(57)【要約】【課題】不純物拡散又はイオン注入等によらない端面窓構造の形成を可能とし、窒化物半導体を用いた場合においても端面窓構造を有する半導体レーザ装置を実現できるようにする。【解決手段】半導体レーザ装置は、基板１１の所定の領域の上を除いて基板１１の上に選択的に成長した半導体層積層体２０を備えている。半導体層積層体２０は、活性層１４を含み、光を出射する前方端面２０Ａと交差する方向に延びるストライプ状の光導波路を有している。活性層１４は、所定の領域の周縁部に形成された異常成長部１４ａと、異常成長部１４ａの周囲に形成され、異常成長部１４ａを除く活性層１４の他の部分と比べて禁制帯幅が大きい禁制帯幅増大部１４ｂとを有している。光導波路は、異常成長部１４ａと間隔をおき且つ前方端面２０Ａにおいて禁制帯幅増大部１４ｂを含むように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の所定の領域の上を除いて前記基板の上に選択的に成長した半導体層積層体を備え、
前記半導体層積層体は、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を含み、光を出射する前方端面と交差する方向に延びるストライプ状の光導波路を有し、
前記活性層は、前記所定の領域の周縁部に形成された異常成長部と、前記異常成長部の周囲に形成され、前記異常成長部を除く前記活性層の他の部分と比べて禁制帯幅が大きい禁制帯幅増大部とを有し、
前記光導波路は、前記異常成長部と間隔をおき且つ前記前方端面において前記禁制帯幅増大部を含むように形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記基板における前記所定の領域の上には前記半導体層積層体の成長を阻害するマスクが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記マスクは、誘電体又は高融点金属からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体層積層体は、前記所定の領域の上に形成された開口部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記前方端面側における前記所定の領域の端部から前記前方端面までの距離が５０μｍ以下であり、
前記光導波路側における前記所定の領域の端部から前記光導波路の中心線までの距離が２０μｍ以上且つ６０μｍ以下であり、
前記光導波路に沿った方向の奥行きが５μｍ以上且つ２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記異常成長部は、前記光導波路の両側方に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記禁制帯幅増大部は、前記光導波路における前記前方端面を含む領域と共に、前記光導波路における前記前方端面と反対側の端面である後方端面を含む領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記活性層はインジウムを含む窒化物半導体層であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記半導体層積層体は、｛０００１｝面を主面とする窒化物半導体からなり、
前記光導波路は、＜１−１００＞方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
基板の所定の領域の上にマスクを形成する工程（ａ）と、
前記マスクが形成された基板の上に活性層を含む半導体層積層体を成長する工程（ｂ）と、
前記マスクが形成された領域と間隔をおいてストライプ状の光導波路を形成する工程（ｃ）と、
劈開により前記光導波路と交差する方向の端面を形成する工程（ｄ）とを備え、
前記工程（ｂ）では、前記活性層における前記マスクの周縁部に異常成長により生じた異常成長部が形成され、前記異常成長部の周囲に前記異常成長部を除く前記活性層の他の部分と比べて禁制帯幅が大きい禁制帯幅増大部が形成され、
前記工程（ｃ）では、前記光導波路を前記異常成長部と間隔をおき且つ前記禁制帯幅増大部を含むように形成し、
前記工程（ｄ）では、前記禁制帯幅増大部が前記端面のうちの光を出射する前方端面に露出するように劈開を行うことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ｂ）では、前記基板と前記活性層との間に第１導電型クラッド層を形成し、前記活性層の上に第２導電型クラッド層を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記第２導電型クラッド層を選択的にエッチングすることによりストライプ状のリッジ部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｂ）では、前記基板と前記活性層との間に第１導電型クラッド層を形成し、前記活性層の上に下部第２導電型クラッド層及び電流ブロック層を下側から順次形成し、
前記工程（ｃ）では、前記電流ブロック層を選択的にエッチングすることによりストライプ状の開口部を形成した後、前記開口部を埋めるように上部第２導電型クラッド層を形成することを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｂ）よりも後に、前記マスクを除去する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｂ）では、前記半導体層積層体は、前記マスクの上に開口部が形成されるように成長することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記マスクは、誘電体又は高融点金属からなることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）では、マスク前記前方端面側における前記マスクの端部から前記前方端面までの距離が５０μｍ以下となり、前記光導波路側における前記マスクの端部から前記光導波路の中心線までの距離が２０μｍ以上且つ６０μｍ以下となり、前記光導波路に沿った方向の奥行きが５μｍ以上且つ２００μｍ以下となるように形成することを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１７】
前記活性層は、インジウムを含む窒化物半導体層であることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｂ）では、前記半導体層積層体を｛０００１｝面を主面とする窒化物半導体により形成し、
前記工程（ｃ）では、前記光導波路を＜１−１００＞方向に沿って形成することを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に端面窓構造を有する窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置は、ブルーレイ（Blu-ray）ディスクに代表される高密度光ディスク装置の光源及びレーザディスプレイ装置の光源等として重要な素子である。ブルーレイディスク装置においては波長４０５ｎｍ付近の青紫光が用いられ、レーザディスプレイ装置においては波長４５０ｎｍ付近の青色光が用いられている。光ディスク装置の分野では、記録速度の向上及び多層記録の信頼性を向上するために数百ｍＷクラスの光出力が求められる。さらに、レーザディスプレイ装置の分野では画面の輝度向上のため数Ｗクラスの光出力が求められている。
【０００３】
高出力のレーザ光を半導体レーザ装置から取り出すためには、共振器の端面形成が重要となる。共振器の端面は通常、結晶の劈開によって形成される。このため、端面には高密度のダングリングボンド（未結合手）が形成される。ダングリングボンドは、非発光再結合中心として作用する。端面部では活性層に注入されたキャリアが非発光再結合中心によって失われるため、共振器内部よりも端面部では発熱が局所的に大きくなる。発熱による温度上昇により端面部においては禁制帯幅が縮小し、共振器を往復するレーザ発振光が端面部において吸収される。吸収されたレーザ発振光は、端面部の温度を上昇させるためさらに禁制帯幅が縮小する。発熱による禁制帯幅の縮小と光吸収の増大が繰り返され、端面部では局所的な温度上昇にともなう結晶の融解が発生する。この現象は光学損傷（Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ）とよばれている。
【０００４】
ＣＯＤを抑制するために、端面部において活性層の禁制帯幅を共振器内部よりも大きくした端面窓構造とよばれる構造が知られている。端面窓構造を形成することにより、端面部における光吸収が効果的に抑制され、局所的な温度上昇を抑えることができる。砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系のレーザ装置においては、端面窓構造を実現するために、不純物拡散又はイオン注入による活性層の無秩序化という手法が用いられる（例えば、特許文献１を参照。）。例えば、不純物拡散法の場合は、端面部に相当する部分に拡散定数の大きな亜鉛（Ｚｎ）等の金属不純物層を形成し、熱によって金属不純物を活性層まで拡散させる。これにより、活性層の周辺が無秩序化されて、禁制帯幅が大きい端面窓構造を形成できる。
【特許文献１】特開昭６３−１９６０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、不純物拡散又はイオン注入による端面窓構造の形成方法は、ＧａＮ系の半導体レーザ装置に適用することが困難である。ＧａＮ等の窒化物半導体は、結晶中の結晶中のガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）との結合が強いため、不純物拡散又はイオン注入等を行っても活性層周辺に無秩序化が生じにくい。このため、窒化物半導体を用いたレーザ装置においては、端面窓構造が実用化されていない。
【０００６】
本発明は、前記の問題を解決し、不純物拡散又はイオン注入等によらない端面窓構造の形成を可能とし、窒化物半導体を用いた場合においても端面窓構造を有する半導体レーザ装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体レーザ装置を、マスクを用いた選択成長により形成した半導体層積層体を備え、活性層における前方端面を含む領域に、発光に寄与する部分と比べて禁制帯幅が大きい部分を形成する構成とする。
【０００８】
具体的に、本発明に係る半導体レーザ装置は、基板の所定の領域の上を除いて基板の上に選択的に成長した半導体層積層体とを備え、半導体層積層体は、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を含み、光を出射する前方端面と交差する方向に延びるストライプ状の光導波路を有し、活性層は、所定の領域の周縁部に形成された異常成長部と、異常成長部の周囲に形成され、異常成長部を除く活性層の他の部分と比べて禁制帯幅が大きい禁制帯幅増大部とを有し光導波路は、異常成長部と間隔をおき且つ前方端面において禁制帯幅増大部を含むように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体レーザ装置は、基板の上にマスクを用いた選択成長により形成した半導体層積層体を備えている。このため、不純物拡散等を行うことなく活性層の前方端面を含む領域に禁制帯幅が他の部分よりも大きい禁制帯幅増大部を形成することができる。従って、不純物拡散又はイオン注入による無秩序化が困難な場合においても、端面窓構造を形成することができ、ＣＯＤを抑制することができる。
【００１０】
本発明の半導体レーザ装置において、基板における所定の領域の上には半導体層積層体の成長を阻害するマスクが形成されていてもよい。この場合において、マスクは誘電体又は高融点金属とすればよい。
【００１１】
本発明の半導体レーザ装置において、半導体層積層体は、所定の領域の上に形成された開口部を有していてもよい。
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置において、所定の領域は、前方端面側の端部から前方端面までの距離が５０μｍ以下であり、光導波路側の端部から光導波路の中心線までの距離が２０μｍ以上且つ６０μｍ以下であり、光導波路に沿った方向の奥行きが５μｍ以上且つ２００μｍ以下である構成とすればよい。
【００１３】
本発明の半導体レーザ装置において、異常成長部は、光導波路の両側方に形成されていてもよい。
【００１４】
本発明の半導体レーザ装置において、禁制帯幅増大部は、光導波路における前方端面を含む領域と共に、光導波路における後方端面を含む領域に形成されている構成としてもよい。
【００１５】
本発明の半導体レーザ装置において、活性層はインジウムを含む窒化物半導体層とすればよい。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置において、半導体層積層体は、｛０００１｝面を主面とする窒化物半導体からなり、光導波路は、＜１−１００＞方向に沿って形成されている構成としてもよい。
【００１７】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の所定の領域の上にマスクを形成する工程（ａ）と、マスクが形成された基板の上に活性層を含む半導体層積層体を成長する工程（ｂ）と、マスクが形成された領域と間隔をおいてストライプ状の光導波路を形成する工程（ｃ）と、劈開により光導波路と交差する方向の端面を形成する工程（ｄ）とを備え、工程（ｂ）では、活性層におけるマスクの周縁部に異常成長により生じた異常成長部が形成され、異常成長部の周囲に異常成長部を除く活性層の他の部分と比べて禁制帯幅が大きい禁制帯幅増大部が形成され、工程（ｃ）では、光導波路を異常成長部と間隔をおき且つ禁制帯幅増大部の上に位置するように形成し、工程（ｄ）では、禁制帯幅増大部が端面のうちの光を出射する前方端面に露出するように劈開を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、基板の所定の領域の上にマスクを形成した後、活性層を含む半導体層積層体を成長する。このため、活性層におけるマスクの近傍に成長した部分は、表面モフォロジーの異常が認められないが禁制帯幅が他の領域よりも大きい禁制帯幅増大部となる。光導波路を禁制帯幅増大部の上に形成し、禁制帯幅増大部が前方端面に露出するように劈開することにより、前方端面におけるレーザ発振光の吸収を抑制することが可能となる。従って、不純物拡散又はイオン注入等による端面窓構造の形成が困難な場合においても、ＣＯＤを抑制することが可能となる。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、工程（ｂ）では、基板と活性層との間に第１導電型クラッド層を形成し、活性層の上に第２導電型クラッド層を形成し、工程（ｃ）では、第２導電型クラッド層を選択的にエッチングすることによりストライプ状のリッジ部を形成してもよい。また、工程（ｂ）では、基板と活性層との間に第１導電型クラッド層を形成し、活性層の上に下部第２導電型クラッド層及び電流ブロック層を下側から順次形成し、工程（ｃ）では、電流ブロック層を選択的にエッチングすることによりストライプ状の開口部を形成した後、開口部を埋めるように上部第２導電型クラッド得層を形成してもよい。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、マスクを除去する工程（ｅ）をさらに備えていてもよい。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、工程（ｂ）では、半導体層積層体は、マスクの上に開口部が形成されるように成長してもよい。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、マスクは、誘電体又は高融点金属とすればよい。
【００２３】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、工程（ａ）では、マスクは、前方端面側の端部から前方端面までの距離が５０μｍ以下となり、光導波路側の端部から光導波路の中心線までの距離が２０μｍ以上且つ６０μｍ以下となり、光導波路に沿った方向の奥行きが５μｍ以上且つ２００μｍ以下となるように形成すればよい。
【００２４】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、活性層は、インジウムを含む窒化物半導体層とすればよい。
【００２５】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、工程（ｂ）では、半導体層積層体を｛０００１｝面を主面とする窒化物半導体により形成し、工程（ｃ）では、光導波路を＜１−１００＞方向に沿って形成すればよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、不純物拡散又はイオン注入等によらない端面窓構造の形成を可能とし、窒化物半導体を用いた場合においても端面窓構造を有する半導体レーザ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置であり、（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示し、（ｃ）は前方端面２０Ａにおける断面構成を示している。図１においては、六方晶である窒化物半導体の代表的な結晶の面方位について示しており、ｃは｛０００１｝面と等価な面又はその法線ベクトルを示し、ａは｛１１−２０｝面と等価な面又はその法線ベクトルを示し、ｍは｛１−１００｝面と等価な面又はその法線ベクトルを示している。本願明細書においては、面方位におけるミラー指数に付した負符号”−”は、負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。なお、前方端面とは、共振器の２つの端面のうち光出力が大きい端面であり、後方端面とは前方端面とは反対側の前方端面よりも光出力が小さい端面である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、ストライプ状のリッジ部２０ａを有する窒化物半導体レーザ装置である。｛０００１｝面を主面とするｎ型のＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）からなる基板１１の所定の領域の上に厚さが４００ｎｍのＳｉＯ2からなるマスク２２が選択的に形成されている。マスク２２が形成された領域を除いて基板１１の上には、半導体層積層体２０が形成されている。半導体層積層体は、基板１１側から順次成長したｎ型半導体層１２と活性層１４とｐ型半導体層１６とを有している。
【００２９】
ｎ型半導体層１２は、下側から順次成長した厚さが２μｍのｎ−Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｎ型クラッド層１２Ａと、厚さが０．１μｍのｎ−Ａｌ0.003Ｇａ0.997Ｎからなるｎ型光ガイド層１２Ｂとを含む。多重量子井戸活性層１４は、厚さが８ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層と厚さが３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎからなる井戸層とが交互に積層されている。ｐ型半導体層１６は、厚さが０．１μｍのｐ−ＧａＮからなるｐ型光ガイド層１６Ａと、厚さが０．５μｍのｐ−Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｐ型クラッド層１６Ｂと、厚さが６０ｎｍのｐ−ＧａＮからなるコンタクト層１６Ｃとを含む。
【００３０】
ｐ型クラッド層１６Ｂは、一部を除いてエッチングされており、ｍ軸方向に延びるストライプ状のリッジ部２０ａが形成されている。コンタクト層１６Ｃはリッジ部２０ａの上に形成されている。コンタクト層１６Ｃの上にはｐ側電極２４が形成され、基板１１の半導体層積層体２０と反対側にはｎ側電極２６が形成されている。リッジ部２０ａの上を除いて基板１１上の全面に誘電体層１８が形成されており、ｐ側電極２４の上と誘電体層１８の上に跨ってパッド電極２８が形成されている。パッド電極２８は、共振器端面及び共振器側面と間隔をおいて形成されている。
【００３１】
基板１１のマスク２２が形成された部分の上には単結晶の半導体層が成長しない。このため、半導体層積層体２０はマスク２２の上側に形成された開口部２２ａを有している。マスク２２の周囲においては、他の部分よりも成長が早くなる異常成長が生じる。これにより、半導体層積層体２０におけるマスク２２の周囲に成長した部分は、他の部分とは表面モフォロジーが異なり且つ盛り上がった状態となる。
【００３２】
図２はマスク２２の周辺の領域について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果を示している。但し、半導体層積層体２０については活性層１４まで成長した段階であり、ｐ型半導体層１６は形成していない状態で観察を行った。図２に示すように基板のマスク２２が形成された領域の上には単結晶の半導体層が成長しておらずマスク２２が露出した開口部が形成されている（厳密に言えば、マスク２２の上には多結晶の半導体層が薄く形成されているため、マスク２２の表面の多結晶の半導体層が露出した開口部が形成されている。）。活性層１４におけるマスク２２の周縁部に成長した部分、つまり開口部の側面となる部分は活性層１４の他の部分と表面モフォロジーが異なる異常成長部１４ａとなっている。図２に示す例では、異常成長部１４ａはＳｉＯ2マスクの端部からａ軸方向に３０μｍ程度の幅で形成されている。
【００３３】
図３は、図２のIII−III線に沿って活性層１４の禁制帯幅（Ｅｇ）をカソードルミネセンス（ＣＬ）の発光ピーク波長に基づいて評価した結果を示している。活性層１４におけるＥｇの値は、マスク２２の周縁に成長した部分において、活性層１４の他の部分よりも大きくなっている。Ｅｇの値が大きな部分は、表面モフォロジーが他の部分とは異なる異常成長部１４ａと、表面モフォロジーの差異が認められない禁制帯幅増大部１４ｂとを含む。異常成長部１４ａは禁制帯幅増大部１４ｂよりもマスク２２側に形成されている。活性層１４におけるマスク２２の周縁部に成長した部分においてＥｇの値が大きくなる理由は、マスクの周縁部においては成長の際にインジウム（Ｉｎ）の含有量が低下するためであると考えられる。このため、発光波長が約４０５ｎｍの青紫色レーザ装置においては、Ｅｇの増大は最大で３３０ｍｅＶ程度となると考えられる。また、発光波長が約５４０ｎｍの緑色レーザ装置においては、最大で１１００ｍｅＶ程度となると考えられる。
【００３４】
ＣＯＤを抑制する十分な効果を得るためには、端面窓部の禁制帯幅を発光に寄与する部分の禁制帯幅よりも少なくとも５０ｍｅＶ程度大きくすればよく、１００ｍｅＶ以上大きくすることが好ましい。マスク２２の周縁に形成された異常成長部１４ａ及び禁制帯幅増大部１４ｂは、ＣＯＤを抑制する効果を得ることができる条件を十分満たしている。しかし、表面モフォロジーが異なる異常成長部１４ａに光が導波する光導波路を形成すると散乱が増大するおそれがあり好ましくない。一方、表面モフォロジーに変化が認められない禁制帯幅増大部１４ｂであれば、光導波路の前方端面となる位置に形成することにより、端面窓構造を形成することが可能となる。なお、光導波路とは、レーザ光が分布する領域全体を指すものとする。具体的には、リッジ型の半導体レーザ装置の場合にはリッジ部だけでなく、リッジ部側方のレーザ光が分布する領域も含む。また、埋め込み型の半導体レーザ装置の場合には電流ブロック層の開口部だけでなく、その周囲のレーザ光が分布する領域を含む。
【００３５】
本実施形態の半導体レーザ装置は、光導波路が、異常成長部１４ａと間隔をおき且つ前方端面２０Ａにおいて禁制帯幅増大部１４ｂを含むように形成している。具体的には、リッジ部２０ａが活性層１４の異常成長部１４ａと間隔をおき且つ禁制帯幅増大部１４ｂがリッジ部２０ａの下側における前方端面２０Ａを含む領域に形成されるように、リッジ部２０ａの形成位置とマスク２２の形成位置とを調整している。これにより、禁制帯幅増大部１４ｂは、リッジ部２０ａの下方及びその近傍に形成される光導波路における前方端面２０Ａを含む領域に形成され、レーザ発振光の吸収が抑制された端面窓部となる。
【００３６】
本実施形態は、共振器長が６００μｍの場合において、マスク２２の平面寸法を２０μｍ角とし、マスク２２のリッジ部２０ａ側の端面からリッジ部２０ａのリッジ部２０ａの沿った方向の中心線までの距離を４０μｍとした。また、マスク２２は、端面が前方端面２０Ａに露出するように形成した。これにより、活性層１４における少なくともリッジ部２０ａの下側の領域は、前方端面２０Ａから５０μｍ程度までの範囲が異常成長部１４ａを除く他の部分、つまり発光に寄与する部分と比べてＥｇの値が大きい禁制帯幅増大部１４ｂとなる。また、禁制帯幅増大部１４ｂにおけるリッジ部２０ａの下方の部分においてＥｇの値は、図３に示すように活性層１４における発光に寄与する部分と比べて１５０ｍｅＶ程度大きくなるため、発振光の吸収が十分抑えられ、ＣＯＤを抑制できる。
【００３７】
異常成長部１４ａの幅は、温度及びガス流量等の半導体層の成長条件並びに半導体層の結晶の向き等によって変動する。マスク２２の位置及び大きさ等は製造条件に応じて決定する必要がある。しかし、リッジ部２０ａの下側及びその近傍に拡がる光導波路が異常成長部１４ａに形成されないようにするため、マスク２２のリッジ部２０ａ側の端部からリッジ部２０ａのリッジ方向の中心線までの間隔ｓ、つまり光導波路の中心線とマスク２２との間隔は少なくとも２０μｍ以上とすることが好ましく、さらに好ましくは３０μｍ以上とすればよい。また、マスク２２からの距離が大きくなりすぎると、活性層１４のリッジ部２０ａの下側の部分が禁制帯幅増大部１４ｂとならないため、マスク２２のリッジ部２０ａ側の端部からリッジ部２０ａの中心線までの間隔ｓは６０μｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ以下とすればよい。
【００３８】
禁制帯幅増大部１４ｂを前方端面２０Ａを含む領域に形成するためには、マスク２２を前方端面２０Ａから形成すればよい。但し、マスク２２を前方端面２０Ａと間隔をおいて形成してもよい。禁制帯幅増大部１４ｂの拡がりを考えると、マスク２２の前方端面側の端部と前方端面２０Ａとの間隔が５０μｍ程度よりも小さければ、禁制帯幅増大部１４ｂが前方端面２０Ａに十分達する。
【００３９】
マスク２２のリッジ部２０ａに沿った方向の奥行きｄにより端面窓部の奥行きが決まる。このため、マスク２２の奥行きｄは５μｍ以上とすることが好ましい。但し、マスク２２の奥行きｄが大きくなると共振器の実効長が短くなってしまう。このため、共振器長が６００μｍ程度の場合には、マスク２２の奥行きｄは２００μｍ以下とすることが好ましい。但し、共振器長は２００μｍ程度から２０００μｍ程度まで種々の長さに設定することが一般に行われており、必要とする共振器の実効長に応じてマスク２２の奥行きｄを調整すればよい。マスク２２の前方端面２０Ａに沿った方向の幅ｗは、特に限定されない。１０μｍ程度あれば十分である。形成のしやすさを考えると１００μｍ以下とすればよい。但し、さらに長くしてもよく共振器側面に達していても問題ない。
【００４０】
図１においては、前方端面２０Ａと反対側の端面である後方端面２０Ｂ側にもマスク２２が形成されている。しかし、後方端面２０Ｂ側には必ずしも端面窓構造を形成する必要はない。従って、前方端面２０Ａ側だけにマスク２２を形成する構成としてもよい。また、リッジ部２０ａの両側方にそれぞれマスク２２を形成する構成としてもよい。さらに、半導体層積層体２０を成長した後はマスク２２は不要である。このため、半導体層積層体２０を形成した後でマスク２２を除去してもよい。
【００４１】
本実施形態の半導体レーザ装置は、以下のようにして形成すればよい。まず、図４（ａ）に示すように基板１１における所定の領域の上にマスク２２を形成した後、ｎ型クラッド層１２Ａ、ｎ型光ガイド層１２Ｂ、活性層１４、ｐ型光ガイド層１６Ａ、ｐ型クラッド層１６Ｂ及びコンタクト層１６Ｃを順次成長させ半導体層積層体２０を形成する。マスク２２をＳｉＯ2とする場合には、熱化学気相堆積（熱ＣＶＤ）法等を用いて形成すればよい。また、半導体層積層体２０は有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等により形成すればよい。ＭＯＣＶＤ法を用いる場合には、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用いればよい。さらに、ｎ型不純物であるＳｉ原料にはシラン（ＳｉＨ4）ガスを用い、ｐ型不純物であるＭｇ原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。
【００４２】
活性層１４を含む半導体層積層体２０におけるマスク２２の周縁部に成長した部分は、異常成長により他の部分よりも突出した異常成長部１４ａとなる。また、異常成長部１４ａの周囲の部分は、表面が平坦で且つＥｇの値が異常成長部１４ａを除く他の部分よりも大きい禁制帯幅増大部１４ｂとなる。
【００４３】
次に、熱ＣＶＤ法により、コンタクト層１６Ｃの上に、膜厚が０．２μｍのＳｉＯ2からなるマスク膜を成膜する。リソグラフィ法及びエッチング法により、マスク膜をｍ軸方向と平行な幅が１．５μｍのストライプ状にパターニングする。次に、エッチングガスにＣｌ2を用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ドライエッチング装置によりコンタクト層１６Ｃとｐ型クラッド層１６Ｂの一部をエッチングする。これにより、図４（ｂ）に示すようにストライプ状のリッジ部２０ａが形成される。リッジ部２０ａは活性層１４の異常成長部１４ａと間隔をおき且つ禁制帯幅増大部１４ｂの上に位置するように形成する。
【００４４】
続いて、熱ＣＶＤ法により厚さが４００ｎｍのＳｉＯ2からなる光閉じ込め用の誘電体層１８を堆積する。フォトリソグラフィとウェットエッチング法により、誘電体層１８におけるリッジ部２０ａの頂上部を含む領域に開口部を形成した後、リフトオフ法を用いてリッジストライプ頂上部に接するように４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが３５ｎｍの白金Ｐｔとからなるｐ側電極２４を形成する。その後、厚さが５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）と厚さが５００ｎｍの金（Ａｕ）からなるパッド電極２８をリフトオフ法によって形成する。
【００４５】
次に、基板１１の裏面側を研削・研磨して、厚さを１００μｍ程度にした後、厚さが５ｎｍのＴｉと厚さが１００ｎｍのＰｔと厚さが１μｍのＡｕとからなるｎ側電極２６を形成する。その後、一次劈開線に沿って一次劈開を行い短冊形のレーザバーを形成する。一次劈開面（共振器端面）に反射率制御と端面保護の目的で行う端面コーティングを行った後、二次劈開線に沿って二次劈開を行う。図４（ｂ）に示すように、一次劈開を行う劈開線がマスク２２を横切るようにすれば、前方端面２０Ａ及び後方端面２０Ｂの両方に禁制帯幅増大部１４ｂが形成された半導体レーザ装置となる。
【００４６】
マスク２２は、ＳｉＯ2膜に代えてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いてもよい。また、チタン（Ｔｉ）又はモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属膜を用いてもよい。一次劈開線がマスク２２を横切らない方が劈開精度が向上する。このため、前方端面に禁制帯幅増大部１４ｂが露出するようにすれば、マスク２２が形成されていない位置で一次劈開を行ってもよい。この場合、一次劈開線を挟んで両側にマスク２２を形成してもよい。
【００４７】
半導体層積層体２０を形成する基板は、ＧａＮ基板に代えてサファイヤ基板又は炭化珪素（ＳｉＣ）基板等であってもよい。また、ｍ軸方向にリッジ部２０ａを形成する例を示したが、他の結晶方位にリッジ部２０ａを形成してもよい。
【００４８】
本実施形態においては、リッジストライプ型の半導体レーザ装置について説明した。しかし、埋め込み型の半導体レーザ装置においても同様の効果が得られる。埋め込み型の半導体レーザ装置の場合には、例えば電流ブロック層の開口部を活性層１４の異常成長部１４ａと間隔をおき且つ前方端面２０Ａにおいて禁制帯幅増大部１４ｂの上側となるように形成すればよい。
【００４９】
本実施形態の半導体レーザ装置は、マスクを用いた選択成長により形成した禁制帯幅増大部により端面窓構造を形成している。このため、不純物拡散及びイオン注入等により形成した端面窓部と異なり禁制帯幅増大部は、Ｚｎ等の無秩序化のための金属不純物が拡散していない。従って、活性層における禁制帯幅増大部と活性層の発光に寄与する部分とは、共に不純物をほとんど含まず、含まれていた場合には含有量がほぼ一定である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る半導体レーザ素子及びその製造方法は、不純物拡散又はイオン注入等によらない端面窓構造の形成を可能とし、窒化物半導体を用いた場合においても端面窓構造を有する半導体レーザ装置を実現でき、特に光ディスクの光源及びレーザディスプレイの光源等とすることができる窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図であり、（ｃ）は前方端面における断面図である。
【図２】マスクの周辺の領域に形成された活性層の構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】マスクの周辺の領域に形成された活性層の禁制帯幅を測定した結果を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す平面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１      基板
１２      ｎ型半導体層
１２Ａ    ｎ型クラッド層
１２Ｂ    ｎ型光ガイド層
１４      活性層
１４ａ    異常成長部
１４ｂ    禁制帯幅増大部
１６      ｐ型半導体層
１６Ａ    ｐ型光ガイド層
１６Ｂ    ｐ型クラッド層
１６Ｃ    コンタクト層
１８      誘電体層
２０      半導体層積層体
２０Ａ    前方端面
２０Ｂ    後方端面
２０ａ    リッジ部
２２      マスク
２２ａ    開口部
２４      ｐ側電極
２６      ｎ側電極
２８      パッド電極
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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