(57)【要約】【課題】素子の劣化を抑制し、かつ、戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることが可能な窒化物系半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＮ基板１０の（１１−２２）面からなる主表面上に形成され、活性層２２を有する半導体レーザ素子層２０と、半導体レーザ素子層２０の活性層２２を含む領域の端部に形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面（光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂ）と、少なくとも光出射面２０ａに対応する領域に形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０の（０００１）面における劈開面からなり、光出射面２０ａに対して約３０°傾斜して延びる素子分離面１０ａとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主表面上に形成され、発光層を有する窒化物系半導体素子層と、
前記窒化物系半導体素子層の前記発光層を含む領域の端部に形成され、前記基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面と、
少なくとも光出射側の前記共振器面に対応する領域に形成され、前記基板の劈開面からなり、前記共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面とを備えた、窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項２】
基板の主表面上に形成され、発光層を有する窒化物系半導体素子層と、
前記窒化物系半導体素子層の前記発光層を含む領域の端部に形成され、前記基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面と、
少なくとも光出射側の前記共振器面に対応する領域に形成され、前記基板の（０００１）面、（１−１００）面、（１１−２０）面および（１０−１０）面のいずれか１つの面からなり、前記共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面とを備えた、窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記基板の主表面は、非極性面からなる、請求項１または２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記基板の非極性面からなる主表面は、（１１−２２）面、（１−１０２）面および（１−１００）面のいずれかの面方位を有し、
前記（１１−２２）面からなる主表面に対する前記素子分離面は、（０００１）面または（１１−２０）面であり、
前記（１−１０２）面からなる主表面に対する前記素子分離面は、（０００１）面、（１−１００）面および（１０−１０）面のいずれか１つの面であり、
前記（１−１００）面からなる主表面に対する前記素子分離面は、（１０−１０）面である、請求項３に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記素子分離面は、前記基板の主表面に対して鈍角をなす方向に傾斜する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項６】
基板の主表面上に、発光層を有する窒化物系半導体素子層を形成する工程と、
前記窒化物系半導体素子層の前記発光層を含む領域の端部に、前記基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面を形成する工程と、
少なくとも光出射側の前記共振器面に対応する領域に、劈開により、前記共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面を形成する工程とを備えた、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
前記共振器面を形成する工程は、エッチングにより前記共振器面を形成する工程を含む、請求項６に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記素子分離面を形成する工程は、前記共振器面に対して前記所定の角度傾斜した位置の前記基板の少なくとも表面または裏面の一方側にスクライブ溝を形成した状態で、劈開により前記素子分離面を形成する工程を含む、請求項６または７に記載の窒化物系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】
本発明は、窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、発光層を有する半導体素子層と共振器面とを備えた窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に形成された半導体素子層に対してエッチングにより共振器端面を形成するとともに、エッチング溝を起点として素子分割することにより形成される半導体レーザ素子およびその製造方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、サファイア基板上に窒化物系半導体層を形成した後、光出射側の共振器端面近傍に、ハーフダイシングにより窒化物系半導体層から基板に向かって共振器端面と異なる角度で傾斜する素子分割用の溝を形成する工程と、窒化物系半導体層の所定の深さまでエッチングにより共振器端面を形成する工程とを備えた半導体レーザ素子の製造方法が開示されている。この特許文献１に記載の製造方法を用いて形成された半導体レーザ素子では、サファイア基板の光出射側の素子分割面は、ハーフダイシングによって予め形成された分割面と、素子分割時の基板のブレイクによって形成された分割面とが繋げられた状態を有している。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０６４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された製造方法を用いて形成された半導体レーザ素子では、サファイア基板の素子分割面（光出射側の共振器端面に対して傾斜した面）が、ハーフダイシングによる分割面と基板のブレイクによる分割面とが繋げられて構成されているために、光出射側の素子分割面に平坦性が得られていない。このため、上記特許文献１の半導体レーザ素子を光学システムに組み込んで使用した場合、レーザ光の外部からの戻り光が平坦性の悪い光出射側の素子分割面で乱反射や散乱した状態で、光反射側の共振器端面に到達するので、傾斜させた素子分割面による戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることができないという問題点がある。また、窒化物系半導体層の発光層近傍までハーフダイシングを行うことによる熱影響などに起因して半導体層に結晶欠陥が生じるため、半導体レーザ素子が劣化するという問題点もある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、素子の劣化を抑制し、かつ、戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることが可能な窒化物系半導体レーザ素子およ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および発明の効果】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、基板の主表面上に形成され、発光層を有する窒化物系半導体素子層と、窒化物系半導体素子層の発光層を含む領域の端部に形成され、基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面と、少なくとも光出射側の共振器面に対応する領域に形成され、基板の劈開面からなり、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面とを備える。なお、本発明において、光出射側の共振器面は、光出射側および光反射側のそれぞれの共振器面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射側であり、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射側である。
【０００８】
この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、少なくとも光出射側の共振器面に対応する領域に形成され、基板の劈開面から構成されるとともに共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面を備えることによって、劈開により形成された素子分離面は良好な平坦性を有するので、この半導体レーザ素子を光学システムに組み込んで使用した場合、レーザ光の外部からの戻り光（再入射光）が、傾斜した光出射側の素子分割面で散乱することなく進むとともに、戻り光の一部が素子分割面において外方向に反射される。これにより、素子分割面による戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることができる。また、素子分離面を基板の劈開面により構成することによって、基板表面側からのハーフダイシングなどによる素子分離面の形成方法と異なり、加工時の熱影響などに起因して半導体層に結晶欠陥が生じるのが抑制されるので、半導体レーザ素子が劣化するのを抑制することができる。
【０００９】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、基板の主表面上に形成され、発光層を有する窒化物系半導体素子層と、窒化物系半導体素子層の発光層を含む領域の端部に形成され、基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面と、少なくとも光出射側の共振器面に対応する領域に形成され、基板の（０００１）面、（１−１００）面、（１１−２０）面および（１０−１０）面のいずれか１つの面からなり、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面とを備える。
【００１０】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、少なくとも光出射側の共振器面に対応する領域に形成され、基板の（０００１）面、（１−１００）面、（１１−２０）面および（１０−１０）面のいずれか１つの面から構成されるとともに、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面とを備えることによって、結晶面からなる素子分離面は良好な平坦性を有するので、この半導体レーザ素子を光学システムに組み込んで使用した場合、レーザ光の外部からの戻り光（再入射光）が、傾斜した光出射側の素子分割面で散乱することなく進むとともに、戻り光の一部が素子分割面において外方向に反射される。これにより、第１の局面による発明の効果と同様に、素子分割面による戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることができる。また、素子分離面を基板の結晶面を利用することによって、基板表面側からのハーフダイシングなどによる素子分離面の形成方法と異なり、加工時の熱影響などに起因して半導体層に結晶欠陥が生じるのが抑制されるので、半導体レーザ素子が劣化するのを抑制することができる。
【００１１】
上記第１の局面または第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、基板の主表面は、非極性面からなる。このように構成すれば、非極性面上に発光素子層が形成されるので、発光素子層に発生するピエゾ電場を低減することができる。その結果、レーザ光の発光効率を向上させるとともに動作電流および消費電力をより低減させることができるので、長寿命化が可能な半導体レーザ素子を形成することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、基板の非極性面からなる主表面は、（１１−２２）面、（１−１０２）面および（１−１００）面のいずれかの面方位を有し、（１１−２２）面からなる主表面に対する素子分離面は、（０００１）面または（１１−２０）面であり、（１−１０２）面からなる主表面に対する素子分離面は、（０００１）面、（１−１００）面および（１０−１０）面のいずれか１つの面であり、（１−１００）面からなる主表面に対する素子分離面は、（１０−１０）面である。このように構成すれば、劈開により素子分離面を形成する際に、容易に、基板の主表面に対して傾斜した（０００１）面、（１−１００）面、（１１−２０）面および（１０−１０）面のいずれか１つの結晶面を劈開面とした素子分離面を得ることができる。
【００１３】
上記第１の局面または第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、素子分離面は、基板の主表面に対して鈍角をなす方向に傾斜する。このように構成すれば、レーザ光の外部からの戻り光（再入射光）が基板の素子分離面で屈折して基板の裏面側に導かれやすいので、再入射光が基板の上面の上方に位置する光反射側の共振器面に到達するのを、より効果的に抑制することができる。
【００１４】
この発明の第３の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、基板の主表面上に、発光層を有する窒化物系半導体素子層を形成する工程と、窒化物系半導体素子層の発光層を含む領域の端部に、基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面を形成する工程と、少なくとも光出射側の共振器面に対応する領域に、劈開により、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面を形成する工程とを備える。
【００１５】
この発明の第３の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、少なくとも光出射側の共振器面に対応する領域に、劈開により、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びる素子分離面を形成する工程を備えることによって、劈開により形成された素子分離面は良好な平坦性を有するので、光学システムにおけるレーザ光の外部からの戻り光（再入射光）が、傾斜した光出射側の素子分割面で散乱することなく進むとともに、戻り光の一部が素子分割面において外方向に反射される。これにより、素子分割面による戻り光ノイズの低減効果が効率よく得られる半導体レーザ素子を形成することができる。また、劈開により素子分離面を形成することによって、基板表面側からのハーフダイシングなどによる素子分離面の形成方法と異なり、加工時の熱影響などに起因して半導体層に結晶欠陥が生じるのが抑制されるので、レーザ素子の劣化が抑制されるとともに、長寿命化が可能な半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１６】
上記第３の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、共振器面を形成する工程は、エッチングにより共振器面を形成する工程を含む。このように構成すれば、エッチングの条件を制御することにより、容易に、窒化物系半導体素子層の発光層を含む領域の端部に、基板の主表面に対して略垂直な方向に延びる共振器面を形成することができる。
【００１７】
上記第３の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、素子分離面を形成する工程は、共振器面に対して所定の角度傾斜した位置の基板の少なくとも表面または裏面の一方側にスクライブ溝を形成した状態で、劈開により素子分離面を形成する工程を含む。このように構成すれば、劈開による素子分割の際に、たとえば半導体素子層側に形成されたエッチング溝の底部と基板の裏面側に設けられたスクライブ溝とを結ぶ線に沿った面で基板が劈開されるため、容易に、基板の主表面に対して傾斜した（０００１）面や（１−１００）面などの結晶面を素子分離面として形成することができる。また、エッチング溝の底部（基板の表面側）にスクライブ溝を設けた場合であっても、このスクライブ溝を起点として基板の裏面に向かって劈開されるために、容易に、基板の主表面に対して傾斜した（０００１）面や（１−１００）面などとして形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。図２は、図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図３〜図５は、図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。図１〜図５を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００２０】
本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００は、図１に示すように、約８０μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板１０上に、後述する活性層２２を含むとともに約３．６μｍの厚みを有する半導体レーザ素子層２０が形成されている。また、半導体レーザ素子層２０は、図２に示すように、共振器長が約８００μｍを有するとともに、［１−１００］方向に垂直である共振器の延びる方向（Ａ方向）の両端部に、光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂがそれぞれ形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１０、半導体レーザ素子層２０および活性層２２は、それぞれ、本発明の「基板」、「窒化物系半導体素子層」および「発光層」の一例であり、光出射面２０ａは、本発明の「光出射側の共振器面」の一例である。
【００２１】
ここで、第１実施形態では、半導体レーザ素子層２０は、ｎ型ＧａＮ基板１０の非極性面である（１１−２２）面からなる主表面上に形成されている。また、図２に示すように、半導体レーザ素子層２０の共振器の延びる方向（Ａ方向）の両端部には、約８μｍの深さを有し、底部がｎ型ＧａＮ基板１０まで達する段差部４０ａおよび４０ｂが形成されている。これにより、光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂは、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１０の（１１−２２）面と略垂直に形成されている。
【００２２】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０は、図２に示すように、光出射面２０ａ側の段差部４０ａから基板の裏面側に向かって鉛直方向に対して角度θ１（＝約３０°）だけ傾斜して延びるとともに、ｎ型ＧａＮ基板１０の（０００１）面からなる素子分離面１０ａを有している。すなわち、素子分離面１０ａは、ｎ型ＧａＮ基板１０の（０００１）面による平滑な劈開面である。したがって、図２に示すように、素子分離面１０ａは、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面を構成する（１１−２２）面に対して鈍角（約１２０°）をなす方向に傾斜している。これにより、窒化物系半導体レーザ素子１００は、図５に示すように、レーザ光の外部からの戻り光６０（再入射光）が、素子分割面１０ａで散乱することなくｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側に向かってｎ型ＧａＮ基板１０の（１１−２２）面に対して角度θ２（＝約２０°）をなす矢印Ｐ方向に屈折しながら進むとともに、戻り光６０の一部が素子分割面１０ａにおいて再び矢印Ｑ方向に反射されるように構成されている。
【００２３】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０は、図２に示すように、光反射面２０ｂ側の段差部４０ｂからｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側に向かって鉛直方向に対して角度θ１（＝約３０°）だけ傾斜して延びるとともに、ｎ型ＧａＮ基板１０の（０００１）面からなる素子分離面１０ｂを有している。すなわち、素子分離面１０ｂは、素子分離面１０ａと同様に、ｎ型ＧａＮ基板１０の（０００１）面による平滑な劈開面である。したがって、図２に示すように、素子分離面１０ｂは、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面を構成する（１１−２２）面に対して鋭角（約６０°）をなす方向に傾斜している。
【００２４】
また、図３に示すように、半導体レーザ素子層２０は、ｎ型ＧａＮ基板１０の上面上に、約３μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１と、約７５ｎｍの厚みを有するとともに、ＩｎＧａＮからなる３層の量子井戸層とＧａＮからなる３層の障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ構造を有する活性層２２と、約７５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる光ガイド層２３と、中央部の凸部２４ａおよび凸部２４ａの左右両側の平坦部２４ｂを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４と、約３ｎｍの厚みを有するＩｎを約７％含むアンドープＩｎＧａＮからなるコンタクト層２５とによって形成されている。なお、活性層２２は、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造などにより形成されていてもよい。
【００２５】
また、図３に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の凸部２４ａは、エッチング加工などにより共振器の延びる方向（図２のＡ方向）に峰状に延びるように形成されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の平坦部２４ｂは、約６０ｎｍの厚みを有する。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の平坦部２４ｂから凸部２４ａの上面までは、約３４０ｎｍの高さを有する。また、凸部２４ａは、Ｂ方向（図３参照）に約１．５μｍの幅を有している。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の凸部２４ａとコンタクト層２５とによって、半導体レーザ素子の光導波路としてリッジ部５０が構成されている。なお、導波路構造の形成方法は図３に示すような凸状のリッジ部５０を形成する方法に限らず、埋め込みヘテロ構造などにより、導波路構造を形成してもよい。
【００２６】
また、コンタクト層２５の上面上には、約１ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３０ｎｍの厚みを有するＰｄ層とからなるｐ側オーミック電極２６が形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の平坦部２４ｂ上と、凸部２４ａの両側面上とには、約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる電流ブロック層２７が形成されている。また、電流ブロック層２７上の所定領域には、ｐ側オーミック電極２６の上面に接触するように、ｐ側オーミック電極２６に近い側から順に、約３０ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１４０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約２．４μｍの厚みを有するＡｕ層とからなるパッド電極２８が形成されている。
【００２７】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１０に近い側から順に、約６ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約６００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側オーミック電極２９が形成されている。このｎ側オーミック電極２９は、左右両側の素子分離面１０ａおよび１０ｂまで延びるようにｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側の全面に形成されている。
【００２８】
また、光出射面２０ａ側の段差部４０ａおよび光反射面２０ｂ側の段差部４０ｂ近傍における窒化物系半導体レーザ素子１００の断面では、図４に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０とｎ側オーミック電極２９とが現れる。また、ｎ型ＧａＮ基板１０のうち、半導体レーザ素子層２０のリッジ部５０（図３参照）が形成されている領域に対応する位置には、上に凸形状の凸部１０ｃが形成されるとともに、凸部１０ｃの両側には、Ｂ方向（図４参照）の素子端部まで延びる平坦部１０ｄが形成されている。なお、この凸部１０ｃと平坦部１０ｄとによって、光出射面２０ａ側の段差部４０ａ（図１参照）および光反射面２０ｂ側の段差部４０ｂ（図１参照）がそれぞれ形成されている。
【００２９】
第１実施形態では、上記のように、少なくとも光出射面２０ａに対応する領域に形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０の（０００１）面における劈開面からなり、光出射面２０ａに対して約３０°傾斜して延びる素子分離面１０ａを備えることによって、結晶面からなる素子分離面１０ａは良好な平坦性を有するので、この窒化物系半導体レーザ素子１００を光学システムに組み込んで使用した場合、レーザ光の外部からの戻り光６０（図５参照）が、傾斜した光出射面２０ａ側の素子分離面１０ａで散乱することなくｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側に向かって屈折しながら矢印Ｐ方向（図５参照）に進むとともに、戻り光６０の一部が素子分離面１０ａにおいて矢印Ｑ方向（図５参照）に反射される。これにより、素子分離面１０ａによる戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることができる。また、素子分離面１０ａおよび１０ｂを、ｎ型ＧａＮ基板１０の結晶面（（０００１）面）からなる劈開面を利用して形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面側からのハーフダイシングなどによる素子分離面の形成方法と異なり、加工時の熱影響などに起因して半導体レーザ素子層２０に結晶欠陥が生じるのが抑制されるので、窒化物系半導体レーザ素子１００の劣化が抑制される。これにより、長寿命化が可能な窒化物系半導体レーザ素子１００を得ることができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面を（１１−２２）面からなる非極性面であるように構成することによって、非極性面上に半導体レーザ素子層２０が形成されるので、半導体レーザ素子層２０に発生するピエゾ電場を低減することができる。その結果、レーザ光の発光効率を向上させるとともに動作電流および消費電力をより低減させることができるので、長寿命化が可能な窒化物系半導体レーザ素子１００を形成することができる。また、劈開により素子分離面１０ａを形成する際に、容易に、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面（（１１−２２）面）に対して約１２０°傾斜した（０００１）面からなる結晶面を劈開面とした素子分離面１０ａを得ることができる。
【００３１】
また、第１実施形態では、素子分離面１０ａを、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面を構成する（１１−２２）面に対して鈍角（約１２０°）をなす方向に傾斜するように構成することによって、レーザ光の外部からの戻り光６０がｎ型ＧａＮ基板１０の素子分離面１０ａで屈折してｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側に導かれやすい（戻り光６０が図５の矢印Ｐ方向に進む）ので、戻り光６０がｎ型ＧａＮ基板１０の上面の上方に位置する光反射面２０ｂに到達するのを、より効果的に抑制することができる。
【００３２】
図６および図７は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１、図２、図３、図６および図７を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスについて説明する。
【００３３】
まず、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の上面上に、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、約３μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、約７５ｎｍの厚みを有する活性層２２、約７５ｎｍの厚みを有する光ガイド層２３、約７５ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４および約３ｎｍの厚みを有するコンタクト層２５を順に積層する。そして、図３に示すように、コンタクト層２５の上面上に、リソグラフィによるレジストパターンを形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチングなどを行うことにより、［１−１００］方向と垂直な方向に延びるリッジ部５０を形成する。
【００３４】
また、図３に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２４の平坦部２４ｂ上およびリッジ部５０の両側面上に、約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる電流ブロック層２７を形成する。その後、コンタクト層２５の上面上に、約３１ｎｍの厚みを有するｐ側オーミック電極２６を形成するとともに、電流ブロック層２７上の所定領域に、ｐ側オーミック電極２６の上面に接触するように、真空蒸着法により約２．６μｍの厚みを有するパッド電極２８を形成する。また、図６に示すように、研磨やエッチング加工などにより約８０μｍの厚みに調整されたｎ型ＧａＮ基板１０の裏面上に、約６１６ｎｍの厚みを有するｎ側オーミック電極２９を真空蒸着法により形成する。
【００３５】
ここで、第１実施形態では、図７に示すように、パッド電極２８側から、Ｃｌ２などによる反応性イオンエッチングなどのドライエッチングにより、リッジ部５０の延びる方向と垂直な方向（図１のＢ方向）に、約８００μｍの共振器ピッチで、幅約１５μｍ、深さ約８μｍの溝状の凹部４０を形成する。これにより、半導体レーザ素子層２０のリッジ部５０の延びる方向（Ａ方向）の両端部に、凹部４０の壁面からなる共振器面（光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂの両方を含む）が形成される。
【００３６】
上記のようにドライエッチングを適用して共振器面を形成することによって、エッチングの条件を制御することにより、容易に、半導体レーザ素子層２０のリッジ部５０の延びる方向（図７のＡ方向）の両端部に、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面に対して略垂直な方向に延びる光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂを形成することができる。
【００３７】
また、第１実施形態では、図７に示すように、ｎ側オーミック電極２９側に、レーザスクライブにより、凹部４０と平行（図１のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝４１を形成する。この際、スクライブ溝４１は、光出射面２０ａに対して光出射面２０ａから外側に遠ざかる方向（図７のＡ１方向）に約３０°傾斜した位置のｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側に形成される。この状態で、図７に示すように、ウェハの表面側（上側）が開くようにｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側を支点として荷重を印加することにより、ウェハを、スクライブ溝４１の位置で矢印Ｃ方向に劈開する。これにより、ウェハは、図７に示すように、凹部４０とスクライブ溝４１とを結ぶ破線５００に沿って劈開される。したがって、図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の主表面（（１１−２２）面）に対して約１２０°（９０°＋θ１（３０°））の角度を有するｎ型ＧａＮ基板１０の（０００１）面を劈開面とした素子分離面１０ａおよび１０ｂが得られる。
【００３８】
なお、スクライブ溝４１を形成する際に、スクライブ溝４１がｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側から表面側に向かって傾斜（たとえば約３０°）するように形成してもよい。これにより、上記バー状劈開において、ｎ型ＧａＮ基板１０（図７参照）は、破線５００（図７参照）の方向に傾斜したスクライブ溝４１を起点として、Ｃ方向に、より容易に劈開させることが可能となる。
【００３９】
そして、劈開面形成工程（バー状劈開）の後に、図７に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏面側（ｎ側オーミック電極２９の裏面側）から半導体レーザ素子層２０に向かってリッジ部５０の延びる方向と平行な方向（Ａ方向）に、ダイヤモンドカッタ等により複数のスクライブ溝（図示せず）を形成した上で、各スクライブ溝に沿って順次素子分割（チップ化）を行う。これにより、図１に示すように、チップ化された窒化物系半導体レーザ素子１００が形成される。
【００４０】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。図９および図１０は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。図８〜図１０を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、窒化物系半導体レーザ素子２００の製造プロセスにおけるバー状劈開時のスクライブ溝２４１が、ｎ型ＧａＮ基板２１０の半導体レーザ素子層２０側の表面に形成された状態で素子分割（バー状劈開）が行われる場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板２１０は、本発明の「基板」の一例である。
【００４１】
本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子２００では、図８に示すように、ｎ型ＧａＮ基板２１０上に、第１実施形態と同様の構造を有する半導体レーザ素子層２０が形成されている。また、第１実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板２１０には、段差部２４０ａから基板の裏面側に鉛直方向に対して角度θ１（＝約３０°）だけ傾斜して延びるとともに、ｎ型ＧａＮ基板２１０の（０００１）面からなる劈開面から構成された素子分離面２１０ａが形成されている。
【００４２】
ここで、第２実施形態では、上記第１実施形態における窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスと異なり、図９に示すように、エッチング加工により半導体レーザ素子層２０からｎ型ＧａＮ基板２１０に達するように形成された凹部２４０に対して、レーザスクライバを用いてｎ型ＧａＮ基板２１０の共振器面のエッチング加工時に形成される凸部２１０ｃを避けながら、Ｂ方向（図８に示したリッジ部５０の延びるＡ方向と直交する方向）に破線状（約４０μｍ間隔）にスクライブ溝２４１を形成する。この状態で、図１０に示すように、ウェハの裏面側が開くように凹部２４０を支点として荷重を印加することにより、ウェハを、スクライブ溝２４１の位置で矢印Ｄ方向に劈開する。これにより、ウェハは、凹部２４０のスクライブ溝２４１を起点として破線６００に沿って劈開される。また、この際、図９に示すように、凸部２１０ｃなどのスクライブ溝２４１が形成されていない領域は、隣接するスクライブ溝２４１を起点として破線７００に沿って劈開が行われる。この結果、図８に示すように、素子分離面２１０ａおよび２１０ｂは、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板２１０の（０００１）面からなる劈開面として形成される。
【００４３】
なお、凹部２４０のうち、破線状にスクライブ溝２４１が形成された部分では、加工による結晶欠陥が発生するとともに加工に伴う凹凸形状が形成される一方、ｎ型ＧａＮ基板２１０の凸部２１０ｃ近傍のスクライブ溝２４１が形成されていない部分（破線７００の部分）では、ｎ型ＧａＮ基板２１０の（０００１）面からなる平滑な劈開面が形成される。また、破線状のスクライブ溝２４１を、ｎ型ＧａＮ基板２１０の（０００１）面の傾き角（ｎ型ＧａＮ基板２１０の主表面に対して約１２０°）に合わせて傾斜させれば、より容易に素子分離面２１０ａを形成することが可能である。
【００４４】
なお、スクライブ溝２４１の形成は、レーザスクライバを用いて精度よく加工を行うことが可能である。しかし、この場合、スクライブ時の熱によって溶解したｎ型ＧａＮ基板２１０の材料が共振器面（光出射面３２０ａおよび光反射面３２０ｂ）に再付着して共振器面を汚染する場合がある。このため、レジストパターンで共振器面を覆うように保護した状態で、破線状のスクライブ溝２４１を形成するのが、汚染をより効果的に抑制する上で好ましい。
【００４５】
そして、第１実施形態と同様の製造プロセスによって素子分割（チップ化）を行うことより、チップ化された窒化物系半導体レーザ素子２００が形成される。なお、第２実施形態における効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４６】
（第３実施形態）
図１１は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。図１１を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、窒化物系半導体レーザ素子３００を形成する際のｎ型ＧａＮ基板３１０の主表面に（１−１０２）面を用いる場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板３１０は、本発明の「基板」の一例である。
【００４７】
本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３００では、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板３１０上に、第１実施形態と同様の構造を有する半導体レーザ素子層２０が形成されている。
【００４８】
ここで、第３実施形態では、半導体レーザ素子層２０は、ｎ型ＧａＮ基板３１０の（１−１０２）面からなる主表面上に形成されている。また、図１１に示すように、半導体レーザ素子層２０の共振器の延びる方向（Ａ方向）の両端部には、約８μｍの深さを有し、底部がｎ型ＧａＮ基板３１０まで達する段差部３４０ａおよび３４０ｂが形成されている。これにより、光出射面３２０ａおよび光反射面３２０ｂは、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板３１０の（１−１０２）面と略垂直に形成されている。なお、第３実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板３１０の［１１−２０］方向に垂直な方向がリッジ部の延びる方向（Ａ方向）となる。
【００４９】
また、第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板３１０は、光出射面３２０ａ側の段差部３４０ａから基板の裏面側に向かって鉛直方向に対して角度θ３（＝約４０°）だけ傾斜して延びる素子分離面３１０ａが形成されている。すなわち、素子分離面３１０ａは、ｎ型ＧａＮ基板３１０のｍ面（（１−１００）面）による平滑な劈開面である。したがって、図１１に示すように、素子分離面３１０ａは、ｎ型ＧａＮ基板３１０の主表面（（１−１０２）面）に対して約１３０°（９０°＋θ３（４０°））をなす方向に傾斜している。
【００５０】
なお、第３実施形態における窒化物系半導体レーザ素子３００のその他の構造は、上記第１または第２実施形態と同様である。また、第３実施形態における窒化物系半導体レーザ素子３００の製造プロセスについても、上記第１または第２実施形態と同様である。
【００５１】
第３実施形態では、上記のように、少なくとも光出射面３２０ａに対応する領域に形成され、ｎ型ＧａＮ基板３１０の（１１−２２）面からなり、光出射面３２０ａに対して約４０°傾斜して延びる素子分離面３１０ａを備えることによって、結晶面からなる素子分離面３１０ａは良好な平坦性を有するので、この窒化物系半導体レーザ素子３００を光学システムに組み込んで使用した場合、レーザ光の外部からの戻り光（再入射光）が、傾斜した光出射面３２０ａ側の素子分離面３１０ａで散乱することなくｎ型ＧａＮ基板３１０の裏面側に向かって屈折しながら矢印Ｐ方向（図５参照）に進むとともに、戻り光の一部が素子分離面３１０ａにおいて矢印Ｑ方向（図５参照）に反射される。これにより、素子分離面３１０ａによる戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることができる。また、素子分離面３１０ａおよび３１０ｂを、ｎ型ＧａＮ基板３１０の結晶面（（１−１００）面）からなる劈開面を利用して形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板３１０の表面側からのハーフダイシングなどによる素子分離面の形成方法と異なり、加工時の熱影響などに起因して半導体レーザ素子層２０に結晶欠陥が生じるのが抑制されるので、窒化物系半導体レーザ素子３００の劣化が抑制される。これにより、長寿命化が可能な窒化物系半導体レーザ素子３００を得ることができる。なお、第３実施形態におけるその他の効果は、上記第１または第２実施形態と同様である。
【００５２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５３】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、半導体レーザ素子層２０を、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどの窒化物系半導体層により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子層２０を、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体層により形成してもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、ｎ側オーミック電極２９側に、凹部４０と平行（図１のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝４１を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、凹部４０と平行（Ｂ方向）に延びるように破線状のスクライブ溝を形成してもよい。
【００５５】
また、上記第１実施形態では、素子分離面１０ａ（１０ｂ）を形成する工程において、光出射面２０ａに対して光出射方向に約３０°傾斜した位置の基板の裏面側（ｎ側オーミック電極２９側）にスクライブ溝４１を形成した状態で、ｎ型ＧａＮ基板１０を劈開した例について示したが、本発明はこれに限らず、スクライブ溝４１の形成に加えて、上記第２実施形態に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面側（凹部４０の底部）にも凸部１０ｃを避けながら破線状にスクライブ溝を形成した状態でｎ型ＧａＮ基板１０を劈開するようにして素子分離面１０ａ（１０ｂ）を形成してもよい。
【００５６】
また、上記第１〜第３実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板の（１１−２２）面からなる主表面に対して（０００１）面からなる素子分離面を形成した例や、ｎ型ＧａＮ基板の（１−１０２）面からなる主表面に対して（１−１００）面からなる素子分離面を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型ＧａＮ基板の（１１−２２）面からなる主表面に対して（１１−２０）面からなる素子分離面を形成してもよく、ｎ型ＧａＮ基板の（１−１０２）面からなる主表面に対して（０００１）面からなる素子分離面を形成することも可能である。このような構成により、主表面に対して素子分離面を戻り光ノイズを低減するために効果的な角度で傾斜させることができる。さらに、上記において、主表面（１１−２２）面に限らず（１１−２Ｌ）面（Ｌは任意の整数）を用いる場合や、主表面（１−１０２）面に限らず（１−１０１Ｌ）面（Ｌは任意の整数）を用いることも可能である。
【００５７】
また、上記第１〜第３実施形態では、活性層２２をＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる窒化物系半導体により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、活性層をＡｌＧａＮを含む窒化物系半導体により形成してもよい。また、この場合、ｎ型ＧａＮ基板の［１１−２０］方向が半導体レーザ素子層のリッジ部が延びる方向に適する。これにより、たとえば、ｎ型ＧａＮ基板の（１−１０２）面からなる主表面に対して（１０−１０）面からなる素子分離面を形成することが可能であるとともに、ｎ型ＧａＮ基板の（１−１００）面からなる主表面に対しても（１０−１０）面からなる素子分離面を形成することが可能である。このように構成しても、素子分離面が平坦性を有する劈開面となり、かつ、主表面に対して傾斜するので、レーザ光の戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることができ、かつ、半導体レーザ素子層の劣化が抑制され長寿命化が可能な窒化物系半導体レーザ素子を得ることができる。
【００５８】
また、上記第１〜第３実施形態では、光出射側の共振器面（たとえば光出射面２０ａ）に対応する素子分離面（たとえば素子分離面１０ａ）を、ｎ型ＧａＮ基板の主表面から約１２０°〜約１３０°の鈍角をなす方向に傾斜するように形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、図１２に示した変形例のように、光出射側の共振器面に対応する素子分離面を、ｎ型ＧａＮ基板の主表面（（１１−２２）面）に対して鋭角（たとえば約６０°）をなす方向に傾斜する（０００１）面において劈開することにより形成してもよい。このように構成しても、素子分離面が平坦性を有する劈開面となり、かつ、主表面に対して傾斜するので、上記第１〜第３実施形態と同様に、レーザ光の戻り光ノイズの低減効果を効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。
【図３】図２の１０００−１０００線に沿った断面図である。
【図４】図２の２０００−２０００線に沿った断面図である。
【図５】図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。
【図１２】本発明の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０、２１０、３１０        ｎ型ＧａＮ基板（基板）
１０ａ、２１０ａ、３１０ａ  素子分離面
２０                        半導体レーザ素子層（窒化物系半導体素子層）
２０ａ                      光出射面（光出射側の共振器面）
２２                        活性層（発光層）
４１、２４１                スクライブ溝
【図１】
2009081336.tif 000003
【図２】
2009081336.tif 000004
【図３】
2009081336.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009081336.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009081336.tif 000011
【図１０】
2009081336.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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