(57)【要約】【課題】本発明は、光出力ノイズを低減させることができるレーザダイオードを提供することを目的とする。【解決手段】レーザダイオード１は、基板１１と、基板１１の上方に配置された発光層１２と、発光層１２を挟んで基板１１の上方に配置されたガイド層１３と、基板１１とガイド層１３との間に形成された下部クラッド層１４と、ガイド層１３の上に形成された上部クラッド層１５とを備えている。基板１１は、下部クラッド層１４、ガイド層１３及び上部クラッド層１５が積層される積層面１１ａを有し、ガイド層１３は、発光層１２で発光された光が出射される側に出射側端面１３ａを有し、出射側端面１３ａと積層面１１ａとの成す角度である第一角度θ１は、０°より大きく９０°より小さくなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に配置された発光層と、
前記発光層を挟んで前記基板の上方に配置されたガイド層と、
前記基板と前記ガイド層との間に形成された下部クラッド層と、
前記ガイド層の上に形成された上部クラッド層と
を備え、
前記基板は、前記下部クラッド層、前記ガイド層及び前記上部クラッド層が積層される積層面を有し、
前記ガイド層は、前記発光層で発光された光が出射される側に出射側端面を有し、  前記出射側端面と前記積層面との成す角度である第一角度は、０°より大きく９０°より小さい
レーザダイオード。
【請求項２】
前記上部クラッド層は、前記出射側端面の上方に配置されて前記積層面との成す角度である第二角度が前記第一角度よりも小さく形成された側端面を有する
請求項１に記載のレーザダイオード。
【請求項３】
前記下部クラッド層は、前記出射側端面の下方に配置されて前記積層面との成す角度である第三角度が前記第一角度よりも小さい側端面を有する
請求項１又は２に記載のレーザダイオード。
【請求項４】
前記積層面は、前記発光層と接触する前記ガイド層の面よりも大きい面積を有する
請求項１から３までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項５】
前記下部クラッド層の側端面から基板の飛び出る長さは、５μｍよりも長く１０００μｍよりも短い
請求項１から４までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項６】
前記基板の厚さは、５０μｍより長く１００００μｍよりも短い
請求項１から５までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項７】
前記基板は、窒化物半導体以外の材料を母材としている
請求項１から６までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項８】
前記基板は、窒化物半導体で形成されており、
前記基板の表面の一部又は全部には、厚さが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の酸化物が形成されている
請求項１から６までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項９】
前記基板、前記下部クラッド層、前記発光層、前記ガイド層及び前記上部クラッド層を覆いガラスで形成されたパッケージを備え、
前記出射側端面と前記パッケージの内側面との成す角度である第四角度は、０°よりも大きく５°より小さい
請求項１から８までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項１０】
前記発光層から前記パッケージの前記内側面までの距離は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である
請求項９に記載のレーザダイオード。
【請求項１１】
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＮで形成されている場合には、側端面の一部又は全部に厚さが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＡｌＧａＮＯを有する
請求項１から１０までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項１２】
前記発光層は、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｎで形成されており、
前記上部クラッド層は、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層と、前記Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層の上層に設けられたＡｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ層とを含み、
前記発光層、前記Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層及び前記Ａｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ層の組成は、ｘ１＋ｙ１＝１，ｘ２＋ｙ２＝１，ｘ３＋ｙ３＝１，ｘ２＜ｘ１及びｘ２＜ｘ３の関係を満たす
請求項１から１１までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項１３】
前記上部クラッド層の上方の一部又は全部に絶縁保護膜を備え、
前記絶縁保護膜の少なくとも一部は、前記上部クラッド層よりも前記基板の側端面側に飛び出ている
請求項１から１２までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【請求項１４】
前記発光層は、発光波長が３６０ｎｍ以下の光を発光する
請求項１から１３までのいずれか一項に記載のレーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体のレーザダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、結晶面を利用した劈開方法を用いて基板から半導体層まで水平垂直に切断した構造のレーザダイオードが開示されている。また、特許文献２及び３には、ドライエッチングとウェットエッチングを組み合わせたエッチング方法により水平垂直な共振器面を有する構造のレーザダイオードが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５１−９７３９０号公報
【特許文献２】特開平１０−４１５８５号公報
【特許文献３】特開２００８−１０８８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１から３に開示されたレーザダイオードの構造では、パッケージ化した後にレーザダイオードの出力が瞬間的に高くなる光ノイズが発生する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、光出力ノイズを低減させることができるレーザダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によるレーザダイオードは、基板と、前記基板の上方に配置された発光層と、前記発光層を挟んで前記基板の上方に配置されたガイド層と、前記基板と前記ガイド層との間に形成された下部クラッド層と、前記ガイド層の上に形成された上部クラッド層とを備え、前記基板は、前記下部クラッド層、前記ガイド層及び前記上部クラッド層が積層される積層面を有し、前記ガイド層は、前記発光層で発光された光が出射される側に出射側端面を有し、前記出射側端面と前記積層面との成す角度である第一角度は、０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、光出力ノイズを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザダイオード１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるレーザダイオード１の概略構成を示す要部側面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるレーザダイオード１の効果を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態の変形例によるレーザダイオード１の概略構成を示す要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態によるレーザダイオードについて図１から図４を用いて説明する。まず、本実施形態によるレーザダイオード１の概略構成について図１を用いて説明する。図１では、レーザダイオード１が模式的に図示されている。
【００１０】
図１に示すように、レーザダイオード１は、基板１１と、基板１１の上方に配置された発光層１２と、発光層１２を挟んで基板１１の上方に配置されたガイド層１３と、基板１１とガイド層１３との間に形成された下部クラッド層１４と、ガイド層１３の上に形成された上部クラッド層１５とを備えている。図示は省略するが、レーザダイオード１は、基板１１、下部クラッド層１４、発光層１２、ガイド層１３及び上部クラッド層１５を覆いガラスで形成された窓を有するパッケージを備えている。
【００１１】
下部クラッド層１４、ガイド層１３及び上部クラッド層１５は、この順に基板１１上に積層されている。ガイド層１３は、上下方向から発光層１２を挟んで配置されている。発光層１２は、ガイド層１３の層厚方向のほぼ中央に配置されている。なお、発光層１２は、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５のいずれか一方の側に片寄って配置されていてもよい。下部クラッド層１４、ガイド層１３、発光層１２及び上部クラッド層１５によって積層体１０が構成されている。積層体１０は、基板１１の周縁側から中央側に向かって傾斜するメサ形状を有している。
【００１２】
基板１１は、薄板の四角形状を有している。基板１１は、下部クラッド層１４、ガイド層１３及び上部クラッド層１５が積層される積層面１１ａを有している。
【００１３】
下部クラッド層１４は、ｎ型半導体で形成され、基板１１の積層面１１ａ上に積層されている。下部クラッド層１４は、基板１１よりも一回り小さい大きさに形成されている。これにより、下部クラッド層１４の周囲には、積層面１１ａが露出されている。下部クラッド層１４は、ガイド層１３が積層される第一領域１４１と、積層面１１ａからの高さが第一領域１４１よりも低い第二領域１４２とを有している。下部クラッド層１４は、第一領域１４１及び第二領域１４２の境界に段差を有している。第二領域１４２上には、ｎ型電極１６１が形成されている。ｎ型電極１６１は、発光層１２に注入される電流の負極側の電極となる。下部クラッド層１４には、ｎ型電極１６１を介して電子が供給される。
【００１４】
ガイド層１３は、下部クラッド層１４の第一領域１４１上に積層されている。ガイド層１３は、光の吸収を抑制するため、ドーパントを添加しないアンドープ層である。ガイド層１３は、発光層１２で発光された光が出射される側に出射側端面１３ａを有している。詳細は後述するが、出射側端面１３ａと積層面１１ａとの成す角度である第一角度は、０°より大きく９０°より小さくなっている。ガイド層１３の出射側端面１３ａはハーフミラーを構成し、出射側端面１３ａに対向するガイド層１３の対向面はミラーを構成する。ガイド層１３は、発光層１２で発光した光を閉じ込めて光増幅する共振器としての機能を発揮する。
【００１５】
上部クラッド層１５は、ｐ型半導体で形成され、ガイド層１３上に積層されている。上部クラッド層１５は、リッジ構造を有している。すなわち、上部クラッド層１５は、ガイド層１３に全体が接触する平板部１５１と、平板部１５１のほぼ中央で上方に突出して形成された土手状の突起部１５２とを有している。突起部１５２は、平板部１５１の中央ではなくｎ型電極１６１が配置されている側に片寄らせて設けられてもよい。突起部１５２がｎ型電極１６１に近付くことによって、積層体１０中を流れる電流経路が短くなるので、積層体１０中に形成される電流経路の抵抗値を下げることができる。突起部１５２上には、ｐ型電極１６２が形成されている。ｐ型電極１６２は、発光層１２に注入される電流の正極側の電極となる。上部クラッド層１５には、ｐ型電極１６２を介して正孔が供給される。
【００１６】
上部クラッド層１５がリッジ構造を有すると、レーザ発振に必要な反転分布を形成するための閾値電流を下げることができる。レーザダイオード１におけるリッジ構造は、図１に示すように上部クラッド層１５の一部を突出させた突起部とこの突起部の上に配置された電極とで構成されてもよい。また、レーザダイオード１におけるリッジ構造は、発光層１２の上層の領域のガイド層１３上の一部に図１に示す突起部１５２のような土手状の上部クラッド層と、この上部クラッド層の上に配置された電極とで構成されてもよい。レーザダイオード１は、このようなリッジ構造を有することにより、上部クラッド層１５における電流の経路を電極直下の領域に制限できる。これにより、上部クラッド層１５中での水平方向の電流拡散が抑制されるので、発光層１２内に流れる電流を上部クラッド層１５の突起部分（本実施形態では突起部１５２）直下に集中させることができる。その結果、この突起部分の領域において効率よく反転分布状態を形成することができ、レーザ発振の閾値を低く保つことが可能になる。
【００１７】
発光層１２に反転分布状態の領域が形成された後に、上部クラッド層１５に注入されたホールと下部クラッド層１４に注入された電子が発光層１２で再結合することにより、発光層１２で光が生じる。ガイド層１３より上部クラッド層１５及び下部クラッド層１４の屈折率が大きい。このため、発光層１２で発光した光は、ガイド層１３と接する上部クラッド層１５及び下部クラッド層１４の表面で反射されるので、ガイド層１３に閉じこめられる。ガイド層１３の出射側端面１３ａと出射側端面１３ａに対向する側端面がミラー（反射鏡）としての機能を発揮するので、発光層１２で発光した光は、ガイド層１３内で増幅されながら往復して誘導放出を生じてレーザ発振が生じる。ガイド層１３内で増幅された光がガイド層１３内での内部ロスより大きくなると、外部に光が出射される。
【００１８】
次に、レーザダイオード１の基板１１と積層体１０との相対関係やレーザダイオード１の効果について図１を参照しつつ図２及び図３を用いて説明する。
【００１９】
図２に示すように、ガイド層１３の出射側端面１３ａと基板１１の積層面１１ａとの成す角度である第一角度θ１は、０°より大きく９０°より小さい。ここで、出射側端面１３ａとは、レーザダイオード１のレーザ出射面における共振器面のうち、ガイド層１３の側面に相当する部分をいう。積層面１１ａとは、基板１１がガイド層１３などで構成される積層体１０と接触する平面をいう。第一角度θ１は、出射側端面１３ａと積層面１１ａとが交わる際に成す角度である。第一角度θ１は、出射側端面１３ａ及び積層面１１ａが直接接触していなくても出射側端面１３ａを積層面１１ａに延長させた仮想平面が積層面１１ａと交わる箇所で形成される角度も含む。
【００２０】
基板１１と垂直な面でレーザダイオード１を研磨及び集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）加工し、断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）観察あるいは透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）観察することによって第一角度θ１を確認することが可能である。高画質な画像を広範囲かつ簡易に得られるため，ＳＥＭを用いて観察する。第一角度θ１の値は、レーザダイオード１の出力を高く保つ目的から、７０°より大きく９０°より小さく（７０°＜θ１＜９０°）てもよい。また、第一角度θ１の値は、８０°より大きく９０°より大きくてもよい。
【００２１】
ところで、一般的にレーザダイオードのチップは、パッケージするときにパッケージ土台に垂直に設置されるため、パッケージのガラス面とレーザダイオードの共振器面とが平行になる。レーザダイオードが出射する光は、指向性が高いため、パッケージのガラス面で一部が反射されてレーザダイオードの発光層に照射される場合がある。この場合、発光層で光励起された状態が引き起こされて光ノイズが生じる。レーザダイオードは、安定した出力が求められるため、通常は印加電流に対して既定の出力が放射されることが望ましいが、発光層が光励起された状態で電流を印加しても、想定以上の発光が得られてしまう。
【００２２】
これに対し、第一角度θ１が０°より大きく９０°より小さくなるように基板１１の積層面１１ａに対してガイド層１３の出射側端面１３ａが形成されていると、図３に示すように、レーザダイオード１から出射される放射光Ｌが出射側端面１３ａに対面するパッケージ１７の内側面１７ａに入射する入射角は、第一角度θ１とほぼ等しくなる。本実施形態では、内側面１７ａは、例えばパッケージ１７に設けられた窓１７１の内表面である。パッケージ１７は、金や鉛が母体となる支持体が主構造となり、出射側端面１３ａから出射される放射光Ｌが入射する領域にガラスで形成された窓１７１を有している。このため、レーザダイオード１から出射される放射光Ｌは、パッケージ１７の内側面１７ａ（すなわち窓１７１の内表面）に垂直に入射しなくなる。これにより、レーザダイオード１は、窓１７１に入射する放射光Ｌのうちのほとんどを透過光Ｔとして外部に出射するとともに、放射光Ｌのうちの一部がパッケージ１７の内側面１７ａで反射されて戻り光Ｒとして発光層１２に再入射することを抑制できる。これにより、レーザダイオード１は、活性層（発光層１２）の光励起を抑制することができ、出力ノイズを低減することができる。
【００２３】
図２に戻って、上部クラッド層１５は、出射側端面１３ａの上方に配置されて積層面１１ａとの成す角度である第二角度θ２が第一角度θ１よりも小さく形成された側端面１５ａを有している。上部クラッド層１５の側端面１５ａは、ガイド層１３より上層の端面である。このように、本実施形態では、ガイド層１３より上層の端面は、上部クラッド層１５の側端面１５ａである。しかしながら、ガイド層１３より上層の端面は、ガイド層１３より上層に積層されている半導体層であれば制限されず、具体的には、上部クラッド層１５の側端面１５ａの他に、例えばガイド層１３の上層に電子ブロック層や複数のクラッド層を積層している場合には、このうちの任意の一層であってもよい。
【００２４】
第二角度θ２は、ガイド層１３より上層の端面（本実施形態では上部クラッド層１５の側端面１５ａ）と基板１１の積層面１１ａとが交わる際に成す角度である。第二角度θ２は、ガイド層１３より上層の端面が基板１１の積層面１１ａに直接接触していなくても、ガイド層１３より上層の端面を積層面１１ａに延長させた仮想面が積層面１１ａに交わる箇所で形成される角度も含む。第一角度θ１及び第二角度θ２は、共振器面の作りやすさから、第一角度θ１から第二角度θ２を減算した値が０°より大きく６０°より小さい（０°＜（θ１−θ２）＜６０°）という関係を有していてもよい。さらに、積層体１０の端面上に誘電体多層膜や金属反射膜等の反射材を成膜しやすい観点から、第一角度θ１及び第二角度θ２は、第一角度θ１から第二角度θ２を減算した値が０°より大きく２０°より小さい（０°＜（θ１−θ２）＜２０°）、あるいは当該減算した値が０°より大きく１０°より小さい（０°＜（θ１−θ２）＜１０°）という関係を有していてもよい。
【００２５】
第一角度θ１及び第二角度θ２が上述の関係を有するように上部クラッド層１５の側端面１５ａが形成されることによって、戻り光Ｒ（図３参照）が上部クラッド層１５に照射されたとしても、レーザダイオード１は、戻り光Ｒを上部クラッド層１５の内部へ再入射させずに側端面１５ａで反射する光量を増加させることができる。これにより、レーザダイオード１は、上部クラッド層１５内部での光励起を抑制することができるため光出力ノイズを低減することができる。
【００２６】
図２に示すように、下部クラッド層１４は、出射側端面１３ａの下方に配置されて積層面１１ａとの成す角度である第三角度θ３が第一角度θ１よりも小さい側端面１４ａを有している。下部クラッド層１４の側端面１４ａは、ガイド層１３より下層の端面である。このように、本実施形態では、ガイド層１３より下層の端面は、下部クラッド層１４の側端面１４ａである。しかしながら、ガイド層１３より下層の端面は、ガイド層１３より下層に積層されている半導体層であれば制限されず、具体的には、下部クラッド層１４の側端面１４ａの他に、例えばガイド層１３の下層に複数のクラッド層を積層している場合には、この複数のクラッド層のうちの任意の一層であってもよい。
【００２７】
第三角度θ３は、ガイド層１３より下層の端面（本実施形態では下部クラッド層１４の側端面１４ａ）と基板１１の積層面１１ａとが交わる際に成す角度である。第三角度θ３は、ガイド層１３より下層の端面が基板１１の積層面１１ａに直接接触していなくても、ガイド層１３より下層の端面を積層面１１ａに延長させた仮想面が積層面１１ａに交わる箇所で形成される角度も含む。第一角度θ１及び第三角度θ３は、共振器面の作りやすさから、第一角度θ１から第三角度θ３を減算した値が０°より大きく６０°より小さい（０°＜（θ１−θ３）＜６０°）という関係を有していてもよい。さらに、積層体１０の端面上に誘電体多層膜や金属反射膜等の反射材を成膜しやすい観点から、第一角度θ１及び第三角度θ３は、第一角度θ１から第三角度θ３を減算した値が０°より大きく２０°より小さい（０°＜（θ１−θ３）＜２０°）、あるいは当該減算した値が０より大きく１０°より小さい（０＜（θ１−θ３）＜１０°）という関係を有していてもよい。さらに、第三角度θ３は第二角度θ２よりも大きく（θ２＜θ３）てもよい。
【００２８】
図１に示すように、基板１１の積層面１１ａは、発光層１２と接触するガイド層１３の接触面よりも大きい面積を有している。ここで、積層面１１ａの面積は、積層面１１ａの上層の半導体層（本実施形態では下部クラッド層１４）が接触している接触面の面積と、当該接触面と同一面内で半導体層（本実施形態では下部クラッド層１４）と接触せずに露出している露出面の面積とを合わせた面積である。積層面１１ａ及びガイド層１３の接触面の面積は、具体的には基板１１の垂直方向からレーザダイオード１を観察した際に見える、基板１１の面積と積層体１０の面積とを比較することで確認可能である。実際には、積層体１０の面積はガイド層１３の接触面とは一致しないが、上記手法で観察される積層体１０の面積はガイド層１３の接触面の面積より必ず大きい。このため、上記手法で観察されて基板１１の面積が積層体１０の面積より大きい場合、基板１１の積層面１１ａの面積がガイド層１３の接触面の面積より必ず大きいと結論づけることが可能である。
【００２９】
基板１１の積層面１１ａが、発光層１２と接触するガイド層１３の接触面よりも大きい面積を有することにより、レーザダイオード１をウェハから分割時、あるいはその後の素子抽出時に本発明の効果を阻害するパーティクルがガイド層１３の出射側端面１３ａである共振器端面に付着することを抑制することができる。当該共振器端面にパーティクルが付着することを抑制できるのは、ガイド層１３の出射側端面１３ａより基板１１が飛び出しているため、共振器端面が基板１１の影になり、ガイド層１３の出射側端面１３ａへのパーティクル付着が抑制されるからである。
【００３０】
本実施形態における基板１１は、基板単体の構造を有していてもよく、基板上に半導体が積層された積層構造を有していても良い。基板１１における積層構造として例えば、サファイア基板上にＡｌＮ薄膜が積層された構造、サファイア基板上にＡｌＮ薄膜及びｎ型ＡｌＧａＮ薄膜が積層された構造などが挙げられる。
【００３１】
図２に示すように、下部クラッド層１４の側端面１４ａから基板１１の飛び出る長さｄは、５μｍよりも長く１０００μｍよりも短く（５μｍ＜ｄ＜１０００μｍ）てもよい。基板１１の飛び出る長さｄは、基板１１と下部クラッド層１４とが接触する面（すなわち積層面１１ａ）における、下部クラッド層１４の側端面１４ａから基板１１の側端面１１ｂまでの距離である。基板１１の飛び出る長さｄは、基板１１の面積とガイド層１３の面積とを比較する手法と同様の手法で確認することが可能である。
【００３２】
下部クラッド層１４の側端面１４ａから基板１１の飛び出る長さｄが５μｍよりも長く１０００μｍよりも短いという範囲を満たすことで、レーザダイオード１をウェハから分割時、あるいはその後の素子抽出時に本発明の効果を阻害するパーティクルがガイド層１３の出射側端面１３ａである共振器端面に付着することを抑制することができる。当該共振器端面にパーティクルが付着することを抑制できるのは、下部クラッド層１４の側端面１４ａから基板１１が飛び出ているので共振器端面は、基板１１の影になり、ガイド層１３の出射側端面１３ａへのパーティクル付着が抑制されるからである。基板１１の飛び出る長さｄは、５μｍより長く４００μｍよりも短く（５μｍ＜ｄ＜４００μｍ）てもよく、５μｍより長く１００μｍよりも短く（５μｍ＜ｄ＜１００μｍ）てもよい。これにより、１つのウェハからの積層体１０の取り数を増やすことができる。
【００３３】
図２に示すように、基板１１の厚さｔは、５０μｍより長く１００００μｍよりも短く（５０μｍ＜ｔ＜１００００μｍ）てもよい。基板１１の厚さｔは、基板１１の飛び出る長さｄと同様の手法で確認することが可能である。また、基板１１の厚さｔは、レーザダイオード１の側面から光学顕微鏡やＳＥＭ観察によって測長することもできる。なお、より正確な測長には、ＳＥＭ観察が適しており，１００μｍを超えるような厚みを測定する場合には光学顕微鏡が適している。
【００３４】
基板１１の厚さｔが上述の範囲を満たすことで、レーザダイオード１をウェハから挟み込んで抽出する時に素子の機械的強度を保ち、組み立て中にウェハが割れることを抑制することができる。基板１１の厚さｔは、５０μｍよりも長く５００μｍよりも短く（５０μｍ＜ｔ＜５００μｍ）てもよく、５０μｍよりも長く２００μｍよりも短く（５０μｍ＜ｔ＜２００μｍ）てもよい。また、基板１１の厚さｔに対する基板１１の飛び出る長さｄの比率が、０．０１よりも大きく２よりも小さい（０．０１＜ｄ／ｔ＜２）と、レーザダイオード１の機械的強度を保持しやすくなる。これにより、素子の強度を保持しながらレーザダイオード１の熱を効率良く基板１１を介して外部のパッケージ１７側へ逃がすことが可能となる。
【００３５】
基板１１は、窒化物半導体以外の材料を母材として用いることができる。基板１１が窒化物半導体以外の材料を母体とすることで、積層体１０を作るためにドライエッチングを用いる場合、半導体で形成される積層体１０と基板１１との材料差によって生まれるエッチングレート差を利用して、ドライエッチングを精度よく基板１１の積層面１１ａで止めることができる。基板１１の母材として、具体的には、サファイア、炭化ケイ素、ケイ素、酸化ガリウム及び酸化亜鉛などを用いることができる。これにより、積層体１０の作製再現性が良くなる。基板１１の形成材料は、エネルギー分散型Ｘ線分析  （Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＥＤＸ）やオージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）等の手法で材料分析が可能である。
【００３６】
図２に示すように、ガイド層１３の出射側端面１３ａとパッケージ１７の内側面１７ａとの成す角度である第四角度θ４は、０°よりも大きく５°よりも小さく（０°＜θ４＜５°）てもよい。なお、図２では、理解を容易にするため、出射側端面１３ａをパッケージ１７の内側面１７ａ側に平行移動させて第四角度θ４が図示されている。また、図２では、基板１１及び積層体１０の全体を覆うパッケージ１７の一部が図示されている。第四角度θ４は、積層体１０とパッケージ１７を両方樹脂封止して固定した状態でレーザダイオード１の断面ＳＥＭ像を取り、出射側端面１３ａとパッケージ１７の内側面１７ａを比較することで第四角度θ４を測定することができる。
【００３７】
第四角度θ４が上述の範囲に入ることで、レーザダイオード１から出射された放射光Ｌがパッケージ１７の内側面１７ａで再反射されることを抑制し、高出力のレーザダイオードパッケージ品を作製することが可能である。
【００３８】
図２に示すように、発光層１２からパッケージ１７の内側面１７ａまでの距離Ｍは、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってもよく、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。距離Ｍは、基板１１の飛び出る長さｄと同じ方法で測長可能である。
【００３９】
発光層１２からパッケージ１７の内側面１７ａまでの距離Ｍが上述の範囲に含まれることで、パッケージ１７の内側面１７ａからの戻り光Ｒがレーザダイオード１の活性層（発光層１２）に再入射する確率をさらに下げることが可能である。
【００４０】
次に、本実施形態の変形例によるレーザダイオード１について図４を用いて説明する。
【００４１】
基板１１は、窒化物半導体で形成されていてもよい。この場合、基板１１の表面（すなわち積層面１１ａ）の一部又は全部に厚さが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の酸化物１１１が形成されていてもよい。基板１１が窒化物半導体のみで構成される場合は、積層体１０を形成するためにドライエッチング後のウェットエッチング時に基板１１の表面が追加エッチングされる可能性がある。そこで、ドライエッチング後の基板１１の表面をＯ２プラズマ処理、酸化剤入り薬液での処理、あるいは高温で熱処理することにより、図４に示すように、当該表面に酸化物１１１を形成する。これにより、ウェットエッチング時に基板１１が表面からエッチング除去されることを防ぐことができる。表面の酸化物１１１は、基板１１の断面のＴＥＭ−ＥＤＸ解析を行うことで測長、組成分析が可能である。基板１１を形成するための窒化物半導体として、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化ホウ素及びこれらを２種以上含む混晶を挙げることができる。
【００４２】
図４に示すように、下部クラッド層１４及び上部クラッド層１５は、ＡｌＧａＮで形成されている場合には、一部又は全部に厚さが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＡｌＧａＮＯ膜１４３，１５３を有していてもよい。より具体的には、下部クラッド層１４は、側端面１４ａ上の一部又は全部にＡｌＧａＮＯ膜１４３を有していてもよい。また、上部クラッド層１５は、側端面１５ａ上の一部又は全部にＡｌＧａＮＯ膜１５３を有していてもよい。ＡｌＧａＮＯ膜１４３，１５３は、積層体１０の断面のＴＥＭとＥＤＸを取ることで測長及び材料分析が可能である。下部クラッド層１４の側端面１４ａは、ＡｌＧａＮＯ膜１４３が露出していてもよく、ＡｌＧａＮＯ膜１４３上にさらに誘電体多層膜等の絶縁保護層が被覆されていても良い。同様に、上部クラッド層１５の側端面１５ａは、ＡｌＧａＮＯ膜１５３が露出していてもよく、ＡｌＧａＮＯ膜１５３上にさらに誘電体多層膜等の絶縁保護層が被覆されていても良い。これにより、レーザダイオード１の使用中に下部クラッド層１４の側端面１４ａや上部クラッド層１５の側端面１５ａが腐食することが抑制され、側端面１４ａの第三角度θ３や側端面１５ａの第二角度θ２が変化することを抑制することが可能になる。なお、ＡｌＧａＮＯ膜とは膜の主構成元素がＡｌ、Ｇａ、Ｎ、Ｏであることを示し、例えばＡｌ０．５Ｇａ０．７Ｎ０．９５Ｏ０．０５などを挙げることができる。ＡｌＧａＮＯ膜中には微量不純物としてＣ、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｓｉ，Ｍｇ等を含んでいてもよい。また、下部クラッド層１４の端面、上部クラッド層１５の端面、ガイド層１３の端面の組成比が異なっていても良く、下部クラッド層１４の端面、上部クラッド層１５の端面、ガイド層１３の端面におけるＡｌＧａＮＯの組成比率が不均一であっても良い。
【００４３】
図４に示すように、ガイド層１３は、出射側端面１３ａ上に形成された誘電体多層膜１３１を有していてもよい。誘電体多層膜１３１は、発光層１２を含んで出射側端面１３ａ上に形成されてハーフミラーとしての機能を発揮する。さらに、誘電体多層膜１３１は、絶縁保護層としての機能も発揮する。これにより、レーザダイオード１の使用中に出射側端面１３ａが腐食することが抑制され、出射側端面１３ａの第一角度θ１が変化することを抑制することが可能になる。
【００４４】
図４に示すように、発光層１２は、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ｎで形成されており、上部クラッド層１５は、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層１５ｂと、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層１５ｂの上層にＡｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ層１５ｃとを含んでいる。発光層１２、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層１５ｂ及びＡｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ層１５ｃの組成は、ｘ１＋ｙ１＝１、ｘ２＋ｙ２＝１、ｘ３＋ｙ３＝１、ｘ２＜ｘ１及びｘ２＜ｘ３の関係を満たしていてもよい。これにより、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層１５ｂがストップ層となり、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層１５ｂより下部領域の上部クラッド層１５以下の層が、積層体１０の形成時のウェットエッチングにおいてサイドエッチングされることを抑制することが可能である。ウェットエッチングは、上部クラッド層１５の側面からだけではなく、上部クラッド層１５の上面からも進行するが、例えば、ＫＯＨ水溶液などのアルカリ性の薬液でエッチングをする場合、Ａｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ層１５ｃよりもエッチングレートの遅いＡｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層１５ｂが上部クラッド層１５の上面からのエッチングを抑制するためサイドエッチングが抑制される。上部クラッド層１５の積層構造は、断面ＴＥＭとＥＤＸを取ることで薄膜構造を特定可能である。Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層１５ｂの厚さは、０ｎｍより大きく２００ｎｍより小さくてもよい。
【００４５】
図４に示すように、レーザダイオード１は、上部クラッド層１５の上方の一部又は全部に絶縁保護膜１８を備えていてもよい。絶縁保護膜１８の少なくとも一部は、上部クラッド層１５よりも基板１１の側端面１１ｂ側に飛び出ている。レーザダイオード１が絶縁保護膜１８を備える構造は、断面のＳＥＭとＥＤＸを行うことで特定が可能である。レーザダイオード１が絶縁保護膜１８を備えることで、誘電体多層膜１３１やＡｌＧａＮＯ膜１４３，１５３を積層する際の「引っかかり」となる。つまり、絶縁保護膜１８は、誘電体多層膜１３１やＡｌＧａＮＯ膜１４３，１５３を積層する際にアンカー効果を奏する。これにより、誘電体多層膜１３１とガイド層１３の出射側端面１３ａとの密着性、ＡｌＧａＮＯ膜１４３と下部クラッド層１４の側端面１４ａとの密着性及びＡｌＧａＮＯ膜１５３と上部クラッド層１５との側端面１５ａとの密着性をそれぞれ向上させることができる。絶縁保護膜１８は、ＳｉＯ２で形成されていてよく、その他にＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＳｎＯ２、ＺｒＯ、ＨｆＯ２等で形成されていてもよい。
【００４６】
発光層１２は、発光波長が３６０ｎｍ以下の光を発光するように形成されている。本実施形態によるレーザダイオード１は、特に屈折率が大きく、光が屈折しやすい波長３６０ｎｍ以下の紫外線発光素子に効果がある。
【００４７】
（製法）
次に、本実施形態によるレーザダイオード１の製造方法について説明する。レーザダイオード１を形成するために、厚さが５０μｍより長く１００００μｍより短い範囲内の所定厚さのウェハを準備する。レーザダイオード１は、このウェハ上に、最終的に下部クラッド層１４となる半導体層、最終的に発光層１２よりも下方の領域のガイド層１３となる半導体層、最終的に発光層１２となる半導体層、最終的に発光層１２よりも上方の領域のガイド層１３となる半導体層、及び最終的に上部クラッド層１５となる半導体層を積層した半導体積層物を形成する。その後、この半導体積層物の一部を所定形状にドライエッチング及びウェットエッチングすることにより、ウェハ上に複数の積層体１０を形成する。詳細は後述するが、本実施形態では、積層体１０、すなわちガイド層１３、上部クラッド層１５及び下部クラッド層１４を形成する際にポジレジストが用いられる。その後、ウェハを所定位置で切断して積層体１０を個片化し、基板１１及び積層体１０をパッケージで覆って固定することによりパッケージ化されたレーザダイオード１が完成する。
【００４８】
ガイド層１３の出射側端面１３ａの形成方法について説明する。
レジストをパターニングする際に、フォトマスクを用いてコンタクト露光時にレジストとフォトマスクの間に隙間（例えば３μｍ又は５μｍ）を設けて光を漏らす。これにより、レジストのパターン端面が傾斜されたレジストパターンマスクが形成される。端面が傾斜されたレジストパターンマスクをマスクとして用いて、半導体積層物の側部の一部をドライエッチングすることにより、共振器端面、すなわちガイド層１３の出射側端面１３ａを０°より大きく９０°より小さい第一角度θ１で傾斜させることができる。
【００４９】
上部クラッド層１５の側端面１５ａの形成方法について説明する。
レジストをパターニングする際に、フォトマスクを用いてコンタクト露光時にレジストとフォトマスクの間に隙間（例えば３μｍ又は５μｍ）を設けて光を漏らす。これにより、レジストのパターン端面が傾斜されたレジストパターンマスクが形成される。端面が傾斜されたレジストパターンマスクを形成した後に、ガイド層１３を形成するためのレジストパターンマスクの開口上面よりもさらに広く開口したフォトマスクを用いて、このフォトマスクとレジストパターンマスクとの間に隙間を設けて露光・現像することで端面が二段階の傾斜を有するレジストパターンマスクが形成される。このレジストパターンマスクを用いてドライエッチングを行うことにより、第一角度θ１よりも小さい角度の第二角度θ２の側端面１５ａを有する上部クラッド層１５が形成される。
【００５０】
下部クラッド層１４の側端面１４ａの形成方法について説明する。
上部クラッド層１５を形成するためのレジストパターンマスクと同様の手法で二段傾斜のレジストパターンマスクを形成する。このレジストパターンマスクを用いて、エッチング時間を適切に設定することにより、第一角度θ１よりも小さい角度の第三角度θ３の側端面１４ａを有する下部クラッド層１４が形成される。
【００５１】
基板１１の積層面１１ａの形成方法について説明する。
ガイド層１３を形成する方法と同様の方法によって最終的に基板１１となるウェハを残した状態でエッチングを停止することにより、発光層１２と接触するガイド層１３の面よりも大きい面積を有し最終的に積層面１１ａとなる領域が形成される。
【００５２】
基板１１の飛び出る長さｄの形成方法について説明する。
基板１１を分割する際に、下部クラッド層１４の側端面１４ａから基板１１の飛び出る長さが５μｍよりも長く１０００μｍよりも短くなるようにウェハに分割線を入れ、当該分割線でウェハを分割することにより、下部クラッド層１４の側端面１４ａから飛び出す長さが調整された基板１１が形成される。
【００５３】
酸化物１１１（図４参照）の形成方法について説明する。
発光層１２と接触するガイド層１３の面よりも大きい面積を有し、最終的に積層面１１ａとなる領域を形成した後に、ウェハのこの領域をＯ２プラズマ処理、酸化剤入り薬液での処理、あるいは高温で熱処理することにより酸化物１１１が形成される。
【００５４】
ガイド層１３との成す角度が第四角度θ４（図２参照）となるようにパッケージ１７を形成する方法について説明する。
積層体１０を形成してウェハを個片化した後に、ガイド層１３の出射側端面１３ａと内側面１７ａとの成す角度を第四角度θ４としてパッケージ１７を傾斜させて窓１７１を取り付け、固定する。
【００５５】
ＡｌＧａＮＯ膜１４３，１５３（図４参照）の形成方法について説明する。
発光層１２と接触するガイド層１３の面よりも大きい面積を有する積層面１１ａを形成した後に、下部クラッド層１４の側端面１４ａ及び上部クラッド層１５の側端面１５ａを露出した状態で、Ｏ２プラズマ処理、酸化剤入り薬液の処理、あるいは高温で熱処理することにより、下部クラッド層１４の側端面１４ａにＡｌＧａＮＯ膜１４３が形成され、上部クラッド層１５の側端面１５ａにＡｌＧａＮＯ膜１５３が形成される。
【００５６】
絶縁保護膜１８（図４参照）の形成方法について説明する。
最終的に積層体１０となる半導体積層物上に絶縁層を形成し、ガイド層１３を形成する方法と同様の方法でドライエッチングした後に、アルカリ薬液（例えば、ＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ溶液）でウェットエッチングによって上部クラッド層１５の一部をサイドエッチングすることにより、上部クラッド層１５よりも基板１１の側端面１１ｂ側に飛び出した絶縁保護膜１８が形成される。なお、絶縁保護膜１８は、ｐ型電極１６２の少なくとも一部を露出するように形成される。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によるレーザダイオード１は、基板１１と、基板１１の上方に配置された発光層１２と、発光層１２を挟んで基板１１の上方に配置されたガイド層１３と、基板１１とガイド層１３との間に形成された下部クラッド層１４と、ガイド層１３の上に形成された上部クラッド層１５とを備えている。基板１１は、下部クラッド層１４、ガイド層１３及び上部クラッド層１５が積層される積層面１１ａを有し、ガイド層１３は、発光層１２で発光された光が出射される側に出射側端面１３ａを有し、出射側端面１３ａと積層面１１ａとの成す角度である第一角度θ１は、０°より大きく９０°より小さくなっている。
【００５８】
当該構成を備えたレーザダイオード１によれば、パッケージ１７の内側面１７ａで反射された戻り光Ｒが発光層１２に再入射することを抑制できる。これにより、レーザダイオード１は、発光層１２の光励起を抑制することができ、出力ノイズを低減することができる。
【００５９】
本発明は、上記実施形態に限られず、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、ガイド層１３は、アンドープ層であるが、本発明はこれに限られない。ガイド層１３は、例えばドーパントが添加されて、発光層１２よりも下層の領域がｎ型半導体で形成され、発光層１２よりも上層の領域がｐ型半導体で形成されていてもよい。この場合、積層体１０は、発光層１２よりも上層がｐ型半導体で形成され、発光層１２よりの下層がｎ型半導体で形成される。
【００６０】
上記実施形態では、突起部１５２及びｐ型電極１６２の端面は、側端面１５ａ及び側端面１５ａに対向する対向側端面と面一に形成されているが、本発明はこれに限られない。突起部１５２は、側端面１５ａ及び対向側端面よりも内側（例えば５μｍから１０μｍ）の位置に両端面を有していてもよい。また、ｐ型電極１６２は、突起部１５２の端面よりも内側（例えば２μｍから１０μｍ）の位置に端面を有していてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、基板１１の積層面１１ａは、下部クラッド層１４の周囲に露出しているが、本発明はこれに限られない。例えば、基板１１の積層面１１ａは、下部クラッド層１４の周囲に露出していなくてもよい。この場合、基板１１の積層面１１ａと下部クラッド層１４の下部表面（積層面１１ａと接触する面）とが同じ面積を有していてもよく、基板１１の積層面１１ａと下部クラッド層１４の下部表面とが同一形状を有していてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  レーザダイオード
１０  積層体
１１  基板
１１ａ  積層面
１１ｂ  側端面
１２  発光層
１３  ガイド層
１３ａ  出射側端面
１４  下部クラッド層
１４ａ  側端面
１５  上部クラッド層
１５ａ  側端面
１５ｂ  Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ｎ層
１５ｃ  Ａｌｘ３Ｇａｙ３Ｎ層層
１７  パッケージ
１７ａ  内側面
１８  絶縁保護膜
１１１  酸化物
１３１  誘電体多層膜
１４１  第一領域
１４２  第二領域
１４３，１５３  ＡｌＧａＮＯ膜
１５１  平板部
１５２  突起部
１６１  ｎ型電極
１６２  ｐ型電極
１７１  窓
Ｌ  放射光
Ｍ  距離
Ｒ  戻り光
Ｔ  透過光
θ１  第一角度
θ２  第二角度
θ３  第三角度
θ４  第四角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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