JP2012038931A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】遠視野像（ＦＦＰ）にリップルが出現することを抑制することが可能な半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】この青紫色半導体レーザ素子１００（半導体レーザ素子）は、活性層１４と、活性層１４の上方において共振器の延びる方向（Ａ方向）に沿って延びるように形成されたリッジ部３（電流通路部）とを含む半導体素子層１０と、リッジ部３の中心から幅方向（Ｂ方向）に距離Ｌ１を隔てた状態でＡ方向に沿って延びるように形成され、半導体素子層１０のうちの少なくともリッジ部３が形成された側の上面１７ｃから活性層１４にわたる部分をＣ１方向に貫通して分断する溝部５ａおよび５ｂとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、活性層を有する半導体素子層を備えた半導体レーザ素子に関する。

従来、活性層を有する半導体素子層を備えた半導体レーザ素子などが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ＧａＮからなる基板と、基板の上面上に形成された窒化物系半導体からなる半導体素子層とを備えた半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置では、基板の上面側に共振器の延びる方向に沿って凹部（段差領域）が形成されている。そして、凹部を含む基板の上面を主表面として半導体層を結晶成長させて半導体素子層（レーザ素子構造）を形成している。この際、各半導体層が基板上面の段差形状に沿って連続的に結晶成長しながら積層されるので、凹部およびその近傍領域（第１領域）に形成された活性層のバンドギャップエネルギが、凹部からある程度離れた外側領域（第２領域）に形成された活性層のバンドギャップエネルギよりも大きくなる。これにより、特許文献１に記載された半導体レーザ装置では、リッジ部を有する第１領域の光吸収量よりも周囲の第２領域における光吸収量が増大するので、半導体レーザ素子が安定して自励発振動作を起こすことが可能に構成されている。

特開２０１０−３４３０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された半導体レーザ装置では、活性層を含む各半導体層が基板上面の段差形状に沿って連続的に形成されているため、リッジ部の下部の活性層における発光光の一部が、第１領域（光学利得領域）から第２領域（過飽和吸収領域）へと漏れ出した状態で導波される虞がある。この場合、漏れ出した光（迷光）が共振器内部で多重反射を起こしながら共振器面から放出された後、主レーザ出射光と干渉することに起因して、遠視野像（ＦＦＰ：Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）にリップル（凹凸）が出現するという問題点がある。なお、活性層を含む各半導体層が段差形状を有さず平坦に形成されている場合であっても、活性層における発光光の一部が漏れ出すことに起因してＦＦＰにリップルが出現する傾向にあることが一般的に知られている。

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、遠視野像（ＦＦＰ）にリップルが出現することを抑制することが可能な半導体レーザ素子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

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、活性層と、活性層の上方において共振器の延びる第１方向に沿って延びるように形成された電流通路部とを含む半導体素子層と、電流通路部から第１方向と直交する第２方向に離間した位置で第１方向に沿って延びるように形成され、半導体素子層のうちの少なくとも電流通路部が形成された側の上面から活性層にわたる部分を貫通して分断する溝部とを備える。

この発明の一の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、電流通路部から第２方向に離間した位置で第１方向に沿って延びるように形成された溝部を備えている。そして、この溝部が、半導体素子層のうちの少なくとも電流通路部が形成された側の上面から活性層にわたる部分を貫通して分断している。これにより、活性層およびその近傍における半導体素子層は、溝部によって第２方向に完全に分断されるので、活性層およびその近傍の半導体素子層の第２方向の幅が所定の大きさに規制される。これにより、活性層における発光光の一部が、半導体レーザ素子の幅方向（第２方向）に漏れ出した状態で導波されることが抑制される。この結果、主レーザ出射光と、共振器面から放出される漏れ出した光（迷光）とが干渉することが抑制されるので、遠視野像（ＦＦＰ）にリップルが出現することを抑制することができる。また、ＦＦＰにおけるリップルの発生が抑制されることにより、レーザ出射光の利用効率が低下するのが抑制される。したがって、本発明の半導体レーザ素子を光ピックアップ装置などに実装した場合に、光ディスクに対する書き込み時にノイズが発生したり、光ディスクからの読み取りエラーが発生したりすることを効果的に抑制することができる。

上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、溝部は、電流通路部の第２方向の両側において電流通路部の中心から離間した位置に設けられた第１溝部および第２溝部を含む。このように構成すれば、電流通路部が第１溝部と第２溝部とによって第２方向に挟み込まれた状態で第１方向に延びる共振器を構成することができる。これにより、活性層における発光光の一部が、活性層の幅方向（第２方向）の両側において漏れ出すことが抑制される。この結果、遠視野像の形状を単峰性を有するガウシアン形状に近づけることができる。特に、活性層およびその近傍の半導体素子層の第２方向の幅が所定の大きさに規制されるので、水平方向のＦＦＰを、ガウシアン形状により近づけることができる。また、ＦＦＰが単峰性を有する点で、光ピックアップ装置などの光学系におけるレンズ設計を容易に行うことができる。

上記溝部が第１溝部と第２溝部とを含む構成において、好ましくは、電流通路部は、活性層の上方に第１方向に沿って延びるように形成されたリッジ部を含み、第１溝部および第２溝部は、リッジ部の第２方向の両側において、リッジ部の外側面から第２方向に離間した位置にそれぞれ形成されている。このように構成すれば、リッジ導波型の半導体レーザ素子において、リップルの出現が抑制されて水平方向のＦＦＰがガウシアン形状に近づけられたビーム形状を有する半導体レーザ素子を得ることができる。また、第１溝部および第２溝部を、各々が配置された側のリッジ部の外側面から第２方向に離間した位置にそれぞれ形成することによって、リッジ導波型の半導体レーザ素子において、リッジ部の形成に影響を及ぼすことなく第１溝部と第２溝部とを半導体素子層に容易に形成することができる。

上記溝部が第１溝部と第２溝部とを含む構成において、好ましくは、半導体素子層の上面から第１溝部の底面までの第１の深さは、半導体素子層の上面から第２溝部の底面までの第２の深さと同一または第２の深さの近傍の深さである。このように構成すれば、活性層の第２方向の両側において発光光が漏れ出すのを略均等に抑制することができるので、水平方向のＦＦＰを左右対称なガウシアン形状に効果的に近づけることができる。

上記溝部が第１溝部と第２溝部とを含む構成において、好ましくは、第１溝部および第２溝部は、第１方向に沿って延びる電流通路部に対して線対称に配置されている。このように構成すれば、水平方向のＦＦＰを左右対称なガウシアン形状に効果的に近づけることができる。

上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、溝部は、第１方向に沿って少なくとも出射側共振器面まで延びている。このように構成すれば、出射側共振器面において発光光が漏れ出すのを抑制することができるので、漏れ出した発光光（迷光）と干渉することのない主レーザ出射光を出射側共振器面から確実に出射させることができる。

この場合、好ましくは、溝部は、出射側共振器面に加えて、第１方向に沿って反射側共振器面にまでも延びている。このように構成すれば、出射側共振器面のみならず反射側共振器面においても発光光が漏れ出すのを抑制することができる。これにより、漏れ出した発光光（迷光）と干渉することのない主レーザ出射光を、出射側共振器面からより確実に出射させることができる。なお、本発明において、「出射側共振器面」および「反射側共振器面」は、半導体レーザ素子に形成されている一対の共振器面に対して、それぞれの端面から出射されるレーザ光の光強度の大小関係により区別される。すなわち、端面から出射されるレーザ光の光強度が相対的に大きい方が出射側共振器面であり、相対的に小さい方が反射側共振器面である。

上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、溝部の活性層が形成された側の内側面は、活性層の主表面に対して垂直であるかまたは垂直近傍の傾斜角度を有する。このように構成すれば、活性層およびその近傍における半導体素子層の第２方向の幅を、半導体レーザ素子の厚み方向に沿って均一にすることができる。この結果、ガウシアン形状を有する水平方向のＦＦＰを容易に得ることができる。

本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の構造を示した上面図である。 図１に示した第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の１５０−１５０線に沿った断面図である。 図１に示した第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子の１６０−１６０線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態の効果を確認するために行った確認実験の結果を示した図である。 本発明の第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子の構造を示した上面図である。 図１０に示した第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子の２５０−２５０線に沿った断面図である。 図１０に示した第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子の２６０−２６０線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による青紫色半導体レーザ素子１００の構造について説明する。なお、青紫色半導体レーザ素子１００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。

青紫色半導体レーザ素子１００は、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の上面（Ｃ２側）上に、活性層１４を含む複数の窒化物系半導体層からなる半導体素子層１０が形成されている。半導体素子層１０は、発振波長が約４０５ｎｍ帯を有する半導体層からなる。また、半導体素子層１０の上面上にｐ側パッド電極２１が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ基板１の下面（Ｃ１側）上にｎ側電極２２が形成されている。

半導体素子層１０は、図１に示すように、約３００μｍの共振器長（レーザ素子端部間（Ａ方向）の長さ）を有する。また、半導体素子層１０には、共振器の延びる方向（Ａ方向）と直交する光出射面２ａ（Ａ１側）および光反射面２ｂ（Ａ２側）がそれぞれ形成されている。また、光出射面２ａ上には、低反射率の誘電体多層膜（図示せず）が形成されており、光反射面２ｂ上には、高反射率の誘電体多層膜（図示せず）が形成されている。なお、共振器の延びる方向（Ａ方向）は、本発明の「第１方向」の一例である。また、光出射面２ａおよび光反射面２ｂは、それぞれ、本発明の「出射側共振器面」および「反射側共振器面」の一例である。

ｎ型ＧａＮ基板１は、約１００μｍの厚みを有するとともに約１×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされている。半導体素子層１０においては、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の上面上に、約１μｍの厚みを有するアンドープＡｌ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなるバッファ層１１が形成されている。バッファ層１１の上面上には、約２μｍの厚みを有するＧｅドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｎ型クラッド層１２が形成されている。ｎ型クラッド層１２の上面上には、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１４が形成されている。この活性層１４は、約３０ｎｍの厚みを有するとともにＧａＮからなる３層の障壁層（図示せず）と、約７ｎｍの厚みを有するとともにＩｎ組成の高いＩｎＧａＮからなる２層の量子井戸層（図示せず）とが交互に積層されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１は、本発明の「基板」の一例である。

また、活性層１４の上面上には、約９０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなるｐ側光ガイド層１５が形成されている。ｐ側光ガイド層１５の上面上には、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなるキャップ層１６が形成されている。キャップ層１６の上面上には、約０．５μｍの厚みを有するＭｇドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層１７が形成されている。ｐ型クラッド層１７は、図２の紙面に対して垂直な方向（図１のＡ方向）に沿って延びる約１．５μｍの幅を有する凸部１７ａと、凸部１７ａの幅方向（Ｂ方向）の両側（Ｂ１側およびＢ２側）の約８０ｎｍの厚みを有する平坦部１７ｂとを有している。また、凸部１７ａにおけるｐ型クラッド層１７の厚みは、約５５０ｎｍである。なお、幅方向（Ｂ方向）は、本発明の「第２方向」の一例である。

また、ｐ型クラッド層１７の凸部１７ａ上には、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ側コンタクト層１８が形成されている。このｐ側コンタクト層１８とｐ型クラッド層１７の凸部１７ａとによって、約１．５μｍの幅を有してＡ方向にストライプ状（細長状）に延びるリッジ部３が構成されている。リッジ部３は、電流注入領域（電流通路部）を構成しており、リッジ部３の下方（Ｃ１側）の活性層１４を含む領域には、リッジ部３に沿ってＡ方向にストライプ状に延びる光導波路が形成されている。なお、リッジ部３は、本発明の「電流通路部」の一例である。

ｐ型クラッド層１７の凸部１７ａの両側面上、平坦部１７ｂの上面１７ｃ上およびｐ側コンタクト層１８の両側面上には、約０．３μｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる電流ブロック層２０が形成されている。電流ブロック層２０は、光出射面２ａおよび光反射面２ｂ近傍領域以外において、リッジ部３の上面（ｐ側オーミック電極１９の上面）を露出するように形成されている。なお、上面１７ｃは、本発明の「半導体素子層の上面」の一例である。

また、ｐ側コンタクト層１８の上面上の電流ブロック層２０が形成されていない領域（図２のＢ方向の中央部近傍）には、ｐ側コンタクト層１８の上面に近い側から順に、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側オーミック電極１９が形成されている。ｐ側オーミック電極１９の上面上と電流ブロック層２０の上面上とには、ｐ側オーミック電極１９の上面に近い側から順に、約０．１μｍの厚みを有するＴｉ層と、約０．１μｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側パッド電極２１が形成されている。なお、上記したバッファ層１１、ｎ型クラッド層１２、ｎ側光ガイド層１３、活性層１４、ｐ側光ガイド層１５、キャップ層１６、ｐ型クラッド層１７およびｐ側コンタクト層１８を構成する材料は、本発明の「窒化物系半導体」の一例である。

ここで、第１実施形態では、図２および図３に示すように、約１．５μｍの幅を有するリッジ部３の中心線１７０から幅方向（Ｂ方向）にそれぞれ約５μｍの同じ距離Ｌ１を隔てた位置に、溝部５ａ（Ｂ２側）および溝部５ｂ（Ｂ１側）が形成されている。つまり、溝部５ａおよび５ｂは、リッジ部３の中心線１７０に対して線対称の位置関係にある。ここで、溝部５ａおよび５ｂは、リッジ部３下部の活性層１４における発光光の一部が幅方向に漏れ出す領域に形成されている。このように、発光光の一部が漏れ出す領域に溝部５ａおよび５ｂを形成するためには、距離Ｌ１をなるべく小さくして溝部５ａおよび５ｂをリッジ部３に近づけて形成することが好ましい。第１実施形態では、この点と、製造プロセス上の形成の容易さの点とを考慮して、距離Ｌ１を約５μｍに設定している。また、溝部５ａおよび溝部５ｂの各々は、約５μｍの溝幅Ｌ２を有している。また、溝部５ａおよび５ｂは、各々が形成された側のリッジ部３の外側面３ａからＢ方向に約４．２５μｍ（約５μｍ−約１．５μｍ／２＝約４．２５μｍ）の同じ距離Ｌ３（ここで、Ｌ３＜Ｌ１）だけ離間した領域にそれぞれ形成されている。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂは、半導体素子層１０のうちの少なくとも電流通路部が形成された側（Ｃ２側）のｐ型クラッド層１７の上面１７ｃから活性層１４にわたる部分を下方（Ｃ１方向）に貫通して分断している。より詳細には、溝部５ａおよび５ｂは、ｐ型クラッド層１７の上面１７ｃからｎ型クラッド層１２の途中まで達するように半導体素子層１０を分断している一方、溝部５ａおよび５ｂは、ｎ型ＧａＮ基板１にまでは達していない。また、溝部５ａおよび５ｂは、図１に示すように、共振器の延びる方向に沿って延びるように形成されている。したがって、リッジ部３の下部に積層された活性層１４を含む半導体素子層１０の一部（ｎ型クラッド層１２の一部からｐ型クラッド層１７までの各半導体層）の幅は、共振器の延びる方向にわたって略同じ大きさ（＝Ｌ１×２＝約１０μｍ）を有している。

また、第１実施形態では、図２および図３に示すように、溝部５ａおよび５ｂの活性層１４が形成された側の内側面５ｅ（Ｂ２側）および内側面５ｆ（Ｂ１側）は、活性層１４の主表面に対して略垂直に形成されている。これにより、活性層１４とその近傍における半導体素子層１０の幅（Ｂ方向）が、共振器の延びる方向のみならず青紫色半導体レーザ素子１００の厚み方向（Ｃ方向）に沿って均一（＝Ｌ１×２＝約１０μｍ）に形成されている。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂは、ｐ型クラッド層１７の上面１７ｃから溝部５ａの底面５ｃまでの深さＤ１が、上面１７ｃから溝部５ｂの底面５ｄまでの深さＤ２と略等しい深さを有した状態で、共振器の延びる方向に沿って延びている。また、溝部５ａおよび５ｂの底面５ｃおよび５ｄは、ｎ型ＧａＮ基板１の上面１ａよりも上方に位置している。これにより、溝部５ａおよび５ｂの下部にはｎ型ＧａＮ基板１の上面１ａ上に形成された半導体素子層１０の一部（バッファ層１１とｎ型クラッド層１２の一部）が分断されずに残されている。なお、溝部５ａおよび５ｂの深さＤ１（Ｄ２）は、約０．５μｍ以上約１μｍ以下に形成されるのが好ましく、この範囲内で、図２に示したように、活性層１４よりも屈折率の小さいｎ型クラッド層１２の途中まで達する深さであるのが好ましい。

また、第１実施形態では、電流ブロック層２０は、リッジ部３の外側面３ａのみならず、溝部５ａおよび５ｂにより分断された部分の半導体素子層１０の内側面１０ａと、溝部５ａおよび５ｂの各々の底面５ｃおよび５ｄとを連続的に覆うように形成されている。そして、図３に示すように、溝部５ａおよび５ｂの形状に対応した凹凸形状を有する電流ブロック層２０の上面（Ｃ２側）上に、ｐ側オーミック電極１９と導通するＡｕなどからなるｐ側パッド電極２１が形成されている。

また、第１実施形態では、図１に示すように、溝部５ａおよび５ｂは、共振器の延びる方向における光出射面２ａ（Ａ１側）から光反射面２ｂ（Ａ２側）までの全ての領域の半導体素子層１０を貫通して延びている。

また、ｐ側パッド電極２１は、平面的に見て、素子上面のうちの、光出射面２ａおよび光反射面２ｂの近傍領域以外と、素子の幅方向（Ｂ方向）における両側の側端面１００ａの近傍領域以外とを覆うように形成されている。したがって、光出射面２ａおよび光反射面２ｂの近傍領域においてｐ側パッド電極２１の外側に露出する素子の上面は、電流ブロック層２０により完全に覆われている（図２参照）。また、ｐ側パッド電極２１は、光出射面２ａに近い側の一方の隅部に切り欠き２１ａを有している。これにより、青紫色半導体レーザ素子１００をサブマウントなどに固定する際の光出射面２ａの向き（Ａ１方向）が容易に特定される。

また、図２および図３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１に近い側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側電極２２が形成されている。このｎ側電極２２は、青紫色半導体レーザ素子１００の側端面１００ａまで延びるようにｎ型ＧａＮ基板１の裏面上の全面に形成されている。

次に、図１〜図８を参照して、第１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。

まず、図４に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の上面上に、バッファ層１１、ｎ型クラッド層１２、活性層１４、ｐ側光ガイド層１５、キャップ層１６、ｐ型クラッド層１７、ｐ側コンタクト層１８を順次積層して半導体素子層１０を形成する。続いて、半導体素子層１０の上面上に真空蒸着法を用いてｐ側オーミック電極１９となる金属層を形成する。

その後、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ｐ側オーミック電極１９となる金属層の上面上に、ＳｉＯ_２からなるマスク層３１を形成する。続いて、フォトリソグラフィを用いて、マスク層３１上に、Ａ方向にストライプ状に延びるとともにＢ方向に約１．５μｍの幅を有するレジスト３２をパターニングする。なお、レジスト３２は、Ｂ方向の中心位置が、後の工程で形成されるリッジ部３（図７参照）の中心線１７０に揃うようにパターニングされる。

その後、図５に示すように、レジスト３２をマスクとしてマスク層３１をドライエッチングすることにより、マスク層３１がパターニングされる。続いて、パターニングされたマスク層３１をマスクとして、金属層（電極層）をＣＦ_４ガスなどを用いてドライエッチングすることより、マスク層３１と略同じ幅（約１．５μｍ）を有するｐ側オーミック電極１９を形成する。その後、剥離液などによりレジスト３２を除去する（なお、レジスト３２の除去は必ずしも必要ではない）。

その後、図６に示すように、フォトリソグラフィを用いて、ｐ側コンタクト層１８の上面上およびマスク層３１上にレジスト３３をパターニングする。レジスト３３には、各々がＡ方向（紙面に垂直な方向）にストライプ状に延びるとともに幅方向（Ｂ方向）に約５μｍの開口幅Ｌ２を有する開口部３３ａが複数設けられる。また、互いに近い側に隣接する開口部３３ａ同士は、約１５μｍ（＝Ｌ１×２＋Ｌ２）の距離（開口部の中心間距離）を隔てて形成される。

この状態で、レジスト３３をマスクとしてｐ側コンタクト層１８からｎ型クラッド層１２の途中までをＣ１方向にドライエッチングすることにより、開口部３３ａと略同じ溝幅Ｌ２を有する溝部５ａおよび５ｂを形成する。また、溝部５ａおよび５ｂは、ｐ側コンタクト層１８の上面１８ｃから各々の底面５ｃおよび５ｄまでの深さＤ３が略等しく形成される。その後、剥離液などによりレジスト３３を除去する。

その後、図７に示すように、上面上にｐ側オーミック電極１９が形成されていない部分のｐ側コンタクト層１８および下部のｐ型クラッド層１７の途中までをドライエッチングすることにより、凸部１７ａおよび平坦部１７ｂを有するｐ型クラッド層１７を形成する。これにより、半導体素子層１０に電流通路部としてのリッジ部３が形成される。なお、リッジ部３の外側面３ａは、溝部５ａおよび５ｂの各々の内側面５ｅおよび５ｆから内側に共に距離Ｌ３（Ｌ３＜Ｌ１）分だけ離間した位置に形成される。その後、ウェットエッチングによりリッジ部３上に残されたマスク層３１を除去する。

その後、図２に示すように、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ｐ型クラッド層１７の平坦部１７ｂと凸部１７ａの両側面と、ｐ側コンタクト層１８の両側面と、ｐ側オーミック電極１９の両側面および上面と、溝部５ａおよび５ｂにより分断された部分の半導体素子層１０の内側面１０ａと、溝部５ａおよび５ｂの各々の底面５ｃおよび５ｄとを連続的に覆うように電流ブロック層２０を形成する。その後、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを用いて、チップ化後に共振器面（光出射面２ａおよび光反射面２ｂ）となる領域よりもリッジ部３に沿った共振器内側の領域における電流ブロック層２０を除去する。これにより、図３に示すように、ｐ側オーミック電極１９の上面を露出させる。その後、図８に示すように、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いて、ｐ側オーミック電極１９の上面と電流ブロック層２０の上面とを覆うようにｐ側パッド電極２１を形成する。

その後、ｎ型ＧａＮ基板１が約１００μｍの厚みを有するようにｎ型ＧａＮ基板１の下面（Ｃ１側）を研磨した後、ｎ型ＧａＮ基板１の下面上にｎ側電極２２を形成する。最後に、Ａ方向に約３００μｍの共振器長を有するようにウェハをＢ方向に劈開（バー状劈開）するとともに、破線１９０の位置で共振器方向（Ａ方向）に沿って素子分割（チップ化）を行う。このようにして、青紫色半導体レーザ素子１００が形成される。

第１実施形態では、上記のように、リッジ部３とその下部（Ｃ１側）に形成される電流通路部（中心線１７０）から幅方向（Ｂ方向）に同じ距離Ｌ１だけ離間した位置であり、かつ、共振器の延びる方向（Ａ方向）に沿って延びるように形成された溝部５ａおよび５ｂを備えている。そして、この溝部５ａおよび５ｂが、半導体素子層１０のうちの少なくとも電流通路部が形成された側の上面１７ｃから活性層１４にわたる部分を貫通して分断している。これにより、活性層１４およびその近傍における半導体素子層１０は、溝部５ａおよび５ｂによってＢ方向に完全に分断されるので、活性層１４およびその近傍の半導体素子層１０のＢ方向の幅が所定の大きさ（＝Ｌ１×２＝約１０μｍ）に規制される。これにより、活性層１４における発光光の一部が幅方向に漏れ出した状態で共振器の延びる方向に導波されることが抑制される。この結果、主レーザ出射光と、光出射面２ａから放出される漏れ出した光（迷光）とが干渉することが抑制されるので、遠視野像（ＦＦＰ）にリップルが出現することを抑制することができる。また、ＦＦＰにおけるリップルの発生が抑制されることにより、レーザ出射光の利用効率が低下するのが抑制される。したがって、青紫色半導体レーザ素子１００を光ピックアップ装置などに実装した場合に、光ディスクに対する書き込み時にノイズが発生したり、光ディスクからの読み取りエラーが発生したりすることを効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂは、リッジ部３（電流通路部）の幅方向の両側においてリッジ部３の中心線１７０から共に距離Ｌ１を隔てて設けられている。これにより、リッジ部３が溝部５ａと溝部５ｂとによって幅方向に挟み込まれた状態でＡ方向に延びる共振器を構成することができる。これにより、活性層１４における発光光の一部が、活性層１４の幅方向の両側において漏れ出すことが抑制される。この結果、遠視野像の形状を単峰性を有するガウシアン形状に近づけることができる。特に、活性層１４およびその近傍の半導体素子層１０の幅が所定の大きさ（＝Ｌ１×２）に規制されるので、水平方向のＦＦＰをガウシアン形状により近づけることができる。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂは、リッジ部３の幅方向の両側において、リッジ部３の外側面３ａから幅方向に距離Ｌ３だけ離間した位置にそれぞれ形成されている。これにより、リッジ導波型の半導体レーザ素子において、水平方向のＦＦＰがガウシアン形状に近づけられたビーム形状を有する青紫色半導体レーザ素子１００を得ることができる。また、溝部５ａおよび５ｂがリッジ部３の外側面３ａから幅方向に距離Ｌ３だけ離間した位置にそれぞれ形成されるので、リッジ導波型の半導体レーザ素子において、リッジ部３の形成に影響を及ぼすことなく溝部５ａと溝部５ｂとを半導体素子層１０に容易に形成することができる。

また、第１実施形態では、半導体素子層１０の上面１７ｃから溝部５ａの底面５ｃまでの深さＤ１は、上面１７ｃから溝部５ｂの底面５ｄまでの深さＤ２と略等しい。これにより、活性層１４の幅方向の両側において発光光が漏れ出すのを略均等に抑制することができるので、水平方向のＦＦＰを左右対称なガウシアン形状に効果的に近づけることができる。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂは、共振器の延びる方向と同一方向に延びるリッジ部３（電流通路部）に対して線対称に配置されている。これにより、水平方向のＦＦＰを左右対称なガウシアン形状に効果的に近づけることができる。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂは、共振器の延びる方向（Ａ方向）に沿って光出射面２ａまで延びている。これにより、光出射面２ａにおいて発光光が漏れ出すのを抑制することができるので、漏れ出した発光光（迷光）と干渉することのない主レーザ出射光を、光出射面２ａから確実に出射させることができる。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂは、上記した光出射面２ａに加えて、光反射面２ｂにまでも延びている。これにより、光出射面２ａのみならず光反射面２ｂにおいても発光光が漏れ出すのを抑制することができる。これにより、漏れ出した発光光（迷光）と干渉することのない主レーザ出射光を、光出射面２ａからより確実に出射させることができる。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂはｎ型ＧａＮ基板１にまでは達しておらず、溝部５ａおよび５ｂの底面５ｃおよび５ｄは、ｎ型ＧａＮ基板１の上面１ａよりも上方に位置している。これにより、溝部５ａおよび５ｂの下部にはｎ型ＧａＮ基板１の上面１ａ上に形成された半導体素子層１０の一部（バッファ層１１とｎ型クラッド層１２の一部）が残されているので、溝部５ａおよび５ｂにより半導体素子層１０の厚みが極度に薄くなることが抑制される。これにより、青紫色半導体レーザ素子１００が割れやすくなることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、溝部５ａおよび５ｂの活性層１４が形成された側の内側面５ｅおよび５ｆは、活性層１４の主表面に対して略垂直に形成されている。これにより、活性層１４およびその近傍における半導体素子層１０の幅を、青紫色半導体レーザ素子１００の厚み方向（Ｃ方向）に沿って均一（＝Ｌ１×２＝約１０μｍ）にすることができる。この結果、ガウシアン形状を有する水平方向のＦＦＰを容易に得ることができる。

また、第１実施形態では、電流ブロック層２０は、溝部５ａおよび５ｂにより分断された部分の半導体素子層１０の内側面１０ａを覆うように形成されている。これにより、溝部５ａおよび５ｂを形成することにより露出する半導体素子層１０のｐｎ接合部分が電気的に短絡することを電流ブロック層２０により抑制することができる。

また、第１実施形態では、窒化物系半導体により半導体素子層１０を形成している。すなわち、窒化物系半導体レーザ素子では、ＧａＡｓ系半導体などからなる赤色や赤外半導体レーザ素子などと比較して、より短波長のレーザ光が出射され、かつ、高出力化が要求される。短波長でありかつ高出力化が要求される青紫色半導体レーザ素子においても、レーザ出射光の水平方向のＦＦＰがガウシアン形状を有することにより、レーザ出射光の利用効率を低下させることなく、かつ、安定的に動作させることが可能な青紫色半導体レーザ素子１００を得ることができる。

次に、図９を参照して、上記した半導体素子層１０に溝部５ａおよび５ｂを形成することの効果を確認するために行った実験について説明する。

まず、実施例として、半導体素子層１０に溝部５ａおよび５ｂが形成された第１実施形態の青紫色半導体レーザ素子１００（図３参照）を作製するとともに、比較例として、半導体素子層１０に溝部５ａおよび５ｂが形成されていない青紫色半導体レーザ素子を作製した。そして、実施例による青紫色半導体レーザ素子１００および比較例による青紫色半導体レーザ素子をそれぞれ金属製のステムに取り付けるとともに、金属製のキャップ部（ガラス窓付き）を被せて封止を行った。そして、８０℃の条件で、各々の半導体レーザ素子から、自動光量制御（ＡＰＣ）により１０ｍＷの出力に調整されたレーザ光を出射してＦＦＰを観察した。

この結果、図９に示すように、実施例による青紫色半導体レーザ素子１００ではリップルの出現は確認されず、水平方向のＦＦＰが単峰性を有するガウシアン形状に近いビーム形状を得ることができた。すなわち、レーザ光の広がり角が安定する傾向を示した。その一方、比較例による溝部５ａおよび５ｂを形成していない青紫色半導体レーザ素子では、水平方向のＦＦＰにリップルが出現し、レーザ光の広がり角が安定しない傾向を示した。この結果から、実施例による青紫色半導体レーザ素子１００では、レーザ出射光の遠視野像が適正に補正される点で、半導体素子層１０に溝部５ａおよび５ｂを形成することの有用性（効果）が確認された。

（第２実施形態）
次に、図１０〜図１２を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子２００は、平坦な上部クラッド層（ｐ型クラッド層２７）上に共振器の延びる方向（Ａ方向）に沿って延びるストライプ状の開口部２３ａを有する電流ブロック層２３を形成した利得導波型の半導体レーザ素子である。第２実施形態では、利得導波型の半導体レーザ素子に対して、本発明の「溝部」を形成している。なお、青紫色半導体レーザ素子２００は、本発明の「半導体レーザ素子」の一例である。図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、上記第１実施形態と同じ符号を付して図示している。

本発明の第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子２００は、図１２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の上面上に、活性層１４を含む半導体素子層１０が形成されている。なお、半導体素子層１０は、ｎ型クラッド層１２との活性層１４との間に形成された約５０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなるｎ側光ガイド層１３を有する。また、活性層１４上のｐ型クラッド層２７には第１実施形態のような凸部１７ａ（図２参照）が形成されていない。そして、ｐ側コンタクト層２８の上面２８ｃ上に、Ａ方向にストライプ状に延びる開口部２３ａを残してＳｉＯ_２からなる平坦な電流ブロック層２３が形成されている。また、約１．５μｍの幅（Ｂ方向）を有する開口部２３ａ内には、ｐ側オーミック電極１９が形成されており、ｐ側オーミック電極１９の上面と電流ブロック層２３の上面とを覆うようにｐ側パッド電極２５が形成されている。これにより、開口部２３ａ内のｐ側オーミック電極１９の下方（Ｃ１側）に対応する領域のｐ側コンタクト層２８およびｐ型クラッド層２７の部分に電流通路部が形成されている。また、電流通路部の下方の活性層１４の部分に光導波路が形成されている。したがって、青紫色半導体レーザ素子２００では、幅Ｌ２を有する溝部５ａおよび５ｂは、各々が形成された側の電流ブロック層２３の開口部２３ａから外側方向（Ｂ２方向およびＢ１方向）に約４．２５μｍの同じ距離Ｌ３（Ｌ３＜Ｌ１）だけ離間した領域にそれぞれ形成されており、溝部５ａおよび５ｂにより、活性層１４およびその近傍の半導体素子層１０のＢ方向の幅が、共振器の延びる方向（Ａ方向）に沿って所定の大きさ（＝Ｌ１×２＝約１０μｍ）に規制されている。

また、青紫色半導体レーザ素子２００では、ｐ側コンタクト層２８の上面２８ｃから溝部５ａの底面５ｃまでの深さＤ３が、上面２８ｃから溝部５ｂの底面５ｄまでの深さと略等しい。なお、上面２８ｃは、本発明の「半導体素子層の上面」の一例である。

また、図１１に示すように、光出射面２ａおよび光反射面２ｂの近傍領域においてｐ側パッド電極２５の下部から露出する素子の上面は、電流ブロック層２３により完全に覆われており、この部分には電流通路部は存在しない。なお、第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子２００のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図１３および図１４を参照して、第２実施形態による青紫色半導体レーザ素子２００の製造プロセスについて説明する。

ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型ＧａＮ基板１の上面上に半導体素子層１０を形成した後、第１実施形態と同様の製造プロセスを用いて、図１３に示すように、共に深さＤ３を有する溝部５ａおよび５ｂを形成する。

レジスト３２およびマスク層３１を除去した後、図１４に示すように、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ｐ側コンタクト層２８の上面２８ｃと、溝部５ａおよび５ｂにより分断された部分の半導体素子層１０の内側面１０ａと、溝部５ａおよび５ｂの各々の底面５ｃおよび５ｄとを連続的に覆うように電流ブロック層２３を形成する。その後、チップ化後に共振器面（光出射面２ａおよび光反射面２ｂ）となる領域よりもＡ方向（共振器の延びる方向）に沿った共振器内側の領域における電流ブロック層２３を除去する。これにより、Ａ方向にストライプ状に延びる開口部２３ａを形成する。その後、開口部２３ａから露出するｐ側コンタクト層２８の上面上に、ｐ側オーミック電極１９を形成する。その後、真空蒸着法を用いてｐ側パッド電極２５を形成する。なお、第２実施形態のその他の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、利得導波型の半導体レーザ素子に対しても溝部５ａおよび５ｂを形成することによって、レーザ出射光のＦＦＰにリップルが出現することを抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

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。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明の「半導体レーザ素子」を窒化物系半導体からなる青紫色半導体レーザ素子１００および２００に適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。青紫色半導体レーザ素子以外の、たとえば、青色半導体レーザ素子や緑色半導体レーザ素子に対して本発明の「溝部」を形成してもよい。あるいは、窒化物系半導体レーザ素子以外の、ＧａＡｓ系半導体やＧａＩｎＰ系半導体からなる半導体レーザ素子（赤色ＬＤや赤外ＬＤなど）に対して本発明の「溝部」を形成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、溝部５ａおよび５ｂを、共振器の延びる方向に沿って半導体素子層１０を貫通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れない。溝部５ａおよび５ｂは、光出射面２ａまで延びていればよく、光反射面２ｂに達していなくてもよい。また、溝部５ａおよび５ｂが共振器の延びる方向に沿った全ての領域に形成されている必要はなく、たとえば、光出射面２ａ近傍の半導体素子層１０中のみを延びて形成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、共振器面に１つの発光点（光導波路）を有する青紫色半導体レーザ素子を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。共振器面に２つ以上の発光点を有する半導体レーザ素子を形成するとともに、各々の発光点（光導波路）を形成する電流通路部に対して、個々の電流通路部の両側に所定の距離を隔てて溝部を形成してもよい。また、この場合、各発光点が同一の発振波長を有するレーザ光を出射するように構成してもよいし、各発光点が互いに異なる発振波長を有するレーザ光を出射するように構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、溝幅（Ｂ方向）が約５μｍの溝部５ａおよび５ｂを形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。溝部の幅は、約２μｍ以上約５μｍ以下の範囲であれば形成が容易である。

また、上記第１実施形態では、リッジ部３の中心線１７０から幅方向にそれぞれ約５μｍの距離Ｌ１を隔てた位置から互いに離間する方向に幅５μｍの溝部５ａおよび５ｂを形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。ストライプ状のリッジ部３の形成が可能である範囲ならば、距離Ｌ１を５μｍよりも小さくして、溝部５ａおよび５ｂをリッジ部３により近づけて形成するのが好ましい。このように、溝部５ａおよび５ｂをリッジ部３に近づければ、活性層における発光光の漏れをより抑制することができる。

また、上記第１および第２実施形態では、半導体素子層１０の表面の、溝部５ａおよび５ｂの起伏（凹凸形状）に沿って電流ブロック層およびｐ側パッド電極を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。少なくとも電流ブロック層およびｐ側パッド電極のいずれか一方により溝部５ａおよび５ｂを完全に埋め尽くして、溝部上方の半導体レーザ素子の表面が平坦面を有するようにｐ側パッド電極を形成してもよい。

また、上記第１実施形態の製造プロセスでは、半導体素子層１０に溝部５ａおよび５ｂを形成した後に、溝部５ａと溝部５ｂとの略中央部にリッジ部３を形成した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、半導体素子層１０に対して先にリッジ部３を形成し、その後、リッジ部３を中心としたリッジ部３の両側に溝部５ａおよび５ｂを形成してもよい。

１ ｎ型ＧａＮ基板（基板）
１ａ 上面（基板の上面）
２ａ 光出射面（出射側共振器面）
２ｂ 光反射面（反射側共振器面）
３ リッジ部（電流通路部）
３ａ 外側面
５ａ 溝部（第１溝部）
５ｂ 溝部（第２溝部）
５ｃ、５ｄ 底面
５ｅ、５ｆ 内側面
１０ 半導体素子層
１０ａ 内側面（半導体素子層の内側面）
１４ 活性層
１７ｃ、２８ｃ 上面（半導体素子層の上面）
２０、２３ 電流ブロック層
１００、２００ 青紫色半導体レーザ素子（半導体レーザ素子）

Claims (8)

1. 活性層と、前記活性層の上方において共振器の延びる第１方向に沿って延びるように形成された電流通路部とを含む半導体素子層と、
   前記電流通路部から前記第１方向と直交する第２方向に離間した位置で前記第１方向に沿って延びるように形成され、前記半導体素子層のうちの少なくとも前記電流通路部が形成された側の上面から前記活性層にわたる部分を貫通して分断する溝部とを備える、半導体レーザ素子。
2. 前記溝部は、前記電流通路部の前記第２方向の両側において前記電流通路部の中心から離間した位置に設けられた第１溝部および第２溝部を含む、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記電流通路部は、前記活性層の上方に前記第１方向に沿って延びるように形成されたリッジ部を含み、
   前記第１溝部および前記第２溝部は、前記リッジ部の前記第２方向の両側において、前記リッジ部の外側面から前記第２方向に離間した位置にそれぞれ形成されている、請求項２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記半導体素子層の上面から前記第１溝部の底面までの第１の深さは、前記半導体素子層の上面から前記第２溝部の底面までの第２の深さと同一または前記第２の深さの近傍の深さである、請求項２または３に記載の半導体レーザ素子。
5. 前記第１溝部および前記第２溝部は、前記第１方向に沿って延びる前記電流通路部に対して線対称に配置されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
6. 前記溝部は、前記第１方向に沿って少なくとも出射側共振器面まで延びている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
7. 前記溝部は、前記出射側共振器面に加えて、前記第１方向に沿って反射側共振器面にまでも延びている、請求項６に記載の半導体レーザ素子。
8. 前記溝部の前記活性層が形成された側の内側面は、前記活性層の主表面に対して垂直であるかまたは垂直近傍の傾斜角度を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

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