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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023045002
(43)【公開日】2023-04-03
(54)【発明の名称】半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/12 20210101AFI20230327BHJP
【ＦＩ】
H01S5/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021153166
(22)【出願日】2021-09-21
(71)【出願人】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109380
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 恵
(74)【代理人】
【識別番号】100109036
【弁理士】
【氏名又は名称】永岡 重幸
(72)【発明者】
【氏名】深町 俊彦
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AA06
5F173AA44
5F173AB15
5F173AB23
5F173AB73
5F173AF52
5F173AH22
5F173AP33
5F173AR03
5F173AR23
5F173AR82
(57)【要約】
【課題】導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることが可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】一態様に係る半導体発光素子によれば、第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層に設けられ、前記活性層を導波する導波光の導波方向の横方向に前記導波光を閉じ込めながら前記導波光を導波させる導波層と、前記導波光の導波方向に沿って前記第２導電型半導体層に設けられた回折格子と、前記導波層上および前記回折格子上に設けられ、前記活性層を導波する導波光を縦方向に閉じ込める閉じ込め層とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】一態様に係る半導体発光素子によれば、第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層に設けられ、前記活性層を導波する導波光の導波方向の横方向に前記導波光を閉じ込めながら前記導波光を導波させる導波層と、前記導波光の導波方向に沿って前記第２導電型半導体層に設けられた回折格子と、前記導波層上および前記回折格子上に設けられ、前記活性層を導波する導波光を縦方向に閉じ込める閉じ込め層とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層に設けられ、前記活性層を導波する導波光の導波方向の横方向に前記導波光を閉じ込めながら前記導波光を導波させる導波層と、
前記導波光の導波方向に沿って前記第２導電型半導体層に設けられた回折格子と、
前記導波層上および前記回折格子上に設けられ、前記活性層を導波する導波光を縦方向に閉じ込める閉じ込め層とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
前記第１導電型半導体層上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられた第２導電型半導体層と、
前記第２導電型半導体層に設けられ、前記活性層を導波する導波光の導波方向の横方向に前記導波光を閉じ込めながら前記導波光を導波させる導波層と、
前記導波光の導波方向に沿って前記第２導電型半導体層に設けられた回折格子と、
前記導波層上および前記回折格子上に設けられ、前記活性層を導波する導波光を縦方向に閉じ込める閉じ込め層とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項2】
前記閉じ込め層は、前記導波層よりも屈折率が小さな第２導電型半導体層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】
前記閉じ込め層は、前記活性層を導波する導波光に対して透明な透明導電層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4】
前記閉じ込め層は、前記活性層上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられ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5】
前記回折格子は、抵抗層を備え、
前記抵抗層は、前記第２導電型半導体層の一部に位置し、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
前記抵抗層は、前記第２導電型半導体層の一部に位置し、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい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6】
前記回折格子は、前記導波層の両側に位置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】
前記抵抗層は、
前記導波層が埋め込まれた第１開口部の両側に前記回折格子が形成された第１抵抗層と、
前記第１抵抗層上に積層され、前記導波層が埋め込まれた第２開口部が形成された第２抵抗層とを備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
前記導波層が埋め込まれた第１開口部の両側に前記回折格子が形成された第１抵抗層と、
前記第１抵抗層上に積層され、前記導波層が埋め込まれた第２開口部が形成された第２抵抗層とを備え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8】
前記回折格子は、前記回折格子の周期以上の距離だけ前記活性層の端面から後退してい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9】
前記回折格子は位相シフト部を備え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10】
前記位相シフト部の長さは、Ｎを正の整数、前記回折格子の実効屈折率をｎｅｆｆ、λをブラッグ波長とした時、λ／（４・ｎｅｆｆ）・（２Ｎ－１）の関係を満たしていることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項11】
前記位相シフト部の中心は、反射率が低い方の端面から前記活性層の端面間の距離の６０％から８０％の間の距離に位置することを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項12】
前記回折格子の結合係数をκ、共振器長をＬとすると、１≦κ・Ｌ≦３という条件を満たす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13】
前記導波層はＧａＮ、前記回折格子はＡｌＮで構成され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14】
前記回折格子は、最大公約数が１であって、次数が互いに異なる複数の高次回折格子を備え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15】
前記複数の高次回折格子は、凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心、および凸部と凹部の中心、のいずれか少なくとも一つが一致している領域を備えることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子。
【請求項16】
前記複数の高次回折格子のデューティは互いに異なることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子。
【請求項17】
前記複数の高次回折格子は、結合係数が互いに等しくなるように配置されることを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子。
【請求項18】
第１導電型半導体層上に活性層および第２導電型半導体層を順次積層する工程と、
前記第２導電型半導体層に凹凸を形成する工程と、
前記凹凸が覆われるように前記第２導電型半導体層上に前記第２導電型半導体層よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい抵抗層を積層し、前記凹凸に嵌め合わされた回折格子を形成する工程と、
前記回折格子が形成された抵抗層に開口部を形成する工程と、
前記開口部が埋め込まれるように前記第２導電型半導体層を再成長させる工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
前記第２導電型半導体層に凹凸を形成する工程と、
前記凹凸が覆われるように前記第２導電型半導体層上に前記第２導電型半導体層よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい抵抗層を積層し、前記凹凸に嵌め合わされた回折格子を形成する工程と、
前記回折格子が形成された抵抗層に開口部を形成する工程と、
前記開口部が埋め込まれるように前記第２導電型半導体層を再成長させる工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項19】
前記第１導電型半導体層上に活性層、第２導電型半導体層および前記第２導電型半導体層よりも抵抗が大きい抵抗層を順次積層する工程と、
回折格子が両側に設けられた開口部を前記抵抗層に形成する工程と、
前記回折格子および前記開口部が埋め込まれるように前記第２導電型半導体層を再成長させる工程とを備えることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
回折格子が両側に設けられた開口部を前記抵抗層に形成する工程と、
前記回折格子および前記開口部が埋め込まれるように前記第２導電型半導体層を再成長させる工程とを備えることを特徴とする請求項１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体レーザの発振波長の安定化を図るため、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）構造を用いることがある。
非特許文献１には、ＡｌＩｎＧａＮベースのｎ－ウェーブガイディング層とｎ－クラッディング層の間に１次の回折格子を形成した光素子が開示されている。
非特許文献１には、ＡｌＩｎＧａＮベースのｎ－ウェーブガイディング層とｎ－クラッディング層の間に１次の回折格子を形成した光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．４６，２００６，ｐｐ００．Ｌ１２２３－Ｌ１２２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで、本発明の目的は、導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることが可能な半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられた第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層に設けられ、前記活性層を導波する導波光の導波方向の横方向に前記導波光を閉じ込めながら前記導波光を導波させる導波層と、前記導波光の導波方向に沿って前記第２導電型半導体層に設けられた回折格子と、前記導波層上および前記回折格子上に設けられ、前記活性層を導波する導波光を縦方向に閉じ込める閉じ込め層とを備える。
【0006】
これにより、活性層を導波する導波光を横方向および縦方向に閉じ込めつつ、回折格子を活性層に近づけて配置することが可能となる。このため、発光効率の低下を抑制しつつ、導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることができ、半導体発光素子の出力の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0007】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記閉じ込め層は、前記導波層よりも屈折率が小さな第２導電型半導体層である。
【0008】
これにより、閉じ込め層の格子定数と導波層の格子定数との不整合を抑制しつつ、活性層を導波する導波光を縦方向に閉じ込めることができ、発光効率の低下を抑制しつつ、半導体発光素子の信頼性の低下を抑制することができる。
【0009】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記閉じ込め層は、前記活性層を導波する導波光に対して透明な透明導電層である。
【0010】
これにより、第２導電型半導体層の厚膜化を抑制しつつ、導波光の導波方向（共振器方向）に対して垂直方向の垂直横モードを透明導電層にて閉じ込めることが可能となる。また、電極とコンタクトをとるためのコンタクト層を透明導電層上に設ける必要がなくなるとともに、透明導電層を介して活性層に注入される電流の抵抗を低減することができる。このため、半導体発光素子の発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
【0011】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記閉じ込め層は、前記活性層上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられる。
【0012】
これにより、回折格子を活性層に近づけて配置しつつ、光伝搬時の垂直横モードを閉じ込めることが可能となる。結果として、発光効率を向上させつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0013】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記回折格子は、抵抗層を備え、前記抵抗層は、前記第２導電型半導体層の一部に位置し、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい。
【0014】
これにより、活性層に注入される電流を抵抗層にて狭窄しつつ、活性層上にＤＦＢ構造を設けることが可能となるとともに、第２導電型半導体層の結晶欠陥の増大を抑制しつつ、第２導電型半導体層と回折格子との屈折率差を増大させることが可能となる。このため、発光領域に電流を効率よく注入することを可能としつつ、光伝搬方向に対して水平方向の水平横モードを閉じ込めることが可能となる。更には、導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることができる。このため、半導体発光素子の発熱を低減することが可能となり、半導体発光素子の出力を増大させることが可能となるとともに、発振波長の安定化を図ることができる。
【0015】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記回折格子は、前記導波層の両側に位置する。
【0016】
これにより、第２導電型半導体層と回折格子との屈折率差を確保することが可能となる。また、活性層を導波する導波光を横方向に閉じ込めつつ、回折格子を活性層に近づけて配置することが可能となる。このため、半導体発光素子の信頼性を確保しつつ、導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることが可能となり、発振波長の安定化を図ることができる。
【0017】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記抵抗層は、前記導波層が埋め込まれた第１開口部の両側に前記回折格子が形成された第１抵抗層と、前記第１抵抗層上に積層され、前記導波層が埋め込まれた第２開口部が形成された第２抵抗層とを備える。
【0018】
これにより、活性層を導波する導波光を横方向に閉じ込めつつ、回折格子を活性層に近づけて配置することが可能となるとともに、第２導電型半導体層の結晶欠陥の増大を抑制しつつ、第２導電型半導体層と回折格子との屈折率差を確保した上で、活性層に注入される電流を狭窄させることが可能となる。このため、半導体発光素子の信頼性を確保しつつ、導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることが可能となるとともに、半導体発光素子の発熱を抑制しつつ、半導体発光素子の閾値電流を低下させることができる。この結果、半導体発光素子の特性の劣化を抑制しつつ、半導体発光素子の出力を増大させることが可能となるとともに、発振波長の安定化を図ることができる。
【0019】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記回折格子は、前記回折格子の周期以上の距離だけ前記活性層の端面から後退している。
【0020】
これにより、活性層の端面の近傍に電流非注入領域を設けることができ、活性層の端面の発熱を抑制し、活性層の端面を保護することが可能となる。
【0021】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記回折格子は位相シフト部を備える。
【0022】
これにより、劈開位置に応じた特性のばらつきに対応しつつ、回折格子のＳＭＳＲ（Ｓｉｄｅ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）を向上させることができ、所望の発振波長の発光効率を向上させることができる。
【0023】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記位相シフト部の長さは、Ｎを正の整数、前記回折格子の実効屈折率をｎｅｆｆ、λをブラッグ波長とした時、λ／（４・ｎｅｆｆ）・（２Ｎ－１）の関係を満たしている。
【0024】
これにより、回折格子によって形成される定在波の山の中心と山の中心、谷の中心と谷の中心または山の中心と谷の中心とが一致する位置に位相シフト部を配置することができ、ＳＭＳＲを向上させることができる。
【0025】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記位相シフト部の中心は、反射率が低い方の端面から前記活性層の端面間の距離の６０％から８０％の間の距離に位置する。
【0026】
これにより、共振器に用いられる二つの端面の反射率が互いに異なる場合においても、ＳＭＳＲを向上させつつ、低閾値化を図ることができ、発振波長の安定化を図りつつ、出力を向上させることができる。
【0027】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記回折格子の結合係数をκ、共振器長をＬとすると、１≦κ・Ｌ≦３という条件を満たす。
【0028】
これにより、半導体発光素子の低閾値化および高効率化を図りつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0029】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記活性層の第１端面の反射率は２％以下、前記活性層の第２端面の反射率は９０％以上に設定される。
【0030】
これにより、発光効率の低下を抑制しつつ、半導体発光素子の特性のばらつきを低減することができる。
【0031】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記導波層はＧａＮ、前記回折格子はＡｌＮで構成される。
【0032】
これにより、青紫レーザダイオードを実現することが可能となるとともに、第２導電型半導体層の結晶欠陥の増大を抑制しつつ、第２導電型半導体層と回折格子との屈折率差を確保することができる。また、熱抵抗の増大を抑制しつつ、活性層に注入される電流を狭窄させることが可能となり、半導体発光素子の発熱を抑制することが可能となる。更には、活性層を導波する導波光を横方向に閉じ込めることが可能となり、半導体発光素子の出力を増大させつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0033】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記回折格子は、最大公約数が１であって、次数が互いに異なる複数の高次回折格子を備える。
【0034】
これにより、活性層を導波する導波光の導波方向に回折格子の回折条件を一致させつつ、回折格子の周期を増大させることができる。このため、発振効率の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となる。更には、回折格子の微細化に伴う製造の困難性を緩和しつつ、発振波長の安定した青紫レーザダイオードを実現することができる。
【0035】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子は、凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心、および凸部と凹部の中心、のいずれか少なくとも一つが一致している領域を備える。
【0036】
これにより、高次回折格子によって形成される定在波の電場の持つエネルギー密度の差を増大させることができ、ストップバンド幅を増大させることができる。このため、高次回折格子のＳＭＳＲを増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。
【0037】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子のデューティは互いに異なる。
【0038】
これにより、高次回折格子の凹凸パターンを適正化することで、導波光と高次回折格子との間の結合係数を最大化することができる。また、半導体発光素子の製造工程において工程数の増大を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0039】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子によれば、前記複数の高次回折格子は、結合係数が互いに等しくなるように配置される。
【0040】
これにより、ＤＦＢ構造を形成時に、複数の高次回折格子が用いられる場合においても、導波光と高次回折格子との間の結合係数の低下を抑制することができる。
【0041】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子の製造方法によれば、第１導電型半導体層上に活性層および第２導電型半導体層を順次積層する工程と、前記第２導電型半導体層に凹凸を形成する工程と、前記凹凸が覆われるように前記第２導電型半導体層上に前記第２導電型半導体層よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい抵抗層を積層し、前記凹凸に嵌め合わされた回折格子を形成する工程と、前記回折格子が形成された抵抗層に開口部を形成する工程と、前記開口部が埋め込まれるように前記第２導電型半導体層を再成長させる工程とを備える。
【0042】
これにより、１回の抵抗層の成膜に基づいて、活性層を導波する導波光を横方向に閉じ込め可能としつつ、回折格子を活性層に近づけて配置することが可能となる。更には、第２導電型半導体層と回折格子との屈折率差を確保しつつ、活性層に注入される電流の狭窄性を向上させることが可能となる。このため、製造工程の煩雑化を抑制した上で、第２導電型半導体層の結晶欠陥の増大を抑制が図れる。更には、導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることが可能となるとともに、半導体発光素子の発熱を抑制しつつ、半導体発光素子の閾値電流を低下させることができる。この結果、発振波長の安定化を図ることが可能となるとともに、半導体発光素子の信頼性を確保しつつ出力を増大させることができる。
【0043】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子の製造方法によれば、前記第１導電型半導体層上に活性層、第２導電型半導体層および前記第２導電型半導体層よりも抵抗が大きい抵抗層を順次積層する工程と、回折格子が両側に設けられた開口部を前記抵抗層に形成する工程と、前記回折格子および前記開口部が埋め込まれるように前記第２導電型半導体層を再成長させる工程とを備える。
【0044】
これにより、活性層を導波する導波光を横方向に閉じ込める導波層を開口部に形成するのと同時に導波層の両側に回折格子を形成することが可能となる。また、第２導電型半導体層の結晶欠陥の増大を抑制しつつ、第２導電型半導体層と回折格子との屈折率差を増大させることができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、ＤＦＢ構造を有するインナーストライプ型半導体レーザを安定して形成することができる。
【発明の効果】
【0045】
本発明の一態様においては、導波光と回折格子との間の結合係数を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す斜視図である。
【図2】（ａ）は、第１実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図、（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。
【図3】（ａ）は、比較例に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図、（ｂ）は、比較例に係る半導体発光素子の構成を導波方向に沿って切断して示す断面図である。
【図4】第１実施形態に係る半導体発光素子の回折格子の高さと結合係数の関係を比較例の半導体発光素子と比較して示す図である。
【図5】（ａ）は、第２実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図、（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図、（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。
【図6】（ａ１）および（ｂ１）は、第３実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図、（ａ２）は、（ａ１）の導波方向に沿って切断した断面図、（ｂ２）は、（ｂ１）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図7】（ａ１）は、第３実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図、（ａ２）は、（ａ１）の回折格子の位置で導波方向に沿って切断した断面図、（ａ３）は、（ａ１）の導波路の位置で導波方向に沿って切断した断面図である。
【図8】（ａ１）は、第３実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図、（ａ２）は、（ａ１）の回折格子の位置で導波方向に沿って切断した断面図、（ａ３）は、（ａ１）の導波路の位置で導波方向に沿って切断した断面図である。
【図9A】第４実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す斜視図である。
【図9B】（ａ）は、第４実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＸ１－Ｘ１断面である。
【図10】（ａ１）および（ｂ１）は、第５実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図、（ａ２）は、（ａ１）の導波方向に沿って切断した断面図、（ｂ２）は、（ｂ１）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図11】（ａ１）および（ｂ１）は、第５実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図、（ａ２）は、（ａ１）の導波方向に沿って切断した断面図、（ｂ２）は、（ｂ１）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図12】（ａ１）は、第５実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図、（ａ２）は、（ａ１）の回折格子の位置で導波方向に沿って切断した断面図、（ａ３）は、（ａ１）の導波路の位置で導波方向に沿って切断した断面図である。
【図13】（ａ１）は、第５実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図、（ａ２）は、（ａ１）の回折格子の位置で導波方向に沿って切断した断面図、（ａ３）は、（ａ１）の導波路の位置で導波方向に沿って切断した断面図である。
【図14】（ａ）は、第６実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図、（ｂ）は、第６実施形態に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図である。
【図15】第７実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図である。
【図16】第７実施形態に係る半導体発光素子の構成を２次回折格子の位置で導波方向に沿って切断した断面図である。
【図19A】第７実施形態に係る半導体発光素子の回折格子のデューティを変化させたときの格子間シフトとストップバンド幅の関係を示す図である。
【図19B】第７実施形態に係る半導体発光素子のストップバンド幅の最大化方法を示す図である。
【図20】第８実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図である。
【図21】（ａ）および（ｂ）は、第９実施形態に半導体発光素子の回折格子の屈折率分布を示す図、（ｃ）および（ｄ）は、第９実施形態である半導体発光素子の導波路に形成される定在波の位相とエネルギーの関係を示す図である。
【図22】第９実施形態に係る半導体発光素子の回折格子のデューティを変化させたときの格子間シフトとストップバンド幅の関係を示す図である。
【図23】第１０実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図である。
【図24】回折格子の高さと結合係数との関係を示す図である。
【図25】（ａ）は、第１１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図26】（ａ）は、第１１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図27】（ａ）は、第１１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図28】（ａ）は、第１１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図29】（ａ）は、第１１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図30】（ａ）は、第１２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図31】（ａ）は、第１２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図32】（ａ）は、第１２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【図33】（ａ）は、第１２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の導波方向に沿って切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0047】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の構成に必須のものとは限らない。実施形態の構成は、本発明が適用される装置の仕様や各種条件（使用条件、使用環境等）によって適宜修正または変更され得る。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定され、以下の個別の実施形態によって限定されない。また、以下の説明に用いる図面は、各構成を分かり易くするため、実際の構造と縮尺および形状などを異ならせることがある。
【0048】
また、以下の説明では、波長４４４ｎｍ帯の青色レーザ光を出射可能な窒化物半導体レーザを例にとるが、波長４０５ｎｍ帯の青色レーザ光を出射可能なＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザであってもよいし、発光波長が３９０ｎｍ以下の近紫外レーザ光を出射可能なＡｌＧａＮ系半導体レーザであってもよい。
【0049】
図１は、第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す斜視図、図２（ａ）は、第１実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図、図２（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ１－Ｘ１線の位置で切断した構成を示す。また、分かり易さの観点から、図１では、図２（ａ）の端面反射膜および図２（ｂ）の電極を省略した。
【0050】
図１、図２（ａ）および図２（ｂ）において、半導体レーザＬＡは、ｎ型窒化物半導体層Ｅ１、活性層１５、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２、抵抗層ＲＡおよび閉じ込め層Ｅ３を備える。活性層１５は、ｎ型窒化物半導体層Ｅ１上に積層されている。ｐ型窒化物半導体層Ｅ２は、活性層１５上に積層されている。窒化物半導体は、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）という組成を持つことができる。
【0051】
ｎ型窒化物半導体層Ｅ１から活性層１５への不純物の拡散を抑制するために、ｎ型窒化物半導体層Ｅ１と活性層１５との間にアンドープ窒化物ガイド層１４を設けてもよい。ｐ型窒化物半導体層Ｅ２から活性層１５への不純物の拡散を抑制するために、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２と活性層１５との間にアンドープ窒化物ガイド層１６を設けてもよい。
【0052】
ｎ型窒化物半導体層Ｅ１は、ｎ型窒化物クラッド層１２およびｎ型窒化物ガイド層１３を備える。ｎ型窒化物クラッド層１２およびｎ型窒化物ガイド層１３は、ｎ型窒化物半導体基板１１上に順次積層されている。
【0053】
ｐ型窒化物半導体層Ｅ２は、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａを備える。ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａは、アンドープ窒化物ガイド層１６上に順次積層されている。ｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａは、同一材料で構成することができる。ｐ型窒化物半導体層Ｅ２は、導波層ＷＡを備える。導波層ＷＡは、活性層１５を導波する導波光の導波方向Ｄ１の横方向Ｄ２に導波光を閉じ込めながら導波光を導波させる。導波層ＷＡは、ｐ型窒化物ガイド層１８上のｐ型窒化物ガイド層１８Ａで構成することができる。
【0054】
抵抗層ＲＡは、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２の一部に位置する。導波方向Ｄ１の縦方向Ｄ３におけるｐ型窒化物半導体層Ｅ２内の抵抗層ＲＡの位置は、特に限定されない。例えば、抵抗層ＲＡのトップ面の位置は、ｐ型窒化物ガイド層１８のトップ面の位置と等しくてもよいし、ｐ型窒化物ガイド層１８のトップ面の位置より低くてもよい。抵抗層ＲＡのボトム面の位置は、ｐ型窒化物ガイド層１８のボトム面の位置と等しくてもよいし、ｐ型窒化物ガイド層１８のボトム面の位置より高くてもよい。
【0055】
抵抗層ＲＡは、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい。ここで、抵抗層ＲＡは、屈折率導波型および利得導波型のいずれか少なくとも１つのファブリペロー共振器を構成可能とするとともに、ＤＦＢ構造を持つようにｐ型窒化物半導体層Ｅ２の一部に配置することができる。抵抗層ＲＡは、例えば、ＡｌＮからなる高抵抗層を用いることができる。
【0056】
抵抗層ＲＡは、開口部ＫＡおよび回折格子ＥＡを備える。回折格子ＥＡのピッチΛ１は、導波層ＷＡを導波するレーザ光の発振周期に一致させることができる。回折格子ＥＡは、導波層ＷＡの両側に位置する。このとき、導波層ＷＡの両側には凹凸が形成され、回折格子ＥＡの凹凸を導波層ＷＡの両側の凹凸に嵌め合わせることができる。このとき、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａを回折格子ＥＡの凹部および開口部ＫＡに埋め込むことで、回折格子ＥＡの凸部と凹部の屈折率差を増大させつつ、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２に導波層ＷＡを形成することができる。
【0057】
開口部ＫＡおよび回折格子ＥＡは、活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢから後退している。回折格子ＥＡは、回折格子ＥＡの周期以上の距離だけ活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢから後退させることができる。ここで、活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢから開口部ＫＡおよび回折格子ＥＡを後退させることで、活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢの近傍に電流非注入領域ＮＪを設けることができる。このため、活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢの発熱を抑制し、活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢを保護することが可能となる。
【0058】
なお、回折格子ＥＡの結合係数をκ、半導体レーザＬＡの共振器長をＬとすると、１≦κ・Ｌ≦３という条件を満たすのが好ましい。これにより、半導体レーザＬＡの低閾値化および高効率化を図りつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0059】
閉じ込め層Ｅ３は、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２上に設けられている。このとき、閉じ込め層Ｅ３は、回折格子ＥＡおよび導波層ＷＡ上に位置することができる。閉じ込め層Ｅ３は、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２よりも屈折率が低い。このとき、閉じ込め層Ｅ３は、活性層１５を導波する導波光を縦方向Ｅ３に閉じ込めることができる。閉じ込め層Ｅ３は、例えば、ｐ型窒化物クラッド層２０を備えることができる。
【0060】
ｐ型窒化物クラッド層２０上には、ｐ型窒化物コンタクト層２１が積層されている。ｐ型窒化物コンタクト層２１は、活性層１５に電流を注入する電極２２とオーミックコンタクトをとることができる。
【0061】
ｐ型窒化物コンタクト層２１上には、開口部ＫＡを介して活性層１５に電流を注入する電極２２が形成されている。電極２２は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造とすることができる。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの厚さは、例えば、１００／５０／３００ｎｍに設定することができる。
【0062】
また、各層に利用できる材料としては、例えば以下のものが挙げられる。ｎ型窒化物半導体基板１１としてはｎ型ＧａＮ基板、ｎ型窒化物クラッド層１２としてはｎ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層、ｎ型窒化物ガイド層１３としてはｎ型ＧａＮ層、アンドープ窒化物ガイド層１４としてはＩｎ０．０２Ｇａ０．９９Ｎ層が挙げられる。また、活性層１５には、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ障壁層／Ｉｎ０．15Ｇａ０．８８Ｎ井戸層／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ障壁層からなる単一量子井戸層が利用できる。更には、アンドープ窒化物ガイド層１６には、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９９Ｎ層、ｐ型キャリアブロック層１７には、ｐ型Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ｎ層、ｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａには、ｐ型ＧａＮ層、ｐ型窒化物クラッド層２０およびｐ型窒化物コンタクト層２１としては、ｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層およびｐ型ＧａＮ層をそれぞれ用いることができる。
【0063】
ｎ型窒化物クラッド層１２の厚さは、例えば、７００ｎｍ、ドナー濃度ＮＤは、１×１０１７ｃｍ－３に設定することができる。ｎ型窒化物ガイド層１３の厚さは、例えば、５０ｎｍ、ドナー濃度ＮＤは、１×１０１７ｃｍ－３に設定することができる。アンドープ窒化物ガイド層１４の厚さは、例えば、１３６ｎｍに設定することができる。活性層１５の量子井戸層の障壁層／井戸層／障壁層の厚さは、例えば、１０／９／１０ｎｍに設定することができる。アンドープ窒化物ガイド層１６の厚さは、例えば、１３５ｎｍに設定することができる。ｐ型キャリアブロック層１７の厚さは、例えば、４ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。ｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａの合計の厚さは、例えば、１５０ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。ｐ型窒化物クラッド層２０の厚さは、例えば、７００ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。ｐ型窒化物コンタクト層２１の厚さは、例えば、６０ｎｍ、アクセプタ濃度ＮＡは、１×１０１８ｃｍ－３に設定することができる。
【0064】
ここで、図２（ｃ）に示すように、ｎ型窒化物クラッド層１２の屈折率は、ｎ型窒化物ガイド層１３の屈折率より小さい。また、ｎ型窒化物ガイド層１３の屈折率は、アンドープ窒化物ガイド層１４の屈折率より小さく、アンドープ窒化物ガイド層１４の屈折率は、活性層１５の屈折率より小さくすることができる。
また、ｐ型窒化物コンタクト層２１の屈折率は、ｐ型窒化物クラッド層２０の屈折率より大きい。また、ｐ型窒化物クラッド層２０の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくし、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率は、アンドープ窒化物ガイド層１６の屈折率より小さい。更には、アンドープ窒化物ガイド層１６の屈折率は、活性層１５の屈折率より小さくすることができる。また、ｐ型キャリアブロック層１７の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくすることができる。
また、ｐ型窒化物コンタクト層２１の屈折率は、ｐ型窒化物クラッド層２０の屈折率より大きい。また、ｐ型窒化物クラッド層２０の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくし、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率は、アンドープ窒化物ガイド層１６の屈折率より小さい。更には、アンドープ窒化物ガイド層１６の屈折率は、活性層１５の屈折率より小さくすることができる。また、ｐ型キャリアブロック層１７の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくすることができる。
【0065】
半導体レーザＬＡの各端面ＭＡ、ＭＢには、図２（ａ）に示すように、端面反射膜２４、２５が形成されている。このとき、端面ＭＡの反射率は２％以下、端面ＭＢの反射率は９０％以上に設定するのが好ましい。これにより、半導体レーザＬＡの発光効率の低下を抑制しつつ、半導体レーザＬＡの特性のばらつきを低減することができる。
【0066】
このとき、端面反射膜２４は、ＡｌＮ／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。ここで、ＡｌＮ／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／３００ｎｍに設定することができる。端面反射膜２５は、ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の積層構造とすることができる。ここで、ＡｌＮ／（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）６／ＳｉＯ２の厚さは、例えば、３０／（６０／４０）６／１０ｎｍに設定することができる。
【0067】
また、ｐ型窒化物クラッド層２０の下の抵抗層ＲＡに開口部ＫＡおよび回折格子ＥＡを設けることにより、導波層ＷＡの両側に回折格子ＥＡを設けることが可能となる。このため、活性層１５を導波する導波光を横方向Ｄ２および縦方向Ｄ３に閉じ込めることが可能となる。また、回折格子ＥＡを活性層１５に近づけて配置することが可能となるとともに、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａの結晶欠陥の増大を抑制しつつ、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａと回折格子ＥＡとの屈折率差を増大させることが可能となる。このため、半導体レーザＬＡの発光効率を向上させることができ、半導体レーザＬＡの出力を増大させることが可能となる。更には、半導体レーザＬＡの信頼性の低下を抑制しつつ、導波光と回折格子ＥＡとの間の結合係数を増大させることができ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0068】
また、導波層ＷＡをＧａＮ、抵抗層ＲＡをＡｌＮで構成することにより、抵抗層ＲＡの格子定数と導波層ＷＡの格子定数との乖離を抑制しつつ、抵抗層ＲＡの熱伝導率の低下を抑制することが可能となる。また、活性層１５に注入される電流を狭窄させつつ、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａと回折格子ＥＡとの屈折率差を確保することができる。このため、活性層１５からの熱の放熱性の低下を抑制しつつ、発振波長の安定した青紫レーザダイオードを実現することが可能となる。更には、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａの結晶欠陥の増大を抑制しつつ、導波光と回折格子ＥＡとの間の結合係数を増大させることができる。この結果、半導体レーザＬＡの発熱を抑制しつつ、発光効率を増大させることができ、半導体レーザＬＡの出力を増大させることが可能となるとともに、半導体レーザＬＡの信頼性の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0069】
例えば、導波層ＷＡをＧａＮ、抵抗層ＲＡをＡｌＮで構成すると、レーザの発振波長４４４ｎｍでは、導波層ＷＡの屈折率は２．４９となり、抵抗層ＲＡの屈折率は２．１８となる。このような材料を採用したため、回折格子ＥＡのストップバンド幅を拡大し、ＳＭＳＲを増大させることができる。具体的には、３０～４０ｄＢ程度のＳＭＳＲを確保することができる。これに対して、高濃度のＡｌまたはＩｎの組成を持つＡｌＩｎＧａＮ系半導体で回折格子を構成した場合、回折格子のストップバンド幅は０．２３ｎｍ程度となり、ＳＭＳＲは１０ｄＢ程度しか得られない。
【0070】
図３（ａ）は、比較例に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図、図３（ｂ）は、比較例に係る半導体発光素子の構成を導波方向に沿って切断して示す断面図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）において、半導体レーザＬＡ´は、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡの抵抗層ＲＡ、開口部ＫＡ、回折格子ＥＡの代わりにリッジＲＡおよび回折格子ＥＡ´を備える。半導体レーザＬＡ´のそれ以外の構成は、半導体レーザＬＡと同様に構成することができる。
図３（ａ）および図３（ｂ）において、半導体レーザＬＡ´は、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡの抵抗層ＲＡ、開口部ＫＡ、回折格子ＥＡの代わりにリッジＲＡおよび回折格子ＥＡ´を備える。半導体レーザＬＡ´のそれ以外の構成は、半導体レーザＬＡと同様に構成することができる。
【0071】
本比較例における回折格子ＥＡ´は、活性層１５の下層に位置する。このとき、回折格子ＥＡ´は、ｎ型窒化物クラッド層１２上のｎ型窒化物クラッド層１２Ａに形成することができる。ｎ型窒化物クラッド層１２、１２Ａは、同一材料で一体的に形成することができる。回折格子ＥＡ´は、ｎ型窒化物ガイド層１３で覆うことができる。
【0072】
回折格子ＥＡ´を形成する場合、例えば、ＧａＮ基板上に形成したｎ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層の表面にフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって周期（ピッチ：Λ）８９．２ｎｍ、デューティ＝０．５の凹凸を形成し、その上にｎ型ＧａＮ層を再成長させる。なお、デューティは、回折格子の１周期内の幅に対する凸部の幅の割合である。
【0073】
ｐ型窒化物クラッド層２０上にはｐ型窒化物クラッド層２０Ａが形成されている。ｐ型窒化物クラッド層２０、２０Ａは、同一材料で構成することができる。ｐ型窒化物クラッド層２０Ａは、リッジＲＡを備える。リッジＲＡは、活性層１５を導波する導波光の導波方向Ｄ１に沿って半導体レーザＬＡ´の端面間に渡って設けられる。このとき、リッジＲＡは、活性層１５を導波する導波光を導波方向Ｄ１の横方向Ｄ２および縦方向Ｄ３に閉じ込めることができる。この構成では、ｐ型窒化物コンタクト層２１は、リッジＲＡのトップ面上に形成される。
【0074】
図４は、第１実施形態に係る半導体発光素子の回折格子の高さと結合係数の関係を比較例の半導体発光素子と比較して示す図である。なお、Ｈ１は、図２（ｂ）の構成の回折格子の高さと結合係数の関係、Ｈ２は、図３の構成の回折格子の高さと結合係数の関係を示す。
【0075】
図４において、図３の比較例と図２（ｂ）の構成の結合係数について、文献（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ－１１，ｐ８６７，１９７５）に記載された方法と同様な方法を用いて矩形の回折格子の場合の比較を行った。この文献によると、例えばＴＥモードの場合、結合係数κは次式で与えられる。
【0076】
【数1】
【0077】
【数2】
【0078】
【数3】
【0079】
ただし、βは伝搬定数である。
図２（ｂ）の構成と図３の比較例について、回折格子ＥＡ、ＥＡ´の高さが互いに等しい場合、図２（ｂ）の構成の方が図３の比較例に対して結合係数が増大する。その結果、図２（ｂ）の構成では、ストップバンド幅が大きくでき、より大きなサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）を得やすくなる．また、図２（ｂ）の構成において回折格子ＥＡの高さが１００ｎｍではκ・Ｌ～１．４である。
図２（ｂ）の構成と図３の比較例について、回折格子ＥＡ、ＥＡ´の高さが互いに等しい場合、図２（ｂ）の構成の方が図３の比較例に対して結合係数が増大する。その結果、図２（ｂ）の構成では、ストップバンド幅が大きくでき、より大きなサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）を得やすくなる．また、図２（ｂ）の構成において回折格子ＥＡの高さが１００ｎｍではκ・Ｌ～１．４である。
【0080】
なお、上述した文献に記載された方法による見積もりに用いた屈折率は、図３の比較例ではｎ１＝２．４８、ｎ２＝２．４９、ｎ３＝２．４８とし、図２（ｂ）の構成ではｎ１＝２．１８、ｎ２＝２．４９、ｎ３＝２．４８とした。また、図２（ｂ）の構成と図３の比較例に共通な変数として、ｔ＝３μｍ、λ０＝４４４ｎｍ、デューティ＝０．４とした。
【0081】
この半導体レーザＬＡは、２２２ｎｍのＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）波を発生させる光源として用いることができる。２２２ｎｍの紫外線は、殺菌用途として用いられる２５４ｎｍの紫外線に比べて人間に対する安全性を向上させることができ、皮膚がんおよび角膜炎などの発症を防止することができる。
【0082】
図５（ａ）は、第２実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図、図５（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図、図５（ｃ）は、第２実施形態に係る半導体発光素子の各層の屈折率を示す図である。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ１－Ｘ１線の位置で切断した構成を示す。
【0083】
図５（ａ）および図５（ｂ）において、半導体レーザＬＢは、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡのｐ型窒化物クラッド層２０およびｐ型窒化物コンタクト層２１の代わりに透明導電層２３を備える。半導体レーザＬＢのそれ以外の点は、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡと同様に構成することができる。
【0084】
透明導電層２３は、活性層１５で発生される光に対して透明な導電層である。透明導電層２３は、活性層１５上のガイド層またはクラッド層の少なくともいずれか１つとして用いられる。透明導電層２３は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、ＮｂおよびＺｒから選択される少なくともいずれか１つの元素を含むことができ、これらの元素の酸化物とすることができる。例えば、透明導電層２３は、ＩＴＯ膜であってもよいし、ＺｎＯ膜であってもよいし、ＳｎＯ膜であってもよいし、ＴｉＯ膜であってもよい。ここで、図５（ｃ）に示すように、透明導電層２３の屈折率は、ｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくすることができる。透明導電層２３は、垂直横モードに対する光の閉じ込めが可能な範囲内で薄膜化されているのが好ましい。垂直横モードは、導波方向Ｄ１の縦方向Ｄ３の伝搬モードである。このとき、透明導電層２３の厚さは、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であるのが好ましい。透明導電層２３上には、電極２１が形成される。透明導電層２３は、電極２１と直接オーミックコンタクトをとることができる。
【0085】
ここで、透明導電層２３の屈折率をｐ型窒化物ガイド層１８の屈折率より小さくすることにより、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２の厚膜化を抑制しつつ、垂直横モードを透明導電層２３にて閉じ込めることが可能となる。また、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２上に透明導電層２３を積層することにより、電極２２とコンタクトをとるためのｐ型窒化物半導体コンタクト層を透明導電層２３上に設ける必要がなくなるとともに、透明導電層２３を介して活性層１５に注入される電流の抵抗を低減することができる。このため、半導体レーザＬＢの発熱を低減することが可能となるとともに、光伝搬時の光損失を低減し、スロープ効率を向上させることができる。
【0086】
図６（ａ１）、図６（ｂ１）、図７（ａ１）および図８（ａ１）は、第３実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図である。また、図６（ａ２）および図６（ｂ２）は、図６（ａ１）および図６（ｂ１）の導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。また、図７（ａ２）および図８（ａ２）は、図７（ａ１）および図８（ａ１）の回折格子の位置で導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。また、図７（ａ３）および図８（ａ３）は、図７（ａ１）および図８（ａ１）の導波路の位置で導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。なお、図６（ａ２）、図６（ｂ２）、図７（ａ２）および図８（ａ２）は、図６（ａ１）、図６（ｂ１）、図７（ａ１）および図８（ａ１）のＡ１－Ａ１線の位置でそれぞれ切断した構成、図７（ａ３）および図８（ａ３）は、図７（ａ１）および図８（ａ１）のＢ１－Ｂ１線の位置でそれぞれ切断した構成を示す。
【0087】
この第３実施形態は、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡの製造に適用することができる。なお、図６（ａ２）、図６（ｂ２）、図７（ａ２）、図７（ａ３）、図８（ａ２）および図８（ａ３）では、図２（ｂ）のｎ型窒化物半導体基板１１、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３およびアンドープ窒化物ガイド層１４の図示を省略した。
【0088】
図６（ａ１）および図６（ａ２）において、エピタキシャル成長によって、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３、アンドープ窒化物ガイド層１４、活性層１５、アンドープ窒化物ガイド層１６、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８をｎ型窒化物半導体基板１１上に順次積層する。さらに、エピタキシャル成長またはスパッタなどの方法によって、抵抗層ＲＡをｐ型窒化物ガイド層１８上に積層する。エピタキシャル成長は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であってもよいし、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）であってもよいし、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）であってもよい。
【0089】
次に、図６（ｂ１）および図６（ｂ２）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、抵抗層ＲＡをパターニングし、導波方向Ｄ１に沿って回折格子ＥＡが両側に設けられた開口部ＫＡを抵抗層ＲＡに形成する。このとき、開口部ＫＡの両側には、導波方向Ｄ１に沿って回折格子ＥＡの凹部と凸部を発振波長の周期で配置することができる。
【0090】
次に、図７（ａ１）、図７（ａ２）および図７（ａ３）に示すように、エピタキシャル成長によって、開口部ＫＡに埋め込まれるようにｐ型窒化物ガイド層１８Ａをｐ型窒化物ガイド層１８上に選択的に形成する。このとき、回折格子ＥＡの凹部にｐ型窒化物ガイド層１８Ａを埋め込むことができ、回折格子ＥＡの凹部と凸部の屈折率差を抵抗層ＲＡの屈折率で規定することができる。また、開口部ＫＡには、導波方向Ｄ１に沿って回折格子ＥＡが両側に設けられた導波層ＷＡが形成される。
【0091】
次に、図８（ａ１）、図８（ａ２）および図８（ａ３）に示すように、エピタキシャル成長によって、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａおよび抵抗層ＲＡ上にｐ型窒化物クラッド層２０およびｐ型窒化物コンタクト層２１を順次形成する。
【0092】
これにより、図２（ａ）の導波層ＷＡを開口部ＫＡに形成するのと同時に導波層ＷＡの両側に回折格子ＥＡを形成することが可能となるとともに、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａと回折格子ＥＡとの屈折率差を増大させることができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、ＤＦＢ構造を有するインナーストライプ型半導体レーザを安定して形成することができる。
【0093】
図９Ａは、第４実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す斜視図である。
図９Ａ、図９Ｂにおいて、半導体レーザＬＣは、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡのｐ型窒化物半導体層Ｅ２の代わりにｐ型窒化物半導体層Ｅ２´を備える。半導体レーザＬＣのそれ以外の点は、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡと同様に構成することができる。
図９Ａ、図９Ｂにおいて、半導体レーザＬＣは、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡのｐ型窒化物半導体層Ｅ２の代わりにｐ型窒化物半導体層Ｅ２´を備える。半導体レーザＬＣのそれ以外の点は、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡと同様に構成することができる。
【0094】
図９Ａ、図９Ｂに示すように、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´は、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａ、１８Ａ´を備える。ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａ、１８Ａ´は、アンドープ窒化物ガイド層１６上に順次積層されている。ｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａ、１８Ａ´は、同一材料で構成することができる。ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´は、導波層ＷＡ、ＷＡ´を備える。導波層ＷＡ、ＷＡ´は、活性層１５を導波する導波光の導波方向Ｄ１の横方向Ｄ２に導波光を閉じ込めながら導波光を導波させる。導波層ＷＡ´は、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａ上のｐ型窒化物ガイド層１８Ａ´で構成することができる。
【0095】
抵抗層ＲＡ、ＲＡ´は、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´の一部に位置する。抵抗層ＲＡ、ＲＡ´は、同一の材料で構成することができる。抵抗層ＲＡ、ＲＡ´は、互いに一体化されてもよい。導波方向Ｄ１の縦方向Ｄ３におけるｐ型窒化物半導体層Ｅ２´内の抵抗層ＲＡ、ＲＡ´の位置は、特に限定されない。
【0096】
抵抗層ＲＡ、ＲＡ´は、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい。抵抗層ＲＡ´は抵抗層ＲＡ上に積層される。ここで、抵抗層ＲＡ、ＲＡ´は、屈折率導波型および利得導波型のいずれか少なくとも１つのファブリペロー共振器を構成可能とするとともに、ＤＦＢ構造を持つようにｐ型窒化物半導体層Ｅ２´の一部に配置することができる。抵抗層ＲＡ、ＲＡ´は、例えば、ＡｌＮからなる高抵抗層を用いることができる。
【0097】
また、導波層ＷＡ、ＷＡ´をＧａＮ、抵抗層ＲＡ、ＲＡ´をＡｌＮで構成することにより、抵抗層ＲＡ、ＲＡ´の格子定数と導波層ＷＡ、ＷＡ´の格子定数との乖離を抑制しつつ、抵抗層ＲＡ、ＲＡ´の熱伝導率の低下を抑制することが可能となる。更には、回折格子ＥＡがある場合であっても、活性層１５に注入される電流の狭窄性を向上させつつ、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａと回折格子ＥＡとの屈折率差を確保することができる。このため、半導体レーザＬＣの発熱を抑制しつつ、青紫レーザダイオードを実現することが可能となる。また、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａの結晶欠陥の増大および活性層１５からの熱の放熱性の低下を抑制しつつ、導波光と回折格子ＥＡとの間の結合係数を増大させることができる。この結果、半導体レーザＬＣの温度上昇を抑制しつつ、発光効率を増大させることができ、半導体レーザＬＣの出力を増大させることが可能となる。結果として、半導体レーザＬＣの信頼性の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【0098】
なお、図９Ａ、図９Ｂの半導体レーザＬＣでは、図５に半導体レーザＬＢとして示した場合と同様に回折格子ＥＡが両側に設けられた導波層ＷＡ上に回折格子が両側にない導波層ＷＡ´を積層した例を示したが、回折格子が両側にない導波層ＷＡ´上に回折格子ＥＡが両側に設けられた導波層ＷＡを積層してもよい。
【0099】
図１０（ａ１）、図１０（ｂ１）、図１１（ａ１）、図１１（ｂ１）、図１２（ａ１）および図１３（ａ１）は、第５実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す平面図である。また、図１０（ａ２）図１０（ｂ２）、図１１（ａ２）および図１１（ｂ２）は、図６（ａ１）および図６（ｂ１）の導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。また、図１２（ａ２）および図１３（ａ２）は、図１２（ａ１）および図１３（ａ１）の回折格子の位置で導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。更に、図１２（ａ３）および図１３（ａ３）は、図１２（ａ１）および図１３（ａ１）の導波路の位置で導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。なお、図１０（ａ２）、図１０（ｂ２）、図１１（ａ２）、図１２（ａ２）および図１３（ａ２）は、図１０（ａ１）、図１０（ｂ１）、図１１（ａ１）、図１２（ａ１）および図１３（ａ１）のＡ１－Ａ１線の位置でそれぞれ切断した構成を示している。また、図１１（ｂ２）、図１２（ａ３）および図１３（ａ３）は、図１１（ｂ１）、図１２（ａ１）および図１３（ａ１）のＢ１－Ｂ１線の位置でそれぞれ切断した構成を示す。
【0100】
この第５実施形態は、図９の半導体レーザＬＣの製造に適用することができる。なお、図１０（ａ２）、図１０（ｂ２）、図１１（ａ２）、図１１（ｂ２）、図１２（ａ２）、図１２（ａ３）、図１３（ａ２）および図１３（ａ３）では、図９のｎ型窒化物半導体基板１１、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３およびアンドープ窒化物ガイド層１４の図示を省略した。
【0101】
図１０（ａ１）および図１０（ａ２）において、エピタキシャル成長によって、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３、アンドープ窒化物ガイド層１４、活性層１５、アンドープ窒化物ガイド層１６、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａをｎ型窒化物半導体基板１１上に順次積層する。
【0102】
次に、図１０（ｂ１）および図１０（ｂ２）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａをパターニングし、導波方向Ｄ１に沿って発振波長の周期で凸部ＱＴと凹部ＱＢをｐ型窒化物ガイド層１８Ａに交互に形成する。
【0103】
次に、図１１（ａ１）および図１１（ａ２）に示すように、エピタキシャル成長またはスパッタによって、ｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａ上に抵抗層ＲＡ、ＲＡ´を順次形成する。抵抗層ＲＡ、ＲＡ´は、一度の成膜処理に基づいて一括形成することができる。このとき、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａの凹部ＱＢが埋め込まれるように抵抗層ＲＡを形成し、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａの凸部ＱＴおよび抵抗層ＲＡが覆われるように抵抗層ＲＡ´を形成することができる。
【0104】
次に、図１１（ｂ１）および図１１（ｂ２）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、抵抗層ＲＡ、ＲＡ´をパターニングし、導波方向Ｄ１に沿って設けられた開口部ＫＡ、ＫＡ´を抵抗層ＲＡ、ＲＡ´にそれぞれ形成する。このとき、開口部ＫＡ、ＫＡ´では、抵抗層ＲＡ、ＲＡ´がそれぞれ除去され、ｐ型窒化物ガイド層１８´の凸部ＱＴと凹部ＱＢが抵抗層ＲＡ、ＲＡ´から露出される。
【0105】
次に、図１２（ａ１）、図１２（ａ２）および図１２（ａ３）に示すように、エピタキシャル成長によって、開口部ＫＡ、ＫＡ´に埋め込まれるようにｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａ上にｐ型窒化物ガイド層１８Ａ´を選択的に形成する。このとき、開口部ＫＡには図５で示したように、導波方向Ｄ１に沿って回折格子ＥＡが両側に設けられた導波層ＷＡが形成される。また、開口部ＫＡ´には、回折格子が両側に設けられていない導波層ＷＡ´が形成される。
【0106】
次に、図１３（ａ１）、図１３（ａ２）および図１３（ａ３）に示すように、エピタキシャル成長によって、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａ´および抵抗層ＲＡ´上にｐ型窒化物クラッド層２０およびｐ型窒化物コンタクト層２１を順次形成する。
【0107】
これにより、１回の抵抗層ＲＡ、ＲＡ´の成膜に基づいて、活性層１５を導波する導波光を横方向に閉じ込め可能としつつ、回折格子ＫＡを活性層１５に近づけて配置することが可能となる。また、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａと回折格子ＫＡとの屈折率差を確保しつつ、活性層１５に注入される電流を開口部ＫＡ´の位置で狭窄させることが可能となる。このため、製造工程の煩雑化を抑制した上で、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａ、１８Ａ´の結晶欠陥の増大を抑制しつつ、導波光と回折格子ＫＡとの間の結合係数を増大させることが可能となる。また、半導体レーザＬＣの発熱を抑制しつつ、半導体レーザＬＣの閾値電流を低下させることができる。この結果、コストアップを抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となるとともに、半導体レーザＬＣの信頼性を確保しつつ出力を増大させることができる。
【0108】
図１４（ａ）は、第６実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図、図１４（ｂ）は、第６実施形態に係る半導体発光素子の構成を導波方向の横方向に沿って切断して示す断面図である。なお、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸ１－Ｘ１線の位置で切断した構成を示す。
【0109】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）において、半導体レーザＬＤは、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡの抵抗層ＲＡの代わりに抵抗層ＲＤを備える。半導体レーザＬＤのそれ以外の点は、図２（ｂ）の半導体レーザＬＡと同様に構成することができる。
【0110】
抵抗層ＲＤは、ｐ型窒化物ガイド層１８内の縦方向Ｄ３の位置が抵抗層ＲＡの縦方向Ｄ３の位置と異なる点以外は、抵抗層ＲＡと同様に構成することができる。すなわち、抵抗層ＲＤのトップ面は、ｐ型窒化物ガイド層１８のトップ面より低い位置に配置することができる。これにより、回折格子ＥＡを活性層１５により近づけることができ、導波光と回折格子ＥＡとの結合係数を向上させることができる。
【0111】
図１５は、第７実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図であって、説明用に同半導体発光素子内で形成される定在波の状態を模式的に示した図である。また、図１６は、第７実施形態に係る半導体発光素子の構成を２次回折格子の位置で導波方向に沿って切断した断面図である。なお、図１６は、図１５のＡ１－Ａ１線の位置で切断した構成を示す。
【0112】
図１５において、半導体レーザＬＥは、図５（ｂ）の半導体レーザＬＢのｐ型窒化物半導体層Ｅ２の代わりにｐ型窒化物半導体層Ｅ２´´を備える。ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´´は、抵抗層ＲＡの代わりに抵抗層ＲＥを備える。半導体レーザＬＥのそれ以外の点は、図５（ｂ）の半導体レーザＬＢと同様に構成することができる。
【0113】
抵抗層ＲＥは、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´´の一部に位置する。導波方向Ｄ１の縦方向Ｄ３におけるｐ型窒化物半導体層Ｅ２´´内の抵抗層ＲＥの位置は、特に限定されない。抵抗層ＲＥは、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´´よりも屈折率が小さくかつ抵抗が大きい。ここで、抵抗層ＲＥは、屈折率導波型および利得導波型のいずれか少なくとも１つのファブリペロー共振器を構成可能とする。また、高次のＤＦＢ構造を持つようにｐ型窒化物半導体層Ｅ２´´の一部に配置することができる。抵抗層ＲＥは、最大公約数が１であって次数が互いに異なる複数の高次回折格子を備える。抵抗層ＲＥは、例えば、ＡｌＮからなる高抵抗層を用いることができる。
【0114】
抵抗層ＲＥは、図１５に示すように、開口部ＫＥ、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３を備える。開口部ＫＥ内には導波層ＷＥが設けられる。２次回折格子ＥＥ２のピッチΛ２は、導波層ＷＥを導波するレーザ光の発振周期の２倍となる長さに一致させることができる。３次回折格子ＥＥ３のピッチΛ３は、導波層ＷＥを導波するレーザ光の発振周期の３倍となる長さに一致させることができる。２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３は、導波層ＷＥの両側に位置する。このとき、導波層ＷＥの一方の側にはピッチΛ２の凹凸が形成され、２次回折格子ＥＥ２の凹凸を導波層ＷＥの一方の側の凹凸に嵌め合わせることができる。導波層ＷＥの他方の側にはピッチΛ３の凹凸が形成され、３次回折格子ＥＥ３の凹凸を導波層ＷＥの他方の側の凹凸に嵌め合わせることができる。このとき、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａを２次回折格子ＥＥ２の凹部（図の回折格子形成部のグレー部分）、３次回折格子ＥＥ３の凹部（図の回折格子形成部のグレー部分）および開口部ＫＥ（図の回折格子と導波層ＷＥを囲白線部）に埋め込むことで、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３のそれぞれの凸部と凹部の屈折率差を増大させつつ、ｐ型窒化物半導体層Ｅ２´´（図１６参照）に導波層ＷＥを形成することができる。
【0115】
ここで、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３は、以下の部分のいずれか少なくとも一つが一致している領域を備える。
１）２次回折格子ＥＥ２の凸部ＳＴ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部ＳＴ３の中心、２）２次回折格子ＥＥ２の凹部ＳＢ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凹部ＳＢ３の中心、３）２次回折格子ＥＥ２の凸部ＳＴ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凹部ＳＢ３の中心、４）２次回折格子ＥＥ２の凹部ＳＢ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部ＳＴ３の中心
１）２次回折格子ＥＥ２の凸部ＳＴ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部ＳＴ３の中心、２）２次回折格子ＥＥ２の凹部ＳＢ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凹部ＳＢ３の中心、３）２次回折格子ＥＥ２の凸部ＳＴ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凹部ＳＢ３の中心、４）２次回折格子ＥＥ２の凹部ＳＢ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部ＳＴ３の中心
【0116】
例えば、導波方向Ｄ１の位置ＰＣ１、ＰＣ３、ＰＣ５では、２次回折格子ＥＥ２の凸部ＳＴ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部ＳＴ３の中心が一致する。導波方向Ｄ１の位置ＰＣ２、ＰＣ４、ＰＣ６では、２次回折格子ＥＥ２の凹部ＳＢ２の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部ＳＴ３の中心が一致する。
【0117】
開口部ＫＥ、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３は、活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢから後退した位置より形成されている。２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３は、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３のそれぞれの周期以上の距離だけ活性層１５の端面ＭＡ、ＭＢから後退させることができる。
【0118】
ここで、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３の次数の最大公約数を１とすることにより、活性層１５を導波する導波光の導波方向Ｄ１に回折条件を一致させつつ、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３の周期を増大させることができる。このため、発振効率の低下を抑制しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となる。更に、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３の微細化に伴う製造の困難性を緩和しつつ、発振波長の安定性の高い青紫レーザダイオードを実現することができる。
【0119】
すなわち、２次回折格子ＥＥ２は、面内（１８０°方向：図１６の断面図ではＤ１方向、および、紙面方向垂直な方向）の方向だけでなく、９０°の方向（図１６におけるＤ３方向）にも発光光を回折する。３次回折格子ＥＥ３は、面内（１８０°）の方向の他、図１６のＤ１軸に対して約７０°の方向と約１１０°の方向にも発光光を回折する。しかしながら、２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３の次数の最大公約数は１となるため、面内（１８０°）の方向の回折のみ起こり、１次回折格子に比べてピッチを増大させつつ、１次回折格子と同様な効果を得ることができる。
【0120】
また、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３の凸部と凸部の中心、凹部と凹部の中心および凸部と凹部の中心のいずれか少なくとも一つが一致している領域を設けることにより、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３によって形成される定在波ＶＥの電場の持つエネルギー密度の差を増大させることができ、ストップバンド幅を増大させることができる。このため、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３で構成される複数の高次回折格子のＳＭＳＲを増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。
【0121】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、図１５に示した回折格子の屈折率分布を示している。同図の横軸は光の導波方向の位置であり、縦軸は屈折率の大きさを示す図である。図１７（ｃ）および図１７（ｄ）は、図１５の導波路に形成される定在波の位相とエネルギーの関係を示す図である。同図の横軸は光の導波方向の位置であり、縦軸は振幅の大きさである。なお、図１７（ａ）は、図１５の２次回折格子ＥＥ２において、周期（ピッチ：Λ２）１７８．３ｎｍ、デューティが０．２であるときの導波方向Ｄ１の屈折率分布、図１７（ｂ）は、図１５の３次回折格子ＥＥ３において、周期（ピッチ：Λ３）２６７．５ｎｍ、デューティが０．２であるときの導波方向Ｄ１の屈折率分布を示す。
【0122】
図１７（ａ）および図１７（ｂ）において、２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３は、凸部の中心と凸部の中心が一致する点ＰＣ１２、ＰＣ１４と、凹部の中心と凸部の中心が一致する点ＰＣ１１、ＰＣ１３が存在する。このとき、同じ波長であっても、回折格子に対する定在波ＶＥ１、ＶＥ２の導波方向Ｄ１の位置によって振幅の大きさで示されている電場Ｅのエネルギー密度ｕ＝１／２εＥ２が異なる。εは、電場Ｅが形成される媒質の屈折率である。定在波ＶＥ１、ＶＥ２のエネルギー密度ｕの差がストップバンド幅に相当する。このとき、２次回折格子ＥＥ２の凸部の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部の中心が一致する点ＰＣ１２、ＰＣ１４および２次回折格子ＥＥ２の凹部の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部の中心が一致する点ＰＣ１１、ＰＣ１３では、定在波ＶＥ１、ＶＥ２間の振幅の差分が増大している。つまり、定在波ＶＥ１、ＶＥ２のエネルギー密度ｕの差が増大する。言い換えると、２次回折格子ＥＥ２の凸部の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部の中心が一致する点ＰＣ１２、ＰＣ１４および２次回折格子ＥＥ２の凹部の中心と３次回折格子ＥＥ３の凸部の中心が一致する点ＰＣ１１、ＰＣ１３を設けることにより、ストップバンド幅を増大させることができ、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。
【0123】
図１８は、複数の回折格子の相対的位置関係を変化させる場合に調整できるパラメータを図１５に示した２次回折格子と３次回折格子を例に示す屈折率と導波方向の位置との関係図である。
図１８において、２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３の凹凸の相対的位置関係には無数の選び方がある。２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３の凹凸の相対的位置関係を変化させる場合、２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３との間の格子間シフトＦＫを変化させてもよいし、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２を変化させてもよいし、３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３を変化させてもよいし、これらの変化を組み合わせてもよい。なお、格子間シフトＦＫとは、２次回折格子と３次回折格子との間の共振器端面からの物理的距離のズレであって、この格子間シフトによって共振器中に形成される波の位相のずれを形成するものである。
図１８において、２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３の凹凸の相対的位置関係には無数の選び方がある。２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３の凹凸の相対的位置関係を変化させる場合、２次回折格子ＥＥ２と３次回折格子ＥＥ３との間の格子間シフトＦＫを変化させてもよいし、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２を変化させてもよいし、３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３を変化させてもよいし、これらの変化を組み合わせてもよい。なお、格子間シフトＦＫとは、２次回折格子と３次回折格子との間の共振器端面からの物理的距離のズレであって、この格子間シフトによって共振器中に形成される波の位相のずれを形成するものである。
【0124】
図１９Ａは、第７実施形態に係る半導体発光素子の回折格子のデューティを変化させたときの格子間シフトとストップバンド幅の関係を示す図である。
図１９Ａにおいて、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２と３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３を同じ値としたときに、格子間シフトＦＫを０．１～０．５の間で変化させた場合のストップバンド幅を見積もった。ここで、２次回折格子のデューティＤＹ２と３次回折格子のデューティＤＹ３は、◆印が０．１の場合、■印が０．２の場合、▲印が０．３の場合、×印が０．４の場合米印が０．５の場合を示している。
図１９Ａにおいて、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２と３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３を同じ値としたときに、格子間シフトＦＫを０．１～０．５の間で変化させた場合のストップバンド幅を見積もった。ここで、２次回折格子のデューティＤＹ２と３次回折格子のデューティＤＹ３は、◆印が０．１の場合、■印が０．２の場合、▲印が０．３の場合、×印が０．４の場合米印が０．５の場合を示している。
【0125】
この結果から、複数の回折格子の相対的位置関係によって、ストップバンド幅が変化することが判った。今回の見積もりでは、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２と３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３が０．２かつ格子間シフトＦＫが０．５のときに最も大きいストップバンド値が得られた。
【0126】
図１９Ｂは、第７実施形態に係る半導体発光素子のストップバンド幅の最大化方法を示す図である。
図１９Ｂにおいて、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２と３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３をそれぞれ変化させた場合、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２が０．３かつ３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３が０．５かつ格子間シフトＦＫが０のとき、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２と３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３をそれぞれ０．２と同じ値にした場合に比べて、さらに大きなストップバンド幅が得られることが判った。
図１９Ｂにおいて、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２と３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３をそれぞれ変化させた場合、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２が０．３かつ３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３が０．５かつ格子間シフトＦＫが０のとき、２次回折格子ＥＥ２のデューティＤＹ２と３次回折格子ＥＥ３のデューティＤＹ３をそれぞれ０．２と同じ値にした場合に比べて、さらに大きなストップバンド幅が得られることが判った。
【0127】
図２０は、第８実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図である。
図２０において、半導体レーザＬＦは、図１５の半導体レーザＬＥの抵抗層ＲＥの代わりに抵抗層ＲＦを備える。半導体レーザＬＦのそれ以外の点は、図１５の半導体レーザＬＥと同様に構成することができる。
図２０において、半導体レーザＬＦは、図１５の半導体レーザＬＥの抵抗層ＲＥの代わりに抵抗層ＲＦを備える。半導体レーザＬＦのそれ以外の点は、図１５の半導体レーザＬＥと同様に構成することができる。
【0128】
抵抗層ＲＦは、開口部ＫＦ、２次回折格子ＥＦ２および３次回折格子ＥＦ３を備える。開口部ＫＦには導波層ＷＦが設けられる。２次回折格子ＥＦ２および３次回折格子ＥＦ３は、導波方向Ｄ１に沿って導波層ＷＦの両側に設けられる。２次回折格子ＥＦ２には位相シフト部ＳＦ２が設けられ、３次回折格子ＥＦ３には位相シフト部ＳＦ３が設けられる。
【0129】
ここで、半導体レーザＬＦは端面反射型のレーザであって、結晶劈開によって反射面を構成するが、劈開位置に応じて特性がばらつく。このとき、２次回折格子ＥＦ２に位相シフト部ＳＦ２を設け、３次回折格子ＥＦ３に位相シフト部ＳＦ３を設けることにより、劈開位置に応じた特性のばらつきに対応しつつ、回折格子のＳＭＳＲを向上させることができ、所望の発振波長の発光効率を向上させることができる。
【0130】
このような位相シフト分布帰還型レーザダイオードでは、位相シフト部がない回折格子を持つレーザダイオードと比較して、より大きなＳＭＳＲが得やすくなる。また、閾利得を下げることができ、窒化物半導体発光素子の特性をより向上させることができる。
【0131】
なお、位相シフト部の中心は、反射率が低い方の端面ＭＡから端面ＭＡ、ＭＢ間の距離（Ｌ１＋Ｌ２）の６０％から８０％の間の距離Ｌ１に位置するのが好ましい。特に、端面ＭＡから位相シフト部の中心までの距離Ｌ１は、端面ＭＡ、ＭＢ間の距離（Ｌ１＋Ｌ２）の７０％（Ｌ１：Ｌ２＝７：３）に設定するのが好ましい。これにより、回折格子によって形成される定在波の山の中心と山の中心、谷の中心と谷の中心または山の中心と谷の中心と一致する位置に位相シフト部を配置することができ、ＳＭＳＲを向上させることができる。
【0132】
また、Ｎを自然数 (正の整数)、回折格子の実効屈折率をｎｅｆｆ、λをブラッグ波長とすると、位相シフト部の長さはλ／（４・ｎｅｆｆ）・（２Ｎ－１）の式を満たすことが好ましい。これにより、回折格子によって形成される定在波の山の中心と山の中心、谷の中心と谷の中心または山の中心と谷の中心と一致する位置に位相シフト部を配置することができ、ＳＭＳＲを向上させることができる。
【0133】
図２１（ａ）および図２１（ｂ）は、第９実施形態の半導体発光素子の回折格子の屈折率分布を示す図である。また、図２１（ｃ）および図２１（ｄ）は、第９実施形態の半導体発光素子の導波路に形成される定在波の位相とエネルギーの関係を示す図である。なお、この第９実施形態では、図１５の２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３の組み合わせの代わりに、３次回折格子と５次回折格子の組み合わせを用いた。
【0134】
図２１（ａ）および図２１（ｂ）において、３次回折格子のピッチは、レーザ光の発振周期の３倍に一致させることができる。５次回折格子のピッチは、レーザ光の発振周期の５倍に一致させることができる。また、３次回折格子と５次回折格子の組み合わせの場合においても、これらの回折格子の次数の最大公約数は１となるため、面内（１８０°）の方向の回折のみ起こる。このため、安定したレーザ発振を効率よく実現できるといった効果を得ることができる。
【0135】
図２１（ａ）は３次回折格子の屈折率分布を示し、屈折率の低い部分は３次回折格子の凹部に対応し、高い部分は凸部に対応している。同様に（ｂ）は５次回折格子の屈折率分布を示している。３次回折格子と５次回折格子の組み合わせでは、３次回折格子の凹部の中心と５次回折格子の凸部の中心が一致している点ＰＣ２１、ＰＣ２３と、３次回折格子の凸部の中心と５次回折格子の凹部の中心が一致している点ＰＣ２２、ＰＣ２４があることが判る。このとき、３次回折格子の凹部の中心と５次回折格子の凸部の中心が一致している点ＰＣ２１、ＰＣ２３と、３次回折格子の凸部の中心と５次回折格子の凹部の中心が一致している点ＰＣ２２、ＰＣ２４では、定在波ＶＥ３、ＶＥ４間の振幅の差分が増大し、定在波ＶＥ３、ＶＥ４のエネルギー密度ｕの差が増大する。このため、３次回折格子の凹部の中心と５次回折格子の凸部の中心が一致している点ＰＣ２１、ＰＣ２３と、３次回折格子の凸部の中心と５次回折格子の凹部の中心が一致している点ＰＣ２２、ＰＣ２４を設けることにより、ストップバンド幅を増大させることができる。結果として、導波光と高次回折格子との間の結合係数を増大させることができる。
【0136】
図２２は、第９実施形態に係る半導体発光素子の回折格子のデューティを変化させたときの格子間シフトとストップバンド幅の関係を示す図である。
図２２において、３次回折格子のデューティと５次回折格子のデューティを同じ値としたときに、格子間シフトを０．１～０．５の間で変化させた場合のストップバンド幅を見積もった。ここで、３次回折格子のデューティＤＹ３と５次回折格子のデューティＤＹ５は、◆印が０．１の場合、■印が０．２の場合、▲印が０．３の場合、×印が０．４の場合米印が０．５の場合を示している。
図２２において、３次回折格子のデューティと５次回折格子のデューティを同じ値としたときに、格子間シフトを０．１～０．５の間で変化させた場合のストップバンド幅を見積もった。ここで、３次回折格子のデューティＤＹ３と５次回折格子のデューティＤＹ５は、◆印が０．１の場合、■印が０．２の場合、▲印が０．３の場合、×印が０．４の場合米印が０．５の場合を示している。
【0137】
この結果から、複数の回折格子の相対的位置関係によって、ストップバンド幅が変化することが判った。今回の見積もりでは、３次回折格子のデューティと５次回折格子のデューティが０．５かつ格子間シフトが０．５のときに最も大きいストップバンド値が得られた。
【0138】
なお、３次回折格子のデューティと５次回折格子のデューティは、互いに異なっていてもよい。例えば、３次回折格子のデューティが０．５かつ５次回折格子のデューティが０．１かつ格子間シフトが０．５という条件と、３次回折格子のデューティが０．５かつ５次回折格子のデューティが０．３かつ格子間シフトが０という条件の場合、図２２でストップバンド値が最も大きくなった（３次回折格子のデューティと５次回折格子のデューティが０．５かつ格子間シフトが０．５）という条件の場合と同様のストップバンド値が得られた。
【0139】
図２３は、第１０実施形態に係る半導体発光素子の抵抗層の構成を示す平面図である。
図２３において、半導体レーザＬＧは、図２０の半導体レーザＬＦの抵抗層ＲＦの代わりに抵抗層ＲＧを備える。半導体レーザＬＧのそれ以外の点は、図２０の半導体レーザＬＦと同様に構成することができる。
図２３において、半導体レーザＬＧは、図２０の半導体レーザＬＦの抵抗層ＲＦの代わりに抵抗層ＲＧを備える。半導体レーザＬＧのそれ以外の点は、図２０の半導体レーザＬＦと同様に構成することができる。
【0140】
抵抗層ＲＧは、図２０の開口部ＫＥ、２次回折格子ＥＥ２および３次回折格子ＥＥ３の代わりに、開口部ＫＧ、２次回折格子ＥＧ２、ＥＧ２´および３次回折格子ＥＧ３、ＥＧ３´を備える。
【0141】
開口部ＫＧ内には導波層ＷＧが設けられる。２次回折格子ＥＧ２、ＥＧ２´および３次回折格子ＥＧ３、ＥＧ３´は、導波方向Ｌ１に沿って導波層ＷＧの両側に位置する。このとき、３次回折格子ＥＧ３、ＥＧ３´は、２次回折格子ＥＧ２、ＥＧ２´よりも導波層ＷＧの近くに配置することができる。これにより、高次回折格子を発光光の光分布のより近くに配置し、低次回折格子を光分布より遠くに配置することができる。このため、低次回折格子の結合係数と高次回折格子の結合係数を概ね同じ大きさにすることができ、発光光を１８０°方向に効率的に回折させることができる。
【0142】
図２４は、回折格子の高さと結合係数との関係を示す図である。
図２４において、文献（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ－１１，ｐ８６７，１９７５）によると、次数が大きくなるに従って同じ回折格子の高さでも結合係数が小さくなる。この文献に示される方法と同様な方法によって、ＴＥモードかつ矩形回折格子の場合について、次数の異なる回折格子の結合係数を見積もった。その結果、図２４に示すように次数（図中の“ｍ”で表される数字）が大きくなるに従って、同じ回折格子の高さでも結合係数が小さくなることが判る。ここで、結合係数の見積もりに用いた屈折率は、ｎ１＝２．４８、ｎ２＝２．４９、ｎ３＝２．４８とした。また、この文献の方法と共通な変数として、ガイド層厚みｔ＝３μｍ、発振波長λ０＝４４４ｎｍ、デューティ＝０．４とした。
図２４において、文献（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ－１１，ｐ８６７，１９７５）によると、次数が大きくなるに従って同じ回折格子の高さでも結合係数が小さくなる。この文献に示される方法と同様な方法によって、ＴＥモードかつ矩形回折格子の場合について、次数の異なる回折格子の結合係数を見積もった。その結果、図２４に示すように次数（図中の“ｍ”で表される数字）が大きくなるに従って、同じ回折格子の高さでも結合係数が小さくなることが判る。ここで、結合係数の見積もりに用いた屈折率は、ｎ１＝２．４８、ｎ２＝２．４９、ｎ３＝２．４８とした。また、この文献の方法と共通な変数として、ガイド層厚みｔ＝３μｍ、発振波長λ０＝４４４ｎｍ、デューティ＝０．４とした。
【0143】
図２５から図２９は、第１１実施例に係る半導体発光素子の製造方法を示す。各図において（ａ）は、第１１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、（ｂ）は各図の（ａ）に対応した導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。なお、図２５（ｂ）から図２７（ｂ）および図２９（ｂ）は、対応する各図（ａ）のＡ１－Ａ１線の位置でそれぞれ切断した構成、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）のＢ１－Ｂ１線の位置で切断した構成を示す。
【0144】
図２５（ａ）および図２５（ｂ）において、エピタキシャル成長によって、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３、アンドープ窒化物ガイド層１４、活性層１５、アンドープ窒化物ガイド層１６、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａをｎ型窒化物半導体基板１１上に順次積層する。
【0145】
次に、図２６（ａ）および図２６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａをパターニングし、導波方向Ｄ１に沿って発振波長の２倍の周期で凸部ＱＴ２と凹部ＱＢ２をｐ型窒化物ガイド層１８Ａに交互に形成するとともに、導波方向Ｄ１に沿って発振波長の３倍の周期で凸部ＱＴ３と凹部ＱＢ３をｐ型窒化物ガイド層１８Ａに交互に形成する。このとき、凸部ＱＴ２と凹部ＱＢ２の配列と、凸部ＱＴ３と凹部ＱＢ３の配列は、導波方向Ｄ１の横方向Ｄ２に隣接させて配置することができる。
【0146】
次に、図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示すように、エピタキシャル成長またはスパッタによって、ｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａ上に抵抗層ＲＨ、ＲＨ´を順次形成し、２次回折格子ＥＨ２および３次回折格子ＥＨ３を形成する。抵抗層ＲＨ、ＲＨ´は、一回の成膜処理に基づいて一括形成することができる。このとき、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａの凹部ＱＢ２、ＱＢ３が埋め込まれるように抵抗層ＲＨを形成し、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａの凸部ＱＴ２、ＱＴ３および抵抗層ＲＨが覆われるように抵抗層ＲＨ´を形成することができる。
【0147】
次に、図２８（ａ）および図２８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、抵抗層ＲＨ、ＲＨ´をパターニングし、導波方向Ｄ１に沿って設けられた開口部ＫＨ、ＫＨ´を抵抗層ＲＨ、ＲＨ´にそれぞれ形成する。このとき、開口部ＫＨ、ＫＨ´では、抵抗層ＲＨ、ＲＨ´がそれぞれ除去され、ｐ型窒化物ガイド層１８´の凸部ＱＴ２、ＱＴ３と凹部ＱＢ２、ＱＢ３が抵抗層ＲＨ、ＲＨ´から露出される。
【0148】
次に、図２９（ａ）および図２９（ｂ）に示すように、エピタキシャル成長によって、開口部ＫＨ、ＫＨ´に埋め込まれるようにｐ型窒化物ガイド層１８、１８Ａ上および抵抗層ＲＨ´上にｐ型窒化物ガイド層１８Ａ´を選択的に形成する。このとき、開口部ＫＨには、導波方向Ｄ１に沿って２次回折格子ＥＨ２および３次回折格子ＥＨ３が両側に設けられた導波層ＷＨが形成される。また、開口部ＫＨ´には、２次回折格子ＥＨ２および３次回折格子ＥＨ３が両側に設けられていない導波層ＷＨ´が形成される。
【0149】
次に、エピタキシャル成長によって、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａ´上にｐ型窒化物クラッド層２０およびｐ型窒化物コンタクト層２１を順次形成する。
【0150】
これにより、１回の抵抗層ＲＨ、ＲＨ´の成膜処理に基づいて、活性層１５を導波する導波光を横方向に閉じ込め可能としつつ、２次回折格子ＥＨ２および３次回折格子ＥＨ３を活性層１５に近づけて配置することが可能となる。更に、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａと２次回折格子ＥＨ２および３次回折格子ＥＨ３との屈折率差を確保しつつ、活性層１５に注入される電流を開口部ＫＨ´の位置で狭窄させることが可能となる。このため、導波光と２次回折格子ＥＨ２および３次回折格子ＥＨ３との間の結合係数を増大させることが可能となるとともに、半導体レーザの発熱を抑制しつつ、半導体レーザの閾値電流を低下させることができる。この結果、１次回折格子に比べてピッチを拡大しつつ、発振波長の安定化を図ることが可能となるとともに、半導体レーザの信頼性を確保しつつ出力を増大させることができる。
【0151】
図３０（ａ）から図３３（ａ）は、第１２実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す平面図、図３０（ｂ）から図３３（ｂ）は、図３０（ａ）から図３３（ａ）の導波方向に沿ってそれぞれ切断した断面図である。なお、図３０（ｂ）から図３３（ｂ）は、図３０（ａ）から図３３（ａ）のＡ１－Ａ１線の位置でそれぞれ切断した構成を示す。
【0152】
図３０（ａ）および図３０（ｂ）において、エピタキシャル成長によって、ｎ型窒化物クラッド層１２、ｎ型窒化物ガイド層１３、アンドープ窒化物ガイド層１４、活性層１５、アンドープ窒化物ガイド層１６、ｐ型キャリアブロック層１７およびｐ型窒化物ガイド層１８をｎ型窒化物半導体基板１１上に順次積層する。さらに、エピタキシャル成長またはスパッタなどの方法によって、抵抗層ＲＩをｐ型窒化物ガイド層１８上に積層する。
【0153】
次に、図３１（ａ）および図３１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術に基づいて、抵抗層ＲＩをパターニングし、導波方向Ｄ１に沿って２次回折格子ＥＩ２および３次回折格子ＥＩ３が両側に設けられた開口部ＫＩを抵抗層ＲＩに形成する。
【0154】
次に、図３２（ａ）および図３２（ｂ）に示すように、エピタキシャル成長によって、開口部ＫＩに埋め込まれるようにｐ型窒化物ガイド層１８Ａをｐ型窒化物ガイド層１８上に選択的に形成する。このとき、２次回折格子ＥＩ２の凹部および３次回折格子ＥＩ３の凹部にｐ型窒化物ガイド層１８Ａを埋め込むことができ、２次回折格子ＥＩ２の凹部と凸部の屈折率差および３次回折格子ＥＩ３の凹部と凸部の屈折率差を抵抗層ＲＩの屈折率で規定することができる。また、開口部ＫＩには、導波方向Ｄ１に沿って２次回折格子ＥＩ２および３次回折格子ＥＩ３が両側に設けられた導波層ＷＩが形成される。
【0155】
【0156】
これにより、導波層ＷＩを開口部ＫＩに形成するのと同時に導波層ＷＩの両側に２次回折格子ＥＩ２および３次回折格子ＥＩ３を形成することが可能となる。また、ｐ型窒化物ガイド層１８Ａと２次回折格子ＥＩ２および３次回折格子ＥＩ３との屈折率差を増大させることができる。このため、工程数の増大を抑制しつつ、１次回折格子に比べてピッチが拡大されたＤＦＢ構造を有するインナーストライプ型半導体レーザを安定して形成することができる。
【符号の説明】
【0157】
Ｅ１ ｎ型窒化物半導体層
Ｅ２ ｐ型窒化物半導体層
Ｅ３ 閉じ込め層
１１ ｎ型窒化物半導体基板
１２ ｎ型窒化物クラッド層
１３ ｎ型窒化物ガイド層
１４、１６ アンドープ窒化物ガイド層
１５ 活性層
１７ ｐ型キャリアブロック層
１８ ｐ型窒化物ガイド層
ＲＡ 抵抗層
２０ ｐ型窒化物クラッド層
２１ ｐ型窒化物コンタクト層
Ｅ２ ｐ型窒化物半導体層
Ｅ３ 閉じ込め層
１１ ｎ型窒化物半導体基板
１２ ｎ型窒化物クラッド層
１３ ｎ型窒化物ガイド層
１４、１６ アンドープ窒化物ガイド層
１５ 活性層
１７ ｐ型キャリアブロック層
１８ ｐ型窒化物ガイド層
ＲＡ 抵抗層
２０ ｐ型窒化物クラッド層
２１ ｐ型窒化物コンタクト層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
