(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも発光層と、光閉じ込め層とを含むＧａＮ系半導体レーザを構成する積層構造半導体層を形成する工程と、
上記基板の裏面に、上記積層構造半導体層の｛１１−２０｝面または｛１１−２０｝面から±５°以内の面に沿って溝を形成する工程と、
上記積層構造半導体層が形成された基板を撓曲させる機械的応力、熱的応力、超音波のいずれかを掛けることによって、上記積層構造半導体層を上記溝の形成方向に沿う上記｛１１−２０｝面または｛１１−２０｝面から±５°以内の破断による対の端面を形成する工程と、
該端面上に、該端面に発生した微小凹凸を埋めるように、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうちの少なくとも１つの元素とＮとを含む化合物半導体層による表面層を形成する工程と
を有し、
上記端面に上記表面層が形成されてなる共振器端面が形成された半導体レーザを得ることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
上記基板の裏面に形成する溝が、底部が尖鋭とされた溝とすることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザにおいて、誘導放出が生じるようにするには、その発光領域の両側に光を閉じ込めるための光学的反射端面が形成されて、これら端面間に共振器を形成することが必要である。
【０００３】
これら端面は、一般には結晶の劈開性を利用して、結晶基板や、これの上にエピタキシャル成長させた半導体層の板面に直交する劈開面によって形成する。この場合、半導体層表面、もしくは基板の裏面にいわゆる罫書きによる傷を形成して、これを起点として劈開するという方法が採られる。あるいはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）や、化学的ウエットエッチングによって上述した共振器の両端面を形成するという方法も採られる。このエッチングによって共振器端面を形成する場合、また上述したように劈開面によって共振器端面を形成する場合においても、原子ステップオーダーの微小凹凸が、この端面に生じる。
【０００４】
このような微小凹凸が共振器端面、具体的には半導体レーザの発光部端面、すなわち発光層例えばいわゆる活性層と、これを挟む光閉じ込め層すなわち例えばクラッド層もしくはクラッド層と光ガイド層との各端面に存在すると、良好な反射がなされず発光効率の低下を来す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したように、複数の半導体層が積層された積層構造半導体層を有する半導体レーザにおける共振器端面を、光学的にすぐれた平坦な鏡面とすることができるようにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体レーザの製造方法においては、基板上に、少なくとも発光層と、光閉じ込め層とを含むＧａＮ系半導体レーザを構成する積層構造半導体層を形成する工程と、上記基板の裏面に、上記積層構造半導体層の｛１１−２０｝面または｛１１−２０｝面から±５°以内の面に沿って溝を形成する工程と、上記積層構造半導体層が形成された基板を撓曲させる機械的応力、熱的応力、超音波のいずれかを掛けることによって、上記積層構造半導体層を上記溝の形成方向に沿う上記｛１１−２０｝面または｛１１−２０｝面から±５°以内の破断による対の端面を形成する工程と、該端面上に、該端面に発生した微小凹凸を埋めるように、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎのうちの少なくとも１つの元素とＮとを含む化合物半導体層による表面層を形成する工程とを有し、上記端面に上記表面層が形成されてなる共振器端面が形成された半導体レーザを得ることを特徴とする。
また、本発明は、上記半導体レーザの製造方法にあって、上記基板の裏面に形成する溝が、底部が尖鋭とされた溝とすることを特徴とする。
【０００７】
上述の本発明方法によれば、共振器端面の実質的な光学的表面を平坦な鏡面に形成することができ、すぐれた共振器を構成することができるので、安定して発光特性にすぐれた半導体レーザを構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明方法の実施形態を説明する。
図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明方法によって得た半導体レーザの一例の斜視図で、本発明においては、基板１上に形成した半導体レーザの発光部を構成する複数の半導体層が積層されてなる積層構造の半導体層２の、その発光部の端面３に、この端面３に発光部を構成する発光層、一般には活性層７もしくはこれを挟んで形成される光閉じ込め層、図示の例ではクラッド層６および８の少なくともいずれかと屈折率が同等ないしは近似した材料による表面層２１を形成して共振器端面を形成する。
【０００９】
図２以下を参照して本発明による半導体レーザの製造方法の一例を詳細に説明する。
この場合、図２に、図１の鎖線ａに沿う方向に対応する断面図を示すように、基板１例えばサファイア基板１の（０００１）面による一主面１ａ上に、必要に応じてＧａＮよりなるバッファ層４を厚さ例えば３０ｎｍにエピタキシャル成長する。続いてこれと同一エピタキシャル成長工程で、基板１上に第１導電型例えばｎ型の不純物Ｓｉがドープされたｎ型の厚さ例えば３μｍ程度の電極取出し層５と、同様に第１導電型例えばｎ型の不純物Ｓｉがドープされたｎ型の厚さ例えば０．５μｍ程度の一方の光閉じ込め層を構成する第１のクラッド層６と、低不純物濃度もしくはノンドープの例えばｎ型のＧａＮよりなる厚さ例えば０．０５μｍ程度の発光層を構成する活性層７と、第２の導電型例えばｐ型の不純物ＭｇがドープされたＧａＮよりなる厚さ例えば０．５μｍ程度の他方の光閉じ込め層を構成する第２のクラッド層８と、第２の導電型例えばｐ型の不純物ＭｇがドープされたＧａＮよりなる厚さ例えば１．０μｍ程度のキャップ層９とを順次エピタキシャル成長する。これら、各層３〜９の各半導体層は、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学的気相成長）法、あるいはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy: 分子線エピタキシー）法等によってエピタキシャル成長することができる。
【００１０】
このようにしてサファイア基板１の主面１ａの（０００１）面上にエピタキシャル成長されたＧａＮ系の半導体層２は、その面方向が、（０００１）面を有するものの、サファイア基板１に対して３０°回転して成長する。すなわち、サファイア基板１上に成長された半導体層２の（１１−２０）面（ａ面）が、サファイア基板１の面１ａと直交し、かつサファイア基板１の（１０−１０）面（ｍ面）と平行してエピタキシャル成長される。
【００１１】
図３に図２における断面とは直交する断面図を示すように、キャップ層９の表面から、化学的ウエットエッチングもしくはＲＩＥ等のドライエッチングによって、上述の｛１１−２０｝面と交叉、例えば直交する方向に電極取出し層５の一部を外部に露呈する電極取出し溝１０をストライプ状に形成する。そして、この溝１０内の側面を含んでキャップ層９を覆って全面的に、ＳｉＯ2 等の絶縁膜１１をスパッタリング、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法等によって形成する。その後、このキャップ層９上の絶縁膜１１に一方の電極コンタクト窓１１ｗ1 を溝１０の延長方向に沿って、すなわち上述の｛１１−２０｝面と交叉、例えば直交する方向にストライプ状に穿設し、溝１０内の電極取出し層５上の絶縁膜１１に他方の電極コンタクト窓１１ｗ2 を穿設する。これら窓１１ｗ1 および１１ｗ2 の形成は、例えばフォトリソグラフィによるパターンエッチングによって形成する。
【００１２】
そして、一方の電極コンタクト窓１１ｗ1 を通じてキャップ層９に、例えばＡｕ電極１２をオーミックに被着形成し、他方の電極コンタクト窓１１ｗ2 を通じて電極取出し層５に例えば順次Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕの各金属層の積層電極１３をオーミックに被着形成してアニール処理を行う。
【００１３】
図４に図２と同一面における断面図すなわち図３とは直交する断面図を示すように、基板１の主面１ａとは反対側の面１ｂ側から、半導体層２の（１１−２０）面もしくはこれと同等の｛１１−２０｝面と平行する方向に沿って延びる２本以上のストライプ状の溝１８を切り込む。この溝１８は、例えばダイシングによって形成することができ、この溝の、基板面１ｂにおける開口幅は例えば２０〜２００μｍ程度の幅広に形成するが、その底部においては、半導体層２の｛１１−２０｝面に沿う方向に延長する線状端１８Ｓを形成し、此処に応力の集中が生じるようにする。
【００１４】
これら溝１８の深さは、基板１の主面１ａに達することがない深さとし、いま、基板１の厚さをＴとし、基板の溝の深さをＤとするとき、  ０＜Ｔ−Ｄ≦１５０μｍ、もしくは０＜Ｔ−Ｄ≦Ｔ／２に選定する。
【００１５】
この溝１８の断面形状は、図５に基板１の裏面側からの各斜視図を示すように、例えば図５Ａに示す断面Ｖ字状に、あるいは図５Ｂに示す断面Ｕ字状に、または図５Ｃに示す一側面を垂直面とする形状とするなど種々の形状とすることができるが、溝１８の底部においては、半導体層２の｛１１−２０｝面に沿う線状に延びる尖鋭部分が形成されて、此処に応力が集中するようにする。
【００１６】
その後、この半導体層２が形成された基板１に、これに面方向の張力を与えながら外力を与える。例えば基板１これを撓曲させるように外部から機械的応力を与える。あるいは熱応力を与えるとか、超音波を与える。このようにすると溝１８の底部に応力の集中が生じることから、図１に示すように、この溝１８に沿って基板１が破断され、これに伴って、この溝１８に沿って半導体層２も切断されて、半導体基板のチップ化がなされる。このとき、半導体層２においては、溝１８に沿って劈開の生じ易い｛１１−２０｝面が存在することから、半導体層２においては、｛１１−２０｝面による表面性にすぐれた相対向する端面３が形成される。
【００１７】
しかしながら、この破断に際しては、好ましくは、劈開し易い面によって端面を形成する半導体層２側から破断が発生して行くようにすることが好ましい。
【００１８】
この破断に際しては、常温より高い、例えば１５０℃以上で、かつ半導体層２のエピタキシャル成長時の温度に比しては低い温度においてできるだけエピタキシャル成長温度に近い温度下で行う。このように、半導体層２のエピタキシャル成長温度に近づけて破断を行うのは、半導体層２と基板１との間に、両者の格子不一致による弾性歪みが存在する場合、基板１と半導体層２とが一体に破断しにくくなることになるが、半導体層２のエピタキシャル成長においては、すなわち、その成長時の温度において、もっとも歪みが小さい状態にあることから、このエピタキシャル成長温度に近い温度では、基板１と半導体層２との間の両者の格子不一致による弾性歪みを減少させることができるため、内部歪みによる不均一な破断を防止でき、しかも温度が高められることによって弾性特性が低下することから、基板１と半導体層２に差し渡る破断を、確実に連続的な劈開面（破断面）が形成されるように行うことができる。サファイアにおいて、例えば３００〜６００℃に温度が高められることによって強度が最も弱くなることについては、報告がなされている( 例えばA.H.Heuer and J.P.Roberts,“Temperature Dependence of the Strength of Crundum Single Crystals ”American Ceramic Society Bulltin,47(4)(1968)354.) )
【００１９】
このようにして形成されたその相対向する対を成す端面３は、劈開のし易い｛１１−２０｝面によって形成されることから、光学的にすぐれた平坦面として形成されるものの、図６に半導体層２の横断図を示すように、原子ステップによる微細な凹凸３ａが生じる場合がある。そこで、この微細な凹凸３ａを埋込んで、より表面の平滑鏡面化をはかるために、この端面に、絶縁性の表面層２１を被着形成する。この表面層２１は、少なくとも共振器端面として機能する端面、すなわち発光層の活性層７と、更に実際に光の広がりの発生から共振器端面の一部ないしは大部分として機能する光閉じ込め層としての第１および第２のクラッド層６および８のその共振器端面となる端面部分に跨がって被着する。
【００２０】
そして、この表面層１を構成する材料は、上述した実際に共振器端面を構成する発光層の活性層７と、その両側の光閉じ込め層の第１および第２のクラッド層６および８の少なくとも１層とその屈折率が同等ないしはできるだけ近い屈折率を有する例えば窒化アルミニウムＡｌＮを、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法等によって被着して形成する。
【００２１】
また、更に図７に同様の横断面図を示すように、表面層２１の外面に、この端面３における反射率を高めるための反射多層膜２２を被着形成することもできる。
【００２２】
このようにして、目的とする本発明による半導体レーザを得る。
【００２３】
尚、上述したところでは、端面３を｛１１−２０｝面としたが、｛１１−２０｝面とは、これと同等の｛１１−２０｝面から±５°以内の範囲を含むものである。
【００２４】
そして、上述した例では、基板１に溝１８の形成を行って、半導体層２を含めた破断、例えば半導体層２における劈開を確実に行うようにした場合であるが、この場合、溝１８の間隔は、予め、最終的に形成する半導体レーザの共振器長に対応して選定する。
【００２５】
上述した例では、半導体層２の端面３が、半導体層２の劈開面によって形成した場合で、この場合光学的にすぐれた平面として形成できるが、本発明によれば、更にこの端面３における原子オーダーの微細凹凸をも、これを埋込んで、活性層もしくはクラッド層とその屈折率が近い材料による表面層２１を形成したことにより、実質的にこの表面層２１の表面をもって共振器端面を構成するようにしたので、この表面層２１の表面を光学的にすぐれた平滑面として形成することによってより光学的にすぐれた共振器端面を構成することができる。
【００２６】
尚、図示においては、基板１に一方向に延長する溝１８を平行に形成した場合であるが、実際の半導体レーザの製造においては、基板１からのチップ化を、共振器長方向を横切る方向、すなわち端面３を形成する破断のみならず、これと直交する方向の破断をも行ってチップ化がなされるものであるので、基板１にはその溝１８と直交する方向に所要の間隔、すなわちチップ幅に対応する間隔に溝１８と同様の溝の形成を行って、上述した破断によって、所定の共振器長が設定されるとともに所要の幅を有する半導体レーザチップを形成する。この場合、半導体層２に関して劈開しにくい面での破断もなされるが、この破断面は共振器の端面を形成する面ではないことから、光学的にすぐれた面である必要はなく、半導体レーザの特性に影響を及ぼすものではない。
【００２７】
上述した例では、基板１としてサファイア基板を用いた場合で、このサファイア基板は、劈開性に弱いものであるが、上述したように、溝１８の形成をおこなって、しかもその断面形状の選定によって応力の集中が生じるようにすることにより、確実に所定方向に沿う破断を行うことができることから、これの上の半導体層２における劈開し易い面に沿ってこの溝１８の形成を行うことによって、基板１の劈開性を利用せずに、確実に半導体レーザを形成する半導体層においては、少なくともその共振器端面を所定の結晶面で、すなわちこの半導体層の劈開し易い面で形成することができる。
【００２８】
尚、上述した例では、半導体層２が、｛Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ｝のうちの少なくとも１つの元素とＮとを含む化合物半導体層によって構成したものであり、この場合、上述したように端面３にこれを平坦化する表面層２１を被着する場合、各半導体層の屈折率ｎは、ＧａＮの場合ｎ＝２．６７，ＡｌＮの場合ｎ＝２．１５，ＩｎＮの場合ｎ＝２．８５〜３．０５であることから、端面３に形成する表面層２１は、その中間的値のｎ＝１．５〜３．０５のＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ膜等を用いることができる。そして、この表面層２１は、上述したように、真空蒸着，スパッタリングや、ＣＶＤ法等によって被着形成することができる。
【００２９】
尚、上述した例では、活性層がクラッド層によって挟みこまれたいわゆるダブルヘテロ構造の半導体レーザを構成する場合、すなわち光閉じ込め層がクラッド層である場合について説明したが、活性層とクラッド層との間に光ガイド層が配されたいわゆるＳＣＨ(Separate Confinement Heterostructure)型の半導体レーザにおけるように、光閉じ込め層が光ガイド層とクラッド層とによる場合に適用するなど上述した半導体レーザに限られるものではなく種々の構成による半導体レーザを得る場合に適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、共振器端面を形成するに、その半導体レーザを構成する積層構造の半導体層における共振器端面を形成する端面に、その微細凹凸を埋込んで表面性にすぐれ、かつこの半導体層の発光層、光閉じ込め層の少なくともいづれかと屈折率が近い材料に表面層を形成するようにしたことにより、実質的共振器端面の平坦化、平滑化を高めることができる。
【００３１】
したがって、本発明方法によって得た半導体レーザは、すぐれた共振器を構成することができ、これによって、発光効率が高く、動作電圧の低い半導体レーザを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザの製造方法によって得た半導体レーザの一例の概略斜視図である。
【図２】本発明製造方法の一例の一工程における断面図である。
【図３】本発明製造方法の一例の一工程における断面図である。
【図４】本発明製造方法の一例の一工程における断面図である。
【図５】Ａ，ＢおよびＣは、それぞれ本発明製造方法の基板に形成する溝の形状の例を示す斜視図である。
【図６】本発明製造方法の一例の一工程における断面図である。
【図７】本発明製造方法の一例の一工程における断面図である。
【符号の説明】
１    基板
２    半導体層
３    端面
３ａ  微細凹凸
５    電極取出し層
６    第１のクラッド層
７    活性層
８    第２のクラッド層
９    キャップ層
１０  電極取出し溝
１１  絶縁膜
１８  溝
２１  表面層
２２  反射多層膜
【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５】
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【図６】
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【図７】
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