工程で、第１の絶縁膜１０７ａが劣化することが防止される。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の信頼性が向上する。

（３）基板の変形例
青紫色半導体レーザ素子１００においては、ｎ型ＧａＮ基板１０１に代えてＧａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔｌ（タリウム）およびＢ（ホウ素）のうち少なくとも一つを含む１３族元素の窒化物からなる他の窒化物系半導体基板を用いてもよい。

また、このような窒化物系半導体基板に代えて、異種基板として、六方晶構造および菱面体構造を含むα−ＳｉＣ基板を用いてもよいし、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、サファイア基板、スピネル基板、またはＬｉＡｌＯ_３基板等を用いてもよい。

なお、結晶性に優れたＡｌＧａＩｎＮ系の半導体層を得るためには、窒化物系半導体基板を用いることが好ましい。

上記ｎ型ＧａＮ基板１０１は、窒化物系半導体層を結晶成長させるための成長用基板として機能する。このように、成長用基板として機能するｎ型ＧａＮ基板１０１に代えて、窒化物系半導体層を支持する支持基板を用いることもできる。この場合、予め形成された窒化物系半導体層の一部を支持基板上に貼り合わせることにより青紫色半導体レーザ素子１００が作製される。窒化物系半導体層と支持基板とは、例えばはんだ等を用いて貼り合わされる。

支持基板は、導電性を有してもよいし、絶縁性を有してもよい。導電性を有する支持基板としては、ＣｕＷ（銅タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）、ＦｅＮｉ（鉄ニッケル）等の金属板を用いてもよいし、単結晶のＳｉ、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の半導体基板を用いてもよい。

また、支持基板としては、多結晶のＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる基板を用いてもよいし、金属等の導電性材料の微粒子が分散された導電性樹脂フィルムを用いてもよいし、金属と金属酸化物との複合材料を用いてもよい。さらに、金属を含浸した黒鉛粒子の焼結体を用いてもよいし、炭素と金属との複合材料を用いてもよい。

上記のように、導電性を有する支持基板を用いる場合には、窒化物半導体層が貼り合わされる側の面（接合面）と反対側の面に電極を形成してもよい。

（４）窒化物系半導体層の変形例
（４−１）各層を構成する材料
上述のように、窒化物系半導体層は、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１０２、ＩｎＧａＮおよびＩｎＧａＮからなる活性層１０３、ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０４、およびＩｎＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０５により形成される。

上記に限らず、窒化物系半導体層を構成する各層は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＴｌおよびＢのうち少なくとも一つを含む１３族元素の窒化物により形成されてもよい。具体的には、各層の材料として、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮまたはこれらの混晶からなるウルツ鉱構造の窒化物系半導体を用いることができる。

（４−２）窒化物系半導体層の構造
上述のように、上記窒化物系半導体層において、ｎ型クラッド層１０２のバンドギャップエネルギーは活性層１０３のバンドギャップエネルギーに比べて大きい。ここで、ｎ型クラッド層１０２と活性層１０３との間に、活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きくｎ型クラッド層１０２のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する第１の光ガイド層を設けてもよい。

この第１の光ガイド層は、活性層１０３の屈折率よりも低くｎ型クラッド層１０２の屈折率よりも高い屈折率を有する。この場合、光の閉じ込め効率をさらに向上させることができる。

また、ｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーは活性層１０３のバンドギャップエネルギーに比べて大きい。ここで、ｐ型クラッド層１０４と活性層１０３との間に、活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きくｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する第２の光ガイド層を設けてもよい。

この第２の光ガイド層は、活性層１０３の屈折率よりも低くｎ型クラッド層１０２の屈折率よりも高い屈折率を有する。この場合、光の閉じ込め効率をさらに向上させることができる。

第２の光ガイド層を設ける場合、さらに活性層１０３と第２の光ガイド層との間に、第２の光ガイド層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するキャリアブロック層を設けてもよい。

または、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層１０４との間に、ｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有するキャリアブロック層を設けてもよい。

ｐ型コンタクト層１０５は必ずしも設ける必要はないが、ｐ型コンタクト層１０５は、そのバンドギャップエネルギーがｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さくなる材料により形成することが好ましい。

ｐ型クラッド層１０４としては、ＡｌＧａＮの他、特にＧａＮを用いることができる。

（４−３）窒化物系半導体層の活性層
上記活性層１０３は、ＭＱＷ構造を有するが、ＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有してもよい。また、本実施の形態において、活性層１０３の井戸層および障壁層にはＭｇがドーピングされているが、Ｍｇに代えてＳｉがドーピングされてもよい。また、活性層１０３としてアンドープの材料を用いてもよい。

活性層１０３の主面の面方位は、（１１−２０）面または（１−１００）面等の略（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面としてもよい。このように、活性層１０３の主面の面方位を略（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面とすることにより、活性層１０３に発生するピエゾ電場を低減することができ、青紫色半導体レーザ素子１００の発光効率を大きくすることができる。

活性層１０３の主面の面方位を略（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面とするためには、例えば窒化物系半導体層を結晶成長させるための成長用基板としてＧａＮの（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面基板を用いればよい。また、活性層１０３の主面の面方位は、（１１−２±２）面または（１−１０±１）面等の半極性面としてもよい。

なお、活性層１０３の面方位が、略（Ｈ，Ｋ，−Ｈ−Ｋ，０）面の場合、リッジ部Ｒｉは例えば［０００１］方向に延びるように形成することが好ましい。

（４−４）リッジ部
リッジ部Ｒｉは、ストライプ状に加工されたｐ型クラッド層１０４の少なくとも一部を含む。また、リッジ部Ｒｉは、ストライプ状に加工された上記の第２の光ガイド層および／またはキャリアブロック層を含んでもよい。この場合、平坦部の上面はｐ型クラッド層１０４、第２の光ガイド層、およびキャリアブロック層のいずれかにより形成される。

ここで、項目（４−２）で説明したように、ｐ型クラッド層１０４と活性層１０３との間に、第２の光ガイド層が設けられる場合には、ｐ型コンタクト層１０５、ｐ型クラッド層１０４、および第２の光ガイド層の一部をエッチングすることによりリッジ部Ｒｉを形成してもよい。

さらに、活性層１０３と第２の光ガイド層との間に、キャリアブロック層が設けられる場合には、ｐ型コンタクト層１０５、ｐ型クラッド層１０４、第２の光ガイド層、およびキャリアブロック層の一部をエッチングすることによりリッジ部Ｒｉを形成してもよい。

（４−５）共振器面（出射面および後面）
リッジ部Ｒｉの一方端部を出射面とし、リッジ部Ｒｉの他方端部を後面とした場合、出射面および後面には誘電体膜が形成されてもよい。この場合、後面側に形成される誘電体膜の反射率は、出射面側に形成される誘電体膜の反射率よりも低くなるように設定する。

出射面の誘電体膜は単層でもよく、多層でもよい。後面の誘電体膜は、反射率を高くするために、多層膜が好ましい。誘電体膜は、例えば出射面および後面を真空装置内でプラズマ処理により清浄化した後、出射面および後面に形成することが好ましい。

（４−６）電流狭窄層を構成する第１の絶縁膜
本実施の形態において、第１の絶縁膜１０７ａの膜厚の範囲は特に限定されるものではないが、λを青紫色半導体レーザ素子１００から出射されるレーザ光の波長とし、ｎ_ｓを活性層１０３の平均の屈折率とした場合に、第１の絶縁膜１０７ａの膜厚は、λ／（４ｎ_ｓ）よりも大きく、リッジ部Ｒｉの高さよりも小さいことが好ましい。

また、リッジ部Ｒｉの側面および平坦部の上面には、粒径３０ｎｍのＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａが形成される旨を説明したが、第１の絶縁膜１０７ａは、以下の構成でもよい。

（４−６−ａ）多孔質材料
第１の絶縁膜１０７ａは、多孔質材料により形成されてもよい。多孔質材料としては、固体部分の屈折率がＳｉＯ_２膜の屈折率以下である材料を用いることが好ましく、例えば多孔質ベンゾシクロブテンマトリックス、多孔質のポリアリーレン、または多孔質のペルフルオルシクロブテン等を用いることができる。ここで、多孔質ベンゾシクロブテンマトリックスの屈折率は約１．３６である。

このように、多孔質材料を用いて第１の絶縁膜１０７ａを形成することにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率を、その多孔質材料の固体部分の屈折率に比べて容易に低くすることができる。これにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率を、ＳｉＯ_２膜の屈折率よりも十分に低くすることができる。また、多孔質の空孔率を調整することにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率を容易に制御することができる。

（４−６−ｂ）ＳｉＯにＨおよびＦの少なくとも一方が添加された材料
第１の絶縁膜１０７ａは、ケイ素の酸化物に水素原子またはフッ素原子の少なくとも一方が添加された材料により形成されてもよい。

この場合、第１の絶縁膜１０７ａとしては、屈折率がＳｉＯ_２の屈折率以下である材料を用いることが好ましく、例えばＳｉＯＦ（酸化ケイ素にフッ素を添加したもの）、水酸化シルセスキオキサン（ＨＳＱ）、または梯子型水素化シロキサン等の無機材料からなる膜を用いることができる。また、第１の絶縁膜１０７ａとして、例えばメチル化シルセスキオキサン（ＭＳＱ）等の有機材料からなる膜を用いることもできる。上記材料のうち、ＳｉＯＦの屈折率は、フッ素の原子濃度を７％とした場合に約１．３８である。ＨＳＱの屈折率は約１．３９であり、ＭＳＱの屈折率は約１．３９である。梯子型水素化シロキサンの屈折率は約１．３９である。

青紫色半導体レーザ素子１００から出射されるレーザ光の発振波長は短い。そのため、有機材料を用いる場合、第１の絶縁膜１０７ａがレーザ光により劣化しやすくなる。したがって、第１の絶縁膜１０７ａに用いる材料は無機材料であることが好ましい。

上記材料からなる多孔質の膜を第１の絶縁膜１０７ａとしてもよい。この場合、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率を、ＳｉＯ_２膜の屈折率よりもさらに十分に低くすることができる。

（４−６−ｃ）ポリマーにＦが添加された材料
第１の絶縁膜１０７ａは、ポリマーにフッ素原子が添加された材料により形成されてもよい。この場合、第１の絶縁膜１０７ａとしては、屈折率がＳｉＯ_２膜の屈折率以下である材料を用いることが好ましく、例えば多孔質のペルフルオルシクロブテン、またはフッ素化ポリマー等の有機材料からなる膜を用いることができる。なお、フッ素化ポリマーからなる膜として、フッ素化カーボンからなる膜を用いることもできる。

（４−６−ｄ）他の微粒子
初めに、第１の絶縁膜１０７ａが微粒子により構成される場合の微粒子の形状について説明する。

第１の絶縁膜１０７ａを構成する微粒子の粒径は、リッジ部Ｒｉの高さよりも小さいことが好ましい。微粒子の粒径がリッジ部Ｒｉの高さよりも大きい場合、リッジ部Ｒｉの側面を絶縁性の膜により完全に被覆することが困難となる。

上述のように、λをレーザ光の波長とし、ｎ_ｓを活性層１０３の平均の屈折率とした場合に、微粒子の粒径はλ／（４ｎ_ｓ）よりも小さいことがより好ましい。微粒子の粒径がλ／（４ｎ_ｓ）よりも小さい場合、青紫色半導体レーザ素子１００において発生されるレーザ光が、微粒子により拡散されなくなる。それにより、リッジ部Ｒｉ下部へのレーザ光の閉じ込め効果が良好となる。

第１の絶縁膜１０７ａは、ＳｉＯ_２と異なる材料からなる微粒子により形成されてもよい。

この場合、微粒子としては、屈折率がＳｉＯ_２膜の屈折率以下である材料を用いることが好ましく、例えばＳｉＯＦ、ＨＱＳ等の無機材料からなる微粒子を用いることができる。また、ＭＳＱ、多孔質ベンゾシクロブテンマトリックス、多孔質のポリアリーレン、多孔質のペルフルオルシクロブテン、またはフッ素化ポリマー等の有機材料からなる微粒子を用いることができる。なお、フッ素化ポリマーからなる微粒子として、フッ素化カーボンからなる微粒子を用いることもできる。

なお、ここでは第１の絶縁膜１０７ａを微粒子により構成する例を説明したが、上記項目（４−６−ａ）、（４−６−ｂ）、（４−６−ｃ）で説明した材料からなる第１の絶縁膜１０７ａの母材中に上記微粒子が分散されてもよい。

このように、微粒子を用いて第１の絶縁膜１０７ａを形成することにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率を、微粒子の材料自体の屈折率に比べて容易に低くすることができる。また、微粒子の材料を換えることにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率を容易に制御することができる。

ここで、項目（４−６−ｂ）で説明したように、第１の絶縁膜１０７ａには、有機材料よりも無機材料を用いることが好ましい。

これにより、第１の絶縁膜１０７ａを構成する微粒子は、ＳｉＯ_２微粒子またはＳｉＯ_２膜の屈折率よりも低い屈折率を有する無機材料からなることが好ましく、ＳｉＯ_２膜より屈折率の低い無機材料またはＳｉＯ_２微粒子からなることが好ましい。

（４−７）電流狭窄層を構成する第２の絶縁膜
第２の絶縁膜１０７ｂは必ずしも形成しなくてもよいが、第２の絶縁膜１０７ｂを形成した場合、項目（２−ｃ）で説明したように、第２の絶縁膜１０７ｂは第１の絶縁膜１０７ａを保護する機能を有する。

ここで、第１の絶縁膜１０７ａを、上記項目（４−６−ａ）の多孔質材料、または（４−６−ｃ）のポリマーからなる材料のように空隙を有する材料により構成する場合には、第２の絶縁膜１０７ｂとして第１の絶縁膜１０７ａよりも空隙の少ない材料を用いてもよい。これにより、電流狭窄層１０７の機械的強度および耐薬品性を向上することができる。

第１の絶縁膜１０７ａを、上記項目（４−６−ｂ）の材料、および（４−６−ｃ）のポリマーからなる材料により構成する場合には、第２の絶縁膜１０７ｂとして第１の絶縁膜１０７ａよりも水素原子またはフッ素原子の濃度が低い材料を用いてもよい。

例えばＳｉＯＦおよびＨＳＱ等の材料は、水素原子またはフッ素原子の濃度が高くなるにつれて吸湿等により経時劣化が生じやすい。したがって、第２の絶縁膜１０７ｂに水素原子またはフッ素原子の濃度が低く経時劣化が生じにくい材料を用いることにより、第１の絶縁膜１０７ａの経時劣化を抑制することができる。

また、第２の絶縁膜１０７ｂとして、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｚｒ、ＨｆまたはＮｂ等の酸化物膜を用いてもよいし、Ｓｉ、ＴｉまたはＡｌ等の窒化物膜を用いてもよい。

［２］第２の実施の形態
本実施の形態においても、半導体レーザ素子の一例として青紫色半導体レーザ素子を説明する。以下では、第１の実施の形態で説明した青紫色半導体レーザ素子１００と異なる点を説明する。

図４は、第２の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。図４に示すように、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００においては、活性層１０３上に厚み約１００ｎｍのアンドープＧａＮからなるｐ側光ガイド層１１０が形成されている。そのｐ側光ガイド層１１０上に厚み約２０ｎｍのアンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなるキャリアブロック層１１１が形成されている。ｐ型クラッド層１０４は、キャリアブロック層１１１上に形成されている。

ここで、本実施の形態では、上記ｐ側光ガイド層１１０、キャリアブロック層１１１、ｐ型クラッド層１０４からなる層が各請求項に係る半導体層の例である。ｐ型クラッド層１０４からなるリッジ部Ｒｉを形成することにより、半導体層にリッジ部Ｒｉと平坦部とが形成される。

また、本実施の形態では、ｐ側光ガイド層１１０、キャリアブロック層１１１とリッジ部Ｒｉの両側のｐ型クラッド層１０４の合計の厚みを平坦部厚ＦＴと呼ぶ。

上記構成においては、活性層１０３のバンドギャップエネルギーは他の層１０２，１０４，１１０，１１１のバンドギャップエネルギーよりも小さい。また、ｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーは活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きい。

さらに、ｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーは、活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きくｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さい。すなわち、活性層１０３のバンドギャップエネルギーはｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーよりも小さく、ｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーはｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さくなっている。

また、活性層１０３の屈折率はｐ側光ガイド層１１０の屈折率よりも大きく、ｐ側光ガイド層１１０の屈折率はｐ型クラッド層１０４の屈折率よりも大きくなっている。

本実施の形態において、リッジ部Ｒｉは、第１の実施の形態と同様に、ｐ型コンタクト層１０５およびｐ型クラッド層１０４の一部をエッチングすることにより形成されている。

リッジ部Ｒｉの両側のｐ型クラッド層１０４の平坦部上には、ＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａが形成されている。これにより、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。

したがって、半導体層の平坦部厚ＦＴを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効率を得ることが可能となる。この場合、平坦部厚ＦＴを大きく維持することができるので、平坦部厚ＦＴの許容誤差も大きくなる。そのため、平坦部厚ＦＴを許容誤差の範囲内に容易に調整することできる。その結果、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に容易に調整することが可能となる。

さらに、ｐ側光ガイド層１１０が形成されることにより、光の閉じ込め効率がさらに向上する。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の発光効率がさらに向上する。

［３］第３の実施の形態
本実施の形態においても、半導体レーザ素子の一例として青紫色半導体レーザ素子を説明する。以下では、第１の実施の形態で説明した青紫色半導体レーザ素子１００と異なる点を説明する。

図５は、第３の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。図５に示すように、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００においては、活性層１０３上に厚み約１０ｎｍのアンドープＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなるキャリアブロック層１１１が形成されている。そのキャリアブロック層１１１上に厚み約１００ｎｍのアンドープＧａＮからなるｐ側光ガイド層１１０が形成されている。ｐ型クラッド層１０４は、ｐ側光ガイド層１１０上に形成されている。

ここで、本実施の形態では、上記キャリアブロック層１１１、ｐ側光ガイド層１１０、ｐ型クラッド層１０４からなる層が各請求項に係る半導体層の例である。ｐ型クラッド層１０４からなるリッジ部Ｒｉを形成することにより、半導体層にリッジ部Ｒｉと平坦部とが形成される。

また、本実施の形態では、キャリアブロック層１１１、ｐ側光ガイド層１１０とリッジ部Ｒｉの両側のｐ型クラッド層１０４の合計の厚みを平坦部厚ＦＴと呼ぶ。

上記構成においては、第２の実施の形態と同様に、活性層１０３のバンドギャップエネルギーはｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーよりも小さく、ｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーはｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さくなっている。

また、活性層１０３の屈折率はｐ側光ガイド層１１０の屈折率よりも大きく、ｐ側光ガイド層１１０の屈折率はｐ型クラッド層１０４の屈折率よりも大きくなっている。

本実施の形態において、リッジ部Ｒｉは、第２の実施の形態と同様に、ｐ型コンタクト層１０５およびｐ型クラッド層１０４の一部をエッチングすることにより形成されている。

リッジ部Ｒｉの両側のｐ型クラッド層１０４の平坦部上には、ＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａが形成されている。これにより、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。

したがって、半導体層の平坦部厚ＦＴを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効率を得ることが可能となる。この場合、平坦部厚ＦＴを大きく維持することができるので、平坦部厚ＦＴの許容誤差も大きくなる。そのため、平坦部厚ＦＴを許容誤差の範囲内に容易に調整することできる。その結果、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に容易に調整することが可能となる。

さらに、ｐ側光ガイド層１１０が形成されることにより、光の閉じ込め効率がさらに向上する。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の発光効率がさらに向上する。

［４］第４の実施の形態
本実施の形態においても、半導体レーザ素子の一例として青紫色半導体レーザ素子を説明する。以下では、第２の実施の形態で説明した青紫色半導体レーザ素子１００と異なる点を説明する。

図６は、第４の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。図６に示すように、この青紫色半導体レーザ素子１００においては、第２の実施の形態と同様に、活性層１０３上にｐ側光ガイド層１１０が形成され、そのｐ側光ガイド層１１０上にキャリアブロック層１１１が形成されている。ｐ型クラッド層１０４は、キャリアブロック層１１１上に形成されている。

ここで、本実施の形態では、上記ｐ側光ガイド層１１０、キャリアブロック層１１１、ｐ型クラッド層１０４からなる層が各請求項に係る半導体層の例である。ｐ側光ガイド層１１０、キャリアブロック層１１１およびｐ型クラッド層１０４からなるリッジ部Ｒｉを形成することにより、半導体層にリッジ部Ｒｉと平坦部とが形成される。

また、本実施の形態では、リッジ部Ｒｉの両側のｐ側光ガイド層１１０の厚みを平坦部厚ＦＴと呼ぶ。

上記構成においては、第２の実施の形態と同様に、活性層１０３のバンドギャップエネルギーはｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーよりも小さく、ｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーはｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さくなっている。

また、活性層１０３の屈折率はｐ側光ガイド層１１０の屈折率よりも大きく、ｐ側光ガイド層１１０の屈折率はｐ型クラッド層１０４の屈折率よりも大きくなっている。

本実施の形態においては、リッジ部Ｒｉが、ｐ型コンタクト層１０５、ｐ型クラッド層１０４、キャリアブロック層１１１、およびｐ側光ガイド層１１０の一部をエッチングすることにより形成されている。これにより、リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ側光ガイド層１１０が所定の厚みに調整される。本実施の形態では、活性層１０３上のｐ側光ガイド層１１０の上記所定の厚みを有する部分を平坦部と呼ぶ。平坦部上の中央にリッジ部Ｒｉが形成されている。

リッジ部Ｒｉの両側のｐ側光ガイド層１１０の平坦部上には、ＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａが形成されている。これにより、リッジ部Ｒｉのｐ側光ガイド層１１０の屈折率と、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。

したがって、ｐ側光ガイド層１１０の平坦部厚ＦＴを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効率を得ることが可能となる。本例では、例えばｐ側光ガイド層１１０の平坦部厚ＦＴを８０ｎｍにすることができる。

このように、平坦部厚ＦＴを大きく維持することができるので、平坦部厚ＦＴの許容誤差も大きくなる。そのため、平坦部厚ＦＴを許容誤差の範囲内に容易に調整することできる。その結果、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に容易に調整することが可能となる。

さらに、ｐ側光ガイド層１１０が形成されることにより、光の閉じ込め効率がさらに向上する。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の発光効率がさらに向上する。

［５］第５の実施の形態
本実施の形態においても、半導体レーザ素子の一例として青紫色半導体レーザ素子を説明する。以下では、第３の実施の形態で説明した青紫色半導体レーザ素子１００と異なる点を説明する。

図７は、第５の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。図７に示すように、この青紫色半導体レーザ素子１００においては、第３の実施の形態と同様に、活性層１０３上にキャリアブロック層１１１が形成され、そのキャリアブロック層１１１上にｐ側光ガイド層１１０が形成されている。ｐ型クラッド層１０４は、ｐ側光ガイド層１１０上に形成されている。

ここで、本実施の形態では、キャリアブロック層１１１、ｐ側光ガイド層１１０、ｐ型クラッド層１０４からなる層が各請求項に係る半導体層の例である。ｐ側光ガイド層１１０およびｐ型クラッド層１０４からなるリッジ部Ｒｉを形成することにより、半導体層にリッジ部Ｒｉと平坦部とが形成される。

また、本実施の形態では、キャリアブロック層１１１とリッジ部Ｒｉの両側のｐ側光ガイド層１１０の合計の厚みを平坦部厚ＦＴと呼ぶ。

上記構成においては、第２の実施の形態と同様に、活性層１０３のバンドギャップエネルギーはｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーよりも小さく、ｐ側光ガイド層１１０のバンドギャップエネルギーはｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さくなっている。

また、活性層１０３の屈折率はｐ側光ガイド層１１０の屈折率よりも大きく、ｐ側光ガイド層１１０の屈折率はｐ型クラッド層１０４の屈折率よりも大きくなっている。

本実施の形態においては、リッジ部Ｒｉが、ｐ型コンタクト層１０５、ｐ型クラッド層１０４、およびｐ側光ガイド層１１０の一部をエッチングすることにより形成されている。これにより、リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ側光ガイド層１１０が所定の厚みに調整される。本実施の形態では、第４の実施の形態と同様に、活性層１０３上のｐ側光ガイド層１１０の上記所定の厚みを有する部分を平坦部と呼ぶ。平坦部上の中央にリッジ部Ｒｉが形成されている。

リッジ部Ｒｉの両側のｐ側光ガイド層１１０の平坦部上には、ＳｉＯ_２微粒子からなる第１の絶縁膜１０７ａが形成されている。これにより、リッジ部Ｒｉのｐ側光ガイド層１１０の屈折率と、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。

したがって、半導体層の平坦部厚ＦＴを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効率を得ることが可能となる。本例では、例えば半導体層の平坦部厚ＦＴを８０ｎｍにすることができる。

このように、平坦部厚ＦＴを大きく維持することができるので、平坦部厚ＦＴの許容誤差も大きくなる。そのため、平坦部厚ＦＴを許容誤差の範囲内に容易に調整することできる。その結果、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に容易に調整することが可能となる。

さらに、ｐ側光ガイド層１１０が形成されることにより、光の閉じ込め効率がさらに向上する。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の発光効率がさらに向上する。

［６］第６の実施の形態
第６の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子は、図１の第１の絶縁膜１０７ａがＳｉＯＦ膜で形成されることを除き、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００と同じ構成を有する。

この青紫色半導体レーザ素子の作製時においては、ＳｉＯ_２膜３０２（図１）の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側面からｐ型クラッド層１０４（図１）の上面に、厚み約２００ｎｍでかつフッ素の原子濃度が７％のＳｉＯＦ膜が第１の絶縁膜１０７ａとして形成される。ＳｉＯＦ膜は、化学気相成長（ＣＤＶ）法により形成される。

フッ素の原子濃度を７％とした場合のＳｉＯＦの屈折率は約１．３８である。これにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率がＳｉＯ_２膜の屈折率よりも低くなる。それにより、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、ＳｉＯＦ膜を第１の絶縁膜１０７ａとして用いる構成は、第２〜第５の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００にも適用できる。

［７］第７の実施の形態
第７の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子は、図１の第１の絶縁膜１０７ａが水素化シルセスキオキサン（ＨＳＱ）膜で形成されることを除き、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００と同じ構成を有する。

この青紫色半導体レーザ素子の作製時においては、ＳｉＯ_２膜３０２（図１）の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側面からｐ型クラッド層１０４（図１）の上面に、厚み約２００ｎｍのＨＳＱ膜が第１の絶縁膜１０７ａとして形成される。ＨＳＱ膜は、その膜の形成面にＨＳＱの前駆液を塗布することにより形成される。

ＨＳＱの屈折率は約１．３９である。これにより、第１の絶縁膜１０７ａの屈折率がＳｉＯ_２膜の屈折率よりも低くなる。それにより、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、ＨＳＱ膜を第１の絶縁膜１０７ａとして用いる構成は、第２〜第５の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００にも適用できる。

［８］第８の実施の形態
第８の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子は、図１の第１の絶縁膜１０７ａが梯子型水素化シロキサン膜で形成されることを除き、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００と同じ構成を有する。

この青紫色半導体レーザ素子の作製時においては、ＳｉＯ_２膜３０２（図１）の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側面からｐ型クラッド層１０４（図１）の上面に、厚み約２００ｎｍの梯子型水素化シロキサン膜が第１の絶縁膜１０７ａとして形成される。梯子型水素化シロキサン膜は、その膜の形成面に梯子型水素化シロキサンの前駆液を塗布することにより形成される。

梯子型水素化シロキサンの屈折率は約１．３９である。それにより、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。これにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、梯子型水素化シロキサン膜を第１の絶縁膜１０７ａとして用いる構成は、第２〜第５の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００にも適用できる。

［９］第９の実施の形態
図８は、第９の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。図８に示すように、この青紫色半導体レーザ素子１００は、電流狭窄層１０７が第１の絶縁膜１０７ａのみで構成されている点を除き、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００と同じ構成を有する。

第１の絶縁膜１０７ａの屈折率はＳｉＯ_２膜の屈折率よりも低い。それにより、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と第１の絶縁膜１０７ａの屈折率との屈折率差を十分に大きくすることが可能となっている。これにより、第１の実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

なお、電流狭窄層１０７を１層により形成する場合、電流狭窄層１０７としては、膜状に形成した場合でも屈折率がＳｉＯ_２膜の屈折率よりも低くなる材料を用いることが好ましい。

具体的には、例えばＳｉＯＦ、ＨＳＱ、または梯子型水素化シロキサン等の無機材料からなる膜を用いてもよい。また、第１の絶縁膜１０７ａとして、例えばＭＳＱ等の有機材料からなる膜を用いてもよい。さらに、多孔質のペルフルオルシクロブテン、またはフッ素化ポリマー等の有機材料からなる膜を用いてもよい。

この場合、電流狭窄層１０７を２層にすることなく、青紫色半導体レーザ素子１００の機械的強度を得ることができる。

[１０] 請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

第１および第６〜第８の実施の形態においては、ｐ型クラッド層１０４が半導体層の例であり、電流狭窄層１０７が絶縁層の例であり、第１の絶縁膜１０７ａが第１の層の例であり、第２の絶縁膜１０７ｂが第２の層の例である。

第２〜５の実施の形態においては、ｐ型クラッド層１０４、ｐ側光ガイド層１１０、キャリアブロック層１１１からなる層が半導体層の例であり、電流狭窄層１０７が絶縁層の例であり、第１の絶縁膜１０７ａが第１の層の例であり、第２の絶縁膜１０７ｂが第２の層の例である。

上記第９の実施の形態においては、ｐ型クラッド層１０４が半導体層の例であり、電流狭窄層１０７が絶縁層の例であり、第１の絶縁膜１０７ａが第１の層の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明は、光ピックアップ装置、表示装置、光源等に有効に利用できる。

第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第２の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。 第３の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。 第４の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。 第５の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。 第９の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の縦断面図である。 従来の窒化物系半導体レーザ素子の一構造例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１００ 青紫色半導体レーザ素子
１０１ ｎ型ＧａＮ基板
１０２ ｎ型クラッド層
１０３ 活性層
１０４ ｐ型クラッド層
１０５ ｐ型コンタクト層
１０６ ｐ型オーミック電極
１０７ 電流狭窄層
１０７ａ 第１の絶縁膜
１０７ｂ 第２の絶縁膜
１０８ パッド電極
１０９ ｎ型オーミック電極
１１０ ｐ側光ガイド層
１１１ キャリアブロック層
Ｒｉ リッジ部

Claims (6)

1. 活性層と、
   前記活性層上に形成される平坦部とその平坦部上に形成されるストライプ状のリッジ部とを有する半導体層と、
   前記リッジ部の両側における前記平坦部上に形成される絶縁層とを備え、
   前記半導体層は、前記活性層よりも低い屈折率を有する層を含み、
   前記絶縁層は、前記半導体層上に形成される第１の層を含み、
   前記第１の層は、微粒子を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記微粒子は、二酸化ケイ素または二酸化ケイ素の屈折率以下の屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 活性層と、
   前記活性層上に形成される平坦部とその平坦部上に形成されるストライプ状のリッジ部とを有する半導体層と、
   前記リッジ部の両側における前記平坦部上に形成される絶縁層とを備え、
   前記半導体層は、前記活性層よりも低い屈折率を有する層を含み、
   前記絶縁層は、前記半導体層上に形成される第１の層を含み、
   前記第１の層は、水素原子およびフッ素原子のうち少なくとも一方が添加されたケイ素の酸化物、またはフッ素原子が添加された高分子材料を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
4. 活性層と、
   前記活性層上に形成される平坦部とその平坦部上に形成されるストライプ状のリッジ部とを有する半導体層と、
   前記リッジ部の両側における前記平坦部上に形成される絶縁層とを備え、
   前記半導体層は、前記活性層よりも低い屈折率を有する層を含み、
   前記絶縁層は、前記半導体層上に形成される第１の層を含み、
   前記第１の層は、多孔質材料を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
5. 前記多孔質材料は、ベンゾシクロブテンマトリックス、ポリアリーレン、およびペルフルオルシクロブテンからなるグループより選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ素子。
6. 前記絶縁層は、前記第１の層における前記活性層と反対側の面上に形成される第２の層を含み、
   前記第２の層は、前記第１の層の屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。

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