JP5247630B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、リッジを含む半導体レーザ素子層を備えた半導体レーザ素子に関する。
従来、リッジを含む半導体レーザ素子層を備えた半導体レーザ素子などが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
上記特許文献１には、活性層上の半導体層に、共振器方向に沿って延びる一対の側面を有する凸状のリッジが形成されたリッジ導波型の半導体レーザダイオードおよびその製造方法が開示されている。この半導体レーザダイオードでは、イオンビームエッチングを用いて、活性層に近い根元側のリッジの幅が最も広くなるとともに、活性層から上方に遠ざかるにつれてリッジの幅が徐々に狭まる形状を有するリッジが形成されている。すなわち、素子の幅方向（共振器面に沿った方向）におけるリッジの断面は、活性層から遠ざかる上方向に先細りする形状を有している。また、リッジの側面は、活性層に近い根元側からリッジの先端側に遠ざかるにつれて活性層の主表面に対する傾斜角度が徐々に大きくなるように形成されている。
また、上記特許文献２には、活性層上の半導体層に、共振器方向に沿って延びる一対の側面を有する凸状のリッジが形成されたリッジ導波型の窒化物系半導体レーザ素子が開示されている。この半導体レーザ素子では、ドライエッチングを用いて、活性層に近い根元側のリッジの幅が最も広くなるとともに、活性層から上方に遠ざかるにつれてこの幅が狭まる形状を有するリッジが形成されている。また、リッジの一方側の側面が活性層の主表面に対して略垂直に延びる一方、リッジの他方側の側面が活性層の主表面に対して略一定の傾斜角度で上方に延びるように形成されている。したがって、素子の幅方向（共振器面に沿った方向）におけるリッジの断面は、活性層から遠ざかる方向に単調に先細りしている。
特開２００２−２０４０３１号公報 特開２００７−２６６５７４号公報
ここで、上記特許文献１および２に開示されたような従来のリッジ導波型の半導体レーザ素子では、数百μｍ以上数ｍｍ以下の大きさに形成される共振器長に対して、共振器面に沿った方向に約１μｍ以上数μｍ以下の幅を有するリッジが形成される場合が多い。そして、このようなレーザ素子では、共振器方向に沿ったリッジの幅のばらつきが生じやすいため、その共振器方向に沿ったリッジの幅のばらつきに起因して、リッジ下部の活性層内に形成される光導波路を伝播する光の伝播モードが乱れやすいという不都合がある。その結果、上記特許文献１および２に開示されたような従来のリッジ導波型の半導体レーザ素子では、リッジの幅のばらつきに起因して光の伝播モードが乱された場合、素子内部では光損失が生じやすくなるという問題点がある。特に、光記録装置などの光源として高出力化が求められるレーザ素子においては、共振器方向に沿ったリッジの幅のばらつきをより低減することが要求される。
また、上記特許文献２に開示された半導体レーザ素子では、リッジの片方の側面が活性層の主表面に対して略一定の傾斜度を有して上方に延びるため、素子の幅方向（共振器面に沿った方向）におけるリッジの断面が、活性層から遠ざかる方向に単調に直線状に先細りしている。したがって、リッジが上方に延びて形成されるほど、半導体層とリッジ上面
に形成される電極層との接触面積（接触幅）が小さくなるため、素子の電気特性が悪化するという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、リッジ導波型の半導体レーザ素子において、素子内部における光損失の発生を抑制することが可能であり、かつ、素子の電気特性を向上させることが可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体レーザ素子は、活性層と、一方側面および他方側面を有する凸状のリッジとを含む半導体レーザ素子層を備え、リッジの一方側面は、リッジの先端側に設けられ、活性層の主表面に対して第１傾斜角度で延びる第１側面と、リッジの根元側に設けられ、活性層の主表面に対して第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で延びる第２側面とを有し、第２側面は、半導体レーザ素子層の結晶方位面からなる。
この発明の第１の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、リッジの一方側面が、半導体レーザ素子層の結晶方位面からなる第２側面を有することによって、結晶方位面からなる第２側面には平坦性が得られるので、第２側面の部分におけるリッジの幅がリッジの延びる方向（共振器方向）に沿ってばらつくのが抑制される。これにより、リッジの幅のばらつきに起因した光の伝播モードの乱れが生じにくくなるので、半導体レーザ素子の内部における光損失の発生を抑制することができる。
また、第１の局面による半導体レーザ素子では、リッジの一方側面が、リッジの先端側に設けられ、活性層の主表面に対して第１傾斜角度で延びる第１側面と、活性層の主表面に対して第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で延びることによりリッジの幅が先端側から根元側に向かって広がるように形成される第２側面とを有することによって、リッジは、第２側面の部分において根元側から先端側に向かってリッジの幅が先細りする一方、第１側面の部分では第２側面の第２傾斜角度よりも大きな第１傾斜角度で先端側に向かって延びるので、リッジの幅が根元側から先端側に至るまで第２傾斜角度で単調に先細りするのが抑制される。すなわち、第２傾斜角度のみで極度に先細りした先端の上面上に電極層を形成する場合と異なり、第１側面によって先端が極度に先細りするのが抑制されるので、所定の幅が得られた先端に電極層を形成することができる。これにより、半導体レーザ素子層とリッジの上面上に形成される電極層との接触面積（接触幅）を一定の大きさに維持することができるので、半導体レーザ素子の電気特性を向上させることができる。
また、第１の局面による半導体レーザ素子では、リッジの一方側面が、リッジの先端側に設けられ、活性層の主表面に対して第１傾斜角度で延びる第１側面と、活性層の主表面に対して第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で延びることによりリッジの幅が先端側から根元側に向かって広がるように形成される第２側面とを有することによって、キャリアの閉じ込めをリッジの第１側面が形成された上部領域で行うことができるとともに、活性層によるレーザ光の光閉じ込めをリッジの第２側面が形成された下部領域で行うことができる。すなわち、リッジの上部領域および下部領域の幅を制御することにより、キャリアの閉じ込めとレーザ光の光閉じ込めとを、独立して制御することができる。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、リッジの他方側面は、リッジの先端側に設けられ、活性層の主表面に対して第３傾斜角度で延びる第３側面と、リッジの根元側に設けられ、活性層の主表面に対して第３傾斜角度よりも小さい第４傾斜角度で延びる第４側面とを有し、第４側面は、半導体レーザ素子層の結晶方位面からなる。このように構成すれば、リッジの一方側面のみならずリッジの他方側面についても、結
晶方位面からなる第４側面が平坦性を有するので、第２側面および第４側面によって挟まれる領域のリッジの幅が、共振器方向に沿ってばらつくのがより抑制される。また、第４側面による先細りが第３側面の部分で抑制されるので、第１側面および第３側面によって挟まれるリッジの先端を、電極層の形成に適した幅により容易に形成することができる。すなわち、リッジの幅の制御性がより向上されるので、素子内部における光損失の発生をより抑制することができるとともに、半導体レーザ素子の電気特性をより向上させることができる。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、リッジの他方側面は、リッジの先端側から根元側にわたって設けられ、活性層の主表面に対して第５傾斜角度で延びる第５側面を有する。このように構成すれば、リッジの一方側面（第１側面および第２側面）と他方側面（第５側面）とが異なりリッジが幅方向に非対称な形状となるので、第１側面側の発振波長に対する実行屈折率と、第２側面側の発振波長に対する実行屈折率とを異ならせることができる。すなわち、第１側面側の実行屈折率と第２側面側の実行屈折率とが同じである場合に比べて、高次水平横モードの発生を抑制することが可能なリッジ幅の上限寸法を大きくすることができる。これにより、高次水平横モードの発生に起因するキンク（電流−光出力特性の折れ曲がり）の発生を抑制しながら、リッジ幅を大きく形成することができる。この場合、リッジを構成する半導体層と、リッジ上に形成される電極層との接触面積を増大させることができるので、半導体層と電極層との間のコンタクト抵抗を低くすることができる。すなわち、キンクの発生を抑制しながら、素子の動作電圧を低減させることができる。この結果、高出力動作時に良好なレーザ特性を得ながら、素子の動作電圧を低減させることができる。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、活性層は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面（ＨおよびＫの少なくとも一方が０ではない整数）からなる主表面を有する。このように構成すれば、リッジの一方側面および他方側面の両側面の根元側に、結晶方位面からなる第２側面および第４側面の各々を容易に形成することができる。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、活性層は、（０００１）面に対して傾斜した主表面を有する。このように構成すれば、リッジの一方側面の根元側に、結晶方位面からなる第２側面を容易に形成することができる。
上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、窒化物系半導体からなり、主表面上に半導体レーザ素子層が形成される基板をさらに備える。このように構成すれば、リッジの根元側に結晶方位面が現われた側面を有する半導体レーザ素子層を容易に形成することができる。
上記の半導体レーザ素子の製造方法は、活性層と凸状のリッジとを含む半導体レーザ素子層を形成する工程を備え、半導体レーザ素子層を形成する工程は、半導体レーザ素子層の表面の一部に半導体レーザ素子層の表面から活性層に向かってエッチングすることにより、リッジの一方側面において、リッジの先端側に、活性層の主表面に対して第１傾斜角度で延びる第１側面と、リッジの根元側に、活性層の主表面に対して第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で延びるとともに半導体レーザ素子層の結晶方位面からなる第２側面とを形成する工程を含む。
この半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、半導体レーザ素子層を形成する工程が、半導体レーザ素子層の表面から活性層に向かってエッチングすることにより、リッジの一方側面において、リッジの根元側に、活性層の主表面に対して第２傾斜角度で延びる半導体レーザ素子層の結晶方位面からなる第２側面を形成する工程を含んでいる。これにより、結晶方位面からなる第２側面には平坦性が得られるので、第２側面の部分にお
いてリッジの幅が共振器方向に沿ってばらつくのが抑制されたリッジを形成することができる。これにより、リッジの幅のばらつきに起因した光の伝播モードの乱れが生じにくくなるので、素子内部における光損失の発生が抑制された半導体レーザ素子を得ることができる。
また、上記の半導体レーザ素子の製造方法では、半導体レーザ素子層を形成する工程が、半導体レーザ素子層の表面から活性層に向かってエッチングすることにより、リッジの少なくとも一方側面において、リッジの先端側に、活性層の主表面に対して第１傾斜角度で延びる第１側面を形成するとともに、リッジの根元側に、第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で延びる第２側面を形成することにより、リッジの幅が先端側から根元側に向かって広がるように形成する工程を含んでいる。これにより、リッジは、第２側面の部分において根元側から先端側に向かってリッジの幅が先細りする一方、第１側面の部分では第２側面の第２傾斜角度よりも大きな第１傾斜角度で先端に向かって延びるので、第１側面によって先端が極度に先細りするのが抑制されたリッジを形成することができる。すなわち、電極層との接触面積（接触幅）が一定の大きさに維持されたリッジを形成することができるので、電気特性が向上された半導体レーザ素子を得ることができる。
上記半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、活性層は、（０００１）面に対して傾斜した主表面を有する。このように構成すれば、リッジの少なくとも一方側面の根元側に、結晶方位面からなる第２側面を容易に形成することができる。
本発明による半導体レーザ素子の概略的な構成を説明するための断面図である。 本発明による半導体レーザ素子の概略的な構成を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第２参考形態による半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。 本発明の第３参考形態による半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。 本発明の第４参考形態による半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。 本発明の第５実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１および図２を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明による半導体レーザ素子の概略的な構成について、半導体レーザ素子１０および１５を例として説明する。
まず、本発明による半導体レーザ素子１０は、図１に示すように、第１導電型半導体層１と、活性層２と、第２導電型半導体層３とを順次積層した構造を有する。また、活性層２は、単層あるいは単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる。また、活性層２は、アンドープでもよく、ドーピングされていてもよい。
また、第１導電型半導体層１は、活性層２よりもバンドギャップの大きい第１導電型クラッド層などからなる。また、第１導電型半導体層１と活性層２との間に、第１導電型半導体層１のバンドギャップと活性層２のバンドギャップとの間のバンドギャップを有する光ガイド層を有していてもよい。また、第１導電型半導体層１と活性層２との間に、第１導電型半導体層１よりもバンドギャップの大きいキャリアブロック層を有していてもよい。また、第１導電型半導体層１の活性層２とは反対側（Ｃ１方向側）に、第１導電型コンタクト層を有していてもよい。また、第１導電型クラッド層が、第１導電型コンタクト層を兼ねていてもよい。
また、第２導電型半導体層３は、活性層２よりもバンドギャップの大きい第２導電型クラッド層などからなる。また、第２導電型半導体層３と活性層２との間に、第２導電型半導体層３のバンドギャップと活性層２のバンドギャップとの間のバンドギャップを有する光ガイド層を有していてもよい。また、第２導電型半導体層３と活性層２との間に、第２導電型半導体層３よりもバンドギャップの大きいキャリアブロック層を有していてもよい。また、第２導電型半導体層３の活性層２とは反対側（Ｃ２方向側）に、第２導電型コンタクト層を有していてもよい。この場合、第２導電型コンタクト層は、第２導電型半導体層３（第２導電型クラッド層）よりもバンドギャップが小さいことが好ましい。また、第２導電型クラッド層が、第２導電型コンタクト層を兼ねていてもよい。なお、活性層２および第２導電型半導体層３は、本発明の「半導体レーザ素子層」の一例である。
また、各半導体層（第１導電型半導体層１、活性層２および第２導電型半導体層３）は、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ系、ＡｌＧａＳｂ系、ＧａＩｎＡｓＰ系、窒化物系半導体、ＭｇＺｎＳＳｅ系およびＺｎＯ系などからなる。また、窒化物系半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮ、または、これらの混晶を用いることが可能である。
また、第２導電型半導体層３のＣ２側の上面には、活性層２から離れる方向（Ｃ２方向）に凸状に突出するリッジ３ａと、リッジ３ａの根元から半導体レーザ素子１０の両方の側面方向（Ｂ（Ｂ１およびＢ２）方向）にそれぞれ延びる平坦部３ｂとが形成されている。またリッジ３ａは、共振器方向（Ａ方向）にストライプ状に延びるように形成される。これにより、リッジ３ａの下部に位置する活性層２の部分に光導波路が形成される。
ここで、本発明では、図１に示すように、リッジ３ａの一方（Ｂ１側）の側面には、側面３ｃと側面３ｄとが形成されている。側面３ｃは、リッジ３ａの先端から根元に向かって活性層２の主表面に対して略垂直な角度θ１を有して延びる。なお、角度θ１は、約８５°以上であるのが好ましい。また、側面３ｄは、側面３ｃのＣ２側の端部からリッジ３ａの根元に向かって角度θ１よりも小さい角度θ２を有して延びる。また、側面３ｄは、第２導電型半導体層３の結晶方位面が現われるように構成されている。なお、側面３ｃおよび側面３ｄは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例であり、角
度θ１および角度θ２は、それぞれ、本発明の「第１傾斜角度」および「第２傾斜角度」の一例である。
また、図１に示すように、リッジ３ａの他方（Ｂ２側）の側面には、側面３ｅと側面３ｆとが形成されている。側面３ｅは、リッジ３ａの先端から根元に向かって活性層２の主表面に対して略垂直な角度θ３を有して延びる。また、側面３ｆは、側面３ｅのＣ２側の端部からリッジ３ａの根元に向かって角度θ３よりも小さい角度θ４を有して延びる。また、側面３ｆは、第２導電型半導体層３の結晶方位面が現われるように構成されている。なお、側面３ｅおよび側面３ｆは、それぞれ、本発明の「第３側面」および「第４側面」の一例であり、角度θ３および角度θ４は、それぞれ、本発明の「第３傾斜角度」および「第４傾斜角度」の一例である。
ここで、リッジ３ａは、第２導電型半導体層３の表面に形成されたＳｉＯ２などからなるマスクパターン（図示せず）をマスクとして第２導電型半導体層３をエッチングすることにより形成される。この際、まず、マスクパターンの幅（≒Ｗ２）を有するリッジ３ａの先端からＣ１方向にエッチングを行うことにより、区間Ｌ２の部分に側面３ｃおよび側面３ｅが形成される。その後、さらにエッチングを継続することにより、Ｂ１側に側面３ｃとは異なる傾斜角度（角度θ２）で延びる第２導電型半導体層３の結晶方位面を露出させるとともに、Ｂ２側に側面３ｅとは異なる傾斜角度（角度θ４）で延びる第２導電型半導体層３の結晶方位面を露出させることにより、区間Ｌ１の部分に側面３ｄおよび側面３ｆが形成される。なお、リッジ３ａは、側面３ｄおよび側面３ｆが形成される区間Ｌ１がリッジ３ａの高さ（＝Ｌ１＋Ｌ２）の約２５％以上約５０％以下の範囲に形成されるのが好ましく、約２５％以上約５０％以下の範囲においてより低く設定されるのがより好ましい。
ここで、各半導体層が窒化物系半導体である場合、活性層２の主表面の面方位は、ａ面（（１１−２０）面）およびｍ面（（１−１００）面）などの非極性面や、（１１−２２）面、および、ｃ面からａ面（（１１−２０）面）またはｍ面（（１−１００）面）に傾斜した面からなるいわゆる半極性面などを用いることができる。
一方、活性層が（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面（ＨおよびＫの少なくとも一方が０ではない）からなる主表面を有し、リッジをｃ軸方向（［０００１］方向）に延びるように形成すれば、リッジの一方側面および他方側面の両方に、本発明の「第２側面」および「第４側面」がそれぞれ形成される。
たとえば、活性層２の主表面がａ面（（１１−２０）面）であるとともに、リッジ３ａをｃ軸方向（［０００１］方向）にストライプ状に延びるように形成する場合、区間Ｌ１の部分に（−１２−１０）面からなる側面３ｄと、（２−１−１０）面からなる側面３ｆとを有するリッジ３ａが形成される。さらには、活性層２の主表面がｍ面（（１−１００）面）であるとともに、リッジ３ａをｃ軸方向（［０００１］方向）にストライプ状に延びるように形成する場合、区間Ｌ１の部分に（０−１１０）面からなる側面３ｄと、（１０−１０）面からなる側面３ｆとを有するリッジ３ａが形成される。
また、ｃ面からａ面に約０°以上約３２°以下または５８°以上約９０°以下の範囲で傾斜した面を主表面とする半導体レーザ素子層であれば、エッチング条件を制御することによって、ｍ軸方向に沿って延びるリッジ３ａ（図１参照）の根元側に（１１−２２）面からなる「第２側面」と、（−１−１２２）面からなる「第４側面」とを形成することが可能である。あるいは、ｃ面からａ面に約０°以上約３９°以下または約５１°以上約９０°以下の範囲で傾斜した面を主表面とする半導体レーザ素子層であれば、エッチング条件を制御することによって、ｍ軸方向に沿って延びるリッジ３ａの根元側に（１１−２４
）面からなる「第２側面」と、（−１−１２４）面からなる「第４側面」とを形成することが可能である。さらには、ｃ面からｍ面に約０°以上約２８°以下または約６２°以上約９０°以下の範囲で傾斜した面を主表面とする半導体レーザ素子層であれば、エッチング条件を制御することによって、ａ軸方向に沿って延びるリッジ３ａの根元側に（１０−１１）面からなる「第２側面」と、（−１０１１）面からなる「第４側面」とを形成することが可能である。あるいは、ｃ面からｍ面に約０°以上約４３°以下または約４７°以上約９０°以下の範囲で傾斜した面を主表面とする半導体レーザ素子層であれば、エッチング条件を制御することによって、ａ軸方向に沿って延びるリッジ３ａの根元側に（１０−１２）面からなる「第２側面」と、（−１０１２）面からなる「第４側面」とを形成することが可能である。
これにより、本発明では、リッジ３ａは、平坦部３ｂ上の区間Ｌ１において側面３ｄおよび側面３ｆによって幅Ｗ１がＣ２方向に沿って徐々に狭められるとともに、区間Ｌ２では、側面３ｃおよび側面３ｅによって略一定の幅Ｗ２を有するように形成される。また、側面３ｄおよび側面３ｆがそれぞれ第２導電型半導体層３の結晶方位面からなるので、幅Ｗ１は、共振器方向（Ａ方向）に沿って略一定の大きさに形成される。
また、本発明では、以下に示す半導体レーザ素子１５を形成することも可能である。すなわち、ｃ面（（０００１）面）からａ面（（１１−２０）面）に約３２°以上約５８°以下の範囲で傾斜した面を主表面とする活性層上に半導体層を成長させた場合に、リッジをｍ軸方向（［１−１００］方向）に延びるように形成すれば、リッジの一方側面（片側の側面）にのみ本発明の「第２側面」が形成される。また、ｃ面からｍ面（（１−１００）面）に約２８°以上約６２°以下の範囲で傾斜した面を主表面とする活性層上に半導体層を成長させた場合に、リッジをａ軸方向（［１１−２０］方向）に延びるように形成すれば、リッジの一方側面（片側の側面）にのみ本発明の「第２側面」が形成される。たとえば、図２に示すように、活性層２の主表面として、ｃ面（（０００１）面）からａ面に約３２°以上約５８°以下の範囲で傾斜した半極性面を用いた場合、半導体レーザ素子１５の一方の側面と同じ側（Ｂ１側）の側面のみが、側面３ｃと（１１−２２）面からなる側面３ｇとを有するリッジ３ｉが第２導電型半導体層３に形成される。この場合、半導体レーザ素子１５の他方の側面と同じ側（Ｂ２側）の側面は、リッジ３ｉの先端から根元まで活性層２の主表面に対して角度θ３をなして連続的に形成された側面３ｈを有する。これにより、リッジ３ｉは、平坦部３ｂ上の区間Ｌ３において側面３ｇによって幅Ｗ３が活性層２から離れる方向（Ｃ２方向）に沿って徐々に狭められるとともに、区間Ｌ４では側面３ｃおよび側面３ｈによって略一定の幅Ｗ４を有するように形成されている。この場合も、側面３ｇが第２導電型半導体層３の結晶方位面（（１１−２２）面）からなるので、幅Ｗ３は、共振器方向（Ａ方向）に沿って略一定の大きさに形成される。なお、側面３ｇは、本発明の「第２側面」の一例であり、側面３ｈは、本発明の「第５側面」の一例である。また、角度θ３は、本発明の「第５傾斜角度」の一例である。
ここで、活性層２が窒化物系半導体である場合、活性層２の主表面の面方位として、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、Ｌ）面（ＨおよびＫの少なくとも一方が０ではない整数かつＬ≠０）を用いることができる。この場合、リッジ３ａ（３ｉ）は、［Ｈ＋２Ｋ、−２Ｈ−Ｋ、Ｈ−Ｋ、０］方向に延びるように形成されるのが好ましい。また、リッジ３ａ（３ｉ）の一方側面は、（Ｈ１、Ｋ１、−Ｈ１−Ｋ１、Ｌ１）面（Ｌ１＞０）からなり、リッジ３ａ（３ｉ）の他方側面は、（Ｈ２、Ｋ２、−Ｈ２−Ｋ２、Ｌ２）面（Ｌ２＜０）からなるのが好ましい。ここで、上記した（Ｈ１、Ｋ１、−Ｈ１−Ｋ１、Ｌ１）面と（Ｈ２、Ｋ２、−Ｈ２−Ｋ２、Ｌ２）面とは、［Ｈ＋２Ｋ、−２Ｈ−Ｋ、Ｈ−Ｋ、０］方向を面内に含んでいる。
また、製造プロセスにおいて、リッジ３ａ（図１参照）形成時のエッチング条件を制御
することによって、（１０−１２）面や（１１−２４）面を露出させて、本発明の「第２側面」を形成してもよい。なお、リッジ３ａをａ軸方向に沿って延びるように形成すれば、（１０−１２）面からなる「第２側面」を露出させることが可能であり、リッジ３ａをｍ軸方向に沿って延びるように形成すれば、（１１−２４）面からなる「第２側面」を露出させることが可能である。
また、図１および図２に示すように、第２導電型半導体層３の平坦部３ｂの上面とリッジ３ａ（３ｉ）の両側面上に、電流ブロック層４が形成される。また、第１導電型半導体層１の下面上には、第１導電側電極５が形成されるとともに、リッジ３ａ（３ｉ）および電流ブロック層４の上面上に第２導電側電極６が形成される。また、第２導電側電極６は、第２導電型半導体層３上の一部の領域に形成してもよい。
また、本発明において、第１導電型半導体層１は、基板または半導体層により構成されていてもよいし、基板と半導体層との両方により構成されていてもよい。また、第１導電型半導体層１が基板と半導体層との両方により構成される場合、基板は、第１導電型半導体層１の第２導電型半導体層３が形成される側とは反対側（第１導電型半導体層１の下面側）に形成される。各半導体層をウルツ鉱構造の窒化物系半導体により構成する場合、基板は、第１導電型窒化物系半導体基板または異種基板を用いてもよい。異種基板としては、六方晶構造および菱面体構造の第１導電型α−ＳｉＣ基板、第１導電型ＧａＡｓ基板、第１導電型ＧａＰ基板、第１導電型ＩｎＰ基板および第１導電型Ｓｉ基板などを用いることができる。また、第１導電型半導体層１は基板を含んでいてもよい。ただし、最も結晶性のよいＡｌＧａＩｎＮ系半導体層を得るためには、窒化物系半導体基板を用いるのが最も好ましい。
また、基板は、ＧａＮ基板や、六方晶構造または菱面体構造を有するα−ＳｉＣ基板としての４Ｈ−ＳｉＣ基板または６Ｈ−ＳｉＣ基板などや、ＺｎＯ基板などを用いることができる。ＧａＮ基板およびα−ＳｉＣ基板上には、基板と同じ主表面を窒化物系半導体層が形成される。たとえば、α−ＳｉＣ基板のａ面およびｍ面上には、それぞれ、ａ面およびｍ面を主表面とする窒化物系半導体層が形成される。また、ａ面を主表面とする窒化物系半導体が形成されたｒ面サファイア基板を基板として用いてもよい。また、ａ面およびｍ面を主表面とする窒化物系半導体層が形成されたＬｉＡｌＯ２基板またはＬｉＧａＯ２基板を基板として用いることができる。
また、基板として窒化物系半導体基板を用いる場合、基板の成長面の面方位は、ｃ面（（０００１）面）や、ａ面（（１１−２０）面）およびｍ面（（１−１００）面）などの非極性面や、（１１−２２）面、および、ｃ面に対してａ軸方向またはｍ軸方向に傾斜した面（半極性面）を用いることができる。
また、ｐｎ接合型の半導体レーザ素子１０（１５）では、第１導電型半導体層１と第２導電型半導体層３とは互いに異なる導電性を有する。第１導電型半導体層１がｐ型であり第２導電型半導体層３がｎ型であってもよいし、第１導電型半導体層１がｎ型であり第２導電型半導体層３がｐ型であってもよい。
また、半導体レーザ素子１０（１５）のレーザ光出射側の共振器面には、低反射率の誘電体多層膜が形成される。また、レーザ光反射側の共振器面には、高反射率の誘電体多層膜が形成される。ここで、誘電体多層膜としては、ＧａＮ，ＡｌＮ、ＢＮ，Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＯＮおよびＭｇＦ２や、これらの混成比の異なる材料であるＴｉ３Ｏ５やＮｂ２Ｏ３などからなる多層膜を用いることができる。
また、電流ブロック層４は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮおよびＳｉＮなどからなる。また、電流ブロック層６を、上記材料を用いて積層構造を有するように形成してもよい。
なお、半導体レーザ素子１０（１５）では、リッジ３ａ（３ｉ）が第２導電型半導体層３によって形成されるとともに、活性層２が、リッジ３ａ（３ｉ）の下部に形成されているが、本発明はこれに限らず、活性層がリッジの一部を構成していてもよい。すなわち、第２導電型半導体層３の上面から活性層２を経て第１導電型半導体層１の内部までエッチングを行うことにより、リッジに、本発明の「活性層」が配置されるようにしてもよい。
本発明では、上記のように、リッジ３ａ（３ｉ）のＢ１側の側面が、第２導電型半導体層３の結晶方位面からなる側面３ｄ（３ｇ）を有することによって、結晶方位面からなる側面３ｄ（３ｇ）には平坦性が得られるので、側面３ｄ（３ｇ）の部分におけるリッジ３ａ（３ｈ）の幅Ｗ１（Ｗ３）がリッジ３ａ（３ｉ）の延びる共振器方向に沿ってばらつくのが抑制される。これにより、リッジ３ａ（３ｉ）の幅のばらつきに起因した光の伝播モードの乱れが生じにくくなるので、半導体レーザ素子１０（１５）の内部における光損失の発生を抑制することができる。
また、本発明では、リッジ３ａ（３ｉ）の少なくともＢ１側の側面が、リッジ３ａ（３ｈ）の先端側に設けられ、活性層２の主表面に対して角度θ１（略９０°）で延びる側面３ｃと、活性層２の主表面に対して角度θ１よりも小さい角度θ２で延びることによりリッジ３ａ（３ｈ）の幅Ｗ１（Ｗ３）が先端側から根元側に向かって広がるように形成される側面３ｄ（３ｇ）とを有することによって、リッジ３ａ（３ｉ）は、側面３ｄ（３ｇ）の部分において根元側から先端側に向かってリッジ３ａ（３ｉ）の幅Ｗ１（Ｗ３）が先細りする一方、側面３ｃの部分では角度θ２よりも大きな角度θ１（略９０°）で先端に向かって延びるので、リッジ３ａ（３ｉ）の幅が根元から先端に至るまで角度θ２で単調に先細りするのが抑制される。すなわち、角度θ２のみで極度に先細りした先端の上面上に第２導電側電極６を形成する場合と異なり、側面３ｃによって先端が極度に先細りするのが抑制されるので、所定の幅Ｗ２（Ｗ４）が得られた先端に第２導電側電極６を形成することができる。これにより、第２導電型半導体層３とリッジ３ａ（３ｉ）の上面上に形成される第２導電側電極６との接触面積（接触幅）を一定の大きさに維持することができるので、半導体レーザ素子１０（１５）の電気特性を向上させることができる。
また、本発明では、上記のように構成することによって、キャリアの閉じ込めをリッジ３ａ（３ｉ）の側面３ｃおよび側面３ｅが形成された上部領域（区間Ｌ２の領域）で行うことができるとともに、活性層２によるレーザ光の光閉じ込めをリッジ３ａ（３ｉ）の側面３ｄ（３ｇ）および側面３ｆが形成された下部領域（区間Ｌ１の領域）で行うことができる。すなわち、リッジの上部領域および下部領域の幅を制御することにより、キャリアの閉じ込めとレーザ光の光閉じ込めとを、独立して制御することができる。
また、本発明では、リッジ３ｉが、先端側から根元側にわたって設けられるとともに活性層２の主表面に対して角度θ３をなして延びる側面３ｈを有することによって、リッジ３ｉの一方側面（側面３ｃおよび３ｇからなる側面）と他方側面（側面３ｈ）とが異なりリッジ３ｉが幅方向（Ｂ方向）に非対称な形状となるので、一方側面の発振波長に対する実行屈折率と、他方側面の発振波長に対する実行屈折率とを異ならせることができる。すなわち、両側面の実行屈折率が同じである場合に比べて、高次水平横モードの発生を抑制することが可能なリッジ幅の上限寸法を大きくすることができる。これにより、高次水平横モードの発生に起因するキンク（電流−光出力特性の折れ曲がり）の発生を抑制しながら、リッジ３ｉの幅Ｗ４を大きく形成することができる。この場合、リッジ３ｉを構成する半導体層１〜３と、リッジ３ｉ上に形成される第２導電側電極６との接触面積を増大さ
せることができるので、半導体層１〜３と第２導電側電極６との間のコンタクト抵抗を低くすることができる。すなわち、キンクの発生を抑制しながら、半導体レーザ素子１５の動作電圧を低減させることができる。この結果、高出力動作時に良好なレーザ特性を得ながら、半導体レーザ素子１５の動作電圧を低減させることができる。
以下、上記した本発明の概念を具体化した本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
まず、図３および図４を参照して、第１実施形態による半導体レーザ素子２０の構造について説明する。
本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子２０は、図３に示すように、ｃ面（（０００１）面）からａ面（（１１−２０）面）に約１８°傾斜した面を主表面とするｎ型ＧａＮ基板２１の表面上に、Ａｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる約１．０μｍの厚みを有するバッファ層２２と、Ｇｅがドープされたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる約１．９μｍの厚みを有するｎ型クラッド層２３と、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる約８０ｎｍの厚みを有するｎ側光ガイド層２４と、発光層２５とが形成されている。また、発光層２５は、約２．５ｎｍの厚みを有するとともに、ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる３つの量子井戸層と約２０ｎｍの厚みを有するＩｎｙＧａ１−ｙＮからなる３つの量子障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ活性層からなる。ここで、ｘ＞ｙであり、ｘ＝０．１５、ｙ＝０．０２である。また、発光層２５は、ｃ面（（０００１）面）からａ面（（１１−２０）面）に約１８°傾斜した主表面を有する。なお、ｎ型ＧａＮ基板２１は、本発明の「基板」の一例であり、発光層２５は、本発明の「活性層」の一例である。
また、発光層２５上には、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる約８０ｎｍの厚みを有するｐ側光ガイド層２６と、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる約２０ｎｍの厚みを有するｐ側キャリアブロック層２７と、ＭｇがドープされたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる約０．５μｍの厚みを有するｐ型クラッド層２８と、Ｉｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる約３ｎｍの厚みを有するｐ側コンタクト層２９とが形成されている。なお、バッファ層２２、ｎ型クラッド層２３、ｎ側光ガイド層２４、発光層２５、ｐ側光ガイド層２６、ｐ側キャリアブロック層２７、ｐ型クラッド層２８およびｐ側コンタクト層２９は、本発明の「半導体レーザ素子層」の一例である。
ここで、第１実施形態では、図４に示すように、ｐ型クラッド層２８の上面には、約４００ｎｍの厚み（高さ）を有するとともに上方（Ｃ２方向）に凸状に突出する凸部２８ａと、凸部２８ａの根元から両側（Ｂ方向）に延びる平坦部２８ｂとが形成されている。また、ｐ側コンタクト層２９は、ｐ型クラッド層２８の凸部２８ａ上に形成されている。このｐ型クラッド層２８の凸部２８ａとｐ側コンタクト層２９とによって、光導波路としてのリッジ３５が形成されている。また、リッジ３５は、ｍ軸方向（［１−１００］方向）（紙面に垂直な方向）に延びるように形成されている。なお、第１実施形態において符号を用いて示す方向（Ａ方向、Ｂ方向およびＣ方向など）は、上記した本発明の概念において符号を用いて記載した方向と同じ方向を意味する。
また、第１実施形態では、図４に示すように、リッジ３５のＢ１側の側面には、側面３５ａと側面３５ｂとが形成されている。また、側面３５ａは、リッジ３５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ５を有して延びるとともに、側面３５ｂは、側面３５ａのＣ２側の端部からリッジ３５の根元に向かって角度θ５よりも小さい角度θ６（＝約４２°）を有して延びるように形成されている。また、側面３５ｂは、ｐ型クラッド層２８の（１１−２２）面からなる結晶方位面が露出するように構成され
ている。また、リッジ３５のＢ２側の側面は、リッジ３５の先端から根元まで発光層２５の主表面に対して略垂直に延びる側面３５ｃを有している。なお、側面３５ａおよび側面３５ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例であり、側面３５ｃは、本発明の「第５側面」の一例である。また、角度θ５および角度θ６は、それぞれ、本発明の「第１傾斜角度」および「第２傾斜角度」の一例である。
これにより、リッジ３５は、平坦部２８ｂ上の区間Ｌ５において側面３５ｂによって幅Ｗ５が上方（Ｃ２方向）に沿って徐々に狭められるとともに、区間Ｌ６では側面３５ａおよび側面３５ｃによって略一定の幅Ｗ６を有するように形成されている。また、側面３５ｂがｐ型クラッド層２８の結晶方位面（（１１−２２）面）からなるので、幅Ｗ５は、共振器方向（［１−１００］方向）に沿って略一定の大きさに形成されている。なお、リッジ３５は、側面３５ｂが形成される区間Ｌ５がリッジ３５の高さ（＝Ｌ５＋Ｌ６＝約４００ｎｍ）の約２５％（＝約１００ｎｍ）以上約５０％（＝約２００ｎｍ）以下の範囲に形成されるのが好ましい。なお、図４では、側面３５ａと側面３５ｂとの接続部が折れ曲がるように表現されているが、実際には、側面３５ａと側面３５ｂとは滑らかに接続されてリッジ３５が形成されている。
また、ｐ側コンタクト層２９上には、ｐ側オーミック電極３０が形成されている。また、ｐ型クラッド層２８の上面上と、リッジ３５およびｐ側オーミック電極３０の側面を覆うように、ＳｉＯ２からなる約０．２μｍの厚みを有する電流ブロック層３１が形成されている。また、図３および図４に示すように、ｐ側オーミック電極３０の上面および電流ブロック層３１の上面を覆うように、ｐ側パッド電極３２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板２１の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板２１側から順に、ｎ側オーミック電極３３と、ｎ側パッド電極３４とが形成されている。
また、半導体レーザ素子２０の共振器方向（Ａ方向）の両端部には一対の共振器面２０ａが形成されている。また、共振器面２０ａには、製造プロセスにおける端面コート処理により、ＡｌＮ膜やＡｌ２Ｏ３膜などからなる反射率制御の機能を兼ねる誘電体多層膜（図示せず）が形成されている。
次に、図３〜図９を参照して、第１実施形態による半導体レーザ素子２０の製造プロセスについて説明する。
まず、図５に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、主表面がｃ面（（０００１）面）からａ面（（１１−２０）面）に約１８°傾斜して形成されたｎ型ＧａＮ基板２１の上面上に、バッファ層２２、ｎ型クラッド層２３、ｎ側光ガイド層２４、発光層２５、ｐ側光ガイド層２６、ｐ側キャリアブロック層２７、ｐ型クラッド層２８およびｐ側コンタクト層２９を順次成長させて半導体素子層を形成する。したがって、積層された半導体素子層には、ｃ面からａ面に約１８°傾斜した面からなる主表面が形成される。
その後、図６に示すように、半導体素子層（ｐ側コンタクト層２９）の上面上に、［１−１００］方向にストライプ状に延びるとともにＢ方向に所定の間隔を有するように、ＳｉＯ２からなるマスクパターン３６を形成する。そして、図７に示すように、Ｃｌ２ガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングなどにより、マスクパターン３６をマスクとして、ｐ側コンタクト層２９およびｐ型クラッド層２８の一部をＣ１方向に向かってエッチングを行う。なお、ＩＣＰエッチングは、約２００Ｗ以上約３００Ｗ以下のバイアス電力および約３０Ｗ以上約５０Ｗ以下のＩＣＰ電力に調整された状態で行われる。
この際、第１実施形態では、マスクパターン３６の幅（Ｂ方向）に沿ってｐ側コンタク
ト層２９およびｐ型クラッド層２８の一部がＣ１方向にエッチングされることにより、まず、発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ５を有する側面３５ａおよび側面３５ｃが区間Ｌ６の深さだけ形成される。その後、エッチングを継続することにより、Ｂ１側の側面に側面３５ａとは異なる角度θ６（＝約４２°）で延びる側面３５ｂが区間Ｌ５の深さだけ形成される。また、エッチングによって形成される側面３５ｂには、ｐ型クラッド層２８の（１１−２２）面からなる結晶方位面が露出する。一方、Ｂ２側の側面は、側面３５ｃが区間Ｌ５の深さだけさらに形成される。このようにして、ｐ型クラッド層２８の凸部２８ａとｐ側コンタクト層２９とからなるリッジ３５が形成される。また、リッジ３５は、［１−１００］方向（紙面に垂直な方向）に平行に延びるように形成される。
その後、図８に示すように、マスクパターン３６を除去するとともに、リッジ３５の上面に位置するｐ側コンタクト層２９上にｐ側オーミック電極３０を形成する。そして、プラズマＣＶＤを用いて、ｐ型クラッド層２８の上面上と、リッジ３５およびｐ側オーミック電極３０の側面を覆うように電流ブロック層３１を形成する。その後、図９に示すように、真空蒸着法を用いて、ｐ側オーミック電極３０の上面および電流ブロック層３１の上面を覆うように、ｐ側パッド電極３２を形成する。
その後、ｎ型ＧａＮ基板２１が約１００μｍの厚みを有するようにｎ型ＧａＮ基板２１の下面を研磨した後、真空蒸着法およびフォトリソグラフィを用いて、ｎ型ＧａＮ基板２１の下面上の所定の領域にｎ側オーミック電極３３およびｎ側パッド電極３４を順次形成する。
その後、ウェハをバー状に劈開することにより共振器面２０ａ（図４参照）を形成する。そして、バー状態の半導体レーザ素子２０に対して端面コート処理を行うことにより、共振器面２０ａに誘電体多層膜（図示せず）が形成される。最後に、バー状態の半導体レーザ素子２０を共振器方向（Ａ方向）に沿って素子分割（チップ化）する。このようにして、第１実施形態による半導体レーザ素子２０（図３参照）のチップが形成される。
第１実施形態では、上記のように、リッジ３５のＢ１側の側面が、ｐ型クラッド層２８の結晶方位面（（１１−２２）面）からなる側面３５ｂを有することによって、結晶方位面の側面３５ｂには平坦性が得られるので、側面３５ｂの部分におけるリッジ３５の幅Ｗ５がリッジ３５の延びる共振器方向（［１−１００］方向）に沿ってばらつくのが抑制される。これにより、リッジ３５の幅のばらつきに起因した光の伝播モードの乱れが生じにくくなるので、半導体レーザ素子２０の内部における光損失の発生を抑制することができる。
また、第１実施形態では、リッジ３５のＢ１側の側面が、リッジ３５の先端側に設けられ、発光層２５の主表面に対して角度θ５（＝約９０°）で延びる側面３５ａと、発光層２５の主表面に対して角度θ５よりも小さい角度θ６（＝約４２°）で延びることによりリッジ３５の幅Ｗ５が先端側から根元側に向かって広がるように形成される側面３５ｂとを有することによって、リッジ３５は、側面３５ｂの部分において根元側から先端側に向かってリッジ３５の幅Ｗ５が先細りする一方、側面３５ａの部分では角度θ６よりも大きな角度θ５で先端に向かって延びるので、リッジ３５の幅が根元から先端に至るまで角度θ６で単調に先細りするのが抑制される。すなわち、角度θ６のみで極度に先細りした先端の上面上にｐ側オーミック電極３０を形成する場合と異なり、側面３５ａによって先端が極度に先細りするのが抑制されるので、所定の幅（Ｗ６）が得られた先端にｐ側オーミック電極３０を形成することができる。これにより、ｐ型クラッド層２８とリッジ３５の上面上に形成されるｐ側オーミック電極３０との接触面積（接触幅）を一定の大きさに維持することができるので、半導体レーザ素子２０の電気特性を向上させることができる。
また、第１実施形態では、発光層２５がｃ面（（０００１）面）からａ面（（１１−２０）面）に約１８°傾斜した面からなる主表面を有することによって、リッジ３５の少なくともＢ１側の根元近傍に、（１１−２２）面からなる結晶方位面が露出する側面３５ｂを容易に形成することができる。
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板２１の主表面（ｃ面からａ面に約１８°傾斜した面の主表面）上に発光層２５を含む半導体レーザ素子層を形成することによって、リッジ３５の根元側に（１１−２２）面からなる結晶方位面が現われた側面３５ｂを有する半導体レーザ素子２０を容易に形成することができる。
（第２参考形態）
図１０を参照して、第２参考形態について説明する。この第２参考形態では、上記第１実施形態と異なり、ｍ面（（１−１００）面）を主表面とするｎ型ＧａＮ基板４１を用いて半導体レーザ素子４０を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板４１は、本発明の「基板」の一例である。
本発明の第２参考形態では、図１０に示すように、ｎ型ＧａＮ基板４１の（１−１００）面からなる主表面上に、上記第１実施形態と同様の積層構造を有する半導体レーザ素子層が形成されている。すなわち、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付して図示している。
ここで、第２参考形態では、リッジ５５のＢ１側の側面には、側面５５ａと側面５５ｂとが形成されている。また、リッジ５５は、ｃ軸方向（［０００１］方向）にストライプ状に延びるように形成される。また、側面５５ａは、リッジ５５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ７を有する一方、側面５５ｂは、側面５５ａのＣ２側の端部からリッジ５５の根元に向かって角度θ７よりも小さい角度θ８（＝約６０°）を有して延びるように形成されている。また、側面５５ｂは、ｐ型クラッド層２８の（０−１１０）面からなる結晶方位面が露出するように構成されている。なお、側面５５ａおよび側面５５ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。また、角度θ７および角度θ８は、それぞれ、本発明の「第１傾斜角度」および「第２傾斜角度」の一例である。なお、第２参考形態において符号を用いて示す方向（Ａ方向、Ｂ方向およびＣ方向など）は、上記した本発明の概念において符号を用いて記載した方向と同じ方向を意味する。
また、第２参考形態では、リッジ５５のＢ２側の側面には、側面５５ｃと側面５５ｄとが形成されている。また、側面５５ｃは、リッジ５５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ９を有する一方、側面５５ｄは、側面５５ｃのＣ２側の端部からリッジ５５の根元に向かって角度θ９よりも小さい角度θ１０（＝約６０°）を有して延びるように形成されている。また、側面５５ｄは、ｐ型クラッド層２８の（１０−１０）面からなる結晶方位面が露出するように構成されている。なお、側面５５ｃおよび側面５５ｄは、それぞれ、本発明の「第３側面」および「第４側面」の一例である。また、角度θ９および角度θ１０は、それぞれ、本発明の「第３傾斜角度」および「第４傾斜角度」の一例である。
これにより、第２参考形態では、リッジ５５は、平坦部２８ｂ上の区間Ｌ７において側面５５ｂおよび側面５５ｄによって幅Ｗ７がＣ２方向に沿って徐々に狭められるとともに、区間Ｌ８では、側面５５ａおよび側面５５ｃによって略一定の幅Ｗ８を有するように形成されている。また、側面５５ｂおよび側面５５ｄがそれぞれｐ型クラッド層２８の結晶方位面からなるので、幅Ｗ７は、共振器方向（ｃ軸方向（［０００１］方向））に沿って略一定の大きさに形成されている。なお、図１０では、側面５５ａと側面５５ｂとの接続
部、および、側面５５ｃと側面５５ｄとの接続部が共に折れ曲がるように表現されているが、実際には、側面５５ａ（５５ｃ）と側面５５ｂ（５５ｄ）とは滑らかに接続されてリッジ５５が形成されている。
また、第２参考形態による半導体レーザ素子４０の製造プロセスでは、ｐ側コンタクト層２９およびｐ型クラッド層２８の一部をＣ１方向にエッチングする際、まず、幅Ｗ８を有する側面５５ａおよび側面５５ｃからなるリッジ５５の上部領域（区間Ｌ８の部分）を形成した後、幅Ｗ８から幅Ｗ７まで広がる側面５５ｂおよび側面５５ｄからなるリッジ５５の下部領域（区間Ｌ７の部分）を形成する。この際、エッチングによって形成される側面５５ｂには、ｐ型クラッド層２８の（０−１１０）面からなる結晶方位面が露出するとともに、側面５５ｄには、ｐ型クラッド層２８の（１０−１０）面からなる結晶方位面が露出する。このようにして、リッジ５５が形成される。
なお、第２参考形態における半導体レーザ素子４０のその他の構成および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
第２参考形態では、上記のように、リッジ５５のＢ２側の側面が、ｐ型クラッド層２８の結晶方位面（（１０−１０）面）からなる側面５５ｄを有することによって、リッジ５５のＢ１側の（０−１１０）面からなる側面５５ｂのみならずＢ２側の側面についても、結晶方位面からなる側面５５ｄが平坦性を有するので、側面５５ｂおよび側面５５ｄによって挟まれる領域のリッジ５５の幅Ｗ７が、共振器方向（［０００１］方向）に沿ってばらつくのがより抑制される。また、側面５５ｄによる先細りが側面５５ｃの部分で抑制されるので、側面５５ａおよび側面５５ｃによって挟まれるリッジ５５の先端を、ｐ側オーミック電極３０の形成に適した幅により容易に形成することができる。すなわち、リッジ５５の幅の制御性がより向上されるので、素子内部における光損失の発生をより抑制することができるとともに、半導体レーザ素子４０の電気特性をより向上させることができる。
また、第２参考形態では、発光層２５が、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有することによって、リッジ５５のＢ方向の両側面の根元側に、結晶方位面からなる側面５５ｂおよび側面５５ｄの各々を容易に形成することができる。なお、第２参考形態のその他の効果については、上記第１実施形態と同様である。
（第３参考形態）
図１１を参照して、第３参考形態について説明する。この第３参考形態では、上記第１実施形態と異なり、ｃ面（（０００１）面）を主表面とするｎ型ＧａＮ基板６１を用いて半導体レーザ素子６０を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板６１は、本発明の「基板」の一例である。
本発明の第３参考形態では、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板６１の（０００１）面からなる主表面上に、上記第１実施形態と同様の積層構造を有する半導体レーザ素子層が形成されている。すなわち、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付して図示している。
ここで、第３参考形態では、リッジ７５のＢ１側の側面には、側面７５ａと側面７５ｂとが形成されている。また、側面７５ａは、リッジ７５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ１１を有する一方、側面７５ｂは、側面７５ａのＣ２側の端部からリッジ７５の根元に向かって角度θ１１よりも小さい角度θ１２を有して延びるように形成されている。また、側面７５ｂは、ｐ型クラッド層２８の（１１−２２）面からなる結晶方位面が露出するように構成されている。なお、側面７５ａおよび側面
７５ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。また、角度θ１１および角度θ１２は、それぞれ、本発明の「第１傾斜角度」および「第２傾斜角度」の一例である。なお、第３参考形態において符号を用いて示す方向（Ａ方向、Ｂ方向およびＣ方向など）は、上記した本発明の概念において符号を用いて記載した方向と同じ方向を意味する。
また、第３参考形態では、リッジ７５のＢ２側の側面には、側面７５ｃと側面７５ｄとが形成されている。また、側面７５ｃは、リッジ７５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ１３を有する一方、側面７５ｄは、側面７５ｃのＣ２側の端部からリッジ７５の根元に向かって角度θ１３よりも小さい角度θ１４を有して延びるように形成されている。また、側面７５ｄは、ｐ型クラッド層２８の（−１−１２２）面からなる結晶方位面が露出するように構成されている。なお、側面７５ｃおよび側面７５ｄは、それぞれ、本発明の「第３側面」および「第４側面」の一例である。また、角度θ１３および角度θ１４は、それぞれ、本発明の「第３傾斜角度」および「第４傾斜角度」の一例である。
これにより、第３参考形態では、リッジ７５は、平坦部２８ｂ上の区間Ｌ９において側面７５ｂおよび側面７５ｄによって幅Ｗ９がＣ２方向に沿って徐々に狭められるとともに、区間Ｌ１０では、側面７５ａおよび側面７５ｃによって略一定の幅Ｗ１０を有するように形成されている。また、側面７５ｂおよび側面７５ｄがそれぞれｐ型クラッド層２８の結晶方位面からなるので、幅Ｗ９は、共振器方向（ｍ軸方向（［１−１００］方向）に沿って略一定の大きさに形成されている。
なお、第３参考形態における半導体レーザ素子６０のその他の構成および製造プロセスは、上記第２参考形態と同様である。また、第３参考形態の効果についても、上記第２参考形態と同様である。
（第４参考形態）
図１２を参照して、第４参考形態について説明する。この第４参考形態では、上記第３参考形態と異なり、ａ面（（１１−２０）面）を主表面とするｎ型ＧａＮ基板８１を用いて半導体レーザ素子８０を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板８１は、本発明の「基板」の一例である。
本発明の第４参考形態では、図１２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板８１の（１１−２０）面からなる主表面上に、上記第３参考形態と同様の積層構造を有する半導体レーザ素子層が形成されている。すなわち、図中において、上記第３参考形態と同様の構成には、上記第３参考形態と同じ符号を付して図示している。
ここで、第４参考形態では、リッジ９５のＢ１側の側面には、側面９５ａと側面９５ｂとが形成されている。また、側面９５ａは、リッジ９５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ１５を有する一方、側面９５ｂは、側面９５ａのＣ２側の端部からリッジ９５の根元に向かって角度θ１５よりも小さい角度θ１６を有して延びるように形成されている。また、側面９５ｂは、ｐ型クラッド層２８の（１１−２２）面からなる結晶方位面が露出するように構成されている。なお、側面９５ａおよび側面９５ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。また、角度θ１５および角度θ１６は、それぞれ、本発明の「第１傾斜角度」および「第２傾斜角度」の一例である。なお、第４参考形態において符号を用いて示す方向（Ａ方向、Ｂ方向およびＣ方向など）は、上記した本発明の概念において符号を用いて記載した方向と同じ方向を意味する。
また、第４参考形態では、リッジ９５のＢ２側の側面には、側面９５ｃと側面９５ｄとが形成されている。また、側面９５ｃは、リッジ９５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ１７を有する一方、側面９５ｄは、側面９５ｃのＣ２側の端部からリッジ９５の根元に向かって角度θ１７よりも小さい角度θ１８を有して延びるように形成されている。また、側面９５ｄは、ｐ型クラッド層２８の（−１−１２２）面からなる結晶方位面が露出するように構成されている。なお、側面９５ｃおよび側面９５ｄは、それぞれ、本発明の「第３側面」および「第４側面」の一例である。また、角度θ１７および角度θ１８は、それぞれ、本発明の「第３傾斜角度」および「第４傾斜角度」の一例である。
これにより、第４参考形態では、リッジ９５は、平坦部２８ｂ上の区間Ｌ１１において側面９５ｂおよび側面９５ｄによって幅Ｗ１１がＣ２方向に沿って徐々に狭められるとともに、区間Ｌ１２では、側面９５ａおよび側面９５ｃによって略一定の幅Ｗ１２を有するように形成されている。また、側面９５ｂおよび側面９５ｄがそれぞれｐ型クラッド層２８の結晶方位面からなるので、幅Ｗ９は、共振器方向（ｃ軸方向（［０００１］方向））に沿って略一定の大きさに形成されている。
なお、第４参考形態における半導体レーザ素子８０のその他の構成および製造プロセスは、上記第２参考形態と同様である。また、第４参考形態の効果についても、上記第２参考形態と同様である。
（第５実施形態）
図１３を参照して、第５実施形態について説明する。この第５実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ｃ面（（０００１）面）からｍ面（（１−１００）面）に約１８°傾斜した面を主表面とするｎ型ＧａＮ基板１０１を用いて半導体レーザ素子１００を形成する場合について説明する。
本発明の第５実施形態では、図１３に示すように、主表面がｃ面（（０００１）面）からｍ面（（１−１００）面）に約１８°傾斜したｎ型ＧａＮ基板１０１の表面上に、上記第１実施形態と同様の積層構造を有する半導体素子層が形成されている。すなわち、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付して図示している。なお、ｎ型ＧａＮ基板１０１は、本発明の「基板」の一例である。
ここで、第５実施形態では、図１３に示すように、リッジ１１５のＢ１側の側面には、側面１１５ａと側面１１５ｂとが形成されている。また、側面１１５ａは、リッジ１１５の先端から根元に向かって発光層２５の主表面に対して略垂直な角度θ１９を有して延びるとともに、側面１１５ｂは、側面１１５ａのＣ２側の端部からリッジ１１５の根元に向かって角度θ１９よりも小さい角度θ２０を有して延びるように形成されている。また、側面１１５ｂは、ｐ型クラッド層２８の（１０−１１）面からなる結晶方位面が露出するように構成されている。なお、側面１１５ａおよび側面１１５ｂは、それぞれ、本発明の「第１側面」および「第２側面」の一例である。また、リッジ１１５のＢ２側の側面は、リッジ１１５の先端から根元まで発光層２５の主表面に対して略垂直に延びる側面１１５ｃを有している。なお、角度θ１９および角度θ２０は、それぞれ、本発明の「第１傾斜角度」および「第２傾斜角度」の一例である。また、側面１１５ｃは、本発明の「第５側面」の一例である。なお、第５実施形態において符号を用いて示す方向（Ａ方向、Ｂ方向およびＣ方向など）は、上記した本発明の概念において符号を用いて記載した方向と同じ方向を意味する。
これにより、リッジ１１５は、平坦部２８ｂ上の区間Ｌ１３において側面１１５ｂによって幅Ｗ１３がＣ２方向に沿って徐々に狭められるとともに、区間Ｌ１４では側面１１５
ａおよび側面１１５ｃによって略一定の幅Ｗ１４を有するように形成されている。また、側面１１５ｂがｐ型クラッド層２８の結晶方位面（（１０−１１）面）からなるので、幅Ｗ１３は、共振器方向（ａ軸方向（［１１−２０］方向））に沿って略一定の大きさに形成されている。
なお、第５実施形態における半導体レーザ素子１００のその他の構成および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。また、第５実施形態の効果についても、上記第１実施形態と同様である。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
また、上記第３参考形態では、ｃ面（（０００１）面）を主表面とするｎ型ＧａＮ基板の表面上に形成された半導体レーザ素子層に対して、所定のエッチング条件下でリッジを形成することにより、リッジの根元側に（１１−２２）面からなる側面７５ｂおよび（−１−１２０）面からなる側面７５ｂを形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、エッチング条件を制御することによって、本発明の「第２側面」として、（１０−１１）面や、（１０−１２）面や、（１１−２４）面を露出させて、本発明の「第２側面」を形成してもよい。なお、リッジをａ軸方向（［１１−２０］方向）に沿って延びるように形成すれば、（１０−１１）面や（１０−１２）面からなる「第２側面」をそれぞれ露出させることが可能であり、リッジをｍ軸方向に沿って延びるように形成すれば、（１１−２４）面からなる「第２側面」を露出させることが可能である。
２ 活性層（半導体レーザ素子層）
３ 第２導電型半導体層（半導体レーザ素子層）
３ａ、３ｉ、３５、５５、７５、９５、１１５ リッジ
３ｃ、３５ａ、５５ａ、７５ａ、９５ａ、１１５ａ 側面（第１側面）
３ｄ、３ｇ、３５ｂ、５５ｂ、７５ｂ、９５ｂ、１１５ｂ 側面（第２側面）
３ｅ、５５ｃ、７５ｃ、９５ｃ 側面（第３側面）
３ｆ、５５ｄ、７５ｄ、９５ｄ 側面（第４側面）
３ｈ、３５ｃ、１１５ｃ 側面（第５側面）
２１、４１、６１、８１、１０１ ｎ型ＧａＮ基板（基板）
２２ バッファ層（半導体レーザ素子層）
２３ ｎ型クラッド層（半導体レーザ素子層）
２４ ｎ側光ガイド層（半導体レーザ素子層）
２５ 発光層（活性層、半導体レーザ素子層）
２６ ｐ側光ガイド層（半導体レーザ素子層）
２７ ｐ側キャリアブロック層（半導体レーザ素子層）
２８ ｐ型クラッド層（半導体レーザ素子層）
２９ ｐ側コンタクト層（半導体レーザ素子層）

Claims (4)

  1. 活性層と、一方側面および他方側面を有する凸状のリッジとを含む半導体レーザ素子層を備え、
    前記リッジの一方側面は、
    前記リッジの先端側に設けられ、前記活性層の主表面に対して第１傾斜角度で延びる第１側面と、
    前記リッジの根元側に設けられ、前記活性層の主表面に対して前記第１傾斜角度よりも小さい第２傾斜角度で延びる第２側面とを有し、
    前記第２側面は、前記半導体レーザ素子層の結晶方位面からなり、
    前記リッジの他方側面は、前記リッジの先端から根元まで前記活性層の主表面に対して略垂直に延びる側面を有する、半導体レーザ素子。
  2. 前記活性層は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面（ＨおよびＫの少なくとも一方が０ではない整数）からなる主表面を有する、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記活性層は、（０００１）面に対して傾斜した主表面を有する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
  4. 窒化物系半導体からなり、主表面上に前記半導体レーザ素子層が形成される基板をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
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