(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層と、
前記発光層の上に形成され、リッジ部を有し且つ前記発光層よりも屈折率が小さい半導体層と、
前記半導体層における前記リッジ部の少なくとも側方の領域に形成された複数の誘電体膜とを備え、
前記複数の誘電体膜は、下から順次形成された第１の誘電体膜、第２の誘電体膜及び第３の誘電体膜からなり、
前記発光層及び半導体層は、ＡｌuＧａvＩｎwＮ（但し、ｕ，ｖ，ｗは、０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，０≦ｗ≦１，ｕ＋ｖ＋ｗ＝１である。）からなり、
前記第１の誘電体膜は、ＳｉＯ2からなり、
前記第２の誘電体膜は、Ｓｉ、ＴｉＮ又はＴａＮからなり、
前記第３の誘電体膜は、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ又はＧａ2Ｏ3からな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の誘電体膜、第２の誘電体膜及び第３の誘電体膜を合わせた膜厚は、２０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下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】
前記半導体層における前記リッジ部を前記複数の誘電体膜と共に覆う金属膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記金属膜は、Ｎｉ、Ｐｄ及びＰｔのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記リッジ部の幅は、１．０μｍ以上且つ４．０μｍ以下であ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】
基板の上に発光層を形成する工程（ａ）と、
前記発光層の上に、該発光層よりも屈折率が小さい半導体層を形成する工程（ｂ）と、
形成した前記半導体層に対して選択的にエッチングを行なって、前記半導体層にリッジ部を形成する工程（ｃ）と、
前記半導体層上における前記リッジ部の少なくとも側方の領域に、複数の誘電体膜を積層する工程（ｄ）とを備え、
前記複数の誘電体膜は、下から順次形成された第１の誘電体膜、第２の誘電体膜及び第３の誘電体膜からなり、
前記発光層及び半導体層は、ＡｌuＧａvＩｎwＮ（但し、ｕ，ｖ，ｗは、０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，０≦ｗ≦１，ｕ＋ｖ＋ｗ＝１である。）からなり、
前記第１の誘電体膜は、ＳｉＯ2からなり、
前記第２の誘電体膜は、Ｓｉ、ＴｉＮ又はＴａＮからなり、
前記第３の誘電体膜は、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ又はＧａ2Ｏ3からなることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｄ）において、前記複数の誘電体膜は、電子サイクロトロン共鳴スパッタリング又はマグネトロンスパッタリングにより形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｄ）において、前記複数の誘電体膜はパルスレーザデポジション法により形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｄ）よりも後に、金属膜を前記複数の誘電体膜を含む前記リッジ部を覆うように形成する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に、光ディスクシステム等の光情報処理装置に用いられる光ピックアップ光源用の半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の高密度光ディスク用の光源として、赤色域や赤外域の光と比べ、光ディスク上における集光スポット径の縮小が可能な短波長域（４００ｎｍ帯）で発光し、光ディスクの再生及び記録密度の向上に有効な青紫色域のレーザ光源が要望されている。
【０００３】
青紫色域のレーザ光を実現するために、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主成分とするIII-Ｖ族窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置の研究開発が積極的に行なわれている。このような高密度光ディスクのアプリケーションの視点から、高記録密度に対応可能な高出力の青紫色半導体レーザ装置が求められており、現状では少なくともパルス発振で６５ｍＷ以上の光出力が必要であるとされている。さらに高速書き込みを目指すには、連続発振で３０ｍＷ以上の高出力特性が要望されている。
【０００４】
図１８は特許文献１に記載された従来の窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１８に示すように、窒化物半導体レーザ装置は、サファイアからなる基板１５０の上に、エピタキシャル成長により順次形成されたｎ型クラッド層１５１、活性層１５２、上部にリッジ部１１２ａを有するｐ型クラッド層１１２及び該リッジ部１１２ａの上に形成されたｐ型コンタクト層１０１により構成されている。ｐ型コンタクト層１０１の上には、第１の電極層１１３が形成され、ｐ型クラッド層１１２の上面及びｐ型コンタクト層１０１及び第１の電極層１１３を含むリッジ部１１２ａの側面上には、電流狭窄層である酸化シリコンからなる誘電体膜１０２と第２の電極層１１４とが形成されている。これにより、電流狭窄機能と光閉じ込め機能とを兼ねた導波路構造を有する半導体レーザ装置が実現される。
【特許文献１】特開２０００−２９９５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、前記従来の窒化物半導体レーザ装置について種々の検討を加えた結果、以下のような問題があることを突き止めた。
【０００６】
まず、従来の窒化物半導体レーザ装置は、必要とされるパルス発振で６５ｍＷ以上又は連続発振で３０ｍＷ以上の高出力特性を得ることが困難である。上述したように、従来の半導体レーザ装置は、リッジ部１１２ａを覆う誘電体膜１０２に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を用いている。酸化シリコンの屈折率は１．５６であり、窒化ガリウム（ＧａＮ）の屈折率である２．５４に対して、屈折率差が１以上大きい。これにより、活性層１５２における基板面に垂直な方向で且つリッジ部１１２ａを含む領域からなる導波路と該導波路の外側部分との実効屈折率の差が大きくなる。このため、発振の横モードが基本モードから高次モードに移行し易くなって、いわゆるキンク現象が低出力時でも発生し易くなる。従って、いわゆるキンクレベルの低下によって、従来の窒化物半導体レーザ装置は、高出力特性を実現することができないという第１の問題がある。
【０００７】
また、酸化シリコンからなる誘電体膜１０２は、第２の電極層１１４との密着性が不十分であるという第２の問題がある。
【０００８】
これら第１及び第２の問題は、窒化ガリウム系半導体レーザ装置に限られず、リッジ部を有するリッジ導波型半導体レーザ装置に共通する。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、密着性に優れ且つ安定した横モード特性を実現できる誘電体膜により、所望の出力特性を得られ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、リッジ部を覆う誘電体膜に組成が異なる積層構造を用いる構成とする。
【００１１】
具体的に、本発明に係る半導体レーザ装置は、発光層と、該発光層の上に形成され、リッジ部を有し且つ発光層よりも屈折率が小さい半導体層と、該半導体層におけるリッジ部の少なくとも側方の領域に形成された複数の誘電体膜とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置によると、例えばクラッド層である半導体層におけるリッジ部の少なくとも側方の領域に形成された複数の誘電体膜を備えているため、該複数の誘電体膜により、リッジ部と接する一の誘電体膜には酸化シリコンよりも屈折率が大きい誘電体材料を選択することができ、且つリッジ部の外側に位置し金属電極と接する他の誘電体膜には、該金属電極との密着性に優れる誘電体材料を選択することができる。従って、リッジ部を覆う誘電体膜に対する材料の選択の幅が広がるため、プロセスの安定性及び高出力特性を同時に実現することができる。
【００１３】
本発明の半導体レーザ装置において、複数の誘電体膜は下から順次形成された第１の誘電体膜及び第２の誘電体膜からなり、第１の誘電体膜の屈折率は、半導体層の屈折率よりも小さいことが好ましい。このようにすると、発光層から発光した光を該発光層の層方向（横方向）に効率的に閉じ込めることができるため、安定した単一横モード特性を実現することができる。
【００１４】
この場合に、半導体層の屈折率をＮ0 とし、第１の誘電体膜の屈折率をＮ1 とし、第２の誘電体膜の屈折率をＮ2 とすると、各屈折率は、Ｎ0 ＞Ｎ2 ＞Ｎ1 なる関係を満たすことが好ましい。このようにすると、Ｎ0 ＞Ｎ1 なる関係により、発光層から発光した光を閉じ込めることができ、且つＮ2 ＞Ｎ1 なる関係により、導波路の外側部分における実効屈折率が増大するため、導波路の内部と外部との実効屈折率の差が小さくなる、その結果、出力値に対するキンクの発生レベルが上昇するので、安定した単一横モード特性を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の半導体レーザ装置において、複数の誘電体膜は下から順次形成された第１の誘電体膜、第２の誘電体膜及び第３の誘電体膜からなり、第１の誘電体膜の屈折率は、半導体層の屈折率よりも小さいことが好ましい。ここで、第３の誘電体膜に金属との密着性が良好な誘電体材料を配することにより、第３の誘電体膜上に形成された金属電極がはがれにくくなるので、製造時の歩留まりが向上すると共に信頼性が向上する。
【００１６】
この場合に、半導体層の屈折率をＮ0 とし、第１の誘電体膜の屈折率をＮ1 とし、第３の誘電体膜の屈折率をＮ3 とすると、各屈折率は、Ｎ0 ＞Ｎ3 ＞Ｎ1 なる関係を満たすことが好ましい。このようにすると、Ｎ0 ＞Ｎ1 なる関係により、発光層から発光した光を閉じ込めることができ、且つＮ3 ＞Ｎ1 なる関係により、導波路の外側部分における実効屈折率が増大するため、導波路の内部と外部との実効屈折率の差が小さくなる、その結果、出力値に対するキンクの発生レベルが上昇するので、安定した単一横モード特性を実現することができる。
【００１７】
さらに、第２の誘電体膜は、発光層における発振波長よりも長波長側に吸収端を有することが好ましい。このようにすると、第２の誘電体膜において、発光層に注入されるキャリアが損失することなく高次モードの利得を低減できるため、基本モードと高次モードとの利得差を増大させることが可能となる。その結果、高出力特性を実現するための安定した横モード特性を得ることができる。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置において、発光層及び半導体層は、ＡｌuＧａvＩｎwＮ(但し、ｕ，ｖ，ｗは、０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，０≦ｗ≦１，ｕ＋ｖ＋ｗ＝１である。）からなる窒化物半導体層であることが好ましい。このようにすると、青紫色域のレーザ光を出力する半導体レーザ装置を得ることができる。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の誘電体膜及び第３の誘電体膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ又はＧａ2Ｏ3からなることが好ましい。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置において、複数の誘電体膜が３層からなる場合に、第２の誘電体膜は、Ｓｉ、ＴｉＮ又はＴａＮからなることが好ましい。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置において、複数の誘電体膜が３層からなる場合に、第１の誘電体膜、第２の誘電体膜及び第３の誘電体膜を合わせた膜厚は、２０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすると、導波路損失を小さくでき且つ高出力動作時における動作電流の増大を抑えることが可能となる。その上、複数の誘電体膜の膜厚が相対的に薄いことから、リッジ部の側面での膜厚が小さくなるので、リフトオフを容易に行なうことができる。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体層におけるリッジ部を複数の誘電体膜と共に覆う金属膜をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、複数の誘電体膜の上にも金属膜が形成されることになる。このため、金属膜の面積を大きくすることができるので、金属膜をパッド電極とすると、該パッド電極の上に確実にワイヤボンディングを行なうことが可能となる。
【００２３】
この場合に、金属膜は、Ｎｉ、Ｐｄ及びＰｔのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。このようにすると、金属膜の下側に位置するコンタクト層とのコンタクト抵抗を低減することができると共に、横方向へのキャリアの拡散を抑制することが可能となるため、安定した単一横モード特性を実現できる。
【００２４】
また、本発明の半導体レーザ装置において、リッジ部の幅は、１．０μｍ以上且つ４．０μｍ以下であることが好ましい。例えば、リッジ部の幅が１．０μｍよりも小さいと、製造時の歩留まりが低下し且つリッジ部における直列抵抗が増大する。また、リッジ部の幅が４．０μｍよりも大きいと、出力値に対するキンクの発生レベルが低下する。従って、リッジ部の幅は、１．０μｍ以上且つ４．０μｍ以下が好ましい。
【００２５】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上に発光層を形成する工程（ａ）と、発光層の上に、該発光層よりも屈折率が小さい半導体層を形成する工程（ｂ）と、形成した半導体層に対して選択的にエッチングを行なって、半導体層にリッジ部を形成する工程（ｃ）と、半導体層上におけるリッジ部の少なくとも側方の領域に、複数の誘電体膜を積層する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、半導体層上におけるリッジの少なくとも側方の領域に、複数の誘電体膜を積層するため、積層構造を有する誘電体膜により、リッジ部と接する一の誘電体膜には酸化シリコンよりも屈折率が大きい誘電体材料を選択することができ、且つ金属電極と接するリッジ部の外側の他の誘電体膜には、該金属電極との密着性に優れる誘電体材料を選択することができる。従って、リッジ部を覆う誘電体膜に対する材料の選択の幅が広がるため、長期信頼性及び高出力特性を同時に実現できる。
【００２７】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、複数の誘電体膜は、下から順次形成された第１の誘電体膜、第２の誘電体膜及び第３の誘電体膜からなり、半導体層の屈折率をＮ0 とし、第１の誘電体膜の屈折率をＮ1 とし、第３の誘電体膜の屈折率をＮ3 とすると、各屈折率は、Ｎ0 ＞Ｎ3 ＞Ｎ1 なる関係を満たし、第２の誘電体膜は、発光層における発振波長よりも長波長側に吸収端を有することが好ましい。
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、発光層及び半導体層は、ＡｌuＧａvＩｎwＮ(但し、ｕ，ｖ，ｗは、０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１，０≦ｗ≦１，ｕ＋ｖ＋ｗ＝１である。）からなる窒化物半導体層であることが好ましい。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、工程（ｄ）において、複数の誘電体膜は、電子サイクロトロン共鳴スパッタリング又はマグネトロンスパッタリングにより形成することが好ましい。このようにすると、誘電体膜の堆積時の指向性が高いため、リッジ部の側面上に誘電体膜が堆積しにくくなるので、誘電体膜に対するリフトオフを容易に行なえる。
【００３０】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、工程（ｄ）において、複数の誘電体膜はパルスレーザデポジション法により形成することが好ましい。
【００３１】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、工程（ｄ）よりも後に、金属膜を複数の誘電体膜を含むリッジ部を覆うように形成する工程（ｅ）をさらに備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によると、レーザ構造に形成される電流狭窄用のリッジ部を覆う誘電体膜を異なる組成を持つ積層構造とすることにより、密着性に優れ且つ安定した横モード特性を実現できるため、所望の出力特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置は、例えば、ＧａＮからなる基板１の主面上に順次形成され、基板１とその上に成長するエピタキシャル層との格子不整合を緩和するＡｌＧａＮからなる低温成長バッファ層２と、厚さが２μｍ程度のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層３と、厚さが１μｍ程度のｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｎ型クラッド層４と、厚さが１００ｎｍ程度のｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層５と、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するＭＱＷ活性層６と、厚さが１００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層７と、リッジ部８ａを有し該リッジ部８ａの厚さが０．５μｍ程度のｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐ型クラッド層８と、リッジ部８ａの上に形成され、厚さが１００ｎｍ程度のｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層９とを有している。
【００３５】
リッジ部８ａを有するｐ型コンタクト層８の上にはｐ側電極１０が形成され、ｐ型クラッド層８の上面及びｐ型コンタクト層９及びｐ側電極１０を含むリッジ部８ａの側面上には、リッジ部８ａに対する電流狭窄機能を持つ第１の誘電体膜１１、第２の誘電体膜１２及び第３の誘電体膜１３が順次形成されている。
【００３６】
ｐ側電極１０の上には、第３の誘電体膜１３を含めリッジ部８ａを覆うように、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる配線電極１５が形成されている。
【００３７】
ｎ型コンタクト層３におけるリッジ部８ａの側方部分は露出されており、この露出された部分上にはｎ側電極１４が形成されている。該ｎ側電極１４の上にも、配線電極１５が形成されている。
【００３８】
ここで、ＭＱＷ活性層６は、例えば、厚さが４．０ｎｍのＧａ0.92Ｉｎ0.08Ｎからなる井戸層と、厚さが８．０ｎｍのＧａＮからなるバリア層とを１組とする３組分が積層されて構成されている。
【００３９】
また、ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層８は、ＭＱＷ活性層６とのバンドギャップの差及び屈折率の差を利用してＭＱＷ活性層６にキャリア及び該キャリアが再結合して生じた光を閉じ込める。ｎ型光ガイド層５及びｐ型光ガイド層７は、ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層８よりも屈折率が大きく、その屈折率差を利用して生成した光をより閉じ込め易くする。
【００４０】
ここで、［表１］に第１の実施形態において適用が可能な各誘電体膜の材料を示す。
【００４１】
【表１】
0004814538.tif 000002
【００４２】
第１の誘電体膜１１には、導波路における導波損失を小さくするように、生成される光が吸収されないか又は吸収が小さく、且つ生成した光を導波路内に閉じ込められるように、ＧａＮの屈折率（２．５４）よりも小さい屈折率を有する誘電体を用いる必要がある。ここでは、［表１］で最も屈折率が小さい酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）をその膜厚を４０ｎｍとして用いている。
【００４３】
第２の誘電体膜１２には、本実施形態に係る半導体レーザ装置の発振波長である、例えば４０５ｎｍの光よりも長波長側に吸収端を有する誘電体材料を用いる。ここでは、［表１］で最も吸収係数が大きいシリコン（Ｓｉ）をその膜厚を３０ｎｍとして用いている。このように、第２の誘電体膜１２にレーザ光を吸収させることにより、高次モードの利得を低減することができるため、基本モードと高次モードとの利得差を拡大することができる。このため、ホールバーニングの発生が抑制されて、キンクの発生レベルの低下を抑制することが可能となる。
【００４４】
第３の誘電体膜１３には、該第３の誘電体膜１３の上に設けられる配線電極１５との密着性が良く、且つ高出力特性すなわちキンクの発生レベルを上昇させるため、導波路における内部と外部との屈折率の差をできるだけ小さくする。言い換えれば、導波路の外側部分における基板１に垂直な方向の実効屈折率差を増大させるような、屈折率が大きい誘電体材料を用いる必要がある。ここでは、ここでは、［表１］で金属との密着性が高く且つ屈折率が大きい酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）をその膜厚を３０ｎｍとして用いている。
【００４５】
ここで、各誘電体膜１１、１２及び１３に適用可能な材料として、以下に示すような組み合わせがある。
【００４６】
すなわち、第１の誘電体膜１１には、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＺｒＯ2 、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ若しくはＧａ2Ｏ3、又はこれらの化合物、例えばＳｉＯＮ又はＡｌＯＮ等を用いることができる。第２の誘電体膜１２には、発振波長に対して吸収を有するＳｉ、ＴｉＯ2 、ＡｌＮ、ＴｉＮ又はＴａＮを用いることができる。第３の誘電体膜１３には、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2 、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2 、ＡｌＮ若しくはＳｉＮ、又はこれらの化合物、例えばＳｉＯＮ又はＡｌＯＮ等を用いることができる。これらのうち、第１の誘電体膜１１の屈折率をＮ1 とし、第３の誘電体膜１３の屈折率をＮ3 とすると、Ｎ1 ＜Ｎ3 を満たす材料を選択することが好ましい。
【００４７】
より好ましくは、第１の誘電体膜１１はＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3及びＳｉＮのうちから選択し、第２の誘電体膜１２はＳｉ及びＴｉＯ2 のうちから選択し、第３の誘電体膜１３はＮｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2 及びＴａ2Ｏ5のうちから選択すると良い。
【００４８】
但し、第２の誘電体膜１２にＡｌＮを選択する場合には、第１の誘電体膜１１及び第３の誘電体膜１３にはＡｌＮ以外の材料を選択する。同様に、第２の誘電体膜１２又は第３の誘電体膜１３にＴｉＯ2 を選択する場合には、他の誘電体膜にはＴｉＯ2 以外の材料を選択する。
【００４９】
このように、第１の実施形態によると、少なくともｐ型クラッド層８のリッジ部８ａ及びその側方の領域を覆う誘電体膜に、それぞれ組成が異なる、すなわち屈折率及び光の吸収係数等の物性が異なる第１の誘電体膜１１、第２の誘電体膜１２及び第３の誘電体膜１３を用いることにより、従来のように、酸化シリコンからなる単層の誘電体膜を用いる場合と比べて、電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性が飛躍的に向上する。
【００５０】
図２に本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性を従来例と比較して示す。図２に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置においては、２００ｍＷ以上の出力特性を実現することが可能となる。
【００５１】
図３に本実施形態に係る半導体レーザ装置の遠視野像（ファーフィールドパターン：ＦＦＰ）を示す。図３に示すように、３層からなる誘電体膜１１、１２及び１３を用いることにより、高いキンクの発生レベルと同時に、アスペクト比が３以下のデバイス特性をも同時に満たすことができる。ここで、図３におけるθv は垂直方向の遠視野角を示し、θh は水平方向の遠視野角を示す。
【００５２】
３層からなる誘電体膜１１、１２及び１３の総膜厚は、図４から分かるように、歩留まり良くリフトオフが可能となるように、且つ導波損失を小さく具体的には３０ｍＷ時の動作電流において導波損失が５％以内とするために、２０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であることが必要であり、第１の実施形態においては１００ｎｍとしている。
【００５３】
以下、前記のように構成された半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
図５（ａ）〜図５（ｅ）及び図６（ａ）〜図６（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００５５】
まず、図５（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ＧａＮからなる基板１の主面上に、成長温度を５００℃程度として、ＡｌＧａＮからなる低温成長バッファ層２を形成する。この通常の窒化ガリウム系半導体の成長温度である１０００℃程度よりも低い温度でバッファ層２を堆積すると、該バッファ層２を構成するＡｌＧａＮの結晶構造が若干アモルファス状となって、本来の格子定数からずれた状態で成膜される。このため、低温成長バッファ層２の上に成長する窒化ガリウム系のエピタキシャル層に生じる結晶欠陥を防止でき、結晶性を良好にすることができる。ここで、Ｇａ、Ａｌ又はＩｎを含む有機金属原料には、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、窒素原料にはアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる。
【００５６】
続いて、成長温度を１０００℃として、低温成長バッファ層２の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層３、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｎ型クラッド層４、ｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層５、ＭＱＷ活性層６、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層７、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐ型クラッド層８及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層９を順次エピタキシャル成長により形成する。ここで、ＭＱＷ活性層６は、その組成にＩｎを含むため、成長中のＩｎの蒸発を防ぐように成長温度を８００℃とする。
【００５７】
次に、図５（ｂ）に示すように、リソグラフィにより、ｐ型コンタクト層９の上におけるレーザ構造形成領域をマスクする第１のレジストパターン２０１を形成する。続いて、形成した第１のレジストパターン２０１をマスクとして、塩素を主成分とするエッチングガスを用いた反応性ドライエッチング（ＲＩＥ：reactive ion etching）により、ｐ型コンタクト層９、ｐ型クラッド層８、ｐ型光ガイド層７、ＭＱＷ活性層６、ｎ型光ガイド層５及びｎ型クラッド層４及びｎ型コンタクト層３の上部をエッチングして、ｎ型コンタクト層３の一部を露出する。
【００５８】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン２０１をアッシングにより除去した後、再度、リソグラフィにより、ｎ型コンタクト層３の露出面を含むｐ型コンタクト層９の上にレジスト膜を塗布し、続いて、塗布したレジスト膜からリッジ部形成領域に開口部を有する第２のレジストパターン２０２を形成する。その後、例えば蒸着法により、形成した第２のレジストパターン２０２の上に、ｐ型コンタクト層９と導通を図るための、例えばパラジウム（Ｐｄ）と金（Ａｕ）とを積層してなる第１の金属積層膜と、該第１の金属積層膜の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）とニッケル（Ｎｉ）とを積層してなるリフトオフ用の第２の金属積層膜とを含むＰ側電極１０を形成する。
【００５９】
ここで、第２のレジストパターン２０２の幅、すなわち導波路の幅はキンクの発生レベルを上昇させるためには、可能な限り小さいほうが好ましい。しかしながら、導波路の幅が小さ過ぎると、後述する導波路形成工程において、エッチングによる歩留まりが低下するおそれがあり、また導波路における直列抵抗が高くなる。さらには、導波路の出射端面に光学損傷（ＣＯＤ:Catastrophic Optical Damage）が生じて光出力が低下するという事態も発生するため、現実的な観点から導波路の幅は１．０μｍ以上が望ましい。
【００６０】
また、実用的なキンクの発生レベルを実現するためには、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置においては、導波路の幅は２．５μｍ以下が好ましい。また、これと同様に、発振波長が７８０ｎｍ帯のＧａＡｓ系赤外半導体レーザ装置及び６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ装置においては、導波路の幅は４．０μｍ以下であることが好ましい。以上から、導波路の幅は１．０μｍ以上で且つ４．０μｍ以下の範囲に設定する必要があり、本実施形態においては１．６μｍとしている。
【００６１】
また、Ｐ側電極１０の下部を構成する第１の金属積層膜のうちの最下層には、パラジウム（Ｐｄ）に限られず、ニッケル（Ｎｉ）又は白金（Ｐｔ）を用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、Ｐ側電極１０とｐ型コンタクト層９とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００６２】
次に、図５（ｄ）に示すように、アセトン等の有機溶剤を用いた、いわゆるリフトオフ法によって、第２のレジストパターン２０２と該第２のレジストパターン２０２上に堆積したＰ側電極形成用の金属積層膜を除去することにより、ｐ型コンタクト層９上におけるリッジ部形成領域にＰ側電極１０を形成する。
【００６３】
次に、図５（ｅ）に示すように、塩素を主成分とする反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、Ｐ側電極１０の上部を構成する第２の金属積層膜のうちの最上層に堆積されたニッケル部分をマスクとして、ｐ型クラッド層８の一部をリッジ状にエッチングしてリッジ部８ａを形成する。このとき、ニッケルをドライエッチのマスクとして用いることにより、窒化ガリウムや窒化アルミニウムガリウムとのエッチング選択比が高くなり、従ってマスクの後退が生じないため、リッジ幅の設計値である１．６μｍに対して、１．６±０．１μｍという高い制御性を得ることができる。これにより、キンクの発生レベルが高い、すなわち高出力なレーザ発振特性を有する半導体レーザ装置を実現することが可能となる。
【００６４】
また、ここでは、ｐ型クラッド層８におけるリッジ部８ａ以外の領域に残す部分の厚さ（残し膜厚）は、空間的ホールバーニングを抑えた安定した横モード特性を実現するために１８０ｎｍとしている。
【００６５】
この導波路の幅（リッジ幅）の１．６μｍと、ｐ型クラッド層８の残し膜厚の１８０ｎｍという値は、図７に示す設計データにプロセスに起因するばらつきも考慮して決定している。本実施形態に係る半導体レーザ装置に、光ピックアップに使用可能で且つ記録可能な高い光出力特性を得るには、キンクが発生しないいわゆるキンクフリーであり且つファーフィールドパターン（ＦＦＰ）における水平拡がり角が光ピックアップのシステムにおいて８°以上であることが望ましい。これにより、デバイスの試作にはリッジ幅Ｗを１．６μｍとして設計したが、図７から分かるように、残し膜厚ｄｐが２０５ｎｍよりも大きいと、ＦＦＰが８°以下となってしまう。水平拡がり角が８°以下の領域では、キンクの発生レベルは上昇するものの、横モードが不安定となる。従って、リッジ部８ａによる光閉じ込め機能が低下すると共に、歩留まりも小さくなることが分かった。
【００６６】
以上により、ＦＦＰにおける水平拡がり角は８°以上が望ましく、また、前述のようにプロセス上の問題及び直列抵抗値の上昇等から、図７に示すような設計範囲でデバイスを作製することが必須である。
【００６７】
次に、図６（ａ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴(ＥＣＲ:electron cyclotron resonance）プラズマによるスパッタ法を用いて、ｐ側電極１０を含めエッチングにより露出されたｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層３の上面、さらにはｐ型光ガイド層７等の半導体積層体の側面上に、膜厚が４０ｎｍのＳｉＯ2 からなる第１の誘電体膜１１、膜厚が３０ｎｍのＳｉからなる第２の誘電体膜１２及び膜厚が４０ｎｍのＮｂ2Ｏ5からなる第３の誘電体膜１３を順次堆積する。ここでは、第１の誘電体膜１１の堆積時には、酸素雰囲気でターゲット材にシリコンを用い、第２の誘電体膜１２の堆積時には、アルゴン雰囲気でターゲット材にシリコンを用いる。また、第３の誘電体膜１３の堆積時には、窒素雰囲気でターゲット材にニオブを用いる。  次に、図６（ｂ）に示すように、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによって、Ｐ側電極１０のうちのアルミニウムとニッケルとからなる第２の金属積層膜と、該第２の金属積層膜上に堆積した第１の誘電体膜１１、第２の誘電体膜１２及び第３の誘電体膜１３を除去する。このリフトオフ工程において、リフトオフを行なう前は第２の金属積層膜を構成するニッケル又はアルミニウムが表面に出ているため、ｐ側電極１０は銀色をしているが、リフトオフを行なった後はニッケル及びアルミニウムが除去されて、第１の金属積層膜を構成する金が露出する。これにより、リフトオフ工程の前後で色の変化によるリフトオフの実施の有無の確認を容易に行なうことができる。従って、ｐ側電極１０の上に堆積した各誘電体膜１１、１２及び１３をリフトオフする際の歩留まりが向上する。
【００６８】
次に、リソグラフィにより、第３の誘電体膜１３の上に、ｎ型コンタクト層３におけるｎ側電極形成領域を開口するレジストパターン（図示せず）を形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）及びウエットエッチングにより、各誘電体膜１１、１２及び１３に開口部を形成する。続いて、開口部を含むレジストパターンの上にｎ側電極形成膜を堆積し、その後、アセトン等の有機溶剤を用いてレジストパターンをリフトオフすることにより、図６（ｃ）に示すように、ｎ型コンタクト層３の上に、例えばチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなるｎ側電極１４を形成する。ここで、各誘電体膜１１、１２及び１３に対するエッチング方法は、第１の誘電体膜１１、第２の誘電体膜１２及び第３の誘電体膜１３の材料により異なるが、本実施形態においては、フッ素系ガスを用いた反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）又はバッファードフッ酸（ＢＨＦ）により、ＳｉＯ2 、Ｓｉ及びＮｂ2Ｏ5のエッチングを行なう。
【００６９】
次に、図６（ｄ）に示すように、リソグラフィにより、ｐ側電極１０及びｎ側電極１４をそれぞれ露出する開口部を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、開口部を含むレジストパターンの上に、例えば（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる配線電極形成用金属膜を堆積する。続いて、アセトン等の有機溶剤を用いて配線電極形成用金属膜をリフトオフすることにより、ｐ側電極１０及びｎ側電極１４の上にそれぞれ配線電極１５を形成する。
【００７０】
以上のように作製された半導体レーザ装置において、ｎ側電極１４上に形成された一方の配線電極１５を接地し、ｐ側電極１０上に形成された他方の配線電極１５に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６にキャリアが注入され、該ＭＱＷ活性層６において光学利得が生じ、発振波長が４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。なお、ＭＱＷ活性層６を構成する窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）の組成及び膜厚により、発振波長を変化させることができる。
【００７１】
また、第１の実施形態に係る製造方法は、図５（ｃ）に示すｐ型クラッド層８のリッジ部８ａのマスク形成工程において、従来のようにリッジ部自体をストライプ状にマスクするレジストパターンを形成せず、代わりに、第２のレジストパターン２０２のように反転ストライプパターンを用いて、ｐ側電極１０をリフトオフすることにより形成する。さらに、ｐ側電極１０の上部を構成するニッケルをマスクとして用いることにより、ドライエッチング時の選択比が高く、且つニッケルからなるマスクの後退がほとんどないため、レジストマスクを使用する場合と比較して、ストライプ（リッジ）幅の制御性が向上する。このため、ストライプ幅が小さいことによりキンクの発生レベルが上昇し、さらにストライプ幅を安定して制御できることにより、高いキンクの発生レベルを維持することができる。これにより、高出力特性を有する半導体レーザ装置を実現することが可能となる。
【００７２】
また、本実施形態においては、各誘電体膜１１、１２及び１３を堆積する方法として、ＥＣＲプラズマパッタを用いている。ＥＣＲプラズマスパッタを用いる利点の１つは、指向性が高いことであり、図８及び図９の模式図に示すように、誘電体膜のリッジ部の側面上への堆積量を低減できる。このように、リッジ部に堆積する誘電体膜に、図８及び図９に示すような堆積形状を得られることによって初めて該誘電体膜のリフトオフを実現することが可能となる。
【００７３】
例えば、図１０に示すような指向性が低い、等方的に堆積するプラズマ化学気相堆積（ＣＶＤ:chemical vapor deposition）法等を用いた場合には、リッジ部の側面上に堆積する誘電体膜に切れ目（段切れ）が生じないため、リフトオフを実現することができない。
【００７４】
ＥＣＲプラズマスパッタを用いる他の利点は、高純度化が比較的に可能な金属ターゲット、例えばＺｒ，Ｔａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｎｂ及びＴｉ等を選択できることから、種々の材料への適応性に優れる点である。従って、例えばＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＡｌＮ、ＴｉＯ2及びＴｉＮ等を高品質に堆積することが可能となる。
【００７５】
以上２つの利点により、ＥＣＲスパッタ法による誘電体膜の堆積は必須であるといえる。なお、ＥＣＲプラズマスパッタ法に代えて、マグネトロンスパッタ法又はパルスレーザデポジション法を用いることができる。
【００７６】
以上説明したように、第１の実施形態に係るリッジ型窒化物半導体レーザ装置によると、ｐ型クラッド層８の少なくともリッジ部８ａの側面上及びその外側領域に形成する電流狭窄機能を持たせた誘電体膜を３層構造とすることにより、誘電体膜を１層のみにより形成する場合と比べて、リッジ部８ａの内側及び外側での実効屈折率差を小さくすることができる。
【００７７】
また、２層目の第２の誘電体膜１２に、Ｓｉのようにレーザ光を吸収する材料を用いることにより、基本モードと高次モードとの利得差を増大させることができる。
【００７８】
さらに、３層目の第３の誘電体膜１３に、Ｎｂ2Ｏ5のように、Ｐ側電極１０に対して密着性が高い材料を使用することにより、安定したプロセスを実現できる。その結果、高出力特性を実現できる安定した横モード特性を有し、高い歩留まりのリッジ導波型半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【００７９】
なお、図６（ｂ）に示す工程において、Ｐ側電極１０に含まれるアルミニウム層をエッチングしてリフトオフを行なう際に塩酸系エッチャントを用いたが、これに限られない。例えば、Ｐ側電極１０の第２の金属積層膜の下層にチタンを用いた場合にはフッ酸系エッチャントを使用し、下層にニッケルを用いた場合には硝酸系エッチャントを使用すればよい。
【００８０】
（第１の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【００８１】
図１１は本発明の第１の実施形態の一変形例に係るＧａＮ系半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１１において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８２】
図１１に示すように、本変形例に係る半導体レーザ装置は、ｎ側電極１４をｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層３に形成するのに代えて、ｎ型ＧａＮからなる基板１における低温成長バッファ層２の反対側の面（裏面）上に形成している。
【００８３】
これにより、ｎ型コンタクト層３をエッチングする工程と、ｎ型コンタクト層３の露出面上に堆積した第１の誘電体膜１１、第２の誘電体膜１２及び第３の誘電体膜１３にｎ側電極形成用の開口部を形成する工程とを省くことができる。さらには、半導体レーザ装置自体のチップ面積をも小さくすることができる。
【００８４】
製造上の他の相違点は、基板１の裏面にｎ側電極１４を形成する前に、基板１の直列抵抗を低減するために、該基板１の裏面を研磨してその厚さを１００μｍ〜１５０μｍ程度にまで薄膜化する点である。
【００８５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
図１２は本発明の第２の実施形態に係るＧａＮ系半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１２において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８７】
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置は、ｐ側電極の形成方法が第１の実施形態と異なる。すなわち、第１の実施形態においては、ｐ側電極１０をあらかじめ電極用の第１の金属積層膜とリフトオフ用の第２の金属積層膜とを含めて形成したが、第２の実施形態においては、リフトオフ用の金属積層膜を先に形成し、３層からなる誘電体膜をリフトオフした後、ｐ側電極形成用の金属積層膜を形成する。
【００８８】
図１２に示すように、ｐ側電極１７は、ｐ型クラッド層８のリッジ部８ａの上に形成されたｐ型コンタクト層９の上面だけでなく、第３の誘電体膜１３の上にリッジ部８ａの側方部分をも覆うように形成されている。
【００８９】
以下、前記のように構成された半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図１３（ａ）〜図１３（ｅ）及び図１４（ａ）〜図１４（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００９１】
まず、図１３（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮからなる基板１の主面上に、ＡｌＧａＮからなる低温成長バッファ層２を形成する。続いて、成長温度を１０００℃として、低温成長バッファ層２の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層３、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｎ型クラッド層４、ｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層５、ＭＱＷ活性層６、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層７、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐ型クラッド層８及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層９を順次成長により形成する。
【００９２】
次に、図１３（ｂ）に示すように、リソグラフィにより、ｐ型コンタクト層９の上におけるレーザ構造形成領域をマスクする第１のレジストパターン２０１を形成する。続いて、形成した第１のレジストパターン２０１をマスクとして、塩素を主成分とするエッチングガスを用いた反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、ｎ型コンタクト層３の一部を露出する。
【００９３】
次に、図１３（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン２０１をアッシングにより除去した後、再度、リソグラフィにより、ｎ型コンタクト層３の露出面を含むｐ型コンタクト層９の上にレジスト膜を塗布し、続いて、塗布したレジスト膜からリッジ部形成領域に開口部を有する第２のレジストパターン２０２を形成する。続いて、例えば蒸着法により、形成した第２のレジストパターン２０２の上に、後工程で成膜する誘電体膜をリフトオフするための、例えばアルミニウム（Ａｌ）とニッケル（Ｎｉ）とを積層してなるリフトオフメタル膜１６を形成する。第１の実施形態において説明したように、導波路の幅（リッジ幅）は１．０μｍ以上で且つ４．０μｍ以下の範囲に設定する必要があり、本実施形態においても１．６μｍとしている。また、リフトオフメタル膜１６の最下層は、Ｎｉ又はＡｌとし、特にＡｌからなることが好ましい。この材料選択により、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによって、リフトオフメタル膜１６の除去が可能となる。
【００９４】
次に、図１３（ｄ）に示すように、アセトン等の有機溶剤を用いたリフトオフ法によって、第２のレジストパターン２０２と該第２のレジストパターン２０２上に堆積したリフトオフメタル膜１６を除去することにより、ｐ型コンタクト層９上におけるリッジ部形成領域にリフトオフメタル膜１６を形成する。
【００９５】
次に、図１３（ｅ）に示すように、塩素を主成分とする反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、リフトオフメタル膜１６の上部を構成するニッケル部分をマスクとして、ｐ型クラッド層８の一部をリッジ状にエッチングしてリッジ部８ａを形成する。また、ここでは、ｐ型クラッド層８におけるリッジ部８ａ以外の領域に残す部分の厚さ（残し膜厚）は１８０ｎｍとしている。
【００９６】
次に、図１４（ａ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマによるスパッタ法を用いて、リフトオフメタル膜１６を含めエッチングにより露出されたｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層３の上面、さらにはｐ型光ガイド層７等の半導体積層体の側面上に、膜厚が４０ｎｍのＳｉＯ2 からなる第１の誘電体膜１１、膜厚が３０ｎｍのＳｉからなる第２の誘電体膜１２及び膜厚が４０ｎｍのＮｂ2Ｏ5からなる第３の誘電体膜１３を順次堆積する。
【００９７】
次に、図１４（ｂ）に示すように、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによって、リフトオフメタル膜１６と、該リフトオフメタル膜１６上に堆積した第１の誘電体膜１１、第２の誘電体膜１２及び第３の誘電体膜１３を除去する。このリフトオフ工程において、リフトオフを行なう前はリフトオフメタル膜１６を構成するニッケル又はアルミニウムが表面に出ているため銀色をしているが、リフトオフを行なった後はニッケル及びアルミニウムが除去されてｐ型コンタクト層９が露出する。これにより、リフトオフ工程の前後で色の変化によるリフトオフの実施の有無の確認を容易に行なうことができる。従って、リフトオフメタル膜１６の上に堆積した各誘電体膜１１、１２及び１３をリフトオフする際の歩留まりが向上する。
【００９８】
次に、リソグラフィにより、ｐ型コンタクト層９を含む第３の誘電体膜１３の上に、ｐ側電極形成領域を開口するレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、開口部を含むレジストパターンの上に、パラジウム（Ｐｄ）及び金（Ａｕ）からなるｐ側電極形成膜を堆積し、その後、アセトン等の有機溶剤を用いてレジストパターンをリフトオフすることにより、図１４（ｃ）に示すように、ｐ型コンタクト層９及び第３の誘電体膜１３上のリッジ部８ａの側方部分に跨るｐ側電極１７を形成する。このように、ｐ側電極１７の最下層には、Ｐｄの他にＮｉ又はＰｔを用いることが好ましい。これにより、ｐ側電極１７とｐ型コンタクト層９とのコンタクト抵抗を低減することが可能となる。
【００９９】
次に、リソグラフィにより、第３の誘電体膜１３の上に、ｎ型コンタクト層３におけるｎ側電極形成領域を開口するレジストパターン（図示せず）を形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）及びウエットエッチングにより、各誘電体膜１１、１２及び１３に開口部を形成する。続いて、開口部を含むレジストパターンの上にｎ側電極形成膜を堆積し、その後、アセトン等の有機溶剤を用いてレジストパターンをリフトオフすることにより、図１４（ｄ）に示すように、ｎ型コンタクト層３の上に、例えばチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなるｎ側電極１４を形成する。
【０１００】
次に、図１４（ｅ）に示すように、リソグラフィにより、ｐ側電極１７及びｎ側電極１４をそれぞれ露出する開口部を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、開口部を含むレジストパターンの上に、例えばチタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる配線電極形成用金属膜を堆積する。続いて、アセトン等の有機溶剤を用いて配線電極形成用金属膜をリフトオフすることにより、ｐ側電極１７及びｎ側電極１４の上にそれぞれ配線電極１５を形成する。
【０１０１】
以上のように作製された半導体レーザ装置において、ｎ側電極１４上に形成された一方の配線電極１５を接地し、ｐ側電極１７上に形成された他方の配線電極１５に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６にキャリアが注入され、該ＭＱＷ活性層６において光学利得が生じ、発振波長が４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。なお、ＭＱＷ活性層６を構成する窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）の組成及び膜厚により、発振波長を変化させることができる。
【０１０２】
また、第２の実施形態に係る製造方法は、図１３（ｃ）に示すｐ型クラッド層８のリッジ部８ａのマスク形成工程において、従来のストライプ状のレジストパターンではなく、第２のレジストパターン２０２のように反転ストライプパターンを用いて、リフトオフメタル膜１６をリフトオフすることにより形成する。さらに、リフトオフメタル膜１６の上部を構成するニッケルをマスクとして用いることにより、ドライエッチング時の選択比が高く、ニッケルからなるマスクの後退がほとんどないため、レジストマスクを使用する場合と比較して、ストライプ（リッジ）幅の制御性が向上する。
【０１０３】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係るリッジ型窒化物半導体レーザ装置によると、ｐ型クラッド層８の少なくともリッジ部８ａの側面上及びその外側領域に形成する電流狭窄機能を持たせた誘電体膜を３層構造とすることにより、誘電体膜を１層のみで形成する場合と比べて、リッジ部８ａの内側及び外側での実効屈折率差を小さくすることができる。
【０１０４】
また、２層目の第２の誘電体膜１２に、Ｓｉのようにレーザ光を吸収する材料を用いることにより、基本モードと高次モードとの利得差を増大させることができる。
【０１０５】
さらに、３層目の第３の誘電体膜１３に、Ｎｂ2Ｏ5のように、Ｐ側電極１０に対して密着性が高い材料を使用することにより、安定したプロセスを実現できる。その結果、高出力特性を実現できる安定した横モード特性を有し、高い歩留まりのリッジ導波型半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【０１０６】
なお、図１４（ｃ）に示す工程において、リフトオフメタル膜１６に含まれるアルミニウム層をエッチングしてリフトオフを行なう際に塩酸系エッチャントを用いたが、これに限られない。例えば、リフトオフメタル膜１６の下層にチタンを含めた場合にはフッ酸系エッチャントを使用し、下層にニッケルを用いた場合には硝酸系エッチャントを使用すればよい。
【０１０７】
また、第２の実施形態においても、第１の実施形態の一変形例のように、ｎ側電極１４を基板１の裏面に形成してもよい。
【０１０８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０９】
図１５は本発明の第３の実施形態に係るＧａＮ系半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１５において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１１０】
第３の実施形態に係る半導体レーザ装置は、リッジ部８ａの外側部分を覆う誘電体積層膜を第１の誘電体膜１１と第２の誘電体膜１２との２層構造としている点が第１の実施形態と異なる。
【０１１１】
第３の実施形態においては、第１の誘電体膜１１には、導波損失をできるだけ小さくするために、発振波長に対して小さい吸収を有する材料を用いると共に、光を導波路の内部に閉じ込めるために、ＧａＮの屈折率（２．５４）よりも低い屈折率を有する誘電体を用いる必要がある。従って、第３の実施形態においては、膜厚が４０ｎｍで屈折率が１．８２である酸化ガリウム（Ｇａ2Ｏ3）を用いている。これにより、高次モードの利得が低減して、基本モードと高次モードとの利得差を増大させることができる。その結果、ホールバーニングが抑制され、キンクの発生レベルの低下を抑制することができる。
【０１１２】
第２の誘電体膜１２には、該第２の誘電体膜１２上に形成される配線電極１５との密着性が良く、且つ、高出力特性すなわちキンクの発生レベルの上昇を実現するため、導波路の内部と外部との屈折率差をできるだけ小さくする（導波路の外側での実効屈折率差を増大させる）ような、屈折率が大きい誘電体膜を適用する必要がある。従って、第３の実施形態においては、膜厚が３０ｎｍで屈折率が２．２２である酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）を用いている。
【０１１３】
ここで、各誘電体膜１１及び１２に適用可能な材料として、以下に示すような組み合わせがある。
【０１１４】
例えば、第１の誘電体膜１１には、発振波長に対して吸収を有するＧａ2Ｏ3、ＴｉＯ2 又はＡｌＮを用いることができる。第２の誘電体膜１２には、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＺｒＯ2 、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5又はＡｌ2Ｏ3を用いることができる。これらのうち、第１の誘電体膜１１の屈折率をＮ1 とし、第２の誘電体膜１２の屈折率をＮ2 とすると、Ｎ1 ＜Ｎ2 を満たす材料を選択することが好ましい。より好ましくは、第１の誘電体膜１１／第２の誘電体膜１２の順に組み合わせを表記すると、Ｇａ2Ｏ3／ＺｒＯ2 、Ｇａ2Ｏ3／Ｔａ2Ｏ5、Ｇａ2Ｏ3／Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2 ／ＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 ／Ｔａ2Ｏ5、及びＴｉＯ2 ／Ｎｂ2Ｏ5の組み合わせである。
【０１１５】
さらに、他の組み合わせとして、例えば、第１の誘電体膜１１には、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＺｒＯ2 、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5又はＡｌ2Ｏ3を用いることができる。このとき、第２の誘電体膜１２には、発振波長に対して吸収を有するＧａ2Ｏ3、ＴｉＯ2 、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ又はＳｉを用いることができる。これらのうち、第１の誘電体膜１１の屈折率をＮ1 とし、第２の誘電体膜１２の屈折率をＮ2 とすると、Ｎ1 ＜Ｎ2 を満たす材料を選択することが好ましい。より好ましくは、第１の誘電体膜１１／第２の誘電体膜１２の順に組み合わせを表記すると、ＳｉＯ2 ／Ｓｉ、ＳｉＯ2 ／ＴｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3／ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 ／Ｓｉ、Ｔａ2Ｏ5／Ｓｉ、Ｎｂ2Ｏ5／Ｓｉの組み合わせである。
【０１１６】
なお、２層からなる誘電体膜１１及び１２の総膜厚は、例えば３０ｍＷ時の動作電流において導波損失が５％以内とするために２０ｎｍ以上且つ２００ｎｍ以下であることが必要であり、ここでは７０ｎｍとしている。
【０１１７】
以下、前記のように構成された半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１１８】
図１６（ａ）〜図１６（ｄ）及び図１７（ａ）〜図１７（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０１１９】
まず、図１６（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＮからなる基板１の主面上に、ＡｌＧａＮからなる低温成長バッファ層２を形成する。続いて、成長温度を１０００℃として、低温成長バッファ層２の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層３、ｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｎ型クラッド層４、ｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層５、ＭＱＷ活性層６、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層７、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐ型クラッド層８及びｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層９を順次成長により形成する。
【０１２０】
次に、図１６（ｂ）に示すように、リソグラフィにより、ｐ型コンタクト層９の上におけるレーザ構造形成領域をマスクする第１のレジストパターン２０１を形成する。続いて、形成した第１のレジストパターン２０１をマスクとして、塩素を主成分とするエッチングガスを用いた反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、ｎ型コンタクト層３の一部を露出する。
【０１２１】
次に、図１６（ｃ）に示すように、第１のレジストパターン２０１をアッシングにより除去した後、再度、リソグラフィにより、ｎ型コンタクト層３の露出面を含むｐ型コンタクト層９の上にレジスト膜を塗布し、続いて、塗布したレジスト膜からリッジ部形成領域に開口部を有する第２のレジストパターン２０２を形成する。続いて、例えば蒸着法により、形成した第２のレジストパターン２０２の上に、ｐ型コンタクト層９と導通を図るための、例えばパラジウム（Ｐｄ）と金（Ａｕ）とを積層してなる第１の金属積層膜と、該第１の金属積層膜の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）とニッケル（Ｎｉ）とを積層してなる第２の金属積層膜とを含むＰ側電極１０を形成する。第１の実施形態において説明したように、導波路の幅（リッジ幅）は１．０μｍ以上で且つ４．０μｍ以下の範囲に設定する必要があり、本実施形態においても１．６μｍとしている。
【０１２２】
また、Ｐ側電極１０の下部を構成する第１の金属積層膜のうちの最下層には、パラジウム（Ｐｄ）に限られず、ニッケル（Ｎｉ）又は白金（Ｐｔ）を用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、Ｐ側電極１０とｐ型コンタクト層９とのコンタクト抵抗を低減することができる。
【０１２３】
次に、図１６（ｄ）に示すように、アセトン等の有機溶剤を用いたリフトオフ法によって、第２のレジストパターン２０２と該第２のレジストパターン２０２上に堆積したＰ側電極形成用の金属積層膜を除去することにより、ｐ型コンタクト層９上におけるリッジ部形成領域にＰ側電極１０を形成する。
【０１２４】
次に、図１７（ａ）に示すように、塩素を主成分とする反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）により、Ｐ側電極１０の上部を構成する第２の金属積層膜のうちの最上層に堆積されたニッケル部分をマスクとして、ｐ型クラッド層８の一部をリッジ状にエッチングしてリッジ部８ａを形成する。また、ここでは、ｐ型クラッド層８におけるリッジ部８ａ以外の領域に残す部分の厚さ（残し膜厚）は、空間的ホールバーニングを抑えた安定した横モード特性を実現するために１８０ｎｍとしている。
【０１２５】
次に、図１７（ｂ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴(ＥＣＲ）プラズマによるスパッタ法を用いて、ｐ側電極１０を含めエッチングにより露出されたｐ型クラッド層８及びｐ型コンタクト層３の上面、さらにはｐ型光ガイド層７等の半導体積層体の側面上に、膜厚が４０ｎｍのＧａ2Ｏ3からなる第１の誘電体膜１２及び膜厚が３０ｎｍのＺｒＯ2からなる第２の誘電体膜１２を順次堆積する。ここでは、第１の誘電体膜１１の堆積時には、酸素雰囲気でターゲット材にガリウムを用い、第２の誘電体膜１２の堆積時には、酸素雰囲気でターゲット材にジルコニウムを用いる。
【０１２６】
次に、図１７（ｃ）に示すように、塩酸系エッチャントを用いたリフトオフによって、Ｐ側電極１０のうちのアルミニウムとニッケルとからなる第２の金属積層膜と、該第２の金属積層膜上に堆積し第１の誘電体膜１１及び第２の誘電体膜１２を除去する。このリフトオフ工程において、リフトオフを行なう前は第２の金属積層膜を構成するニッケル又はアルミニウムが表面に出ているため、ｐ側電極１０は銀色をしているが、リフトオフを行なった後はニッケル及びアルミニウムが除去されて、第１の金属積層膜を構成する金が露出する。これにより、リフトオフ工程の前後で色の変化によるリフトオフの実施の有無の確認を容易に行なうことができる。従って、ｐ側電極１０の上に堆積した各誘電体膜１１及び１２をリフトオフする際の歩留まりが向上する。
【０１２７】
次に、リソグラフィにより、第２の誘電体膜１１の上に、ｎ型コンタクト層３におけるｎ側電極形成領域を開口するレジストパターン（図示せず）を形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）及びウエットエッチングにより、各誘電体膜１１及び１２に開口部を形成する。続いて、開口部を含むレジストパターンの上にｎ側電極形成膜を堆積し、その後、アセトン等の有機溶剤を用いてレジストパターンをリフトオフすることにより、図１７（ｄ）に示すように、ｎ型コンタクト層３の上に、例えばチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなるｎ側電極１４を形成する。ここで、各誘電体膜１１及び１２に対するエッチング方法は、第１の誘電体膜１１及び第２の誘電体膜１２の材料により異なるが、本実施形態においては、フッ素系ガスを用いた反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）又はバッファードフッ酸を用いて、Ｇａ2Ｏ3 、及びＺｒＯ2のエッチングを行なう。
【０１２８】
次に、図１７（ｅ）に示すように、リソグラフィにより、ｐ側電極１０及びｎ側電極１４をそれぞれ露出する開口部を有するレジストパターン（図示せず）を形成し、開口部を含むレジストパターンの上に、例えばチタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜からなる配線電極形成用金属膜を堆積する。続いて、アセトン等の有機溶剤を用いて配線電極形成用金属膜をリフトオフすることにより、ｐ側電極１０及びｎ側電極１４の上にそれぞれ配線電極１５を形成する。
【０１２９】
以上のように作製された半導体レーザ装置において、ｎ側電極１４上に形成された一方の配線電極１５を接地し、ｐ側電極１０上に形成された他方の配線電極１５に電圧を印加すると、ＭＱＷ活性層６にキャリアが注入され、該ＭＱＷ活性層６において光学利得が生じ、発振波長が４００ｎｍ付近においてレーザ発振を起こす。なお、ＭＱＷ活性層６を構成する窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）の組成及び膜厚により、発振波長を変化させることができる。
【０１３０】
また、第３の実施形態に係る製造方法は、第１の実施形態と同様に、図１６（ｃ）に示すｐ型クラッド層８のリッジ部８ａのマスク形成工程において、従来のストライプ状のレジストパターンではなく、第２のレジストパターン２０２のように反転ストライプパターンを用いて、ｐ側電極１０をリフトオフすることにより形成する。さらに、ｐ側電極１０の上部を構成するニッケルをマスクとして用いることにより、ドライエッチング時の選択比が高く、ニッケルからなるマスクの後退がほとんどないため、レジストマスクを使用する場合と比較して、ストライプ（リッジ）幅の制御性が向上する。このため、ストライプ幅が小さいことによりキンクの発生レベルが上昇し、さらにストライプ幅を安定して制御できることにより、高いキンクの発生レベルを維持することができる。これにより、高出力特性を有する半導体レーザ装置を実現することが可能となる。
【０１３１】
以上説明したように、本発明の第３の実施形態に係るリッジ型窒化物半導体レーザ装置によると、ｐ型クラッド層８の少なくともリッジ部８ａの側面上及びその外側領域に形成する電流狭窄機能を持たせた誘電体膜を２層構造とすることにより、誘電体膜を１層のみで形成する場合と比べて、リッジ部８ａの内側及び外側での実効屈折率差を小さくすることができる。
【０１３２】
また、１層目の第１の誘電体膜１１に、Ｇａ2Ｏ3のようにレーザ光の吸収係数が小さい材料を用いることにより、基本モードと高次モードとの利得差を増大させることができる。
【０１３３】
さらに、２層目の第２の誘電体膜１２に、ＺｒＯ2 のように、Ｐ側電極１０に対して密着性が高い材料を使用することにより、安定したプロセスを実現できる。その結果、高出力特性を実現できる安定した横モード特性を有し、高い歩留まりのリッジ導波型半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【０１３４】
なお、図１７（ｃ）に示す工程において、Ｐ側電極１０に含まれるアルミニウム層をエッチングしてリフトオフを行なう際に塩酸系エッチャントを用いたが、これに限られない。例えば、Ｐ側電極１０の第２の金属積層膜の下層にチタンを用いた場合にはフッ酸系エッチャントを使用し、下層にニッケルを用いた場合には硝酸系エッチャントを使用すればよい。
【０１３５】
また、第３の実施形態においても、第１の実施形態の一変形例のように、ｎ側電極１４を基板１の裏面に形成してもよい。
【０１３６】
また、第１〜第３の各実施形においては、基板１に窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いる例を示したが、例えば、サファイア基板、ＧａＮ若しくはサファイア基板上にＥＬＯＧ（Epitaxial Lateral Over Growth）又はＡＢＬＥＧ（Air Bridge Lateral Epitaxial Growth）成長により転位欠陥を減らした低転位基板、レーザリフトオフ法によりサファイア基板を除去したＧａＮテンプレート基板、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板を用いても同様の効果を得ることができる。また、ＧａＡｓ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ3 ）、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ3 ）又はＳｉ等からなる基板を用いてもよい。
【０１３７】
また、各実施形態においては、ＧａＮ系半導体レーザ装置を例に採って説明したが、他の材料、例えばＡｌＧａＩｎＰ系半導体、ＡｌＧａＡｓ系半導体又はＩｎＧａＡｓＰ系半導体を用いた半導体レーザ装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法は、電流狭窄用のリッジ部を覆う誘電体膜を異なる組成を持つ積層構造とすることにより、密着性に優れ且つ安定した横モード特性を実現でき、所望の出力特性を得られるという効果を有し、光ディスクシステム等の光情報処理装置に用いられる光ピックアップ光源用の高出力が可能な半導体レーザ装置及びその製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性を従来例と比較したグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）特性を表わすグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における動作電流を狭窄する誘電体膜の膜厚に対する動作電流値の関係を表わすグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における導波路の幅（リッジ幅）及びクラッド層の残し膜厚の関係と設計範囲とを表わすグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法であって、ＥＣＲスパッタ法を用いた場合のリッジ部及びその近傍に堆積する誘電体膜の断面形状を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法であって、ＥＣＲスパッタ法を用いた場合のリッジ部及びその近傍に堆積する誘電体膜の他の断面形状を模式的に示す図である。
【図１０】比較用であって、プラズマＣＶＤ法を用いた場合のリッジ部及びその近傍に堆積する誘電体膜の断面形状を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図１８】従来のＧａＮ系半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１    基板
２    低温成長バッファ層
３    ｎ型コンタクト層
４    ｎ型クラッド層
５    ｎ型光ガイド層
６    多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層（発光層）
７    ｐ型光ガイド層
８    ｐ型クラッド層（半導体層）
８ａ  リッジ部
９    ｐ型コンタクト層
１０  ｐ側電極
１１  第１の誘電体膜
１２  第２の誘電体膜
１３  第３の誘電体膜
１４  ｎ側電極
１５  配線電極
１６  リフトオフメタル膜
１７  ｐ側電極
２０１  第１のレジストパターン
２０２  第２のレジストパターン
【図１】
0004814538.tif 000003
【図２】
0004814538.tif 000004
【図３】
0004814538.tif 000005
【図４】
0004814538.tif 000006
【図５】
0004814538.tif 000007
【図６】
0004814538.tif 000008
【図７】
0004814538.tif 000009
【図８】
0004814538.tif 000010
【図９】
0004814538.tif 000011
【図１０】
0004814538.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
0004814538.tif 000014
【図１３】
0004814538.tif 000015
【図１４】
0004814538.tif 000016
【図１５】
0004814538.tif 000017
【図１６】
0004814538.tif 000018
【図１７】
0004814538.tif 000019
【図１８】
0004814538.tif 000020