JP2013074001A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】単一モードを有する光ビームを出射し得る、高出力の発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、（ａ）第１化合物半導体層２１、活性層２３及び第２化合物半導体層２２が、順次、基体２０’上に積層されて成る積層構造体２０、（ｂ）第２電極３２、並びに、（ｃ）第１電極３１を備え、第１化合物半導体層２１は、基体側から、第１クラッド層１２１Ａ及び第１光ガイド層１２１Ｂの積層構造を有し、積層構造体は、第２化合物半導体層２２、活性層２３、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分１２１Ｂ’から構成されたリッジストライプ構造２０Ａを有し、第１光ガイド層１２１Ｂの厚さをｔ1、リッジストライプ構造２０Ａを構成する第１光ガイド層の部分１２１Ｂの厚さをｔ1’としたとき、６×１０-7ｍ＜ｔ1，０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1を満足する。
【選択図】 図１

Description

本開示は、発光素子及びその製造方法に関する。
レーザ光源においては、ハイパワー化が大きな課題となっている。そのため、半導体レーザ素子の高出力化だけでなく、レーザ光源からの光を増幅する手段として、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier，ＳＯＡ）が、鋭意検討されている。ここで、光増幅器とは、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器の無いレーザ構造を有し、増幅器の光利得で入射光を増幅する。
これまで、光増幅器は主に光通信用の用途で開発されてきたため、４０５ｎｍ帯での半導体光増幅器の実用化は前例が殆どない。ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用い、テーパー状のリッジストライプ構造を有する１．５μｍ帯の半導体光増幅器が、例えば、特開平５−０６７８４５から周知である。この特許公開公報に開示された技術にあっては、半導体光増幅器において、単一モード条件を満たす狭い入力側の光導波路から出力側の光導波路へ光導波路幅をテーパー状に緩やかに広げることで光導波路幅に従ってモードフィールドを拡大させ、半導体光増幅器の最高出力の拡大を図っている。
一般に、半導体レーザ素子あるいは半導体光増幅器は、基体上に形成された積層構造体を有する。ここで、積層構造体は、通常、基体側から、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型化合物半導体層（具体的には、ｎ型クラッド層及びｎ型光ガイド層）、活性層、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型化合物半導体層（具体的には、ｐ型光ガイド層及びｐ型クラッド層）から構成されている。
特開平５−０６７８４５
半導体レーザ素子及び半導体光増幅器の高出力化の達成のための一手段として、光閉込め係数を低くすることが挙げられる。光閉込め係数を低くするためには、図１３の（Ａ）に示すように、ｎ型化合物半導体から成るｎ型光ガイド層の厚さを厚くすればよく、これによって、光場強度分布のピークが活性層からｎ型光ガイド層へと移動する。その結果、光閉じ込め係数の低減を図ることができ、高出力動作時に活性層付近の光密度を低下させることができる結果、光学的損傷を防ぐことができ、また、特に半導体光増幅器においては、増幅光の飽和エネルギーが増大し、高出力化の達成を図ることができる。尚、図１３の（Ａ）の横軸はｎ型光ガイド層の厚さ（単位：ｎｍ）であり、縦軸は光閉込め係数である。しかしながら、本発明者らの検討の結果、ｎ型光ガイド層の厚さが０．６μｍを超えると、図１３の（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子あるいは半導体光増幅器から出射される光ビームが単一モードではなくなることが判明した。尚、図１３の（Ｂ）の横軸はｎ型光ガイド層の厚さ（単位：ｎｍ）であり、縦軸はファー・フィールド・パターン（ＦＦＰ、遠視野像）の半値全幅（ＦＷＨＭ，Full Width at Half Maximum）であり、単位は「度」である。また、図１４に近視野像を示すが、光ビームは、単一モードではなくなり、マルチビーム形状となっていることが判る。ｎ型化合物半導体層の厚さが０．６μｍを超えると光ビームが単一モードではなくなる原因は、化合物半導体層の厚さ方向の単一モードのカットオフ条件から外れてしまうためであると考えられる。そして、このように、光ビームが単一モードではなくなると、レンズや光ファイバーを用いる応用にあっては、集光特性が劣化する等の弊害が生じ得る。
従って、本開示の目的は、単一モードを有する光ビームを出射し得る、高出力の半導体レーザ素子あるいは半導体光増幅器といった発光素子、及び、その製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の発光素子は、
（ａ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、基体上に積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えた発光素子であって、
第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
積層構造体は、第２化合物半導体層、活性層、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有し、
第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
好ましくは、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．３・ｔ1
を満足する。
また、リッジストライプ構造の幅（例えば、光出射端面におけるリッジストライプ構造の幅）をＷとしたとき、
０．２×Ｗ＜ｔ1＜１．２×Ｗ
好ましくは、
０．２×Ｗ＜ｔ1≦Ｗ
の関係を満足することが好ましい。以下においても同様である。
上記の目的を達成するための本開示の第１の態様に係る発光素子の製造方法は、
（Ａ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を、基体上に形成した後、
（Ｂ）第２化合物半導体層及び活性層をドライエッチング法に基づきエッチングし、更に、第１化合物半導体層を、厚さ方向に一部分、ドライエッチング法に基づきエッチングして、リッジストライプ構造を形成し、次いで、
（Ｃ）エッチングされた部分を、酸性溶液又はアルカリ性溶液に浸漬する、
各工程を少なくとも具備し、
第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
リッジストライプ構造は、第２化合物半導体層、活性層、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されており、
第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
好ましくは、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．３・ｔ1
を満足する。
上記の目的を達成するための本開示の第２の態様に係る発光素子の製造方法は、
（Ａ）基体に、製造すべき発光素子の軸線方向に沿って延びる２つの凹部を形成し、２つの凹部によって挟まれた基体の領域を得た後、
（Ｂ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を、基体上に形成する、
各工程を少なくとも具備し、
第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
２つの凹部によって挟まれた基体の領域の上の第１光ガイド層の厚さをｔ1、積層構造体の総厚をＴTotal、凹部の深さをＤとしたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
（ＴTotal−０．５・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
好ましくは、
（ＴTotal−０．３・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
を満足する。
上記の目的を達成するための本開示の第３の態様に係る発光素子の製造方法は、
（Ａ）基体上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層の第１の部分を形成した後、
（Ｂ）リッジストライプ構造を形成すべき第１化合物半導体層の第１の部分の領域が露出した成長阻害層を、第１化合物半導体層の第１の部分の上に形成し、次いで、
（Ｃ）開口部の底部に露出した第１化合物半導体層の第１の部分の上に、第１化合物半導体層の第２の部分、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する、
各工程を少なくとも具備し、
第１化合物半導体層の第１の部分は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の第１の部分の積層構造を有し、第１化合物半導体層の第２の部分は、第１光ガイド層の第２の部分から成り、
第１光ガイド層の第１の部分と第１光ガイド層の第２の部分の厚さの合計をｔ1、第１光ガイド層の第２の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
好ましくは、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．３・ｔ1
を満足する。
本開示の発光素子あるいは本開示の第１の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、第１光ガイド層の厚さｔ1が規定されており、本開示の第２の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、２つの凹部に挟まれた基体の領域の上の第１光ガイド層の厚さｔ1が規定されており、本開示の第３の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、第１光ガイド層の第１の部分と第２の部分の厚さの合計ｔ1が規定されている。従って、光閉込め係数を低くすることができ、また、光場強度分布のピークが活性層から第１光ガイド層へと移動する結果、高出力動作時に活性層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、特に半導体光増幅器においては、増幅光の飽和エネルギーが増大し、高出力化の達成を図ることができる。しかも、本開示の発光素子あるいは本開示の第１の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さｔ1’が規定されており、本開示の第２の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、凹部の深さＤが規定されており、本開示の第３の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、第１光ガイド層の第２の部分の厚さｔ1’が規定されている。従って、出射される光ビームの単一モード化を達成することができる。また、スラブ導波路の幅と第１光ガイド層の厚さが同程度となる結果、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができ、レンズや光ファイバーを用いる応用において集光特性が劣化する等の弊害が生じることが無い。
また、本開示の第１の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、第２化合物半導体層、活性層及び第１化合物半導体層をドライエッチング法に基づきエッチングするので、これらの化合物半導体層にエッチング・ダメージが生じる虞があるが、エッチングされた部分を酸性溶液又はアルカリ性溶液に浸漬することによってエッチング・ダメージを除去することができ、高い品質、信頼性を有する積層構造体を得ることができる。
図１は、実施例１の発光素子の、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの模式的な一部断面図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の発光素子を備えた半導体レーザ装置組立体の概念図である。 図３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１の発光素子を備えた別の半導体レーザ装置組立体の概念図である。 図４の（Ａ）は、実施例１の発光素子において、第２電極から第１電極へと流した電流と光出力との関係を示すグラフであり、図４の（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、第２電極から第１電極に電流を流したときに得られた光ビームの写真である。 図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの基体等の模式的な一部断面図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、図５の（Ｂ）に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの基体等の模式的な一部断面図である。 図７の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例２の発光素子の製造方法を説明するための、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの基体等の模式的な一部断面図である。 図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３の発光素子の製造方法を説明するための、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの基体等の模式的な一部断面図である。 図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、図８の（Ｂ）に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの基体等の模式的な一部断面図である。 図１０は、実施例４の発光素子である半導体光増幅器を含む光出力装置の概念図である。 図１１は、実施例４の発光素子において、第２電極から第１電極へと流した電流と光出力との関係を示すグラフである。 図１２は、実施例５の発光素子の、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの模式的な一部断面図である。 図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、半導体レーザ素子あるいは半導体光増幅器を構成するｎ型光ガイド層の厚さと光閉込め係数との関係、及び、ｎ型光ガイド層の厚さとファー・フィールド・パターンの半値全幅との関係を示すグラフである。 図１４は、従来の半導体レーザ素子において、ｎ型光ガイド層の厚さが０．６μｍを超えると、光ビームは、単一モードではなくなり、マルチビーム形状となっていることを示す近視野像である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の発光素子、本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の発光素子、本開示の第１の態様に係る発光素子の製造方法）
３．実施例２（本開示の発光素子、本開示の第２の態様に係る発光素子の製造方法）
４．実施例３（本開示の発光素子、本開示の第３の態様に係る発光素子の製造方法）
５．実施例４（実施例１〜実施例３の変形）
６．実施例５（実施例１〜実施例４の変形）、その他
本開示の第３の態様に係る発光素子の製造方法において、成長阻害層は、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5及びＡｌＧａＩｎＮから成る群から選択された少なくとも１種類の材料層から構成されていることが好ましい。
上記の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子においては、
ｔ1≦３×１０-6ｍ
を満足することが望ましい。第１ガイド層の厚さｔ1を３×１０-6ｍ以下とする結晶成長を行えば、結晶成長表面モホロジーが荒れることが無く、発光素子の発光特性や電気特性が劣化することを防止し得る。
また、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子において、発光素子は単一モードの光ビームを出射する形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子において、積層構造体の光出射端面から出射された光ビームのリッジストライプ構造の幅方向の寸法をＬＢX、リッジストライプ構造の厚さ方向の寸法をＬＢYとしたとき、
０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．２
好ましくは、
０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．０
を満足することが望ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子にあっては、積層構造体の光出射端面において、リッジストライプ構造の厚さ方向に沿った、積層構造体における活性層中心点から、積層構造体から出射される光ビームの中心点までの距離ＹCCは、
ｔ1’≦ＹCC≦ｔ1
好ましくは、
ｔ1’≦ＹCC≦０．５・ｔ1
を満足することが望ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子にあっては、発光素子から半導体レーザ素子を構成することができる。あるいは又、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を構成することができ、この場合、入射する光ビームの光強度を２０倍以上増幅して出射する形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子において、第１光ガイド層内には、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている構成とすることができる。
具体的には、これらの構成にあっては、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
０．０１≦ｎHR−ｎG-1≦０．１
好ましくは、
０．０３≦ｎHR−ｎG-1≦０．１
を満足する形態とすることができる。尚、活性層を構成する化合物半導体材料の平均屈折率をｎAcとしたとき、
ｎHR≦ｎAc
を満足することが好ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子において、第２化合物半導体層は、基体側から、第２光ガイド層及び第２クラッド層の積層構造を有し、第１光ガイド層の厚さは、第２光ガイド層の厚さよりも厚い形態とすることができる。
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子において、第１化合物半導体層、活性層、及び、第２化合物半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。具体的には、積層構造体は、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。高屈折率層も、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、ＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体として、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。活性層は、例えば、量子井戸構造を有する。具体的には、単一量子井戸構造［ＱＷ構造］を有していてもよいし、多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］を有していてもよい。量子井戸構造を有する活性層は、井戸層及び障壁層が、少なくとも１層、積層された構造を有するが、（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）を例示することができる。
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様〜第３の態様に係る発光素子の製造方法における発光素子あるいは本開示の発光素子（これらを総称して、以下、『本開示の発光素子等』と呼ぶ場合がある）において、発光素子の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている構成とすることができる。ここで、所定の角度θとして、０．１度≦θ≦１０度を例示することができる。リッジストライプ構造の軸線とは、光出射端面（便宜上、『第２端面』と呼ぶ場合がある）におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点と、光出射端面（第２端面）とは反対側の積層構造体の端面（便宜上、『第１端面』と呼ぶ場合がある）におけるリッジストライプ構造の両端の二等分点とを結ぶ直線である。また、発光素子の軸線とは、第１端面及び第２端面に直交する軸線を指す。
あるいは又、本開示の発光素子等において、第２端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷ2、第１端面におけるリッジストライプ構造の幅をＷ1としたとき、Ｗ2＞Ｗ1を満足する構成とすることができる。尚、Ｗ2は５μｍ以上である形態とすることができ、Ｗ2の上限値として、限定するものではないが、例えば、４×１０2μｍを例示することができる。また、Ｗ1は１．４μｍ乃至２．０μｍである形態とすることができる。リッジストライプ構造の各端部は、１本の線分から構成されていてもよいし、２本以上の線分から構成されていてもよい。前者の場合、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２端面に向かって、単調に、テーパー状に緩やかに広げられる構成することができる。一方、後者の場合、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２端面に向かって、先ず同じ幅であり、次いで、単調に、テーパー状に緩やかに広げられ、あるいは又、リッジストライプ構造の幅は、例えば、第１端面から第２端面に向かって、先ず広げられ、最大幅を超えた後、狭められる構成とすることができる。
本開示の発光素子等から半導体光増幅器を構成する場合、半導体光増幅器に入射させるレーザ光を生成するレーザ光源はモード同期半導体レーザ素子から成り、モード同期半導体レーザ素子が出射するパルスレーザ光が半導体光増幅器に入射する形態とすることができ、この場合、レーザ光源は、モード同期動作に基づきパルスレーザ光を出射する構成とすることができる。モード同期半導体レーザ素子を、本開示の発光素子から構成することができる。但し、レーザ光源はこのような形態に限定するものではなく、連続発振型の周知のレーザ光源、利得スイッチング方式、損失スイッチング方式（Ｑスイッチング方式）等を含む種々の方式・形式の周知のパルス発振型のレーザ光源、チタンサファイヤレーザといったレーザ光源を用いることもできる。尚、半導体光増幅器は、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅するものであり、共振器効果を極力排除したレーザ構造を有し、半導体光増幅器の光利得で入射光を増幅する。
本開示の発光素子等から半導体光増幅器を構成する場合、半導体光増幅器から出力されるレーザ光の光強度密度は、限定するものではないが、光出射端面を構成する活性層１ｃｍ2当たり６０キロワット以上、好ましくは６００キロワット以上である構成とすることができる。また、半導体光増幅器は、透過型半導体光増幅器から構成されている形態とすることができるが、これに限定するものではなく、例えば、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とが一体になったモノリシック型半導体光増幅器から構成されている形態とすることもできる。
本開示の発光素子等から半導体レーザ素子を構成する場合、半導体レーザ素子は、更に、外部鏡（外部反射鏡）を備えている形態とすることができる。即ち、外部共振器型の半導体レーザ素子とすることができる。あるいは又、モノリシック型の半導体レーザ素子とすることもできる。尚、外部共振器型の半導体レーザ素子は、集光型であってもよいし、コリメート型であってもよい。外部共振器型の半導体レーザ素子にあっては、光ビーム（光パルス）が出射される積層構造体の一端面の光反射率は０．５％以下であることが好ましい。尚、この光反射率の値は、従来の半導体レーザ素子において光ビーム（光パルス）が出射される積層構造体の一端面の光反射率（通常、５％乃至１０％）よりも格段に低い値である。外部共振器型のモード同期半導体レーザ素子にあっては、外部共振器長さ（Ｚ’，単位：ｍｍ）の値は、
０＜Ｚ’＜１５００
好ましくは、
３０≦Ｚ’≦１５０
であることが望ましい。
本開示の発光素子等から半導体レーザ素子を構成する場合、少なくとも第２端面には低反射コート層が形成されている構成とすることができる。また、本開示の発光素子等から半導体光増幅器を構成する場合、第１端面及び第２端面には低反射コート層が形成されている構成とすることができる。ここで、低反射コート層は、例えば、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニア層、酸化シリコン層及び酸化アルミニウム層から成る群から選択された少なくとも２種類の層の積層構造から成る。
本開示の発光素子等において、第２化合物半導体層の上には第２電極が形成されている。ここで、第２電極は、パラジウム（Ｐｄ）単層、ニッケル（Ｎｉ）単層、白金（Ｐｔ）単層、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／白金層の積層構造、又は、パラジウム層が第２化合物半導体層に接するパラジウム層／ニッケル層の積層構造から成る形態とすることができる。尚、下層金属層をパラジウムから構成し、上層金属層をニッケルから構成する場合、上層金属層の厚さを、０．１μｍ以上、好ましくは０．２μｍ以上とすることが望ましい。あるいは又、第２電極を、パラジウム（Ｐｄ）単層から成る構成とすることが好ましく、この場合、厚さを、２０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上とすることが望ましい。第２電極の幅は、ストライプ構造の幅から、適宜、決定すればよい。
第１導電型をｎ型とするとき、ｎ型の導電型を有する第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを例示することができる。第１電極は第１化合物半導体層に電気的に接続されているが、第１電極が第１化合物半導体層上に形成された形態、第１電極が導電材料層や導電性の基体を介して第１化合物半導体層に接続された形態が包含される。第１電極や第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。
第１電極や第２電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。
また、本開示の発光素子等において、第２化合物半導体層は、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層が交互に積層された超格子構造を有し；超格子構造の厚さは０．７μｍ以下である構造とすることができる。このような超格子構造の構造を採用することで、クラッド層として必要な屈折率を維持しながら、発光素子の直列抵抗成分を下げることができ、発光素子の低動作電圧化につながる。尚、超格子構造の厚さの下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができるし、超格子構造を構成するｐ型ＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、超格子構造を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さとして１ｎｍ乃至５ｎｍを例示することができるし、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の層数合計として、６０層乃至３００層を例示することができる。また、活性層から第２電極までの距離は１μｍ以下、好ましくは、０．６μｍ以下である構成とすることができる。このように活性層から第２電極までの距離を規定することで、抵抗の高いｐ型の第２化合物半導体層の厚さを薄くし、発光素子の動作電圧の低減化を達成することができる。尚、活性層から第２電極までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、０．３μｍを挙げることができる。また、第２化合物半導体層には、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上、ドーピングされており；活性層からの波長４０５ｎｍの光に対する第２化合物半導体層の吸収係数は、少なくとも５０ｃｍ-1である構成とすることができる。このＭｇの原子濃度は、２×１０19ｃｍ-3の値で最大の正孔濃度を示すという材料物性に由来しており、最大の正孔濃度、即ち、この第２化合物半導体層の比抵抗が最小になるように設計された結果である。第２化合物半導体層の吸収係数は、発光素子の抵抗を出来るだけ下げるという観点で規定されているものであり、その結果、活性層の光の吸収係数が、５０ｃｍ-1となるのが一般的である。しかし、この吸収係数を上げるために、Ｍｇドープ量を故意に２×１０19ｃｍ-3以上の濃度に設定することも可能である。この場合には、実用的な正孔濃度が得られる上での上限のＭｇドープ量は、例えば８×１０19ｃｍ-3である。また、第２化合物半導体層は、活性層側から、ノンドープ化合物半導体層、及び、ｐ型化合物半導体層を有しており；活性層からｐ型化合物半導体層までの距離は、１．２×１０-7ｍ以下である構成とすることができる。このように活性層からｐ型化合物半導体層までの距離を規定することで、内部量子効率が低下しない範囲で、内部損失を抑制することができ、これにより、例えば、レーザ発振が開始される閾値電流Ｉthを低減させることができる。尚、活性層からｐ型化合物半導体層までの距離の下限値として、限定するものではないが、例えば、５×１０-8ｍを挙げることができる。また、リッジストライプ構造の両側面には、ＳｉＯ2／Ｓｉ積層構造から成る積層絶縁膜が形成されており；リッジストライプ構造の有効屈折率と積層絶縁膜の有効屈折率との差は、５×１０-3乃至１×１０-2である構成とすることができる。このような積層絶縁膜を用いることで、１００ｍＷを超える高出力動作であっても、単一基本横モードを維持することができる。ｐ側光ガイド層の厚さは、例えば、１００ｎｍ以下とすることが好ましい。活性層における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは、２．４ｅＶ以上であることが望ましい。また、活性層から出射される光の波長は、３６０ｎｍ乃至５００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ乃至４１０ｎｍであることが望ましい。ここで、以上に説明した各種の構成を、適宜、組み合わせることができることは云うまでもない。
上述したとおり、第２化合物半導体層において、活性層と電子障壁層との間には、ノンドープ化合物半導体層（例えば、ノンドープＧａＩｎＮ層、あるいは、ノンドープＡｌＧａＮ層）を形成してもよい。更には、活性層とノンドープ化合物半導体層との間に、光ガイド層としてのノンドープＧａＩｎＮ層を形成してもよい。第２化合物半導体層の最上層を、ＭｇドープＧａＮ層（ｐ側コンタクト層）が占めている構造とすることもできる。
本開示の発光素子等を構成する各種の化合物半導体層（例えば、ＧａＮ系化合物半導体層）を基体に順次形成するが、ここで、基体として、サファイア基板の他にも、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、これらの基板の表面（主面）に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができる。主に、ＧａＮ系化合物半導体層を基板に形成する場合、ＧａＮ基板が欠陥密度の少なさから好まれるが、ＧａＮ基板は成長面によって、極性／無極性／半極性と特性が変わることが知られている。また、本開示の発光素子等を構成する各種の化合物半導体層（例えば、ＧａＮ系化合物半導体層）の形成方法として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることができる。
ここで、ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。また、ｎ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。また、ＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。尚、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｅ、Ｓ、Ｏ、Ｐｄ、Ｐｏを挙げることができるし、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｃ、Ｈｇ、Ｓｒを挙げることができる。
本開示の第１の態様に係る発光素子の製造方法におけるドライエッチング法は、周知のドライエッチング法とすることができる。また、酸性溶液として、燐酸、フッ酸、王水を例示することができるし、アルカリ性溶液として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを例示することができる。
本開示の発光素子等を、例えば、光ディスクシステム、通信分野、光情報分野、光電子集積回路、非線形光学現象を応用した分野、光スイッチ、レーザ計測分野や種々の分析分野、超高速分光分野、多光子励起分光分野、質量分析分野、多光子吸収を利用した顕微分光の分野、化学反応の量子制御、ナノ３次元加工分野、多光子吸収を応用した種々の加工分野、医療分野、バイオイメージング分野といった分野に適用することができる。
実施例１は、本開示の発光素子、及び、本開示の第１の態様に係る発光素子の製造方法に関する。実施例１の発光素子は、具体的には、半導体レーザ素子であり、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの模式的な一部断面図を図１に示すように、
（ａ）第１導電型を有する第１化合物半導体層２１、化合物半導体から成る活性層（発光領域、利得領域）２３、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層２２が、順次、基体２０’上に積層されて成る積層構造体２０、
（ｂ）第２化合物半導体層２２上に形成された第２電極３２、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層２１に電気的に接続された第１電極３１、
を備えている。
そして、第１化合物半導体層２１は、基体側から、第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）１２１Ａ、及び、第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）１２１Ｂの積層構造を有し、
積層構造体２０は、第２化合物半導体層２２、活性層２３、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分１２１Ｂ’から構成されたリッジストライプ構造２０Ａを有し、
第１光ガイド層１２１Ｂの厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分１２１Ｂ’の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
好ましくは、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．３・ｔ1
を満足する。具体的には、実施例１にあっては、
ｔ1 ＝１．２５μｍ
ｔ1’＝０．１５μｍ
とした。また、リッジストライプ構造２０Ａの長さ及び幅を、それぞれ、１．０ｍｍ、１．６μｍとした。発光素子は単一モードの光ビームを出射する。
尚、具体的には、基体２０’はｎ型ＧａＮ基板から成り、化合物半導体層はｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面上に設けられている。尚、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面は、『Ｃ面』とも呼ばれ、極性を有する結晶面である。また、第１化合物半導体層２１、活性層２３、及び、第２化合物半導体層２２から構成された積層構造体２０は、ＧａＮ系化合物半導体、具体的にはＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体から成り、より具体的には、以下の表１に示す層構成を有する。ここで、表１において、下方に記載した化合物半導体層ほど、基体２０’に近い層である。尚、活性層２３における井戸層を構成する化合物半導体のバンドギャップは３．０６ｅＶである。活性層２３は、井戸層及び障壁層を備えた量子井戸構造を有しており、障壁層の不純物（具体的には、シリコン，Ｓｉ）のドーピング濃度は、２×１０17ｃｍ-3以上、１×１０20ｃｍ-3以下である。また、リッジストライプ構造２０Ａの両側にはＳｉＯ2／Ｓｉから成る積層絶縁膜２４が形成されている。尚、ＳｉＯ2層が下層であり、Ｓｉ層が上層である。そして、リッジストライプ構造２０Ａの頂面に相当するｐ型ＧａＮコンタクト層１２２Ｄに、第２電極（ｐ側オーミック電極）３２が形成されている。一方、基体２０’の裏面には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る第１電極（ｎ側オーミック電極）３１が形成されている。実施例にあっては、第２電極３２を厚さ０．１μｍのＰｄ単層から構成した。ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１２２Ａの厚さは１０ｎｍであり、第２光ガイド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）１２２Ｂの厚さは５０ｎｍであり、第２クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）１２２Ｃの厚さは０．５μｍであり、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２２Ｄの厚さは１００ｎｍである。更には、第２化合物半導体層２２を構成するｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１２２Ａ、第２光ガイド層１２２Ｂ、第２クラッド層１２２Ｃ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２２Ｄには、Ｍｇが、１×１０19ｃｍ-3以上（具体的には、２×１０19ｃｍ-3）、ドーピングされている。一方、第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）１２１Ａの厚さは２．５μｍである。第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）１２１Ｂの厚さは上述したとおりであり、第１光ガイド層１２１Ｂの厚さ（１．２５μｍ）は、第２光ガイド層１２２Ｂの厚さ（１００ｎｍ）よりも厚い。また、第１光ガイド層１２１ＢをＧａＮから構成しているが、代替的に、第１光ガイド層１２１Ｂを、活性層２３よりもバンドギャップの広い化合物半導体であって、第１クラッド層１２１Ａよりもバンドギャップの狭い化合物半導体から構成することもできる。
［表１］
第２化合物半導体層２２
ｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）１２２Ｄ
第２クラッド層（ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層（Ｍｇドープ））１２２Ｃ
第２光ガイド層（ｐ型Ａｌ0.01Ｇａ0.99Ｎ層（Ｍｇドープ））１２２Ｂ
ｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ電子障壁層（Ｍｇドープ）１２２Ａ
活性層２３
ＧａＩｎＮ量子井戸活性層２３
（井戸層：Ｇａ0.92Ｉｎ0.08Ｎ／障壁層：Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ）
第１化合物半導体層２１
第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）１２１Ｂ
第１クラッド層（ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ層）１２１Ａ
但し、
井戸層（２層）：１０ｎｍ［ノン・ドープ］
障壁層（３層）：１２ｎｍ［ドーピング濃度（Ｓｉ）：２×１０18ｃｍ-3］
図４の（Ａ）に、実施例１の発光素子において、第２電極３２から第１電極３１へと流した電流（単位：ミリアンペア）と、光出力（単位：ミリワット）との関係を示し、図４の（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に、第２電極３２から第１電極３１に、それぞれ、３４０ミリアンペア、５２０ミリアンペア、７２０ミリアンペアを流したときに得られた光ビームの近視野像（ＮＦＰ）の写真を示し、併せて、光ビームの水平方向（リッジストライプ構造２０Ａの幅方向）の寸法（幅）、垂直方向（リッジストライプ構造２０Ａの幅方向）の寸法（幅）を示す。尚、示した寸法（幅）は、積層構造体２０の光出射端面（第２端面）から出射された光ビームのピーク強度に対して１／ｅ2の強度になったときの光ビームの近視野像（ＮＦＰ）の寸法（幅）である。図４の（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、リッジストライプ構造２０Ａの幅方向の寸法（幅）をＬＢX、リッジストライプ構造２０Ａの厚さ方向の寸法（幅）をＬＢYとしたとき、ＬＢY／ＬＢXの値は以下のとおりであり、
０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．２
を満足しており、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができた。また、積層構造体２０の光出射端面において、リッジストライプ構造の厚さ方向に沿った、積層構造体２０における活性層２３中心点から、積層構造体２０から出射される光ビームの中心点までの距離ＹCCは、以下のとおりであり、
ｔ1’≦ＹCC≦ｔ1
を満足している。図４の（Ａ）から、閾値電流は約２００ミリアンペアであり、光出力はおよそ９００ミリワットまで得られることが判る。
図４の（Ｂ）：ＬＢY／ＬＢX＝０．７５
図４の（Ｃ）：ＬＢY／ＬＢX＝０．７４
図４の（Ｄ）：ＬＢY／ＬＢX＝０．７３
図４の（Ｂ）：ＹCC＝５×１０-7ｍ
図４の（Ｃ）：ＹCC＝５×１０-7ｍ
図４の（Ｄ）：ＹCC＝５×１０-7ｍ
実施例１の発光素子を備えた半導体レーザ装置組立体の概念図を図２の（Ａ）に示す。図２の（Ａ）に示す半導体レーザ装置組立体は、外部共振器型である。即ち、実施例１における半導体レーザ装置組立体は、実施例１の発光素子から成る半導体レーザ素子１０、レンズ１２、光学フィルター１３、外部鏡１４、及び、レンズ１５から構成されている。そして、レーザ光源から出射されたレーザ光は、光アイソレータ１６を介して外部に出射される。半導体レーザ素子１０の光出射端面である第２端面には、例えば、１層の酸化チタン層と１層の酸化アルミニウム層とが積層された構造を有する低反射コート層（ＡＲ）あるいは無反射コート層（ＡＲ）が形成されている。また、第２端面と対向する第１端面には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。そして、半導体レーザ素子の第１端面と外部鏡１４とで外部共振器が構成され、上述したとおり、外部鏡１４から光ビームを取り出す。光学フィルター１３には、主にバンドパスフィルターが用いられ、レーザの発振波長の制御のために挿入される。外部共振器長さＺ’によって光パルス列の繰り返し周波数ｆが決定され、次式で表される。ここで、ｃは光速であり、ｎは導波路の屈折率である。外部共振器長さ（Ｚ’，単位：ｍｍ）の値を、１００ｍｍとした。また、光ビーム（光パルス）が出射される積層構造体２０の第２端面の光反射率は０．５％以下（例えば、０．３％）であり、光ビーム（光パルス）が反射される積層構造体２０の第１端面の光反射率は、例えば、８５％以上、１００％未満（例えば、９５％）である。更には、光学フィルター１３の光透過率は、例えば、８５％以上、１００％未満（例えば、９０％）であり、半値幅は、０ｎｍを超え、２ｎｍ以下（例えば、１ｎｍ）であり、ピーク波長は、４００ｎｍ以上、４５０ｎｍ以下（例えば、４１０ｎｍ）であり、外部鏡１４の光反射率は０％を超え、１００％未満（例えば、２０％）である。尚、以上の各種パラメータの値は一例であり、適宜、変更することができることは云うまでもない。
ｆ＝ｃ／（２ｎ・Ｚ’）
あるいは又、図２の（Ｂ）に示すコリメート型の外部共振器にあっても、高反射コート層（ＨＲ）が形成された半導体レーザ素子の端面と外部鏡１４とで外部共振器を構成し、外部鏡１４から光ビームを取り出す。
図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示す外部共振器にあっては、半導体レーザ素子の第２端面と外部鏡とで外部共振器を構成し、半導体レーザ素子から光ビームを取り出す。第２端面には低反射コート層（ＡＲ）が形成されている。尚、図３の（Ａ）に示す例は集光型であり、図３の（Ｂ）に示す例はコリメート型である。あるいは又、図３の（Ｃ）に示すように、半導体レーザ素子をモノリシック型とすることもできる。
以下、実施例１の発光素子の製造方法を、基体等の模式的な一部断面図である図５の（Ａ）、（Ｂ）、図６の（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
［工程−１００］
先ず、基体２０’の上、具体的には、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面上に、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、第１導電型（ｎ型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層２１、ＧａＮ系化合物半導体から成る活性層（発光領域、利得領域）２３、並びに、第１導電型と異なる第２導電型（ｐ型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第２化合物半導体層２２が、順次、積層されて成る積層構造体２０を形成する（図５の（Ａ）参照）。
次に、第２化合物半導体層２２及び活性層２３をドライエッチング法に基づきエッチングし、更に、第１化合物半導体層２１（具体的には、第１光ガイド層１２１Ｂ）を、厚さ方向に一部分、ドライエッチング法に基づきエッチングして、リッジストライプ構造２０Ａを形成する。
［工程−１１０］
具体的には、先ず、第２化合物半導体層２２上に帯状の第２電極３２を形成する。より具体的には、真空蒸着法に基づきＰｄ層３２Ａを全面に成膜した後（図５の（Ｂ）参照）、Ｐｄ層３２Ａ上に、フォトリソグラフィ技術に基づき帯状のエッチング用レジスト層を形成する。そして、王水を用いて、エッチング用レジスト層に覆われていないＰｄ層３２Ａを除去した後、エッチング用レジスト層を除去する。こうして、図６の（Ａ）に示す構造を得ることができる。尚、リフトオフ法に基づき、第２化合物半導体層２２上に帯状の第２電極３２を形成してもよい。
第２電極３２のパターニングを行う際の、第２電極３２のエッチングレートをＥＲ0、積層構造体２０のエッチングレートをＥＲ1としたとき、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０、好ましくは、ＥＲ0／ＥＲ1≧１×１０2を満足することが望ましい。ＥＲ0／ＥＲ1がこのような関係を満足することで、積層構造体２０をエッチングすること無く（あるいは、エッチングされても僅かである）、第２電極３２を確実にパターニングすることができる。
次いで、第２電極３２をエッチング用マスクとして、第２化合物半導体層２２及び活性層２３をドライエッチング法に基づきエッチングし、更に、第１化合物半導体層２１を、厚さ方向に一部分、ドライエッチング法に基づきエッチングすることで、リッジストライプ構造２０Ａを形成する。具体的には、Ｃｌ2ガスを用いたＲＩＥ法に基づき、第２電極３２をエッチング用マスクとして用いて、第２化合物半導体層２２及び活性層２３、並びに、第１化合物半導体層２１の一部分（具体的には、第１光ガイド層１２１Ｂの一部分）をエッチングすることで、第１光ガイド層１２１Ｂの一部分１２１Ｂ’を得る。こうして、図６の（Ｂ）に示す構造を得ることができる。このように、帯状にパターニングされた第２電極３２をエッチング用マスクとして用いてセルフアライン方式にてリッジストライプ構造２０Ａを形成するので、第２電極３２とリッジストライプ構造２０Ａとの間に合わせずれが生じることがない。
［工程−１２０］
その後、エッチングされた部分を、酸性溶液、具体的には燐酸に浸漬する。［工程−１１０］において第２化合物半導体層２２、活性層２３及び第１化合物半導体層２１をドライエッチング法に基づきエッチングしたとき、これらの化合物半導体層にエッチング・ダメージが生じる虞があるが、エッチングされた部分を酸性溶液に浸漬することによってエッチング・ダメージを除去することができ、高い品質、信頼性を有する積層構造体２０を得ることができる。
［工程−１３０］
その後、積層絶縁膜２４の形成、第２電極３２の上の積層絶縁膜２４の除去、第１電極３１の形成、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、実施例１の発光素子を作製することができる。
尚、［工程−１００］に引き続き、第２電極３２を形成すること無く、リッジストライプ構造２０Ａを形成し、次いで、［工程−１２０］を実行した後、第２電極３２の形成を行い、その後、［工程−１３０］を実行してもよい。
実施例１の発光素子あるいは発光素子の製造方法にあっては、第１光ガイド層の厚さｔ1が規定されているので、光閉込め係数を低くすることができ、また、光場強度分布のピークが活性層から第１光ガイド層へと移動する結果、高出力動作時に活性層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、高出力化の達成を図ることができる。しかも、実施例１にあっては、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さｔ1’が規定されているので、出射される光ビームの単一モード化を達成することができる。また、スラブ導波路の幅と第１光ガイド層の厚さが同程度となる結果、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができ、レンズや光ファイバーを用いる応用において集光特性が劣化する等の弊害が生じることが無い。
実施例２は、実施例１の発光素子の変形であり、且つ、本開示の第２の態様に係る発光素子の製造方法に関する。実施例２の発光素子も、具体的には、半導体レーザ素子であり、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの模式的な一部断面図を図７の（Ｃ）に示すように、基体２０’には、発光素子の軸線方向に沿って延びる凹部２５が２つ、形成されている。そして、全面に、即ち、２つの凹部２５、及び、２つの凹部２５によって挟まれた基体２０’の領域２６の上には、実施例１にて説明した積層構造体２０が形成されている。更には、基体２０’の領域２６の上方には、第２電極３２が設けられている。
ここで、第１化合物半導体層２１は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
２つの凹部２５によって挟まれた基体２０’の領域２６の上の第１光ガイド層の厚さをｔ1、積層構造体の総厚をＴTotal、凹部２５の深さをＤとしたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
（ＴTotal−０．５・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
好ましくは、
（ＴTotal−０．３・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
を満足する。具体的には、実施例２にあっては、
ｔ1 ＝１．２５μｍ
ＴTotal＝４．１μｍ
Ｄ ＝３．７μｍ
とした。また、凹部２５の幅を２０μｍ、２つの凹部２５によって挟まれた基体２０’の領域２６の幅を１．５μｍとした。
以上の点を除き、実施例２の発光素子、及び、実施例２の発光素子を備えた半導体レーザ装置組立体は、実施例１の発光素子、及び、実施例１の発光素子を備えた半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
以下、実施例２の発光素子の製造方法を、基体等の模式的な一部断面図である図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明する。
［工程−２００］
先ず、基体２０’に、製造すべき発光素子の軸線方向に沿って延びる凹部２５を２つ、周知のフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき形成し、２つの凹部２５によって挟まれた基体２０’の領域２６を得る（図７の（Ａ）参照）。
［工程−２１０］
次いで、基体２０’の上、具体的には、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面上に、より具体的には、２つの凹部２５、及び、２つの凹部２５によって挟まれた基体２０’の領域２６の上に、実施例１の［工程−１００］と同様にして、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、第１導電型（ｎ型）を有する第１化合物半導体層２１、化合物半導体から成る活性層（発光領域、利得領域）２３、並びに、第１導電型と異なる第２導電型（ｐ型）を有する第２化合物半導体層２２が、順次、積層されて成る積層構造体２０を形成する（図７の（Ｂ）参照）。
［工程−２２０］
次に、全面に積層絶縁膜２４を形成し、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき第２電極を設けるべき領域に開口部を形成する。そして、開口部内を含む積層絶縁膜２４に第２電極を構成する金属材料層を形成した後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき金属材料層をパターニングすることで、第２電極３２を設けることができる。
［工程−２３０］
その後、第１電極３１の形成（図７の（Ｃ）参照）、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、実施例２の発光素子を作製することができる。
実施例２の発光素子の製造方法にあっては、２つの凹部によって挟まれた基体の領域（即ち、凹部と凹部との間に位置する基体の部分）の上の第１光ガイド層の厚さｔ1が規定されているので、高出力動作時に活性層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、増幅光の飽和エネルギーが増大し、高出力化の達成を図ることができる。しかも、実施例２の発光素子の製造方法にあっては、凹部の深さＤが規定されているので、出射される光ビームの単一モード化を達成することができる。また、スラブ導波路の幅と第１光ガイド層の厚さが同程度となる結果、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができ、レンズや光ファイバーを用いる応用において集光特性が劣化する等の弊害が生じることが無い。しかも、実施例２にあっては、リッジストライプ構造を得るために積層構造体をドライエッチングすることは不要であり、積層構造体の信頼性が低下することを防ぐことができる。
実施例３も、実施例１の発光素子の変形であり、且つ、本開示の第３の態様に係る発光素子の製造方法に関する。実施例３の発光素子も、具体的には、半導体レーザ素子であり、発光素子の軸線に垂直な仮想平面で切断したときの模式的な一部断面図を図９の（Ｂ）に示すように、第１化合物半導体層２１の第１の部分２１1は、基体側から、第１クラッド層１２１Ａ及び第１光ガイド層１２１Ｂの第１の部分１２１Ｂ1の積層構造を有し、第１化合物半導体層２１の第２の部分２１2は、第１光ガイド層１２１Ｂの第２の部分１２１Ｂ2から成る。そして、第１光ガイド層１２１Ｂの第１の部分１２１Ｂ1の頂面には、ＳｉＯ2から成る成長阻害層２７が形成されている。第１光ガイド層１２１Ｂの第１の部分１２１Ｂ1と第１光ガイド層１２１Ｂの第２の部分１２１Ｂ2の厚さの合計をｔ1、第１光ガイド層１２１Ｂの第２の部分１２１Ｂ2の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
好ましくは、
８×１０-7ｍ≦ｔ1
を満足し、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
好ましくは、
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．３・ｔ1
を満足する。具体的には、実施例３にあっては、
ｔ1 ＝１．２５μｍ
ｔ1’＝０．１５μｍ
とした。
以上の点を除き、実施例３の発光素子、及び、実施例３の発光素子を備えた半導体レーザ装置組立体は、実施例１の発光素子、及び、実施例１の発光素子を備えた半導体レーザ装置組立体と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
以下、実施例３の発光素子の製造方法を、基体等の模式的な一部断面図である図８の（Ａ）、（Ｂ）、図９の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。
［工程−３００］
先ず、基体２０’上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層２１の第１の部分２１1を形成する。具体的には、基体２０’（具体的には、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面）の上に、周知のＭＯＣＶＤ法に基づき、第１導電型（ｎ型）を有し、ＧａＮ系化合物半導体から成る第１化合物半導体層２１、具体的には、第１クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）１２１Ａ、及び、第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）の一部１２１Ｂ1を形成する（図８の（Ａ）参照）。
［工程−３１０］
次いで、リッジストライプ構造２０Ａを形成すべき第１化合物半導体層２１の第１の部分２１1（第１光ガイド層の一部１２１Ｂ1）の領域が露出した成長阻害層２７を、第１化合物半導体層２１の第１の部分２１1の上に形成する。即ち、リッジストライプ構造２０Ａを形成すべき領域に開口部２８が設けられた成長阻害層２７を、第１化合物半導体層２１の第１の部分２１1の上に形成する。具体的には、全面に、より具体的には、第１光ガイド層（ｎ型ＧａＮ層）の一部１２１Ｂ1の上に、ＣＶＤ法に基づき成長阻害層２７を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、リッジストライプ構造２０Ａを形成すべき成長阻害層２７の領域に開口部２８を形成する（図８の（Ｂ）参照）。
［工程−３２０］
その後、開口部２８の底部に露出した第１化合物半導体層２１の第１の部分２１1（第１光ガイド層の一部１２１Ｂ1）の上に、第１化合物半導体層２１の第２の部分２１2（第１光ガイド層の第２の部分１２１Ｂ2）、化合物半導体から成る活性層２３、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層２２が、順次、積層されて成る積層構造体２０を形成する（図９の（Ａ）参照）。具体的には、実施例１の［工程−１００］と同様の工程を実行する。成長阻害層２７上には、第１化合物半導体層２１の第２の部分２１2等は成長せず、あるいは又、成長しても僅かである。成長阻害層２７上の第１化合物半導体層２１の第２の部分２１2等は、エッチング法によって除去してもよいし、そのまま残しても、問題は生じない。
［工程−３３０］
次に、全面に積層絶縁膜２４を形成し、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき第２電極を設けるべき積層絶縁膜２４の領域に開口部を形成する。そして、開口部内を含む積層絶縁膜２４に第２電極を構成する金属材料層を形成した後、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき金属材料層をパターニングすることで、第２電極３２を設けることができる。
［工程−３４０］
その後、第１電極３１の形成（図９の（Ｂ）参照）、基板の劈開等を行い、更に、パッケージ化を行うことで、実施例３の発光素子を作製することができる。
実施例３の発光素子の製造方法にあっては、第１光ガイド層の第１の部分と第２の部分の厚さの合計ｔ1が規定されているので、光閉込め係数を低くすることができ、また、光場強度分布のピークが活性層から第１光ガイド層へと移動する結果、高出力動作時に活性層付近の光密度を低下させることができ、光学的損傷を防ぐことができるだけでなく、高出力化の達成を図ることができる。しかも、実施例３の発光素子の製造方法にあっては、第１光ガイド層の第２の部分の厚さｔ1’が規定されているので、出射される光ビームの単一モード化を達成することができる。また、スラブ導波路の幅と第１光ガイド層の厚さが同程度となる結果、真円に近い光ビーム断面形状を得ることができ、レンズや光ファイバーを用いる応用において集光特性が劣化する等の弊害が生じることが無い。しかも、実施例３にあっても、リッジストライプ構造を得るために積層構造体をドライエッチングすることは不要であり、積層構造体２０の信頼性が低下することを防ぐことができる。
実施例４は、実施例１〜実施例３の変形であるが、レーザ光源２００からのレーザ光を光増幅して出射する半導体光増幅器（ＳＯＡ）３００が、実施例４の発光素子から構成されている。半導体光増幅器を含む実施例４の光出力装置の概念図を図１０に示す。レーザ光源２００を構成する半導体レーザ素子及び半導体光増幅器３００は、実質的に、実施例１〜実施例３において説明した発光素子と同じ構成、構造を有する。
実施例４の光出力装置において、レーザ光源２００から出射されたレーザ光は、光アイソレータ３１６、反射ミラー３１７を介して、反射ミラー３２０に入射する。反射ミラー３２０によって反射されたレーザ光は、半波長板（λ／２波長板）３２１、レンズ３２２を通過して、半導体光増幅器３００に入射する。尚、光アイソレータ３１６は、半導体光増幅器３００からの戻り光が、レーザ光源２００に向かうことを防止するために配置されている。そして、半導体光増幅器３００において光増幅され、レンズ３３０を介して系外に出射される。
半導体光増幅器３００は、透過型半導体光増幅器から構成されている。そして、半導体光増幅器３００の光入射端面（第１端面）３０１、及び、光入射端面３０１に対向する光出射端面（第２端面）３０２には、低反射コート層（ＡＲ）が形成されている。低反射コート層（ＡＲ）は、１層の酸化チタン層と１層の酸化アルミニウム層とが積層された構造を有する。光入力端面３０１側から入射されたレーザ光は、半導体光増幅器３００の内部で光増幅され、反対側の光出射端面３０２から出力される。レーザ光は基本的に一方向にのみ導波される。また、実施例４にあっては、レーザ光源２００は、実施例１の発光素子である半導体レーザ素子を備えた実施例１の半導体レーザ装置組立体から成り、レーザ光源２００が出射するレーザ光が半導体光増幅器３００に入射する。具体的には、半導体光増幅器３００に入射させるレーザ光を生成するレーザ光源２００はモード同期半導体レーザ素子から成り、モード同期半導体レーザ素子が出射するパルスレーザ光が半導体光増幅器３００に入射する。
以上の点を除き、実施例４の発光素子は、実施例１の発光素子と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。尚、半導体光増幅器は、透過型半導体光増幅器から構成されているが、これに限定するものではなく、例えば、モノリシック型半導体光増幅器から構成されていてもよい。
実施例４にあっては、リッジストライプ構造２０Ａの長さ及び幅を、それぞれ、３．０ｍｍ、２．２μｍとした。そして、波長３９９ｎｍ、繰り返し周波数１ＧＨｚ、光パルス幅２．１ピコ秒、入射光平均パワー５．３ミリワットのモード同期光パルス光を実施例４の半導体光増幅器３００に入射させたところ、図１１に示すように、増幅器駆動電流（第２電極３２から第１電極３１へ流す電流）を２．８アンペアとしたとき、平均出力８００ミリワット以上を得ることができた。リッジストライプ構造２０Ａの幅が２．２μｍ程度と狭いのにも拘わらず、従来の半導体光増幅器の平均光出力４００ミリワットを大きく上回る増幅特性が得られ、しかも、単一モードであることが確認できた。
実施例５は、実施例１〜実施例４の変形である。模式的な一部断面図を図１２に示すように、実施例５の発光素子において、第１化合物半導体層２１は、基体２０’側から、第１クラッド層１２１Ａ及び第１光ガイド層１２１ｂ1，１２１ｂ2の積層構造を有し、第１光ガイド層１２１ｂ1，１２１ｂ2の内部には、第１化合物半導体層２１を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層２９、具体的には、厚さ５０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る高屈折率層２９が形成されている。活性層２３と上層の第１光ガイド層１２１ｂ2との界面から、上層の第１光ガイド層１２１ｂ2と高屈折率層２９との界面までの距離を０．３５μｍとした。ここで、第１光ガイド層１２１ｂ1，１２１ｂ2を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層２９を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHR、活性層２３を構成する化合物半導体材料の平均屈折率をｎAcとしたとき、
０．０１≦ｎHR−ｎG-1≦０．１
を満足し、
ｎHR≦ｎAc
を満足している。具体的には、
ｎHR ＝２．５４７
ｎG-1＝２．５２０
ｎAc ＝２．６２０
である。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した発光素子、半導体レーザ素子、半導体レーザ装置組立体、半導体光増幅器、光出力装置、レーザ光源の構成、構造の構成は例示であり、適宜、変更することができる。また、実施例においては、種々の値を示したが、これらも例示であり、例えば、使用する発光素子の仕様が変われば、変わることは当然である。例えば、発光素子の軸線とリッジストライプ構造の軸線とは、所定の角度で交わっている構成としてもよいし、リッジストライプ構造の平面形状をテーパー状としてもよい。
また、実施例３において、第１光ガイド層の第１の部分の頂面に成長阻害層を形成したが、代替的に、第１光ガイド層の第１の部分を形成すべき領域を挟むように帯状の２本の成長阻害層を形成してもよい。
実施例においては、発光素子を、ｎ型ＧａＮ基板の極性面であるＣ面，｛０００１｝面上に設けたが、代替的に、｛１１−２０｝面であるＡ面、｛１−１００｝面であるＭ面、｛１−１０２｝面といった無極性面上、あるいは又、｛１１−２４｝面や｛１１−２２｝面を含む｛１１−２ｎ｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面といった半極性面上に、発光素子を設けてもよく、これによって、発光素子の活性層にたとえピエゾ分極及び自発分極が生じた場合であっても、活性層の厚さ方向にピエゾ分極が生じることは無く、活性層の厚さ方向とは略直角の方向にピエゾ分極が生じるので、ピエゾ分極及び自発分極に起因した悪影響を排除することができる。尚、｛１１−２ｎ｝面とは、ほぼＣ面に対して４０度を成す無極性面を意味する。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［１］《発光素子》
（ａ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、基体上に積層されて成る積層構造体、
（ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
（ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を備えた発光素子であって、
第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
積層構造体は、第２化合物半導体層、活性層、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有し、
第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
を満足する発光素子。
［２］
ｔ1≦３×１０-6ｍ
を満足する［１］に記載の発光素子。
［３］
単一モードの光ビームを出射する［１］又は［２］に記載の発光素子。
［４］
積層構造体の光出射端面から出射された光ビームのリッジストライプ構造の幅方向の寸法をＬＢX、リッジストライプ構造の厚さ方向の寸法をＬＢYとしたとき、
０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．２
を満足する［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［５］
積層構造体の光出射端面において、リッジストライプ構造の厚さ方向に沿った、積層構造体における活性層中心点から、積層構造体から出射される光ビームの中心点までの距離ＹCCは、
ｔ1’≦ＹCC≦ｔ1
を満足する［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［６］
半導体レーザ素子から成る［１］乃至［５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［７］
半導体光増幅器から成る［１］乃至［５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［８］
第１光ガイド層内には、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている［１］乃至［７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［９］
第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
０．０１≦ｎHR−ｎG-1≦０．１
を満足する［８］に記載の発光素子。
［１０］
第２化合物半導体層は、基体側から、第２光ガイド層及び第２クラッド層の積層構造を有し、
第１光ガイド層の厚さは、第２光ガイド層の厚さよりも厚い［１］乃至［９］のいずれか１項に記載の発光素子。
［１１］
第１化合物半導体層、活性層、及び、第２化合物半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体から成る［１］乃至［１０］のいずれか１項に記載の発光素子。
［１２］《発光素子の製造方法：第１の態様》
（Ａ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を、基体上に形成した後、
（Ｂ）第２化合物半導体層及び活性層をドライエッチング法に基づきエッチングし、更に、第１化合物半導体層を、厚さ方向に一部分、ドライエッチング法に基づきエッチングして、リッジストライプ構造を形成し、次いで、
（Ｃ）エッチングされた部分を、酸性溶液又はアルカリ性溶液に浸漬する、
各工程を少なくとも具備し、
第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
リッジストライプ構造は、第２化合物半導体層、活性層、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されており、
第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
を満足する発光素子の製造方法。
［１３］《発光素子の製造方法：第２の態様》
（Ａ）基体に、製造すべき発光素子の軸線方向に沿って延びる２つの凹部を形成し、２つの凹部によって挟まれた基体の領域を得た後、
（Ｂ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を、基体上に形成する、
各工程を少なくとも具備し、
第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
２つの凹部によって挟まれた基体の領域の上の第１光ガイド層の厚さをｔ1、積層構造体の総厚をＴTotal、凹部の深さをＤとしたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
（ＴTotal−０．５・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
を満足する発光素子の製造方法。
［１４］《発光素子の製造方法：第３の態様》
（Ａ）基体上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層の第１の部分を形成した後、
（Ｂ）リッジストライプ構造を形成すべき第１化合物半導体層の第１の部分の領域が露出した成長阻害層を、第１化合物半導体層の第１の部分の上に形成し、次いで、
（Ｃ）開口部の底部に露出した第１化合物半導体層の第１の部分の上に、第１化合物半導体層の第２の部分、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する、
各工程を少なくとも具備し、
第１化合物半導体層の第１の部分は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の第１の部分の積層構造を有し、第１化合物半導体層の第２の部分は、第１光ガイド層の第２の部分から成り、
第１光ガイド層の第１の部分と第１光ガイド層の第２の部分の厚さの合計をｔ1、第１光ガイド層の第２の部分の厚さをｔ1’としたとき、
６×１０-7ｍ＜ｔ1
０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
を満足する発光素子の製造方法。
［１５］
成長阻害層は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5及びＡｌＧａＩｎＮから成る群から選択された少なくとも１種類の材料層から構成されている［１４］に記載の発光素子の製造方法。
［１６］
第１光ガイド層内には、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている［１２］乃至［１５］のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
［１７］
第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
０．０１≦ｎHR−ｎG-1≦０．１
を満足する［１６］に記載の発光素子の製造方法。
１０・・・半導体レーザ素子、１２・・・レンズ、１３・・・光学フィルター、１４・・・外部鏡、１５・・・レンズ、１６・・・光アイソレータ、２０・・・積層構造体、２０Ａ・・・リッジストライプ構造、２０’・・・基体、２１・・・第１化合物半導体層、１２１Ａ・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（第１クラッド層）、１２１Ｂ，１２１ｂ1，１２１ｂ2・・・ｎ型ＧａＮ光ガイド層（第１光ガイド層）、１２１Ｂ’・・・リッジストライプ構造を構成する第１化合物半導体層２１の部分、２２・・・第２化合物半導体層、１２２Ａ・・・ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層、１２２Ｂ・・・ｐ型ＡｌＧａＮ層（第２光ガイド層）、１２２Ｃ・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（第２クラッド層）、１２２Ｄ・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、２３・・・活性層、２４・・・積層絶縁膜、２５・・・凹部、２６・・・２つの凹部によって挟まれた基体の領域、２７・・・成長阻害層、２８・・・開口部、２９・・・高屈折率層、３１・・・第１電極、３２・・・第２電極、３２Ａ・・・Ｐｄ層、２００・・・レーザ光源、３００・・・半導体光増幅器（ＳＯＡ）、３０１・・・光入射端面（第１端面）、３０２・・・光出射端面（第２端面）、３１６・・・光アイソレータ、３１７・・・反射ミラー、３２０・・・反射ミラー、３２１・・・半波長板（λ／２波長板）、３２２，３３０・・・レンズ、ＡＲ・・・低反射コート層あるいは無反射コート層、ＨＲ・・・高反射コート層

Claims (17)

  1. （ａ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、基体上に積層されて成る積層構造体、
    （ｂ）第２化合物半導体層上に形成された第２電極、並びに、
    （ｃ）第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
    を備えた発光素子であって、
    第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
    積層構造体は、第２化合物半導体層、活性層、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されたリッジストライプ構造を有し、
    第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
    ６×１０-7ｍ＜ｔ1
    ０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
    を満足する発光素子。
  2. ｔ1≦３×１０-6ｍ
    を満足する請求項１に記載の発光素子。
  3. 単一モードの光ビームを出射する請求項１に記載の発光素子。
  4. 積層構造体の光出射端面から出射された光ビームのリッジストライプ構造の幅方向の寸法をＬＢX、リッジストライプ構造の厚さ方向の寸法をＬＢYとしたとき、
    ０．２≦ＬＢY／ＬＢX≦１．２
    を満足する請求項１に記載の発光素子。
  5. 積層構造体の光出射端面において、リッジストライプ構造の厚さ方向に沿った、積層構造体における活性層中心点から、積層構造体から出射される光ビームの中心点までの距離ＹCCは、
    ｔ1’≦ＹCC≦ｔ1
    を満足する請求項１に記載の発光素子。
  6. 半導体レーザ素子から成る請求項１に記載の発光素子。
  7. 半導体光増幅器から成る請求項１に記載の発光素子。
  8. 第１光ガイド層内には、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている請求項１に記載の発光素子。
  9. 第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
    ０．０１≦ｎHR−ｎG-1≦０．１
    を満足する請求項８に記載の発光素子。
  10. 第２化合物半導体層は、基体側から、第２光ガイド層及び第２クラッド層の積層構造を有し、
    第１光ガイド層の厚さは、第２光ガイド層の厚さよりも厚い請求項１に記載の発光素子。
  11. 第１化合物半導体層、活性層、及び、第２化合物半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体から成る請求項１に記載の発光素子。
  12. （Ａ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を、基体上に形成した後、
    （Ｂ）第２化合物半導体層及び活性層をドライエッチング法に基づきエッチングし、更に、第１化合物半導体層を、厚さ方向に一部分、ドライエッチング法に基づきエッチングして、リッジストライプ構造を形成し、次いで、
    （Ｃ）エッチングされた部分を、酸性溶液又はアルカリ性溶液に浸漬する、
    各工程を少なくとも具備し、
    第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
    リッジストライプ構造は、第２化合物半導体層、活性層、及び、第１光ガイド層の厚さ方向の一部分から構成されており、
    第１光ガイド層の厚さをｔ1、リッジストライプ構造を構成する第１光ガイド層の部分の厚さをｔ1’としたとき、
    ６×１０-7ｍ＜ｔ1
    ０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
    を満足する発光素子の製造方法。
  13. （Ａ）基体に、製造すべき発光素子の軸線方向に沿って延びる２つの凹部を形成し、２つの凹部によって挟まれた基体の領域を得た後、
    （Ｂ）第１導電型を有する第１化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を、基体上に形成する、
    各工程を少なくとも具備し、
    第１化合物半導体層は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の積層構造を有し、
    ２つの凹部によって挟まれた基体の領域の上の第１光ガイド層の厚さをｔ1、積層構造体の総厚をＴTotal、凹部の深さをＤとしたとき、
    ６×１０-7ｍ＜ｔ1
    （ＴTotal−０．５・ｔ1）≦Ｄ≦ＴTotal
    を満足する発光素子の製造方法。
  14. （Ａ）基体上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層の第１の部分を形成した後、
    （Ｂ）リッジストライプ構造を形成すべき第１化合物半導体層の第１の部分の領域が露出した成長阻害層を、第１化合物半導体層の第１の部分の上に形成し、次いで、
    （Ｃ）開口部の底部に露出した第１化合物半導体層の第１の部分の上に、第１化合物半導体層の第２の部分、化合物半導体から成る活性層、及び、第１導電型と異なる第２導電型を有する第２化合物半導体層が、順次、積層されて成る積層構造体を形成する、
    各工程を少なくとも具備し、
    第１化合物半導体層の第１の部分は、基体側から、第１クラッド層及び第１光ガイド層の第１の部分の積層構造を有し、第１化合物半導体層の第２の部分は、第１光ガイド層の第２の部分から成り、
    第１光ガイド層の第１の部分と第１光ガイド層の第２の部分の厚さの合計をｔ1、第１光ガイド層の第２の部分の厚さをｔ1’としたとき、
    ６×１０-7ｍ＜ｔ1
    ０（ｍ）＜ｔ1’≦０．５・ｔ1
    を満足する発光素子の製造方法。
  15. 成長阻害層は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5及びＡｌＧａＩｎＮから成る群から選択された少なくとも１種類の材料層から構成されている請求項１４に記載の発光素子の製造方法。
  16. 第１光ガイド層内には、第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率よりも高い屈折率を有する化合物半導体材料から成る高屈折率層が形成されている請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
  17. 第１光ガイド層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎG-1、高屈折率層を構成する化合物半導体材料の屈折率をｎHRとしたとき、
    ０．０１≦ｎHR−ｎG-1≦０．１
    を満足する請求項１６に記載の発光素子の製造方法。
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