【手続補正書】
【提出日】平成16年12月24日(2004.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層の端面が共振器の端面となって該共振器端面間に導波路を構成する半導体レーザ素子であって、
少なくとも一つのステップ状構造が設けられた基板上に、少なくともＩｎを含む２種類のＩＩＩ族元素とＮを含むＶ族元素とを含む活性層と、活性層の上層及び下層にそれぞれ配置された第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッド層とを有する半導体積層体を備え、
上記導波路は上記ステップ状構造の上段側に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分が上記ステップ状構造の近傍に位置し、上記導波路の共振器端面部分と上記ステップ状構造との間の距離が上記導波路の共振器端面を除く部分と上記ステップ状構造との間の距離よりも大きい
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
上記ステップ状構造が、上記導波路の共振器端面を除く部分の近傍のみに形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
上記ステップ状構造が、上記基板に設けられた凹溝の段差であり、
上記導波路は上記凹溝の段差上段側に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分が上記凹溝の段差の近傍に位置し、上記導波路の共振器端面部分と上記凹溝の段差との間の距離が上記導波路の共振器端面を除く部分と上記凹溝の段差との間の距離よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
上記凹溝が、上記導波路の共振器端面を除く部分の近傍のみに形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
上記導波路の共振器端面部分と上記凹溝の段差との間の距離が５０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
基板が、ＧａＮ基板、サファイア基板、及びサファイア基板上にＧａＮ系化合物半導体層を有する基板のいずれかである
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
上記ステップ状構造が、上記基板に凸に設けられ、上記導波路の幅以上の幅を有するリッジであり、
上記導波路は上記リッジ上に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分が上記リッジの段差の近傍に位置し、上記導波路の共振器端面部分と上記リッジの段差との間の距離が上記導波路の共振器端面を除く部分と上記リッジの段差との間の距離よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
基板が、ＧａＮ基板、サファイア基板、及びサファイア基板上にＧａＮ系化合物半導体層を有する基板のいずれかである
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
上記基板に、上記導波路の幅以上の幅を有し、上記導波路の延伸方向に延伸する第１のリッジと、上記第１のリッジと交差する第２のリッジとが設けられており、
上記導波路は上記第１のリッジ上に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面部分が第１のリッジと第２のリッジの交差領域上に位置する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
上記リッジが、上記導波路の共振器端面部分が位置する部分において、上記導波路の共振器端面を除く部分が位置する部分よりも幅広に形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
上記リッジの幅が１００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
基板が、ＧａＮ基板、サファイア基板、及びサファイア基板上にＧａＮ系化合物半導体層を有する基板のいずれかである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
活性層の端面が共振器の端面となって該共振器端面間に導波路を構成する半導体レーザ素子の製造方法であって、
基板に少なくとも一つのステップ状構造を設ける工程と、
上記基板上に、少なくともＩｎを含む２種類のＩＩＩ族元素とＮを含むＶ族元素とを含む活性層と、該活性層の上層及び下層にそれぞれ配置された第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッド層とを有する半導体積層体を形成する工程と
を有し、
上記導波路を上記ステップ状構造の上段側に配置し、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分を上記ステップ状構造の近傍に位置させ、上記導波路の共振器端面部分と上記ステップ状構造との間の距離を上記導波路の共振器端面を除く部分と上記ステップ状構造との間の距離よりも大きくする
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１４】
上記ステップ状構造として、上記基板に凹溝を設け、
上記導波路を上記凹溝の上段側に配置し、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分を上記凹溝の近傍に位置させ、上記導波路の共振器端面部分と上記凹溝との間の距離を上記導波路の共振器端面を除く部分と上記凹溝との間の距離よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
上記ステップ状構造を設ける工程において、上記導波路の幅以上の幅を有するリッジを上記基板に凸に設け、
上記導波路を上記リッジ上に配置し、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分を上記リッジの段差の近傍に位置させ、上記導波路の共振器端面部分と上記リッジの段差との間の距離を上記導波路の共振器端面を除く部分と上記リッジの段差との間の距離よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
上記ステップ状構造を設ける工程において、上記基板に、上記導波路の幅以上の幅を有し、上記導波路の延伸方向に延伸する第１のリッジと、上記第１のリッジの幅以上の幅を有し、上記第１のリッジと交差する第２のリッジとを設け、
上記半導体積層体を形成する工程では、上記第１及び第２のリッジが形成された基板上に有機金属化学気相成長法により半導体積層体を形成し、
上記半導体積層体が形成された上記基板を、上記第２のリッジ上で劈開する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
上記半導体積層体が形成された上記基板を劈開する工程において、上記第２のリッジを当該第２のリッジの延伸方向に２等分する中央線よりも上記導波路側の位置で劈開する
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子は、活性層の端面が共振器の端面となって該共振器端面間に導波路を構成するものであって、少なくとも一つのステップ状構造が設けられた基板上に、少なくともＩｎを含む２種類のＩＩＩ族元素とＮを含むＶ族元素とを含む活性層と、活性層の上層及び下層にそれぞれ配置された第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッド層とを有する半導体積層体を備え、上記導波路は上記ステップ状構造の上段側に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分が上記ステップ状構造の近傍に位置し、上記導波路の共振器端面部分と上記ステップ状構造との間の距離が上記導波路の共振器端面を除く部分と上記ステップ状構造との間の距離よりも大きいものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記ステップ状構造は、上記導波路の共振器端面を除く部分の近傍のみに形成されていることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、上記ステップ状構造は、例えば、上記基板に設けられた凹溝の段差であり、上記導波路は上記凹溝の段差上段側に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分が上記凹溝の段差の近傍に位置し、上記導波路の共振器端面部分と上記凹溝の段差との間の距離が上記導波路の共振器端面を除く部分と上記凹溝の段差との間の距離よりも大きいことが好ましい。
更に、上記凹溝は、上記導波路の共振器端面を除く部分の近傍のみに形成されていればより好ましい。
加えて、上記導波路の共振器端面部分と上記凹溝の段差との間の距離が５０μｍ以下であれば更に好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
更にまた、上記ステップ状構造は、例えば、上記基板に凸に設けられ、上記導波路の幅以上の幅を有するリッジであり、上記導波路は上記リッジ上に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分が上記リッジの段差の近傍に位置し、上記導波路の共振器端面部分と上記リッジの段差との間の距離が上記導波路の共振器端面を除く部分と上記リッジの段差との間の距離よりも大きいことが好ましい。
加えてまた、上記基板に、上記導波路の幅以上の幅を有し、上記導波路の延伸方向に延伸する第１のリッジと、上記第１のリッジと交差する第２のリッジとが設けられており、上記導波路は上記第１のリッジ上に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面部分が第１のリッジと第２のリッジの交差領域上に位置するようにしてもよい。
更にまた、上記リッジは、上記導波路の共振器端面部分が位置する部分において、上記導波路の共振器端面を除く部分が位置する部分よりも幅広に形成されていてもよい。
加えてまた、上記リッジの幅が１００μｍ以下であることが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
基板は、ＧａＮ基板、サファイア基板、サファイア基板上にＧａＮ系化合物半導体層を有する基板のいずれかであることが好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の半導体レーザ素子では、共振器端面及び導波路以外の領域の導波路方向に少なくとも１つのステップ状構造が設けられた基板上に、少なくともＩｎを含む２種類のＩＩＩ族元素とＮを含むＶ族元素からなるバルク活性層や多重量子井戸活性層などが形成されている。
「少なくともＩｎを含む２種類のＩＩＩ族元素とＮを含むＶ族元素とを含む」とは、例えばＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＮＡｓ等を言う。
上記活性層に関して、ステップ状構造の上段側において、ステップ状構造に近づくほど、Ｉｎの濃度が高く形成され、遠ざかるほど、Ｉｎの濃度が低くなる。即ち、導波路の共振器端面を除く部分であるステップ状構造の近傍においては、Ｉｎ濃度が高く形成されるので、導波路の共振器端面部分を除く部分の活性層のバンドギャップは狭くなり、一方、共振器端面部分は共振器端面を除く部分よりもステップ状構造から離れているので、共振器端面におけるバンドギャップは共振器端面を除く部分とくらべて大きくなり、これにより、窓構造を実現できる。
また、上記の構造は、一回の結晶成長で形成することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
特に、上記のステップ状構造が、導波路の共振器端面を除く部分の近傍のみに形成されている構成とすることで、共振器端面部分とステップ状構造との間の距離が共振器端面を除く部分とステップ構造との間の距離よりも大きくなるようにすることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記の基板に設けられたステップ状構造としては、凹溝の段差とすることができ、例えば、上記導波路の共振器端面を除く部分の近傍のみに凹溝が形成されている構成とすることで、共振器端面部分とステップ状構造との間の距離が共振器端面を除く部分とステップ状構造との間の距離よりも大きくなるようにすることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記の基板に設けられたステップ状構造としては、凸に設けられたリッジとすることができる。
この場合、リッジ上においては、Ｉｎ濃度が高くなり、Ｉｎ濃度はリッジ幅が狭くなるほど高く、広くなるにつれ低くなる。
従って、例えば、導波路の延伸部分に延伸する第１のリッジと、第１のリッジと交差する第２のリッジとが設けられており、第１のリッジよりも第２のリッジを幅広に設定し、導波路の共振器端面部分が第１のリッジと第２のリッジの交差領域上に位置するように、導波路が配置されている構成とする、即ち、第２のリッジ部分において劈開することで、第１のリッジと第２のリッジの交差領域上の共振器端面におけるバンドギャップは、第１のリッジ上の活性層とくらべて大きくなり、窓構造を実現できる。
また、リッジの形状として、上記導波路の共振器端面が位置する部分において、導波路の共振器端面を除く部分が位置する部分よりも幅広に形成されている構成とすることでも、幅広リッジ上の共振器端面におけるバンドギャップは、相対的に狭いリッジ上の活性層とくらべて大きくなり、窓構造を実現できる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、活性層の端面が共振器の端面となって該共振器端面間に導波路を構成する半導体レーザ素子を製造するものであって、基板に少なくとも一つのステップ状構造を設ける工程と、上記基板上に、少なくともＩｎを含む２種類のＩＩＩ族元素とＮを含むＶ族元素とを含む活性層と、該活性層の上層及び下層にそれぞれ配置された第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッド層とを有する半導体積層体を形成する工程とを有し、上記導波路を上記ステップ状構造の上段側に配置し、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分を上記ステップ状構造の近傍に位置させ、上記導波路の共振器端面部分と上記ステップ状構造との間の距離を上記導波路の共振器端面を除く部分と上記ステップ状構造との間の距離よりも大きくするようにしたものである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上記ステップ状構造として、例えば、上記基板に凹溝を設け、上記導波路を上記凹溝の上段側に配置し、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分を上記凹溝の近傍に位置させ、上記導波路の共振器端面部分と上記凹溝との間の距離を上記導波路の共振器端面を除く部分と上記凹溝との間の距離よりも大きくすることが好ましい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、例えば、上記ステップ状構造を設ける工程において、上記導波路の幅以上の幅を有するリッジを上記基板に凸に設け、上記導波路を上記リッジ上に配置し、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分を上記リッジの段差の近傍に位置させ、上記導波路の共振器端面部分と上記リッジの段差との間の距離を上記導波路の共振器端面を除く部分と上記リッジの段差との間の距離よりも大きくすることも好ましい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の半導体レーザの製造方法は、更に、上記ステップ状構造を設ける工程において、上記基板に、上記導波路の幅以上の幅を有し、上記導波路の延伸方向に延伸する第１のリッジと、上記第１のリッジの幅以上の幅を有し、上記第１のリッジと交差する第２のリッジとを設け、上記半導体積層体を形成する工程において、上記第１及び第２のリッジが形成された基板上に有機金属化学気相成長法により半導体積層体を形成し、上記半導体積層体が形成された上記基板を、上記第２のリッジ上で劈開する工程を更に有するようにすることができる。
その場合には、上記半導体積層体が形成された上記基板を劈開する工程において、上記第２のリッジを当該第２のリッジの延伸方向に２等分する中央線よりも上記導波路側の位置で劈開するようにすることが好ましい。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、基板に少なくとも一つのステップ状構造が設けられ、次いで、基板上に、少なくともＩｎを含む２種類のＩＩＩ族元素とＮを含むＶ族元素とを含む活性層と、該活性層の上層及び下層にそれぞれ配置された第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッド層とを有する半導体積層体が形成される。
ここで、上記導波路がステップ状構造の上段側に配置され、且つ、上記導波路の共振器端面を除く部分が上記ステップ状構造の近傍に位置し、導波路の共振器端面部分とステップ状構造との間の距離が導波路の共振器端面を除く部分とステップ状構造との間の距離よりも大きくなる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
これにより、ステップ状構造の近傍においてはＩｎ濃度が高く形成されるので、ステップ状構造近傍の活性層のバンドギャップを狭く形成することができ、一方、共振器端面部分のステップ構造との間の距離を共振器端面を除くステップ状構造との間の距離よりも大きくなるようにするので、共振器端面におけるバンドギャップはステップ状構造近傍の活性層と比べて大きくなり、窓構造が実現される。
更に、一回の結晶成長で上記の構造を形成することができる。
また、基板は、傾斜基板でも、傾斜基板でなくても良いが、傾斜基板を使用すると、表面モフォロジーが良くなり、異常成長も大幅に抑制され、ステップ状構造近傍と共振器端面との間の成長速度変化が殆どなくなる。よって、ステップ状構造近傍と共振器端面との間の光導波路の段差ができず、波面のずれや、ファーフィールドパターンが非対称になる等といった問題は発生しない。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ステップ状構造としては、例えば、凹溝や凸の設けられたリッジとすることができる。
上記リッジとする場合、導波路の延伸方向に延伸する第１のリッジと、第１のリッジの幅以上の幅を有し、上記第１のリッジと交差する第２のリッジとを設け、半導体積層体を形成した後、第２のリッジ上で劈開することで、第１のリッジと第２のリッジの交差領域上の共振器端面におけるバンドギャップは、第１のリッジ上の活性層と比べて大きくなり、窓構造を実現できる。
また、第２のリッジを当該第２のリッジの延伸方向に２等分する中央線よりも上記導波路側の位置で劈開することで、共振器端面における窓構造となる領域の幅を、第２のリッジの幅に制約を受けることなく、短くすることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体レーザ素子によれば、活性層のＩｎ濃度が共振器端面付近で局所的に高くなり、共振器端面付近のバンドギャップを広げた窓構造を構成している。これにより、ＧａＮ系半導体レーザ素子で問題となっている端面破壊を抑制し、高出力化を図ることができる。
上記の構造は１回の成長プロセスにより形成することが可能である。また、傾斜基板を使用することにより、共振器端面付近とそれ以外の共振器領域との間に、成長速度の差が殆ど生じないことから、共振器端面付近における光導波路の段差は殆ど生じず、波面のずれや、ファーフィールドパターンが非対称になる等といった問題が生じない窓構造型半導体レーザ素子を容易に実現することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、１回の成長プロセスによりＩｎ濃度を共振器端面付近のみ高め、共振器端面付近のバンドギャップを広げた窓構造を１回の結晶成長により作成することができる。
また、従来の半導体レーザ素子の製造プロセスを適用することができ、しかも従来の窓形成方法で必要とされていた、端面への結晶成長や不純物の局所的な拡散などの制御性の悪い工程を必要としないので、本発明の半導体レーザ素子を容易に作製することができる。