(57)【要約】【課題】  レーザ光の伝搬方向をさらに最適化して、よりレーザ特性の優れた半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】  半導体レーザ素子１００を、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成されかつ半極性面１ａを有する半導体基体１と、エピタキシャル層２と、２つの共振器端面１０２，１０３と、第１電極４と、第２電極５とを備える構成とする。エピタキシャル層２は、レーザ光の光導波路を形成する発光層を有する。そして、エピタキシャル層２では、レーザ光の伝搬方向を、レーザ光の伝搬方向を含みかつ半極性面１ａと平行な光導波面の面内において、ｃ軸を光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向に設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成され、かつ、面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面を有する半導体基体と、
レーザ光の光導波路を形成する発光層を有し、前記半導体基体の前記半極性面上に形成され、かつ、該レーザ光の伝搬方向を含みかつ前記半極性面と平行な光導波面の面内において、該レーザ光の伝搬方向がｃ軸を該光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向である、エピタキシャル層と、
前記レーザ光の前記光導波路の両端にそれぞれ設けられた２つの共振器端面と、
前記エピタキシャル層上に形成された第１電極と、
前記半導体基体の前記エピタキシャル層が形成される半極性面とは反対側の面上に形成された第２電極と
を備える半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記レーザ光の伝搬方向が、ｃ軸を前記光導波面に射影した軸の方向から２２度〜２７度の範囲の角度で傾いた方向である
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記レーザ光の伝搬方向が、ｃ軸を前記光導波面に射影した軸の方向から２２度、２４度及び２７度のいずれかの角度で傾いた方向である
請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記共振器端面と前記半極性面との間の角度の９０度からずれ量が、３度以下の角度である
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記エピタキシャル層は、その前記第１電極側の表面に、前記レーザ光の伝搬方向に沿って延在したリッジ部を有する
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成されかつ面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面を有する半導体基体の該半極性面上に、レーザ光の光導波路を形成する発光層を有し、かつ、該レーザ光の伝搬方向を含みかつ前記半極性面と平行な光導波面の面内において、該レーザ光の伝搬方向がｃ軸を該光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向である、エピタキシャル層を形成するステップと、
前記エピタキシャル層上、及び、前記半導体基体の前記半極性面とは反対側の面上に、それぞれ、第１電極及び第２電極を形成するステップと、
前記レーザ光の前記光導波路の両端にそれぞれ２つの共振器端面を設けるステップと
を含む半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、より詳細には、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、現在、様々な技術分野で利用されており、特に、例えばテレビやプロジェクタなどの映像表示装置の分野では不可欠の光デバイスになっている。このような用途では、光の三原色である赤色、緑色及び青色の光をそれぞれ出力する半導体レーザ素子が必要となる。赤色及び青色の半導体レーザ素子は、すでに実用化されているが、最近では、緑色（波長５００〜５６０ｎｍ程度）の半導体レーザ素子の開発も活発に行われている（例えば、非特許文献１及び２参照）。
【０００３】
非特許文献１及び２には、ｎ型ＧａＮ基板の半極性面｛２，０，−２，１｝上に、ｎ型クラッド層、ＩｎＧａＮからなる活性層を含む発光層、及び、ｐ型クラッド層をこの順で形成した六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子が提案されている。このような半導体基板の半極性面上に各種レーザ構成膜を積層して（エピタキシャル成長させて）作製された半導体レーザ素子では、レーザ光の伝搬方向（導波方向）に直交する半導体レーザ素子の端面を反射面（以下、共振器端面という）として用いる。なお、本明細書では、六方晶系結晶の面方位を｛ｈ，ｋ，ｌ，ｍ｝（ｈ、ｋ、ｌ及びｍは面指数（ミラー指数））で表記する。
【０００４】
また、従来、半極性面を有する半導体基板（以下、半極性基板という）を用いた半導体レーザ素子では、レーザ光の伝搬方向の最適化の検討が行われている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザにおいて、光伝搬の軸を、光の偏光方向又は結晶学的方位にほぼ垂直に配向させる技術が記載されている。具体的には、特許文献１では、光学利得を最大にするために、光伝搬の軸を、半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸にほぼ沿って配向させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１０−５１８６２６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】京野孝史ら：「世界初の新規ＧａＮ基板上純緑色レーザ開発Ｉ」、２０１０年１月、ＳＥＩテクニカルレビュー、第１７６号、８８〜９２頁
【非特許文献２】足立真寛ら：「世界初の新規ＧａＮ基板上純緑色レーザ開発ＩＩ」、２０１０年１月、ＳＥＩテクニカルレビュー、第１７６号、９３〜９６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来、半極性基板を用いた半導体レーザ素子において、レーザ光の好適な伝搬方向についての検討が行われている。しかしながら、この技術分野では、半極性基板を用いた半導体レーザ素子におけるレーザ光の伝搬方向をさらに最適化して、レーザ特性をより一層向上させる技術の開発が望まれている。
【０００８】
本開示は、上記要望に応えるためになされたものであり、本開示の目的は、半極性基板を用いた半導体レーザ素子において、レーザ光の伝搬方向をさらに最適化して、よりレーザ特性の優れた半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本開示の半導体レーザ素子は、半導体基体と、エピタキシャル層と、２つの共振器端面と、第１電極と、第２電極とを備える構成とし、各部の構成を次のようにする。半導体基体は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成され、かつ、面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面を有する。エピタキシャル層は、レーザ光の光導波路を形成する発光層を有し、半導体基体の半極性面上に形成される。さらに、エピタキシャル層では、レーザ光の伝搬方向を含みかつ半極性面と平行な光導波面の面内において、レーザ光の伝搬方向がｃ軸を該光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向である。２つの共振器端面は、レーザ光の光導波路の両端にそれぞれ設けられる。第１電極は、エピタキシャル層上に形成される。第２電極は、半導体基体のエピタキシャル層が形成される半極性面とは反対側の面上に形成される。
【００１０】
なお、ここでいう「面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面」とは、面方位が｛２，０，−２，１｝と完全に一致する半極性面だけでなく、｛２，０，−２，１｝から微傾斜した面方位の半極性面も含む意味である。
【００１１】
また、本開示の半導体レーザ素子の製造方法は、次の手順で行う。まず、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成されかつ面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面を有する半導体基体の半極性面上に、レーザ光の光導波路を形成する発光層を有するエピタキシャル層を形成する。この際、レーザ光の伝搬方向を含みかつ半極性面と平行な光導波面の面内において、レーザ光の伝搬方向がｃ軸を光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向であるエピタキシャル層を形成する。次いで、エピタキシャル層上、及び、半導体基体の半極性面とは反対側の面上に、それぞれ、第１電極及び第２電極を形成する。そして、レーザ光の光導波路の両端にそれぞれ２つの共振器端面を設ける。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、本開示の半導体レーザ素子は、六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成されかつ面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面を有する半導体基体を用いた半導体レーザ素子である。そして、本開示では、レーザ光の伝搬方向を含みかつ半極性面と平行な光導波面の面内におけるレーザ光の伝搬方向を、ｃ軸を該光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾けた方向に設定する。本開示によれば、レーザ光の伝搬方向を上述のような方向に設定することにより、レーザ光の伝搬方向と、共振器端面との直交性を向上させることができ、レーザ特性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子の概略斜視図である。
【図２】ＧａＮの結晶構造を示す図である。
【図３】ＧａＮの結晶構造における半極性面の一例を示す図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】共振器端面の理想端面からの傾斜角（ずれ量）と発振閾値電流Ｉｔｈとの関係を示す図である。
【図７】半導体レーザ素子の数値解析モデルの概略構成図である。
【図８】数値解析の結果を示す図である。
【図９】数値解析の結果を示す図である。
【図１０】ストライプ部の形成面内における、共振器端面に対するストライプ部の延在方向の理想角度からの傾斜角（水平ずれ量）と発振閾値電流Ｉｔｈとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子の一例を、図面を参照しながら下記の順で説明する。ただし、本開示は下記の例に限定されない。
１．半導体レーザ素子の構成
２．半導体レーザ素子の製造手法
３．ストライプ部の構成
【００１５】
＜１．半導体レーザ素子の構成＞
［半導体レーザ素子の全体構成］
図１に、本開示の一実施形態に係る半導体レーザ素子の概略外観図を示す。なお、図１に示す例では、リッジ型（屈折率導波型）の半導体レーザ素子１００を示すが、本開示はこれに限定されない。例えば、利得ガイド型の半導体レーザ素子に対しても、以下に説明する本開示の技術を適用することができる。
【００１６】
半導体レーザ素子１００は、半導体基体１と、エピタキシャル層２と、絶縁層３と、第１電極４と、第２電極５とを備える。
【００１７】
本実施形態の半導体レーザ素子１００では、半導体基体１の一方の面１ａ（図１では上面）は半極性面であり、該半極性面１ａ上に、エピタキシャル層２、絶縁層３及び第１電極４がこの順で形成される。また、半導体基体１の半極性面１ａとは反対側の面１ｂ（図１では下面：以下、裏面１ｂという）上には、第２電極５が形成される。なお、半導体基体１の半極性面１ａとして、｛２，０，−２，１｝面付近の半極性面を用いた場合には、例えば、波長が５００ｎｍ付近の緑色の光を発振させることができる。
【００１８】
また、半導体レーザ素子１００は、図１に示すように、略直方体状の形状を有し、半導体レーザ素子１００の第１電極４側の表面には、所定方向（図１中のＹ方向）に延在したリッジ構造のストライプ部１０１が形成される。ストライプ部１０１は、半導体レーザ素子１００の後述の一方の側面１０２から他方の側面１０３まで延在して形成される。そして、ストライプ部１０１の延在方向は、レーザ光の伝搬方向（導波方向）となり、ストライプ部１０１に対応するエピタキシャル層２の領域が光導波路となる。
【００１９】
本実施形態では、レーザ光の伝搬方向を、レーザ光の伝搬方向を含みかつ半極性面１ａと平行な光導波面の面内において、ｃ軸を該光導波面に射影した軸の方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾けた方向に設定する。より具体的には、ストライプ部１０１の延在方向を、ストライプ部１０１の形成面において、ｃ軸をストライプ部１０１の形成面に射影した軸の方向（以下、ｃ軸の射影方向という）から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾けた方向に設定する。なお、ストライプ部１０１の延在方向を、ストライプ部１０１の形成面において、ｃ軸の射影方向から上記角度範囲内の角度で傾ける理由は、後で詳述する。なお、ストライプ部１０１の幅は、数μｍ以下であり、ストライプ部１０１の延在長さ（共振器長）は、数百μｍ程度である。
【００２０】
また、半導体レーザ素子１００は、４つの側面（端面）を有し、該４つの側面のうち、ストライプ部１０１の延在方向（図１中のＹ方向）と略直交する２つの側面１０２，１０３（割断面）は、レーザ共振器の反射面として作用する。すなわち、２つの側面１０２，１０３はともに共振器端面であり、この２つの共振器端面１０２，１０３と、ストライプ部１０１に対応するエピタキシャル層２内の光導波路領域とにより、レーザ共振器が構成される。なお、後述のように、半導体レーザ素子１００は、複数の半導体レーザ素子１００が２次元状に配列して形成された基板部材（以下、生産基板という）から、切り出すことにより作製されるので、この４つの側面は、その切断処理時に形成された切断面である。
【００２１】
なお、本実施形態の半導体レーザ素子１００では、２つの共振器端面１０２，１０３の少なくとも一方の表面上に、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２膜等の誘電体多層膜を形成（端面コート）してもよい。端面コートを行うことにより、共振器端面での反射率を調整することができる。
【００２２】
［各部の構成］
ここで、本実施形態の半導体レーザ素子１００の各部の構成を、より詳細に説明する。
【００２３】
（１）半導体基体
半導体基体１は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成される。また、半導体基体１としては、キャリアの導電型がｎ型の基板を用いることができる。そして、本実施形態では、上述のように、エピタキシャル層２、絶縁層３及び第１電極４が形成される半導体基体１の一方の面を半極性面１ａで構成する。
【００２４】
ここで、図２（ａ）及び（ｂ）、並びに、図３に、ＧａＮの結晶構造を示す。ＧａＮは、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、六方晶と呼ばれる結晶構造を有し、エピタキシャル層２内の後述する発光層に発生するピエゾ電界はｃ軸に沿って発生するので、ｃ軸に直交するｃ面２０１（｛０，０，０，１｝面）は、極性を有し、極性面と呼ばれる。一方、ｍ軸に直交するｍ面２０２（｛１，０，−１，０｝面）は、ｃ軸に平行であるので無極性であり、無極性面と呼ばれる。それに対して、ｃ軸をｍ軸方向に所定角度傾けた軸方向を法線方向とする面、例えば、図３に示す例では、ｃ軸をｍ軸方向に７５度傾けた軸方向を法線方向とする面（｛２，０，−２、１｝面２０３）は、ｃ面とｍ面との中間的な面となり、半極性面と呼ばれる。
【００２５】
なお、本実施形態では、半極性面１ａとして、面方位が｛２，０，−２、１｝付近である面を用いる。具体的には、｛２，０，−２、１｝面、及び、この結晶面から微傾斜した（例えば±４度程度）結晶面を半極性面１ａとして用いる。このような面方位の半極性面１ａを用い、かつ、ストライプ部１０１の延在方向を、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾けた場合、後述するように、直交性の優れた共振器端面１０２，１０３を形成することができる。
【００２６】
また、半導体基体１の厚さは、例えば、約４００μｍ以下に設定することができる。この厚さ範囲では、半導体レーザ素子の生産基板の割断処理時に、良質の（平坦性及び直交性の優れた）共振器端面１０２，１０３（割断面）を得ることができる。特に、半導体基体１の厚さを、例えば、約５０μｍ〜１００μｍの範囲の値にした場合には、さらに良質の共振器端面１０２，１０３を形成することができる。
【００２７】
（２）エピタキシャル層、絶縁層、第１電極及び第２電極
次に、本実施形態の半導体レーザ素子１００のエピタキシャル層２、絶縁層３、第１電極４及び第２電極５の構成を、図４を参照しながら説明する。図４は、半導体レーザ素子１００の厚さ方向（図中のＺ方向）の概略断面図である。なお、図４には、ストライプ部１０１の延在方向（図中のＹ方向）に直交する断面を示す。
【００２８】
本実施形態では、エピタキシャル層２は、バッファ層１１と、第１クラッド層１２と、第１光ガイド層１３と、発光層１４（活性層）と、第２光ガイド層１５と、キャリアブロック層１６と、第２クラッド層１７と、コンタクト層１８とを備える。そして、バッファ層１１、第１クラッド層１２、第１光ガイド層１３、発光層１４、第２光ガイド層１５、キャリアブロック層１６、第２クラッド層１７及びコンタクト層１８は、半導体基体１の半極性面１ａ上に、この順で積層される。なお、ここでは、半導体基体１をｎ型のＧａＮ半極性基板で構成した例を説明する。
【００２９】
バッファ層１１は、例えばｎ型ＧａＮ層等の窒化ガリウム系半導体層で構成することができる。第１クラッド層１２は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系半導体層で構成することができる。また、第１光ガイド層１３は、例えば、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＩｎＧａＮ層等の窒化ガリウム系半導体層で構成することができる。
【００３０】
発光層１４は、例えば、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系半導体で形成された井戸層（不図示）と、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系半導体で形成された障壁層（不図示）とで構成される。そして、本実施形態では、発光層１４の構造を、例えば、井戸層と障壁層とを交互に複数積層した多重量子井戸構造とすることができる。なお、発光層１４は、エピタキシャル層２の発光領域となり、例えば、４８０ｎｍ〜５５０ｎｍ程度の範囲の波長の光を発光する。
【００３１】
第２光ガイド層１５は、キャリアの導電型がｐ型の窒化ガリウム系半導体層で構成することができ、例えば、ｐ型ＧａＮ層、ｐ型ＩｎＧａＮ層等の窒化ガリウム系半導体層で構成することができる。キャリアブロック層１６（電子ブロック層）は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ層で構成することができる。
【００３２】
第２クラッド層１７は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層等の窒化ガリウム系半導体層で構成することができる。なお、本実施形態の半導体レーザ素子１００は、リッジ型の半導体レーザ素子とするので、第２クラッド層１７の第１電極４側の表面のストライプ部１０１に対応する領域以外の領域を、エッチング処理等により彫り込む。これにより、第２クラッド層１７の第１電極４側の表面のストライプ部１０１に対応する領域に、リッジ部１７ａを形成する。なお、リッジ部１７ａは、ストライプ部１０１と同様に、各共振器端面と略直交する方向に延在して形成され、かつ、一方の共振器端面１０２から他方の共振器端面１０３まで延在して形成される。
【００３３】
コンタクト層１８は、例えばｐ型ＧａＮ層で構成することができる。また、コンタクト層１８は、第２クラッド層１７のリッジ部１７ａ上に形成される。
【００３４】
絶縁層３は、例えばＳｉＯ２膜等の絶縁膜で構成される。絶縁層３は、図４に示すように、第２クラッド層１７のリッジ部１７ａ以外の領域上、並びに、リッジ部１７ａ及びコンタクト層１８の側面上に形成される。
【００３５】
第１電極４（ｐ側電極）は、例えばＰｄ膜等の導電膜で構成することができる。また、第１電極４は、コンタクト層１８上、及び、絶縁層３のコンタクト層１８側の端面上に形成される。なお、本実施形態の半導体レーザ素子１００では、パッド電極用の電極膜を、絶縁層３及び第１電極４を覆うようにして設けてもよい。
【００３６】
第２電極５（ｎ側電極）は、例えばＡｌ膜等の導電膜で構成することができる。また、第２電極５は、半導体基体１の裏面１ｂ上に形成される。
【００３７】
＜２．半導体レーザ素子の製造方法＞
次に、本実施形態の半導体レーザ素子１００の製造手法を、図５を参照しながら具体的に説明する。なお、図５は、半導体レーザ素子１００の製造手法の手順を示すフローチャートである。また、本実施形態では、半導体レーザ素子１００の各共振器端面に誘電体多層膜を形成（端面コート）する例を説明する。
【００３８】
まず、複数の半導体レーザ素子１００を２次元状に配置して形成するための六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成された半極性基板を用意する（ステップＳ１０）。そして、用意した半極性基板に対してサーマルクリーニングを行う。
【００３９】
次いで、半極性基板の半極性面上に、例えばＯＭＶＰＥ（有機金属気相成長）法等の手法を用いて、各種半導体膜を所定の順序でエピタキシャル成長させて、エピタキシャル層２を構成する半導体膜群を形成する（ステップＳ２０）。具体的には、半極性面上に、バッファ層１１、第１クラッド層１２、第１光ガイド層１３、発光層１４、第２光ガイド層１５、キャリアブロック層１６、第２クラッド層１７及びコンタクト層１８を構成する各半導体膜を、この順でエピタキシャル成長させる。
【００４０】
次いで、半極性基板の半導体膜群側の面上に、各半導体レーザ素子１００のストライプ部１０１を形成する（ステップＳ３０）。この際、半導体膜群側の面内において、各半導体レーザ素子１００のストライプ部１０１の延在方向が、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向になるように、各半導体レーザ素子１００のストライプ部１０１を形成する。具体的は、次のようにしてストライプ部１０１を形成する。
【００４１】
まず、半極性基板のコンタクト層１８を構成する半導体膜側の表面領域のうち、ストライプ部１０１の形成領域にマスクを形成する。この際、マスクの延在方向が、マスクの形成面内において、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向になるように、マスクを形成する。そして、マスクの形成領域以外の領域をエッチングし、各半導体レーザ素子１００のコンタクト層１８側の表面に、リッジを形成する（ステップＳ３１）。
【００４２】
なお、この際、ストライプ部１０１の形成領域以外の領域を、コンタクト層１８の表面から第２クラッド層１７の所定深さまで彫り込み、ストライプ部１０１の形成領域にリッジを形成する。この処理により、各半導体レーザ素子１００のコンタクト層１８側の表面の面内において、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の所定角度で傾いた方向に延在したリッジが形成される。また、この際、ストライプ部１０１の延在方向に隣り合う２つの半導体レーザ素子１００の形成領域間の境界をリッジが横切るように、リッジを連続して形成する。
【００４３】
次いで、リッジ上のマスクを除去した後、半極性基板のリッジ側の表面に、例えば、蒸着法、スパッタ法等の手法を用いて、絶縁層３を構成する絶縁膜を形成する（ステップＳ３２）。なお、リッジ上のマスクの除去は、絶縁膜の形成後でもよい。また、マスクを例えば金属などで形成した場合には、そのマスクを第１電極４の一部として使用することができるのでマスクを除去しなくてもよい。
【００４４】
次いで、上述のようにして半極性基板に各種半導体膜及び絶縁膜が形成された基板部材に、第１電極４及び第２電極５をそれぞれ構成する電極膜を形成する（ステップＳ３３）。
【００４５】
具体的には、第１電極４を構成する電極膜（第１電極膜）は、次のようにして形成される。まず、フォトリソグラフィ技術を用いて、各リッジ上の絶縁膜を除去し、表面にコンタクト層１８を露出させる。次いで、露出した各コンタクト層１８上に、例えば、蒸着法、スパッタ法等の手法を用いて、第１電極４を構成する電極膜を形成する。
【００４６】
一方、第２電極５を構成する電極膜（第２電極膜）は、次のようにして形成される。まず、半極性基板の裏面を研磨して、半極性基板の厚さを所望の厚さに設定する。次いで、例えば、蒸着法、スパッタ法等の手法を用いて、半極性基板の裏面全体に渡って第２電極５を構成する電極膜を形成する。
【００４７】
本実施形態では、上記ステップＳ３１〜Ｓ３３により、各半導体レーザ素子１００のコンタクト層１８側の表面の面内において、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向に延在したストライプ部１０１を形成する。また、本実施形態では、上述したステップＳ１０〜Ｓ３０（Ｓ３１〜Ｓ３３）により、複数の半導体レーザ素子１００を２次元状に配置して形成された生産基板を作製する。
【００４８】
次に、ステップＳ４０以降の処理、すなわち、生産基板から、各半導体レーザ素子１００を切り出す処理（割断処理）の手順を説明する。なお、各半導体レーザ素子１００を切り出す処理は、従来の手法と同様の手法を用いることができ、以下では、レーザスクライブ装置（不図示）を用いる手法について説明する。
【００４９】
まず、各半導体レーザ素子１００の共振器端面を形成する（ステップＳ４０）。具体的には、生産基板をレーザスクライブ装置に装着し、生産基板に２次元状に配列された複数の半導体レーザ素子１００の共振器端面に沿うスクライブラインの一部に、レーザビームを照射してスクライブ溝を形成する（ステップＳ４１）。この際、例えば、生産基板のエッジ領域のスクライブライン上に、該スクライブラインに沿って、スクライブ溝を形成する。
【００５０】
次いで、生産基板の裏面におけるスクライブ溝の形成領域と対向する領域に、ブレードと呼ばれるブレイキング装置（不図示）を押圧して、生産基板をスクライブラインに沿って割断（劈開）する（ステップＳ４２）。そして、この割断処理を、各半導体レーザ素子１００の共振器端面に沿うスクライブライン毎に繰り返し、生産基板を、複数の基板部材に分割する。なお、本実施形態では、割断（劈開）処理により、共振器端面を形成する例を説明したが、本開示はこれに限定されず、例えばドライエッチング処理等により、共振器端面を形成してもよい。
【００５１】
なお、本実施形態では、上述のように、各半導体レーザ素子１００のストライプ部１０１の延在方向は、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲内の所定角度で傾いた方向である。この場合、後で詳述するように、上記ステップＳ４０で形成される共振器端面に露出し得る結晶面とストライプ部１０１の形成面（半極性面１ａ）と間の角度を理想値（９０度）により近づけることができる。具体的には、例えば、共振器端面に露出し得る結晶面及びストライプ部１０１の形成面（半極性面１ａ）間の角度と、理想値（９０度）との角度差を、例えば３度以下にすることができ、両者の直交性をより一層向上させることができる。
【００５２】
次いで、上記ステップＳ４０で分離された各基板部材の割断面（共振器端面）に、誘電体多層膜を形成する（ステップＳ５０）。そして、最後に、各基板部材の半導体レーザ素子１００の共振器端面に沿うスクライブラインとは直交するスクライブラインの延在方向に沿って各基板部材を切断して、各基板部材を複数の半導体レーザ素子１００のチップに分離する（ステップＳ６０）。本実施形態では、上述のようにして半導体レーザ素子１００を作製する。
【００５３】
＜３．ストライプ部の構成＞
次に、本実施形態の半導体レーザ素子１００におけるストライプ部１０１の構成をより詳細に説明する。本実施形態の半導体レーザ素子１００では、上述のように、ストライプ部１０１の延在方向を、その形成面内において、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向に設定する。これにより、レーザ光の伝搬方向（ストライプ部１０１の延在方向）と共振器端面との直交性を向上させることができ、良好なレーザ特性を得ることができる。以下に、その理由を説明する。
【００５４】
（１）共振器端面の傾斜角の好適範囲
従来、半導体レーザ素子では、共振器端面を、レーザ光の導波路（ストライプ部）と直交するように形成する。さらに、その共振器端面に例えば誘電体等の材料からなる多層膜（誘電体多層膜）を形成して、例えば発振閾値電流Ｉｔｈ等の各種レーザ特性を改善する。具体的には、共振器端面に誘電体多層膜を形成することにより、共振器端面の反射率を、誘電体多層膜を共振器端面に形成していない場合（無コート状態時）のそれより向上させ、これにより、例えば発振閾値電流Ｉｔｈ等の各種レーザ特性を改善する。
【００５５】
この際、レーザ特性を改善するために、通常、特にレーザ光を取り出さない共振器端面となるリア端面の反射率を、無コート状態時のそれより高くすることが一般的である。なお、レーザ光を取り出す共振器端面となるフロント端面においても、例えば、レーザ共振器長、用いる半導体の結晶性等の各種条件に依存するが、レーザ特性や設計の自由度などの観点から、フロント端面の反射率を高くしてもよい。すなわち、半導体レーザ素子では、実用上、無コート状態時の共振器端面の反射率より高い反射率を有する共振器端面を形成して、無コート状態時より多くの光をレーザ共振器内部に帰還させるようにしてもよい。
【００５６】
ここで、共振器端面の上述した定性的な構成条件を、理論計算を用いて、より定量的に説明する。無コート状態時の共振器端面の反射率Ｒは、Ｒ＝（ｎ０−ｎ１）２／（ｎ０＋ｎ１）２で計算することができる。ここで、ｎ０は、媒質（一般的には空気）の屈折率であり、ｎ１は半導体の屈折率である。なお、上記式で表される反射率Ｒは、レーザ光がその共振器端面に対して垂直に入射する場合の反射率である。
【００５７】
例えば、ＩｎＡｌＧａＮ系窒化物半導体の屈折率は、想定する光の波長や半導体組成によって変化するが、約２〜３の範囲の値であるので、このような４元系半導体を用いた半導体レーザ素子では、無コート状態時の反射率Ｒは約１０％〜２５％となる。それゆえ、ＩｎＡｌＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子では、共振器端面に入射される光の少なくとも１０％の光をレーザ共振器内部に帰還させるようにする必要がある。また、ＩｎＡｌＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子では、好ましくは、共振器端面に入射される光の２５％の光、さらに好ましくは、２５％より十分大きな割合（量）の光をレーザ共振器内部に帰還させることが望ましい。
【００５８】
しかしながら、共振器端面とストライプ部の延在方向（レーザ光の伝搬方向）との間の直交性がくずれると、共振器端面による光の反射方向がレーザ光の伝搬方向と一致しなくなるため、共振端面における上記条件（光の帰還率条件）を満たすことが難しくなる。
【００５９】
そこで、本開示技術の提案者らは、理論計算により、共振器端面とストライプ部の延在方向（レーザ光の伝搬方向）との間の直交性のずれと、レーザ共振器内部に帰還される光の割合との関係を検証したところ、次のような知見が得られた。なお、この検証では、例えば、半導体の屈折率ｎ１が２．５であり、縦方向（半導体基体の厚さ方向）の放射角が２０度である一般的な窒化物半導体レーザ素子を考えた。また、この検証は、半導体レーザ素子より放出される光強度分布、及び、半導体レーザ素子内の光強度分布がともにガウス分布であり、且つ、光強度分布の広がりが屈折率比に反比例するという仮定に基づいて行った。さらに、この検証では、共振器端面とストライプ部の形成面との間の角度が９０度（理想値）である場合の共振器端面の反射率を１００％とした。
【００６０】
その結果、共振器端面とストライプ部の形成面との間の角度が９０度から約３度傾くと、共振器内部に帰還される光の割合は２５％に低下することが分かった。また、共振器端面とストライプ部の形成面との間の角度が９０度から約６度傾くと、レーザ共振器内部に帰還される光の割合は１０％に低下することが分かった。
【００６１】
以上の検証結果から、共振器端面とストライプ部の形成面との間の角度の理想値からのずれ量（傾斜角）を、６度以内、より好ましくは、３度以内とすることにより、共振器端面の上述した定性的な構成条件が満たされることが分かった。すなわち、理想的には共振器端面とストライプ部の形成面との間の角度は９０度にすることが好ましいが、該角度が理想値からずれても、そのずれ量が６度以内、より好ましくは、３度以内であれば、十分良好なレーザ特性が得られることが分かった。なお、以下では、共振器端面とストライプ部の形成面との間の角度が９０度（理想値）となるときの共振器端面を「理想端面」という。
【００６２】
実際に、｛２，０，−２，１｝面を有する半極性基板を用いて作製したＩｎＡｌＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子において、共振器端面の理想端面からの傾斜角（ずれ量）と、発振閾値電流Ｉｔｈとの関係を調べた。なお、ここで作製したＩｎＡｌＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子では、フロント端面及びリア端面のそれぞれに誘電体多層膜を設け、フロント端面の反射率を５５％に調整し、リア端面の反射率を９５％に調整した。
【００６３】
図６に、その測定結果を示す。なお、図６に示す特性の横軸は、ストライプ部の形成面に対する共振器端面の角度の理想値（９０度）からの傾斜角（ずれ量）、すなわち、共振器端面の理想端面からの傾斜角であり、縦軸は、発振閾値電流Ｉｔｈである。図６に示すように、共振器端面の傾斜角が増加すると発振閾値電流Ｉｔｈは増加するが、傾斜角が３度に近づくと、発振閾値電流Ｉｔｈが大きくなり、さらに傾斜角が３度を越えると発振閾値電流Ｉｔｈもさらに大きくなった。この測定結果からも、上述した理論計算による検証結果と同様に、好適なレーザ特性を得るためには、共振器端面の理想端面からの傾斜角を３度以下にすることがより望ましいことが分かる。
【００６４】
（２）ストライプ部の好適な延在方向
次に、面方位が｛２,０，−２，１｝である半極性面を有する半導体基体（以下、半極性基体という）を用いた六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子におけるストライプ部の好ましい延在方向について説明する。
【００６５】
一般に、半極性基体を用いた六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子では、ストライプ部の延在方向（レーザ光の伝搬方向）は、ｃ軸をストライプ部の形成面（半極性面）に射影した軸の方向（ｃ軸の射影方向）に設定される。しかしながら、この場合、共振器端面は、例えばｃ面、ｍ面、ａ面等（図２（ａ）及び（ｂ）参照）のような劈開し易い面にならない。それゆえ、この場合には、ストライプ部の形成面と共振器端面との間の角度を９０度（理想値）にすることが難く、共振器端面の理想端面からのずれ量（傾斜角）を、上記角度条件（６度以内、好ましくは、３度以内）を満たすように設定することが難しい。
【００６６】
そこで、面方位が｛２,０，−２，１｝である半極性基体を用いた半導体レーザ素子において、ストライプ部の形成面と共振器端面との間の角度の理想値からのずれ量が上記角度条件を満たすようなストライプ部の延在方向が存在するか否かを数値解析により調べた。
【００６７】
図７に、この数値解析で用いる半導体レーザ素子１００の解析モデルの概略斜視図を示す。なお、数値解析の手法としては、ベクトル演算を用いた。
【００６８】
具体的には、六方晶系結晶の所定の結晶面（｛ｈ,ｋ，ｌ，ｍ｝面）と、半極性面１ａ（｛２,０，−２，１｝面）との間の角度αを、下記式（１）で算出した。
【００６９】
【数１】
2013145799.tif 000003
【００７０】
また、所定の結晶面（｛ｈ,ｋ，ｌ，ｍ｝面）を共振器端面１０２とした場合のストライプ部１０１の延在方向のｃ軸の射影方向からのずれ量ｄθ（傾斜角）を、下記式（２）で算出した。
【００７１】
【数２】
2013145799.tif 000004
【００７２】
なお、上記式（１）中のベクトル「Ｐｅ」は、各種結晶面（｛ｈ,ｋ，ｌ，ｍ｝面：共振器端面）の面方位を示すベクトルであり、ベクトル「Ｐｓ」は、半極性面１ａの面方位を示すベクトルである。また、上記式（２）中のベクトル「Ｐｃ」は、ストライプ部１０１の延在方向の基準となるｃ軸の射影方向を示すベクトルである。ただし、上記各種ベクトルは、六方晶系結晶の面指数（ｈ、ｋ、ｌ及びｍ）を直交座標に変換したときのベクトルであり、上記各種ベクトルは、下記式（３）で表される。
【００７３】
【数３】
2013145799.tif 000005
【００７４】
また、上記式（３）中の「ｃ」は、六方晶系結晶のｃ軸方向の格子定数であり、「ａ」は、六方晶系結晶のａ軸方向の格子定数である。また、上記式（２）中のベクトル「Ｐｅｓ」は、ベクトル「Ｐｅ」の半極性面１ａの面内方向成分であり、下記式（４）で表される。
【００７５】
【数４】
2013145799.tif 000006
【００７６】
なお、上記式（１）、（２）及び（４）中の「｜Ｖ｜」（Ｖは、ベクトルＰｅ、Ｐｓ、Ｐｅｓ又はＳｔｒ）はベクトルＶの絶対値を示す。そして、数値解析では、六方晶系結晶の面指数ｈ、ｋ、ｌ及びｍをそれぞれ０〜±９の範囲で変化させて、上記式（１）〜（４）のベクトル演算を実施した。
【００７７】
上記数値解析の結果を図８及び９に示す。なお、図８は、結晶面の理想端面からのずれ量δ（＝９０−α）が３度以下となる各種結晶面の面指数と、該各種結晶面に対応するストライプ部１０１の延在方向のｃ軸の射影方向からのずれ量ｄθ（傾斜角）との関係を示す表である。また、図９は、結晶面の理想端面からのずれ量δが３度より大きくかつ６度より小さくなる各種結晶面の面指数と、ストライプ部１０１の延在方向のｃ軸の射影方向からのずれ量ｄθとの関係を示す表である。
【００７８】
図８及び９に示すように、半極性基体を用いた六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子では、半極性面１ａ（｛２,０，−２，１｝面）と共振器端面との間の角度の理想値（９０度）からのずれ量δが６度未満となる結晶面が多数存在することが分かった。しかしながら、半極性基体を用いた六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子におけるレーザ光の偏光特性から、ストライプ部１０１の延在方向（レーザ光の伝搬方向）のずれ量ｄθ（傾斜角）が大きくなると、レーザ特性が劣化する。実際、上記特許文献１においても、半極性基体を用いた場合、ストライプ部１０１の延在方向がｃ軸に沿った方向であるときに光学利得が最大となり、ストライプ部１０１の延在方向がｃ軸に沿った方向からずれるほど光学利得が劣化することが指摘されている。それゆえ、ストライプ部１０１の延在方向（レーザ光の伝搬方向）のｃ軸の傾斜方向からのずれ量ｄθ（傾斜角）は、できる限り小さい方が好ましい。そして、良好な光学利得を得るという観点では、ずれ量ｄθの現実的な範囲は、約３０度以下である。なお、ずれ量ｄθの上限は例えば必要とする特性等を考慮して適宜変更することができる。
【００７９】
そこで、共振器端面の理想端面からのずれ量δが３度以下となり、かつ、ストライプ部１０１の延在方向のｃ軸の傾斜方向からのずれ量ｄθが３０度以下となる結晶面を図８から抽出すると、下記表１の結果が得られる。
【００８０】
【表１】
2013145799.tif 000007
【００８１】
表１から、ストライプ部１０１の形成面と共振器端面との間の角度αの理想値からのずれ量δを３度以下にするためには、ストライプ部１０１の延在方向をｃ軸の射影方向から、１０度、２０度、２２度、２４度又は２７度に傾ければよいことが分かった。特に、ストライプ部１０１の延在方向をｃ軸の射影方向から２２度、２４度又は２７度とすることにより、共振器端面の理想端面からのずれ量δを２．３度以下にすることができ、共振器端面をより一層、理想端面に近づけることができる。すなわち、ストライプ部１０１の延在方向をｃ軸の射影方向から、２２度、２４度又は２７度に傾けた場合には、ストライプ部１０１の延在方向と共振器端面との直交性をより一層向上させることができ、優れたレーザ特性が得られることが分かった。
【００８２】
なお、この場合、理想的には、ストライプ部１０１の延在方向のｃ軸の射影方向からの傾斜角を、高精度に２２度、２４度又は２７度に設定することが望ましい。しかしながら、実際にストライプ部１０１を作製した場合には、製造誤差等により、ストライプ部１０１の延在方向のｃ軸の射影方向からの傾斜角（ｄθ）に、バラツキ（製造バラツキ）が生じる。それゆえ、翻って言うと、ストライプ部１０１の延在方向が製造バラツキ程度の範囲で所定方向からずれていても、そのずれは製造誤差に吸収されるので、実用上問題はない。そこで、ストライプ部１０１の延在方向の製造バラツキについて鋭意検討を行ったところ、±０．５度程度の製造バラツキが生じることが分かった。すなわち、ストライプ部１０１の延在方向のｃ軸の射影方向からの傾斜角（ｄθ）は、２２度、２４度又は２７度から±０．５度程度ずれていてもよいことが分かった。
【００８３】
上記数値解析では、ストライプ部１０１の形成面と共振器端面との間の角度αの理想値（９０度）からのずれ量δ、すなわち、半導体基体１の厚さ方向におけるストライプ部１０１の形成面と共振器端面との間の角度αのずれ量を解析した。しかしながら、ストライプ部１０１の延在方向と共振器端面との直交性を検証する際には、ストライプ部１０１の形成面内における、ストライプ部１０１の延在方向と共振器端面との間の角度のずれ量（水平ずれ量）も考慮する必要がある。
【００８４】
ここで、図１０に、ストライプ部１０１の形成面内における、ストライプ部１０１の延在方向と共振器端面との間の角度の水平ずれ量と、発振閾値電流Ｉｔｈとの間の関係（実験結果）を示す。図１０に示す特性の横軸は、ストライプ部１０１の形成面内における、共振器端面に対するストライプ部１０１の延在方向の理想値（９０度）からの水平ずれ量（傾斜角：絶対値）であり、縦軸は、発振閾値電流Ｉｔｈである。
【００８５】
図１０に示すように、ストライプ部１０１の形成面内において、共振器端面に対するストライプ部１０１の延在方向の理想値（９０度）からの水平ずれ量が、±２度以内であれば、発振閾値電流Ｉｔｈの分布は大幅に悪化せず、良好な値が得られることが分かる。
【００８６】
上述した数値解析の結果（表１）及び実験結果（図１０）から、ストライプ部１０１の延在方向を、ｃ軸の射影方向から約８度〜１２度又は約１８度〜２９度の範囲の角度で傾けることにより、優れたレーザ特性が得られることが分かった。
【００８７】
なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
（１）
六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成され、かつ、面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面を有する半導体基体と、
レーザ光の光導波路を形成する発光層を有し、前記半導体基体の前記半極性面上に形成され、かつ、該レーザ光の伝搬方向を含みかつ前記半極性面と平行な光導波面の面内において、該レーザ光の伝搬方向がｃ軸を該光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向である、エピタキシャル層と、
前記レーザ光の前記光導波路の両端にそれぞれ設けられた２つの共振器端面と、
前記エピタキシャル層上に形成された第１電極と、
前記半導体基体の前記エピタキシャル層が形成される半極性面とは反対側の面上に形成された第２電極と
を備える半導体レーザ素子。
（２）
前記レーザ光の伝搬方向が、ｃ軸を前記光導波面に射影した軸の方向から２０度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向である
（１）に記載の半導体レーザ素子。
（３）
前記レーザ光の伝搬方向が、ｃ軸を前記光導波面に射影した軸の方向から２２度、２４度及び２７度のいずれかの角度で傾いた方向である
（２）に記載の半導体レーザ素子。
（４）
前記共振器端面と前記半極性面との間の角度の９０度からずれ量が、３度以下の角度である
（１）〜（３）のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
（５）
前記エピタキシャル層は、その前記第１電極側の表面に、前記レーザ光の伝搬方向に沿って延在したリッジ部を有する
（１）〜（４）のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
（６）
六方晶系ＩＩＩ族窒化物半導体で形成されかつ面方位が｛２，０，−２，１｝である半極性面を有する半導体基体の該半極性面上に、レーザ光の光導波路を形成する発光層を有し、かつ、該レーザ光の伝搬方向を含みかつ前記半極性面と平行な光導波面の面内において、該レーザ光の伝搬方向がｃ軸を該光導波面に射影した軸の方向から８度〜１２度又は１８度〜２９度の範囲の角度で傾いた方向である、エピタキシャル層を形成するステップと、
前記エピタキシャル層上、及び、前記半導体基体の前記半極性面とは反対側の面上に、それぞれ、第１電極及び第２電極を形成するステップと、
前記レーザ光の前記光導波路の両端にそれぞれ２つの共振器端面を設けるステップと
を含む半導体レーザ素子の製造方法。
【符号の説明】
【００８８】
１…半導体基体、１ａ…半極性面、１ｂ…裏面、２…エピタキシャル層、３…絶縁層、４…第１電極、５…第２電極、１１…バッファ層、１２…第１クラッド層、１３…第１光ガイド層、１４…発光層、１５…第２光ガイド層、１６…キャリアブロック層、１７…第２クラッド層、１８…コンタクト層、１００…半導体レーザ素子、１０１…ストライプ部、１０２，１０３…共振器端面
【図１】
2013145799.tif 000008
【図２】
2013145799.tif 000009
【図３】
2013145799.tif 000010
【図４】
2013145799.tif 000011
【図５】
2013145799.tif 000012
【図６】
2013145799.tif 000013
【図７】
2013145799.tif 000014
【図８】
2013145799.tif 000015
【図９】
2013145799.tif 000016
【図１０】
2013145799.tif 000017