特許 7560540 半導体レーザ素子

(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】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】半導体レーザ素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/223 20060101AFI20240925BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

H01S5/223

H01S5/343 610

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022508421

(86)(22)【出願日】2021-03-17

(86)【国際出願番号】 JP2021010942

(87)【国際公開番号】W WO2021187543

(87)【国際公開日】2021-09-23

【審査請求日】2023-12-26

(31)【優先権主張番号】P 2020049780

(32)【優先日】2020-03-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／高効率加工用ＧａＮ系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】丹生 貴大

(72)【発明者】

【氏名】川口 真生

(72)【発明者】

【氏名】萩野 裕幸

【審査官】大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１０８１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１２０８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１２７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９３６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０１３６９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３１９７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２３１７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０７５０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００７２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１１９７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２１１９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０００２９１４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リッジを有する半導体レーザ素子であって、
ｐ型第１クラッド層と、
前記ｐ型第１クラッド層上に配置されるｐ型第２クラッド層とを備え、
前記ｐ型第１クラッド層は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦０．１）の各々が交互に積層される超格子構造を有し、
前記ｐ型第２クラッド層は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ（０≦ｚ＜ｙ）からなり、
前記ｐ型第１クラッド層は、
前記ｐ型第２クラッド層が配置されない平坦部と、
前記平坦部から上方に突出し、前記ｐ型第２クラッド層が配置される突出部とを有し、
前記リッジは、前記突出部と、前記突出部上に配置される前記ｐ型第２クラッド層とを含み、
前記突出部の前記平坦部から突出する高さは、前記平坦部における前記ｐ型第１クラッド層の厚みより小さい
半導体レーザ素子。

【請求項2】

前記平坦部の最上面には、前記ｐ型第１クラッド層の超格子構造の最も上に積層された層が露出している
請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項3】

前記ｐ型第２クラッド層上に配置されるｐ型第３クラッド層を備える
請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項4】

前記ｐ型第２クラッド層の厚みは、前記ｐ型第３クラッド層の厚みより小さい
請求項３に記載の半導体レーザ素子。

【請求項5】

前記ｐ型第３クラッド層は、１以上ののＡｌ_ｖＧａ_１－ｖＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｗＧａ_１－ｗＮ層（０≦ｖ＜ｗ≦１）の各々が交互に積層される超格子構造を有する
請求項３又は４に記載の半導体レーザ素子。

【請求項6】

前記ｐ型第１クラッド層の前記突出部の前記高さは、前記ｐ型第１クラッド層の超格子構造の周期膜厚以下である
請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、リッジを有する半導体レーザ素子に関する。

【0002】

なお、本願は、平成２８年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／高効率加工用ＧａＮ系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願である。

【背景技術】

【0003】

従来、リッジを有する半導体レーザ素子が使用されている。リッジは、例えば半導体積層体をエッチングすることによって形成される。エッチングを所望の位置で停止させるためのエッチングストップ層を有する半導体レーザ素子の一例として、特許文献１に開示された半導体レーザ素子がある。

【0004】

特許文献１に記載された半導体レーザ素子は、活性層上に順次積層されるクラッド層及び絶縁層を有し、かつ、リッジを有している窒化物系半導体レーザ素子である。クラッド層は、第１クラッド層及び第２クラッド層と、これらの層の間に配置されるエッチング停止層とを有する。ここで、活性層から出射するレーザ光の波長におけるエッチング停止層の屈折率と絶縁層の屈折率との差は、０以上０．４以下である。

【0005】

上記のように、クラッド層にエッチング停止層が配置され、リッジを有する半導体レーザ素子において安定した出力特性を得るには、リッジを形成する凸部の形成領域だけでなく凸部が形成されていない非形成領域においても、光閉じ込め作用が必要である。ここで、半導体レーザ素子の出力特性として、例えば、キンクレベル（電流に対するレーザ光の出力特性が急激に変化する電流レベル）、レーザ光の水平方向拡がり角などが挙げられる。特許文献１に開示された半導体レーザ素子においては、エッチング停止層の屈折率と、絶縁層の屈折率との差を０．４以下としている。これにより、絶縁層によってエッチング停止層の光閉じ込め作用を補うことで、凸部の形成領域だけでなく非形成領域においても、光閉じ込め作用を得ようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００６－１０８１３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に開示された半導体レーザ素子においては、エッチング停止層として用いられているＡｌＧａＮ層と、ＧａＮ層とのエッチング速度の違いである選択比（つまり、ＧａＮのエッチング速度のＡｌＧａＮエッチング速度に対する比）を利用して、エッチングを停止させている。ＡｌＧａＮ層においては、Ａｌ濃度の差によりエッチング速度に差が生じるため、通常は高Ａｌ組成比のＡｌＧａＮがエッチング停止層に用いられる。高Ａｌ組成比のＡｌＧａＮ層をエッチング停止層に用いる場合は、選択比が大きくなるため、エッチング停止層においてエッチングが停止する。しかしながら、高Ａｌ組成比のＡｌＧａＮ層は、電気抵抗が高いため、半導体レーザ素子の高抵抗化の原因となる。一方、低Ａｌ組成比のＡｌＧａＮをエッチング停止層に用いる場合には、選択比が小さいためにエッチングが十分に停止しない。

【0008】

本開示は、上記の課題に鑑み、高抵抗化を抑制しつつ、所望の位置でエッチングを停止させることができる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、リッジを有する半導体レーザ素子であって、ｐ型第１クラッド層と、前記ｐ型第１クラッド層上に配置されるｐ型第２クラッド層とを備え、前記ｐ型第１クラッド層は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦１）の各々が交互に積層される超格子構造を有し、前記ｐ型第２クラッド層は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ（０≦ｚ＜ｙ）からなり、前記ｐ型第１クラッド層は、前記ｐ型第２クラッド層が配置されない平坦部と、前記平坦部から上方に突出し、前記ｐ型第２クラッド層が配置される突出部とを有し、前記リッジは、前記突出部と、前記突出部上に配置される前記ｐ型第２クラッド層とを含み、前記突出部の前記平坦部から突出する高さは、前記平坦部における前記ｐ型第１クラッド層の厚みより小さい。

【発明の効果】

【0010】

高抵抗化を抑制しつつ、所望の位置でエッチングを停止させることができる半導体レーザ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、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。

【図2】図２は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の半導体積層工程を示す模式的な断面図である。

【図3】図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法のマスク形成工程を示す模式的な断面図である。

【図4】図４は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１のエッチング工程を示す模式的な断面図である。

【図5】図５は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の第２のエッチング工程を示す模式的な断面図である。

【図6】図６は、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。

【図7A】図７Ａは、比較例のドライエッチングによって形成されたリッジ側面及びエッチング面の形状の第１例を示す模式的な断面図である。

【図7B】図７Ｂは、比較例のドライエッチングによって形成されたリッジ側面及びエッチング面の形状の第２例を示す模式的な断面図である。

【図8】図８は、選択エッチングによって形成されたリッジ側面及びエッチング面の形状例を模式的に示す断面図である。

【図9A】図９Ａは、実施の形態１に係るリッジの側面の形状の第１例を示す模式的な断面図である。

【図9B】図９Ｂは、実施の形態１に係るリッジの側面の形状の第２例を示す模式的な断面図である。

【図10】図１０は、ＧａＮのＡｌＧａＮに対する選択比のＡｌＧａＮにおけるＡｌ濃度依存性を示すグラフである。

【図11】図１１は、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造に加わるピエゾ電界を示す模式図である。

【図12】図１２は、超格子構造とバルクＡｌＧａＮとの選択比の違いを示すグラフである。

【図13】図１３は、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断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施の形態を、図面に基づき説明する。なお、下記に開示される実施の形態はすべて例示であって、本開示に係る半導体レーザ素子に制限を加える意図はない。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。

【0013】

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。

【0014】

また、下記に開示される実施の形態では、必要以上の詳細な説明を省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項についての詳細な説明や、実質的に同一の構成についての重複する説明を、省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になるのを避けることで、当業者の理解を容易にするためである。

【0015】

また、以下の実施の形態において、「上部」及び「下部」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではない。また、「上部」及び「下部」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密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。

【0016】

（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。

【0017】

［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１０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１０が有するリッジ１８０の長手方向（つまり、レーザ光の共振方向）に垂直な断面が示されている。図１に示される半導体レーザ素子１０は、リッジ１８０を有する半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１０は、主に、基板１００と、ｎ型半導体層１１０と、活性層１２０と、ｐ型半導体層１３０と、ｐ型コンタクト層１４０と、絶縁層１５０と、ｐ電極１６０と、ｎ電極１７０とを備える。

【0018】

基板１００は、半導体レーザ素子１０の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板１００は、ｎ型ＧａＮ基板であり、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる基板として用いられる。基板１００は、ｎ型ＧａＮ基板に限定されず、例えば、サファイヤ基板、ＳｉＣ基板などであってもよい。基板１００上にエピタキシャル成長させる手法としては、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ）などが挙げられる。

【0019】

ｎ型半導体層１１０は、基板１００の上方に配置される第１導電型半導体層の一例である。本実施の形態では、第１導電型は、ｎ型である。ｎ型半導体層１１０は、ｎ型クラッド層１１１と、ｎ側光ガイド層１１２とを含む。なお、ｎ型半導体層１１０は、これらの層以外の層を含んでよい。例えば、ｎ型半導体層１１０は、基板１００とｎ型クラッド層１１１との間に配置されるバッファ層などを含んでもよい。

【0020】

ｎ型クラッド層１１１は、基板１００の上方に配置される第１導電型クラッド層の一例である。本実施の形態ではｎ型クラッド層１１１は、例えば、ｎ型のドーパントとしてＳｉ等を含むＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる。ｎ型クラッド層１１１の厚みは、例えば、３０００ｎｍである。なお、ｎ型クラッド層１１１は、例えば、１以上のｎ型ＡｌＧａＮ層の各々と１以上のｎ型ＧａＮ層の各々とが交互に積層された超格子構造を有してもよい。言い換えると、ｎ型クラッド層１１１は、１以上の積層体が積層された超格子構造を有し、１以上の積層体の各々には、ｎ型ＡｌＧａＮ層及びｎ型ＧａＮ層が積層されていてもよい。

【0021】

ｎ側光ガイド層１１２は、第１導電型クラッド層の上方に配置される第１導電側光ガイド層の一例である。本実施の形態では、ｎ側光ガイド層１１２は、ｎ型のドーパントとしてＳｉ等を含み、ｎ型クラッド層１１１側から順に積層された厚み２５０ｎｍのＧａＮ層と、厚み１００ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層とを有する。

【0022】

活性層１２０は、第１導電型半導体層の上方に配置される発光層の一例である。本実施の形態では、活性層１２０は、ＩｎＧａＮからなる単一量子井戸構造を有している。つまり、活性層１２０は、２層のバリア層と、当該２層のバリア層の間に配置されるウェル層とを有する。ウェル層のＩｎ組成を調整することで、半導体レーザ素子１０が出射するレーザ光の波長を４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下程度の範囲内で調整することができる。本実施の形態では、ウェル層は、厚み８ｎｍのＧａＮ層であり、バリア層は、厚み１５ｎｍのＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎ層である。なお、活性層１２０は、複数のバリア層と複数のウェル層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有してもよい。言い換えると、活性層１２０は、複数のウェル層の各々が、複数のバリア層のうち、隣り合う２層のバリア層の間に配置された多重量子井戸構造を有してもよい。

【0023】

ｐ型半導体層１３０は、活性層１２０の上方に配置される第２導電型半導体層の一例である。第２導電型は、第１導電型と異なる導電型であり、本実施の形態では、ｐ型である。本実施の形態では、ｐ型半導体層１３０は、ｐ側光ガイド層１３１と、ｐ型オーバーフロー制御層（以下、ｐ型ＯＦＳ層）１３２と、ｐ型第１クラッド層１３３と、ｐ型第２クラッド層１３４と、ｐ型第３クラッド層１３５とを有する。

【0024】

ｐ側光ガイド層１３１は、活性層１２０の上方に配置される第２導電側光ガイド層の一例である。本実施の形態では、ｐ側光ガイド層１３１は、ｐ型のドーパントとしてＭｇ等が含まれており、活性層１２０側から順に積層された厚み７０ｎｍのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層と、厚み１５ｎｍのＧａＮ層とを有する。

【0025】

ｐ型ＯＦＳ層１３２は、活性層１２０の上方に配置され、キャリアが活性層１２０から漏れ出ることを抑制するための第２導電型のオーバーフロー制御層である。本実施の形態では、ｐ型ＯＦＳ層１３２は、ｐ側光ガイド層１３１の上方に配置され、活性層１２０から電子が漏れ出ることを抑制する層であり、ｐ型のドーパントとしてＭｇ等を含む厚み５ｎｍのＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ｎ層である。

【0026】

ｐ型第１クラッド層１３３は、活性層１２０の上方に配置される第２導電型第１クラッド層の一例である。本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１３３は、ｐ型ＯＦＳ層１３２の上方に配置される。ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦１）の各々が交互に積層される超格子構造を有する。言い換えると、ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上の積層体が積層された超格子構造を有し、１以上の積層体の各々には、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層及びＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦１）が積層されている。ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦０．５）の各々が交互に積層される超格子構造を有してもよい。また、ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦０．２）の各々が交互に積層される超格子構造を有してもよい。また、ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦０．１）の各々が交互に積層される超格子構造を有している。本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１３３は、１０層の厚み３ｎｍのＧａＮ層と、１０層の厚み３ｎｍのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層とが交互に積層される超格子構造を有し、ｐ型のドーパントとしてＭｇ等を含む。

【0027】

ｐ型第１クラッド層１３３は、ｐ型第２クラッド層１３４が配置されない平坦部１３３ａと、平坦部１３３ａから上方に突出し、ｐ型第２クラッド層１３４が配置される突出部１３３ｂとを有する。突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さは、平坦部１３３ａにおけるｐ型第１クラッド層１３３の厚みより小さい。本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１３３の突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さは、ｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の周期膜厚以下である。また、平坦部１３３ａの最上面には、ｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の最も上に積層された層が露出している。つまり、突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さは、０ｎｍより大きく３ｎｍ未満である。また、平坦部１３３ａにおけるｐ型第１クラッド層１３３の厚みは、５７ｎｍより大きく、６０ｎｍ未満である。突出部１３３ｂは、リッジ１８０に含まれる。

【0028】

ｐ型第２クラッド層１３４は、第２導電型第１クラッド層上に配置される第２導電型第２クラッド層の一例である。ｐ型第２クラッド層１３４は、リッジ１８０に含まれる。ｐ型第２クラッド層１３４は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ（０≦ｚ＜ｙ）からなる。本実施の形態では、ｐ型第２クラッド層１３４は、厚み１００ｎｍの、ＧａＮ層からなり、ｐ型のドーパントとしてＭｇ等を含む。ｐ型第２クラッド層１３４よりも、ｐ型第１クラッド層１３３の方が、ｐ型のドーパントとして含まれるＭｇ等の濃度が高くてもよい。また、ｐ型第２クラッド層１３４の厚みは、後述するｐ型第３クラッド層１３５の厚みより小さくてもよい。これにより、光閉じ込め効果を十分に確保することができる。

【0029】

ｐ型第３クラッド層１３５は、第２導電型第２クラッド層上に配置される第２導電型第３クラッド層の一例である。ｐ型第３クラッド層１３５は、リッジ１８０に含まれる。本実施の形態では、ｐ型第３クラッド層１３５は、ｐ型第２クラッド層１３４上に配置される。ｐ型第３クラッド層１３５は、１以上のＡｌ_ｖＧａ_１－ｖＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｗＧａ_１－ｗＮ層（０≦ｖ＜ｗ≦１）の各々が交互に積層される超格子構造を有する。本実施の形態では、ｐ型第３クラッド層１３５は、１００層の厚み３ｎｍのＧａＮ層と、１００層の厚み３ｎｍのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層とが交互に積層される超格子構造を有し、ｐ型のドーパントとしてＭｇ等を含む。

【0030】

ｐ型コンタクト層１４０は、第２導電型半導体層上に配置され、第２導電側電極とオーミック接触する第２導電型コンタクト層の一例である。本実施の形態では、ｐ型コンタクト層１４０は、ｐ型第３クラッド層１３５上に配置され、ｐ電極１６０とオーミック接触するコンタクト層である。ｐ型コンタクト層１４０は、リッジ１８０に含まれる。本実施の形態では、ｐ型コンタクト層１４０は、ｐ型のドーパントとしてＭｇ等を含む厚み５０ｎｍのＧａＮ層である。

【0031】

絶縁層１５０は、ｐ型半導体層１３０とｐ電極１６０との間に配置される絶縁部材である。本実施の形態では、リッジ１８０の側面と、ｐ型第１クラッド層１３３の平坦部１３３ａの上面とに配置され、リッジ１８０の上面（つまり、ｐ型コンタクト層１４０の上面）には配置されない。なお、絶縁層１５０は、リッジ１８０の上面の一部に配置されてもよい。本実施の形態では、絶縁層１５０は、ＳｉＯ_２からなる。なお、絶縁層１５０は、ＳｉＯ_２以外からなってもよく、例えば、ＳｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＮｂＯ_５からなってもよい。また、絶縁層１５０は、これらの材料からなる絶縁膜が積層された積層膜であってもよい。

【0032】

図１に示されるように、リッジ１８０は、突出部１３３ｂと、突出部１３３ｂ上に配置されるｐ型第２クラッド層１３４とを含む。本実施の形態では、リッジ１８０は、さらに、ｐ型第３クラッド層１３５と、ｐ型コンタクト層１４０とを含む。リッジ１８０は、例えば、基板１００上に積層されたｐ型第１クラッド層１３３、ｐ型第２クラッド層１３４、ｐ型第３クラッド層１３５、及び、ｐ型コンタクト層１４０の一部をドライエッチングなどを用いて除去することによって形成される。

【0033】

ｐ電極１６０は、第２導電型コンタクト層上に配置され、第２導電型コンタクト層とオーミック接触する第２導電側電極の一例である。本実施の形態では、ｐ電極１６０は、ｐ型コンタクト層１４０上及び絶縁層１５０上に配置される。ｐ電極１６０は、例えば、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの導電性材料を用いて形成される。

【0034】

ｎ電極１７０は、基板１００の下面（つまり、基板１００の主面のうち、第１導電型半導体層が積層されていない方の主面）に配置される第１導電側電極の一例である。ｎ電極１７０は、例えば、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの導電性材料を用いて形成される。

【0035】

［１－２．製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０の製造方法について、図２～図６を用いて説明する。図２～図６は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。図２～図６には、半導体レーザ素子１０が有するリッジ１８０の長手方向（つまり、レーザ光の共振方向）に垂直な断面が示されている。

【0036】

まず、図２に示されるように、基板１００上に、ｎ型半導体層１１０、活性層１２０、ｐ型半導体層１３０、及び、ｐ型コンタクト層１４０を、この順に、ＭＯＣＶＤなどによって積層することで、半導体積層体を形成する。

【0037】

続いて、図３に示されるように、前工程で形成した半導体積層体上にマスク２００を形成する。具体的には、半導体積層体の最上面（つまり、ｐ型コンタクト層１４０の上面）に、例えば、化学気相成長法などを用いてＳｉＯ_２を成膜し、フォトリソグラフィー工程を用いて図３に示されるようなマスク２００を形成する。マスク２００は、半導体レーザ素子１０のリッジ１８０に対応する位置に形成される。

【0038】

続いて、図４に示されるように、半導体積層体のうち、マスク２００で覆われていない領域をエッチングする。具体的には、例えば、Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４などの塩素系ガスを用いて、ｐ型コンタクト層１４０の上面から、ｐ型第２クラッド層１３４の途中までドライエッチングする。このとき、光干渉計による膜厚モニタリングや、エッチング速度からの時間計算などを用いて、ドライエッチングの深さを管理することで、ｐ型第２クラッド層１３４の途中でドライエッチングを停止させる。

【0039】

続いて、図５に示されるように、半導体積層体のうち、マスク２００で覆われていない領域をさらにエッチングすることでリッジ１８０を形成する。具体的には、酸素を数％添加した塩素系ガスを用いてドライエッチングを行うことで、ｐ型第２クラッド層１３４の途中から、ｐ型第１クラッド層１３３の上面まで除去する。この際、ｐ型第１クラッド層１３３の方が、ｐ型第２クラッド層１３４よりエッチング速度が遅いため、ｐ型第１クラッド層１３３の上面付近で容易にエッチングを停止させることができる。例えば、平均Ａｌ組成２．５％のバルクＡｌＧａＮ層（つまり、一様なＡｌＧａＮからなる層）では、上記エッチング条件においてＧａＮ層に対する選択比は５．５程度である。一方、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層かならる超格子構造を有する平均Ａｌ組成２．５％の超格子層では、上記エッチング条件においてＧａＮ層に対する選択比は８．５程度となる。このように、同じ平均Ａｌ組成比を有する層であっても、超格子層の方がバルク層よりエッチング速度が遅い。本実施の形態に係るエッチングの詳細については、後述する。

【0040】

以上のように、ｐ型第１クラッド層１３３と、ｐ型第２クラッド層１３４との選択比を利用してｐ型第１クラッド層１３３でエッチングを停止できる。しかしながら、ｐ型第１クラッド層１３３を全くエッチングすることなく、ｐ型第１クラッド層１３３の上面でエッチングを停止させることは困難である。マスク２００が形成されていない領域のｐ型第２クラッド層１３４を完全に除去するためには、ｐ型第１クラッド層１３３もわずかながらエッチングされる。これにより、図５に示されるように、ｐ型第１クラッド層１３３に、平坦部１３３ａと、突出部１３３ｂとが形成される。突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さは、平坦部１３３ａにおけるｐ型第１クラッド層の厚みより小さい。このように平坦部の最上面の積層方向における位置を、ｐ型第１クラッド層の上方部分の範囲内に精密に制御できる。このため、例えば、半導体ウェハ上に各半導体層及び各電極を形成して、複数の半導体レーザ素子１０を同時に製造する場合であっても、各半導体レーザ素子１０の特性を均一化することができる。また、本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１３３の突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さは、ｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の周期膜厚以下である。平坦部１３３ａの最上面には、ｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の最も上に積層された層が露出している。このように、平坦部の最上面の積層方向における位置が、超格子構造を形成する周期膜厚以下の範囲内に制御されることで、半導体レーザ素子における平坦部の最上面の積層方向における位置をさらに精密に制御できる。

【0041】

続いて、図６に示されるように、絶縁層１５０を形成する。本実施の形態では、絶縁層１５０は、リッジ１８０の側面と、ｐ型第１クラッド層１３３の平坦部１３３ａの上面とに、例えば、化学気相成長法と、フォトリソグラフィー工程とを用いて形成される。

【0042】

続いて、ｐ電極１６０及びｎ電極１７０が形成される。図１に示されるように、ｐ電極１６０は、ｐ型コンタクト層１４０上及び絶縁層１５０上に形成され、ｎ電極１７０は、基板１００の下面に形成される。ｐ電極１６０及びｎ電極１７０は、例えば、真空蒸着法及びリフトオフ法などを用いて形成される。

【0043】

以上のように、半導体レーザ素子１０を製造することができる。

【0044】

［１－３．エッチング］
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０のリッジ１８０を形成する際に行うエッチングについて比較例と比較しながら説明する。まず、選択エッチングでない比較例のドライエッチングについて、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、比較例のドライエッチングによって形成されたリッジ側面３００及びエッチング面３１０の形状の第１例及び第２例を示す模式的な断面図である。図７Ａ及び図７Ｂにおいては、リッジの長手方向（レーザ光の共振方向）に垂直な断面が示されている。

【0045】

選択エッチングを用いない場合には、リッジ形成において、ドライエッチングの条件によっては、リッジ側面３００とエッチング面３１０との境界は、図７Ａ及び図７Ｂに示されるような形状になることがある。図７Ａに示される例では、エッチング面３１０とリッジ側面３００との境界に傾斜が緩やかな形状（言い換えると、ラウンド形状）を有する緩斜面部３００ａが形成される。緩斜面部３００ａが形成される、エッチング面３１０とリッジ側面３００との境界付近には、エッチングによる反応生成物が堆積しやすい。この反応生成物によってエッチングが阻害されることで、緩斜面部３００ａが形成される。

【0046】

また、図７Ｂに示される例では、エッチング面３１０とリッジ側面３００との境界に溝（言い換えると、サブトレンチ）３００ｂが形成される。この溝３００ｂは、リッジ側面３００に沿ってエッチングガスが伝わり、エッチング面３１０に吹き付けられることで局所的に過剰にエッチングされることで形成される。

【0047】

一方、本実施の形態に係るリッジ１８０の形成工程と同様に選択エッチングを行う場合について図８を用いて説明する。図８は、選択エッチングによって形成されたリッジ側面３００及びエッチング面３１０の形状例を模式的に示す断面図である。図８においては、リッジの長手方向（つまり、レーザ光の共振方向）に垂直な断面が示されている。図８に示されるように、選択エッチングにおいては、エッチング速度の速い層と遅い層とが積層されているため、上記の比較例における傾向（つまり、緩斜面部３００ａ又は溝３００ｂが形成される傾向）が抑えられる。このため、リッジ側面３００及びエッチング面３１０の形状が図８に示されるような形状に近くなる。これにより、ドライエッチングによって形成されるリッジ１８０の形状が単純化されるため、シミュレーション等による設計が容易になる。また、実際に形成されるリッジ１８０の形状と設計上の形状との誤差も抑えられるようになる。

【0048】

なお、選択エッチングを用いる場合、エッチング速度の変化によって、リッジ１８０の側面の形状が変化し得る。以下、選択エッチングを用いる場合のリッジ１８０の側面形状について、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ、本実施の形態に係るリッジ１８０の側面の形状の第１例及び第２例を示す模式的な断面図である。図９Ａ及び図９Ｂにおいては、リッジの長手方向（つまり、レーザ光の共振方向）に垂直な断面が示されている。図９Ａ及び図９Ｂにおいては、ｐ型第１クラッド層１３３の平坦部１３３ａ及び突出部１３３ｂの図示は省略されている。

【0049】

図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、選択エッチングによるエッチング速度の変化に応じて、リッジ１８０の側面のうち、ｐ型第２クラッド層１３４の側面１３４ｓの傾斜が変わってもよい。ドライエッチングの条件によっては、ｐ型第２クラッド層１３４の側面１３４ｓの傾斜が大きくなる場合（図９Ａ参照）も小さくなる場合（図９Ｂ参照）もある。

【0050】

本実施の形態に係るエッチング条件下ではＡｌ濃度に対するエッチング速度の変化が小さいため、ＧａＮのＡｌＧａＮに対するエッチング選択比は１．０～１．５程度である。しかしながら、ＡｌＧａＮ層において、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造を用いることでエッチング速度を低下させることができる。つまり、ＧａＮ層のＡｌＧａＮ層に対する選択比を高めることができる。

【0051】

超格子構造を用いることによる選択比の向上は、（１）ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造のＧａＮ層へのＡｌ拡散、（２）超格子構造のＧａＮ層にかかるピエゾ電界、の２つの効果によってもたらされる。以下、超格子構造を用いることによる選択比の向上について、図１０～図１２を用いて説明する。図１０は、ＧａＮのＡｌＧａＮに対する選択比のＡｌＧａＮにおけるＡｌ濃度依存性を示すグラフである。図１０のグラフの横軸がＡｌＧａＮにおけるＡｌ濃度を示し、縦軸が、酸素を添加した塩素系ガスを用いたエッチング条件下におけるＧａＮのバルクＡｌＧａＮに対する選択比を示す。

【0052】

図１０に示されるように、Ａｌ濃度が２．５％程度以上の場合は、Ａｌ濃度に対して選択比が線形的に増加しているが、Ａｌ濃度０％である場合、つまり、ＧａＮの場合の選択比は、その線形の傾向から外れている。このような選択比の特性は、ＧａＮに対してＡｌが少しでも含まれると、副次的に形成される酸化アルミニウムによってエッチングが阻害され、エッチング速度が低下することに起因する。

【0053】

ここで、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造を形成する際には、熱によって超格子構造のＡｌＧａＮ層に含まれるＡｌがＧａＮ層に拡散される。これにより、超格子構造に含まれるＧａＮ層にも微量のＡｌが含まれ、Ａｌが含まれないＧａＮ層よりエッチング速度が低下する。このため、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造では選択比が大きくなる。

【0054】

また、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造では、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との間における格子定数の不整合による歪みが生じる。この歪みにより生じた圧電分極によって周期的なピエゾ電界が発生する。このようなピエゾ電界を図１１を用いて説明する。図１１は、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造に加わるピエゾ電界を示す模式図である。図１１には、ピエゾ電界の向きが矢印５２０が示され、エッチング時に印加されるバイアス電界の向きを示す矢印５３０も併せて示されている。図１１に示されるように、ＧａＮ層５００及びＡｌＧａＮ層５０１からなる超格子構造では、ＧａＮ層５００及びＡｌＧａＮ層５０１において、それぞれ、圧縮歪み及び引張歪みが生じる。つまり、図１１の各層に示される水平方向（つまり、横方向）の矢印の向きに応力が生じる。これに伴い、各層において矢印５２０で示される向きのピエゾ電界が生じる。図１１に示されるように、このピエゾ電界の向きは、超格子構造のＧａＮ層５００中ではエッチングのバイアス電界の向きと反対向きであるため、バイアス電界の少なくとも一部が相殺され、ＧａＮ層５００におけるエッチング速度が低下する。逆に、超格子構造のＡｌＧａＮ層５０１中では、ピエゾ電界の向きがエッチングのバイアス電界の向きと同じ向きであるが、エッチングガスに含まれる酸素により酸化アルミニウムが形成されエッチングを阻害するため、ＡｌＧａＮ層５０１においてはエッチング速度が向上しない。これらの結果により、ＧａＮ層５００及びＡｌＧａＮ層５０１からなる超格子構造では選択比が大きくなる。

【0055】

以上で述べた超格子構造における選択比について、図１２を用いて説明する。図１２は、超格子構造とバルクＡｌＧａＮとの選択比の違いを示すグラフである。図１２のグラフは、図１０のグラフのうちＡｌ濃度が１０％以下の範囲が拡大されたグラフである。

【0056】

例えば、ＧａＮ層とＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層とからなる超格子構造の選択比は、ＧａＮ層の選択比とバルクＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層の選択比との平均値（図１２の点Ｐ１参照）となるように推測される。しかしながら、上述したように、Ａｌが含まれないＧａＮ層と、微量のＡｌが拡散したＧａＮ層とでは選択比が大きく異なる。図１２に示されるように、ＧａＮ層では、選択比は１であるが（図１２の点Ｐ０参照）、微量のＡｌが拡散したＧａＮ層では、選択比は、３以上に向上する（図１２の点Ｐ２参照）。したがって、超格子構造におけるＧａＮ層のように、微量のＡｌが拡散したＧａＮ層と、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層とからなる超格子構造の選択比は、図１２の点Ｐ２の選択比と、Ａｌ濃度が５％の場合の選択比との平均である点Ｐ３で示される選択比にまで向上することが説明できる。さらに、上述したとおり、超格子構造のＧａＮ層中ではエッチングのバイアス電界と反対向きのピエゾ電界が生じるため、エッチング速度が低下する。このため、ＧａＮ層と、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層とからなる超格子構造の選択比が、図１２の点Ｐ４で示される選択比まで上昇する。したがって、ＧａＮ層と、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層とからなる超格子構造の選択比は、ＧａＮ層の選択比と、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層の選択比との平均値より大幅に大きくなる。

【0057】

以上のように、ＧａＮ層と、ＡｌＧａＮ層とからなる超格子構造を用いることで、低い平均Ａｌ組成比を有する層でも、選択比を大きくできる。したがって、低Ａｌ組成比でもエッチングストップ層として用いることができるＡｌＧａＮ層（超格子層）を実現できる。

【0058】

また、一般的に高Ａｌ組成比のＡｌＧａＮ層をエッチングストップ層として用いると、ＡｌＧａＮ層が高抵抗層となるため半導体レーザ素子の駆動電圧上昇の要因となる。しかしながら、ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層からなる超格子構造を有するｐ型第１クラッド層１３３をエッチングストップ層として用いることで、バルクＡｌＧａＮ層と同程度の選択比をより低い平均Ａｌ組成比のｐ型第１クラッド層１３３で実現できる。したがって、超格子構造を有するｐ型第１クラッド層１３３を用いることで、バルクＡｌＧａＮ層をｐ型第１クラッド層１３３として用いる場合より、ｐ型第１クラッド層１３３の抵抗値を低減できるため、半導体レーザ素子１０の駆動電圧を抑えることができる。

【0059】

［１－４．効果等］
以上のように、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０は、リッジ１８０を有する。半導体レーザ素子１０は、ｐ型第１クラッド層１３３と、ｐ型第１クラッド層１３３上に配置されるｐ型第２クラッド層１３４とを備える。ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦１）の各々が交互に積層される超格子構造を有し、ｐ型第２クラッド層１３４は、Ａｌ_ｚＧａ_１－ｚＮ（０≦ｚ＜ｙ）からなる。ｐ型第１クラッド層１３３は、ｐ型第２クラッド層１３４が配置されない平坦部１３３ａと、平坦部１３３ａから上方に突出し、ｐ型第２クラッド層１３４が配置される突出部１３３ｂとを有する。リッジ１８０は、突出部１３３ｂと、突出部１３３ｂ上に配置されるｐ型第２クラッド層１３４とを含み、突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さは、平坦部１３３ａにおけるｐ型第１クラッド層１３３の厚みより小さい。

【0060】

このように、ｐ型第１クラッド層１３３が超格子構造を有することで、比較的低いＡｌ組成比で、ＧａＮ層に対するエッチングの選択比を高めることができる。したがって、ｐ型第１クラッド層１３３において、確実にエッチングを停止できる。これにより、エッチングによりリッジ１８０を形成する場合に、ｐ型第１クラッド層１３３がエッチングされることで形成される突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さを、平坦部１３３ａにおけるｐ型第１クラッド層１３３の厚み以下に抑制できる。このように平坦部１３３ａの最上面の積層方向における位置が、ｐ型第１クラッド層１３３の上方部分の範囲内に収まるように精密に制御できる。このため、例えば、半導体ウェハ上に各半導体層及び各電極を形成して、複数の半導体レーザ素子１０を同時に製造する場合であっても、各半導体レーザ素子１０の特性を均一化することができる。より具体的には、各半導体レーザ素子１０の光及び電流の閉じ込め効果のばらつきを抑制できる。また、複数のリッジ１８０を有するアレイ型の半導体レーザ素子においては、各リッジ１８０における出力特性を均一化できる。また、ｐ型第１クラッド層１３３のＧａＮ層に対するエッチングの選択比を高めることで、平坦部の最上面と突出部の側面との間に緩斜面部又は溝が形成されることを抑制できる。

【0061】

また、ｐ型第１クラッド層１３３が超格子構造を有することで、ｐ型第１クラッド層１３３のＡｌ組成比を抑制しつつ、選択比を大きくできるため、ｐ型第１クラッド層１３３の高抵抗化を抑制できる。

【0062】

また、半導体レーザ素子１０において、平坦部１３３ａの最上面には、ｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の最も上に積層された層が露出していてもよい。

【0063】

このように平坦部１３３ａの最上面にｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の最も上に積層された層が露出する場合、平坦部１３３ａの最上面の積層方向における位置が、超格子構造を形成する最上層の厚みの範囲内に制御されている。つまり、半導体レーザ素子１０における平坦部１３３ａの最上面の積層方向における位置を一層精密に制御できる。したがって、半導体レーザ素子の出力特性を一層安定化させることができる。

【0064】

また、半導体レーザ素子１０は、ｐ型第２クラッド層１３４上に配置されるｐ型第３クラッド層１３５を備えてもよい。

【0065】

これにより、活性層１２０への光閉じ込め効果を高めることができる。

【0066】

また、半導体レーザ素子１０において、ｐ型第２クラッド層１３４の厚みは、ｐ型第３クラッド層１３５の厚みより小さくてもよい。

【0067】

これにより、ｐ型第２クラッド層１３４の屈折率が、ｐ型第１クラッド層１３３の平均屈折率より高い場合にも、ｐ型第３クラッド層１３５によって、活性層１２０への十分な光閉じ込め効果を得ることが可能となる。

【0068】

また、半導体レーザ素子１０において、ｐ型第３クラッド層１３５は、１以上のＡｌ_ｖＧａ_１－ｖＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｗＧａ_１－ｗＮ層（０≦ｖ＜ｗ≦１）の各々が交互に積層される超格子構造を有してもよい。

【0069】

これにより、ｐ型第３クラッド層１３５の電気抵抗を低減できるため、半導体レーザ素子１０の駆動電圧を低減できる。

【0070】

また、半導体レーザ素子１０において、ｐ型第１クラッド層１３３の突出部１３３ｂの平坦部１３３ａから突出する高さは、ｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の周期膜厚以下であってもよい。

【0071】

このように、突出部の平坦部から突出する高さが、ｐ型第１クラッド層１３３の超格子構造の周期膜厚以下である場合、平坦部の最上面の積層方向における位置が、超格子構造を形成する周期膜厚以下の範囲内に制御されている。つまり、半導体レーザ素子における平坦部の最上面の積層方向における位置を一層精密に制御できる。したがって、半導体レーザ素子の出力特性をより一層安定化させることができる。

【0072】

また、半導体レーザ素子１０において、ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦０．５）の各々が交互に積層される超格子構造を有してもよい。

【0073】

このように、ｐ型第１クラッド層１３３のＡｌ組成比を０．５以下に抑制できるため、ｐ型第１クラッド層１３３における電気抵抗を抑制できる。

【0074】

また、半導体レーザ素子１０において、ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦０．２）の各々が交互に積層される超格子構造を有してもよい。

【0075】

このように、ｐ型第１クラッド層１３３のＡｌ組成比を０．２以下に抑制できるため、ｐ型第１クラッド層１３３における電気抵抗をさらに抑制できる。

【0076】

また、半導体レーザ素子１０において、ｐ型第１クラッド層１３３は、１以上のＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層の各々及び１以上のＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層（０≦ｘ＜ｙ≦０．１）の各々が交互に積層される超格子構造を有してもよい。

【0077】

このように、ｐ型第１クラッド層１３３のＡｌ組成比を０．１以下に抑制できるため、ｐ型第１クラッド層１３３における電気抵抗をさらに抑制できる。

【0078】

（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、ｐ型半導体層１３０と絶縁層１５０との間に酸化被膜が配置される点において、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１０と相違する。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１０とは異なる構成を中心に図１０を用いて説明する。

【0079】

図１３は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０ａの全体構成を示す断面図である。図１３には、半導体レーザ素子１０ａが有するリッジ１８０の長手方向（つまり、レーザ光の共振方向）に垂直な断面が示されている。

【0080】

図１３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１０ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１０と同様に、基板１００と、ｎ型半導体層１１０と、活性層１２０と、ｐ型半導体層１３０と、ｐ型コンタクト層１４０と、絶縁層１５０と、ｐ電極１６０と、ｎ電極１７０とを備える。本実施の形態に係る半導体レーザ素子１０ａは、酸化被膜４００をさらに備える。

【0081】

酸化被膜４００は、ｐ型半導体層１３０と、絶縁層１５０との間に配置される酸化膜である。より詳しくは、酸化被膜４００は、ｐ型第１クラッド層１３３の平坦部１３３ａの上面、及び、リッジ１８０の側面と、絶縁層１５０との間に配置される。

【0082】

酸化被膜４００は、例えば、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１０の製造方法において説明したリッジ１８０を形成する工程のうち、酸素を数％添加した塩素系ガスを用いて選択エッチングを行う際に形成することができる。酸化被膜４００は、窒化物半導体（ここでは、ＧａＮ又はＡｌＧａＮ）が酸化されて形成されたものであるため、酸化アルミニウム又は、酸化ガリウムからなる。酸化被膜４００の膜厚は、１００ｎｍ以下である。また、酸化被膜４００の膜厚は、１０ｎｍ以上であってもよい。また、酸化被膜４００は、窒化物半導体が完全に酸化された膜に限定されず、一部が酸化された膜であってもよい。例えば、酸化被膜４００は、Ａｌ_αＧａ_１－αＯ_βＮ_１－β（０≦α＜１、０＜β≦１）で表される組成を有する膜であってもよい。

【0083】

以上のような構成を有する半導体レーザ素子１０ａにおいても、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１０と同様の効果が奏される。

【0084】

（その他の実施の形態）
以上、本開示に係る半導体レーザ素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したもの、又は、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0085】

例えば、上記各実施の形態においては、第１導電型及び第２導電型は、それぞれ、ｎ型及びｐ型であったが、第１導電型及び第２導電型は、それぞれ、ｐ型及びｎ型であってもよい。つまり、基板１００と活性層１２０との間に、ｐ型半導体層が積層され、活性層１２０の上方にｎ型半導体層が積層されてもよい。

【0086】

また、上記各実施の形態では、半導体レーザ素子１０は、ｎ側光ガイド層１１２、ｐ側光ガイド層１３１、ｐ型ＯＦＳ層１３２、及びｐ型第３クラッド層１３５を備えたが、これらの各層は、必須の構成要素ではない。つまり、本開示に係る半導体レーザ素子は、これらの層の少なくとも一つを備えなくてもよい。

【0087】

また、上記各実施の形態においては、半導体レーザ素子は、一つのリッジを有したが、複数のリッジを有してもよい。

【0088】

また、上記各実施の形態において、ｐ型第１クラッド層１３３及びｐ型第３クラッド層１３５は、同様の層からなる超格子構造を有してもよい。つまり、ｐ型第１クラッド層１３３が有するＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ層及びＡｌ_ｙＧａ_１－ｙＮ層が、それぞれ、ｐ型第３クラッド層１３５が有するＡｌ_ｖＧａ_１－ｖＮ層及びＡｌ_ｗＧａ_１－ｗＮ層と同様の組成を有してもよい。さらに言い換えると、Ａｌ組成比ｘ、ｙ、ｖ、ｗについて、ｘ＝ｖ、ｙ＝ｗが成り立ってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本開示に係る半導体レーザ素子は、安定した出力特性を有し、高抵抗化が抑制された低駆動電圧の半導体レーザ素子として、例えば、加工用レーザ装置の光源などとして利用可能である。

【符号の説明】

【0090】

１０、１０ａ 半導体レーザ素子
１００ 基板
１１０ ｎ型半導体層
１１１ ｎ型クラッド層
１１２ ｎ側光ガイド層
１２０ 活性層
１３０ ｐ型半導体層
１３１ ｐ側光ガイド層
１３２ ｐ型オーバーフロー制御層（ｐ型ＯＦＳ層）
１３３ ｐ型第１クラッド層
１３３ａ 平坦部
１３３ｂ 突出部
１３４ ｐ型第２クラッド層
１３４ｓ 側面
１３５ ｐ型第３クラッド層
１４０ ｐ型コンタクト層
１５０ 絶縁層
１６０ ｐ電極
１７０ ｎ電極
１８０ リッジ
２００ マスク
３００ リッジ側面
３００ａ 緩斜面部
３００ｂ 溝
３１０ エッチング面
４００ 酸化被膜
５００ ＧａＮ層
５０１ ＡｌＧａＮ層
５２０、５３０ 矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】