(57)【要約】【課題】リップルが低減され、遠視野像の形状がガウシアン形状に近い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１１の上に形成され、共振器方向に延びるリッジストライプ部２１及び共振器方向と交差する方向の２つの共振器端面４１とを有する半導体積層体２０を備えている。半導体積層体２０は、共振器端面４１のうち、少なくともレーザ光を出射する出射端面の側において、リッジストライプ部２１の両側方の部分の一部を切り欠いて形成された劈開補助溝２２と、劈開補助溝２２における、共振器端面４１とは異なる方向に延びる壁面からなる光散乱部２３とを有している。光散乱部２３は反射層に覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成され、共振器方向に延びるリッジストライプ部及び前記共振器方向と交差する方向の２つの共振器端面とを有する半導体積層体と、
前記共振器端面を覆う誘電体多層膜からなる反射層とを備え、
前記半導体積層体は、
前記共振器端面のうち、少なくともレーザ光を出射する出射端面の側において、前記リッジストライプ部の両側方の部分の一部を切り欠いて形成した劈開補助溝と、
前記劈開補助溝における前記共振器端面とは異なる方向に延びる壁面からなり、前記反射層に覆われた光散乱部とを有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記光散乱部は、前記共振器端面と接する単一の壁面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】
前記光散乱部は、屈曲部を有するジグザグ形状の壁面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４】
基板の上に形成され、共振器方向に延びるリッジストライプ部及び前記共振器方向と交差する方向の２つの共振器端面とを有する半導体積層体と、
前記共振器端面を覆う誘電体膜からなる反射層とを備え、
前記半導体積層体は、
前記共振器方向と交差する方向の共振器端面のうち、少なくともレーザ光を出射する出射端面側において、前記リッジストライプ部の両側方の部分の一部を切り欠いて形成された劈開補助溝と、
前記劈開補助溝の底面の上に形成され、前記リッジストライプ部から独立し且つ壁面が前記共振器端面とは異なる方向に延びる凸部である光散乱部とを有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記反射層は誘電体多層膜であり、前記光散乱部における前記共振器端面側の壁面を覆うことを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記光散乱部は、平板状に形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記光散乱部は、屈曲部を有するジグザグ形状に形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記光散乱部は、前記リッジストライプ部側の端部が、他の部分よりも前記共振器端面側に突出している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】
前記半導体積層体は、前記劈開補助溝における前記共振器端面とは異なる方向に延びる壁面からなる壁面光散乱部を有していることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記壁面光散乱部は、屈曲部を有するジグザグ形状の壁面であることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記光散乱部は、前記出射端面よりも反射率が高いことを特徴とする請求項１〜３及び５〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記反射層のうち前記光散乱部を覆う部分は、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との積層体であり、前記反射層の他の部分は前記第１の誘電体多層膜からな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】
前記反射層と、前記光散乱部との間に形成された単層誘電体膜をさらに有していることを特徴とする請求項１〜３及び５〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記単層誘電体膜は、前記光散乱部を覆う部分の膜厚ｄが、ｄ＝λ／２×ｎ（但し、λはレーザ光の波長、ｎは自然数である。）であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記反射層は、前記光散乱部を覆う部分において前記共振器方向からの入射光に対する反射率が４０％以上であることを特徴とする請求項１〜３及び５〜１４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記劈開補助溝及び光散乱部は、前記共振器端面のうち前記出射端面と反対側にも形成されていることを特徴とする請求項１〜１５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】
通信用並びにコンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）用の読み出し及び書き込み素子として、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）系赤外レーザ又はインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）系赤色レーザ等のIII−Ｖ族化合物半導体レーザ装置が広く用いられている。
【０００３】
近年、一般式がＡｌxＧａyＩｎ(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いて、さらに波長の短い青色又は紫外の半導体レーザ装置が実現されている。これらの半導体レーザ装置は、次世代ＤＶＤ（Blu-Ray Disc）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つつある。現在、青色の半導体レーザ装置は、再生用の数十ｍＷの低出力のものと、記録用の１００ｍＷ級の高出力のものとが市販されている。記録速度の向上を実現するために、青色半導体レーザ装置のさらなる高出力化が行われており、２００ｍＷ級の半導体レーザ装置も市場に登場しつつある。
【０００４】
一般的に、窒化物半導体レーザ装置の基板水平方向の注入電流狭窄は、窒化物半導体材料の一部をストライプ状にエッチングして形成したリッジ構造により行う。また、基板水平方向の光閉じ込めは実屈折率導波構造により行う。このため、ストライプ状の光導波領域内を伝播するレーザ光は基板水平方向に漏洩しやすい。漏洩した光（迷光）は、レーザ共振器方向に多重反射し、最終的には出射端面から放出される。その結果、迷光が主レーザ光と干渉し、遠視野像（FFP:Far Field Pattern）にリップルが出現したり、ガウシアン形状から外れたりする。このようなレーザ光を光ディスクの読み出し及び書き込み等に用いると、光の利用効率が減少するため、ノイズが発生したり、読取りエラーが発生したりする。
【０００５】
これまでにも、窒化物半導体レーザ装置において、基板水平方向の漏れ光によるリップルを抑制し、良好なＦＦＰ形状を得る方法が検討されている。
【０００６】
例えば、ｐ側電極の一部をリッジストライプ外のｐ型クラッド層が露出した部分にも連続して形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、リッジ導波路部の外に漏れ出た迷光は、ｐ側電極により吸収され、ＦＦＰの形状を改善することができる。
【０００７】
また、リッジ導波路部から離れた部分に導波路の屈折率よりも大きい屈折率を持つ誘電体、金属又は半導体等からなる光吸収領域を形成することにより、ＦＦＰの形状を改善する技術が開示されている（例えば、特許文献２及び３を参照。）。
【０００８】
他に、出射端面側の近傍に、複数の凹部を形成し、リッジ導波路部からの漏れ光を散乱させることにより、ＦＦＰ形状を改善する技術が開示されている（例えば、特許文献４を参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１８６６５０号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７６６１号公報
【特許文献３】特開２００６−２１６７３１号公報
【特許文献４】特開２００５−３１１３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のＦＦＰ形状を改善する技術には、以下のような問題がある。まず、ｐ側電極をリッジ導波路部だけでなくｐ型クラッド層の露出面の上にも形成する場合には、リッジ導波路部以外の部分においても電流が流れてしまうという問題がある。リッジ導波路部以外の部分において流れる電流は、リッジ導波路部の１００分の１程度である。しかし、半導体レーザ装置の出力を増大させるために、注入電流を大きくすると、リッジ導波部以外の部分に流れるリーク電流を無視できなくなる。リーク電流は、ＦＦＰ形状を悪化させ、新たなリップルの原因となる。
【００１０】
また、リッジ導波路部以外の部分にもｐ側電極を形成するために、ｐ側電極の幅をリッジ導波路部の幅よりも遙かに大きくする必要がある。このような幅広いｐ側電極は、共振器端面部にクラック、微小な段差及び欠け等が発生する劈開不良の原因となる。また、端面部において電極剥がれが生じやすくなる。その結果、歩留まりが低下してしまう。また、端面部において光が散乱しやすくなりＦＦＰ形状の不良が生じる新たな原因となる。
【００１１】
吸収層を誘電体とすれば、リーク電流のおそれはなくなる。しかし、十分に大きな吸収係数を持つ誘電体材料が存在しないため、光吸収の効果を十分得ることができない。
【００１２】
吸収層を半導体とする場合には、少なくとも２回の半導体層の成長が必要になり、コスト的に非常に不利になる。また、光吸収の多い半導体層は、欠陥の多い層であったり、不純物が多い層であったり、Ｉｎ組成が高い層等であったりする。このため、吸収層が半導体レーザ装置の劣化を促進し、信頼性が低下する。
【００１３】
吸収層を形成せず、凹部の形成により漏れ光を散乱させる場合には、吸収層において生じるような問題は生じない。しかし、凹部では反射の効率が悪いため、漏れ光の散乱が十分ではなく、漏れ光が端面部から放出されてしまうおそれがある。凹部の内部に誘電体膜等を形成することにより、散乱の効率を改善することも考えられる。しかし、凹部の内部への成膜は困難であるため、単層の誘電体層しか実質的には形成できない。単層の誘電体層では、垂直入射に対して２０％弱の反射率しか得られないため、ＦＦＰ形状を改善する効果は小さい。
【００１４】
また、散乱効率を向上させるために複数の凹部を形成すると、ドライエッチングに起因するリークパスが形成され、閾値電流が増加する等の問題も生じる。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題を解決し、リップルが低減され、遠視野像の形状がガウシアン形状に近い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】
【００１６】
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、劈開をガイドする劈開補助溝に光散乱部を形成する構成とする。
【００１７】
具体的に、本発明に係る第１の半導体レーザ装置は、基板の上に形成され、共振器方向に延びるリッジストライプ部及び共振器方向と交差する方向の２つの共振器端面とを有する半導体積層体と、共振器端面を覆う誘電体多層膜からなる反射層とを備え、半導体積層体は、共振器端面のうち、少なくともレーザ光を出射する出射端面の側において、リッジストライプ部の両側方の部分の一部を切り欠いて形成した劈開補助溝と、劈開補助溝における共振器端面とは異なる方向に延びる壁面からなり、反射層に覆われた光散乱部とを有していることを特徴とする。
【００１８】
第１の半導体レーザ装置は、劈開補助溝における共振器端面とは異なる方向に延びる壁面からなり、反射層に覆われた光散乱部を有している。このため、光散乱部による光散乱の効率が高く、リッジ導波路部の外側へ漏れだした漏れ光が出射端面から出射されることを効果的に低減できる。また、光散乱部は、劈開補助溝の壁面に形成するため、反射層は劈開後に形成することができる。従って、工程の増加もほとんどない。
【００１９】
第１の半導体レーザ装置において、光散乱部は共振器端面と接する単一の壁面であってもよい。また、光散乱部は屈曲部を有するジグザグ形状の壁面であってもよい。
【００２０】
本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、基板の上に形成され、共振器方向に延びるリッジストライプ部及び共振器方向と交差する方向の２つの共振器端面とを有する半導体積層体と、共振器端面を覆う誘電体膜からなる反射層と備え、半導体積層体は、共振器方向と交差する方向の共振器端面のうち、少なくともレーザ光を出射する出射端面側において、リッジストライプ部の両側方の部分の一部を切り欠いて形成された劈開補助溝と、劈開補助溝の底面の上に形成され、リッジストライプ部から独立し且つ壁面が共振器端面とは異なる方向に延びる凸部である光散乱部とを有していることを特徴とする。
【００２１】
第２の半導体レーザ装置は、リッジストライプ部から独立し且つ壁面が共振器端面とは異なる方向に延びる凸部である光散乱部を有している。このため、光を散乱させる面を増やすことができるため、効率よく漏れ光を散乱させることができる。また、凸部がリッジ導波路部から独立しているため、凸部の表面に電流が流れず、リーク電流が増大するおそれもない。
【００２２】
第２の半導体レーザ装置において、反射層は誘電体多層膜であり、光散乱部における共振器端面側の壁面を覆う構成としてもよい。
【００２３】
第２の半導体レーザ装置において、光散乱部は平板状に形成されていても、屈曲部を有するジグザグ形状に形成されていてもよい。
【００２４】
第２の半導体レーザ装置において、光散乱部は、リッジストライプ部側の端部が、他の部分よりも共振器端面側に突出している構成としてもよい。
【００２５】
第２の半導体レーザ装置において、半導体積層体は、劈開補助溝における、共振器端面とは異なる方向に延びる壁面からなる壁面光散乱部を有していてもよい。
【００２６】
この場合において、壁面光散乱部は、屈曲部を有するジグザグ形状の壁面であってもよい。
【００２７】
第１及び第２の半導体レーザ装置において、光散乱部は出射端面よりも反射率が高い構成としてもよい。この場合、反射層のうち光散乱部を覆う部分は、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜との積層体とし、反射層の他の部分は第１の誘電体多層膜からなる構成としてもよい。
【００２８】
第１及び第２の半導体レーザ装置において、反射層と光散乱部との間に形成された単層誘電体膜をさらに有していてもよい。この場合において、単層誘電体膜は光散乱部を覆う部分の膜厚ｄが、ｄ＝λ／２×ｎ（但し、λはレーザ光の波長、ｎは自然数である。）であることが好ましい。
【００２９】
第１及び第２の半導体レーザ装置において、反射層は光散乱部を覆う部分において共振器方向からの入射光に対する反射率が４０％以上である構成としてもよい。
【００３０】
第１及び第２の半導体レーザ装置において、劈開補助溝及び光散乱部は、共振器端面のうち出射端面と反対側にも形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る半導体レーザによれば、リップルが低減され、遠視野像の形状がガウシアン形状に近い窒化物半導体レーザ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本願発明者らは、従来の半導体レーザ装置において、リッジ導波路部からの漏れ光がどのように生じるかを詳細に調べた。その結果、リッジ導波路部の微小なゆらぎ及び半導体層表面のモフォロジーによって導波路部内を伝播する光が散乱されることにより、漏れ光が発生することが明らかとなった。また、リッジ幅が狭くなるほど散乱の影響を強く受けるため、漏れ光は増大することも明らかになった。
【００３３】
漏れ光は近視野像（ＮＦＰ）においてはリッジ導波路部の両側に存在する。ＮＦＰのピーク強度により規格化した漏れ光の相対強度が１×１０-3程度に増加するとＦＦＰのリップルが顕著に現れることが明らかになった。逆に漏れ光のＮＦＰ相対強度を５×１０-4以下とするＦＦＰのリップルがかなり低減され、ＮＦＰ相対強度を１×１０-4以下とすれば、ＦＦＰにリップルがほとんど認められなくなることが明らかとなった。
【００３４】
一般に、窒化物半導体レーザ装置はリッジ幅が１μｍ〜２μｍ程度と比較的狭いために、漏れ光が生じやすい構造となっている。リッジ幅を広げることにより、ＦＦＰ形状の改善が期待されるが、リッジ幅を広げると閾値電流、キンク及び拡がり角等の他の特性の悪化が生じる。
【００３５】
また、窒化物半導体レーザ装置においては、自発分極と歪みによるピエゾ効果によるバンドベンディング、高い注入キャリア密度によるバンドシュリンク及び発熱による発振波長の長波長シフト等により、リッジ導波路部における発振波長が、周辺領域の吸収端の波長よりも長波長となることが多い。このため、漏れ出た光が吸収されることなく、リッジ導波路部外を伝播する迷光となってしまう。リッジ導波路部外を伝播する迷光は、最終的には出射端面（フロント端面）から出射され、ＦＦＰ形状にリップルとして現れる。
【００３６】
このように窒化物半導体レーザ装置においては、漏れ光の発生を避けることは構造的に難しい。従って、漏れ光のＮＦＰ及びＦＦＰへの影響を抑制するためには、フロント端面からの漏れ光の出射を何らかの方法により防ぐ必要がある。
【００３７】
本願発明者らは、検討の結果、フロント端面におけるリッジ導波路部以外の領域に、複数の凸部からなる光散乱部を形成すると共に、光散乱部の表面を誘電体多層膜からなる反射層により覆うことにより散乱の効果を飛躍的に増大させることができることを見いだした。これにより、端面からの漏れ光の出射を非常に小さくすることが可能となる。
【００３８】
凸部の壁面は共振器端面に対して傾斜しているため、凸部の壁面と垂直な方向における反射層の膜厚は薄くなる。しかし、共振器方向における膜厚は、大きく変化することはない。このため、共振器のフロント端面に５０％の反射コートを施す場合、共振器方向に伝搬する漏れ光に対しては、２０％〜５０％程度の反射率をもつ反射層となり、散乱の効果を高めることができる。
【００３９】
以下に、以上の検討結果に基づいて実現した、ＦＦＰの形状が改善された半導体レーザ装置について具体的に説明する。
【００４０】
（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て説明する。図１〜４は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置であり、図１は平面構成を示し、図２〜４はそれぞれ、図１のII−II線、III−III線及びIV−IV線における断面構成を示している。図１〜３において、反射層の記載は省略している。
【００４１】
第１の実施形態の半導体レーザ装置は、図１〜４に示すように、共振器端面４１においてリッジストライプ部２１の両側方に段差部である劈開補助溝２２が形成され、劈開補助溝２２の壁面の一部が光散乱部２３となっている。
【００４２】
具体的には、ｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１１の上に、半導体積層体２０が形成されている。半導体積層体２０は、基板側からバッファ層（図示せず）を介在させて順次形成されたｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４を有している。ｎ型半導体層１２は、順次形成されたｎ型ＧａＮ層１２Ａ、ｎ型クラッド層１２Ｂ及びｎ型ガイド層１２Ｃを含む。ｐ型半導体層１４は、ｐ型ガイド層１４Ａ及びｐ型クラッド層１４Ｂを含む。ｐ型クラッド層１４Ｂの一部は、リッジストライプ状に加工されており、リッジストライプ部２１が形成されている。これにより、光閉じ込め領域であるリッジ導波路部が形成される。
【００４３】
ｐ型クラッド層１４Ｂの上には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の誘電体層からなる保護膜３１が形成されている。保護膜３１は、リッジストライプ部２１の上部に開口部を有している。リッジストライプ部２１上の開口部には、ｐ側電極３２が形成されており、保護膜３１の上にはｐ側電極３２と接続されたｐ側パッド電極３３が形成されている。基板１１の半導体積層体２０と反対側の面（裏面）にはｎ側電極３４が形成されている。
【００４４】
半導体積層体２０の共振器端面４１には、リッジストライプ部２１の両側方にリッジストライプ部２１と間隔をおいて劈開補助溝２２が形成されている。劈開補助溝２２は、半導体レーザ装置をウェハから劈開により割り出す出す際に、劈開の方向を制御して割り出しを容易にするために、不連続な溝としてウェハに形成する。このため、割り出した後の半導体レーザ装置においては、半導体積層体２０の一部が切り欠かれた段差部となる。
【００４５】
劈開補助溝２２の壁面のリッジストライプ部２１側の部分には、光散乱部２３が形成されている。光散乱部２３は、劈開補助溝２２の壁面が共振器端面４１の延びる方向とは異なる方向となっている部分である。本実施形態においては、複数の屈曲部を有するジグザグ形状の壁面とすることにより、共振器端面４１とは異なる方向に延びる複数の壁面を形成している。
【００４６】
共振器端面４１には、誘電体多層膜からなる反射層３５が形成されている。レーザ光を出射するフロント端面に形成された反射層３５は、反射率が５０％となるように設定されている。一方、フロント端面と反対側のリア端面に形成された反射層は反射率が９５％となるように設定されている。
【００４７】
反射層３５は、光散乱部２３を構成する壁面にも形成されている。このため、光散乱部２３による光散乱効果が非常に大きくなる。従って、リッジ導波路部から漏れだした漏れ光はフロント端面からほとんど出射されない。その結果、漏れ光に起因してＦＦＰ形状に現れるリップル又は形状乱れを大幅に低減し、良好なＦＦＰ形状を実現できる。
【００４８】
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、キャリア濃度０．５×１０18ｃｍ-3〜８×１０18ｃｍ-3程度のｎ型のＧａＮ基板１１の上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型半導体層１２と活性層１３とｐ型半導体層１４とを有する半導体積層体２０を形成する。半導体積層体２０はレーザ共振器が形成できればどのようなものでもよいが、例えば以下のような構成とすればよい。
【００４９】
ｎ型半導体層１２は、膜厚が１μｍのｎ型ＧａＮ層１２Ａと、膜厚が２．５μｍのｎ−Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎからなるｎ型クラッド層１２Ｂと、膜厚が１５０ｎｍのｎ型のＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）からなるｎ型ガイド層１２Ｃを有している。活性層１３は、膜厚が３ｎｍのＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなるウェル層と、膜厚が７．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるバリア層との三重量子井戸からなる。ｐ型半導体層１４は、膜厚が１２０ｎｍのｐ型のＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）からなるｐ型ガイド層１４Ａと、膜厚が０．５μｍのｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型クラッド層１４Ｂと、膜厚が１００ｎｍのｐ−ＧａＮからなるｐ型コンタクト層（図示せず）とを有している。
【００５０】
ｎ型の半導体層にはＳｉがドナー不純物として５×１０17ｃｍ-3程度ドーピングされており、ｐ型の半導体層にはマグネシウム（Ｍｇ）がアクセプター不純物として1×１０19ｃｍ-3程度ドーピングされている。また、最表面のｐ型コンタクト層にはＭｇが１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度にドーピングされている。半導体積層体２０と基板１１との間には膜厚が２００ｎｍのｎ−ＧａＮからなるバッファ層（図示せず）が形成されている。
【００５１】
次に、ｐ型コンタクト層の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜をＣＶＤ法により２００ｎｍの厚さに堆積する。続いて、Ｎ2雰囲気において８００℃の温度で３０分間の熱処理を行い、ｐ型の半導体層に含まれる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）を用いたドライエッチングにより、ＳｉＯ2膜にストライプ上の開口部を形成する。その後、ＳｉＯ2膜マスクとしてＣｌ2、ＢＣｌ3又はＳｉＣｌ4等の塩素系のガスによる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いたドライエッチングにより、０．５μｍ程度までｐ型半導体層１４をエッチングし、リッジストライプ部２１を形成する。デバイス特性の設計にもよるが、ｐ型ガイド層１４Ａの一部までエッチングすることが望ましい。また、ストライプの幅は０．５μｍ〜２０μｍ程度とすればよく、より好ましくは１．０μｍ〜２．０μｍ程度とする。
【００５２】
続いて、マスクに用いたＳｉＯ2膜を緩衝フッ酸（ＢＨＦ）溶液により除去した後に、再び全面に膜厚が８００ｎｍのＳｉＯ2膜を堆積する。次に、フォトリソグラフィ及びＲＩＥによるＳｉＯ2のドライエッチングと、ＩＣＰによる窒化物半導体層のドライエッチングとにより、共振器端面４１となるライン上に、リッジストライプ部２１を避けて、破線状に複数の劈開補助溝２２を形成する。劈開補助溝２２の深さは約３μｍとし、ｎ型クラッド層１２Ｂ又はｎ型ＧａＮ層１２Ａまで到達するようにする。各劈開補助溝２２は、リッジストライプ部２１側の壁面の少なくとも一部が複数の屈曲部を有するジグザグ形状となるようにする。
【００５３】
続いて、マスクに用いたＳｉＯ2膜をＢＨＦ溶液により除去した後に、膜厚が２００ｎｍのＳｉＯ2からなる保護膜３１を堆積する。次に、フォトリソグラフィ及びＢＨＦ溶液を用いたウェットエッチングにより保護膜３１にリッジストライプ部２１の直上を露出する開口部を形成する。開口部に電子線蒸着により、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）とからなるｐ側電極３２を形成する。Ｐｄ及びＰｔの膜厚はそれぞれ４０ｎｍ及び３５ｎｍであり、基板を７０℃に加熱した状態で蒸着を行う。蒸着の後、４００℃の熱処理を加えることにより、５×１０-4Ωｃｍ2以下の良好なコンタクト抵抗が得られる。蒸着時の温度については、検討の結果、７０℃〜１５０℃程度とした場合、最もコンタクト抵抗を低減でき、密着性も良好とすることが明らかになっている。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、７０〜１００℃程度において蒸着を行えば、プロセスの歩留まりを低下させることなく、コンタクト抵抗を低減できるので好ましい。
【００５４】
続いて、ｐ側電極３２の上にチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）とからなる配線用のパッド電極３３を形成する。Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕの膜厚はそれぞれ５０ｎｍ、５０ｎｍ及び１μｍとすればよい。その後、基板１１の裏面を研削研磨し、約１００μｍ以下の厚さまで薄膜化した後に、基板１１の裏面にＴｉとＰｔとＡｕとからなるｎ０側電極３４を形成する。Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕの膜厚はそれぞれ５ｎｍ、３５ｎｍ及び５００ｎｍとすればよい。これにより１×１０-3Ωｃｍ2以下の良好なコンタクト抵抗を実現できる。
【００５５】
次に、基板１１の裏面側からのブレーキングにより一次劈開を行い、共振器端面４１を有するデバイスバーを形成する。一次劈開は劈開補助溝２２に沿って行われるため、劈開補助溝２２のジグザグ形状の壁面が露出し、光散乱部２３となる。
【００５６】
続いて、共振器端面４１のうちフロント端面に反射率約５０％、リア端面に反射率約９５％の誘電体多層膜からなる反射層３５を形成する。これにより、光散乱部２３も反射層３５により覆われる。
【００５７】
フロント端面の誘電体多層膜は、例えば、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とＺｒＯ2とをそれぞれ１２０ｎｍ、６８ｎｍ及び４４ｎｍの膜厚で形成すればよい。リア端面の誘電体多層膜は厚さが１２０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜の上に厚さが６８ｎｍのＳｉＯ2膜と厚さが４４ｎｍのＺｒＯ2膜とを６．５周期形成すればよい。これにより、波長４０５ｎｍに対する反射率が、それぞれ反射率５０％及び９５％となる。
【００５８】
その後、デバイスバーを共振器方向に二次劈開して個々の半導体レーザ装置に分割し、パッケージに実装配線する。
【００５９】
このように、本実施形態においてはリッジストライプ部２１の両側方の領域に設けた劈開補助溝２２の壁面を複数の屈曲部を有するジグザグ形状の光散乱部２３とすると共に、光散乱部２３となる壁面にも共振器端面４１と同様に誘電体多層膜からなる反射層３５を形成する。これにより、リッジ導波路部からの漏れ光を効率よく散乱させることができる。従って、漏れ光に起因してＦＦＰ形状に現れるリップルや形状乱れを大幅に低減し、良好なＦＦＰ形状を実現できる。
【００６０】
第１の実施形態の半導体レーザ装置は、反射層３５と光散乱部２３との間に、単層の誘電体膜である保護膜３１が形成されている。反射層３５と光散乱部２３との間に保護膜３１が存在する場合には、光散乱部２３の反射率が低下しないように、保護膜３１の光散乱部２３の壁面上における膜厚ｄをｄ＝λ／２×ｎ（但し、λは発振波長、ｎは自然数である）とすることが好ましい。また、図５に示すように、反射層３５を光散乱部２３の表面に直接形成してもよい。このようにすれば、保護膜３１が反射層３５の反射効率に影響を及ぼすことがない。
【００６１】
また、本実施形態においては、光散乱部２３にフロント端面と同一の反射層３５を形成した。しかし、記録用の高出力レーザ装置等の場合には、フロント端面に形成する反射層の反射率が低い場合がある。このような場合には、光散乱部の効果が低下してしまうおそれがある。これを回避するために、光散乱部に形成する反射層の構成をフロント端面に形成する反射層と異なるものとしてもよい。例えば、図６に示すように、半導体積層体２０の表面に形成する保護膜を誘電体多層膜３６とすれば、光散乱部２３には、反射層３５と誘電体多層膜３６とが積層された反射層３７が形成できる。保護膜として形成する誘電体多層膜３６の膜厚を、光散乱部２３において反射層３５と積層した場合に反射率が高くなるように設定すれば、光散乱部２３における反射率を向上させることができる。この場合、誘電体多層膜３６は劈開補助溝２２の内壁面に形成する必要があるため、スパッタ等の物理蒸着よりもＣＶＤ等の反応性の蒸着手法を用いて形成することが好ましい。
【００６２】
誘電体多層膜の反射率を高めるためには低屈折率材料と高屈折率材料とを組み合わせることが好ましい。この場合、低屈折率材料としてはＳｉＯ2等を用い、高屈折率材料としてはＳｉＮ又はＡｌＮ等を用いればよい。また、光散乱部２３においては反射層に光吸収があっても問題ないため、導波路端面の反射コート用の材料と異なり吸収係数の小さい材料でなくてもよい。また図７のように誘電体多層膜３６と半導体積層体２０との間に単層の誘電体膜３８を形成してもよい。この場合には単層の誘電体膜３８の膜厚は、ｄ＝λ／２×ｎの条件を満たすようにする。
【００６３】
本実施形態において、光散乱部２３を複数の屈曲部を有するジグザグ形状の壁面としたが、共振器端面と異なる方向に延びる壁面であればよく、屈曲部は１つだけであってもよい。また、図８に示すように共振器端面４１と異なる方向に延びる単一の平面からなる光散乱部２４としてもよい。
【００６４】
光散乱部２３はリッジストライプ部２１からの漏れ光が存在する領域に形成するのが好ましいため、リッジストライプの中心からの距離が０．１μｍ〜５０μｍの位置に形成することが好ましく、１μｍ〜１５μｍの範囲に形成すればより効果的である。また、光散乱部２３の深さは、光が分布している深さに達していることが好ましい。このため、少なくともｎ型クラッド層１２Ｂに到達していることが好ましく、具体的には１μｍ以上あればよい。但し、深さを３μｍ程度とすれば、十分な散乱効果が得られるだけでなく、劈開補助溝としても十分な効果が得られ且つ形成が容易となる。
【００６５】
図１においては、リア端面側の記載を省略しているが、リア端面側にもフロント端面側と同様に光散乱部２３を形成することが好ましい。これにより、より効果的にＦＦＰ形状を改善できる。特に、リア端面には９０％以上の高反射率の反射層を形成する場合が多く、リア端面側に設けた光散乱部は散乱の効果を大きくできる。但し、光の出射を行わないリア端面側には必ずしも光散乱部２３を形成する必要はない。
【００６６】
また、フロント端面側とリア端面側の劈開補助溝２２は、ブレーキング加工前のウェハでは同一の溝である。劈開補助溝２２は劈開時の補助溝として機能する溝であり、形状が対称である方が劈開ずれ及び劈開不良が起こりにくい。従って、リア端面側にも光散乱部２３を設けることにより、劈開時の歩留まり低下を抑制する効果も得られる。
【００６７】
本実施形態においては、劈開補助溝２２が平面直角台形状である場合を示した。劈開前の劈開補助溝２２の先端がＶ字型となっていた方が正確に劈開をガイドでき好ましい。しかし、これに限らず平面方形状等のとしてもよい。
【００６８】
図９（ａ）及び（ｂ）は本実施形態の半導体レーザ装置における水平ＦＦＰの強度分布と、ＦＦＰから推定したＮＦＰの強度分布を示している。また、比較のために光散乱部が形成されていない半導体レーザ装置について同様の測定を行った結果を図４（ｃ）及び（ｄ）に示し、光散乱部に反射層が形成されていない半導体レーザ装置について同様の測定を行った結果を図４（ｅ）及び（ｆ）に示している。
【００６９】
ＮＦＰの推定はＦＦＰ分布を逆フーリエ変換することで行っている。ＦＦＰ強度分布においては、光の位相情報が消失してしまっているためＮＦＰの正確な強度分布を求めることはできない。つまり、ＮＦＰの左右分布の非対称性については位相情報がないため、見積もることは不可能である。しかし、ＮＦＰの観察結果との比較から推定ＮＦＰの位置及び相対強度は概ね一致することが確認できている。
【００７０】
ＮＦＰの推定強度分布を比較すると、図９（ｄ）に示した光散乱部がない場合と比べて、図９（ｆ）に示した反射層がない光散乱部を形成した場合には、リッジ中心から約２μｍ以上離れた位置での強度が１／２〜１／５程度に低減し、１〜５×１０-4程度となった。さらに、図９（ｂ）に示すように、光散乱部に反射層を形成した場合にはリッジ中心から約２μｍ以上離れた位置での強度が１／５〜１／１０程度に低減し、１×１０-4以下となった。この結果、本実施形態の半導体レーザ装置は、ＦＦＰ形状に乱れ及びリップルがほとんどない状態を実現できた。以上のように、反射層を有する光散乱部形成することにより、リッジ導波路部からの漏れ光を１／２〜１／１０以下に低減することができ、ＦＦＰ形状の改善が可能であることが明らかになった。
【００７１】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図１０〜１３は、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置であり、図１０は平面構成を示し、図１１〜１３はそれぞれ、図１０のXI−XI線、XII−XII線及びXIII−XIII線における断面構成を示している。図１０〜図１２において、反射層の記載は省略している。図１０〜１３において図１〜４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。
【００７２】
第２の実施形態の半導体レーザ装置は、図１０〜１３に示すように、光散乱部２６が劈開補助溝２２の底面の上に形成された凸部である。光散乱部２６は、複数の屈曲部を有するジグザグ形状の凸部であり、光散乱部２６を形成する各壁面は共振器端面４１とは異なる方向に延びている。また、光散乱部２３は、劈開補助溝２２の底部においてのみ半導体積層体２０の他の部分とつながっている。このため、光の閉じ込めを行うリッジ導波路部から独立している。
【００７３】
漏れ光を散乱させる散乱面が多いほど、漏れ光の出射を防止しＦＦＰ形状を改善する効果が大きくなる。第１の実施形態の半導体レーザ装置は、光散乱部が劈開補助溝の壁面に形成されている。このため、光散乱部において光を散乱させる面は１つである。第２の実施形態においては、凸部の両面が光を散乱させる面となる。従って、光散乱部の効率を向上させることができる。
【００７４】
散乱面を増やす方法として、単純に半導体積層体２０に複数の凹部を形成する方法が考えられる（例えば、特許文献４を参照。）しかし、窒化物半導体においては、凹部の形成にはドライエッチングを用いなければならない。このため、エッチング表面にダメージが生じる。従って、凹部を複数形成することにより複数の光散乱面を形成した場合には、表面準位等によるリーク電流が増加してしまい、信頼性が低下してしまう。
【００７５】
第２の実施形態の半導体レーザ装置は、光散乱部である凸部がリッジ導波路部から独立している。つまり、リッジ導波路部と光散乱部とは、劈開補助溝の底部に露出したｎ型半導体層のみを介して接続しているので、凸部の壁面がリークパスとはならず、リーク電流が増加するおそれがない。
【００７６】
図１０には、光散乱部２３がジグザグ形状の凸部である例を示しているが、光散乱部２３は壁面が共振器端面とは異なる方向に延びる凸部であればよく、図１４に示すような共振器端面４１とは異なる方向に延びる平板状の凸部からなる光散乱部２７としてもよい。
【００７７】
また、劈開補助溝の壁面を第１の実施形態と同様に光散乱機能を有する壁面としてもよい。例えば、図１５に示すように、ジグザグ形状の壁面である光散乱部２８とすれば、凸部である光散乱部２６と劈開補助溝の壁面である光散乱部２８との両方により漏れ光を散乱させることができる。このため、さらに光散乱の効率が向上し、漏れ光を共振器端面から出射されにくくすることができる。
【００７８】
この場合、光散乱部２６を構成する壁面の傾斜角度と光散乱部２８を構成する壁面の傾斜角度とが互いに異なっていることが好ましい。異なる傾斜角度とすることにより、各光散乱部における散乱角度に差が生じるため、散乱の効果を増大させることができる。なお、光散乱部２８は図８に示すような単一の壁面としてもよい。
【００７９】
第２の実施形態においても、反射層２５と光散乱部２６との間に形成された保護膜３１は、厚さｄがｄ＝λ／２×ｎの条件を満たすことが好ましい。また、第１の実施形態と同様に保護膜を介さずに光散乱部の壁面に直接反射層を形成してもよく、保護膜を誘電体多層膜としたり、単層の誘電体膜と誘電体多層膜とを積層してもよい。
【００８０】
また、光散乱部の共振器端面側の壁面が反射層に覆われている例を示しているが、光散乱部が独立した凸部である場合には、光散乱部の効率が高いため壁面が反射層に覆われていなくてもよい。また、誘電体多層膜ではなく、単層の誘電体膜からなる反射層を用いることも可能である。
【００８１】
光散乱部２６はリッジ両側の漏れ光が存在する領域に形成するのが好ましいため、リッジの中心からの距離が０．１μｍ〜５０μｍの位置に形成することが好ましく、１μｍ〜１５μｍの範囲に形成すればより効果的である。また、光散乱部２６は、リッジストライプ部２１側の端部が他の部分よりも共振器端面４１側に突出していることが好ましい。このようにすることにより、リッジ導波路部と光散乱部２６との間隔を狭くすることができ、リッジ導波路部に近い側において漏れ光が出射されることを低減できる。
【００８２】
また、光散乱部２６の深さは、光が分布している深さに達していることが好ましい。このため、少なくともｎ型クラッド層１２Ｂに到達していることが好ましく、具体的には１μｍ以上あればよい。但し、深さを３μｍ程度とすれば、十分な散乱効果が得られるだけでなく、劈開補助溝としても十分な効果が得られ且つ形成が容易となる。
【００８３】
本実施形態においても、光散乱部２６はレーザ光を出射するフロント端面側にだけ形成すればよい。但し、フロント端面側だけでなくリア端面側にも形成すれば、第１の実施形態と同様により効果的にＦＦＰ形状を改善できる。また、劈開時の歩留まり低下も抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明に係る窒化物半導体レーザは、リップルが低減され、遠視野像の形状がガウシアン形状に近い窒化物半導体レーザ装置を実現でき、特に高出力且つ長寿命の青紫色半導体レーザ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【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平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１のII−II線における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１のIII−III線における断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１のIV−IV線における断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示し、図１のIV−IV線における断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示し、図１のIV−IV線における断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の変形例を示し、図１のIV−IV線における断面図である。
【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変形例を示す平面図である。
【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遠視野像及び近視野像と、従来の半導体レーザ装置の遠視野像及び近視野像とを比較して示すグラフである。
【図１０】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平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１０のII−II線における断面図である。
【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し、図１０のIII−III線における断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１０のIV−IV線における断面図である。
【図１４】本発明の第２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１５】本発明の第２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。
【符号の説明】
【００８６】
１１      基板
１２      ｎ型半導体層
１２Ａ    ｎ型ＧａＮ層
１２Ｂ    ｎ型クラッド層
１２Ｃ    ｎ型ガイド層
１３      活性層
１４      ｐ型半導体層
１４Ａ    ｐ型ガイド層
１４Ｂ    ｐ型クラッド層
２０      半導体積層体
２１      リッジストライプ部
２２      劈開補助溝
２３      光散乱部
２４      光散乱部
２５      反射層
２６      光散乱部
２７      光散乱部
２８      光散乱部
３１      保護膜
３２      ｐ側電極
３３      ｐ側パッド電極
３４      ｎ側電極
３５      反射層
３６      誘電体多層膜
３７      反射層
３８      誘電体膜
４１      共振器端面
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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