(57)【要約】【課題】劈開が容易で且つ微小リーク電流を抑制した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１０１の上に順次積層されたｎ型クラッド層１０３、活性層１０５及びｐ型クラッド層１０８を含み、共振器を構成する半導体層積層体１００を備えている。半導体層積層体１００は、光を出射する前方端面１０８と前方端面１０８と反対側の後方端面１０９との間にストライプ状に延びるリッジ部１１０と、リッジ部１１０の両側方に形成された第１溝部１１２と、第１溝部１１２によりリッジ部１１０と分離された台座部１１３と、台座部１１３における前方端面１０８及び後方端面１０９を含む領域にそれぞれ形成され、第１溝部１１２と分離した第２溝部１１４とを有している。第２溝部１１４の深さは、第１溝部１１２よりも深い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に順次積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含み、共振器を構成する半導体層積層体を備え、
前記半導体層積層体は、
光を出射する前方端面と該前方端面と反対側の後方端面との間にストライプ状に延びるリッジ部と、
前記リッジ部の両側方に形成された第１溝部と、
前記第１溝部により前記リッジ部と分離された台座部と、
前記台座部において前記前方端面及び後方端面を含む領域にそれぞれ形成され、前記第１溝部と分離した第２溝部とを有し、
前記第２溝部の深さは、前記第１溝部よりも深いことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第２溝部は活性層に到達する深さ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装置。
【請求項３】
前記第２溝部の深さは２μｍ以上であ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】
前記第２溝部は、前記リッジ部の両側方のそれぞれに複数形成されてい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】
前記第２溝部の底面及び側壁部は誘電体層により覆われてい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】
前記第１溝部は、前記活性層に到達しない深さであ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】
前記半導体層積層体は前記活性層とｐ型クラッド層の間に形成された電子障壁層を含み、
前記第１溝部は、前記電子障壁層に到達しない深さであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記電子障壁層は、前記ｐ型クラッド層よりもバンドギャップが大きいことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記台座部の上面は、前記リッジ部の上面と等しいかそれよりも高い位置に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】
前記台座部の上面は非エッチング面であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記台座部を構成する最上層と、前記リッジ部を構成する最上層とは同一の層であ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】
前記半導体層積層体はｐ型コンタクト層を含み、
前記台座部を構成する最上層及び前記リッジ部を構成する最上層は前記ｐ型コンタクト層であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記台座部は、上面が誘電体層により覆われてい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】
前記半導体層積層体は、
前記リッジ部と平行な側面と、
前記側面を含む領域に形成され、前記リッジ部と平行に延びる第３溝部とを有し、
前記第３溝部は前記台座部により前記第１溝部と分離してい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】
前記第３溝部の深さは、前記第２溝部と同一であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記第３溝部の底面及び側壁部は誘電体層で覆われていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記第３溝部は、前記第２溝部と連続していることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記リッジ部の上面に形成されたｐ型電極をさらに備え、
前記ｐ型電極は前記前方端面及び前記後方端面から離間していることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【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、特に窒化物半導体を用いた青色から紫外域の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信装置用の素子又はＣＤ若しくはＤＶＤ用の読み出し用及び書き込み用の素子として、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザ装置又はＩｎＧａＰ系赤色レーザ装置等のIII−Ｖ族化合物半導体レーザ装置が広く用いられている。近年、一般式がＡｌxＧａyＩｎ(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いることにより、さらに波長の短い青色や紫外の半導体レーザ装置が実現されている。窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置は、青色レーザ光を用いた次世代ＤＶＤ等の高密度光ディスクの書き込み及び読み出し光源として実用化されている。現在、２００ｍＷの青色レーザ装置が市販されているが、今後、記録速度の向上にむけてさらなる高出力化が求められており、３００ｍＷ級のレーザ装置もまもなく市場に登場すると思われる。
【０００３】
一般に半導体レーザ装置は、共振器端面を劈開により形成する。ＡｌＧａＩｎＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系といった閃亜鉛鉱構造の半導体材料により形成される赤外及び赤色の半導体レーザ装置においては、劈開面が９０度ごとであるため劈開性が非常に高い。しかし、ＧａＮ等の窒化物半導体は、結晶構造が六方晶系のウルツァイト構造であるため、劈開面である（１−１００）面と６０度ずれた面も等価な劈開面となる。このため、劈開時に劈開方向に対して６０度の方向にも割れが生じ、構造的に安定した劈開面を形成することが困難である。
【０００４】
この問題を解決するために、窒化物半導体層にダイヤモンド針等を用いて破線状に形成したスクライブ傷を劈開ガイドとして、ブレーキングによって劈開を行う方法が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、劈開ガイド溝をエッチングにより形成する方法も検討されている（例えば、特許文献２〜３を参照。）。しかし、窒化物半導体材料の場合には、本質的に劈開性が低く６０度方向にも劈開面を持つために、劈開ガイド溝が形成されていても、溝に沿って劈開が起こらなかったり、溝の先端部以外から劈開されたりするおそれがある。劈開をより正確に制御するためには、溝の深さ及び形状を最適化する必要があることを本願発明者らは見出した（例えば、特許文献４を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７７９１号公報。
【特許文献２】特開昭５９−１４９１４号公報。
【特許文献３】特開平１１−２５１２６５号公報。
【特許文献４】特開２００８−６０４７８号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、深さが２μｍ〜１０μｍ程度の劈開ガイド溝を形成することにより、劈開性を向上することができるが、次のような問題が生じることを本願発明者らは見出した。
【０００７】
窒化物半導体は有効なウェットエッチングの手法がないため、リッジ又は溝等の形成にはドライエッチングを用いるのが一般的である。しかし、ドライエッチングを行うと、窒化物半導体の表面にダメージ層が形成されてしまう。窒化物半導体のダメージ層は窒素（Ｎ）空孔及び界面準位等の影響により通常はｎ型化することが知られている。
【０００８】
前方端面及び後方端面に沿ってリッジストライプの両側方に深い劈開ガイド溝をドライエッチングにより形成すると、リッジストライプの側壁から劈開ガイド溝までが連続したドライエッチング面となる。このため、リッジストライプの側壁から劈開ガイド溝までが連続したｎ型化面となっていると推測される。リッジストライプの上面に形成するｐ型電極が、少しでもリッジストライプの側壁と接触すると、ショットキーバリアを介して微小な電流パスが形成される。劈開ガイド溝の深さは２μｍ〜１０μｍ程度あり、活性層よりも深く掘り込まれているため、微小リークパスは活性層、電子障壁層、さらにはｎ型半導体層と接した状態となる。これにより、微小なリーク電流が発生し、特性が劣化したり、信頼性が低下したりするという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、前記の問題を解決し、劈開が容易で且つ微小リーク電流を抑制した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】
【００１０】
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、リッジ部と劈開ガイド溝とがエッチングを行っていない面により分離された構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明に係る半導体レーザ装置は、基板の上に順次積層されたｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を含み、共振器を構成する半導体層積層体を備え、半導体層積層体は、光を出射する前方端面と前方端面と反対側の後方端面との間にストライプ状に延びるリッジ部と、リッジ部の両側方に形成された第１溝部と、第１溝部によりリッジ部と分離された台座部と、台座部における前方端面及び後方端面含む領域にそれぞれ形成され、第１溝部と分離した第２溝部とを有し、第２溝部の深さは、第１溝部よりも深いことを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置は、台座部における前方端面及び後方端面を含む領域にそれぞれ形成され、第１溝部と分離した第２溝部とを有している。このため、第２溝部が劈開ガイド溝として機能するため、ウェハの１次劈開が容易にできる。また、第２溝部が第１溝部と分離しているため、リッジ部の側壁から第２溝部に至るリークパスは形成されにくい。従って、リーク電流の発生による、発光特性の劣化及び信頼性の低下を抑えることができる。
【００１３】
本発明の半導体レーザ装置において、第２溝部は活性層に到達する深さとすればよい。このような構成とすれば、第２溝部は劈開ガイド溝として十分に機能する。
【００１４】
本発明の半導体レーザ装置において、第２溝部の深さは２μｍ以上とすればよい。
【００１５】
本発明の半導体レーザ装置において、第２溝部は、前記リッジ部の両側方のそれぞれに複数形成されていてもよい。このような構成とすれば、リーク電流を増大させずに第２溝部の劈開ガイド機能を向上させることができる。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置において、第２溝部の底面及び側壁部は誘電体層により覆われていてもよい。
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置において、第１溝部は、活性層に到達しない深さとすればよい。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置において、半導体層積層体は活性層とｐ型クラッド層の間に形成された電子障壁層を含み、第１溝部は、電子障壁層に到達しない深さとすればよい。この場合において、電子障壁層は、ｐ型クラッド層よりもバンドギャップが大きい構成とすればよい。このような構成とすれば、第１溝部のドライエッチング面は活性層や電子障壁層に到達することがなく、素子の特性低下及び信頼性低下を防ぐことができる。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置において、台座部の上面は、リッジ部の上面と等しいかそれよりも高い位置に形成されていればよい。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置において、台座部の上面は非エッチング面とすればよい。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置において、台座部を構成する最上層と、リッジ部を構成する最上層とは同一の層とすればよい。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置において、半導体層積層体はｐ型コンタクト層を含み、台座部を構成する最上層及びリッジ部を構成する最上層はｐ型コンタクト層とすればよい。
【００２３】
本発明の半導体レーザ装置において、台座部は、上面が誘電体層により覆われている構成とすればよい。このような構成とすれば、台座部の半導体層表面がエッチングされることがなく、誘電体層で保護されるため、ドライエッチングのダメージやその他の要因により半導体層表面がｎ型化されない。このため、第１溝部と第２溝部のエッチング面が台座部のｐ型部によって分離されたｎ−ｐ−ｎ接合となりリークパスを切断できる。
【００２４】
本発明の半導体レーザ装置において、半導体層積層体は、リッジ部と平行な側面と、側面を含む領域に形成され、リッジ部と平行に延びる第３溝部とを有し、第３溝部は台座部により第１溝部と分離している構成としてもよい。このような構成とすれば、二次劈開により形成される素子の左右端面部も、台座部によって第１溝部及びリッジ部から分離することができ、リークパスを切断できる。
【００２５】
この場合において、第３溝部の深さは、第２溝部と同一としてもよい。このような構成とすれば、第２溝部と第３溝部を同時に形成することができ、プロセスを簡素化できる。
【００２６】
また、第３溝部の底面及び側壁部は誘電体層で覆われている構成としてもよい。
【００２７】
本発明の半導体レーザ装置において、第３溝部は、第２溝部と連続している構成としてもよい。
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置は、リッジ部の上面に形成されたｐ型電極をさらに備え、ｐ型電極は前方端面及び後方端面から離間している構成としてもよい。このような構成とすれば、電流注入部を素子の前方端面及び後方端面より離間することができるため、前方端面及び後方端面を流れるリーク電流を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る半導体レーザによれば、劈開が容易で且つ微小リーク電流を抑制した窒化物半導体レーザ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は第１の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Ｉｂ−Ｉｂ線における断面図であり、（ｃ）はＩｃ−Ｉｃ線における断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図３】電流−電圧特性及び電流−光出力特性の一例を示す特性図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】逆バイアスリーク電流とＥＳＤ破壊電圧の相関を示す特性図である。
【図６】逆バイアスリーク電流とＣＯＤ破壊出力の相関を示す特性図である。
【図７】累積故障率のワイブルプロットである。
【図８】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示す平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はIXｂ−IXｂ線における断面図であり、（ｃ）はIXｃ−IXｃ線における断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示す平面図である。
【図１１】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示す平面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は第２の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XIIｂ−XIIｂ線における断面図であり、（ｃ）はXIIｃ−XIIｃ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本開示において前方端面とは、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。
【００３２】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は第１の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（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面構成を示している。図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、窒化物半導体を用いたリッジ型の半導体レーザ装置である。
【００３３】
ｎ型のＧａＮ等からなる基板１０１の上には、半導体層積層体１００が形成されている。半導体層積層体１００は、基板１０１に上に順次形成された、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ｎ型ガイド層１０４、活性層１０５、ｐ型ガイド層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮからなる電子障壁層１０７、ｐ型クラッド層１０８、ｐ型コンタクト層（図示せず）を有している。ｐ型クラッド層１０８の一部はリッジストライプ状に加工されており、共振器長方向に延びるリッジ部１１０を含むリッジ導波路が形成されている。ｐ型クラッド層１０８の上には、リッジ部１１０の上面を露出する開口部を有するＳｉＯ2からなる誘電体層１０９が形成されている。リッジ部１１０における誘電体層１０９から露出した部分にはｐ型電極１１５が形成されている。誘電体層１０９の上には、ｐ型電極１１５と接続されたパッド電極１１６が形成されている。基板１０１の半導体層積層体１００と範囲側の面（裏面）にはｎ型電極１１７が形成されている。
【００３４】
リッジ導波路の両側方には第１溝部１１２によりリッジ部１１０と分離された台座部１１３が形成されている。台座部１１３の上面の位置は、リッジ部１１０の上面と同一の位置である。台座部１１３における光を出射する前方端面１１８及び前方端面１１８と反対側の後方端面１１９を含む領域には、第２溝部１１４が形成されている。第２溝部１１４は、共振器長方向と交差する共振器幅方向に沿って形成されており、第２溝部１１４は、ウェハを劈開する際の劈開ガイド溝の痕跡である。また、第１溝部１１２と第２溝部１１４とは分離されている。
【００３５】
以下に、図１に示した半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００３６】
（結晶成長工程）
まず、キャリア濃度が１０18ｃｍ-3程度のｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ−ＧａＮバッファ層（図示せず）を２００ｎｍ形成した後、膜厚が１μｍのｎ型ＧａＮ層１０２、膜厚が２．５μｍのｎ−Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｎ型クラッド層１０３、膜厚が１５０ｎｍのｎ−ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０４、膜厚が３ｎｍのＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎウェル層と膜厚が７．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア層からなる三重量子井戸構造の活性層１０５、膜厚が１２０ｎｍのｐ−ＧａＮからなるｐ型ガイド層１０６、膜厚が２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎからなる電子障壁層１０７、膜厚が０．５μｍのｐ−Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｐ型クラッド層１０８、膜厚が１０ｎｍのｐ−ＧａＮからなるコンタクト層（図示せず）を順次形成する。ｎ型の層にはドナー不純物としてＳｉが５×１０17ｃｍ-3程度ドーピングされている。ｐ型の層にはアクセプター不純物としてＭｇが1×１０19ｃｍ-3程度ドーピングされている。また、最表面のコンタクト層にはＭｇが１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度にドーピングされている。電子障壁層１０７は、Ａｌ組成を２０％と高くすることでバンドギャップを大きくした層である。伝導帯を流れる電子は価電子帯を流れる正孔よりも移動度が高いため、活性層を通過してしまい、活性層以外の層で非発光再結合してしまうおそれがある。しかし、電子障壁層１０７を形成することにより非発光再結合を抑制できる。なお、本実施形態における半導体層の構造は、一例であり、半導体層の構造及び成長方法はこれに限るものではない。また、基板も半導体層が成長できればサファイア又は炭化珪素等であってもよい。
【００３７】
（ストライプ導波路形成工程）
次に、ＳｉＯ2膜を化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により２００ｎｍ堆積した後、窒素（Ｎ2）雰囲気において８５０℃で３０分間の熱処理を行い、ｐ型の層においてアクセプター不純物であるＭｇを活性化する。続いて、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、リッジ部１１０及び台座部１１３となる領域にＳｉＯ2マスクを形成する。その後、ＳｉＯ2をマスクとしてＣｌ2ガス又はＳｉＣｌ4ガス等を用いた誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）ドライエッチングにより、半導体層を０．５μｍ程度エッチングして、第１溝部１１２を形成する。これにより、リッジ部１１０と、第１溝部１１２によりリッジ部１１０と分離された台座部１１３とが形成される。エッチングの際に、紫外光源を用いた干渉波形のモニタリングを用いれば、エッチング量を精度良く制御することができる。本実施形態においては、リッジ部１１０の底辺の幅は約１．４μｍとし、リッジ部１１０と台座部１１３とを分離する第１溝部の幅は７μｍとした。
【００３８】
（劈開ガイド溝形成工程）
続いて、マスクに用いたＳｉＯ2膜を緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いて除去した後、再びＳｉＯ2膜を８００ｎｍ堆積する。この後、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより劈開ガイド溝を形成する領域のＳｉＯ2膜を除去する。その後、ＳｉＯ2膜をマスクとしてＣｌ2ガス又はＳｉＣｌ4ガス等を用いたＩＣＰドライエッチングにより、３μｍ程度半導体層をエッチングし、劈開ガイド溝を形成する。本実施形態においては、劈開ガイド溝の共振器長方向の幅は２μｍ程度とし、共振器幅方向の長さは１５０μｍ程度とした。劈開ガイド溝は、劈開性を向上するために共振器長方向の幅が両端部において狭くし、先端部の角度は約６０度とした。また、第１溝部１１２と分離されて、台座部１１３に形成されており、リッジ部１１０からの距離は約２０μｍとした。
【００３９】
（誘電体ブロック層及びｐ型電極形成工程）
続いて、マスクに用いたＳｉＯ2膜を緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いて除去した後、再びＳｉＯ2膜からなる誘電体層１０９をウェハ全面に３００ｎｍ堆積する。フォトリソグラフィ及び緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングにより誘電体層１０９におけるリッジ部１１０の直上の部分に開口部を形成する。形成した開口部に電子線蒸着により、パラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）からなるｐ型電極１１５を形成する。Ｐｄ膜及びＰｔ膜の膜厚はそれぞれ４０ｎｍ及び３５ｎｍとし、基板を７０℃に加熱した状態で蒸着を行う。開口部は、レジストエッチバックの手法を用いて作製しても構わない。その後、４００℃の熱処理を加えることにより、ｐ型電極１１５のコンタクト抵抗を２×１０-4Ωｃｍ2以下とすることができる。Ｐｄ及びＰｔを蒸着する際の温度は、７０℃〜１００℃程度とすれば、最もコンタクト抵抗が良化し、密着性も向上する。パターンニングに用いるレジストの熱耐性も考慮すると、Ｐｄ及びＰｔの蒸着温度は７０℃程度とすることが好ましい。
【００４０】
（パッド電極形成工程）
続いて、フォトリソグラフィ及び電子線蒸着によりｐ電極上にチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる配線用のパッド電極１１６を形成する。Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜の膜厚はそれぞれ５０ｎｍ、３５ｎｍ及び５００ｎｍとすればよい。配線用のパッド電極１１６はＡｕ膜の膜厚が厚く、劈開時の妨げとなるため、端面部には形成しないことが好ましい。
【００４１】
（裏面電極形成工程）
次に、基板１０１の裏面を研削・研磨し、厚さを約１００μｍとした後、基板１０１の裏面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ型電極１１７を形成する。Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜の膜厚はそれぞれ１５ｎｍ、３５ｎｍ及び３００ｎｍとすればよい。これによりｎ型電極１１７のコンタクト抵抗を１×１０-4Ωｃｍ2以下とすることができる。劈開及び組み立て時の認識パターンとして、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより、Ａｕ膜のみをエッチングして電極パターンを形成することが好ましい。
【００４２】
（劈開・組立工程）
以上のような工程により、図２に示すようにリッジ部１１０、台座部１１３、第１溝部１１２、劈開ガイド溝１１４Ａ及びパッド電極１１６が配置されたウェハが得られる。次に、得られたウェハを１次劈開して共振器端面を形成する。１次劈開は、劈開ガイド溝１１４Ａに沿ってブレーキングする。このため、各共振器の前方端面１１８及び後方端面１１９には劈開ガイド溝１１４Ａが半分になった第２溝部１１４が形成される。続いて、前方端面１１８に反射率が約１２％の多層誘電体反射膜を形成し、後方端面１１９に反射率が約９５％の多層誘電体反射膜を形成する。その後、共振器長方向に二次劈開し、ＣＡＮパッケージに実装・配線することで窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置を作製できる。
【００４３】
劈開ガイド溝を形成することにより、劈開性を向上させることができる。しかし、窒化物半導体の場合、有効なウェットエッチングの手法がないため、劈開ガイド溝にはドライエッチングが用いられる。ドライエッチングを行うと、窒化物半導体の表面にはダメージ層が形成される。窒化物半導体のダメージ層は窒素空孔及び界面準位により通常ｎ型化する。このようなダメージ層は、劈開ガイド溝だけでなくリッジ部を形成する際にも生成される。リッジ部の側面から劈開ガイド溝までが連続したドライエッチング面となるような劈開ガイド溝を形成すると、リッジ部の側面から劈開ガイド溝に至る表面は連続したｎ型化面となる。このため、リッジ部の上面に形成されたｐ型電極が、少しでもリッジ部の側壁に接触するとショットキーバリアを介して、微小な電流パスが形成される。劈開ガイド溝は２μｍ〜１０μｍの深さにする必要があり、活性層１０５よりも深く掘り込まれている。従って、微小リークパスが電子障壁層１０７、活性層１０５、さらにはｎ型ＧａＮ層１０２等のｎ型の半導体層と接続されてしまう。微小リークパスが活性層等と接続されている場合には、微小リークパスを流れる微小なリーク電流により、半導体レーザ装置の特性の劣化や信頼性の低下などが起きることを本願発明者らは突き止めた。
【００４４】
図３は半導体レーザ装置の電流−電圧特性及び電流−光出力特性を示している。図３に示すように、リッジ部の近傍にリッジ部と分離されておらず且つ電子障壁層及び活性層を突き抜ける溝部が存在する半導体レーザ装置の場合には発振閾値近傍の領域において、電流リークによる電圧低下と発振閾値の増大が認められた。このような特性の半導体レーザ装置は信頼性が低くなる。リークパスを流れる電流の大きさはリークパスの全長に依存するため、溝部とリッジ部との間隔が大きくなるとリークパスによる影響は小さくなる。溝部をリッジ部から２０μｍ程度離間して形成した場合には、図３に示すような明確な特性劣化は認められなくなる。しかし、逆バイアス時のリーク電流が溝部を形成していない場合よりも大きくなり、ＣＯＤ（瞬時光学損傷、Catastrophic Optical Damage）レベル及びＥＳＤ（静電気放電、Electrostatic Discharge）破壊電圧も低くなる。出力が数十ｍＷの低出力レーザ装置の場合には、素子全体を流れる電流も小さい。このため、リークパスに流れる電流も小さく、溝部を形成しても半導体レーザ装置の信頼性に与える影響は小さい。しかし、出力が３００ｍＷを超える高出力レーザ装置の場合には、動作時の電流及び電圧が大きくなるため、リークパスの影響が大きくなる。
【００４５】
しかし、本実施形態の半導体レーザ装置は、リッジ導波路外の領域に台座部１１３を設け、台座部１１３に劈開ガイド溝１１４Ａを形成している。このため、図４に示すように、台座部１１３の上面はドライエッチングされておらず、ドライエッチングによって生成されるｎ型層２０１が生成していない。従って、ｎ型層２０１を介したリークパスは、台座部１１３の非エッチング面のｐ型層によって分断される。これにより、リッジ部から電子障壁層１０７、活性層１０５及びｎ型半導体層２０２へ流れるリーク電流を抑制でき、高出力動作の際の信頼性を向上できる。
【００４６】
図５は、逆方向バイアス時のリーク電流と、ＥＳＤ破壊電圧の関係を示している。台座部１１３によりリークパスが分断されている本実施形態の半導体レーザ装置は、台座部を有さない従来の半導体レーザ装置よりもリーク電流を抑制できる。その結果として、ＥＳＤ破壊電圧が向上した。図６は逆方向バイアス時のリーク電流と、ＣＯＤ破壊出力の関係を示している。ＥＳＤ破壊電圧と同様に、リーク電流の抑制によるＣＯＤ破壊出力の向上が確認できた。なお、測定に用いた半導体レーザ装置のリッジ部と劈開ガイド溝との間隔は２０μｍとした。
【００４７】
図７は、信頼性試験(出力ＣＷ１６０ｍＷ、７５℃)時の累積故障率をワイブルプロットした結果を示している。本実施形態の半導体レーザ装置は、従来の半導体レーザ装置と比べて、平均故障寿命（ＭＴＴＦ：mean time to failure）が約３倍大きく、３，０００時間の信頼性を確保できた。
【００４８】
本実施形態においては、劈開ガイド溝１１４Ａから形成される第２溝部１１４の深さを３μｍとしたが、第２溝部１１４の深さは適宜変更してよい。但し、第２溝部１１４の深さが深いほど劈開補助機能が向上する傾向があり、１μｍ以下ではほとんど効果が得られないため、第２溝部１１４の深さは２μｍ以上とすることが好ましい。第２溝部１１４の深さを活性層１０５及び電子障壁層１０７よりも浅くすると、台座部１１３を形成しなくてもリーク電流を抑制することができるはずである。しかし、通常、活性層１０５及び電子障壁層１０７は半導体層積層体の表面から０．５〜１．０μｍの位置に形成する。従って、リッジ部１１０の底面から活性層１０５までの距離は０．１μｍ〜０．２μｍしかなく、これらの層を突き抜けない浅い溝部では、劈開補助機能を発揮できない。また、劈開補助機能は溝の深さが深いほど向上するが、あまり深すぎると、プロセス中の残渣が溜まりやすくなったり、ウェハ割れのリスクが高まったりするため、第２溝部１１４の深さは最大でも５μｍ程度とすることが好ましい。
【００４９】
本実施形態においては、第１溝部１１２の深さを０．５μｍ程度としたが、この深さは活性層１０５及び電子障壁層１０７を突き抜けない深さであれば、適宜変更してかまわない。第１溝部１１２が電子障壁層１０７及び活性層１０５を突き抜けると、第１溝部１１２の被エッチング表面が活性層１０５及び電子障壁層１０７と接続してリークパスが形成される。また、第２溝部１１４よりもｐ型電極１１５との距離が近いため、リーク電流も非常に大きくなる。リッジ部１１０の底面及び側壁に形成された誘電体層１０９による光閉じ込めの強さは、第１溝部１１２の深さにより決まる。活性層１０５からリッジ部１１０の底面までの距離は、残し厚と呼ばれ、水平広がり角を決める重要な設計要因である。この水平広がり角を設計通りに実現し、且つ高信頼性の高出力レーザを実現するためには、第１溝部１１２（リッジストライプ導波路の底面）が電子障壁層を突き抜けないような設計を行うことが重要である。
【００５０】
本実施形態では、第１溝部１１２を形成することにより、リッジ部１１０と台座部１１３とを同時に形成している。従って、台座部１１３とリッジ部１１０を構成する半導体層の表面は同じ高さとなる。しかし、誘電体層１０９は、リッジ部１１０の上に開口部を有している。このため、台座部１１３の最表面は誘電体層１０９の膜厚分だけリッジ部１１０の最表面よりも高くなる。これにより、組み立て実装時に、リッジ部１１０を保護する効果が高くなり、半導体レーザ装置の歩留りを向上することができる。また、台座部１１３の表面及び第１溝部１１２の側壁及び底面が誘電体層１０９により保護されるため、台座部１１３の表面に付着したパーティクル等により新たなリークパスが形成されることを防ぐこともできる。
【００５１】
本実施形態においては、台座部１１３の表面層をリッジ部１１０の表面層と同一のｐ型コンタクト層としている。ｐ型コンタクト層は１０20ｃｍ3程度の高濃度のＭｇをドープした層であるため、ｎ型化しにくい層であると推測され、第１溝部１１２と第２溝部１１４の表面ｎ型化層によるリークパスを分断するには好適な層である。
【００５２】
本実施形態では、前方端面１１８及び後方端面１１９において第２溝部１１４をリッジ部１１０の両側に一つずつ設けたが、図８に示すようにリッジ部の両側のそれぞれに複数の第２溝部１１４が形成されていてもよい。劈開ガイド溝の先端部を適切な角度にすることにより、１次劈開時に発生するクラックを溝先端部に集中させることができる。このため、先端部の数を増やすことにより、劈開の精度を向上させることができる。図８において隣接するリッジ部１１０との間に３個の劈開ガイド溝を形成する例を示したが、共振器幅等を考慮するとリッジ部１１０同士の間に形成する劈開ガイド溝の数は２〜５個程度とすることが好ましい。
【００５３】
また、図９に示すように共振器となる半導体層積層体１００の左右の側面に第３溝部１３０を形成してもよい。共振器側面は、結晶の劈開方向と異なるため、ダイヤモンド針又はレーザ光等によるスクライブを用いて分割する手法が一般的である。しかし、スクライブを形成する際に物理的な破壊を伴うためにリークパスが発生しやすい。台座部１１３によって、第１溝部１１２と分離した第３溝部１３０の内部にスクライブを形成することにより、活性層及びｐｎ接合部分の破壊によるリークパスの発生を防ぐことができる。第３溝部１３０はリッジ導波路からは最も離れているため、第２溝部１１４に比べるとリークの影響を受けにくい。しかし、半導体レーザ装置を低コスト化するために、共振器幅を小さくすると、ワイヤボンディング部を確保するために、図１０に示すようにリッジ導波路を半導体レーザ装置の中心からずらして配置することが必要になる。このような配置では第２溝部１１４も第３溝部１３０もリッジ導波路部からの距離はほとんど変わらず、溝部の大きさが大きい分だけ、第３溝部１３０により生じるリークパスが大きくなる。このような場合には台座部１１３で分離された第３溝部１３０を設けることにより、リークパスを大きく抑制できる。第３溝部１３０の深さは、活性層１０５を突き抜けｎ型層まで到達する深さであればよいが、プロセスの工数的には、第２溝部１１４と同じ深さの溝を第２溝部１１４と同時に形成することが好ましい。また、図１１のように、第２溝部１１４と第３溝部１３０とを連続して一体に形成してもよい。
【００５４】
本実施形態のようなリーク抑制構造を導入することにより、リッジ導波路の上部に形成されたｐ型電極から注入された電流が溝部表面のドライエッチング面をリークパスとして流れることを防ぐことができる。従って、半導体レーザ装置のリーク電流を抑制し、高出力及び高信頼性の窒化物半導体レーザを作製することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態を図面を参照して説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は第２の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XIIｂ−XIIｂ線における断面構成を示し、（ｃ）は（ａ）のXIIｃ−XIIｃ線における断面構成を示している。図１２において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００５６】
図１２に示すように本実施形態の半導体レーザ装置は、ｐ型電極１１５が前方端面１１８及び後方端面１１９と間隔をおいて形成されている。ｐ型電極１１５は前方端面１１８及び後方端面１１９から５μｍだけ離間して形成されており、端面非注入部１４０が確保されている。共振器の左右端面にも、第２溝部と同じ深さの第３溝部１３０が左右側面に沿って全体に形成されている。
【００５７】
本実施形態の半導体レーザを作製する方法については第１の実施形態とほぼ同一であるため詳細は省略する。第１の実施形態と異なる点は、ｐ型電極１１５を前方端面１１８及び後方端面１１９から一定の距離だけ離間して形成する点である。共振器の前方端面１１８及び後方端面１１９は結晶の劈開により形成するため、スクライブを用いて形成する必要がある共振器の側面と異なり、物理的な破壊によるリークパスは存在しない。しかし、微小な表面欠陥や端面コート膜形成時のダメージ層がリークパスとなる可能性がある。前方端面１１８及び後方端面１１９の近傍にｐ型電極１１５を形成せずに、端面非注入部１４０を確保することにより、前方端面１１８及び後方端面１１９からのリークを抑制でき、リーク電流をさらに約１／２に低減し、ＣＯＤレベルも約１００ｍＷ向上することが明らかとなった。
【００５８】
本実施形態では端面非注入部１４０の長さは５μｍとしたが、端面非注入部１４０の長さは適宜変更してよい。端面非注入部１４０の長さを長くするほどリーク電流を抑制できると考えられる。しかし、長くしすぎると電流注入がなく導波路の利得及び損失がある過飽和吸収領域が増加してしまうため、発振閾値の増大や、スロープ効率の跳びが大きくなる。従って、端面非注入部１４０は前方端面１１８及び後方端面１１９のそれぞれの側において、５μｍ〜１０μｍ程度の長さとすることが好ましい。端面非注入部１４０の共振器長に対する割合は、５％〜３０％程度とすることが好ましい。
【００５９】
また、端面部近傍領域において光吸収をなくした端面窓構造を採用すれば、発振閾値の増大や、スロープ効率の跳びを抑えることができるので、端面非注入部１４０の長さをさらに長くし、リーク電流を低減できる。端面窓構造により端面温度の上昇も抑制できるため、より高出力の窒化物半導体レーザ装置を実現できる。
【００６０】
図１２においては、第２溝部１１４と第３溝部１３０とを一体に形成する例を示したが、第２溝部１１４と第３溝部１３０とを一体に形成する必要はない。また、第３溝部１３０は形成しなくてもよい。
【００６１】
第２の実施形態による端面非注入部を導入することにより、リッジ導波路の上部に形成されたｐ型電極から注入された電流が前方端面及び後方端面をリークパスとして流れるリーク電流も防ぐことができる。従って、半導体レーザ装置のリーク電流を抑制した高出力及び高信頼性の窒化物半導体レーザを作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明係る半導体レーザ装置は、劈開が容易で且つ微小リーク電流を抑制した窒化物半導体レーザ装置を実現でき、青色光等を用いた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・高信頼性の青紫色半導体レーザ装置等として有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１００      半導体層積層体
１０１      基板
１０２      ｎ型ＧａＮ層
１０３      ｎ型クラッド層
１０４      ｎ型ガイド層
１０５      活性層
１０６      ｐ型ガイド層
１０７      電子障壁層
１０８      ｐ型クラッド層
１０９      誘電体層
１１０      リッジ部
１１２      第１溝部
１１３      台座部
１１４      第２溝部
１１４Ａ    劈開ガイド溝
１１５      ｐ型電極
１１６      パッド電極
１１７      ｎ型電極
１１８      前方端面
１１９      後方端面
１３０      第３溝部
１４０      端面非注入部
２０１      ｎ型層
２０２      ｎ型半導体層
【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】
2011029224.tif 000009
【図８】
2011029224.tif 000010
【図９】
2011029224.tif 000011
【図１０】
2011029224.tif 000012
【図１１】
2011029224.tif 000013
【図１２】
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