特許 6282485 半導体発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6282485

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/18 20060101AFI20180208BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/18

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-32766(P2014-32766)

(22)【出願日】2014年2月24日

(65)【公開番号】特開2015-159172(P2015-159172A)

(43)【公開日】2015年9月3日

【審査請求日】2017年1月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】特許業務法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梁 吉鎬

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０３０６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１１９１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２６８７７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０８５８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５９１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６２７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３８３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７５５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８６７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４３７２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び前記第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層がこの順で順次積層され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、
前記第１の半導体層の表面から前記発光層に向けて窪んでおり、前記発光層に達しない深さを有する底部を備えた凹部と、
前記凹部の前記底部に設けられた光散乱体と、を有し、
前記凹部から光を放出することを特徴とする半導体発光素子。

【請求項2】

前記光散乱体は、蛍光体粒子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。

【請求項3】

第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び前記第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層がこの順で順次積層され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、
前記第１の半導体層の表面から前記発光層に向けて窪んでおり、前記発光層に達しない深さを有する底部を備えた凹部と、を有し、
前記凹部は、前記凹部の前記底部に設けられた下段凹部と、前記凹部の側部に設けられた上段凹部と、からなる段差形状を有し、
前記凹部から光を放出することを特徴とする半導体発光素子。

【請求項4】

前記下段凹部及び前記上段凹部は、その各々の底部が複数の突起からなる凹凸構造を有していることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。

【請求項5】

第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び前記第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層がこの順で順次積層され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、
前記第１の半導体層の表面から前記発光層に向けて窪んでおり、前記発光層に達しない深さを有する底部を備えた凹部と、
前記第２の半導体層上において前記半導体構造層の共振方向に沿って形成され、前記半導体構造層のリッジ部を画定する第１の溝及び第２の溝と、を有し、
前記凹部は、前記リッジ部のリッジ幅よりも大きな幅を有し、
前記凹部から光を放出することを特徴とする半導体発光素子。

【請求項6】

前記第１の半導体層上及び前記凹部の側面上に形成された第１の電極と、
前記リッジ部上並びに前記第１及び第２の溝の内壁面上に形成された第２の電極と、を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。

【請求項7】

前記凹部は、その底部が複数の突起からなる凹凸構造を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。

【請求項8】

前記複数の突起の各々は、前記半導体構造層に垂直な方向から見たとき、前記半導体構造層における光の共振方向に垂直な方向に沿ってライン状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。

【請求項9】

前記対向する端面のうち、少なくとも１つには反射ミラーが設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。

【請求項10】

前記凹部は、前記半導体構造層に垂直な方向から見たとき、自動車用ヘッドライトのすれ違い用配光に応じたカットオフラインを有する外縁形状を有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層からなる半導体構造層を成長し、それぞれｎ型半導体層及びｐ型半導体層に電圧を印加するｎ電極及びｐ電極を形成して作製される。また、例えば、この半導体発光素子を実装基板に固定し、樹脂などで封止した後、レンズなどの集光装置を配置することによって光源装置が作製される。

【0003】

特許文献１には、基板上に陽極と透光性陰極とこれらに把持された発光層とを備え、当該透光性陰極の表面に光散乱層を有する発光素子が開示されている。特許文献２には、複数の半導体発光素子が溝を介して分離され、溝の内側側面上には素子から漏れ出す光を反射するための反射膜が配置された半導体発光装置が開示されている。また、特許文献３には、基板上に形成され、光導波路を有する窒化物半導体の積層構造を備え、光導波路の少なくとも一方の端面には基板の主面と垂直な方向に光を反射させる反射ミラーが形成された半導体レーザ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2010-097873号公報

【特許文献2】特開2010-093127号公報

【特許文献3】特開2010-003746号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば自動車のヘッドライトやスタジアム照明に用いられる光源は、大光量でありかつ高指向性を有することが要求される。この大光量かつ高指向性の光源を実現するためには、例えば、高輝度の発光素子及び高い集光効率の光学系を用いることが考えられる。例えば高輝度の発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる場合、大光量を得るためには素子のサイズを大きくする必要がある。レンズなどの光学系は素子サイズに応じて選定及び設計するため、素子サイズが大きくなると光学系のサイズが大きくなり、また光学系が複雑になる。一方、半導体レーザ（ＬＤ）を発光素子として用いると、素子のサイズや光学系のサイズの拡大を抑制することが可能である。しかし、半導体レーザは、その駆動電流を大きくするにつれて光出射端面が損傷することが知られている。このいわゆる光学損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）により、半導体レーザの光取出し効率には限界があるため、所望の輝度を得られない場合がある。

【0006】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、光源サイズ及び光学系のサイズを大幅に抑制することが可能な高輝度な発光素子を提供することを目的としている。また、単純な構成によって所望の配光を得ることができる高性能な発光素子を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による半導体発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第２の導電型を有する第２の半導体層がこの順で順次積層され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、第１の半導体層の表面から発光層に向けて窪んでおり、発光層に達しない深さを有する底部を備えた凹部と、凹部の底部に設けられた光散乱体と、を有し、凹部から光を放出することを特徴としている。
また、本発明による半導体発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層がこの順で順次積層され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、第１の半導体層の表面から発光層に向けて窪んでおり、発光層に達しない深さを有する底部を備えた凹部と、を有し、凹部は、凹部の底部に設けられた下段凹部と、凹部の側部に設けられた上段凹部と、からなる段差形状を有し、凹部から光を放出することを特徴としている。
また、本発明による半導体発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層がこの順で順次積層され、互いに対向する端面によって共振器を構成する半導体構造層と、第１の半導体層の表面から発光層に向けて窪んでおり、発光層に達しない深さを有する底部を備えた凹部と、第２の半導体層上において半導体構造層の共振方向に沿って形成され、半導体構造層のリッジ部を画定する第１の溝及び第２の溝と、を有し、凹部は、リッジ部のリッジ幅よりも大きな幅を有し、凹部から光を放出することを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】（ａ）は実施例１に係る半導体発光素子の構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、実施例１に係る半導体発光素子の上面図である。

【図2】（ａ）及び（ｂ）は、実施例１の半導体発光素子の構造を示す断面図である。

【図3】（ａ）及び（ｂ）は、実施例１の半導体発光素子における光の進路を示す図である。

【図4】実施例１の変形例１に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。

【図5】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例２に係る半導体発光素子の構造を示す断面図及び上面図である。

【図6】実施例１の変形例３に係る半導体発光素子の構造を示す上面図である。

【図7】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例４に係る半導体発光素子の構造を示す断面図及び上面図である。

【図8】実施例１の変形例５に係る半導体発光素子の構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本願の発明者らは、共振器を用いた発光素子において、端面における光学損傷の欠点を解決することに着目し、検討した結果、本発明に至った。本願の発光素子は、共振器構造の半導体構造層において光の共振方向に垂直な方向から散乱光として光を取出すことを特徴とする。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

【実施例1】

【0010】

図１（ａ）は、実施例１の半導体発光素子１０の半導体構造層の構造を示す斜視図である。半導体発光素子１０は、ｎ型（第１の導電型の）半導体層（第１の半導体層）１１、発光層１２及びｐ型（ｎ型とは反対導電型の第２の導電型の）半導体層（第２の半導体層）１３を含む半導体構造層ＳＬを有している。ｎ型半導体層１１、発光層１２及びｐ型半導体層１３は、例えばＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成を有している。半導体構造層ＳＬは、ｎ型半導体層１１、発光層１２及びｐ型半導体層１３がこの順で順次積層された構造を有している。なお、本実施例においては、半導体構造層ＳＬに垂直な方向から見たとき、半導体構造層ＳＬが矩形形状を有する場合について説明する。

【0011】

半導体構造層ＳＬは、互いに対向する端面ＥＳ（第１の端面ＥＳ１及び第２の端面ＥＳ２）によって共振器を構成している。以下においては、互いに対向する端面ＥＳを端面対と称する場合がある。本実施例においては、半導体構造層ＳＬは、ファブリペロー（ＦＰ）型の共振器構造を有する場合について説明する。発光層１２から放出された光は、第１の端面ＥＳ１及び第２の端面ＥＳ２によって反射を繰り返し、共振方向ＲＤに沿って共振し、増幅される。

【0012】

半導体構造層ＳＬは、ｎ型半導体層１１の表面から発光層１２に向かって窪んだ凹部１１Ａを有している。凹部１１Ａは、発光層１２に達しない深さを有する底部を備えている。凹部１１Ａは、半導体発光素子１０の光取出し部として機能する。すなわち、半導体発光素子１０は、凹部１１Ａから半導体構造層ＳＬに垂直な方向に光を放出する。また、凹部１１Ａは、半導体構造層ＳＬの上面又は下面に平行な底面を有する。

【0013】

半導体構造層ＳＬのｐ型半導体層１３の表面には、半導体構造層ＳＬの共振方向ＲＤに沿って、第１の溝１３Ａ１及び第２の溝１３Ａ２からなる一対の溝１３Ａが形成されている。半導体構造層ＳＬは、この溝対１３Ａによって形成されたリッジ部１３Ｂを有している。半導体構造層ＳＬの共振器構造の幅は、リッジ部１３Ｂのリッジ幅ＲＷによって画定される。なお、凹部１１Ａ及び溝対１３Ａは、それぞれｎ型半導体層１１及びｐ型半導体層１３に反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを行うことによって形成することができる。

【0014】

図１（ｂ）は、半導体発光素子１０の半導体構造層ＳＬの上面図である。半導体発光素子１０は、上記したように、半導体構造層ＳＬのｎ型半導体層１１上に、光取出し部として凹部１１Ａが形成されている。本実施例においては、凹部１１Ａは、第１及び第２の端面ＥＳ１及びＥＳ２間の距離よりも小さい長さを有し、リッジ幅ＲＷよりも小さい幅を有している。

【0015】

図２（ａ）及び（ｂ）は、半導体発光素子１０の構造を示す断面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図に対応し、半導体発光素子１０の共振方向ＲＤに沿った断面を示している。半導体構造層ＳＬの端面対ＥＳにおける第１の端面ＥＳ１及び第２の端面ＥＳ２には、それぞれ第１の反射ミラーＭＬ１及び第２の反射ミラーＭＬ２が設けられている。第１及び第２の反射ミラーＭＬ１及びＭＬ２は互いに対向する一対の反射ミラーＭＬを構成しており、反射ミラー対ＭＬによって共振器を構成している。

【0016】

ｎ型半導体層１１上及びｐ型半導体層１３上には、それぞれｎ電極（第１の電極）１４及びｐ電極（第２の電極）１５が形成されている。本実施例においては、ｎ電極１４はｎ型半導体層１１上における凹部以外の領域全体に形成されている。また、ｐ電極１５は、ｐ型半導体層１３上において共振方向ＲＤの全域に亘って形成されている。ｐ電極１５は、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄやこれらの合金などの反射金属を用いて形成されていることが望ましい。また、オーミックコンタクト材料として、ＩＴＯやＩＺＯなど、Ｉｎを含む透明導電性酸化物を用いてもよい。なお、図１（ａ）及び（ｂ）においては、説明上、反射ミラー対ＭＬ、ｎ電極１４及びｐ電極１５の図示を省略してある。

【0017】

図２（ｂ）は、図１（ｂ）におけるＷ−Ｗ線に沿った断面図である。本実施例においては、図２（ｂ）は、半導体構造層ＳＬの面内方向において共振方向ＲＤに垂直な方向における半導体発光素子１０の断面図である。本実施例においては、ｐ電極１５は、ｐ型半導体層１３のリッジ部１３Ｂ上、すなわち第１及び第２の溝１３Ａ１及び１３Ａ２間に形成されている。すなわち、ｐ電極１５はリッジ幅ＲＷと同程度の幅を有している。

【0018】

図３は、半導体発光素子１０において凹部１１Ａから光が取出される仕組みを説明する図である。図３は、図２（ａ）と同様の断面図であるが、一部のハッチング及び参照符号を省略してある。図３に示すように、発光層１２から放出された光は、定常状態においては、共振方向ＲＤに沿って、半導体構造層ＳＬの両端面、すなわち反射ミラーＭＬ１及びＭＬ２間で共振している。共振状態における半導体構造層ＳＬ内の光フィールドは、半導体レーザと同様に、発光層１２の近傍において高い強度を有し、発光層１２から離れると減衰する。すなわち、共振状態においては発光層１２の近傍に光が集中する。

【0019】

本実施例においては、ｎ型半導体層１１の表面において、発光層１２に向けて窪んだ凹部１１Ａが形成されている。凹部１１Ａは、共振器構造の発光層１２に向けて、ｎ型半導体層１１内に至るように形成されている。凹部１１Ａは、その底部がｎ型半導体層１１内に設けられる。この凹部１１Ａの発光層１２までの形成深さを適切に設定することによって、発光層１２の近傍の光フィールドの裾野の部分の光が取出される。これは、凹部１１Ａの底面が発光層１２に近づくにつれて、光電場のエバネッセント場がこの凹部底面に染み出るようになることに起因する。従って、凹部１１Ａの底部から、散乱光ＳＬとして光を外部に取出すことができる。

【0020】

具体的には、ドライエッチング等によって、凹部１１Ａの底面は、厳密には理想的な平坦ではなく粗面として形成されている。この凹部１１Ａの底面は、光フィールドに屈折率変化をもたらす。従って、凹部１１Ａの底面にて全反射する導波光の一部が、凹部１１Ａの底面の表面粗さに応じて散乱する。この散乱した光は凹部１１Ａの底面から外部に取出される。このようにして、凹部１１Ａによって、散乱光ＳＬとして、半導体構造層ＳＬに垂直な方向に光を取出すことが可能となる。

【0021】

なお、一般的な半導体レーザの場合、共振器端面の一方の反射率をわずかに小さくし、その端面から共振して増幅された光を取り出す。その場合、当該端面においてＣＯＤが発生することを考慮する必要がある。しかし、本実施例においては、端面ＥＳ１及びＥＳ２の両方をほぼ完全な反射面として（反射率を１００％に近くなるように）構成し、共振器端面からは光を取り出さない。従って、ＣＯＤによる端面破壊を考慮する必要がない。

【0022】

また、一般的な半導体レーザの場合、光を取り出す方向は共振方向と同じ方向であるが、本実施例においては共振方向に垂直な方向、すなわち半導体構造層に垂直な方向に光を取り出す。従って、面発光が可能となり、その発光形状を素子自体で自由に設計することが可能となる。また、凹部１１Ａから取出される散乱光ＳＬは、高い強度を有しているため、高輝度の光源として使用することが可能となる。

【0023】

また、一般的な半導体レーザにおいては、所定の閾値以上の駆動電流を印加しなければ光を共振させることができないため、レーザ光を取出すには一定の閾値電流以上の電流を印加する必要がある。一方、本実施例においては、レーザ光のような共振したビーム状の光を取出すのではなく、凹部１１Ａにおいて散乱した散乱光を取出す。また、本実施例においては、光取出し部が半導体構造層ＳＬの主面上に形成されているため、ヒートシンクを半導体構造層ＳＬの直下に形成するなど、放熱が容易となる。従って、高い放熱性を実現することが可能となる。

【0024】

また、本実施例においては、半導体構造層の端面の両方に反射ミラーが設けられている場合について説明したが、反射ミラーは対向する端面のうち、少なくとも１つの端面に設けられていればよい。また、端面の反射率は適宜調節することが可能である。例えば、共振光の光量を測定するために一方の端面の反射率を１００％よりも小さくしてもよい。

【変形例１】

【0025】

図４は、実施例１の変形例１に係る半導体発光素子１０Ａの構造を示す断面図である。図４は、半導体発光素子１０Ａの共振方向ＲＤの断面図である。半導体発光素子１０Ａは、凹部１１Ａの底部に光散乱体２１が設けられていることを除いては、半導体発光素子１０と同様の構造を有している。本変形例においては、凹部１１Ａは、その底部に複数の光散乱体２１が設けられている。光散乱体２１は、例えば蛍光体粒子からなり、凹部１１Ａの底部には複数の蛍光体粒子が充填されている。凹部１１Ａの底部に光散乱体２１が設けられていることによって、凹部１１Ａの底部において光フィールドに対する屈折率がランダムに変化する。従って、凹部１１Ａの底部における共振光の散乱が促進され、より多くの散乱光を凹部１１Ａから取り出すことが可能となる。

【0026】

また、凹部１１Ａの底面から取出された散乱光は、その一部が蛍光体粒子に吸収される。蛍光体粒子に吸収された光は、散乱光とは異なる波長を有する蛍光となり、蛍光体粒子から放出される。一方、散乱光の一部は蛍光体粒子に吸収されることなく凹部１１Ａから放出される。この結果、凹部１１Ａからは、全体として蛍光体粒子からの蛍光と散乱光とが混在した光が放出される。例えば、散乱光が青色光であり、蛍光が黄色光である場合、この交じり合った光は白色光として観察されることとなる。

【0027】

なお、散乱光の波長（すなわち色）は、発光装置を作製する際の半導体材料を選択することによって適宜決定、変更することができる。また、蛍光の波長は、蛍光体粒子の材料を選択することによって決定又は変更することができる。例えば、外部に放出される光の色度を所望のものとすることを目的として半導体材料及び蛍光体材料が選択される。蛍光体材料としては、例えばＹＡＧ：Ｃｅ、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ等酸窒化物蛍光体、（Ｌａ、Ｙ）₃Ｓｉ₆Ｎ₁₁：Ｃｅ等窒化物系蛍光体を用いることができる。また、蛍光体粒子ではなく、例えばＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃などを光散乱体２１として用いることもできる。

【変形例２】

【0028】

図５（ａ）は、実施例１の変形例２に係る半導体発光素子１０Ｂの構造を示す断面図である。図５（ａ）は、半導体発光素子１０Ｂの共振方向ＲＤの断面図である。半導体発光素子１０Ｂは、凹部１１Ｄの底部が複数の突起ＰＪによって凹凸構造を有していることを除いては、半導体発光素子１０と同様の構造を有している。本変形例においては、凹部１１Ｄは、その底部に、共振方向ＲＤに沿って複数の突起ＰＪを有している。

【0029】

本変形例においては、凹部１１Ｄの底部において周期的な凹凸構造が形成されている。従って、凹部１１Ｄの底部において光の屈折率が周期的に変化し、底部において光の散乱が促進される。また、突起ＰＪのピッチＰ、すなわち突起ＰＪ間の距離は、発光層１２の発光波長の整数倍であることが好ましい。例えばピッチＰが発光波長の半波長分であると、散乱光が互いに干渉して減衰し合い、取出される光量が低下するからである。

【0030】

図５（ｂ）は、半導体発光素子１０Ｂの上面図である。なお、図５（ａ）は、図５（ｂ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。本変形例においては、凹部１１Ｄの突起ＰＪは、半導体構造層ＳＬに垂直な方向から見たとき、共振方向ＲＤに垂直な方向に沿ってライン状に形成されている。このように共振方向ＲＤにテクスチャ構造の凹凸を設けることによって、凹部１１Ｄの底部において光フィールドに対する屈折率を周期的に変化させることができる。なお、本変形例においては突起ＰＪがライン状に形成されている場合について説明したが、突起ＰＪはライン状に形成されていなくてもよい。例えば、突起ＰＪは円柱形状を有していてもよい。突起ＰＪが円柱状やライン状に限らず周期的に設けられる場合、突起ＰＪは、共振方向ＲＤにおける突起ＰＪ間の距離（周期、ピッチ）Ｐが発光層の発光波長の整数倍となるように形成されることが好ましい。

【0031】

なお、突起ＰＪは、明確な周期、ピッチ及びサイズを持たないランダム分布を有していてもよい。例えば、ウェットエッチングによって表面を粗面化することによって突起ＰＪを形成しても凹部から主面に垂直な方向への光取出し効果が可能である。

【変形例３】

【0032】

図６は、実施例１の変形例３に係る半導体発光素子１０Ｃの上面を示す図である。半導体発光素子１０Ｃは、凹部１１Ｃの上面視における外縁形状を除いては、半導体発光素子１０と同様の構造を有している。本変形例においては、凹部１１Ｃは、半導体構造層ＳＬに垂直な方向から見たとき、自動車用ヘッドライトの配光形状に応じた形状を有している。具体的には、凹部１１Ｃは、自動車用ヘッドライトのすれ違い用配光（すなわちロービーム）に対応したカットオフラインＣＯを有する外縁形状を有している。

【0033】

なお、本変形例に限らず、凹部１１Ａの幅と半導体構造層ＳＬのリッジ幅ＲＷとの関係を調節することによって、リッジ幅ＲＷの方向で光量の調節を行うことが可能である。具体的には、凹部１１Ａの幅をリッジ幅ＲＷよりも小さくすると、凹部１１Ａの幅の方向の全域が共振領域に含まれるため、光量は幅方向では大きく変わらない。一方、凹部１１Ａの幅をリッジ幅ＲＷよりも大きくすると、凹部１１Ａの底面には、共振器構造から外れた領域が形成される。従って、凹部１１Ａ内におけるリッジ幅ＲＷの外側の領域の光量はリッジ幅ＲＷの内側領域上の光量よりも小さい。従って、凹部内において光量の差を付けることが可能となる。

【0034】

例えば、自動車用ヘッドライト用の光源として本願の発光素子を用いる場合、凹部内において光量の差を付けることが有利となる。具体的には、自動車用ヘッドライトはその照射像の中心部分に高い輝度が要求される一方で、照射像の外縁部分は中心部分よりも低い輝度であってもよい。本変形例においては、凹部１１Ｃによって、素子のみでヘッドライトの配光形状をほぼそのまま実現することが可能となる上に、照射領域における輝度調節を容易にすることが可能となる。従って、素子をコンパクトにするのみならず、光学系を単純なものにすることが可能となる。

【0035】

なお、上記した変形例１乃至３は、互いに組み合わせることが可能である。例えば、変形例２のように凹凸構造を有する凹部１１Ｂ上に、変形例１のように光散乱体２１を配置することができる。また、用途に応じて凹部を複数個形成してもよい。

【変形例４】

【0036】

図７は、実施例１の変形例４に係る半導体発光素子１０Ｄの構造を示す断面図である。図７は、半導体発光素子１０Ｄの共振方向ＲＤに沿った断面図である。半導体発光素子１０Ｄは、凹部１１Ｄが段差構造を有することを除いては、半導体発光素子１０Ｂと同様の構造を有している。凹部１１Ｄは、凹部１１Ｄの底部に設けられた下段凹部１１Ｄ１と、凹部の側部に設けられた上段凹部１１Ｄ２とを有している。下段凹部１１Ｄ１は、実施例１の凹部１１Ａと同様に、その底面が共振導波光の散乱を引き起こす機能を有している。

【0037】

なお、本変形例においては、下段凹部１１Ｄ１が変形例２における凹部１１Ｂと同様の凹凸構造（複数の突起ＰＪ１）を有する場合について図示及び説明するが、下段凹部１１Ｄ１は、変形例１又は３の凹部１１Ａ及び１１Ｃと同様の構造を有していてもよい。

【0038】

上段凹部１１Ｄ２は、その底面に複数の突起ＰＪ２を有している。この突起ＰＪ２当該底面において、光は高効率で通過する。具体的には、下段凹部１１Ｄ１において散乱した光は、放射状にすなわち様々な方向に進む。この散乱光は、ｐ電極１５などによって反射され、上段凹部１１Ｄ２の凹凸構造によって外部に取出される。

【0039】

なお、上段凹部１１Ｄ２は、下段凹部１１Ｄ１よりも発光層１２から離れており、共振導波光の散乱には寄与しない。従って、下段凹部１１Ｄ１は光の散乱及び光取り出しの両方を考慮して形成することが必要であるが、上段凹部１１Ｄ２の形成には光取り出しの向上を優先して考慮することが可能となる。これにより、上段凹部１１Ｄ２には光取り出しを向上させる様々な工夫を施すことができる。例えば突起ＰＪ２を、錐状など光取り出し効果の高い形状とすることが可能となる。また、突起ＰＪのピッチ、密度及び深さを発光波長に合わせて調節することも可能である。

【0040】

図７（ｂ）は、半導体発光素子１０Ｄの上面図である。なお、図７（ａ）は、図７（ｂ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図７（ｂ）に示すように、半導体発光素子１０Ｄの凹部１１Ｄは、凹部１１Ｄの底部に設けられた下段凹部１１Ｄ１と、凹部１１Ｄの側部に設けられた上段凹部１１Ｄ２と、によって段差形状を有している。凹部１１Ｄが段差形状を有していることによって、下段凹部１１Ｄ１によって散乱光の発生及び取り出しを行うことができ、上段凹部１１Ｄ２によって散乱光の高確率での取り出しを行うことができる。従って、仮に共振領域でない領域上に凹部を形成した場合であっても、凹部全体として高い光取出し効率を実現することが可能となる。

【0041】

なお、本変形例においては、凹部１１Ｄの全ての側部に上段凹部１１Ｄ２が設けられている場合について説明したが、上段凹部１１Ｄ２は全ての凹部１１Ｄの側部に設けられている必要はない。例えば、上段凹部１１Ｄ２は、共振方向ＲＤにおいて互いに対応する２つの側部に設けられていてもよく、また、１つの側部のみに設けられていてもよい。

【変形例５】

【0042】

図８は、実施例１の変形例５に係る半導体発光素子１０Ｅの構造を示す断面図である。図８は、半導体発光素子１０Ｅのリッジ幅方向の断面図であり、上面視における共振方向ＲＤに垂直な方向の断面図である。半導体発光素子１０Ｅは、ｎ電極及びｐ電極の形成領域を除いては、半導体発光素子１０と同様の構造を有している。本変形例の半導体発光素子１０Ｅにおいては、ｎ電極１４Ａは、ｎ型半導体層１１上のみならず、凹部１１Ａの側面上に形成されている。ｎ電極１４Ａが凹部１１Ａの側面に形成されていることによって、ｎ電極の接触面積が増大し、光取出し効率が向上する。また、凹部１１Ａの底部のみから散乱光を取り出す構成となる。従って、取出し光の指向性が向上し、照射領域をより明確にすることができる。

【0043】

また、ｐ電極１５Ａは、ｐ型半導体層１３上において、リッジ部１３Ｂ上のみならず、リッジ幅を確定する溝１３Ａ１及び１３Ａ２の内壁面上、さらに溝の外側領域上に形成されている。本変形例においては、ｐ電極１５Ａがほぼｐ型半導体層１３の全域上に形成されている。従って、ｐ型半導体層の反射構造面の面積が増大する。従って、共振器構造内に充満する散乱光のほとんどを光取り出し方向すなわち凹部１１Ａの方向に向かって導くことが可能となる。

【0044】

なお、上記においては、半導体構造層ＳＬがｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層からなる場合について説明したが、例えば、ｎ型半導体層がその発光層側の表面に、ガイド層として、例えばｎ型のＡｌＧａＮ層などを設けてもよい。このとき、凹部の形成深さはＡｌＧａＮ層を含めた発光層までの層厚を考慮して形成すればよい。また、変形例４及び５についても、他の変形例に組み合わせて構成することが可能である。

【0045】

また、上記においては、リッジ部を画定する溝対の第１及び第２の溝が発光層に至らない深さで形成されている場合について説明したが、第１及び第２の溝はｐ型半導体層及び発光層を貫通してｎ型半導体層に至る深さで形成されていてもよい。この場合、溝の内壁面にはジャンクション保護などのために絶縁材料などで保護膜を形成し、当該保護膜上にｐ電極を形成する。

【0046】

また、第１の導電型（又は導電極性）がｎ型の導電型であり、第２の導電型がｎ型とは反対の導電型のｐ型である場合について説明したが、第１の導電型がｐ型であり、第２の導電型がｎ型であっていてもよい。また、第１の導電型及び第２の導電型のいずれかが真性導電型であってもよい。すなわち、第１の半導体層及び第２の半導体層のいずれかが真性半導体層（ｉ層）であってもよい。

【0047】

上記においては、半導体発光素子が、共振器構造を有する半導体構造層の第１の半導体層の表面から発光層に向けて窪んでおり、発光層に達しない深さを有する底部を備えた凹部を有している。従って、増幅された共振光を用いてその散乱光を凹部から外部に取り出すことを可能にし、また半導体レーザ特有の光学損傷を解消することが可能となる。従って、高出力かつコンパクトな光源装置を提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0048】

１０ 半導体発光素子
１１ ｎ型半導体層（第１の半導体層）
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 凹部
１２ 発光層
１３ ｐ型半導体層（第２の半導体層）
１３Ａ１ 第１の溝
１３Ａ２ 第２の溝
１３Ｂ リッジ部
１４、１４Ａ ｎ電極（第１の電極）
１５、１５Ａ ｐ電極（第２の電極）
ＳＬ 半導体構造層
ＥＳ 対向する端面（端面対）
ＥＳ１ 第１の端面
ＥＳ２ 第２の端面
ＲＷ リッジ幅
ＲＤ 光の共振方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】