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JP2017050318A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体レーザの特性を向上させる。
【解決手段】ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の間に、電流ブロック層が配置され、この電流ブロック層間の領域である電流狭窄領域ＣＣを有する半導体レーザを次の構成とする。入射側（ＨＲ側）から出射側（ＡＲ側）までの間に、幅広部ＷＰ、テーパ部ＴＰ、幅狭部ＮＰ、テーパ部ＴＰおよび幅広部ＷＰが順に配置されている電流狭窄領域ＣＣの、幅広部ＷＰの上方において、絶縁層の開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くし、幅広部ＷＰの両端を絶縁層ＩＬで覆う構成とする。かかる構成により、幅広部ＷＰでのスーパールミネッセンスの発生を抑制することができ、これにより、ビーム品質の向上とビームの高出力化を図ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、窒化物半導体を用いた半導体レーザに好適に利用できるものである。
近年、精密計測応用機器（産業用あるいは医療用のセンサー機器、または分析装置）に半導体レーザが用いられている。
例えば、特許文献１（特開２０００−１９６１８８号公報）には、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子が開示されている。
特開２０００−１９６１８８号公報
本発明者は、窒化物半導体を用いた半導体レーザの研究開発に従事しており、その性能の向上について、鋭意検討している。その過程において、半導体レーザの性能を向上させるために、その構造に関し、更なる改善の余地があることが判明した。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本願において開示される一実施の形態に示される半導体装置は、第１部と、第１部の一方の側であって、第１側面部に配置された第２部と、第１部の他方の側であって、第２側面部に配置された第３部とを有する電流狭窄領域を有する。そして、さらに、電流狭窄領域の上方に、開口部を有する絶縁膜を有する。そして、第２部の幅は、第２部の上方に位置する絶縁膜の開口部の幅より大きく、第２部の両端は、絶縁膜で覆われている。
本願において開示される以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。
実施の形態１の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態１の半導体レーザの構成を示す平面図である。 電流狭窄領域の水平方向の光波強度密度またはキャリア密度を示す図である。 光波強度波形とキャリア密度の重なり積分を示す図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す平面図である。 実施の形態２の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態２の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す平面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 検討例の半導体レーザの構成を示す断面図である。 検討例の半導体レーザの構成を示す断面図である。 検討例の半導体レーザの構成を示す平面図である。 検討例の半導体レーザの構成を示す平面図である。 半導体レーザの導波路への入射モードと電界強度分布との関係を示す図である。 半導体レーザの電流−光出力特性と出射光の遠視野像を示す図である。 実施の形態３の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態３の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態３の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態３の半導体レーザの構成を示す平面図である。 テーパ部の長さを変えた場合の導波路の電界強度分布を示す図である。 テーパ部の長さと導波路の１Ｐａｔｈの透過率との関係を示す図である。 テーパ部の長さを変えた場合について、電流と光出力との関係を示す図である。 実施の形態４の半導体レーザの構成を示す平面図である。 ２つのテーパ部の長さの比を変えた場合の導波路の電界強度分布を示す図である。 実施の形態５の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態６の応用例１の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態６の応用例２の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態６の応用例３の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態７の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態７の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態７の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態７の半導体レーザの構成を示す平面図である。 実施の形態７の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態７の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態７の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態７の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
（実施の形態１）
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、その前に、本発明者の検討事項について説明する。
［検討事項］
半導体レーザにおいて、導波路の幅を拡大することにより、光出力を向上させることができる（方法１）。導波路とは、光の通路を言い、半導体レーザにおいては、主として光が往復（発振）する活性層内の領域をいう。この方法１においては、導波路を広くしすぎると、基本モードに加え、１次モードまで、あるいは２次モードまでの高次モードが、潜在的に発振可能な許容モードとなる。そして、発振光によるホールバーニングによって引き起こされる導波路の横方向利得分布の乱れにより、基本モードと高次モードが混合した発振が生じる。これにより、電流−光出力特性おけるキンク発生、発振波長スペクトル特性の不安定化やファーフィールドパターンの乱れ、などの発振特性、ビーム品質の悪化が生じる。基本モードは、単峰性であり、１次モードは、ピーク数が２であり、２次モードは、ピーク数が３である。
具体的に、光出力３００ｍＷ以上となるように、半導体レーザの導波路の幅を広げたところ、１００ｍＷ以下の光出力においてビーム品質の悪化が起こることが判明した。このように、３００ｍＷ以上の光出力とビーム品質の両立を実現することが困難なことが分かった。
一方、ビーム品質を確保するため、縦方向および横方向の光閉じ込めの構成の一方または両方を弱めることで、高次モードが発振しにくい設計とすることができる（方法２）。しかしながら、この方法２では、発振閾値電流密度が高くなり温度特性が低下する。
このように、半導体レーザの高出力化と、ビーム品質との両立を維持しつつ、温度特性の低下を抑えるためには、縦方向および横方向の光閉じ込めの構成を採用しつつ、導波路の幅を高次モードを許容しない程度に狭くし、かつ光出射端面においては、導波路の幅を高出力動作を可能とする程度に広くすることが好ましい。このように、導波路の長手方向において導波路の幅が異なる構造の採用に加え、共振器を通過する際に生じる導波損失が十分に小さく、発振閾値電流密度、温度特性への影響が極力抑えられた構造を備えることが好ましい。
次いで、本発明者が事前に検討した半導体装置（半導体レーザ）について説明する。図３１〜図３４は、検討例の半導体レーザの構成を示す平面図または断面図である。図３１、図３２は断面図であり、図３３、図３４は、平面図である。図３１、図３２の断面図は、図３３、図３４のＡ−Ａ断面部、Ｂ−Ｂ断面部と対応する。
図３１および図３２に示すように、検討例の半導体レーザは、基板としてｎ型基板ＮＳを用い、その上に順次積層された、複数の窒化物半導体層を有する。具体的には、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ、活性層ＭＱＷ、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが下から順に配置されている。また、最上層のｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、ｐ側電極ＰＥＬが配置され、ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとは、絶縁層（絶縁膜）ＩＬの開口部ＯＡを介して接している（図３３参照）。
そして、検討例の半導体レーザにおいては、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとｎ型光ガイド層ＮＬＧとの間に、電流ブロック層ＢＬが配置されている。この電流ブロック層ＢＬ間が電流狭窄領域ＣＣとなる。図３４に示すように、電流狭窄領域ＣＣは、Ｙ方向の中央部に位置する幅狭部ＮＰと、その端部に位置する幅広部ＷＰとを有する。幅狭部ＮＰと幅広部ＷＰとの間は、テーパ部ＴＰである。幅狭部ＮＰの幅は、Ｗｎであり、幅広部ＷＰの幅（Ｘ方向の長さ、Ｘ方向の幅）は、幅Ｗｗである。また、開口部ＯＡの幅は、幅Ｗｉである。幅Ｗｎ＜幅Ｗｗ＜幅Ｗｉの関係にある。幅狭部ＮＰのＹ方向の長さはＬｎ、幅広部ＷＰのＹ方向の長さはＬｗ、テーパ部ＴＰのＹ方向の長さはＬｔである。
図３５は、半導体レーザの導波路への入射モードと電界強度分布との関係を示す図である。左図は、電流狭窄領域の平面図を示し、右図は、それぞれ基本モードの場合、１次モードの場合、２次モードの場合を示す。ここでは、半導体レーザの共振器をパッシブな導波路と仮定した。また、８００μｍの導波路をＨＲ側端面からＡＲ端面側へ伝搬する際の電界強度分布を、ビーム伝搬法を用いて計算し、コンター表示した。幅Ｗｗ＝４μｍ、幅Ｗｎ＝１．３μｍ、長さＬｗ＝４０μｍ、長さＬｔ＝２００μｍ、長さＬｎ＝３２０μｍとした。
入射光が基本モードの場合は、共振器の端面をミラーにして往復するモードを念頭に、８００μｍの長さの導波路の１Ｐａｔｈの出射電界パターンを、数回再帰的に入射し、収束させて求めた。この場合、導波路の１Ｐａｔｈの透過率は９９．９％となった。
一方、入射光が高次モードである場合には、幅狭部において光が導波路の外に向かって散逸してしまい、導波路の１Ｐａｔｈの透過率は、１次モードで２２．１％、２次モードで０．４５％となった。
以上のことから、共振器の長手方向の導波路の幅を制御することにより、共振器の内部の幅狭部を高次モードの導波を阻止するフィルタとして機能させつつ、基本モードの導波損失がほとんどない共振器を得ることが可能となる。
また、幅狭部ＮＰ（幅Ｗｎ＝１．３μｍ）を基準にすると、幅広部ＷＰ（幅Ｗｗ＝４．０μｍ）の端面における基本モードの光強度密度のピーク値は、０．４５倍に低下するものと算出された。端面の光学破壊耐性に関わる動作光出力の上限は光強度密度で決まるので、幅Ｗｗを４．０μｍとすることにより、幅狭部ＮＰを端部まで延在させた場合の２倍強の光出力で動作が可能となる。
このように、検討例の半導体レーザにおいては、電流狭窄領域ＣＣの幅狭部ＮＰの両端に幅広部ＷＰを設けることにより、ビーム品質低下の抑止と動作光出力の向上を図ることができる。
図３６は、半導体レーザの電流−光出力特性と出射光の遠視野像を示す図である。（Ａ）は、電流−光出力特性を示す。横軸は電流（ｍＡ）を示し、縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。右側の縦軸に、スロープ効率（Ｗ／Ａ）を示す。（Ａ）に示すように、光出力１７０ｍＷ付近で電流−光出力線の屈曲が見られ、この付近で、スロープ効率（細線）が急激に低下している。
しかしながら、（Ｂ）に示すように、光出力３００ｍＷにおける遠視野像について、水平方向の遠視野像は単峰性を示しており、基本モードの遠視野像との違いはなかった。即ち、電流狭窄領域ＣＣの幅を広くしたときに見られるキンク発生に伴う１次モードまたは２次モードの混在波形は確認されなかった。
以上の結果から、図３６（Ａ）に示す電流−光出力線の屈曲は、幅広部ＷＰにおける“スーパールミネッセンスの発生”が関与していると考察される。
エッジエミッタ型の発光素子において、スーパールミネッセンスが起こる条件は、（１）共振器の端面の反射率が低い、（２）電流狭窄領域ＣＣの延在方向を端面に垂直な方向からずらす、などがある。このように、光が共振器をラウンドトリップする間の導波損失を大きくし、発振に有利なモードにとっての閾値利得を大きな値となるようにする。このような場合、高い電流領域でも発振が起こらないため、活性層のキャリア密度の増大と自然放出光強度の増大により、ラウンドトリップに至らない短距離の導波の間に強い誘導放出が起こることによってスーパールミネッセンスが起こる（第１メカニズム）。
しかしながら、上記検討例の半導体レーザの電流−光出力線の屈曲の後で顕著となる“スーパールミネッセンス”は、上記第１メカニズムとは異なるメカニズムで引き起こされる。これについて以下に説明する。
結論から言えば、電流−光出力線の屈曲に伴うスーパールミネッセンスは、端面近傍の幅広部ＷＰにおいて、水平方向のキャリア分布に急激な高低差が生じることによって引き起こされる。
キャリア分布の急激な高低差とは、半導体レーザの高出力域で起こるとされる空間的ホールバーニングをトリガーとするものであるが、電流狭窄領域ＣＣの延在方向の幅が変化する構造においては、以下のようなメカニズムにより生じる。
まず、一般的なホールバーニングについて説明する。比較的低い光出力の領域においては、電流狭窄領域ＣＣの各断面の活性層のキャリア分布は、定常的なプロファイルにクランプされ基本モードが安定した利得を受ける状態にある。このため、電流を増加させ光出力を増す過程において安定した発振状態が保たれる。即ち、基本モードである単一ピーク形状によって各断面の中央部においては光強度が強く、誘導放出による活性層のキャリアの消費速度が速くなる。しかしながら、クラッド層からの活性層への電流注入バランスおよび活性層内のキャリアの拡散により、キャリア密度を均一ならしめる調整機構が機能する。このため、断面の中央部のキャリア密度の低下量と、その高低差は僅かなものに抑えられる。このため、基本モード発振は、安定した水平方向の屈折率・利得プロファイルの下で保持される。ここで、さらに光強度を増すと、活性層のキャリア消費速度が増し、断面においてキャリアの消費速度の差異が拡大する。これに従い、キャリア密度の低下を抑える機構およびキャリア密度を均一ならしめる機構の応答速度が不足する領域に達してしまう。このとき、光強度の強い部分での局所的なキャリア密度の低下が顕著となり、それによって引き起こされる光強度ピーク部位での利得の低下および屈折率の増大によるセルフフォーカシング現象による導波不安定が起こる。これにより、電流−光出力線の屈曲（キンク）が生じるに至る。
さらに、幅広部ＷＰを有する電流狭窄領域ＣＣのキャリア密度について説明する。電流−光出力線の、発振閾値を僅かに超える低い光出力の領域において、幅狭部ＮＰの活性層のＸ方向のキャリア密度は、安定なクランプ状態にある。このため、光出力の増減に対してキャリア密度の変動が小さい。これは、光強度の分布幅が、幅狭部ＮＰの幅（Ｗｎ）とオーバラップするため、活性層に注入されたキャリアが、注入されたＸ方向の位置によらず速やかに誘導放出により消費されるためである。
しかしながら、幅広部ＷＰにおいては、光強度の分布幅は、幅狭部ＮＰより拡大するものの、電流狭窄領域ＣＣへの光の閉じ込め効果が大きくなるため、幅広部ＷＰの両端部では、光波強度が小さく、誘導放出によるキャリアの消費速度が中央部よりも低い状態となる。言い換えれば、キャリアのクランプが弱くなる。
このような、低い光出力の領域から電流を増加すると、以下の（１）〜（４）の現象が生じる。
（１）幅広部ＷＰの両端部で、キャリア密度が増加する。
（２）開口部ＯＡの幅Ｗｉが、幅広部ＷＰの幅Ｗｗより大きいため、幅広部ＷＰの中央部と両端部とでは同程度の速度で電流（キャリア）が注入される。このため、発振初期（低い光出力の領域）においては、キャリア密度の差異は小さく、電流の注入バランスやキャリアの拡散による、キャリア密度を均一ならしめる調整機構が機能し難い。
（３）光出力が増して、幅広部ＷＰの中央部で、空間的ホールバーニングが生じると、中央部のキャリア密度が相対的に低くなる。そして、セルフフォーカシングが起こり始めると、上記（１）、（２）のキャリアのクランプの弱化と、キャリア密度の増加とによりポジティブフィードバックが作用する。このため、幅広部ＷＰのＸ方向のキャリア密度の高低差がさらに拡大する。
（４）電流狭窄領域ＣＣの延在方向における単位長さ当たりの電気抵抗は、幅狭部ＮＰよりも幅広部ＷＰで小さくなる。このため、単位長さ当たりのキャリアの注入量は、幅広部ＷＰで大きくなる。このキャリアの注入量の増加は、上記（１）〜（３）を助長する。
これら（１）〜（４）の現象が進行するに伴い、端面近傍の幅広部ＷＰの両端部において、キャリアの注入密度の増大による自然放出光（ＡＳＥ）の強度が増大する。そして、電流を増やすと自然放出光（ＡＳＥ）が誘導放出を起こすレベルに達しスーパールミネッセンス状態となる。
このように、幅広部ＷＰにおいては、基本モードに寄与する誘導放出と、自然放出光（ＡＳＥ）による誘導放出との競合が起こる。幅広部ＷＰにおいて、自然放出光（ＡＳＥ）による誘導放出が顕著になり始め、電流の増加に伴い、自然放出光（ＡＳＥ）の強度が増加すると、基本モードの利得は低下する。これにより、基本モードの発振の閾値が上昇する。
このように、検討例の半導体レーザの電流−光出力線の屈曲は、幅広部ＷＰのスーパールミネッセンスが起こるポイントであり、以降のスロープ効率の低下は、基本モードの発振の閾値が徐々に増大していることに起因するものである。以上の電流−光出力線の屈曲の発生メカニズムを踏まえ、以下に、実施の形態を説明する。
［実施の形態１の説明］
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体レーザ（半導体装置）について詳細に説明する。図１〜図４は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す平面図または断面図である。図１、図２は断面図であり、図３、図４は、平面図である。図１、図２の断面図は、図３、図４のＡ−Ａ断面部、Ｂ−Ｂ断面部と対応する。
［構造説明］
図１、図２に示すように、本実施の形態の半導体レーザは、基板としてｎ型基板ＮＳを用い、その上に順次積層された、複数の窒化物半導体層を有する。具体的には、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ、活性層ＭＱＷ、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが下から順に配置されている。このように、本実施の形態の半導体レーザは、活性層ＭＱＷが上層および下層に配置された逆導電型の窒化物半導体により挟まれた構造を有している。
そして、最上層のｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、ｐ側電極ＰＥＬが配置され、ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとは、絶縁層（絶縁膜）ＩＬの開口部ＯＡを介して接している（図３参照）。ｐ型クラッド層ＰＣＬＤとｐ型光ガイド層ＰＬＧとの間に、電流ブロック層（電流ブロック膜、電流ブロック領域）ＢＬが配置されている。２つの電流ブロック層ＢＬは、所定の間隔をおいて配置され、電流ブロック層ＢＬ間が電流狭窄領域ＣＣとなる（図４参照）。活性層ＭＱＷが露出している側面（図３、図４では、上側の面と下側の面、端面）が、後述する共振器を構成する劈開面となる。対向する２つの劈開面には、反射防止膜ＡＲまたは高反射膜ＨＲが形成されている。高反射膜ＨＲが形成された側（ＨＲ側）が、光の入射側であり、反射防止膜ＡＲが形成された側（ＡＲ側）が、光の出射側である。
以下に半導体レーザの動作について簡単に説明する。
まず、ｐ側電極ＰＥＬに正電圧を印加し、ｎ側電極ＮＥＬに負電圧を印加する。これにより、ｐ側電極ＰＥＬからｎ側電極ＮＥＬに向かって順方向電流が流れ、ｐ側電極ＰＥＬからｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型光ガイド層ＰＬＧを介して活性層ＭＱＷに正孔が注入される。この際、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡおよび電流狭窄領域ＣＣを介して、ｐ側電極ＰＥＬから活性層ＭＱＷへと電流が流れる。一方、ｎ側電極ＮＥＬからは、ｎ型基板ＮＳに電子が注入され、注入された電子は、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｎ型光ガイド層ＮＬＧを介して、活性層ＭＱＷに注入される。
活性層ＭＱＷでは、注入された正孔と電子によって反転分布が形成され、電子が伝導帯から価電子帯に誘導放出によって遷移することにより、位相の揃った光が発生する。そして、活性層ＭＱＷで発生した光は、活性層ＭＱＷよりも屈折率の低い周囲の半導体層（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｎ型クラッド層ＮＣＬＤ）により、活性層ＭＱＷ内に閉じ込められる。さらに、活性層ＭＱＷ内に閉じ込められている光は、半導体レーザに形成されている劈開面からなる共振器を往復することにより、誘導放出によって増幅される。その後、活性層ＭＱＷ内でレーザ光が発振して、レーザ光が射出される。
ここで、前述したとおり、本実施の形態の半導体レーザにおいては、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとは、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡを介して接している。この開口部ＯＡは、図３に示すように、Ｙ方向に延在する。別の言い方をすれば、開口部ＯＡの長手方向は、Ｙ方向である。そして、Ｙ方向の略中央部の開口部ＯＡの幅（中央幅）は、比較的広く、Ｗｉｃである。また、Ｙ方向の略中央部の一方の側であって、ＨＲ側（図３においては、下側）の開口部ＯＡの幅は、比較的狭く、Ｗｉｅである。また、Ｙ方向の略中央部の他方の側であって、ＡＲ側（図３においては、上側）の開口部ＯＡの幅（端部幅）は、比較的狭く、Ｗｉｅである。幅Ｗｉｃ＞幅Ｗｉｅの関係がある。このように、開口部ＯＡの上面から見た形状（以下、平面形状という）は、略中央部位置する幅広部と、この幅広部の両側に位置する幅狭部とを有する。幅Ｗｉｃは、例えば、４μｍ、幅Ｗｉｅは、例えば、１．６μｍ程度である。
また、本実施の形態の半導体レーザにおいては、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとｎ型光ガイド層ＮＬＧとの間に、電流ブロック層（電流ブロック膜、電流ブロック領域）ＢＬが配置されている。図４に示すように、Ｙ方向に延在する２つの電流ブロック層ＢＬが、所定の間隔を置いて配置されている。この電流ブロック層ＢＬ間が電流狭窄領域ＣＣとなる。この電流狭窄領域ＣＣは、Ｙ方向に延在する。別の言い方をすれば、電流狭窄領域ＣＣの長手方向は、Ｙ方向である。具体的には、電流狭窄領域ＣＣは、Ｙ方向の略中央部に位置する幅狭部ＮＰと、Ｙ方向の端部に位置する幅広部ＷＰとを有する。幅広部ＷＰは、側面（図３、図４では、上側の面と下側の面、端面、劈開面）と接している。この幅狭部ＮＰと幅広部ＷＰとの間は、テーパ部（略台形状部）ＴＰであり、幅狭部ＮＰから幅広部ＷＰにかけてその幅が徐々に大きくなっている。幅狭部ＮＰの幅は、Ｗｎであり、幅広部ＷＰの幅は、Ｗｗである。また、前述した開口部ＯＡの幅は、Ｙ方向の中央部において、Ｗｉｃであり、Ｙ方向の端部においてＷｉｅであり、幅Ｗｉｃ＞幅Ｗｉｅの関係がある。そして、幅Ｗｗ＞幅Ｗｉｅ、幅Ｗｉｃ＞幅Ｗｎの関係にある。幅狭部ＮＰのＹ方向の長さはＬｎ、幅広部ＷＰのＹ方向の長さはＬｗ、テーパ部ＴＰのＹ方向の長さはＬｔである。なお、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡのうち、Ｙ方向の略中央部位置する幅広部のＹ方向の長さはＬｎ、また、Ｙ方向の端部に位置する幅狭部のＹ方向の長さは、（Ｌｔ＋Ｌｗ）である。
このように、本実施の形態においては、電流狭窄領域ＣＣの幅広部ＷＰの上方において、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くし、幅広部ＷＰの両端（図４においては、左右、Ｘ方向の両端）を絶縁層ＩＬで覆う構成としたので、「検討事項」の欄において説明した幅広部ＷＰでのスーパールミネッセンスの発生を抑制することができる。これにより、ビーム品質の向上とビームの高出力化を図ることができる。また、高い光出力域でのビーム品質、高温動作性、消費電力を向上させることができる。
図５は、電流狭窄領域の水平方向の光波強度密度またはキャリア密度を示す図である。図５（Ａ）は、幅広部の光波強度密度を、図５（Ｂ）は、幅広部および幅狭部のキャリア密度を示す。Ｗｗが４μｍの場合について、光導波路計算に基づいて算出した。
図５（Ａ）に示すように、基本モード、１次モードおよび２次モードの３つのモードが許容される。各モードの強度は水平方向の積分値が異なるモード間で同一値となるよう規格化されている。算出条件として、水平方向の実効的屈折率差（△ｎ）を５×１０−３としている。
図５（Ｂ）の一点鎖線のグラフは、幅Ｗｗ＝４μｍの幅広部ＷＰにおけるキャリア密度であって、開口部ＯＡの端部幅Ｗｉｅ＝１．６μｍの場合を示す。また、破線のグラフは、幅Ｗｗ＝４μｍの幅広部ＷＰにおけるキャリア密度であって、開口部ＯＡの端部幅Ｗｉｅ＝４μｍの場合を示す。ここでは、幅Ｗｉｅ＝１．６μｍの場合と、幅Ｗｉｅ＝４μｍの場合において、キャリア密度の水平方向の積分値が同一値となるよう規格化されている。算出条件として、ｐ型光ガイド層ＰＬＧの抵抗率を１Ωｃｍ、膜厚を０．１μｍとし、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤの抵抗率を１Ωｃｍ、膜厚を０．５μｍとしている。また、活性層ＭＱＷ内でのキャリア拡散長を０．５μｍとし、幅４μｍのストレート導波路、共振器の長さ８００μｍの場合において、６５ｍＡの電流注入とした。
ここで、図５（Ａ）の基本モード、１次モードおよび２次モードのそれぞれについて、光波強度波形とキャリア密度の重なり積分を計算し、各値を比較する。このような比較は、電流狭窄領域ＣＣの長手方向（Ｙ方向）の単位長さあたりに一定のキャリアが注入され、一定の光出力が生じた場合の、各モードが受ける光誘導放出速度を比較することと対応する。
図６は、光波強度波形とキャリア密度の重なり積分を示す図である。図６（Ａ）は、基本モード、１次モードおよび２次モードのそれぞれについての重なり積分値（相対値）を示し、図６（Ｂ）は、重なり積分値を基本モードで規格化したものである。
図５（Ｂ）の破線（幅Ｗｉｅ＝４μｍ）の場合、水平方向位置−１．５μｍ〜１．５μｍにおいて、キャリア密度が比較的フラットとなっている。そして、水平方向位置２μｍ〜４μｍおよび−２μｍ〜−４μｍにおいて、キャリア密度の広がりが確認できる。このため、導波路の外側へ光波が広がる１次モードや２次モードにおいて、重なり積分が大きくなる（図６（Ａ）、（Ｂ））。このため、図６（Ｂ）に示すように、１次モードおよび２次モードの誘導放出確率は、それぞれ基本モードの０．８７倍、０．９３倍程度と、モード間の差異が小さい。幅Ｗｉｅが小さくなるにしたがって、キャリア密度の分布幅は、導波路内の狭い範囲で先鋭度が増す。幅Ｗｉｅが１．８μｍ以下となると、誘導放出確率は、１次、２次モードのいずれも基本モードの０．７倍以下となる。
以上の結果から、本実施の形態の効果として、以下の＜１＞〜＜４＞のことが分かる。
＜１＞図５（Ｂ）に示すように、幅Ｗｉｅを幅Ｗｗよりも狭くし、キャリア密度を幅Ｗｗの範囲で先鋭化させ、基本モードの光強度が小さく、キャリア密度のクランプ作用の弱い幅広部ＷＰの左右端部におけるキャリア密度を、小さくする。これにより、光強度の増加に伴い、ホールバーニングが引き起こす、幅広部ＷＰの中央部におけるキャリア密度低下が生じた場合の、セルフフォーカシング作用を小さくすることが可能となる。このため、検討例の構造で問題となったセルフフォーカシングとキャリア密度のクランプ作用の弱化とのポジティブフィードバックの発生を、起きにくくすることができる。
＜２＞電流の経路において上流部で狭く、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤの下部に向かって広がる構造であるため、基本モードの発振光強度に応じ導波路の中央部のキャリアの消費速度が大きくなっていったときに、電流の経路の短い導波路の中央に向かう電流が増す作用が働くため、ホールバーニングが起こりにくくなる。
＜３＞光出力の増加に伴い、導波路の中央部のホールバーンニングと導波路の左右端部のキャリアクランプ作用弱化のポジティブフィードバックの発生が生じ始める。この段階において、１次モードまたは２次モードの誘導放出の速度が予め基本モードの０．７倍以下に抑えられる。このため、１次モードまたは２次モードの誘導放出によるキャリア消費の速度の急増が起こり始める光出力値をより高く引き上げることができる。
＜４＞幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰにおいて絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅Ｗｉｅを狭くすることにより、共振器の長手方向（Ｙ方向）における単位長さあたりの電気抵抗を調整することができる。具体的には、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの電気抵抗を高くすることによって、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰと幅狭部ＮＰとの抵抗差を小さくすることができる。これにより、キャリアクランプ作用の弱い幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰへ注入されるキャリア量が偏る傾向を抑えることができる。
以上の＜１＞〜＜４＞の効果は相乗的に働くため、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの両側（図４においては、左右）のキャリア密度の増大を抑えることが可能となる。したがって、「検討事項」の欄において説明した電流−光出力特性の高電流域における屈曲、すなわちスーパールミネッセンスの発生を抑えることができる。これにより、より高い光出力まで上記屈曲の起こらないレーザ素子を得ることができる。
さらに、本実施の形態においては、上記＜１＞〜＜４＞以外に、次の特徴を有する。
＜５＞図４に示す幅広部ＷＰの長さＬｗは、例えば、４０μｍ程度である。この長さＬｗの値は、例えば、０．２５×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）となるよう設定される。Ｎｅｆｆ０は、幅広部ＷＰにおける基本モードの実効屈折率、Ｎｅｆｆ２は、幅広部ＷＰにおける２次モードの実効屈折率である。このように、長さＬｗを設定することで、共振器の反射損失を抑制することができる。
即ち、幅広部ＷＰにおいては、許容される３つのモードのうち、偶モードである基本モード（０次）と２次モードがある強度比（０次の強度が圧倒的に大きい）で混合した光波が伝搬する。このとき、基本モード（０次）と２次モードの伝搬定数の差に起因してビートが発生し、そのビートの値（ビート長）がλ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）となる。テーパ部ＴＰの幅の変化が直線的であるストレートテーパ型（台形型）においては、テーパ部ＴＰの幅広側の端部は、ほぼ、ビートの値が、節（中央強度ピークが極大）から腹（中央強度ピークが極小）に向かう中間ポイントとなる。
ビートが、劈開面で反射した場合、劈開面がビートの腹となるときには、反射したビートが再びテーパ部ＴＰの幅広側の端部に戻るときに、丁度、腹から節に向かう中間ポイントとなる。このため、光波が滑らかに接続し、共振器の反射損失が極小となる。この条件を定式化すると（０．２５＋Ｎ）×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）となる。
上記式のＮは０以上の整数値をとるが、キャリアクランプ作用の弱い部位を含む幅広部ＷＰの長さＬｗを短くすることによりスーパールミネッセンスの発生を抑えることができる。このため、Ｎ＝０の場合である０．２５×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）の条件を用いることが好ましい。また、Ｎ＝０を採用することで、導波路の面積の増大、すなわち発振閾値の増大を抑えることができる。ただし、最適なＬｗは必ずしも０．２５×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）に常に一致するわけではなく、導波路の水平方向の実効屈折率差Δｎや幅Ｗｗ、テーパ部ＴＰの長さＬｔの値などによって変動する。このため、Ｌｗは、λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）の０．１８倍〜０．３５倍に設定することが好ましい。
このように、本実施の形態の半導体装置（レーザ素子）は、上記＜１＞〜＜５＞の特徴を有する。本発明者の検討によれば、例えば、４００ｍＷ以上の光出力まで屈曲の起こらない電流−光出力特性を確認した。また、劈開面における基本モードの光強度密度のピーク値を、０．４５倍程度とすることができた。即ち、幅Ｗｗ＝４．０μｍの幅広部ＷＰのピーク値を、幅１．３μｍの幅狭部の０．４５倍程度とすることができた。これにより、少なくとも３００ｍＷ以上の高光出力での安定動作を確認することができた。
なお、本実施の形態においては、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの上方の絶縁層ＩＬの開口部の幅（Ｗｉｅ）を、例えば、１．６μｍ程度としたが、これより狭く（例えば、０．８μｍ）設定してもよい。この場合、キャリアの注入密度が幅狭部ＮＰにより集中し、上記＜４＞で説明した、共振器の長手方向の電気抵抗のバランスで許容される範囲において、上記＜１＞〜＜３＞の効果を最大限に引き出すことができる。このように、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの上方の絶縁層ＩＬの開口部の幅（Ｗｉｅ）は、特定の値に限定される必要はなく、幅広部ＷＰの幅Ｗｗより小さい範囲で、上記電気抵抗のバランスや利得のバランスを考慮しつつ、適宜調整可能である。
以下に、本実施の形態の半導体レーザの構成をさらに具体的に説明する（図１〜図４参照）。
前述したように、ｎ型基板ＮＳ上には、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤが配置されている。
ｎ型基板ＮＳとしては、例えば、ｎ型不純物が導入された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板（ｎ型ＧａＮ基板）を用いる。そして、このｎ型基板ＮＳは、＜１-１００＞方向に傾斜した（０００１）面を主面とする。言い換えれば、ｎ型基板ＮＳは、（０００１）面から＜１-１００＞方向にオフ角を有する。傾斜の角度（オフ角θ）は、例えば、０．１°〜３°程度であり、好ましくは、０．２°〜１°程度である。
ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとしては、例えば、ｎ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）を用いる。ｎ型クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）ＮＣＬＤの厚さは、例えば、２μｍ程度である。
また、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ上には、ｎ型光ガイド層ＮＬＧが配置されている。
ｎ型光ガイド層ＮＬＧとしては、例えば、ｎ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｎ型ＧａＮ層）を用いる。ｎ型光ガイド層ＮＬＧ（ｎ型ＧａＮ層）ＮＬＧの厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。
なお、上記ｎ型基板ＮＳ、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｎ型光ガイド層ＮＬＧのｎ型不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いる。
また、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ上には、活性層ＭＱＷが配置されている。
活性層ＭＱＷは、例えば、窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ層）からなる量子井戸層と、窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ層）からなる障壁層とを交互に積層した積層体よりなる。このような積層体の構造を、多重量子井戸構造と言う。そして、量子井戸層を構成する窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ井戸層）のインジウム組成と、障壁層を構成する窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ障壁層）のインジウム組成とは異なっている。所望の発振波長に応じて、これらの層のインジウム組成比と層厚を調整する。例えば、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ井戸層（厚さ３ｎｍ）と、アンドープのＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層（厚さ１３ｎｍ）とを用いることができる。この活性層ＭＱＷ中であって、電流狭窄領域ＣＣとの重なり領域が、導波路となる。
また、活性層ＭＱＷ上には、ｐ型光ガイド層ＰＬＧが配置されている。
ｐ型光ガイド層ＰＬＧとしては、ｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）を用いる。ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）ＰＬＧの厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。
ｐ型光ガイド層ＰＬＧ上には、電流ブロック層ＢＬが部分的に配置されている。
電流ブロック層ＢＬとしては、窒化アルミニウム層（ＡｌＮ層）を用いる。なお、電流ブロック層ＢＬとして、窒化アルミニウム・ガリウム層（ＡｌＧａＮ層）を用いてもよい。電流ブロック層（ＡｌＮ層）ＢＬの厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。
前述したように、電流ブロック層ＢＬは、長手方向がＹ方向である形状であり、２つの電流ブロック層ＢＬが、所定の間隔を置いて配置される。この電流ブロック層ＢＬ間が電流狭窄領域ＣＣとなり、電流狭窄領域ＣＣは、Ｙ方向に延在する。前述したように、ＨＲ側（図４においては、下側）からＡＲ側（図４においては、上側）までの間に、幅広部ＷＰ、テーパ部ＴＰ、幅狭部ＮＰ、テーパ部ＴＰおよび幅広部ＷＰが順に配置されている。そして、幅Ｗｎ＜幅Ｗｗの関係にある。図４に示すＹ方向は、光出射方向であり、＜１−１００＞方向となる。
電流ブロック層ＢＬおよびｐ型光ガイド層ＰＬＧ上には、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤが配置されている。
ｐ型クラッド層ＰＣＬＤとしては、例えば、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）とｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）とを交互に積層した超格子層を用いる。超格子層の厚さは、例えば、０．５μｍ程度である。
ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ上には、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが配置されている。
ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとしては、ｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）を用いる。ｐ型ＧａＮ層の厚さは、例えば、０．０２μｍ程度である。
上記ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴのｐ型不純物としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）を用いる。
なお、活性層ＭＱＷとｐ型光ガイド層ＰＬＧとの間にキャリア障壁層として、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を設けてもよい。
ここで、活性層ＭＱＷは、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤよりバンドギャップが小さい。また、活性層ＭＱＷは、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤよりバンドギャップが小さい。より具体的には、ここでは、活性層ＭＱＷの上には、ｐ型の窒化物半導体の積層部が設けられ、活性層ＭＱＷは、ｐ型の窒化物半導体の積層部を構成する各層よりバンドギャップが小さい。また、活性層ＭＱＷの下には、ｎ型の窒化物半導体の積層部が設けられ、活性層ＭＱＷは、ｎ型の窒化物半導体の積層部を構成する各層よりバンドギャップが小さい。また、ｎ型の窒化物半導体の積層部およびｐ型の窒化物半導体の積層部は、活性層ＭＱＷよりも屈折率が低い。
そして、電流ブロック層ＢＬは、活性層ＭＱＷ、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤのいずれよりもバンドギャップが大きい。より具体的には、電流ブロック層ＢＬは、活性層ＭＱＷ、その上のｐ型の窒化物半導体の積層部およびその下のｎ型の窒化物半導体の積層部のいずれの層よりもバンドギャップが大きい。
ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、絶縁層ＩＬが配置されている。この絶縁層ＩＬは、電流狭窄領域ＣＣの上方に開口部ＯＡを有する。
絶縁層ＩＬおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、ｐ側電極ＰＥＬが配置されている。即ち、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとは、絶縁層（絶縁膜）ＩＬの開口部ＯＡを介して接している。ｐ側電極ＰＥＬとしては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）／プラチナ（Ｐｔ）よりなるオーミック接触部、および、チタン（Ｔｉ）／プラチナ（Ｐｔ）／金（Ａｕ）よりなるカバー構造部、からなる積層体を用いる。
ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。ｎ側電極ＮＥＬとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜を用いる。
本実施の形態の半導体レーザの平面形状は、例えば、矩形状である。例えば、長辺が６００μｍ〜１０００μｍ、短辺が１５０μｍ〜２００μｍである。
［製法説明］
次いで、図７〜図２１を参照しながら、本実施の形態の半導体レーザの製造方法を説明するとともに、当該半導体レーザの構成をより明確にする。図７〜図２１は、本実施の形態の半導体レーザの製造工程を示す断面図または平面図である。
図７に示すように、ｎ型基板ＮＳとして、例えばｎ型不純物が導入された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、（０００１）面から＜１-１００＞方向にオフ角を有する基板を準備する（図５参照）。オフ角θは、例えば、０．１°〜３°程度であり、好ましくは、０．２°〜１°程度である。なお、このｎ型基板ＮＳとしては、フリースタンディング基板を用いることができる。フリースタンディング基板とは、炭化珪素基板やサファイア基板などの支持基板上に窒化ガリウムを成長させた基板である。
次いで、図８に示すように、上記ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとして、ｎ型ＡｌＧａＮ層を形成する。例えば、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、有機金属気相成長）装置を用い、キャリアガスと原料ガスを、装置内に導入しながら、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ（ｎ型ＡｌＧａＮ層）を結晶成長させる。キャリアガスには、水素、または窒素、または水素と窒素の混合ガスを用いる。原料ガスには、窒化物半導体の構成元素を含むガスを用いる。例えば、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ（ｎ型ＡｌＧａＮ層）の成膜の際には、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｎ型不純物の原料として、ＳｉＨ４（シラン）を用いる。ｎ型基板ＮＳを上記装置にセットし、ＮＨ３を供給しながら基板を昇温し、成長温度に到達後、原料ガスをキャリアガスとともに装置内に導入しながら、２μｍ程度の厚さのｎ型クラッド層ＮＣＬＤ（ｎ型ＡｌＧａＮ層）を結晶成長させる。成長温度は、例えば、１０００℃〜１１００℃程度である。
次いで、図９に示すように、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ（ｎ型ＡｌＧａＮ層）上に、ｎ型光ガイド層ＮＬＧとして、０．１μｍ程度の厚さのｎ型ＧａＮ層を形成する。例えば、ＭＯＶＰＥ装置を用い、キャリアガスと原料ガスを、装置内に導入しながら、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ（ｎ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。原料ガスとしては、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｎ型不純物の原料として、ＳｉＨ４（シラン）を用いる。成長温度は、例えば、１０００℃〜１１００℃程度である。
次いで、図１０に示すように、原料ガスを切り替え、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ上に活性層ＭＱＷ（インジウム組成の異なるＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造体）を結晶成長させる。活性層ＭＱＷ（ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層）の成膜の際には、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用いる。Ｉｎ原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）の流量を切り替えることにより、インジウム組成の異なるＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層を交互に積層することができる。成長温度は、例えば、８００℃〜９００℃程度である。活性層ＭＱＷの総膜厚は、例えば、０．０３５μｍ程度である。
次いで、図１１に示すように、原料ガスを切り替え、活性層ＭＱＷ上に、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）の成膜の際には、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、Ｃ１０Ｈ１０Ｍｇ）を用いる。成長温度は、例えば、１０００℃〜１１００℃程度である。
次いで、図１２〜図１５に示すように、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を形成する。まず、装置内の温度を低下させ、比較的低い温度で、図１２に示すように、０．１μｍ程度の厚さの電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を成長させる。電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）の成膜の際には、Ａｌ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用いる。成長温度は、例えば、２００℃〜６００℃程度である。このように、比較的低温（例えば、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤや後述の活性層ＭＱＷより低温）で成膜することにより、アモルファス状態の電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を形成することができる。
次いで、図１３〜図１５に示すように、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）をパターニングする。例えば、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）上に、ハードマスク（図示せず）を形成する。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いて、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）上に、酸化シリコン膜を形成する。次いで、酸化シリコン膜上に、フォトレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いて電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を残存させる領域にのみフォトレジスト膜を残存させる。次いで、フォトレジスト膜をマスクとして、ハードマスク（酸化シリコン膜）をエッチングする。次いで、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去する。次いで、ハードマスク（酸化シリコン膜）をマスクとして、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）をエッチングする。エッチング法としては、ドライエッチング法およびウェットエッチング法のいずれを用いてもよい。前述したとおり、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を比較的低温で成膜し、アモルファス状態の電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を形成しておくことにより、ウェットエッチング法を用いた場合でも、容易にエッチングを行うことができる。この後、ハードマスク（酸化シリコン膜）を除去する。なお、アモルファス状態の電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）は、以降の処理の熱負荷により結晶化する。
上記エッチングにより、２つの電流ブロック層ＢＬがｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）上に形成される。電流ブロック層ＢＬ間が電流狭窄領域ＣＣとなる。この電流狭窄領域ＣＣは、半導体レーザ形成領域（チップ領域）の端部まで延在している。別の言い方をすれば、ＨＲ側の劈開面となる端部（図１５においては、下側）からＡＲ側の劈開面となる端部（図１５においては、上側）までの間に延在している。そして、電流狭窄領域ＣＣは、順に配置された、幅広部ＷＰ、テーパ部ＴＰ、幅狭部ＮＰ、テーパ部ＴＰおよび幅広部ＷＰを有する。幅Ｗｎ＜幅Ｗｗの関係にある。
次いで、図１６に示すように、原料ガスを切り替え、電流ブロック層ＢＬおよびｐ型光ガイド層ＰＬＧ上に、０．５μｍ程度の厚さのｐ型クラッド層ＰＣＬＤを結晶成長させる。ｐ型クラッド層ＰＣＬＤとして、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）上に、例えば、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）とｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）とを交互に積層した超格子層を形成する。ｐ型ＡｌＧａＮ層の成膜の際には、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。ｐ型ＧａＮ層の成膜の際には、上記原料ガスのうち、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の供給を停止する。このように、原料ガスのうち、Ａｌ原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の供給と停止を繰り返すことにより、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを交互に積層した超格子層よりなるｐ型クラッド層ＰＣＬＤを形成することができる。成長温度は、例えば、１０００℃〜１１００℃程度である。
次いで、図１７に示すように、原料ガスを切り替え、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ上に、０．０２μｍ程度の厚さのｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）の成膜の際には、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。成長温度は、例えば、１０００℃〜１１００℃程度である。
次いで、図１８〜図２１に示すように、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上に、絶縁層ＩＬとして、例えば、酸化シリコン膜をＣＶＤ法などを用いて形成する。次いで、電流狭窄領域上の絶縁層ＩＬを除去し、開口部ＯＡを形成する。例えば、フォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして、絶縁層ＩＬをエッチングし、次いで、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去する。これにより、電流狭窄領域ＣＣの上方の絶縁層ＩＬが除去され、開口部ＯＡが形成される。この開口部ＯＡの底面には、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが露出している。
前述したように、開口部ＯＡは、Ｙ方向の略中央部に位置する幅広部（中央幅Ｗｉｃ）と、Ｙ方向の略中央部の一方の側であって、ＨＲ側（図２１においては、下側）に位置する幅狭部（端部幅Ｗｉｅ）と、Ｙ方向の略中央部の他方の側であって、ＡＲ側（図２１においては、上側）に位置する幅狭部（端部幅Ｗｉｅ）と、を有する。中央幅Ｗｉｃ＞端部幅Ｗｉｅの関係にある。また、幅広部ＷＰの幅Ｗｗ＞端部幅Ｗｉｅの関係にある。このように、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くすることで、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの両端（図２１においては、左右、Ｘ方向の両端）を絶縁層ＩＬで覆うことができる。
この後、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよび絶縁層ＩＬ上に、ｐ側電極を形成する。例えば、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよび絶縁層ＩＬ上に、例えば、パラジウム（Ｐｄ）膜およびプラチナ（Ｐｔ）膜を、蒸着法などにより順次形成する。次いで、必要に応じて、パラジウム（Ｐｄ）膜およびプラチナ（Ｐｔ）膜の積層膜をパターニング（図示せず）した後、加熱処理を施すことによりこれらの金属を合金化し、半導体側とのオーミック接触を図る。さらに、チタン（Ｔｉ）／プラチナ（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなるカバー構造部を形成する。これにより、ｐ側電極ＰＥＬが形成される（図１、図２参照）。
次いで、ｎ型基板ＮＳの裏面側を上面とし、ｎ型基板ＮＳの裏面を研磨することにより、ｎ型基板ＮＳを薄膜化する。例えば、ｎ型基板ＮＳを１００μｍ程度の厚さとする。次いで、ｎ型基板ＮＳの裏面に、例えば、チタン（Ｔｉ）膜および金（Ａｕ）膜を、蒸着法などにより順次形成する。次いで、加熱処理を施すことによりこれらの金属を合金化することにより、ｎ側電極ＮＥＬを形成する（図１、図２参照）。
この後、複数のチップ領域を有するｎ型基板ＮＳをチップ領域ごとに切り出す。まず、のチップ領域間を劈開する。即ち、あるチップ領域とその隣のチップ領域との間において、劈開線に沿って劈開する。これにより、図４に示す劈開面（Ｘ方向に延在する面）が形成される。次いで、一方の劈開面に反射防止膜ＡＲを形成し、他方の劈開面に高反射膜ＨＲを形成する。反射防止膜ＡＲとしては、例えば、反射率が１０％となるような、酸化チタン（ＴｉＯ２）／アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の２層体などを使用する。各層は、例えば、スパッタ法などにより形成する。また、高反射膜ＨＲとしては、例えば、反射率が９５％となるような、酸化チタン（ＴｉＯ２）／アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の多層体などを使用する。各層は、例えば、スパッタ法などにより形成する。さらに、チップ領域のＹ方向に延在する辺に沿って切断することにより、チップ片が切り出される。
以上の工程により、本実施の形態の半導体レーザを形成することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１においては、電流狭窄領域ＣＣの幅広部ＷＰの上方において、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くし、幅広部ＷＰの両端（図４においては、左右）を絶縁層ＩＬで覆う構成としたが、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤに、反転層ＲＬを設け、この反転層ＲＬで幅広部ＷＰの両端を覆ってもよい。この場合も、反転層ＲＬによりシート抵抗が高くなり、幅広部ＷＰの両端におけるキャリア密度を、小さくすることができる。なお、実施の形態１の場合と同様の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
［構造説明］
図２２〜図２５は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す平面図または断面図である。図２２、図２３は断面図であり、図２４、図２５は、平面図である。図２２、図２３の断面図は、図２４、図２５のＡ−Ａ断面部、Ｂ−Ｂ断面部と対応する。
［構造説明］
図２２〜図２５に示すように、本実施の形態の半導体レーザは、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡがストレート型となっている。即ち、図２４に示すように、開口部ＯＡの平面形状は、Ｙ方向に長辺を有する矩形状であり、開口部ＯＡのＸ方向の幅Ｗｉは、Ｙ方向の略中央部、ＨＲ側（図２４においては、下側）の端部、およびＡＲ側（図２４においては、上側）の端部において、変わらず、同程度である。
そして、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ中には、反転層ＲＬが設けられている。反転層ＲＬは、ｎ型の半導体領域（ｎ型の窒化物半導体領域）である。例えば、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ中に、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）を注入することにより、反転層ＲＬを形成することができる。
この反転層ＲＬにより、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤのシート抵抗が高くなり、電流が広がりにくくなる。例えば、即ち、素子（レーザ素子）の電気抵抗を低くするために、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ中の不純物濃度を高くすると、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤのシート抵抗が低くなってしまい電流が広がりやすくなる。このため、キャリア密度を幅狭部ＮＰで先鋭化させる効果が得られにくくなる。これに対し、本実施の形態のように、反転層ＲＬを設けた場合には、電流の広がりを抑制し、キャリア密度を幅狭部ＮＰで先鋭化させることができる。
具体的には、図２３および図２５に示すように、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの両側の上方に、反転層ＲＬが設けられている。例えば、図２５に示すように、電流狭窄領域ＣＣのＹ方向の一方の側であって、ＨＲ側（図２５においては、下側）に、一対の反転層ＲＬが配置されている。この反転層ＲＬ間（幅Ｗｉｅ）は、幅広部ＷＰの幅Ｗｗより小さい。また、電流狭窄領域ＣＣのＹ方向の他方の側であって、ＡＲ側（図２５においては、上側）に、一対の反転層ＲＬが配置されている。この反転層ＲＬ間（幅Ｗｉｅ）は、幅広部ＷＰの幅Ｗｗより小さい。幅Ｗｉｅは、例えば、１．６μｍ程度である。
反転層ＲＬの底面、即ち、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）の注入領域の底面は、例えば、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤの表面から深さ０．２５μｍの位置にある。電流狭窄領域ＣＣの幅広部ＷＰにおいて、反転層ＲＬより下の部分には、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤが残存している（図２３）。このように、幅広部ＷＰの両端において、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤの厚さは、０．５μｍから半分の０．２５μｍとなる。
このように、幅広部ＷＰの両端において、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤのシート抵抗を大きく、例えば、２倍程度とすることができる。これにより、キャリア密度を幅広部ＷＰで先鋭化することができ、幅広部ＷＰでのスーパールミネッセンスの発生を抑制することができる。
本発明者の検討によれば、例えば、４００ｍＷ以上の光出力まで屈曲の起こらない電流−光出力特性を確認した。また、少なくとも３００ｍＷ以上の高光出力での安定動作を確認することができた。また、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡを微細に加工する必要がなく、不純物の注入により、キャリア密度分布の先鋭化を図ることができる。これにより、５００ｍＷ以上の光出力まで屈曲の起こらない電流−光出力特性を確認した。
［製法説明］
次いで、図２６〜図３０を参照しながら、本実施の形態の半導体レーザの製造方法を説明するとともに、当該半導体レーザの構成をより明確にする。図２６〜図３０は、本実施の形態の半導体レーザの製造工程を示す断面図または平面図である。
まず、実施の形態１と同様にして、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ、活性層ＭＱＷ、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、電流ブロック層ＢＬ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴを形成する（図１７参照）。
次いで、図２６〜図２８に示すように、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤ中であって、幅広部ＷＰの両端の上方に対応する領域に、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）を注入する。
例えば、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上に、ハードマスク（図示せず）を形成する。例えば、ＣＶＤ法などを用いて、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上に、窒化シリコン膜を形成する。次いで、窒化シリコン膜上に、フォトレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、幅広部ＷＰの両端の上方のフォトレジスト膜を除去する。次いで、フォトレジスト膜をマスクとして、ハードマスク（窒化シリコン膜）をエッチングする。次いで、ハードマスク（窒化シリコン膜）をマスクとして、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤ中に、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）を注入する。例えば、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤの表面から０．２５μｍ程度の深さまで、ｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）を注入する。次いで、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去し、アニール（熱処理）する。これにより、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤ中のｎ型不純物（例えば、Ｓｉ）が注入された領域が、ｎ型に反転し、反転層ＲＬとなる。次いで、ハードマスク（窒化シリコン膜）を除去する。
この後、実施の形態１と同様にして、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよび反転層ＲＬ上に、絶縁層ＩＬとして、例えば、酸化シリコン膜をＣＶＤ法などを用いて形成する。次いで、電流狭窄領域上の絶縁層ＩＬを除去し、開口部ＯＡを形成する。この開口部ＯＡは、前述したとおり、Ｘ方向の幅Ｗｉがほぼ均一の矩形状である（図２９、３０、図２４参照）。
さらに、この後、実施の形態１と同様にして、ｐ側電極ＰＥＬ、ｎ側電極ＮＥＬを形成し、Ｘ方向に劈開した後、反射防止膜ＡＲおよび高反射膜ＨＲを形成し、Ｙ方向に切断する（図２２〜図２５）。以上の工程により、本実施の形態の半導体レーザを形成することができる。
（実施の形態３）
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図３７〜図４０は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す平面図または断面図である。図３７、図３８は断面図であり、図３９、図４０は、平面図である。図３７、図３８の断面図は、図３９、図４０のＡ−Ａ断面部、Ｂ−Ｂ断面部と対応する。なお、実施の形態１の場合と同様の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態の半導体レーザは、実施の形態１とほぼ同様の工程で形成することができる。
図３７および図３８に示すように、本実施の形態の半導体レーザは、基板としてｎ型基板ＮＳを用い、その上に順次積層された、複数の窒化物半導体層を有する。具体的には、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ、活性層ＭＱＷ、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが下から順に配置されている。また、最上層のｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、ｐ側電極ＰＥＬが配置され、ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとは、絶縁層（絶縁膜）ＩＬの開口部ＯＡを介して接している（図３９参照）。
そして、本実施の形態の半導体レーザにおいては、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとｎ型光ガイド層ＮＬＧとの間に、電流ブロック層ＢＬが配置されている。この電流ブロック層ＢＬ間が電流狭窄領域ＣＣとなる。図４０に示すように、電流狭窄領域ＣＣは、Ｙ方向の中央部に位置する幅狭部ＮＰと、その端部に位置する幅広部ＷＰとを有する。幅狭部ＮＰと幅広部ＷＰとの間は、テーパ部ＴＰである。幅狭部ＮＰの幅は、Ｗｎであり、幅広部ＷＰの幅は、幅Ｗｗである。また、開口部ＯＡの幅は、幅Ｗｉのストレート型となっている。幅Ｗｎ＜幅Ｗｗ＜幅Ｗｉの関係にある。幅狭部ＮＰのＹ方向の長さはＬｎ、幅広部ＷＰのＹ方向の長さはＬｗ、テーパ部ＴＰのＹ方向の長さはＬｔである。
ここで、本実施の形態においては、テーパ部ＴＰの長さＬｔを０．６５×Ｌａｄ以上１．３５×Ｌａｄ以下とする。ここで、Ｌａｄは、０．３７×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）に相当するアディアバティック長であり、Ｎｅｆｆ０は、幅広部ＷＰにおける基本モードの実効屈折率、Ｎｅｆｆ２は、幅広部ＷＰにおける２次モードの実効屈折率である。
図４１は、テーパ部の長さを変えた場合の導波路の電界強度分布を示す図である。具体的には、図３７〜図４０を参照しながら説明した本実施の形態の半導体レーザについて、Ｌｔの値を３０μｍ、６０μｍ、２００μｍとした場合の、８００μｍの導波路をＨＲ側端面からＡＲ端面側へ伝搬する光の電界強度分布を示す。電界強度分布は、ビーム伝搬法を用いて計算し、コンター表示したものである。Ｌｔの値が３０μｍ、６０μｍ、２００μｍの場合、導波路の１Ｐａｔｈの透過率は、それぞれ７４％、９９％、９９．９％であり、導波路幅が幅狭部ＮＰの幅Ｗｎを超えた部分の面積増分比率、すなわち（導波路全体面積−Ｗｎ×共振器長）／導波路全体面積で表される値は、それぞれ２２％、２７％、４２％である。Ｌｔ＝６０μｍとすることで、１Ｐａｔｈの透過率を９９％と高い値に保持しつつ、面積増分比率を４２％から２７％に縮小することができることが分かる。
図４２は、テーパ部の長さと導波路の１Ｐａｔｈの透過率との関係を示す図である。図示するように、１Ｐａｔｈの透過率が９９％となるＬｔの値は６０μｍである。また、この値は、０．３７×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）に相当する。この値は、導波路を透過する際のエネルギーの散逸を１％以下とすることができる下限値という意味で、アディアバティック長（Ｌａｄ）に相当する。このように、アディアバティック長（Ｌａｄ）の０．６５倍以上では、導波路の１Ｐａｔｈの透過率を９０％以上に保持することができる。
このように、面積増分比率を低減させ、かつ、導波路の１Ｐａｔｈの透過率を９０％に保持させて、発振特性の劣化を極力抑えることが可能な範囲、すなわち０．６５×Ｌａｄから１．３５×Ｌａｄの範囲にＬｔを設定することが望ましい。Ｌｔをこの範囲に設定することにより、面積増分比率を２４％〜２９％することができる。これにより、例えば、Ｌｔの値を２００μｍとする場合（面積増分比率４２％）と比較し、面積増分比率を大幅に小さくできるため、スーパールミネッセンスの発生をより強く抑えることが可能となる。その結果、例えば、５００ｍＷ以上の光出力まで屈曲の起こらない電流−光出力特性を得ることができる。
図４３は、テーパ部の長さを変えた場合について、電流と光出力との関係を示す図である。（１）はＬｔ＝２００μｍの場合、（２）はＬｔ＝６０μｍの場合である。（１）、（２）について、Ｗｗ＝４μｍ、Ｌｗ＝４０μｍ、Ｗｉ（ストレート幅）＝２０μｍである。（３）は、実施の形態１の構成において、Ｗｉｅ＝１．６μｍとし、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの両側を絶縁層ＩＬで覆ったものである。
グラフ（１）では、電流−光出力線の屈曲が光出力１８０ｍＷ付近に見られるのに対し、グラフ（２）では、電流−光出力線の屈曲が光出力３５０ｍＷ付近に見られる。これは、Ｌｔを６０μｍと、アディアバティック長（Ｌａｄ）程度まで短くし、面積増分比率を小さくした効果である。また、グラフ（３）では、Ｌｔの縮小による面積増分比率を小さくした効果に加え、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰにおける絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）をより小さくすることで、電流−光出力線の屈曲をさらに、高い光出力レベルまでシフトさせることができる。
（実施の形態４）
実施の形態３（図３７〜図４０）の半導体レーザにおいては、ＨＲ側のテーパ部ＴＰの長さＬｔと、ＡＲ側のテーパ部の長さＬｔとを同程度（例えば、Ｌｔ＝６０μｍ）としたが、これらを異なる値としてもよい。なお、本実施の形態の半導体レーザについて、テーパ部ＴＰの長さ以外の構成は、実施の形態３と同様である。また、実施の形態１等の場合と同様の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態の半導体レーザは、実施の形態１とほぼ同様の工程で形成することができる。
図４４は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す平面図である。図４４に示すように、ＡＲ側のテーパ部ＴＰの長さＬｔｆを、ＨＲ側のテーパ部のＬｔｒより大きくしてもよい（Ｌｔｆ＞Ｌｔｒ）。
図４５は、２つのテーパ部の長さの比を変えた場合の導波路の電界強度分布を示す図である。具体的には、ＬｔｆとＬｔｒの各組合せについて、８００μｍの導波路をＨＲ側端面からＡＲ端面側へ伝搬する光の電界強度分布を示す。電界強度分布は、ビーム伝搬法を用いて計算し、コンター表示したものである。ＬｔｆとＬｔｒの各組合せが、（Ｌｔｆ＝６０μｍ、Ｌｔｒ＝６０μｍ）、（Ｌｔｆ＝８０μｍ、Ｌｔｒ＝４０μｍ）、（Ｌｔｆ＝１００μｍ、Ｌｔｒ＝２０μｍ）の場合について、検討した。即ち、ＬｔｆとＬｔｒの和が、アディアバティック長（Ｌａｄ）の２倍である１２０μｍの場合について検討した。導波路の１Ｐａｔｈの透過率は、それぞれ９９％、９４％、８５％である。このように、２つのテーパ部の長さの比を変えても、８５％以上の透過率を得ることができた。
さらに、Ｌｔｒ≧０．６５×Ｌａｄと設定することにより、導波路の１Ｐａｔｈの透過率を９０％以上の高い値に保持することが可能となる。
また、長さＬｔｒを長さＬｔｆより小さくすることにより、スーパールミネッセンスを抑制することができる。半導体レーザの共振器の長手方向の光強度は、反射率の低いＡＲ側（前方側）と比べ、反射率の高いＨＲ側（後方側）で小さくなる。したがって、導波路部の端面近傍に配置される幅広部ＷＰにおける、注入キャリア密度分布をクランプする作用の弱化傾向は、ＡＲ側（前方側）よりも、ＨＲ側（後方側）でより顕著となる。また、ＡＲ側（前方側）のスーパールミネッセンス光が伝搬する長さは幅広部ＷＰの１Ｐａｔｈのみであるが、ＨＲ側（後方側）においては光波が往復するため、実質２倍（２Ｐａｔｈ）となる。このため、クランプ作用の弱化傾向に伴う導波路の左右端部のキャリア密度の増大によるスーパールミネッセンスの起こりやすさは、ＡＲ側（前方側）よりも、ＨＲ側（後方側）でより顕著となる。このため、スーパールミネッセンスの抑制を面積増分比率の低減によって図る際には、ＡＲ側（前方側）よりも、ＨＲ側（後方側）でテーパ部の長さの短縮率を大きくすることが好ましい（Ｌｔｆ＞Ｌｔｒ）。
もちろん、実施の形態３で説明したように、長さＬｔｆと長さＬｔｒのそれぞれを、０．６５×Ｌａｄ以上１．３５×Ｌａｄ以下としつつ、長さＬｔｒを長さＬｔｆより小さくしてもよい（Ｌｔｆ＞Ｌｔｒ）。
（実施の形態５）
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図４６は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す平面図である。なお、本実施の形態の半導体レーザについて、電流狭窄領域の端部形状以外の構成は、実施の形態３と同様である。また、実施の形態１等の場合と同様の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態の半導体レーザは、実施の形態１とほぼ同様の工程で形成することができる。
図４６に示すように、本実施の形態の半導体レーザの電流狭窄領域の平面形状が、曲線を有するように構成されている。具体的には、平面視において、幅狭部ＮＰからテーパ部ＴＰへの境界部およびテーパ部ＴＰから幅広部ＷＰへの境界部が少なくともコサインカーブ形状となっている。別の言い方をすれば、幅狭部ＮＰ、テーパ部ＴＰおよび幅広部ＷＰの平面形状の端部が、コサイン曲線部を有する。このテーパ部ＴＰの形状をコサインテーパと呼ぶ。これに対し、例えば、前述の検討例（図３４）に示す略台形状のテーパ部ＴＰの形状をストレートテーパと呼ぶ。
テーパ部ＴＰの面積は、コサインテーパの場合とストレートテーパの場合では同じ値となる。一方、コサインテーパの場合、テーパ部ＴＰと幅広部ＷＰとの境界部が、幅広部ＷＰで発生する０次モードと２次モードのビート波形の腹の位置の近傍となる。このため、Ｌｗの値を０、すなわち、幅広部ＷＰを無くしてしまってもＡＲ側の端面における反射光が再び導波路に戻る際、光の結合を損ねることがない。実際は、劈開の精度の制約からＬｗは１０μｍ程度の有限の値を確保することが好ましい。また、Ｗｗ、Ｗｎ、Ｌｔの値の組合せによっては、ビート波形の腹の位置と、テーパ部ＴＰと幅広部ＷＰとの境界部との位置のズレが生じ得るため、Ｌｗを、０．１×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）以下に設定することが好ましい。
このように、コサインテーパを採用することによりＬｗをより短くすることが可能となり、面積増分比率をより小さくすることができる。このため、スーパールミネッセンスの発生を抑制でき、より高い光出力まで屈曲が起こらない電流−光出力特性を得ることができる。
もちろん、実施の形態３、４の構成に加え、コサインテーパ構成を採用してもよい。
（実施の形態６）
以下、本実施の形態においては、各種応用例について説明する。例えば、上記実施の形態３、４、５と、実施の形態１との組み合わせについて説明する。
（応用例１）
例えば、実施の形態１の構成において、実施の形態３のＬｔの構成を適用してもよい。
図４７は、本実施の形態の応用例１の半導体レーザの構成を示す平面図である。
図４７に示すように、電流狭窄領域ＣＣの幅広部ＷＰの上方において、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くし、幅広部ＷＰの両端（図４７においては、左右）を絶縁層ＩＬで覆う構成とする（実施の形態１参照）。加えて、電流狭窄領域ＣＣのテーパ部ＴＰの長さＬｔを、０．６５×Ｌａｄから１．３５×Ｌａｄの範囲に設定する（実施の形態３参照）。
（応用例２）
例えば、実施の形態１の構成において、実施の形態４のＬｔの構成を適用してもよい。
図４８は、本実施の形態の応用例２の半導体レーザの構成を示す平面図である。
図４８に示すように、電流狭窄領域ＣＣの幅広部ＷＰの上方において、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くし、幅広部ＷＰの両端（図４８においては、左右）を絶縁層ＩＬで覆う構成とする（実施の形態１参照）。加えて、ＨＲ側のテーパ部ＴＰの長さＬｔｒを、ＡＲ側のテーパ部のＬｔｆより小さくする（Ｌｔｆ＞Ｌｔｒ、実施の形態４参照）。
（応用例３）
例えば、実施の形態１の構成において、実施の形態５の幅狭部ＮＰ、テーパ部ＴＰおよび幅広部ＷＰの構成を適用してもよい。
図４９は、本実施の形態の応用例３の半導体レーザの構成を示す平面図である。
図４９に示すように、電流狭窄領域ＣＣの幅広部ＷＰの上方において、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くし、幅広部ＷＰの両端（図４９においては、左右）を絶縁層ＩＬで覆う構成とする（実施の形態１参照）。加えて、幅狭部ＮＰ、テーパ部ＴＰおよび幅広部ＷＰの平面形状において、幅狭部ＮＰからテーパ部ＴＰへの境界部およびテーパ部ＴＰから幅広部ＷＰへの境界部が少なくともコサインカーブ形状を有するように構成する（実施の形態５参照）。
（その他）
上記応用例１〜３の他、実施の形態２の構成と実施の形態３の構成との組み合わせ、実施の形態２の構成と実施の形態４との構成の組み合わせ、実施の形態２の構成と実施の形態５の構成との組み合わせ、を行ってもよい。また、実施の形態１や２の構成と実施の形態３および４の構成の組み合わせ、実施の形態１や２の構成と実施の形態３、４および５の構成の組み合わせ、など、種々の構成の組み合わせが考えられる。
（実施の形態７）
実施の形態１（図１）においては、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤをパターニングせず、プレーナ構造の半導体レーザとしたが、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤをパターニングして凸部形状とした、リッジ構造の半導体レーザとしてもよい。なお、実施の形態１の場合と同様の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体レーザ（半導体装置）について詳細に説明する。
［構造説明］
図５０〜図５３は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す平面図または断面図である。図５０、図５１は断面図であり、図５２、図５３は、平面図である。図５０、図５１の断面図は、図５２、図５３のＡ−Ａ断面部、Ｂ−Ｂ断面部と対応する。
図５０〜図５３に示すように、本実施の形態の半導体レーザは、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤの積層部が、Ｙ方向に延在する。別の言い方をすれば、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤの積層部（リッジ部）の長手方向は、Ｙ方向である。具体的には、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤの積層部は、Ｙ方向の略中央部に位置する幅狭部ＮＰと、Ｙ方向の端部に位置する幅広部ＷＰとを有する。幅狭部ＮＰと幅広部ＷＰとの間は、テーパ部（略台形状部）ＴＰであり、幅狭部ＮＰから幅広部ＷＰにかけてその幅が徐々に大きくなっている。幅狭部ＮＰの幅は、Ｗｎであり、幅広部ＷＰの幅は、Ｗｗである。幅狭部ＮＰのＹ方向の長さはＬｎ、幅広部ＷＰのＹ方向の長さはＬｗ、テーパ部ＴＰのＹ方向の長さはＬｔである。
ここで、本実施の形態の半導体レーザにおいては、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとは、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡを介して接している。この開口部ＯＡは、図５２に示すように、Ｙ方向に延在する。別の言い方をすれば、開口部ＯＡの長手方向は、Ｙ方向である。そして、Ｙ方向の略中央部の開口部ＯＡの幅（中央幅）は、Ｗｉｃである。また、Ｙ方向の略中央部の一方の側であって、ＨＲ側（図５２においては、下側）の開口部ＯＡの幅は、Ｗｉｅである。また、Ｙ方向の略中央部の他方の側であって、ＡＲ側（図５２においては、上側）の開口部ＯＡの幅（端部幅）は、Ｗｉｅである。幅Ｗｉｃ＜幅Ｗｉｅ、幅Ｗｗ＞幅Ｗｉｅの関係がある。
そして、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤの積層部の幅広部ＷＰの上方において、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くし、幅広部ＷＰの両端（図５２においては、左右）が絶縁層ＩＬで覆われている（図５１、図５２参照）。言い換えれば、幅広部ＷＰは、その両端（図５２においては、左右）において絶縁層ＩＬと重なっている。
以下に、さらに詳細に本実施の形態の半導体レーザの構成を説明する。
例えば、本実施の形態の半導体レーザは、実施の形態１と同様に、ｎ型基板ＮＳを用い、その上に順次積層された、複数の窒化物半導体層を有する。具体的には、実施の形態１の場合と同様に、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤが配置されている。ｎ型基板ＮＳおよびｎ型クラッド層ＮＣＬＤの構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
そして、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ上には、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ、活性層ＭＱＷおよびｐ型光ガイド層ＰＬＧが順次配置されている。なお、活性層ＭＱＷとｐ型光ガイド層ＰＬＧとの間にキャリア障壁層層として、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を設けてもよい。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
ここで、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ上には、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが配置されている。これらの積層部がＹ方向に延在している（図５３参照）。
ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部の側面およびｐ型光ガイド層ＰＬＧ上は絶縁層ＩＬで覆われている。積層部の上面には、ｐ側電極ＰＥＬが配置され、ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。
ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部の上面とｐ側電極ＰＥＬとは、絶縁層（絶縁膜）ＩＬの開口部ＯＡを介して接している（図５０、図５１参照）。このｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部が実施の形態１で説明した電流狭窄領域ＣＣ（電流ブロック層ＢＬ間）と対応する。活性層ＭＱＷが露出している側面（図５２、図５３では、上側の面と下側の面、端面）が、後述する共振器を構成する劈開面となる。対向する２つの劈開面には、反射防止膜ＡＲまたは高反射膜ＨＲが形成されている。反射防止膜ＡＲが形成された側（ＡＲ側）が、光の出射側である。
以下に半導体レーザの動作について簡単に説明する。
まず、ｐ側電極ＰＥＬに正電圧を印加し、ｎ側電極ＮＥＬに負電圧を印加する。これにより、ｐ側電極ＰＥＬからｎ側電極ＮＥＬに向かって順方向電流が流れ、ｐ側電極ＰＥＬからｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤの積層部を経由して、活性層ＭＱＷに正孔が注入される。この際、絶縁層ＩＬは、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤよりも低屈折率であるため、上記積層部の直下に光が閉じ込められる。よって、実施の形態１で説明した電流ブロック層ＢＬ（電流狭窄領域ＣＣ）を有する半導体レーザと同様に、レーザ発振に適する光導波路が生じる。
ここで、上記積層部は、前述したようにＹ方向の略中央部に位置する幅狭部ＮＰと、Ｙ方向の端部に位置する幅広部ＷＰとを有する。Ｙ方向の略中央部においては、幅狭部ＮＰの幅Ｗｎ（例えば、１．３μｍ程度）と、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅Ｗｉｃは、同程度である。Ｙ方向の端部においては、幅広部ＷＰの幅Ｗｗ（例えば、４μｍ程度）は、幅Ｗｎよりも大きい。そして、幅広部ＷＰ上の絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅Ｗｉｅ（例えば、１．６μｍ）は、幅Ｗｗより小さい。このため、幅広部ＷＰ上の両側は、絶縁層ＩＬにより覆われている（図５２参照）。
したがって、ｐ側電極ＰＥＬから流れ込む電流は、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部へ、幅Ｗｉｅ（例えば、１．６μｍ）の開口部ＯＡを介して流入し、積層部の直下の活性層ＭＱＷに正孔が注入される。なお、例えば、Ｌｎ＝３２０μｍ、Ｌｔ＝２００μｍ、Ｌｗ＝４０μｍである。
このように、本実施の形態においても、リッジ部の幅広部ＷＰやテーパ部ＴＰの両端（図５２においては、左右）を絶縁層ＩＬで覆う構成としたので、実施の形態１の場合と同様に、キャリア密度を幅広部ＷＰで先鋭化させることができ、幅広部ＷＰでのスーパールミネッセンスの発生を抑制することができる。これにより、ビーム品質の向上とビームの高出力化を図ることができる。
［製法説明］
次いで、図５４〜図５７を参照しながら、本実施の形態の半導体レーザの製造方法を説明するとともに、当該半導体レーザの構成をより明確にする。図５４〜図５７は、本実施の形態の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
まず、図５４に示すように、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ、活性層ＭＱＷ、ｐ型光ガイド層ＰＬＧおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤを順次形成する。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用い、実施の形態１の場合と同様の工程で形成することができる。
次いで、図５５に示すように、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ上にｐ型コンタクト層ＰＣＮＴを形成する。ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用い、実施の形態１の場合と同様の工程で形成することができる。
次いで、図５６に示すように、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層膜を、所定の形状のハードマスクまたはフォトレジスト膜をマスクとして、エッチングする。これにより、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部よりなるリッジ部が形成される。
この後、実施の形態１と同様にして、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよび反転層ＲＬ上に、絶縁層ＩＬとして、例えば、酸化シリコン膜をＣＶＤ法などを用いて形成する（図５７）。次いで、リッジ部上の絶縁層ＩＬを除去し、開口部ＯＡを形成する。
前述したように、開口部ＯＡは、Ｙ方向の略中央部に位置する部分（中央幅Ｗｉｃ）と、Ｙ方向の略中央部の一方の側であって、ＨＲ側（図５２においては、下側側）に位置する部分（端部幅Ｗｉｅ）と、Ｙ方向の略中央部の他方の側であって、ＡＲ側（図５２においては、上側）に位置する部分（端部幅Ｗｉｅ）と、を有する。中央幅Ｗｉｃ＜端部幅Ｗｉｅの関係にある。また、幅広部ＷＰの幅Ｗｗ＞端部幅Ｗｉｅの関係にある。このように、絶縁層ＩＬの開口部ＯＡの幅（Ｗｉｅ）を狭くすることで、幅広部ＷＰおよびテーパ部ＴＰの両端（図５２においては、左右、Ｘ方向の両端）を絶縁層ＩＬで覆うことができる。
さらに、この後、実施の形態１と同様にして、ｐ側電極ＰＥＬ、ｎ側電極ＮＥＬを形成し、Ｘ方向に劈開した後、反射防止膜ＡＲおよび高反射膜ＨＲを形成し、Ｙ方向に切断する（図５０〜図５３）。以上の工程により、本実施の形態の半導体レーザを形成することができる。
なお、本実施の形態において、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤの積層部（リッジ部）の平面形状を、実施の形態３〜５で説明した電流狭窄領域（ＣＣ）と同様の平面形状としてもよい。また、この場合において、開口部ＯＡをリッジ部の平面形状と同様の形状としてもよい。
上記実施の形態１〜７で説明した半導体レーザの適用箇所に制限はないが、例えば、以下の機器に搭載することができる。例えば、精密計測応用機器（産業用あるいは医療用のセンサー機器、または分析装置）の光源として、上記実施の形態１〜７の半導体レーザを用いることができる。これにより、光源の高出力化を図ることができ、機器の高性能化（例えば、高速化、計測対象の大小・種類の多様化、信頼性の改善等）を図ることができる。また、直描型の露光装置あるいは印刷機、精密加工装置（３Ｄプリンタ）等の産業用応用機器に搭載することができる。これにより、装置の高性能化、例えば、処理の高速化、処理対象の大型化、多様性の拡大、信頼性の改善等を図ることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
［付記１］
基板と、
前記基板の主面の上方に配置された第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層の上方に配置された第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層の上方に配置された第３窒化物半導体層と、
前記第３窒化物半導体層の上方に配置され、開口部を有する絶縁膜と、
前記第２窒化物半導体層が露出する第１側面および第２側面と、
を有し、
前記第１側面および前記第２側面は、それぞれ第１方向に延在し、
前記第３窒化物半導体層は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、第１部と、前記第１部の一方の側であって、前記第１側面部に配置された第２部と、前記第１部の他方の側であって、前記第２側面部に配置された第３部とを有し、
前記第２部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
前記第２部の幅は、前記第２部の上方に位置する前記絶縁膜の開口部の幅より大きく、
前記第２部の両端は、前記絶縁膜で覆われている、半導体装置。
［付記２］
付記１記載の半導体装置において、
前記第３部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
前記第３部の幅は、前記第３部の上方に位置する前記絶縁膜の開口部の幅より大きく、
前記第３部の両端は、前記絶縁膜で覆われている、半導体装置。
［付記３］
付記２記載の半導体装置において、
前記第１部において、前記絶縁膜は、前記第１部の側面を覆い、さらに、前記第２窒化物半導体層の上方に延在する、半導体装置。
［付記４］
付記２記載の半導体装置において、
前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、第１導電型であり、
前記第３窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型である、半導体装置。
［付記５］
基板と、
前記基板の主面の上方に配置された第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層の上方に配置された第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層の上方に配置された第３窒化物半導体層と、
前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置され、互いに離間して配置された２つの第４窒化物半導体層と、
前記２つの第４窒化物半導体層間の領域である電流狭窄領域と、
前記第２窒化物半導体層が露出する第１側面および第２側面と、
を有し、
前記第１側面および前記第２側面は、それぞれ第１方向に延在し、
前記２つの第４窒化物半導体層間の領域である電流狭窄領域は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、第１部と、前記第１部の一方の側であって、前記第１側面部に配置された第２部と、前記第１部の他方の側であって、前記第２側面部に配置された第３部と、前記第１部と前記第２部との間に位置する第４部と、前記第１部と前記第３部との間に位置する第５部と、を有し、
前記第２部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
前記第４部の平面形状は、前記第１方向の幅が、前記第１部の幅から前記第２部の幅まで順次大きくなるテーパ状であり、
前記第５部の平面形状は、前記第１方向の幅が、前記第１部の幅から前記第３部の幅まで順次大きくなるテーパ状であり、
前記第４部の前記第２方向の長さは、前記第５部の前記第２方向の長さより、小さい、半導体装置。
ＡＲ 反射防止膜
ＢＬ 電流ブロック層
ＣＣ 電流狭窄領域
ＨＲ 高反射膜
ＩＬ 絶縁層
Ｌａｄ アディアバティック長
Ｌｎ 長さ
Ｌｔ 長さ
Ｌｔｆ 長さ
Ｌｔｒ 長さ
Ｌｗ 長さ
ＭＱＷ 活性層
ＮＣＬＤ ｎ型クラッド層
ＮＥＬ ｎ側電極
ＮＬＧ ｎ型光ガイド層
ＮＰ 幅狭部
ＮＳ ｎ型基板
ＯＡ 開口部
ＰＣＬＤ ｐ型クラッド層
ＰＣＮＴ ｐ型コンタクト層
ＰＥＬ ｐ側電極
ＰＬＧ ｐ型光ガイド層
ＲＬ 反転層
ＴＰ テーパ部
Ｗｉ 幅
Ｗｉｃ 幅（中央幅）
Ｗｉｅ 幅（端部幅）
Ｗｎ 幅
ＷＰ 幅広部
Ｗｗ 幅

Claims (20)

  1. 基板と、
    前記基板の主面の上方に配置された第１窒化物半導体層と、
    前記第１窒化物半導体層の上方に配置された第２窒化物半導体層と、
    前記第２窒化物半導体層の上方に配置された第３窒化物半導体層と、
    前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置され、互いに離間して配置された２つの第４窒化物半導体層と、
    前記２つの第４窒化物半導体層間の領域である電流狭窄領域と、
    前記第３窒化物半導体層の上方に配置され、前記電流狭窄領域の上方に開口部を有する絶縁膜と、
    前記第２窒化物半導体層が露出する第１側面および第２側面と、
    を有し、
    前記第１側面および前記第２側面は、それぞれ第１方向に延在し、
    前記電流狭窄領域は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、第１部と、前記第１部の一方の側であって、前記第１側面部に配置された第２部と、前記第１部の他方の側であって、前記第２側面部に配置された第３部とを有し、
    前記第２部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第２部の幅は、前記第２部の上方に位置する前記絶縁膜の開口部の幅より大きく、前記第２部の両端は、前記絶縁膜で覆われている、半導体装置。
  2. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第３部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第３部の幅は、前記第３部の上方に位置する前記絶縁膜の開口部の幅より大きく、
    前記第３部の両端は、前記絶縁膜で覆われている、半導体装置。
  3. 請求項２記載の半導体装置において、
    前記第１部の幅は、前記第１部の上方に位置する前記絶縁膜の開口部の幅より小さい、半導体装置。
  4. 請求項３記載の半導体装置において、
    前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、第１導電型であり、
    前記第３窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型であり、
    前記第４窒化物半導体層は、前記第３窒化物半導体層よりバンドギャップが大きい、半導体装置。
  5. 請求項４記載の半導体装置において、
    前記第１部と前記第２部との間に、その幅が前記第１部の幅から前記第２部の幅まで順次大きくなる第４部を有し、
    前記第１部と前記第３部との間に、その幅が前記第１部の幅から前記第３部の幅まで順次大きくなる第５部を有する、半導体装置。
  6. 基板と、
    前記基板の主面の上方に配置された、第１導電型の第１窒化物半導体層と、
    前記第１窒化物半導体層の上方に配置された第２窒化物半導体層と、
    前記第２窒化物半導体層の上方に配置された、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型の第３窒化物半導体層と、
    前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置され、互いに離間して配置された２つの第４窒化物半導体層と、
    前記２つの第４窒化物半導体層間の領域である電流狭窄領域と、
    前記第３窒化物半導体層中に離間して配置され、前記第１導電型である、第１の対の窒化物半導体領域と、
    前記第２窒化物半導体層が露出する第１側面および第２側面と、
    を有し、
    前記第１側面および前記第２側面は、それぞれ第１方向に延在し、
    前記電流狭窄領域は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、第１部と、前記第１部の一方の側であって、前記第１側面部に配置された第２部と、前記第１部の他方の側であって、前記第２側面部に配置された第３部とを有し、
    前記第２部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第２部の幅は、前記第１の対の窒化物半導体領域間の幅より大きく、前記第２部の両端は、それぞれ、前記第１の対の窒化物半導体領域で覆われている、半導体装置。
  7. 請求項６記載の半導体装置において、
    前記第３窒化物半導体層中に離間して配置され、前記第１導電型である、第２の対の窒化物半導体領域を有し、
    前記第３部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第３部の幅は、前記第２の対の窒化物半導体領域間の幅より大きく、前記第３部の両端は、それぞれ、前記第２の対の窒化物半導体領域で覆われている、半導体装置。
  8. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記第３窒化物半導体層の上方に配置され、前記電流狭窄領域の上方に開口部を有する絶縁膜を有し、
    前記絶縁膜の開口部の幅は、前記第２部の幅および前記第３部の幅のいずれよりも大きい、半導体装置。
  9. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、
    前記第３窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、
    前記第４窒化物半導体層は、前記第３窒化物半導体層よりバンドギャップが大きい、半導体装置。
  10. 請求項９記載の半導体装置において、
    前記第１部と前記第２部との間に、その幅が前記第１部の幅から前記第２部の幅まで順次大きくなる第４部を有し、
    前記第１部と前記第３部との間に、その幅が前記第１部の幅から前記第３部の幅まで順次大きくなる第５部を有する、半導体装置。
  11. 基板と、
    前記基板の主面の上方に配置された第１窒化物半導体層と、
    前記第１窒化物半導体層の上方に配置された第２窒化物半導体層と、
    前記第２窒化物半導体層の上方に配置された第３窒化物半導体層と、
    前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置され、互いに離間して配置された２つの第４窒化物半導体層と、
    前記２つの第４窒化物半導体層間の領域である電流狭窄領域と、
    前記第２窒化物半導体層が露出する第１側面および第２側面と、
    を有し、
    前記第１側面および前記第２側面は、それぞれ第１方向に延在し、
    前記２つの第４窒化物半導体層間の領域である電流狭窄領域は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、第１部と、前記第１部の一方の側であって、前記第１側面部に配置された第２部と、前記第１部の他方の側であって、前記第２側面部に配置された第３部と、前記第１部と前記第２部との間に位置する第４部と、前記第１部と前記第３部との間に位置する第５部と、を有し、
    前記第２部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第４部の平面形状は、前記第１方向の幅が、前記第１部の幅から前記第２部の幅まで順次大きくなるテーパ状であり、
    前記第５部の平面形状は、前記第１方向の幅が、前記第１部の幅から前記第３部の幅まで順次大きくなるテーパ状であり、
    前記第４部および前記第５部の前記第２方向の長さは、
    ０．６５×Ｌａｄ以上１．３５×Ｌａｄ以下、
    但し、Ｌａｄは、０．３７×λ／（Ｎｅｆｆ０−Ｎｅｆｆ２）、
    Ｎｅｆｆ０は、第２部における基本モードの実効屈折率、
    Ｎｅｆｆ２は、第２部における２次モードの実効屈折率である、半導体装置。
  12. 請求項１１記載の半導体装置において、
    前記第４部の前記第２方向の長さは、前記第５部の前記第２方向の長さより、小さい、半導体装置。
  13. 請求項１１記載の半導体装置において、
    前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、第１導電型であり、
    前記第３窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型であり、
    前記第４窒化物半導体層は、前記第３窒化物半導体層よりバンドギャップが大きい、半導体装置。
  14. 請求項１１記載の半導体装置において、
    前記第３窒化物半導体層の上方に配置され、前記電流狭窄領域の上方に開口部を有する絶縁膜を有し、
    前記第２部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第２部の幅は、前記第２部の上方に位置する前記絶縁膜の前記開口部の幅より大きく、
    前記第２部の両端は、前記絶縁膜で覆われている、半導体装置。
  15. 請求項１４記載の半導体装置において、
    前記第３部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第３部の幅は、前記第３部の上方に位置する前記絶縁膜の前記開口部の幅より大きく、
    前記第３部の両端は、前記絶縁膜で覆われている、半導体装置。
  16. 請求項１５記載の半導体装置において、
    前記第１部の幅は、前記第１部の上方に位置する前記絶縁膜の前記開口部の幅より小さい、半導体装置。
  17. 請求項１１記載の半導体装置において、
    前記第３窒化物半導体層中に離間して配置され、前記第３窒化物半導体層と逆導電型である、第１の対の窒化物半導体領域を有し、
    前記第２部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第２部の幅は、前記第１の対の窒化物半導体領域間の幅より大きく、
    前記第２部の両端は、それぞれ、前記第１の対の窒化物半導体領域で覆われている、半導体装置。
  18. 請求項１７記載の半導体装置において、
    前記第３窒化物半導体層中に離間して配置され、前記第１導電型である、第２の対の窒化物半導体領域を有し、
    前記第３部の幅は、前記第１部の幅より大きく、
    前記第３部の幅は、前記第２の対の窒化物半導体領域間の幅より大きく、
    前記第３部の両端は、それぞれ、前記第２の対の窒化物半導体領域で覆われている、半導体装置。
  19. 請求項１８記載の半導体装置において、
    前記第３窒化物半導体層の上方に配置され、前記電流狭窄領域の上方に開口部を有する絶縁膜を有し、
    前記絶縁膜の開口部の幅は、前記第２部の幅および前記第３部の幅のいずれよりも大きい、半導体装置。
  20. 請求項１１記載の半導体装置において、
    前記第１部、前記第４部および前記第２部の平面形状の端部が、コサイン曲線部を有し、
    前記第１部、前記第５部および前記第３部の平面形状の端部が、コサイン曲線部を有する、半導体装置。
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