JP2011228570A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯＤ破壊を抑制した信頼性の高い半導体レーザ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザ１００は、半導体基板１０１と、半導体基板上に形成され、窒化物半導体層を含む共振器１０２と、を備える。共振器の端面の下端１０２ａは、半導体基板と接しないように切欠領域１０１ａを有する。この切欠領域によって、共振器の端面近傍の領域に掛かる歪を、端面近傍の領域間の領域に掛かる歪より小さくすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関し、例えば、窒化物半導体層を有する半導体レーザ及びその製造方法に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される１３族窒化物半導体は、高効率の青紫色発光が得られることから、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）やレーザーダイオード（ＬＤ；Laser Diode）材料として注目を浴びている。なかでも４０５ｎｍ帯のＬＤは、従来の６５０ｎｍ帯ＬＤよりもビームを小さく絞れるため、大容量光ディスク装置の光源として期待される。近年は、大画面テレビなどの普及に伴い、高品質動画再生のため青紫色再生系ＬＤへの需要が高まっている。

ＧａＮを使用する青紫色ＬＤの主な劣化要因としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ系レーザと同様、通電により活性層が劣化する漸増的な劣化、及び突発的に端面が劣化するＣＯＤ（Catastrophic Optical Degradation）破壊の二つがある。特に突発的に劣化するＣＯＤ破壊は、素子製造後の動作試験で検出することが困難なため、ＣＯＤ破壊をおこさないＬＤ設計が鍵になる。ＣＯＤ破壊を抑制する背景技術は、例えば特許文献１〜４に記載されている。

特許文献１に記載の半導体レーザ素子は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された活性層と、該活性層を間に挟む一対のクラッド層とを備え、レーザ構造を作製した後に半導体レーザの共振器端面の少なくとも一方にZnOを含む膜を形成するだけで加熱処理をしないで端面近傍の自然超格子を無秩序化している。

特許文献２に記載の半導体レーザは、少なくとも活性層と、この活性層を挟んでこの活性層よりもバンドギャップの大きい第１及び第２のクラッド層を有し、共振器長方向に延伸したストライプ状の励起領域が共振器端面には達しない長さに設けられ、この励起領域では、第１のクラッド層と第１のクラッド層上に形成されたこの第１のクラッド層よりもバンドギャップの小さいキャップ層との間に、この両者の中間的なバンドギャップを有する少なくとも１層のヘテロバッファ層が設けられ、励起領域を共振器長方向から挟む共振器端面近傍には少なくとも１層のヘテロバッファ層を設けないことにより共振器端面近傍への電流注入量を低減している。

特許文献３に記載の端面非注入型半導体レーザは、半導体基板上に、上下のクラッド層を有する活性層を含んでなるダブルへテロ構造とキャップ層とが積層され、活性層の上部に配置されるクラッド層部分がメサストライプ状に成形されて、リッジ導波路を構成し、リッジ導波路の端面とその近傍に設ける電流非注入部おいて、リッジ導波路を構成するクラッド層のメサ高さは、電流注入部となる共振器の内部においてリッジ導波路を構成するクラッド層のメサ高さよりも低くされ、また、メサ高さが低いクラッド層部分の上方に、電流注入を阻止する構造が設けられ、端面とその近傍に設ける電流非注入部おけるメサ高さが低いクラッド層領域のメサ底部幅と、電流注入部となる共振器の内部おいてリッジ導波路を構成するクラッド層領域のメサ底部幅とが等しくなっている。

特許文献４に記載のＢＨ型ストライプ導波路半導体レーザにおいては、ＢＨ型ストライプ導波路は、活性層、あるいは、活性層とそれに付設する光ガイド層、ならびに、活性層または活性層と光ガイド層より屈折率の小さな第一の半導体材料で形成されてなるその上下に設けられるクラッド層を有し、少なくとも一つの端面が光共振器を形成するミラー面として機能し、ミラー面として機能する端面に埋め込み成長で形成される半導体材料を用いて構成される窓構造が形成され、窓構造は、ストライプ導波路におけるクラッド層と同じ第一の半導体材料層を有し、上下に配置される第一の半導体材料層の間に、活性層、あるいは、活性層と光ガイド層に代えて、半導体レーザの発振レーザ光エネルギーより大きなバンドギャップを有する第二の半導体材料層が、少なくとも活性層と同じ幅で、活性層の端よりミラー面へ延伸する領域に設けられている構造である。

特開２０００−１３３８７５号公報 特開平８−３３０６６９号公報 特開２００２−５７４０６号公報 特開２００１−１３５８８９号公報

以下の分析は、本発明の観点から与えられる。

一般にＣＯＤ破壊は次のような機構で生じると考えられている。（ａ）レーザ光が端面近傍の活性層で吸収され、活性層温度が上昇、（ｂ）温度上昇によりバンドギャップが縮小し、さらに吸収が増加、（ｃ）さらに活性層温度が上昇、の過程を経て端面温度が上昇し、半導体が溶融してＣＯＤ破壊が生じる。

そこで、ＣＯＤ破壊を抑制するためには、（１）端面近傍のみ活性層バンドギャップを大きくした窓構造の形成することが有効であると考えられる。窓構造を設けることにより、端面でのレーザ光吸収が低減される。この結果、端面温度上昇が抑制され、ＣＯＤ破壊を抑えることができる。また、（２）端面近傍の活性層に電流の流れない電流非注入領域を形成することも有効であると考えられる。端面に電流非注入領域を設けることにより、端面近傍において電流が流れることが抑制される。この結果、レーザ光の吸収等による端面温度上昇が抑制され、ＣＯＤ破壊を抑えることができる。

端面近傍のバンドギャップを増大させる方法として、例えば特許文献１に係る技術のように、端面近傍の量子井戸活性層を無秩序化する方法がある。例えば、端面近傍のみにＺｎ等の不純物又は空孔をエピタキシャル表面から拡散させ、井戸層と障壁層の構成元素を相互拡散させることによって行われる。相互拡散の生じた領域では量子井戸が無秩序化し、混晶となるためバンドギャップは増大することになる。この方法は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の通常のＩＩＩ−Ｖ族半導体中で構成元素の相互拡散が起こりやすいことを利用したものである。しかしながら、窒化物半導体では、構成元素間の結合が強く、このような相互拡散が極めて生じにくい。したがって、無秩序化による窓構造形成は実質的に不可能であり、この方法は、窒化物半導体レーザに適用することはできない。

一方、例えば特許文献２〜４に係る技術のように、端面近傍に電流非注入領域を形成する場合、フォトリソグラフィが利用される。電流非注入領域では反転分布が形成されず、吸収損失が増加する。したがって、レーザ発振効率の低下を最小限に抑えるためには、吸収損失が悪影響を与えない範囲で電流非注入領域幅をフォトリソグラフィで精密に制御する必要がある。しかしながら、半導体基板上の窒化物半導体は、基板との格子定数、熱膨張係数に差があるため、ウエハに反りが発生してしまう。反りが発生すると、フォトリソグラフィ精度及び再現性が低下することになり、電流非注入領域幅をウエハ面内で精密に制御することは極めて困難となる。反りの影響は、特に大口径ウエハの場合に顕著となる。

本発明の第１視点によれば、半導体基板と、半導体基板上に形成され、窒化物半導体層を含む共振器と、を備える半導体レーザが提供される。共振器の端面近傍の領域に掛かる歪は、端面近傍の領域間の領域に掛かる歪より小さい。

本発明の第２視点によれば、半導体基板と、半導体基板上に形成され、窒化物半導体層を含む共振器と、を備える半導体レーザが提供される。共振器のレーザ発振する端面の下端は、半導体基板と接していない。

本発明の第３視点によれば、半導体基板上に、共振器の前駆体となる窒化物半導体層を形成する工程と、窒化物半導体層に、レーザ発振する共振器の端面を形成する工程と、端面下方の半導体基板の一部を除去する工程と、を含む半導体レーザの製造方法が提供される。

本発明は、以下の効果のうち少なくとも１つを有する。

本発明においては、窒化物半導体層が歪を受けるとバンドギャップが小さくなることを利用して窓構造を形成する。すなわち、共振器の端面下端を半導体基板と接触させないことにより、端面近傍におけるバンドギャップをそれ以外の領域におけるバンドギャップよりも大きくしている。半導体基板と窒化物半導体層との線膨張係数は異なる。例えば、半導体基板がシリコンであり、窒化物半導体層がＧａＮである場合、ＧａＮの線膨張係数が５．６×１０^−６／Ｋ^−１であり、Ｓｉの線膨張係数が４．２×１０^−６Ｋ^−１であるので、半導体基板と接している領域の窒化物半導体層は引っ張り歪を受ける。一方、半導体基板と接していない領域の窒化物半導体層に掛かる歪は大幅に低減されている。このため、半導体基板と接している領域の窒化物半導体層に比べて、半導体基板と接していない領域の窒化物半導体層のバンドギャップは大きくなり、窓構造を形成することができる。これにより、半導体基板と接していない端面近傍におけるレーザ光の吸収を抑制することができ、ＣＯＤ破壊を抑制することができる。

本発明においては、半導体基板を加工することにより、窓構造と電流非注入構造とを同時に実現することができる。すなわち、フォトリソグラフィ工程を大幅に削減することができる。これにより、半導体レーザの信頼性・再現性及び歩留まりを向上させることができる。特に、大口径半導体基板を使用する場合に有利である。

本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの共振器端面方向から見た概略平面図。 第１実施形態に係る半導体レーザの両端面に垂直な概略断面図。 実施例１における半導体レーザの製造方法を説明するための概略工程図。 実施例１における半導体レーザの製造方法を説明するための概略工程図。 実施例１における半導体レーザの製造方法を説明するための概略工程図。 実施例１における半導体レーザの製造方法を説明するための概略工程図。

上記第１視点及び第２視点の好ましい形態によれば、半導体基板は、共振器の端面下方に、半導体基板が共振器と接触しないようにする切欠領域を有する。

上記第１視点及び第２視点の好ましい形態によれば、切欠領域は、共振器の窓領域及び電流非注入領域の位置と対応する。

上記第１視点及び第２視点の好ましい形態によれば、共振器は、下部クラッド層と、下部クラッド層より上に形成された活性層と、を有する。共振器の下面において、半導体基板と接していない領域の端面からの長さは、下部クラッド層の厚さ以上である。

上記第１視点及び第２視点の好ましい形態によれば、共振器の下面において、半導体基板と接していない領域の端面からの長さは、２０μｍ未満である。

上記第１視点及び第２視点の好ましい形態によれば、半導体レーザは、共振器に電気的に接続された第１電極と、半導体基板に電気的に接続された第２電極と、をさらに備える。

上記第３視点の好ましい形態によれば、端面を形成する際に形成された窒化物半導体層の開口を利用して半導体基板の一部を除去する。

本発明の第１実施形態に係る半導体レーザについて説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの共振器端面方向から見た概略平面図を示す。図２に、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの両端面に垂直な（リッジ延在方向に沿った）概略断面図を示す。

本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成され、窒化物半導体層を含む共振器１０２と、を備える。レーザ発振する共振器１０２の端面の下端１０２ａは、半導体基板１０１と接していない。半導体基板１０１は、当該下端１０２ａと接触しないように、共振器１０２の端面下部に切欠領域１０１ａを有する。切欠領域１０１ａは、共振器１０２の幅全体に亘って形成されていると好ましい。すなわち、切欠領域１０１ａによって、半導体基板１０１は、共振器１０２の端面近傍の領域を支持しないようにすると好ましい。切欠領域１０１ａは、窓領域及び電流非注入領域の位置と対応することになる。

本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ１００において、共振器１０２は、例えば、下から順に、バッファ層１０３、下部クラッド層１０４、下部光閉じ込め層１０５、活性層（多重量子井戸層）１０６、キャップ層１０７、上部光閉じ込め層１０８、上部クラッド層１０９、及びコンタクト層１１０を有する。上部クラッド層１０９及びコンタクト層１１０はリッジ形状に形成されている。コンタクト層１１０上（好ましくは、上面全体）には第１電極１１１が電気的に接続され、半導体基板１０１下（好ましくは、下面全体又は第１電極１１１対応する領域）には第２電極１１２が電気的に接続されている。この場合、半導体基板１０１は導電性を有し、第１電極１１１及び第２電極１１２によって半導体レーザ１００は通電される。上部光閉じ込め層１０８上面及びリッジ側面には保護層１１３が形成されている。

共振器下面１０２ｂにおいて、半導体基板１０１と接していない長さ（非接触領域Ｙの長さＬ）、すなわち切欠領域１０１ａの共振器端面からの奥行きは、窓領域の幅及び端面電流非注入幅の観点により設定すると好ましい。端面電流非注入幅の観点においては、非接触領域Ｙの長さＬは、下部クラッド層１０４の厚さ以上であると好ましい。下部クラッド層１０４の厚さよりも非接触領域Ｙの長さＬが短いと、下部クラッド層１０４中の電流横広がりにより非注入の効果が低下してしまう。窓領域の幅の観点においては、非接触領域Ｙの長さＬは、２０μｍ未満であると好ましく、１５μｍ以下であるとより好ましい。非接触領域Ｙの長さＬが２０μｍよりも長くなると、窓領域の吸収損失が大きくなりすぎ、発振効率の低下が生じてしまう。また、非接触領域Ｙでは半導体基板１０１によって支持されていない。このため、非接触領域Ｙの長さＬが２０μｍよりも長い場合、外部応力が加わると、共振器端面近傍は破壊されやすくなってしまう。

半導体レーザ１００の上下に電極１１１，１１２を形成すると、通電時、電流は第２電極１１２から半導体基板１０１を経由して活性層１０６に流れる。しかしながら、共振器１０２の両端面側は半導体基板１０１と接していないので、両端面近傍の非接触領域Ｙには電流が流れない。これにより、本発明によれば、窓構造と電流非注入構造が同時に実現される。

また、半導体基板１０１と接触していない領域上の共振器１０２（特に活性層１０６）の非接触領域Ｙが受ける引張歪は、半導体基板１０１と接触している領域上の共振器１０２（特に活性層１０６）の接触領域Ｘが受ける引張歪よりも小さい。したがって、非接触領域Ｙのバンドギャップは接触領域Ｘのバンドギャップよりも大きくなり、非接触領域Ｙ域におけるレーザ光の吸収は抑制される。これにより、窓構造が実現される。

以下に、第１実施形態に係る半導体レーザ１００の一例を示す。例えば、半導体基板１０１としてｎ型Ｓｉ基板、バッファ層１０３としてＡｌＮ（５ｎｍ）／ＧａＮ（１０ｎｍ）超格子バッファ層（Ｓｉ濃度４×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ２μｍ）、下部クラッド層１０４としてＳｉドープｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ２μｍ）クラッド層、下部光閉じ込め層１０５としてＳｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０^１７ｃｍ^−３、厚さ０．１μｍ）光閉じ込め層、活性層１０６としてＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層及びＳｉドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ４ｎｍ）バリア層を有する３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、キャップ層１０７としてＭｇドープｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０_１９ｃｍ_−３、厚さ１０ｎｍ）キャップ層、上部光閉じ込め層１０８としてＭｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０^１９ｃｍ^−３、厚さ０．１μｍ）光閉じ込め層、上部クラッド層１０９としてｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層（厚さ０．８μｍ）、コンタクト層１１０としてＭｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０^２０ｃｍ^−３、厚さ０．０２μｍ）コンタクト層が積層した構造を有する半導体レーザ１００とすることができる。第１電極１１１は例えばｐ型電極とし、第２電極例えばｎ型電極とすることができる。また、保護層１１３は、例えばシリコン酸化膜とすることができる。

Ｓｉ基板の面方位は、窒化物半導体の結晶成長の観点から、（１１１）、（１００）、（１１０）、（２１１）、（３１１）等の面方位であると好ましい。なお、本発明におけるＣＯＤ破壊抑制効果は、Ｓｉ基板の面方位には定性的には依存しない。本発明は、Ｓｉ基板上に形成した窒化物半導体活性層に引っ張り応力が加わることを利用して窓構造を形成しているからである。

次に、本発明の半導体レーザの製造方法について説明する。まず、半導体基板上に、共振器の前駆体となる窒化物半導体層を形成する。次に、窒化物半導体層をエッチングし、共振器端面を形成する。次に、共振器端面を形成する際に作製された窒化物半導体層の開口を利用して、共振器端面下方の半導体基板の領域を部分的に除去して切欠領域を形成する。半導体基板を部分的除去する方法としては、エッチングを利用することができる。切欠領域の形成は、共振器の端面形成と同一工程で行ってもよい。これにより、半導体レーザの製造工程の工程数を削減することができる。下記実施例において、製造方法の詳細について説明する。

［半導体レーザの製造］
上述において一例として示した半導体レーザを製造した。図３〜図６に、半導体レーザの製造方法を説明するための概略工程図を示す。図３（ａ）〜図４（ｅ）は、共振器の端面方向から見た概略平面図であり、図４（ｆ）〜図６（ｌ）は、共振器端面に垂直な面に沿った概略断面図である。

半導体基板１０１として、面方位（１１１）を有するｎ型シリコン基板を用いた。素子構造の作製には３００ｈＰａの減圧有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ；Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）装置を用いた。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用い、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースとしてそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｎ型ドーパントにシラン（ＳｉＨ_４）、ｐ型ドーパントにビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いた。

ｎ型シリコン基板１０１をＭＯＶＰＥ装置に投入後、Ｎ_２キャリアガス中でシリコン基板を昇温し、成長温度に達した時点で１３族原料、ドーパント及びＮＨ_３を供給し、ｎ型シリコン基板上に、上記一例に挙げたバッファ層１０３〜コンタクト層１１０の各前駆層を順次堆積させて共振器の前駆体を作製した（図３（ａ））。ＧａＮ成長は基板温度１０８０℃、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎの条件で行った。ＡｌＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＡ供給量３６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎの条件で行った。ＩｎＧａＮＭＱＷ成長は、基板温度８００℃、ＴＭＧ供給量８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ_３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎの条件で行い、ＴＭＩ供給量は井戸層形成時４８μｍｏｌ／ｍｉｎ、バリア層形成時３μｍｏｌ／ｍｉｎとした。

共振器の前駆体上にＳｉＯ_２膜１２１を形成し（図３（ａ））、ＳｉＯ_２膜１２１をフォトリソグラフィ法により幅１．３μｍのＳｉＯ_２ストライプ１２１ａに形成した（図３（ｂ））。このＳｉＯ_２ストライプ１２１ａをマスクとしてドライエッチングにより上部クラッド層１０９及びコンタクト層１１０の前駆層を一部除去し、リッジ構造を形成した（図３（ｃ））。

次に、ＳｉＯ_２ストライプ１２１ａを除去し、新たに保護膜１１３となるＳｉＯ_２膜をウエハ全面に堆積した。次に、レジストを厚く塗布し、酸素プラズマ中でエッチバックによりリッジトップの頭出しを行った。リッジトップのＳｉＯ_２膜をバッファードフッ酸で除去後、Ｐｄ／Ｐｔを電子ビームで堆積し、リフトオフにより第１電極１１１を形成した。次に、レジストを除去した（図４（ｄ））。

次に、窒素雰囲気中６００℃で３０秒の高速熱処理（ＲＴＡ；Rapid Thermal Annealing）を施し、ｐオーミック電極を形成した。この後、５０ｎｍのＴｉ、１００ｎｍのＰｔ、２μｍのＡｕをスパッタにより堆積して、カバー電極１２２を形成した（図４（ｅ））。

次に、ウエハ全面にスパッタでＳｉＯ_２膜１２３を形成し、ＳｉＯ_２膜１２３上にレジスト１２４を塗布した。次に、レジスト１２４に、共振器の端面を形成するための溝開口１２５をストライプに対し垂直に形成した。次に、溝開口１２５に露出したＳｉＯ_２膜１２３をドライエッチングで除去した。ここで、溝開口１２５の溝幅は５μｍとし、共振器長が４００μｍになるように、隣接する溝開口１２５間の間隔を設定した。次に、溝開口１２５に露出したカバー電極１２２及び第１電極１１１をミリングで除去した（図５（ｇ））。続いて、レジスト１２４を除去した（図５（ｈ））。

次に、ＳｉＯ_２膜１２３をマスクとしてＣｌ系ドライエッチングにより窒化物半導体層１０３〜１１０、及びＳｉ基板１０１の一部をエッチングし、共振器のレーザ端面を形成した。次に、８０℃に保ったＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）２５％水溶液によりレーザ端面、及び露出したＳｉ基板１０１をウエットエッチングした。ＴＭＡＨによるエッチングにより、レーザ端面の下方領域にあるＳｉ基板の一部を除去して切欠領域１０１ａを形成すると共に、Ｃｌ系ドライエッチングによって導入されたレーザ端面ダメージ層を除去した（図５（ｉ））。

ＴＭＡＨによるウエットエッチング後に一部のウエハを抜き取り、ビーム径顕微フォトルミネッセンス測定による活性層１０６の発光波長測定を実施した。その結果、Ｓｉ基板１０１と接している領域（図２でいう接触領域Ｘ）上にある活性層の発光波長は４０３ｎｍであったのに対し、切欠領域１０１ａ領域（図２でいう非接触領域Ｙ）上にある活性層の発光波長は４０６ｎｍであった。これにより、切欠領域１０１ａの形成により、端面近傍の活性層１０６領域においてバンドギャップが増大し、窓構造が形成されていることが確かめられた。

次に、ウエハ全面にＣＶＤによりＳｉＯ_２膜１２６を０．５μｍの厚さで堆積し、共振器端面の保護膜とした。次に、フォトリソグラフィ法によってボンディングパッド電極用の開口１２６ａをＳｉＯ_２膜１２６に形成し、カバー電極１２２を露出させた（図６（ｊ））。

次に、Ｓｉ基板１０１の裏面を研磨し、ウエハ厚を１００μｍ厚まで薄膜化後、Ｓｉ基板裏面に、Ｔｉ５ｎｍ、Ａｌ２０ｎｍ、Ｔｉ１０ｎｍ、Ａｕ５００ｎｍをこの順で真空蒸着させ、第２電極１１２を形成した（図６（ｋ））。

次に、溝開口１２５でＳｉ基板１０１をバー状に分離すると共に、各バーを個々の素子に分割して半導体レーザ１００を作製した（図６（ｌ））。最後に、半導体レーザ１００をＣＡＮパッケージに封入しレーザパッケージを得た。

［閾値電流及びスロープ効率の測定］
共振器の下面が半導体基板と接触していない非接触領域の長さＬが異なる半導体レーザを作製して、各半導体レーザについてスロープ効率を測定した。非接触領域の長さＬは、ＴＭＡＨによるウエットエッチング時間の長さによって調節した。表１に、各半導体レーザの発振しきい値電流Ｉｔｈの平均値およびスロープ効率の平均値を示す。各平均値は、２０個の測定値を平均したものである。

非接触領域の長さＬが２μｍ〜１５μｍの場合、発振閾値電流は３１ｍＡ〜３４ｍＡ、スロープ効率は１．１Ｗ／Ａ〜１．３Ｗ／Ａと一定であったが、非接触領域の長さＬが２０μｍとなると発振閾値電流は４２ｍＡと増大し、スロープ効率は０．７Ｗ／Ａと低下した。これは、窓領域の幅及び電流非注入領域幅の増大により内部損失が増大したため、発振閾値電流の増大及びスロープ効率の低下が生じたものと考えられる。

また、非接触領域の長さＬが２０μｍの半導体レーザは、全素子の１０％程度でレーザ発振しないものが見られた。この発振不良素子の外観を走査型電子線顕微鏡で観察したところ、端面付近で窒化物半導体層が変形、又は破損していることが確かめられた。非接触領域では基板からの支持がないため、プロセス中に外部からの応力が加わると破壊が生じやすくなる。非接触領域長が長い場合この傾向は顕著になるので、２０μｍ長での不良素子発生を引き起こしたものと推察される。

［静電破壊試験及び自動出力制御試験］
共振器の下面が半導体基板と接触していない非接触領域の長さＬが異なる半導体レーザについて静電破壊（ＥＳＤ；Electrostatic Discharge）試験及び自動出力制御（ＡＰＣ；Automatic Power Control）試験を実施し、各半導体レーザの耐久性を確認した。

ＥＳＤ試験はマシンモデルに基づいて実施した。非接触領域の長さＬが０μｍの半導体レーザにおいてはＥＳＤレベルが３０Ｖ程度であったのに対し、非接触領域の長さが２μｍ〜１５μｍの半導体レーザにおいてはＥＳＤレベルは安定して約９０Ｖの値が得られた。破壊後の半導体レーザを観察したところ、いずれの素子も出射端面に異常がみられ、瞬間的な電圧印加によりＣＯＤ破壊が生じていることが判明した。非接触領域の長さが０μｍの半導体レーザは、窓構造及び非注入電流構造が形成されていないため、より低いＥＳＤ電圧でＣＯＤ破壊が生じたと考えられる。

長期信頼度を確認するためのＡＰＣ試験は、３０ｍＷ、ＣＷの条件で雰囲気温度８０℃において１０００時間実施した。非接触領域の長さが２μｍ〜１５μｍの半導体レーザにおいては１０００時間の安定駆動が確認されたのに対し、非接触領域の長さが０μｍの半導体レーザにおいては約半数の素子で突発劣化が発生した。劣化素子の観察より、いずれの素子も出射側端面でのＣＯＤ破壊で確かめられた。

以上より、０μｍより長く２０μｍより短い非接触領域（切欠領域）を形成することにより、ＣＯＤ破壊の抑制された信頼性の高い半導体レーザが得られることが分かった。

本発明の半導体レーザ及びその製造方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。

本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。

１００ 半導体レーザ
１０１ 半導体基板
１０１ａ 切欠領域
１０２ 共振器
１０２ａ 下端
１０２ｂ 下面
１０３ バッファ層
１０４ 下部クラッド層
１０５ 下部光閉じ込め層
１０６ 活性層（多重量子井戸層）
１０７ キャップ層
１０８ 上部光閉じ込め層
１０９ 上部クラッド層
１１０ コンタクト層
１１１ 第１電極
１１２ 第２電極
１１３ 保護層
１２１ ＳｉＯ_２膜
１２１ａ ＳｉＯ_２ストライプ
１２２ カバー電極
１２３ ＳｉＯ_２膜
１２４ レジスト
１２５ 溝開口
１２６ ＳｉＯ_２膜
１２６ａ 開口

Claims (9)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、窒化物半導体層を含む共振器と、を備え、
   前記共振器の端面近傍の領域に掛かる歪は、端面近傍の領域間の領域に掛かる歪より小さいことを特徴とする半導体レーザ。
2. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成され、窒化物半導体層を含む共振器と、を備え、
   前記共振器のレーザ発振する端面の下端は、前記半導体基板と接していないことを特徴とする半導体レーザ。
3. 前記半導体基板は、前記共振器の前記端面下方に、前記半導体基板が前記共振器と接触しないようにする切欠領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
4. 前記切欠領域は、前記共振器の窓領域及び電流非注入領域の位置と対応することを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
5. 前記共振器は、下部クラッド層と、前記下部クラッド層より上に形成された活性層と、を有し、
   前記共振器の下面において、前記半導体基板と接していない領域の前記端面からの長さは、前記下部クラッド層の厚さ以上であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
6. 前記共振器の下面において、前記半導体基板と接していない領域の前記端面からの長さは、２０μｍ未満であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
7. 前記共振器に電気的に接続された第１電極と、
   前記半導体基板に電気的に接続された第２電極と、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
8. 半導体基板上に、共振器の前駆体となる窒化物半導体層を形成する工程と、
   前記窒化物半導体層に、レーザ発振する前記共振器の端面を形成する工程と、
   前記端面下方の前記半導体基板の一部を除去する工程と、を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
9. 前記端面を形成する際に形成された前記窒化物半導体層の開口を利用して前記半導体基板の一部を除去することを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザの製造方法。

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