(57)【要約】【課題】リッジ部を保護する台座領域を有する場合においても、リップルが低減され、遠視野像の形状がガウシアン形状に近い窒化物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１０の上に順次積層されたｎ型クラッド層１３Ｂ、活性層１４及びｐ型クラッド層１５Ｂを含む半導体層積層体２０を備えている。半導体層積層体２０は、リッジ部２０ａと、溝部２０ｃによりリッジ部２０ａと分離された台座部２０ｂとを有する。リッジ部２０ａの側壁及び溝部２０ｃの底面におけるリッジ部２０ａ側の領域は、誘電体層１６に覆われている。溝部２０ｃの底面と台座部２０ｂの側壁とに跨って、誘電体層１６と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなる光吸収膜３２が形成されている。台座部２０ｂの上面の高さは、リッジ部２０ｂの上面の高さ以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に該基板側から順次積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含み、光を出射する出射端面と該出射端面と反対側の後端面との間にストライプ状に延びるリッジ部及び溝部により前記リッジ部と分離された台座部を有する半導体層積層体と、
前記リッジ部の側壁を覆う誘電体層と、
前記リッジ部と間隔を置き且つ前記溝部の底面と前記台座部の側壁とに跨って形成され、前記誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなる光吸収膜とを備え、
前記台座部の上面の高さは、前記リッジ部の上面の高さ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記台座部は、複数の凹部を有し、
前記光吸収膜は、前記凹部の底面を覆うように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】
前記台座部は、凹部により互いに分離された複数の領域を有し、
前記光吸収膜は、前記凹部の底面を覆うように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４】
前記溝部及び凹部は、深さが互いに等しく且つ底面には前記ｐ型クラッド層が残存していることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記凹部は、少なくとも前記リッジ部と平行な方向において等間隔に配置されてい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６】
前記凹部の間隔は、前記発光波長の１０倍以下の長さであることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記凹部の間隔は、５μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記光吸収膜における前記凹部の底面に形成された部分の面積と前記溝部の底面に形成された部分の面積との和が、前記光吸収膜が形成された領域のうちの光吸収に寄与する領域の面積に占める比率は０．１以上且つ０．５以下であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記光吸収膜における前記凹部の底面に形成された部分の面積と前記溝部の底面に形成された部分の面積との和が、前記光吸収膜が形成された領域のうちの光吸収に寄与する領域の面積に占める比率をＲａとし、前記光吸収膜の屈折率及び消衰係数をそれぞれｎａ及びｋａとし、前記ｐ型クラッド層の屈折率及び消衰係数をそれぞれｎｓ及びｋｓとした場合に、２≦ｎａ×Ｒａ＋ｎｓ×（１−Ｒａ）≦４且つ０．１≦ｋａ×Ｒａ＋ｋｓ×（１−Ｒａ）≦２の関係が成り立つことを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記光吸収膜のうちの光吸収に寄与する領域は、前記溝部の底面及び側壁に形成された部分と、前記台座部の前記凹部が形成された領域を覆う部分とであり、
前記光吸収に寄与する領域の前記出射端面と平行な方向の幅は、５μｍ以上であり、前記リッジ部と平行な方向の奥行きは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記リッジ部及び台座部の上を覆うように前記出射端面及び後端面と間隔をおいて形成されたｐ側電極パッドをさらに備え、
前記光吸収膜は、前記ｐ側電極パッドと前記出射端面との間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記リッジ部及び台座部の上を覆うように前記出射端面及び後端面と間隔をおいて形成されたｐ側電極パッドをさらに備え、
前記光吸収膜は、前記ｐ側電極パッドと前記出射端面との間の領域及び前記ｐ側電極パッドと前記後端面との間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記光吸収膜の前記リッジ部側の端部と前記リッジ部の中心線との間の距離は１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記光吸収膜は、前記出射端面と平行な方向の幅が５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記光吸収膜は、前記リッジ部と平行な方向の奥行きが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記リッジ部の上に形成されたｐ側電極をさらに備え、
前記光吸収膜は、前記ｐ側電極に含まれる金属材料のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記光吸収膜は、銀、アルミニウム、銅、パラジウム、ジルコン、ニオブ、クロム、ニッケル、金、白金、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン及びアモルファスシリコンの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】
基板の上に該基板側から順次積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含み、光を出射する出射端面と該出射端面と反対側の後端面との間にストライプ状に延びるリッジ部と、溝部により前記リッジ部と分離され且つ複数の凹部が形成された台座部とを有する半導体層積層体と、
前記リッジ部の側壁を覆う誘電体層と、
前記凹部の底面及び側面と前記台座部の上面の少なくとも一部とを覆うように形成され、前記誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなる光吸収膜とを備え、
前記台座部の上面の高さは、前記リッジ部の上面の高さ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１９】
基板の上に、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を順次形成する工程（ａ）と、
前記ｐ型クラッド層を選択的にエッチングすることにより、複数の凹部を有する台座部と、２つの溝部により前記台座部と分離されたストライプ状のリッジ部とを形成する工程（ｂ）と、
前記凹部の底面及び側面と前記台座部の上面の少なくとも一部とを覆う光吸収膜を形成する工程（ｃ）と、
少なくとも前記リッジ部の側壁を覆うように誘電体層を形成する工程（ｄ）とを備え、
前記光吸収膜は前記誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２０】
前記工程（ｄ）では、前記誘電体層を前記ｐ型クラッド層上の全面に形成した後、前記リッジ部の上面、前記溝部の底面、前記台座部の側壁及び前記台座部における前記凹部が形成された領域を露出する開口部を形成し、
前記工程（ｃ）では、前記工程（ｄ）において形成した開口部に金属膜を形成することにより、前記リッジ部の上面を覆うｐ側電極を形成すると共に、前記凹部の底面を覆う光吸収膜を形成することを特徴とする請求項１９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、特に窒化物を用いた青色から紫外域の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】
従来から通信用並びにコンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）の読み出し及び書き込み用の素子として、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）系赤外レーザやインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）系赤色レーザ等のIII−Ｖ族化合物半導体レーザ装置が広く用いられている。
【０００３】
近年、一般式がＡｌxＧａyＩｎ(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いて、さらに波長の短い青色や紫外域の半導体レーザ装置が実現されている。これらの半導体レーザ装置は、次世代ＤＶＤ（Blu-Ray Disc）等の高密度光ディスクの書き込み及び読み出し用の光源として実用化されつつある。現在、青色の半導体レーザ装置は、再生用の数十ｍＷの低出力のものと、記録用の１００ｍＷ級の高出力のものとが市販されている。記録速度の向上を実現するために、青色半導体レーザ装置のさらなる高出力化が行われており、２００ｍＷ級の半導体レーザ装置も市場に登場しつつある。
【０００４】
一般的に、窒化物半導体レーザ装置における基板水平方向の注入電流狭窄は、窒化物半導体材料の一部をストライプ状にエッチングして形成したリッジ構造により行う。このため、一般的にリッジ構造のレーザ装置は素子上面においてリッジ部のみが突出した形状となる。突出したリッジ部は、実装の際又はチップを評価する際に機械的なダメージを受けやすく、素子特性が劣化したり、素子が破壊されたりしやすい。リッジ部が機械的なダメージを受けることを回避するために、リッジ部の両側にリッジ部以上の高さの台座領域を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
また、基板水平方向の光閉じ込めは実屈折率導波構造により行う。このため、ストライプ状の光導波領域内を伝播するレーザ光は基板水平方向に漏洩しやすい。漏洩した光（迷光）は、レーザ共振器方向に多重反射し、最終的には出射端面から放出される。その結果、迷光が主レーザ光と干渉し、遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern）にリップルが出現したり、ガウシアン形状から外れたりする。このようなレーザ光を光ディスクの読み出し及び書き込み等に用いると、光の利用効率が減少するため、ノイズが発生したり、読取りエラーが発生したりする。
【０００６】
これまでにも、窒化物半導体レーザにおいて、基板水平方向の漏れ光によるリップルを抑制し、良好なＦＦＰ形状を得る方法が検討されている。
【０００７】
例えば、ｐ側電極の一部をリッジストライプ外のｐ型クラッド層が露出した部分にも連続して形成する方法が開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。これにより、リッジ導波路部の外に漏れ出た迷光は、ｐ側電極により吸収され、ＦＦＰの形状を改善することができる。
【０００８】
また、リッジ導波路部から離れた部分に導波路の屈折率よりも大きい屈折率を持つ誘電体、金属又は半導体等からなる光吸収領域を形成することにより、ＦＦＰの形状を改善する技術が開示されている（例えば、特許文献３及び４を参照。）。
【０００９】
他に、出射端面の近傍に、複数の凹部を形成し、リッジ導波路部からの漏れ光を散乱させることにより、ＦＦＰ形状を改善する技術が開示されている（例えば、特許文献５を参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２９８１９０号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６６５０号公報
【特許文献３】特開２００２−２３７６６１号公報
【特許文献４】特開２００６−２１６７３１号公報
【特許文献５】特開２００５−３１１３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、リッジ部を保護する台座領域が形成されている場合には、活性層と半導体層の上面との間の距離が長くなる。このため、半導体層の上面に漏れ光を吸収するための電極膜や誘電体膜を形成しても、漏れ光を吸収する効果がほとんど期待できない。また、漏れ光を吸収するための電極膜等をクラッド層の上に形成してから台座領域を形成する場合には、工程が複雑となる。
【００１１】
本発明は、前記の問題を解決し、リッジ部を保護する台座領域を有する場合においても、リップルが低減され、遠視野像（ＦＦＰ）の形状がガウシアン形状に近い窒化物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】
【００１２】
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、溝部の底面と台座部の側壁とに跨るように形成された光吸収膜を備えている構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係る第１の半導体レーザ装置は、基板の上に該基板側から順次積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含み、光を出射する出射端面と該出射端面と反対側の後端面との間にストライプ状に延びるリッジ部及び溝部によりリッジ部と分離された台座部を有する半導体層積層体と、リッジ部の側壁を覆う誘電体層と、リッジ部と間隔を置き且つ溝部の底面と台座部の側壁とに跨って形成され、誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなる光吸収膜とを備え、台座部の上面の高さは、リッジ部の上面の高さ以上であることを特徴とする。
【００１４】
第１の半導体レーザ装置は、リッジ部と間隔を置き且つ溝部の底面と前記台座部の側壁とに跨って形成され、誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなる光吸収膜を備えている。このため、台座部の側壁が立ち上がる領域に光吸収膜と半導体層との境界領域が生じ、境界領域の近傍において屈折率及び消衰係数が平均化されるエッジ効果が生じる。エッジ効果により電子線蒸着等が容易な材料を光吸収膜として用いた場合にも光吸収の効果を高くすることができる。従って、リッジ部を保護する台座領域を有する場合においても、リップルが低減され、ＦＦＰの形状がガウシアン形状に近い窒化物半導体レーザ装置を実現できる。
【００１５】
本発明の半導体レーザ装置において、台座部が複数の凹部を有し、光吸収膜が凹部の底面を覆うように形成されていてもよく、台座部が凹部により互いに分離された複数の凸部を有し、光吸収膜が凹部の底面を覆うように形成されていてもよい。このような構成とすれば、光吸収膜と半導体層のそれぞれの屈折率と消衰係数が平均化された実効的な屈折率と消衰係数を有する光吸収膜と同様の光吸収効果が得られる。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置において、溝部及び凹部は深さが互いに等しく且つ底面にはｐ型クラッド層が残存していてもよい。
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置において、凹部は少なくともリッジ部と平行な方向において等間隔に配置されていてもよい。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置において、凹部の間隔は発光波長の１０倍以下の長さとしてもよい。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置において、凹部の間隔は５μｍ以下としてもよい。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置において、光吸収膜における凹部の底面に形成された部分の面積と溝部の底面に形成された部分の面積との和が、光吸収膜が形成された領域のうちの光吸収に寄与する領域の面積に占める比率を０．１以上且つ０．５以下としてもよい。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置において、光吸収膜における凹部の底面に形成された部分の面積と溝部の底面に形成された部分の面積との和が、光吸収膜が形成された領域のうちの光吸収に寄与する領域の面積に占める比率をＲａとし、光吸収膜の屈折率及び消衰係数をそれぞれｎａ及びｋａとし、ｐ型クラッド層の屈折率及び消衰係数をそれぞれｎｓ及びｋｓとした場合に、２≦ｎａ×Ｒａ＋ｎｓ×（１−Ｒａ）≦４且つ０．１≦ｋａ×Ｒａ＋ｋｓ×（１−Ｒａ）≦２の関係が成り立つようにしてもよい。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置において、光吸収膜のうちの光吸収に寄与する領域は、溝部の底面及び側壁に形成された部分と、台座部の凹部が形成された領域を覆う部分とであり、光吸収に寄与する領域の出射端面と平行な方向の幅が、５μｍ以上であり、リッジ部と平行な方向の奥行きが、１０μｍ以上である構成としてもよい。
【００２３】
本発明の半導体レーザ装置は、リッジ部及び台座部の上を覆うように出射端面及び後端面と間隔をおいて形成されたｐ側電極パッドをさらに備え、光吸収膜は、ｐ側電極パッドと出射端面との間の領域に形成されていてもよい。
【００２４】
本発明の半導体レーザ装置において、リッジ部及び台座部の上を覆うように出射端面及び後端面と間隔をおいて形成されたｐ側電極パッドをさらに備え、光吸収膜は、ｐ側電極パッドと出射端面との間の領域及びｐ側電極パッドと後端面との間の領域に形成されていてもよい。
【００２５】
本発明の半導体レーザ装置において、光吸収膜のリッジ部側の端部とリッジ部の中心線との間の距離は１０μｍ以下としてもよい。
【００２６】
本発明の半導体レーザ装置において、光吸収膜は出射端面と平行な方向の幅を５μｍ以上としてもよい。
【００２７】
本発明の半導体レーザ装置において、光吸収膜はリッジ部と平行な方向の奥行きを１０μｍ以上としてもよい。
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置は、リッジ部の上に形成されたｐ側電極をさらに備え、光吸収膜はｐ側電極に含まれる金属材料のうちの少なくとも１つを含む構成としてもよい。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置において、光吸収膜は、銀、アルミニウム、銅、パラジウム、ジルコン、ニオブ、クロム、ニッケル、金、白金、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン及びアモルファスシリコンの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００３０】
本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、基板の上に該基板側から順次積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含み、光を出射する出射端面と該出射端面と反対側の後端面との間にストライプ状に延びるリッジ部と、溝部によりリッジ部と分離され且つ複数の凹部が形成された台座部とを有する半導体層積層体と、リッジ部の側壁を覆う誘電体層と、凹部の底面及び側面と台座部の上面の少なくとも一部とを覆い、誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなる光吸収膜とを備え、台座部の上面の高さは、リッジ部の上面の高さ以上であることを特徴とする。
【００３１】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上に、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を順次形成する工程（ａ）と、ｐ型クラッド層を選択的にエッチングすることにより、複数の凹部を有する台座部と、２つの溝部により台座部と分離されたストライプ状のリッジ部とを形成する工程（ｂ）と、凹部の底面及び側面と台座部の上面の少なくとも一部とを覆う光吸収膜を形成する工程（ｃ）と、リッジ部の側壁を覆うように誘電体層を形成する工程（ｄ）とを備え、光吸収膜は誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい材料からなることを特徴とする。
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法は、誘電体層と比べて発光波長における消衰係数が大きい光吸収膜を容易に形成することができる。また、リッジ部と台座部とを同時に形成できるため、工程を簡略化できる。
【００３３】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、工程（ｄ）では、誘電体層をｐ型クラッド層上の全面に形成した後、リッジ部の上面、溝部の底面、台座部の側壁及び台座部における凹部が形成された領域を露出する開口部を形成し、工程（ｃ）では、工程（ｄ）において形成した開口部に金属膜を形成することにより、リッジ部の上面を覆うｐ側電極を形成すると共に、溝部の底面、台座部の側壁、台座部の上面、凹部の側面及び凹部の底面の少なくとも一部を覆う光吸収膜を形成してもよい。
【発明の効果】
【００３４】
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、リッジ部を保護する台座領域を有する場合においても、リップルが低減され、遠視野像の形状がガウシアン形状に近い窒化物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】
【００３５】
本願発明者らは、リッジ部を有するリッジ導波路型の半導体レーザ装置において、リッジ導波路からの漏れ光がどのように生じているかを詳細に調査した。その結果、リッジ導波路の微小なゆらぎ及び半導体層表面のモフォロジー等により導波路内を伝播する光が散乱されて、漏れ光となることが明らかとなった。また、リッジ幅が狭くなるほど散乱の影響を強く受け、漏れ光が増大するという知見を得た。漏れ光は近視野像（ＮＦＰ：Near Field Pattern）においてはリッジ導波路の両側に存在し、ＮＦＰのピーク強度により規格化した漏れ光の相対強度が１×１０-3程度となるとＦＦＰのリップルが顕著に現れるという現象が認められた。逆に、漏れ光の相対強度が５×１０-4以下となるとＦＦＰのリップルはかなり低減され、ＮＦＰの相対強度が１×１０-4以下となると、ほぼ完全にＦＦＰにリップルが認められなくなり、良好なＦＦＰ形状を実現できることが明らかになった。
【００３６】
一般に、窒化物半導体レーザ装置はリッジ幅が１μｍ〜２μｍ程度と比較的狭いため、漏れ光が生じやすい。リッジ幅を広げることによりＦＦＰ形状を改善できるが、リッジ幅を広げると、閾値電流、キンク及び拡がり角等の特性が悪化する。このため、リッジ幅の変更は容易ではない。また、窒化物半導体レーザ装置においては、自発分極と歪みによるピエゾ効果によるバンドベンディング、高い注入キャリア密度によるバンドシュリンク、発熱による発振波長の長波長シフト等が生じやすい。このため、リッジ導波路における発振波長は、通常リッジ導波路の周辺領域における吸収端の波長よりも長波長となる。この場合、漏れ出た光は周辺領域において吸収されず、リッジ導波路外を伝播する迷光となる。迷光は最終的にはフロント端面から出射され、ＦＦＰ形状にリップルとして現れる。
【００３７】
窒化物半導体レーザ装置は、構造的に漏れ光が生じやすく、ＮＦＰ及びＦＦＰに大きな影響を与える。このため、ＮＦＰ及びＦＦＰを改善するためには、フロント端面からの漏れ光の放出を何らかの方法で防ぐ必要がある。このため、リッジ部の両側方の領域に何らかの方法により漏れ光を吸収する吸収部を形成する方法が検討されている。本願発明者らは、共振器を構成する半導体層におけるリッジ部の両側方の領域の上に発振波長において吸収を有する光吸収膜を形成することにより、光吸収膜の直下においてリッジ導波路から漏れた漏れ光を効果的に吸収できることを見いだした。
【００３８】
一方、リッジ部を機械的ダメージから保護するために、リッジ部の両側方に台座部を形成することが好ましい。ｐ型クラッド層をエッチングしてリッジ部を形成する際に、ｐ型クラッド層におけるリッジ部の両側方の部分を残存させれば、マスクパターンを変更するだけで台座部を容易に形成することができる。しかし、台座部をｐ型クラッド層の一部を残存させることにより形成した場合には、半導体層の上面と活性層との間隔が長くなるため、光吸収膜の効果が大きく低下する。光吸収膜の効果を低下させないために、光吸収膜を形成した後、光吸収膜の上に台座部を形成する方法も考えられる。しかし、ｐ型クラッド層の一部を残すことにより台座部を形成する方法と比べ工数が増え、コストも上昇する。
【００３９】
台座部とリッジ部との間隔を広くすることにより、光吸収膜を形成する領域を確保する方法も考えられる。しかし、リッジ部と台座部との間隔を広くすると、リッジ部を十分保護することができなくなる。このため、リッジ部と台座部とを分離する溝部の幅を広げることは困難である。しかし、本願発明者らはリッジ部と台座部との間隔を広くしなくても、溝部の底面と台座部の側壁とに跨る光吸収膜を形成すると、効率よく漏れ光を吸収できることを見いだした。
【００４０】
溝部の底面と台座部の側壁とに跨る光吸収膜を形成することにより漏れ光を吸収する効果が向上する理由は以下のようなものであると考えられる。溝部の底面と台座部の側壁とに跨る光吸収膜を形成すると、台座部の側壁が立ち上がる部分に光吸収膜と半導体層との境界が形成される。境界から１μｍ程度の範囲においては、光が感じる屈折率及び消衰係数が光吸収膜と半導体層との中間の値となるエッジ効果が生じる。エッジ効果により境界の近傍においては、光吸収膜の実効的な光吸収量が光吸収膜のみの場合よりも大きくなる。
【００４１】
光吸収膜による漏れ光の吸収は、光が感じる屈折率と消衰係数とによって決まる。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物半導体を用いた発振波長が４０５ｎｍ程度の半導体レーザ装置においては、屈折率が２．７程度で消衰係数が０．３程度の材料が光の吸収効果が最も高くなり、光吸収膜として適している。しかし、屈折率及び消衰係数が適当で且つ取り扱いが容易な材料は存在しない。膜の形成等が容易な材料として例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた場合には、光の吸収効果の指標である実効吸収係数αｅは４００ｃｍ-1以下である。この場合に、ａ−Ｓｉからなる光吸収膜とＧａＮからなる半導体層との境界部分においては、光が感じる実効的な屈折率及び消衰係数がａ−ＳｉとＧａＮとの中間の値となるエッジ効果が生じる。このため、実効吸収係数αｅはａ−Ｓｉのみの場合よりも大きくなり、光吸収効果が向上する。
【００４２】
図１（ａ）及び（ｂ）は、溝部の底面と台座部の側壁とに跨る光吸収膜を形成した場合におけるリッジ部の中央（共振器方向の中心線）からの距離と光吸収効果との関係を示している。図１（ａ）に模式的に示すように、リッジ部２０ａと、リッジ部２０ａとは溝部２０ｃによって分離された台座部２０ｂとが形成されている。台座部２０ｂの側壁はリッジ部の中央から距離ｄ４離れた位置から立ち上がる。光吸収膜３２は、リッジ部の中央から距離ｄ１離れた位置から、溝部２０ｃの底面と台座部２０ｂの側壁及び上面に跨って形成されている。
【００４３】
この場合の光吸収効果は、図１（ｂ）に示すようにリッジ部２０ａの中央から距離ｄ１までの間はほぼ０である。光吸収膜３２の端部である距離ｄ１の位置において、光吸収効果は大きく立ち上がり、ピーク値よりも少し小さい値でほぼ一定となる。距離ｄ１における光吸収効果のピークは、光吸収膜３２の端面部における光吸収膜３２と誘電体膜層１６とのエッジ効果により生じる。台座部２０ｂの側壁が立ち上がる距離ｄ４付近において光吸収効果が再び大きく立ち上がりピーク値に達する。台座部２０ｂの側壁が立ち上がる部分における光吸収効果のピークは、光吸収膜３２とｐ型クラッド層１５Ｂとのエッジ効果により生じる。光吸収膜３２が台座部２０ｂの上面に形成された部分についても、光吸収に若干の寄与をする。
【００４４】
以上のように、光吸収膜を溝部の底面と台座部の側壁部とに跨るように形成することにより、光吸収膜の光吸収効果を大きく向上させることができる。このため、リッジ部を保護する台座部を形成した場合においても、漏れ光を効率よく吸収しＦＦＰの形状を向上することが可能となる。以下において、実施形態を用いてさらに詳細に説明する。
【００４５】
（一実施形態）
図２（ａ）〜（ｄ）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）〜（ｃ）はそれぞれ、（ａ）のIIｂ−IIｂ線、IIｃ−IIｃ線及びIIｄ−IIｄ線における断面構成を示している。
【００４６】
本実施形態の半導体レーザ装置は、劈開により形成され、互いに対向する１対の共振器端面を有する共振器構造を備えている。共振器構造は、基板１０の上に形成され、共振器方向に延びるストライプ状のリッジ部２０ａと、溝部２０ｃによりリッジ部２０ａと分離された台座部２０ｂとを有する半導体層積層体２０と、共振器端面に形成された多層誘電体反射膜（図示せず）とにより形成されている。半導体層積層体２０の上には、溝部２０ｃの底面と台座部２０ｂの側壁及び上面に跨って形成された光吸収膜３２が形成されている。これにより、リッジ部２０ａからの漏れ光を吸収することができ、ＦＦＰの形状を改善することができる。
【００４７】
具体的に、半導体層積層体２０は、基板１０の上に、バッファ層（図示せず）を介して順次形成されたｎ型半導体層１３と活性層１４とｐ型半導体層１５とを有している。半導体層積層体２０はレーザ共振器が形成できればどのようなものでもよいが、例えば以下のような構成とすればよい。また、共振器長が８００μｍである場合を例として説明する。
【００４８】
ｎ型半導体層１３は、膜厚が１μｍのｎ型ＧａＮ層１３Ａと、膜厚が２．５μｍのｎ−Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｎ型クラッド層１３Ｂと、膜厚が１５０ｎｍのｎ型のＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）からなるｎ型ガイド層１３Ｃとを有している。活性層１４は、膜厚が３ｎｍのＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなるウェル層と、膜厚が７．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるバリア層との三重量子井戸からなる。ｐ型半導体層１５は、膜厚が１２０ｎｍのｐ型のＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）からなる光ガイド層１５Ａと、膜厚が０．５μｍのｐ−Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｐ型クラッド層１５Ｂと、膜厚が１００ｎｍのｐ−ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１５Ｃとを有している。
【００４９】
基板１０は例えばキャリア濃度が１０18ｃｍ-3程度のｎ−ＧａＮ基板とすればよく、バッファ層は例えば膜厚が２００ｎｍのｎ−ＧａＮとすればよい。半導体層積層体２０は有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法等により形成すればよい。ｎ型の層を形成する際には、ドナー不純物としてシリコン（Ｓｉ）を５×１０17ｃｍ-3程度ドーピングすればよい。ｐ型コンタクト層１５Ｃを除くｐ型の層を形成する際には、アクセプタ不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を１×１０19ｃｍ-3程度ドーピングすればよい。ｐ型コンタクト層１５Ｃには、Ｍｇを１×１０20ｃｍ-3程度ドーピングすればよい。
【００５０】
半導体層積層体２０には、共振器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。ｐ型クラッド層１５Ｂの一部及びｐ型コンタクト層１５Ｃをドライエッチング等により選択的に除去し、２つの溝部２０ｃを形成することによりリッジ部２０ａと溝部２０ｃによりリッジ部２０ａと分離された台座部２０ｂとを形成すればよい。
【００５１】
溝部２０ｃは以下のようにして形成すればよい。基板１０の上に半導体層積層体２０を堆積した後、厚さが２００ｎｍ程度のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）をｐ型コンタクト層１５Ｃの上に形成する。続いて、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とによりＳｉＯ2膜を選択的に除去してマスクを形成する。この後、塩素（Ｃｌ2）ガス又は四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）ガス等を用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングにより、ｐ型コンタクト層１５Ｃ及びｐ型クラッド層１５Ｂの露出部分を０．５μｍ程度エッチングすればよい。マスクは、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）溶液を用いて除去すればよい。このようにすれば、エッチングが終了した時点においてリッジ部２０ａの上面と台座部２０ｂの上面との高さはほぼ等しくなる。最終的には、リッジ部２０ａの上にはｐ側電極２１を形成し、台座部２０ｂの上には誘電体層１６を形成するため、台座部２０ｂの方が若干高くなる。
【００５２】
リッジ部２０ａの幅及び溝部２０ｃの幅等は必要に応じて適宜変更すればよいが、本実施形態においては、リッジ部２０ａの幅ｗ１を１．５μｍとし、リッジ部２０ａの中央から台座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置までの距離ｄ４を７μｍとした。
【００５３】
溝部２０ｃの底面と台座部２０ｂの側壁及び上面とに跨って厚さが１００ｎｍのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる光吸収膜３２が形成されている。光吸収膜３２の位置、大きさ及び材質等については後で詳しく説明するが、本実施形態においてはリッジ部２０ａの中央から光吸収膜３２のリッジ部２０ａ側の端部までの距離ｄ１を３μｍとした。また、光吸収膜３２の端面と平行な方向（端面方向）の幅ｗ２を２０μｍとし、光吸収膜３２の共振器方向の奥行きｗ３を７８０μｍとした。なお、共振器長は８００μｍとした。光吸収膜３２は、フォトリソグラフィーと電子線蒸着を用いて形成すればよい。
【００５４】
半導体層積層体２０の上には、光吸収膜３２を覆うように膜厚が２００ｎｍ酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる誘電体層１６が形成されている。誘電体層１６はリッジ部２０ａの上面を露出するように形成されており、リッジ部２０ａの上には、ｐ側電極２１が形成されている。基板１０の半導体層積層体２０と反対側の面（裏面）には、ｎ側電極２２が形成されている。誘電体層１６の上には、ｐ側電極２１と電気的に接続されたｐ側電極パッド２３が形成されている。ｐ側電極パッド２３は、リッジ部２０ａ及び台座部２０ｂを覆い、溝部２０ｃを埋めるように形成され、一次劈開を容易にするために共振器端面及び共振器側面と間隔を置いて形成されている。
【００５５】
ｐ側電極２１は例えば厚さが４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と、厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）との積層膜とすればよい。ｐ側電極２１を形成する際には、基板を７０℃〜１００℃に過熱した状態で電子線蒸着を行い、その後４００℃程度で熱処理を行うことが好ましい。このようにすれば、ｐ側電極２１のコンタクト抵抗を５×１０-4Ωｃｍ2以下に低減できると共に、密着性を向上させることができる。ｐ側電極パッド２３は、厚さが５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）と厚さが５００ｎｍ金（Ａｕ）との積層膜とすればよい。ｎ側電極２２は、研削・研磨により厚さを１００μｍ程度とした基板１０の裏面に形成すればよい。厚さが５ｎｍのチタン（Ｔｉ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）と厚さが５００ｎｍ金（Ａｕ）との積層膜とすれば、１０-4Ωｃｍ2程度又はそれ以下の良好なコンタクト抵抗を実現できる。
【００５６】
ｐ側電極パッド２３と光吸収膜３２との間には誘電体層１６が形成されている。また、光吸収膜３２はリッジ部２０ａと間隔を置いて形成されており、ｐ側電極２１と光吸収膜３２も電気的に絶縁されている。このため、ｐ型クラッド層１５Ｂと接して形成された光吸収膜３２を介して半導体層積層体２０にリーク電流が流れることを防止できる。
【００５７】
半導体層積層体２０のレーザ光が出射する出射端面２０Ａには、反射率１８％の多層誘電体反射膜（図示せず）が形成されており、出射端面２０Ａと反対側の後端面２０Ｂには反射率９５％の多層誘電体反射膜（図示せず）が形成されている。これにより、半導体層積層体２０はレーザ共振器として機能する。
【００５８】
以下に、リッジ部２０ａ、台座部２０ｂ及び光吸収膜３２の配置についてさらに詳細に説明する。図３はリッジ部２０ａの近傍の領域を拡大して示している。また、誘電体層１６及びｐ側電極パッド２３の記載は省略している。リッジ部２０ａの中央から台座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置までの距離ｄ４は、リッジ部２０ａの幅にも影響を受けるが２μｍよりも短いと導波路部の光分布に影響が出る。３μｍ以上とすれば導波路部の光分布への影響をさらに小さくすることができる。また、２０μｍよりも広い場合にはリッジ部２０ａを十分に保護することができない。１０μｍ以下とすればリッジ部２０ａを保護する効果をさらに高くすることができる。また、座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置において、エッジ効果による光吸収の増強が期待できるので、漏れ光の多く分布する領域に側壁の立ち上がり位置を設定することが好ましい。漏れ光の相対強度はリッジ部の中心から２μｍ〜１０μｍ程度の領域において大きいと考えられる。この観点からも、ｄ４は１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００５９】
リッジ部２０ａの中央と光吸収膜３２のリッジ部２０ａ側の端部との距離ｄ１は、リッジ部２０ａの幅ｗ１と台座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置までの距離ｄ４とによって制限される。通常の窒化物半導体レーザ装置においてリッジ部２０ａの幅は１μｍ〜２μｍ程度である。例えば、リッジ部２０ａの幅ｗ１が２μｍであれば、距離ｄ１の物理的な下限は１μｍとなる。さらに、距離ｄ１があまりにも小さいとリッジ部２０ａ内を伝搬する主ビームが吸収されてしまう。
【００６０】
図４（ａ）及び（ｂ）は、リッジ導波路部の幅が１．５μｍの半導体レーザ装置において得られた水平ＦＦＰの強度分布と、水平ＦＦＰの強度分布から推定したＮＦＰの強度分布とをそれぞれ示している。ＮＦＰの推定はＦＦＰ分布を逆フーリエ変換することにより行った。ＦＦＰ強度分布においては、光の位相情報が消失しているためＮＦＰの正確な強度分布を求めることはできない。つまり、ＮＦＰの左右分布の非対称性については位相情報がないため、見積もることは不可能である。しかし、ＮＦＰの観察結果との比較から推定ＮＦＰの位置及び相対強度は概ね一致することが確認できている。
【００６１】
図４（ｂ）に示すように、リッジ部の幅ｗ１が１．５μｍの場合にはリッジ部の中心から２μｍ程度の所までは、主ビームが伝搬している。このため、リッジ部２０ａの中心と光吸収膜３２との距離ｄ１を２μｍ未満とすることは好ましくない。また、先に述べたように、漏れ光の相対強度が１×１０-4以下となるとＦＦＰの形状への影響は小さくなると推測される。漏れ光の相対強度はリッジ部の中心から２μｍ〜１０μｍ程度の領域において大きいと考えられるため、リッジ部２０ａの中心から光吸収膜３２のリッジ部２０ａ側の端部までの距離ｄ１は１０μｍ以下とすることが好ましい。また、漏れ光の大きな領域を漏らさずカバーするためには、ｄ１を２μｍ〜５μｍ程度とすることがさらに好ましい。
【００６２】
光吸収膜３２の端面方向の幅ｗ２は、漏れ光が存在する領域をカバーできればよいが、エッジ効果を得るために少なくとも台座部２０ｂの側壁の上端部まで達していることが好ましい。台座部２０ｂの上面に形成された部分についても漏れ光を吸収する効果を有するため、１μｍ程度は台座部の上を覆っていることが好ましく、５μｍ程度覆っていることがさらに好ましい。また、台座部の側壁だけでなく上面にも跨るようにした方が形成が容易となる。光吸収膜３２の幅ｗ２は共振器側面まで形成されていても問題ない。但し、共振器方向の二次劈開時に劈開部分に光吸収膜３２が形成されていない方が、劈開精度が向上する。従って、光吸収膜３２の端面方向の幅ｗ２は、共振器の側面に到達しない幅とすることが好ましい。共振器の側面と光吸収膜３２との間隔は１０μｍ程度あれば十分であり、それ以下であってもよい。
【００６３】
光吸収膜３２の共振器方向の奥行きｗ３は、長いほど光吸収効果が高くなる。従って、共振器長と等しくすれば最も光吸収効果が高くなる。また、原理的には出射端面２０Ａと接している場合に最も効果的であると考えられる。しかし、素子の劈開工程前に劈開線を跨いで光吸収膜３２を形成すると、劈開時の妨げとなり劈開端面にクラックや段差が発生し、ＦＦＰ形状の改善効果が低下してしまう。このため、光吸収膜３２は、出射端面２０Ａ及び後端面２０Ｂと間隔をおいて形成した方がよい。出射端面２０Ａ及び後端面２０Ｂと光吸収膜３２との間隔は１０μｍ程度あれば十分であり、それ以下であってもよい。
【００６４】
次に、光吸収膜３２の材質について検討する。光吸収膜３２は漏れ光が伝播する層の上に形成されており、漏れ光の光分布とは空間的なずれがあるため、吸収の効果は限定的となる。しかし、光吸収層の光の吸収効果は、光吸収膜の屈折率、消衰係数及びｐ型クラッド層の材質から大まかに見積もることができる。
【００６５】
図５は、波長４０５ｎｍにおける屈折率ｎと消衰係数ｋと実効吸収係数αeとの関係を求めた結果を示している。実効吸収係数αeは、光吸収膜の直下に形成された導波路部分（主ビームの伝播する導波路とは異なり、半導体積層方向のみに光閉じ込めのある導波路）における光の吸収を示す指標であり、光吸収膜による光の吸収特性及び光吸収膜とｐ型クラッド層との屈折率の違い等によって決定される。図５に示すように実効吸収係数αｅは、屈折率ｎが２〜４程度で、消衰係数ｋが０．１〜２．０程度の材料において比較的大きな値を示している。
【００６６】
図６は様々な材料の波長４０５ｎｍにおける屈折率ｎ及び消衰係数ｋを示している。窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属窒化物は、屈折率ｎ及び消衰係数が図５に示した実効吸収係数αｅが大きい範囲を示している。しかし、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の電子線蒸着等により比較的容易に形成できる材料では、実効吸収係数αｅを大きくすることができない。しかし、本実施形態においては、エッジ効果により光が感じる屈折率及び消衰係数が光吸収膜と半導体層との中間の値となる。このため、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の電子線蒸着等により比較的容易に形成できる材料を用いた場合にも、比較的高い実効吸収係数αｅを実現することができる。
【００６７】
例えばａ−Ｓｉは屈折率ｎが４．３程度で、消衰係数ｋが２．５程度である。ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層は屈折率ｎが２．５程度であり、消衰係数ｋはほぼ０である。このため、光吸収膜をａ−Ｓｉとした場合、台座部の側壁が立ち上がる領域においては、屈折率ｎが３．４程度で、消衰係数が１．２５程度の材料と同じ実効吸収係数αｅが得られると期待できる。
【００６８】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置は、リッジ部２０ａと台座部２０ｂとを分離する溝部２０ｃの底面と台座部２０ｂの側壁とに跨る光吸収膜３２を形成している。エッジ効果により光吸収膜３２の光吸収効果が大きく向上するため、リッジ部２０ａを保護する台座部２０ｂを形成した場合においても漏れ光を十分に吸収でき、ＦＦＰ形状を向上させることが可能となる。
【００６９】
（一変形例）
台座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置よりもさらにリッジ部２０ａから離れた位置や、漏れ光の分布する領域全体に渡って光吸収効果を向上させたい場合もあり得る。この場合は、図７に示すように台座部２０ｂに複数の凹部２０ｄを形成し、凹部２０ｄの底面覆うように光吸収膜３２を形成すればよい。台座部２０ｂに複数の凹部２０ｄを形成し、凹部２０ｄの底面を光吸収膜３２により覆うことにより、半導体層と光吸収膜３２との境界部が複数形成される。それぞれの境界部においてエッジ効果が生じるため、図８に示すように光吸収効果を大きく向上させることができる。また、複数の凹部の周期が光の波長程度まで小さくなると、光吸収膜と凹部の形成された領域全体に渡って、光の感じる実効的な屈折率及び消衰係数が変化し、光吸収効果を増強させることができる。
【００７０】
凹部２０ｄの形成領域全体に渡って光吸収効果を向上させるためには、凹部２０ｄの配置周期及び凹部２０ｄと凹部以外の部分との面積比が重要となる。通常、光が媒質の平均的な屈折率ｎ及び消衰係数ｋを感じるためには、光の波長以下の周期構造が必要である。しかし、本願発明者らは、凹部２０ｄの周期が光の波長の１０倍程度までは吸収効果を増大する効果が得られることを確認した。この場合の凹部２０ｄの周期とは隣接する凹部２０ｄの中心間の間隔を意味する。具体的には、波長が４０５ｎｍの場合には凹部２０ｄ同士の間隔が５μｍ程度よりも小さい場合には光吸収効果の向上が認められた。この場合は、凹部のそれぞれの境界部分においてエッジ効果により、光吸収が増大していると考えられる。凹部２０ｄの間隔を波長の２倍程度である１μｍ以下とすればさらに光吸収効果の向上が認められた。周期を小さくすることにより、凹部形成領域全体で平均化された屈折率ｎ及び消衰係数ｋを感じる結果、トータルの光吸収効果はさらに向上すると考えられる。
【００７１】
微細周期により平均化された実効的な屈折率ｎeff及び消衰係数ｋeffは、光吸収膜３２が形成された部分の面積と半導体である部分の面積との比率によって変化する。このため、次の式（１）及び式（２）が成り立つ。
【００７２】
ｎeff＝ｎａ×Ｒａ＋ｎｓ×（１−Ｒａ）  ・・・  （１）
ｋeff＝ｋａ×Ｒａ＋ｋｓ×（１−Ｒａ）  ・・・  （２）
但し、Ｒａは光吸収に寄与する領域の面積に対する光吸収膜３２の凹部２０ｄ及び溝部２０ｃの底面に形成された部分の面積の比率である。従って、１−Ｒａは半導体からなる部分の面積の比率を示す。ｎａは光吸収膜３２の屈折率であり、ｎｓは凹部の底面が位置する半導体層の屈折率であり、ｋａは光吸収膜３２の消衰係数であり、ｋｓは凹部の底面が位置する半導体層の消衰係数である。光吸収に寄与する領域とは、基本的には光吸収膜３２と複数の凹部２０ｄが形成された領域である。エッジ効果は光吸収膜３２と半導体層との境界から２μｍ程度まで範囲の影響で生じると考えられる。このため、凹部２０ｄが光吸収膜３２が形成された領域の一部のみに形成されている場合には、図９に示すように凹部２０ｄが形成されている凹部形成領域４１の周囲２μｍ以内の部分が光吸収に寄与する領域４２となる。
【００７３】
図５に示すように実効吸収係数αｅの値が大きくなる領域は、屈折率ｎが２〜４であり、消衰係数ｋが０．１〜２．０の範囲である。このため、ｎeffが２以上且つ４以下であり、ｋeffが０．１以上且つ２．０以下となるようにｎａ及びｋａの値に応じてＲａの値を設定すればよい。光吸収膜３２として銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ジルコン（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）又はａ−Ｓｉ等を用いる場合には、Ｒａの値を０．１以上且つ０．５以下とすれば実効吸収係数αｅを大きくすることができ好ましい。
【００７４】
例えば、Ｐｄは屈折率が１．３程度で、消衰係数が２．９程度であり、実効吸収係数αｅは１００ｃｍ-1程度である。しかし、Ｒａが０．３程度の周期構造とすれば、ｎeffが２．１４、ｋeffが０．８７程度となる。このため、実効吸収係数αｅを３５０ｃｍ-1程度まで高くすることができる。Ｐｄはｐ側電極の材料として用いることができる。このため、光吸収膜３２をＰｄとした場合には、光吸収膜３２とｐ側電極２１の最下層とを同一の工程により形成することが可能となる。これにより、工数を削減し、製造コストを低く抑えることができる。
【００７５】
図１０は（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ装置における水平ＦＦＰの強度分布と、ＦＦＰから推定したＮＦＰの強度分布を示す。図１０は、リッジ部２０ａの幅ｗ１が１．５μｍ、リッジ部２０ａの中央から台座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置までの距離ｄ４が５μｍの半導体レーザ装置に光吸収膜３２を形成した場合を示している。光吸収膜３２の材質はａ−Ｓｉとし、光吸収膜３２のリッジ部２０ａ側の端部とリッジ部２０ａの中心との距離ｄ１は２μｍとし、端面方向の幅ｗ２は２０μｍとし、共振器方向の奥行きｗ３は７８０μｍとした。また、凹部２０ｄは、直径１．３μｍの丸型として１個当たりの面積を約１．３２μｍ2とし、周期が２μｍでＲａの値が約０．３３となるように設定し、台座上の光吸収膜の形成された全領域に形成した。
【００７６】
図１０に示すように光吸収膜３２を有する半導体レーザ装置は、図４に示した光吸収層を形成していない場合と比べ、リップルが大幅に低減され、ガウシアン形状に近いＦＦＰの形状が得られている。ＮＦＰの推定強度分布を比較すると、リッジ部２０ａの中央から約２μｍ離れた位置における強度は２分の１〜１０分の１に減少し、１×１０-4〜５×１０-4程度となった。
【００７７】
凹部２０ｄは、溝部２０ｃを形成する際に同じマスクを用いて形成すればよい。このようにすれば凹部２０ｄを形成しても工程が増加しない。また、凹部２０ｄの深さと溝部２０ｃの深さとは等しくなり、リッジ部２０ａの下端部と凹部２０ｄの底面とが同じ高さとなる。但し、凹部２０ｄは活性層１４に達していなければよく、ｐ型クラッド層１５Ｂの厚さに依存するが、０．４μｍ〜０．６μｍ程度であれば、吸収の効果を発揮する。
【００７８】
図６においては、凹部２０ｄを丸型のドット状とした。この場合、１つの凹部２０ｄの面積は０．０１μｍ2〜１００μｍ2程度とすればよい。凹部の形成及び光吸収膜の埋め込み等の容易さを考慮すると０．１μｍ2〜１０μｍ2程度とすることが好ましい。また、凹部の配置を六方格子状とする例を示したが、正方格子等の他の配置としてもよい。また、ランダムな配置であっても問題ない。但し、吸収が必要な漏れ光は共振器方向に進む光であるため共振器方向に規則性がある方が光吸収の効果が高くなる。さらに、凹部２０ｄはドット状に限らず、図１１（ａ）に示すようなライン状としてもよい。この場合共振器方向に一定の周期を有するラインとすることが好ましい。また、図１１（ｂ）に示すように、複数の凹部を形成するのではなく格子状の凹部を形成し、凹部により互いに分離された複数の領域を形成してもよい。
【００７９】
凹部２０ｄを形成する場合には、台座部２０ｂのリッジ部２０ａ側の端部から離れた位置においても光吸収の効果を高くすることができる。このため、共振器の側面付近においても凹部２０ｄと光吸収膜３２とを形成すれば高い光吸収効果が得られる。しかし、先に説明したように、漏れ光が問題となるのはリッジ部２０ａの中央から数十μｍ程度の範囲であり、漏れ光の吸収が最も必要な領域は２〜１０μｍである。このため、光吸収膜３２と凹部２０ｄは共にこの範囲に形成すればよく、リッジ部２０ａの中央から光吸収膜３２までの距離ｄ１を２μｍとすれば、凹部２０ｄと共に形成された光吸収膜３２の幅ｗ２は１０μｍ以上あればよい。
【００８０】
図２及び７に示した半導体レーザ装置は、誘電体層１６によりリッジ部２０ａにおける電流狭窄及び光閉じ込めと、光吸収膜３２とｐ側パッド電極との絶縁とを行っている。これにより、誘電体層の形成工程を削減することができる。しかし、図１２に示すようにリッジ部２０ａの電流狭窄及び光閉じ込めのための第１の誘電体層１６Ａとは別に、光吸収膜３２を絶縁するための第２の誘電体層１６Ｂを形成してもよい。この場合に、第１の誘電体層１６ＡにＳｉＯ2等の光閉じ込めに適し且つ０リッジ部２０ａの上面にｐ側電極２１を形成するための開口部を形成しやすい材料を用い、第２の誘電体層１６Ｂに窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁性及び防湿性がすぐれた材料を用いれば、レーザ特性を最適化することができる。
【００８１】
また、光吸収膜３２を形成した後、リッジ部２０ａの上面に開口部を形成すれば、リッジ部２０ａの上面を第１の誘電体層１６Ａにより保護した状態で光吸収膜３２を形成することができ、プロセス中にｐ型コンタクト層１５Ｃがレジスト等に曝されることを防ぐことができ、ｐ側電極２１のコンタクト抵抗の上昇を抑制できる。この場合において、第１の誘電体層１６Ａと第２の誘電体層１６Ｂとを同一の材料としてもよい。
【００８２】
誘電体層を２層構造とする場合、光吸収膜３２、第１の誘電体層１６Ａ、第２の誘電体層１６Ｂ及びｐ側電極２１の形成順は適時選択できる。つまり、第１の誘電体層１６Ａをウェハ全面に形成後、開口部を形成して光吸収膜３２を形成し、次に第２の誘電体層１６Ｂを形成してからリッジトップのみに開口部を形成した後にｐ側電極２１及びｐ側電極パッド２３を形成してもよく、また、誘電体層１６Ａをウェハ上の全面に形成後、誘電体層１６Ａに開口部を形成して開口部に光吸収膜３２を形成し、次にリッジトップに開口部を形成した後にｐ側電極２１を形成し、その後、第２の誘電体層１６Ｂ及びｐ側電極パッド２３を形成してもよい。
【００８３】
光吸収膜３２の光吸収効果が十分高い場合には、光吸収膜３２の奥行きｗ３を短くしてもよい。図１３は、吸収係数が異なる光吸収膜３２における吸収率とｗ３との関係を示している。
【００８４】
図１３に示すように、実効吸収係数αeが１００ｃｍ-1の場合、漏れ光を１／２に低減するためには、ｗ３を７０μｍ程度とする必要がある。また、１／１０に低減するためにはｗ３を２５０μｍ程度としなければならない。一方、実効吸収係数αeが１０００ｃｍ-1の場合には、漏れ光を１／２にするためには、ｗ３を７μｍ程度とし、１／１０にするためにはｗ３を２５μｍ程度としなければならない。
【００８５】
但し、実際には、共振器内を伝播する漏れ光は出射端面及び後端面において反射されながら、光吸収膜３２が形成された領域を多数回通過する。出射端面２０Ａにおける反射率が５０％、後端面２０Ｂにおける反射率が９５％と高めの場合には、平均３回程度光吸収膜が形成された領域を通過すると見積もられる。このため、実効吸収係数αeが１００ｃｍ-1の場合でも、ｗ３が２５μｍ程度あれば漏れ光を１／２に低減できると考えられる。凹部２０ｄと光吸収膜３２の組み合わせにより、実効吸収係数αeが１０００ｃｍ-1程度まで高めた場合には、さらにｗ３を小さくすることが可能であり、１０μｍ程度でも漏れ光を１／１０に低減することが可能である。
【００８６】
窒化物半導体レーザの標準的な共振器長は４００μｍ〜８００μｍ程度である。従って、ｗ３の値が１０μｍ〜１００μｍ程度の範囲であれば、図１４（ａ）に示すように光吸収膜３２をｐ側電極パッド２３と出射端面２０Ａとの間の領域に形成することができる。このようにすれば、光吸収膜３２とｐ側電極パッド２３とを空間的に離間させることが可能となる。これにより、光吸収膜３２とｐ側電極パッド２３との間の絶縁が不完全となることによるリーク電流の発生を防止することができ、歩留まりを向上させることができる。また、図１４（ｂ）に示すようにｐ側電極パッド２３と後端面２０Ｂとの間に領域にも光吸収膜３２を設けてもよい。このようにすれば光吸収膜３２のトータル奥行きを２倍にすることができる。また、光吸収膜３２を出射端面２０Ａ側と後端面２０Ｂ側に形成すれば、一次劈開を行う際に光吸収膜３２が一次劈開線に対して対象に配置される。これにより、一次劈開の際の劈開ずれ、クラック及び段差等の発生を抑える効果が得られる。
【００８７】
例えば、ｐ側電極パッド２３と出射端面２０Ａとの間及びｐ側電極パッド２３と後端面２０Ｂとの間に共振器方向の奥行きｗ３が５０μｍの光吸収膜３２をそれぞれ形成した場合には、図１０とほぼ同じ良好なＦＦＰ形状を実現することができた。なお、光吸収膜３２は材質をａ−Ｓｉとし、リッジ部２０ａの中央から光吸収膜３２のリッジ部２０ａ側の端部までの距離ｄ１を２μｍ、リッジ部２０ａの中央から台座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置までの距離ｄ４が５μｍとし、光吸収膜３２の端面方向の幅ｗ２を２０μｍとした。また、凹部２０ｄは、直径１．３μｍの丸型として１個当たりの面積を約１．３２μｍ2とし、周期が２μｍでＲａの値が約０．３３となるように設定し、台座上の光吸収膜の形成された全領域に形成した。
【００８８】
光吸収膜３２を平面長方形状とする例を示したが、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、平面台形状又は平面三角形状の光吸収膜３２を形成してもよい。漏れ光の分布及び共振器方向の光強度分布を考慮すると端面の近傍ほど幅が広く、リッジ部２０ａの近傍ほど奥行きが長い平面形状とすることが好ましい。但し、これに限らずどのような形状としてもよい。さらに、光吸収膜３２とｐ側電極パッド２３とを空間的に離間した場合には、図１６に示すように光吸収膜３２の上を覆う絶縁膜を形成しなくてもよい。
【００８９】
本変形例の半導体レーザ装置は、リッジ部２０ａの中央から光吸収膜３２のリッジ部２０ａ側の端部までの距離ｄ１を、リッジ部２０ａの中央から台座部２０ｂの側壁が立ち上がる位置までの距離ｄ４よりも短くし、溝部２０ｃの底面及び台座部２０ｂの側壁を覆う構成とした。しかし、溝部２０ｃの幅によってはｄ１をｄ４よりも大きくし、溝部２０ｃの底面及び台座部２０ｂの側壁には光吸収膜３２を形成しない構成としてもよい。また、距離ｄ４を一定とする例を示したが、凹部２０ｄの形成周期等に合わせて距離ｄ４が周期的に変化する構成としてもよい。
【００９０】
台座部２０ｂに凹部２０ｄを形成しない場合においても、図１２に示すようにリッジ部２０ａの電流狭窄及び光閉じ込めを行うための誘電体層とは別に、光吸収膜３２とｐ側電極パッド２３とを絶縁するための誘電体層を形成する構成としてもよい。また、十分な光吸収効果が得られるのであれば、ｐ側電極パッド２３と光吸収膜３２とが空間的に分離された構成としてもよい。
【００９１】
光吸収膜３２の膜厚は、１０ｎｍ以上あればよい。厚さが厚くなりすぎると形成が困難となるため１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。光吸収領域の実効的な屈折率ｎeffと消衰係数ｋeffによって決まり、ｎeffが大きくなり、ｋeffが小さくなるほど、光吸収に関与する膜厚は大きくなる傾向があるが、概ね５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲とすればさらに好ましい。
【００９２】
基板１０は、ＧａＮに限らず、ＡｌＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ又はＧａ2Ｏ3等の他の基板であってもよい。共振器長が８００μｍである場合について説明したが、どのようなサイズの共振器であってもよい。例えば、１００μｍ程度の共振器長が短い半導体レーザ装置であっても、共振器長が２００００μｍ程度の共振器長が長い半導体レーザ装置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法は、リッジ部を保護する台座領域を有し且つ遠視野像の形状をガウシアン形状に近くすることができ、高密度光ディスクの書き込み及び読み出し光源として使用できる、高出力且つ長寿命の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】
【００９４】
【図１】（ａ）は一実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ部近傍を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は各部における光吸収効果を示す模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は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IIｂ−IIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のIIｃ−IIｃ線における断面図であり、（ｄ）は（ａ）のIIｄ−IIｄ線における断面図である。
【図３】一実施形態に係る半導体レーザ装置における光吸収層の配置の一例を示す平面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は光吸収層を備えていない半導体レーザ装置の特性を示し、（ａ）は水平遠視野像の測定結果であり、（ｂ）は水平遠視野像から求めた近視野像のシミュレーション結果である。
【図５】光吸収層の実効吸収率を屈折率と消衰係数とにより算出した結果を示すグラフである。
【図６】種々の材料における屈折率及び消衰係数の一覧である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は一実施形態の変形例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VIIｂ−VIIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のVIIｃ−VIIｃ線における断面図であり、（ｄ）は（ａ）のVIIｄ−VIIｄ線における断面図である。
【図８】（ａ）は一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置のリッジ部近傍を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は各部における光吸収効果を示す模式図である。
【図９】一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置における光吸収に寄与する領域の一例を示す平面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の特性を示し、（ａ）は水平遠視野像の測定結果であり、（ｂ）は水平遠視野像から求めた近視野像のシミュレーション結果である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置における凹部の一例を示す平面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の変形例を示す断面図である。
【図１３】光吸収層の共振器方向の奥行きと漏れ光の吸収率との関係を示すグラフである。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置における光吸収膜の配置の一例を示す平面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置における光吸収膜の平面形状の一例を示す平面図である。
【図１６】一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０      基板
１３      ｎ型半導体層
１３Ａ    ｎ型ＧａＮ層
１３Ｂ    ｎ型クラッド層
１３Ｃ    ｎ型ガイド層
１４      活性層
１５      ｐ型半導体層
１５Ａ    光ガイド層
１５Ｂ    ｐ型クラッド層
１５Ｃ    ｐ型コンタクト層
１６      誘電体層
１６Ａ    第１の誘電体層
１６Ｂ    第２の誘電体層
２０      半導体層積層体
２０Ａ    出射端面
２０Ｂ    後端面
２０ａ    リッジ部
２０ｂ    台座部
２０ｃ    溝部
２０ｄ    凹部
２１      ｐ側電極
２２      ｎ側電極
２３      ｐ側電極パッド
３２      光吸収膜
４１      凹部形成領域
４２      光吸収に寄与する領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図５】
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【図１０】
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【図１３】
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