JP2014165327A - 半導体発光素子及びその製造方法、並びに、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活性層等の結晶性低下が抑制された、高い信頼性を有する半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子は、基板１０に設けられた凹部２０内に形成された、一定の幅を有するリッジ部３０を備えており、凹部２０は、リッジ部２０の長さ方向に沿って幅が変化しており、リッジ部３０は、活性層４３を含む化合物半導体・積層構造体３１から成り、活性層４３の厚さは、リッジ部３０の長さ方向に沿って変化している。
【選択図】 図１

Description

本開示は、半導体発光素子及びその製造方法、並びに、係る半導体発光素子を備えた表示装置に関する。

例えば、半導体レーザ素子から成る半導体発光素子を光源として備えたプロジェクター装置といった表示装置、所謂レーザ表示装置が、例えば、特開２００９−０２５４６２から周知である。レーザ表示装置は、高輝度・高精細に加え、小型・軽量であり、しかも、低消費電力といった特徴を有しており、大きな注目を浴びている。しかしながら、レーザ表示装置においては、スペックルノイズが画像や映像の画質を劣化させる要因となっている。このスペックルノイズは、レーザ光の可干渉性が高いために、スクリーンや壁面等の画像や映像を表示するレーザ照射面において散乱光が干渉し合う結果生じる現象であり、レーザ照射面の微細な凹凸の存在に起因している。ところで、スペックルコントラストＣは、レーザ光の波長をλ、レーザ照射面の表面粗さをσ_h、レーザ光の発振波長幅をΔλとしたとき、以下の式（１）で示すことができる。そして、式（１）から、レーザ光の発振波長幅Δλの値を大きくすることで、スペックルノイズの低減が可能であることが判る。

Ｃ＝［１／｛２（２・π・σ_h・Δλ／λ²）²＋１｝］^1/4 （１）

特開２００９−０２５４６２ 特開平０６−２７５９０４ 特開平０７−１３５３７２

半導体基板に狭幅部分と広幅部分を有する溝が形成され、この溝、全体を占めるようにリッジが形成された半導体レーザが、特開平０６−２７５９０４から公知である。ここで、レーザ光出射面における溝の幅を狭くし、レーザ光出射面と反対側における溝の幅を広くすることによって、レーザビームの非点収差を小さく維持し、且つ、全体の発振縦モードが多モード発振である半導体レーザが得られるとされている。しかしながら、この特許公開公報に開示された技術にあっては、溝、全体を占めるようにリッジが形成されているので、活性層等の形成時、溝の縁部近傍において活性層等が多結晶になり易く、活性層等の結晶性が悪化し、高い信頼性を有する半導体レーザを得ることが困難である。

また、誘電体等から成り、幅を変化させたマスクを基板上に形成し、露出した基板の部分の上に活性層等を選択成長させることによって、活性層のバンドギャップ波長が光入射側端面よりも光出射側端面付近において短波長となっている半導体光増幅器が、特開平０７−１３５３７２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、マスクの広い部分では活性層へのインジウム（Ｉｎ）の取り込みが大きくなることを応用して、活性層のバンドギャップ波長の制御を行っている。しかしながら、マスクの縁部近傍において活性層等が多結晶になり易く、活性層等の結晶性が悪化し、信頼性が低下するし、マスクとマスクの間にストライプ状の光導波路が形成されるため、光閉込めが強くなり、高次モードが発生するといった問題がある。

従って、本開示の目的は、活性層等の結晶性低下が抑制された、高い信頼性を有する半導体発光素子及びその製造方法、並びに、係る半導体発光素子を備えた表示装置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半導体発光素子は、基板に設けられた凹部内に形成された、一定の幅を有するリッジ部を備えており、
凹部は、リッジ部の長さ方向に沿って幅が変化しており、
リッジ部は、活性層を含む化合物半導体・積層構造体から成り、
活性層の厚さは、リッジ部の長さ方向に沿って変化している。

上記の目的を達成するための本開示の半導体発光素子の製造方法は、
形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って幅が変化した凹部を基板に設け、次いで、
基板上に、活性層を含む化合物半導体・積層構造体を形成し、以て、形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って厚さが変化した活性層を得た後、凹部内の化合物半導体・積層構造体の一部分をエッチングして一定の幅を有するリッジ部を形成する、
各工程を備えている。

上記の目的を達成するための本開示の表示装置は、上述した本開示の半導体発光素子を備えている。

本開示にあっては、活性層の厚さがリッジ部の長さ方向に沿って変化しているので、即ち、利得が共振器内で均一ではないので、半導体発光素子から出射される光の波長幅Δλの値を大きくすることができる。その結果、複雑な素子構造や回路を用いなくとも、上述した式（１）により、半導体発光素子単体でスペックルノイズの低減を図ることができる。しかも、一定の幅を有するリッジ部が基板に設けられた凹部内に形成されているので、即ち、リッジ部の幅は凹部の幅よりも狭いので、活性層を含む化合物半導体・積層構造体の結晶性が低下することがなく、高い信頼性を有する半導体発光素子を提供することができる。

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれ、実施例１の半導体発光素子の模式的な平面図、図１Ａの矢印Ｂ−Ｂに沿った実施例１の半導体発光素子の模式的な断面図、及び、図１Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿った実施例１の半導体発光素子の模式的な断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、基板に設けられた凹部の模式的な部分的平面図、及び、図２Ａの矢印Ｂ−Ｂに沿った基板の模式的な一部断面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、実施例１の半導体発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図であり、図３Ｃは、図１Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿った実施例１の半導体発光素子の一部分の模式的な拡大一部断面図である。 図４は、実施例１の化合物半導体・積層構造体に基づき、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法によって半導体発光利得ピーク波長を測定した結果を示すグラフである。 図５Ａ及び図５Ｂは、実施例１の半導体発光素子の製造方法の［工程−１１０］において得られた化合物半導体・積層構造体等の走査型電子顕微鏡写真である。 図６Ａ及び図６Ｂは、実施例１の半導体発光素子の製造方法の［工程−１２０］において得られた化合物半導体・積層構造体等の走査型電子顕微鏡写真である。 図７Ａ及び図７Ｂは、実施例１及び比較例１の半導体発光素子におけるゲインカーブを求めたチャートである。 図８Ａ及び図８Ｂは、実施例１及び比較例１の半導体発光素子における発光スペクトルを求めたグラフである。 図９は、実施例２の表示装置の概念図である。 図１０は、実施例２における別の表示装置の概念図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂは、基板に設けられた凹部の変形例の模式的な部分的平面図である。 図１２は、基板に設けられた凹部の別の変形例の模式的な部分的平面図である。

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．本開示の半導体発光素子及びその製造方法並びに表示装置、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の半導体発光素子及びその製造方法）
３．実施例２（本開示の表示装置）、その他

［本開示の半導体発光素子及びその製造方法並びに表示装置、全般に関する説明］
本開示の半導体発光素子あるいは本開示の表示装置を構成する半導体発光素子（以下、これらを総称して、『本開示の半導体発光素子等』と呼ぶ場合がある）において、活性層の組成は、リッジ部の長さ方向に沿って変化している形態とすることができる。また、本開示の半導体発光素子の製造方法にあっては、形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って厚さ及び組成が変化した活性層を得る形態とすることができる。

上記の好ましい形態を含む本開示の半導体発光素子等にあっては、凹部内において、リッジ部の両側には、化合物半導体・積層構造体から構成された側部構造体がリッジ部と離間して形成されている形態とすることが好ましい。また、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体発光素子の製造方法にあっては、凹部内において、リッジ部の両側に、化合物半導体・積層構造体から構成された側部構造体を、リッジ部と離間して、リッジ部と同時に形成する形態とすることが好ましい。

更には、上記の好ましい形態を含む本開示の半導体発光素子等あるいは本開示の半導体発光素子の製造方法にあっては、活性層の厚さをリッジ部の長さ方向に沿って確実に変化させるために、また、凹部内に一定の幅を有するリッジ部を確実に形成するために、更には、品質の高い化合物半導体・積層構造体を得るために、凹部の深さは、０．５μｍ以上、１０μｍ以下である構成とすることが好ましい。凹部の幅の下限値として、６μｍを例示することができる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体発光素子等あるいは本開示の半導体発光素子の製造方法において、凹部の最大幅をＷ_max、凹部の最小幅をＷ_min、凹部の幅平均値をＷ_aveとしたとき、
０．８≦（Ｗ_max−Ｗ_min）／Ｗ_ave≦２
を満足することが好ましい。尚、以下の表１に、赤色発光の半導体発光素子におけるＷ_max，Ｗ_min，Ｗ_aveの値の一例を示す。

［表１］
Ｗ_max（μｍ） Ｗ_min（μｍ） Ｗ_ave（μｍ）
赤色発光半導体発光素子 １４〜３００ ６〜１５０ １０〜１４７

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体発光素子等あるいは本開示の半導体発光素子の製造方法において、半導体発光素子から出射される光の波長の最大ピーク値をλ_max、光の波長幅をΔλとしたとき、スペックルノイズの低減の観点から、Δλ／λ_maxの値は大きい程、好ましい。Δλ／λ_maxの下限値として、限定するものではないが、１．５×１０^-4を挙げることができる。半導体発光素子が半導体レーザ素子から成る場合、半導体発光素子から出射される光の波長の最大ピーク値λ_max、光の波長幅Δλとは、発振波長の最大ピーク値、発振波長幅であり、半導体発光素子がスーパールミネッセントダイオードから成る場合、半導体発光素子から出射される光の波長の最大ピーク値λ_max、光の波長幅Δλとは、発光波長の最大ピーク値、発光波長幅である。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体発光素子等あるいは本開示の半導体発光素子の製造方法において、活性層の厚さの最大値をＴ_max、活性層の厚さの最小値をＴ_min、活性層の厚さの平均値をＴ_aveとしたとき、
０．０１≦（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_ave≦０．１
を満足することが好ましい。そして、この場合、光出射面近傍の活性層の厚さは最小である構成とすることが好ましい。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体発光素子等あるいは本開示の半導体発光素子の製造方法において、活性層はＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から成る形態とすることができ、この場合、活性層は、ＧａＩｎＰ層若しくはＡｌＧａＩｎＰ層から成る井戸層と、ＡｌＧａＩｎＰ層から成る障壁層とが積層された量子井戸構造を有する形態とすることができ、更には、光出射面近傍の活性層のＩｎ含有率は最低である形態とすることができる。あるいは又、活性層はＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る形態とすることができ、この場合、活性層は、ＧａＩｎＮ層から成る井戸層と、Ｉｎ組成の異なるＧａＩｎＮ層から成る障壁層とが積層された量子井戸構造を有する形態とすることができ、更には、光出射面近傍の活性層のＩｎ含有率は最低である形態とすることができる。化合物半導体・積層構造体の構成、それ自体は、周知の構成とすることができるが、化合物半導体・積層構造体は、基板上に形成されており、基板側から、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層された構造を有する。第１化合物半導体層あるいは基板には第１電極が接続され、第２化合物半導体層には第２電極が接続される。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体発光素子等あるいは本開示の半導体発光素子の製造方法において、半導体発光素子は、半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）から成る形態とすることができる。ここで、半導体レーザ素子にあっては、光出射面における光反射率と光反射面における光反射率との最適化を図ることで、共振器が構成される。一方、スーパールミネッセントダイオードにあっては、光出射面における光反射率を非常に低い値とし、光反射面における光反射率を非常に高い値とし、共振器を構成することなく、活性層で生成した光が光反射面において反射され、光出射面から出射される。一般に、光出射面には、無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層が形成されている。また、光反射面には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されている。無反射コート層（低反射コート層）として、酸化チタン層、酸化タンタル層、酸化ジルコニウム層、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、及び、窒化ケイ素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を挙げることができる。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の半導体発光素子等にあっては、駆動に際して、駆動電流に高周波信号（例えば、１００ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚ）を重畳することで、利得の揺らぎが発生する結果、一層、Δλ／λ_maxの値を増加させることができ、一層効果的にスペックルノイズの低減を図ることができる。

本開示の表示装置として、半導体発光素子を光源として備えたプロジェクター装置や画像表示装置、モニター装置、半導体発光素子を光源として備えた反射型液晶表示装置、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、レーザ照明を挙げることができる。また、本開示の半導体発光素子をレーザ顕微鏡の光源として用いることができる。

リッジ部の幅として１．０μｍ乃至３．０μｍを例示することができる。尚、リッジ部の幅が広くなり過ぎると高次横モードが発生する虞があるので、リッジ部の幅は、高次横モードが発生しないような値とする必要がある。

基板として、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＰ基板、ＩｎＮ基板、ＩｎＰ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＩｎＮ基板、ＡｌＧａＩｎＰ基板、ＡｌＧａＰ基板、ＡｌＩｎＰ基板、ＧａＩｎＰ基板、ＺｎＳ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ₂基板、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄基板、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板を挙げることができる。更には、これらの基板の表面（主面）に、バッファ層や中間層が形成されたものを基板として用いることもできる。また、これらの基板の主面に関して、結晶構造（例えば、立方晶型や六方晶型等）によっては、所謂Ａ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｒ面、Ｍ面、Ｎ面、Ｓ面等の名称で呼ばれる結晶方位面、あるいは、これらを特定方向にオフさせた面等を用いることもできる。

化合物半導体・積層構造体を構成する化合物半導体層に添加されるｎ型不純物として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、錫（Ｓｎ）、炭素（Ｃ）、テルル（Ｔｅ）、硫黄（Ｓ）、Ｏ（酸素）、Ｐｄ（パラジウム）を挙げることができるし、ｐ型不純物として、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）を挙げることができる。活性層は、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。化合物半導体・積層構造体の形成方法（成膜方法）として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法）や有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ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（ＨＶＰＥ法）、プラズマアシステッド物理的気相成長法（ＰＰＤ法）を挙げることができる。基板に凹部を設ける方法として、また、化合物半導体・積層構造体をエッチングする方法として、リソグラフィ技術とウエットエッチング技術の組合せ、リソグラフィ技術とドライエッチング技術の組合せを挙げることができる。

化合物半導体・積層構造体は、第１電極及び第２電極に接続される。第１電極あるいは第２電極をｐ型の導電型を有する化合物半導体層あるいは基板上に形成する場合、係る電極（ｐ側電極）として、Ａｕ／ＡｕＺｎ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（／Ａｕ）／ＡｕＺｎ、Ａｕ／ＡｕＰｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（／Ａｕ）／ＡｕＰｄ、Ａｕ／Ｐｔ／ＴｉＷ（／Ｔｉ）（／Ａｕ）／ＡｕＰｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｔｉを挙げることができる。また、第１電極あるいは第２電極をｎ型の導電型を有する化合物半導体層あるいは基板上に形成する場合、係る電極（ｎ側電極）として、Ａｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（／Ａｕ）／Ｎｉ／ＡｕＧｅ、Ａｕ／Ｐｔ／ＴｉＷ（／Ｔｉ）／Ｎｉ／ＡｕＧｅを挙げることができる。尚、「／」の前の層ほど、活性層から電気的に離れたところに位置する。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板を介して第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各種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。

実施例１は、本開示の半導体発光素子及びその製造方法に関する。実施例１の半導体発光素子の模式的な平面図を図１Ａに示し、図１Ａの矢印Ｂ−Ｂに沿った実施例１の半導体発光素子の模式的な断面図を図１Ｂに示し、図１Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿った実施例１の半導体発光素子の模式的な断面図を図１Ｃに示し、基板に設けられた凹部の模式的な部分的平面図を図２Ａに示し、図２Ａの矢印Ｂ−Ｂに沿った基板の模式的な一部断面図を図２Ｂに示し、図１Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿った実施例１の半導体発光素子の一部分の模式的な拡大一部断面図を図３Ｃに示す。尚、図１Ｃ、あるいは後述する図３Ａ及び図３Ｂにおいては、第１化合物半導体層、活性層、第２化合物半導体層を１層（化合物半導体・積層構造体）で示しており、バッファ層の図示を省略している。また、図１Ｂにおいては、第１電極及び第２電極の図示を省略している。更には、図１Ｂと図１Ｃと図３Ｃとでは、厚さ方向のスケールを異ならせている。図２Ａ、後述する図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２においては、凹部を明確にするために、凹部に斜線を付している。

実施例１の半導体発光素子（具体的には、半導体レーザ素子）は、一定の幅を有するリッジ部３０を備えている。ここで、リッジ部３０は、基板１０に設けられた凹部２０内に形成されている。即ち、リッジ部３０の幅は凹部２０の幅よりも狭い。そして、凹部２０は、リッジ部３０の長さ方向に沿って幅が変化しており、リッジ部３０は、活性層４３を含む化合物半導体・積層構造体３１から成り、活性層４３の厚さは、リッジ部３０の長さ方向に沿って変化している。

実施例１にあっては、共振器長（リッジ部３０の長さ）を１．００ｍｍとした。また、凹部２０内において、リッジ部３０の両側には、化合物半導体・積層構造体３１から構成された側部構造体３２がリッジ部３０と離間して形成されている。凹部２０の深さは、０．５μｍ以上、１０μｍ以下であり、実施例１にあっては、具体的には２μｍである。凹部２０の縁部２１は直線状であり、凹部２０の最大幅をＷ_max、凹部２０の最小幅をＷ_min、凹部２０の幅平均値をＷ_aveとしたとき、
０．８≦（Ｗ_max−Ｗ_min）／Ｗ_ave≦２
を満足している。具体的には、
Ｗ_max＝９４μｍ
Ｗ_min＝２４μｍ
Ｗ_ave＝５９μｍ
とした。また、リッジ部３０の幅を、２．０μｍ、一定とした。更には、活性層４３の厚さの最大値をＴ_max、活性層４３の厚さの最小値をＴ_min、活性層４３の厚さの平均値をＴ_aveとしたとき、
０．０１≦（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_ave≦０．１
を満足している。ここで、光出射面３３近傍の活性層４３の厚さが最小であり、光反射面３４近傍の活性層４３の厚さが最大である。具体的には、
Ｔ_max＝１０２ｎｍ
Ｔ_min＝ ９８ｎｍ
Ｔ_ave＝１００ｎｍ
とした。また、活性層４３の組成は、リッジ部３０の長さ方向に沿って変化している。更には、半導体発光素子から出射される光の波長の最大ピーク値をλ_max、光の波長幅をΔλとしたとき、
Δλ／λ_max≧１．５×１０^-4
を満足する。具体的には、
λ_max＝６４０ｎｍ
Δλ ＝０．６ｎｍ
である。光出射面３３には、無反射コート層（ＡＲ）あるいは低反射コート層が形成されており、光反射面３４には、高反射コート層（ＨＲ）が形成されているが、これらのコート層の図示は省略している。

実施例１にあっては、基板１０としてｎ−ＧａＡｓ基板を用いた。また、赤色を出射する半導体発光素子におけるＧａＩｎＰ系化合物半導体から成る化合物半導体・積層構造体３１の構成を以下の表２に示すが、最下段に記載された化合物半導体層が基板１０上に形成されている。ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から成る活性層４３は多重量子井戸構造を有しており、ＧａＩｎＰ層若しくはＡｌＧａＩｎＰ層から成る井戸層と、ＡｌＧａＩｎＰ層から成る障壁層とが積層された量子井戸構造を有する。具体的には、障壁層を４層、井戸層を３層とした。

［表２］
第２化合物半導体層４２
コンタクト層 ｐ−ＧａＡｓ
第２クラッド層 ｐ−ＡｌＩｎＰ
第２ガイド層 ＡｌＧａＩｎＰ
活性層４３
井戸層／障壁層 ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ
第１化合物半導体層４１
第１ガイド層 ＡｌＧａＩｎＰ
第１クラッド層 ｎ−ＡｌＩｎＰ
バッファ層１０’ ＧａＩｎＰ

以下、図１Ａの矢印Ｃ−Ｃに沿ったと同様の模式的な一部断面図である図３Ａ及び図３Ｂを参照して、実施例１の半導体発光素子の製造方法を説明する。

［工程−１００］
先ず、形成すべきリッジ部３０の長さ方向に沿って幅が変化した凹部２０を基板１０に設ける。具体的には、ｎ−ＧａＡｓ基板から成る基板１０の主面に凹部２０を、周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術（具体的には、反応性イオンエッチング法、ＲＩＥ法）に基づき形成する（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。

［工程−１１０］
次に、基板１０上に、活性層４３を含む化合物半導体・積層構造体３１を形成し、以て、形成すべきリッジ部３０の長さ方向に沿って厚さが変化した活性層４３を得る。併せて、形成すべきリッジ部３０の長さ方向に沿って組成が変化した活性層４３を得る。具体的には、ＭＯＣＶＤ法にて各種の化合物半導体層を結晶成長させるが、このとき、例えば、リン原料としてホスフィン（ＰＨ₃）を用い、ガリウム原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスあるいはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを用い、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用い、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用い、シリコン原料としてモノシランガス（ＳｉＨ₄ガス）を用い、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスを用いればよい。

より具体的には、凹部２０が設けられた基板１０の主面上に、通常のＭＯＣＶＤ法、即ち、有機金属や水素化合物を原料ガスとするＭＯＣＶＤ法に基づき、バッファ層１０’、第１化合物半導体層４１、活性層４３、第２化合物半導体層４２をエピタキシャル成長させる。こうして、図３Ａに模式的な一部断面図を示し、図５Ａ、図５Ｂに走査型電子顕微鏡写真を示す構造を得ることができる。尚、図５Ａは光出射面から眺めた化合物半導体・積層構造体３１の走査型電子顕微鏡写真であり、円形で囲まれた領域に、後の工程において、リッジ部３０が形成される。また、図５Ｂは化合物半導体・積層構造体３１を上方から眺めた走査型電子顕微鏡写真であり、図５Ｂにおいては、２つの半導体発光素子を製造する過程を示しており、写真の中央水平線の部分が、後の工程で劈開され、光出射面３３が形成される。

一般に、ＭＯＣＶＤ法に基づく化合物半導体層の形成の際、凹部２０の幅の広い部分にあっては、凹部２０の幅の狭い部分よりも、原料ガスが多く供給される。その結果、形成すべきリッジ部３０の長さ方向に沿って厚さが変化した活性層４３を得ることができる。また、凹部２０の幅の広い部分にあっては、凹部２０の幅の狭い部分よりも、Ｉｎの取り込みが多くなる。その結果、活性層４３の組成が、リッジ部３０の長さ方向に沿って変化する。以上の結果を、以下の表３に纏めた。

［表３］
凹部の幅 活性層の厚さ Ｉｎ含有率 発振波長
光反射面近傍 広い 厚い 高い 長い
光出射面近傍 狭い 薄い 低い 短い

［工程−１２０］
その後、周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき、凹部２０内の化合物半導体・積層構造体３１の一部分をエッチングして、一定の幅を有するリッジ部３０を形成する。具体的には、第２化合物半導体層４２の所定の部分を厚さ方向にエッチングして除去する。こうして、凹部２０内において、リッジ部３０の両側に、化合物半導体・積層構造体３１から構成された側部構造体３２を、リッジ部３０と離間して、リッジ部３０と同時に形成することができ、図３Ｂに模式的な一部断面図を示し、図６Ａ、図６Ｂに走査型電子顕微鏡写真を示す構造を得ることができる。尚、図６Ａは光出射面から眺めたリッジ部３０、側部構造体３２、化合物半導体・積層構造体３１の走査型電子顕微鏡写真であり、図６Ｂは図６Ａを拡大した走査型電子顕微鏡写真である。

［工程−１３０］
次いで、全面に、ＣＶＤ法に基づきＳｉＯ₂やＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃から成る絶縁層４６を形成（成膜）する。そして、第２化合物半導体層４２の頂面上の絶縁層４６をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって除去し、更に、リフト・オフ法に基づき、露出した第２化合物半導体層４２の頂面から絶縁層４６の上に亙り、第２電極４５を形成する。また、基板１０の裏面に、周知の方法に基づき第１電極４４を形成する。こうして、実施例１の半導体発光素子を得ることができる（図１Ｃ参照）。

［工程−１２０］において得られた化合物半導体・積層構造体３１に基づき、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法によって、半導体発光利得ピーク波長を測定した。光反射面３４から０．５０ｍｍ離れた化合物半導体・積層構造体の領域、光反射面３４から０．８０ｍｍ離れた化合物半導体・積層構造体の領域、光反射面３４から１．００ｍｍ離れた化合物半導体・積層構造体の領域（光出射面３３の近傍の領域）における半導体発光利得ピーク波長の測定結果を、図４に示す。尚、図４の縦軸は、半導体発光利得ピーク波長、横軸は、光反射面３４から化合物半導体・積層構造体の測定領域までの距離である。図４に示す結果から、半導体発光利得ピーク波長は光反射面３４の６３２．５ｎｍから光出射面３３の６３０．０ｎｍまで、２．５ｎｍ、シフトが生じていることが判る。

凹部２０を形成することなく、ｎ−ＧａＡｓ基板から成る基板１０の主面に、実施例１と同様の化合物半導体・積層構造体等を形成することで、比較例１の半導体発光素子を試作した。実施例１及び比較例１の半導体発光素子のＩ_th近傍の発光スペクトルを図７Ａ及び図７Ｂに示す。実施例１の半導体発光素子にあっては、ゲインカーブ幅は約５．０ｎｍであった。一方、比較例１の半導体発光素子にあっては、ゲインカーブ幅は約３．５ｎｍであり、実施例１の半導体発光素子の方が幅広いゲインカーブを有することが判る。更には、実施例１及び比較例１の半導体発光素子の発光スペクトルを図８Ａ及び図８Ｂに示すが、実施例１の半導体発光素子には、複数、具体的には２本の発振ピークが認められる一方、比較例１の半導体発光素子には、１本の発振ピークしか認められない。尚、実施例１の半導体発光素子から出射された２本の光（レーザ光）は、いずれも、基本横モードであることが確認できた。

以上のとおり、実施例１の半導体発光素子にあっては、活性層４３の厚さがリッジ部３０の長さ方向に沿って変化しているので、半導体発光素子から出射される光の波長幅Δλの値を大きくすることができる結果、スペックルノイズの低減を図ることができる。しかも、一定の幅を有するリッジ部３０が基板１０に設けられた凹部２０内に形成されているので、活性層４３を含む化合物半導体・積層構造体３１の結晶性が低下することがなく、高い信頼性を有する半導体発光素子を提供することができる。ところで、半導体レーザ素子では、光出射面３３における半導体発光利得ピーク波長を、光反射面３４における半導体発光利得ピーク波長よりも短くした方が、光損失が小さくなり、信頼性は向上する。よって、凹部２０の幅を光出射面３３の近傍で狭くすることが好ましい。

尚、第１電極４４及び第２電極４５を介して活性層４３に、所定の電流を流し、且つ、高周波信号（例えば、１００ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚであり、具体的には１７０ＭＨz）を重畳して流したところ、利得の揺らぎが発生する結果、一層、Δλ／λ_maxの値を増加させることができ、一層効果的にスペックルノイズの低減を図ることができた。具体的には、高周波信号の重畳前後で、Δλの値が０．６ｎｍから１．６ｎｍに増加し、Δλ／λ_maxの値が９．４×１０^-4から２．５×１０^-3に増加した。

実施例２は、本開示の表示装置に関する。実施例２にあっては、概念図を図９に示すように、表示装置を、半導体発光素子を光源として備えたラスタースキャン方式のプロジェクター装置とした。このプロジェクター装置は、半導体レーザ素子から成る半導体発光素子を光源としてレーザ光をラスタースキャンし、表示すべき画像に合わせてレーザ光の輝度を制御することで画像を表示する。具体的には、赤色発光の半導体発光素子１０１Ｒ、緑色発光の半導体発光素子１０１Ｇ及び青色発光の半導体発光素子１０１Ｂからのレーザ光のそれぞれは、ダイクロイックプリズム１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂによって１本のレーザビームに纏められ、このレーザビームが、水平スキャナ１０３及び垂直スキャナ１０４及びによってスキャンされ、スクリーンや壁面等の画像や映像を表示するレーザ照射面１０５に投影されることで、画像を得ることができる。水平スキャナ１０３及び垂直スキャナ１０４は、例えば、ポリゴンミラーとガルバノスキャナとの組合せとすることができる。あるいは又、水平スキャナ及び垂直スキャナは、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて作製された複数のＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）と、ポリゴンミラーやガルバノスキャナとの組合せを挙げることができるし、水平スキャナと垂直スキャナとが一体となった構造、即ち、ＤＭＤが２次元マトリクス状に配列されて成る２次元空間変調素子から構成することもできるし、１つのＤＭＤで２次元スキャンを行う２次元ＭＥＭＳスキャナから構成することもできる。更には、音響光学効果スキャナや電気光学効果スキャナといった屈折率変調型スキャナを用いることもできる。

あるいは又、１次元空間変調素子であるＧＬＶ（Grating Light Valve ）素子の複数と、ポリゴンミラーやガルバノスキャナとの組合せを挙げることもできる。即ち、図１０に概念図を示すように、表示装置は、ＧＬＶ素子２０３Ｒ及びレーザ光源（赤色発光半導体レーザ）２０２Ｒから成る画像生成装置２０１Ｒと、ＧＬＶ素子２０３Ｇ及びレーザ光源（緑色発光半導体レーザ）２０２Ｇから成る画像生成装置２０１Ｇと、ＧＬＶ素子２０３Ｂ及びレーザ光源（青色発光半導体レーザ）２０２Ｂから成る画像生成装置２０１Ｂを備えている。尚、レーザ光源（赤色発光半導体レーザ）２０２Ｒから射出された赤色のレーザ光を点線で示し、レーザ光源（緑色発光半導体レーザ）２０２Ｇから射出された緑色のレーザ光を実線で示し、レーザ光源（青色発光半導体レーザ）２０２Ｂから射出された青色のレーザ光を一点鎖線で示す。表示装置は、更に、これらのレーザ光源２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂから射出されたレーザ光を集光し、ＧＬＶ素子２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂへと入射させる集光レンズ（図示せず）、ＧＬＶ素子２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂから射出されたレーザ光が入射され、１本の光束に纏めるＬ型プリズム２０４、纏められた３原色のレーザ光が通過するレンズ２０５及び空間フィルター２０６、空間フィルター２０６を通過した１本の光束を結像させる結像レンズ（図示せず）、結像レンズを通過した１本の光束を走査するスキャンミラー（ガルバノスキャナ）２０７、及び、スキャンミラー２０７で走査されたレーザ光を投影するスクリーン（レーザ照射面）２０８から構成されている。

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されるものではない。実施例において説明した半導体発光素子や表示装置の構成、構造、半導体発光素子の製造方法は例示であり、適宜、変更することができる。半導体発光素子から出射される光の波長の最大ピーク値λ_maxや光の波長幅Δλの値等は、半導体発光素子に要求される仕様に基づき決定すればよいし、凹部の最大幅Ｗ_max、凹部の最小幅Ｗ_min、凹部の幅平均値Ｗ_ave、活性層の厚さの最大値Ｔ_max、活性層の厚さの最小値Ｔ_min、活性層の厚さの平均値Ｔ_ave等の値は、半導体発光素子に要求される仕様に基づき、種々の試験を行い、適宜、決定すればよい。活性層を、ＧａＩｎＰ系化合物半導体から構成する代わりに、ＧａＩｎＮ系化合物半導体から構成しても、同様の結果を得ることができた。

実施例においては、凹部の縁部を直線状としたが、これに限定するものではなく、凹部として、線分と線分の組合せをもって広がる形態、具体的には、例えば、幅一定の狭い幅の領域と、幅が直線状に広がる領域との組合せ（基板に設けられた凹部の変形例の模式的な部分的平面図である図１１Ａを参照）、幅一定の狭い幅の領域と、幅が直線状に広がる領域と、幅一定の広い幅の領域との組合せ（基板に設けられた凹部の変形例の模式的な部分的平面図である図１１Ｂを参照）を挙げることができる。あるいは又、凹部として、基板に設けられた凹部の変形例の模式的な部分的平面図を図１２に示すように、幅一定の狭い幅の領域と、広い幅の領域（但し、この領域は、隣接する半導体発光素子を形成すべき基板の広い幅の領域と繋がっている）との組合せを挙げることができる。尚、図１２に示した例では、Ｗ_maxの値は無限大であり、［（Ｗ_max−Ｗ_min）／Ｗ_ave］の値は意味を持たない。図１２において、破線は、隣接する半導体発光素子の境界を示す。あるいは又、凹部の幅は、曲線をもって広がる形態、線分と曲線の組合せをもって広がる形態とすることもできる。

実施例にあっては、半導体発光素子を半導体レーザ素子から構成したが、実施例１において説明した化合物半導体・積層構造体３１（表２参照）から、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を構成することもできる。ＳＬＤは、実施例１において説明した半導体レーザ素子と同様の光導波路構造を有するが、半導体レーザ素子とは異なり、共振器構造を有していない。ＳＬＤにあっては、電流注入により生じた自然放出光が光導波路構造を導波する間に誘導放出により増幅され、出射される。このようなＳＬＤは、光出射面における光反射率を非常に低い値とし、光反射面における光反射率を非常に高い値とすることで得ることができる。

尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［１］《半導体発光素子》
基板に設けられた凹部内に形成された、一定の幅を有するリッジ部を備えており、
凹部は、リッジ部の長さ方向に沿って幅が変化しており、
リッジ部は、活性層を含む化合物半導体・積層構造体から成り、
活性層の厚さは、リッジ部の長さ方向に沿って変化している半導体発光素子。
［２］活性層の組成は、リッジ部の長さ方向に沿って変化している［１］に記載の半導体発光素子。
［３］凹部内において、リッジ部の両側には、化合物半導体・積層構造体から構成された側部構造体がリッジ部と離間して形成されている［１］又は［２］に記載の半導体発光素子。
［４］凹部の深さは、０．５μｍ以上、１０μｍ以下である［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［５］凹部の最大幅をＷ_max、凹部の最小幅をＷ_min、凹部の幅平均値をＷ_aveとしたとき、
０．８≦（Ｗ_max−Ｗ_min）／Ｗ_ave≦２
を満足する［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［６］出射される光の波長の最大ピーク値をλ_max、光の波長幅をΔλとしたとき、
Δλ／λ_max≧１．５×１０^-4
を満足する［１］乃至［５］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［７］活性層の厚さの最大値をＴ_max、活性層の厚さの最小値をＴ_min、活性層の厚さの平均値をＴ_aveとしたとき、
０．０１≦（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_ave≦０．１
を満足する［１］乃至［６］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［８］光出射面近傍の活性層の厚さは最小である［７］に記載の半導体発光素子。
［９］活性層はＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から成る［１］乃至［８］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［１０］活性層は、ＧａＩｎＰ層若しくはＡｌＧａＩｎＰ層から成る井戸層と、ＡｌＧａＩｎＰ層から成る障壁層とが積層された量子井戸構造を有する［９］に記載の半導体発光素子。
［１１］光出射面近傍の活性層のＩｎ含有率は最低である［１０］に記載の半導体発光素子。
［１２］活性層はＧａＩｎＮ系化合物半導体から成る［１］乃至［８］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［１３］活性層は、ＧａＩｎＮ層から成る井戸層と、Ｉｎ組成の異なるＧａＩｎＮ層から成る障壁層とが積層された量子井戸構造を有する［１２］に記載の半導体発光素子。
［１４］光出射面近傍の活性層のＩｎ含有率は最低である［１３］に記載の半導体発光素子。
［１５］半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオードから成る［１］乃至［１４］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［１６］《半導体発光素子の製造方法》
形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って幅が変化した凹部を基板に設け、次いで、
基板上に、活性層を含む化合物半導体・積層構造体を形成し、以て、形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って厚さが変化した活性層を得た後、凹部内の化合物半導体・積層構造体の一部分をエッチングして一定の幅を有するリッジ部を形成する、
各工程を備えている半導体発光素子の製造方法。
［１７］形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って厚さ及び組成が変化した活性層を得る［１６］に記載の半導体発光素子の製造方法。
［１８］凹部内において、リッジ部の両側に、化合物半導体・積層構造体から構成された側部構造体を、リッジ部と離間して、リッジ部と同時に形成する［１６］又は［１７］に記載の半導体発光素子の製造方法。
［１９］《表示装置》
［１］乃至［１５］のいずれか１項に記載の半導体発光素子を備えている表示装置。

１０・・・基板、２０・・・凹部、２１・・・凹部の縁部、３０・・・リッジ部、３１・・・化合物半導体・積層構造体、３２・・・側部構造体、３３・・・光出射面、３４・・・光反射面、１０’・・・バッファ層、４１・・・第１化合物半導体層、４２・・・第２化合物半導体層、４３・・・活性層、４４・・・第１電極、４５・・・第２電極、４６・・・絶縁層、１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ・・・半導体発光素子、１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ・・・ダイクロイックプリズム、１０３・・・水平スキャナ、１０４・・・垂直スキャナ、１０５・・・レーザ照射面、２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ・・・画像生成装置、２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂ・・・半導体発光素子（レーザ光源）、２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂ・・・ＧＬＶ素子、２０４・・・Ｌ型プリズム、２０５・・・レンズ、２０６・・・空間フィルター、２０７・・・スキャンミラー（ガルバノスキャナ）、２０８・・・スクリーン

Claims (15)

1. 基板に設けられた凹部内に形成された、一定の幅を有するリッジ部を備えており、
   凹部は、リッジ部の長さ方向に沿って幅が変化しており、
   リッジ部は、活性層を含む化合物半導体・積層構造体から成り、
   活性層の厚さは、リッジ部の長さ方向に沿って変化している半導体発光素子。
2. 活性層の組成は、リッジ部の長さ方向に沿って変化している請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 凹部内において、リッジ部の両側には、化合物半導体・積層構造体から構成された側部構造体がリッジ部と離間して形成されている請求項１に記載の半導体発光素子。
4. 凹部の深さは、０．５μｍ以上、１０μｍ以下である請求項１に記載の半導体発光素子。
5. 凹部の最大幅をＷ_max、凹部の最小幅をＷ_min、凹部の幅平均値をＷ_aveとしたとき、
   ０．８≦（Ｗ_max−Ｗ_min）／Ｗ_ave≦２
   を満足する請求項１に記載の半導体発光素子。
6. 活性層の厚さの最大値をＴ_max、活性層の厚さの最小値をＴ_min、活性層の厚さの平均値をＴ_aveとしたとき、
   ０．０１≦（Ｔ_max−Ｔ_min）／Ｔ_ave≦０．１
   を満足する請求項１に記載の半導体発光素子。
7. 光出射面近傍の活性層の厚さは最小である請求項６に記載の半導体発光素子。
8. 活性層はＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から成る請求項１に記載の半導体発光素子。
9. 活性層は、ＧａＩｎＰ層若しくはＡｌＧａＩｎＰ層から成る井戸層と、ＡｌＧａＩｎＰ層から成る障壁層とが積層された量子井戸構造を有する請求項８に記載の半導体発光素子。
10. 光出射面近傍の活性層のＩｎ含有率は最低である請求項９に記載の半導体発光素子。
11. 半導体レーザ素子又はスーパールミネッセントダイオードから成る請求項１に記載の半導体発光素子。
12. 形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って幅が変化した凹部を基板に設け、次いで、
    基板上に、活性層を含む化合物半導体・積層構造体を形成し、以て、形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って厚さが変化した活性層を得た後、凹部内の化合物半導体・積層構造体の一部分をエッチングして一定の幅を有するリッジ部を形成する、
    各工程を備えている半導体発光素子の製造方法。
13. 形成すべきリッジ部の長さ方向に沿って厚さ及び組成が変化した活性層を得る請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
14. 凹部内において、リッジ部の両側に、化合物半導体・積層構造体から構成された側部構造体を、リッジ部と離間して、リッジ部と同時に形成する請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
15. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子を備えている表示装置。