(57)【要約】【課題】好ましい誘電体多層膜を端面に備える半導体レーザ装置を製造する方法を提供する。【解決手段】本発明の製造方法は、基板１１上に、活性層を含む半導体多層膜２０を形成する工程（ｉ）と、半導体多層膜２０をエッチングすることによって、外側に向かって凸の曲面を有するように第１および第２の端面を露出させる工程（ii）と、気相成長法によって第２の端面２４ｂに反射膜１５（誘電体多層膜）を堆積させる工程（iii）とを含む。  工程（iii）は、半導体多層膜２０の上面側を第１の板７１で押さえ、基板１１の裏面側を第２の板７２で押さえた状態であって、且つ第２の端面２４ｂが第１の板７１よりも距離Ｈ（２０μｍ以上）突出した状態で行われる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１および第２の端面を備え、前記第１の端面からレーザ光を出射する半導体レーザ装置の製造方法であって、
（ｉ）基板上に、活性層を含む半導体多層膜を形成する工程と、
（ii）前記半導体多層膜をエッチングすることによって、外側に向かって凸の曲面を有するように前記第１および第２の端面を露出させる工程と、
（iii）気相成長法によって前記第２の端面に誘電体膜（Ａ）を堆積させる工程とを含み、
前記（iii）の工程は、前記半導体多層膜の上面側を第１の板で押さえ、前記基板の裏面側を第２の板で押さえた状態であって、且つ前記第２の端面が前記第１の板よりも２０μｍ以上突出した状態で行われる半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２】
前記（iii）の工程で行われる前記気相成長法がプラズマＣＶＤ法であり、前記第２の端面がプラズマ領域に向かって配置された状態で、前記誘電体膜（Ａ）を堆積させる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記（ii）の工程ののちであって前記（iii）の工程の前または後に、（ａ）気相成長法によって前記第１の端面に誘電体膜（Ｂ）を堆積させる工程をさらに含み、
前記（ａ）の工程は、前記半導体多層膜の上面側を第１の板で押さえ、前記基板の裏面側を第２の板で押さえた状態であって、且つ前記第１の端面が前記第１の板よりも２０μｍ以上突出した状態で行われる請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記誘電体膜（Ａ）および前記誘電体膜（Ｂ）が共に反射膜である請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記誘電体膜（Ａ）および前記誘電体膜（Ｂ）が共に複数の誘電体層からなる誘電体多層膜である請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法で製造された半導体レーザ装置。
【請求項７】
第１および第２のレーザ光を出射する半導体レーザ装置と光検出器とを備える半導体レーザジャイロであって、
前記光検出器は、前記第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されており、
前記半導体レーザ装置が請求項６に記載の半導体レーザ装置である半導体レーザジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法、ならびにそれを用いた半導体レーザジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、平面形状がスタジアム状である共振器を備える半導体レーザ装置が知られている（特許文献１）。この半導体レーザ装置では、外側にふくらんだ形状を有する端面から複数のレーザ光が出射される。この半導体装置の端面に所望の反射率を有するミラーを形成する場合、そのミラーは、所定の厚さの誘電体層を端面の上に積層することによって形成される。
【特許文献１】特開２００４−２３５３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の方法では、均一な厚さの誘電体層を曲面に形成することが難しいため、設計通りの特性を有するミラーを形成することが難しかった。
【０００４】
このような状況において、本発明の目的の１つは、好ましい誘電体膜を端面に備える半導体レーザ装置を製造する方法を提供することである。また、本発明の目的の１つは、好ましい誘電体膜を端面に備える半導体レーザ装置、およびそれを用いた半導体レーザジャイロを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、互いに対向する第１および第２の端面を備え、前記第１の端面からレーザ光を出射する半導体レーザ装置を製造するための本発明の方法は、
（ｉ）基板上に、活性層を含む半導体多層膜を形成する工程と、
（ii）前記半導体多層膜をエッチングすることによって、外側に向かって凸の曲面を有するように前記第１および第２の端面を露出させる工程と、
（iii）気相成長法によって前記第２の端面に誘電体膜（Ａ）を堆積させる工程とを含む。そして、前記（iii）の工程は、前記半導体多層膜の上面側を第１の板で押さえ、前記基板の裏面側を第２の板で押さえた状態であって、且つ前記第２の端面が前記第１の板よりも２０μｍ以上突出した状態で行われる。
【０００６】
本発明の製造方法で製造された半導体レーザ装置は、本発明の半導体レーザ装置の一例である。
【０００７】
また、別の観点では、本発明の半導体レーザ装置は、活性層を含む半導体多層膜を備える半導体レーザ装置であって、前記活性層は、互いに対向する第１および第２の端面と、互いに対向する第３および第４の端面とを有し、前記第１および第２の端面は外側に向かって凸の曲面であり、前記第１、第２、第３および第４の端面は、それぞれ、仮想の菱形の第１、第２、第３および第４の頂点の位置に存在し、前記半導体多層膜の表面のうち、前記第１の頂点と前記第２の頂点とを結ぶ対角線に垂直であって前記第２の頂点に接する仮想の第１の平面と、前記第１の平面を前記第１の頂点側に２０μｍ平行移動させた仮想の第２の平面との間に存在する表面の全体に誘電体膜（Ａ）が形成されている。
【０００８】
上記本発明の半導体レーザ装置では、前記仮想の菱形の辺に沿って時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１）の一部が、前記第１の端面から第１のレーザ光として出射され、前記仮想の菱形の辺に沿って反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ２）の一部が、前記第１の端面から第２のレーザ光として出射される。
【０００９】
また、本発明の半導体レーザジャイロは、第１および第２のレーザ光を出射する半導体レーザ装置と光検出器とを備える半導体レーザジャイロであって、前記光検出器は、前記第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されており、前記半導体レーザ装置が、第１および第２のレーザ光を出射する上記本発明の半導体レーザ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、好ましい誘電体膜を端面に備える半導体レーザ装置、およびそれを用いた半導体レーザジャイロが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について例を挙げて説明する。ただし、本発明は以下で述べる例には限定されない。
【００１２】
［半導体レーザ装置の製造方法］
本発明の方法は、互いに対向する第１および第２の端面を備え、その第１の端面からレーザ光を出射する半導体レーザ装置を製造する方法である。この半導体レーザ装置は、活性層と活性層の両側に配置された光閉じ込め層とによって構成される共振器（キャビティー）を備える。
【００１３】
この共振器の平面形状は、長方形の短辺を外側にふくらませた形状を有する第１の領域を含む。外側にふくらんだ短辺の部分が、第１および第２の端面の部分となる。共振器の形状は後述する。
【００１４】
この製造方法では、工程（ｉ）において、基板上に、活性層を含む半導体多層膜を形成する。半導体多層膜は、活性層の両側に配置された光閉じ込め層を含む。光閉じ込め層は、活性層よりも屈折率が低いクラッド層を含む。活性層の構造に限定はなく、単一の量子井戸型の活性層であってもよいし、多重量子井戸型の活性層であってもよい。また、量子ドットや量子細線を用いた活性層であってもよい。
【００１５】
活性層を構成する材料は、出力させるレーザ光の波長に応じて選択すればよい。たとえば、１２００ｎｍよりも長い波長のレーザ光を出射させる場合には、ＩｎＰ基板上に形成されたＧａＩｎＡｓＰを用いてもよい。また、波長が７８０ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲のレーザ光を出射させる場合には、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓを用いてもよい。また、波長が６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲のレーザ光を出射させる場合には、ＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰを用いてもよい。また、青色の波長域のレーザ光を出射させる場合には、ＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮを用いてもよい。
【００１６】
半導体多層膜の形成方法に限定はなく、半導体装置の製造方法で用いられる一般的な方法を適用できる。
【００１７】
次に、半導体多層膜をエッチングすることによって、外側に向かって凸の曲面を有するように第１および第２の端面を露出させる（工程（ii））。このとき、半導体多層膜は、エッチングによって露出するその端面が、基板表面に対してほぼ垂直になるようにエッチングされる。このエッチングによって、半導体多層膜を所定の共振器の形状にする。エッチングの方法に限定はなく、半導体装置の製造方法で用いられている一般的な方法を適用できる。
【００１８】
次に、気相成長法によって第２の端面に誘電体膜（Ａ）を堆積させる（工程（iii））。この工程（iii）は、半導体多層膜の上面側を第１の板で押さえ、基板の裏面側を第２の板で押さえた状態であって、且つ第２の端面が第１の板よりも２０μｍ以上（たとえば２５μｍ以上、または３０μｍ以上、または４０μｍ以上）突出した状態で行われる。
【００１９】
本発明の製造方法では、工程（ii）ののちであって工程（iii）の前または後に、気相成長法によって第１の端面に誘電体膜（Ｂ）を堆積させる工程（ａ）を行ってもよい。この工程（ａ）は、半導体多層膜の上面側を第１の板で押さえ、基板の裏面側を第２の板で押さえた状態であって、且つ第１の端面が第１の板よりも２０μｍ以上（たとえば２５μｍ以上、または３０μｍ以上、または４０μｍ以上）突出した状態で行われる。
【００２０】
誘電体膜（Ａ）および（Ｂ）の成膜方法に限定はなく、半導体装置の製造方法で用いられる一般的な気相成長法を適用できる。この気相成長法は、化学的気相成長法であってもよいし、物理的気相成長法であってもよい。化学的気相成長法としては、たとえば、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などのＣＶＤ法を用いてもよい。また、物理的気相成長法としては、たとえば、電子線スパッタ法や、ＥＣＲプラズマスパッタ法などのスパッタ法や、真空蒸着法を用いてもよい。
【００２１】
誘電体膜（Ａ）は反射膜または反射防止膜である。誘電体膜（Ａ）は、複数の誘電体層からなる誘電体多層膜であってもよいし、単層の誘電体層であってもよい。誘電体膜（Ｂ）は、反射膜または反射防止膜である。誘電体膜（Ｂ）は、複数の誘電体層からなる誘電体多層膜であってもよいし、単層の誘電体層であってもよい。誘電体膜（Ａ）および誘電体膜（Ｂ）は、共に反射膜であってもよい。また、誘電体膜（Ａ）が反射膜であり、誘電体膜（Ｂ）が反射防止膜であってもよい。いずれの場合においても、誘電体膜（Ａ）および誘電体膜（Ｂ）が共に複数の誘電体層からなる誘電体多層膜であってもよいし、共に単層の誘電体層であってもよいし、一方が複数の誘電体層からなる誘電体多層膜で他方が単層の誘電体層であってもよい。
【００２２】
反射膜または反射防止膜として機能する誘電体膜の構造には、反射膜または反射防止膜として公知の構造を適用できる。たとえば、高反射膜として機能する誘電体膜は、レーザ光の波長λにおける屈折率がｎＨで厚さがλ／４ｎＨである高屈折率層と、波長λにおける屈折率がｎＬで厚さがλ／４ｎＬである低屈折率層とを交互に複数層積層した構造を有してもよい。高屈折率層の材料には、たとえば、アモルファスシリコン（以下、「α−Ｓｉ層」と記載する場合がある）や、ＴｉＯ2を用いることができる。低屈折率層の材料には、たとえば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3などを用いることができる。
【００２３】
また、反射防止膜として機能する誘電体膜には、たとえば、厚さがλ／４ｎ（ｎはレーザ光の波長λにおける層の屈折率である）の単層膜を用いてもよい。また、反射防止膜として、高屈折率層（波長λにおける屈折率：ｎＨ）と低屈折率層（波長λにおける屈折率：ｎＬ）とを、低屈折率層（厚さ：λ／４ｎＬ）、高屈折率層（厚さ：λ／２ｎＨ）、低屈折率層（厚さ：λ／４ｎＬ）の順で積層した誘電体多層膜を用いてもよい。この誘電体多層膜によれば、広い波長帯域にわたって反射防止の効果が得られる。
【００２４】
誘電体膜（Ａ）は、誘電体膜（Ａ）を構成する材料物質が飛来する方向に第２の端面を向けた状態で形成される。たとえば、プラズマＣＶＤ法で誘電体膜（Ａ）を形成する場合、第２の端面がプラズマ領域に向かって配置された状態で、誘電体膜（Ａ）を堆積させる。同様に、誘電体膜（Ｂ）は、誘電体膜（Ｂ）を構成する材料物質が飛来する方向に第１の端面を向けた状態で形成される。
【００２５】
［半導体レーザ装置］
本発明の半導体レーザ装置は、活性層を含む半導体多層膜を備える半導体レーザ装置である。この半導体レーザ装置は、上記製造方法で形成される。
【００２６】
活性層は、互いに対向する第１および第２の端面と、互いに対向する第３および第４の端面とを有する。第１および第２の端面は外側に向かって凸の曲面である。第１、第２、第３および第４の端面は、それぞれ、仮想の菱形の第１、第２、第３および第４の頂点の位置に存在する。
【００２７】
活性層およびその両側に配置された光閉じ込め層によって構成される共振器は、２次元的に広がった形状を有する。この共振器の平面形状は、長方形の短辺を外側に膨らませた形状を含む。外側に膨らんだ短辺の部分が、第１および第２の端面に相当する。
【００２８】
半導体多層膜の表面のうち、第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線に垂直であって第２の頂点に接する仮想の第１の平面と、第１の平面を第１の頂点側に距離Ｈだけ平行移動させた仮想の第２の平面との間に存在する表面の全体に、誘電体膜（Ａ）が形成されている。換言すれば、半導体多層膜の表面のうち、第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線に垂直であって第２の頂点から距離Ｈだけ離れた仮想の第２の平面よりも第２の頂点側に存在する表面の全体に、誘電体膜（Ａ）が形成されている。
【００２９】
距離Ｈは、少なくとも２０μｍであり、たとえば２５μｍや３０μｍや４０μｍである。距離Ｈの上限に特に限定はないが、製造の容易さや放熱性を考慮して、共振器長（距離Ｌ）の１０分の１以下としてもよい。たとえば、距離Ｌが６００μｍである場合には、距離Ｈを６０μｍ以下としてもよい。なお、誘電体膜（Ａ）は、第１の平面と第２の平面との間の領域に加え、それ以外の領域に形成されていてもよい。
【００３０】
本発明の半導体レーザ装置では、半導体多層膜の表面のうち、第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線に垂直であって第１の頂点に接する仮想の第３の平面と、第３の平面を第２の頂点側に距離Ｈ’だけ平行移動させた仮想の第４の平面との間に存在する表面の全体に、誘電体膜（Ｂ）が形成されていてもよい。換言すれば、半導体多層膜の表面のうち、第１の頂点と第２の頂点とを結ぶ対角線に垂直であって第１の頂点から距離Ｈ’だけ離れた仮想の第４の平面よりも第１の頂点側に存在する表面の全体に、誘電体膜（Ａ）が形成されている。
【００３１】
距離Ｈ’は、少なくとも２０μｍであり、たとえば２５μｍや３０μｍや４０μｍである。距離Ｈ’の上限に特に限定はないが、製造の容易さや放熱性を考慮して、共振器長（距離Ｌ）の１０分の１以下としてもよい。たとえば、距離Ｌが６００μｍである場合には、距離Ｈ’を６０μｍ以下としてもよい。なお、誘電体膜（Ｂ）は、第３の平面と第４の平面との間の領域に加え、それ以外の領域に形成されていてもよい。誘電体膜（Ａ）および誘電体膜（Ｂ）については、上述したため重複する説明を省略する。
【００３２】
本発明の半導体レーザ装置では、上記仮想の菱形の辺に沿って時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１）の一部が、第１の端面から第１のレーザ光として出射され、仮想の菱形の辺に沿って反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ２）の一部が、第１の端面から第２のレーザ光として出射されてもよい。この場合、上記仮想の菱形の辺の部分に対応する位置に集中的に電流を注入できるように電極が形成される。具体的には、半導体多層膜上に形成される電極は、仮想の菱形の辺に対応する形状を有するコンタクト領域において半導体多層膜と接触する。このコンタクト領域は、それを膜厚方向に投影したときに仮想の菱形の辺の５０％以上（好ましくは、７０％以上でより好ましくは９０％以上）をカバーする。
【００３３】
［半導体レーザジャイロ］
本発明の半導体レーザジャイロは、第１および第２のレーザ光を出射する半導体レーザ装置と光検出器とを備える。光検出器は、第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置されている。半導体レーザ装置は、第１および第２のレーザ光を出射する、上述した本発明の半導体レーザ装置である。光検出器は、複数の光検出素子を備えることが好ましい。光検出素子に特に限定はなく、たとえばフォトダイオードやフォトトランジスタを用いることができる。
【００３４】
本発明の半導体レーザジャイロは、たとえば、国際公開ＷＯ２００５／０８５７５９号パンフレットに記載されている半導体レーザジャイロにおいて、半導体レーザ装置に本発明の半導体レーザ装置を適用したジャイロである。
【００３５】
［半導体レーザ装置の一例］
以下、本発明の半導体レーザ装置およびその製造方法の一例について説明する。半導体レーザの一例の斜視図を図１に示し、図１の線II−IIにおける断面図を図２に示す。なお、本発明の説明に用いる図面は模式的なものであり、理解が容易なように各部の縮尺を変更している。
【００３６】
図１の斜視図に示す半導体レーザ装置１００は、基板１１と、基板１１上に形成された半導体多層膜２０と、半導体多層膜２０上に形成された絶縁層１２および第１の電極１３と、基板１１の裏面側の全面に形成された第２の電極１４と、半導体多層膜２０の一部を覆うように形成された反射膜（高反射膜）１５および１６とを備える。理解を容易にするため、反射膜１５および１６を除去したと仮定したときの斜視図を図３に示す。
【００３７】
図２を参照して、半導体多層膜２０は、基板１１側から順に積層された、バッファ層２１、クラッド層２２、ＳＣＨ層２３、活性層２４、ＳＣＨ層２５、クラッド層２６およびキャップ層２７を含む。キャップ層２７の上には、パターニングされた絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２上には、第１の電極１３が形成されている。絶縁層１２には貫通孔が形成されているため、この貫通孔を介して、第１の電極１３とキャップ層２７とがコンタクト領域３１で接触する。
【００３８】
半導体レーザ装置１００の活性層２４を上方から見たときの平面形状を図４および図５に示す。図５には、第１の電極１３と半導体多層膜２０（キャップ層２７）とが接触しているコンタクト領域３１の部分をハッチングで示す。なお、半導体多層膜２０を構成する各層は、活性層２４と同じ平面形状を有する。たとえば、キャビティーを構成する各層（活性層２４、ＳＣＨ層２３および２５、およびクラッド層２２および２６）の平面形状は同じである。
【００３９】
図４を参照して、活性層２４は、仮想の菱形の経路３２を含む面状に形成された薄膜である。経路３２の第１から第４の頂点３２ａ〜３２ｄのうち、第１および第２の頂点３２ａおよび３２ｂにおける内角は、第３および第４の頂点３２ｃおよび３２ｄにおける内角よりも角度が小さい。活性層２４は、頂点３２ａ〜３２ｄを含むように配置された第１から第４の端面２４ａ〜２４ｄを有する。第１および第２の端面２４ａおよび２４ｂは、外側に向かって凸の曲面である。第３および第４の端面２４ｃおよび２４ｄは、フラットな平面である。
【００４０】
活性層２４は、第１の領域２４ｆと、第１の領域２４ｆに隣接する４つの第２の領域２４ｓとを備える。第１の領域２４ｆの平面形状は、長方形の短辺を外側にふくらませた形状である。経路３２は、第１の領域２４ｆ内に形成される。第１の領域２４ｆと第２の領域２４ｓとによって構成される活性層２４は、略Ｈ字状の形状（より詳しくはＨの字を横に引き延ばした形状）をしている。
【００４１】
図５を参照して、第１の電極１３とキャップ層２７とが接触しているコンタクト領域３１は、経路３２に対応するように、略菱形の辺の形状に形成される。コンタクト領域３１が経路３２に完全に対応していないのは、絶縁層１２に貫通孔を形成する際に、製造工程上の制限があるためである。経路３２に完全に対応するようにコンタクト領域３１を公知の方法で菱形に形成することは可能であるが、製造工程が複雑になる。
【００４２】
第１の電極１３と第２の電極１４との間に電圧を印加して活性層２４にキャリアを注入すると、活性層２４で光が発せられる。この光は、光閉じ込め層（クラッド層２２および２６、ＳＣＨ層２３および２５）によって活性層２４およびその近傍に分布し、一部は自然放出光としてレーザの外部に放出され、一部は特定の経路を導波し、特定の端面で反射されながら誘導放出を生じる。すなわち、経路３２上を伝搬する光は、端面２４ａ〜２４ｄによって反射されながら誘導放出を生じる。このため、経路３２を時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ１）が発生する。同様に、経路３２を反時計回りに伝搬するレーザ光（Ｌ２）が発生する。レーザ光（Ｌ１）および（Ｌ２）のうちの一部が、第１の端面２４ａの第１の頂点３２ａから出射され、第１および第２のレーザ光３５および３６となる（図５参照）。
【００４３】
第１および第２の端面２４ａおよび２４ｂには、図１に示すように、反射膜１５および１６（誘電体多層膜）が形成されている。第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとの間の距離Ｌ（図４参照）は６００μｍであり、第３の頂点３２ｃと第４の頂点３２ｄとの間の距離Ｗは６０μｍである。半導体レーザ装置１００では、端面２４ｃおよび２４ｄにおいて、レーザ光（Ｌ１）および（Ｌ２）は全反射する。
【００４４】
４つの第２の領域２４ｓは、第１の領域２４ｆで発生したレーザ光が端面２４ｃおよび２４ｄで多重反射されることによって発生するモードを抑制するために形成される。半導体レーザ装置１００では、第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとを結ぶ対角線３２ａｂに平行な方向における第２の領域２４ｓの長さＬｓ（図４参照）が１６０μｍである。Ｌ／４は１５０μｍであり、Ｌ／４＜Ｌｓが満たされる。Ｌ／４＜Ｌｓが満たされる場合、上記モードが特に抑制される。また、第３の頂点３２ｃと第４の頂点３２ｄとを結ぶ対角線３２ｃｄの方向における第２の領域２４ｓの長さＷｓは７０μｍである。
【００４５】
端面２４ａおよび２４ｂの形状は、それぞれ、円柱の曲面の一部の形状である。具体的には、対角線３２ａｂ上であって活性層２４の表面と垂直に中心軸が配置された円柱の曲面の一部と同じ形状である。その円柱の半径、すなわち端面２４ａの曲率半径Ｒ１（図３参照）は６００μｍであり、端面２４ｂの曲率半径Ｒ２（図示せず）も同じく６００μｍである。ただし、曲率半径Ｒ１およびＲ２は、距離Ｌに等しくなくともよく、たとえば距離Ｌの０．５倍〜２倍の範囲から選択される値（たとえば３００μｍ）であってもよい。頂点３２ａ近傍における端面２４ａは上記曲率半径を有するが、第２の領域２４ｓでは曲率半径が変わっていてもよい（たとえばより小さくなっていてもよい）。同様に、頂点３２ｂ近傍における端面２４ｂは上記曲率半径を有するが、第２の領域２４ｓでは曲率半径が変わっていてもよい（たとえばより小さくなっていてもよい）。
【００４６】
半導体レーザ装置１００の平面形状は、対角線３２ａｂおよび対角線３２ｃｄに対して線対称の形状であり、端面２４ｂの平面形状は、第３の頂点３２ｃと第４の頂点３２ｄとを結ぶ対角線３２ｃｄに対して端面２４ａの平面形状と線対称の形状である。ただし、本発明の半導体レーザの平面形状は必ずしも線対称の形状ではなくともよく、たとえば、端面２４ｂは、端面２４ａとは曲率が違う曲面であってもよい。
【００４７】
基板１１および半導体多層膜２０の材料および膜厚について、表１に示す。また、一部の半導体層のドーパント濃度についても表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
活性層２４は、井戸層（ＧａＡｓ層、厚さ：約６ｎｍ）と障壁層（Al0.2Ga0.8As層、厚さ：約９ｎｍ）とが、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層という順序で積層された構造を有する。
【００５０】
絶縁層１２には、Ｓｉ3Ｎ4層（厚さ：約２００ｎｍ）が用いられる。第１の電極１３には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層（厚さ：約２７０ｎｍ）が用いられる。第２の電極１４には、Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ層（厚さ：約２４０ｎｍ）が用いられる。
【００５１】
バッファ層２１は、品質が高いIII−Ｖ族化合物半導体結晶を得るために形成される。ＳＣＨ層２３および２５は、活性層２４への効率的な電流注入を行うとともにクラッド層２２および２６と共に光を活性層近傍に分布させるための層である。
【００５２】
クラッド層２２および２６ならびにＳＣＨ層２３および２５は、活性層２４よりも屈折率が低い材料からなる。活性層２４の屈折率が最も高いため、活性層２４で発生した光は、ＳＣＨ層２３および２５ならびにクラッド層２２および２６によって、活性層２４およびその近傍に閉じこめられる。
【００５３】
なお、半導体レーザ装置１００の第１の電極１３は、利得が発生する電流を注入する第１の部分と、第１の部分よりも少ない電流を注入する第２の部分とを含んでもよい。
【００５４】
反射膜１５は少なくとも、半導体多層膜２０の表面のうち、第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとを結ぶ対角線に垂直であって第２の頂点３２ｂに接する仮想の第１の平面と、その第１の平面を第１の頂点３２ａ側に２０μｍ平行移動させた仮想の第２の平面との間に存在する表面の全体に形成されている。また、反射膜１６は少なくとも、半導体多層膜２０の表面のうち、第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとを結ぶ対角線に垂直であって第１の頂点３２ａに接する仮想の第３の平面と、その第３の平面を第２の頂点３２ｂ側に２０μｍ平行移動させた仮想の第４の平面との間に存在する表面の全体に形成されている。
【００５５】
反射膜１５および１６は、それぞれ、ＳｉＯ2層／α−Ｓｉ層／ＳｉＯ2層／α−Ｓｉ層／ＳｉＯ2層という積層構造を有する。１つのＳｉＯ2層の厚さ、および、１つのα−Ｓｉ層（アモルファスシリコン層）の厚さは、いずれも、頂点３２ａ（または頂点３２ｂ）においてλ／４ｎとなるように設定される。ここで、λはレーザ光の波長であり、約８５０ｎｍである。また、ｎは、波長λにおける各層の屈折率である。具体的には、１つのＳｉＯ2層の厚さは約１４４ｎｍであり、１つのα−Ｓｉ層の厚さは約５５ｎｍである。
【００５６】
［半導体レーザ装置の製造方法の一例］
以下に、半導体レーザ装置１００を製造するための本発明の方法の一例を説明する。
【００５７】
図６（ａ）〜（ｈ）に、製造工程を模式的に示す。なお、図６（ａ）〜（ｈ）では、絶縁層１２の形成状態の理解を容易にするため、絶縁層１２の表面にハッチングを付す。また、図６の工程はウェハ上で行われるが、図６では一部のみを拡大して図示する。
【００５８】
まず、図６（ａ）に示すように、基板１１上に、複数の半導体層からなる半導体多層膜２０ａと、厚さがたとえば０．４μｍの絶縁層１２ａとを形成する。半導体多層膜２０ａは、エッチングによって半導体多層膜２０（図２参照）となる層である。半導体多層膜２０ａを構成する各層は、一般的な方法、たとえば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成できる。絶縁層１２ａは、たとえばＳｉ３Ｎ４やＳｉＯ２からなる。絶縁層１２ａは、スパッタリング法やＣＶＤ法といった方法で形成できる。
【００５９】
次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁層１２ａ上に、パターニングされたレジスト膜２０１を形成する。レジスト膜２０１は、図４に示した活性層２４の形状にパターニングする。
【００６０】
次に、レジスト膜２０１をマスクとして、絶縁層１２ａをエッチングしたのち、レジスト膜２０１を除去する。次に、絶縁層１２（パターニングされた絶縁層１２ａ）をマスクとして、半導体多層膜２０ａと基板１１の一部とをエッチングする（図６（ｃ））。エッチングは、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって行い、少なくともバッファ層２１または基板１１に到達するまでエッチングする。エッチングによって、所定の形状の絶縁層１２および半導体多層膜２０が形成される。エッチングは、半導体多層膜２０の側面の垂直性および平滑性が高くなるような条件で行われる。そのような条件は、半導体製造プロセスで一般的に採用されている。エッチングによって、半導体多層膜２０を構成するすべての半導体層の平面形状は、図４に示した活性層２４の平面形状と同じになる。また、半導体多層膜２０の側面はミラー面となる。
【００６１】
次に、図６（ｄ）に示すように、コンタクト領域３１（図２および図５参照）に対応するように、略菱形に配置された２つの貫通孔１２ｈを絶縁層１２に形成する。貫通孔１２ｈは、一般的なフォトリソ・エッチング工程で形成できる。
【００６２】
次に、図６（ｅ）に示すように、基板１１の表面全体を覆うようにレジスト膜２０２を形成する。このとき、基板１１の表面と絶縁層１２の表面との間の段差を埋めるために、レジスト膜２０２は、レジスト層２０２ａおよびレジスト層２０２ｂの２層からなることが好ましい。レジスト膜２０２は、レジスト層２０２ａを基板１１の表面全体に塗布して段差を埋めたのち、レジスト層２０２ｂを塗布することによって形成できる。この方法によれば、表面の平坦性が高いレジスト膜２０２を形成できる。
【００６３】
次に、図６（ｆ）に示すように、レジスト膜２０２をパターニングし、レジスト膜２０２に貫通孔２０２ｈを形成する。貫通孔２０２ｈは、第１の電極１３を形成する領域に対応する形状に形成される。貫通孔２０２ｈを形成したのち、半導体多層膜２０（キャップ層２７）と第１の電極１３との間で良好なコンタクトが得られるように、貫通孔２０２ｈ内の半導体多層膜２０（キャップ層２７）の表面を０．０１μｍ〜０．０２μｍ程度エッチングする。
【００６４】
次に、図６（ｇ）に示すように、第１の電極１３を形成する。第１の電極１３は、リフトオフ法で形成できる。具体的には、まず、レジスト膜２０２を覆うように、第１の電極１３を構成する金属層を電子ビーム蒸着法などの蒸着法で成膜する。その後、レジスト膜２０２をアセトンで除去する。このようにして、所定の形状の第１の電極１３を形成できる。第１の電極１３は、絶縁層１２に形成された貫通孔１２ｈを介して半導体多層膜２０（キャップ層２７）に接触する。
【００６５】
次に、図６（ｈ）に示すように、基板１１の裏面に第２の電極１４を形成する。第２の電極１４も、電子ビーム蒸着法などの蒸着法で形成する。
【００６６】
以下の工程について、図７を参照しながら説明する。なお、図７では、絶縁層１２、ならびに第１および第２の電極１３および１４の図示を省略する。基板１１（ウェハ）上には、図７（ａ）の上面図に示すように、マトリックス状に複数の半導体多層膜２０が形成される。これら複数の半導体多層膜２０が、一列に並んだ複数の素子ごとにバー状に分離されるように、基板１１をへき開する（図７（ｂ）の上面図参照）。
【００６７】
次に、図７（ｃ）の斜視図に示すように、分離された基板１１の裏面側（第２の電極１４の表面）と半導体多層膜２０の上面側（第１の電極１３の表面）とを、第１の板７１と第２の板７２とを含む治具７０で挟んでプラズマＣＶＤ装置にセットする。第１の板７１によって半導体多層膜２０の上面側を押さえ、第２の板７２によって基板１１の裏面側を押さえる。このとき、図７（ｄ）に示すように、端面２４ｂ（頂点３２ｂ）が、第１の板７１の端部から距離Ｈ（２０μｍ以上）だけ突出するように、基板１１および半導体多層膜２０を治具７０で挟む。通常、端面２４ｂ側は、第２の板７２の端部からも距離Ｈ（２０μｍ以上）だけ突出するが、本発明の半導体レーザ装置を形成できる限り、頂点３２ｂと第２の板７２の端部との距離は、距離Ｈ未満であってもよい。
【００６８】
治具７０は、端面２４ｂがプラズマ領域に向くようにプラズマＣＶＤ装置にセットされる。そして、その状態で、反射膜１５を構成するＳｉＯ2層とα−Ｓｉ層とを順に積層させる。端面２４ｂ側の領域のうち治具７０から露出している領域には、誘電体多層膜（反射膜１５）が形成される。
【００６９】
基板１１の裏面側（第２の電極１４の表面）および半導体多層膜２０の上面側（第１の電極１３の表面）においては、第１および第２の板７１および７２から突出している部分のみに誘電体多層膜が形成される。一方、その他の領域では、端面２４ｂから端面２４ａに向かって距離Ｈの範囲だけでなく、それよりも端面２４ａ側の領域にも誘電体多層膜が回り込んで形成される。いずれにしても、反射膜１５は、半導体多層膜２０の表面のうち、第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとを結ぶ対角線に垂直であって第２の頂点３２ｂに接する仮想の第１の平面と、その第１の平面を第１の頂点３２ａ側に距離Ｈ（２０μｍ以上）だけ平行移動させた仮想の第２の平面との間に存在する表面の全体に形成される。この形成方法によれば、端面２４ｂ上における反射膜１６の厚さの均一性を高めることができ、しきい値電流の低減などの優れた特性を有する半導体レーザ装置が得られる。
【００７０】
次に、反射膜１５が形成された基板１１を治具７０にセットし直す。第１の板７１によって半導体多層膜２０の上面側を押さえ、第２の板７２によって基板１１の裏面側を押さえる。このとき、端面２４ａ側が、第１の板７１の端部から距離Ｈ’（２０μｍ以上）だけ突出するように、基板１１および半導体多層膜２０を治具７０で挟む。通常、端面２４ａ側は、第２の板７２の端部からも距離Ｈ’（２０μｍ以上）だけ突出するが、本発明の半導体レーザ装置を形成できる限り、頂点３２ａと第２の板７２の端部との距離は、距離Ｈ’未満であってもよい。
【００７１】
治具７０は、端面２４ａがプラズマ領域に向くようにプラズマＣＶＤ装置にセットされる。そして、その状態で、反射膜１６を構成するＳｉＯ2層とα−Ｓｉ層とを順に積層させる。第１および第２の板７１および７２から露出している領域には、誘電体多層膜（反射膜１６）が形成される。反射膜１５と同様に、反射膜１６は所定の領域に形成される。すなわち、反射膜１６は、半導体多層膜２０の表面のうち、第１の頂点３２ａと第２の頂点３２ｂとを結ぶ対角線に垂直であって第１の頂点３２ａに接する仮想の第３の平面と、その第３の平面を第２の頂点３２ｂ側に距離Ｈ’（２０μｍ以上）だけ平行移動させた仮想の第４の平面との間に存在する表面の全体に形成される。この形成方法によれば、端面２４ａ上における反射膜１６の厚さの均一性を高めることができ、しきい値電流の低減などの優れた特性を有する半導体レーザ装置が得られる。なお、本発明によるレーザ装置では、レーザーバーを構成するレーザ装置の光出射端面に均一性よく誘電体多層膜が堆積される。そのため、本発明によれば、特性が揃ったレーザ装置を高い歩留まりで実現することができ、低コストの半導体レーザ装置を実現できる。
【００７２】
次に、基板１１を素子ごとに分離する。このようにして半導体レーザ装置が形成される。なお、基板１１のへき開を容易にするために、上述した工程の途中または工程後に、基板１１を薄くする工程を行ってもよい。また、第１の電極１３および第２の電極１４を構成する金属層を合金化する場合には、金属層を蒸着したのちに４００〜４５０℃で熱処理してもよい。
【００７３】
リング電極（リング状のコンタクト領域）を有する半導体レーザ装置１００について、距離ＨおよびＨ’を変化させたときのしきい値電流Ｉthの変化を測定した。その結果を図８に示す。また、ストライプ電極（コンタクト領域３１の形状がストライプ状）を有する半導体レーザ装置を作製し、同様の評価を行った。また、レーザ光が出射される端面が平面である、ファブリペロー型の半導体レーザ装置（参考例）について、半導体レーザ装置１００と同様の方法で両端面に反射膜（反射率：９５％）を形成し、同様の評価を行った。これらの評価結果についてもあわせて図８に示す。なお、上記３つの半導体レーザ装置の反射膜は、サムコ社製のＰＤ−２４００Ｌを用いて形成した。
【００７４】
図８の横軸の距離は、距離Ｈおよび距離Ｈ’のいずれか小さい方の距離を示している。図８の縦軸は、端面に反射膜を形成しない場合のしきい値電流を１００％としたときの値である。参考例の半導体レーザ装置では、端面が平面であるため、反射膜が均一性よく形成される。したがって、この参考例の半導体レーザ装置では、反射膜を形成することによってしきい値電流が理想的に小さくなる。
【００７５】
図８に示すように、端面が曲面の半導体レーザ装置においても、距離Ｈおよび距離Ｈ’が２０μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上でより好ましくは４０μｍ以上）の場合に、しきい値電流を低くできた。
【００７６】
評価結果を図８に示した半導体レーザ装置１００のコンタクト領域３１の形状を図９（ａ）に示す。図９（ａ）において、Ｓ１＝５９０μｍ、Ｓ２＝５５０μｍ、Ｓ３＝１５０μｍ、Ｓ４＝５０μｍ、Ｔ１＝５０μｍ、Ｔ２＝６μｍである。また、評価結果を図８に示したストライプ状のコンタクト領域を有する半導体レーザ装置のコンタクト領域３１の形状を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）のコンタクト領域３１の長さは５８０μｍであり、幅は４６μｍである。図９（ｂ）に示すコンタクト領域を有する半導体レーザ装置は、対角線３２ａｂに沿った方向にレーザ光を出射する。
【００７７】
なお、本発明の半導体レーザ装置では、コンタクト領域３１の形状を、図９（ｃ）に示すように、リング状のコンタクト領域とストライプ状のコンタクト領域とを組み合わせた形状としてもよい。
【００７８】
［半導体レーザジャイロの一例］
本発明の半導体レーザジャイロの一例の構成を図１０に模式的に示す。図１０のジャイロ１１０は、図１に示した半導体レーザ装置１００と、光検出器１１６と、プリズム１１７とを備える。光検出器１１６は、２つの受光素子１１６ａおよび１１６ｂを含む。
【００７９】
ジャイロ１１０における２つのレーザ光の光路を図１０に模式的に示す。半導体レーザ装置１００から出射された２つのレーザ光は、プリズム１１７で重ね合わされて干渉縞を生じる。干渉縞の移動は、光検出器１１６の２つの受光素子１１６ａおよび１１６ｂによって観測される。干渉縞は、ジャイロ１１０の回転速度に応じた速度で矢印の方向に移動する。干渉縞の移動方向は、ジャイロ１１０の回転方向に対応して変化する。干渉縞の移動方向および移動速度を検出することによって、ジャイロ１１０の回転方向および回転速度を算出できる。なお、プリズム１１７の形状は、入射する２つのレーザ光の角度や間隔、および光検出器１１６との距離などの条件に応じて決定される。
【００８０】
図１０には、半導体レーザ装置１００から出射される２つのレーザ光を、プリズムを用いて干渉させるジャイロの一例を示したが、プリズムの代わりにレンズ等を用いてもよい。また、半導体レーザジャイロは、ペルチェ素子を備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、半導体レーザ装置、およびその製造方法、ならびにそれを用いた半導体レーザジャイロに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の半導体レーザ装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ装置の断面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ装置について、反射膜を除去したと仮定したときの斜視図である。
【図４】図１に示した半導体レーザ装置の活性層の平面形状を示す図である。
【図５】図４に示した活性層の平面形状と電流注入領域との位置関係を模式的に示す図である。
【図６】図１に示した半導体レーザ装置の製造方法の一例を示す工程斜視図である。
【図７】図６に引き続く工程を示す図である。
【図８】反射膜が形成される領域の大きさとしきい値電流との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の半導体レーザ装置について、コンタクト領域の形状の例を示す上面図である。
【図１０】本発明の半導体レーザジャイロについて一例の構成および機能を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１００  半導体レーザ装置
１１  基板
１２  絶縁層
１３  第１の電極
１４  第２の電極
１５、１６  反射膜（誘電体多層膜）
２０  半導体多層膜
２１  バッファ層
２２、２６  クラッド層
２３、２５  ＳＣＨ層
２４  活性層
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ  端面
２４ｆ  第１の領域
２４ｓ  第２の領域
３１  コンタクト領域
３２  菱形の経路
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ  頂点
３５、３６、Ｌ１、Ｌ２  レーザ光
７０  治具
７１  第１の板
７２  第２の板
１１０  半導体レーザジャイロ
１１６  受光素子
１１６ａ、１１６ｂ  受光素子
１１７  プリズム
【図１】
2007317804.tif 000004
【図２】
2007317804.tif 000005
【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】
2007317804.tif 000010
【図８】
2007317804.tif 000011
【図９】
2007317804.tif 000012
【図１０】
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