WO2025254089A1 - 半導体レーザ素子、及び半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子、及び半導体レーザ素子の製造方法

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WO2025254089A1
WO2025254089A1 PCT/JP2025/019969 JP2025019969W WO2025254089A1 WO 2025254089 A1 WO2025254089 A1 WO 2025254089A1 JP 2025019969 W JP2025019969 W JP 2025019969W WO 2025254089 A1 WO2025254089 A1 WO 2025254089A1
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WO
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semiconductor
contact electrode
contact
layer
ridge
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PCT/JP2025/019969
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English (en)
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克哉 左文字
崇一 中澤
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Nuvoton Technology Corp Japan
Original Assignee
Nuvoton Technology Corp Japan
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor laser element and a method for manufacturing a semiconductor laser element.
  • Semiconductor laser elements have traditionally been used as light sources for processing equipment and the like. High efficiency is required for light sources.
  • a known technique is to form a ridge (i.e., a ridge stripe) in the semiconductor layer and confine the current within the ridge (see, for example, Patent Document 1).
  • semiconductor laser elements are also required to have high output power. As the output power of semiconductor laser elements increases, the amount of heat generated also increases, so there is a need to improve the heat dissipation characteristics of semiconductor laser elements.
  • the present disclosure aims to solve these problems by providing semiconductor laser elements and other devices that can improve heat dissipation characteristics.
  • one aspect of the semiconductor laser element is a semiconductor laser element that emits laser light, comprising: a substrate; a semiconductor laminate that is disposed above the substrate and includes a GaN-based semiconductor; and a contact electrode that is in contact with the semiconductor laminate and includes Ag.
  • the semiconductor laminate has an n-type semiconductor layer that is disposed above the substrate, an active layer that is disposed above the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer that is disposed above the active layer.
  • the semiconductor laminate also has a bottom surface that is located at the upper end of the semiconductor laminate and is positioned above the active layer, and a ridge that is adjacent to the bottom surface, protrudes upward from the bottom surface, and extends in the direction of emission of the laser light.
  • the contact electrode is in contact with the top surface and side surfaces of the ridge and at least a portion of the bottom surface.
  • one aspect of the semiconductor laser element is a semiconductor laser element that emits laser light, comprising: a substrate; a semiconductor laminate disposed above the substrate; a contact electrode containing Ag in contact with the semiconductor laminate; and a covering electrode disposed above the contact electrode and having a melting point higher than that of the contact electrode;
  • the semiconductor laminate has an n-type semiconductor layer disposed above the substrate, an active layer disposed above the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer disposed above the active layer; and the semiconductor laminate has a bottom surface located at the upper end of the semiconductor laminate and above the active layer; and a ridge adjacent to the bottom surface, protruding upward from the bottom surface, and extending in the direction of emission of the laser light;
  • the contact electrode is in contact with the top surface and side surfaces of the ridge and at least a portion of the bottom surface; and the covering electrode covers the edges of the contact electrode.
  • one aspect of the semiconductor laser element is a semiconductor laser element that emits laser light, comprising: a substrate; a semiconductor laminate disposed above the substrate; a contact electrode containing Ag in contact with the semiconductor laminate; and an n-side electrode disposed on a second main surface of the substrate behind the first main surface on which the semiconductor laminate is disposed;
  • the semiconductor laminate has an n-type semiconductor layer disposed above the substrate, an active layer disposed above the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer disposed above the active layer;
  • the semiconductor laminate has a bottom surface located at the upper end of the semiconductor laminate and above the active layer; and a ridge adjacent to the bottom surface, protruding upward from the bottom surface, and extending in the emission direction of the laser light;
  • the contact electrode is in contact with the top surface and side surfaces of the ridge and at least a portion of the bottom surface; and the dimension of the n-side electrode in at least one direction parallel to the second main surface is smaller than the dimension of the
  • one aspect of the semiconductor laser element is a semiconductor laser element that emits laser light, and includes a substrate, a semiconductor laminate disposed above the substrate, a contact electrode that contacts the semiconductor laminate and contains Ag, and an n-side electrode that is disposed on a second main surface of the substrate behind a first main surface on which the semiconductor laminate is disposed, and the semiconductor laminate has an n-type semiconductor layer disposed above the substrate, an active layer disposed above the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer disposed above the active layer, and
  • the semiconductor device has a bottom surface located at the upper end of the conductor laminate and positioned above the active layer, a ridge adjacent to the bottom surface, protruding upward from the bottom surface, and extending in the emission direction of the laser light, and a protrusion adjacent to the bottom surface, protruding upward from the bottom surface, and extending in the emission direction of the laser light, the contact electrode contacting the top surface and side surfaces of the ridge and at least
  • one aspect of the semiconductor laser element is a semiconductor laser element that emits laser light, comprising: a substrate; a semiconductor laminate that is disposed above the substrate and includes a GaN-based semiconductor; and a contact electrode that is in contact with the semiconductor laminate and includes Ag.
  • the semiconductor laminate has an n-type semiconductor layer that is disposed above the substrate, an active layer that is disposed above the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer that is disposed above the active layer.
  • the semiconductor laminate also has a bottom surface that is located at the upper end of the semiconductor laminate and is positioned above the active layer, and a ridge that is adjacent to the bottom surface, protrudes upward from the bottom surface, and extends in the direction of emission of the laser light.
  • the contact electrode is in contact with the top surface and side surfaces of the ridge and at least a portion of the bottom surface. The electrical contact resistance between the side surfaces of the ridge and the contact electrode is higher than the electrical contact resistance between the top surface of the ridge and the contact electrode.
  • one aspect of the method for manufacturing a semiconductor laser element is a method for manufacturing a semiconductor laser element that emits laser light, and includes a semiconductor stack formation step of forming a semiconductor stack above a substrate, and a contact electrode formation step of forming a contact electrode containing Ag in contact with the semiconductor stack, wherein the semiconductor stack formation step includes an etching step of forming, by dry etching, a bottom surface located at the upper end of the semiconductor stack and a ridge adjacent to the bottom surface, protruding upward from the bottom surface, and extending in the direction of emission of the laser light, and the contact electrode is in contact with the top surface and side surfaces of the ridge and at least a portion of the bottom surface.
  • This disclosure makes it possible to provide semiconductor laser elements and the like that can improve heat dissipation characteristics.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an active layer of a semiconductor laser element according to a first embodiment.
  • 3A to 3C are schematic cross-sectional views showing a stacking step in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing an etching step in a manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing an insulating layer forming step in a manufacturing method for the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a contact electrode forming step in the manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a covering electrode forming step in the manufacturing method of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • 1 is a graph showing the relationship between the refractive index and wavelength of various metals and dielectrics, including Ag.
  • 10 is a schematic diagram showing the distribution of the refractive index n(z) and the light intensity I(z) in the stacking direction of a semiconductor laser element of a comparative example.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the distribution of the refractive index n(z) and the light intensity I(z) in the stacking direction of the semiconductor laser element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method for forming an experimental element.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for forming an experimental element.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for forming an experimental element.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for forming an experimental element.
  • 1 is a graph showing the relationship between the voltage and current applied between two electrodes of an experimental element.
  • 10A and 10B are schematic cross-sectional views for explaining a first step of a method for forming experimental elements of types 1 and 2.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a second step of the method for forming Type 1 and Type 2 experimental elements.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a third step of the method for forming Type 1 and Type 2 experimental elements.
  • FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an experimental element of Type 3.
  • 10 is a graph showing the relationship between the voltage and current applied between the two electrodes of each of the experimental elements of types 1 to 3.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in the vicinity of a contact electrode of a semiconductor laser element according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a contact electrode of a semiconductor laser element according to a sixth embodiment.
  • 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of a light-transmitting conductive film and the reflectance of a stack including a light-transmitting conductive film and a reflective metal film for light with a wavelength of 380 nm.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device according to a seventh embodiment.
  • 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of a light-transmitting conductive film and the reflectance of a stack including a light-transmitting conductive film and a reflective metal film for light with a wavelength of 450 nm.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the thickness of a light-transmitting conductive film and the reflectance of a stack including a light-transmitting conductive film and a reflective metal film for light with a wavelength of 630 nm.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the thickness of a light-transmitting conductive film and the reflectance of a stack including a light-transmitting conductive film and a reflective metal film for light with a wavelength of 980 nm.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of a light-transmitting conductive film and the reflectance of a
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily an exact illustration. Therefore, the scale and other details do not necessarily match between the figures. Furthermore, in each figure, the same reference numerals are used to designate substantially identical components, and redundant explanations will be omitted or simplified.
  • the terms “above” and “below” do not refer to vertically above and below in an absolute spatial sense, but are used as terms defined by a relative positional relationship based on the stacking order in the stacked configuration. Furthermore, the terms “above” and “below” apply not only to cases where two components are arranged with a gap between them and another component exists between them, but also to cases where two components are arranged in contact with each other.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device 100 according to this embodiment.
  • FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the emission direction of laser light emitted by the semiconductor laser device 100.
  • FIG. 1 shows some of the electric field lines Le formed when current is applied to the semiconductor laser device 100, indicated by dashed arrows.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an active layer 22 of the semiconductor laser device 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of only the cross section of the active layer 22 among the cross sections shown in FIG. 1 .
  • Each figure shows X-, Y-, and Z-axes, which are orthogonal to one another.
  • the X-, Y-, and Z-axes are in a right-handed Cartesian coordinate system.
  • the stacking direction of the semiconductor laser device 100 is parallel to the Z-axis, and the emission direction of laser light is parallel to the Y-axis.
  • the semiconductor laser element 100 includes a semiconductor laminate 100S, and emits laser light from an end face located at the end in the Y-axis direction, which is perpendicular to the lamination direction (i.e., the Z-axis direction) of the semiconductor laminate 100S.
  • the oscillation wavelength (i.e., the wavelength of the laser light) of the semiconductor laser element 100 according to this embodiment is 350 nm or more and 420 nm or less.
  • the semiconductor laser element 100 has two end faces that form a resonator.
  • the semiconductor laser element 100 includes a substrate 11, a semiconductor stack 100S, and a contact electrode 41.
  • the semiconductor laser element 100 further includes a covering electrode 42, an n-side electrode 51, and an insulating layer 60.
  • the substrate 11 is a plate-like member that serves as the base for the semiconductor laser element 100.
  • the substrate 11 has a first major surface 11a and a second major surface 11b on the back side of the first major surface 11a.
  • the substrate 11 is an n-type GaN substrate.
  • the semiconductor laminate 100S is a laminate disposed above the substrate 11.
  • the semiconductor laminate 100S is disposed on the first major surface 11a of the substrate 11.
  • the semiconductor laminate 100S includes a GaN-based semiconductor.
  • the semiconductor laminate 100S has an n-type semiconductor layer, an active layer 22, and a p-type semiconductor layer. It has an n-type cladding layer 12, an active layer 22, a p-type cladding layer 32, and a contact layer 33.
  • the semiconductor laminate 100S further has an n-type guide layer 13, an n-side guide layer 21, a p-side guide layer 23, and an electron barrier layer 31.
  • the n-type cladding layer 12 is an example of an n-type semiconductor layer disposed above the substrate 11.
  • the n-type cladding layer 12 is disposed on the first major surface 11a of the substrate 11.
  • the n-type cladding layer 12 has a lower refractive index than the active layer 22 and a larger band gap energy.
  • the n-type cladding layer 12 is made of a nitride semiconductor containing Al. More specifically, the n-type cladding layer 12 is an n-type AlGaN layer.
  • the n-type cladding layer 12 is doped with Si as an impurity.
  • the n-type guide layer 13 is an example of an n-type semiconductor layer disposed above the substrate 11.
  • the n-type guide layer 13 is an n-type optical guide layer disposed above the n-type cladding layer 12.
  • the n-type guide layer 13 is disposed between the n-type cladding layer 12 and the active layer 22.
  • the n-type guide layer 13 is disposed between the n-type cladding layer 12 and the n-side guide layer 21.
  • the n-type guide layer 13 has a higher refractive index and a smaller bandgap energy than the n-type cladding layer 12.
  • the n-type guide layer 13 is an n-type GaN layer.
  • the n-type guide layer 13 is doped with Si as an impurity.
  • the n-side guide layer 21 is an undoped optical guide layer disposed above the n-type cladding layer 12.
  • the n-side guide layer 21 is disposed between the n-type cladding layer 12 and the active layer 22.
  • the n-side guide layer 21 is disposed between the n-type guide layer 13 and the active layer 22.
  • the n-side guide layer 21 has a higher refractive index and a smaller bandgap energy than the n-type cladding layer 12.
  • the n-side guide layer 21 is an undoped InGaN layer.
  • the active layer 22 is a light-emitting layer located above the n-type cladding layer 12. In this embodiment, the active layer 22 is located above the n-side guide layer 21 and has a quantum well structure.
  • the active layer 22 has one or more well layers and multiple barrier layers. In this embodiment, the active layer 22 has well layers 22b and 22d and barrier layers 22a, 22c, and 22e, as shown in FIG. 2.
  • the barrier layer 22a is disposed above the n-side guide layer 21 and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 22a is an undoped InGaN layer.
  • Well layer 22b is disposed between barrier layer 22a and barrier layer 22c and functions as a well in the quantum well structure.
  • the bandgap energy of well layer 22b is smaller than the bandgap energies of barrier layers 22a and 22c.
  • well layer 22b is an undoped InGaN layer.
  • the barrier layer 22c is disposed above the well layer 22b and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 22c is an undoped InGaN layer.
  • Well layer 22d is disposed between barrier layer 22c and barrier layer 22e and functions as a well in the quantum well structure.
  • the bandgap energy of well layer 22d is smaller than the bandgap energies of barrier layers 22c and 22e.
  • well layer 22d is an undoped InGaN layer.
  • the barrier layer 22e is disposed above the well layer 22d and functions as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 22e is an undoped InGaN layer.
  • the active layer 22 has a multiple quantum well structure including two well layers 22b and 22d, but the active layer 22 may also have a multiple quantum well structure including three or more well layers, or a single quantum well structure including one well layer.
  • the p-side guide layer 23 is an undoped optical guide layer disposed above the active layer 22.
  • the p-side guide layer 23 is disposed between the active layer 22 and the p-type cladding layer 32.
  • the p-side guide layer 23 is disposed between the active layer 22 and the electron barrier layer 31.
  • the p-side guide layer 23 has a higher refractive index and a smaller bandgap energy than the p-type cladding layer 32.
  • the p-side guide layer 23 is an undoped InGaN layer.
  • the electron barrier layer 31 is an example of a p-type semiconductor layer disposed above the active layer 22.
  • the electron barrier layer 31 is disposed between the p-side guide layer 23 and the p-type cladding layer 32.
  • the band gap energy of the electron barrier layer 31 is greater than the band gap energy of the p-type cladding layer 32.
  • the electron barrier layer 31 is a p-type AlGaN layer.
  • the electron barrier layer 31 is doped with Mg as an impurity. The electron barrier layer 31 having this configuration can prevent electrons injected from the n-type cladding layer 12 from leaking from the active layer 22 to the p-type cladding layer 32.
  • the p-type cladding layer 32 is an example of a p-type semiconductor layer disposed above the active layer 22.
  • the p-type cladding layer 32 is disposed between the electron barrier layer 31 and the contact layer 33.
  • the p-type cladding layer 32 has a lower refractive index than the active layer 22 and a larger band gap energy.
  • the p-type cladding layer 32 is a p-type AlGaN layer.
  • the p-type cladding layer 32 is doped with Mg as an impurity.
  • the contact layer 33 is an example of a p-type semiconductor layer disposed above the active layer 22. In this embodiment, the contact layer 33 is disposed above the p-type cladding layer 32. In this embodiment, the contact layer 33 is a p-type GaN layer and is in contact with the contact electrode 41. The contact layer 33 is doped with Mg as an impurity.
  • the semiconductor laminate 100S has a bottom surface 30Rb located at the upper end of the semiconductor laminate 100S and above the active layer 22, and a ridge 30R adjacent to the bottom surface 30Rb, protruding upward from the bottom surface 30Rb, and extending in the direction of emission of the laser light.
  • the ridge 30R has a top surface 30Ru, which is the uppermost surface, and a side surface 30Rs, which is the surface located at the end in the X-axis direction.
  • the ridge 30R is formed in the p-type cladding layer 32 and the contact layer 33.
  • the bottom surface 30Rb is located in the p-type cladding layer 32.
  • the top surface 30Ru of the ridge 30R is the top surface of the contact layer 33.
  • the electrical resistance of the side surface 30Rs of the ridge 30R is higher than the electrical resistance of the top surface 30Ru of the ridge 30R.
  • the ridge 30R has a high-resistance layer that includes the side surface 30Rs, and a low-resistance layer that includes the top surface 30Ru and has a lower electrical resistance than the high-resistance layer.
  • the width of the ridge 30R (i.e., the dimension in the X-axis direction) is not particularly limited, but in this embodiment it is 100 ⁇ m or less.
  • the width of the ridge 30R may also be 1 ⁇ m or more.
  • the semiconductor stack 100S has recesses 100T located at each end in the X-axis direction.
  • the recesses 100T are portions recessed downward relative to the bottom surface 30Rb.
  • the lower ends of the recesses 100T are located in the n-type cladding layer 12.
  • the insulating layer 60 is an electrical insulating layer that covers the recess 100T of the semiconductor laminate 100S. In this embodiment, the insulating layer 60 continuously covers the recess 100T and a part of the bottom surface 30Rb.
  • the insulating layer 60 is, for example, a SiO 2 layer.
  • the recess 100T and insulating layer 60 are formed to prevent electrical short circuits when the semiconductor laser element 100 is mounted on a heat dissipation member such as a submount.
  • a heat dissipation member such as a submount.
  • the top surface of the semiconductor laser element 100 i.e., the covering electrode 42
  • part of the solder may rise and come into contact with the side surface of the semiconductor laser element 100 (i.e., the end surface in the X-axis direction). Therefore, by keeping the n-type layer as far away as possible from the bonding surface and covering the side surface with the insulating layer 60, electrical short circuits can be avoided even if the solder comes into contact with the side surface.
  • the lower end of the recess 100T is located in the n-type cladding layer 12, but it may be located further down.
  • the lower end of the recess 100T may be located on the substrate 11.
  • the contact electrode 41 is in contact with the semiconductor laminate 100S and is a conductive member containing Ag.
  • the contact electrode 41 is in contact with the top surface 30Ru and side surface 30Rs of the ridge 30R, and at least a portion of the bottom surface 30Rb.
  • the contact electrode 41 continuously covers a portion of the bottom surface 30Rb located on one side of the ridge 30R in the X-axis direction, the ridge 30R (i.e., the side surface 30Rs and top surface 30Ru), and a portion of the bottom surface 30Rb located on the other side of the ridge 30R in the X-axis direction.
  • the contact electrode 41 does not necessarily have to be formed continuously as described above.
  • the contact electrode 41 may be interrupted near the boundary between the top surface 30Ru and side surface 30Rs of the ridge 30R.
  • the film thickness at the position facing the side surface 30Rs of the contact electrode 41 may be smaller than both the film thickness at the position facing the top surface 30Ru of the contact electrode 41 (i.e., the dimension in the direction perpendicular to the top surface 30Ru) and the film thickness at the position facing the bottom surface 30Rb (i.e., the dimension in the direction perpendicular to the bottom surface 30Rb).
  • the electrical contact resistance between the side surface 30Rs of the ridge 30R and the contact electrode 41 is higher than the electrical contact resistance between the top surface 30Ru of the ridge 30R and the contact electrode 41.
  • the contact electrode 41 is made of Ag. That is, the entire contact electrode 41 is made of Ag.
  • the thickness of the contact electrode 41 is not particularly limited. In this embodiment, the thickness of the contact electrode 41 disposed on the upper surface 30Ru of the ridge 30R is 50 nm or more.
  • the coated electrode 42 is disposed above the contact electrode 41 and has a higher melting point than the contact electrode 41.
  • the coated electrode 42 may also be disposed above the contact electrode 41 and have a lower ionization tendency than the contact electrode 41.
  • the coated electrode 42 covers the edge 41e of the contact electrode 41. In other words, the edge 41e of the contact electrode 41 is not exposed from the coated electrode 42.
  • the coated electrode 42 may have a Ti layer and an Au layer stacked in this order from the contact electrode 41 side.
  • the film thickness at the position facing the side surface 30Rs of the coated electrode 42 may be smaller than the film thickness at the position facing the top surface 30Ru of the coated electrode 42 and the film thickness at the position facing the bottom surface 30Rb.
  • the n-side electrode 51 is an electrode disposed on the second major surface 11b of the substrate 11.
  • the dimension of the n-side electrode 51 in the X-axis direction is larger than the dimension of the contact electrode 41 in the X-axis direction.
  • the configuration of the n-side electrode 51 is not particularly limited, but the n-side electrode 51 may be, for example, a single-layer film or a multi-layer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt, and Au.
  • the n-side electrode 51 has a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer stacked in this order from the second major surface 11b.
  • FIG. 1 A method for manufacturing the semiconductor laser device 100 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 1 and Fig. 3 to Fig. 7.
  • Fig. 3 to Fig. 7 are schematic cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing the semiconductor laser device 100 according to this embodiment.
  • Fig. 3 to Fig. 7 show cross sections at the same positions as the cross section shown in Fig. 1.
  • a semiconductor stack 100S is formed above a substrate 11 (semiconductor stack formation process). As shown in FIG. 3, each semiconductor layer constituting the semiconductor stack 100S is stacked on a first main surface 11a of the substrate 11 (stacking process).
  • an n-type cladding layer 12, an n-type guide layer 13, an n-side guide layer 21, an active layer 22, a p-side guide layer 23, an electron barrier layer 31, a p-type cladding layer 32, and a contact layer 33 are stacked in this order on the first main surface 11a.
  • the semiconductor stack 100S is stacked using, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a bottom surface 30Rb located at the top end of the semiconductor laminate 100S and a ridge 30R adjacent to the bottom surface 30Rb, protruding upward from the bottom surface 30Rb, and extending in the direction of laser light emission are formed by dry etching (etching process). More specifically, a mask made of SiO2 or the like is formed using photolithography in the region corresponding to the top surface 30Ru of the ridge 30R, and the region not covered by the mask is dry-etched using Cl2 , BCl3 , or the like to form the ridge 30R. The mask is then removed by wet etching using HF or the like. In this embodiment, a recess 100T is also formed in the etching process.
  • an insulating layer 60 is formed (insulating layer formation process).
  • the insulating layer 60 is formed, for example, using a low-pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • the insulating layer 60 may also be formed, for example, using an atmospheric pressure CVD method.
  • a contact electrode 41 containing Ag is formed in contact with the semiconductor laminate 100S (contact electrode formation process).
  • the contact electrode 41 contacts the top surface 30Ru and side surface 30Rs of the ridge 30R, and at least a portion of the bottom surface 30Rb.
  • the contact electrode 41 is formed using, for example, electron beam evaporation.
  • a covering electrode 42 is formed above the contact electrode 41 (covering electrode formation process).
  • the covering electrode 42 is formed using, for example, electron beam evaporation.
  • an n-side electrode 51 is formed on the second major surface 11b of the substrate 11 (n-side electrode formation process).
  • the n-side electrode 51 is formed using, for example, electron beam evaporation.
  • the above steps produce the semiconductor laser element 100 according to this embodiment.
  • Figure 8 is a graph showing the relationship between the refractive index and wavelength of various metals and dielectrics, including Ag. Note that the refractive indexes in Figure 8 and those discussed below all refer to the real component of the complex refractive index.
  • FIG. 8 Ag has a refractive index significantly lower than other metals and dielectrics in the wavelength band of 200 nm or more and 800 nm or less, particularly in the wavelength band of 320 nm or more and 800 nm or less.
  • the effect of contact electrode 41 containing Ag with such a low refractive index will be explained using Figures 9 and 10, in comparison with a comparative example.
  • Figures 9 and 10 are schematic diagrams showing the distribution of refractive index n(z) and light intensity I(z) in the stacking direction (z-axis direction) of each semiconductor laser element according to the comparative example and the present embodiment, respectively.
  • Figures 9 and 10 show the refractive index n(z) and light intensity I(z) at position z on the z-axis shown in each figure.
  • the semiconductor laser device 900 of the comparative example shown in FIG. 9 differs from the semiconductor laser device 100 of this embodiment in the configuration of the p-type cladding layer 932, contact electrode 941, and insulating layer 960, but is otherwise identical in configuration.
  • the (maximum) thickness of the p-type cladding layer 932 of the comparative example is greater than the (maximum) thickness of the p-type cladding layer 32 of this embodiment.
  • the contact electrode 941 of the comparative example is made of Pd.
  • the insulating layer 960 of the comparative example covers the side and top edges of the ridge.
  • the refractive index of the contact electrode 941 is high. Therefore, in order to sufficiently suppress the light intensity in the contact electrode 941 and reduce the waveguide loss associated with light absorption in the contact electrode 941, it is necessary to increase the thickness of the p-type cladding layer 932.
  • the refractive index of the contact electrode 41 is significantly lower than that of the contact electrode 941 of the comparative example. Therefore, the light intensity at the contact electrode 41 can be sufficiently suppressed. Therefore, in the semiconductor laser device 100 according to this embodiment, the thickness of the p-type cladding layer 32 can be reduced. In this manner, in this embodiment, even in a configuration in which the distance from the active layer 22, which is the light-emitting layer, to the contact electrode 41 is shorter than the distance from the active layer 22 to the contact electrode 941 in the comparative example, the light intensity at the contact electrode 41 can be sufficiently suppressed. Therefore, the waveguide loss associated with light absorption at the contact electrode 41 can be reduced.
  • the distance between the well layer 22d closest to the contact electrode 41 and the upper surface 30Ru of the ridge 30R may be 100 nm or more and 550 nm or less.
  • the distance from the active layer 22 to the contact electrode 41 is small, the waveguide loss associated with light absorption at the contact electrode 41 can be reduced.
  • the electrical resistance (series resistance) of the semiconductor laser element 100 can be reduced. This enables the efficiency of the semiconductor laser element 100 to be improved.
  • the thickness of the contact electrode 41 disposed on the upper surface 30Ru of the ridge 30R may be 50 nm or more. This allows the contact electrode 41 to more reliably confine light below the contact electrode 41. It also makes it possible to suppress the spread of light above the contact electrode 41.
  • the contact electrode 41 also has the function of reflecting spontaneous emission light emitted by the active layer 22. Because spontaneous emission light is emitted in an unspecified direction, most of it does not contribute to the oscillation and amplification of laser light. In other words, most of the spontaneous emission light is lost without being effectively utilized.
  • the semiconductor laser device 100 according to this embodiment is equipped with a contact electrode 41 with high reflectivity. This increases the proportion of spontaneous emission light incident on the contact electrode 41 that is reflected by the contact electrode 41. At least a portion of the spontaneous emission light reflected by the contact electrode 41 returns to the active layer 22. Therefore, by increasing the proportion of spontaneous emission light incident on the contact electrode 41 that is reflected by the contact electrode 41, the amount of spontaneous emission light reabsorbed in the active layer 22 can be increased. This increases the quantum efficiency of the semiconductor laser device 100, thereby improving the efficiency of the semiconductor laser device 100.
  • an n-type cladding layer 12 As shown in Figure 11, similar to the semiconductor laser device 100 according to this embodiment, an n-type cladding layer 12, an n-type guide layer 13, an n-side guide layer 21, an active layer 22, a p-side guide layer 23, an electron barrier layer 31, a p-type cladding layer 32, and a contact layer 33 are stacked in this order on a substrate 11.
  • an insulating layer 961 made of SiO 2 is formed on the contact layer 33 by CVD.
  • the insulating layer 961 is removed by dry etching using CHF 3 or wet etching using HF to expose the contact layer 33 .
  • two electrodes 942a and 942b are formed on the contact layer 33.
  • the distance De between the two electrodes 942a and 942b is 14 ⁇ m.
  • Each of the two electrodes 942a and 942b has a Pd layer and a Pt layer stacked in that order on the contact layer 33.
  • Figure 15 is a graph showing the relationship between the voltage and current applied between the two electrodes 942a, 942b of the experimental element.
  • Figure 15 shows the relationship for both an experimental element formed using dry etching and an experimental element formed using wet etching.
  • the electrical resistance of an etched surface formed by dry etching is significantly higher than the electrical resistance of an etched surface formed by wet etching. Therefore, the electrical resistance of the bottom surface 30Rb and the side surface 30Rs of the ridge 30R of the semiconductor stack 100S according to this embodiment, which are etched surfaces formed by dry etching, is significantly higher than the electrical resistance of the top surface 30Ru of the ridge 30R.
  • the ridge 30R is formed by dry etching, which allows the formation of the ridge 30R and the high resistance of the bottom surface 30Rb and the side surface 30Rs of the ridge 30R to be performed simultaneously.
  • the electrical resistance of the bottom surface 30Rb and the top surface 30Ru and side surface 30Rs of the ridge 30R corresponds to the carrier concentration. In other words, as the carrier concentration of the semiconductor layer increases, the electrical resistance of the semiconductor layer decreases. In this embodiment, the carrier concentration of the bottom surface 30Rb and side surface 30Rs of the ridge 30R is lower than the carrier concentration of the top surface 30Ru of the ridge 30R.
  • the carrier distribution in the semiconductor layer can be measured and visualized using, for example, scanning microwave microscopy (SMM), scanning capacitance microscopy (SCM), or the like.
  • the thermal resistance between the ridge 30R and the contact electrode 41 can be significantly reduced compared to when a dielectric layer is disposed between the contact electrode 41 and the side surface 30Rs of the ridge 30R. Therefore, the semiconductor laser device 100 according to this embodiment can improve heat dissipation characteristics compared to a semiconductor laser device in which a dielectric layer is disposed between the contact electrode 41 and the side surface 30Rs of the ridge 30R. Furthermore, in this embodiment, the semiconductor laser device 100 and its manufacturing method can be simplified by not disposing a dielectric layer between the contact electrode 41 and the side surface 30Rs of the ridge 30R.
  • the contact electrode 41 contains Ag, which has a refractive index lower than that of a dielectric material such as SiO 2 , at least in the wavelength band of 320 nm or more and 800 nm or less.
  • a dielectric material such as SiO 2
  • the width of the ridge 30R of the semiconductor laser device 100 may be 100 ⁇ m or less.
  • the amount of heat generated, such as Joule heat, in the ridge 30R is greater than in other regions. If the width of the ridge 30R, which generates a large amount of heat, is small, problems such as reduced efficiency due to heat generation and damage to the semiconductor laser element 100 caused by heat generation can occur. When the width of the ridge 30R is small in this way, the effect of improving the heat dissipation characteristics by the contact electrode 41 of the semiconductor laser element 100 according to this embodiment becomes even more pronounced, and the occurrence of the above problems can be suppressed.
  • Figures 16 to 18 are schematic cross-sectional views illustrating each step in the method of forming experimental elements of types 1 and 2.
  • Figure 19 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an experimental element of type 3.
  • a p-type cladding layer 32 and a contact layer 33 are laminated on a sapphire substrate 91. Then, as shown in Fig. 17, the contact layer 33 and a portion of the p-type cladding layer 32 are removed by dry etching using CHF3 . Then, as shown in Fig. 18, two electrodes 41a and 41b are formed on the etched surface of the p-type cladding layer 32. Each of the two electrodes 41a and 41b is made of Ag.
  • annealing is performed before dry etching to electrically activate the p-type impurities. Annealing is not performed after dry etching.
  • annealing is not performed before dry etching, and annealing is performed after dry etching and before electrode formation.
  • the Type 3 experimental element comprises a p-type cladding layer 32, a contact layer 33, and two electrodes 41a and 41b arranged on a sapphire substrate 91.
  • the p-type cladding layer 32 and the contact layer 33 are stacked and then annealed.
  • the two electrodes 41a and 41b are formed on the contact layer 33.
  • Figure 20 is a graph showing the relationship between the voltage and current applied between the two electrodes 41a, 41b of each of the experimental elements of types 1 to 3.
  • the Type 1 and Type 2 experimental elements have significantly less current than the Type 3 experimental element.
  • the electrical resistance of the etched surface of the Type 1 and Type 2 experimental elements is higher than the electrical resistance of the top surface of the contact layer 33 of the Type 3 experimental element.
  • the Type 1 experimental element has almost zero current when the applied voltage is 5 V or less.
  • the voltage applied to the semiconductor laser element 100 i.e., the operating voltage
  • the Type 2 experimental element has a higher current than the Type 1 experimental element.
  • the etched surface of the Type 2 experimental element has a lower electrical resistance than the etched surface of the Type 1 experimental element. This is presumably because the crystallinity of the etched surface of the Type 2 experimental element was improved (i.e., restored) by annealing after dry etching. In this way, annealing the etched surface after dry etching can reduce the electrical resistance of the etched surface, so in the manufacture of the semiconductor laser element 100, it is better not to perform annealing after forming the side surfaces 30Rs of the ridge 30R by dry etching.
  • FIG. 1 when the dimension W41 of the contact electrode 41 in the X-axis direction (and the dimension W42 of the covering electrode 42 in the X-axis direction) is smaller than the dimension W51 of the n-side electrode 51 in the X-axis direction, an electric field is generated in the direction indicated by the electric field line Le in FIG. 1 during current flow in the semiconductor laser device 100. That is, an electric field is generated in the direction away from the ridge 30R in the X-axis direction.
  • the electric field may cause Ag + ions contained in the contact electrode 41 to migrate away from the ridge 30R in the X-axis direction.
  • the Ag + ions migrate away from the ridge 30R in this way, they may migrate to the side surface of the active layer 22 ( i.e. , the end face located at the end of the active layer 22 in the X-axis direction), thereby short-circuiting the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer.
  • the covering electrode 42 which has a melting point higher than that of Ag, covers the edge 41e of the contact electrode 41.
  • the metal ions contained in such covering electrode 42 are less likely to migrate than Ag + ions. Therefore, the covering electrode 42 can prevent the Ag + ions contained in the contact electrode 41 from migrating in a direction away from the ridge 30R. This can prevent short-circuiting between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the semiconductor laser device 100.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 100 may be 350 nm or more and 420 nm or less.
  • the semiconductor laser element 100 according to this embodiment is provided with a contact electrode 41 containing Ag, which has low optical absorption even in the wavelength band of 350 nm or more and 420 nm or less. Therefore, the semiconductor laser element 100 according to this embodiment can suppress waveguide loss even in this wavelength band.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device 200 according to this embodiment.
  • FIG. 21 shows a cross section perpendicular to the emission direction of laser light emitted by the semiconductor laser device 200.
  • dashed arrows some of the electric field lines Le formed when the semiconductor laser device 200 is energized are indicated by dashed arrows.
  • the semiconductor laser element 200 includes a substrate 11, a semiconductor stack 100S, a contact electrode 41, a covering electrode 42, an insulating layer 60, and an n-side electrode 251.
  • the n-side electrode 251 in this embodiment is an electrode disposed on the second major surface 11b of the substrate 11.
  • the dimension W251 in the X-axis direction of the n-side electrode 251 is smaller than the dimension W41 in the X-axis direction of the contact electrode 41.
  • the electric field formed between the contact electrode 41 and the n-side electrode 251 does not have a component moving away from the ridge 30R in the X-axis direction. Therefore, the Ag + ions contained in the contact electrode 41 can be prevented from migrating away from the ridge 30R in the X-axis direction. This can prevent a short circuit from occurring between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the semiconductor laser device 200.
  • the dimension W251 in the X-axis direction of the n-side electrode 251 may be smaller than the dimension W42 in the X-axis direction of the covering electrode 42. This makes it possible to prevent the electric field formed between the contact electrode 41 and the n-side electrode 251 from forming a component that points away from the ridge 30R in the X-axis direction. This makes it possible to prevent short circuits from occurring between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the semiconductor laser element 200.
  • the dimension of the n-side electrode 251 in at least one direction parallel to the second major surface 11b may be smaller than the dimension of the contact electrode 41 or the covering electrode 42 in that at least one direction.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device 300 according to this embodiment.
  • FIG. 22 shows a cross section perpendicular to the emission direction of laser light emitted by the semiconductor laser device 300.
  • dashed arrows some of the electric field lines Le formed when the semiconductor laser device 300 is energized are indicated by dashed arrows.
  • the semiconductor laser element 300 includes a substrate 11, a semiconductor stack 300S, a contact electrode 41, a covering electrode 342, an insulating layer 360, and an n-side electrode 351.
  • the semiconductor laminate 300S has an n-type cladding layer 12, an n-type guide layer 13, an n-side guide layer 21, an active layer 22, a p-side guide layer 23, an electron barrier layer 31, a p-type cladding layer 332, and a contact layer 333. Similar to the semiconductor laminate 100S according to embodiment 1, the semiconductor laminate 300S has a bottom surface 30Rb located at the upper end of the semiconductor laminate 300S, and a ridge 30R adjacent to the bottom surface 30Rb, protruding upward from the bottom surface 30Rb, and extending in the emission direction of the laser light.
  • the semiconductor laminate 300S according to this embodiment further has a protrusion 30P adjacent to the bottom surface 30Rb, protruding upward from the bottom surface 30Rb, and extending in the emission direction of the laser light.
  • the semiconductor laminate 300S according to this embodiment has two protrusions 30P.
  • a ridge 30R is located between two protruding portions 30P.
  • a bottom surface 30Rb is located between the ridge 30R and the protruding portion 30P.
  • the protruding portion 30P has a top surface 30Pu, which is the surface at the top end, and a side surface 30Ps, which is the surface located at the end in the X-axis direction.
  • the ridge 30R and the protruding portion 30P are formed in the p-type cladding layer 332 and the contact layer 333.
  • the top surface 30Pu is located in the contact layer 333.
  • the edge 41e of the contact electrode 41 is located between the ridge 30R and the protrusion 30P, and the protrusion 30P protrudes upward beyond the edge 41e of the contact electrode 41.
  • the semiconductor stack 300S has recesses 300T located at each end in the X-axis direction.
  • the recesses 300T are portions recessed downward relative to the upper surface 30Pu of the protrusion 30P.
  • the lower ends of the recesses 300T are located in the n-type cladding layer 12.
  • the covering electrode 342 according to this embodiment is disposed above the contact electrode 41, similar to the covering electrode 42 according to embodiment 1.
  • the covering electrode 342 is disposed above the top surface 30Ru and side surface 30Rs of the ridge 30R, the bottom surface 30Rb, the side surface 30Ps of the protrusion 30P on the ridge 30R side, and part of the top surface 30Pu.
  • the covering electrode 342 continuously covers from the top surface 30Pu of one protrusion 30P to the top surface 30Pu of the other protrusion 30P.
  • the covering electrode 342 is also disposed above part of the insulating layer 360.
  • the insulating layer 360 in this embodiment is an electrical insulating layer that covers the recess 300T of the semiconductor laminate 300S.
  • the insulating layer 360 continuously covers the recess 300T, the protrusion 30P, and part of the bottom surface 30Rb.
  • the edge 41 e of the contact electrode 41 is located between the ridge 30R and the protruding portion 30P, and the protruding portion 30P protrudes upward beyond the edge 41 e of the contact electrode 41.
  • the electric field lines Le in FIG. 22 no upward electric field component exists between the contact electrode 41 and the n-side electrode 351. Therefore, Ag + ions contained in the contact electrode 41 are prevented from migrating to the upper surface 30Pu of the protruding portion 30P and beyond the protruding portion 30P to the side surface of the active layer 22. Therefore, it is possible to prevent a short circuit from occurring between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the semiconductor laser device 300.
  • the dimension W351 in the X-axis direction of the n-side electrode 351 is larger than the dimension W41 in the X-axis direction of the contact electrode 41, but is smaller than the dimension W342 in the X-axis direction of the covering electrode 342. This makes it possible to suppress the formation of an electric field in a direction away from the ridge 30R in the X-axis direction. Therefore, it is possible to suppress the migration of Ag + ions in the contact electrode 41 in a direction away from the ridge 30R.
  • the dimension of the n-side electrode 351 in at least one direction parallel to the second major surface 11b may be smaller than the dimension of the contact electrode 41 or the covering electrode 342 in that at least one direction.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device 400 according to this embodiment.
  • FIG. 23 shows a cross section perpendicular to the emission direction of laser light emitted by the semiconductor laser device 400.
  • dashed arrows some of the electric field lines Le formed when the semiconductor laser device 400 is energized are indicated by dashed arrows.
  • the semiconductor laser element 400 includes a substrate 11, a semiconductor stack 300S, a contact electrode 41, a covering electrode 342, an insulating layer 360, and an n-side electrode 451.
  • the n-side electrode 451 in this embodiment is an electrode disposed on the second main surface 11b of the substrate 11.
  • the dimension W451 in the X-axis direction of the n-side electrode 451 is greater than the dimension W41 in the X-axis direction of the contact electrode 41 and the dimension W342 in the X-axis direction of the covering electrode 342.
  • an electric field component is formed in the X-axis direction away from the ridge 30R.
  • the protrusion 30P is formed in the semiconductor stack 300S, the Ag + ions in the contact electrode 41 can be prevented from migrating away from the ridge 30R.
  • the edge 41e of the contact electrode 41 is covered with the covering electrode 342. This makes it possible to more reliably prevent the Ag + ions in the contact electrode 41 from migrating away from the ridge 30R.
  • FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing the configuration in the vicinity of a contact electrode 541 of a semiconductor laser device 500 according to this embodiment.
  • FIG. 24 shows a cross section perpendicular to the emission direction of laser light emitted by the semiconductor laser device 500.
  • the semiconductor laser device 500 according to this embodiment differs from the semiconductor laser device 100 according to embodiment 1 in the configuration of the contact electrode 541, but is otherwise identical in configuration.
  • the contact electrode 541 includes an Ag layer 541b made of Ag, and a contact metal layer 541a disposed between the Ag layer 541b and the upper surface 30Ru of the ridge 30R and in contact with the upper surface 30Ru of the ridge 30R.
  • the contact metal layer 541a contains at least one of Ti, Al, Cr, Ni, Pd, and Pt, and the thickness of the contact metal layer 541a is 1 nm or less.
  • the contact electrode 541 include the contact metal layer 541a, the contact resistance between the contact electrode 541 and the upper surface 30Ru of the ridge 30R can be reduced. Furthermore, by having the thickness of the contact metal layer 541a be 1 nm or less, the waveguide loss due to the contact metal layer 541a can be reduced.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device 600 according to this embodiment.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a contact electrode 641 of the semiconductor laser device 600 according to this embodiment.
  • FIG. 26 shows a cross-section of a portion of the contact electrode 641.
  • FIGS. 25 and 26 show cross-sections perpendicular to the emission direction of laser light emitted by the semiconductor laser device 600.
  • the semiconductor laser element 600 includes a substrate 11, a semiconductor stack 100S, a contact electrode 641, a covering electrode 42, an insulating layer 60, and an n-side electrode 51.
  • the contact electrode 641 has a translucent conductive film 641a and a reflective metal film 641b.
  • the dimension W51 in the X-axis direction of the n-side electrode 51 is smaller than the dimension W641 in the X-axis direction of the contact electrode 641.
  • the translucent conductive film 641a is a translucent conductive film disposed between the reflective metal film 641b and the semiconductor stack 100S.
  • the translucent conductive film 641a contacts the top surface 30Ru and side surfaces 30Rs of the ridge 30R, and at least a portion of the bottom surface 30Rb.
  • the translucent conductive film 641a includes, for example, at least one of ITO, GZO, AZO, IGZO, and nickel oxide.
  • the film thickness of the translucent conductive film 641a is, for example, 0.1 nm or more and 400 nm or less.
  • the reflective metal film 641b is a metal layer disposed above the translucent conductive film 641a. In this embodiment, the reflective metal film 641b covers the entire upper surface of the translucent conductive film 641a.
  • the main component of the reflective metal film 641b may be Ag.
  • the covering electrode 42 covers the edge 641e of the contact electrode 641.
  • the semiconductor laser element 600 according to this embodiment also achieves the same effects as those of embodiment 1.
  • the effect of reflecting spontaneous emission light by the contact electrode 641 of the semiconductor laser element 600 according to this embodiment will be explained using Figure 27.
  • Figure 27 shows the relationship between the film thickness of the translucent conductive film 641a and the reflectivity of a stack including the translucent conductive film 641a and the reflective metal film 641b for light with a wavelength of 380 nm.
  • a stack in which the translucent conductive film 641a and the reflective metal film 641b are stacked in this order on a semiconductor layer made of AlGaN was used as a model for calculating the reflectivity shown in Figure 27.
  • the reflectivity shown in Figure 27 was calculated when incident light is incident perpendicularly from the semiconductor layer to the interface between the semiconductor layer and the translucent conductive film 641a.
  • the reflectivity is calculated based on the complex refractive index of the semiconductor layer, the complex refractive index and film thickness of the translucent conductive film 641a, and the complex refractive index and film thickness of the reflective metal film 641b.
  • the complex refractive index of ITO is used as the complex refractive index of the translucent conductive film 641a.
  • the complex refractive index of each of Ag, Cu, and Au is used as the complex refractive index of the reflective metal film 641b.
  • reflectivity can be particularly increased when the reflective metal film 641b is made of Ag. Therefore, by making Ag the main component of the reflective metal film 641b, the reflectivity of the contact electrode 641 for spontaneous emission light can be increased.
  • Figure 27 shows that the reflectance can be adjusted by adjusting the film thickness of the translucent conductive film 641a.
  • the reflective metal film 641b is Ag
  • setting the film thickness of the translucent conductive film 641a to 15 nm or less will result in a reflectance of 80% or more for the laminate.
  • setting the film thickness of the translucent conductive film 641a to approximately 95 nm will result in a reflectance of approximately 72% for the laminate.
  • the contact electrode 641 having the translucent conductive film 641a and the reflective metal film 641b can achieve a reflectivity for spontaneous emission light that is comparable to that of the contact electrode 41 made of Ag in embodiment 1. Therefore, by increasing the proportion of spontaneous emission light incident on the contact electrode 641 that is reflected by the contact electrode 641, the amount of spontaneous emission light reabsorbed in the active layer 22 can be increased. This increases the quantum efficiency of the semiconductor laser element 600. This allows the semiconductor laser element 600 to be made more efficient.
  • the translucent conductive film 641a is made of ITO
  • the surface of the Al-containing semiconductor layer is oxidized when the translucent conductive film 641a is formed on the semiconductor stack 100S.
  • the electrical resistance between the p-type cladding layer 32, which is a semiconductor layer containing Al, and the translucent conductive film 641a increases. Therefore, it is possible to further prevent current from flowing from the translucent conductive film 641a to the p-type cladding layer 32 exposed on the side surface of the ridge 30R.
  • FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor laser device 700 according to this embodiment.
  • FIG. 28 shows a cross section perpendicular to the emission direction of laser light emitted by the semiconductor laser device 700.
  • the semiconductor laser element 700 includes a substrate 11, a semiconductor stack 100S, a contact electrode 641, a covering electrode 742, an insulating layer 760, and an n-side electrode 51.
  • the insulating layer 760 continuously covers the area from the bottom surface 30Rb to the upper surface of the contact electrode 641.
  • the insulating layer 760 continuously covers the recess 100T, the bottom surface 30Rb, the side surface 30Rs of the ridge 30R, and a portion of the upper surface 30Ru of the ridge 30R.
  • the insulating layer 760 covers a portion of the bottom surface 30Rb, the side surface 30Rs, and a portion of the upper surface 30Ru via the contact electrode 641.
  • the insulating layer 760 extends in the Y-axis direction (i.e., the emission direction of the laser light) above the end of the upper surface 30Ru in the X-axis direction (i.e., the width direction of the ridge 30R). In this manner, an opening 760a is formed in the insulating layer 760 at a position corresponding to the upper surface 30Ru.
  • the opening 760a may be a slit extending along the ridge 30R.
  • the opening 760a in the insulating layer 760 may be located above the upper surface 30Ru.
  • the insulating layer 760 is disposed between the contact electrode 641 and the covering electrode 742. More specifically, the insulating layer 760 is disposed between the contact electrode 641 and the covering electrode 742 at a position facing a portion of the bottom surface 30Rb, a portion of the side surface 30Rs, and a portion of the top surface 30Ru.
  • the coated electrode 742 according to this embodiment differs from the coated electrode 42 according to embodiment 1 in that it is disposed above the insulating layer 760.
  • the coated electrode 742 covers the edge 641e of the contact electrode 641.
  • the dimension W51 in the X-axis direction of the n-side electrode 51 is smaller than the dimension W742 in the X-axis direction of the coated electrode 742.
  • the semiconductor laser element 700 according to this embodiment also achieves the same effects as the semiconductor laser element 600 according to embodiment 6.
  • the insulating layer 760 covers the upper surface of the semiconductor laminate 100S except for a portion of the upper surface 30Ru of the ridge 30R (i.e., the upper surface of the contact layer 33), thereby further preventing current from flowing outside the ridge 30R.
  • the insulating layer 760 extends in the Y-axis direction above the end of the top surface 30Ru in the X-axis direction. This prevents current from flowing to the end of the top surface 30Ru in the X-axis direction, further preventing current from flowing outside the ridge 30R.
  • the opening 760a in the insulating layer 760 is located above the upper surface 30Ru of the ridge 30R. This allows the current flowing to the opening 760a via the covering electrode 42 to be concentrated within the ridge 30R.
  • the semiconductor laminate of the semiconductor laser element according to each of the above embodiments includes a GaN-based semiconductor
  • the configuration of the semiconductor laminate is not limited to this.
  • the semiconductor laminate may include a semiconductor other than a GaN-based semiconductor, such as a GaAs-based semiconductor.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser element may be in a wavelength band other than 350 nm or more and 420 nm or less.
  • Figures 29, 30, and 31 show the relationship between the film thickness of the translucent conductive film 641a and the reflectivity of a stack including the translucent conductive film 641a and reflective metal film 641b for light with wavelengths of 450 nm, 630 nm, and 980 nm, respectively.
  • a stack in which a translucent conductive film 641a and a reflective metal film 641b are stacked in this order on a semiconductor layer made of AlGaN is used as a model for calculating the reflectivity shown in Figure 29.
  • a stack in which a translucent conductive film 641a and a reflective metal film 641b are stacked in this order on a semiconductor layer made of AlGaAs is used as a model for calculating the reflectivity shown in Figures 29 to 31.
  • the results of calculating the reflectivity using this model and a calculation method similar to that used in Figure 27 are shown in Figures 29 to 31.
  • reflectivity can be particularly increased when the reflective metal film 641b is made of Ag. Therefore, by making Ag the main component of the reflective metal film 641b, the reflectivity of the contact electrode 641 for spontaneous emission light can be increased when the wavelength is between 450 nm and 980 nm.
  • Figures 29 to 31 show that the reflectance can be adjusted by adjusting the film thickness of the translucent conductive film 641a.
  • the film thickness of the translucent conductive film 641a when the wavelength is 450 nm and the reflective metal film 641b is Ag, setting the film thickness of the translucent conductive film 641a to 40 nm or less will result in a reflectance of 80% or more for the laminate. Furthermore, setting the film thickness of the translucent conductive film 641a to approximately 120 nm will result in a reflectance of approximately 70% for the laminate.
  • the contact electrode 641 having the translucent conductive film 641a and the reflective metal film 641b can achieve a reflectivity for spontaneous emission light comparable to that of the contact electrode 41 made of Ag in embodiment 1. Therefore, by increasing the proportion of spontaneous emission light incident on the contact electrode 641 that is reflected by the contact electrode 641, the amount of spontaneous emission light reabsorbed in the active layer 22 can be increased. This increases the quantum efficiency of the semiconductor laser element 600, thereby enabling the semiconductor laser element 600 to be made more efficient.
  • the contact electrode 41 does not necessarily contain Ag. That is, the semiconductor laser element according to this variation emits laser light and includes a substrate 11, a semiconductor stack 100S arranged above the substrate 11 and including a GaN-based semiconductor, and a contact electrode 641 in contact with the semiconductor stack 100S.
  • the semiconductor stack 100S includes an n-type semiconductor layer arranged above the substrate 11, an active layer 22 arranged above the n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer arranged above the active layer 22.
  • the semiconductor stack 100S also includes a bottom surface 30Rb located at the top end of the semiconductor stack 100S and above the active layer 22, and a ridge 30R adjacent to the bottom surface 30Rb, protruding upward from the bottom surface 30Rb, and extending in the direction of emission of the laser light.
  • the contact electrode 641 contacts the top surface 30Ru and side surface 30Rs of the ridge 30R, and at least a portion of the bottom surface 30Rb.
  • the electrical contact resistance between the side surface 30Rs of the ridge 30R and the contact electrode 641 is higher than the electrical contact resistance between the top surface 30Ru of the ridge 30R and the contact electrode 641.
  • the contact electrode 641 has a reflective metal film 641b and a translucent conductive film 641a disposed between the semiconductor stack 100S and the reflective metal film 641b.
  • the main component of the reflective metal film 641b may be, for example, Ag, Cu, or Au.
  • the semiconductor laser elements according to the above embodiments include a covering electrode and an insulating layer, these components are not necessarily required.
  • the semiconductor laminate of the semiconductor laser element according to each of the above embodiments includes an n-type guide layer, an n-side guide layer, a p-side guide layer, and an electron barrier layer, it does not necessarily have to include these components.
  • the contact electrode 541 according to embodiment 5 may be used as a contact electrode according to other embodiments.
  • contact electrode 641 according to embodiment 6 may be used as a contact electrode according to other embodiments.
  • the configuration of the insulating layer 760 and the covering electrode 742 according to embodiment 7 may be applied to the insulating layers and covering electrodes according to other embodiments.
  • the semiconductor laser element disclosed herein can be used as a high-output, highly efficient light source for a variety of applications.

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Abstract

半導体レーザ素子（１００）は、レーザ光を出射し、基板（１１）と、基板（１１）の上方に配置され、ＧａＮ系半導体を含む半導体積層体（１００Ｓ）と、半導体積層体（１００Ｓ）に接し、Ａｇを含むコンタクト電極（４１）とを備え、半導体積層体（１００Ｓ）は、基板（１１）の上方に配置されるｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の上方に配置される活性層（２２）と、活性層（２２）の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、半導体積層体（１００Ｓ）の上端に位置し、活性層（２２）より上方に位置する底面（３０Ｒｂ）と、底面（３０Ｒｂ）に隣接し、底面（３０Ｒｂ）から上方に向かって突出し、レーザ光の出射方向に延在するリッジ（３０Ｒ）とを有し、コンタクト電極（４１）は、リッジ（３０Ｒ）の上面（３０Ｒｕ）及び側面（３０Ｒｓ）と、底面（３０Ｒｂ）の少なくとも一部とに接する。

Description

半導体レーザ素子、及び半導体レーザ素子の製造方法
　本開示は、半導体レーザ素子、及び半導体レーザ素子の製造方法に関する。
　従来、半導体レーザ素子が、加工装置などの光源に使用されている。光源においては、高効率化が求められている。半導体レーザ素子を高効率化するために、例えば、半導体層にリッジ（つまり、リッジストライプ）を形成して電流をリッジに閉じ込める技術が知られている（例えば、特許文献１など参照）。
特開２０１０－６７７６３号公報
　半導体レーザ素子においては、高効率化に加えて高出力化も求められている。半導体レーザ素子の高出力化に伴い、発熱量が増大するため、半導体レーザ素子の放熱特性の向上が求められる。
　本開示は、このような課題を解決するものであり、放熱特性を改善できる半導体レーザ素子などを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板の上方に配置され、ＧａＮ系半導体を含む半導体積層体と、前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極とを備え、前記半導体積層体は、前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接する。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板の上方に配置される半導体積層体と、前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極と、前記コンタクト電極の上方に配置され、前記コンタクト電極より融点が高い被覆電極とを備え、前記半導体積層体は、前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、前記被覆電極は、前記コンタクト電極の端縁を覆う。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板の上方に配置される半導体積層体と、前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極と、前記基板の前記半導体積層体が配置される第一主面の裏側の第二主面に配置されるｎ側電極とを備え、前記半導体積層体は、前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、前記ｎ側電極の前記第二主面に平行な少なくとも一つの方向における寸法は、前記コンタクト電極の前記少なくとも一つの方向における寸法より小さい。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板の上方に配置される半導体積層体と、前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極と、前記基板の前記半導体積層体が配置される第一主面の裏側の第二主面に配置されるｎ側電極とを備え、前記半導体積層体は、前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジと、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在する突出部とを有し、前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、前記リッジと前記突出部との間に、前記コンタクト電極の端縁が位置し、前記コンタクト電極の端縁より、前記突出部は、上方に向かって突出する。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ素子の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板の上方に配置され、ＧａＮ系半導体を含む半導体積層体と、前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極とを備え、前記半導体積層体は、前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、前記リッジの側面と前記コンタクト電極との間の電気的なコンタクト抵抗は、前記リッジの上面と前記コンタクト電極との間の電気的なコンタクト抵抗より高い。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ素子の製造方法の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子の製造方法であって、基板の上方に半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極を形成するコンタクト電極形成工程とを含み、前記半導体積層体形成工程は、前記半導体積層体の上端に位置する底面と、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを、ドライエッチングによって形成するエッチング工程を含み、前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接する。
　本開示によれば、放熱特性を改善できる半導体レーザ素子などを提供できる。
実施の形態１に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の活性層の構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の積層工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法のエッチング工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の絶縁層形成工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法のコンタクト電極形成工程を示す模式的な断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の被覆電極形成工程を示す模式的な断面図である。 Ａｇを含む各種金属及び誘電体の屈折率と波長との関係を示すグラフである。 比較例の半導体レーザ素子の積層方向における屈折率ｎ（ｚ）及び光強度Ｉ（ｚ）の分布を示す模式図である。 実施の形態１に係る半導体レーザ素子の積層方向における屈折率ｎ（ｚ）及び光強度Ｉ（ｚ）の分布を示す模式図である。 実験用素子の形成方法の第一工程を示す模式的な断面図である。 実験用素子の形成方法の第二工程を示す模式的な断面図である。 実験用素子の形成方法の第三工程を示す模式的な断面図である。 実験用素子の形成方法の第四工程を示す模式的な断面図である。 実験用素子の二つの電極間に印加される電圧及び電流の関係を示すグラフである。 タイプ１及びタイプ２の実験用素子の形成方法の第一工程を説明するための模式的な断面図である。 タイプ１及びタイプ２の実験用素子の形成方法の第二工程を説明するための模式的な断面図である。 タイプ１及びタイプ２の実験用素子の形成方法の第三工程を説明するための模式的な断面図である。 タイプ３の実験用素子の構成を示す模式的な断面図である。 タイプ１～タイプ３の各実験用素子の二つの電極間に印加される電圧及び電流の関係を示すグラフである。 実施の形態２に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態４に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態５に係る半導体レーザ素子のコンタクト電極付近の構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態６に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 実施の形態６に係る半導体レーザ素子のコンタクト電極の構成を示す模式的な断面図である。 透光性導電膜の膜厚と、波長３８０ｎｍの光に対する透光性導電膜及び反射金属膜を含む積層体での反射率との関係を示す図である。 実施の形態７に係る半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 透光性導電膜の膜厚と、波長４５０ｎｍの光に対する透光性導電膜及び反射金属膜を含む積層体での反射率との関係を示す図である。 透光性導電膜の膜厚と、波長６３０ｎｍの光に対する透光性導電膜及び反射金属膜を含む積層体での反射率との関係を示す図である。 透光性導電膜の膜厚と、波長９８０ｎｍの光に対する透光性導電膜及び反射金属膜を含む積層体での反射率との関係を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における鉛直上方及び鉛直下方を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　また、本明細書において、垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、板状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る半導体レーザ素子について説明する。
　［１－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る半導体レーザ素子の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の全体構成を示す模式的な断面図である。図１には、半導体レーザ素子１００が出射するレーザ光の出射方向に垂直な断面が示されている。また、図１には、半導体レーザ素子１００の通電中に形成される電気力線Ｌｅの一部が破線矢印で示されている。図２は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の活性層２２の構成を示す模式的な断面図である。図２には、図１に示される断面のうち活性層２２の断面だけが拡大して示されている。なお、各図には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、右手系の直交座標系である。半導体レーザ素子１００の積層方向は、Ｚ軸方向に平行であり、レーザ光の出射方向は、Ｙ軸方向に平行である。
　半導体レーザ素子１００は、図１に示されるように、半導体積層体１００Ｓを備え、半導体積層体１００Ｓの積層方向（つまり、Ｚ軸方向）に垂直なＹ軸方向の端に位置する端面からレーザ光を出射する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の発振波長（つまり、レーザ光の波長）は、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下である。また、本実施の形態では、半導体レーザ素子１００は、共振器を形成する二つの端面を有する。
　図１に示されるように、半導体レーザ素子１００は、基板１１と、半導体積層体１００Ｓと、コンタクト電極４１とを備える。本実施の形態では、半導体レーザ素子１００は、被覆電極４２と、ｎ側電極５１と、絶縁層６０とをさらに備える。
　基板１１は、半導体レーザ素子１００の基台となる板状部材である。基板１１は、第一主面１１ａと、第一主面１１ａの裏側の第二主面１１ｂとを有する。本実施の形態では、基板１１は、ｎ型ＧａＮ基板である。
　半導体積層体１００Ｓは、基板１１の上方に配置される積層体である。半導体積層体１００Ｓは、基板１１の第一主面１１ａに配置される。本実施の形態では、半導体積層体１００Ｓは、ＧａＮ系半導体を含む。半導体積層体１００Ｓは、ｎ型半導体層と、活性層２２と、ｐ型半導体層とを有する。ｎ型クラッド層１２と、活性層２２と、ｐ型クラッド層３２と、コンタクト層３３とを有する。本実施の形態では、半導体積層体１００Ｓは、ｎ型ガイド層１３と、ｎ側ガイド層２１と、ｐ側ガイド層２３と、電子障壁層３１とをさらに有する。
　ｎ型クラッド層１２は、基板１１の上方に配置されるｎ型半導体層の一例である。本実施の形態では、ｎ型クラッド層１２は、基板１１の第一主面１１ａに配置される。ｎ型クラッド層１２は、活性層２２より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、ｎ型クラッド層１２は、Ａｌを含む窒化物半導体からなる。より具体的には、ｎ型クラッド層１２は、ｎ型ＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層１２には、不純物としてＳｉがドープされている。
　ｎ型ガイド層１３は、基板１１の上方に配置されるｎ型半導体層の一例である。本実施の形態では、ｎ型ガイド層１３は、ｎ型クラッド層１２の上方に配置されるｎ型の光ガイド層である。ｎ型ガイド層１３は、ｎ型クラッド層１２と活性層２２との間に配置される。本実施の形態では、ｎ型ガイド層１３は、ｎ型クラッド層１２とｎ側ガイド層２１との間に配置される。ｎ型ガイド層１３は、ｎ型クラッド層１２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。本実施の形態では、ｎ型ガイド層１３は、ｎ型ＧａＮ層である。ｎ型ガイド層１３には、不純物としてＳｉがドープされている。
　ｎ側ガイド層２１は、ｎ型クラッド層１２の上方に配置されるアンドープ光ガイド層である。ｎ側ガイド層２１は、ｎ型クラッド層１２と活性層２２との間に配置される。本実施の形態では、ｎ側ガイド層２１は、ｎ型ガイド層１３と活性層２２との間に配置される。ｎ側ガイド層２１は、ｎ型クラッド層１２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。本実施の形態では、ｎ側ガイド層２１は、アンドープＩｎＧａＮ層である。
　活性層２２は、ｎ型クラッド層１２の上方に配置される発光層である。本実施の形態では、活性層２２は、ｎ側ガイド層２１の上方に配置され、量子井戸構造を有する。活性層２２は、１以上の井戸層と、複数の障壁層とを有する。本実施の形態では、活性層２２は、図２に示されるように、井戸層２２ｂ、２２ｄと、障壁層２２ａ、２２ｃ、２２ｅとを有する。
　障壁層２２ａは、ｎ側ガイド層２１の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、障壁層２２ａは、アンドープＩｎＧａＮ層である。
　井戸層２２ｂは、障壁層２２ａと障壁層２２ｃとの間に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。井戸層２２ｂのバンドギャップエネルギーは、障壁層２２ａ、２２ｃのバンドギャップエネルギーより小さい。本実施の形態では、井戸層２２ｂは、アンドープＩｎＧａＮ層である。
　障壁層２２ｃは、井戸層２２ｂの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、障壁層２２ｃは、アンドープＩｎＧａＮ層である。
　井戸層２２ｄは、障壁層２２ｃと障壁層２２ｅとの間に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する層である。井戸層２２ｄのバンドギャップエネルギーは、障壁層２２ｃ、２２ｅのバンドギャップエネルギーより小さい。本実施の形態では、井戸層２２ｄは、アンドープＩｎＧａＮ層である。
　障壁層２２ｅは、井戸層２２ｄの上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する層である。本実施の形態では、障壁層２２ｅは、アンドープＩｎＧａＮ層である。
　なお、本実施の形態では、活性層２２は、２層の井戸層２２ｂ、２２ｄを含む多重量子井戸構造を有するが、活性層２２は、３層以上の井戸層を含む多重量子井戸構造を有してもよいし、１層の井戸層を含む単一量子井戸構造を有してもよい。
　ｐ側ガイド層２３は、活性層２２の上方に配置されるアンドープ光ガイド層である。ｐ側ガイド層２３は、活性層２２とｐ型クラッド層３２との間に配置される。本実施の形態では、ｐ側ガイド層２３は、活性層２２と、電子障壁層３１との間に配置される。ｐ側ガイド層２３は、ｐ型クラッド層３２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。本実施の形態では、ｐ側ガイド層２３は、アンドープＩｎＧａＮ層である。
　電子障壁層３１は、活性層２２の上方に配置されるｐ型半導体層の一例である。本実施の形態では、電子障壁層３１は、ｐ側ガイド層２３と、ｐ型クラッド層３２との間に配置される。電子障壁層３１のバンドギャップエネルギーは、ｐ型クラッド層３２のバンドギャップエネルギーより大きい。本実施の形態では、電子障壁層３１は、ｐ型ＡｌＧａＮ層である。電子障壁層３１には、不純物としてＭｇがドープされている。このような構成を有する電子障壁層３１により、ｎ型クラッド層１２から注入された電子が活性層２２からｐ型クラッド層３２へ漏れることを抑制できる。
　ｐ型クラッド層３２は、活性層２２の上方に配置されるｐ型半導体層の一例である。本実施の形態では、ｐ型クラッド層３２は、電子障壁層３１とコンタクト層３３との間に配置される。ｐ型クラッド層３２は、活性層２２より屈折率が小さく、かつ、バンドギャップエネルギーが大きい層である。本実施の形態では、ｐ型クラッド層３２は、ｐ型ＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３２には、不純物としてＭｇがドープされている。
　コンタクト層３３は、活性層２２の上方に配置されるｐ型半導体層の一例である。本実施の形態では、コンタクト層３３は、ｐ型クラッド層３２の上方に配置される。また、本実施の形態では、コンタクト層３３は、ｐ型ＧａＮ層であり、コンタクト電極４１と接触する。コンタクト層３３には、不純物としてＭｇがドープされている。
　半導体積層体１００Ｓは、半導体積層体１００Ｓの上端に位置し、活性層２２より上方に位置する底面３０Ｒｂと、底面３０Ｒｂに隣接し、底面３０Ｒｂから上方に向かって突出し、レーザ光の出射方向に延在するリッジ３０Ｒとを有する。リッジ３０Ｒは、上端の面である上面３０Ｒｕと、Ｘ軸方向の端に位置する面である側面３０Ｒｓとを有する。本実施の形態では、リッジ３０Ｒは、ｐ型クラッド層３２及びコンタクト層３３に形成されている。底面３０Ｒｂは、ｐ型クラッド層３２に位置する。リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕは、コンタクト層３３の上面である。
　リッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓの電気抵抗は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕの電気抵抗より高い。つまり、リッジ３０Ｒは、側面３０Ｒｓを含む高抵抗層と、上面３０Ｒｕを含み、高抵抗層より電気抵抗が低い低抵抗層とを有する。
　リッジ３０Ｒの幅（つまり、Ｘ軸方向における寸法）は、特に限定されないが、本実施の形態では、１００μｍ以下である。リッジ３０Ｒの幅は、１μｍ以上であってもよい。
　また、本実施の形態では、半導体積層体１００Ｓは、Ｘ軸方向の各端部に位置する凹部１００Ｔを有する。凹部１００Ｔは、底面３０Ｒｂに対して下方に凹んだ部分である。本実施の形態では、凹部１００Ｔの下端は、ｎ型クラッド層１２に位置する。
　絶縁層６０は、半導体積層体１００Ｓの凹部１００Ｔを覆う電気絶縁層である。本実施の形態では、絶縁層６０は、凹部１００Ｔと底面３０Ｒｂの一部とを連続して覆う。絶縁層６０は、例えばＳｉＯ２層である。
　凹部１００Ｔ及び絶縁層６０は、半導体レーザ素子１００をサブマウントなどの放熱部材に実装するときの電気的な短絡を防止するために形成される。例えば、半導体レーザ素子１００の上面すなわち被覆電極４２をはんだ材を用いて放熱部材に接着すると、はんだ材の一部が盛り上がって、半導体レーザ素子１００の側面（つまり、Ｘ軸方向における端面）に接触することがある。そこで、接着面からｎ型層をなるべく遠ざけ、かつその側面を絶縁層６０で覆うことで、はんだ材がその側面に接触しても電気的な短絡をさけることができる。本実施の形態では、凹部１００Ｔの下端はｎ型クラッド層１２に位置するが、もっと下方に位置してもよい。例えば、凹部１００Ｔの下端は、基板１１に位置していてもよい。
　コンタクト電極４１は、半導体積層体１００Ｓに接し、Ａｇを含む導電性部材である。コンタクト電極４１は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ及び側面３０Ｒｓと、底面３０Ｒｂの少なくとも一部とに接する。本実施の形態では、コンタクト電極４１は、リッジ３０ＲのＸ軸方向における一方側に位置する底面３０Ｒｂの一部と、リッジ３０Ｒ（つまり、側面３０Ｒｓ及び上面３０Ｒｕ）と、リッジ３０ＲのＸ軸方向における他方側に位置する底面３０Ｒｂの一部とを連続して覆う。なお、コンタクト電極４１は、必ずしも、上述したように連続して形成されていなくてもよい。例えば、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕと側面３０Ｒｓとの境界部付近において、コンタクト電極４１が途切れていてもよい。
　コンタクト電極４１の側面３０Ｒｓに対向する位置における膜厚（つまり、側面３０Ｒｓに垂直な方向における寸法）は、コンタクト電極４１の上面３０Ｒｕに対向する位置における膜厚（つまり、上面３０Ｒｕに垂直な方向における寸法）、及び、底面３０Ｒｂに対向する位置における膜厚（つまり、底面３０Ｒｂに垂直な方向における寸法）の各々より小さくてもよい。
　本実施の形態では、リッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓとコンタクト電極４１との間の電気的なコンタクト抵抗は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕとコンタクト電極４１との間の電気的なコンタクト抵抗より高い。
　本実施の形態では、コンタクト電極４１は、Ａｇからなる。つまり、コンタクト電極４１の全体がＡｇで形成されている。コンタクト電極４１の厚さは、特に限定されない。本実施の形態では、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕに配置されるコンタクト電極４１の厚さは、５０ｎｍ以上である。
　被覆電極４２は、コンタクト電極４１の上方に配置され、コンタクト電極４１より融点が高い電極である。被覆電極４２は、コンタクト電極４１の上方に配置され、コンタクト電極４１よりイオン化傾向が低い電極であってもよい。本実施の形態では、被覆電極４２は、コンタクト電極４１の端縁４１ｅを覆う。つまり、コンタクト電極４１の端縁４１ｅは、被覆電極４２から露出しない。被覆電極４２は、コンタクト電極４１側から順に積層されたＴｉ層と、Ａｕ層とを有してもよい。
　被覆電極４２の側面３０Ｒｓに対向する位置における膜厚は、被覆電極４２の上面３０Ｒｕに対向する位置における膜厚、及び、底面３０Ｒｂに対向する位置における膜厚の各々より小さくてもよい。
　ｎ側電極５１は、基板１１の第二主面１１ｂに配置される電極である。本実施の形態では、ｎ側電極５１のＸ軸方向における寸法は、コンタクト電極４１のＸ軸方向における寸法より大きい。ｎ側電極５１の構成は特に限定されないが、ｎ側電極５１は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜であってもよい。本実施の形態では、ｎ側電極５１は、第二主面１１ｂから順に積層されるＴｉ層、Ｐｔ層、及びＡｕ層を有する。
　［１－２．半導体レーザ素子の製造方法］
　本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法について、図１及び図３～図７を用いて説明する。図３～図７は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。図３～図７には、図１に示される断面と同様の位置における断面が示されている。
　まず、基板１１の上方に半導体積層体１００Ｓを形成する（半導体積層体形成工程）。図３に示されるように、基板１１の第一主面１１ａに、半導体積層体１００Ｓを構成する各半導体層を積層する（積層工程）。本実施の形態では、第一主面１１ａに、ｎ型クラッド層１２、ｎ型ガイド層１３、ｎ側ガイド層２１、活性層２２、ｐ側ガイド層２３、電子障壁層３１、ｐ型クラッド層３２、及びコンタクト層３３をこの順に積層する。半導体積層体１００Ｓは、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて積層される。続いて、図４に示されるように、半導体積層体１００Ｓの上端に位置する底面３０Ｒｂと、底面３０Ｒｂに隣接し、底面３０Ｒｂから上方に向かって突出し、レーザ光の出射方向に延在するリッジ３０Ｒとを、ドライエッチングによって形成する（エッチング工程）。より具体的には、フォトリソグラフィ法を用いて、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕに対応する領域に、ＳｉＯ２などからなるマスクを形成し、マスクで覆われていない領域に対してＣｌ２、ＢＣｌ３などを用いたドライエッチングを行うことにより、リッジ３０Ｒを形成する。なお、マスクは、ＨＦなどを用いたウェットエッチングを用いて除去される。本実施の形態では、エッチング工程にて、凹部１００Ｔも併せて形成される。
　続いて、図５に示されるように、絶縁層６０を形成する（絶縁層形成工程）。絶縁層６０は、例えば、減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成される。絶縁層６０の形成には、例えば常圧ＣＶＤ法を用いてもよい。
　続いて、図６に示されるように、半導体積層体１００Ｓに接し、Ａｇを含むコンタクト電極４１を形成する（コンタクト電極形成工程）。ここで、コンタクト電極４１は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ及び側面３０Ｒｓと、底面３０Ｒｂの少なくとも一部とに接する。コンタクト電極４１は、例えば、電子ビーム蒸着などを用いて形成される。
　続いて、図７に示されるように、コンタクト電極４１の上方に、被覆電極４２を形成する（被覆電極形成工程）。被覆電極４２は、例えば、電子ビーム蒸着などを用いて形成される。
　続いて、図１に示されるように、基板１１の第二主面１１ｂにｎ側電極５１を形成する（ｎ側電極形成工程）。ｎ側電極５１は、例えば、電子ビーム蒸着などを用いて形成される。
　以上の工程により、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００が製造される。
　［１－３．効果］
　本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００及びその製造方法の効果について説明する。
　まず、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００のコンタクト電極４１の効果について説明する。
　上述したとおり、本実施の形態に係るコンタクト電極４１は、Ａｇを含む。ここで、Ａｇの屈折率について、図８を用いて説明する。図８は、Ａｇを含む各種金属及び誘電体の屈折率と波長との関係を示すグラフである。なお、図８及び以下で述べる屈折率は、いずれも、複素屈折率の実部成分を意味する。
　図８に示されるように、Ａｇは、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長帯域のうち、特に、３２０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長帯域において、他の金属及び誘電体より大幅に低い屈折率を有する。このような低屈折率のＡｇを含むコンタクト電極４１の効果について、比較例と比較しながら図９及び図１０を用いて説明する。図９及び図１０は、それぞれ、比較例及び本実施の形態に係る各半導体レーザ素子の積層方向（ｚ軸方向）における屈折率ｎ（ｚ）及び光強度Ｉ（ｚ）の分布を示す模式図である。図９及び図１０には、各図に示されるｚ軸上の位置ｚにおける屈折率ｎ（ｚ）及び光強度Ｉ（ｚ）が示されている。
　図９に示される比較例の半導体レーザ素子９００は、ｐ型クラッド層９３２、コンタクト電極９４１、及び絶縁層９６０の構成において、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。比較例のｐ型クラッド層９３２の（最大）厚さは、本実施の形態に係るｐ型クラッド層３２の（最大）厚さより大きい。比較例のコンタクト電極９４１は、Ｐｄからなる。比較例の絶縁層９６０は、リッジの側面及び上面の端部を覆う。
　比較例の半導体レーザ素子９００では、図９に示されるように、コンタクト電極９４１の屈折率が高い。このため、コンタクト電極９４１における光強度を十分に抑制し、コンタクト電極９４１における光吸収に伴う導波路損失を低減するためには、ｐ型クラッド層９３２の厚さを大きくする必要がある。
　これに対して、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、図１０に示されるように、コンタクト電極４１の屈折率は、比較例のコンタクト電極９４１などより大幅に低い。このため、コンタクト電極４１における光強度を十分に抑制できる。したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、ｐ型クラッド層３２の厚さを小さくすることができる。このように、本実施の形態では、発光層である活性層２２からコンタクト電極４１までの距離が、比較例における活性層２２からコンタクト電極９４１までの距離より小さい構成においても、コンタクト電極４１における光強度を十分に抑制できる。したがって、コンタクト電極４１における光吸収に伴う導波路損失を低減できる。例えば、コンタクト電極４１に最も近い井戸層２２ｄと、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕとの間の間隔は、１００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であってもよい。このように、活性層２２からコンタクト電極４１までの間隔が小さい場合であっても、コンタクト電極４１における光吸収に伴う導波路損失を低減できる。また、活性層２２からコンタクト電極４１までの間隔を５５０ｎｍ以下とすることで、半導体レーザ素子１００の電気抵抗（シリーズ抵抗）を低減できる。したがって、半導体レーザ素子１００の高効率化が可能となる。
　また、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕに配置されるコンタクト電極４１の厚さは、５０ｎｍ以上であってもよい。これにより、コンタクト電極４１によって、より確実に、コンタクト電極４１より下方に光を閉じ込めることができる。また、コンタクト電極４１より上層への光の拡がりを抑えることができる。
　コンタクト電極４１は、活性層２２が放出する自然放出光を反射する機能も有する。自然放出光は、不特定の向きに出射されるため、その大部分がレーザ光の発振及び増幅に寄与しない。つまり、大部分の自然放出光は、有効利用されることなく損失となる。本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００は、高い反射率を有するコンタクト電極４１を備える。これにより、コンタクト電極４１に入射した自然放出光のうち、コンタクト電極４１で反射される割合を増大できる。コンタクト電極４１によって反射された自然放出光の少なくとも一部は、活性層２２へ戻る。したがって、コンタクト電極４１に入射した自然放出光のうち、コンタクト電極４１で反射される割合を増大することで、自然放出光が活性層２２において再吸収される量を増大できる。このため、半導体レーザ素子１００の量子効率を増大できる。したがって、半導体レーザ素子１００を高効率化できる。
　次に、本実施の形態に係るコンタクト電極４１と、半導体積層体１００Ｓとの間の電気抵抗（言い換えると、コンタクト電極４１と半導体積層体１００Ｓとの間の電気的なコンタクト抵抗）について説明する。まず、半導体積層体１００Ｓにリッジ３０Ｒを形成するエッチング工程においてドライエッチングを用いることによる効果、つまり、本実施の形態に係るエッチング工程の効果について説明する。ドライエッチングを用いることによる効果を説明するために、まず、ドライエッチングによって形成されたエッチング面、及びウェットエッチングによって形成されたエッチング面の電気抵抗を測定するための実験用素子について、図１１～図１４を用いて説明する。図１１～図１４は、実験用素子の形成方法の各工程を示す模式的な断面図である。
　図１１に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００と同様に、基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、ｎ型ガイド層１３、ｎ側ガイド層２１、活性層２２、ｐ側ガイド層２３、電子障壁層３１、ｐ型クラッド層３２、及びコンタクト層３３をこの順に積層する。
　続いて、図１２に示されるように、コンタクト層３３上にＳｉＯ２からなる絶縁層９６１を、ＣＶＤによって形成する。
　続いて、図１３に示されるように、ＣＨＦ３を用いたドライエッチング、又は、ＨＦを用いたウェットエッチングによって、絶縁層９６１を除去し、コンタクト層３３を露出させる。
　続いて、図１４に示されるように、コンタクト層３３上に二つの電極９４２ａ、９４２ｂを形成する。二つの電極９４２ａ、９４２ｂの間隔Ｄｅは、１４μｍである。なお、二つの電極９４２ａ、９４２ｂの各々は、コンタクト層３３上に順に積層されるＰｄ層と、Ｐｔ層とを有する。
　以上のような形成方法によって形成された実験用素子の二つの電極９４２ａ、９４２ｂ間の電気抵抗について、図１５を用いて説明する。図１５は、実験用素子の二つの電極９４２ａ、９４２ｂ間に印加される電圧及び電流の関係を示すグラフである。図１５には、ドライエッチングを用いて形成された実験用素子、及び、ウェットエッチングを用いて形成された実験用素子の各々における関係が示されている。
　図１５に示されるように、ウェットエッチングを用いる場合と比べて、ドライエッチングを用いる場合には、二つの電極９４２ａ、９４２ｂ間に流れる電流が少ない。つまり、ドライエッチングによって形成されたエッチング面の電気抵抗は、ウェットエッチングによって形成されたエッチング面の電気抵抗より大幅に高い。これは、ドライエッチングにおいて、エッチング面がエッチャントであるイオンによってダメージを受ける（つまり、結晶性が低下する）ためであると推測される。
　以上のように、ドライエッチングによって形成されたエッチング面の電気抵抗がウェットエッチングによって形成されたエッチング面の電気抵抗より大幅に高い。このため、ドライエッチングによって形成されたエッチング面である、本実施の形態に係る半導体積層体１００Ｓの底面３０Ｒｂ及びリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓの電気抵抗は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕの電気抵抗より大幅に高い。したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００のコンタクト電極４１とｎ側電極５１との間に電圧が印加された場合、コンタクト電極４１に覆われた領域のうち、実質的に、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕだけからｎ側電極５１へ向かって電流が流れ、底面３０Ｒｂ及びリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓからは電流が流れない。このため、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００においては、底面３０Ｒｂ及びリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓに誘電体層（つまり電気絶縁層）を配置することなく、リッジ３０Ｒへの電流狭窄が可能である。また、本実施の形態に係るエッチング工程においては、リッジ３０Ｒをドライエッチングによって形成することで、リッジ３０Ｒの形成と、底面３０Ｒｂ及びリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓの高抵抗化とを同時に行うことができる。
　なお、底面３０Ｒｂ、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ及び側面３０Ｒｓの電気抵抗は、キャリア濃度に対応する。つまり、半導体層のキャリア濃度が高くなるにしたがって、半導体層の電気抵抗が低くなる。本実施の形態では、底面３０Ｒｂ及びリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓのキャリア濃度は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕのキャリア濃度より低い。半導体層におけるキャリア分布は、例えば、走査型マイクロ波顕微鏡法（ＳＭＭ）、走査型静電容量顕微鏡法（ＳＣＭ）などを用いて測定、及び可視化できる。
　また、本実施の形態のように、コンタクト電極４１が、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ及び側面３０Ｒｓと、底面３０Ｒｂの少なくとも一部とに接する構成においては、コンタクト電極４１とリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓなどとの間に、誘電体層が配置される場合より、リッジ３０Ｒとコンタクト電極４１との間の熱抵抗を大幅に低減できる。したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００においては、コンタクト電極４１とリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓなどとの間に、誘電体層が配置される半導体レーザ素子より、放熱特性を改善できる。また、本実施の形態では、コンタクト電極４１とリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓなどとの間に、誘電体層が配置されないことで、半導体レーザ素子１００及びその製造方法を簡素化できる。
　さらに、上述したとおり、コンタクト電極４１は、少なくとも３２０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長帯域において、ＳｉＯ２などの誘電体より屈折率が低いＡｇを含む。このような低屈折率のコンタクト電極４１が、リッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓに接することで、リッジ３０Ｒの幅方向（つまり、図１などのＸ軸方向）において、リッジ３０Ｒに光を閉じ込めることができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００のリッジ３０Ｒの幅は、１００μｍ以下であってもよい。
　リッジ３０Ｒには、電流が閉じ込められるため、リッジ３０Ｒにおけるジュール熱などの発熱量が他の領域と比較して多い。このような発熱量が多いリッジ３０Ｒの幅が小さい場合、特に、発熱による効率の低下、発熱に起因する半導体レーザ素子１００のダメージなどの問題が生じ得る。このようにリッジ３０Ｒの幅が小さい場合において、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００のコンタクト電極４１による放熱特性の改善効果がより一層顕著となり、上記問題の発生を抑制できる。
　次に、ドライエッチング後のエッチング面の電気抵抗に対するアニールの影響について説明する。アニールの影響について調べるために、タイプ１～タイプ３の実験用素子を用いて実験を行った。本実施において用いた実験用素子の形成方法について、図１６～図１９を用いて説明する。図１６～図１８は、タイプ１及びタイプ２の実験用素子の形成方法の各工程を説明するための模式的な断面図である。図１９は、タイプ３の実験用素子の構成を示す模式的な断面図である。
　タイプ１及びタイプ２の実験用素子の形成において、まず、図１６に示されるように、サファイヤ基板９１上にｐ型クラッド層３２及びコンタクト層３３を積層する。続いて、図１７に示されるように、コンタクト層３３と、ｐ型クラッド層３２の一部とをＣＨＦ３を用いたドライエッチングによって除去する。続いて、図１８に示されるように、ｐ型クラッド層３２のエッチング面上に、二つの電極４１ａ、４１ｂを形成する。二つの電極４１ａ、４１ｂの各々は、Ａｇからなる。
　ここで、タイプ１の実験用素子においては、ドライエッチング前に、ｐ型不純物を電気的に活性化するためにアニールを行う。ドライエッチング後にはアニールを行わない。一方、タイプ２の実験用素子においては、ドライエッチング前に、アニールを行わず、ドライエッチング後、電極形成前にアニールを行う。
　タイプ３の実験用素子は、図１９に示されるように、サファイヤ基板９１上に配置される、ｐ型クラッド層３２と、コンタクト層３３と、二つの電極４１ａ、４１ｂとを備える。タイプ３の実験用素子の形成においては、ｐ型クラッド層３２及びコンタクト層３３を積層した後、アニールを行う。続いて、二つの電極４１ａ、４１ｂをコンタクト層３３に形成する。
　以上のように形成されたタイプ１～タイプ３の各実験用素子の二つの電極４１ａ、４１ｂが形成された面の電気抵抗について図２０を用いて説明する。図２０は、タイプ１～タイプ３の各実験用素子の二つの電極４１ａ、４１ｂ間に印加される電圧及び電流の関係を示すグラフである。
　図２０に示されるように、タイプ１及びタイプ２の各実験用素子においては、タイプ３の実験用素子より、大幅に電流が少ない。つまり、タイプ１及びタイプ２の各実験用素子のエッチング面の電気抵抗は、タイプ３の実験用素子のコンタクト層３３の上面の電気抵抗より高い。特に、タイプ１の実験用素子では、印加される電圧が５Ｖ以下の場合、電流は、ほぼ０である。一般に、半導体レーザ素子１００に印加される電圧（つまり、動作電圧）は５Ｖ以下であるため、タイプ１のエッチング面と同様にドライエッチングされた面である、半導体レーザ素子１００の底面３０Ｒｂ及びリッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓには、コンタクト電極４１から実質的に電流が流れない。
　また、図２０において、タイプ１の実験用素子及びタイプ２の実験用素子の各実験結果を比較すると、タイプ２の実験用素子の方が、タイプ１の実験用素子より、電流が多い。つまり、タイプ２の実験用素子のエッチング面の方が、タイプ１の実験用素子のエッチング面より電気抵抗が低い。これは、タイプ２の実験用素子のエッチング面の結晶性が、ドライエッチング後のアニールによって高められた（つまり、回復された）ためであると推測される。このように、ドライエッチング後に、エッチング面にアニールを行うことで、エッチング面の電気抵抗が低下し得るため、半導体レーザ素子１００の製造において、リッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓなどをドライエッチングによって形成した後に、アニールを行わない方がよい。
　次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の被覆電極４２の効果について図１を用いて説明する。図１に示されるように、コンタクト電極４１のＸ軸方向における寸法Ｗ４１（及び被覆電極４２のＸ軸方向における寸法Ｗ４２）が、ｎ側電極５１のＸ軸方向における寸法Ｗ５１より小さい場合、半導体レーザ素子１００の通電中には、図１に電気力線Ｌｅで示されるような向きに電界が生じる。つまり、Ｘ軸方向においてリッジ３０Ｒから遠ざかる向きの電界が生じる。ここで、Ａｇは、比較的マイグレーションが発生しやすい金属であるため、上記電界によって、コンタクト電極４１に含まれるＡｇ＋イオンが、Ｘ軸方向においてリッジ３０Ｒから遠ざかる向きに移動するおそれがある。このようにＡｇ＋イオンがリッジ３０Ｒから遠ざかる向きに移動すると、Ａｇ＋イオンが、活性層２２の側面（つまり、活性層２２のＸ軸方向の端に位置する端面）まで移動して、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを短絡させ得る。
　しかしながら、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００においては、Ａｇより融点が高い被覆電極４２がコンタクト電極４１の端縁４１ｅを覆う。このような被覆電極４２に含まれる金属イオンは、Ａｇ＋イオンよりマイグレーションが発生しにくい。このため、被覆電極４２によって、コンタクト電極４１に含まれるＡｇ＋イオンがリッジ３０Ｒから遠ざかる向きに移動することを抑制できる。したがって、半導体レーザ素子１００におけるｐ型半導体層とｎ型半導体層との短絡の発生を抑制できる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の発振波長は、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であってもよい。
　本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長帯域においても光吸収が小さいＡｇを含むコンタクト電極４１を備える。このため、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１００では、当該波長帯域においても、導波路損失を抑制できる。
　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、ｎ側電極の構成において実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００との相違点を中心に図２１を用いて説明する。図２１は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２１には、半導体レーザ素子２００が出射するレーザ光の出射方向に垂直な断面が示されている。図２１には、半導体レーザ素子２００の通電中に形成される電気力線Ｌｅの一部が破線矢印で示されている。
　図２１に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００は、基板１１と、半導体積層体１００Ｓと、コンタクト電極４１と、被覆電極４２と、絶縁層６０と、ｎ側電極２５１とを備える。
　本実施の形態に係るｎ側電極２５１は、基板１１の第二主面１１ｂに配置される電極である。本実施の形態では、ｎ側電極２５１のＸ軸方向における寸法Ｗ２５１は、コンタクト電極４１のＸ軸方向における寸法Ｗ４１より小さい。
　このように、ｎ側電極２５１のＸ軸方向における寸法が、コンタクト電極４１のＸ軸方向における寸法より小さいため、図２１に電気力線Ｌｅで示されるように、コンタクト電極４１とｎ側電極２５１との間に形成される電界に、Ｘ軸方向においてリッジ３０Ｒから遠ざかる向きの成分が存在しない。したがって、コンタクト電極４１に含まれるＡｇ＋イオンがＸ軸方向においてリッジ３０Ｒから遠ざかる向きに移動することを抑制できる。これにより、半導体レーザ素子２００におけるｐ型半導体層とｎ型半導体層との短絡の発生を抑制できる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子２００のように、被覆電極４２が、コンタクト電極４１の端縁４１ｅを覆う場合には、ｎ側電極２５１のＸ軸方向における寸法Ｗ２５１は、被覆電極４２のＸ軸方向における寸法Ｗ４２より小さくてもよい。これにより、コンタクト電極４１とｎ側電極２５１との間に形成される電界に、Ｘ軸方向においてリッジ３０Ｒから遠ざかる向きの成分が形成されることを抑制できる。これにより、半導体レーザ素子２００におけるｐ型半導体層とｎ型半導体層との短絡の発生を抑制できる。
　なお、以上では、Ｘ軸方向における各電極の寸法について説明したが、基板１１の第二主面１１ｂに平行な他の方向における各電極の寸法についても同様のことが言える。したがって、ｎ側電極２５１の第二主面１１ｂに平行な少なくとも一つの方向における寸法は、コンタクト電極４１又は被覆電極４２の当該少なくとも一つの方向における寸法より小さくてもよい。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、半導体積層体などの構成において実施の形態２に係る半導体レーザ素子２００と相違し、その他の構成において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態２に係る半導体レーザ素子２００との相違点を中心に図２２を用いて説明する。図２２は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子３００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２２には、半導体レーザ素子３００が出射するレーザ光の出射方向に垂直な断面が示されている。図２２には、半導体レーザ素子３００の通電中に形成される電気力線Ｌｅの一部が破線矢印で示されている。
　図２２に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子３００は、基板１１と、半導体積層体３００Ｓと、コンタクト電極４１と、被覆電極３４２と、絶縁層３６０と、ｎ側電極３５１とを備える。
　本実施の形態に係る半導体積層体３００Ｓは、図２２に示されるように、ｎ型クラッド層１２と、ｎ型ガイド層１３と、ｎ側ガイド層２１と、活性層２２と、ｐ側ガイド層２３と、電子障壁層３１と、ｐ型クラッド層３３２と、コンタクト層３３３とを有する。半導体積層体３００Ｓは、実施の形態１に係る半導体積層体１００Ｓと同様に、半導体積層体３００Ｓの上端に位置する底面３０Ｒｂと、底面３０Ｒｂに隣接し、底面３０Ｒｂから上方に向かって突出し、レーザ光の出射方向に延在するリッジ３０Ｒとを有する。本実施の形態に係る半導体積層体３００Ｓは、底面３０Ｒｂに隣接し、底面３０Ｒｂから上方に向かって突出し、レーザ光の出射方向に延在する突出部３０Ｐをさらに有する。本実施の形態に係る半導体積層体３００Ｓは、二つの突出部３０Ｐを有する。二つの突出部３０Ｐの間にリッジ３０Ｒが位置する。また、リッジ３０Ｒと突出部３０Ｐとの間に底面３０Ｒｂが位置する。突出部３０Ｐは、上端の面である上面３０Ｐｕと、Ｘ軸方向の端に位置する面である側面３０Ｐｓとを有する。リッジ３０Ｒ及び突出部３０Ｐは、ｐ型クラッド層３３２及びコンタクト層３３３に形成される。上面３０Ｐｕは、コンタクト層３３３に位置する。
　本実施の形態では、リッジ３０Ｒと突出部３０Ｐとの間に、コンタクト電極４１の端縁４１ｅが位置し、突出部３０Ｐは、コンタクト電極４１の端縁４１ｅより、上方に向かって突出する。
　また、本実施の形態では、半導体積層体３００Ｓは、Ｘ軸方向の各端部に位置する凹部３００Ｔを有する。凹部３００Ｔは、突出部３０Ｐの上面３０Ｐｕに対して下方に凹んだ部分である。本実施の形態では、凹部３００Ｔの下端は、ｎ型クラッド層１２に位置する。
　本実施の形態に係る被覆電極３４２は、実施の形態１に係る被覆電極４２と同様に、コンタクト電極４１の上方に配置される。本実施の形態では、被覆電極３４２は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ及び側面３０Ｒｓと、底面３０Ｒｂと、突出部３０Ｐのリッジ３０Ｒ側の側面３０Ｐｓと、上面３０Ｐｕの一部との上方に配置される。言い換えると、被覆電極３４２は、一方の突出部３０Ｐの上面３０Ｐｕから、他方の突出部３０Ｐの上面３０Ｐｕまでを連続して覆う。また、被覆電極３４２は、絶縁層３６０の一部の上方にも配置される。
　本実施の形態に係る絶縁層３６０は、半導体積層体３００Ｓの凹部３００Ｔを覆う電気絶縁層である。本実施の形態では、絶縁層３６０は、凹部３００Ｔと、突出部３０Ｐと、底面３０Ｒｂの一部とを連続して覆う。
　本実施の形態に係る半導体レーザ素子３００の効果について説明する。上述したように、本実施の形態においては、リッジ３０Ｒと突出部３０Ｐとの間に、コンタクト電極４１の端縁４１ｅが位置し、突出部３０Ｐは、コンタクト電極４１の端縁４１ｅより、上方に向かって突出する。ここで、図２２に電気力線Ｌｅで示されるように、コンタクト電極４１とｎ側電極３５１との間には、上向きの電界成分は存在しないため、コンタクト電極４１に含まれるＡｇ＋イオンが、突出部３０Ｐの上面３０Ｐｕに移動すること、及び、突出部３０Ｐを超えて、活性層２２の側面まで移動することが抑制される。したがって、半導体レーザ素子３００におけるｐ型半導体層とｎ型半導体層との短絡の発生を抑制できる。
　また、本実施の形態においては、ｎ側電極３５１のＸ軸方向における寸法Ｗ３５１は、コンタクト電極４１のＸ軸方向における寸法Ｗ４１より大きいものの、被覆電極３４２のＸ軸方向における寸法Ｗ３４２より小さい。これにより、Ｘ軸方向においてリッジ３０Ｒから遠ざかる向きの電界が形成されることを抑制できる。したがって、コンタクト電極４１のＡｇ＋イオンが、リッジ３０Ｒから遠ざかる向きに移動することを抑制できる。
　なお、以上では、Ｘ軸方向における各電極の寸法について説明したが、基板１１の第二主面１１ｂに平行な他の方向における各電極の寸法についても同様のことが言える。したがって、ｎ側電極３５１の第二主面１１ｂに平行な少なくとも一つの方向における寸法は、コンタクト電極４１又は被覆電極３４２の当該少なくとも一つの方向における寸法より小さくてもよい。
　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、ｎ側電極の構成において実施の形態３に係る半導体レーザ素子３００と相違し、その他の構成において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態３に係る半導体レーザ素子３００との相違点を中心に図２３を用いて説明する。図２３は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子４００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２３には、半導体レーザ素子４００が出射するレーザ光の出射方向に垂直な断面が示されている。図２３には、半導体レーザ素子４００の通電中に形成される電気力線Ｌｅの一部が破線矢印で示されている。
　図２３に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子４００は、基板１１と、半導体積層体３００Ｓと、コンタクト電極４１と、被覆電極３４２と、絶縁層３６０と、ｎ側電極４５１とを備える。
　本実施の形態に係るｎ側電極４５１は、基板１１の第二主面１１ｂに配置される電極である。本実施の形態では、ｎ側電極４５１のＸ軸方向における寸法Ｗ４５１は、コンタクト電極４１のＸ軸方向における寸法Ｗ４１、及び、被覆電極３４２のＸ軸方向における寸法Ｗ３４２より大きい。
　この場合、図２３に電気力線Ｌｅで示されるように、Ｘ軸方向においてリッジ３０Ｒから遠ざかる向きの電界成分が形成される。しかしながら、半導体積層体３００Ｓに突出部３０Ｐが形成されているため、コンタクト電極４１のＡｇ＋イオンが、リッジ３０Ｒから遠ざかる向きに移動することを抑制できる。さらに、本実施の形態では、コンタクト電極４１の端縁４１ｅが被覆電極３４２に覆われている。このため、コンタクト電極４１のＡｇ＋イオンが、リッジ３０Ｒから遠ざかる向きに移動することをより一層確実に抑制できる。
　（実施の形態５）
　実施の形態５に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、コンタクト電極の構成において実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００との相違点を中心に図２４を用いて説明する。図２４は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子５００のコンタクト電極５４１付近の構成を示す模式的な断面図である。図２４には、半導体レーザ素子５００が出射するレーザ光の出射方向に垂直な断面が示されている。
　上述したとおり、本実施の形態に係る半導体レーザ素子５００は、コンタクト電極５４１の構成において、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。
　本実施の形態に係るコンタクト電極５４１は、ＡｇからなるＡｇ層５４１ｂと、Ａｇ層５４１ｂとリッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕとの間に配置され、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕに接するコンタクト金属層５４１ａとを有する。コンタクト金属層５４１ａは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＰｔの少なくとも一つを含み、コンタクト金属層５４１ａの厚さは、１ｎｍ以下である。
　このように、コンタクト電極５４１が、コンタクト金属層５４１ａを有することにより、コンタクト電極５４１と、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕとの間のコンタクト抵抗を低減できる。また、コンタクト金属層５４１ａの厚さが１ｎｍ以下であることにより、コンタクト金属層５４１ａによる導波路損失を低減できる。
　（実施の形態６）
　実施の形態６に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、コンタクト電極の構成において実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００との相違点を中心に図２５及び図２６を用いて説明する。図２５は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子６００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２６は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子６００のコンタクト電極６４１の構成を示す模式的な断面図である。図２６には、コンタクト電極６４１の一部の断面が示されている。図２５及び図２６には、半導体レーザ素子６００が出射するレーザ光の出射方向に垂直な断面が示されている。
　図２５に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子６００は、基板１１と、半導体積層体１００Ｓと、コンタクト電極６４１と、被覆電極４２と、絶縁層６０と、ｎ側電極５１とを備える。
　本実施の形態に係るコンタクト電極６４１は、図２６に示されるように、透光性導電膜６４１ａと、反射金属膜６４１ｂとを有する。本実施の形態においても、ｎ側電極５１のＸ軸方向における寸法Ｗ５１は、コンタクト電極６４１のＸ軸方向における寸法Ｗ６４１より小さい。
　透光性導電膜６４１ａは、反射金属膜６４１ｂと半導体積層体１００Ｓとの間に配置され、透光性を有する導電膜である。透光性導電膜６４１ａは、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ及び側面３０Ｒｓと、底面３０Ｒｂの少なくとも一部とに接する。本実施の形態では、透光性導電膜６４１ａは、例えば、ＩＴＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＩＧＺＯ、及び酸化ニッケルの少なくとも一つを含む。透光性導電膜６４１ａの膜厚は、例えば、０．１ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。
　反射金属膜６４１ｂは、透光性導電膜６４１ａの上方に配置される金属層である。本実施の形態では、反射金属膜６４１ｂは、透光性導電膜６４１ａの上面全体を覆う。反射金属膜６４１ｂの主成分は、Ａｇであってもよい。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、被覆電極４２は、コンタクト電極６４１の端縁６４１ｅを覆う。
　本実施の形態に係る半導体レーザ素子６００においても、実施の形態１と同様の効果が奏される。ここで、本実施の形態に係る半導体レーザ素子６００のコンタクト電極６４１による自然放出光を反射する効果について、図２７を用いて説明する。
　図２７は、透光性導電膜６４１ａの膜厚と、波長３８０ｎｍの光に対する透光性導電膜６４１ａ及び反射金属膜６４１ｂを含む積層体での反射率との関係を示す図である。図２７に示される反射率を計算するためのモデルとして、ＡｌＧａＮからなる半導体層上に、透光性導電膜６４１ａと、反射金属膜６４１ｂとをこの順に積層した積層体を用いている。図２７に示される反射率として、入射光が、半導体層から、半導体層と透光性導電膜６４１ａとの界面に垂直に入射する場合の反射率を計算している。反射率は、半導体層の複素屈折率、透光性導電膜６４１ａの複素屈折率及び膜厚、並びに、反射金属膜６４１ｂの複素屈折率及び膜厚に基づいて計算される。反射率の計算においては、透光性導電膜６４１ａの複素屈折率として、ＩＴＯの複素屈折率を用いている。また、反射金属膜６４１ｂの複素屈折率として、Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｕの各々の複素屈折率を用いている。
　図２７に示されるように、反射金属膜６４１ｂがＡｇである場合に、特に、反射率を高めることができる。したがって、反射金属膜６４１ｂの主成分をＡｇとすることで、コンタクト電極６４１の自然放出光に対する反射率を高めることができる。
　また、図２７から、透光性導電膜６４１ａの膜厚を調整することで、反射率を調整できることがわかる。例えば、反射金属膜６４１ｂがＡｇである場合、透光性導電膜６４１ａの膜厚を１５ｎｍ以下に設定することで、積層体における反射率が８０％以上となる。また、透光性導電膜６４１ａの膜厚を９５ｎｍ程度に設定することで、積層体における反射率が７２％程度となる。
　このように、透光性導電膜６４１ａ及び反射金属膜６４１ｂを有するコンタクト電極６４１では、実施の形態１に係るＡｇからなるコンタクト電極４１と同程度の、自然放出光に対する反射率を実現できる。したがって、コンタクト電極６４１に入射した自然放出光のうち、コンタクト電極６４１で反射される割合を増大することで、自然放出光が活性層２２において再吸収される量を増大できる。このため、半導体レーザ素子６００の量子効率を増大できる。したがって、半導体レーザ素子６００を高効率化できる。
　また、例えば、透光性導電膜６４１ａがＩＴＯからなる場合、透光性導電膜６４１ａを半導体積層体１００Ｓに形成する際に、Ａｌを含む半導体層の表面が酸化される。これに伴い、Ａｌを含む半導体層であるｐ型クラッド層３２と透光性導電膜６４１ａとの間の電気抵抗が高くなる。したがって、透光性導電膜６４１ａからリッジ３０Ｒの側面に露出しているｐ型クラッド層３２へ電流が流れることをより一層抑制できる。
　（実施の形態７）
　実施の形態７に係る半導体レーザ素子について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ素子は、絶縁層及び被覆電極の構成において実施の形態６に係る半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ素子について、実施の形態６に係る半導体レーザ素子６００との相違点を中心に図２８を用いて説明する。図２８は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子７００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２８には、半導体レーザ素子７００が出射するレーザ光の出射方向に垂直な断面が示されている。
　図２８に示されるように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子７００は、基板１１と、半導体積層体１００Ｓと、コンタクト電極６４１と、被覆電極７４２と、絶縁層７６０と、ｎ側電極５１とを備える。
　本実施の形態に係る絶縁層７６０は、底面３０Ｒｂから、コンタクト電極６４１の上面までを連続的に覆う。絶縁層７６０は、凹部１００Ｔと、底面３０Ｒｂと、リッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓと、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕの一部とを連続的に覆う。絶縁層７６０は、底面３０Ｒｂの一部と、側面３０Ｒｓと、上面３０Ｒｕの一部とを、コンタクト電極６４１を介して覆う。本実施の形態では、絶縁層７６０は、上面３０ＲｕのＸ軸方向（つまり、リッジ３０Ｒの幅方向）における端部の上方において、Ｙ軸方向（つまり、レーザ光の出射方向）に延在する。このように、絶縁層７６０には、上面３０Ｒｕに対応する位置に開口部７６０ａが形成されている。開口部７６０ａは、リッジ３０Ｒに沿って延在するスリットであってもよい。絶縁層７６０の開口部７６０ａは、上面３０Ｒｕより上方に位置してもよい。
　絶縁層７６０の少なくとも一部は、コンタクト電極６４１と、被覆電極７４２との間に配置される。より具体的には、絶縁層７６０は、底面３０Ｒｂの一部と、側面３０Ｒｓと、上面３０Ｒｕの一部とに対向する位置において、コンタクト電極６４１と、被覆電極７４２との間に配置される。
　本実施の形態に係る被覆電極７４２は、絶縁層７６０の上方に配置される点において、実施の形態１に係る被覆電極４２と相違する。本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、被覆電極７４２は、コンタクト電極６４１の端縁６４１ｅを覆う。また、本実施の形態においても、ｎ側電極５１のＸ軸方向における寸法Ｗ５１は、被覆電極７４２のＸ軸方向における寸法Ｗ７４２より小さい。
　本実施の形態に係る半導体レーザ素子７００によっても、実施の形態６に係る半導体レーザ素子６００と同様の効果が奏される。
　さらに、本実施の形態では、絶縁層７６０が、半導体積層体１００Ｓの上面のうち、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ（つまり、コンタクト層３３の上面）の一部以外を覆うため、電流がリッジ３０Ｒの外側へ流れることをより一層抑制できる。
　また、本実施の形態では、絶縁層７６０は、上面３０ＲｕのＸ軸方向における端部の上方において、Ｙ軸方向に延在する。これにより、電流が、上面３０ＲｕのＸ軸方向における端部に流れることを抑制できるため、電流がリッジ３０Ｒの外側へ流れることをより一層抑制できる。
　また、本実施の形態では、絶縁層７６０の開口部７６０ａがリッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕより上方に位置する。このため、被覆電極４２を介して開口部７６０ａへ流れる電流をリッジ３０Ｒ内に集中させることができる。
　（変形例など）
　以上、本開示に係る半導体レーザ素子及びその製造方法について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記各実施の形態に係る半導体レーザ素子の半導体積層体は、ＧａＮ系半導体を含んだが、半導体積層体の構成はこれに限定されない。例えば、半導体積層体は、ＧａＮ系以外の半導体である、ＧａＡｓ系半導体などを含んでもよい。また、半導体レーザ素子の発振波長は、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下以外の波長帯域であってもよい。
　ここで、半導体レーザ素子の発振波長が３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下以外の波長帯域である場合における、実施の形態６に係るコンタクト電極６４１による自然放出光を反射する効果について、図２９～図３１を用いて説明する。
　図２９、図３０、及び図３１は、それぞれ、透光性導電膜６４１ａの膜厚と、波長４５０ｎｍ、６３０ｎｍ、及び９８０ｎｍの光に対する透光性導電膜６４１ａ及び反射金属膜６４１ｂを含む積層体での反射率との関係を示す図である。図２９に示される反射率を計算するためのモデルとして、ＡｌＧａＮからなる半導体層上に、透光性導電膜６４１ａと、反射金属膜６４１ｂとをこの順に積層した積層体を用いている。図３０及び図３１に示される反射率を計算するためのモデルとして、ＡｌＧａＡｓからなる半導体層上に、透光性導電膜６４１ａと、反射金属膜６４１ｂとをこの順に積層した積層体を用いている。このようなモデルを用いて図２７と同様の計算方法により、反射率を計算した結果が、図２９～図３１に示されている。
　図２９～図３１に示されるように、反射金属膜６４１ｂがＡｇである場合に、特に、反射率を高めることができる。したがって、反射金属膜６４１ｂの主成分をＡｇとすることで、波長が４５０ｎｍ以上９８０ｎｍ以下の場合に、コンタクト電極６４１の自然放出光に対する反射率を高めることができる。
　また、図２９～図３１から、透光性導電膜６４１ａの膜厚を調整することで、反射率を調整できることがわかる。
　例えば、図２９に示されるように、波長が４５０ｎｍで、反射金属膜６４１ｂがＡｇである場合、透光性導電膜６４１ａの膜厚を４０ｎｍ以下に設定することで、積層体における反射率が８０％以上となる。また、透光性導電膜６４１ａの膜厚を１２０ｎｍ程度に設定することで、積層体における反射率が７０％程度となる。
　また、図３０に示されるように、波長が６３０ｎｍで、反射金属膜６４１ｂがＡｇである場合、透光性導電膜６４１ａの膜厚を１１５ｎｍ以下に設定することで、積層体における反射率が８０％以上となる。また、透光性導電膜６４１ａの膜厚を１６５ｎｍ程度に設定することで、積層体における反射率が８０％以上となる。
　また、図３１に示されるように、波長が９８０ｎｍで、反射金属膜６４１ｂがＡｇである場合、透光性導電膜６４１ａの膜厚を１５５ｎｍ以下に設定することで、積層体における反射率が８０％以上となる。また、透光性導電膜６４１ａの膜厚を３７５ｎｍ程度に設定することで、積層体における反射率が７０％程度となる。
　このように、発振波長が３８０ｎｍ以上の波長帯域においても、透光性導電膜６４１ａ及び反射金属膜６４１ｂを有するコンタクト電極６４１では、実施の形態１に係るＡｇからなるコンタクト電極４１と同程度の自然放出光に対する反射率を実現できる。したがって、コンタクト電極６４１に入射した自然放出光のうち、コンタクト電極６４１で反射される割合を増大することで、自然放出光が活性層２２において再吸収される量を増大できる。このため、半導体レーザ素子６００の量子効率を増大できる。したがって、半導体レーザ素子６００を高効率化できる。
　また、実施の形態６及び実施の形態７の変形例に係る半導体レーザ素子において、コンタクト電極４１は、必ずしもＡｇを含まなくてもよい。つまり、本変形例に係る半導体レーザ素子は、レーザ光を出射し、基板１１と、基板１１の上方に配置され、ＧａＮ系半導体を含む半導体積層体１００Ｓと、半導体積層体１００Ｓに接するコンタクト電極６４１とを備える。半導体積層体１００Ｓは、基板１１の上方に配置されるｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の上方に配置される活性層２２と、活性層２２の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、半導体積層体１００Ｓの上端に位置し、活性層２２より上方に位置する底面３０Ｒｂと、底面３０Ｒｂに隣接し、底面３０Ｒｂから上方に向かって突出し、レーザ光の出射方向に延在するリッジ３０Ｒとを有する。コンタクト電極６４１は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕ及び側面３０Ｒｓと、底面３０Ｒｂの少なくとも一部とに接する。リッジ３０Ｒの側面３０Ｒｓとコンタクト電極６４１との間の電気的なコンタクト抵抗は、リッジ３０Ｒの上面３０Ｒｕとコンタクト電極６４１との間の電気的なコンタクト抵抗より高い。コンタクト電極６４１は、反射金属膜６４１ｂと、半導体積層体１００Ｓと反射金属膜６４１ｂとの間に配置される透光性導電膜６４１ａとを有する。本変形例において、反射金属膜６４１ｂの主成分は、例えば、Ａｇであってもよいし、Ｃｕ、又はＡｕであってもよい。
　また、上記各実施の形態に係る半導体レーザ素子は、被覆電極、及び絶縁層を備えるが、必ずしもこれらの構成要素を備えなくてもよい。
　また、上記各実施の形態に係る半導体レーザ素子の半導体積層体は、ｎ型ガイド層、ｎ側ガイド層、ｐ側ガイド層、及び電子障壁層を有するが、これらの構成要素を必ずしも有さなくてもよい。
　また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　例えば、実施の形態５に係るコンタクト電極５４１を、他の実施の形態に係るコンタクト電極として用いてもよい。
　また、実施の形態６に係るコンタクト電極６４１を、他の実施の形態に係るコンタクト電極として用いてもよい。
　また、実施の形態７に係る絶縁層７６０及び被覆電極７４２の構成を他の実施の形態に係る絶縁層及び被覆電極に適用してもよい。
　本開示の半導体レーザ素子は、例えば、高出力かつ高効率な光源として様々な用途の光源に適用できる。
　１１　基板
　１１ａ　第一主面
　１１ｂ　第二主面
　１２　ｎ型クラッド層
　１３　ｎ型ガイド層
　２１　ｎ側ガイド層
　２２　活性層
　２２ａ、２２ｃ、２２ｅ　障壁層
　２２ｂ、２２ｄ　井戸層
　２３　ｐ側ガイド層
　３０Ｐ　突出部
　３０Ｐｓ、３０Ｒｓ　側面
　３０Ｐｕ、３０Ｒｕ　上面
　３０Ｒ　リッジ
　３０Ｒｂ　底面
　３１　電子障壁層
　３２、３３２、９３２　ｐ型クラッド層
　３３、３３３　コンタクト層
　４１、５４１、６４１、９４１　コンタクト電極
　４１ａ、４１ｂ、９４２ａ、９４２ｂ　電極
　４１ｅ、６４１ｅ　端縁
　４２、３４２、７４２　被覆電極
　５１、２５１、３５１、４５１　ｎ側電極
　６０、３６０、７６０、９６０，９６１　絶縁層
　１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、９００　半導体レーザ素子
　１００Ｓ、３００Ｓ　半導体積層体
　１００Ｔ、３００Ｔ　凹部
　５４１ａ　コンタクト金属層
　５４１ｂ　Ａｇ層
　６４１ａ　透光性導電膜
　６４１ｂ　反射金属膜
　７６０ａ　開口部

Claims (13)

  1. 　レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
    　基板と、
    　前記基板の上方に配置され、ＧａＮ系半導体を含む半導体積層体と、
    　前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極とを備え、
    　前記半導体積層体は、
    　前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、
    　前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、
    　前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、
    　前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、
    　前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接する
    　半導体レーザ素子。
  2. 　レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
    　基板と、
    　前記基板の上方に配置される半導体積層体と、
    　前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極と、
    　前記コンタクト電極の上方に配置され、前記コンタクト電極より融点が高い被覆電極とを備え、
    　前記半導体積層体は、
    　前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、
    　前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、
    　前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、
    　前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、
    　前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、
    　前記被覆電極は、前記コンタクト電極の端縁を覆う
    　半導体レーザ素子。
  3. 　レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
    　基板と、
    　前記基板の上方に配置される半導体積層体と、
    　前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極と、
    　前記基板の前記半導体積層体が配置される第一主面の裏側の第二主面に配置されるｎ側電極とを備え、
    　前記半導体積層体は、
    　前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、
    　前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、
    　前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、
    　前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、
    　前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、
    　前記ｎ側電極の前記第二主面に平行な少なくとも一つの方向における寸法は、前記コンタクト電極の前記少なくとも一つの方向における寸法より小さい
    　半導体レーザ素子。
  4. 　レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
    　基板と、
    　前記基板の上方に配置される半導体積層体と、
    　前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極と、
    　前記基板の前記半導体積層体が配置される第一主面の裏側の第二主面に配置されるｎ側電極とを備え、
    　前記半導体積層体は、
    　前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、
    　前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、
    　前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、
    　前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジと、
    　前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在する突出部とを有し、
    　前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、
    　前記リッジと前記突出部との間に、前記コンタクト電極の端縁が位置し、前記コンタクト電極の端縁より、前記突出部は、上方に向かって突出する
    　半導体レーザ素子。
  5. 　レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
    　基板と、
    　前記基板の上方に配置され、ＧａＮ系半導体を含む半導体積層体と、
    　前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極とを備え、
    　前記半導体積層体は、
    　前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、
    　前記ｎ型半導体層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるｐ型半導体層とを有し、かつ、
    　前記半導体積層体の上端に位置し、前記活性層より上方に位置する底面と、
    　前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを有し、
    　前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接し、
    　前記リッジの側面と前記コンタクト電極との間の電気的なコンタクト抵抗は、前記リッジの上面と前記コンタクト電極との間の電気的なコンタクト抵抗より高い
    　半導体レーザ素子。
  6. 　前記コンタクト電極の上方に配置され、前記コンタクト電極より融点が高い被覆電極を備え、
    　前記被覆電極は、前記コンタクト電極の端縁を覆う
    　請求項１、３～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  7. 　前記活性層は、１以上の井戸層を有し、
    　前記１以上の井戸層のうち、前記コンタクト電極に最も近い井戸層と、前記リッジの上面との間の間隔は、５５０ｎｍ以下である
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  8. 　前記リッジの幅は、１００μｍ以下である
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  9. 　前記リッジの上面に配置される前記コンタクト電極の厚さは、５０ｎｍ以上である
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  10. 　前記コンタクト電極は、
    　ＡｇからなるＡｇ層と、
    　前記Ａｇ層と前記リッジの上面との間に配置され、前記リッジの上面に接するコンタクト金属層とを有し、
    　前記コンタクト金属層は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、及びＰｔの少なくとも一つを含み、
    　前記コンタクト金属層の厚さは、１ｎｍ以下である
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  11. 　前記コンタクト電極は、Ａｇからなる
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  12. 　前記半導体レーザ素子の発振波長は、３５０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下である
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  13. 　レーザ光を出射する半導体レーザ素子の製造方法であって、
    　基板の上方に半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、
    　前記半導体積層体に接し、Ａｇを含むコンタクト電極を形成するコンタクト電極形成工程とを含み、
    　前記半導体積層体形成工程は、前記半導体積層体の上端に位置する底面と、前記底面に隣接し、前記底面から上方に向かって突出し、前記レーザ光の出射方向に延在するリッジとを、ドライエッチングによって形成するエッチング工程を含み、
    　前記コンタクト電極は、前記リッジの上面及び側面と、前記底面の少なくとも一部とに接する
    　半導体レーザ素子の製造方法。
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