JP2004349636A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ピックアップ等の光源として組み込まれた場合に、光学系からの戻り光があってもノイズを生じない半導体レーザ素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】複数の半導体層が積層されてなる多層膜部１３と、この多層膜部１３に積層された活性層１１とを少なくとも備える。多層膜部１３は、活性層１１のレーザ光出射端面１１ａ側の端面に、活性層１１に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部２０を有する。この凹凸面部２０は、多層膜部１３における活性層１１とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層１１の厚み中心より多層膜部１３側の５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、レーザ戻り光対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ用、ＤＶＤ用、ＭＤ用光ピックアップに用いられる半導体レーザ素子に対する需要は益々拡大してきており、それに伴って特性のばらつきが少なく、より信頼性に優れた半導体レーザ素子の要求が高まっている。また、コンピュータの情報記憶装置としてのＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ等の光ピックアップに用いられる半導体レーザ素子に対する需要は今後もさらに拡大していくものと見込まれる。このようなレーザ光によって光ディスクの記録または再生を行う光ピックアップ等において、光源として半導体レーザ素子を組み込む場合には、光学系からの半導レーザ素子へのレーザ戻り光によってノイズが発生して種々の問題が生じることが知られている。すなわち、半導体レーザ素子においては、一般に、へき開により形成された鏡面を光出射側の素子端面に有するが、光学系からの戻り光がこの素子端面で反射されて再び光学系に入り込むことによりノイズが発生するのである。光学系からのレーザ戻り光が半導体レーザ素子へ再入射される位置は、一般的にレーザ光出射位置より約５０〜８０μｍ離れた位置といわれている。例えば、回析格子により３ビームを発生させる構成の光ピックアップの場合は、レーザ戻り光はレーザ光出射部の上下数十μｍの位置に戻り、この戻り光が光出射側の素子端面で反射されて光学系に再び戻ると、トラッキングノイズの原因となる。
【０００３】
このような問題を防ぐために、従来、以下のような方法が用いられている。
第１の方法は、レーザ活性層（レーザ発振面）と一方の電極が固定されるヒートシンクとの間の距離を１０〜７０μｍとし、レーザ活性層と他方の電極との間の距離を４０〜７０μｍとすることにより、３ビームのサイドビームが光出射側の素子端面に入射されない構造とするものである（例えば、特許文献１参照）。第２の方法は、半導体レーザ素子自体の厚みを薄くすることにより、３ビームのサイドビームが光出射側の素子端面に入射されない構造とするものである（例えば、特許文献２参照）。
第３の方法は、半導体レーザ素子においてサイドビームが戻ってくる位置の端面コート膜を充分反射率の低いものにしたり、あるいはサイドビームが戻ってくる位置に反射率が低い物質、光吸収率の高い物質、表面の荒れた薄膜を形成することにより、サイドビームが光出射側の素子端面に入射しても反射しないようにするものである（例えば、特許文献３、４、５参照）。
第４の方法は、半導体レーザ素子においてサイドビームが戻ってくる位置をダイシング又はエッチング等の方法によって粗面化することにより、半導体レーザ素子に戻ったサイドビームを乱反射させて再び光学系に戻らないようにするものである（例えば、特許文献６参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６２−５２７３７号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２４０３０号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１８０８０号公報
【特許文献４】
特開平６−２０４６０９号公報
【特許文献５】
特開平６−３０２００４号公報
【特許文献６】
特開昭６１−１２８５８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の方法には、以下のような問題点があった。
上記第１の方法では、レーザ活性層と他方の電極との間の膜厚の厚い層を形成するために主として液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法が用いられており、工程数が増加することや、ＬＰＥ法は成長温度を比較的高温にする必要があるため、半導体レーザ素子の多層構造内で不純物の拡散が生じ、半導体レーザ素子特性を設計通りに作製するのが困難であり歩留りが低下するという問題があった。
上記第２の方法では、半導体レーザ素子の製造工程においてウエハが肉薄になるので、ウエハの強度が低下して製造工程中に破損が生じ易く、また取り扱いが困難であるため作業性も低下する。
上記第３の方法では、素子端面のレーザ光出射端面を除くレーザ戻り光が当たる部分のみに低光反射材料からなる膜を高精度に形成することが難しい。
上記第４の方法では、ダイシング加工により半導体ウエハの一部分を切削して光学的に粗い面を形成する。一般的にダイシングによる切削は、切削対象ウエハを支持シートに貼り付け、それをダイシング装置のステージ上にセットし切削を行う。切り込み深さの制御は、ステージ上を基準点（０点）とし、その基準点から上方何μｍまでダイシングブレードを下降させるかによって制御している。従って、ダイシングブレードの下降位置が一定であっても、半導体ウエハの厚みばらつき及び支持シートの厚みばらつきによって、実際の切り込み深さがばらつく。このようにダイシング加工による切り込み深さの厳密な制御は困難であるため、戻り光の入射位置となる部分のみをカットするのは非常に困難であると共に、ダイシング加工は切削時の機械的ストレスが大きいため、切削時のウエハ破損が生じ易いという不具合もある。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、光ピックアップ等の光源として組み込まれた場合に、光学系からの戻り光があってもノイズを生じない半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かくして、本発明によれば、複数の半導体層が積層されてなる多層膜部と、この多層膜部に積層された活性層とを少なくとも備え、
前記多層膜部は、前記活性層のレーザ光出射端面側の端面に、活性層に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部を有し、
凹凸面部は、多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなる半導体レーザ素子が提供される。
【０００８】
ここで、本発明において、対象とする半導体レーザ素子としては、特に限定されるものではなく、各種発振波長の半導体レーザ素子に適用することができるが、レーザ光によって光ディスクの記録、消去あるいは再生を行う光ディスク用ピックアップの光源として用いられるものが好適である。例えば、ＡｌＧａＡｓ系、
ＡｌＧａＩｎＰ系、窒化物系等の半導体レーザ素子を挙げることができる。なお、半導体レーザ素子の具体的な構成について、詳しくは後述の実施の形態にて説明する。
【０００９】
本発明の半導体レーザ素子によれば、光ディスク用ピックアップの光源として用いた場合に、レーザ光出射端面側の多層膜部の端面におけるレーザ戻り光が当たる部分、つまり多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、凹凸面部を有するため、この凹凸面部にレーザ戻り光を確実に当てることができ、凹凸面部に当たったレーザ戻り光を散乱（乱反射）させて光学系への再入射を大幅に軽減することができ、トラッキングやノイズなどの悪影響の発生を効果的に抑制することができる。
【００１０】
本発明において、多層膜部は、次の（１）（２）のように構成することができる。
（１）多層膜部の少なくとも隣接する各半導体層は、所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる組成とする。具体的には、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の場合、多層膜部は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０＜ｘ≦１）からなる半導体層とＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（ｙ＜ｘ）からなる半導体層が交互に積層されてなる積層構造が挙げられる。この場合、ｘ＝０．４〜０．６が好ましく、ｘ＝０．４５〜０．５５がさらに好ましい。また、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層は、ｙ＝０とした場合、ＧａＡｓ層とすることもできる。
（２）多層膜部の各半導体層は、その厚さ方向の組成分布が、所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なるものとする。具体的には、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の場合、多層膜部は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層からなる半導体層が複数積層されてなり、各半導体層は厚さ方向に好ましくはｘ＝０．３〜０．５の組成分布で構成されているものが挙げられ、ｘ＝０．４０から０．５０がさらに好ましい。
【００１１】
本発明は、上記構成（１）（２）の半導体レーザ素子を、次の▲１▼▲２▼の製造方法によりそれぞれ製造することができる。
▲１▼半導体ウエハの表面に複数の半導体層を積層して多層膜部を形成する工程（ａ）と、
前記多層膜部の表面に少なくとも活性層を積層して半導体レーザウエハを得る工程（ｂ）と、
半導体レーザウエハの多層膜部側の裏面に、半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置にマスク開口部を有するエッチングマスクを形成する工程（ｃ）と、
前記半導体レーザウエハの裏面における半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置を１段階目のウエットエッチングにより溝を形成し、その後２段階目のウエットエッチングによりこの溝の側面側に露出した多層膜部に、活性層に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部を形成する工程（ｄ）とを備え、
前記工程（ｄ）は、多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなる前記凹凸面部を形成する半導体レーザ素子の製造方法。
▲２▼半導体ウエハの表面に複数の半導体層を積層して多層膜部を形成する工程（ａ）と、
前記多層膜部の表面に少なくとも活性層を積層して半導体レーザウエハを得る工程（ｂ）と、
半導体レーザウエハの多層膜部側の裏面に、半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置にマスク開口部を有するエッチングマスクを形成する工程（ｃ）と、
前記半導体レーザウエハを前記マスク開口部でへき開して複数のレーザバーに分割する工程（ｅ）と、
前記レーザバーにおける活性層のレーザ光出射端面をレジスト膜で被覆した状態でウエットエッチングして、レーザ光出射端面側の多層膜部の端面に、活性層に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部を形成する工程（ｆ）とを備え、
前記工程（ｆ）は、多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなる凹凸面部を形成する半導体レーザ素子の製造方法。
【００１２】
つまり、上記製造方法▲１▼▲２▼は、工程（ａ）（ｂ）（ｃ）は同様であるが、工程（ｃ）の後、製造方法▲１▼では、半導体レーザウエハを１段階目のウエットエッチングによりレーザ光出射端面相当位置に溝を形成し、その後２段階目のウエットエッチングにより溝の側面側に露出した多層膜部に凹凸面部を形成する。なお、その後従来公知の方法によって半導体レーザウエハの溝部分をへき開して複数のレーザバーに分割し、各レーザバーをチップサイズに切断して半導体レーザ素子を得ることができる。
これに対し、製造方法▲２▼では、工程（ｃ）の後、先ず半導体レーザウエハのレーザ光出射端面相当位置を複数のレーザバーに分割し、ウエットエッチングにて各レーザバーの光出射端面側の端面における多層膜部部分に凹凸面部を形成する。なお、その後従来公知の方法によって各レーザバーをチップサイズに切断して半導体レーザ素子を得ることができる。なお、半導体レーザウエハを複数のレーザバーに分割する方法としては、主として物理的（機械的）な従来技術により行うことが効率的でよいが、化学的なウエットエッチングにて行うことも可能である。
【００１３】
上記製造方法▲１▼によれば、ウェハプロセス時に凹凸面部を形成できるため作業性がよいという利点が得られ、上記製造方法▲２▼によれば、多層膜部が露出していることから多層膜部のエッチング制御が行い易いという利点が得られる。
【００１４】
さらに、このような製造方法▲１▼▲２▼において、半導体ウエハの表面に複数の半導体層を積層して多層膜部を形成する方法（工程（ａ））は、従来公知の気相成長等（例えばＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法など）で成膜することができるが、この際、後工程で行うウエットエッチングの所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる組成の半導体層を隣接させて積層する方法（ａ−１）と、後工程で行うウエットエッチングの所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる厚さ方向の組成分布を有する半導体層を積層する方法（ａ−２）の何れかを選択することができる。
前記方法（ａ−１）として具体的には、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子を製造する場合、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０＜ｘ≦１、好ましくはｘ＝０．４〜０．６）からなる半導体層とＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（ｙ＜ｘ）からなる半導体層を交互に積層して多層膜部を形成する。これにより、前記構成（１）の半導体レーザ素子を製造することができる。
一方、前記方法（ａ−２）として具体的には、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子を製造する場合、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（厚さ方向にｘ＝０．３〜０．５の組成分布）からなる半導体層を複数積層して多層膜部を形成する。これにより、前記構成（２）の半導体レーザ素子を製造することができる。
【００１５】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法において、多層膜部の表面には活性層をエピタキシャル成長によって形成することができ、エピタキシャル成長に際しては、固相エピタキシー（ＳＰＥ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、気相エピタキーシー（ＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの方法を用いることができ、例えばＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の場合はＭＯＣＶＤが好ましい。
【００１６】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、光ディスクのピックアップ用光源として用いることができ、かつ戻りレーザ光を素子端面の凹凸面部に当てて乱反射させることにより光学系への再入射を抑制し、トラッキングやノイズなどの悪影響の発生を効果的に抑制することができる上記半導体レーザ素子を製造することができる。また、多層膜部の成膜に際して、前記方法（ａ−１）又は前記方法（ａ−２）を採用することにより、ウエットエッチングによってレーザ光出射端面側の多層膜部の端面におけるレーザ戻り光が当たる部分に凹凸面部を容易に形成することができる。また、従来の第１の方法のようにＬＰＥ法を用いることなく、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等の気相成長法を用いて多層膜部を成膜することができるため、製造工程を短縮することができると共に、良好な特性の半導体レーザ素子を歩留まりよく製造することができる。また、従来の第２の方法のように半導体レーザウエハが薄くなることや、第３の方法のように深さ制御及びダイシングによる機械的ストレスによって、ウエハ破損を生じるという問題を解消することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体レーザ素子及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳説する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１の半導体レーザ素子の概略構造を示す断面図であって、光ピックアップの光源として使用された状態を表し、図２は同実施の形態１の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、活性層を有する半導体レーザウエハを共振器長方向から見た断面図であり、図３は図２の半導体レーザウエハの下面を所定厚みまで切削してｎ型電極を形成した状態を示す断面図であり、図４は図３の半導体レーザウエハのｐ型電極上にエッチングマスクを形成した状態を共振器長方向と直交する方向から見た断面図であり、図５は図４の半導体レーザウエハのマスク開口部からウエットエッチングを行った状態を示す断面図であり、図６はフッ化水素酸とＡｌＧａＡｓのエッチングレート混晶比依存性を表すグラフ図である。なお、図１において、矢印Ａはレーザ出射光、矢印Ｂは光学系からのレーザ戻り光、矢印Ｃはレーザ戻り光が乱反射した散乱光、矢印Ｄは共振器長方向である。
【００１９】
この実施の形態１の半導体レーザ素子１０は、図１に示すように、活性層１１を有する発光層部１２と、発光層部１２上に設けられ、複数の半導体層が積層されてなる多層膜部１３と、発光層部１２の下面側及び多層膜部１３の上面側にそれぞれ形成された電極とを備え、発光層部１２側が光ピックアップのサブマウント１上にダイボンドされて使用される。
【００２０】
本実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の場合を例示しており、図１と図３を参照してその具体構成を説明する。
多層膜部１３は、ｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ（ｘ＝０．４〜０．６）とｎ型ＧａＡｓ層１３ｂとが交互に積層されて厚みＴ_１：３０〜５５μｍに形成されてなる。なお、ｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ及びｎ型ＧａＡｓ層１３ｂは、その厚みがそれぞれ１μｍ以下である。
発光層部１２は、多層膜部１３側から順にｎ型ＧａＡｓバッファ層１２ａ、ｎ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ第１クラッド層１２ｂ、Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ａｓ活性層１１、ｐ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ第２クラッド層１２ｃ、複数のリッジ状のｐ型 Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ第３クラッド層１２ｄが成膜され、リッジ状の各第３クラッド層１２ｄ間における２段階目クラッド層１２ｃ上にｎ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ電流ブロック層１２ｅが設けられ、さらにそれらの上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２ｆが設けられてなる。この発光層部１２の厚みＴ_２は２５〜５５μｍである。
そして、多層膜部１３には例えばＡｕ−Ｇｅから成るｎ型電極１４が積層され、発光層部１２には例えばＡｕ−Ｚｎから成るｐ型電極１５が積層されて、全体としての厚みＴ_３：８５〜１１０μｍの半導体レーザ素子１０が構成されている。
【００２１】
さらに、この半導体レーザ素子１０は、活性層１１のレーザ光出射端面１１ａ側における多層膜部１３の端面に、活性層に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部２０を有している。この凹凸面部２０は、多層膜部１３における活性層１１とは反対側の最も離れた位置の半導体層（ｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ）から活性層１１の厚み中心より多層膜部１３側の所定寸法Ｌ_１：５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなる。つまり、活性層１１の厚み中心から多層膜部１３までの距離Ｌ_２は５０μｍ以下とされている。なお、半導体レーザ素子１０のレーザ光出射端面１１ａとは反対の端面にも、半導体レーザ素子１０の製造時に対称的に形成された同様の凹凸面部が設けられている。
【００２２】
次に、この半導体レーザ素子１０の製造方法について説明する。
図２に示すように、先ず、半導体ウエハであるｎ型ＧａＡｓ基板１６上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ法）により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１７を成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法により、膜厚１μｍ以下のｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ（ｘ＝０．４〜０．６）と、膜厚１μｍ以下のｎ型ＧａＡｓ層１３ｂを上記厚みＴ_１：３０〜５５μｍとなるまで交互に積層して、多層膜部１３を形成する（工程（ａ））。
【００２３】
続いて、多層膜部１３のｎ型ＧａＡｓ層１３ｂ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２ａ、ｎ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ第１クラッド層１２ｂ、Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ａｓ活性層１１、ｐ型 Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ第２クラッド層１２ｃ、ｐ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ第３クラッド層１２ｄを成膜する。その後、第３クラッド層１２ｄの表面にエッチングマスクをフォトグラフィー法により形成し、所定位置に配置されたマスク開口部から第３クラッド層１２ｄにドライエッチング又はウエットエッチングを行って、複数のリッジ状に第３クラッド層１２ｄを加工し、リッジ状の各第３クラッド層１２ｄ間における２段階目クラッド層２８上にｎ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ電流ブロック層１２ｅを設ける。そして、さらに複数の第３クラッド層１２ｄ及び複数の電流ブロック層１２ｅ上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２ｆを設けて、全体の厚みＴ_２が２５〜５５μｍの発光層部１２を形成する（工程（ｂ））。このようにして得られた半導体レーザウエハＷ_１は、その活性層１１の厚み中心から多層膜部１３までの厚みＬ_２が５０μｍ以下とされている。なお、発光層部１２の各層はＭＯＣＶＤ法により成膜することができる。
【００２４】
次いで、上記工程（ａ）（ｂ）で得られた半導体レーザウエハＷ_１（図１参照）の発光層部１２のｐ型コンタクト層１２ｆの表面全面にＡｎＺｎ／Ｍｏ／Ａｕから成るｐ型電極１５を設け、その後、図３に示すように、後工程で行うレーザバーへの分割を容易とするために全体の厚みＴ_３が８５〜１１０μｍ程度となるまでｎ型ＧａＡｓ基板１６側をバックグラインダ等で研磨し、洗浄し、研磨した面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕから成るｎ型電極１４を設ける。
【００２５】
次に、図４に示すように、上記工程で得られた半導体レーザウエハＷ_２（図３参照）の多層膜部１３側を上に向け、ｎ型電極１４上における半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置にストレートなマスク開口部１８ａを有するエッチングマスク１８をフォトリソグラフィー法にて形成する（工程（ｃ））。
【００２６】
次に、図４の状態の半導体レーザウエハＷ_３において、マスク開口部１８ａ（光出射面相当位置の直上）のｎ型電極１４を、ヨウ素系のエッチング液によりウェットエッチングして除去する。そして、図５に示すように、硫酸系又はリン酸系のエッチャントを用いた１段階目のウエットエッチングにより溝１９を形成する。この溝１９の最深部の位置は、活性層１１の厚み中心から多層膜部１３側へ５０μｍ（寸法Ｌ_１）離なれた位置よりも活性層１１側まで達しており、本実施の形態の場合、溝１９の最深部の位置は発光層部１２のｎ型ＧａＡｓバッファ層１２ａまで達している。これにより、溝１９の側面には多層膜部１３の異なるエッチングレートのｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ、１３ａ、…とｎ型ＧａＡｓ層１３ｂ、１３ｂ、…が露出する。その後、フッ化水素酸を用いた２段階目のウエットエッチングを行って、溝１９の側面における多層膜部１３部分に、活性層１１に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部２０を形成する（工程（ｄ））。このとき、図６に示すように、フッ化水素酸は一般的にＡｌ混晶比ｘが大きいほどエッチングレートが速くなるため、フッ化水素酸でウエットエッチングを行うと、ｎ型ＧａＡｓ層１３ｂはエッチングされずにｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ（ｘ＝０．４〜０．６）のみがエッチングされるため、各ｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａが凹部となり、各ｎ型ＧａＡｓ層１３ｂが凸部となった凹凸面部２０が溝１９内に形成される。
【００２７】
その後、前記工程（ｄ）にて得られた半導体レーザウエハＷ_４のエッチングマスク（レジストパターン）１８をレジスト剥離液で除去し、半導体レーザ素子の光出射端面相当位置である溝１９でへき開することにより、半導体レーザ素子を複数含むレーザバーを得る。続いて、得られたレーザバーの両側のへき開面を非対称にコーティングして一方のへき開面側の発光層部１２の端面をレーザ光出射端面１１ａとし、このレーザバーを物理的な従来技術により個々のチップサイズに分割することにより、図１に示すような本実施の形態１の半導体レーザ素子１０が完成する。
【００２８】
このようにして製造された半導体レーザ素子１０は、その光出射端面側の多層膜部１３の端面が、厚み方向の断面形状が連続した矩形凹凸状の凹凸面部２０を有するため、この凹凸面部２０に入射したレーザ戻り光Ｂは乱反射することとなり、光学系への再入射が十分に抑制される（図１参照）。
なお、上記実施の形態１では、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（ｘ＝０．４〜０．６）とｎ型ＧａＡｓ層を交互に積層した構造になっているが、ＧａＡｓ層をＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（ｙ＜ｘ）としてもよい。
【００２９】
［実施の形態２］
上記実施の形態１では、２段階目のウエットエッチングに際して、フッ化水素酸を使用したが、実施の形態２の半導体レーザ素子の製造方法においては、フッ化水素酸の代わりにアンモニア系エッチャントを用いる。このアンモニア系エッチャントとしては、例えばＮＨ_４ＯＨ（２８ｖｏｌ％）：Ｈ_２Ｏ_２（３１ｖｏｌ％）：Ｈ_２Ｏ＝１：３０：５０体積比）を用いることができる。このアンモニア系エッチャントを第２のウエットエッチングで用いた場合、溝１９内（図５参照）に露出しているｎ型ＧａＡｓ層１３ｂのみエッチングされ、ｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ（ｘ＝０．４〜０．６）はエッチングされないため、ｎ型ＧａＡｓ層１３ｂが凹部となりｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａが凸部となった凹凸面部が形成される。なお、アンモニア系エッチャントを使用した場合、ｎ型ＧａＡｓ層１３ｂをｎ型ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（ｙ＝０〜０．３）としてもよい。
【００３０】
［実施の形態３］
図７は本発明の実施の形態３の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、ウエットエッチング前の状態を表し、図８は同実施の形態３の製造方法においてウエットエッチング後の状態を示す断面図である。なお、図８において、実施の形態１と同様の要素には同一の符号を付している。
【００３１】
この実施の形態３は、上記実施の形態１で説明したエッチングマスクの形成工程（ｃ）までは同様であるが、その後の工程が異なる。
つまり、図４に示した半導体レーザウエハＷ_３を得た後、半導体レーザ素子の光出射端面相当位置に形成されたマスク開口部１８ａに沿って半導体レーザウエハＷ_３をへき開して複数のレーザバーに分割する。この場合、へき開を容易とするために、前工程にて全体の厚みＴ_３が８５〜１１０μｍ程度となるまでｎ型ＧａＡｓ基板側をバックグラインダ等で予め研磨しておくことが望ましい。これにより、レーザバーのへき開面側には、エッチングレートの異なるｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層１３ａ（ｘ＝０．４〜０．６）とｎ型ＧａＡｓ層１３ｂが交互に積層した多層膜部１３が露出する（図８参照）。
【００３２】
次いで、図７に示すように、スライドガラス２上にレジスト３を所定の厚みに塗布し、各レーザバーＳ_１を、発光層部１２側を下にしてスライドガラス２上に並べる。これにより、レーザバーＳ_１はスライドガラス２上に塗布されたレジスト３により発光層部１２のみ被覆される。その後、フッ化水素酸又はアンモニア系エッチャントを用いて、へき開面側に露出した多層膜部１３をウエットエッチングすることにより、図８に示すように多層膜部１３の光出射端面側に凹凸面部２０を形成する。その後、エッチングマスク１８をレジスト剥離液で除去し、レーザバーＳ_１を個々のチップサイズに分割することにより、本実施の形態３の半導体レーザ素子が完成する。
【００３３】
［実施の形態４］
図９は本発明の実施の形態３の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、多層膜部の各半導体層における厚み方向のＡｌ混晶比分布を表し、図１０は同実施の形態４の製造方法において２段階目のウエットエッチング後の状態を示す断面図である。なお、図９において、矢印Ｅは成膜方向を表している。また、図１０において、実施の形態１と同様の要素には同一の符号を付している。
【００３４】
この実施の形態４では、半導体ウエハ上に複数の半導体層を積層して多層膜部を形成するに際して、図９に示すように、各半導体層中の成膜方向（矢印Ｅ）のＡｌ混晶比を変化させる。具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１７を積層し、その後、１〜５μｍ程度のｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層３３ａを成膜方向（矢印Ｅ）にｘ＝０．３〜０．５又は０．５〜０．３の混晶比分布を持たせて複数層を積層して多層膜部３３を形成する。本実施の形態４の場合、多層膜部３３の形成に際しては、ＭＯＣＶＤ法により１層のｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層３３ａを成膜する間に、成膜するに伴ってｘ＝０．５〜０．３に変化させるべく原料ガス中のＡｌ、Ｇａ、Ａｓの割合を制御する。その後は、実施の形態１と同様に多層膜部３３上にｎ型ＧａＡｓバッファ層１２ａ、ｎ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ第１クラッド層、Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ａｓ活性層等を順次形成して発光層部を形成し、表裏両面にｐ型電極及びｎ型電極を設けて半導体レーザウエハを形成すればよい。
【００３５】
その後、得られた半導体レーザウエハの多層膜部３３側を上に向けて、ｎ型電極上に半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置にマスク開口部を有するエッチングマスクを形成する。次いで、図１０に示すように、マスク開口部から１段階目のウエットエッチングを行って半導体レーザウエハＷ_５に溝３４を形成する。このとき、溝３４の最深部の位置が、活性層１１の厚み中心から多層膜部３３側へ寸法Ｌ_１：５０μｍ離なれた位置よりも活性層１１側まで達する。その後、溝３４内に２段階目のウエットエッチングを行うことにより、露出した多層膜部３３の各ｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層３３ａ（ｘ＝０．５〜０．３）は、その厚み方向の発光層１２側（ｘ＝０．３）よりもその反対側（ｘ＝０．５）の方がエッチングレートが速いため、活性層１１に対して垂直方向の断面形状が下方（発光層部１２側）に広がった鋸歯状の凹凸面部３５が形成される。
【００３６】
このようにして製造された半導体レーザ素子は、その光出射端面側の多層膜部３３の端面が、厚み方向の断面形状が下方に広がった鋸歯状の凹凸面部３５を有するため、この凹凸面部３５に入射したレーザ戻り光は主として活性層１１とは反対側の斜め上方へ乱反射することとなり、光学系への再入射が効果的に抑制される（図１参照）。
なお、凹凸面部３５の断面形状は、上方（発光層部１２とは反対側）に広がった鋸歯状としてもよい。この場合、多層膜部の各ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層を形成するに際して、成膜方向（矢印Ｅ）にｘ＝０．３〜０．５に変化させるＡｌ混晶比とすればよい（図９参照）。
【００３７】
［実施の形態５］
図１１は本発明の実施の形態５の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、ウエットエッチング後の状態を示す断面図である。なお、図１１において、実施の形態１〜４と同様の要素には同一の符号を付している。
【００３８】
この実施の形態５では、上記実施の形態４で説明したように半導体ウエハ上の多層膜部３３の各ｎ型ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層３３ａを成膜方向にｘ＝０．５〜０．３で変化するＡｌ混晶比で形成し、さらに発光層部１２、ｐ型電極、ｎ型電極を形成し、ｎ型電極上にエッチングマスク１８を形成した半導体レーザウエハを作製する。そして、上記実施の形態３で説明したように、得られた半導体レーザウエハを、複数のレーザバーＳ_２に分割し、レジスト３が塗布されたスライドガラス２上に各レーザバーＳ_２を並べ、フッ化水素酸又はアンモニア系エッチャントを用いてウエットエッチングを行う。レーザバーＳ_２のへき開面側に露出した多層膜部１３をウエットエッチングすることにより、図１１に示すように多層膜部３３の光出射端面側に鋸歯状の凹凸面部３５が形成される。その後、エッチングマスク１８をレジスト剥離液で除去し、レーザバーＳ_２を個々のチップサイズに分割することにより、本実施の形態５の半導体レーザ素子が完成する。
【００３９】
［他の実施の形態］
１．上記実施の形態１〜５では、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子において、活性層のＡｌ混晶比を０．１３〜０．１４程度、クラッド層のＡｌ混晶比を０．４５〜０．６０程度に設定しているが、Ａｌ混晶比は、活性層及びクラッド層とも０以上で、かつ、クラッド層のＡｌ混晶比が活性層のＡｌ混晶比よりも大きい範囲であれば、任意に設定することができる。また、ＡｌＧａＡｓ系以外の半導体レーザ素子、例えばＡｌＧａＩｎＰ系や窒化物系等の他の化合物半導体素子についても同様である。
２．上記実施の形態１では、Ａｌ混晶比が異なる２種類の半導体層を交互に積層して多層膜部を形成した場合を例示したが、少なくとも隣接する半導体のＡｌ混晶比が異なれば（好ましくは大きく異なれば）よく、３種類以上の半導体層を積層して多層膜部を形成することも可能である。
３．上記実施の形態１〜５の半導体レーザ素子では、発光層部の共振器長方向側の両端面のうち一方をレーザ光が出射する出射端面としたが、発光層部の他方の端面からもレーザ光を出射させ、その戻り光を他方の凹凸面部に再入射させて乱反射させることも可能である。
４．多層膜部の凹凸面形状は、上記実施の形態のごとく、断面形状が矩形凹凸状のみの場合、あるいは鋸歯状のみの場合以外にも、これら両方を組み合わせて複雑化させた形状でもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子によれば、光ディスク用ピックアップの光源として用いた場合に、レーザ光出射端面側の多層膜部の端面におけるレーザ戻り光が当たる部分、つまり多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、凹凸面部を有するため、この凹凸面部にレーザ戻り光を確実に当てることができ、凹凸面部に当たったレーザ戻り光を散乱（乱反射）させて光学系への再入射を大幅に軽減することができ、トラッキングやノイズなどの悪影響の発生を効果的に抑制することができる。
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、光ディスクのピックアップ用光源として用いることができ、かつ戻りレーザ光を素子端面の凹凸面部に当てて乱反射させることにより光学系への再入射を抑制し、トラッキングやノイズなどの悪影響の発生を効果的に抑制することができる上記半導体レーザ素子を製造することができる。また、多層膜部の成膜に際して、ウエットエッチングによってレーザ光出射端面側の多層膜部の端面におけるレーザ戻り光が当たる部分に凹凸面部を容易に形成することができる。また、従来の第１の方法のようにＬＰＥ法を用いることなく、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等の気相成長法を用いて多層膜部を成膜することができるため、製造工程を短縮することができると共に、良好な特性の半導体レーザ素子を歩留まりよく製造することができる。また、従来の第２の方法のように半導体レーザウエハが薄くなることや、第３の方法のように深さ制御及びダイシングによる機械的ストレスによって、ウエハ破損を生じるという問題を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体レーザ素子の概略構造を示す断面図であって、光ピックアップの光源として使用された状態を表す。
【図２】同実施の形態１の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、活性層を有する半導体レーザウエハを共振器長方向から見た断面図である。
【図３】図２の半導体レーザウエハの下面を所定厚みまで切削してｎ型電極を形成した状態を示す断面図である。
【図４】図３の半導体レーザウエハのｐ型電極上にエッチングマスクを形成した状態を共振器長方向と直交する方向から見た断面図である。
【図５】図４の半導体レーザウエハのマスク開口部からウエットエッチングを行った状態を示す断面図である。
【図６】フッ化水素酸とＡｌＧａＡｓのエッチングレート混晶比依存性を表すグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態３の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、ウエットエッチング前の状態を表す。
【図８】同実施の形態３の製造方法においてウエットエッチング後の状態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、多層膜部の各半導体層における厚み方向のＡｌ混晶比分布を表す。
【図１０】同実施の形態４の製造方法において２段階目のウエットエッチング後の状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５の半導体レーザ素子の製造方法を説明する図であって、ウエットエッチング後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 活性層
１１ａ レーザ光出射端面
１２ 発光層部
１３、３３ 多層膜部
１３ａ、３３ａ ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（半導体層）
１３ｂ ＧａＡｓ層（半導体層）
２０、３５ 凹凸面部
Ａ レーザ出射光
Ｂ レーザ戻り光
Ｃ 散乱光
Ｄ 共振器長方向

Claims (9)

1. 複数の半導体層が積層されてなる多層膜部と、この多層膜部に積層された活性層とを少なくとも備え、
   前記多層膜部は、前記活性層のレーザ光出射端面側の端面に、活性層に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部を有し、
   凹凸面部は、多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 多層膜部の少なくとも隣接する各半導体層は、所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる組成である請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 多層膜部は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層（０＜ｘ≦１）からなる半導体層とＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓ層（ｙ＜ｘ）からなる半導体層が交互に積層されてなる請求項２に記載の半導体レーザ素子。
4. 多層膜部の各半導体層は、その厚さ方向の組成分布が、所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる請求項１に記載の半導体レーザ素子。
5. 多層膜部は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ層からなる半導体層が複数積層されてなり、各半導体層は厚さ方向にｘ＝０．３〜０．５の組成分布で構成されている請求項４に記載の半導体レーザ素子。
6. 半導体ウエハの表面に複数の半導体層を積層して多層膜部を形成する工程（ａ）と、
   前記多層膜部の表面に少なくとも活性層を積層して半導体レーザウエハを得る工程（ｂ）と、
   半導体レーザウエハの多層膜部側の裏面に、半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置にマスク開口部を有するエッチングマスクを形成する工程（ｃ）と、
   前記半導体レーザウエハの裏面における半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置を１段階目のウエットエッチングにより溝を形成し、その後２段階目のウエットエッチングによりこの溝の側面側に露出した多層膜部に、活性層に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部を形成する工程（ｄ）とを備え、
   前記工程（ｄ）は、多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなる前記凹凸面部を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
7. 半導体ウエハの表面に複数の半導体層を積層して多層膜部を形成する工程（ａ）と、
   前記多層膜部の表面に少なくとも活性層を積層して半導体レーザウエハを得る工程（ｂ）と、
   半導体レーザウエハの多層膜部側の裏面側に、半導体レーザ素子のレーザ光出射端面相当位置にマスク開口部を有するエッチングマスクを形成する工程（ｃ）と、
   前記半導体レーザウエハを前記マスク開口部でへき開して複数のレーザバーに分割する工程（ｅ）と、
   前記レーザバーにおける活性層のレーザ光出射端面をレジスト膜で被覆した状態でウエットエッチングして、レーザ光出射端面側の多層膜部の端面に、活性層に対して垂直方向の断面形状が凹凸状の凹凸面部を形成する工程（ｆ）とを備え、
   前記工程（ｆ）は、多層膜部における活性層とは反対側の最も離れた位置の半導体層から活性層の厚み中心より多層膜部側の５０μｍ以下の位置の間に、複数の凹部と凸部が交互に連設してなる凹凸面部を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
8. 工程（ａ）は、所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる組成の半導体層を隣接させて積層する請求項６又は７に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
9. 工程（ａ）は、所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる厚さ方向の組成分布を有する半導体層を積層する請求項６又は７に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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