JP7072047B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体発光素子に関し、特に、複数の発光素子部を有する半導体発光素子に関する。
なお、本願は、平成28年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／高効率加工用GaN系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願である。
近年、プロジェクションマッピングの流行、及び、スタジアムなどの大型施設でのプロジェクタの利用拡大に伴い、高出力なプロジェクタの開発が進められている。高出力なプロジェクタを実現するために、光学系との結合が容易な半導体レーザ素子などの半導体発光素子が光源として採用されている。半導体発光素子の高出力化の実現のためには、半導体発光素子の低熱抵抗化が必須である。半導体発光素子の低熱抵抗化の実現のための手段として、複数の発光素子部（つまりエミッタ）を設けるマルチエミッタ化が採用されている。マルチエミッタ化された半導体発光素子では、複数の発光素子部を設けることによって熱源となる発光素子部を分散し得るため、低熱抵抗化が可能となる。このようなマルチエミッタ化された半導体発光素子において、高出力動作を行うと、複数の発光素子部間に温度差が発生するため、当該温度差に起因して、複数の発光素子部における発光波長が不均一となる。その結果、光源の波長均一性が低下するため、プロジェクタの色再現性が低下する。
このような複数のエミッタ間における温度差を低減する従来技術について図１０を用いて説明する。図１０は、特許文献１に記載された従来の半導体アレイレーザ装置の構成図である。図１０に示されるように、特許文献１に記載された半導体アレイレーザ装置では、アレイ状に配列された複数の発光素子部を有するレーザチップ１０００の上下面を構成するｐ側電極１００１及びｎ側電極１００７に、ハンダ層１００８を介して、それぞれ二つのヒートシンク１００９及び１０１０を配置している。これにより、特許文献１に記載された半導体アレイレーザ装置では、一つのヒートシンクだけでレーザチップ１０００を支持する場合より放熱効果を向上させようとしている。さらに、特許文献１に記載された半導体アレイレーザ装置では、レーザチップ１０００の基板１００６の中央部における厚さを削減している。言い換えると、基板１００６のｎ側電極１００７側の面に凹形状を形成している。これにより、レーザチップ１０００のうち比較的高温となる中央部における熱抵抗を低減できるため、レーザチップ１０００の動作時の温度を均一化できる。このように、特許文献１に記載された半導体アレイレーザ装置では、レーザチップ１０００における動作時の温度を均一化することで、各発光素子部における発光波長を均一化しようとしている。
特開平４－１９２４８３号公報
特許文献１に記載された半導体アレイレーザ装置では、基板１００６側の面だけでなく、レーザチップ１０００の活性層側の面（図１０に示されるｐ側電極１００１側の面）を介した放熱経路が前提となっている。そのため、レーザチップ１０００の上下面を二つのヒートシンク１００９及び１０１０で挟み込むパッケージが必須となり、パッケージ及び実装に要するコストが増大する。また、基板１００６の凹形状とヒートシンク１０１０の凸形状を精密に一致させるのは技術的に困難である。基板１００６の凹形状とヒートシンク１０１０の凸形状との間にずれが生じることで、それらの間に挿入されるハンダ層１００８の厚みが大きくなる場合には、温度均一化の効果を得られないことがあり得る。このように、特許文献１に記載された半導体アレイレーザ装置では、各発光素子部における発光波長を均一化できないことがある。
本開示は、このような課題を解決するものであり、複数の発光素子部を有する半導体発光素子において、複数の発光素子部における発光波長の均一性を高めることを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る半導体発光素子の一態様は、基板と、前記基板の主面の上方において、前記主面に沿って配列され、各々が光を出射する三つ以上の発光素子部を有するアレイ部と、を備え、前記三つ以上の発光素子部の各々は、前記基板の上方に、前記基板側から順に配置される、第１導電型クラッド層と、Ｉｎを含む活性層と、第２導電型クラッド層と、を有し、前記三つ以上の発光素子部のうち配列方向の中央側に位置する発光素子部の前記活性層におけるＩｎ組成比は、前記配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部の前記活性層におけるＩｎ組成比より小さい。
このように活性層のＩｎ組成比を発光素子部に応じて異ならせると、活性層における発熱の発光波長への影響を無視できる程度に微弱な出力で半導体発光素子を動作させる場合、活性層におけるＩｎ組成比が小さくなるにしたがって、発光波長は短波長側へシフトする。一方、活性層の温度が上昇すると発光波長は長波長側へシフトする。そのため、Ｉｎ組成比が比較的小さい活性層を、動作時に比較的高温となる配列方向の中央側の領域に配置することで、各発光素子部間の発光波長の均一性を高めることができる。これにより動作時における波長均一性が高い半導体発光素子を実現できる。さらに、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、放熱構成は、各発光素子部に対して同程度の放熱を行うことができる構成であればよく、必ずしも特許文献１に記載されたような素子の両面にヒートシンクを設ける構成を必要としない。例えば、本開示に係る半導体発光素子の基板の一方の主面側だけにヒートシンクを設ける放熱構成でも上記の発光波長均一化の効果を得られる。したがって、本開示によれば、放熱構成を簡素化かつ低コスト化できる。
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記活性層は、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造を有し、前記三つ以上の発光素子部のうち前記配列方向の中央側に位置する発光素子部の前記井戸層におけるＩｎ組成比は、前記配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部の前記井戸層におけるＩｎ組成比より小さくてもよい。
このように活性層が井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造を有する場合、Ｉｎ組成比が比較的小さい井戸層を、動作時に比較的高温となる配列方向の中央側の領域に配置することで、各発光素子部間の発光波長の不均一性を低減できる。これにより動作時における波長均一性が高い半導体発光素子を実現できる。
また、本開示に係る半導体発光素子の一態様において、前記基板のオフ角は、前記三つ以上の発光素子部のうち前記配列方向の中央側に位置する発光素子部が配置される領域の方が、前記配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部が配置される領域より小さくてもよい。
このような半導体発光素子において、基板のオフ角が小さいほど、基板上に積層される半導体層におけるＩｎ組成比が小さくなる。このため、上記基板上に半導体層が積層された半導体発光素子では、配列方向の中央側において、両方の端部側より活性層におけるＩｎ組成比が少ない構成を容易に実現できる。
本開示によれば、複数の発光素子部を有する半導体発光素子において、複数の発光素子部における発光波長を均一化できる。
図１は、実施の形態１に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。 図２は、実施の形態１に係る活性層の井戸層のＩｎ組成比の分布を示すグラフである。 図３は、実施の形態１に係る半導体発光素子の実装形態の一例を示す模式的な断面図である。 図４は、実施の形態１に係る半導体発光素子の発光波長の活性層の位置に対する分布を示すグラフである。 図５は、比較例に係る半導体発光素子の発光波長の活性層の位置に対する分布を示すグラフである。 図６Ａは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第１工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｂは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第２工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｃは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第３工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｄは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第４工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｅは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第５工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｆは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第６工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｇは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第７工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｈは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第８工程を示す模式的な断面図である。 図６Ｉは、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造方法の第９工程を示す模式的な断面図である。 図７は、実施の形態２に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。 図８Ａは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第１工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｂは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第２工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｃは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第３工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｄは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第４工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｅは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第５工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｆは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第６工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｇは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第７工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｈは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第８工程を示す模式的な断面図である。 図８Ｉは、実施の形態２に係る半導体発光素子の製造方法の第９工程を示す模式的な断面図である。 図９は、実施の形態３に係る投影装置の模式図である。 図１０は、従来の半導体アレイレーザ装置の構成図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
（実施の形態１）
実施の形態１に係る半導体発光素子について説明する。
［１－１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る半導体発光素子の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の模式的な断面図である。図２は、本実施の形態に係る活性層１０３の井戸層のＩｎ組成比の分布を示すグラフである。なお、図２には、グラフの横軸に対応する位置における半導体発光素子１００の断面が併せて示されている。図２に示されるグラフの横軸における位置は、その上方に示される断面図の水平方向における位置に対応する。例えば、図２のグラフの横軸が０μｍの位置は、断面図の活性層１０３の左端の位置に対応し、グラフの横軸が２００μｍの位置は、断面図の活性層１０３の右端の位置に対応する。また、図２及び以下では、活性層１０３の井戸層のＩｎ組成比を単に「活性層のＩｎ組成比」ともいう。
半導体発光素子１００は、各々が半導体からなる発光層を含む三つ以上の発光素子部を有するアレイ型の発光素子である。本実施の形態では、半導体発光素子１００は、共振器を形成する光出射側端面及び光反射側端面（両端面とも図示せず）を有するレーザ素子である。図１においては、半導体発光素子１００の共振方向に垂直な断面が示されている。
図１に示されるように、半導体発光素子１００は、基板１０１と、アレイ部１２０と、を備える。本実施の形態では、半導体発光素子１００は、さらに、第１導電側電極１０９を備える。
基板１０１は、半導体発光素子１００の基材である。本実施の形態では、基板１０１は、厚さ８０μｍのｎ型のＧａＡｓ基板である。
アレイ部１２０は、基板１０１の主面の上方において、主面に沿って配列され、各々が光を出射する三つ以上の発光素子部を有する。本実施の形態では、図１に示されるように、アレイ部１２０は、三つの発光素子部１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃを有する。なお、アレイ部１２０が有する発光素子部の個数は三つに限定されず、三つ以上であればよい。以下、アレイ部１２０が配列される方向（図１の水平方向）を配列方向という。
三つの発光素子部１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃの各々は、基板１０１の上方に、基板１０１側から順に配置される、第１導電型クラッド層１０２と、Ｉｎを含む活性層１０３と、第２導電型クラッド層１０４と、を有する。本実施の形態では、三つの発光素子部１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃは、それぞれ、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃと、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃと、を有する。三つの発光素子部１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃの各々は、さらに、絶縁層１０６と、パッド電極１０８と、を有する。
第１導電型クラッド層１０２は、基板１０１の上方に配置されるクラッド層であり、本実施の形態では、厚さ１μｍのｎ型の（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（ｘ＝０．６、ｙ＝０．５）からなるクラッド層である。なお、第１導電型クラッド層１０２の構成はこれに限定されない。第１導電型クラッド層１０２の厚さは、１μｍより大きくてもよく、組成は、ｎ型の（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であってもよい。
活性層１０３は、第１導電型クラッド層１０２の上方に配置される発光層である。本実施の形態では、活性層１０３は、厚さ１０ｎｍのアンドープのＩｎｘＧａ１－ｘＰ（ｘ＝０．５００又はｘ＝０．５０２）からなる井戸層と、厚さ１００ｎｍのアンドープの（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（ｘ＝０．４、ｙ＝０．５）からなる障壁層とが交互に積層された量子井戸活性層である。
半導体発光素子１００の三つ以上の発光素子部のうち配列方向の中央側に位置する発光素子部の活性層１０３におけるＩｎ組成比は、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部の活性層１０３におけるＩｎ組成比より小さい。本実施の形態では、図２に示されるように、配列方向の中央側に位置する発光素子部１３０ｂの活性層１０３におけるＩｎ組成比は、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部１３０ａ及び１３０ｃの活性層１０３におけるＩｎ組成比より小さい。具体的には、発光素子部１３０ｂにおける活性層１０３の井戸層のＩｎ組成比は、０．５００（つまり５０．０％）であり、発光素子部１３０ａ及び１３０ｃにおける活性層１０３の井戸層のＩｎ組成比は、０．５０２（つまり５０．２％）である。言い換えると、発光素子部１３０ｂにおける活性層１０３の井戸層の組成は、アンドープのＩｎｘＧａ１－ｘＰ（ｘ＝０．５）であり、発光素子部１３０ａ及び１３０ｃにおける活性層１０３の井戸層の組成は、アンドープのＩｎｘＧａ１－ｘＰ（ｘ＝０．５０２）である。
このような活性層１０３を備えることにより、半導体発光素子１００は、波長が約６４０ｎｍの赤色レーザ光を出射できる。なお、活性層１０３の構成はこれに限定されず、ＩｎＧａＰからなる井戸層と、（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなる障壁層とが交互に積層された量子井戸活性層であればよい。活性層１０３のうち電流通路となる領域、つまり、リッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃの下方の領域である発光部１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃが発光する。また、活性層１０３は、量子井戸活性層の上方及び下方の少なくとも一方に形成されたガイド層を含んでもよい。
第２導電型クラッド層１０４は、図１に示されるように、活性層１０３の上方に配置されたクラッド層であり、本実施の形態では、厚さ０．５μｍのｐ型の（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（ｘ＝０．６、ｙ＝０．５）からなる層である。なお、第２導電型クラッド層１０４の構成はこれに限定されない。第２導電型クラッド層１０４の厚さは、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下であってもよく、組成は、ｐ型の（ＡｌｘＧａ１－ｘ）１－ｙＩｎｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）であってもよい。
コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃは、第２導電型クラッド層１０４の上方に配置され、それぞれ第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃとオーミック接触する層である。本実施の形態では、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃは、厚さ１００ｎｍのｐ型のＧａＡｓからなる層である。なお、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの構成はこれに限定されない。コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの厚さは、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であってもよい。
絶縁層１０６は、第２導電型クラッド層１０４の上方に配置され、パッド電極１０８と第２導電型クラッド層１０４及びコンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃとの間を絶縁する層である。絶縁層１０６は、リッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃ以外の第２導電型クラッド層１０４の上面と、リッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃの第２導電型クラッド層１０４の側面と、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの側面と、を覆う。なお、絶縁層１０６は、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの上面の一部を覆ってもよい。また、絶縁層１０６は、リッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃの上方に、それぞれ、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃと、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃと、を接触させるための開口部を有する。なお、絶縁層１０６の開口部は、スリット状の形状を有してもよい。本実施の形態では、絶縁層１０６は、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２からなる層である。なお、絶縁層１０６の構成はこれに限定されない。絶縁層１０６の厚さは、１００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であってもよい。
第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、それぞれコンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの上方に配置され、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃとオーミック接触する電極である。第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、それぞれリッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃの上方に配置される。つまり、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、絶縁層１０６の開口部に配置される。なお、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、絶縁層１０６の上方にも配置されてもよい。第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、絶縁層１０６の開口部において、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃと接触する。本実施の形態では、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、それぞれコンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃ側から順にＣｒ、Ｐｔ及びＡｕが積層された積層膜である。第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃの構成はこれに限定されない。第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃは、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜であってもよい。
パッド電極１０８は、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃの上方に配置されたパッド状の電極である。本実施の形態では、パッド電極１０８は、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃ側から順にＴｉ及びＡｕが積層された積層膜であり、リッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃ、並びに、絶縁層１０６の上方に配置される。パッド電極１０８の構成はこれに限定されない。パッド電極１０８は、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕ、Ｎｉ及びＡｕなどの積層膜であってもよい。
第１導電側電極１０９は、基板１０１の下方に配置される電極である。本実施の形態では、第１導電側電極１０９は、基板１０１側から順にＡｕＧｅＮｉ合金及びＡｕが積層された積層膜である。第１導電側電極１０９の構成はこれに限定されない。第１導電側電極１０９は、他の導電材料で形成されてもよい。
［１－２．実装形態］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の実装形態について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の実装形態の一例を示す模式的な断面図である。
図３に示されるように、半導体発光素子１００は、実装形態の一例において、パッケージ１１５にサブマウント１１３を介して実装される。図３に示される例では、半導体発光素子１００は、パッド電極１０８側の面においてサブマウント１１３に実装される。
サブマウント１１３は、多面体状の形状を有する部材であり、一つの面に半導体発光素子１００が固定される。本実施の形態では、サブマウント１１３は、直方体状の形状を有する。サブマウント１１３は、半導体発光素子１００の各半導体層より熱伝導率が高い材料で形成され、半導体発光素子１００のヒートシンクとして機能する。サブマウント１１３には、金属層１１２及び素子側接着層１１１を介して半導体発光素子１００が固定される。また、サブマウント１１３は、パッケージ側接着層１１４を介してパッケージ１１５に接着される。本実施の形態では、サブマウント１１３は、厚さ３００μｍの多結晶ダイヤモンドで形成される。なお、サブマウント１１３を形成する材料は、これに限定されず、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｕＷ、銅ダイヤモンド、銀ダイヤモンドなどでもよい。
金属層１１２は、パッド電極１０８に電力を供給するワイヤなどが接続される導電性部材である。本実施の形態では、金属層１１２は、５μｍの厚さを有し、サブマウント１１３側から順にＴｉ、Ｐｔ及びＡｕが積層された積層膜である。金属層１１２の構成はこれに限定されない。金属層１１２は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有し、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つを有する単層膜又は積層膜であってもよい。
素子側接着層１１１は、サブマウント１１３と半導体発光素子１００とを接着する導電性接着部材である。本実施の形態では、素子側接着層１１１は、２μｍの厚さを有するＡｕＳｎで形成される。素子側接着層１１１を形成する材料は、これに限定されず、他の導電性接着材料であってもよい。素子側接着層１１１の厚さも２μｍに限定されず、適宜決定されればよい。
パッケージ側接着層１１４は、サブマウント１１３とパッケージ１１５とを接着する部材である。本実施の形態では、パッケージ側接着層１１４は、２μｍの厚さを有するＡｕＳｎで形成される。パッケージ側接着層１１４を形成する材料は、これに限定されず、他の接着材料であってもよい。パッケージ側接着層１１４の厚さも２μｍに限定されず、適宜決定されればよい。
パッケージ１１５は、半導体発光素子１００が実装される部材である。パッケージ１１５は、例えば、ＣＡＮパッケージなどであってもよい。本実施の形態では、パッケージ１１５は、例えば、Ｃｕ、Ｆｅなどで形成される。
以上のように、本実装形態においては、半導体発光素子１００の各発光部に近い側の面にヒートシンクとして機能するサブマウント１１３に実装されるため、半導体発光素子１００から発生した熱を効率よくサブマウント１１３に放散することができる。
［１－３．作用及び効果］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の作用及び効果について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、それぞれ本実施の形態及び比較例に係る各半導体発光素子の発光波長の活性層の位置に対する分布を示すグラフである。比較例に係る半導体発光素子１００Ａは、Ｉｎ組成比が均一な活性層１０３Ａを有する点において、本実施の形態に係る半導体発光素子１００と相違し、その他の点において一致する半導体発光素子である。図４及び図５には、各半導体発光素子の低出力動作時における発光波長（つまり、自然放出光のピーク波長）の分布を示すグラフ（ｃ）と、高出力動作時の発光波長の分布を示すグラフ（ｄ）とが示されている。なお、ここで、低出力動作とは、各半導体発光素子における発熱の影響が無視できる程度に出力が低い動作を意味し、高出力動作とは、例えば、定格出力で動作する場合などの通常の動作を意味する。図４及び図５には、各半導体発光素子の断面図と、各活性層の井戸層のＩｎ組成比の分布を示すグラフ（ａ）と、各半導体発光素子の通常の動作時（つまり高出力動作時）の活性層の温度の分布を示すグラフ（ｂ）と、が併せて示されている。図４及び図５に示される各グラフの横軸の位置は、図２と同様に、その上方に示される断面図の水平方向の位置に対応する。
図５のグラフ（ａ）に示されるように、比較例に係る半導体発光素子１００Ａでは、活性層１０３ＡにおけるＩｎ組成比が均一である。このような構成では、活性層１０３Ａにおいて発生する熱の影響を無視できる低出力動作時には、図５のグラフ（ｃ）に示されるように、発光波長は、活性層１０３Ａの全域にわたって均一である。しかしながら、通常動作時には、発熱の影響が無視できなくなる。図４及び図５のグラフ（ｂ）に示されるように、各半導体発光素子の配列方向の中央側に位置する発光素子部においては、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部より、配列方向において隣接する他の発光素子部からの熱干渉を受ける。このような熱干渉を、図３に示されるような実装形態によって部分的に削減することは可能であるが、完全に取り除くことは非常に困難である。このため、通常動作時においては、配列方向の中央側に位置する発光素子部における活性層の温度が、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部における活性層の温度より高くなる。本実施の形態及び比較例に係る各半導体発光素子の活性層においては、図４及び図５のグラフ（ｂ）に示されるように、配列方向の中央側に位置する発光素子部の活性層の方が、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部における活性層より、温度が３℃程度高くなる。
通常動作時の活性層１０３Ａがこのような温度分布を有することにより、図５のグラフ（ｄ）に示されるように、比較例に係る半導体発光素子１００Ａの活性層１０３Ａにおいては、温度上昇に起因する発光波長のシフト量が、三つの発光素子部の配列方向における位置に応じて異なる。これにより、発光波長が活性層１０３Ａの位置に対して不均一となる。
一方、本実施の形態では、図４のグラフ（ａ）に示されるように、配列方向の中央側に位置する発光素子部１３０ｂの活性層１０３におけるＩｎ組成比は、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部１３０ａ及び１３０ｃの活性層１０３におけるＩｎ組成比より小さい。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子１００における熱の影響が無視できる低出力動作時には、図４のグラフ（ｃ）に示されるように、発光波長は活性層１０３の位置に対して不均一となる。しかしながら、通常動作時には、上述のとおり、半導体発光素子１００において、配列方向の中央側に位置する発光素子部１３０ｂの活性層１０３の方が、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部１３０ａ及び１３０ｃの活性層１０３より温度が高くなる。このため、配列方向の中央側に位置する発光素子部１３０ｂの活性層１０３の方が、発光波長の長波長側へのシフト量が大きくなる。これにより、配列方向の中央側に位置する発光素子部１３０ｂの活性層１０３と、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部１３０ａ及び１３０ｃの活性層１０３との、温度差に起因する発光波長のシフト量の差の少なくとも一部を、Ｉｎ組成比に起因する発光波長の差によって相殺できる。したがって、図４のグラフ（ｄ）に示されるように、半導体発光素子１００の三つの発光素子部１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃにおける発光波長の均一性を高めることができる。
さらに、本実施の形態に係る半導体発光素子１００において、放熱構成は、各発光素子部に対して同程度の放熱を行うことができる構成であればよく、必ずしも特許文献１に記載されたような素子の両面にヒートシンクを設ける構成を必要としない。例えば、図３に示されるような半導体発光素子１００の基板１０１の一方の主面側だけにサブマウント１１３などのヒートシンクを設ける放熱構成でも上記の発光波長均一化の効果を得られる。したがって、本実施の形態によれば、放熱構成を簡素化かつ低コスト化できる。
また、本実施の形態では、活性層１０３は、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造を有し、配列方向の中央側に位置する発光素子部１３０ｂの井戸層におけるＩｎ組成比は、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部１３０ａ及び１３０ｃの井戸層におけるＩｎ組成比より小さい。これにより、量子井戸構造を有する活性層１０３において、発光波長の均一性を高めることができる。
［１－４．製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の製造方法について、図６Ａ～図６Ｉを用いて説明する。図６Ａ～図６Ｉは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体発光素子１００の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
まず、図６Ａに示されるように平坦な主面を有する基板１０１を準備する。ここで、基板１０１の結晶軸（（１００）軸））は、図６Ａの矢印で示されるように、基板１０１の主面に垂直である。
次に、図６Ｂに示されるように、基板１０１の主面にレジスト１２２を塗布する。ここで、レジスト１２２形成時の露光量を調節することで、レジスト１２２の厚さを基板１０１上の各位置で変化させる。これにより、図６Ｂの水平方向の両方の端部側においてレジスト１２２の厚さを右肩下がりに直線的に（つまり、一定の傾きで）変化させ、図６Ｂの水平方向の中央側においてレジスト１２２の厚さを一様にしている。
次に、図６Ｃに示されるように、エッチングによってレジスト１２２を除去することで、基板１０１の上方に位置するレジスト１２２の厚さに応じた厚さだけ基板１０１の主面をエッチングする。この場合、形成されたレジスト１２２の厚さが小さいほど、エッチングによって除去される基板１０１の厚さは大きくなる。これにより、図６Ｃに示されるように、基板１０１の主面の結晶軸に対する傾き、つまり、オフ角が、当該主面の両方の端部側の領域１０１ａ及び１０１ｃにおいて大きく、当該主面の中央側の領域１０１ｂにおいて小さい基板１０１を形成できる。
次に、図６Ｄに示されるように、基板１０１の主面上に、基板１０１側から順に、第１導電型クラッド層１０２、活性層１０３、第２導電型クラッド層１０４及びコンタクト層１０５を形成する。なお、図６Ｄ及び後述する図６Ｅ～図６Ｉでは、図面の簡単化のため、図６Ｃに示されるような基板１０１の上面の傾斜を表示しない。本実施の形態では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により各層の成膜を行う。ここで、基板１０１のオフ角が小さいほど、基板１０１上に積層される半導体層におけるＩｎ組成比が小さくなる。このため、基板１０１上に、上記各半導体層が積層された場合、後工程で発光素子部１３０ｂが形成される位置（図６Ｄの水平方向の中央）において、発光素子部１３０ａ及び１３０ｃが形成される位置（図６Ｄの水平方向の両方の端部側）より、活性層１０３のＩｎ組成比を小さくできる。
次に、図６Ｅに示されるように、コンタクト層１０５上に、ＳｉＯ２などからなるマスク１２３を形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤにより、コンタクト層１０５上に厚さ３００ｎｍ程度のＳｉＯ２膜を形成し、当該ＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィー及びエッチングを用いてパターニングすることによって、共振方向（つまり、図６Ｅの紙面に垂直な方向）に延びる三つの帯状のマスク１２３を形成する。
次に、図６Ｆに示されるように、帯状に形成されたマスク１２３を用いて、コンタクト層１０５及び第２導電型クラッド層１０４をエッチングし、続いてマスク１２３をウェットエッチングによって除去することで、リッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃを形成する。これにより、コンタクト層１０５のうち、リッジ部１３２ａ、１３２ｂ及び１３２ｃにそれぞれ配置されるコンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃだけが残り、第２導電型クラッド層１０４の各リッジ部以外の部分の膜厚が削減される。コンタクト層１０５及び第２導電型クラッド層１０４のエッチングとしては、例えば、Ｃｌ２などの塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によるドライエッチングを用いるとよい。また、マスク１２３は、フッ酸などのウェットエッチングによって除去するとよい。
次に、第２導電型クラッド層１０４、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃ上に絶縁層１０６を形成する。絶縁層１０６としては、プラズマＣＶＤにより、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２を形成する。続いて、図６Ｇに示されるようにコンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃ上の絶縁層１０６のみを除去して、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの上面を露出させる。絶縁層１０６の除去には、フォトリソグラフィーとウェットエッチングを用いることができる。
次に、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、図６Ｈに示されるように、コンタクト層１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃ上に、それぞれ第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃを形成する。続いて、第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃ並びに絶縁層１０６を覆うようにパッド電極１０８を形成する。具体的には、フォトリソグラフィーなどによって、パッド電極１０８を形成しない部分にレジストをパターニングし、基板１０１の上方の全面に真空蒸着法などによってパッド電極１０８を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分を除去する。これにより、所定形状のパッド電極１０８を形成する。また、パッド電極１０８と同様に、基板１０１の下面（図６Ｉの下側面）に第１導電側電極１０９を形成する。これにより、図６Ｉに示されるように、半導体発光素子１００を形成できる。
また、本実施の形態に係る半導体発光素子１００では、基板１０１のオフ角は、三つの発光素子部１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃのうち配列方向の中央側に位置する発光素子部１３０ｂが配置される領域１０１ｂの方が、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部１３０ａ及び１３０ｃが配置される領域１０１ａ、１０１ｃより小さい。このような半導体発光素子１００において、基板１０１のオフ角が小さいほど、基板１０１上に積層される半導体層におけるＩｎ組成比が小さくなる。このため、基板１０１上に積層構造体が積層された半導体発光素子１００では、配列方向の中央側において、両方の端部側より活性層１０３におけるＩｎ組成比が少ない構成を容易に実現できる。
（実施の形態２）
実施の形態２に係る半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る半導体発光素子は、材質及び活性層におけるＩｎ分布において実施の形態１に係る半導体発光素子１００と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体発光素子について、実施の形態１に係る半導体発光素子１００との相違点を中心に説明する。
［２－１．全体構成］
まず、本実施の形態に係る半導体発光素子の全体構成について図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る半導体発光素子２００の模式的な断面図である。図７には、本実施の形態に係る活性層２０３の井戸層のＩｎ組成比の分布を示すグラフが併せて示されている。図７に示されるグラフの横軸の位置は、その上方に示される断面図の水平方向の位置に対応する。例えば、図７のグラフの横軸が０μｍの位置は、断面図の活性層２０３の左端の位置に対応し、グラフの横軸が２００μｍの位置は、断面図の活性層２０３の右端の位置に対応する。
本実施の形態に係る半導体発光素子２００は、その各半導体層が窒化物系の半導体によって形成される。図７に示されるように、半導体発光素子２００は、基板２０１と、アレイ部２２０と、を備える。本実施の形態では、半導体発光素子２００は、さらに、第１導電側電極２０９を備える。
基板２０１は、半導体発光素子２００の基材である。本実施の形態では、基板２０１は、厚さ８０μｍのｎ型のＧａＮ基板である。
アレイ部２２０は、基板２０１の主面の上方において、主面に沿って配列され、各々が光を出射する三つ以上の発光素子部を有する。本実施の形態では、図７に示されるように、アレイ部２２０は、三つの発光素子部２３０ａ、２３０ｂ及び２３０ｃを有する。なお、アレイ部２２０が有する発光素子部の個数は三つに限定されず、三つ以上であればよい。
三つの発光素子部２３０ａ、２３０ｂ及び２３０ｃの各々は、基板２０１の上方に、基板２０１側から順に配置される、第１導電型クラッド層２０２と、Ｉｎを含む活性層２０３と、第２導電型クラッド層２０４と、を有する。本実施の形態では、三つの発光素子部２３０ａ、２３０ｂ及び２３０ｃは、それぞれ、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃと、第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃと、を有する。三つの発光素子部２３０ａ、２３０ｂ及び２３０ｃの各々は、さらに、絶縁層２０６と、パッド電極２０８と、を有する。
第１導電型クラッド層２０２は、基板２０１の上方に配置されるクラッド層であり、本実施の形態では、厚さ１μｍのｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．０５）からなるクラッド層である。なお、第１導電型クラッド層２０２の構成はこれに限定されない。第１導電型クラッド層２０２の厚さは、１μｍより大きくてもよく、組成は、ｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）であってもよい。
活性層２０３は、第１導電型クラッド層２０２の上方に配置される発光層である。本実施の形態では、活性層２０３は、厚さ５ｎｍのアンドープのＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ≧０．１８００）からなる井戸層と、厚さ１００ｎｍのアンドープのＧａＮからなる障壁層とが交互に積層された量子井戸活性層である。
半導体発光素子２００の三つ以上の発光素子部のうち配列方向の中央側に位置する発光素子部の活性層２０３におけるＩｎ組成比は、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部の活性層２０３におけるＩｎ組成比より小さい。本実施の形態では、図７に示されるように、配列方向の中央側に位置する発光素子部２３０ｂの活性層２０３におけるＩｎ組成比は、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部２３０ａ及び２３０ｃの活性層２０３におけるＩｎ組成比より小さい。具体的には、発光素子部２３０ｂの発光部２１０ｂにおける活性層２０３の井戸層のＩｎ組成比は、０．１８００（つまり１８．００％）であり、発光素子部２３０ａの発光部２１０ａ及び発光素子部２３０ｃの発光部２１０ｃにおける活性層２０３の井戸層のＩｎ組成比は、０．１８１５（つまり１８．１５％）である。また、本実施の形態では、活性層２０３の井戸層におけるＩｎ組成比は、配列方向の中央側から両方の端部側に近づくにしたがって連続的に増加する。
このような活性層２０３を備えることにより、半導体発光素子２００は、波長が約４５０ｎｍの青色レーザ光を出射できる。
なお、活性層２０３の構成はこれに限定されず、ＩｎｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる井戸層と、ＧａＮからなる障壁層とが交互に積層された量子井戸活性層であればよい。活性層２０３のうち電流通路となる領域、つまり、リッジ部２３２ａ、２３２ｂ及び２３２ｃの下方の領域である発光部２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃが発光する。また、活性層２０３は、量子井戸活性層の上方及び下方の少なくとも一方に形成されたガイド層を含んでもよい。
第２導電型クラッド層２０４は、図１に示されるように、活性層２０３の上方に配置されたクラッド層であり、本実施の形態では、厚さ０．５μｍのｐ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．０５）からなる層である。なお、第２導電型クラッド層２０４の構成はこれに限定されない。第２導電型クラッド層１０４の厚さは、０．５μｍ以上、１．０μｍ以下であってもよく、組成は、ｐ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）であってもよい。
コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃは、第２導電型クラッド層２０４の上方に配置され、それぞれ第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃとオーミック接触する層である。本実施の形態では、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃは、厚さ１００ｎｍのｐ型のＧａＮからなる層である。なお、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃの構成はこれに限定されない。コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃの厚さは、１００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であってもよい。
絶縁層２０６は、第２導電型クラッド層２０４の上方に配置され、パッド電極１０８と第２導電型クラッド層２０４及びコンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃとの間を絶縁する層である。絶縁層２０６は、リッジ部２３２ａ、２３２ｂ及び２３２ｃ以外の第２導電型クラッド層２０４の上面と、リッジ部２３２ａ、２３２ｂ及び２３２ｃの第２導電型クラッド層２０４の側面と、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃの側面と、を覆う。なお、絶縁層１０６は、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃの上面の一部を覆ってもよい。また、絶縁層２０６は、リッジ部２３２ａ、２３２ｂ及び２３２ｃの上方に、それぞれ、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃと、第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃと、を接触させるための開口部を有する。なお、絶縁層２０６の開口部は、スリット状の形状を有してもよい。本実施の形態では、絶縁層２０６は、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ２からなる層である。なお、絶縁層２０６の構成はこれに限定されない。絶縁層２０６の厚さは、１００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であってもよい。
第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃは、それぞれコンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃの上方に配置され、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃとオーミック接触する電極である。第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃは、それぞれ実施の形態１に係る第２導電側電極１０７ａ、１０７ｂ及び１０７ｃと同様の構成を有する。
パッド電極２０８は、第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃの上方に配置されたパッド状の電極である。パッド電極２０８は、実施の形態１に係るパッド電極１０８と同様の構成を有する。
第１導電側電極２０９は、基板２０１の下方に配置される電極である。第１導電側電極２０９は、実施の形態１に係る第１導電側電極１０９と同様の構成を有する。
以上のように、本実施の形態に係る半導体発光素子２００では、活性層２０３の井戸層のＩｎ組成比が上述のような分布を有することにより、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と同様に、発光素子部間の発光波長の均一性を高めることができる。また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、簡素化された構成を有し、低コストな半導体発光素子２００を実現できる。
［２－２．製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子２００の製造方法について、図８Ａ～図８Ｉを用いて説明する。図８Ａ～図８Ｉは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体発光素子２００の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
まず、図８Ａに示されるように平坦な主面を有する基板２０１を準備する。ここで、基板２０１の結晶軸（（１００）軸））は、図８Ａの矢印で示されるように、基板２０１の主面に垂直である。
次に、図８Ｂに示されるように、基板２０１の主面にレジスト２２２を塗布する。ここで、レジスト２２２形成時の露光量を調節することで、レジスト２２２の厚さを基板２０１上の各位置で変化させる。これにより、図８Ｂの水平方向の中央側から、両方の端部側に近づくにしたがってレジスト２２２の厚さを減少させている。
次に、図８Ｃに示されるように、エッチングによってレジスト２２２を除去することで、基板２０１の上方に位置するレジスト２２２の厚さに応じた厚さだけ基板２０１の主面をエッチングできる。この場合、形成されたレジスト２２２の厚さが小さいほど、エッチングによって除去される基板２０１の厚さは大きくなる。これにより、図８Ｃに示されるように、基板２０１主面の結晶軸に対する傾き、つまり、オフ角が、基板２０１の両方の端部側に近づくほど大きくなる基板２０１を形成できる。したがって、オフ角が、主面の両方の端部側の領域２０１ａ及び２０１ｃにおいて大きく、当該主面の中央側の領域２０１ｂにおいて小さい基板２０１を形成できる。
次に、図８Ｄに示されるように、基板２０１の主面上に、基板２０１側から順に、第１導電型クラッド層２０２、活性層２０３、第２導電型クラッド層２０４及びコンタクト層２０５を形成する。なお、図８Ｄ及び後述する図８Ｅ～図８Ｉでは、図面の簡単化のため、図８Ｃに示されるような基板２０１の上面の傾斜を表示しない。また、図８Ｄ～図８Ｉに示される各工程は、図６Ｄ～図６Ｉに示される各工程と同様であるため、以下では各工程の詳細な説明を省略する。
次に、図８Ｅに示されるように、コンタクト層２０５上に、ＳｉＯ２などからなる三つの帯状のマスク２２３を形成する。
次に、図８Ｆに示されるように、帯状に形成されたマスク２２３を用いて、コンタクト層２０５及び第２導電型クラッド層２０４をエッチングし、続いてマスク２２３をウェットエッチングによって除去することで、リッジ部２３２ａ、２３２ｂ及び２３２ｃを形成する。これにより、コンタクト層２０５のうち、リッジ部２３２ａ、２３２ｂ及び２３２ｃにそれぞれ配置されるコンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃだけが残り、第２導電型クラッド層２０４の各リッジ部以外の部分の膜厚が削減される。
次に、第２導電型クラッド層２０４、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃ上に絶縁層２０６を形成する。続いて、図８Ｇに示されるようにコンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃ上の絶縁層２０６のみを除去して、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃの上面を露出させる。
次に、図８Ｈに示されるように、コンタクト層２０５ａ、２０５ｂ及び２０５ｃ上に、それぞれ第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃを形成する。続いて、第２導電側電極２０７ａ、２０７ｂ及び２０７ｃ並びに絶縁層２０６を覆うようにパッド電極２０８を形成する。次に、基板２０１の下面（図８Ｉの下側面）に第１導電側電極２０９を形成する。これにより、図８Ｉに示されるように、半導体発光素子２００を形成できる。
本実施の形態に係る半導体発光素子２００でも、実施の形態１に係る半導体発光素子１００と同様に、基板２０１のオフ角は、三つの発光素子部２３０ａ、２３０ｂ及び２３０ｃのうち配列方向の中央側に位置する発光素子部２３０ｂが配置される領域２０１ｂの方が、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部２３０ａ及び２３０ｃが配置される領域２０１ａ及び２０１ｃより小さい。このため、基板２０１上に積層構造体が積層された半導体発光素子２００では、配列方向の中央側において、両方の端部側より活性層２０３におけるＩｎ組成比が少ない構成を容易に実現できる。
［２－３．変形例］
次に本実施の形態に係る半導体発光素子２００の変形例について説明する。本変形例は、半導体層の組成及び発光波長において半導体発光素子２００と相違し、その他の点において一致する。以下、本変形例について、半導体発光素子２００との相違点を中心に説明する。
本変形例に係る半導体発光素子は、波長が約５２０ｎｍの緑色のレーザ光を出射する。このような発光波長を実現するために、本変形例に係る第１導電型クラッド層及び第２導電型クラッド層は、それぞれ、ｎ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．２）及びｐ型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．２）からなる。また、活性層の井戸層及び障壁層は、それぞれアンドープのＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ≧０．３０００）、及び、アンドープのＧａＮからなる。本実施の形態においても、配列方向の中央側に位置する発光素子部における活性層の井戸層のＩｎ組成比は、配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部における活性層の井戸層のＩｎ組成比より小さい。具体的には、配列方向の中央側に位置する発光部における井戸層のＩｎ組成比は、０．３０００（つまり３０．００％）であり、配列方向の両方の端部側に位置する発光部における井戸層のＩｎ組成比は、０．３０１５（つまり３０．１５％）である。また、本変形例に係る半導体発光素子においても、半導体発光素子２００と同様に、活性層の井戸層におけるＩｎ組成比は、配列方向の中央側から両方の端部側に近づくにしたがって連続的に増加する。
このように、本変形例に係る半導体発光素子では、活性層の井戸層のＩｎ組成比が上述のような分布を有することにより、半導体発光素子２００と同様に、発光素子部間の発光波長の均一性を高めることができる。また、本変形例においても、実施の形態１と同様に、簡素化された構成を有し、低コストな半導体発光素子を実現できる。
（実施の形態３）
実施の形態３に係る投影装置について説明する。本実施の形態に係る投影装置（プロジェクタ）は、実施の形態１、実施の形態２及びその変形例に係る半導体発光素子を備える。以下の、本実施の形態に係る投影装置について図９を用いて説明する。
図９は、本実施の形態に係る投影装置３００の模式図である。図９に示すように、投影装置３００は、半導体発光素子を用いた画像表示装置の一例である。本実施の形態における投影装置３００では、光源として、例えば、赤色のレーザ光を出射する半導体発光モジュール３００Ｒ、緑色のレーザ光を出射する半導体発光モジュール３００Ｇ及び青色のレーザ光を出射する半導体発光モジュール３００Ｂが用いられる。例えば、半導体発光モジュール３００Ｒ、３００Ｇ及び３００Ｂにおいて、それぞれ、上記実施の形態１に係る半導体発光素子１００、上記実施の形態２の変形例に係る半導体発光素子、及び、上記実施の形態２に係る半導体発光素子２００が用いられる。半導体発光モジュール３００Ｒ、３００Ｇ及び３００Ｂにおいて、それぞれ、実施の形態１の実装形態で示されたパッケージ１１５と同様のパッケージ１１５Ｒ、１１５Ｇ及び１１５Ｂが用いられる。
投影装置３００は、レンズ３０２Ｒ、３０２Ｇ及び３０２Ｂと、ミラー３０３Ｒ、ダイクロイックミラー３０３Ｇ及びダイクロイックミラー３０３Ｂと、空間変調素子３０４と、投射レンズ３０５と、を備える。
レンズ３０２Ｒ、３０２Ｇ及び３０２Ｂは、例えばコリメートレンズであり、それぞれ、半導体発光モジュール３００Ｒ、３００Ｇ及び３００Ｂの前方に配置される。
ミラー３０３Ｒは、半導体発光モジュール３００Ｒから出射した赤色のレーザ光を反射する。ダイクロイックミラー３０３Ｇは、半導体発光モジュール３００Ｇから出射した緑色のレーザ光を反射し、かつ、半導体発光モジュール３００Ｒから出射した赤色のレーザ光を透過する。ダイクロイックミラー３０３Ｂは、半導体発光モジュール３００Ｂから出射した青色のレーザ光を反射し、かつ、半導体発光モジュール３００Ｒから出射した赤色のレーザ光を透過するとともに半導体発光モジュール３００Ｇから出射した緑色のレーザ光を透過する。
空間変調素子３０４は、投影装置３００に入力される入力画像信号にしたがって、半導体発光モジュール３００Ｒからの赤色のレーザ光、半導体発光モジュール３００Ｇからの緑色のレーザ光及び半導体発光モジュール３００Ｂからの青色のレーザ光を用いて、赤色画像、緑色画像及び青色画像を形成する。空間変調素子３０４としては、例えば液晶パネル又はＭＥＭＳ（マイクロエレクトリックメカニカルシステム）を用いたＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）等を用いることができる。
投射レンズ３０５は、空間変調素子３０４で形成された画像をスクリーン３０６に投影する。
このように構成された投影装置３００では、半導体発光モジュール３００Ｒ、３００Ｇ及び３００Ｂから出射したレーザ光は、それぞれ、レンズ３０２Ｒ、３０２Ｇ及び３０２Ｂでほぼ平行光にされた後、ミラー３０３Ｒ、ダイクロイックミラー３０３Ｇ及びダイクロイックミラー３０３Ｂに入射する。
ミラー３０３Ｒは、半導体発光モジュール３００Ｒから出射した赤色のレーザ光を４５°方向に反射する。ダイクロイックミラー３０３Ｇは、ミラー３０３Ｒで反射された半導体発光モジュール３００Ｒからの赤色のレーザ光を透過するとともに、半導体発光モジュール３００Ｇから出射した緑色のレーザ光を４５°方向に反射する。ダイクロイックミラー３０３Ｂは、ミラー３０３Ｒで反射された半導体発光モジュール３００Ｒからの赤色のレーザ光及びダイクロイックミラー３０３Ｇで反射された半導体発光モジュール３００Ｇからの緑色のレーザ光を透過するとともに、半導体発光モジュール３００Ｂから出射した青色のレーザ光を４５°方向に反射する。
ミラー３０３Ｒ、ダイクロイックミラー３０３Ｇ及びダイクロイックミラー３０３Ｂによって反射した、赤色、緑色及び青色のレーザ光は、時分割（例えば１２０Ｈｚの切り替え周期で赤→緑→青が順次切り替わる）で空間変調素子３０４に入射する。この場合、空間変調素子３０４では、赤色のレーザ光が入射されたときは赤色用の画像を表示し、緑色のレーザ光が入射されたときは緑色用の画像を表示し、青色のレーザ光が入射されたときは青色用の画像を表示する。
このように、空間変調素子３０４によって空間変調を受けた赤色、緑色及び青色のレーザ光は、赤色画像、緑色画像及び青色画像となって、投射レンズ３０５を通して、スクリーン３０６に投影される。この場合、時分割でスクリーン３０６に投影された赤色画像、緑色画像及び青色画像の各々は、単色であるが、高速に切り替わるため、人間の目には、これの画像が混ざった色の画像、すなわちカラー画像として認識される。
以上、本実施の形態における投影装置３００では、半導体発光モジュール３００Ｒ、３００Ｇ及び３００Ｂとして、上記実施の形態及びそれらの変形例に係る半導体発光素子を用いているため、複数の発光部から出射されるレーザ光の結合効率が高い。このため、高輝度で、高精細な投影装置３００を実現できる。
（変形例など）
以上、本開示に係る半導体レーザ素子及び投影装置について、実施の形態１～３及び実施の形態２の変形例に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
例えば、上記各実施の形態及びその変形例では、各半導体発光素子は、三つの発光素子部を有するが、発光素子部の個数は、三つに限定されない。各半導体発光素子は、三つ以上の発光素子部を有してよい。
また、上記各実施の形態及びその変形例では、各半導体層の第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよい。
また、上記各実施の形態及びその変形例では、各活性層は、量子井戸構造を有したが、各活性層の構造は、量子井戸構造に限定されない。
また、上記各実施の形態及びその変形例では、半導体発光素子は、共振器を備えるレーザ素子であったが、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。
また、上記各実施の形態及びその変形例に係る半導体発光素子においては、リッジ構造を用いて電流狭窄を実現したが、電流狭窄を実現するための手段は、これに限定されず、電極ストライプ構造、埋め込み型構造などを使用してもよい。
また、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
本開示の半導体発光素子は、例えば、発光波長均一性の高い光源として投影装置などに適用できる。
１００、１００Ａ、２００ 半導体発光素子
１０１、２０１、１００６ 基板
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ 領域
１０２、２０２ 第１導電型クラッド層
１０３、１０３Ａ、２０３ 活性層
１０４、２０４ 第２導電型クラッド層
１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、２０５、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ コンタクト層
１０６、２０６ 絶縁層
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ 第２導電側電極
１０８、２０８ パッド電極
１０９、２０９ 第１導電側電極
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ 発光部
１１１ 素子側接着層
１１２ 金属層
１１３ サブマウント
１１４ パッケージ側接着層
１１５、１１５Ｂ、１１５Ｇ、１１５Ｒ パッケージ
１２０、２２０ アレイ部
１２２、２２２ レジスト
１２３、２２３ マスク
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ 発光素子部
１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ リッジ部
３００ 投影装置
３００Ｂ、３００Ｇ、３００Ｒ 半導体発光モジュール
３０２Ｂ、３０２Ｇ、３０２Ｒ レンズ
３０３Ｂ、３０３Ｇ ダイクロイックミラー
３０３Ｒ ミラー
３０４ 空間変調素子
３０５ 投射レンズ
３０６ スクリーン
１０００ レーザチップ
１００１ ｐ側電極
１００７ ｎ側電極
１００８ ハンダ層
１００９、１０１０ ヒートシンク

Claims (2)

  1. 基板と、
    前記基板の主面の上方において、前記主面に沿って配列され、各々が光を出射する三つ以上の発光素子部を有するアレイ部と、を備え、
    前記三つ以上の発光素子部の各々は、前記基板の上方に、前記基板側から順に配置される、第１導電型クラッド層と、Ｉｎを含む活性層と、第２導電型クラッド層と、を有し、
    前記三つ以上の発光素子部のうち配列方向の中央側に位置する発光素子部の前記活性層におけるＩｎ組成比は、前記配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部の前記活性層におけるＩｎ組成比より小さく、
    前記基板のオフ角は、前記三つ以上の発光素子部のうち前記配列方向の中央側に位置する発光素子部が配置される領域の方が、前記配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部が配置される領域より小さい
    半導体発光素子。
  2. 前記活性層は、井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造を有し、
    前記三つ以上の発光素子部のうち前記配列方向の中央側に位置する発光素子部の前記井戸層におけるＩｎ組成比は、前記配列方向の両方の端部側に位置する発光素子部の前記井戸層におけるＩｎ組成比より小さい
    請求項１記載の半導体発光素子。
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