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JP7639631B2 - Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same - Google Patents
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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。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light-emitting device.

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。
In order to stabilize the oscillation wavelength of a semiconductor laser, a distributed feedback (DFB) structure is often used.
Non-Patent Document 1 discloses an optical element in which a first-order diffraction grating is formed between an AlInGaN-based n-wave guiding layer and an n-cladding layer.

Japanese Journal of Applied Physics Vol.45,No.46,2006,pp00.L1223-L1225Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 46, 2006, pp00. L1223-L1225

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。 The object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting device and a method for manufacturing the semiconductor light-emitting device that can increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating.

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。 A semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention includes a first conductive type semiconductor layer, an active layer provided on the first conductive type semiconductor layer, a second conductive type semiconductor layer provided on the active layer, a waveguide layer provided in the second conductive type semiconductor layer and guiding the guided light while confining the guided light in the horizontal direction of the guided light guided through the active layer, a diffraction grating provided in the second conductive type semiconductor layer along the guided light direction, and a confinement layer provided on the waveguide layer and the diffraction grating and confining the guided light guided through the active layer in the vertical direction.

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。 This makes it possible to confine the guided light in the active layer in both the horizontal and vertical directions while placing the diffraction grating close to the active layer. This makes it possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating while suppressing a decrease in the light emission efficiency, and to stabilize the oscillation wavelength while suppressing a decrease in the output of the semiconductor light emitting element.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the confinement layer is a second conductivity type semiconductor layer having a smaller refractive index than the waveguide layer.

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。 This makes it possible to vertically confine the guided light that is guided through the active layer while suppressing mismatch between the lattice constant of the confinement layer and the lattice constant of the waveguide layer, thereby suppressing a decrease in the light emission efficiency and a decrease in the reliability of the semiconductor light emitting device.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the confinement layer is a transparent conductive layer that is transparent to the guided light that is guided through the active layer.

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。 This makes it possible to confine the perpendicular transverse mode perpendicular to the waveguide direction (resonator direction) of the guided light in the transparent conductive layer while suppressing the thickening of the second conductive type semiconductor layer. In addition, it is not necessary to provide a contact layer on the transparent conductive layer to make contact with the electrode, and the resistance of the current injected into the active layer via the transparent conductive layer can be reduced. This makes it possible to reduce heat generation in the semiconductor light emitting element, reduce optical loss during light propagation, and improve slope efficiency.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the confinement layer is used as at least one of a guide layer or a cladding layer on the active layer.

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。 This makes it possible to confine the perpendicular transverse mode during light propagation while placing the diffraction grating close to the active layer. As a result, it is possible to improve the light emission efficiency while stabilizing the oscillation wavelength.

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。 In addition, according to a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the diffraction grating includes a resistive layer that is located in a portion of the second conductive type semiconductor layer and has a smaller refractive index and a larger resistance than the second conductive type semiconductor layer.

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。 This makes it possible to provide a DFB structure on the active layer while constricting the current injected into the active layer with the resistive layer, and to increase the refractive index difference between the second conductive type semiconductor layer and the diffraction grating while suppressing the increase in crystal defects in the second conductive type semiconductor layer. This makes it possible to efficiently inject current into the light-emitting region while confining the horizontal transverse mode in the horizontal direction to the light propagation direction. Furthermore, it is possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating. This makes it possible to reduce heat generation from the semiconductor light-emitting element, increase the output of the semiconductor light-emitting element, and stabilize the oscillation wavelength.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the diffraction grating is located on both sides of the waveguide layer.

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。 This makes it possible to ensure a refractive index difference between the second conductive type semiconductor layer and the diffraction grating. It also makes it possible to laterally confine the guided light that is guided through the active layer while locating the diffraction grating close to the active layer. This makes it possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating while ensuring the reliability of the semiconductor light emitting element, thereby stabilizing the oscillation wavelength.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the resistive layer includes a first resistive layer in which the diffraction grating is formed on both sides of a first opening in which the waveguide layer is embedded, and a second resistive layer stacked on the first resistive layer and in which a second opening in which the waveguide layer is embedded is formed.

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。 This makes it possible to laterally confine the guided light in the active layer while arranging the diffraction grating close to the active layer, while suppressing an increase in crystal defects in the second conductive type semiconductor layer, while ensuring the refractive index difference between the second conductive type semiconductor layer and the diffraction grating, and constricting the current injected into the active layer. Therefore, it is possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating while ensuring the reliability of the semiconductor light-emitting element, and it is possible to reduce the threshold current of the semiconductor light-emitting element while suppressing heat generation of the semiconductor light-emitting element. As a result, it is possible to increase the output of the semiconductor light-emitting element while suppressing deterioration of the characteristics of the semiconductor light-emitting element, and it is possible to stabilize the oscillation wavelength.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the diffraction grating is recessed from the end face of the active layer by a distance equal to or greater than the period of the diffraction grating.

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。 This allows a non-current injection region to be provided near the end face of the active layer, suppressing heat generation at the end face of the active layer and making it possible to protect the end face of the active layer.

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。 In addition, according to a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the diffraction grating includes a phase shift portion.

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。 This makes it possible to improve the SMSR (Side Mode Suppression Ratio) of the diffraction grating while addressing the variation in characteristics depending on the cleavage position, thereby improving the light emission efficiency of the desired oscillation wavelength.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the length of the phase shift portion satisfies the relationship λ/(4·n eff )·(2N-1), where N is a positive integer, n eff is the effective refractive index of the diffraction grating, and λ is the Bragg wavelength.

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。 This allows the phase shift section to be positioned at a position where the centers of the peaks, valleys, or peaks of the standing waves formed by the diffraction grating coincide, improving the SMSR.

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。 In addition, in a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the center of the phase shift portion is located at a distance between 60% and 80% of the distance between the end face with the lower reflectance and the end face of the active layer.

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。 As a result, even if the reflectivities of the two end faces used in the resonator are different, it is possible to improve the SMSR while lowering the threshold, and to improve the output while stabilizing the oscillation wavelength.

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。 In addition, according to the semiconductor light-emitting device of one aspect of the present invention, when the coupling coefficient of the diffraction grating is κ and the resonator length is L, the condition 1≦κ·L≦3 is satisfied.

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。 This makes it possible to lower the threshold value and increase the efficiency of semiconductor light-emitting devices while stabilizing the oscillation wavelength.

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。 In addition, according to one aspect of the semiconductor light-emitting device of the present invention, the reflectance of the first end face of the active layer is set to 2% or less, and the reflectance of the second end face of the active layer is set to 90% or more.

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。 This makes it possible to reduce the variation in the characteristics of the semiconductor light-emitting element while suppressing the decrease in light-emitting efficiency.

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。 In addition, according to one aspect of the semiconductor light-emitting device of the present invention, the waveguide layer is made of GaN and the diffraction grating is made of AlN.

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。 This makes it possible to realize a blue-violet laser diode, and ensures the refractive index difference between the second conductive type semiconductor layer and the diffraction grating while suppressing an increase in crystal defects in the second conductive type semiconductor layer. It also makes it possible to constrict the current injected into the active layer while suppressing an increase in thermal resistance, making it possible to suppress heat generation in the semiconductor light-emitting element. Furthermore, it makes it possible to laterally confine the guided light that is guided through the active layer, thereby increasing the output of the semiconductor light-emitting element and stabilizing the oscillation wavelength.

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。 In addition, according to a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the diffraction grating has a greatest common denominator of 1 and includes multiple high-order diffraction gratings having different orders.

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。 This allows the period of the diffraction grating to be increased while matching the diffraction conditions of the diffraction grating with the guide direction of the guided light guided through the active layer. This makes it possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing a decrease in oscillation efficiency. Furthermore, it is possible to realize a blue-violet laser diode with a stable oscillation wavelength while mitigating the manufacturing difficulties associated with miniaturizing the diffraction grating.

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。 In addition, according to a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the multiple high-order diffraction gratings have regions in which at least one of the centers of the convex portions and the convex portions, the centers of the concave portions and the concave portions, and the centers of the convex portions and the concave portions coincide.

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。 This increases the difference in energy density of the electric field of the standing wave formed by the high-order diffraction grating, and increases the stop band width. This increases the SMSR of the high-order diffraction grating, and increases the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating.

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。 In addition, according to one aspect of the semiconductor light-emitting device of the present invention, the duties of the multiple high-order diffraction gratings are different from each other.

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。 This allows the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating to be maximized by optimizing the unevenness pattern of the high-order diffraction grating. It also makes it possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing an increase in the number of steps in the manufacturing process of the semiconductor light-emitting device.

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。 In addition, according to one aspect of the semiconductor light-emitting device of the present invention, the multiple high-order diffraction gratings are arranged so that the coupling coefficients are equal to each other.

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。 This makes it possible to suppress a decrease in the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating even when multiple high-order diffraction gratings are used when forming a DFB structure.

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。 In addition, according to a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention, the method includes the steps of sequentially stacking an active layer and a second conductive type semiconductor layer on a first conductive type semiconductor layer, forming irregularities in the second conductive type semiconductor layer, stacking a resistive layer having a smaller refractive index and a larger resistance than the second conductive type semiconductor layer on the second conductive type semiconductor layer so as to cover the irregularities, and forming a diffraction grating fitted into the irregularities, forming an opening in the resistive layer in which the diffraction grating is formed, and regrowing the second conductive type semiconductor layer so as to fill the openings.

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。 This makes it possible to laterally confine the guided light guided through the active layer based on the deposition of the resistive layer once, while arranging the diffraction grating close to the active layer. Furthermore, it is possible to improve the confinement of the current injected into the active layer while ensuring the refractive index difference between the second conductive type semiconductor layer and the diffraction grating. Therefore, it is possible to suppress the increase in crystal defects in the second conductive type semiconductor layer while suppressing the complication of the manufacturing process. Furthermore, it is possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating, and it is possible to reduce the threshold current of the semiconductor light emitting element while suppressing heat generation from the semiconductor light emitting element. As a result, it is possible to stabilize the oscillation wavelength, and it is possible to increase the output while ensuring the reliability of the semiconductor light emitting element.

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。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to one aspect of the present invention includes the steps of sequentially stacking an active layer, a second conductive type semiconductor layer, and a resistive layer having a higher resistance than the second conductive type semiconductor layer on the first conductive type semiconductor layer, forming an opening in the resistive layer with a diffraction grating on both sides, and re-growing the second conductive type semiconductor layer so that the diffraction grating and the opening are embedded.

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。 This makes it possible to form a waveguide layer in the opening that laterally confines the guided light that is guided through the active layer, and at the same time form a diffraction grating on both sides of the waveguide layer. In addition, it is possible to increase the refractive index difference between the second conductive type semiconductor layer and the diffraction grating while suppressing an increase in crystal defects in the second conductive type semiconductor layer. Therefore, it is possible to stably form an inner stripe type semiconductor laser having a DFB structure while suppressing an increase in the number of processes.

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。 In one aspect of the present invention, the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating can be increased.

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。1 is a perspective view illustrating a configuration of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment. (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。1A is a plan view showing the configuration of a resistive layer of a semiconductor light-emitting element according to a first embodiment; FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light-emitting element according to the first embodiment cut along the horizontal direction of the waveguiding direction; and FIG. 1C is a diagram showing the refractive index of each layer of the semiconductor light-emitting element according to the first embodiment. (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。1A is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor light-emitting device according to a comparative example cut along a horizontal direction of the waveguide direction, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor light-emitting device according to a comparative example cut along the waveguide direction. 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。4 is a diagram showing the relationship between the height of the diffraction grating and the coupling coefficient of the semiconductor light emitting device according to the first embodiment in comparison with a semiconductor light emitting device of a comparative example. FIG. (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。1A is a plan view showing the configuration of a resistive layer of a semiconductor light-emitting device according to a second embodiment; FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light-emitting device according to the second embodiment cut along the horizontal direction of the waveguiding direction; and FIG. 1C is a diagram showing the refractive index of each layer of the semiconductor light-emitting device according to the second embodiment. (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。11A and 11B are plan views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to a third embodiment, (a2) is a cross-sectional view cut along the waveguiding direction of (a1), and (b2) is a cross-sectional view cut along the waveguiding direction of (b1). (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。11A is a plan view showing an example of a manufacturing method of a semiconductor light-emitting element according to a third embodiment, FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the diffraction grating in FIG. 11A, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the waveguide in FIG. (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。11A is a plan view showing an example of a manufacturing method of a semiconductor light-emitting element according to a third embodiment, FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the diffraction grating in FIG. 11A, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the waveguide in FIG. 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。FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment. (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。1A is a plan view showing a configuration of a semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line X1-X1 in FIG. (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。13A and 13B are plan views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to a fifth embodiment, (a2) is a cross-sectional view cut along the waveguiding direction of (a1), and (b2) is a cross-sectional view cut along the waveguiding direction of (b1). (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。13A and 13B are plan views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to a fifth embodiment, (a2) is a cross-sectional view cut along the waveguiding direction of (a1), and (b2) is a cross-sectional view cut along the waveguiding direction of (b1). (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。13A is a plan view showing an example of a manufacturing method of a semiconductor light-emitting element according to a fifth embodiment, FIG. 13A is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the diffraction grating in FIG. 13A, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the waveguide in FIG. (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。13A is a plan view showing an example of a manufacturing method of a semiconductor light-emitting element according to a fifth embodiment, FIG. 13A is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the diffraction grating in FIG. 13A, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the waveguiding direction at the position of the waveguide in FIG. (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。13A is a plan view showing the configuration of a resistive layer of a semiconductor light-emitting element according to a sixth embodiment, and FIG. 13B is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light-emitting element according to the sixth embodiment cut along the horizontal direction of the waveguiding direction. 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。13 is a plan view showing a configuration of a resistive layer of a semiconductor light emitting device according to a seventh embodiment. FIG. 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。13 is a cross-sectional view of the configuration of a semiconductor light emitting device according to a seventh embodiment, taken along the waveguiding direction at the position of a second-order diffraction grating. FIG. (a)および(b)は、図15の回折格子の屈折率分布を示す図、(c)および(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。16(a) and (b) are diagrams showing the refractive index distribution of the diffraction grating of FIG. 15, and (c) and (d) are diagrams showing the relationship between the phase and energy of a standing wave formed in the waveguide of FIG. 15. 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。FIG. 16 is a relationship diagram between the refractive index and the position in the waveguiding direction, showing as examples the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating shown in FIG. 15, as parameters that can be adjusted when changing the relative positional relationship between a plurality of diffraction gratings. 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。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the grating interval shift and the stop band width when the duty of the diffraction grating of the semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment is changed. 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。13A to 13C are diagrams illustrating a method for maximizing the stop band width of the semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment. 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。13 is a plan view showing a configuration of a resistive layer of a semiconductor light emitting device according to an eighth embodiment. FIG. (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。13A and 13B are diagrams showing the refractive index distribution of a diffraction grating of a semiconductor light-emitting element according to the ninth embodiment, and 13C and 13D are diagrams showing the relationship between the phase and energy of a standing wave formed in a waveguide of a semiconductor light-emitting element according to the ninth embodiment. 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。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the grating shift and the stop band width when the duty of the diffraction grating of the semiconductor light emitting device according to the ninth embodiment is changed. 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。13 is a plan view showing the configuration of a resistive layer of the semiconductor light emitting device according to the tenth embodiment. FIG. 回折格子の高さと結合係数との関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the height of a diffraction grating and a coupling coefficient. (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。11A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to an eleventh embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。11A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to an eleventh embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。11A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to an eleventh embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。11A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to an eleventh embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。11A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to an eleventh embodiment, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。12A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to a twelfth embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。12A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to a twelfth embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。12A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to a twelfth embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG. (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。12A is a plan view showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to a twelfth embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the waveguide direction of FIG.

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。 Below, the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Note that the following embodiments do not limit the present invention, and not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the configuration of the present invention. The configuration of the embodiments may be modified or changed as appropriate depending on the specifications of the device to which the present invention is applied and various conditions (conditions of use, environment of use, etc.). The technical scope of the present invention is determined by the claims, and is not limited by the individual embodiments below. Also, the drawings used in the following description may differ in scale and shape from the actual structure in order to make each configuration easier to understand.

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。 In the following description, a nitride semiconductor laser capable of emitting blue laser light in the 444 nm wavelength band is used as an example, but it may be an AlGaInN semiconductor laser capable of emitting blue laser light in the 405 nm wavelength band, or an AlGaN semiconductor laser capable of emitting near-ultraviolet laser light with an emission wavelength of 390 nm or less.

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。 Figure 1 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, Figure 2(a) is a plan view showing the configuration of the resistive layer of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, Figure 2(b) is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment cut along the lateral direction of the waveguiding direction, and Figure 2(c) is a diagram showing the refractive index of each layer of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment. Note that Figure 2(b) shows the configuration cut at the position of line X1-X1 in Figure 2(a). Also, for ease of understanding, the end face reflective film in Figure 2(a) and the electrode in Figure 2(b) have been omitted in Figure 1.

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、InAlGa1-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。 1, 2(a) and 2(b), the semiconductor laser LA includes an n-type nitride semiconductor layer E1, an active layer 15, a p-type nitride semiconductor layer E2, a resistive layer RA and a confinement layer E3. The active layer 15 is laminated on the n-type nitride semiconductor layer E1. The p-type nitride semiconductor layer E2 is laminated on the active layer 15. The nitride semiconductor can have a composition of, for example, In x Al y Ga 1-x-y N (0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1).

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。 In order to suppress the diffusion of impurities from the n-type nitride semiconductor layer E1 to the active layer 15, an undoped nitride guide layer 14 may be provided between the n-type nitride semiconductor layer E1 and the active layer 15. In order to suppress the diffusion of impurities from the p-type nitride semiconductor layer E2 to the active layer 15, an undoped nitride guide layer 16 may be provided between the p-type nitride semiconductor layer E2 and the active layer 15.

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。 The n-type nitride semiconductor layer E1 includes an n-type nitride cladding layer 12 and an n-type nitride guide layer 13. The n-type nitride cladding layer 12 and the n-type nitride guide layer 13 are sequentially stacked on the n-type nitride semiconductor substrate 11.

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。 The p-type nitride semiconductor layer E2 includes a p-type carrier block layer 17 and p-type nitride guide layers 18 and 18A. The p-type carrier block layer 17 and the p-type nitride guide layers 18 and 18A are sequentially stacked on the undoped nitride guide layer 16. The p-type nitride guide layers 18 and 18A can be made of the same material. The p-type nitride semiconductor layer E2 includes a waveguide layer WA. The waveguide layer WA guides the guided light while confining the guided light in the lateral direction D2 of the guide direction D1 of the guided light guided through the active layer 15. The waveguide layer WA can be made of a p-type nitride guide layer 18A on the p-type nitride guide layer 18.

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。 The resistive layer RA is located in a part of the p-type nitride semiconductor layer E2. The position of the resistive layer RA in the p-type nitride semiconductor layer E2 in the vertical direction D3 of the waveguiding direction D1 is not particularly limited. For example, the position of the top surface of the resistive layer RA may be equal to the position of the top surface of the p-type nitride guide layer 18, or may be lower than the position of the top surface of the p-type nitride guide layer 18. The position of the bottom surface of the resistive layer RA may be equal to the position of the bottom surface of the p-type nitride guide layer 18, or may be higher than the position of the bottom surface of the p-type nitride guide layer 18.

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。 The resistive layer RA has a smaller refractive index and a larger resistance than the p-type nitride semiconductor layer E2. Here, the resistive layer RA can be arranged in a part of the p-type nitride semiconductor layer E2 so as to configure at least one of a refractive index guided type and a gain guided type Fabry-Perot resonator and have a DFB structure. The resistive layer RA can be, for example, a high resistance layer made of AlN.

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。 The resistive layer RA has an opening KA and a diffraction grating EA. The pitch Λ1 of the diffraction grating EA can be made to match the oscillation period of the laser light guided through the waveguide layer WA. The diffraction grating EA is located on both sides of the waveguide layer WA. In this case, unevenness is formed on both sides of the waveguide layer WA, and the unevenness of the diffraction grating EA can be fitted into the unevenness on both sides of the waveguide layer WA. In this case, by embedding the p-type nitride guide layer 18A in the recesses of the diffraction grating EA and the opening KA, the difference in refractive index between the projections and recesses of the diffraction grating EA can be increased while forming the waveguide layer WA in the p-type nitride semiconductor layer E2.

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。 The opening KA and the diffraction grating EA are recessed from the end faces MA, MB of the active layer 15. The diffraction grating EA can be recessed from the end faces MA, MB of the active layer 15 by a distance equal to or greater than the period of the diffraction grating EA. Here, by recessing the opening KA and the diffraction grating EA from the end faces MA, MB of the active layer 15, a non-current injection region NJ can be provided near the end faces MA, MB of the active layer 15. This makes it possible to suppress heat generation from the end faces MA, MB of the active layer 15 and protect the end faces MA, MB of the active layer 15.

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。 If the coupling coefficient of the diffraction grating EA is κ and the resonator length of the semiconductor laser LA is L, it is preferable to satisfy the condition 1≦κ·L≦3. This makes it possible to stabilize the oscillation wavelength while lowering the threshold value and increasing the efficiency of the semiconductor laser LA.

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。 The confinement layer E3 is provided on the p-type nitride semiconductor layer E2. In this case, the confinement layer E3 can be located on the diffraction grating EA and the waveguide layer WA. The confinement layer E3 has a lower refractive index than the p-type nitride semiconductor layer E2. In this case, the confinement layer E3 can confine the guided light that is guided through the active layer 15 in the vertical direction E3. The confinement layer E3 can include, for example, a p-type nitride cladding layer 20.

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。 A p-type nitride contact layer 21 is laminated on the p-type nitride cladding layer 20. The p-type nitride contact layer 21 can make ohmic contact with an electrode 22 that injects current into the active layer 15.

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。 An electrode 22 is formed on the p-type nitride contact layer 21 to inject current into the active layer 15 through the opening KA. The electrode 22 may have a layered structure of Ti/Pt/Au. The thicknesses of the Ti/Pt/Au layers may be set to, for example, 100/50/300 nm.

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。 Examples of materials that can be used for each layer include the following: an n-type GaN substrate as the n-type nitride semiconductor substrate 11, an n -type Al0.02Ga0.98N layer as the n-type nitride cladding layer 12, an n-type GaN layer as the n-type nitride guide layer 13, and an In0.02Ga0.99N layer as the undoped nitride guide layer 14. Also , a single quantum well layer consisting of an In0.02Ga0.98N barrier layer/ In0.15Ga0.88N well layer/ In0.02Ga0.98N barrier layer can be used for the active layer 15. Furthermore, the undoped nitride guide layer 16 can be an In0.02Ga0.99N layer, the p -type carrier block layer 17 can be a p -type Al0.22Ga0.78N layer, the p-type nitride guide layers 18 and 18A can be a p-type GaN layer, and the p-type nitride cladding layer 20 and the p-type nitride contact layer 21 can be a p - type Al0.02Ga0.98N layer and a p-type GaN layer, respectively.

n型窒化物クラッド層12の厚さは、例えば、700nm、ドナー濃度N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N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N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N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N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Nは、1×1018cm-3に設定することができる。 The thickness of the n-type nitride cladding layer 12 can be set to, for example, 700 nm, and the donor concentration N D can be set to, for example, 1×10 17 cm −3 . The thickness of the n-type nitride guide layer 13 can be set to, for example, 50 nm, and the donor concentration N D can be set to, for example, 1×10 17 cm −3 . The thickness of the undoped nitride guide layer 14 can be set to, for example, 136 nm. The thicknesses of the barrier layer/well layer/barrier layer of the quantum well layer of the active layer 15 can be set to, for example, 10/9/10 nm. The thickness of the undoped nitride guide layer 16 can be set to, for example, 135 nm. The thickness of the p-type carrier block layer 17 can be set to, for example, 4 nm, and the acceptor concentration N A can be set to, for example, 1×10 18 cm −3 . The total thickness of the p-type nitride guide layers 18, 18A can be set to, for example, 150 nm and the acceptor concentration N A to 1×10 18 cm -3 . The thickness of the p-type nitride cladding layer 20 can be set to, for example, 700 nm and the acceptor concentration N A to 1×10 18 cm -3 . The thickness of the p-type nitride contact layer 21 can be set to, for example, 60 nm and the acceptor concentration N A to 1×10 18 cm -3 .

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。
2C, the refractive index of the n-type nitride cladding layer 12 is smaller than the refractive index of the n-type nitride guide layer 13. In addition, the refractive index of the n-type nitride guide layer 13 is smaller than the refractive index of the undoped nitride guide layer 14, which can be smaller than the refractive index of the active layer 15.
The refractive index of the p-type nitride contact layer 21 is greater than that of the p-type nitride cladding layer 20. The refractive index of the p-type nitride cladding layer 20 is smaller than that of the p-type nitride guide layer 18, which is smaller than that of the undoped nitride guide layer 16. The refractive index of the undoped nitride guide layer 16 can be smaller than that of the active layer 15. The refractive index of the p-type carrier block layer 17 can be smaller than that of the p-type nitride guide layer 18.

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。 As shown in FIG. 2(a), end face reflective films 24, 25 are formed on the end faces MA, MB of the semiconductor laser LA. At this time, it is preferable to set the reflectance of the end face MA to 2% or less, and the reflectance of the end face MB to 90% or more. This makes it possible to reduce the variation in the characteristics of the semiconductor laser LA while suppressing the decrease in the light emission efficiency of the semiconductor laser LA.

このとき、端面反射膜24は、AlN/SiOの積層構造とすることができる。ここで、AlN/SiO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/(SiO/Ta/SiOの積層構造とすることができる。ここで、AlN/(SiO/Ta/SiOの厚さは、例えば、30/(60/40)/10nmに設定することができる。 In this case, the end face reflection film 24 may have a laminated structure of AlN/ SiO2 . Here, the thickness of AlN/ SiO2 may be set to, for example, 30/300 nm. The end face reflection film 25 may have a laminated structure of AlN/( SiO2 / Ta2O5 ) 6 / SiO2 . Here, the thickness of AlN/ ( SiO2 / Ta2O5 ) 6 / SiO2 may be set to, for example, 30/(60/40) 6/10 nm.

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。 In addition, by providing an opening KA and a diffraction grating EA in the resistive layer RA below the p-type nitride cladding layer 20, it is possible to provide the diffraction grating EA on both sides of the waveguide layer WA. This makes it possible to confine the guided light guided through the active layer 15 in the horizontal direction D2 and the vertical direction D3. It also makes it possible to position the diffraction grating EA close to the active layer 15, and to increase the refractive index difference between the p-type nitride guide layer 18A and the diffraction grating EA while suppressing an increase in crystal defects in the p-type nitride guide layer 18A. This makes it possible to improve the light emission efficiency of the semiconductor laser LA and increase the output of the semiconductor laser LA. Furthermore, it is possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating EA while suppressing a decrease in the reliability of the semiconductor laser LA, and to stabilize the oscillation wavelength.

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。 In addition, by constructing the waveguide layer WA from GaN and the resistive layer RA from AlN, it is possible to suppress the decrease in the thermal conductivity of the resistive layer RA while suppressing the deviation between the lattice constant of the resistive layer RA and the lattice constant of the waveguide layer WA. In addition, it is possible to ensure the refractive index difference between the p-type nitride guide layer 18A and the diffraction grating EA while constricting the current injected into the active layer 15. Therefore, it is possible to realize a blue-violet laser diode with a stable oscillation wavelength while suppressing the decrease in the heat dissipation from the active layer 15. Furthermore, it is possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating EA while suppressing the increase in crystal defects in the p-type nitride guide layer 18A. As a result, it is possible to increase the light emission efficiency while suppressing the heat generation of the semiconductor laser LA, and it is possible to increase the output of the semiconductor laser LA, and it is possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing the decrease in the reliability of the semiconductor laser LA.

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。 For example, if the waveguide layer WA is made of GaN and the resistive layer RA is made of AlN, then at a laser oscillation wavelength of 444 nm, the refractive index of the waveguide layer WA is 2.49 and the refractive index of the resistive layer RA is 2.18. By using such materials, the stop band width of the diffraction grating EA can be expanded and the SMSR can be increased. Specifically, an SMSR of about 30 to 40 dB can be ensured. In contrast, if the diffraction grating is made of an AlInGaN-based semiconductor with a high concentration of Al or In, the stop band width of the diffraction grating is about 0.23 nm and an SMSR of only about 10 dB can be obtained.

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。
FIG. 3(a) is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor light-emitting device according to a comparative example cut along the horizontal direction of the waveguide direction, and FIG. 3(b) is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor light-emitting device according to a comparative example cut along the waveguide direction.
3(a) and 3(b), the semiconductor laser LA' has a ridge RA and a diffraction grating EA' instead of the resistive layer RA, the opening KA, and the diffraction grating EA of the semiconductor laser LA in Fig. 2(b). The other configurations of the semiconductor laser LA' can be configured in the same way as the semiconductor laser LA.

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。 In this comparative example, the diffraction grating EA' is located below the active layer 15. In this case, the diffraction grating EA' can be formed in the n-type nitride cladding layer 12A on the n-type nitride cladding layer 12. The n-type nitride cladding layers 12 and 12A can be integrally formed from the same material. The diffraction grating EA' can be covered with the n-type nitride guide layer 13.

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。 When forming the diffraction grating EA', for example, a pattern of projections and recesses with a period (pitch: Λ) of 89.2 nm and a duty of 0.5 is formed on the surface of an n-type Al0.02Ga0.98N layer formed on a GaN substrate by photolithography and etching, and an n-type GaN layer is then regrown thereon. The duty is the ratio of the width of the projections to the width within one period of the diffraction grating.

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。 A p-type nitride cladding layer 20A is formed on the p-type nitride cladding layer 20. The p-type nitride cladding layers 20 and 20A can be made of the same material. The p-type nitride cladding layer 20A has a ridge RA. The ridge RA is provided across the end faces of the semiconductor laser LA' along the guiding direction D1 of the guided light that guides the active layer 15. At this time, the ridge RA can confine the guided light that guides the active layer 15 in the lateral direction D2 and the vertical direction D3 of the guiding direction D1. In this configuration, the p-type nitride contact layer 21 is formed on the top surface of the ridge RA.

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。 Figure 4 shows the relationship between the height of the diffraction grating and the coupling coefficient of the semiconductor light-emitting device according to the first embodiment, in comparison with a semiconductor light-emitting device of a comparative example. Note that H1 shows the relationship between the height of the diffraction grating and the coupling coefficient in the configuration of Figure 2(b), and H2 shows the relationship between the height of the diffraction grating and the coupling coefficient in the configuration of Figure 3.

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。 In Figure 4, the coupling coefficients of the comparative example in Figure 3 and the configuration in Figure 2(b) were compared in the case of a rectangular diffraction grating using a method similar to that described in the literature (IEEE J. Quantum Electron. QE-11, p. 867, 1975). According to this literature, for example, in the case of the TE mode, the coupling coefficient κ is given by the following formula:

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。
where β is the propagation constant.
In the configuration of Fig. 2(b) and the comparative example of Fig. 3, when the heights of the diffraction gratings EA and EA' are equal, the configuration of Fig. 2(b) has a higher coupling coefficient than the comparative example of Fig. 3. As a result, in the configuration of Fig. 2(b), the stop band width can be made larger, making it easier to obtain a larger side mode suppression ratio (SMSR). Also, in the configuration of Fig. 2(b), when the height of the diffraction grating EA is 100 nm, κ·L is 1.4.

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n=2.48、n=2.49、n=2.48とし、図2(b)の構成ではn=2.18、n=2.49、n=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、λ=444nm、デューティ=0.4とした。 The refractive indices used in the estimation by the method described in the above-mentioned document were n1 = 2.48, n2 = 2.49, and n3 = 2.48 in the comparative example of Fig. 3, and n1 = 2.18, n2 = 2.49, and n3 = 2.48 in the configuration of Fig. 2(b). In addition, the variables common to the configuration of Fig. 2(b) and the comparative example of Fig. 3 were t = 3 µm, λ0 = 444 nm, and duty = 0.4.

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。 This semiconductor laser LA can be used as a light source that generates 222 nm SHG (second harmonic generation) waves. 222 nm ultraviolet light is safer for humans than 254 nm ultraviolet light, which is used for sterilization purposes, and can prevent the onset of skin cancer and keratitis.

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。 Figure 5(a) is a plan view showing the configuration of the resistive layer of the semiconductor light-emitting device according to the second embodiment, Figure 5(b) is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light-emitting device according to the second embodiment cut along the lateral direction of the waveguiding direction, and Figure 5(c) is a diagram showing the refractive index of each layer of the semiconductor light-emitting device according to the second embodiment. Note that Figure 5(b) shows the configuration cut at the position of line X1-X1 in Figure 5(a).

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。 In Figures 5(a) and 5(b), the semiconductor laser LB has a transparent conductive layer 23 instead of the p-type nitride cladding layer 20 and the p-type nitride contact layer 21 of the semiconductor laser LA of Figure 2(b). The other points of the semiconductor laser LB can be configured in the same way as the semiconductor laser LA of Figure 2(b).

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。 The transparent conductive layer 23 is a conductive layer transparent to the light generated in the active layer 15. The transparent conductive layer 23 is used as at least one of the guide layer or the cladding layer on the active layer 15. The transparent conductive layer 23 may contain at least one element selected from In, Sn, Zn, Ti, Nb, and Zr, and may be an oxide of these elements. For example, the transparent conductive layer 23 may be an ITO film, a ZnO film, a SnO film, or a TiO film. Here, as shown in FIG. 5(c), the refractive index of the transparent conductive layer 23 can be smaller than the refractive index of the p-type nitride guide layer 18. The transparent conductive layer 23 is preferably thinned within a range in which light can be confined to the perpendicular transverse mode. The perpendicular transverse mode is a propagation mode in the longitudinal direction D3 of the waveguiding direction D1. At this time, the thickness of the transparent conductive layer 23 is preferably 80 nm or more and 120 nm or less. An electrode 21 is formed on the transparent conductive layer 23. The transparent conductive layer 23 can make direct ohmic contact with the electrode 21.

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。 Here, by making the refractive index of the transparent conductive layer 23 smaller than that of the p-type nitride guide layer 18, it is possible to confine the vertical lateral mode in the transparent conductive layer 23 while suppressing the thickening of the p-type nitride semiconductor layer E2. In addition, by stacking the transparent conductive layer 23 on the p-type nitride semiconductor layer E2, it is not necessary to provide a p-type nitride semiconductor contact layer on the transparent conductive layer 23 for contacting the electrode 22, and the resistance of the current injected into the active layer 15 via the transparent conductive layer 23 can be reduced. This makes it possible to reduce heat generation in the semiconductor laser LB, reduce optical loss during optical propagation, and improve slope efficiency.

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。 Figures 6(a1), 6(b1), 7(a1) and 8(a1) are plan views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the third embodiment. Also, Figures 6(a2) and 6(b2) are cross-sectional views cut along the waveguiding direction of Figures 6(a1) and 6(b1), respectively. Also, Figures 7(a2) and 8(a2) are cross-sectional views cut along the waveguiding direction at the position of the diffraction grating of Figures 7(a1) and 8(a1), respectively. Also, Figures 7(a3) and 8(a3) are cross-sectional views cut along the waveguiding direction at the position of the waveguide of Figures 7(a1) and 8(a1), respectively. Note that Figures 6(a2), 6(b2), 7(a2), and 8(a2) show configurations cut along lines A1-A1 in Figures 6(a1), 6(b1), 7(a1), and 8(a1), respectively, and Figures 7(a3) and 8(a3) show configurations cut along lines B1-B1 in Figures 7(a1) and 8(a1), respectively.

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。 This third embodiment can be applied to the manufacture of the semiconductor laser LA in FIG. 2(b). Note that in FIG. 6(a2), FIG. 6(b2), FIG. 7(a2), FIG. 7(a3), FIG. 8(a2), and FIG. 8(a3), the n-type nitride semiconductor substrate 11, the n-type nitride cladding layer 12, the n-type nitride guide layer 13, and the undoped nitride guide layer 14 in FIG. 2(b) are omitted.

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。 6(a1) and 6(a2), an n-type nitride cladding layer 12, an n-type nitride guide layer 13, an undoped nitride guide layer 14, an active layer 15, an undoped nitride guide layer 16, a p-type carrier block layer 17, and a p-type nitride guide layer 18 are sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor substrate 11 by epitaxial growth. Furthermore, a resistive layer RA is stacked on the p-type nitride guide layer 18 by a method such as epitaxial growth or sputtering. The epitaxial growth may be MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), or HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy).

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。 Next, as shown in FIG. 6(b1) and FIG. 6(b2), the resistive layer RA is patterned based on photolithography and dry etching techniques to form an opening KA in the resistive layer RA with a diffraction grating EA on both sides along the waveguiding direction D1. At this time, the concave and convex portions of the diffraction grating EA can be arranged on both sides of the opening KA along the waveguiding direction D1 with a period of the oscillation wavelength.

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。 Next, as shown in Figures 7(a1), 7(a2) and 7(a3), a p-type nitride guide layer 18A is selectively formed on the p-type nitride guide layer 18 by epitaxial growth so as to be embedded in the opening KA. At this time, the p-type nitride guide layer 18A can be embedded in the recesses of the diffraction grating EA, and the refractive index difference between the recesses and protrusions of the diffraction grating EA can be determined by the refractive index of the resistive layer RA. In addition, a waveguide layer WA is formed in the opening KA with the diffraction grating EA provided on both sides along the waveguiding direction D1.

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。 Next, as shown in Figures 8(a1), 8(a2), and 8(a3), a p-type nitride cladding layer 20 and a p-type nitride contact layer 21 are sequentially formed on the p-type nitride guide layer 18A and the resistive layer RA by epitaxial growth.

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。 This makes it possible to form the waveguide layer WA in FIG. 2(a) in the opening KA and simultaneously form the diffraction grating EA on both sides of the waveguide layer WA, and to increase the refractive index difference between the p-type nitride guide layer 18A and the diffraction grating EA. This makes it possible to stably form an inner stripe type semiconductor laser having a DFB structure while suppressing an increase in the number of steps.

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。
FIG. 9A is a perspective view showing the configuration of a semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment.
9A and 9B, the semiconductor laser LC has a p-type nitride semiconductor layer E2' instead of the p-type nitride semiconductor layer E2 of the semiconductor laser LA of Fig. 2(b). Other points of the semiconductor laser LC can be configured in the same way as the semiconductor laser LA of Fig. 2(b).

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。 9A and 9B, the p-type nitride semiconductor layer E2' includes a p-type carrier block layer 17 and p-type nitride guide layers 18, 18A, and 18A'. The p-type carrier block layer 17 and the p-type nitride guide layers 18, 18A, and 18A' are sequentially stacked on the undoped nitride guide layer 16. The p-type nitride guide layers 18, 18A, and 18A' can be made of the same material. The p-type nitride semiconductor layer E2' includes waveguide layers WA and WA'. The waveguide layers WA and WA' guide the guided light while confining the guided light in the lateral direction D2 of the guide direction D1 of the guided light guided through the active layer 15. The waveguide layer WA' can be made of a p-type nitride guide layer 18A' on the p-type nitride guide layer 18A.

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。 The resistive layers RA and RA' are located in a portion of the p-type nitride semiconductor layer E2'. The resistive layers RA and RA' can be made of the same material. The resistive layers RA and RA' may be integrated with each other. The positions of the resistive layers RA and RA' in the p-type nitride semiconductor layer E2' in the vertical direction D3 of the waveguide direction D1 are not particularly limited.

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。 The resistive layers RA and RA' have a smaller refractive index and a larger resistance than the p-type nitride semiconductor layer E2'. The resistive layer RA' is laminated on the resistive layer RA. Here, the resistive layers RA and RA' can form at least one of a refractive index guided type and a gain guided type Fabry-Perot resonator, and can be disposed in a part of the p-type nitride semiconductor layer E2' so as to have a DFB structure. The resistive layers RA and RA' can be, for example, high resistance layers made of AlN.

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。 In addition, by constructing the waveguide layers WA and WA' from GaN and the resistive layers RA and RA' from AlN, it is possible to suppress the deviation between the lattice constant of the resistive layers RA and RA' and the lattice constant of the waveguide layers WA and WA' while suppressing the decrease in the thermal conductivity of the resistive layers RA and RA'. Furthermore, even if a diffraction grating EA is present, it is possible to ensure the refractive index difference between the p-type nitride guide layer 18A and the diffraction grating EA while improving the confinement of the current injected into the active layer 15. Therefore, it is possible to realize a blue-violet laser diode while suppressing the heat generation of the semiconductor laser LC. In addition, it is possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating EA while suppressing the increase in crystal defects of the p-type nitride guide layer 18A and the decrease in the heat dissipation from the active layer 15. As a result, it is possible to increase the light emission efficiency while suppressing the temperature rise of the semiconductor laser LC, and to increase the output of the semiconductor laser LC. As a result, it is possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing the decrease in the reliability of the semiconductor laser LC.

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。 In the semiconductor laser LC of Figures 9A and 9B, an example is shown in which a waveguide layer WA' without a diffraction grating on both sides is laminated on a waveguide layer WA with a diffraction grating EA on both sides, as in the case of the semiconductor laser LB shown in Figure 5, but a waveguide layer WA with a diffraction grating EA on both sides may also be laminated on a waveguide layer WA' without a diffraction grating on both sides.

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。 Figures 10(a1), 10(b1), 11(a1), 11(b1), 12(a1) and 13(a1) are plan views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the fifth embodiment. Also, Figures 10(a2), 10(b2), 11(a2) and 11(b2) are cross-sectional views cut along the waveguiding direction of Figures 6(a1) and 6(b1), respectively. Also, Figures 12(a2) and 13(a2) are cross-sectional views cut along the waveguiding direction at the positions of the diffraction gratings of Figures 12(a1) and 13(a1), respectively. Furthermore, Figures 12(a3) and 13(a3) are cross-sectional views cut along the waveguiding direction at the positions of the waveguides of Figures 12(a1) and 13(a1), respectively. 10(a2), 10(b2), 11(a2), 12(a2), and 13(a2) show configurations cut along the lines A1-A1 in 10(a1), 10(b1), 11(a1), 12(a1), and 13(a1), respectively. Also, 11(b2), 12(a3), and 13(a3) show configurations cut along the lines B1-B1 in 11(b1), 12(a1), and 13(a1), respectively.

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。 This fifth embodiment can be applied to the manufacture of the semiconductor laser LC of FIG. 9. Note that in FIG. 10(a2), FIG. 10(b2), FIG. 11(a2), FIG. 11(b2), FIG. 12(a2), FIG. 12(a3), FIG. 13(a2), and FIG. 13(a3), the n-type nitride semiconductor substrate 11, the n-type nitride cladding layer 12, the n-type nitride guide layer 13, and the undoped nitride guide layer 14 of FIG. 9 are omitted.

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。 In Figures 10(a1) and 10(a2), an n-type nitride cladding layer 12, an n-type nitride guide layer 13, an undoped nitride guide layer 14, an active layer 15, an undoped nitride guide layer 16, a p-type carrier block layer 17, and p-type nitride guide layers 18 and 18A are sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor substrate 11 by epitaxial growth.

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。 Next, as shown in Figures 10(b1) and 10(b2), the p-type nitride guide layer 18A is patterned using photolithography and dry etching techniques to form alternating convex portions QT and concave portions QB in the p-type nitride guide layer 18A at a period of the oscillation wavelength along the waveguide direction D1.

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。 Next, as shown in FIG. 11(a1) and FIG. 11(a2), resistive layers RA, RA' are formed sequentially on the p-type nitride guide layers 18, 18A by epitaxial growth or sputtering. The resistive layers RA, RA' can be formed collectively in a single film formation process. At this time, the resistive layer RA can be formed so as to fill the recessed portion QB of the p-type nitride guide layer 18A, and the resistive layer RA' can be formed so as to cover the protruding portion QT of the p-type nitride guide layer 18A and the resistive layer RA.

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。 Next, as shown in FIG. 11(b1) and FIG. 11(b2), the resistive layers RA, RA' are patterned using photolithography and dry etching techniques to form openings KA, KA' in the resistive layers RA, RA', respectively, along the waveguide direction D1. At this time, the resistive layers RA, RA' are removed in the openings KA, KA', respectively, and the protrusions QT and recesses QB of the p-type nitride guide layer 18' are exposed from the resistive layers RA, RA'.

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。 Next, as shown in Figures 12(a1), 12(a2) and 12(a3), a p-type nitride guide layer 18A' is selectively formed by epitaxial growth on the p-type nitride guide layers 18, 18A so as to be embedded in the openings KA, KA'. At this time, a waveguide layer WA is formed in the opening KA with a diffraction grating EA on both sides along the waveguiding direction D1 as shown in Figure 5. Also, a waveguide layer WA' without a diffraction grating on both sides is formed in the opening KA'.

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。 Next, as shown in Figures 13(a1), 13(a2) and 13(a3), a p-type nitride cladding layer 20 and a p-type nitride contact layer 21 are sequentially formed on the p-type nitride guide layer 18A' and the resistive layer RA' by epitaxial growth.

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。 This makes it possible to laterally confine the guided light guided through the active layer 15 based on the deposition of the resistive layers RA and RA' once, while arranging the diffraction grating KA close to the active layer 15. In addition, it is possible to constrict the current injected into the active layer 15 at the position of the opening KA' while ensuring the refractive index difference between the p-type nitride guide layer 18A and the diffraction grating KA. Therefore, it is possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating KA while suppressing the increase in crystal defects in the p-type nitride guide layers 18A and 18A' while suppressing the complication of the manufacturing process. In addition, it is possible to reduce the threshold current of the semiconductor laser LC while suppressing heat generation of the semiconductor laser LC. As a result, it is possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing an increase in the cost, and to increase the output while ensuring the reliability of the semiconductor laser LC.

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。 Figure 14(a) is a plan view showing the configuration of the resistive layer of the semiconductor light-emitting device according to the sixth embodiment, and Figure 14(b) is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor light-emitting device according to the sixth embodiment cut along the lateral direction of the waveguiding direction. Note that Figure 14(b) shows the configuration cut at the position of line X1-X1 in Figure 14(a).

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。 In Fig. 14(a) and Fig. 14(b), the semiconductor laser LD has a resistive layer RD instead of the resistive layer RA of the semiconductor laser LA of Fig. 2(b). The other points of the semiconductor laser LD can be configured in the same way as the semiconductor laser LA of Fig. 2(b).

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。 The resistive layer RD can be configured in the same way as the resistive layer RA, except that the position in the vertical direction D3 in the p-type nitride guide layer 18 is different from the position in the vertical direction D3 of the resistive layer RA. That is, the top surface of the resistive layer RD can be located at a position lower than the top surface of the p-type nitride guide layer 18. This allows the diffraction grating EA to be closer to the active layer 15, and the coupling coefficient between the guided light and the diffraction grating EA can be improved.

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。 Figure 15 is a plan view showing the configuration of the resistive layer of the semiconductor light-emitting device according to the seventh embodiment, and is a schematic diagram showing the state of standing waves formed within the semiconductor light-emitting device for the purpose of explanation. Also, Figure 16 is a cross-sectional view of the configuration of the semiconductor light-emitting device according to the seventh embodiment cut along the waveguiding direction at the position of the second-order diffraction grating. Note that Figure 16 shows the configuration cut at the position of line A1-A1 in Figure 15.

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。 In FIG. 15, the semiconductor laser LE has a p-type nitride semiconductor layer E2'' instead of the p-type nitride semiconductor layer E2 of the semiconductor laser LB in FIG. 5(b). The p-type nitride semiconductor layer E2'' has a resistive layer RE instead of the resistive layer RA. In other respects, the semiconductor laser LE can be configured in the same way as the semiconductor laser LB in FIG. 5(b).

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。 The resistive layer RE is located in a part of the p-type nitride semiconductor layer E2''. The position of the resistive layer RE in the p-type nitride semiconductor layer E2'' in the vertical direction D3 of the waveguide direction D1 is not particularly limited. The resistive layer RE has a smaller refractive index and a larger resistance than the p-type nitride semiconductor layer E2''. Here, the resistive layer RE can configure at least one of a refractive index guided type and a gain guided type Fabry-Perot resonator. In addition, it can be disposed in a part of the p-type nitride semiconductor layer E2'' so as to have a high-order DFB structure. The resistive layer RE has multiple high-order diffraction gratings with a greatest common denominator of 1 and different orders. The resistive layer RE can be, for example, a high-resistance layer made of AlN.

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。 As shown in FIG. 15, the resistive layer RE has an opening KE, a second-order diffraction grating EE2, and a third-order diffraction grating EE3. A waveguide layer WE is provided in the opening KE. The pitch Λ2 of the second-order diffraction grating EE2 can be matched to a length that is twice the oscillation period of the laser light guided through the waveguide layer WE. The pitch Λ3 of the third-order diffraction grating EE3 can be matched to a length that is three times the oscillation period of the laser light guided through the waveguide layer WE. The second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 are located on both sides of the waveguide layer WE. At this time, unevenness with a pitch Λ2 is formed on one side of the waveguide layer WE, and the unevenness of the second-order diffraction grating EE2 can be fitted into the unevenness on one side of the waveguide layer WE. The other side of the waveguide layer WE has a concave-convex shape with a pitch Λ3, and the concave-convex shape of the third-order diffraction grating EE3 can be fitted into the concave-convex shape of the other side of the waveguide layer WE. At this time, by embedding the p-type nitride guide layer 18A into the concave portion of the second-order diffraction grating EE2 (the gray portion of the diffraction grating formation portion in the figure), the concave portion of the third-order diffraction grating EE3 (the gray portion of the diffraction grating formation portion in the figure), and the opening KE (the portion encircling the diffraction grating and the waveguide layer WE in the figure), the difference in refractive index between the convex portion and the concave portion of each of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 can be increased, and the waveguide layer WE can be formed in the p-type nitride semiconductor layer E2'' (see FIG. 16).

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
Here, the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 have regions in which at least one of the following portions coincide with each other.
1) the center of the convex portion ST2 of the second-order diffraction grating EE2 and the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EE3, 2) the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EE2 and the center of the concave portion SB3 of the third-order diffraction grating EE3, 3) the center of the convex portion ST2 of the second-order diffraction grating EE2 and the center of the concave portion SB3 of the third-order diffraction grating EE3, 4) the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EE2 and the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EE3

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。 For example, at positions PC1, PC3, and PC5 in the waveguiding direction D1, the center of the convex portion ST2 of the second-order diffraction grating EE2 coincides with the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EE3. At positions PC2, PC4, and PC6 in the waveguiding direction D1, the center of the concave portion SB2 of the second-order diffraction grating EE2 coincides with the center of the convex portion ST3 of the third-order diffraction grating EE3.

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。 The opening KE, second-order diffraction grating EE2, and third-order diffraction grating EE3 are formed at positions recessed from the end faces MA, MB of the active layer 15. The second-order diffraction grating EE2 and third-order diffraction grating EE3 can be recessed from the end faces MA, MB of the active layer 15 by a distance equal to or greater than the period of each of the second-order diffraction grating EE2 and third-order diffraction grating EE3.

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。 Here, by setting the greatest common divisor of the orders of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 to 1, the period of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 can be increased while matching the diffraction conditions with the guide direction D1 of the guided light guided through the active layer 15. This makes it possible to stabilize the oscillation wavelength while suppressing a decrease in oscillation efficiency. Furthermore, it is possible to realize a blue-violet laser diode with a highly stable oscillation wavelength while mitigating the manufacturing difficulties associated with miniaturizing the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3.

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。 That is, the second-order diffraction grating EE2 diffracts the emitted light not only in the in-plane direction (180° direction: D1 direction in the cross-sectional view of FIG. 16 and the direction perpendicular to the paper surface), but also in the 90° direction (D3 direction in FIG. 16). The third-order diffraction grating EE3 diffracts the emitted light not only in the in-plane direction (180°), but also in directions of about 70° and about 110° with respect to the D1 axis in FIG. 16. However, since the greatest common denominator of the orders of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 is 1, only diffraction in the in-plane direction (180°) occurs, and the pitch is increased compared to the first-order diffraction grating, while providing the same effect as the first-order diffraction grating.

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。 In addition, by providing an area in which at least one of the centers of the convex portions, the centers of the concave portions, and the centers of the convex portions and the concave portions of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 coincide, the difference in energy density of the electric field of the standing wave VE formed by the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 can be increased, and the stop band width can be increased. Therefore, the SMSR of the multiple high-order diffraction gratings formed by the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating can be increased.

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。 Figures 17(a) and 17(b) show the refractive index distribution of the diffraction grating shown in Figure 15. The horizontal axis of the figure is the position in the light guide direction, and the vertical axis is the magnitude of the refractive index. Figures 17(c) and 17(d) show the relationship between the phase and energy of the standing wave formed in the waveguide of Figure 15. The horizontal axis of the figure is the position in the light guide direction, and the vertical axis is the magnitude of the amplitude. Note that Figure 17(a) shows the refractive index distribution in the waveguiding direction D1 when the period (pitch: Λ2) is 178.3 nm and the duty is 0.2 in the second-order diffraction grating EE2 of Figure 15, and Figure 17(b) shows the refractive index distribution in the waveguiding direction D1 when the period (pitch: Λ3) is 267.5 nm and the duty is 0.2 in the third-order diffraction grating EE3 of Figure 15.

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=1/2εE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。 In Fig. 17(a) and Fig. 17(b), the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 have points PC12 and PC14 where the centers of the convex parts and the centers of the convex parts coincide with each other, and points PC11 and PC13 where the centers of the concave parts and the centers of the convex parts coincide with each other. At this time, even if the wavelength is the same, the energy density u = 1/2 εE2 of the electric field E, which is indicated by the magnitude of the amplitude, differs depending on the position of the waveguiding direction D1 of the standing waves VE1 and VE2 relative to the diffraction grating. ε is the refractive index of the medium in which the electric field E is formed. The difference in the energy density u of the standing waves VE1 and VE2 corresponds to the stop band width. At this time, the difference in the amplitude between the standing waves VE1 and VE2 increases at points PC12 and PC14 where the centers of the convex parts of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 coincide with each other, and at points PC11 and PC13 where the centers of the concave parts of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 coincide with each other. In other words, by providing points PC12 and PC14 where the centers of the convex portions of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 coincide with each other and points PC11 and PC13 where the centers of the concave portions of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 coincide with each other, the stop band width can be increased, and the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating can be increased.

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。
FIG. 18 is a relationship diagram between the refractive index and the position in the waveguiding direction, showing as examples the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating shown in FIG. 15, as parameters that can be adjusted when changing the relative positional relationship between a plurality of diffraction gratings.
In Fig. 18, there are countless ways to select the relative positional relationship of the concaves and convexes of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3. When changing the relative positional relationship of the concaves and convexes of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3, the grating shift FK between the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 may be changed, the duty DY2 of the second-order diffraction grating EE2 may be changed, the duty DY3 of the third-order diffraction grating EE3 may be changed, or these changes may be combined. The grating shift FK is the difference in physical distance from the end face of the resonator between the second-order diffraction grating and the third-order diffraction grating, and this grating shift creates a phase shift of the wave formed in the resonator.

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。
FIG. 19A is a diagram showing the relationship between the grating shift and the stop band width when the duty of the diffraction grating of the semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment is changed.
19A, the stop band width was estimated when the duty DY2 of the second-order diffraction grating EE2 and the duty DY3 of the third-order diffraction grating EE3 were set to the same value and the inter-grating shift FK was changed between 0.1 and 0.5. Here, for the duty DY2 of the second-order diffraction grating and the duty DY3 of the third-order diffraction grating, the ◆ mark indicates the case of 0.1, the ■ mark indicates the case of 0.2, the ▲ mark indicates the case of 0.3, the × mark indicates the case of 0.4, and the asterisk indicates the case of 0.5.

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。 From these results, it was found that the stop band width changes depending on the relative positions of multiple diffraction gratings. In this estimation, the largest stop band value was obtained when the duty DY2 of the second-order diffraction grating EE2 and the duty DY3 of the third-order diffraction grating EE3 were 0.2 and the inter-grating shift FK was 0.5.

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。
FIG. 19B is a diagram showing a method for maximizing the stop band width of the semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment.
In FIG. 19B , when the duty DY2 of the second-order diffraction grating EE2 and the duty DY3 of the third-order diffraction grating EE3 are changed, when the duty DY2 of the second-order diffraction grating EE2 is 0.3, the duty DY3 of the third-order diffraction grating EE3 is 0.5, and the inter-grating shift FK is 0, it is found that a larger stop band width can be obtained compared to the case where the duty DY2 of the second-order diffraction grating EE2 and the duty DY3 of the third-order diffraction grating EE3 are each set to the same value of 0.2.

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。
FIG. 20 is a plan view showing the configuration of a resistive layer of the semiconductor light emitting device according to the eighth embodiment.
In Fig. 20, the semiconductor laser LF includes a resistive layer RF instead of the resistive layer RE of the semiconductor laser LE of Fig. 15. Other points of the semiconductor laser LF can be configured in the same manner as the semiconductor laser LE of Fig. 15.

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。 The resistive layer RF has an opening KF, a second-order diffraction grating EF2, and a third-order diffraction grating EF3. A waveguide layer WF is provided in the opening KF. The second-order diffraction grating EF2 and the third-order diffraction grating EF3 are provided on both sides of the waveguide layer WF along the waveguiding direction D1. The second-order diffraction grating EF2 is provided with a phase shift portion SF2, and the third-order diffraction grating EF3 is provided with a phase shift portion SF3.

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。 Here, the semiconductor laser LF is an end face reflection type laser, and the reflection surface is formed by crystal cleavage, but the characteristics vary depending on the cleavage position. In this case, by providing a phase shift section SF2 on the second-order diffraction grating EF2 and a phase shift section SF3 on the third-order diffraction grating EF3, it is possible to improve the SMSR of the diffraction grating while dealing with the variation in characteristics depending on the cleavage position, and to improve the light emission efficiency of the desired oscillation wavelength.

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。 In such a phase-shifted distributed feedback laser diode, it is easier to obtain a larger SMSR than a laser diode with a diffraction grating that does not have a phase-shifting portion. In addition, the threshold gain can be lowered, and the characteristics of the nitride semiconductor light-emitting device can be further improved.

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。 The center of the phase shift section is preferably located at a distance L1 between the end face MA with the lower reflectivity and 60% to 80% of the distance (L1+L2) between the end faces MA and MB. In particular, the distance L1 from the end face MA to the center of the phase shift section is preferably set to 70% (L1:L2=7:3) of the distance (L1+L2) between the end faces MA and MB. This allows the phase shift section to be positioned at a position that coincides with the centers of the peaks, valleys, or peaks of the standing waves formed by the diffraction grating, improving the SMSR.

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。 Furthermore, it is preferable that the length of the phase shift portion satisfies the formula λ/(4·n eff )·(2N−1), where N is a natural number (positive integer), neff is the effective refractive index of the diffraction grating, and λ is the Bragg wavelength. This allows the phase shift portion to be disposed at positions coinciding with the centers of the peaks, valleys, or peaks of the standing waves formed by the diffraction grating, thereby improving the SMSR.

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。 21(a) and 21(b) are diagrams showing the refractive index distribution of the diffraction grating of the semiconductor light-emitting device of the ninth embodiment. Also, FIG. 21(c) and FIG. 21(d) are diagrams showing the relationship between the phase and energy of the standing wave formed in the waveguide of the semiconductor light-emitting device of the ninth embodiment. Note that in this ninth embodiment, a combination of a third-order diffraction grating and a fifth-order diffraction grating is used instead of the combination of the second-order diffraction grating EE2 and the third-order diffraction grating EE3 of FIG. 15.

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。 In Figures 21(a) and 21(b), the pitch of the third-order diffraction grating can be matched to three times the oscillation period of the laser light. The pitch of the fifth-order diffraction grating can be matched to five times the oscillation period of the laser light. Even in the case of a combination of a third-order diffraction grating and a fifth-order diffraction grating, the greatest common divisor of the orders of these diffraction gratings is 1, so only diffraction occurs in the in-plane direction (180°). This provides the effect of efficiently achieving stable laser oscillation.

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。 Figure 21 (a) shows the refractive index distribution of a third-order diffraction grating, where the low refractive index portion corresponds to the concave portion of the third-order diffraction grating, and the high refractive index portion corresponds to the convex portion. Similarly, (b) shows the refractive index distribution of a fifth-order diffraction grating. In the combination of a third-order diffraction grating and a fifth-order diffraction grating, it can be seen that there are points PC21 and PC23 where the center of the concave portion of the third-order diffraction grating coincides with the center of the convex portion of the fifth-order diffraction grating, and points PC22 and PC24 where the center of the convex portion of the third-order diffraction grating coincides with the center of the concave portion of the fifth-order diffraction grating. At this time, at points PC21 and PC23 where the center of the concave portion of the third-order diffraction grating coincides with the center of the convex portion of the fifth-order diffraction grating, and points PC22 and PC24 where the center of the convex portion of the third-order diffraction grating coincides with the center of the concave portion of the fifth-order diffraction grating, the difference in amplitude between the standing waves VE3 and VE4 increases, and the difference in energy density u between the standing waves VE3 and VE4 increases. Therefore, by providing points PC21 and PC23 where the center of the concave portion of the third-order diffraction grating coincides with the center of the convex portion of the fifth-order diffraction grating, and points PC22 and PC24 where the center of the convex portion of the third-order diffraction grating coincides with the center of the concave portion of the fifth-order diffraction grating, the stop band width can be increased. As a result, the coupling coefficient between the guided light and the high-order diffraction grating can be increased.

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。
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the grating shift and the stop band width when the duty of the diffraction grating of the semiconductor light emitting device according to the ninth embodiment is changed.
22, the stop band width was estimated when the duty of the third-order diffraction grating and the duty of the fifth-order diffraction grating were set to the same value and the inter-grating shift was changed between 0.1 and 0.5. Here, for the duty DY3 of the third-order diffraction grating and the duty DY5 of the fifth-order diffraction grating, the ◆ mark indicates the case of 0.1, the ■ mark indicates the case of 0.2, the ▲ mark indicates the case of 0.3, the × mark indicates the case of 0.4, and the asterisk indicates the case of 0.5.

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。 From these results, it was found that the stop band width changes depending on the relative positions of the multiple diffraction gratings. In this estimation, the largest stop band value was obtained when the duty of the third-order diffraction grating and the duty of the fifth-order diffraction grating were 0.5 and the inter-grating shift was 0.5.

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。 The duty of the third-order diffraction grating and the duty of the fifth-order diffraction grating may be different from each other. For example, in the case where the duty of the third-order diffraction grating is 0.5, the duty of the fifth-order diffraction grating is 0.1, and the inter-grating shift is 0.5, and in the case where the duty of the third-order diffraction grating is 0.5, the duty of the fifth-order diffraction grating is 0.3, and the inter-grating shift is 0, the stop band value was the same as that in the case where the stop band value was the largest in FIG. 22 (the duty of the third-order diffraction grating and the duty of the fifth-order diffraction grating are 0.5, and the inter-grating shift is 0.5).

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。
FIG. 23 is a plan view showing the configuration of a resistive layer of the semiconductor light emitting device according to the tenth embodiment.
In Fig. 23, the semiconductor laser LG includes a resistive layer RG instead of the resistive layer RF of the semiconductor laser LF in Fig. 20. Other points of the semiconductor laser LG can be configured in the same way as the semiconductor laser LF in Fig. 20.

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。 The resistive layer RG has an opening KG, second-order diffraction gratings EG2, EG2' and third-order diffraction gratings EG3, EG3' instead of the opening KE, second-order diffraction grating EE2 and third-order diffraction grating EE3 of FIG. 20.

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。 A waveguide layer WG is provided within the opening KG. Second-order diffraction gratings EG2, EG2' and third-order diffraction gratings EG3, EG3' are located on both sides of the waveguide layer WG along the waveguiding direction L1. In this case, the third-order diffraction gratings EG3, EG3' can be arranged closer to the waveguide layer WG than the second-order diffraction gratings EG2, EG2'. This allows the high-order diffraction gratings to be arranged closer to the light distribution of the emitted light, and the low-order diffraction gratings to be arranged farther from the light distribution. Therefore, the coupling coefficients of the low-order diffraction gratings and the high-order diffraction gratings can be made roughly the same, and the emitted light can be efficiently diffracted in the 180° direction.

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、n=2.48、n=2.49、n=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λ=444nm、デューティ=0.4とした。
FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the height of the diffraction grating and the coupling coefficient.
In FIG. 24, according to the literature (IEEE J. Quantum Electron. QE-11, p867, 1975), the coupling coefficient decreases even if the height of the diffraction grating is the same as the order number. By using a method similar to that shown in this literature, the coupling coefficients of diffraction gratings of different orders were estimated for the case of TE mode and rectangular diffraction grating. As a result, as shown in FIG. 24, it can be seen that the coupling coefficient decreases even if the height of the diffraction grating is the same as the order number (the number represented by "m" in the figure) increases. Here, the refractive indices used to estimate the coupling coefficient were n 1 =2.48, n 2 =2.49, and n 3 =2.48. In addition, the variables common to the method in this literature were guide layer thickness t=3 μm, oscillation wavelength λ 0 =444 nm, and duty=0.4.

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。 Figures 25 to 29 show a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the 11th embodiment. In each figure, (a) is a plan view showing the method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the 11th embodiment, and (b) is a cross-sectional view cut along the waveguide direction corresponding to (a) in each figure. Note that Figures 25(b) to 27(b) and Figure 29(b) show configurations cut along line A1-A1 in the corresponding figures (a), and Figure 28(b) shows a configuration cut along line B1-B1 in Figure 28(a).

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。 In Figures 25(a) and 25(b), an n-type nitride cladding layer 12, an n-type nitride guide layer 13, an undoped nitride guide layer 14, an active layer 15, an undoped nitride guide layer 16, a p-type carrier block layer 17, and p-type nitride guide layers 18 and 18A are sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor substrate 11 by epitaxial growth.

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。 26(a) and 26(b), the p-type nitride guide layer 18A is patterned based on photolithography and dry etching techniques to alternately form convex portions QT2 and concave portions QB2 in the p-type nitride guide layer 18A at a period twice the oscillation wavelength along the waveguide direction D1, and alternately form convex portions QT3 and concave portions QB3 in the p-type nitride guide layer 18A at a period three times the oscillation wavelength along the waveguide direction D1. At this time, the arrangement of the convex portions QT2 and concave portions QB2 and the arrangement of the convex portions QT3 and concave portions QB3 can be arranged adjacent to each other in the lateral direction D2 of the waveguide direction D1.

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。 Next, as shown in Figures 27(a) and 27(b), resistive layers RH, RH' are formed sequentially on the p-type nitride guide layers 18, 18A by epitaxial growth or sputtering to form the second-order diffraction grating EH2 and the third-order diffraction grating EH3. The resistive layers RH, RH' can be formed collectively in a single film formation process. At this time, the resistive layer RH can be formed so that the recesses QB2, QB3 of the p-type nitride guide layer 18A are filled, and the resistive layer RH' can be formed so that the protrusions QT2, QT3 of the p-type nitride guide layer 18A and the resistive layer RH are covered.

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。 Next, as shown in Figures 28(a) and 28(b), the resistive layers RH and RH' are patterned using photolithography and dry etching techniques to form openings KH and KH' in the resistive layers RH and RH' along the waveguide direction D1. At this time, the resistive layers RH and RH' are removed from the openings KH and KH', respectively, and the protrusions QT2 and QT3 and the recesses QB2 and QB3 of the p-type nitride guide layer 18' are exposed from the resistive layers RH and RH'.

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。 Next, as shown in Figures 29(a) and 29(b), a p-type nitride guide layer 18A' is selectively formed by epitaxial growth on the p-type nitride guide layers 18, 18A and on the resistive layer RH' so as to fill the openings KH, KH'. At this time, a waveguide layer WH is formed in the opening KH, with a second-order diffraction grating EH2 and a third-order diffraction grating EH3 provided on both sides along the waveguiding direction D1. Also, a waveguide layer WH' is formed in the opening KH', without a second-order diffraction grating EH2 and a third-order diffraction grating EH3 provided on both sides.

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。 Next, the p-type nitride cladding layer 20 and the p-type nitride contact layer 21 are sequentially formed on the p-type nitride guide layer 18A' by epitaxial growth.

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。 This makes it possible to arrange the second-order diffraction grating EH2 and the third-order diffraction grating EH3 close to the active layer 15 while laterally confining the guided light guided through the active layer 15 based on a single film formation process of the resistive layers RH and RH'. Furthermore, it is possible to narrow the current injected into the active layer 15 at the position of the opening KH' while ensuring the refractive index difference between the p-type nitride guide layer 18A and the second-order diffraction grating EH2 and the third-order diffraction grating EH3. This makes it possible to increase the coupling coefficient between the guided light and the second-order diffraction grating EH2 and the third-order diffraction grating EH3, while suppressing the heat generation of the semiconductor laser and lowering the threshold current of the semiconductor laser. As a result, it is possible to stabilize the oscillation wavelength while enlarging the pitch compared to the first-order diffraction grating, and to increase the output while ensuring the reliability of the semiconductor laser.

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。 Figures 30(a) to 33(a) are plan views showing a method for manufacturing a semiconductor light-emitting device according to the twelfth embodiment, and Figures 30(b) to 33(b) are cross-sectional views cut along the waveguide direction of Figures 30(a) to 33(a), respectively. Note that Figures 30(b) to 33(b) show configurations cut along lines A1-A1 of Figures 30(a) to 33(a), respectively.

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。 30(a) and 30(b), an n-type nitride cladding layer 12, an n-type nitride guide layer 13, an undoped nitride guide layer 14, an active layer 15, an undoped nitride guide layer 16, a p-type carrier block layer 17, and a p-type nitride guide layer 18 are sequentially stacked on an n-type nitride semiconductor substrate 11 by epitaxial growth. Furthermore, a resistive layer RI is stacked on the p-type nitride guide layer 18 by a method such as epitaxial growth or sputtering.

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。 Next, as shown in Figures 31(a) and 31(b), the resistive layer RI is patterned using photolithography and dry etching techniques to form an opening KI in the resistive layer RI, with a second-order diffraction grating EI2 and a third-order diffraction grating EI3 on either side along the waveguide direction D1.

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。 Next, as shown in Figures 32(a) and 32(b), a p-type nitride guide layer 18A is selectively formed on the p-type nitride guide layer 18 by epitaxial growth so as to be embedded in the opening KI. At this time, the p-type nitride guide layer 18A can be embedded in the recesses of the second-order diffraction grating EI2 and the recesses of the third-order diffraction grating EI3, and the refractive index difference between the recesses and protrusions of the second-order diffraction grating EI2 and the refractive index difference between the recesses and protrusions of the third-order diffraction grating EI3 can be determined by the refractive index of the resistive layer RI. In addition, a waveguide layer WI is formed in the opening KI, with the second-order diffraction grating EI2 and the third-order diffraction grating EI3 provided on both sides along the waveguiding direction D1.

次に、図33(a)および図33(b)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。 Next, as shown in Figures 33(a) and 33(b), a p-type nitride cladding layer 20 and a p-type nitride contact layer 21 are sequentially formed on the p-type nitride guide layer 18A by epitaxial growth.

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。 This makes it possible to form the second-order diffraction grating EI2 and the third-order diffraction grating EI3 on both sides of the waveguide layer WI at the same time as forming the waveguide layer WI in the opening KI. It also makes it possible to increase the refractive index difference between the p-type nitride guide layer 18A and the second-order diffraction grating EI2 and the third-order diffraction grating EI3. This makes it possible to stably form an inner stripe type semiconductor laser having a DFB structure with an expanded pitch compared to a first-order diffraction grating while suppressing an increase in the number of steps.

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
E1 n-type nitride semiconductor layer E2 p-type nitride semiconductor layer E3 Confinement layer 11 n-type nitride semiconductor substrate 12 n-type nitride cladding layer 13 n-type nitride guide layer 14, 16 Undoped nitride guide layer 15 Active layer 17 p-type carrier block layer 18 p-type nitride guide layer RA Resistance layer 20 p-type nitride cladding layer 21 p-type nitride contact layer

Claims (17)

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半導体発光素子であって、
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く、
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半導体発光素子。
A first conductivity type semiconductor layer;
an active layer provided on the first conductive type semiconductor layer;
a second conductive type semiconductor layer provided on the active layer;
a waveguide layer provided in the second conductive type semiconductor layer, for guiding the guided light while confining the guided light in a lateral direction of a guide direction of the guided light in the active layer;
a diffraction grating provided in the second conductive type semiconductor layer along a guide direction of the guided light;
a confinement layer provided on the waveguide layer and the diffraction grating , for vertically confining guided light guided through the active layer,
the grating comprises a resistive layer;
the resistive layer is located in a portion of the second conductive type semiconductor layer, and has a smaller refractive index and a larger resistance than the second conductive type semiconductor layer;
The semiconductor light emitting device is characterized in that the diffraction grating is located on both sides of the waveguide layer .
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。 The semiconductor light-emitting element according to claim 1, characterized in that the confinement layer is a second conductivity type semiconductor layer having a smaller refractive index than the waveguide layer. 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。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that the confinement layer is a transparent conductive layer that is transparent to the guided light that guides the active layer. 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。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that the confinement layer is used as at least one of a guide layer and a cladding layer on the active layer. 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。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the diffraction grating is set back from an end face of the active layer by a distance equal to or greater than the period of the diffraction grating.
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。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that the diffraction grating has a phase shift portion. 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に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 6, characterized in that the length of the phase shift portion satisfies the relationship of λ/(4·n eff )·(2N-1), where N is a positive integer, n eff is an effective refractive index of the diffraction grating, and λ is the Bragg wavelength. 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に記載の半導体発光素子。 7. The semiconductor light emitting device according to claim 6 , wherein the center of the phase shift portion is located at a distance between 60% and 80% of the distance between the end face having a lower reflectance and the end face of the active layer. 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。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that the condition 1≦κ·L≦3 is satisfied, where κ is the coupling coefficient of the diffraction grating and L is the resonator length. 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。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that the waveguide layer is made of GaN and the diffraction grating is made of AlN. 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。 The semiconductor light-emitting device according to claim 1, characterized in that the diffraction grating comprises a plurality of high-order diffraction gratings having a greatest common denominator of 1 and different orders. 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11に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 11, characterized in that the multiple high-order diffraction gratings have areas in which at least one of the centers of the convex portions and the centers of the concave portions and the centers of the convex portions and the concave portions coincide with each other . 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11に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to claim 11 , wherein the duties of the multiple high-order diffraction gratings are different from each other. 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11に記載の半導体発光素子。 The semiconductor light emitting device according to claim 11 , wherein the plurality of high-order diffraction gratings are arranged so that the coupling coefficients are equal to each other. 第1導電型半導体層と、A first conductivity type semiconductor layer;
前記第1導電型半導体層上に設けられた活性層と、an active layer provided on the first conductive type semiconductor layer;
前記活性層上に設けられた第2導電型半導体層と、a second conductive type semiconductor layer provided on the active layer;
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、a waveguide layer provided in the second conductive type semiconductor layer, for guiding the guided light while confining the guided light in a lateral direction of a guide direction of the guided light in the active layer;
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、a diffraction grating provided in the second conductive type semiconductor layer along a guide direction of the guided light;
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、を備える半導体発光素子であって、a confinement layer provided on the waveguide layer and the diffraction grating, for vertically confining guided light guided through the active layer,
前記回折格子は抵抗層を備え、the grating comprises a resistive layer;
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く、the resistive layer is located in a portion of the second conductive type semiconductor layer, and has a smaller refractive index and a larger resistance than the second conductive type semiconductor layer;
前記抵抗層は、The resistive layer is
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、a first resistive layer in which the diffraction grating is formed on both sides of a first opening in which the waveguide layer is embedded;
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抗層と、を備えることを特徴とする半導体発光素子。a second resistive layer laminated on the first resistive layer, the second resistive layer having a second opening in which the waveguide layer is embedded.
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。
a step of sequentially stacking an active layer and a second conductive type semiconductor layer on the first conductive type semiconductor layer;
forming projections and recesses on the second conductive type semiconductor layer;
a step of laminating a resistive layer having a smaller refractive index and a larger resistance than the second conductive type semiconductor layer on the second conductive type semiconductor layer so as to cover the irregularities, thereby forming a diffraction grating fitted to the irregularities;
forming an opening in the resistive layer on which the diffraction grating is formed;
and re-growing the second conductive type semiconductor layer so as to fill the opening.
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導体発光素子の製造方法。
a step of sequentially stacking an active layer, a second conductive type semiconductor layer, and a resistive layer having a resistance higher than that of the second conductive type semiconductor layer on a first conductive type semiconductor layer;
forming an aperture in the resistive layer flanked by a diffraction grating;
and re-growing the second conductive type semiconductor layer so that the diffraction grating and the opening are buried.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003249718A (en) 2002-02-25 2003-09-05 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, semiconductor laser module and optical fiber amplifier
JP2004006934A (en) 1996-07-26 2004-01-08 Toshiba Corp Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same
JP2004289157A (en) 2003-03-20 2004-10-14 Xerox Corp Laser diode structure and manufacturing method thereof
JP2005353761A (en) 2004-06-09 2005-12-22 Mitsubishi Electric Corp Distributed feedback laser diode
US20060120428A1 (en) 2004-12-08 2006-06-08 Dae Kon Oh Distributed feedback (DFB) semiconductor laser and fabrication method thereof
JP2007243019A (en) 2006-03-10 2007-09-20 Fujitsu Ltd Optical semiconductor device
CN102738701A (en) 2012-06-25 2012-10-17 中国科学院半导体研究所 Distributed feedback laser and preparation method thereof
JP2014150145A (en) 2013-01-31 2014-08-21 Japan Oclaro Inc Semiconductor laser element and optical semiconductor device
JP2018037495A (en) 2016-08-30 2018-03-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Nitride semiconductor laser device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61216383A (en) * 1985-03-20 1986-09-26 Nec Corp Distributed feedback semiconductor laser
JP3040262B2 (en) * 1992-09-29 2000-05-15 松下電子工業株式会社 Semiconductor laser device
JP3464853B2 (en) * 1995-09-06 2003-11-10 株式会社東芝 Semiconductor laser
JPH11195838A (en) * 1997-11-07 1999-07-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Distribution feedback type of semiconductor laser

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004006934A (en) 1996-07-26 2004-01-08 Toshiba Corp Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same
JP2003249718A (en) 2002-02-25 2003-09-05 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, semiconductor laser module and optical fiber amplifier
JP2004289157A (en) 2003-03-20 2004-10-14 Xerox Corp Laser diode structure and manufacturing method thereof
JP2005353761A (en) 2004-06-09 2005-12-22 Mitsubishi Electric Corp Distributed feedback laser diode
US20060120428A1 (en) 2004-12-08 2006-06-08 Dae Kon Oh Distributed feedback (DFB) semiconductor laser and fabrication method thereof
JP2007243019A (en) 2006-03-10 2007-09-20 Fujitsu Ltd Optical semiconductor device
CN102738701A (en) 2012-06-25 2012-10-17 中国科学院半导体研究所 Distributed feedback laser and preparation method thereof
JP2014150145A (en) 2013-01-31 2014-08-21 Japan Oclaro Inc Semiconductor laser element and optical semiconductor device
JP2018037495A (en) 2016-08-30 2018-03-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Nitride semiconductor laser device

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