(57)【要約】【課題】通常の半導体レーザ素子の製造プロセスのみによりＣＯＤの発生が抑制される端面膜を有することが可能な半導体レーザおよびその製造方法を提供する。【解決手段】この青紫色半導体レーザ素子１００（半導体レーザ）は、ＧａＮ層１１からなる第１領域１１ａと、ＧａＮ層１１と異なる材質からなりＧａＮ層１１に接合するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２からなる第２領域１２ａとが縞状に配置された切り出し面１０ａを有する半導体基板１０と、切り出し面１０ａの第１領域１１ａ上に形成された素子中央部と、切り出し面１０ａの第２領域１２ａ上に形成された共振器面２０ａを有する素子端面部とを含む半導体レーザ素子層２０とを備える。そして、共振器面２０ａを有する領域２０ｄ（活性層２２の領域２２ｂ）でのバンドギャップＥ２が、領域２０ｅ（活性層２２の領域２２ａ）でのバンドギャップＥ１よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層からなる第１領域と、前記第１半導体層と異なる材質からなり前記第１半導体層に接合する第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板と、
前記主表面の前記第１領域上に形成された素子中央部と、前記主表面の前記第２領域上に形成された共振器面を有する素子端面部とを含む半導体素子層とを備え、
前記共振器面を有する前記素子端面部での前記半導体素子層のバンドギャップが、前記素子中央部での前記半導体素子層のバンドギャップよりも大きい、半導体レーザ。
【請求項２】
前記半導体基板における前記第１半導体層の前記第１領域の格子定数は、前記第２半導体層の前記第２領域の格子定数よりも大きい、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１半導体層は、ＧａＮを含み、前記第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む、請求項１または２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
第１半導体層からなる第１領域と、前記第１半導体層と異なる材質の第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板を形成する工程と、
前記第２領域に対応する領域のバンドギャップが、前記第１領域に対応する領域のバンドギャップよりも大きくなるように、前記半導体基板上に半導体素子層を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第２領域に対応する領域で前記半導体素子層を分割することにより、共振器面を有する素子端面部を形成する工程とを備えた、半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板を形成する工程は、成長用基板上に、前記第１半導体層と、前記第２半導体層とが交互に積層された半導体成長層を形成する工程と、前記半導体成長層の成長面を、前記成長面と交差する方向に沿って分割する工程とを含む、請求項４に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記第１半導体層および前記第２半導体層の格子定数を、それぞれ、ａ１およびａ２とした場合、
前記第１半導体層および前記第２半導体層は、ａ１＞ａ２の関係を有する、請求項４または５に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記第１半導体層は、ＧａＮを含み、前記第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの窒化物系材料からなる半導体発光素子は、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）装置などの光記録装置に実装される青紫色半導体レーザなどとして実用化されている。光記録装置は、当初、読取専用装置として実用化されていたが、近年、記録媒体に対して高速度の読取および書込が可能な装置として開発が継続されている。そして、高速度の読取書込には、半導体レーザの高出力化が要求される。
【０００３】
しかしながら、半導体レーザを限界出力以上で駆動した場合、共振器端面（特に光出射面）における光吸収による発熱に起因して光学損傷破壊（ＣＯＤ）が発生するため、半導体レーザ素子が破壊される。
【０００４】
そこで、従来では、ＣＯＤの抑制を目的とした窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
上記特許文献１には、サファイア基板上に活性層を含む窒化物系半導体層を積層するとともに、エッチングによって露出した共振器端面に、単結晶ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）からなる端面膜を別途形成した窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法が開示されている。この特許文献１に記載の窒化物半導体レーザ素子では、単結晶ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）からなる端面膜を、活性層に影響を与えない程度の低温で形成するとともに、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるような混晶比とすることによって、共振器端面におけるＣＯＤの発生を抑制することが可能なように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００３／０３６７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１において提案された窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法では、共振器面を有する半導体レーザ素子を形成した後に、別途、共振器面を覆うように単結晶ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）からなる端面膜を形成するために、製造プロセスが複雑になるという問題点がある。
【０００８】
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、製造プロセスを複雑化させることなくＣＯＤの発生を抑制することが可能な半導体レーザ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】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体レーザは、第１半導体層からなる第１領域と、第１半導体層と異なる材質からなり第１半導体層に接合する第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板と、主表面の第１領域上に形成された素子中央部と、主表面の第２領域上に形成された共振器面を有する素子端面部とを含む半導体素子層とを備え、共振器面を有する素子端面部での半導体素子層のバンドギャップが、素子中央部での半導体素子層のバンドギャップよりも大きい。
【００１０】
この発明の第１の局面による半導体レーザでは、上記のように、第１領域および第２領域を含む半導体基板上に形成され、共振器面を有する素子端面部での半導体素子層のバンドギャップが、素子中央部での半導体素子層のバンドギャップよりも大きい半導体素子層を備えることによって、半導体素子層の素子中央部近傍の発光層におけるレーザ光が、素子中央部近傍よりも大きなバンドギャップを有することにより、素子中央部近傍の発光層よりも相対的に透明化された状態の素子端面部（共振器面）から出射されるために、共振器面における光吸収が抑制される。これにより、レーザ光の光吸収による発熱に起因して共振器面（端面膜）にＣＯＤが発生するのを抑制することができる。また、上記のように構成することによって、半導体素子層の形成後に分割するだけで、ＣＯＤの発生が抑制される共振器面が形成されるので、たとえば、単一の材質からなる半導体基板上に半導体素子層を形成し、その後、活性層よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＮなどを用いて、劈開やエッチングなどにより露出した半導体素子層の共振器面を覆うような端面膜を別途形成することによりＣＯＤの発生が抑制される半導体レーザを形成する場合などと異なり、半導体レーザ素子の製造プロセスを複雑化させることなくＣＯＤの発生が抑制される半導体レーザを形成することができる。
【００１１】
上記第１の局面による半導体レーザにおいて、好ましくは、半導体基板における第１半導体層の第１領域の格子定数は、第２半導体層の第２領域の格子定数よりも大きい。このように構成すれば、半導体基板上に形成される半導体素子層に、第１領域の格子定数と第２領域の格子定数との差に起因した応力がそれぞれ発生するとともに、第１領域上に形成された半導体素子層（素子中央部近傍）の発光層における圧縮歪よりも第２領域上に形成された半導体素子層（共振器面）の発光層における圧縮歪が大きくなる。これにより、ＧａＮ系の半導体素子層では、容易に、共振器面でのバンドギャップを、素子中央部近傍のバンドギャップよりも大きくすることができる。
【００１２】
上記第１の局面による半導体レーザにおいて、好ましくは、第１半導体層は、ＧａＮを含み、第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む。このように構成すれば、ＧａＮの格子定数（ａ軸方向では約３．１８９を有する）よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎの格子定数（ａ軸方向では約３．１１２以上３．１８９未満を有する）が小さいので、半導体基板上に形成される半導体素子層に、容易に、第１領域の格子定数と第２領域の格子定数との差に起因した応力をそれぞれ発生させることができる。
【００１３】
この発明の第２の局面による半導体レーザの製造方法は、第１半導体層からなる第１領域と、第１半導体層と異なる材質の第２半導体層からなる第２領域とが縞状に配置された主表面を有する半導体基板を形成する工程と、第２領域に対応する領域のバンドギャップが、第１領域に対応する領域のバンドギャップよりも大きくなるように、半導体基板上に半導体素子層を形成する工程と、半導体基板の第２領域に対応する領域で半導体素子層を分割することにより、共振器面を有する素子端面部を形成する工程とを備える。
【００１４】
この発明の第２の局面による半導体レーザの製造方法では、上記のように、第２領域に対応する領域のバンドギャップが、第１領域に対応する領域のバンドギャップよりも大きくなるように、半導体基板上に半導体素子層を形成する工程と、半導体基板の第２領域に対応する領域で半導体素子層を分割することにより、共振器面を有する素子端面部を形成する工程とを備えることによって、たとえば、単一の材質からなる半導体基板上に半導体素子層を形成することにより半導体レーザ素子を形成し、その後、活性層よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＮなどを用いて、劈開やエッチングなどにより露出した半導体素子層の共振器面を覆うような端面膜を別途形成することによりＣＯＤの発生が抑制される半導体レーザを形成する製造プロセスと異なり、半導体素子層の形成後に、半導体基板の第２領域で半導体素子層を分割することにより半導体素子層（素子中央部近傍）よりも大きなバンドギャップを有する素子端面部（共振器面）を形成することができるので、製造プロセスを複雑化させることなくＣＯＤの発生を抑制することが可能な共振器面を有する半導体レーザを形成することができる。
【００１５】
上記第２の局面による半導体レーザの製造方法において、好ましくは、半導体基板を形成する工程は、成長用基板上に、第１半導体層と、第２半導体層とが交互に積層された半導体成長層を形成する工程と、半導体成長層の成長面を、成長面と交差する方向に沿って分割することにより、第１半導体領域と、第２半導体領域とが主表面に沿った方向に隣接して設けられた半導体基板を形成する工程とを含む。このように構成すれば、容易に、第１領域と、第１領域とは異なる材質の第２領域とが主表面に沿った方向に隣接して設けられた半導体基板を形成することができる。
【００１６】
上記第２の局面による半導体レーザの製造方法において、好ましくは、第１半導体層および第２半導体層の格子定数を、それぞれ、ａ１およびａ２とした場合、第１半導体層および第２半導体層は、ａ１＞ａ２の関係を有する。このように構成すれば、格子定数差を有する半導体基板を容易に得ることができる。
【００１７】
上記第２の局面による半導体レーザの製造方法において、好ましくは、第１半導体層は、ＧａＮを含み、第２半導体層は、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）を含む。このように構成すれば、ＧａＮの格子定数ａ１（ａ軸方向では約３．１８９を有する）よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎの格子定数ａ２（ａ軸方向では約３．１１２≦ａ２＜３．１８９を有する）が小さいので、半導体基板上に形成される半導体素子層に、容易に、第１領域の格子定数と第２領域の格子定数との差に起因した応力をそれぞれ発生させることが可能な半導体基板を得ることができる。
【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】
図１は、本発明の一実施形態による青紫色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に示した一実施形態による青紫色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および図２を参照して、本実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の構成について説明する。なお、本実施形態では、半導体レーザの一例である青紫色半導体レーザ素子に本発明を適用した場合について説明する。
【００２０】
本発明の一実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００（発振波長：約４００ｎｍ）は、図１に示すように、半導体基板１０と、半導体レーザ素子層２０と、ｐ側電極３０と、ｎ側電極３１とから構成されている。なお、半導体レーザ素子層２０は、本発明の「半導体素子層」の一例である。
【００２１】
ここで、本実施形態では、図１および図２に示すように、半導体基板１０は、中央部にＧａＮ層１１を有するとともに、ＧａＮ層１１の両端にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）層１２が隣接するように配置された基板として構成されている。なお、以降の説明では、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）層１２をＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２として記載する。
【００２２】
また、本実施形態では、図２に示すように、半導体レーザ素子層２０のうちの共振器面２０ａ（光出射面２０ｂおよび光反射面２０ｃの両方を含む）を含む所定の領域２０ｄ（素子端面部）が、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（第２領域１２ａ）の上面上に対応する領域に形成されるとともに、半導体レーザ素子層２０の領域２０ｅ（共振器方向（矢印Ａ方向）の素子中央部近傍領域）が、ＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）の上面上に対応する領域に形成されるように構成されている。なお、ＧａＮ層１１およびＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２は、それぞれ、本発明の「第１半導体層」および「第２半導体層」の一例であり、領域２０ｄおよび領域２０ｅは、それぞれ、本発明の「素子端面部」および「素子中央部」の一例である。
【００２３】
なお、本発明において、光出射面２０ｂおよび光反射面２０ｃは、それぞれの共振器面２０ａ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面２０ｂ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面２０ｃである。
【００２４】
また、半導体レーザ素子層２０は、図１に示すように、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、活性層２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３などの半導体層によって構成されている。
【００２５】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、半導体基板１０のＧａＮ層１１の格子定数ａ１（ａ軸方向では約３．１８９を有する）が、共振器面２０ａの領域に配置されるＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ａ２（ａ軸方向では約３．１１２≦ａ２＜３．１８９を有する）よりも大きく（ａ１＞ａ２）なるように構成されている。これにより、図２に示すように、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の上面上に配置される共振器面２０ａを含む領域２０ｄにおける活性層２２（領域２２ｂ）のバンドギャップＥ２が、ＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）の上面上に配置される半導体レーザ素子層２０の領域２０ｅにおける活性層２２（領域２２ａ）のバンドギャップＥ１よりも大きな状態（Ｅ２＞Ｅ１）であるように構成されている。
【００２６】
また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１は、活性層２２（領域２２ａおよび２２ｂ）よりもバンドギャップが大きく、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３は、活性層２２（領域２２ａおよび２２ｂ）よりもバンドギャップが大きい。このｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３の材質は、上記のように窒化物系化合物などが用いられる。また、上記構成による半導体レーザ素子層２０は、ＧａＮ、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されていてもよい。
【００２７】
また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１と活性層２２（領域２２ａおよび２２ｂ）との間に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１と活性層２２との中間のバンドギャップを有する光ガイド層などが形成されていてもよく、活性層２２（領域２２ａおよび２２ｂ）とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３との間に、活性層２２とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３との中間のバンドギャップを有する光ガイド層などが形成されていてもよい。
【００２８】
また、図１に示すように、活性層２２（領域２２ａおよび２２ｂ）は、アンドープの場合や、Ｓｉなどの不純物がドーピングされてもよく、特に、活性層２２の材質としてＩｎＧａＮなどが用いられる。また、活性層２２は、たとえばＧａＮからなる４層の障壁層と、ＩｎＧａＮからなる３層の井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造により形成される。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。
【００２９】
また、図１に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３の上面側には、エッチング加工などにより共振器の延びる方向（矢印Ａ方向）に峰状に延びる凸部からなるリッジ部２３ａが形成されている。このリッジ部２３ａにより、導波路構造が形成されている。なお、導波路構造の形成方法はリッジ部２３ａ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。
【００３０】
また、図１に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３のリッジ部２３ａの上面上には、リッジ部２３ａの延びる方向（矢印Ａ方向）（図１参照）に沿って、ｐ側電極３０が形成されている。なお、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３とｐ側電極３０との間には、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３よりも好ましくはバンドギャップが小さいコンタクト層（図示せず）が形成されていてもよい。また、図１に示すように、研磨やエッチング加工などにより所定の厚みに調整された半導体基板１０の下面上に、ｎ側電極３１が形成されている。
【００３１】
図３〜図１０は、図１に示した一実施形態による青紫色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１０を参照して、本発明の一実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の製造プロセスについて説明する。
【００３２】
本発明の一実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の製造プロセスでは、まず、結晶成長の元基板となる半導体基板の形成工程と、半導体基板上への半導体レーザ素子層および電極の形成工程とを行う。そして、ウェハー状に形成された半導体レーザ素子に対して分割工程を行うことにより、図１および図２に示すような青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。以下、各工程順に具体的に説明する。
【００３３】
まず、半導体基板の形成工程では、図３に示すように、半導体成長層５０を形成するための成長用基板となるサファイア基板６０を準備した上で、サファイア基板６０の上面上に、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ＧａＮ層１１を所定の厚み（約数１００μｍ〜約１ｍｍ）にエピタキシャル成長させる。その際、ＧａＮ層１１の成長面を極性面（ｃ面）として成長させるために、略（０００１）面を主表面とするサファイア基板６０を用いている。
【００３４】
なお、ＧａＮ層１１を成長させる成長用基板としては、上記サファイア基板６０に限らず、窒化物系半導体基板や窒化物系半導体ではない異種基板（たとえばα−ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、スピネル基板およびＬｉＡｌＯ３基板など）を用いてもよい。また、略（１１１）面からなる主表面を有するＧａＡｓ基板を用いてもよい。
【００３５】
また、ＧａＮ層１１は、気相から固層への反応を利用した薄膜成長法により成膜されるために、上記ＭＯＣＶＤ法のほかに、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や有機金属塩化物気相成長法（ＭＯＣ法）などを適用してもよい。
【００３６】
また、図３に示すように、ＧａＮ層１１をサファイア基板６０上に成膜するときは、通常、バッファ層（図示せず）をＧａＮ層１１の直前に積層するために、サファイア基板６０とＧａＮ層１１との格子定数の差に起因する反りは生じにくい。また、ＧａＡｓ基板上への成膜においても、ラテラル成長法を用いる場合は、ＧａＡｓ基板とＧａＮ層との格子定数の差に起因する反りは生じにくい。しかしながら、サファイア基板６０の熱膨張係数αｓｕｂ（ａ軸では約７．５×１０−６／Ｋを有し、ｃ軸では約８．５×１０−６／Ｋを有する）は、ＧａＮ層１１の熱膨張係数α１（ａ軸では約５．５９×１０−６／Ｋを有し、ｃ軸では約３．１７×１０−６／Ｋを有する）よりも大きい（αｓｕｂ＞α１）ために、サファイア基板６０上に直接ＧａＮ層１１のみの単層を厚く積層した場合、成長後の冷却過程における熱応力（図３の矢印Ｐ方向の引張応力に相当する）に起因して、ＧａＮ層１１側（図３の矢印Ｃ方向）に若干の凸の反り変形が生じる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、上記ＧａＮ層１１を成長させた後、図３に示すように、ＧａＮ層１１とは異なる格子定数を有するＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を所定の厚み（数μｍ〜１０μｍ）にエピタキシャル成長させる。このＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の成長により、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ａ２（ａ軸方向では約３．１１２≦ａ２＜３．１８９を有する）がＧａＮ層１１の格子定数ａ１（ａ軸方向では約３．１８９を有する）よりも小さい（ａ１＞ａ２）ために、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２には、図３に示すように、半導体層の内部に向かう方向（矢印Ｑ方向）の圧縮応力が生じる。このため、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２に生じる内部応力（圧縮応力）が、ＧａＮ層１１側に凸に変形するのを矢印Ｄ方向（図３参照）に引き戻す（打ち消す）役割として作用する。
【００３８】
また、図３に示すように、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を成長させた後、再度、ＧａＮ層１１を所定の厚み（数１００μｍ〜約１ｍｍ）にエピタキシャル成長させる。そして、さらに、ＧａＮ層１１の成長の後、再度、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を所定の厚み（数μｍ〜約１０μｍ）にエピタキシャル成長させる。この場合も、ＧａＮ層１１の格子定数ａ１と、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ａ２とに上述と同様の大小関係を有するために、互いの半導体層内部に発生する応力を打ち消し合う作用が生じる。すなわち、図３に示すように、ＧａＮ層１１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２とを繰り返し積層させることによって、半導体成長層５０を、サファイア基板６０上に反りが生じない状態か、または、反りが緩和された状態で、大きな厚みを有するように形成する。なお、ＧａＮ層１１の両側に形成されるＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２は、実質的に青紫色半導体レーザ素子１００の共振器の長さに相当する間隔で形成される。
【００３９】
また、上記工程において半導体成長層５０には若干の反りが生じる場合もあるが、反りの程度は、後述する半導体基板１０の形成後に、半導体基板１０が半導体レーザ素子層２０を形成するための成長用基板または支持基板として使用される際において支障を来たす程度ではない。
【００４０】
このようにして、サファイア基板６０上にＧａＮ層１１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２とが所定の回数だけ繰り返して積層されることによって、半導体成長層５０（図３参照）が形成される。
【００４１】
そして、図４に示すように、サファイア基板６０を半導体成長層５０から分離除去する。その際、スライサー（図示せず）などによってサファイア基板６０を物理的に除去してもよい。また、成長用基板がＧａＡｓ基板などの場合には、化学的エッチング処理によって除去してもよい。
【００４２】
その後、図４に示すように、ＧａＮ層１１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２とが繰り返し積層された半導体成長層５０の成長面（矢印Ｃ方向と垂直な面）に対して、実質的に垂直な方向（半導体成長層５０の積層方向（図３の矢印Ｃ方向））に、スライサー（図示せず）などを使用して分割線６００（破線）に沿ってスライス加工を施すことにより、半導体成長層５０から半導体基板１０を薄板状に切り出す。これにより、図５に示すように、ＧａＮ層１１の第１領域１１ａとＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の第２領域１２ａとが横方向（矢印Ｂ方向）に交互に配置されることによって縞状に形成された大面積の半導体基板１０が得られる。
【００４３】
なお、本実施形態では、図５に示すように、半導体基板１０の切り出し面１０ａ（第１領域１１ａと第２領域１２ａとが交互に配置された面）が、ｍ面（（１−１００）面）またはａ面（（１１−２０）面）となるように切り出すことによって、無極性面（非ｃ面）を有する半導体基板１０を得る。ここで、無極性面（非ｃ面）とは、ＧａＮ層１１の結晶成長におけるｃ面（（０００１）面）とよばれる極性面に対して法線方向の面（ｍ面またはａ面）を示す。このようにして、縞状の半導体基板１０が形成（製造）される。なお、切り出し面１０ａは、本発明の「主表面」の一例である。
【００４４】
次に、半導体基板上への半導体レーザ素子層および電極層の形成工程では、図６に示すように、半導体基板１０の上面（切り出し面１０ａ）上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、活性層２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３などの半導体層を順に積層する。そして、図７に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３の上面側に、リソグラフィによるパターン形成およびドライエッチングなどを行うことにより共振器の延びる方向（図１の矢印Ａ方向）に峰状に延びるリッジ部２３ａを形成する。
【００４５】
また、図７に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３のリッジ部２３ａの上面上に、ｐ側電極３０を真空蒸着により形成する。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所定の厚みに調整された半導体基板１０の下面上に、ｎ側電極３１を真空蒸着により形成する。このようにして、半導体基板１０上への半導体レーザ素子層２０および電極（ｐ側電極３０およびｎ側電極３１）が形成される。
【００４６】
ここで、本実施形態では、半導体レーザ素子層２０の内部に、図９に示すような内部応力が働くことによって、活性層２２の中央部近傍（領域２０ｅ）での領域２２ａにおけるバンドギャップＥ１よりも、後述する共振器面２０ａ（図２参照）近傍（領域２０ｄ）での領域２２ｂにおけるバンドギャップＥ２が大きくなる（Ｅ２＞Ｅ１）ように半導体レーザ素子層２０が形成される。
【００４７】
具体的には、図９に示すように、ＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）上に形成されたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ａのもつ格子定数ｂ１が、ＧａＮ層１１の格子定数ａ１よりも小さい（ａ１＞ｂ１）ために、ＧａＮ層１１の格子定数ａ１に合わせようとしてｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ａの内部に引張応力Ｒ１が生じる。また、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（第２領域１２ａ）上に形成されたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ｂのもつ格子定数ｂ２が、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ａ２よりも小さい（ａ２＞ｂ２）ために、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ａ２に合わせようとしてｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ｂの内部に引張応力Ｒ２が生じる。このとき、ＧａＮ層１１の格子定数ａ１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ａ２とは、ａ１＞ａ２の関係を有するために、領域２１ａ内部の引張応力Ｒ１と領域２１ｂ内部の引張応力Ｒ２とは、Ｒ１＞Ｒ２の状態となる。なお、図９に示す矢印の大きさにより、引張応力Ｒ１およびＲ２の大きさが示されている。そして、この結果、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ａおよび２１ｂの格子定数ｂ１およびｂ２は、ｂ１＞ｂ２の関係を有するように変化する。
【００４８】
また、図９に示すように、上記の状態にあるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１上に形成された活性層２２の領域２２ａでは、領域２２ａのもつ格子定数ｃ１が、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の格子定数ｂ１よりも大きい（ｃ１＞ｂ１）ために、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ａの格子定数ｂ１に合わせようとして領域２２ａの内部に圧縮応力Ｓ１が生じる。また、活性層２２の領域２２ｂでは、領域２２ｂのもつ格子定数ｃ２が、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の格子定数ｂ２よりも大きい（ｃ２＞ｂ２）ために、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ｂの格子定数ｂ２に合わせようとして領域２２ｂの内部に圧縮応力Ｓ２が生じる。このとき、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１の領域２１ａおよび２１ｂの格子定数ｂ１およびｂ２が、ｂ１＞ｂ２であるために、活性層２２の領域２２ａ内部の圧縮応力Ｓ１と領域２２ｂ内部の圧縮応力Ｓ２とは、Ｓ１＜Ｓ２の状態となる。なお、図９に示す矢印の大きさにより、圧縮応力Ｓ１およびＳ２の大きさが示されている。
【００４９】
以上から、活性層２２では、領域２２ａ内部の圧縮応力Ｓ１よりも領域２２ｂ内部の圧縮応力Ｓ２がより大きく作用するために、領域２２ｂは領域２２ａよりも大きく歪んでいる。ＧａＮ系の半導体レーザ素子層２０では、活性層２２内部における圧縮応力Ｓ１およびＳ２が上記Ｓ１＜Ｓ２である場合には、活性層２２の中央部近傍（図２の領域２０ｅ）に相当する領域（領域２２ａ）におけるバンドギャップＥ１よりも、共振器面２０ａ近傍（図２参照）に相当する領域（領域２２ｂ）におけるバンドギャップＥ２が大きくなる特性（Ｅ２＞Ｅ１）を示す。
【００５０】
また、本実施形態では、次に示す方法によって、ウェハー状の半導体レーザ素子に対して劈開工程（バー状劈開）を行う。具体的には、図８に示すように、半導体基板１０のＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２上に対応する半導体レーザ素子層２０の上面上に、ダイヤモンドカッタ等により共振器の延びる方向（矢印Ａ方向）と実質的に直交する方向（矢印Ｂ方向）に、ケガキ線７００（１点鎖線）を入れた上で、ケガキ線７００に沿って劈開を行う。これにより、図２に示すように、共振器面２０ａ（光出射面２０ｂおよび光反射面２０ｃ）が形成される。
【００５１】
上記のように共振器面２０ａを形成すれば、半導体レーザ素子層２０の形成後に、半導体基板１０のＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２で半導体レーザ素子層２０を劈開することにより、半導体レーザ素子層２０の中央部近傍（図２の領域２０ｅ）の活性層２２のバンドギャップＥ１よりも大きなバンドギャップＥ２を有する共振器面２０ａ（光出射面２０ｂおよび光反射面２０ｃ）を形成することが可能である。すなわち、活性層よりもバンドギャップの大きな共振器面（端面膜など）を形成するプロセスを別途行うことなく通常の半導体レーザ素子の製造プロセスのみによって、半導体レーザ素子層２０の中央部近傍の活性層２２よりも相対的に透明化された共振器面２０ａが得られるために、共振器面２０ａにおける光吸収が抑制可能な半導体レーザ素子層２０を得ることができる。これにより、製造プロセスを複雑化させることなく共振器面２０ａでのＣＯＤの発生が抑制される青紫色半導体レーザ素子１００を形成することができる。
【００５２】
そして、劈開面形成工程（バー状劈開）の後に、図１０に示すように、半導体基板１０の裏面側（ｎ側電極３１の下面側）から半導体レーザ素子層２０に向かって共振器の延びる方向と実質的に平行な方向（矢印Ａ方向）に、ダイヤモンドカッタ等により複数のケガキ線（図示せず）を形成した上で、各ケガキ線に沿って順次分割を行う。すなわち、青紫色半導体レーザ素子１００は、図１０に示す１点鎖線８００に沿ってチップ状に分割される。これにより、図１に示すように、チップ化された青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。このようにして、本実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。
【００５３】
本実施形態では、上記のように、第１領域１１ａおよび第２領域１２ａを含む半導体基板１０上に形成され、共振器面２０ａを有する領域２０ｄ（図２参照）での活性層２２（領域２２ｂ）のバンドギャップＥ２が、領域２０ｅ（図２参照）での活性層２２（領域２２ａ）のバンドギャップＥ１よりも大きい半導体レーザ素子層２０を備えることによって、半導体レーザ素子層２０の領域２０ｅ近傍の活性層２２におけるレーザ光が、領域２０ｅよりも大きなバンドギャップを有することにより領域２０ｅの活性層２２よりも相対的に透明化された状態として領域２０ｄに形成されている共振器面２０ａ（光出射面２０ｂ）から出射されるために、共振器面２０ａにおける光吸収が抑制される。これにより、レーザ光の光吸収による発熱に起因して共振器面２０ａ（光出射面２０ｂおよび光反射面２０ｃ）にＣＯＤが発生するのを抑制することができる。
【００５４】
また、上記のように構成することによって、半導体レーザ素子層２０の形成後に分割するだけで、ＣＯＤの発生が抑制される共振器面２０ａが形成されるので、たとえば、単一の材質からなる半導体基板上に半導体レーザ素子層を形成し、その後、活性層よりもバンドギャップの大きいＡｌＧａＮなどを用いて、劈開やエッチングなどにより露出した半導体レーザ素子層の共振器面を覆うような端面膜を別途形成することによりＣＯＤの発生が抑制される半導体レーザを形成する場合などと異なり、半導体レーザ素子の製造プロセスを複雑化させることなくＣＯＤの発生が抑制される青紫色半導体レーザ素子１００を形成することができる。
【００５５】
また、本実施形態では、半導体基板１０におけるＧａＮ層１１（第１領域１１ａ）の格子定数ａ１（約３．１８９：ａ軸方向）を、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（第２領域１２ａ）の格子定数ａ２（約３．１１２≦ａ２＜３．１８９：ａ軸方向）よりも大きくすることによって、半導体基板１０上に形成される半導体レーザ素子層２０の内部に、ＧａＮ層１１の格子定数ａ１とＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の格子定数ａ２との差に起因した引張応力Ｒ１およびＲ２（図９参照）と圧縮応力Ｓ１およびＳ２（図９参照）とがそれぞれ発生するとともに、ＧａＮ層１１上に形成された半導体レーザ素子層２０（中央部近傍）の活性層２２（領域２２ａ）における圧縮歪よりもＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２上に形成された半導体レーザ素子層２０（共振器面２０ａ近傍）の活性層２２（領域２２ｂ）における圧縮歪が大きくなる。これにより、ＧａＮ系の半導体レーザ素子層２０では、容易に、共振器面２０ａの活性層２２におけるバンドギャップＥ２を、中央部近傍の活性層２２におけるバンドギャップＥ１よりも大きくする（Ｅ２＞Ｅ１の状態とする）ことができる。
【００５６】
（変形例）
図１１は、本発明の一実施形態の変形例による緑色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。この変形例では、図１１に示すように、上記実施形態（図１参照）と異なり、半導体レーザ素子層１２０の活性層１２２の材質（組成）を変更することにより、緑色半導体レーザ素子２００を形成するように構成されている。
【００５７】
具体的には、図１１に示すように、半導体レーザ素子層１２０は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１、活性層１２２およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２３などの半導体層によって構成されている。特に、活性層１２２の材質としてＩｎＧａＮなどが用いられ、たとえばＩｎＧａＮからなる４層の障壁層と、ＩｎＧａＮからなる３層の井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造により形成されている。これにより、発振波長が約５３０ｎｍを有する緑色半導体レーザ素子２００が形成される。
【００５８】
なお、この変形例による緑色半導体レーザ素子２００のその他の構造、製造プロセスおよび発明の効果は、上記実施形態と同様である。
【００５９】
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。
【００６０】
また、上記実施形態では、サファイア基板６０に対してＧａＮ層１１（第１半導体層領域）およびＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２（第２半導体層領域）を繰り返し積層させて半導体成長層５０の形成工程を行う例について示したが、本発明はこれに限らず、サファイア基板６０に対してＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０＜Ｘ≦１）およびＩｎＹＧａ（１−Ｙ）Ｎ（０＜Ｙ≦１）などからなる異種の半導体層を繰り返し積層させて半導体成長層の形成工程を行うようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、縞状の半導体基板１０の成長用基板としてサファイア基板６０を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、サファイア基板以外のたとえばＧａＡｓ、ＳｉＣおよびＳｉなどの材質からなる基板を用いてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、半導体基板１０のＧａＮ層１１の両側にＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２をそれぞれ形成するとともに、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の上面上に対応する領域に共振器面２０ａ（光出射面２０ｂおよび光反射面２０ｃ）をそれぞれ形成するように構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ層１１の片側にのみＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２を隣接して形成した半導体基板を用いるとともに、ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層１２の上面上に光出射面のみを形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態による青紫色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に示した一実施形態による青紫色半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。
【図３】図１に示した一実施形態による青紫色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４】図１に示した一実施形態による青紫色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５】図１に示した一実施形態による青紫色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６】図１に示した一実施形態による青紫色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】図１に示した一実施形態による青紫色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１に示した一実施形態による青紫色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９】図１に示した一実施形態による青紫色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】図１に示した一実施形態による青紫色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】本発明の一実施形態の変形例による緑色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。
【符号の説明】
【００６４】
１０                  半導体基板
１０ａ                切り出し面（主表面）
１１                  ＧａＮ層（第１半導体層）
１１ａ                第１領域
１２                  ＡｌＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層（第２半導体層）
１２ａ                第２領域
２０、１２０          半導体レーザ素子層（半導体素子層）
２０ａ                共振器面
２０ｄ                領域（素子端面部）
２０ｅ                領域（素子中央部）
【図１】
2009054815.tif 000003
【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】
2009054815.tif 000009
【図８】
2009054815.tif 000010
【図９】
2009054815.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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