(57)【要約】【課題】活性層劣化及び端面劣化を抑制して高出力且つ高信頼性を有するＧａＮ系の半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置は、基板１の上に、各々が六方晶ＧａＮ系結晶よりなる第１クラッド層２、活性層４、及び第２クラッド層６が順次形成された積層構造を備えており、光を伝播するストライプ状の光導波路を積層構造の内部に有する半導体レーザ装置であって、光導波路は、積層構造の主面に平行な面内に伸びており、光導波路における少なくとも一方の端部に、面方位が（０００１）の光出射端面を有している。【選択図】図１
2009004538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、各々が六方晶ＧａＮ系結晶よりなる第１クラッド層、活性層、及び第２クラッド層が順次形成された積層構造を備えており、光を伝播するストライプ状の光導波路を前記積層構造の内部に有する半導体レーザ装置であって、
前記光導波路は、前記積層構造の主面に平行な面内に伸びており、
前記光導波路における少なくとも一方の端部に、面方位が（０００１）の光出射端面を有している、半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記積層構造の主面の面方位は（０００１）であり、
前記光出射端面は、前記光導波路の一方の端部の上面に位置しており、
前記光導波路における前記光出射端面を有する前記端部の側面は、前記光導波路を伝播する光を＜０００１＞方向に反射するミラーを構成している、半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
前記光導波路における前記光出射端面を有する前記端部と対向する端部の側面は、面方位が（０００１）である面に垂直な面であり、
前記垂直な面には、反射率を高めるためのコーティングが施されている、半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記積層構造の主面の面方位は（０００１）であり、
前記光出射端面は、前記光導波路の両端部の上面に位置しており、
前記光導波路の両端部の側面は、前記光導波路を伝播する光を＜０００１＞方向に反射するミラーを構成している、半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項２〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記ミラーと前記積層構造の主面とのなす角度は、４１°よりも大きく且つ４６°よりも小さい、半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項２〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記活性層及び前記第２のクラッド層の各々の光吸収端エネルギーは、前記光導波路を伝搬する光が前記ミラーによって反射して＜０００１＞方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい、半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項２〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第２のクラッド層の上に形成されたコンタクト層をさらに備えており、
前記コンタクト層の光吸収端エネルギーは、前記光導波路を伝搬する光が前記ミラーによって反射して＜０００１＞方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい、半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項２〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記コンタクト層は、前記光出射端面上には存在していない、半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体レーザ装置であって、
前記積層構造の主面の面方位は（０００１）と直交しており、
前記光出射端面は、前記光導波路の端部の側面に位置しており、
前記光導波路の両端部のうち前記光出射端面となる前記端部の側面は、面方位が（０００１）の面からなるミラーを構成する一方で、前記光導波路の両端部のうち前記光出射端面とならない端部の側面は、面方位が（０００−１）の面からなるミラーを構成していると共に反射率を高めるためのコーティングが施されている、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、端面劣化を低減して、高出力且つ高信頼性のＧａＮ系の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ(laser diode; LD)は、小型、安価、及び高出力などの優れた特徴を有することから、従来から使用されてきた光通信や光情報記録など以外に、医療及び照明などの幅広い技術分野で用いられている。近年では、特に、ブルーレイディスク用途として、波長４０５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザの開発が精力的に進められており、また、レーザディスプレイや液晶のバックライト用途として、波長４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの純青色レーザ光を出力するＧａＮ系半導体レーザの開発も進展している。例えば、ディスク用途では高速及び多層記録を実現する目的で、また、ディスプレイ及びバックライト用途では高輝度化を実現する目的で、ＧａＮ系半導体レーザの高出力化が求められている。
【０００３】
ここで、半導体レーザの高出力化を実現するためには、下記２つの劣化を克服することが重要となっている。
【０００４】
（１）活性層劣化
活性層劣化とは、通電に伴い、主に熱によって活性層の構造変化が起こり、発光効率が下がる現象であるが、活性層の単位体積当たりに発生する熱量を低減し、温度上昇を小さくするためには、必要な光出力を得るために必要な注入電流密度の値を小さくすることが望ましい。
【０００５】
（２）端面劣化
端面劣化とは、レーザ光の出射端面が融解して不可逆的な損傷を受ける現象であるが、出射端面においてコーティング材を構成する原子又はレーザ素子の周辺に雰囲気として存在する原子による化学反応が起きることにより、レーザ光の吸収の起源となる結晶の不完全性が増加することが原因となっている。つまり、結晶の不完全性が増加すると光吸収が増加し、吸収された光の多くは熱となるため、出射端面における温度上昇が発生する。このため、半導体のバンドギャップの収縮を招いて光吸収がさらに増大することにより、温度がさらに上昇するという正帰還が生じる。その結果、出射端面における結晶が融解するＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage:COD）と呼ばれる故障が生じる。
【０００６】
上記（１）の活性層劣化に対し、活性層を含む面上をレーザ光が伝播することに鑑みて、活性領域の体積が大きく動作電流密度を低減できる端面出射型の半導体レーザ装置が広く用いられている。例えば、ＤＶＤへの高速記録用の赤色レーザ光を出力するＧａＡｓ系半導体レーザ装置では、端面出射型の構造が実用に供されている。また、実用化が現在進められているＧａＮ系半導体レーザ装置においても、高出力化の容易な端面出射型の構造が主に採用されており、例えば、（０００１）面上に導波路を有すると共に、劈開により露出した（１−１００）面及び（−１１００）面に高反射又は低反射コーティングされてなるミラーを有する半導体レーザ装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５６５２０２号
【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、上記従来のＧａＮ系半導体レーザ装置では、上記（１）の活性層劣化を克服できるものの、上記（２）で説明したように、出射端面とコーティング材を構成する原子又はレーザ素子の周辺に雰囲気として存在する原子とが化学反応を起こすことで生じる端面劣化という問題を克服することができない。
【０００８】
上記に鑑み、本発明の目的は、活性層劣化及び端面劣化を一挙に抑制できる構造を有する半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本件発明者が種々の検討を加えたところ、上記従来の半導体レーザ装置では、端面劣化が生じる（１−１００）面及び（−１１００）面は化学的な安定性が低いために上記の化学反応が起きやすいという知見に到達した。本発明は、前記の知見に鑑みてなされたものであり、化学的な安定性が相対的に高い面と相対的に低い面とを有する結晶構造をもつ材料を利用し、化学的な安定性が相対的に高い面を出射端面とする構造を採用することにより、端面劣化を抑制できる半導体レーザ装置を実現するものである。また、活性層劣化についても同時に抑制できる半導体レーザ装置を実現できるものである。
【００１０】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置は、基板の上に、各々が六方晶ＧａＮ系結晶よりなる第１クラッド層、活性層、及び第２クラッド層が順次形成された積層構造を備えており、光を伝播するストライプ状の光導波路を積層構造の内部に有する半導体レーザ装置であって、光導波路は、積層構造の主面に平行な面内に伸びており、光導波路における少なくとも一方の端部に、面方位が（０００１）の光出射端面を有している。
【００１１】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置は、レーザー光が活性層を含む面上を伝播することから、活性領域の体積が大きく電流密度を下げることができる高出力動作が容易な構造であって、レーザ光が六方晶ＧａＮにおいて最も化学的に安定な面方位が（０００１）である面より出射することから、端面劣化を抑制して、高出力動作可能であって高信頼性を実現できる。
【００１２】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、積層構造の主面の面方位は（０００１）であり、光出射端面は、光導波路の一方の端部の上面に位置しており、光導波路における光出射端面を有する端部の側面は、光導波路を伝播する光を＜０００１＞方向に反射するミラーを構成している。
【００１３】
このようにすると、積層構造の主面の面方位が（０００１）であり、光出射端面が光導波路の一方の端部の上面に位置している場合に、六方晶ＧａＮにおいて最も化学的に安定な面方位が（０００１）である面よりレーザ光を出射する構成が実現される。
【００１４】
この構成では、光導波路における光出射端面を有する端部と対向する端部の側面は、面方位が（０００１）である面に垂直な面であり、垂直な面には、反射率を高めるためのコーティングが施されている。
【００１５】
このようにすると、面方位が（０００１）である面から出射するレーザ光の割合が増える一方で、光出射端面を有する端部と対向する端部の側面（当該側面は、面方位が（０００１）である面よりも化学的な安定性が劣る面である）から出射する光の割合が減ることから、端面劣化を低減し、高出力且つ高信頼性のＧａＮ系半導体レーザ装置が実現される。
【００１６】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、積層構造の主面の面方位は（０００１）であり、光出射端面は、光導波路の両端部の上面に位置しており、光導波路の両端部の側面は、光導波路を伝播する光を＜０００１＞方向に反射するミラーを構成している。
【００１７】
このようにすると、積層構造の主面の面方位が（０００１）であり、光出射端面が光導波路の両端部の上面に位置している場合に、六方晶ＧａＮにおいて最も化学的に安定な面方位が（０００１）である面の２箇所からレーザ光を出射する構成が実現される。
【００１８】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、ミラーと積層構造の主面とのなす角度は、４１°よりも大きく且つ４６°よりも小さい。
【００１９】
このようにすると、光結合効率を６０％以上に保つことができるため、光結合効率の低下よる発振しきい値の上昇や効率の低下などのレーザ特性に好ましくない影響を抑制できる。
【００２０】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、活性層及び第２のクラッド層の各々の光吸収端エネルギーは、光導波路を伝搬する光がミラーによって反射して＜０００１＞方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい。
【００２１】
このようにすると、＜０００１＞方向を伝播する光の吸収を小さくして、より高出力且つ高信頼性の半導体レーザ装置が実現される。
【００２２】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、第２のクラッド層の上に形成されたコンタクト層をさらに備えており、コンタクト層の光吸収端エネルギーは、光導波路を伝搬する光がミラーによって反射して＜０００１＞方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい。
【００２３】
このようにすると、＜０００１＞方向を伝播する光の吸収を小さくして、より高出力且つ高信頼性の半導体レーザ装置が実現される。
【００２４】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、コンタクト層は、光出射端面上には存在していない。
【００２５】
このようにすると、＜０００１＞方向を伝播する光の吸収を小さくして、より高出力且つ高信頼性の半導体レーザ装置が実現される。
【００２６】
本発明の一形態に係る半導体レーザ装置において、積層構造の主面の面方位は（０００１）と直交しており、光出射端面は、光導波路の端部の側面に位置しており、光導波路の両端部のうち光出射端面となる端部の側面は、面方位が（０００１）の面からなるミラーを構成する一方で、光導波路の両端部のうち光出射端面とならない端部の側面は、面方位が（０００−１）の面からなるミラーを構成していると共に反射率を高めるためのコーティングが施されている。
【００２７】
このようにすると、化学的な安定性が相対的に高い面方位が（０００１）の面から出射するレーザ光を増す一方で、化学的な安定性が相対的に低い面方位が（０００−１）の面から出射するレーザ光を減らすことにより、高出力且つ高信頼性のＧａＮ系半導体レーザ装置が実現される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、活性領域が大きく動作電流密度を小さくできる端面出射型の半導体レーザ装置であって、レーザ光を化学的な安定性が相対的に高い面から出射する構造を有するため、活性層劣化を抑制できると共に、光出射端面における化学反応を低減して、端面部の温度を低く保つことにより、高出力動作可能であって且つ高信頼性を有するＧａＮ系半導体レーザを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
まず、本発明の各実施形態に係る半導体レーザ装置に共通する半導体レーザ装置の構成材料について説明する。
【００３０】
すなわち、各実施形態に係る半導体レーザ装置を構成する材料としては、化学的な安定性が相対的に高い面と化学的な安定性が相対的に低い面とを有する結晶からなる材料を用いており、具体的には、ＧａＮ系半導体レーザを構成する材料として、６回対称構造を持つ六方晶（ウルツ鉱）結晶からなる材料を用いている。
【００３１】
ここで、六方晶ＧａＮ結晶は有極性の結晶であり、同じ（０００１）面であっても、Ｇａ原子が配列した面とＮ原子が配列した面の２種類が存在する。
【００３２】
そこで、本願明細書においては、Ｇａ原子が配列した面を（０００１）面と表記すると共に、Ｎ原子が配列した面を（０００−１）面と表記する。また、（０００１）面を＋ｃ面と表記すると共に、（０００−１）面を−ｃ面と表記する。同様にして、（１−１００）面を＋ｍ面と表記すると共に、（−１１００）面を−ｍ面と表記する。なお、単にｃ面などと表記している場合には、＋ｃ面及び−ｃ面を含めた意味である。
【００３３】
また、半導体レーザ装置において、主面が完全に（０００１）面や（１−１００）面などであるものではなく、２０°程度まで傾いた角度の結晶を用いることがある。このため、本願明細書においては、主面が２０°程度まで傾いた結晶を用いる場合を含めて（０００１）面などと表記する。また、本願明細書において、主面が（０００１）面という場合、主面が（０００１）面から±５°程度傾いた面を含めた意味である。
【００３４】
以下に、上記を踏まえて、本発明の各実施形態に係る半導体レーザ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法について説明する。具体的に、第１の実施形態では、ＧａＮ系半導体を用いた青色（波長４６０ｎｍ）レーザ光を出力する半導体レーザ装置を例に挙げて説明する。
【００３６】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、（ａ）は＜１０００＞方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のIb-Ib線の断面であって＜１−１００＞方向から見た断面図である。
【００３７】
図１（ａ）及び（ｂ）に示す半導体レーザ装置は、＋ｃ面上を伝播したレーザ光が、導波路の一方の端部に位置する上面反射ミラーとして機能する加工面によって＜１０００＞方向に曲げられ、＋ｃ面上からレーザ光が出射する上面出射型の半導体レーザ装置である。
【００３８】
まず、主面がｃ面であるｎ型ＧａＮよりなる基板１の＋ｃ面上に、例えば有機金属気層成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型Ａｌ０．０８ＧａＮよりなるクラッド層２を２μｍ成長させる。続いて、クラッド層２の上に、ｎ−ＧａＮ層よりなるｎ側光ガイド層３を０．１μｍ成長させる。続いて、ｎ側光ガイド層３の上に、Ｉｎ０．０２ＧａＮのバリア層とＩｎ０．１５ＧａＮの量子井戸層との３周期構造からなる量子井戸活性層４を成長させる。続いて、活性層４の上に、ｐ−ＧａＮ層よりなるｐ側光ガイド層５を０．１μｍ成長させる。続いて、キャリアオーバーフロー抑制層（ＯＦＳ層）としてのＡｌ０．１６ＧａＮを１０ｎｍ成長させ、該ＯＦＳ層の上に、ｐ−Ａｌ０．１６ＧａＮ層１．５ｎｍとＧａＮ層１．５ｎｍとを１６０周期繰り返してなる膜厚０．４８μｍの歪超格子よりなるｐ型クラッド層６、及び膜厚０．０５μｍのｐ−ＧａＮ層よりなるコンタクト層７を順に成長させる。
【００３９】
なお、結晶成長に用いる手法としては、上記ＭＯＣＶＤ法の他に、分子ビーム成長法（Molecular Beam Epitaxy ：ＭＢＥ法）や化学ビーム成長法（Chemical Beam Epitaxy ：ＣＢＥ法）など、窒化物系青紫色半導体レーザ構造が成長可能な他の成長手法を用いてもかまわない。また、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の原料としては、例えばＧａ原料としてトリメチルガリウム、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム、Ｎ原料としてアンモニア、ｎ型不純物のＳｉ原料としてシランガス、及びｐ型不純物のＭｇ原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いればよい。
【００４０】
次に、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、コンタクト層７の上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２  ）を０．３μｍ成膜させた後に、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、シリコン酸化膜の上に、図１（ａ）のIb-Ib線方向に中央部分を露出するレジストパターンを形成した後に、該レジストパターンをマスクとし、例えばＣＦ４  ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、中央部分にコンタクト層７を露出するシリコン酸化膜１０を形成する（図１（ｂ）参照）。続いて、例えばＣｌ２  ガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングにより、所定の領域を膜厚０．２μｍ程度除去する。これにより、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、所定の領域におけるコンタクト層７が除去されると共にクラッド層６の一部が除去されてクラッド層６の上部が露出する。なお、上記所定の領域を除いたエッチングされない領域におけるIb-Ib線方向の幅は８μｍ程度であることが好ましい。このようにすると、レーザ光の出射領域には光吸収率の高いコンタクト層７が除去されて存在していないので、半導体レーザ装置の高出力化に資することができる。また、コンタクト層７の材料として用いたＧａＮの代わりに高抵抗となるが光吸収率の低いＡｌＧａＮを用いてもよく、この場合は、上記のようにコンタクト層７の一部を除去しなくともよい。さらに、活性層４、ｐ型クラッド層６、及びコンタクト層７の各々の光吸収端エネルギーが、光導波路を伝搬する光が後述するミラーを構成する加工面１２によって反射して＜０００１＞方向に進む光のフォトンエネルギーよりも大きい構成とすることで、＜０００１＞方向を伝播する光の吸収を小さくして、高出力化及び高信頼性化がさらに可能となる。
【００４１】
次に、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、コンタクト層７上の所定の領域を露出する一方でシリコン酸化膜１０とコンタクト層７及びクラッド層６の一部とを覆うレジストパターンを形成した後に、例えば電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置を用いて、コンタクト層７上の所定の領域に、Ｐｄ／Ｐｔ（４０ｎｍ／３５ｎｍ）の積層よりなるｐ型コンタクト電極８を真空蒸着する。続いて、リフトオフ法により、レジストパターン上のＰｄ／Ｐｔ層を除去する。
【００４２】
ここで、クラッド層６及びコンタクト層７上におけるｐ型コンタクト電極８が形成されていない領域の＜１−１００＞方向の長さは、レーザ光が＋ｃ面方向に出射する際にｐ型コンタクト電極８に反射しないように、１μｍ以上とすることが望ましく、レーザチップの劈開精度を加味すると、５μｍ以上とすることがより望ましい。但し、その長さが１５μｍよりも長くなると、電流注入がなされない領域が長くなり、素子中の損失が増えてしきい値が上昇したり、光結合効率が低下したり、電流光出力特性に予期しない非線形が出現することがあることから、１５μｍ以下とすることが望ましく、１０μｍ以下とすることがより望ましい。以上を考慮すると、当該長さは、５μｍ以上であって１０μｍ以下であることがより望ましい値となる。
【００４３】
次に、フォトリソグラフィとＥＢ蒸着法とを用いて、ｐ型電極８及びシリコン酸化膜１０の上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（５０ｎｍ／２００ｎｍ／２００ｎｍ）の積層よりなる配線電極９を形成する。但し、素子を分離する際に配線電極９が切断されると、配線電極９に密着したｐ型電極８がコンタクト層７から剥がれることがあるため、配線電極９は隣り合う素子と繋がらないように形成することが望ましい。続いて、配線電極９を構成するＡｕの厚さを１０μｍにまで増加させる。このようにすると、ワイヤボンディングによる素子の実装が可能になると共に、活性層４における発熱を効果的に放熱させることができ、素子の信頼性を向上させることが可能になる。
【００４４】
次に、ダイヤモンドスラリーを用いて、基板１の厚さを１００μｍ程度にまで裏面から薄片化した後に、例えばＥＢ蒸着法を用いて、基板１の裏面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（５ｎｍ／１０ｎｍ／１０００ｎｍ）の積層よりなるｎ型電極１１を形成する。
【００４５】
次に、以上のようにして得られた試料における＜１−１００＞方向の長さが６００μｍとなるように、当該試料をｍ面に沿って１次劈開する。
【００４６】
次に、例えばＥＣＲスパッタ装置を用いて、試料の側面の＋ｍ面に、例えばＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５  の３周期構造からなる高反射コーティング１３を施す。また、高反射コーティング１３としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いてもよい。このようにすると、化学的な安定性が相対的に低い＋ｍ面から出射するレーザ光の割合が低下して、化学的な安定性が相対的に高い＋ｃ面から出射するレーザ光の割合が増加するため、高出力動作時においても、端面劣化が少ない信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。なお、ここでは、＋ｍ面に高反射コーティング１３を形成した場合について説明したが、該高反射コーティング１３の代わりに分布帰還形ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を形成してもかまわない。一方で、光出射面となる＋ｃ面におけるレーザ光の反射率を低下させる目的で、＋ｃ面に低反射コーティングを施してもよい。低反射コーティングとして、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることができる。
【００４７】
次に、収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて、高反射コーティング１３が施された＋ｍ面と反対側の端面（図１では−ｍ面）を加工することにより、レーザ光を上面（＋ｃ面）側に反射させる上面反射ミラーとして機能する加工面１２を形成する。ここでは、＋ｃ面となす加工角度θが４５°となるように加工面１２を形成している。また、図１（ｂ）では、加工面１２をクラッド層６からｎ型電極１１までの全体に形成した場合について示しているが、加工面１２の加工深さ（半導体層の厚さ方向の深さ）が浅い場合には、レーザ光の一部が加工面１２から外れて＋ｃ面側に反射されずに光損失となる場合があるので、光損失を十分に抑制するためには、加工深さは０．５μｍよりも深いことが望ましく、１μｍよりも深いことがより望ましい。このとき、ＦＩＢの加工条件により、加工面に、例えば非晶質ＧａＮ系結晶やその酸化物などの、光吸収や散乱の起源となる物質が形成されることがある。上記の物質形成を低減するためには、たとえばＦＩＢのビーム強度を弱めればよい。また、イオン性ミリング、例えばアルゴンイオンミリングによりダメージ層を除去してもよい。さらに、燐酸や王水、硝酸など、損傷層を除去するウェットエッチ処理を行ってもかまわない。なお、ここでは、ＦＩＢを用いて加工面１２を形成する場合について説明したが、レーザ光が全反射する角度を有する加工面１２を形成することができる方法であれば、例えば、ドライエッチング、又は熱燐酸若しくはＵＶ光照射下のアルカリ溶液を用いたウェットエッチングを用いた方法を採用してもよい。
【００４８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における加工面１２付近におけるレーザ光の伝播の様子とレーザ光の強度プロファイルとを模式的に示している。
【００４９】
図２に示すように、レーザ光２０は、加工面１２及び＋ｃ面を介して反射及び透過を繰り返していくが（レーザ光２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ参照）、加工角度θが４５°からずれると、加工面１２で反射したレーザ光２０ａの反射方向が＜０００１＞方向からずれると共に光の強度プロファイルもブロードになっていくため、＋ｃ面で反射して光ガイド層に結合する光の割合が低下し、発振しきい値の上昇又は光結合効率の低下をもたらす。したがって、加工面１２の加工角度θは４５°とすることが望ましい。
【００５０】
また、図３は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置において、レーザ光が加工面１２によって＜０００１＞方向に反射し、＋ｃ面によって＜０００−１＞方向に反射し、さらに、再び加工面１２によって反射して導波路に結合する光の割合を計算した結果をしている。
【００５１】
図３に示すように、加工角度θ＝４５°のときの光結合効率は６６％であった。レーザ光の発振しきい値又は光結合効率の特性を悪化させないためには、光結合効率を５０％以上に保つことが望ましいので、加工面１２の加工角度θは４１°＜θ＜４６°であることが望ましい。
【００５２】
なお、加工角度θ＝４５°である場合の光結合効率６６％が、加工面１２におけるレーザ光の反射率１００％から低下しているのは、加工面１２で反射したレーザ光の＜０００１＞方向への伝播に伴う光の広がりが原因であるため、＋ｃ面上の光出射領域に半球状の反射鏡を設けて、広がった光を集光して＜０００−１＞方向に反射させる構成を採用してもよい。また、同様に、上面反射ミラーとして機能する加工面１２の表面に半球状の集光レンズを設ける構成を採用してもよい。
【００５３】
その後、＜１１−２０＞方向の長さが２００μｍとなるように、ａ面に沿って二次劈開することにより、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構造の半導体レーザ装置が得られる。
【００５４】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、＋ｃ面上を伝播したレーザ光が、導波路の一方の端部に位置する上面反射ミラーとして機能する加工面１２によって＜０００１＞方向に曲げられ、＋ｃ面上からレーザ光が出射する上面出射型の半導体レーザ装置である。
【００５５】
このように、レーザ光は化学的な安定性が高い＋ｃ面の一方の端部から出射するため、高出力動作時においても端面の劣化や破壊が生じにくく、高出力動作が可能であって信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
【００５６】
−変形例−
図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、（ａ）は＜１０００＞方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のIVb-IVb線の断面であって＜１−１００＞方向から見た断面図である。
【００５７】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る半導体レーザ装置は、ＦＩＢを用いて＋ｍ面のみならず−ｍ面にも上面反射ミラーとして機能する加工面１２を設けている点に特徴を有し、−ｍ面のみに加工面１２を設ける一方で＋ｍ面には高反射コーティング１３を設けた構成を有する上記図１（ａ）及び（ｂ）に示した半導体レーザ装置と異なっている。
【００５８】
また、上記のように、＋ｍ面にも加工面１２を設けるため、上記図１（ａ）及び（ｂ）における−ｍ面側のクラッド層６及びコンタクト層７と同様に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、＋ｍ面側におけるコンタクト層７及びクラッド層６の一部を除去してクラッド層６を露出させることが望ましいが、コンタクト層７としてＡｌＧａＮ層を用いた場合にはこの限りではないことも同様である。なお、その他の構成は、上記図１（ａ）及び（ｂ）に示した半導体レーザ装置の構造と同様である。
【００５９】
以上のように、図４（ａ）及び（ｂ）に示す半導体レーザ装置は、＋ｃ面上を伝播したレーザ光が、導波路の両端に位置する上面反射ミラーとして機能する２つの加工面によって＜０００１＞方向に曲げられ、＋ｃ面上からレーザ光が出射する上面出射型半導体レーザ装置である。
【００６０】
このように、レーザ光は化学的な安定性が高い＋ｃ面の両端から出射するため、高出力動作時においても端面の劣化や破壊が生じにくく、高出力動作が可能であって信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
【００６１】
さらに、本変形例では、ＦＩＢを用いて＋ｍ面及び−ｍ面の双方に加工面１２を形成するために、劈開を行う工程が不要となる。このように、劈開すること無く多数の光素子を半導体チップ上に集積することが可能であるため、光素子がアレイ上に集積された大出力レーザアレイなどを容易に実現することができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法について説明する。具体的に、第２の実施形態では、ＧａＮ系半導体を用いた青色（波長４６０ｎｍ）レーザ光を出力する半導体レーザ装置を例に挙げて説明する。
【００６３】
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、（ａ）は＜１−１００＞方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のVb-Vb線の断面であって＜１１−２０＞方向から見た断面図である。
【００６４】
図５（ａ）及び（ｂ）に示す半導体レーザ装置は、主面がｍ面であるｎ型ＧａＮよりなる基板１の＋ｍ面、すなわち（１−１００）面上に形成されており、−ｃ面側に高反射コーティングを設けていることにより、＋ｍ面上を伝播したレーザ光が、高反射コーティングによって反射して、＋ｃ面上から出射することを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００６５】
図５（ａ）及び（ｂ）に示す本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法は、主面がｍ面であるｎ型ＧａＮよりなる基板１を用いる点で、主面がｃ面であるｎ型ＧａＮよりなる基板１を用いた第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と異なるが、その他の工程は同様である。但し、本実施形態では、主面がｍ面である基板１を用い、レーザ光を＋ｃ面から出射する構造であるため、第１の実施形態のようにコンタクト層７及びクラッド層６の一部を除去する必要はなく、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、クラッド層６及びコンタクト層７を順に成長させた後に、その上にｐ型電極８及び配線電極９を形成するだけでよい。また、高反射コーティング１３は、本実施形態では−ｃ面に施すことで、燐酸やアルカリ、王水などで容易に侵されることから分かるように化学的な安定性が低い−ｃ面より出射するレーザ光の割合を低下させて、化学的な安定性が高い＋ｃ面より出射する光の割合を増加させ、高出力動作時においても、端面劣化の少ない信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。なお、高反射コーティング１３の代わりに、第１の実施形態と同様に、分布帰還形ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を形成してもかまわない。また、一次劈開は、＜１１−２０＞方向の長さが６００μｍとなるようにａ面に沿って行い、二次劈開は、＜０００１＞方向の長さが２００μｍとなるようにｃ面に沿って行えばよい。
【００６６】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、＋ｍ面上を伝播したレーザ光が、導波路の一方の端部に位置する反射ミラーとして機能する高反射コーティング１３によって反射して、化学的な安定性が高い＋ｃ面上からレーザ光が出射するため、高出力動作時においても端面の劣化や破壊が生じにくく、高出力動作が可能であって信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。
【００６７】
なお、上記第１及び第２の実施形態では、半導体レーザ装置の基板としてＧａＮ基板を用いた場合について説明したが、六方晶ＧａＮを基板上に形成可能なものであれば、例えばサファイアやＳｉＣ、Ｓｉなどの他の基板を用いてもかまわない。また、半導体レーザ装置の光導波構造として、電極ストライプ型の半導体レーザ装置である場合について説明したが、例えば埋め込み型の半導体レーザ装置やリッジストライプ型の半導体レーザ装置である場合であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザディスプレイや光源、及び高速光記録などにとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、（ａ）は＜１０００＞方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のIb-Ib線の断面であって且つ＜１−１００＞方向から見た断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における加工面付近におけるレーザ光の伝播の様子とレーザ光の強度プロファイルとを模式的に示している。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における光結合効率と加工角度との関係図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、（ａ）は＜１０００＞方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のIVb-IVb線の断面であって且つ＜１−１００＞方向から見た断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す図であって、（ａ）は＜１−１００＞方向から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のVb-Vb線の断面であって＜１１−２０＞方向から見た断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    基板
２    クラッド層
３    ｎ側光ガイド層
４    活性層
５    ｐ側光ガイド層
６    クラッド層
７    コンタクト層
８    ｐ型電極
９    配線電極
１０  シリコン酸化膜
１１  ｎ型電極
１２  加工面
１３  高反射コーティング
【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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