WO2012150647A1 - スーパールミネッセントダイオード - Google Patents

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WO2012150647A1
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optical waveguide
mesa
sld
face
superluminescent diode
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PCT/JP2012/002539
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啓 大野
山中　一彦
折田　賢児
信一郎 能崎
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パナソニック株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • G02—OPTICS
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    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the present invention relates to a super luminescent diode, and more particularly to a super luminescent diode that emits light having a wavelength in the visible light region from blue purple to red.
  • LED Light Emitting Diode
  • LD Laser Diode
  • SLD Super Luminescent Diode
  • SLD optical coherence tomography
  • OCT optical coherence tomography
  • the SLD is a semiconductor light emitting device using an optical waveguide as in the LD, and spontaneous emission light generated by recombination of injected carriers is amplified by receiving a high gain due to stimulated emission while traveling in the direction of the light emitting end face, It is emitted from the light exit end face.
  • the SLD is configured so as to suppress the formation of an optical resonator due to end face reflection and to prevent laser oscillation in the Fabry-Perot mode. Therefore, in the SLD, the laser output is suppressed by reducing the mode reflectivity by adopting a structure in which the light emitting end face is inclined with respect to the optical waveguide, for example.
  • Such an SLD exhibits an incoherent and broadband spectral shape as in a normal light emitting diode, and can obtain light emission with a narrow emission angle.
  • FIG. 20 is a diagram showing current-light output characteristics of SLDs and LDs.
  • the SLD does not have a clear oscillation threshold (Ith) like the LD, and at the rise of the optical output, as shown by the region Ex, the light is exponentially generated by optical amplification. The output is increased.
  • Ith clear oscillation threshold
  • the optical output P O when the light that occurred in the light emitting layer is emitted from the exit end propagates while being light amplified in the optical waveguide has the following formula (1) Can be represented by
  • L is the length of the optical waveguide
  • ⁇ v is the optical confinement factor in the vertical direction in the optical waveguide
  • g (J) is the optical gain of the light emitting layer at the current density J
  • ⁇ i is in the optical waveguide.
  • A represents a coefficient representing the proportion of spontaneous emission light in the light emitting layer coupled to the optical waveguide mode
  • z represents the position (0 ⁇ z ⁇ L) in the optical waveguide.
  • the SLD has a problem that the rise of the optical output becomes exponential, so that the rise is delayed as compared with the LD, and the operating current (Iop) becomes large.
  • the luminous efficiency of the SLD is as large as possible. Therefore, in SLD, it is very important how to reduce the rising current (operating current) corresponding to the LD threshold value (Ith).
  • Equation 1 as one means for reducing the rising current of the SLD, increasing the spontaneous emission light coupling coefficient A can be mentioned.
  • the spontaneous emission light coupling coefficient A it is only necessary to increase the effective refractive index difference ⁇ n between the inside and the outside of the optical waveguide.
  • the refractive index difference ⁇ n of the optical waveguide varies depending on the structure of the optical waveguide.
  • Patent Document 1 or Patent Document 2 discloses a semiconductor laser having an optical waveguide having a deep mesa structure.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device having an optical waveguide with a shallow mesa structure.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device having an optical waveguide having a deep mesa structure.
  • a semiconductor light emitting device 1001 having an optical waveguide having a shallow mesa structure has a buffer layer 1011, an n-type lower cladding layer 1012, an n-type lower guide layer 1013, and a light-emitting layer 1014 on a substrate 1010.
  • a p-type upper guide layer 1015 and a p-type upper clad layer 1016 are sequentially formed.
  • a striped shallow mesa portion 1031 is formed as a ridge type optical waveguide.
  • a dielectric insulating layer 1017 having an opening exposing the top surface of the shallow mesa portion 1031 is formed.
  • a p-side electrode 1018 is formed on the top surface of the shallow mesa portion 1031 so as to cover the opening of the dielectric insulating layer 1017.
  • a pad electrode 1019 electrically connected to the p-side electrode 1018 is formed on the dielectric insulating layer 1017 including the p-side electrode 1018. Note that an n-side electrode 1020 is formed on the back surface of the substrate 1010.
  • the semiconductor light emitting device 1002 having the optical waveguide having the deep mesa structure also has the same semiconductor stacked body as the semiconductor light emitting device 1001 of FIG. 21A.
  • the semiconductor light emitting device 1002 having a deep mesa structure optical waveguide has a deep mesa portion 1032 having a structure dug up to the lower cladding layer 1012 as an optical waveguide. Is formed.
  • an optical waveguide having a deep mesa structure as shown in FIG. 21B is preferable to an optical waveguide having a shallow mesa structure as shown in FIG. 21A.
  • the optical waveguide has a deep mesa structure to reduce the threshold and parasitic capacitance, and in the case of a curved optical waveguide, it reduces bending loss in the optical waveguide. Can be.
  • the problem of damage in dry etching when forming a deep mesa structure is the same in an SLD made of a nitride semiconductor that can emit light having a wavelength of about 400 nm to 550 nm.
  • an SLD made of a nitride semiconductor that can emit light having a wavelength of about 400 nm to 550 nm.
  • the spontaneous emission optical coupling coefficient A becomes small, and the adverse effect on the characteristics becomes more significant than in the case of the semiconductor laser, and the rising current is large.
  • an optical waveguide having a shallow mesa structure cannot be simply used.
  • the conventional SLD has a problem that it is difficult to improve efficiency.
  • the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a highly efficient superluminescent diode.
  • one embodiment of a superluminescent diode according to the present invention includes a laminate including a first cladding layer, a light emitting layer, and a second cladding layer in this order on a substrate.
  • a superluminescent diode comprising: a multilayered structure having a refractive index guided optical waveguide; and the second cladding layer is processed so that the optical waveguide has a first width. Processing the first cladding layer, the light emitting layer, and the second cladding layer so as to have a first mesa portion formed by a second width that is larger than the first width. And a second mesa portion formed by the above.
  • the distance between the side surface of the first mesa portion and the side surface of the second mesa portion is 0.1 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less. preferable.
  • the distance between the side surface of the first mesa portion and the side surface of the second mesa portion is configured to be constant over the entire optical waveguide. May be.
  • the effective spontaneous emission optical coupling coefficient can be maximized over the entire optical waveguide.
  • the first width and the second width are formed so as to gradually change in the light propagation direction of the optical waveguide. May be.
  • the optical amplification effect in the optical waveguide can be increased, so that a more efficient superluminescent diode can be realized.
  • the optical waveguide is formed in a straight line, and the normal lines of the front end surface and the rear end surface of the optical waveguide are in the extension axis of the optical waveguide. You may comprise so that it may incline with respect.
  • the optical waveguide is formed in a straight line, and the normal line of the front end surface of the optical waveguide is inclined with respect to the extending axis of the optical waveguide.
  • the normal line of the rear end face of the optical waveguide may be configured to be parallel to the extending axis of the optical waveguide.
  • a single-emission superluminescent diode having a reflection end face and an inclined light emission end face can be easily realized with only a linear optical waveguide with small waveguide loss.
  • the optical waveguide includes a straight waveguide portion and a curved waveguide portion, and one end face of the curved waveguide portion is a front end of the optical waveguide. And one end face of the straight waveguide portion may be a rear end face of the optical waveguide.
  • a radius of curvature of the curved waveguide portion is 1000 ⁇ m or more.
  • a high reflectance layer made of a dielectric multilayer film is formed on the rear end face.
  • a low reflectance layer made of a dielectric single layer film or a multilayer film is formed on the front end face.
  • the reflectance at the front end face can be minimized, and a highly efficient superluminescent diode can be realized.
  • a low reflectance layer made of a dielectric single layer film or a multilayer film is formed on the front end face and the rear end face.
  • the second mesa portion may be configured to have a convex portion formed apart from the first mesa portion.
  • the band gap of the light emitting layer immediately below the first mesa portion includes a side surface of the first mesa portion and a side surface of the second mesa portion. It is good also as a structure smaller than the band gap of the light emitting layer directly under the 2nd mesa part in between.
  • the light emitting layer immediately below the first mesa portion and the light emitting layer immediately below the second mesa portion are in the stacking direction of the stacked body. It is preferred that they are located at different depths.
  • the light emitted from the light emitting layer immediately below the first mesa portion can be prevented from being absorbed in the light emitting layer from the side surface of the first mesa portion to the side surface of the second mesa portion.
  • an effective spontaneous emission light coupling coefficient can be increased, a highly efficient superluminescent diode can be realized.
  • the stacked body is Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ⁇ x, y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1). It is good also as a structure which consists of a group III nitride semiconductor represented by this.
  • a superluminescent diode that emits blue light can be used as a white light source by combining with a yellow phosphor or by combining with a green phosphor and a red phosphor.
  • the stacked body includes Al x Ga y In 1-xy As z P 1-z (where 0 ⁇ x, y, z ⁇ 1, (0 ⁇ x + y ⁇ 1))
  • This configuration can be used as a red light source. Further, by forming a white light source using each of the superluminescent diodes that emit blue, green, and red, it is possible to realize a backlight light source and a display light source with high color reproducibility.
  • the second cladding layer is made of a conductive transparent material having a refractive index of 2.5 or less, and the conductive transparent material is an electrode. It is good also as a structure which functions as.
  • This conductive transparent material is preferably ITO (Indium Tin Oxide).
  • the height of the first mesa portion is preferably 150 nm or less.
  • the first cladding layer is made of Al x In 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 1), and the refractive index of the first cladding layer is Is preferably 2.4 or less.
  • the optical confinement factor ⁇ v in the vertical direction in the optical waveguide can be increased over the blue to green wavelength region. Thereby, it is possible to realize a blue and green super luminescent diode of higher efficiency.
  • a highly efficient superluminescent diode can be realized.
  • FIG. 1A is a plan view of a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention taken along line A-A ′ of FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention taken along line B-B ′ of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) for explaining a semiconductor laminated body crystal growth step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a plan view of a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) for explaining a first mesa portion forming step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) for explaining a second mesa portion forming step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) for explaining an end face groove forming step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2E is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) for explaining a dielectric insulating layer forming step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2F is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) for explaining a p-side electrode forming step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • 2G is an element cross-sectional view (a), an element plan view (b), and a wafer plan view for explaining a pad electrode formation step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention (FIG. c).
  • FIG. c is an element cross-sectional view (a), an element plan view (b), and a wafer plan view for explaining a pad electrode formation step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2H is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) for explaining an n-side electrode forming step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2I is a wafer plan view for explaining an element isolation step in the method for manufacturing a superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a plan view schematically showing the operation of the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing the operation of the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows an optical waveguide refractive index difference ⁇ n and spontaneous emission optical coupling between an SLD element having a shallow mesa structure optical waveguide (Comparative Example 1) and an SLD element having a deep mesa structure optical waveguide (Comparative Example 2). It is a figure which shows the relationship with a rate or the critical angle of a waveguide.
  • FIG. 5A is a plan view of a superluminescent diode according to Comparative Example 2 having an optical waveguide having a deep mesa structure in which the depth of the deep mesa portion is Hb.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of a superluminescent diode according to Comparative Example 2 shown in FIG. 5A.
  • FIG. 5A is a plan view of a superluminescent diode according to Comparative Example 2 having an optical waveguide having a deep mesa structure in which the depth of the deep mesa portion is Hb.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of a
  • FIG. 6 schematically shows current-light output characteristics of each of the semiconductor light emitting devices of the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention, the superluminescent diode according to comparative example 1, and the semiconductor laser.
  • FIG. FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the mesa distance d and the rising current (Iop) or slope efficiency (Se) when the optical output is 5 mW in the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the mesa distance d and the operating current (Iop) when the optical output is 50 mW in the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the effect of the intermesa distance in the superluminescent diode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a plan view of a semiconductor laser including an optical waveguide having a two-stage mesa structure.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of a semiconductor laser including the optical waveguide having the two-stage mesa structure shown in FIG. 9A.
  • FIG. 10 compares threshold current Ith, slope efficiency Se (at 50 mW output), and operating current Iop (at 50 mw output) in a nitride semiconductor laser having an optical waveguide with a shallow mesa structure, a two-stage mesa structure, and a deep mesa structure.
  • FIG. 11A is a plan view of a superluminescent diode according to Modification 1 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to Modification 1 of the first embodiment of the present invention taken along the line A-A ′ of FIG. 11A.
  • FIG. 12A is a plan view of a superluminescent diode according to Modification 2 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the second modification of the first embodiment of the present invention taken along the line A-A ′ of FIG. 12A.
  • FIG. 13A is a plan view of a superluminescent diode according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the second embodiment of the present invention taken along line A-A ′ of FIG. 13A.
  • FIG. 14A is a plan view of a superluminescent diode according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the third embodiment of the present invention taken along line A-A ′ of FIG. 14A.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the radius of curvature of the arc portion of the curved waveguide portion and the slope efficiency in the superluminescent diode according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16A is a plan view of a superluminescent diode according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the fourth embodiment of the present invention taken along line A-A ′ of FIG. 16A.
  • FIG. 17A is a plan view of a superluminescent diode according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the fifth embodiment of the present invention taken along line A-A ′ of FIG. 17A.
  • FIG. 18A is a plan view of a superluminescent diode according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A is a plan view of a superluminescent diode according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the sixth embodiment of the present invention taken along line A-A ′ of FIG. 18A.
  • FIG. 19A is a plan view of a superluminescent diode according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view of the superluminescent diode according to the seventh embodiment of the present invention taken along line A-A ′ of FIG. 19A.
  • FIG. 20 is a diagram showing current-light output characteristics of the semiconductor laser and the superluminescent diode.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device having an optical waveguide with a shallow mesa structure.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device having an optical waveguide having a deep mesa structure.
  • c, a, and m indicate the plane orientation of the hexagonal GaN-based crystal.
  • c represents a normal vector whose plane orientation is the (0001) plane, that is, the c axis
  • a represents a normal vector of the (11-20) plane and its equivalent plane, that is, the a axis.
  • M represents a normal vector of the (1-100) plane and its equivalent plane, that is, the m-axis.
  • the minus sign “ ⁇ ” attached to the Miller index in the plane orientation represents the inversion of one index following the minus sign for convenience.
  • the most general plane orientation is shown in the nitride semiconductor shown in the drawing, but the plane orientation of the crystal is not limited to this, and any plane orientation may be used. Absent.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily illustrated strictly.
  • symbol is attached
  • a super luminescent diode (SLD) 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the SLD 100 according to this embodiment is an SLD element made of a nitride semiconductor, and will be described as a blue SLD element that outputs blue light having a wavelength of about 400 to 450 nm.
  • the SLD 100 includes a stacked body including at least a first cladding layer, a light emitting layer, and a second cladding layer in this order on a substrate.
  • a refractive index waveguide type optical waveguide having a shallow first mesa portion and a deep second mesa portion is provided.
  • the optical waveguide in the present embodiment is connected to the front end face (light emitting end face) at an angle and is connected to the rear end face perpendicularly.
  • FIG. 1A is a plan view of an SLD according to the first embodiment of the present invention.
  • 1B is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along line AA ′ in FIG. 1A
  • FIG. 1C is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along line BB ′ in FIG. 1A. is there.
  • an SLD 100 includes a substrate 10 made of n-type GaN, and a buffer layer 11 made of n-type (first conductivity type) GaN on the substrate 10, Lower cladding layer 12 (first cladding layer) made of n-type AlGaN, lower guide layer 13 (first guide layer) made of n-type GaN, light emitting layer 14 (active layer) having a multiple quantum well structure, undoped Alternatively, an upper guide layer 15 made of p-type (second conductivity type) GaN and a p-type upper clad layer 16 (second clad layer) which is a strained superlattice layer made of AlGaN and GaN are sequentially formed.
  • a stacked semiconductor layer Although not shown, a carrier overflow suppression (OFS: Over-Flow Suppression) layer made of AlGaN is formed between the upper guide layer 15 and the upper cladding layer 16. Has a contact layer made of p-type GaN.
  • OFFS Over-Flow Suppression
  • the upper cladding layer 16 has a ridge-shaped first mesa portion 31 having a predetermined ridge width W1 (stripe width) which is a first width and a predetermined height H1 which is a first height. Is formed.
  • the first mesa portion 31 is formed by processing the upper cladding layer 16 into a vertical mesa structure so as to have a predetermined ridge width W1.
  • the first mesa portion 31 in the present embodiment is convex in the direction perpendicular to the main surface of the substrate 10 and is formed in a stripe shape in plan view as shown in FIG. 1A.
  • a portion where the first mesa portion 31 is not formed is a flat portion of a thin film.
  • a second mesa portion 32 dug up to a depth reaching the lower cladding layer 12 is formed outside the first mesa portion 31. That is, the second mesa portion 32 has a predetermined ridge width W2 (stripe width) that is a second width larger than the ridge width W1 of the first mesa portion 31, and the height of the first mesa portion 31.
  • the height H2 is higher than the height H1.
  • the second mesa portion 32 is formed into a vertical mesa structure from the uppermost layer to a part of the lower cladding layer 12 so that the semiconductor layered body outside the first mesa portion 31 has a predetermined ridge width W2. It is formed by doing.
  • the second mesa portion 32 in the present embodiment is convex in the direction perpendicular to the main surface of the substrate 10, and is formed in a stripe shape in plan view as shown in FIG. 1A. Yes.
  • the portion where the second mesa portion 32 is not formed is a flat portion of the thin film.
  • the optical waveguide 21 in the present embodiment is an optical waveguide having a two-stage mesa structure, and is wider than the first mesa portion 31 having the upper cladding layer 16 as the ridge side surface and the first mesa portion 31. And at least a second mesa portion 32 having the light emitting layer 14 as a ridge side surface.
  • the spontaneous emission light coupling coefficient A in the above (Equation 1) can be increased.
  • the light output can be increased, so that the rising current can be reduced and the efficiency can be improved.
  • the optical waveguide 21 having a two-step mesa structure is a dielectric insulating layer made of SiO 2 formed so as to have an opening on the top surface of the first mesa portion 31 (above the convex portion of the upper cladding layer 16). 17.
  • the dielectric insulating layer 17 constitutes the side surface of the upper cladding layer 16 constituting the ridge side surface of the first mesa portion 31, the upper surface of the flat portion of the upper cladding layer 16, and the ridge side surface of the second mesa portion 32.
  • the upper cladding layer 16, the upper guide layer 15, the light emitting layer 14, the lower guide layer 13, and the lower cladding layer 12 are formed on the side surfaces of the layers, and on the upper surface of the flat portion of the lower cladding layer 12.
  • a p-side electrode 18 is formed on the top surface of the first mesa portion 31 (above the convex portion of the upper clad layer 16) so as to fill the opening of the dielectric insulating layer 17.
  • a pad electrode 19 electrically connected to the p-side electrode 18 is formed on the p-side electrode 18 and the dielectric insulating layer 17.
  • An n-side electrode 20 is formed on the back surface of the substrate 10, that is, on the surface of the substrate 10 opposite to the surface on which the lower cladding layer 12 is formed.
  • an end surface groove portion 41 is formed by etching on the front surface 51 of the SLD element, and an inner surface of the end surface groove portion 41 is configured as a front end surface 42 of the optical waveguide 21.
  • the front end face 42 is a light emitting end face through which light emitted from the light emitting layer 14 propagates through the optical waveguide 21 and is emitted to the outside of the device, and is formed so as to form a certain angle with respect to the front face 51. That is, the normal line of the front end face 42 of the optical waveguide 21 is inclined with respect to the extending axis (stripe axis) of the optical waveguide 21.
  • the front end surface 42 is a low reflection surface so that light propagating through the optical waveguide 21 is radiated to the outside of the element.
  • a low-reflectivity surface can be obtained by forming a low-reflectivity layer made of a dielectric single layer film or multilayer film on the front end face 42.
  • the reflectance at the front end face 42 can be minimized by making the front end face 42 a low reflection face.
  • the rear surface 52 is configured by forming a dielectric multilayer film 54 on the rear end surface 43 of the optical waveguide 21.
  • the dielectric multilayer film 54 is a high reflectance layer in which dielectric films such as SiO 2 / ZrO 2 are laminated.
  • the rear end surface 43 of the optical waveguide is configured to be parallel to the rear surface 52. That is, the normal line of the rear end face 43 of the optical waveguide 21 is parallel to the extending axis of the linear optical waveguide 21.
  • the element side surface 53 of the SLD is an element isolation surface.
  • the end surface groove portion 41 in the front surface 51 is an etching groove formed by etching up to a depth reaching the substrate 10 as shown in FIG. 1C.
  • the surface of the end face groove 41 exposed by etching is covered with the dielectric insulating layer 17.
  • FIGS. 2A to 2I are a cross-sectional view and a plan view for explaining each step in the method of manufacturing the SLD 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the plane orientation of the main surface is the (0001) plane and the carrier concentration is 1 ⁇ .
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the substrate 10 made of n-type hexagonal GaN of about 10 18 cm ⁇ 3
  • a buffer layer 11 made of n-type GaN having a thickness of 1 ⁇ m, n-type Al 0.05 Ga 0.
  • the lower cladding layer 12 made of 95 N is grown sequentially.
  • a lower guide layer 13 made of n-type GaN having a thickness of 0.10 ⁇ m, a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N, and In 0.16 Ga 0.
  • MQW multiple quantum well
  • an upper guide layer 15 made of undoped or p-type GaN having a thickness of 0.05 ⁇ m is grown on the light emitting layer 14.
  • a carrier overflow suppression layer (OFS layer) made of Al 0.20 Ga 0.80 N having a thickness of 10 nm is grown on the upper guide layer 15.
  • a p-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer having a thickness of 2 nm and a GaN layer are repeated for 120 periods, and a strained superlattice layer having a thickness of 0.50 ⁇ m.
  • the upper clad layer 16 is grown.
  • a contact layer made of p-type GaN having a thickness of 0.05 ⁇ m is grown on the upper cladding layer 16.
  • a wafer 110 having a semiconductor laminate formed on the substrate 10 can be obtained.
  • each n-type semiconductor layer is doped with, for example, silicon (Si) as a donor impurity to a concentration of about 5 to 10 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • Each p-type semiconductor layer is doped with, for example, magnesium (Mg) as an acceptor impurity at a concentration of about 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the uppermost p-type contact layer is doped with Mg at a high concentration of about 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the OFS layer has a large band gap by setting the Al composition as high as 20%.
  • the OFS layer having a large band gap has higher mobility of electrons flowing in the conduction band than holes flowing in the valence band, carriers pass through the light-emitting layer 14 and are not generated in the semiconductor layers other than the light-emitting layer 14. It is possible to suppress recombination of light emission.
  • the structure of the semiconductor stacked body according to this embodiment is an example, and the structure and growth method of the semiconductor stacked body are not limited to the above-described embodiment.
  • a crystal growth method for forming a semiconductor stacked body in addition to the MOCVD method, a molecular beam growth (Molecular Beam Epitaxy: MBE) method or a chemical beam growth (Chemical Beam Epitaxy: CBE) method is used.
  • a method capable of growing the semiconductor stacked body may be used.
  • trimethyl gallium (TMG) is used as a Ga raw material
  • trimethyl indium (TMI) is used as an In raw material
  • trimethyl aluminum (TMA) is used as an Al raw material
  • ammonia (NH 3 ) May be used.
  • silane (SiH 4 ) gas may be used for the Si raw material that is an n-type impurity
  • biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) may be used for the Mg raw material that is a p-type impurity.
  • a first SiO 2 film (not shown) having a thickness of 200 nm is deposited on the entire surface of the p-type contact layer by CVD. Thereafter, the wafer 110 is heat-treated in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature of 850 ° C. for 20 minutes to activate Mg of each p-type semiconductor layer.
  • N 2 nitrogen
  • the first SiO 2 film is patterned by performing etching on the first SiO 2 film by lithography and dry etching using a RIE (Reactive Ion Etching) method or the like, thereby forming the first mesa portion 31.
  • a first mask film made of SiO 2 is formed in the region.
  • ICP Inductively Coupled Plasma dry etching with chlorine gas such as chlorine (Cl 2 ) gas, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) gas, boron trichloride (BCl 3 ), or the like.
  • chlorine gas such as chlorine (Cl 2 ) gas, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) gas, boron trichloride (BCl 3 ), or the like
  • BHF buffered hydrofluoric acid solution
  • the 1st mesa part 31 whose ridge width is W1 and height is H1 can be formed.
  • the ridge width (bottom width) W1 of the first mesa portion 31 is about 1.5 ⁇ m.
  • the ridge width W1 is preferably 1 to 20 ⁇ m.
  • the second SiO 2 film is 200nm thick is deposited on the entire surface of the wafer, as before by RIE to pattern the SiO 2 film, a second of SiO 2 A mask film is formed. Thereafter, ICP dry etching using a chlorine-based gas is performed, and the second mask film is removed with BHF, whereby the ridge width is W2 and the height is H2 as shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the second mesa portion 32 can be formed.
  • the etching depth which is the height H2 of the second mesa portion 32, needs to be at least a depth that reaches the lower cladding layer 12, and is set to 1 ⁇ m in this embodiment.
  • the distance between the side surface of the first mesa unit 31 and the side surface of the second mesa unit 32 (hereinafter referred to as “mesa distance d”) is 1.5 ⁇ m.
  • the inter-mesa distance d can be expressed by half the difference between the ridge width W2 of the second mesa portion 32 and the ridge width W1 of the first mesa portion 31 ((W2 ⁇ W1) / 2). it can.
  • the inter-mesa distance d is preferably about 0.1 to 2.0 ⁇ m.
  • the depth of the end face groove 41 is 3 ⁇ m.
  • a front end surface 42 which is a side surface of the end surface groove 41 is set back from the front surface 51 of the element. For this reason, in order to prevent light from being kicked (reflected or scattered) by the bottom of the end surface groove portion 41, the depth of the end surface groove portion 41 is desirably deep, and is preferably at least 2 ⁇ m or more.
  • the end face groove portion 41 is formed so that the front end face 42 is inclined with respect to the optical waveguide 21.
  • the reflectance of the front end face 42 (mode reflectivity to the waveguide) can be greatly reduced, and laser oscillation can be suppressed to enable SLD operation.
  • the inclination angle of the front end face 42 is preferably about 5 to 20 degrees, and is 10 degrees in the present embodiment.
  • a dielectric insulating layer 17 made of a fourth SiO 2 film having a thickness of 300 nm is again deposited on the entire surface of the wafer by CVD.
  • an opening that exposes the top surface of the first mesa 31, that is, the p-type contact layer, is formed in the dielectric insulating layer 17 by lithography and wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution. Note that the opening of the dielectric insulating layer 17 may be formed by etching back a resist film instead of the lithography method.
  • the opening of the dielectric insulating layer 17 is just filled by electron beam evaporation, that is, the dielectric insulating film layer 17 and the opening
  • a p-side electrode 18 made of palladium (Pd) / platinum (Pt) is formed in the same planar shape.
  • the p-side electrode 18 was formed with the Pd film and the Pt film both having a thickness of 50 nm. Thereafter, by applying a heat treatment at a temperature of 400 ° C., a good contact resistance of 2 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ cm 2 or less can be obtained.
  • the p-side electrode 18 is electrically connected to the dielectric insulating layer 17 including the p-side electrode 18 by lithography and electron beam evaporation.
  • a pad electrode 19 made of titanium (Ti) / platinum (Pt) / gold (Au) is formed so as to be connected to the electrode.
  • the film thicknesses of Ti, Pt, and Au were 50 nm, 50 nm, and 500 nm, respectively.
  • the substrate 10 is generally in the state of a wafer 110, and a plurality of SLD elements are formed in a matrix on the main surface of the substrate 10. Accordingly, when the individual SLD elements are divided from the substrate 10 in the state of the wafer 110 by cleavage, if the pad electrodes 19 are continuously formed between the elements, the p-side electrode 18 in close contact with the pad electrodes 19 becomes p. There is a risk of peeling from the contact layer of the mold. Therefore, it is desirable that the pad electrode 19 be formed so as to be separated between adjacent chips.
  • the heat generated from the light emitting layer 14 can be effectively dissipated. That is, the reliability of the SLD element can be improved by the plated electrode made of Au having a thickness of 3 ⁇ m or more. As shown in FIG. 2G (c), the end face groove 41 is formed in common with adjacent SLD elements.
  • N-side electrode forming step Next, the back surface of the substrate 10 is ground and polished to reduce the thickness of the substrate 10 to about 100 ⁇ m. Thereafter, as shown in FIGS. 2A and 2B, an n-side electrode 20 made of Ti / Pt / Au is formed on the back surface of the thinned substrate 10.
  • the film thicknesses of Ti, Pt, and Au were 10 nm, 50 nm, and 100 nm, respectively. With this configuration, a good contact resistance of about 1 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ cm 2 can be realized.
  • the electrode pattern may be formed by a lithography method and a vapor deposition lift-off method.
  • a mechanical polishing method using diamond slurry or colloidal silica or a chemical mechanical polishing method using an alkaline solution such as a potassium hydroxide (KOH) solution at the same time may be used.
  • the wafer 110 is cut along the first cutting line 55 to perform primary separation in which the SLD elements are divided into bar states that are connected in a horizontal row. Thereby, the front surface 51 and the rear end surface 43 of the SLD element are formed.
  • the wafer is cut by cleaving using the cleaving property of the wafer.
  • a groove formed by scribing with a diamond needle or scribing using a laser may be formed on the first cutting line 55 of the wafer 110 at an appropriate time to use as an auxiliary groove for cleavage.
  • the scribe groove may be formed only at the end portion of the first cutting line 55, or may be formed in a broken line shape between the elements. Thereafter, braking is performed along the first cutting line 55, and the front and rear surfaces can be formed by performing primary cleavage.
  • a dielectric multilayer made of, for example, SiO 2 / TiO 2 having a reflectivity of 90% or more is formed on the rear end face 43 of the bar in which a plurality of SLD elements are arranged in a row by CVD or sputtering.
  • a film 54 is formed.
  • a dielectric single layer film or a multilayer film having a reflectance of 1% or less may be formed on the front end face 42 by the same CVD method or sputtering method. In this case, the dielectric insulating layer 17 protecting the front end face 42 may be removed as appropriate.
  • an auxiliary groove is formed in the second cutting line 56 in a direction parallel to the longitudinal direction of the resonator by a scribing with a diamond needle or a scribing using a laser, as appropriate. Separation (secondary cleavage) is performed. Thereby, an element can be divided
  • the blue SLD element can be manufactured by mounting the SLD element in a desired package such as a CAN package and wire wiring.
  • 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view for explaining a device operation inside the SLD 100 according to the present embodiment shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the current 61 injected from the p-side electrode 18 is generated in the light emitting layer 14 immediately below the p-side electrode 18 as shown in FIG. 3B.
  • the light emitted at the light emitting point 70 in the light emitting layer 14 is randomly emitted in all directions.
  • light emission in the in-plane direction of the light emitting layer 14 is considered.
  • the incident angle to the first mesa unit 31 among the light emitted from the light emitting point 70 is the first. Only light that is larger than one critical angle ⁇ C1 causes total reflection on the side surface of the first mesa portion 31. The totally reflected light is guided in the optical waveguide 21 as the first propagating light 71 in the first mesa 31.
  • the incident angle to the first mesa unit 31 is smaller than the first critical angle ⁇ C1 and the incident angle to the second mesa unit 32 is the second.
  • Light larger than the critical angle ⁇ C2 of the second part causes total reflection on the side surface of the second mesa portion 32.
  • the totally reflected light is guided in the optical waveguide 21 as the second propagation light 72 in the first mesa portion 31 and the second mesa portion 32.
  • the remaining light that is, light whose incident angle to the second mesa portion 32 is smaller than the second critical angle ⁇ C2 is emitted as radiated light 73 outside the optical waveguide 21.
  • an SLD element (Comparative Example 1) having an optical waveguide having a shallow mesa structure in which the height of the shallow mesa portion 31A is Ha and a deep mesa structure in which the height of the deep mesa portion 32A is Hb (> Ha).
  • Characteristics with the SLD element having the optical waveguide (Comparative Example 2) will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 shows an optical waveguide refractive index difference ⁇ n and spontaneous emission optical coupling between an SLD element having a shallow mesa structure optical waveguide (Comparative Example 1) and an SLD element having a deep mesa structure optical waveguide (Comparative Example 2). It is a figure which shows the relationship with a rate or the critical angle of a waveguide.
  • the critical angle ⁇ C is 85 degrees or more, and the light that is emitted randomly in the in-plane direction (spontaneously emitted light) propagates in the optical waveguide.
  • the ratio of light to be emitted is less than 10%.
  • the refractive index difference between the dielectric insulating layer covering the deep mesa portion 32A and the semiconductor layer remains as it is. Since ⁇ n, ⁇ n can be increased to 1 or more.
  • the critical angle ⁇ C can be set to 30 degrees or less.
  • the spontaneous emission light coupling rate can be set to 70% or more, and can be about 10 times the spontaneous emission light coupling rate of the comparative example 1.
  • the spontaneous emission light coupling coefficient A in (Equation 1) described above is proportional to the spontaneous emission light coupling rate. Accordingly, the rising current of the SLD can be reduced as the value of the spontaneous emission light coupling rate is larger. That is, in the SLD, it is desirable to have a deep mesa structure ideally.
  • FIG. 5A is a plan view of an SLD according to Comparative Example 2 having an optical waveguide having a deep mesa structure in which the depth of the deep mesa portion 32A is Hb
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the SLD.
  • an optical waveguide having a two-stage mesa structure including a first mesa portion 31 and a second mesa portion 32 is used.
  • the optical waveguide have a two-stage mesa structure, current confinement can be performed in the first mesa unit 31, and the second propagating light 72 is confined in the waveguide in the second mesa unit 32. be able to.
  • the spontaneous emission light coupling coefficient A can be increased while suppressing the influence of non-radiative recombination in the second mesa portion 32. Therefore, the rising current can be reduced and the slope efficiency can be improved, and a highly efficient SLD can be realized.
  • the region immediately below the first mesa unit 31 in the second mesa unit 32 is the current injection region 62 into which the current 61 is injected.
  • the current injection region 62 carrier inversion distribution occurs in the operation state of the SLD, the light emitting layer 14 becomes transparent, and an optical amplification effect occurs.
  • the current 61 is injected into a region other than the region immediately below the first mesa unit 31 in the second mesa unit 32, that is, the region of the second mesa unit 32 positioned outside the first mesa unit 31.
  • the current non-injection region 63 increases as the mesa distance d increases. Therefore, if the inter-mesa distance d is too large, the second propagating light 72 is all absorbed in the light emitting layer 14 in the current non-injection region 63. In this case, an optical waveguide having the same structure as a normal shallow mesa structure is effectively obtained.
  • the effect of the second propagating light 72 being coupled in the optical waveguide while suppressing the influence of non-radiative recombination in the side surface portion of the second mesa portion 32 is achieved. It was found that the rising current of the SLD can be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing current-light output characteristics of each of the semiconductor light emitting devices of the SLD according to the present embodiment (the present invention), the SLD according to the comparative example 1 (comparative example 1), and the LD.
  • FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the mesa distance d and the rising current (Iop) or the slope efficiency (Se) when the optical output is 5 mW in the SLD according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing current-light output characteristics of each of the semiconductor light emitting devices of the SLD according to the present embodiment (the present invention), the SLD according to the comparative example 1 (comparative example 1), and the LD.
  • FIG. 7A is a diagram showing the relationship between the mesa distance d and the rising current (Iop) or the slope efficiency (Se) when the optical output is 5 mW in the SLD according to the present embodiment.
  • Iop rising current
  • Se slope efficiency
  • 7B is a diagram showing the relationship between the mesa distance d and the operating current (Iop) when the optical output is 50 mW in the SLD according to the present embodiment.
  • the ridge width W1 of the first mesa portion 31 is 1.5 ⁇ m
  • the inter-mesa distance d is the distance from the ridge side surface of the first mesa portion 31.
  • the length L of the optical waveguide was 800 ⁇ m.
  • the SLD according to the present invention having the optical waveguide having the two-stage mesa structure can reduce the rising current as compared with the SLD according to the comparative example 1 having the optical waveguide having the shallow mesa structure.
  • the slope efficiency can be increased and the operating current can be reduced.
  • the slope efficiency (Se) can be expressed by the change amount of light output ( ⁇ Pout / ⁇ Iop) with respect to the change amount of current.
  • the above-described effects in the SLD according to the present embodiment depend on the mesa distance d. As shown in FIGS. 7A and 7B, the characteristics are improved when the mesa distance d is about 0.5 to 2.0 ⁇ m. It was found that about 1.5 ⁇ m is optimal.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the effect of the intermesa distance in the SLD according to the first embodiment of the present invention.
  • the SLD has a characteristic improving effect only when the inter-mesa distance d is within a certain range.
  • a characteristic improvement effect is seen when the inter-mesa distance d is in the range of about 0.5 to 2.0 ⁇ m.
  • the effect of carrier loss due to non-radiative recombination is large due to the influence of surface damage due to dry etching, and the inter-mesa distance d is 0.5 to 2.0 ⁇ m.
  • the lower limit of the optimum range of the intermesa distance d can be further reduced by removing the surface damage layer.
  • a method for removing the surface damage layer a method for removing the surface damage layer with an acid such as sulfuric acid, phosphoric acid, or hydrofluoric acid, or a regrowth of a nitride semiconductor layer of about several nm to several tens of nm on the etching surface and side surfaces There is a way.
  • a preferable range of the intermesa distance d is 0.1 or more and 2.0 or less.
  • FIG. 9A is a plan view of a semiconductor laser including an optical waveguide having a two-stage mesa structure similar to the SLD according to the present embodiment.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the semiconductor laser.
  • the semiconductor laser 102 having a two-stage mesa optical waveguide has the same structure as FIGS. 1A and 1B except that the front end face 42L is an end face perpendicular to the extending axis of the optical waveguide.
  • the configuration is similar to that of the SLD 100 shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the semiconductor laser 102 shown in FIG. 9A also has the second propagating light 72 that propagates through the second mesa unit 32. Does not contribute.
  • FIG. 10 compares threshold current Ith, slope efficiency Se (at 50 mW output), and operating current Iop (at 50 mw output) in a nitride semiconductor laser having an optical waveguide with a shallow mesa structure, a two-stage mesa structure, and a deep mesa structure.
  • FIG. 10 the threshold value Ith, the slope efficiency Se, and the value of the operating current are shown with reference to a nitride semiconductor laser having an optical waveguide having a shallow mesa structure.
  • nitride semiconductor lasers with deep mesa-structured optical waveguides have higher threshold currents and operating currents due to the effects of non-radiative recombination in the deep mesa, resulting in deterioration of each characteristic.
  • no improvement in characteristics has been observed in a nitride semiconductor laser having an optical waveguide having a two-stage mesa structure. This is because in the semiconductor laser, the threshold current and the slope efficiency are hardly affected by the spontaneous emission light coupling coefficient A because the oscillation phenomenon in the resonator is used.
  • the spontaneous emission can be said to be the use efficiency of the seed light.
  • a large optical coupling coefficient A is very important for improving the characteristics.
  • the second mesa is formed by the optical waveguide having the two-stage mesa structure including the first mesa portion 31 and the second mesa portion 32.
  • the spontaneous emission light coupling coefficient A can be increased while suppressing the influence of non-radiative recombination in the portion 32.
  • the rising current can be reduced and the slope efficiency can be improved, so that the efficiency of the SLD having high directivity, high polarization, and low coherence can be improved.
  • the light absorption loss in the light emitting layer can be suppressed while suppressing the influence of non-radiative recombination by setting the inter-mesa distance d to be not less than 0.1 and not more than 2.0. . Thereby, an effective spontaneous emission light coupling coefficient can be increased within an optimum range.
  • the extending axis of the linear optical waveguide 21 is parallel to the element side surface 53 of the SLD 100.
  • the normal line of the front end surface 42 of the optical waveguide 21 is inclined with respect to the extending axis of the optical waveguide 21, and the normal line of the rear end surface 43 of the optical waveguide 21 is parallel to the extending axis of the optical waveguide 21. .
  • a single-emission SLD having a front end face 42 that is an inclined light emission end face and a rear end face 43 that is a reflection end face can be easily realized by using only a linear optical waveguide with a small waveguide loss.
  • FIG. 11A is a plan view of an SLD according to Modification 1 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the SLD according to Modification 1 along the line AA ′ in FIG. 11A.
  • the width of the optical waveguide 21 is constant, and the width is about 1.0 to 2.0 ⁇ m.
  • the ridge width W1 of the first mesa portion 31 and the ridge width W2 of the second mesa portion 32 are formed so as to gradually change in the light propagation direction of the optical waveguide 21C.
  • the optical waveguide 21 ⁇ / b> C has a tapered shape formed so that the ridge width W ⁇ b> 1 and the ridge width W ⁇ b> 2 gradually increase from the rear end face 43 toward the front end face 42.
  • the area of the light emitting layer 14 can be increased, so that the optical amplification effect in the optical waveguide 21C can be increased.
  • the mesa distance d is preferably constant even when the width of the optical waveguide 21C is changed as in this modification. Also, in this modification, it is known that the optimum interval of the inter-mesa distance d is substantially the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 12A is a plan view of an SLD according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view of the SLD according to Modification 2 along the line AA ′ in FIG. 12A.
  • the rear end face 43 is formed by cleaving.
  • the rear end face 43 is also the front end face. It is formed by forming an end face groove 41 as with 42.
  • the end surface groove portion 41 is formed on the rear surface 52 so that the rear end surface 43 forms an end surface perpendicular to the extending axis of the optical waveguide 21.
  • a non-reflective layer or a low reflectivity layer made of a dielectric single layer film or multilayer film can be formed on the front end face 42. Further, a high reflectivity layer made of a dielectric multilayer film can be formed on the rear end face 43.
  • FIG. 13A is a plan view of an SLD according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along line AA ′ in FIG. 13A.
  • the SLD 200 according to the second embodiment of the present invention is a nitride semiconductor blue SLD element, and includes an optical waveguide 221 inclined with respect to the front surface 51 and the rear surface 52 as shown in FIG. 13A.
  • each normal line on the front end face 42 and the rear end face of the optical waveguide 221 formed in a straight line is inclined with respect to the extending axis (stripe direction axis) of the optical waveguide 221.
  • the configuration is basically the same as that of the first embodiment except that the optical waveguide 221 is inclined with respect to the front surface 51 and the rear surface 52.
  • both the front end face 42 and the rear end face 43 that are inclined end faces can be formed by cleavage.
  • the structure can be simplified and the cost can be reduced as compared with the first embodiment, and a more efficient SLD element can be realized. Can be realized.
  • the SLD 200 according to the present embodiment is a dual emission SLD in which the rear end face 43 is also a light emission end face, and light is emitted from both the front end face 42 and the rear end face 43. Therefore, it is preferable to form a low reflectance layer made of a dielectric single layer film or multilayer film not only on the front end face 42 but also on the rear end face 43. Thereby, the reflectance at the front end face 42 and the rear end face 43 can be minimized, and a more efficient SLD can be realized.
  • FIG. 14A is a plan view of an SLD according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along the line AA ′ in FIG. 14A.
  • the SLD 300 according to the third embodiment of the present invention is a nitride semiconductor blue SLD element, and includes a linear straight waveguide portion 321A and a curved curved waveguide portion 321B as shown in FIG. 14A.
  • An optical waveguide 321 is provided.
  • the optical waveguide 321 is configured such that the curved waveguide portion 321B is connected to the front end face 42 while being inclined, and the straight waveguide portion 321A is connected perpendicularly to the rear end face 43.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment except that a part of the optical waveguide 321 is a curved waveguide portion 321B.
  • the radius of curvature of the arc portion 321B since a waveguide loss due to the bending of the arc portion occurs, it is desirable to make the radius of curvature of the arc portion as large as possible.
  • FIG. 15 is a diagram showing a relationship between the radius of curvature of the arc portion of the curved waveguide portion 321B and the slope efficiency in the SLD 300 according to the third embodiment of the present invention.
  • the radius of curvature at the arc portion of the curved waveguide portion 321B is preferably 1000 ⁇ m or more.
  • the curved waveguide portion 321B is formed on the front end face 42 side.
  • the curved waveguide portion 321B may be formed on the central portion or the rear end face 43 side of the optical waveguide 321.
  • the optical waveguide 321 is configured by the straight waveguide portion 321A and the curved waveguide portion 321B.
  • the structure can be simplified and the cost can be reduced, and a more efficient SLD element can be realized.
  • a single emission type SLD having a front end face 42 that is an inclined light emission end face and a rear end face 43 that is a reflection end face can be easily realized.
  • FIG. 16A is a plan view of an SLD according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along the line AA ′ in FIG. 16A.
  • the SLD 400 according to the fourth embodiment of the present invention is a nitride semiconductor blue SLD element, and has the same height as the first mesa portion 31 and the second mesa portion 32 as shown in FIG. 16B.
  • the pedestal portion 431 is formed in a convex shape so as to be separated from the first mesa portion 31 above the current non-injection region in the second mesa portion 32 by processing the upper cladding layer 16.
  • a concave portion is formed between the first mesa portion 31 and the pedestal portion 431.
  • the etching surface and the side surface of the deep mesa structure remain damaged by dry etching at the time of manufacturing the mesa structure, and the outermost surface exposed by dry etching is likely to be n-type. Therefore, in the deep mesa structure, the side surface of the mesa portion is formed through the pn junction interface including the light emitting layer 14, and thus surface leakage current may occur due to surface damage due to dry etching.
  • the upper surface of the pedestal portion 431 is a non-etched surface that is not dry-etched, and a p-type surface exists as a non-etched surface in a part of the pedestal portion 431. Accordingly, the p-side electrode 18 reaches the n-type semiconductor layer through the side surface of the first mesa portion 31, the side surface of the pedestal portion 431, the upper surface of the pedestal portion 431, and the side surface of the second mesa portion 32. The path becomes an npn junction. Thereby, since the leak path can be eliminated, it is possible to suppress the occurrence of the surface leak current as described above.
  • the SLD 400 according to the fourth embodiment of the present invention since the surface leakage current can be reduced, a highly reliable SLD can be realized.
  • FIG. 17A is a plan view of an SLD according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17B is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along the line AA ′ in FIG. 17A.
  • An SLD 500 according to the fifth embodiment of the present invention is a nitride semiconductor blue SLD element, and as shown in FIG. 17B, a semiconductor stacked body including a light emitting layer 14 on a substrate 10 on which a convex portion 510 is formed. Is formed.
  • the optical waveguide 21 composed of the first mesa portion 31 and the second mesa portion 32 is formed on the convex portion 510 and is more than the band gap of the light emitting layer 14 immediately below the first mesa portion 31 (current injection region).
  • the band gap of the light emitting layer 14 between the side surface of the first mesa portion 31 and the side surface of the second mesa portion 32 (current non-injection region) is larger.
  • the band gap of the light emitting layer 14 immediately below the first mesa portion 31 is directly below the second mesa portion 32 between the side surface of the first mesa portion 31 and the side surface of the second mesa portion 32. It is smaller than the band gap of the light emitting layer 14.
  • the light emitting layer 14 of the second mesa unit 32 between the side surface of the first mesa unit 31 and the side surface of the second mesa unit 32 is a region where the band gap is enlarged.
  • a band gap expansion region 514 is formed.
  • a semiconductor stacked body including the light emitting layer 14 is grown on the substrate 10 on which the convex portions 510 are formed in advance, and then the first mesa portion 31 and the second mesa portion 32 are aligned with the positions of the convex portions 510.
  • the SLD 500 By forming the SLD 500, a structure as shown in FIG. 17B can be manufactured.
  • the growth conditions are adjusted so that the layer surface is gently inclined in the adjacent portion of the convex portion 510 of the substrate 10.
  • regions with different easiness of adsorption to the surface of indium (In) are formed depending on the inclination angle of the growth surface. That is, the In incorporation efficiency is different between the upper portion located immediately above the convex portion 510 and the adjacent portion adjacent to the upper portion, and the In composition of the adjacent portion is lower than the In composition of the light emitting layer 14 immediately above.
  • the band gap enlarged region 514 can be formed as a region where the band gap is enlarged.
  • the spontaneous emission light coupling coefficient A is set to the spontaneous emission light coupling coefficient of the deep mesa structure.
  • the inter-mesa distance d can be increased to about 10 ⁇ m.
  • a more efficient SLD element can be realized with a simpler structure than the first embodiment.
  • FIG. 18A is a plan view of an SLD according to the sixth embodiment of the present invention.
  • 18B is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along the line AA ′ in FIG. 18A.
  • An SLD 600 according to the sixth embodiment of the present invention is a nitride semiconductor blue SLD element, and as shown in FIG. 18B, a semiconductor stacked body including a light emitting layer 14 on a substrate 10 on which convex portions 610 are formed. Is formed.
  • the optical waveguide 21 composed of the first mesa portion 31 and the second mesa portion 32 is formed on the convex portion 610, and the light emitting layer 14 directly under the first mesa portion 31 (current injection region), There is a step between the side surface of the mesa portion 31 and the side surface of the second mesa portion 32 (current non-injection region).
  • a semiconductor stacked body including the light emitting layer 14 is grown on the substrate 10 on which the convex portions 610 are formed in advance, and then the first mesa is aligned with the position of the convex portions 610.
  • the SLD 600 having the structure shown in FIG. 18B can be manufactured.
  • the height (step) of the convex portion 610 is made larger than that in the fifth embodiment. Then, by adjusting the formation conditions of the buffer layer 11 and the lower cladding layer 12, the light emitting layer 14 is grown while maintaining the step shape of the convex portion 610. Thereby, the light emitting layer 14 directly under the first mesa portion 31 and the light emitting layer 14 directly under the second mesa portion 32 can be positioned at different depths with respect to the stacking direction of the semiconductor stacked body. it can. By configuring the light emitting layer 14 in this way, the light traveling from the light emitting layer 14 immediately below the first mesa portion 31 to the second mesa portion 32 mainly passes through the upper cladding layer 16. The absorption of the second propagation light 72 in the light emitting layer 14 of the second mesa unit 32 between the side surface of the first mesa unit 31 and the side surface of the second mesa unit 32 can be suppressed.
  • the spontaneous emission light coupling coefficient A can be maximized, and the SLD can be made more efficient.
  • the light absorption in the light emitting layer 14 of the second mesa unit 32 between the side surface of the first mesa unit 31 and the side surface of the second mesa unit 32 is reduced, so the inter-mesa distance d.
  • the mesa distance d can be increased to about 10 ⁇ m.
  • FIG. 19A is a plan view of an SLD according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view of the SLD according to the embodiment taken along the line AA ′ in FIG. 19A.
  • the SLD 700 according to the seventh embodiment of the present invention includes an n-type lower cladding layer 712 made of AlInN and a p-side electrode 718 made of ITO (Indium Tin Oxide).
  • the light confinement ⁇ v in the vertical direction of the optical waveguide is strengthened by using AlInN and ITO which are low refractive index materials, and the spontaneous emission optical coupling coefficient A of the two-stage mesa structure is increased. Combined with the increase effect, the efficiency can be further improved.
  • a specific configuration of the SLD 700 according to the present embodiment will be described in detail.
  • the SLD 700 includes a substrate 10 made of n-type GaN, a buffer layer 11 made of n-type GaN on the substrate 10, and a lower portion made of n-type AlInN.
  • a carrier overflow suppression (OFS) layer made of p-type AlGaN may be inserted into a part of the upper guide layer 15.
  • a clad layer made of p-type AlGaN having a thickness of about 10 nm to 100 nm may be inserted under the contact layer.
  • the first mesa portion 31 is configured by processing a part of the upper guide layer 15 into a striped mesa structure. Further, the second mesa portion 32 is formed by digging to a depth that reaches the lower cladding layer 712. As described above, the ridge-type optical waveguide 21 according to the present embodiment has a two-stage mesa structure that includes the first mesa portion 31 and the second mesa portion 32 wider than the first mesa portion 31. It is a waveguide.
  • a dielectric insulating layer 17 made of SiO 2 having an opening exposing the top surface of the first mesa portion 31 is formed on the upper guide layer 15.
  • a p-side electrode 718 made of ITO is formed on the top surface of the first mesa portion 31 (above the convex portion of the upper guide layer 15) so as to fill the opening of the dielectric insulating layer 17.
  • a pad electrode 19 that is electrically connected to the p-side electrode 718 is formed on the p-side electrode 718 and the dielectric insulating layer 17.
  • an n-side electrode 20 is formed on the back surface of the substrate 10, that is, on the back surface of the substrate 10.
  • the front end face 42 is formed by forming the end face groove 41 by etching the front face 51 of the SLD element.
  • the optical waveguide 21 in the present embodiment is configured as a striped linear waveguide, and the extending axis of the optical waveguide 21 is inclined at a constant angle with respect to the normal line of the front end face 42 as shown in FIG. 19A. is doing.
  • a dielectric multilayer film 54 is formed on the rear end surface 43 perpendicular to the extending direction (longitudinal direction) of the optical waveguide 21.
  • Al x In 1-x N (0 ⁇ x ⁇ 1) having a refractive index of 2.4 or less is used as the material of the n-type lower cladding layer 712. ing.
  • AlInN is a material having a very low refractive index.
  • the refractive index is about 2.2.
  • the lower cladding layer 712 has a multiple superlattice structure of AlInN and GaN.
  • Si may be doped as an n-type impurity.
  • the impurity doping may be uniform doping or modulation doping in accordance with the superlattice period.
  • the p-side electrode 718 made of ITO is used as a configuration that also functions as a p-type cladding layer. That is, the p-side electrode 718 made of ITO functions as an upper clad layer in other embodiments and also functions as an electrode.
  • ITO is a transparent conductive material having a low refractive index of about 2.0 and is widely used as a transparent electrode in display devices such as liquid crystal panels or LEDs.
  • ITO is used as the p-side electrode of a semiconductor laser or SLD, unlike the conventional metal electrode, there is almost no light absorption. Therefore, it is possible to make the ITO electrode function as a p-type cladding layer.
  • the cladding layer can be omitted.
  • Another method for reducing the SLD rising current is to increase the vertical optical confinement coefficient ⁇ v in (Equation 1).
  • the lattice mismatch between the AlGaN layer and the GaN layer is large, and if the Al composition of the cladding layer made of AlGaN is increased, cracks are generated in the semiconductor laminate. Therefore, the Al composition of the cladding layer cannot be made larger than a certain value, and it is difficult to make the optical confinement coefficient ⁇ v at a wavelength of 400 nm 3.5% (when the light emitting layer has three quantum wells) or more. It was.
  • the longer the wavelength, the smaller the refractive index difference, and the smaller the vertical optical confinement coefficient ⁇ v and the lower the efficiency in the green wavelength band SLD. That was a very big challenge.
  • a low refractive index clad layer made of AlInN is used as the n-type clad layer, and a clad electrode made of ITO is used as a configuration having the function of the p-type clad layer.
  • a vertical light confinement structure can be realized by the clad layer made of AlInN and the clad electrode made of ITO, and the light confinement coefficient ⁇ v can be increased.
  • optical confinement exceeding 4% can be realized at a wavelength of 400 nm.
  • the efficiency of the SLD such as the rising current can be greatly improved.
  • light confinement of 3.5% or more can be easily realized, and high efficiency can be achieved even in a blue to green band SLD.
  • the SLD made of a nitride semiconductor has a problem that the operating voltage is high because the resistivity of the p-type semiconductor layer is high.
  • the SLD 700 according to the present embodiment uses the clad electrode made of ITO, the total film thickness of the p-type layer can be reduced. Thereby, the effect that the operating voltage can be reduced is also obtained, and the power conversion efficiency can be improved.
  • the material of the p-side electrode 718 is ITO having a refractive index of about 2.0, but is not limited thereto.
  • As a material for the p-side electrode 718 another conductive transparent material having a refractive index of 2.5 or less may be used.
  • the height H1 of the first mesa portion 31 is preferably 150 nm or less.
  • the refractive index of the lower cladding layer 712 made of AlInN is 2.4 or less.
  • the vertical optical confinement coefficient ⁇ v in the optical waveguide 21 can be increased over the wavelength range from blue to green, so that highly efficient blue and green SLDs can be realized.
  • the ITO clad electrode and the AlInN clad are introduced.
  • only one of the ITO clad electrode and the AlInN clad is used, and the rest is the same as in the first to sixth embodiments. Even with this structure, certain effects can be obtained, and highly efficient blue and green SLDs can be realized.
  • the material of the semiconductor stacked body is represented by Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ⁇ x, y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • a blue (B) SLD light source using a group III nitride semiconductor has been described, the present invention is not limited to this.
  • an SLD in a wavelength band from purple (V) having a wavelength of about 380 nm to green (G) having a wavelength of about 550 nm can be realized.
  • SLD that emits blue light
  • white light source because white light can be obtained by combining with a yellow phosphor or by combining with a green phosphor and a red phosphor.
  • the material of the semiconductor stacked body is expressed by Al x Ga y In 1-xy As z P 1-z (where 0 ⁇ x, y, z ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • R red
  • IR infrared
  • a white light source is configured using three SLD elements that emit red (R), green (G), and blue (B), so that an SLD display and a color filterless liquid crystal display using an RGB backlight are provided. It can be used as a light source with high color reproducibility in various electrical devices such as an apparatus or a projector.
  • the super luminescent diode according to the present invention is highly efficient, it can be widely used as a thin light source with low power consumption and low cost. Therefore, it is useful as a backlight light source for an ultra-thin liquid crystal display device, a light source for a projector, and the like.

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Abstract

　本発明に係るスーパールミネッセントダイオード（１００）は、基板（１０）の上に、下部クラッド層（１２）、発光層（１４）および上部クラッド層（１６）を少なくともこの順に含む積層体を備え、積層体は、屈折率導波型の光導波路（２１）を有する。光導波路（２１）は、第一の幅を有するように上部クラッド層（１６）を加工することにより形成された第一のメサ部（３１）と、第一の幅よりも大きい幅である第二の幅を有するように、下部クラッド層（１２）、発光層（１４）および上部クラッド層（１６）を加工することにより形成された第二のメサ部（３２）とを含む。

Description

スーパールミネッセントダイオード
　本発明は、スーパールミネッセントダイオードに関し、特に、青紫色から赤色までの可視光領域の波長の光を発するスーパールミネッセントダイオードに関する。
　近年、様々な電気機器の光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）、又は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子が注目されている。
　中でも、ＳＬＤは、高指向性および低可干渉性を併せ持つことから、光干渉断層画像（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）システム等の医療用機器の光源として、あるいは、近年では、プロジェクタ等の画像表示デバイス用の光源として、その開発が進められている。
　ＳＬＤは、ＬＤと同様に光導波路を用いた半導体発光素子であり、注入キャリアの再結合により生じた自然放出光が、光出射端面方向に進む間に誘導放出による高い利得を受けて増幅され、光出射端面から放出される。
　また、ＳＬＤは、ＬＤと異なり、端面反射による光共振器の形成を抑え、ファブリ・ペローモードによるレーザ発振が生じないように構成されている。そのため、ＳＬＤでは、光出射端面を、例えば光導波路に対して傾斜させた構造とすることにより、モード反射率を低減させてレーザ発振を抑制している。このようなＳＬＤは、通常の発光ダイオードと同様にインコヒーレントで広帯域なスペクトル形状を示すと共に、狭放射角の光出射を得ることが可能である。
　このように、ＳＬＤは、共振による発振現象を利用しないため、ＬＤとは異なる特性を有する。ここで、ＳＬＤおよびＬＤの特性について、図２０を用いて説明する。図２０は、ＳＬＤおよびＬＤの電流－光出力特性を示す図である。
　図２０に示すように、ＳＬＤには、ＬＤのような明確な発振しきい値（Ｉｔｈ）がなく、光出力の立ち上がりにおいては、領域Ｅｘで示されるように、光増幅によって指数関数的に光出力が増大するという特徴がある。
　ＳＬＤの最も単純なモデルによれば、発光層で起きた光が光導波路の中で光増幅を受けながら伝搬して出射端から放射されるときの光出力ＰＯは、以下の式（１）によって表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　（式１）において、Ｌは光導波路の長さを、Γｖは光導波路内における垂直方向の光閉じ込め係数を、ｇ（Ｊ）は電流密度Ｊにおける発光層の光利得を、αｉは光導波路内の導波損失を、Ａは発光層での自然放出光が光導波路モードへ結合する割合を表す係数を、ｚは光導波路内での位置（０≦ｚ≦Ｌ）をそれぞれ表している。
　図２０に示したように、ＳＬＤは、光出力の立ち上がりが指数関数的になるために、ＬＤに比べて立ち上がりが遅れ、動作電流（Ｉｏｐ）が大きくなってしまうという課題がある。プロジェクタ等の電子機器の光源としてＳＬＤを利用する場合、ＳＬＤの発光効率は大きいほど好ましい。従って、ＳＬＤにおいては、ＬＤのしきい値（Ｉｔｈ）に相当する立ち上がり電流（動作電流）を如何に低減するかということが非常に重要である。
　（式１）によると、ＳＬＤの立ち上がり電流を低減する１つの手段として、自然放出光結合係数Ａを大きくすることが挙げられる。自然放出光結合係数Ａを大きくするには、光導波路における内部と外部との実効的な屈折率差Δｎを大きくすればよい。この光導波路の屈折率差Δｎは、光導波路の構造によって異なる。
　従来の光導波路の構造としては、積層された半導体層を浅く掘り込むことによりメサ部（リッジ部）が形成された浅メサ構造、あるいは、積層された半導体層を発光層下部まで深く掘り込むことによりメサ部（リッジ部）が形成された深メサ構造がある。例えば、特許文献１又は特許文献２には、深メサ構造の光導波路を有する半導体レーザが開示されている。
特開平６－１７７４８７号公報 特開２００２－１１８３２４号公報
　ここで、浅メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子および深メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子について、図２１Ａおよび図２１Ｂを用いて説明する。図２１Ａは、浅メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子の断面図である。また、図２１Ｂは、深メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子の断面図である。
　図２１Ａに示すように、浅メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子１００１は、基板１０１０の上に、バッファ層１０１１、ｎ型の下部クラッド層１０１２、ｎ型の下部ガイド層１０１３、発光層１０１４、ｐ型の上部ガイド層１０１５およびｐ型の上部クラッド層１０１６が順次形成された半導体積層体を有している。
　上部クラッド層１０１６には、リッジ型の光導波路としてストライプ状の浅メサ部１０３１が形成されている。上部クラッド層１０１６上には、浅メサ部１０３１の頂面を露出する開口部を有する誘電体絶縁層１０１７が形成されている。また、浅メサ部１０３１の頂面には誘電体絶縁層１０１７の開口部を覆うようにｐ側電極１０１８が形成されている。
　ｐ側電極１０１８を含む誘電体絶縁層１０１７の上には、ｐ側電極１０１８と電気的に接続されるパッド電極１０１９が形成されている。なお、基板１０１０の裏面にはｎ側電極１０２０が形成されている。
　一方、図２１Ｂに示すように、深メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子１００２も、図２１Ａの半導体発光素子１００１と同様の半導体積層体を有している。深メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子１００２は、浅メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子１００１とは異なり、光導波路として、下部クラッド層１０１２まで掘り込んだ構造である深メサ部１０３２が形成されている。
　光導波路の屈折率差Δｎを大きくするには、図２１Ａのような浅メサ構造の光導波路よりも、図２１Ｂのような深メサ構造の光導波路の方が望ましい。
　特に、半導体レーザでは、光導波路を深メサ構造とすることで、しきい値を低減したり寄生容量を低減したり、さらには曲線状の光導波路の場合には光導波路における曲げ損失を低減したりすることができる。
　しかしながら、プロジェクタ用途等に用いる４００～５５０ｎｍ程度の波長の発光が得られる窒化物半導体からなる半導体レーザでは、適当なウェットエッチング技術がないために、メサ構造をドライエッチングにより形成する方法が一般的である。
　そのため、光導波路の屈折率差Δｎが大きい深メサ構造では、メサ部（リッジ部）の側面がドライエッチングによってダメージを受け、これが非発光の再結合中心として働くために、しきい値等の特性がかえって悪化してしまうという問題がある。この問題があるために、半導体レーザにおいては、浅メサ構造の光導波路を用いることが一般的である。
　深メサ構造を形成する際のドライエッチングにおけるダメージの問題は、４００ｎｍ～５５０ｎｍ程度の波長の発光が得られる窒化物半導体からなるＳＬＤにおいても同様である。しかし、ＳＬＤにおいて浅メサ構造の光導波路を用いると、自然放出光結合係数Ａが小さくなってしまうために、半導体レーザの場合よりもさらに特性への悪影響が顕著となってしまい、立ち上がり電流が大きくなるという大きな問題がある。従って、ＳＬＤにおいては、単純に浅メサ構造の光導波路とすることもできない。このように、従来のＳＬＤでは、効率を向上させることが難しいという問題がある。
　本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、高効率のスーパールミネッセントダイオードを提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様は、基板の上に、第一のクラッド層、発光層および第二のクラッド層を少なくともこの順に含む積層体を備えるスーパールミネッセントダイオードであって、前記積層体は、屈折率導波型の光導波路を有し、前記光導波路は、第一の幅を有するように前記第二のクラッド層を加工することにより形成された第一のメサ部と、前記第一の幅よりも大きい幅である第二の幅を有するように、前記第一のクラッド層、発光層および第二のクラッド層を加工することにより形成された第二のメサ部とを含むものである。
　係る構成により、非発光再結合の影響を抑制しながら、実効的に自然放出光結合係数を増大させることができる。これにより、高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第一のメサ部の側面と前記第二のメサ部の側面との距離は、０．１μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。
　係る構成により、非発光再結合の影響を抑制しながら発光層における光吸収損失を抑制することができる。これにより、実効的な自然放出光結合係数を最適な範囲で増大させることができる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第一のメサ部の側面と前記第二のメサ部の側面との距離は、前記光導波路全体にわたって一定であるように構成してもよい。
　係る構成により、光導波路全体にわたって、実効的な自然放出光結合係数を最大限に増大させることができる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第一の幅および前記第二の幅は、前記光導波路の光伝搬方向において徐々に変化するように形成されるように構成してもよい。
　係る構成により、光導波路中における光増幅効果を増大させることができるので、さらに高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記光導波路は、直線状に形成されており、前記光導波路の前端面および後端面の法線は、前記光導波路の延伸軸に対して傾斜しているように構成してもよい。
　係る構成により、光出射端面が傾斜端面であるスーパールミネッセントダイオードを容易に実現できる。
　また、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記光導波路は、直線状に形成されており、前記光導波路の前端面の法線は、前記光導波路の延伸軸に対して傾斜し、前記光導波路の後端面の法線は、前記光導波路の延伸軸と平行であるように構成してもよい。
　係る構成により、導波損失の小さい直線状の光導波路のみで、反射端面と傾斜した光出射端面とを備えた片出射型のスーパールミネッセントダイオードを容易に実現できる。
　また、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記光導波路は、直線導波路部と曲線導波路部とからなり、前記曲線導波路部の一方の端面は、前記光導波路の前端面であり、前記直線導波路部の一方の端面は、前記光導波路の後端面であるように構成してもよい。
　係る構成により、反射端面と傾斜した光出射端面とを備えた片出射型のスーパールミネッセントダイオードを容易に実現できる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記曲線導波路部の曲率半径は、１０００μｍ以上であることが好ましい。
　係る構成により、曲線導波路部における曲がり損失を低減することができる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記後端面には、誘電体多層膜からなる高反射率層が形成されていることが好ましい。
　係る構成により、後端面での反射率を最大化し、さらに高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記前端面には、誘電体の単層膜又は多層膜からなる低反射率層が形成されていることが好ましい。
　係る構成により、前端面での反射率を最小化し、さらに高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　あるいは、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記前端面および前記後端面には、誘電体の単層膜又は多層膜からなる低反射率層が形成されていることが好ましい。
　係る構成により、前端面および後端面での反射率を最小化し、さらに高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第二のメサ部は、前記第一のメサ部と離間して形成された凸部を有するように構成してもよい。
　係る構成により、第二のメサ部の側面におけるエッチングダメージに起因したリーク電流を抑制することができるので、さらに高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第一のメサ部の直下における発光層のバンドギャップは、前記第一のメサ部の側面と前記第二のメサ部の側面との間における第二のメサ部の直下における発光層のバンドギャップよりも小さい構成としてもよい。
　係る構成により、第一のメサ部の直下の発光層で発光した光が、第一のメサ部の側面から第二のメサ部の側面までの発光層において、吸収されることがなくなる。これにより、実効的な自然放出光結合係数を、深メサ構造の自然放出光結合係数と同等にまで増大させることができる。従って、さらに高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　あるいは、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第一のメサ部の直下における発光層と、前記第二のメサ部の直下における発光層とは、前記積層体の積層方向に対して異なった深さに位置していることが好ましい。
　係る構成により、第一のメサ部の直下の発光層で発光した光が、第一のメサ部の側面から第二のメサ部の側面までの発光層において吸収されることを抑制できる。これにより、実効的な自然放出光結合係数を増大させることができるので、高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＮ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体からなる構成としてもよい。
　係る構成により、青色および緑色の光源として利用することが可能となる。青色を発光するスーパールミネッセントダイオードは、黄色蛍光体と組み合わせることにより、もしくは、緑色蛍光体および赤色蛍光体と組み合わせることにより、白色光源として利用することができる。
　また、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＡｓｚＰ１－ｚ（但し、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる構成としてもよい。
　係る構成により、赤色の光源として利用できる。また、青色、緑色および赤色を発光する各スーパールミネッセントダイオードを用いて白色光源を構成することにより、色再現性の高いバックライト用光源やディスプレイ用光源を実現することができる。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第二のクラッド層は、屈折率が２．５以下の導電性透明材料で構成されており、前記導電性透明材料は、電極としても機能する構成としてもよい。この導電性透明材料は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）とすることが好ましい。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第一のメサ部の高さは、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
　さらに、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの一態様において、前記第一のクラッド層は、ＡｌｘＩｎ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなり、前記第一のクラッド層の屈折率は、２．４以下であることが好ましい。
　係る構成により、光導波路内の垂直方向の光閉じ込め係数Γｖを、青色～緑色の波長域にわたって大きくすることができる。これにより、さらに高効率の青色および緑色のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
　本発明によれば、高効率のスーパールミネッセントダイオードを実現できる。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１Ｃは、図１ＡのＢ－Ｂ’線における本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法における半導体積層体結晶成長工程を説明するための断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法における第一のメサ部形成工程を説明するための断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 図２Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法における第二のメサ部形成工程を説明するための断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 図２Ｄは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法における端面溝部形成工程を説明するための断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 図２Ｅは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法における誘電体絶縁層形成工程を説明するための断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 図２Ｆは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法におけるｐ側電極形成工程を説明するための断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 図２Ｇは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法におけるパッド電極形成工程を説明するための素子断面図（ａ）、素子平面図（ｂ）およびウェハ平面図（ｃ）である。 図２Ｈは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法におけるｎ側電極形成工程を説明するための断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 図２Ｉは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの製造方法における素子分離工程を説明するためのウェハ平面図である。 図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの動作を模式的に示した平面図である。 図３Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの動作を模式的に示した断面図である。 図４は、浅メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子（比較例１）と深メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子（比較例２）とにおいて、光導波路の屈折率差Δｎと自然放出光結合率又は導波路の臨界角との関係を示す図である。 図５Ａは、深メサ部の高さがＨｂである深メサ構造の光導波路を有する比較例２に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示す比較例２に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオード、比較例１に係るスーパールミネッセントダイオードおよび半導体レーザの各半導体発光素子における電流－光出力特性を模式的に示した図である。 図７Ａは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードにおいて、メサ間距離ｄと光出力が５ｍＷにおける立ち上がり電流（Ｉｏｐ）又はスロープ効率（Ｓｅ）との関係を示す図である。 図７Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードにおいて、メサ間距離ｄと光出力が５０ｍＷにおける動作電流（Ｉｏｐ）との関係を示す図である。 図８は、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードにおけるメサ間距離の効果を模式的に示した図である。 図９Ａは、二段メサ構造の光導波路を備えた半導体レーザの平面図である。 図９Ｂは、図９Ａに示す二段メサ構造の光導波路を備えた半導体レーザの断面図である。 図１０は、浅メサ構造、二段メサ構造および深メサ構造の光導波路を有する窒化物半導体レーザにおける閾値電流Ｉｔｈ、スロープ効率Ｓｅ（５０ｍＷ出力時）および動作電流Ｉｏｐ（５０ｍｗ出力時）を比較して示した図である。 図１１Ａは、本発明の第１の実施形態の変形例１に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１１Ｂは、図１１ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第１の実施形態の変形例１に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１２Ａは、本発明の第１の実施形態の変形例２に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１２Ｂは、図１２ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第１の実施形態の変形例２に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１３Ａは、本発明の第２の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１３Ｂは、図１３ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第２の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１４Ａは、本発明の第３の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１４Ｂは、図１４ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第３の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１５は、本発明の第３の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードにおける曲線導波路部の円弧部の曲率半径とスロープ効率との関係を示す図である。 図１６Ａは、本発明の第４の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１６Ｂは、図１６ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第４の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１７Ａは、本発明の第５の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１７Ｂは、図１７ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第５の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１８Ａは、本発明の第６の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１８Ｂは、図１８ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第６の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図１９Ａは、本発明の第７の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの平面図である。 図１９Ｂは、図１９ＡのＡ－Ａ’線における本発明の第７の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオードの断面図である。 図２０は、半導体レーザおよびスーパールミネッセントダイオードの電流－光出力特性を示す図である。 図２１Ａは、浅メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子の断面図である。 図２１Ｂは、深メサ構造の光導波路を有する半導体発光素子の断面図である。
　以下、本発明に係るスーパールミネッセントダイオードの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施形態はいずれも本発明の好ましい一具体例を示すものであって、本発明はこれらの実施形態には限定されない。また、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、本発明は、請求の範囲だけによって特定される。よって、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明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、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
　また、各図において、ｃ、ａ、ｍは、それぞれ六方晶ＧａＮ系結晶の面方位を示している。ここで、ｃは、面方位が（０００１）面の法線ベクトル、すなわちｃ軸を表し、ａは、面方位が（１１－２０）面とその等価面の法線ベクトル、すなわちａ軸を表し、ｍは、面方位が（１－１００）面とその等価面の法線ベクトル、すなわちｍ軸を表している。また、本明細書においては、面方位におけるミラー指数に付した負符号“－”は、当該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。各実施形態において、図中に示した窒化物半導体において最も一般的な面方位を示しているが、結晶の面方位に関しては、これに限るものではなく、どのような面方位を用いても構わない。
　なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。また、各図において、同じ構成要素には同じ符号を付しており、その詳しい説明は省略化又は簡略化する。
　（第１の実施形態）
　まず、本発明の第１の実施形態に係るスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）１００について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係るＳＬＤ１００は、窒化物半導体からなるＳＬＤ素子であって、波長が４００～４５０ｎｍ程度の青色光を出力する青色ＳＬＤ素子として説明する。
　本発明の第１の実施形態に係るＳＬＤ１００は、基板の上に、第一のクラッド層、発光層および第二のクラッド層を少なくともこの順に含む積層体を備え、当該積層体は、深さの浅い第一のメサ部と深さの深い第二のメサ部とからなる屈折率導波型の光導波路を有する。また、本実施形態における光導波路は、前端面（光出射端面）と傾斜して接続され、かつ、後端面と垂直に接続されている。
　以下、本実施形態に係るＳＬＤ１００の具体的な構成について、図１Ａ～図１Ｃを用いて詳細に説明する。図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るＳＬＤの平面図である。また、図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図であり、図１Ｃは、図１ＡのＢ－Ｂ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図である。
　図１Ａ～図１Ｃに示すように、本実施形態に係るＳＬＤ１００は、ｎ型ＧａＮからなる基板１０と、基板１０の上に、ｎ型（第一の導電型）のＧａＮからなるバッファ層１１、ｎ型のＡｌＧａＮからなる下部クラッド層１２（第一のクラッド層）、ｎ型のＧａＮからな下部ガイド層１３（第一のガイド層）、多重量子井戸構造の発光層１４（活性層）、アンドープ又はｐ型（第二の導電型）のＧａＮからなる上部ガイド層１５、および、ＡｌＧａＮとＧａＮとからなる歪超格子層であるｐ型の上部クラッド層１６（第二のクラッド層）が順次形成された半導体積層体とを有している。なお、図示しないが、上部ガイド層１５と上部クラッド層１６との間には、ＡｌＧａＮからなるキャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ：Ｏｖｅｒ－Ｆｌｏｗ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）層が形成されており、また、上部クラッド層１６上には、ｐ型のＧａＮからなるコンタクト層が形成されている。
　上部クラッド層１６には、第一の幅である所定のリッジ幅Ｗ１（ストライプ幅）を有するとともに、第一の高さである所定の高さＨ１を有するリッジ状の第一のメサ部３１が形成されている。第一のメサ部３１は、所定のリッジ幅Ｗ１を有するように上部クラッド層１６を垂直のメサ構造に加工することにより形成される。本実施形態における第一のメサ部３１は、基板１０の主面垂直方向において凸状であり、また、図１Ａに示すように平面視においてストライプ状に形成されている。なお、上部クラッド層１６のうち、第一のメサ部３１が形成されていない部分（すなわち、掘り込まれた部分）は、薄膜の平坦部である。
　さらに、本実施形態では、下部クラッド層１２に到達する深さまでリッジ状に掘り込まれた第二のメサ部３２が第一のメサ部３１の外側に形成されている。すなわち、第二のメサ部３２は、第一のメサ部３１のリッジ幅Ｗ１よりも大きい第二の幅である所定のリッジ幅Ｗ２（ストライプ幅）を有するとともに、第一のメサ部３１の高さＨ１より高い高さＨ２を有する。第二のメサ部３２は、所定のリッジ幅Ｗ２を有するように、第一のメサ部３１の外側における半導体積層体を、最上層から下部クラッド層１２の一部までを垂直のメサ構造に加工することにより形成される。本実施形態における第二のメサ部３２は、第一のメサ部３１と同様に、基板１０の主面垂直方向において凸状であり、図１Ａに示すように平面視においてストライプ状に形成されている。なお、下部クラッド層１２のうち、第二のメサ部３２が形成されていない部分（すなわち、掘り込まれた部分）は、薄膜の平坦部である。
　このように、本実施形態における光導波路２１は、二段メサ構造の光導波路であり、上部クラッド層１６をリッジ側面とする第一のメサ部３１と、第一のメサ部３１よりも幅広であり、少なくとも発光層１４をリッジ側面とする第二のメサ部３２とによって構成される。光導波路２１を二段メサ構造とすることにより、上述の（式１）における自然放出光結合係数Ａを大きくすることができる。これにより、光出力を大きくすることができるので、立ち上がり電流が低減して効率を向上させることができる。
　また、二段メサ構造の光導波路２１は、第一のメサ部３１の頂面（上部クラッド層１６の凸部の上方）に開口部を有するように形成されたＳｉＯ２からなる誘電体絶縁層１７によって覆われている。誘電体絶縁層１７は、第一のメサ部３１のリッジ側面を構成する上部クラッド層１６の側面と、上部クラッド層１６の平坦部の上面と、第二のメサ部３２のリッジ側面を構成する上部クラッド層１６、上部ガイド層１５、発光層１４、下部ガイド層１３および下部クラッド層１２の各層側面と、下部クラッド層１２の平坦部の上面とに形成されている。
　第一のメサ部３１の頂面（上部クラッド層１６の凸部の上方）には、誘電体絶縁層１７の開口部を埋めるようにｐ側電極１８が形成されている。また、ｐ側電極１８および誘電体絶縁層１７の上には、ｐ側電極１８と電気的に接続されるパッド電極１９が形成されている。なお、基板１０の裏面には、すなわち、基板１０における下部クラッド層１２が形成された面とは反対側の面には、ｎ側電極２０が形成されている。
　また、図１Ａおよび図１Ｃに示すように、ＳＬＤ素子の前方面５１にはエッチングによって端面溝部４１が形成されており、端面溝部４１の内側面は、光導波路２１の前端面４２として構成される。前端面４２は、発光層１４が発する光が光導波路２１を伝搬して素子外部に出射される光出射端面であり、前方面５１に対して一定の角度をなすように形成されている。すなわち、光導波路２１の前端面４２の法線は、光導波路２１の延伸軸（ストライプ軸）に対して傾斜している。なお、前端面４２は、光導波路２１を伝搬する光を素子外部に放射させるように低反射面となっている。例えば、前端面４２に誘電体の単層膜又は多層膜からなる低反射率層を形成することによって低反射面とすることができる。このように、前端面４２を低反射面とすることにより、前端面４２での反射率を最小化することができる。
　一方、後方面５２は、光導波路２１の後端面４３に誘電体多層膜５４が形成されることにより構成されている。誘電体多層膜５４は、ＳｉＯ２／ＺｒＯ２等の誘電体膜が積層された高反射率層である。このように、後端面４３に高反射率層を形成することにより、後端面４３での反射率を最大化することができる。また、光導波路の後端面４３は、後方面５２と平行となるように構成されている。すなわち、光導波路２１の後端面４３の法線は、直線状の光導波路２１の延伸軸と平行である。なお、ＳＬＤの素子側面５３は、素子分離面である。
　前方面５１における端面溝部４１は、図１Ｃに示すように、基板１０にいたる深さまでのエッチングにより形成されたエッチング溝である。エッチングによって露出する端面溝部４１の表面は、誘電体絶縁層１７によって覆われている。
　（製造方法）
　次に、本発明の第１の実施形態に係るＳＬＤ１００の製造方法について、図２Ａ～図２Ｉを用いて説明する。図２Ａ～図２Ｉは、本発明の第１の実施形態に係るＳＬＤ１００の製造方法における各工程を説明するための断面図および平面図である。
　（半導体積層体結晶成長工程）
　まず、図２Ａの（ａ）に示すように、例えば、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により、主面の面方位が（０００１）面であり、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ－３程度のｎ型六方晶ＧａＮからなる基板１０の主面上に、厚さが１μｍのｎ型ＧａＮからなるバッファ層１１、厚さが２μｍのｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる下部クラッド層１２を順次成長させる。
　続いて、下部クラッド層１２の上に、厚さが０．１０μｍのｎ型ＧａＮからなる下部ガイド層１３と、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるバリア層およびＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなる量子井戸層を３周期分含む多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の発光層１４とを順次成長させる。
　続いて、発光層１４の上に、厚さが０．０５μｍのアンドープ又はｐ型のＧａＮからなる上部ガイド層１５を成長させる。その後、図示しないが、上部ガイド層１５の上に、厚さが１０ｎｍのＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）を成長させる。
　続いて、ＯＦＳ層の上に、厚さがそれぞれ２ｎｍのｐ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層とＧａＮ層とを１２０周期分繰り返してなり、厚さが０．５０μｍの歪超格子層である上部クラッド層１６を成長させる。なお、図示しないが、上部クラッド層１６の上には、厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮからなるコンタクト層を成長させる。
　これにより、図２Ａの（ｂ）に示すように、基板１０の上に半導体積層体が形成されたウェハ１１０を得ることができる。
　なお、半導体積層体において、各ｎ型の半導体層には、例えばシリコン（Ｓｉ）が、ドナー不純物として５～１０×１０１７ｃｍ－３程度の濃度にドーピングされている。また、各ｐ型の半導体層には、例えばマグネシウム（Ｍｇ）が、アクセプタ不純物として１×１０１９ｃｍ－３程度の濃度にドーピングされている。最上層のｐ型のコンタクト層には、Ｍｇが１×１０２０ｃｍ－３程度の高濃度にドーピングされている。また、ＯＦＳ層は、Ａｌの組成を２０％と高く設定することによりバンドギャップを大きくしている。従って、バンドギャップが大きいＯＦＳ層により、伝導帯を流れる電子が価電子帯を流れる正孔よりも移動度が高くなるので、キャリアが発光層１４を通過して発光層１４以外の半導体層で非発光再結合してしまうことを抑制することができる。
　なお、本実施形態に係る半導体積層体の構造は一例であり、半導体積層体の構造および成長方法は、上記の実施形態に限られない。例えば、半導体積層体を形成する際の結晶成長法には、ＭＯＣＶＤ法の他に、分子ビーム成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法又は化学ビーム成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ：ＣＢＥ）法等の、ＧａＮ系の半導体積層体が成長可能な方法を用いてもよい。
　また、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の原料としては、例えばＧａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いればよい。さらに、ｎ型不純物であるＳｉ原料にはシラン（ＳｉＨ４）ガスを用い、ｐ型不純物であるＭｇ原料には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。
　（二段メサ導波路形成工程）
　次に、ＣＶＤ法により、ｐ型のコンタクト層の上の全面に、厚さが２００ｎｍの第１のＳｉＯ２膜（図示せず）を堆積する。その後、ウェハ１１０を温度が８５０℃の窒素（Ｎ２）雰囲気で２０分間の熱処理を施して、各ｐ型半導体層のＭｇを活性化する。
　続いて、リソグラフィおよびＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等によるドライエッチングにより、第一のＳｉＯ２膜に対してエッチングを行うことで第一のＳｉＯ２膜をパターニングし、第一のメサ部３１の形成領域においてＳｉＯ２からなる第一のマスク膜を形成する。
　その後、第一のマスク膜を用いて、塩素（Ｃｌ２）ガス又は四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）ガス、三塩化ボロン（ＢＣｌ３）等の塩素系ガスによるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）ドライエッチングにより、ｐ型のコンタクト層およびその下の上部クラッド層１６の上部に対して約０．４μｍ程度エッチングし、最後に第一のマスク膜を緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）で除去することにより、図２Ｂの（ａ）および（ｂ）に示すように、リッジ幅がＷ１で高さがＨ１の第一のメサ部３１を形成することができる。なお、本実施形態において、第一のメサ部３１のリッジ幅（底部の幅）Ｗ１は約１．５μｍとしている。なお、リッジ幅Ｗ１は、１～２０μｍとすることが好ましい。
　次に、再度、ＣＶＤ法により、厚さが２００ｎｍの第２のＳｉＯ２膜をウェハ上の全面に堆積し、先ほどと同様にＲＩＥによりＳｉＯ２膜をパターニングして、ＳｉＯ２からなる第二のマスク膜を形成する。その後、塩素系ガスによるＩＣＰドライエッチングを施して、第二のマスク膜をＢＨＦで除去することにより、図２Ｃの（ａ）および（ｂ）に示すように、リッジ幅がＷ２で高さがＨ２の第二のメサ部３２を形成することができる。
　このとき、第二のメサ部３２の高さＨ２であるエッチングの深さは、少なくとも下部クラッド層１２に到達する深さが必要であり、本実施形態では、１μｍとしている。また、第一のメサ部３１の側面と第二のメサ部３２の側面との距離（以後、「メサ間距離ｄ」とする）は、１．５μｍとしている。本実施形態において、メサ間距離ｄは、第二のメサ部３２のリッジ幅Ｗ２と第一のメサ部３１のリッジ幅Ｗ１との差の半分（（Ｗ２－Ｗ１）／２）で表すことができる。後に詳細に説明するが、このメサ間距離ｄは、０．１～２．０μｍ程度とすることが望ましい。
　（端面溝部形成工程）
　次に、再度、ＣＶＤ法により、厚さが８００ｎｍの第三のＳｉＯ２膜をウェハ上の全面に堆積し、先ほどと同様にＲＩＥによりＳｉＯ２膜をパターニングして、ＳｉＯ２からなる第三のマスク膜を形成する。その後、塩素系ガスによるＩＣＰドライエッチングを施して、第三のマスク膜をＢＨＦで除去することにより、図２Ｄの（ｂ）に示すように、端面溝部４１を形成する。これにより、前端面４２を形成することができる。
　本実施形態において、端面溝部４１の深さは３μｍとした。端面溝部４１の側面である前端面４２は、素子の前方面５１よりも後退している。このため、端面溝部４１の底部による光の蹴られ（反射もしくは散乱）を防ぐために、端面溝部４１の深さは深いほうが望ましく、少なくとも２μｍ以上とすることが好ましい。
　また、端面溝部４１は、前端面４２が光導波路２１に対して傾斜するように形成される。このように、前端面４２を傾斜端面とすることにより、前端面４２の反射率（導波路へのモード反射率）を大きく下げることができ、レーザ発振を抑制してＳＬＤ動作を可能とする。なお、前端面４２の傾斜角度は、大きいほど反射率が下がるが、少なくともブリュースター角以下である必要がある。このため、前端面４２の傾斜角度は、５～２０度程度が好ましく、本実施形態では１０度としている。
　（誘電体絶縁層およびｐ側電極形成工程）
　続いて、図２Ｅの（ａ）および（ｂ）に示すように、再度ＣＶＤ法により、厚さが３００ｎｍの第四のＳｉＯ２膜からなる誘電体絶縁層１７をウェハ上の全面に堆積する。次に、リソグラフィ法および緩衝フッ酸溶液によるウェットエッチング法により、誘電体絶縁層１７に、第一のメサ部３１の頂面、すなわちｐ型のコンタクト層を露出する開口部を形成する。なお、誘電体絶縁層１７の開口部は、リソグラフィ法に代えて、レジスト膜のエッチバックを行って形成しても構わない。
　続いて、図２Ｆの（ａ）および（ｂ）に示すように、電子線蒸着法により、誘電体絶縁層１７の開口部を丁度埋めるように、すなわち、誘電体絶縁膜層１７と開口部と同じ平面形状で、パラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなるｐ側電極１８を形成する。本実施形態において、Ｐｄ膜およびＰｔ膜の膜厚はともに５０ｎｍとしてｐ側電極１８を形成した。その後、温度が４００℃の熱処理を加えることにより、２×１０－４Ωｃｍ２以下の良好なコンタクト抵抗を得ることができる。
　（パッド電極形成工程）
　次に、図２Ｇの（ａ）～（ｃ）に示すように、リソグラフィ法および電子線蒸着法により、ｐ側電極１８を含めた誘電体絶縁層１７の上に、ｐ側電極１８と電気的に接続されるように、チタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなるパッド電極１９を形成する。ここで、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕの各膜厚は、それぞれ５０ｎｍ、５０ｎｍおよび５００ｎｍとした。
　なお、図２Ｇの（ｃ）に示すように、一般に基板１０はウェハ１１０の状態であり、複数のＳＬＤ素子は基板１０の主面上に行列状に形成される。従って、ウェハ１１０の状態にある基板１０から個々のＳＬＤ素子を劈開により分割する際に、パッド電極１９が素子間にわたって連続して形成されると、パッド電極１９と密着したｐ側電極１８がｐ型のコンタクト層から剥がれるおそれがある。そこで、パッド電極１９は互いに隣接するチップ同士で分離されて形成されていることが望ましい。さらに、電解めっき法により、パッド電極１９の上層のＡｕ層の厚さを３μｍ以上にまで増やすと、発光層１４からの発熱を効果的に放熱させることができる。すなわち、厚さが３μｍ以上のＡｕからなるメッキ電極によって、ＳＬＤ素子の信頼性を向上することができる。なお、図２Ｇの（ｃ）に示すように、端面溝部４１は、隣接するＳＬＤ素子に共通して形成される。
　（ｎ側電極形成工程）
　次に、基板１０の裏面を研削および研磨して、基板１０の厚さを約１００μｍにまで薄膜化する。その後、図２Ｈの（ａ）および（ｂ）に示すように、薄膜化された基板１０の裏面に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極２０を形成する。本実施形態において、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕの各膜厚は、それぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍとした。この構成により、１×１０－４Ωｃｍ２程度の良好なコンタクト抵抗を実現できる。
　ここで、次工程である劈開および組立工程における認識パターンとして、リソグラフィ法およびウェットエッチング法により、ｎ側電極２０の上層であるＡｕ膜にのみエッチングを行って、電極パターンを形成することが望ましい。もしくは、リソグラフィ法および蒸着リフトオフ法により、上記の電極パターンを形成してもよい。
　なお、基板１０の研磨方法には、ダイヤモンドスラリ又はコロイダルシリカによる機械研磨法、又は、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等のアルカリ溶液を同時に用いる化学機械研磨法を用いてもよい。
　（劈開および組立工程）
　次に、図２Ｉに示すように、ウェハ１１０を第一の切断ライン５５に沿って切断することにより、ＳＬＤ素子が横１列に連なったバー状態に分割する一次分離を行う。これにより、ＳＬＤ素子の前方面５１および後端面４３が形成される。
　この際、ウェハの切断は、ウェハの劈開性を利用した劈開により行う。この場合、ウェハ１１０における第一の切断ライン５５上に、適時、ダイヤモンド針によるスクライブもしくはレーザを用いたスクライブによる溝を形成することで、劈開の補助溝として利用してもよい。なお、スクライブ溝は、第一の切断ライン５５の端部のみに形成しても良いし、素子間に破線状に形成してもよい。その後、第一の切断ライン５５に沿ってブレーキングを行い、一次劈開を行うことにより前後面を形成することができる。
　図示しないが、続いて、複数のＳＬＤ素子が横一列になったバーの後端面４３に、ＣＶＤ法もしくはスパッタ法等により、反射率が９０％以上の例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる誘電体多層膜５４を形成する。その際、続いて、同じくＣＶＤ法もしくはスパッタ法等により、反射率が１％以下の誘電体単層膜もしくは多層膜を前端面４２に形成しても良い。この場合、前端面４２を保護している誘電体絶縁層１７は適時除去してもかまわない。
　次に、同図に示すように、共振器の長手方向に平行な方向に、適時、ダイヤモンド針によるスクライブもしくはレーザを用いたスクライブにより、第二の切断ライン５６に補助溝を形成して二次分離（二次へき開）を行う。これにより、素子を分割し、１個のＳＬＤ素子を得ることができる。
　なお、この後、ＳＬＤ素子をＣＡＮパッケージ等の所望のパッケージに実装およびワイヤー配線されることによって、青色ＳＬＤ素子を作製することができる。
　（本発明の作用効果）
　次に、本発明の第１の実施形態に係るＳＬＤ１００の作用および効果について、図面を参照しながら説明する。
　図３Ａおよび図３Ｂは、図１Ａおよび図１Ｂに示した本実施形態に係るＳＬＤ１００の内部におけるデバイス動作を説明するための平面図および断面図である。
　本実施形態のように、二段メサ構造の光導波路を有するＳＬＤにおいては、図３Ｂに示すように、ｐ側電極１８から注入された電流６１は、ｐ側電極１８の直下の発光層１４において再結合発光を起こす。これにより、例えば、図３Ａに示すように、発光層１４内の発光点７０において発光した光は、ランダムに全方向に放射される。ここで、説明を簡単にするために、発光層１４の面内方向への発光を考える。
　この場合、第一のメサ部３１の内側と外側とには実効的な屈折率に差があるので、発光点７０から放射された光のうち、第一のメサ部３１への入射角が第一の臨界角θＣ１よりも大きい光だけが第一のメサ部３１の側面において全反射を起こす。そして、この全反射した光は、第一のメサ部３１内を第一の伝搬光７１として光導波路２１内を導波することになる。
　また、発光点７０から放射された光のうち、第一のメサ部３１への入射角が第一の臨界角θＣ１よりも小さく、かつ、第二のメサ部３２への入射角が第二の臨界角θＣ２より大きい光は、第二のメサ部３２の側面において全反射を起こす。そして、この全反射した光は、第一のメサ部３１および第二のメサ部３２内を第二の伝搬光７２として光導波路２１内を導波することになる。
　なお、残りの光、すなわち、第二のメサ部３２への入射角が第二の臨界角θＣ２よりも小さい光は、光導波路２１の外部に放射光７３として放出されることになる。
　ここで、浅メサ部３１Ａの高さがＨａである浅メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子（比較例１）と、深メサ部３２Ａの高さがＨｂ（＞Ｈａ）である深メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子（比較例２）との特性について、図４を用いて説明する。図４は、浅メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子（比較例１）と深メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子（比較例２）とにおいて、光導波路の屈折率差Δｎと自然放出光結合率又は導波路の臨界角との関係を示す図である。
　図４に示すように、メサの高さが高くなると光導波路内外における屈折率差Δｎも大きくなることがわかる。また、光導波路の屈折率差Δｎが大きくなることで、光導波路内を伝搬する光の臨界角θｃが小さくなることがわかる。
　しかし、比較例１のように、上部クラッド層の一部までしかエッチングしない浅メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子では、光の分布と閉じ込め構造とが空間的に離れるため、実効的な屈折率差Δｎは小さくなり、Δｎは１×１０－２以下になる。その結果、浅メサ構造の比較例１に係るＳＬＤ素子においては、臨界角θＣが８５度以上になり、面内方向にランダムに発光した光（自然放出光）のうち、光導波路内を伝搬する光となる割合（自然放出光結合率）は１０％にも満たなくなる。
　それに対して、比較例２のように、下部クラッド層までをエッチングする深メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ素子では、深メサ部３２Ａを覆う誘電体絶縁層と半導体層との屈折率差がそのままΔｎとなるために、Δｎを１以上に大きくすることができる。その結果、深メサ構造の比較例２に係るＳＬＤ素子においては、臨界角θＣを３０度以下にすることができる。これにより、比較例２では、自然放出光結合率を７０％以上とすることができ、比較例１の自然放出光結合率に対して約１０倍にすることができる。
　上述の（式１）における自然放出光結合係数Ａは、自然放出光結合率に比例する。従って、自然放出光結合率の値が大きいほどＳＬＤの立ち上がり電流を低減することができる。つまり、ＳＬＤにおいては、理想的には深メサ構造とすることが望ましい。
　従って、例えば、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、上記比較例２のような単純な深メサ構造の光導波路を有するＳＬＤ１０１を作製すると、図５Ａに示すように、臨界角θＣ３を小さくすることができる。ここで、図５Ａは、深メサ部３２Ａの高さがＨｂである深メサ構造の光導波路を有する比較例２に係るＳＬＤの平面図であり、図５Ｂは、同ＳＬＤの断面図である。
　しかしながら、発明者らが鋭意検討した結果、窒化物半導体からなるＳＬＤにおいて、深メサ部３２Ａをドライエッチングによって形成すると、深メサ部３２Ａの側面においてドライエッチングのダメージ等に起因する表面準位等が生じ、この表面準位等が非発光再結合中心８１として働くために、かえって特性の悪化を招く結果となることがわかった。
　そこで、図３Ａおよび図３Ｂで示したように、本実施形態に係るＳＬＤ１００においては、第一のメサ部３１と第二のメサ部３２とからなる二段メサ構造の光導波路としている。このように、光導波路を二段メサ構造とすることにより、第一のメサ部３１において電流狭窄を行うことができ、第二のメサ部３２において第二の伝搬光７２を導波路内に閉じ込めることができる。
　このように、二段メサ構造の光導波路とすることにより、第二のメサ部３２における非発光再結合の影響を抑制しつつ、自然放出光結合係数Ａを大きくすることができる。従って、立ち上がり電流の低減およびスロープ効率の向上を図ることができ、高効率のＳＬＤを実現することができる。
　次に、メサ間距離ｄの好ましい範囲について、以下説明する。
　本実施形態に係るＳＬＤ１００において、第二のメサ部３２における第一のメサ部３１の直下領域は、電流６１が注入される電流注入領域６２である。この電流注入領域６２においては、ＳＬＤの動作状態では、キャリアの反転分布が起こり、発光層１４は透明化して光増幅効果が発生する。
　一方、第二のメサ部３２における第一のメサ部３１の直下領域以外の領域、すなわち、第一のメサ部３１よりも外側に位置する第二のメサ部３２の領域は、電流６１が注入されない電流非注入領域６３である。この電流非注入領域６３においては、キャリアが存在しないために、発光層１４による光吸収が発生する。
　この電流非注入領域６３は、メサ間距離ｄが大きくなる程大きくなる。したがって、メサ間距離ｄが大きすぎると、第二の伝搬光７２は、電流非注入領域６３における発光層１４において全て吸収されてしまう。この場合、実効的には通常の浅メサ構造と同じ構造の光導波路となってしまう。
　従って、メサ間距離ｄを適切に設定することにより、第二のメサ部３２の側面部における非発光再結合の影響を抑制しながら、第二の伝搬光７２が光導波路内で結合する効果を引き出すことができ、これにより、ＳＬＤの立ち上がり電流を低減できることがわかった。
　以下、ＳＬＤ素子の特性とメサ間距離ｄとの関係について、図６、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。図６は、本実施形態に係るＳＬＤ（本発明）、比較例１に係るＳＬＤ（比較例１）およびＬＤの各半導体発光素子における電流－光出力特性を示す図である。また、図７Ａは、本実施形態に係るＳＬＤにおいて、メサ間距離ｄと光出力が５ｍＷにおける立ち上がり電流（Ｉｏｐ）又はスロープ効率（Ｓｅ）との関係を示す図である。図７Ｂは、本実施形態に係るＳＬＤにおいて、メサ間距離ｄと光出力が５０ｍＷにおける動作電流（Ｉｏｐ）との関係を示す図である。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいて、第一のメサ部３１のリッジ幅Ｗ１は１．５μｍとし、メサ間距離ｄは、第一のメサ部３１のリッジ側面からの距離とした。また、光導波路の長さＬは８００μｍとした。
　図６に示すように、二段メサ構造の光導波路を有する本発明に係るＳＬＤは、浅メサ構造の光導波路を有する比較例１に係るＳＬＤと比べて、立ち上がり電流を低減することができるとともにスロープ効率を増大することができ、また、動作電流を低減することができる。なお、スロープ効率（Ｓｅ）は、電流の変化量に対する光出力の変化量（ΔＰｏｕｔ／ΔＩｏｐ）で表すことができる。
　本実施形態に係るＳＬＤにおける上記の作用効果は、メサ間距離ｄに依存し、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、メサ間距離ｄは、０．５～２．０μｍ程度で特性が向上し、１．５μｍ程度が最適であることがわかった。
　このメサ間距離の依存性について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の第１の実施形態に係るＳＬＤにおけるメサ間距離の効果を模式的に示した図である。
　図８に示すように、まず、メサ間距離ｄが大きくなると、第二のメサ部３２の側面に到達するキャリア（電子および正孔）の数が指数関数的に減少するため、第二のメサ部３２の側面における非発光再結合によるキャリア損失が減少する。
　一方、メサ間距離ｄが大きくなると、光の伝搬距離が長くなるために、第二のメサ部３２の電流非注入領域６３における発光層１４による光吸収が指数関数的に大きくなる。
　この第二のメサ部３２の側面における非発光再結合によるキャリア損失の減少と電流非注入領域６３における光吸収の増加とは、トレードオフの関係にある。従って、図８に示すように、ＳＬＤは、メサ間距離ｄが、ある一定の範囲においてのみ特性改善効果を有するということがわかる。本実施形態に係るＳＬＤでは、上述のとおり、メサ間距離ｄが０．５～２．０μｍ程度の範囲で特性改善効果が見られる。
　なお、本実施形態のように窒化物半導体からなるＳＬＤにおいては、ドライエッチングによる表面ダメージの影響によって、非発光再結合によるキャリア損失の効果が大きく、メサ間距離ｄは０．５～２．０μｍが最適範囲となったが、表面ダメージ層を除去することにより、さらにメサ間距離ｄの最適範囲の下限を小さくすることも可能である。表面ダメージ層の除去方法としては、硫酸、リン酸、フッ酸等の酸により表面ダメージ層を除去する方法や、エッチング表面および側面に数ｎｍ～数十ｎｍ程度の窒化物半導体層を再成長する方法がある。このような処理により、表面ダメージによる非発光再結合を抑制することができるので、メサ間距離ｄを０．１μｍ程度まで小さくしても所望の電流を得ることできる。従って、ＳＬＤの立ち上がり電流をさらに低減することが可能である。従って、本実施形態に係るＳＬＤ１００において、メサ間距離ｄの好ましい範囲は、０．１以上２．０以下である。
　次に、メサ構造の光導波路を有する半導体レーザの特性について説明する。
　図９Ａは、本実施形態に係るＳＬＤと同様の二段メサ構造の光導波路を備えた半導体レーザの平面図である。また、図９Ｂは、同半導体レーザの断面図である。
　図９Ａおよび図９Ｂに示すように、二段メサ構造の光導波路を有する半導体レーザ１０２は、前端面４２Ｌが光導波路の延伸軸に垂直な端面となっていること以外は、図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示すＳＬＤ１００と同様の構成である。
　図３Ａに示すＳＬＤ１００と同様に、図９Ａ示す半導体レーザ１０２においても第二のメサ部３２を伝搬する第二の伝搬光７２が存在するが、半導体レーザ１０２の場合には、特性の向上には寄与しない。
　図１０は、浅メサ構造、二段メサ構造および深メサ構造の光導波路を有する窒化物半導体レーザにおける閾値電流Ｉｔｈ、スロープ効率Ｓｅ（５０ｍＷ出力時）および動作電流Ｉｏｐ（５０ｍｗ出力時）を比較して示した図である。図１０において、閾値Ｉｔｈ、スロープ効率Ｓｅおよび動作電流の値は、浅メサ構造の光導波路を有する窒化物半導体レーザを基準として示している。
　深メサ構造の光導波路を有する窒化物半導体レーザにおいては、他の窒化物半導体レーザと比べて、深メサ部の非発光再結合の影響により、閾値電流および動作電流が大きくなり、各特性が悪化することがわかる。また、二段メサ構造の光導波路を有する窒化物半導体レーザにおいても、特性の向上は見られていない。これは、半導体レーザでは、共振器における発振現象を利用するために、閾値電流やスロープ効率は自然放出光結合係数Ａの影響をほとんど受けないことが原因である。
　一方、ＳＬＤにおいては、発振現象が起こらず、自然放出光が種光となり、この種光が光導波路での増幅効果を受けて光導波路内を伝搬するため、種光の利用効率といえる自然放出光結合係数Ａが大きいことが特性の向上に非常に重要である。
　このように、半導体レーザとＳＬＤとの動作原理が異なることから、半導体レーザに二段メサ構造の光導波路を適用しても効果がなく、二段メサ構造による特性の向上はＳＬＤ特有の現象である。
　以上、説明したとおり、本発明の第１の実施形態に係るＳＬＤ１００によれば、第一のメサ部３１と第二のメサ部３２とからなる二段メサ構造の光導波路によって、第二のメサ部３２における非発光再結合の影響を抑制しつつ、自然放出光結合係数Ａを大きくすることができる。これにより、立ち上がり電流の低減およびスロープ効率の向上を図ることができるので、高指向性、高偏光性および低コヒーレンス性を備えるＳＬＤの高効率化を図ることができる。
　また、本実施形態に係るＳＬＤにおいて、メサ間距離ｄを０．１以上２．０以下とすることにより、非発光再結合の影響を抑制しながら発光層における光吸収損失を抑制することができる。これにより、実効的な自然放出光結合係数を最適な範囲で増大させることができる。
　また、本実施形態では、直線状の光導波路２１の延伸軸は、ＳＬＤ１００の素子側面５３と平行である。また、光導波路２１の前端面４２の法線は、光導波路２１の延伸軸に対して傾斜し、かつ、光導波路２１の後端面４３の法線は、光導波路２１の延伸軸と平行である。これにより、導波損失の小さい直線状の光導波路のみで、傾斜した光出射端面である前端面４２と反射端面である後端面４３とを備えた片出射型のＳＬＤを容易に実現できる。
　（第１の実施形態の変形例１）
　次に、本発明の第１の実施形態の変形例１に係るＳＬＤ１０３について、図１１Ａおよび図１１Ｂを用いて説明する。図１１Ａは、本発明の第１の実施形態の変形例１に係るＳＬＤの平面図である。図１１Ｂは、図１１ＡのＡ－Ａ’線における同変形例１に係るＳＬＤの断面図である。
　図１Ａに示した第１の実施形態に係るＳＬＤ１００では、光導波路２１の幅を一定としており、その幅は１．０～２．０μｍ程度であるが、図１１Ａに示すように、本変形例に係るＳＬＤ１０３では、第一のメサ部３１のリッジ幅Ｗ１および第二のメサ部３２のリッジ幅Ｗ２が光導波路２１Ｃの光伝搬方向において徐々に変化するように形成されている。本変形例において、光導波路２１Ｃは、後端面４３から前端面４２に向かってリッジ幅Ｗ１およびリッジ幅Ｗ２が徐々に広げていくように形成されたテーパ形状である。
　このような構造とすることで、発光層１４の領域を増加させることができるので、光導波路２１Ｃ内における光増幅効果を大きくすることができる。
　なお、本変形例のように、光導波路２１Ｃの幅を変化させる場合であっても、メサ間距離ｄは一定とすることが好ましい。また、本変形例においもメサ間距離ｄの最適な間隔は、第１の実施形態とほぼ同じになることがわかっている。
　（第１の実施形態の変形例２）
　次に、本発明の第１の実施形態の変形例２に係るＳＬＤ１０４について、図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａは、本発明の第１の実施形態の変形例２に係るＳＬＤの平面図である。図１２Ｂは、図１２ＡのＡ－Ａ’線における同変形例２に係るＳＬＤの断面図である。
　図１Ａに示すように、第１の実施形態に係るＳＬＤ１００では、後端面４３は劈開により形成しているが、図１２Ａに示すように、本変形例に係るＳＬＤ１０４では、後端面４３も前端面４２と同じく端面溝部４１を形成することにより形成している。この場合、後端面４３は光導波路２１の延伸軸に対して垂直な端面を形成するように、後方面５２に端面溝部４１を作製する。
　このような構成とすることで、素子の分割を劈開ではなくスクライブにて行うことが可能になり、より低コストのＳＬＤを作製することが可能になる。
　なお、前端面４２には、誘電体の単層膜もしくは多層膜による無反射層または低反射率層を形成することができる。また、後端面４３には、誘電体多層膜による高反射率層を形成することができる。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態に係るＳＬＤ２００について、図１３Ａおよび図１３Ｂを用いて説明する。図１３Ａは、本発明の第２の実施形態に係るＳＬＤの平面図である。図１３Ｂは、図１３ＡのＡ－Ａ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図である。
　本発明の第２の実施形態に係るＳＬＤ２００は、窒化物半導体青色ＳＬＤ素子であって、図１３Ａに示すように、前方面５１および後方面５２に対して傾斜した光導波路２２１を備える。本実施形態において、直線状に形成された光導波路２２１の前端面４２および後端面における各法線は、光導波路２２１の延伸軸（ストライプ方向軸）に対して傾斜している。なお、本実施形態では、光導波路２２１が前方面５１および後方面５２に対して傾斜している以外は、基本的には、第１の実施形態と同様の構成である。
　このような構成とすることで、前端面４２又は後端面４３を傾斜端面とするために端面溝部を形成する必要がなく、光出射端面が傾斜端面であるＳＬＤを、劈開のみで容易に作製することができる。すなわち、本実施形態では、傾斜端面である前端面４２および後端面４３を、いずれも劈開によって形成することができる。
　また、本実施形態において、光導波路２２１を伝搬する光は、前端面４２および後端面４３の両方から放射される。従って、両端面からの光を利用できるパッケージに実装することで、高効率のＳＬＤを実現することができる。
　以上、本発明の第２の実施形態に係るＳＬＤ２００によれば、第１の実施形態に対して、より構造を簡便にして低コスト化を実現することができるとともに、より高効率のＳＬＤ素子を実現することができる。
　なお、本実施形態に係るＳＬＤ２００は、後端面４３も光出射端面である両出射型のＳＬＤであり、前端面４２および後端面４３の両方から光が放射される。従って、前端面４２だけではなく後端面４３にも、誘電体の単層膜又は多層膜からなる低反射率層を形成することが好ましい。これにより、前端面４２および後端面４３での反射率を最小化し、さらに高効率のＳＬＤを実現できる。
　（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態に係るＳＬＤ３００について、図１４Ａおよび図１４Ｂを用いて説明する。図１４Ａは、本発明の第３の実施形態に係るＳＬＤの平面図である。図１４Ｂは、図１４ＡのＡ－Ａ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図である。
　本発明の第３の実施形態に係るＳＬＤ３００は、窒化物半導体青色ＳＬＤ素子であって、図１４Ａに示すように、直線状の直線導波路部３２１Ａと曲線状の曲線導波路部３２１Ｂとからなる光導波路３２１を備える。光導波路３２１は、曲線導波路部３２１Ｂが前端面４２に対して傾斜して接続され、直線導波路部３２１Ａが後端面４３に対して垂直に接続されるように構成されている。なお、本実施形態では、光導波路３２１の一部が曲線導波路部３２１Ｂとなっていること以外は、第１の実施形態と同一である。
　このような構成とすることで、端面溝部を形成することなく劈開によって形成された前端面４２に対して傾斜した光導波路３２１を備えたＳＬＤを実現することができる。さらに、後端面４３には、高反射率層である誘電体多層膜５４が形成されているので、前端面４２のみから光を出射する構造として、より高効率のＳＬＤを実現することができる。
　なお、曲線導波路部３２１Ｂにおいては、円弧部の曲がりによる導波損失が発生するため、円弧部の曲率半径はできるだけ大きくすることが望ましい。
　ここで、光導波路３２１の曲線導波路部３２１Ｂにおける円弧部の曲率半径とスロープ効率との関係について、図１５を用いて説明する。図１５は、本発明の第３の実施形態に係るＳＬＤ３００における曲線導波路部３２１Ｂの円弧部の曲率半径とスロープ効率との関係を示す図である。図１５に示すように、窒化物半導体からなる青色発光のＳＬＤにおいては、曲線導波路部３２１Ｂの円弧部における曲率半径は、１０００μｍ以上とすることが好ましい。
　なお、本実施形態では、曲線導波路部３２１Ｂを前端面４２側に形成しているが、曲線導波路部３２１Ｂ部は光導波路３２１の中央部又は後端面４３側に形成してもかまわない。
　以上、本発明の第３の実施形態に係るＳＬＤ３００によれば、直線導波路部３２１Ａと曲線導波路部３２１Ｂとによって光導波路３２１が構成されているので、第１の実施形態に対して、より構造を簡便にして低コスト化を実現することができるとともに、より高効率のＳＬＤ素子を実現することができる。また、傾斜した光出射端面である前端面４２と反射端面である後端面４３とを備えた片出射型のＳＬＤを容易に実現できる。
　（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態に係るＳＬＤ４００について、図１６Ａおよび図１６Ｂを用いて説明する。図１６Ａは、本発明の第４の実施形態に係るＳＬＤの平面図である。図１６Ｂは、図１６ＡのＡ－Ａ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図である。
　本発明の第４の実施形態に係るＳＬＤ４００は、窒化物半導体青色ＳＬＤ素子であって、図１６Ｂに示すように、第一のメサ部３１と同じ高さを有し、第二のメサ部３２の一部として形成された台座部４３１を備える。
　台座部４３１は、上部クラッド層１６を加工することにより、第二のメサ部３２における電流非注入領域の上方において、第一のメサ部３１と離間させて凸状に形成される。第一のメサ部３１と台座部４３１との間には凹部が形成されており、当該凹部を形成することにより、第一のメサ部３１と台座部４３１とを凹部を介して分離して形成することができる。つまり、第一のメサ部３１を形成する際に、台座部４３１をエッチングすることなく残存させることにより、本実施形態の構造を作製することができる。
　第二のメサ部３２のような深メサ構造においては、メサ構造作製時のドライエッチングによって、エッチング表面や深メサ構造の側面にダメージが残り、ドライエッチングにより露出する最表面がｎ型化しやすい。従って、深メサ構造においては、発光層１４を含むｐ－ｎ接合界面を貫通してメサ部の側面が形成されるため、ドライエッチングによる表面ダメージにより表面リーク電流が発生する場合がある。
　これに対し、本実施形態においては、台座部４３１の上面がドライエッチングされない非エッチング面であり、台座部４３１の一部に非エッチング面としてｐ型の表面が存在する。これにより、ｐ側電極１８から、第一のメサ部３１の側面、台座部４３１の側面、台座部４３１の上面および第二のメサ部３２の側面を通って、ｎ型の半導体層にまで至る経路が、ｎ－ｐ－ｎ接合となる。これにより、リークパスをなくすことができるので、上記のような表面リーク電流が発生することを抑制することができる。
　以上、本発明の第４の実施形態に係るＳＬＤ４００によれば、表面リーク電流を低減することができるので、信頼性の高いＳＬＤを実現することができる。
　（第５の実施形態）
　次に、本発明の第５の実施形態に係るＳＬＤ５００について、図１７Ａおよび図１７Ｂを用いて説明する。図１７Ａは、本発明の第５の実施形態に係るＳＬＤの平面図である。図１７Ｂは、図１７ＡのＡ－Ａ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図である。
　本発明の第５の実施形態に係るＳＬＤ５００は、窒化物半導体青色ＳＬＤ素子であって、図１７Ｂに示すように、凸部５１０が形成された基板１０上に、発光層１４を含む半導体積層体が形成されたものである。第一のメサ部３１および第二のメサ部３２からなる光導波路２１は凸部５１０上に形成されており、第一のメサ部３１直下（電流注入領域）の発光層１４のバンドギャップよりも、第一のメサ部３１の側面と第二のメサ部３２の側面との間（電流非注入領域）の発光層１４のバンドギャップの方が大きくなっている。言い換えると、第一のメサ部３１の直下における発光層１４のバンドギャップは、第一のメサ部３１の側面と第二のメサ部３２の側面との間における第二のメサ部３２の直下における発光層１４のバンドギャップよりも小さくなっている。このように、本実施形態では、第一のメサ部３１の側面と第二のメサ部３２の側面との間における第二のメサ部３２の発光層１４は、バンドギャップが拡大した領域であるバンドギャップ拡大領域５１４となっている。
　例えば、あらかじめ凸部５１０を形成した基板１０上に、発光層１４を含む半導体積層体を成長し、その後、凸部５１０の位置に合わせて、第一のメサ部３１および第二のメサ部３２を形成することにより、図１７Ｂに示すような構造のＳＬＤ５００を作製することができる。
　なお、バッファ層１１および下部クラッド層１２を形成する際、基板１０の凸部５１０の隣接部においては、層表面が緩やかに傾斜するように成長条件を調整する。その上に、発光層１４を成長すると、成長表面の傾斜角によって、インジウム（Ｉｎ）の表面への吸着しやすさが異なる領域が形成される。すなわち、凸部５１０の直上に位置する直上部と当該直上部に隣接する隣接部とではＩｎの取り込み効率が異なり、直上部の発光層１４のＩｎ組成よりも隣接部のＩｎ組成の方が低く、これにより、バンドギャップが拡大した領域としてバンドギャップ拡大領域５１４を形成することができる。
　このバンドギャップ拡大領域５１４には、第二の伝搬光７２（不図示）が伝搬することになるので、第一のメサ部３１と第二のメサ部３２との間での光吸収が起こらず、自然放出光結合係数Ａが最大化する。これにより、ＳＬＤを高効率化することができる。このように、本実施形態では、第一のメサ部３１と第二のメサ部３２との間における光吸収が起こらないので、自然放出光結合係数Ａを深メサ構造の自然放出光結合係数と同等にまで増大させることができるとともに、メサ間距離ｄを第１の実施形態よりも大きくすることが可能となる。例えば、メサ間距離ｄは１０μｍ程度まで大きくすることができる。
　以上、本発明の第５の実施形態に係るＳＬＤ５００によれば、第１の実施形態に対して、より簡便な構造で、より高効率のＳＬＤ素子を実現することができる。
　（第６の実施形態）
　次に、本発明の第６の実施形態に係るＳＬＤ６００について、図１８Ａおよび図１８Ｂを用いて説明する。図１８Ａは、本発明の第６の実施形態に係るＳＬＤの平面図である。図１８Ｂは、図１８ＡのＡ－Ａ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図である。
　本発明の第６の実施形態に係るＳＬＤ６００は、窒化物半導体青色ＳＬＤ素子であって、図１８Ｂに示すように、凸部６１０が形成された基板１０上に、発光層１４を含む半導体積層体が形成されたものである。第一のメサ部３１および第二のメサ部３２からなる光導波路２１は凸部６１０上に形成されており、第一のメサ部３１直下（電流注入領域）の発光層１４と、第一のメサ部３１の側面と第二のメサ部３２の側面との間（電流非注入領域）の発光層１４とにおいて、段差が存在する。
　例えば、第５の実施形態と同様に、あらかじめ凸部６１０を形成した基板１０上に、発光層１４を含む半導体積層体を成長し、その後、凸部６１０の位置に合わせて、第一のメサ部３１および第二のメサ部３２を形成することにより、図１８Ｂにしめすような構造のＳＬＤ６００を作製することができる。
　但し、本実施形態では、第５の実施形態に比べて、凸部６１０の高さ（段差）を大きくしている。そして、バッファ層１１および下部クラッド層１２の形成条件を調整することにより、凸部６１０の段差形状を維持したままで発光層１４を成長させる。これにより、第一のメサ部３１の直下における発光層１４と、第二のメサ部３２の直下における発光層１４とは、半導体積層体の積層方向に対して異なった深さに位置させることができる。このように発光層１４を構成することにより、第一のメサ部３１直下の発光層１４から第二のメサ部３２へと向かう光は、上部クラッド層１６を主に通過することになるので、第一のメサ部３１の側面と第二のメサ部３２の側面との間における第二のメサ部３２の発光層１４において第二の伝搬光７２が吸収されることを抑制することができる。
　このように、本実施形態では、第二の伝搬光７２の吸収損失を低減することで、自然放出光結合係数Ａを最大化することができ、ＳＬＤをさらに高効率化することができる。また、本実施形態では、第一のメサ部３１の側面と第二のメサ部３２の側面との間の第二のメサ部３２の発光層１４における光吸収が減少するため、メサ間距離ｄを第１の実施形態よりも大きくすることが可能である。例えば、メサ間距離ｄは１０μｍ程度まで大きくすることができる。
　以上、本発明の第６の実施形態に係るＳＬＤ６００によれば、より高効率のＳＬＤ素子を実現することができる。
　（第７の実施形態）
　次に、本発明の第７の実施形態に係るＳＬＤ７００について、図１９Ａおよび図１９Ｂを用いて説明する。図１９Ａは、本発明の第７の実施形態に係るＳＬＤの平面図である。図１９Ｂは、図１９ＡのＡ－Ａ’線における同実施形態に係るＳＬＤの断面図である。
　本発明の第７の実施形態に係るＳＬＤ７００においては、ＡｌＩｎＮからなるｎ型の下部クラッド層７１２と、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）からなるｐ側電極７１８とを備える。本実施形態に係るＳＬＤ７００では、低屈折率材料であるＡｌＩｎＮとＩＴＯとを利用することによって光導波路の垂直方向の光閉じ込めΓｖを強くしており、二段メサ構造による自然放出光結合係数Ａの増大効果と合わせることにより、さらに効率を向上することができる。以下、本実施形態に係るＳＬＤ７００の具体的な構成について詳細に説明する。
　図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、本実施形態に係るＳＬＤ７００は、ｎ型ＧａＮからなる基板１０と、基板１０の上に、ｎ型のＧａＮからなるバッファ層１１、ｎ型のＡｌＩｎＮからなる下部クラッド層７１２、下部ガイド層１３、発光層１４、上部ガイド層１５、および、ｐ型のＧａＮからなるコンタクト層（不図示）が順次形成された半導体積層体とを有している。なお、上部ガイド層１５の一部に、ｐ型のＡｌＧａＮからなるキャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層を挿入しても良い。また、コンタクト層の下に、膜厚が１０ｎｍ～１００ｎｍ程度のｐ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層を挿入しても良い。
　本実施形態では、上部ガイド層１５の一部がストライプ状のメサ構造に加工されることによって第一のメサ部３１が構成されている。さらに、下部クラッド層７１２に到達する深さまで掘り込むことにより第二のメサ部３２が構成されている。このように、本実施形態におけるリッジ型の光導波路２１は、第一のメサ部３１と、この第一のメサ部３１よりも幅広の第二のメサ部３２とからなる二段メサ構造の光導波路である。
　上部ガイド層１５の上には、第一のメサ部３１の頂面を露出する開口を有するＳｉＯ２からなる誘電体絶縁層１７が形成されている。第一のメサ部３１の頂面（上部ガイド層１５の凸部の上方）には、誘電体絶縁層１７の開口を埋めるようにＩＴＯからなるｐ側電極７１８が形成されている。また、ｐ側電極７１８および誘電体絶縁層１７の上には、ｐ側電極７１８と電気的に接続されるパッド電極１９が形成されている。なお、基板１０の裏面、すなわち、基板１０の裏面には、ｎ側電極２０が形成されている。
　また、図１９Ａに示すように、ＳＬＤ素子の前方面５１をエッチングによって端面溝部４１を形成することにより前端面４２が形成されている。本実施形態における光導波路２１は、ストライプ状の直線導波路として構成されており、図１９Ａに示すように、光導波路２１の延伸軸は、前端面４２の法線に対して一定の角度で傾斜している。なお、後方面５２においては、光導波路２１の延伸方向（長手方向）に対して垂直な後端面４３に、誘電体多層膜５４が形成されている。
　このように、本実施形態に係るＳＬＤ７００においては、ｎ型の下部クラッド層７１２の材料には、屈折率が２．４以下であるＡｌｘＩｎ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）を用いている。ＡｌＩｎＮは、屈折率が非常に小さい材料であり、Ｉｎ組成が１７．７％程度でＧａＮと格子整合し、この場合の屈折率は２．２程度である。このＡｌＩｎＮをｎ型クラッド層として利用することで４５０ｎｍ以上の長波長域においてもＧａＮとの屈折率差を大きくとることができる。なお、ＡｌＩｎＮは導電性が低いので、下部クラッド層７１２は、ＡｌＩｎＮとＧａＮとの多重超格子構造とすることがより好ましい。この場合、ｎ型不純物としてＳｉをドープすればよい。この不純物のドーピングは、均一ドープでも超格子の周期にあわせた変調ドープでも良い。
　また、本実施形態に係るＳＬＤ７００においては、ｐ型のクラッド層の機能を兼ねる構成として、ＩＴＯからなるｐ側電極７１８を用いている。すなわち、ＩＴＯからなるｐ側電極７１８は、他の実施形態における上部クラッド層として機能するとともに、電極としても機能する。ＩＴＯは、屈折率が２．０程度の低屈折率な透明導電性材料であり、液晶パネル等のディスプレイデバイス又はＬＥＤ等における透明電極として広く利用されている。ＩＴＯを半導体レーザ又はＳＬＤのｐ側電極として利用すると、従来の金属電極と異なり光吸収がほとんどないため、ｐ型クラッド層の機能をＩＴＯ電極に担わせることが可能となり、半導体層としてのｐ型クラッド層を省略することができる。
　このように構成される本実施形態に係るＳＬＤ７００の作用効果について、以下詳細に説明する。
　ＳＬＤの立ち上がり電流を低減させるもう一つの方法として、（式１）における垂直方向の光閉じ込め係数Γｖを大きくすることが挙げられる。ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とからなる半導体積層体においては、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との格子不整合が大きく、ＡｌＧａＮからなるクラッド層のＡｌ組成を大きくすると半導体積層体内にクラックが発生してしまう。従って、クラッド層のＡｌ組成をある一定以上よりも大きくすることができず、波長４００ｎｍにおける光閉じ込め係数Γｖを３．５％（発光層が３量子井戸の場合）以上にすることは困難であった。それに加えて、屈折率の波長依存性により、長波長になるほど屈折率差が小さくなり、垂直方向の光閉じ込め係数Γｖが小さくなってしまうために、緑色波長帯のＳＬＤにおいては効率が下がってしまうことが非常に大きな課題であった。
　本実施形態では、ｎ型のクラッド層としてＡｌＩｎＮからなる低屈折率のクラッド層を用い、ｐ型のクラッド層の機能を備える構成としてＩＴＯからなるクラッド電極を用いている。これにより、ＡｌＩｎＮからなるクラッド層とＩＴＯからなるクラッド電極とによって垂直光閉じ込め構造を実現することができ、光閉じ込め係数Γｖを大きくすることができる。
　従って、波長４００ｎｍにおいて４％を超える光閉じ込めを実現することができる。この結果、立ち上がり電流等のＳＬＤの効率を大きく向上させることができる。また、４５０ｎｍ以上の波長帯においても、３．５％以上の光閉じ込めを容易に実現することができ、青色～緑色帯のＳＬＤにおいても高効率化を図ることができる。
　さらに、窒化物半導体からなるＳＬＤにおいては、ｐ型半導体層の抵抗率が高いために動作電圧が高いという課題がある。これに対して、本実施形態に係るＳＬＤ７００では、ＩＴＯからなるクラッド電極を用いているので、ｐ型層のトータル膜厚を小さくすることができる。これにより、動作電圧を低減することができるという効果も得られ、電力変換効率を向上することができる。
　なお、本実施形態において、ｐ側電極７１８の材料は、屈折率が２．０程度のＩＴＯとしたが、これに限らない。ｐ側電極７１８の材料としては、屈折率が２．５以下の他の導電性透明材料を用いてもよい。
　また、本実施形態において、第一のメサ部３１の高さＨ１は、１５０ｎｍ以下とすることが好ましい。これにより、発光層１４との距離を適切にすることができるので、所望の発光を実現することができる。
　また、本実施形態において、ＡｌＩｎＮからなる下部クラッド層７１２の屈折率は２．４以下である。これにより、光導波路２１内の垂直方向の光閉じ込め係数Γｖを、青色から緑色までの波長域にわたって大きくすることができるので、高効率の青色および緑色のＳＬＤを実現できる。
　また、本実施形態においてはＩＴＯクラッド電極およびＡｌＩｎＮクラッドを導入した構造としたが、ＩＴＯクラッド電極およびとＡｌＩｎＮクラッドのどちらか一方のみを用いて、それ以外は第１～第６の実施形態に準じた構造としても、一定の効果は得られ、高効率の青色および緑色のＳＬＤを実現できる。
　以上、本発明に係るＳＬＤについて、実施形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態等に限定されるものではない。
　例えば、上記の実施形態においては、半導体積層体の材料として、ＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＮ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるＩＩＩ族の窒化物半導体を用いた青色（Ｂ）のＳＬＤ光源について説明したが、これに限らない。
　ＡｌＧａＩｎＮにおける材料の組成比を変更することで、波長が約３８０ｎｍである紫色（Ｖ）から、波長が約５５０ｎｍである緑色（Ｇ）までの波長帯のＳＬＤを実現することができる。
　これにより、ＳＬＤを青色および緑色の光源として利用することができる。また、青色を発光するＳＬＤは、黄色蛍光体と組み合わせることにより、もしくは、緑色蛍光体および赤色蛍光体と組み合わせることにより白色光を得ることができるので、白色光源として利用することができる。
　また、半導体積層体の材料をＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＡｓｚＰ１－ｚ（但し、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるＩＩＩ－Ｖ族の化合物半導体に変更することで、波長が約６００ｎｍである赤色（Ｒ）から、波長が約７５０ｎｍである赤外（ＩＲ）までの波長帯のＳＬＤを実現することもできる。
　これにより、特に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）を発光する３つのＳＬＤ素子を用いて白色光源を構成することにより、ＳＬＤディスプレイ、ＲＧＢバックライトによるカラーフィルターレスの液晶表示装置、又は、プロジェクタ等の各種電気機器における色再現性の高い光源等として利用することができる。
　その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記の実施形態等に施したもの、あるいは異なる実施形態等における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
　本発明に係るスーパールミネッセントダイオードは、高効率であるので、薄型、低消費電力および低コストの光源等として広く利用することができる。このため、超薄型の液晶表示装置用のバックライト光源やプロジェクタ用の光源等として有用である。
　１０、１０１０　基板
　１１、１０１１　バッファ層
　１２、７１２、１０１２　下部クラッド層
　１３、１０１３　下部ガイド層
　１４、１０１４　発光層
　１５、１０１５　上部ガイド層
　１６、１０１６　上部クラッド層
　１７、１０１７　誘電体絶縁層
　１８、７１８、１０１８　ｐ側電極
　１９、１０１９　パッド電極
　２０、１０２０　ｎ側電極
　２１、２１Ｃ、２２１、３２１　光導波路
　３１　第一のメサ部
　３１Ａ　浅メサ部
　３２　第二のメサ部
　３２Ａ　深メサ部
　４１　端面溝部
　４２、４２Ｌ　前端面
　４３　後端面
　５１　前方面
　５２　後方面
　５３　素子側面
　５４　誘電体多層膜
　５５　第一の切断ライン
　５６　第二の切断ライン
　６１　電流
　６２　電流注入領域
　６３　電流非注入領域
　７０　発光点
　７１　第一の伝搬光
　７２　第二の伝搬光
　７３　放射光
　８１　非発光再結合中心
　１００、１０１、１０３、１０４、２００、３００、４００、５００、６００、７００　スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）
　１０２　半導体レーザ
　１１０　ウェハ
　２２１　光導波路
　３２１Ａ　直線導波路部
　３２１Ｂ　曲線導波路部
　４３１　台座部
　５１０、６１０　凸部
　５１４　バンドギャップ拡大領域
　１００１、１００２　半導体発光素子
　１０３１　浅メサ部
　１０３２　深メサ部
 

Claims (19)

  1. 　基板の上に、第一のクラッド層、発光層および第二のクラッド層を少なくともこの順に含む積層体を備えるスーパールミネッセントダイオードであって、
    　前記積層体は、屈折率導波型の光導波路を有し、
    　前記光導波路は、
    　第一の幅を有するように前記第二のクラッド層を加工することにより形成された第一のメサ部と、
    　前記第一の幅よりも大きい幅である第二の幅を有するように、前記第一のクラッド層、発光層および第二のクラッド層を加工することにより形成された第二のメサ部とを含む
    　スーパールミネッセントダイオード。
  2. 　前記第一のメサ部の側面と前記第二のメサ部の側面との距離は、０．１μｍ以上２．０μｍ以下である
    　請求項１に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  3. 　前記第一のメサ部の側面と前記第二のメサ部の側面との距離は、前記光導波路全体にわたって一定である
    　請求項１又は２に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  4. 　前記第一の幅および前記第二の幅は、前記光導波路の光伝搬方向において徐々に変化するように形成される
    　請求項１～３のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  5. 　前記光導波路は、直線状に形成されており、
    　前記光導波路の前端面および後端面の法線は、前記光導波路の延伸軸に対して傾斜している
    　請求項１～４のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  6. 　前記光導波路は、直線状に形成されており、
    　前記光導波路の前端面の法線は、前記光導波路の延伸軸に対して傾斜し、
    　前記光導波路の後端面の法線は、前記光導波路の延伸軸と平行である
    　請求項１～４のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  7. 　前記光導波路は、直線導波路部と曲線導波路部とからなり、
    　前記曲線導波路部の一方の端面は、前記光導波路の前端面であり、
    　前記直線導波路部の一方の端面は、前記光導波路の後端面である
    　請求項１～４のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  8. 　前記曲線導波路部の曲率半径は、１０００μｍ以上である
    　請求項７に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  9. 　前記後端面には、誘電体多層膜からなる高反射率層が形成されている
    　請求項６～８のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  10. 　前記前端面には、誘電体の単層膜又は多層膜からなる低反射率層が形成されている
    　請求項６～９のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  11. 　前記前端面および前記後端面には、誘電体の単層膜又は多層膜からなる低反射率層が形成されている
    　請求項５に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  12. 　前記第二のメサ部は、前記第一のメサ部と離間して形成された凸部を有する
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  13. 　前記第一のメサ部の直下における発光層のバンドギャップは、前記第一のメサ部の側面と前記第二のメサ部の側面との間における第二のメサ部の直下における発光層のバンドギャップよりも小さい
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  14. 　前記第一のメサ部の直下における発光層と、前記第二のメサ部の直下における発光層とは、前記積層体の積層方向に対して異なった深さに位置している
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  15. 　前記積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＮ（但し、０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるＩＩＩ族窒化物半導体からなる
    　請求項１～１４のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  16. 　前記積層体は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１－ｘ－ｙＡｓｚＰ１－ｚ（但し、０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体からなる
    　請求項１～１４のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  17. 　前記第二のクラッド層は、屈折率が２．５以下の導電性透明材料で構成されており、
    　前記導電性透明材料は、電極としても機能する
    　請求項１～１６のいずれか１項に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  18. 　前記第一のメサ部の高さは、１５０ｎｍ以下である
    　請求項１７に記載のスーパールミネッセントダイオード。
  19. 　前記第一のクラッド層は、ＡｌｘＩｎ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなり、
    　前記第一のクラッド層の屈折率は、２．４以下である
    　請求項１７又は１８に記載のスーパールミネッセントダイオード。
     
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