(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面上に少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層およびｐ型第２クラッド層が積層され、前記ｐ型第２クラッド層の一部に凸形の断面形状を有するストライプ状のリッジ部が形成された半導体レーザ装置であって、
前記リッジ部の両側壁、および前記リッジ部の両側の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、第１パッシベーション膜が形成されており、
前記リッジ部の側壁上部を除く前記リッジ部の側壁下部、および前記リッジ部の側壁近傍の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、前記第１パッシベーション膜の少なくとも一部を覆うように第２パッシベーション膜が形成され、
前記第２パッシベーション膜のうち前記リッジ部の側壁近傍に設けられる部分は、前記ｐ型第２クラッド層の積層方向に厚みを有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１パッシベーション膜の膜厚は１００ｎｍ以下であり、前記リッジ部の側壁底部における前記第１および第２パッシベーション膜の合計の膜厚は、１５０ｎｍ〜６００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１パッシベーション膜は第１絶縁膜からなり、前記第２パッシベーション膜は、前記第１パッシベーション膜とはエッチング選択比が異なる第２絶縁膜からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
半導体基板の主面上に少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層およびｐ型第２クラッド層が積層され、前記ｐ型第２クラッド層の一部に凸形の断面形状を有するストライプ状のリッジ部が形成された半導体レーザ装置であって、
前記リッジ部の両側壁、および前記リッジ部の両側の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、第１パッシベーション膜が形成されており、
前記リッジ部の側壁下部、および前記リッジ部の側壁近傍の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、前記第１パッシベーション膜を覆うように第２パッシベーション膜が形成され、
前記第１パッシベーション膜と前記第２パッシベーション膜は、同一の絶縁材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
半導体基板の主面上に少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層およびｐ型第２クラッド層が積層され、前記ｐ型第２クラッド層の一部に凸形の断面形状を有するストライプ状のリッジ部が形成された半導体レーザ装置であって、
前記リッジ部の両側壁、および前記リッジ部の両側の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、第１パッシベーション膜が形成されており、
前記リッジ部の側壁下部、および前記リッジ部の側壁近傍の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、前記第１パッシベーション膜を覆うように第２パッシベーション膜が形成され、
前記第１パッシベーション膜は第１絶縁膜からなり、前記第２パッシベーション膜は、第１導電膜からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、半導体レーザ装置の高温・高出力特性の改善に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００９−２１２５２１号公報、実施形態２、図５Ｂ）は、リッジ導波路を有する窒化ガリウム系半導体レーザにおいて、良好な光閉じ込めと良好な放熱特性とを両立させるために、リッジ部の両側壁およびリッジ部の両側の平坦部（エッチングされた領域）を熱伝導率の高い第１の絶縁膜（例えば窒化アルミニウム）で覆うと共に、リッジ部の側壁の一部（下部）を屈折率の低い第２の絶縁膜（例えば酸化シリコン膜）で覆う技術を開示している。
【０００３】
特許文献２（特開２００９−２９５７６１号公報）は、リッジストライプの出射端面の近傍において、リッジ部の側壁および上面と、リッジ部の側壁近傍のｐ型クラッド層上面とをＧａＮ基板との屈折率差が大きい第１誘電体膜（例えば酸化シリコン膜）で覆うと共に、リッジ部上面以外の第１誘電体膜上に第２誘電体膜（例えば酸化ジルコニウム）を積層することにより、低アスペクト比や低端面破壊レベルを維持しながら、ＦＦＰ（Far Field Pattern:遠視野像）形状の乱れの抑制やキンクレベルの向上を図る技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１２５２１号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、赤色半導体レーザは、小型プロジェクタ用赤色光源などへの応用が進められている。赤色半導体レーザをプロジェクタ用光源として用いる場合には、プロジェクタの高輝度化に対応した高出力動作、あるいは短波長化による視感度の向上が要求される。また、赤色半導体レーザに対しては、従来より携帯機器用途や車載用途に向けた高温動作対応の要求もある。
【０００６】
しかしながら、半導体レーザは、高温・高出力動作時に活性層近傍の温度が上昇し、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローの影響が顕著になることから、良好な高温・高出力特性を実現することが困難であるという課題がある。
【０００７】
高温・高出力動作時に活性層近傍の温度上昇が大きくなる一因として、凸状のリッジ部の側壁を覆っているパッシベーション膜の熱伝導率が低いため、リッジ部からの放熱が良好になされないことが挙げられる。そして、このような放熱特性の悪化は、キンクレベル（光出力−動作電流特性における非直線性）の低下、信頼性の低下を引き起こす要因となる。
【０００８】
他方、リッジ部からの放熱性を改善するために、リッジ部の側壁を覆っているパッシベーション膜の膜厚を薄くすると、電極に光が吸収されるため、スロープ効率（＝しきい値以上の電流における［光出力の増加量／電流の増加量］）が低下して高出力動作が困難になるという問題が発生する。従って、従来の半導体レーザは、高い放熱性と高いスロープ効率を両立させることが困難である。
【０００９】
また、半導体レーザ装置の高温・高出力特性を改善する一般的な方法として、レーザ素子のサイズを大きくする方法がある。しかし、レーザ素子のサイズを大きくすると、１枚のウエハから取得されるチップ数が減少し、コストの増加を引き起こす。また、レーザ素子のサイズを大きくすると、消費電力が増加するという不具合も生じる。
【００１０】
本発明の目的は、半導体レーザ装置の高温・高出力特性を改善する技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
本願発明の好ましい一態様は、半導体基板の主面上に少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層およびｐ型第２クラッド層が積層され、前記ｐ型第２クラッド層の一部に凸形の断面形状を有するストライプ状のリッジ部が形成された半導体レーザ装置であって、前記リッジ部の両側壁、および前記リッジ部の両側の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、第１パッシベーション膜が形成されており、前記リッジ部の側壁下部、および前記リッジ部の側壁近傍の前記ｐ型第２クラッド層の上面には、前記第１パッシベーション膜を覆うように第２パッシベーション膜が形成されているものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１５】
高い放熱性と高いスロープ効率を両立させることが可能となるので、半導体レーザ装置の高温・高出力特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】図２に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図３に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】図４に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】図５に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】図６に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】図７に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】図８に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】図９に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１０に続く半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態である半導体レーザ装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態である半導体レーザ装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態である半導体レーザ装置の主要部の構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態である半導体レーザ装置の主要部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態は、６３５ｎｍの発振波長を有する赤色半導体レーザ装置に適用したものであり、図１は、この半導体レーザ装置の主要部の構成を示す断面図である。
【００１９】
例えばＧａＡｓからなる基板１の主面上には、下層から順にｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型第１クラッド層４およびｐ型第２クラッド層５が積層されている。また、ｐ型第２クラッド層５の一部には凸形の断面形状を有し、図１の紙面に垂直な方向に沿ってストライプ状に延在するリッジ部（リッジ導波路）５Ａが形成されており、このリッジ部５Ａの上面にはｐ型コンタクト層６が形成されている。
【００２０】
これらの半導体層のうち、ｎ型クラッド層２は、例えばＡｌＧａＩｎＰで構成されており、活性層３は、例えばノンドープＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とノンドープＧａＩｎＰからなる井戸層とを交互に５層程度積層した多重量子井戸(Multi Quantum Well：ＭＱＷ)構造で構成されている。また、ｐ型第１クラッド層４は、例えばＡｌＧａＩｎＰで構成されており、リッジ部５Ａが形成されたｐ型第２クラッド層５は、例えばＡｌＧａＩｎＰ層で構成されている。さらに、ｐ型コンタクト層６は、例えばＧａＡｓで構成されている。そして、これらの半導体層と基板１とを合わせた合計の厚さは、例えば７０〜１３０μｍである。
【００２１】
上記リッジ部５Ａの両側壁およびリッジ部５Ａの両側の平坦部（ｐ型第２クラッド層５の上面）には、例えば酸化シリコンからなる第１パッシベーション膜８が形成されている。この第１パッシベーション膜８は、動作時に活性層３の近傍で発生する熱をリッジ部５Ａから良好に放熱させるために、１００ｎｍ以下の薄い膜厚で形成されている。
【００２２】
また、上記リッジ部５Ａの側壁下部から、リッジ部５Ａの側壁近傍のｐ型第２クラッド層５の上面に亘り、上記第１パッシベーション膜８を覆うように第２パッシベーション膜９が連続的に形成されている。すなわち、リッジ部５Ａの側壁上部は、薄いパッシベーション膜（第１パッシベーション膜８）で覆われているのに対し、リッジ部５Ａの側壁の下部と、リッジ部５Ａに隣接するｐ型第２クラッド層５の上面は、厚いパッシベーション膜（第１パッシベーション膜８および第２パッシベーション膜９）で覆われている。
【００２３】
上記第２パッシベーション膜９は、例えば窒化シリコン膜や酸化シリコン膜のように、第１パッシベーション膜８を構成する酸化シリコン膜とはエッチング選択比が異なる絶縁膜によって構成されている。また、リッジ部５Ａの側壁底部における２層のパッシベーション膜（第１パッシベーション膜８および第２パッシベーション膜９）の合計の膜厚（図１に示すｐ型第２クラッド層６の表面からθ＝４５°方向の膜厚）は、１５０ｎｍ〜６００ｎｍである。
【００２４】
リッジ部５Ａの側壁底部におけるパッシベーション膜の膜厚が１５０ｎｍ未満になると、電極に光が吸収されるため、スロープ効率が低下して高出力動作が困難になる。他方、リッジ部５Ａの側壁底部におけるパッシベーション膜の膜厚が６００ｎｍを超えると、リッジ部５Ａからの放熱特性が悪化し、キンクレベルが低下する。従って、リッジ部５Ａの側壁底部におけるパッシベーション膜（第１パッシベーション膜８および第２パッシベーション膜９）の合計の膜厚は、１５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲とすることが望ましい。
【００２５】
ｐ型コンタクト層６の上部にはｐ型電極１０が形成されており、基板１の裏面にはｎ型電極１１が形成されている。ｐ型電極１０およびｎ型電極１１は、例えばＴｉ膜の上部にＰｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した金属膜からなる。
【００２６】
次に、図２〜図１２を参照しながら、本実施の形態の半導体レーザ装置の製造方法の一例を説明する。
【００２７】
まず、図２に示すように、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属成長法）を用いて基板１の主面上にｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型第１クラッド層４、ｐ型第２クラッド層５およびｐ型コンタクト層６を順次堆積した後、ＣＶＤ法を用いて続いてｐ型コンタクト層６の上部に酸化シリコン膜１２を堆積する。
【００２８】
次に、図３に示すように、図示しないフォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜１０の一部を除去した後、酸化シリコン膜１２の上部のフォトレジスト膜をアッシングにより除去する。
【００２９】
次に、図４に示すように、酸化シリコン膜１２をマスクにしたウェットエッチングでｐ型コンタクト層６とｐ型第２クラッド層５の一部とを除去することにより、ｐ型第２クラッド層５にリッジ部５Ａを形成する。
【００３０】
次に、フッ酸（ＨＦ）系エッチング液を用いたウェットエッチングで酸化シリコン膜１２を除去した後、図５に示すように、ＣＶＤ法を用いて基板１の主面上に酸化シリコンからなる第１パッシベーション膜８および窒化シリコン膜（または酸化シリコン膜）からなる第２パッシベーション膜９を順次堆積する。前述したように、第１パッシベーション膜８は、１００ｎｍ以下の薄い膜厚で堆積する。
【００３１】
次に、図６に示すように、基板１の主面上にフォトレジスト膜１３を塗布した後、その一部を選択的に露光・現像することにより、フォトレジスト膜１３の上面をリッジ部５Ａの上部に堆積された第２パッシベーション膜９の上面よりも下方に後退させる。
【００３２】
次に、図７に示すように、フォトレジスト膜１３をマスクにしたドライエッチングでリッジ部５Ａの上部と側壁上部の第２パッシベーション膜９を除去する。
【００３３】
次に、図８に示すように、フォトレジスト膜１３をマスクにしたドライエッチングでリッジ部５Ａの上部の第１パッシベーション膜８を除去し、ｐ型コンタクト層６の表面を露出させる。
【００３４】
次に、フォトレジスト膜１３を除去した後、図９に示すように、基板１の主面上にフォトレジスト膜１４を塗布し、その一部を選択的に露光・現像することにより、リッジ部５Ａの上部およびリッジ部５Ａの側壁近傍の上部にフォトレジスト膜１４を残す。
【００３５】
次に、図１０に示すように、フォトレジスト膜１４をマスクにしたドライエッチングで第２パッシベーション膜９の一部を除去し、リッジ部５Ａの側壁下部およびリッジ部５Ａの側壁近傍に第２パッシベーション膜９を残す。
【００３６】
次に、フォトレジスト膜１４を除去した後、図１１に示すように、真空蒸着法を用いて基板１の主面上にＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次堆積し、続いてこれらの金属膜をエッチングすることによって、ｐ型コンタクト層６の上部にｐ型電極１０を形成する。
【００３７】
次に、基板１の裏面を研削して基板１の厚さを１００μｍ程度まで薄くした後、真空蒸着法を用いて基板１の裏面にＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次堆積し、続いてこれらの金属膜をエッチングすることによって、ｎ型電極１１を形成する。これにより、図１に示す本実施の形態の半導体レーザ装置が完成する。
【００３８】
本実施の形態によれば、高い放熱性と高いスロープ効率を両立させることが可能となるので、半導体レーザ装置の高温・高出力特性を改善することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、リッジ部５Ａの側壁下部およびリッジ部５Ａの側壁近傍に第２パッシベーション膜９を形成したが、例えば図１２に示すように、リッジ部５Ａの両側のｐ型第２クラッド層５の上面全体に第２パッシベーション膜９を形成してもよい。このような形状の第２パッシベーション膜９は、前記実施の形態１の図９および図１０に示す工程を省略することによって形成することができる。
【００４０】
また、図１３に示すように、前記実施の形態１の図７に示す工程でリッジ部５Ａの上部と側壁上部の第２パッシベーション膜９を除去する際、リッジ部５Ａの側壁下部に残す第２パッシベーション膜９の膜厚を、ｐ型第２クラッド層５の上面に形成された第２パッシベーション膜９の膜厚と同程度にしてもよい。この場合も、図１４に示すように、リッジ部５Ａの両側のｐ型第２クラッド層５の上面全体に第２パッシベーション膜９を形成してもよい。
【００４１】
また、前記実施の形態１では、第１パッシベーション膜８を酸化シリコン膜で構成し、第２パッシベーション膜９を窒化シリコン膜（または酸化シリコン膜）で構成したが、第１パッシベーション膜８および第２パッシベーション膜９の材料はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
例えば図１５に示すように、基板１の主面上にスピンコート法でポリイミド樹脂を塗布した後、このポリイミド樹脂をウェットエッチングすることによって、リッジ部５Ａの側壁下部およびリッジ部５Ａの側壁近傍に第２パッシベーション膜９を形成することもできる。この方法によれば、前記実施の形態１に比べて製造工程を大幅に短縮することができる。
【００４３】
また、第１パッシベーション膜８および第２パッシベーション膜９は、同一の絶縁材料で構成することもできる。この場合は、第１パッシベーション膜８と第２パッシベーション膜９を異なる成膜方法で堆積し、エッチング選択比を変えることにより、前記実施の形態１と同様の製造方法を適用することが好ましい。また、一層の絶縁材料を第１パッシベーション膜８および第２パッシベーション膜９の合計の膜厚に相当する厚さに連続して形成した後、フォトリソグラフィプロセスとドライエッチングあるいはウェットエッチングとを駆使し、リッジ部５Ａの側壁上部およびリッジ部５Ａから離れた平坦部のパッシベーション膜の膜厚を、第１パッシベーション膜８に相当する厚さに薄くすることによっても本発明を実施できることはいうまでもない。
【００４４】
さらに、第２パッシベーション膜９は、絶縁材料に限定されるものではなく、当該レーザの発振波長帯で光吸収が小さい透明導電材料で構成することもできる。
【００４５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、半導体レーザ装置の高温・高出力特性の改善に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  基板（半導体基板）
２  ｎ型クラッド層
３  活性層
４  ｐ型第１クラッド層
５  ｐ型第２クラッド層
５Ａ  リッジ部
６  ｐ型コンタクト層
８  第１パッシベーション膜
９  第２パッシベーション膜
１０  ｐ型電極
１１  ｎ型電極
１２  酸化シリコン膜
１３、１４  フォトレジスト膜
【図１】
0005872790.tif 000002
【図２】
0005872790.tif 000003
【図３】
0005872790.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005872790.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005872790.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005872790.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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