JP2010098070A - 端面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光におけるリップルの発生を確実に抑制し得る構成、構造を有する端面発光型半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】端面発光型半導体レーザ素子は、（Ａ）Ｉｎ（インジウム）を含む化合物半導体層から成る下地層１１２、並びに、（Ｂ）ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２が、下地層１１２上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部２０を備えており、下地層１１２中にはＩｎが偏析している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、端面発光型半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。

例えば、
（Ａ）基板、
（Ｂ）基板上に形成された化合物半導体層から成る下地層、並びに、
（Ｃ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えた端面発光型半導体レーザ素子が周知である。ところで、このような構造の端面発光型半導体レーザ素子にあっては、端面から出射されたレーザ光に、屡々、リップルが観察される。即ち、端面から出射されたレーザ光の光強度分布において、最大光強度ピークの近傍に小さなピークが屡々認められる。このようなレーザ光におけるリップルの発生は、活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由してｎ型化合物半導体層と下地層との界面（鏡面の状態にある）に到達したレーザ光が、界面において反射され、あるいは、全反射され、ｎ型化合物半導体層を経由して活性層に戻され、活性層において生成したレーザ光と干渉することに起因している。そして、このようなリップルの発生は、例えば、ＦＦＰ（Far Field Pattern）特性に対して悪影響を及ぼす。

特開２００１−２６７２４５号公報 特開２００２−２８０６１１号公報 特開２００１−０９４２１６号公報

このようなリップルの発生を抑制するための方策として、ｎ型化合物半導体層の厚膜化や、ｎ型化合物半導体層の低屈折率化が考えられる。しかしながら、これらの方策は、端面発光型半導体レーザ素子の設計自由度を低下させる。また、ｎ型化合物半導体層において、クラックや転位等の結晶欠陥が発生し易くなるといった問題を有している。

下地層の表面に凹凸部を設ける技術が、例えば、特開２００１−２６７２４５号公報、特開２００２−２８０６１１号公報、特開２００１−０９４２１６号公報から周知である。しかしながら、特開２００１−２６７２４５号公報に開示された技術は、下地層の上に結晶成長されるｎ型化合物半導体層の結晶性の向上を専ら図るものである。また、特開−２００２−２８０６１１号公報に開示された技術は、発光素子からの光取り出し効率を専ら図るものである。また、特開２００１−０９４２１６号公報に開示された技術は、複数の結晶方位の中から適切な方位を選択して素子領域を配置することも目的としたものである。そして、いずれの特許公開公報に開示された技術も、リップル発生を抑制するための技術ではない。

従って、本発明の目的は、レーザ光におけるリップルの発生を確実に抑制し得る構成、構造を有する端面発光型半導体レーザ素子、及び、係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
（Ａ）Ｉｎ（インジウム）を含む化合物半導体層から成る下地層、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
下地層中にはＩｎ（インジウム）が偏析している。

本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子にあっては、活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層において散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される形態とすることができる。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
（Ａ）化合物半導体層から成り、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由してｎ型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
（Ａ）表面に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せが設けられた基板、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、基板上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

上記の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子は、
（Ａ）Ｉｎ（インジウム）を含む化合物半導体層から成る下地層、及び、ｎ型化合物半導体層から成る基層、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、基層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
を備えており、
下地層内部には空洞が形成されており、
活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
（ａ）基板上に、Ｉｎ（インジウム）を含む化合物半導体層から成る下地層を形成し、次いで、
（ｂ）下地層上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備え、更に、
下地層にエネルギーを与えてＩｎ（インジウム）を偏析させる工程を備えている。

本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法にあっては、前記工程（ａ）と工程（ｂ）の間で、電子線を照射することによって下地層にエネルギーを与える形態とすることができるし、あるいは又、前記工程（ａ）と工程（ｂ）の間で、下地層（あるいは全体）を加熱することによって下地層にエネルギーを与える形態とすることができるし、あるいは又、前記工程（ｂ）の後、下地層（あるいは全体）を加熱することによって下地層にエネルギーを与える形態とすることができる。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第２の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
（ａ）基板上に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する化合物半導体層から成る下地層を形成し、次いで、
（ｂ）下地層上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由してｎ型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

本発明の第２の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法にあっては、前記工程（ａ）において、基板上に下地層を形成した後、下地層表面をエッチングすることによって、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せ（以下、これらを総称して、『凹部及び／又は凸部』と呼ぶ場合がある）を有する下地層を得る形態とすることができる。あるいは又、前記工程（ａ）において、基板上に選択成長用マスク層を形成し、次いで、下地層を形成することによって、凹部及び／又は凸部を有する下地層（具体的には、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層）を得る形態とすることができる。場合によっては、基板上に下地層を結晶成長させるだけで、凸部を有する下地層を得ることもできる。あるいは又、前記工程（ａ）において、基板上に第１下地層を形成した後、第１下地層上に選択成長用マスク層を形成し、次いで、第２下地層を形成することで、第１下地層と第２下地層の２層構造を有し、凹部及び／又は凸部を有する下地層（具体的には、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層）を得る形態とすることができる。

上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第３の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
（ａ）基板の表面に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを設けた後、
（ｂ）基板上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

本発明の第３の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法にあっては、前記工程（ａ）において、基板表面をエッチングすることによって、基板の表面に凹部及び／又は凸部を設ける形態（具体的には、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを設ける形態）とすることができる。

上記の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、本発明の第４の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子を製造する方法であり、
（ａ）基板上に、Ｉｎ（インジウム）を含む化合物半導体層から成る下地層、及び、ｎ型化合物半導体層から成る基層を形成した後、
（ｂ）水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で加熱することで、下地層内部に空洞を形成し、次いで、
（ｃ）基層上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
各工程を備えており、
活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

上記の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法、本発明の第２の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法、本発明の第３の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法、本発明の第４の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法において、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピーク（端面における光場の中心）は、ｎ型化合物半導体層内に位置する構成とすることが望ましい。このような構成を実現するためには、例えば、ｎ型化合物半導体層の厚さとｐ型化合物半導体層の厚さの最適化を図り（具体的には、ｐ型化合物半導体層の厚さをｎ型化合物半導体層の厚さよりも薄くする）、あるいは又、ｎ型化合物半導体層の組成とｐ型化合物半導体層の組成の最適化を図ればよい。一般に、光の損失は、ｎ型化合物半導体層におけるよりもｐ型化合物半導体層における方が大きい。また、Ｉｎを含む活性層において大きい。従って、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークをｎ型化合物半導体層の端面に位置する構成とすることで、活性層において生成したレーザ光の化合物半導体層における損失を少なくすることができるし、瞬時光学損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）に対する耐性の向上を図ることができる。加えて、通常、ｐ型化合物半導体層はｎ型化合物半導体層よりも高抵抗であるが故に、ｐ型化合物半導体層の厚さをｎ型化合物半導体層の厚さよりも薄くすれば、ｐ型化合物半導体層における発熱を抑制することができ、端面発光型半導体レーザ素子の低電圧駆動、低発熱化を達成することができる。以上の結果として、高出力端面発光型半導体レーザ素子を提供することが可能となる。また、例えば、ｎ型化合物半導体層におけるＡｌ（アルミニウム）の含有率の低減を図ることが可能となり、発光部全体の歪みを低減することができる結果、端面発光型半導体レーザ素子の長寿命化を達成することができる。

上記の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第１の態様』と呼ぶ場合がある。また、上記の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第２の態様』と呼ぶ場合がある。更には、上記の好ましい形態を含む本発明の第３の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第３の態様』と呼ぶ場合がある。また、上記の好ましい形態を含む本発明の第４の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子あるいはその製造方法を、以下、総称して、単に、『本発明の第４の態様』と呼ぶ場合がある。更には、凹部と凸部の組合せを『凹凸部』と呼ぶ場合がある。

以上の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様、本発明の第２の態様、本発明の第３の態様、あるいは、本発明の第４の態様（以下、これらを総称して、単に、『本発明』と呼ぶ）において、発光部や積層構造体の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができ、特段の限定、制限は無い。

本発明において、端面発光型半導体レーザ素子は、先ず、基板上に設けられるが、端面発光型半導体レーザ素子の最終形態として、基板上に形成されている形態、及び、基板が除去されている形態を挙げることができる。端面発光型半導体レーザ素子は、ジャンクション・アップ方式で実装（マウント）してもよいし、ジャンクション・ダウン方式で実装（マウント）してもよい。基板の除去方法として、端面発光型半導体レーザ素子の発光部を適切な支持部材で支持した後、基板をエッチングすることで除去する方法、研磨することで除去する方法、エッチング及び研磨を併用することで除去する方法、基板に裏面からレーザ光を照射することで、レーザアブレージョンを生じさせて下地層を基板から剥離する方法を挙げることができる。

本発明の第１の態様、本発明の第２の態様あるいは本発明の第４の態様における基板として、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＰ基板、ＩｎＮ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＩｎＮ基板、ＧａＩｎＮ基板、ＡｌＧａＩｎＰ基板、ＡｌＧａＰ基板、ＡｌＩｎＰ基板、ＧａＩｎＰ基板、ＺｎＳ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ₂基板、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄基板、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、これらの基板の表面（主面）にバッファ層が形成されたものを挙げることができる。

また、本発明の第３の態様において、基板として、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＰ基板、ＩｎＮ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＩｎＮ基板、ＧａＩｎＮ基板、ＡｌＧａＩｎＰ基板、ＡｌＧａＰ基板、ＡｌＩｎＰ基板、ＧａＩｎＰ基板、ＺｎＳ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ₂基板、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄基板、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、これらの基板の表面（主面）にバッファ層が形成されたものを挙げることができる。

本発明において、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を構成する化合物半導体として、ＢＡｌＧａＩｎＮ系化合物半導体（２元、３元、４元、５元混晶のいずれの組合せであってもよい）を例示することができる。化合物半導体層に添加されるｎ型不純物として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）を挙げることができるし、ｐ型不純物として、亜鉛（Ｚｎ）や、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）を挙げることができる。活性層は、単一の化合物半導体層から構成されていてもよいし、単一量子井戸構造［ＱＷ構造］あるいは多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］を有していてもよい。下地層、活性層を含む各種化合物半導体層の形成方法（結晶成長方法、成膜方法）として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法）や有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を挙げることができる。

下地層を構成する化合物半導体として、どのような化合物半導体を用いるかは、基板を構成する材料、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を構成する化合物半導体に基づき、適宜、決定すればよい。具体的には、本発明の第１の態様において、下地層を構成するＩｎを含む化合物半導体層として、例えば、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＮを挙げることができる。また、本発明の第２の態様において、下地層を構成する化合物半導体層としてＢＮ、ＢＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＧａＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＩｎＮを挙げることができる。更には、第１下地層を構成する化合物半導体層としてＢＮ、ＢＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＧａＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＩｎＮを挙げることができるし、第２下地層を構成する化合物半導体層として、同様に、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＢＧａＮ、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＧａＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＩｎＮを挙げることができる。更には、本発明の第４の態様において、下地層を構成するＩｎを含む化合物半導体層として、ＢＩｎＮ、ＢＡｌＩｎＮ、ＢＧａＩｎＮ、ＢＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＮを挙げることができる。

本発明の第１の態様において、下地層にエネルギーを与えてＩｎを偏析させるが、例えば、１×１０⁵ｅＶ乃至４×１０⁵ｅＶのエネルギーを有する電子線を、３５Ａ／ｃｍ²以上の照射量にて下地層に照射すればよい。あるいは又、例えば、１気圧の窒素ガス雰囲気中で、７５０゜Ｃ乃至１０００゜Ｃにて、５分間乃至１時間、加熱すればよい。

本発明の第３の態様において、選択成長用マスク層を構成する材料として、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮといった半導体酸化物層あるいは半導体窒化物層、高融点金属層、高融点金属酸化物層、高融点金属窒化物層を例示することができる。また、選択成長用マスク層の形成方法として、スパッタリング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）と、リソグラフィ技術及びエッチング技術によるパターニングとの組合せを挙げることができる。選択成長用マスク層を残したままとしてもよいし、除去してもよい。選択成長用マスク層の除去は、選択成長用マスク層を構成する材料に依存して、ウエットエッチング法を採用してもよいし、ドライエッチング法を採用してもよい。

本発明の第４の態様において、下地層を加熱して空洞を形成するが、例えば、１気圧あるいはそれよりも低圧の水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で、７５０゜Ｃ乃至１２００゜Ｃにて、５分間乃至１時間加熱すればよい。

本発明の第２の態様における下地層に設けられた凹部及び／又は凸部の形状、形態として、具体的には、下地層の表面から突出した凸部、下地層の表面から凹んだ凹部、下地層の表面に設けられた凹凸部を挙げることができる。ここで、凹凸部が設けられている場合、凹部と凸部とが連続していてもよいし、不連続であってもよい。下地層に垂直な仮想平面で下地層を切断したときの連続した凸部あるいは凹部の断面形状として、三角形；正方形、長方形、台形を含む任意の四角形；任意の多角形；円形等を含む任意の滑らかな曲線を例示することができる。あるいは又、不連続な凸部及び／又は凹部である構成とする場合、不連続な凸形状あるいは凹形状の形状として、角錐、円錐、切頭角錐、切頭円錐、円柱、三角柱や四角柱を含む多角柱、球の一部等の各種の滑らかな曲面を例示することができる。凹部及び／又は凸部の高さや深さ、ピッチ、形状を、一定としてもよいし、変化させてもよいが、凹部及び／又は凸部の配置、配列、深さ、ピッチ、形状等には規則性が無いことが、レーザ光の散乱といった観点から望ましい。また、凹部及び／又は凸部の深さ、ピッチ、形状等に本質的な制限はないが、レーザ光の散乱といった見地からは、レーザ光の波長をλとしたとき、凹部及び／又は凸部の深さ、ピッチあるいは形状は、λ／２以上であることが望ましい。

本発明の第３の態様における基板表面に設けられた凹部及び／又は凸部の形状、形態として、具体的には、基板表面から突出した凸部、基板表面から凹んだ凹部、基板表面に設けられた凹凸部を挙げることができる。ここで、凹凸部が設けられている場合、凹部と凸部とが連続していてもよいし、不連続であってもよい。基板に垂直な仮想平面で基板を切断したときの連続した凸部あるいは凹部の断面形状として、三角形；正方形、長方形、台形を含む任意の四角形；任意の多角形；円形等を含む任意の滑らかな曲線を例示することができる。あるいは又、不連続な凸部及び／又は凹部である構成とする場合、不連続な凸形状あるいは凹形状の形状として、角錐、円錐、切頭角錐、切頭円錐、円柱、三角柱や四角柱を含む多角柱、球の一部等の各種の滑らかな曲面を例示することができる。凹部及び／又は凸部の高さや深さ、ピッチ、形状を、一定としてもよいし、変化させてもよいが、凹部及び／又は凸部の配置、配列、深さ、ピッチ、形状等には規則性が無いことが、レーザ光の散乱といった観点から望ましい。また、凹部及び／又は凸部の深さ、ピッチ、形状等に本質的な制限はないが、レーザ光の散乱といった見地からは、凹部及び／又は凸部の深さ、ピッチあるいは形状は、λ／２以上であることが望ましい。

本発明にあっては、基板の主面側に発光部が設けられている。そして、主面とは反対側の基板の裏面に第１電極（ｎ側電極）が設けられており、発光部の頂面に第２電極（ｐ側電極）が設けられている構造とすることができる。あるいは又、ｎ型化合物半導体層やｎ側コンタクト層の一部を露出させ、係るｎ型化合物半導体層やｎ側コンタクト層の露出部分に第１電極（ｎ側電極）が設けられており、発光部の頂面に第２電極（ｐ側電極）が設けられている構造とすることができる。

ここで、第２電極（ｐ側電極）を構成する材料として、例えば、Ｐｄを挙げることができるが、これに限定するものではない。また、第１電極（ｎ側電極）として、例えば、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層構造を挙げることができる。Ｔｉ層、Ｐｔ層及びＡｕ層の厚さは、例えば、それぞれ、１５ｎｍ、５０ｎｍ及び３００ｎｍであるが、これに限定するものではない。

また、第１電極や第２電極の延在部に対して、必要に応じて、例えば、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層等といった［接着層（Ｔｉ層やＣｒ層等）］／［バリアメタル層（Ｐｔ層、Ｎｉ層、ＴｉＷ層やＭｏ層等）］／［実装に対して融和性の良い金属層（例えばＡｕ層）］のような積層構成とした多層メタル層から成るコンタクト部（パッド部）を設けてもよい。延在部を含む第１電極や、延在部を含む第２電極、コンタクト部（パッド部）は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法といった各種のＰＶＤ法、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、メッキ法によって形成することができる。

活性層で生成したレーザ光の殆どは、発光部の端面から外部に出射されるが、一部は、ｎ型化合物半導体層を経由して下地層あるいは基板に入射する。本発明にあっては、下地層中においてＩｎが偏析しており、あるいは又、下地層は凹部及び／又は凸部を有し、あるいは又、基板表面には凹部及び／又は凸部が設けられており、あるいは又、下地層内部には空洞が形成されている。従って、下地層あるいは基板に到達したレーザ光は、全反射させることがなく、Ｉｎが偏析した下地層中で散乱あるいは吸収され、あるいは又、凹部及び／又は凸部にて散乱（あるいは乱反射）され、あるいは又、下地層内部における空洞にて散乱され、進行方向がランダムになる。それ故、活性層に戻るレーザ光が少なくなり、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。そして、以上の結果として、ＦＦＰにおけるリップルの発生を確実に防止することができ、高性能の端面発光型半導体レーザ素子を提供することができる。また、端面発光型半導体レーザ素子の設計自由度が低下することもないし、ｎ型化合物半導体層においてクラックや転位等の結晶欠陥が発生し易くなるといった問題が生じることもない。

ここで、本発明の第１の態様において、Ｉｎが偏析している下地層の部分は、他の部分と比べて吸収係数が高く、レーザ光を多く吸収する。それ故、活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由して下地層に入射したレーザ光にあっては、Ｉｎが偏析している下地層の部分における反射状態と、他の部分における反射状態が異なるが故に、下地層中で散乱される。

また、本発明の第４の態様にあっては、下地層はＩｎを含む化合物半導体層から成る。そして、下地層内部には空洞が形成されているが、係る空洞は、下地層を加熱することによってＩｎを蒸発させることで、形成することができる。空洞の部分は、他の下地層の部分と比べて屈折率が低い。それ故、活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、他の部分よりも屈折率の低い空洞において散乱される。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の第１の態様に係る端面発光型半導体レーザ素子（以下、『半導体レーザ素子』と略称する）、及び、本発明の第１の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例１の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図１の（Ａ）に図示する。

実施例１の半導体レーザ素子は、
（Ａ）Ｉｎ（インジウム）を含む化合物半導体層から成る下地層１１２、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２が、下地層１１２上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部２０、
を備えている。

実施例１にあっては、具体的には、基板１１０はｎ型ＧａＮ基板から成り、下地層１１２を構成するＩｎを含む化合物半導体層はＩｎ_xＧａ_(1-x)Ｎから成り（但し、ｘ≦１）、ｎ型化合物半導体層２１は、下から、ｎ型クラッド層２１Ａ及びｎ型ガイド層２１Ｂから成り、活性層２３は多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］を有し、ｐ型化合物半導体層２２は、下から、ｐ型ガイド層２２Ｂ及びｐ型クラッド層２２Ａから成る。尚、下地層１１２は、基板１１０の上に形成されている。

そして、下地層１１２中にはＩｎ（インジウム）が、ランダムに偏析している。実施例１の半導体レーザ素子にあっては、活性層２３において生成され、ｎ型化合物半導体層２１を経由して下地層１１２に入射したレーザ光は、下地層１１２においてランダムに散乱及び／又は吸収されるが故に、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。より具体的には、Ｉｎが偏析している下地層１１２の部分１１２Ａ（図１の（Ａ）においては、模式的に、点線の白抜きの楕円形で示す）は、下地層１１２の他の部分１１２Ｂと比べて屈折率が高い。それ故、活性層２３において生成され、ｎ型化合物半導体層２１を経由して下地層１１２に入射したレーザ光にあっては、Ｉｎが偏析している下地層の部分１１２Ａを通過したレーザ光の進行方向に変化を受ける。それ故、係るレーザ光は、下地層１１２においてランダムに散乱されることとなる。

以下、実施例１の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。

尚、以下の実施例において、ＭＯＣＶＤ法にて各種の化合物半導体層を結晶成長させるとき、例えば、窒素原料としてアンモニアガスを用い、ガリウム原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスあるいはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを用い、アルミニウム原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用い、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用い、シリコン原料としてモノシランガス（ＳｉＨ₄ガス）を用い、Ｍｇ源としてシクロペンタジエニルマグネシウムガスを用いればよい。

［工程−１００］
基板１１０上に、Ｉｎを含む化合物半導体層から成る下地層１１２を形成する。具体的には、先ず、Ｃ面を主面とするｎ型ＧａＮ基板から成る基板１１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中での基板クリーニングを行う。その後、基板温度を低下させて、ＭＯＣＶＤ法に基づき、低温ＧａＮから成るバッファ層１１１を基板１１０の上に結晶成長させる。次いで、厚さ０．２μｍ以上のアンドープあるいはｎ型のＩｎ_xＧａ_(1-x)Ｎ層から成る下地層１１２を、バッファ層１１１上に結晶成長させる。

［工程−１１０］
実施例１にあっては、その後、電子線を照射することによって下地層１１２にエネルギーを与え、Ｉｎを偏析させる。具体的には、基板１１０をＭＯＣＶＤ装置から搬出して、電子線照射装置に搬入する。そして、１×１０⁵ｅＶ以上のエネルギーを有する電子線を、３５Ａ／ｃｍ²以上の照射量にて下地層１１２に照射する。その結果、下地層１１２においては、Ｉｎ（インジウム）が偏析する。

［工程−１２０］
その後、下地層１１２上に、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部２０を得る。具体的には、基板を電子線照射装置から搬出して、再び、ＭＯＣＶＤ装置に搬入する。そして、ＳｉドープのＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）から成るｎ側コンタクト層２４を結晶成長させ、続いて、ｎ型ＡｌＧａＮ層から成るｎ型クラッド層２１Ａ、及び、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）が添加されたｎ型ＧａＮ層から成るｎ型ガイド層２１Ｂを、順次、結晶成長させることで、ｎ型化合物半導体層２１を得ることができる。その後、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎから成る井戸層、並びに、ＧａＮから成る障壁層から構成された多重量子井戸構造を有する活性層２３を、ｎ型化合物半導体層２１上に結晶成長させる。ここで、発光波長λは５２０ｎｍである。その後、活性層２３上に、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が添加されたｐ型ＧａＮから成るｐ型ガイド層２２Ｂ、及び、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が添加されたｐ型ＡｌＧａＮ層から成るｐ型クラッド層２２Ａを、順次、結晶成長させることでｐ型化合物半導体層２２を得た後、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）が添加されたｐ型ＧａＮ層から成るｐ側コンタクト層２５を結晶成長させる。

［工程−１３０］
こうして結晶成長を完了した後、窒素ガス雰囲気中で８００゜Ｃ、１０分間程度のアニール処理を行ってｐ型不純物（ｐ型ドーパント）の活性化を行う。その後、ｐ型化合物半導体層２２に対して電流を狭窄するための領域を形成するために、ホウ素イオンや水素イオンのイオン注入を施し、イオン注入された領域を高抵抗領域化あるいは絶縁領域化する。あるいは又、ＲＩＥ法等のエッチング技術に基づきストライプ構造を形成することによって電流狭窄を行ってもよい。

［工程−１４０］
次いで、通常の半導体レーザ素子のウェハプロセス、チップ化工程と同様に、保護膜（図示せず）の形成、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程、金属蒸着による基板１１０の裏面における第１電極３１の形成、第２化合物半導体層２２の頂面上（具体的には、ｐ側コンタクト層２５上）における第２電極３２の形成を実行し、更に、劈開処理、ダイシングによりチップ化を行い、樹脂モールド、パッケージ化を行うことで、実施例１の半導体レーザ素子を作製することができる。

尚、［工程−１１０］を実行する代わりに、基板をＭＯＣＶＤ装置から搬出して、加熱炉に搬入する。そして、１気圧の窒素ガス雰囲気中で、７５０゜Ｃ乃至１０００゜Ｃにて、５分間乃至１時間の加熱処理を行う。これによっても、下地層１１２中において、Ｉｎを偏析させることができる。

あるいは又、［工程−１１０］の実行を省略し、［工程−１１０］の代わりに、［工程−１３０］と同様の工程において、１気圧の窒素ガス雰囲気中で、７５０゜Ｃ乃至１０００゜Ｃにて、５分間乃至１時間の加熱処理を行う。これによっても、下地層１１２中において、Ｉｎを偏析させることができる。

また、場合によっては、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板１１０’としてサファイア基板を使用し、［工程−１４０］において、ｐ側コンタクト層２５、ｐ型化合物半導体層２２、活性層２３、及び、ｎ型化合物半導体層２１、並びに、ｎ側コンタクト層２４の一部をエッチングすることで、ｎ側コンタクト層２４の一部を露出させる。そして、露出したｎ側コンタクト層２４の部分に第１電極３１を形成し、ｐ型化合物半導体層２２の頂面上（具体的には、ｐ側コンタクト層２５上）に第２電極３２を形成する。こうして、図１の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。

また、図２の（Ａ）の概念図の右側に示すように、場合によっては、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピーク（光場の中心）は、ｎ型化合物半導体層内に位置する構成とすることができる。具体的には、例えば、ｐ型化合物半導体層２２の厚さを、ｎ型化合物半導体層２１の厚さよりも薄くする（図２の（Ｂ）の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を参照）。尚、図２の（Ａ）の概念図の左側には、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークが活性層内に位置する、従来の半導体レーザ素子の発光状態を示す。一般に、光の損失は、ｎ型化合物半導体層２１におけるよりもｐ型化合物半導体層２２における方が大きい。また、Ｉｎを含む活性層２３において大きい。従って、端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークをｎ型化合物半導体層２１の端面に位置させる構成とすることで、活性層２３において生成したレーザ光の化合物半導体層における損失を少なくすることができるし、ＣＯＤに対する耐性の向上を図ることができる。加えて、通常、ｐ型化合物半導体層２２はｎ型化合物半導体層２１よりも高抵抗であるが故に、ｐ型化合物半導体層２２の厚さをｎ型化合物半導体層２１の厚さよりも薄くすることで、ｐ型化合物半導体層２２における発熱を抑制することができ、半導体レーザ素子の低電圧駆動、低発熱化を達成することができる。そして、以上の結果として、半導体レーザ素子を提供することができる。また、ｎ型化合物半導体層２２におけるＡｌ（アルミニウム）の含有率の低減を図ることが可能となり、発光部全体の歪みを低減することができる結果、端面発光型半導体レーザ素子の長寿命化を達成することができる。尚、このようなｎ型化合物半導体層２１及びｐ型化合物半導体層２２の構成、構造は、後述する実施例２〜実施例４の半導体レーザ素子にも適用することができる。

実施例２は、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子、及び、本発明の第２の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例２の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図３の（Ａ）に図示する。

実施例２の半導体レーザ素子は、
（Ａ）化合物半導体層から成り、凹部及び／又は凸部２１２Ａを有する下地層２１２、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２が、下地層２１２上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部２０、
を備えている。そして、活性層２３において生成され、ｎ型化合物半導体層２１を経由してｎ型化合物半導体層２１と下地層２１２との界面に到達したレーザ光は、下地層２１２の凹部及び／又は凸部２１２Ａにおいて散乱及び／又は吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

より具体的には、実施例２にあっては、凹部及び／又は凸部２１２Ａは、下地層２１２の表面から突出した不連続な凸部（具体的には、切頭四角錐）である。即ち、図４の（Ａ）に模式的な部分的斜視図を示すように、実施例２にあっては、切頭四角錐の形状を有する島状の凸部が、下地層２１２の表面から突出している。尚、下地層２１２は、基板２１０の上に形成されている。尚、凹部及び／又は凸部２１２Ａは、図面においては規則性を有するように描かれているが、１つの半導体レーザ素子内においては、ランダムに配置、配列されるように形成することが望ましい。

以下、実施例２の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。

［工程−２００］
基板２１０上に、凹部及び／又は凸部２１２Ａを有する化合物半導体層から成る下地層２１２を形成する。具体的には、先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、基板２１０のクリーニング及びバッファ層２１１を基板２１０の上に結晶成長させる。次いで、ＢＡｌＧａＩｎＮで構成される結晶から成る下地層２１２を結晶成長させる。

［工程−２１０］
その後、下地層２１２の表面をエッチングすることによって、島状の凸部（切頭四角錐）から成る凹部及び／又は凸部２１２Ａを下地層２１２に形成する（図４の（Ａ）参照）。具体的には、スパッタリング法及びリソグラフィ技術に基づき図示しないエッチング用マスクを形成し、下地層２１２をエッチングした後、エッチング用マスクを除去することで、下地層２１２の表面が島状の凸状にエッチングされる。

［工程−２２０］
その後、下地層２１２上に、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部２０を得る。具体的には、ＢＡｌＧａＩｎＮで構成される結晶から成るキャップ層（図示せず）を下地層２１２上に結晶成長させ、次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、ｎ側コンタクト層２４、ｎ型クラッド層２１Ａ及びｎ型ガイド層２１Ｂから成る第１化合物半導体層２１、活性層２３、ｐ型ガイド層２２Ｂ及びｐ型クラッド層２２Ａから成る第２化合物半導体層２２、ｐ側コンタクト層２５を、順次、結晶成長させる。

［工程−２３０］
次いで、実施例１の［工程−１３０］及び［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、実施例２の半導体レーザ素子を得ることができる。

尚、［工程−２１０］において、図４の（Ｂ）に模式的な部分的斜視図を示すように、下地層２１２の表面から凹んだ不連続な凹部（具体的には、切頭四角錐が反転されたような凹部）を形成してもよいし、図５の（Ａ）に模式的な部分的斜視図を示すように、四角錐（ピラミッド形状）が連続した凹凸部を形成することもできる。

場合によっては、実施例２においても、実施例１と同様に、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板２１０’としてサファイア基板を使用し、［工程−１４０］と同様の工程において、ｐ側コンタクト層２５、ｐ型化合物半導体層２２、活性層２３、及び、ｎ型化合物半導体層２１、並びに、ｎ側コンタクト層２４の一部をエッチングすることで、ｎ側コンタクト層２４の一部を露出させる。そして、露出したｎ側コンタクト層２４の部分に第１電極３１を形成し、ｐ型化合物半導体層２２の頂面上（具体的には、ｐ側コンタクト層２５上）に第２電極３２を形成する。こうして、図３の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。

あるいは又、［工程−２００］において、図６の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、基板２１０上に（より具体的には、バッファ層２１１上に）、底部に基板２１０の表面が露出した開口部を有し、ＳｉＯ₂から成る選択成長用マスク層２３０を周知のスパッタリング技術、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき形成し、次いで、露出した基板２１０上に（より具体的には、バッファ層２１１上に）、下地層２１２を形成する（選択成長させる）ことで、凹部及び／又は凸部２１２Ａを有する下地層２１２を得ることもできる（図６の（Ｂ）参照）。

あるいは又、［工程−２００］において、図７の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、基板２１０上に（より具体的には、バッファ層２１１上に）第１下地層２１３を形成した後、第１下地層２１３上に、底部に第１下地層２１３の表面が露出した開口部を有する選択成長用マスク層２３１を周知のスパッタリング技術、リソグラフィ技術及びエッチング技術に基づき形成し、次いで、露出した第１下地層２１３上に第２下地層２１４を形成する（選択成長させる）ことで、第１下地層２１３と第２下地層２１４の２層構造を有し、凹部及び／又は凸部２１２Ａを有する下地層を得ることもできる（図７の（Ｂ）参照）。

場合によっては、［工程−２００］において、基板２１０上に（より具体的には、バッファ層２１１上に）下地層を結晶成長させるだけで、凸部を有する下地層を得ることもできる。

実施例３は、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ素子、及び、本発明の第３の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例３の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図８の（Ａ）に図示する。

実施例３の半導体レーザ素子は、
（Ａ）表面に、凹部及び／又は凸部３１０Ａが設けられた基板３１０、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２が、基板３１０上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部２０、
を備えている。そして、活性層２３において生成され、ｎ型化合物半導体層２１を経由して基板３１０の表面に到達したレーザ光は、基板３１０の表面の凹部及び／又は凸部３１０Ａにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。

より具体的には、実施例３にあっては、凹部及び／又は凸部３１０Ａは、基板３１０の表面から突出した不連続な凸部（具体的には、切頭六角錐）である。即ち、図５の（Ｂ）に模式的な部分的斜視図を示すように、実施例３にあっては、切頭六角錐の形状を有する島状の凸部が、基板３１０の表面から突出している。凹部及び／又は凸部３１０Ａは、図面においては規則性を有するように描かれているが、１つの半導体レーザ素子内においては、ランダムに配置、配列されるように形成することが望ましい。

以下、実施例３の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。

［工程−３００］
先ず、ｎ型ＧａＮから成る基板３１０の表面をエッチングすることによって、島状の凸部から成る凹部及び／又は凸部３１０Ａを基板３１０の表面に形成する。具体的には、スパッタリング法及びリソグラフィ技術に基づき図示しないエッチング用マスクを形成し、基板３１０をエッチングした後、エッチング用マスクを除去することで、基板３１０の表面が島状の凸状にエッチングされる。

［工程−３１０］
その後、基板３１０上に、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部２０を得る。具体的には、ＧａＮから成るバッファ層３１１を基板３１０上に結晶成長させ、次いで、実施例２の［工程−２２０］と同様にして、バッファ層３１１上にキャップ層（図示せず）を結晶成長させ、次いで、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、ｎ側コンタクト層２４、ｎ型クラッド層２１Ａ及びｎ型ガイド層２１Ｂから成る第１化合物半導体層２１、活性層２３、ｐ型ガイド層２２Ｂ及びｐ型クラッド層２２Ａから成る第２化合物半導体層２２、ｐ側コンタクト層２５を、順次、結晶成長させる。

［工程−３２０］
次いで、実施例１の［工程−１３０］及び［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、実施例３の半導体レーザ素子を得ることができる。

場合によっては、実施例３においても、実施例１と同様に、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板３１０’としてサファイア基板を使用し、［工程−１４０］と同様の工程において、ｐ側コンタクト層２５、ｐ型化合物半導体層２２、活性層２３、及び、ｎ型化合物半導体層２１、並びに、ｎ側コンタクト層２４の一部をエッチングすることで、ｎ側コンタクト層２４の一部を露出させる。そして、露出したｎ側コンタクト層２４の部分に第１電極３１を形成し、ｐ型化合物半導体層２２の頂面上（具体的には、ｐ側コンタクト層２５上）に第２電極３２を形成する。こうして、図８の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。

実施例４は、本発明の第４の態様に係る半導体レーザ素子、及び、本発明の第４の態様に係る半導体レーザ素子の製造方法に関する。実施例４の半導体レーザ素子の模式的な一部断面図を図９の（Ａ）に図示する。

実施例４の半導体レーザ素子は、
（Ａ）Ｉｎ（インジウム）を含む化合物半導体層から成る下地層４１２、及び、ｎ型化合物半導体層から成る基層（具体的には、キャップ層４１４）、並びに、
（Ｂ）ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２が、基層（キャップ層４１４）上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部２０、
を備えている。そして、下地層４１２の内部には空洞４１３が形成されており、活性層２３において生成され、ｎ型化合物半導体層２１及び基層（キャップ層４１４）を経由して下地層４１２に入射したレーザ光は、下地層４１２の内部の空洞４１３において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される。尚、下地層４１２は、基板４１０の上に形成されている。

以下、実施例４の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。

［工程−４００］
先ず、基板４１０上に、Ｉｎを含む化合物半導体層から成る下地層４１２を形成する。具体的には、先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、ｎ型ＧａＮ基板から成る基板４１０をＭＯＣＶＤ装置に搬入し、水素から成るキャリアガス中での基板クリーニングを行う。その後、ｎ型ＧａＮから成る厚さ１μｍ程度のバッファ層４１１を基板４１０の上に結晶成長させる。次いで、厚さ０．２μｍ以上のアンドープあるいはｎ型のＩｎ_xＧａ_(1-x)Ｎ層から成る下地層４１２（但し、ｘ＞０）を結晶成長させ、続いて、ＢＡｌＧａＩｎＮで構成される結晶から成るキャップ層（基層）４１４を結晶成長させる。

［工程−４１０］
その後、水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で加熱することで、下地層４１２の内部に空洞４１３を形成する。具体的には、１気圧あるいはそれよりも低圧の水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で、７５０゜Ｃ乃至１２００゜Ｃにて、５分間乃至１時間加熱すればよい。その結果、下地層４１２においては、Ｉｎ（インジウム）がキャップ層（基層）４１４を介して蒸発し、下地層４１２の内部に空洞４１３が形成される。

［工程−４２０］
次いで、キャップ層（基層）４１４上に、ｎ型化合物半導体層２１、活性層２３及びｐ型化合物半導体層２２を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部２０を得る。具体的には、実施例１の［工程−１２０］と同様にして、キャップ層４１４上に、ｎ側コンタクト層２４、ｎ型クラッド層２１Ａ及びｎ型ガイド層２１Ｂから成る第１化合物半導体層２１、活性層２３、ｐ型ガイド層２２Ｂ及びｐ型クラッド層２２Ａから成る第２化合物半導体層２２、ｐ側コンタクト層２５を、順次、結晶成長させる。

［工程−４３０］
次いで、実施例１の［工程−１３０］及び［工程−１４０］と同様の工程を実行することで、実施例３の半導体レーザ素子を得ることができる。

場合によっては、実施例４においても、実施例１と同様に、メサ構造を有する半導体レーザ素子とすることもできる。具体的には、例えば、基板４１０’としてサファイア基板を使用し、［工程−１４０］と同様の工程において、ｐ側コンタクト層２５、ｐ型化合物半導体層２２、活性層２３、及び、ｎ型化合物半導体層２１、並びに、ｎ側コンタクト層２４の一部をエッチングすることで、ｎ側コンタクト層２４の一部を露出させる。そして、露出したｎ側コンタクト層２４の部分に第１電極３１を形成し、ｐ型化合物半導体層２２の頂面上（具体的には、ｐ側コンタクト層２５上）に第２電極３２を形成する。こうして、図９の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示す構造を有する半導体レーザ素子を得ることができる。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した端面発光型半導体レーザ素子の構成、構造、発光部の構成、構造、端面発光型半導体レーザ素子を構成する材料、端面発光型半導体レーザ素子の製造条件等は例示であり、適宜変更することができる。例えば、実施例において説明した端面発光型半導体レーザ素子においては、端面発光型半導体レーザ素子の最終形態として基板上に形成されている形態を挙げたが、代替的に、基板を研磨やエッチングすることで除去し、露出した下地層等に第１電極３１を形成する構造とすることもできる。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１及びその変形例の端面発光型半導体レーザ素子の模式的な一部断面図である。 図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、端面発光型半導体レーザ素子の端面から出射されるレーザ光の光強度分布を模式的に示す図、及び、実施例１の別の変形例の端面発光型半導体レーザ素子の模式的な一部断面図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２及びその変形例の端面発光型半導体レーザ素子の模式的な一部断面図である。 図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、下地層の模式的な斜視図である。 図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例２及び実施例３の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法を説明するための、下地層及び基板の模式的な斜視図である。 図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法の変形例を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法の別の変形例を説明するための基板等の模式的な一部断面図である。 図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例３及びその変形例の端面発光型半導体レーザ素子の模式的な一部断面図である。 図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４及びその変形例の端面発光型半導体レーザ素子の模式的な一部断面図である。

符号の説明

１１０，１１０’，２１０，２１０’，３１０，３１０’，４１０，４１０’・・・基板、１１１，２１１，３１１，４１１・・・バッファ層、１１２，２１２，３１２，４１２・・・下地層、１１２Ａ・・・Ｉｎが偏析している下地層の部分、１１２Ｂ・・・下地層の他の部分、２０・・・発光部、２１・・・ｎ型化合物半導体層、２１Ａ・・・ｎ型クラッド層、２１Ｂ・・・ｎ型ガイド層、２２・・・ｐ型化合物半導体層、２２Ａ・・・ｐ型クラッド層、２２Ｂ・・・ｐ型ガイド層、２３・・・活性層、２４・・・ｎ側コンタクト層、２５・・・ｐ側コンタクト層、３１・・・第１電極（ｎ側電極）、３２・・・第２電極（ｐ側電極）、２１２Ａ，３１０Ａ・・・凹部及び／又は凸部、２１３・・・第１下地層、２１４・・・第２下地層、２３０・・・選択成長用マスク層、４１３・・・空洞、４１４・・・基層（キャップ層）

Claims (20)

1. （Ａ）Ｉｎを含む化合物半導体層から成る下地層、並びに、
   （Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
   を備えており、
   下地層中にはＩｎが偏析している端面発光型半導体レーザ素子。
2. 活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層において散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
3. 端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークは、ｎ型化合物半導体層内に位置する請求項１に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
4. （Ａ）化合物半導体層から成り、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層、並びに、
   （Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、下地層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
   を備えており、
   活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由してｎ型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子。
5. 端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークは、ｎ型化合物半導体層内に位置する請求項４に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
6. （Ａ）表面に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せが設けられた基板、並びに、
   （Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、基板上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
   を備えており、
   活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子。
7. 端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークは、ｎ型化合物半導体層内に位置する請求項６に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
8. （Ａ）Ｉｎを含む化合物半導体層から成る下地層、及び、ｎ型化合物半導体層から成る基層、並びに、
   （Ｂ）ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層が、基層上に、順次、積層されて成る積層構造体から構成された発光部、
   を備えており、
   下地層内部には空洞が形成されており、
   活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子。
9. 端面から出射されるレーザ光の光強度分布における最大光強度ピークは、ｎ型化合物半導体層内に位置する請求項８に記載の端面発光型半導体レーザ素子。
10. （ａ）基板上に、Ｉｎを含む化合物半導体層から成る下地層を形成し、次いで、
    （ｂ）下地層上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
    各工程を備え、更に、
    下地層にエネルギーを与えてＩｎを偏析させる工程を備えている端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
11. 前記工程（ａ）と工程（ｂ）の間で、電子線を照射することによって下地層にエネルギーを与える請求項１０に記載の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
12. 前記工程（ａ）と工程（ｂ）の間で、下地層を加熱することによって下地層にエネルギーを与える請求項１０に記載の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
13. 前記工程（ｂ）の後、下地層を加熱することによって下地層にエネルギーを与える請求項１０に記載の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
14. （ａ）基板上に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する化合物半導体層から成る下地層を形成し、次いで、
    （ｂ）下地層上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
    各工程を備えており、
    活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由してｎ型化合物半導体層と下地層との界面に到達したレーザ光は、下地層の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、又は、吸収され、又は、散乱及び吸収され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
15. 前記工程（ａ）においては、基板上に下地層を形成した後、下地層表面をエッチングすることによって、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層を得る請求項１４に記載の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
16. 前記工程（ａ）においては、基板上に選択成長用マスク層を形成し、次いで、下地層を形成することによって、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層を得る請求項１４に記載の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
17. 前記工程（ａ）においては、基板上に第１下地層を形成した後、第１下地層上に選択成長用マスク層を形成し、次いで、第２下地層を形成することで、第１下地層と第２下地層の２層構造を有し、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを有する下地層を得る請求項１４に記載の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
18. （ａ）基板の表面に、凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを設けた後、
    （ｂ）基板上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
    各工程を備えており、
    活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層を経由して基板表面に到達したレーザ光は、基板表面の凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せにおいて散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
19. 前記工程（ａ）においては、基板表面をエッチングすることによって、基板の表面に凹部、又は、凸部、又は、凹部と凸部の組合せを設ける請求項１８に記載の端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
20. （ａ）基板上に、Ｉｎを含む化合物半導体層から成る下地層、及び、ｎ型化合物半導体層から成る基層を形成した後、
    （ｂ）水素ガス雰囲気下、又は、アンモニアガス雰囲気下、又は、水素ガス及びアンモニアガス雰囲気下で加熱することで、下地層内部に空洞を形成し、次いで、
    （ｃ）基層上に、ｎ型化合物半導体層、活性層及びｐ型化合物半導体層を、順次、積層して、積層構造体から構成された発光部を得る、
    各工程を備えており、
    活性層において生成され、ｎ型化合物半導体層及び基層を経由して下地層に入射したレーザ光は、下地層内部の空洞において散乱され、以て、端面から出射されるレーザ光との間の干渉が抑制される端面発光型半導体レーザ素子の製造方法。

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