JP6700019B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光素子、特にレーザダイオード（LD: Laser Diode）素子に関する。
レーザ光の横モード制御を目的とした電流狭窄構造としてリッジ構造を有する半導体レーザ素子が従来から用いられている。リッジ構造の半導体レーザでは、リッジの長手方向に直交する方向に劈開された両端面を共振器とする。特許文献１には、端面の近傍におけるリッジ構造の幅を、中央部よりも広幅にした半導体レーザ素子が開示されている。特許文献２には、端面側にリッジ部を設けない、またはリッジ部の幅が中央部よりも広く、リッジ上に設けられた電極の幅が中央部よりも端面側において狭い半導体発光素子が開示されている。
特開２０００−１３３８７７号公報 特開２００１−５４６７７号公報
劈開によってリッジ構造の半導体レーザ素子を形成する場合、リッジが端面まで延在していると、劈開面にクラックが入りやすい。クラックが発生すると、閾値電流が増大する、レーザ出力特性が経時的に劣化するなどの性能劣化に繋がる。
クラックの発生を回避するため、例えば引用文献１のように、端面近傍のリッジ幅を広幅にした場合、クラックは発生しにくくなる一方で、光の閉じ込め効率が低下（導波路損失）してしまっていた。また、このような導波路損失を補うために利得が必要となり、閾値電流の増大、消費電力の増大を招いていた。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、横モード制御性及び発光特性に優れ、信頼性の高い半導体発光素子を提供することを目的としている。
基板上に、第１半導体層、発光層、第１半導体層と反対導電型の第２半導体層がこの順に積層され、互いに対向する第１端面及び第２端面を有する積層体と、当該第２半導体層上に形成され、第２端面から離間し、かつ、第１端面及び第２端面に平行な方向に互いに離間して設けられた一対の凹部と、当該一対の凹部の間の凸部であって、第１端面及び第２端面に垂直な方向に沿って延在するリッジ部と、リッジ部上に設けられた帯状電極と、当該リッジ部と第２端面との間において当該第２半導体層上に形成され、発光層からの放射光を導波する光ガイド層を有する。
図１（ａ）は、実施例１の半導体発光素子を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＣＬ−ＣＬ線に沿った断面図である。 実施例１の半導体発光素子を模式的に示す上面図である。 図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。 図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３（ｂ）に示す半導体発光素子の変形例を示す断面図である。 図５は、実施例１の半導体発光素子の変形例を模式的に示す上面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、実施例１の半導体発光素子の変形例を模式的に示す上面図である。 図７（ａ）は、実施例２の半導体発光素子を模式的に示す斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣＬ−ＣＬ線に沿った断面図である。 実施例２の半導体発光素子を模式的に示す上面図である。 図８のＣＬ―ＣＬ線に沿った断面図である。 図１０（ａ）は、実施例３の半導体発光素子を模式的に示す斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣＬ−ＣＬ線に沿った断面図である。 図１１（ａ）は、実施例３の半導体発光素子を模式的に示す上面図である。図１１（ｂ）は、実施例３の半導体発光素子の変形例を模式的に示す上面図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、実施例３の半導体発光素子の変形例を模式的に示す上面図である。
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。
図１（ａ）は、実施例１の半導体発光素子１０を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＣＬ−ＣＬ線に沿った断面図である。図２は、半導体発光素子１０の上面図である。半導体発光素子１０について、図１及び図２を参照して説明する。図の明確さのため、図２においては上面図の一部の構成要素にハッチングを施して示す。半導体発光素子１０は、第１電極１１と、基板１２と、第１導電型の第１半導体層としてのｎ型半導体層１３、発光層１５、第２導電型の第２半導体層としてのｐ型半導体層１７がこの順に基板１２上に積層された半導体積層体（以下、単に積層体とも称する。）ＳＬと、第２電極２１とを有している。積層体ＳＬを構成する半導体層は、例えばＧａＮ系半導体、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの組成を有している。なお、他の組成の半導体、例えばＧａＡｓ系半導体、ＩｎＰ系半導体であってもよい。
半導体発光素子１０は、互いに対向する端面である第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２を有する。本実施例においては、半導体発光素子１０が、ファブリペロー（ＦＰ）型の共振器構造を有する場合について説明する。すなわち、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２が共振器を構成している。
第２端面Ｓ２は第１端面Ｓ１よりも、発光層１５からの放射光に対して高い反射率を有している。第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２は劈開面よりも高い反射率の反射膜を有している（図１（ｂ）参照）。尚、図１（ｂ）において当該反射膜２８、２９を模式的に図示しているが、本実施例に係る他の図においては図の明確さのため反射膜２８、２９を省略している。
半導体発光素子１０のｐ型半導体層１７の表面には、凹部１８Ａと凹部１８Ｂとからなり、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２から離間し、かつ、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２に平行な方向に互いに離間した一対の凹部１８が設けられている。凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂは、ｐ型半導体層１７の表面から窪んだ１対の凹部として形成されている。より詳細には、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂの各々は、矩形の開口部及び底面を有し、開口部の面積が底面の面積よりも大なる逆角錐台形状の凹部である。
凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂは、同じ形状、同じ寸法を有し、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２に垂直な方向に関してアライメント（整列）されて配されている。凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂは、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２に平行な方向に関して互いに離間して配され、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂの間の領域（凸部）がリッジ部２０である。
従って、リッジ部２０は、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２に垂直な方向（共振方向ＲＤ）に沿って延在している。また、リッジ部２０の底部及び頂部の幅は当該延在方向で一定である。さらに、リッジ部２０は、底部から頂部の方向（リッジ部２０の高さ方向）にその幅が狭くなる、いわゆる順メサ形状を有している。また、リッジ部２０は、共振方向ＲＤに平行な中心線ＣＬに対して対称な断面形状を有している。
より詳細には、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂがそれぞれｐ型半導体層１７の表面と形成する矩形の開口部の辺１９Ａ１及び１９Ｂ１は第１端面Ｓ１に平行であり、辺１９Ａ１及び１９Ｂ１は一直線上にある。以下において、辺１９Ａ１及び１９Ｂ１がなす直線と第１端面Ｓ１との間のｐ型半導体層１７の領域を第１領域ＡＲ１と称する。
また、それぞれ辺１９Ａ１及び１９Ｂ１の対辺である凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂの開口部の辺１９Ａ３及び１９Ｂ３は第２端面Ｓ２に平行であり、辺１９Ａ３及び１９Ｂ３は一直線上にある。以下において、辺１９Ａ３及び１９Ｂ３がなす直線と第２端面Ｓ２との間のｐ型半導体層１７の領域を第２領域ＡＲ２と称する。なお、辺１９Ａ１及び１９Ｂ１がなす直線と辺１９Ａ３及び１９Ｂ３がなす直線との間の、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂを含めたｐ型半導体層１７の領域を第３領域ＡＲ３と称する。
凹部１８Ａがｐ型半導体層１７の表面と形成し、辺１９Ａ１及び１９Ａ３に直交する辺が図２に１９Ａ２及び１９Ａ４で示されており、辺１９Ａ２がリッジ部２０の頂部の辺であり、辺１９Ａ４は辺１９Ａ２の対辺である。同様に、凹部１８Ｂがｐ型半導体層１７の表面と形成し、辺１９Ｂ１及び１９Ｂ３に直交する辺が１９Ｂ２及び１９Ｂ４で示されており、辺１９Ｂ２がリッジ部２０の頂部の辺であり、辺１９Ｂ４は辺１９Ｂ２の対辺である。従って、辺１９Ａ２と辺１９Ｂ２とは、リッジ部２０の側壁２０Ａ、２０Ｂ（図１（ａ）、図３（ａ）参照）を画定する辺である。
上記したように、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂは、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２に垂直な方向（共振方向ＲＤ）に関してアライメント（整列）されて配されているので、凹部１８Ａの辺１９Ａ２及び凹部１８Ｂの辺１９Ｂ２、すなわち凹部１８Ａの側壁２０Ａ及び凹部１８Ｂの側壁２０Ｂは当該垂直方向において同一の位置となるように配されている。尚、ここで凹部１８Ａ、１８Ｂによってリッジ部２０が形成されている。凹部１８Ａ、１８Ｂはそれぞれ、第３領域ＡＲ３において共振方向ＲＤに垂直な方向の積層体ＳＬの側面に達していてもよい。
リッジ部２０上には、リッジ部２０に沿って第２電極（ｐ−電極）として帯状に形成された帯状電極２１が設けられている。なお、図２において帯状電極２１の形成領域にハッチングを施している。帯状電極２１は、例えば金属によって形成されている。帯状電極２１の一方の端部２１Ａは、第１領域ＡＲ１まで延在している。好ましくは、端部２１Ａは第１端面Ｓ１に至る位置まで延在している。帯状電極２１の他方の端部２１Ｂは、第２端面Ｓ２から離間しており、第２領域ＡＲ２内には延在していない。
第２領域ＡＲ２には、光ガイド層２３が設けられている。なお、図２において光ガイド層２３の形成領域にハッチングを施している。光ガイド層２３は、リッジ部２０の中心線ＣＬ上にアライメントされて形成されている。本実施例においては、光ガイド層２３の幅（共振方向ＲＤに垂直な方向の幅）は、リッジ部２０の頂部の幅ＲＷに等しいか又は狭い。光ガイド層２３は、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5などの発光波長に対し透光性の誘電体膜により形成されている。光ガイド層２３は例えばフォトリソグラフィによるマスク形成後に成膜することにより形成することができる。
なお、光ガイド層２３の長さ（すなわち、共振方向ＲＤの長さ）及び幅（すなわち、共振方向ＲＤに垂直な方向の幅）は、リッジ部２０の長さ及び幅、光ガイド層２３が設けられる第２領域ＡＲ２の共振方向ＲＤの長さ（第１領域ＡＲ１に設けられる場合には第１領域ＡＲ１の長さ）に応じて、定めることができる。また、第２領域ＡＲ２（または第１領域ＡＲ１）の全長に亘って設けても、あるいは第２領域ＡＲ２（または第１領域ＡＲ１）の一部に設けてもよい。さらに、本実施例においては、光ガイド層２３の平面形状（積層体ＳＬに垂直な方向から見た形状）が矩形である場合について説明するが（図２）、これに限らない。例えば、第２端面Ｓ２（または第１端面Ｓ１）に向かってその幅が減少または増大する台形形状を有していてもよい。
図３（ａ）は、図２におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。Ａ−Ａ’線は、一対の凹部１８及びリッジ部２０を通り半導体発光素子１０の第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２に平行な線である。
ｎ型半導体層１３は、例えばｎ−ＧａＮバッファ層１３Ｃ、ｎ−ＧａＮクラッド層１３Ｂ、ｎ−ＩｎＧａＮクラッド層１３Ａからなる。バッファ層１３Ｃ、クラッド層１３Ｂは例えばＳｉがドープされたｎ−ＧａＮ層であり、クラッド層１３Ａは例えばＳｉがドープされたｎ−ＩｎＧａＮ層である。なお、第１半導体層としてのｎ型半導体層１３が複数の半導体層からなる場合を説明するが、少なくとも１の半導体層から構成されていれば良い。
発光層１５は、例えば複数の障壁層と複数の量子井戸層とからなる量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有している。量子井戸構造の障壁層は例えばＧａＮからなり、量子井戸層は例えばＩｎＧａＮである。
ｐ型半導体層１７は、例えばｐ−ＩｎＧａＮクラッド層１７Ａ、ｐ−ＧａＮクラッド層１７Ｂ、ｐ−ＧａＮコンタクト層１７Ｃからなる。クラッド層１７Ａは例えばＭｇがドープされたｐ−ＩｎＧａＮ層であり、クラッド層１７Ｂ及びコンタクト層１７Ｃは例えばＭｇがドープされたｐ−ＧａＮ層である。なお、第２半導体層としてのｐ型半導体層１７が複数の半導体層からなる場合を説明するが、少なくとも１の半導体層から構成されていれば良い。
一対の凹部１８の深さは、発光層１５に到達しない深さが好ましい。言い換えれば、一対の凹部１８の底部と発光層１５との間にｐ型半導体層１７が存在することが好ましい。一対の凹部１８は、同一の深さ、幅及び長さを有する同一形状の一対の凹部として、ｐ型半導体層１７に、例えば反応性イオンエッチングなどのドライエッチング、あるいはウェットエッチングを施すことによって形成することができる。
帯状電極２１の形成部分を除き、ｐ型半導体層１７上には、絶縁層２７が形成されている。より詳細には、ｐ−ＧａＮコンタクト層１７Ｃ上、及び凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂ上の全体（すなわち、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂの底面及び側壁上）に亘って絶縁層２７が形成されている。絶縁層２７は、例えばＳｉＯ2である。リッジ部２０の頂部上において絶縁層２７には帯状の開口部が形成され、当該開口から露出するｐ型コンタクト層１７Ｃに接続されたｐ−電極である帯状電極２１が形成されている。絶縁層２７上に、帯状電極２１に電気的に接続されたパッド電極（図示せず）が設けられている。
図３（ｂ）は、図２におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。Ｂ−Ｂ’線は、一対の凹部１８及びリッジ部２０を通らず、半導体発光素子１０の第２端面Ｓ２に平行な線である。
図３（ｂ）及び図２を参照すると、ここでは、光ガイド層２３は、第２領域ＡＲ２の帯状電極２１の延在方向の中心線ＣＬに対して対称な位置に、リッジ部２０の幅以下、例えばリッジ部２０の頂部の幅ＲＷ以下の幅で形成されている。光ガイド層２３は、当該中心線ＣＬに対して対称であることが好ましい。より詳細には、第２領域ＡＲ２のｐ−ＧａＮコンタクト層１７Ｃ上に光ガイド層２３が形成され、光ガイド層２３の形成部分を除いたｐ−ＧａＮコンタクト層１７Ｃ上に絶縁層２７が形成されている。また、光ガイド層２３は絶縁層２７よりも大きな層厚を有している。
第２領域ＡＲ２には、リッジが存在しないためリッジによる導波路は形成されていないが、光ガイド層２３が存在する。すなわち、光ガイド層２３によって、リッジ部２０と第２端面Ｓ２との間に屈折率導波構造が付加され、光閉じ込め効率が高くなり、横モード制御性が向上する。従って、光ガイド層２３を有しない場合と比較して、より高い横モード制御性が得られる。換言すれば、光ガイド層２３は、リッジの非形成部分（第２領域ＡＲ２）においても発光層１５からの放射光を導波する光導波構造を提供している。
本実施例においては、帯状電極２１の端部２１Ｂが、光ガイド層２３から離間している場合について説明したが、光ガイド層２３の下層として電極層を設けることも可能である。例えば、図４（ａ）は、図２に示す発光素子の変形例であり、Ｂ−Ｂ’線に沿った断面図である。図４（ａ）に示すように、リッジ部２０上に延在する帯状電極２１を金属などの不透光性電極として形成し、帯状電極２１と別体として発光層１５からの放射光に対して透光性を有する透光性電極２２を設け、透光性電極２２上に光ガイド層２３を設けてもよい。なお、この場合、透光性電極２２は帯状電極２１に電気的に接続されていることが好ましい。あるいは、帯状電極２１の全体を、発光層１５からの放射光に対して透光性を有するものとし（帯状電極２４）、その上に光ガイド層２３を設けてもよい。
光ガイド層２３は、図３（ｂ）に示すように、絶縁層２７の開口部において、ｐ型半導体層１７（例えば、ｐ−ＧａＮコンタクト層１７Ｃ）に接して形成されていることが好ましい。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、絶縁層２７上に光ガイド層２３が設けられていても良い。図４（ｂ）は、図２に示す発光素子の絶縁層２７の上に光ガイド層２３が設けられた変形例を示し、Ｂ−Ｂ’線に沿った断面図である。
光ガイド層２３として、屈折率が空気よりも大きく、積層体ＳＬを構成しているＧａＮ等の半導体層よりも小さい、例えばＳｉＯ2などの誘電体膜を用いることができる。積層体ＳＬを構成している半導体層よりも光ガイド層２３の屈折率が小さい場合であっても、光ガイド層２３によって、発光層１５を含む積層体ＳＬへの光閉じ込め効率を向上できる。
一方、積層体ＳＬを構成している半導体層のいずれか１よりも大きな屈折率を有する光ガイド層２３を用いることもでき、この場合、積層体ＳＬへの大きな光閉じ込め効率が得られ、高い横モード制御性が得られる。例えば、Ｎｂ2Ｏ5の比屈折率は２．５０であり、ＧａＮ系半導体、例えばＧａＮの比屈折率２．４７、ＡｌＧａＮの比屈折率２．２３よりも大きい。このように、積層体ＳＬを構成している半導体層と同等以上の屈折率を有するＮｂ2Ｏ5などの高屈折率材料の光ガイド層２３を用いることによって、さらに高い横モード制御性、高い光閉じ込め効率の半導体レーザを得ることができる。
光ガイド層２３は、半導体発光素子１０の両端面の内、光反射率の高い方の面（第２端面Ｓ２）側の第２半導体層（第２領域ＡＲ２）上に設けられることが好ましい。この場合、高反射率側の端面近傍において、光閉じ込めが大きく、共振器内へのフィードバックが大きくなるため、端面部分にリッジの非形成部分（第２領域ＡＲ２）を設けたとしても増幅の効率が高く、閾値電流を増大させることなく大きな光強度の半導体レーザを得ることができる。
本実施例において、高反射端面（第２端面Ｓ２）側である第２領域ＡＲ２にのみ光ガイド層２３を有する構成について説明したが、この限りではない。図５に示すように、さらに第１端面Ｓ１側の第１領域ＡＲ１に副光ガイド層２５を有していても良い。出射面である第１端面Ｓ１側の第１領域ＡＲ１に副光ガイド層２５が設けられた場合、横方向の光閉じ込め効果が増大し、多モード発振も防ぐことができ、ニアフィールドパターン（ＮＦＰ）及びファーフィールドパターン（ＦＦＰ）形状が安定化する。すなわち、安定した横モード形状が得られ、レンズ等による集光性も向上する。
なお、本実施例において、一対の凹部１８が第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２から離間している例について説明したが、第１端面Ｓ１から離間していなくても良い。図６（ａ
）に示すように、一対の凹部１８の底部が第１端面Ｓ１に達していても良い。
上記したように、凹部１８Ａ、１８Ｂによってリッジ部２０が形成されている。したがって、図６（ｂ）に示すように、凹部１８Ａ、１８Ｂはそれぞれ、第２半導体層１７上において共振方向ＲＤに垂直な方向の積層体ＳＬの側面に及ぶ幅（共振方向ＲＤに垂直な方向の幅）を有していても良い。
本実施例において、第２端面Ｓ２及び第１端面Ｓ１は反射膜２８、２９を有し、第２端面Ｓ２は第１端面Ｓ１よりも、発光層１５からの放射光に対して高い反射率を有している例について説明したが、変形例として、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２は同一の反射率を有していても良い。また、他の変形例として、第１端面Ｓ１は劈開面であって、反射膜２８を有していなくても良い。
図７（ａ）は、実施例２の半導体発光素子３０を模式的に示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣＬ−ＣＬ線に沿った断面図である。図８は、実施例２の半導体発光素子３０を模式的に示す上面図である。半導体発光素子３０において、積層体ＳＬ及び一対の凹部１８、リッジ部２０、光ガイド層２３等の基本的な構成は実施例１の半導体発光素子１０と同様である。半導体発光素子３０においては、第２領域ＡＲ２におけるｐ型半導体層１７が他の部分よりも小さい層厚に形成されており、当該ｐ型半導体層１７の上に光ガイド層２３が形成されている点が、実施例１の半導体発光素子１０とは異なる。実施例１と同様に、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２の有する反射膜２８、２９を図７（ｂ）に図示し、本実施例に係るその他の図においては省略している。
図９は、図８のリッジ部２０の中心線ＣＬ―ＣＬ線に沿った断面図である。第２領域ＡＲ２においてｐ型半導体層１７の層厚は他の部分よりも小さい。また、第２領域ＡＲ２におけるｐ型半導体層１７の層厚ｄは、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂの底部におけるｐ型半導体層１７の層厚以上であることが好ましい。
半導体発光素子３０において、第２領域ＡＲ２におけるｐ型半導体層１７の層厚ｄが小さいほど、発光層１５からの光のｐ型半導体層１７による吸収量が減少し、光ガイド層２３に到達する光量が増加する。従って、光ガイド層２３による導波が強く、横方向光閉じ込めの効果がより顕著になる。さらに、第１領域ＡＲ１において副光ガイド層２５を設けても良い。その場合においても、第１領域ＡＲ１におけるｐ型半導体層１７の層厚ｄを小さくし、その上に副光ガイド層２５を設ければよく、安定した横モード形状が得られる。
本実施形態によれば、光ガイド層を設ける領域のｐ型半導体層を他の領域よりも薄くすることによって、光ガイド層と発光層の距離を小さくし、光ガイド層による横方向光閉じ込めの向上効果をより顕著に発現することができる。
なお、本実施例においては、第２領域ＡＲ２の全体において（すなわち、半導体レーザ素子の幅方向の全体に亘って）ｐ型半導体層１７の層厚ｄが他の領域より小さい例について説明したが、この限りではない。第２領域ＡＲ２の中で劈開時に生じるクラックの影響が発光部に及ばない幅に亘って、第２領域ＡＲ２のｐ型半導体１７の一部分の層厚ｄが小さくなっていればよい。
図１０（ａ）は、実施例３における半導体発光素子５０の模式的な斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣＬ−ＣＬ線に沿った断面図である。図１１（ａ）は、実施例３の半導体発光素子５０を模式的に示す上面図である。半導体発光素子５０において、積層体ＳＬ及び一対の凹部１８、リッジ部２０、光ガイド層２３等の基本的な構成は実施例１の半導体発光素子１０と同様であり、第２端面Ｓ２側のｐ型半導体層１７上に、溝５８Ａと溝５８Ｂとからなる一対の溝５８が形成されている点が異なる。実施例１と同様に、第１端面Ｓ１及び第２端面Ｓ２の有する反射膜２８、２９を図１０（ｂ）に図示し、本実施例に係るその他の図においては省略している。
溝５８Ａは凹部１８Ａと、溝５８Ｂは凹部１８Ｂとそれぞれ連通しており、第２端面Ｓ２に至るように形成されている。一対の溝５８の底面は、一対の凹部１８の底面から延在して（すなわち、同じ深さで）形成され、一対の溝５８の底面及び一対の凹部１８の底面は同一平面を形成している。溝５８Ａ、溝５８Ｂは、例えばドライエッチング又はウェットエッチングなどにより形成することができる。
溝５８Ａ及び溝５８Ｂは、第２領域ＡＲ２においてリッジ部２０の中心線ＣＬに対して対称な位置に、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂの離間距離よりも大きな離間距離で互いに離間して形成されている。従って、溝５８Ａと溝５８Ｂの間の領域（凸部）が、リッジ部２０と連なった延長リッジ部９９として形成されている。すなわち、延長リッジ部９９は、リッジ部２０に連なり、リッジ部２０の中心線ＣＬに関して対称な断面形状を有し、リッジ部２０よりも大なる幅を有している。
なお、溝５８Ａ及び溝５８Ｂは、第２端面Ｓ２まで到達しているため、劈開によりクラックの発生する原因となる可能性がある。しかしながら、溝５８Ａ及び溝５８Ｂ間の距離、すなわち延長リッジ部９９の幅ＤＧを適宜設計することにより、クラックが発光層１５の発光領域に及ぶことを回避できる。
延長リッジ部９９の幅ＤＧはリッジ部２０の幅ＲＷよりも広く、第２領域ＡＲ２における光閉じ込め効果はリッジ部２０と比較して低いが、延長リッジ部９９を有しない場合と比較して光閉じ込め効果が高い。さらに、延長リッジ部９９上には、光ガイド層２３が形成されているため、屈折率導波構造が付加され、光閉じ込め効果が増大する。延長リッジ部９９及び光ガイド層２３を有することにより、劈開によるクラックを回避しながら、高い光閉じ込め効果を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
本実施例において、第２領域ＡＲ２に一対の溝５８を追加した例について説明したが、図１１（ｂ）に示すように、さらに第１領域ＡＲ１にも溝５８Ａ及び溝５８Ｂと同様な一対の溝、すなわち溝６８Ａ及び溝６８Ｂ、副光ガイド層２５を追加しても良い。横モード形状をさらに安定化することができる。
また、溝５８Ａ及び溝５８Ｂの形状は、図１０、１１に示したような形状の限りではなく、他の形状でも良い。図１２（ａ）、（ｂ）は、溝５８Ａ及び溝５８Ｂの形状の変形例である半導体発光素子７０及び８０を示す上面図である。図１２（ａ）に示すように、溝７８Ａ及び溝７８Ｂは、第２端面Ｓ２から一対の凹部１８まで直線的に延在する形状でも良く、図１２（ｂ）に示す溝８８Ａ及び溝８８Ｂのように、矩形の溝の組み合わせであってもよい。半導体発光素子７０及び８０は、第１領域ＡＲ１にも第２領域ＡＲ２と同様な一対の溝（図１２（ａ）７９Ａ、７９Ｂ、図１２（ｂ）８９Ａ、８９Ｂ）及び副光ガイド層２５を有する例である。尚、溝５８Ａ、５８Ｂ及び変形例における各々の溝によって延長リッジ部９９が形成されている。各溝は、第１領域ＡＲ１、第２領域ＡＲ２において共振方向ＲＤに垂直な方向の積層体ＳＬの側面に達していてもよい。
なお、上記した実施例においては、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂが同じ形状、同じ寸法（長さ、幅及び深さ）を有する場合について説明したが、これに限らない。リッジ部２０の側壁を構成する凹部１８Ａの側壁２０Ａ及び凹部１８Ｂの側壁２０Ｂが同じ長さを有し、当該凹部１８Ａの側壁及び凹部１８Ｂの側壁が共振器端面に垂直な方向（共振方向）に関して同一位置となるように、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂが当該垂直方向に関してアライメント（整列）されて配されていれば、凹部１８Ａ及び凹部１８Ｂが互いに異なる形状、寸法を有していてもよい。上記した実施例は、組み合わせてもよい。例えば第２領域ＡＲ２においては実施例２のように層厚ｄの小さいｐ型半導体層１７を有し、第１領域ＡＲ１において実施例３のように延長リッジ部９９が形成されていても良い。
以上、詳細に説明したように、本願発明によれば、リッジ構造の半導体レーザにおいて、リッジを共振器端面から離間して設け、リッジと共振器端面との間の半導体層上、すなわちリッジが設けられていない半導体レーザの共振器端部領域の半導体層上に光ガイド層を設けている。これによって、劈開に伴うクラックによる特性劣化を回避し、光閉じ込め効果が高く、横モード制御性及び発光特性に優れ、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
また、半導体レーザの共振器端部のリッジ幅を広げたリッジ構造を設けることによって、劈開に伴うクラックによる特性劣化を回避し、光閉じ込め効果が高く、横モード制御性及び発光特性に優れ、信頼性の高い発光素子を提供することができる。
１０、３０、５０ 半導体発光素子
１１ 第1電極
１２ 基板
１３ 第１半導体層
１５ 発光層
１７ 第２半導体層
１８ 一対の凹部
１８Ａ、１８Ｂ、 凹部
２０ リッジ部
２１ 帯状電極
２３ 光ガイド層
２７ 絶縁層
２８、２９ 反射膜
９９ 延長リッジ部
５８Ａ、５８Ｂ 溝
Ｓ１ 第１端面
Ｓ２ 第２端面
ＲＤ 共振方向
ＲＷ リッジ部２０の幅
ＤＧ 延長リッジ部９９の幅

Claims (16)

  1. 基板上に、第１半導体層、発光層、前記第１半導体層と反対導電型の第２半導体層がこの順に積層され、互いに対向する第１端面及び第２端面を有する積層体と、
    前記第２半導体層上に形成され、前記第２端面から離間し、かつ、前記第１端面及び前記第２端面に平行な方向に互いに離間して設けられた一対の凹部と、
    前記一対の凹部の間の凸部であって、前記第１端面及び前記第２端面に垂直な方向に沿って延在するリッジ部と、
    前記リッジ部上に設けられた帯状電極と、
    前記リッジ部と前記第２端面との間において前記第２半導体層上に形成され、前記発光層からの放射光を導波する光ガイド層と、
    前記第２半導体層と前記光ガイド層との間に設けられ、前記帯状電極に電気的に接続された透明電極層と、
    を有する半導体レーザ。
  2. 前記一対の凹部は前記第１端面から離間して形成され、
    前記光ガイド層は、前記リッジ部と前記第１端面との間の前記第２半導体層上に形成された副光ガイド層を含む請求項１に記載の半導体レーザ。
  3. 前記一対の凹部は前記垂直な方向に関して互いにアライメントされて配され、前記リッジ部を形成する前記一対の凹部の側壁は前記垂直な方向に同一の長さを有する請求項１または２に記載の半導体レーザ。
  4. 前記光ガイド層は、前記リッジ部の延在方向に関して前記帯状電極にアライメントされて設けられている請求項１乃至３のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  5. 前記光ガイド層は、前記リッジ部の延在方向に垂直な方向において、前記リッジ部の幅以下の幅を有する請求項１乃至４のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  6. 前記第２端面は前記第１端面よりも前記放射光に対して高い反射率を有する請求項１乃至５のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  7. 前記一対の凹部は前記第１端面から離間して形成され、
    前記帯状電極は、前記リッジ部と前記第１端面との間の前記第２半導体層上に延在して形成されている請求項１乃至６のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  8. 前記帯状電極は透明電極層からなり、前記リッジ部と前記第２端面との間の前記第２半導体層上に延在して形成されている請求項１乃至７のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  9. 前記光ガイド層は、誘電体により形成されている請求項１乃至８のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  10. 前記第２半導体層は少なくとも１の半導体層からなり、前記光ガイド層は前記少なくとも１の半導体層のいずれか１よりも大きな屈折率を有する請求項１乃至９のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  11. 前記光ガイド層はＮｂ2Ｏ5からなる層を含む請求項１０に記載の半導体レーザ。
  12. 基板上に、第１半導体層、発光層、前記第１半導体層と反対導電型の第２半導体層がこの順に積層され、互いに対向する第１端面及び第２端面を有する積層体と、
    前記第２半導体層上に形成され、前記第２端面から離間し、かつ、前記第１端面及び前記第２端面に平行な方向に互いに離間して設けられた一対の凹部と、
    前記一対の凹部の間の凸部であって、前記第１端面及び前記第２端面に垂直な方向に沿って延在するリッジ部と、
    前記リッジ部上に設けられた帯状電極と、
    前記リッジ部と前記第２端面との間において前記第２半導体層上に形成され、前記発光層からの放射光を導波する光ガイド層と、を有し、
    前記リッジ部と前記第２端面との間における前記第２半導体層は、前記リッジ部におけ
    る前記第２半導体層の層厚よりも小なる層厚を有する半導体レーザ。
  13. 前記リッジ部と前記第２端面との間における前記第２半導体層は、前記一対の凹部における前記第２半導体層の層厚よりも大なる層厚を有する請求項１２に記載の半導体レーザ。
  14. 前記一対の凹部に連通して前記第２端面に至り、前記一対の凹部よりも大きな離間距離で互いに離間して形成された一対の溝と、
    前記一対の溝の間の凸部であって、前記リッジ部に連なり、前記リッジ部よりも大なる幅の延長リッジ部と、を有する請求項１乃至１３のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  15. 前記一対の凹部は前記第１端面から離間して形成され、
    前記一対の凹部に連通して前記第１端面に至り、前記一対の凹部よりも大きな離間距離で互いに離間して形成された一対の溝と、
    前記一対の溝の間の凸部であって、前記リッジ部に連続し、前記リッジ部よりも大なる幅の延長リッジ部と、を有し、
    前記光ガイド層は、前記リッジ部と前記第１端面との間の前記第２半導体層上に形成された前記副光ガイド層を含む請求項１乃至１４のいずれか１に記載の半導体レーザ。
  16. 前記一対の溝の底面は、前記一対の凹部の底面から延在して形成されている請求項１４または１５に記載の半導体レーザ。
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