JP2005191547A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 長寿命特性を有し、歩留まりを高くする半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 共振器端面を形成する２つの劈開面７０を有する半導体レーザ素子であって、ＧａＮ基板１と、基板１上に形成された低温成長バッファ層２と、低温成長バッファ層２上に形成され、表面にリッジ部４及び複数の溝７が形成された成長層３とを備え、リッジ部４は成長層３の低貫通転位密度の領域３ｂに形成され、溝７は、一方の劈開面７０から他方の劈開面７０に続くように、成長層３のリッジ部４以外の高貫通転位密度の領域３ａに形成される。
【選択図】 図１
【解決手段】 共振器端面を形成する２つの劈開面７０を有する半導体レーザ素子であって、ＧａＮ基板１と、基板１上に形成された低温成長バッファ層２と、低温成長バッファ層２上に形成され、表面にリッジ部４及び複数の溝７が形成された成長層３とを備え、リッジ部４は成長層３の低貫通転位密度の領域３ｂに形成され、溝７は、一方の劈開面７０から他方の劈開面７０に続くように、成長層３のリッジ部４以外の高貫通転位密度の領域３ａに形成される。
【選択図】 図１
Description
本発明は、光ディスクシステム等の光情報処理装置に用いられる光ピックアップ光源用の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものである。
短波長域（４００ｎｍ帯域）の光は赤色域及び赤外域の光に比べて光ディスク上での集光スポット径を小さくすることができるため、次世代高密度光ディスク用光源として、光ディスクの再生及び記録密度の向上に有効な青紫色域のレーザ光源が要望されている。よって、青紫色域のレーザ光を実現するために、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物半導体（一般式がＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮで表される）を使用した窒化物系半導体レーザ素子の研究開発が積極的に行われている。このような高密度光ディスクのアプリケーションの視点からは、再生のみならず記録にも対応するように高出力の青紫色半導体レーザ素子が求められている。現状では少なくとも３０ｍＷ以上の光出力が必要であるとされ、さらに高速書き込みを目指す上で３０ｍＷ以上の高出力特性が要望されている。
以下、従来の窒化物系半導体レーザ素子について、図９を用いて説明する。なお、以下ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、及びＡｌＧａＩｎＮ等は、それぞれＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０≦ｙ≦１）、及びＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）等を表す。
図９は、従来の窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。同半導体レーザ素子は、図９に示すように、結晶成長法によりサファイア基板１０１上に半導体層をエピタキシャル成長させて形成される。このとき、エピタキシャル成長層は、低温成長バッファ層１０２と、ｎ型のＡｌＧａＮから構成される歪抑制層１０３と、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４と、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５と、ＧａＩｎＮから構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０６と、ｐ型ＡｌＧａＮブロック層１０７と、ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層１０８と、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９と、ｐ+型ＧａＮコンタクト層１１０とが順次積層されて形成される。また、半導体レーザ素子の光導波路構造としては、エピタキシャル成長層表面に突起、つまりリッジ部を形成したいわゆるリッジ光導波路構造が採用されており、例えばＳｉＯ2等から構成される絶縁膜とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９との屈折率差により光を閉じ込めることでレーザ発振が実現される。
ところで、図９に示す構造では、サファイア基板１０１上のエピタキシャル成長層の光導波路内に１０9ｃｍ-2の密度で貫通転位が存在することとなり、貫通転位が非発光再結合となって半導体レーザ素子の長寿命化が困難となる。そこで、特許文献１に報告されている窒化物系半導体レーザ素子では、ＡＢＬＥＧ(Air-Bridge Lateral Epitaxial Over Glowth)法を用いて半導体レーザ素子を製造し、貫通転位を低減させて半導体レーザ素子の長寿命化を実現している。以下、ＡＢＬＥＧ構造を有する従来の半導体レーザ素子について、図１０を用いて説明する。
図１０は、ＡＢＬＥＧ構造を有する従来の窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。同半導体レーザ素子は、図１０に示すように、結晶成長法によりサファイア基板１１１上に半導体層をエピタキシャル成長させて形成される。このとき、エピタキシャル成長層は、低温成長バッファ層１１２と、溝１１３ａが形成されたｎ型ＡｌＧａＮ層１１３と、溝１１３ａ底部に選択的に形成されたＳｉＯ2膜１１４と、ｎ型ＡｌＧａＮ層１１３上に形成されたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１５と、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１１６と、ＧａＩｎＮから構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層と、ｐ型ＡｌＧａＮブロック層と、ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層と、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層と、ｐ+型ＧａＮコンタクト層とが順次積層されて形成される。なお、ＧａＩｎＮから構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層からｐ+型ＧａＮコンタクト層に至るまでの各層の層構造は、それぞれ図９に示されるＧａＩｎＮから構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮブロック層１０７、ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０９及びｐ+型ＧａＮコンタクト層１１０と基本的に同じであるので、図１０においては図示しない。
次に、上記ＡＢＬＥＧ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
まず、結晶成長法によりサファイア基板１１１上に低温成長バッファ層１１２及びｎ型ＡｌＧａＮ層１１３を順次形成した後、いったん結晶成長を終了させてｎ型ＡｌＧａＮ層１１３に溝１１３ａを形成し、溝１１３ａ底部に選択的にＳｉＯ2膜１１４を形成する。その後、結晶成長法によりｎ型ＡｌＧａＮ層１１３上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１５、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１１６、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、ｐ型ＡｌＧａＮブロック層、ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層及びｐ+型ＧａＮコンタクト層を順次形成する。このとき、選択的に形成されたＳｉＯ2膜１１４上方においてｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１５は横方向成長するため、貫通転位は低減し、結果的にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１５からｐ+型ＧａＮコンタクト層に至るまでの層における貫通転位の密度は低くなる。よって、製造される半導体レーザ素子については光ディスク応用に向けて実用化レベルにまで近づいている。
特開２００２−２６１０３３号公報
しかしながら、ＡＢＬＥＧ構造を有する従来の半導体レーザ素子においては、図１１に示すように、劈開時に貫通転位１１７の多い選択成長接合領域、いわゆるシード（seed）領域から新しいクラック１１８が発生する。このクラック１１８は湾曲して半導体レーザ素子の光導波路領域に到達するため、光導波路領域にクラックが多発し、半導体レーザ素子が低寿命化するという問題がある。また、半導体レーザ素子製造時における歩留まりが低くなるという問題がある。
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、長寿命特性を有し、歩留まりを高くする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。
上記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ素子は、共振器を形成する２つの劈開面を有する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板上に形成され、光導波路が形成された第１窒化物半導体層とを備え、前記第１窒化物半導体層は、前記光導波路以外の部分に、一方の前記劈開面から他方の前記劈開面に続く光導波路に沿った溝を有することを特徴とする。
これによって、劈開時に生じるクラックは溝にて終端される形で形成され易いので、光導波路部分にクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、長寿命特性を有し、歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
ここで、前記第１窒化物半導体層は、前記劈開面に沿って異なる貫通転移密度の第１領域及び第２領域を表面に有し、前記第１領域の貫通転移密度は、前記第２領域の貫通転移密度よりも高く、前記溝は、前記第１領域に形成され、前記光導波路は、前記第２領域に形成されてもよい。
これによって、光導波路を低貫通転移密度の領域に形成することができるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。また、低貫通転移密度の領域が共振器に沿って形成されることとなるので、共振器を構成する劈開面と垂直な方向に劈開してチップを形成する際に、低貫通転移密度の領域で劈開することができる。すなわち、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記第１窒化物半導体層は、貫通転移密度の異なる複数の前記第１領域を表面に有し、前記溝は、前記複数の第１領域のうちの最も貫通転移密度の高い第１領域に形成されてもよいし、前記基板は、前記劈開面に沿って異なる貫通転移密度の第３領域及び第４領域が周期的に並んだ周期構造を有し、前記第３領域の貫通転移密度は、前記第４領域の貫通転移密度よりも高く、前記溝及び光導波路は、前記溝が前記第３領域上方に位置し、前記光導波路が前記第４領域上方に位置するように、前記周期構造にあわせて形成されてもよい。
これによって、貫通転移が集中した領域に溝を形成することができるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記半導体レーザ素子は、さらに、前記基板と前記第１窒化物半導体層との間に形成された第２窒化物半導体層と、前記第２窒化物半導体層と前記第１窒化物半導体層との間に形成された膜とを備え、前記膜は、前記溝下方に位置してもよいし、前記半導体レーザ素子は、ＡＢＬＥＧ(Air-Bridge Lateral Epitaxial Over Glowth)構造あるいはＥＬＯＧ（Epitaxial Lateral Over Glowth）構造を有してもよい。
これによって、第１窒化物半導体層が第２窒化物半導体層より横方向成長する形で形成され、第１窒化物半導体層の貫通転移密度は低減される。そして、光導波路はこの貫通転移密度が低減された第１窒化物半導体層に形成されるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記膜と前記第１窒化物半導体層との間には、空隙が形成され、前記空隙は、前記膜上方にのみ位置してもよい。
これによって、横方向の成長が下地の膜の影響をより受けにくくなり、第１窒化物半導体層の貫通転移密度がより低減され、また基板と窒化物半導体層との熱膨張係数差による歪みの影響も低減されるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記膜は、誘電体膜あるいは金属膜であってもよい。
これによって、空隙の下に存在する第２窒化物半導体層で成長しにくく、第１窒化物半導体層の形成をより横方向成長が支配的な形で行うことが可能となる。結果として、第１窒化物半導体層の横方向成長部分に光導波路を形成した場合には、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
これによって、空隙の下に存在する第２窒化物半導体層で成長しにくく、第１窒化物半導体層の形成をより横方向成長が支配的な形で行うことが可能となる。結果として、第１窒化物半導体層の横方向成長部分に光導波路を形成した場合には、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のいずれかの材料より構成されてもよい。
これによって、第１窒化物半導体層を横方向成長させて窒化物半導体層の貫通転移密度を低減することができるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記溝は、前記劈開面に垂直な方向に形成されてもよい。
これによって、溝と劈開面とは垂直に交わることとなり、劈開時のクラックが光導波路部分により生じにくくなるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
これによって、溝と劈開面とは垂直に交わることとなり、劈開時のクラックが光導波路部分により生じにくくなるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記第１窒化物半導体層は、リッジ光導波路構造及び複数の前記溝を有し、前記複数の溝は、リッジ部を挟み込むように位置してもよい。
これによって、溝によって貫通転移を止めることができ、光導波路を低貫通転移密度の領域に形成することができるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記溝の深さは、０．０５〜５．０μｍであってもよいし、前記溝の幅は、０．５〜５０μｍであってもよい。
これによって、例えば貫通転移密度の高い領域より発生したクラックが湾曲した場合でも、クラックは溝に導かれて光導波路部分には到達しないので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子を実現することができる。
また、前記基板は、サファイア、ＧａＮ及びＳｉCのいずれかの材料より構成されてもよい。
これによって、窒化物半導体層の結晶性が改善されるので、高出力、低動作電流かつ長寿命の半導体レーザ素子を実現することができる。
また、本発明は、基板上に窒化物半導体層を形成する半導体層形成ステップと、前記窒化物半導体層に光導波路を形成する光導波路形成ステップと、前記窒化物半導体層の光導波路以外の部分に光導波路に沿って溝を形成する溝形成ステップと、前記溝を横切るように前記光導波路方向に垂直な劈開面を形成する劈開面形成ステップとを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法とすることもできる。
これによって、劈開時に生じるクラックは溝にて終端される形で形成されやすいので、光導波路部分にクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、長寿命特性を有し、歩留まりの高い半導体レーザ素子の製造方法を実現することができる。
ここで、前記溝形成ステップにおいて、前記窒化物半導体層表面の前記光導波路が形成された領域よりも貫通転移密度の高い領域に溝を形成してもよい。
これによって、光導波路を低貫通転移密度の領域に形成することができるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子の製造方法を実現することができる。
また、前記半導体層形成ステップにおいて、前記基板上に第１窒化物半導体層を形成した後、前記第１窒化物半導体層上に膜を形成し、前記膜が形成された第１窒化物半導体層上に第２窒化物半導体層を形成して前記窒化物半導体層を形成してもよい。
これによって、第２窒化物半導体層は第１窒化物半導体層より横方向成長する形で形成され、第２窒化物半導体層の貫通転移密度は低減される。そして、光導波路はこの貫通転移密度が低減された第２窒化物半導体層に形成されるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子の製造方法を実現することができる。
また、前記溝形成ステップにおいて、前記膜上方の前記窒化物半導体層に前記溝を形成してもよい。
これによって、溝の位置で貫通転移を止めることができ、光導波路を低貫通転移密度の領域に形成することができるので、さらに良好な長寿命特性を有し、さらに歩留まりの高い半導体レーザ素子の製造方法を実現することができる。
本発明に係る半導体レーザ素子によれば、ＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子において、例えば貫通転移が集まっている部分等、クラックが発生しやすい部分をエッチング等で掘り込み、溝を形成することによって、劈開により共振器端面を形成する際に発生していたクラックを、従来と比較して生じにくくすること、及びクラックの湾曲を未然に防ぐことが可能となり、クラックフリーのレーザ端面を再現性良く実現することができる。
よって、本発明により、長寿命特性を有し、歩留まりを高くする半導体レーザ素子を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。
以下、本発明の実施の形態における半導体レーザ素子について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す外観図である。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造を示す外観図である。
本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、結晶成長法によりＧａＮ基板１上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて形成される。
このとき、窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮから構成される低温成長バッファ層２と、ＧａＮ系半導体多層膜から構成され、一方の劈開面７０から他方の劈開面７０に続く複数の溝７が表面に形成された成長層３とが順次積層されて形成される。また、半導体レーザ素子の光導波路構造としては、成長層３表面に突起、つまりリッジ部４を形成したいわゆるリッジ光導波路構造が採用されており、電流狭窄のための絶縁膜６を用いて光を閉じ込めることでレーザ発振が実現される。さらに、リッジ部４上にはｐ型電極５が形成され、窒化物半導体層が形成されていないＧａＮ基板１裏面にはｎ型電極９が形成されている。
なお、成長層３を構成する層及び低温成長バッファ層２の具体的な組成、層厚及びキャリア密度等ついては表１に示す。
溝７は、成長層３の光導波路以外の部分に、劈開面７０に達するように光導波路に沿って光導波路方向（図１におけるＡ方向）と平行な方向に形成される。つまり、溝７は、劈開方向（図１におけるＢ方向）と垂直な方向に形成される。このとき、複数の溝７は、リッジ部４を挟み込むように位置する。
以下、上記構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について図２Ａ〜図２Ｆの半導体レーザ素子の断面図（半導体レーザ素子の劈開面における断面図）を参照して説明する。
まず、図２Ａに示すように、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、以下MOCVD法という）、あるいは分子線エピタキシャル成長法（Molecular Beam Epitaxy、以下MBE法という）等の結晶成長法により、ＧａＮ基板１上に低温成長バッファ層２及び成長層３を順次形成する。
このとき、成長層３は、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、量子井戸活性層、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層（図外）を含んでいる。なお、量子井戸活性層の代わりに、層厚が１０ｎｍ以上のバルク活性層を用いてもよい。
次に、図２Ｂに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えば反応性イオンエッチング法（Reactive Ion Etching、以下RIE法という）あるいはプラズマエッチング法（Inductively Coupled Plasma、以下ICP法という）等のドライエッチング法とを用いて、成長層３の低貫通転位密度の領域３ｂに光導波路を形成する。すなわち、成長層３を途中までエッチングし、電流狭窄及び活性層で発光する光を閉じ込めるための所定幅のストライプ状のリッジ部４を形成する。なお、ストライプ状とは、光導波路方向に続く切れ目の無い凸部が劈開方向に周期的に形成されている状態をいう。
このとき、リッジ部４のリッジ幅は出来る限り狭い方が良いが、狭すぎると動作電圧の上昇を招く。よって、リッジ幅は１．２〜２．０μｍの範囲内で設定され、例えば１．５μｍとされる。
次に、図２Ｃに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法あるいはスパッタリング法等により、電流狭窄のための例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜６を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、リッジ部４上部及びリッジ部４周辺以外の部分の絶縁膜６を除去する。
次に、レジストを全面に塗付した後、ドライエッチングによりレジストを削り、リッジ部４上部のみを露出させる。その後、図２Ｄに示すように、例えば電子ビーム蒸着法（Electron Beam、以下EB法という）によりｐ型電極を構成する材料を全面に蒸着し、リフトオフ法によりｐ型電極５を形成する。
次に、図２Ｅに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、光導波路に沿う溝７を成長層３の高貫通転位密度の領域３ａに形成する。
このとき、溝７の深さはクラックを未然に防ぐために出来る限り深い方が良いが、深すぎると劈開の際に溝７を起点とした割れが発生してしまうため、０．０５〜５．０μｍの範囲内で設定され、例えば１．０μｍとされる。また、溝７の幅はクラックの伝播を出来る限り少なくするために広い方が良く、０．５〜５０μｍの範囲内で設定され、例えば５．０μｍとされる。さらに、溝７はリッジ部４を避けて周期的に形成され、その周期は、５〜３０μｍの範囲内で設定され、例えば１５μｍとされる。
最後に、図２Ｆに示すように、ＥＢ法によりＧａＮ基板１の裏面の全面上にｎ型電極９を形成する。これによって、図２Gに示すように、複数の窒化物系半導体レーザ素子が形成されたウエハが形成される。ここで、複数の溝７のそれぞれは複数の光導波路のそれぞれに沿ってウエハを横切る。その後、溝７を横切るように光導波路方向に垂直な劈開方向にウエハを劈開して２つの劈開面を形成し、共振器を形成する劈開工程が行われる。なお、劈開方向と垂直な方向への劈開、つまりチップを形成するための劈開は、成長層３の貫通転移が少ない領域、例えば低貫通転位密度の領域３ｂにて行われる。
以上のように、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子によれば、リッジ部４は成長層３の低貫通転位密度の領域３ｂに形成され、成長層３の高貫通転位密度の領域３ａには溝７が形成される。よって、高貫通転位密度の領域で発生したクラックを溝７に導き、高貫通転位密度の領域で発生したクラックが湾曲して半導体レーザ素子の光導波路領域に到達することを未然に防ぐことができるので、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、光導波路付近にクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、長寿命特性を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子によれば、溝７は成長層３の高貫通転位密度の領域３ａに形成される。よって、高貫通転位密度の領域でクラックが発生する可能性を減らし、かつ高貫通転位密度の領域で発生したクラックを効率良く溝に導くことができるので、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、光導波路付近にさらにクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、さらに良好な長寿命特性を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法によれば、共振器を形成する劈開工程を行う前に溝７が形成される。よって、劈開時に生じるクラックを減少させる、もしくはクラックの湾曲を未然に防ぐことが可能となるので、クラックフリーのレーザ端面を有する窒化物系半導体レーザ素子を実現することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子製造時における歩留まりを高くすることができる。
また、劈開を容易にする目的で、エピタキシャル層が形成される基板を薄くする場合には、ｎ型電極９を形成する前に、基板を研削や研磨する工程を含んでいてもよい。
また、エピタキシャル層が形成される基板としてＧａＮ基板１を例示したが、他の材料系の基板、例えばＳｉＣ基板及びサファイア基板等が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、絶縁膜６としてＳｉＯ2から構成される絶縁膜を例示したが、他の材料系から構成される絶縁膜、例えばＮｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4及びＡｌＮ等から構成される絶縁膜が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁膜６を形成してからｐ型電極５を形成し、その後に溝７を形成するとした。しかし、絶縁膜６を形成する工程、ｐ型電極５を形成する工程、及び溝７を形成する工程の順序は異なってもよく、同様の効果が得られる。
また、溝７は成長層３に形成されるとしたが、低温成長バッファ層２及びＧａＮ基板１にも形成されてもよい。すなわち、窒化物系半導体レーザ素子には、成長層３表面からＧａＮ基板１まで到達する深さの溝７が形成されてもよい。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態のＡＢＬＥＧ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の外観図である。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態のＡＢＬＥＧ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の外観図である。
本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、結晶成長法によりサファイア基板１０上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて形成される。
このとき、窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮから構成される低温成長バッファ層１１と、ＧａＮから構成され、表面に複数のストライプ状の凸部１２ｂが形成された下地層１２と、ＧａＮ選択成長層１４と、ｎ型ＧａＮコンタクト層１５と、ＧａＮ系半導体多層膜から構成され、一方の劈開面８０から他方の劈開面８０に続く複数の溝２１が表面に形成された成長層１６とが順次積層されて形成される。また、半導体レーザ素子の光導波路構造としては、成長層１６表面にリッジ部１７を形成したいわゆるリッジ光導波路構造が採用されており、電流狭窄のための絶縁膜１８を用いて光を閉じ込めることでレーザ発振が実現される。さらに、リッジ部１７上にはｐ型電極１９が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層１５上にはｎ型電極２０が形成されている。さらにまた、下地層１２及び低温成長バッファ層１１とＧａＮ選択成長層１４、ｎ型ＧａＮコンタクト層１５及び成長層１６との間の、下地層１２の凹部１２ａ表面には例えばＳｉＯ2あるいはＳｉＮ等の絶縁膜から構成されるマスク膜１３が形成されており、マスク膜１３とＧａＮ選択成長層１４との間には空隙が形成されている。なお、ストライプ状とは、光導波路方向（図３におけるＡ方向）に続く切れ目の無い凸部が劈開方向（図３におけるＢ方向）に周期的に形成されている状態をいう。
なお、成長層１６を構成する層、低温成長バッファ層１１、下地層１２、ＧａＮ選択成長層１４及びｎ型ＧａＮコンタクト層１５の具体的な組成、層厚及びキャリア密度等ついては表２に示す。
溝２１は、成長層１６の光導波路以外の部分に、劈開面８０に達するように光導波路に沿って光導波路方向と平行な方向に形成される。つまり、溝２１は、共振器を構成する２つの劈開面８０を形成するための劈開方向と垂直な方向に形成される。このとき、複数の溝２１は、リッジ部１７を挟み込むように位置する。
以下、上記構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について図４Ａ〜図４Ｉの半導体レーザ素子の断面図（半導体レーザ素子の劈開方向での断面図）を参照して説明する。
まず、図４Ａに示すように、例えばＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法等の結晶成長法により、サファイア基板１０上に低温成長バッファ層１１及び下地層１２を順次形成する。
次に、図４Ｂに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、下地層１２を途中までエッチングし、所定幅のストライプ状の凸部１２ｂを形成する。
このとき、凸部１２ｂ及び凹部１２ａの幅は、劈開時のクラックの伝播を出来る限り少なくすることを目的として選択成長接合部を少なくするために、出来る限り広い方が良いが、広すぎると横方向成長による貫通転位密度の低減という効果が小さくなるため、凹部１２ａの幅は５〜３０μｍの範囲内で設定され、例えば１５μｍとされ、凸部１２ｂの幅は２〜５μｍの範囲内で設定され、例えば５μｍとされる。
次に、図４Ｃに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法あるいはスパッタリング法等により、例えばＳｉＯ2あるいはＳｉＮ等の絶縁膜から構成されるマスク膜１３を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法と、ＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、下地層１２の凸部１２ｂ上方のマスク膜１３を除去する。
次に、図４Ｄに示すように、例えばＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、表面にマスク膜１３が形成された下地層１２上に、ＧａＮ選択成長層１４、ｎ型ＧａＮコンタクト層１５及びＧａＮ系半導体多層膜から構成される成長層１６を順次形成する。
このとき、ＧａＮ系半導体多層膜から構成される成長層１６は、ｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、量子井戸活性層、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層を含んでいる。なお、量子井戸活性層の代わりに、層厚が１０ｎｍ以上のバルク活性層を用いてもよい。
次に、図４Ｅに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、成長層１６の第３領域１６ｃに光導波路を形成する。すなわち、ＧａＮ系半導体多層膜から構成される成長層１６を途中までエッチングし、電流狭窄及び活性層で発光する光を狭窄するための所定幅のストライプ状のリッジ部１７を形成する。
このとき、リッジ部１７のリッジ幅は出来る限り狭い方が良いが、狭すぎると動作電圧の上昇を招く。よって、リッジ幅は１．２〜２．０μｍの範囲内で設定され、例えば１．５μｍとされる。
次に、図４Ｆに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法あるいはスパッタリング法等により、電流狭窄のための例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜１８を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、リッジ部１７上部及びリッジ部１７周辺以外の部分の絶縁膜１８を除去する。
次に、レジストを全面に塗付した後、ドライエッチングによりレジストを削り、リッジ部１７上部のみを露出させる。その後、図４Ｇに示すように、例えばＥＢ法によりｐ型電極１９を構成する材料を全面に蒸着し、リフトオフ法によりｐ型電極１９を形成する。
次に、図４Ｈに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、ｎ型電極２０を形成するために、リッジ部１７が形成されていない領域をｎ型ＧａＮコンタクト層１５に到達するまでエッチングする。その後、フォトリソグラフィ法と、例えばＥＢ法とによりｎ型電極２０を構成する材料を全面に蒸着し、リフトオフ法によりｎ型電極２０を形成する。
最後に、図４Ｉに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて光導波路に沿う溝２１を成長層１６の第２領域１６ｂに形成する。これによって、図４Ｊに示すように、複数の窒化物系半導体レーザ素子が形成されたウエハが形成される。ここで、複数の溝２１のそれぞれは複数の光導波路のそれぞれに沿ってウエハを横切る。その後、溝２１を横切るように光導波路方向に垂直な劈開方向にウエハを劈開して２つの劈開面を形成し、共振器を形成する劈開工程が行われる。なお、劈開方向と垂直な方向への劈開、つまりチップを形成するための劈開は、成長層１６の貫通転移が少ない領域、例えば第３領域１６ｃにて行われる。
このとき、溝２１の深さはクラックを未然に防ぐために出来る限り深い方が良いが、深すぎると劈開の際に溝２１を起点とした割れが発生してしまうため、０．０５〜５．０μｍの範囲内で設定され、例えば１．０μｍとされる。また、溝２１の幅はクラックの伝播を出来る限り少なくするために広い方が良く、０．５〜５０μｍの範囲内で設定され、例えば５．０μｍとされる。さらに、溝２１はリッジ部１７を避けて周期的に形成され、その周期は、５〜３０μｍの範囲内で設定され、例えば１５μｍとされる。
以上のように、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子によれば、リッジ部１７は成長層１６の低貫通転位密度の領域に形成され、成長層１６の貫通転位密度が最も高い領域には溝２１が形成される。よって、選択成長接合部及び下地層の凸部で発生したクラックを溝に導き、選択成長接合部及び下地層の凸部で発生したクラックが湾曲して半導体レーザ素子の光導波路領域に到達することを未然に防ぐことができるので、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、光導波路、すなわちリッジ部にクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、長寿命特性を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子によれば、溝２１は選択成長接合部１４ａの上方に形成される。よって、選択成長接合部でクラックが発生する可能性を減らし、かつ選択成長接合部で発生したクラックを効率良く溝に導くことができるので、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、光導波路付近にさらにクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、さらに良好な長寿命特性を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法によれば、共振器端面を形成する劈開工程を行う前に溝２１が形成される。よって、劈開時に生じるクラックを減少させる、もしくはクラックの湾曲を未然に防ぐことが可能となるので、クラックフリーのレーザ端面を有する窒化物系半導体レーザ素子を実現することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子製造時における歩留まりを高くすることができる。
なお、エピタキシャル層が形成される基板としてサファイア基板１０を例示したが、他の材料系の基板、例えばＳｉＣ基板及びＧａＮバルク基板等が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、ＳｉＯ2あるいはＳｉＮ等の絶縁膜から構成されるマスク膜１３を例示したが、他の材料系から構成されるマスク膜、例えばＮｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＳｉ3Ｎ4等の絶縁膜及び金属膜から構成されるマスク膜が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、絶縁膜１８としてＳｉＯ2から構成される絶縁膜を例示したが、他の材料系から構成される絶縁膜、例えばＮｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＳｉ3Ｎ4等から構成される絶縁膜が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁膜１８を形成してからｐ型電極１９及びｎ型電極２０を形成し、その後に溝２１を形成するとした。しかし、絶縁膜１８を形成する工程、ｐ型電極１９を形成する工程、ｎ型電極２０を形成する工程、及び溝２１を形成する工程の順序は異なってもよく、同様の効果が得られる。
また、溝２１は成長層１６に形成されるとしたが、低温成長バッファ層１１、下地層１２、ＧａＮ選択成長層１４及びｎ型ＧａＮコンタクト層１５に形成されてもよい。すなわち、窒化物系半導体レーザ素子には、成長層１６表面からサファイア基板１０表面まで到達する深さの溝２１が形成されてもよい。
（第３の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態のＥＬＯＧ（Epitaxial Lateral Over Glowth）法を用いて製造されるＥＬＯＧ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の外観図である。
（第３の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態のＥＬＯＧ（Epitaxial Lateral Over Glowth）法を用いて製造されるＥＬＯＧ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の外観図である。
本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、結晶成長法によりサファイア基板３０上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて形成される。
このとき、窒化物半導体層は、ＡｌＧａＮから構成される低温成長バッファ層３１と、ＧａＮから構成される下地層３２と、ＧａＮ選択成長層３４と、ｎ型ＧａＮコンタクト層３５と、ＧａＮ系半導体多層膜から構成され、一方の劈開面９０から他方の劈開面９０に続く複数の溝４１が表面に形成された成長層３６とが順次積層されて形成される。また、半導体レーザ素子の光導波路構造としては、成長層３６表面にリッジ部３７を形成したいわゆるリッジ光導波路構造が採用されており、電流狭窄のための絶縁膜３８を用いて光を閉じ込めることでレーザ発振が実現される。さらに、リッジ部３７上にはｐ型電極３９が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層３５上にはｎ型電極４０が形成されている。さらにまた、下地層３２及び低温成長バッファ層３１とＧａＮ選択成長層３４、ｎ型ＧａＮコンタクト層３５及び成長層３６との間の、下地層３２表面には例えばＳｉＯ2あるいはＳｉＮ等の絶縁膜から構成される複数のストライプ状のマスク膜３３が形成されており、マスク膜３３とＧａＮ選択成長層３４との間には空隙が形成されている。なお、ストライプ状とは、光導波路方向（図５におけるＡ方向）に続く切れ目の無い凸部が劈開方向（図５におけるＢ方向）に周期的に形成されている状態をいう。
なお、成長層３６を構成する層、低温成長バッファ層３１、下地層３２、ＧａＮ選択成長層３４及びｎ型ＧａＮコンタクト層３５の具体的な組成、層厚及びキャリア密度等ついては表３に示す。
溝４１は、成長層３６の光導波路以外の部分に、劈開面９０に達するように光導波路に沿って光導波路方向と平行な方向に形成される。つまり、溝４１は、共振器を構成する２つの劈開面９０を形成するための劈開方向と垂直な方向に形成される。このとき、複数の溝４１は、リッジ部３７を挟み込むように位置する。
以下、上記構造を有する窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について図６Ａ〜図６Ｈの半導体レーザ素子の断面図（半導体レーザ素子の劈開方向での断面図）を参照して説明する。
まず、図６Ａに示すように、例えばＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法等の結晶成長法により、サファイア基板３０上に低温成長バッファ層３１及び下地層３２を順次形成する。
次に、図６Ｂに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法あるいはスパッタリング法等により、例えばＳｉＯ2等の絶縁膜から構成されるマスク膜３３を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法と、ＲＩＥ法等のドライエッチング法あるいはＢＨＦ（フッ酸／フッ化アンモニウム水溶液）を用いたウェットエッチング法とを用いて、ＳｉＯ2等の絶縁膜から構成されるストライプ状のマスク膜３３を形成する。
次に、図６Ｃに示すように、例えばＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、表面にマスク膜３３が形成された下地層３２上に、ＧａＮ選択成長層３４、ｎ型ＧａＮコンタクト層３５及びＧａＮ系半導体多層膜から構成される成長層３６を順次形成する。
このとき、ＧａＮ系半導体多層膜から構成される成長層３６は、ｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、量子井戸活性層、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層を含んでいる。なお、量子井戸活性層の代わりに、層厚が１０ｎｍ以上のバルク活性層を用いてもよい。
次に、図６Ｄに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、成長層３６の第３領域３６ｃに光導波路を形成する。すなわち、ＧａＮ系半導体多層膜から構成される成長層３６を途中までエッチングし、電流狭窄及び活性層で発光する光を狭窄するための所定幅のストライプ状のリッジ部３７を形成する。
このとき、リッジ部３７のリッジ幅は出来る限り狭い方が良いが、狭すぎると動作電圧の上昇を招く。よって、リッジ幅は１．２〜２．０μｍの範囲内で設定され、例えば１．５μｍとされる。
次に、図６Ｅに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法あるいはスパッタリング法等により、電流狭窄のための例えばＳｉＯ2からなる絶縁膜３８を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、リッジ部３７上部及びリッジ部３７周辺以外の部分の絶縁膜３８を除去する。
次に、レジストを全面に塗付した後、ドライエッチングによりレジストを削り、リッジ部３７上部のみを露出させる。その後、図６Ｆに示すように、例えばＥＢ法によりｐ型電極３９を構成する材料を全面に蒸着し、リフトオフ法によりｐ型電極３９を形成する。
次に、図６Ｇに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて、ｎ型電極４０を形成するために、リッジ部３７が形成されていない領域をｎ型ＧａＮコンタクト層３５に到達するまでエッチングする。その後、フォトリソグラフィ法と、例えばＥＢ法とによりｎ型電極４０を構成する材料を全面に蒸着し、リフトオフ法によりｎ型電極４０を形成する。
最後に、図６Ｈに示すように、フォトリソグラフィ法と、例えばＲＩＥ法あるいはＩＣＰ法等のドライエッチング法とを用いて光導波路に沿う溝４１を成長層３６の第２領域３６ｂに形成する。これによって、図６Ｉに示すように、複数の窒化物系半導体レーザ素子が形成されたウエハが形成される。ここで、複数の溝４１のそれぞれは複数の光導波路のそれぞれに沿ってウエハを横切る。その後、溝４１を横切るように光導波路方向に垂直な劈開方向にウエハを劈開して２つの劈開面を形成し、共振器端面を形成する劈開工程が行われる。なお、劈開方向と垂直な方向への劈開、つまりチップを形成するための劈開は、成長層３６の貫通転移が少ない領域、例えば第３領域３６ｃにて行われる。
このとき、溝４１の深さはクラックを未然に防ぐために出来る限り深い方が良いが、深すぎると劈開の際に溝４１を起点とした割れが発生してしまうため、０．０５〜５．０μｍの範囲内で設定され、例えば１．０μｍとされる。また、溝４１の幅はクラックの伝播を出来る限り少なくするために広い方が良く、０．５〜５０μｍの範囲内で設定され、例えば５．０μｍとされる。さらに、溝４１はリッジ部３７を避けて周期的に形成され、その周期は、５〜３０μｍの範囲内で設定され、例えば１５μｍとされる。
以上のように、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子によれば、リッジ部３７は成長層３６の低貫通転位密度の領域に形成され、成長層３６の貫通転位密度が最も高い領域には溝４１が形成される。よって、選択成長接合部及びマスク膜間で発生したクラックを溝に導き、選択成長接合部及びマスク膜間で発生したクラックが湾曲して半導体レーザ素子の光導波路領域に到達することを未然に防ぐことができるので、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、光導波路付近にクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、長寿命特性を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子によれば、溝４１は選択成長接合部３４ａの上方に形成される。よって、選択成長接合部でクラックが発生する可能性を減らし、かつ選択成長接合部で発生したクラックを効率良く溝に導くことができるので、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子は、光導波路付近にさらにクラックが無い半導体レーザ素子を実現することができる。すなわち、さらに良好な長寿命特性を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法によれば、共振器端面を形成する劈開工程を行う前に溝４１が形成される。よって、劈開時に生じるクラックを減少させる、もしくはクラックの湾曲を未然に防ぐことが可能となるので、クラックフリーのレーザ端面を有する窒化物系半導体レーザ素子を実現することができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子製造時における歩留まりを高くすることができる。
なお、エピタキシャル層が形成される基板としてサファイア基板３０を例示したが、他の材料系の基板、例えばＳｉＣ基板及びＧａＮバルク基板等が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、ＳｉＯ2等の絶縁膜から構成されるマスク膜３３を例示したが、他の材料系から構成されるマスク膜、例えばＮｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＳｉ3Ｎ4等の絶縁膜及び金属膜から構成されるマスク膜が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、絶縁膜３８としてＳｉＯ2から構成される絶縁膜を例示したが、他の材料系から構成される絶縁膜、例えばＮｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3及びＳｉ3Ｎ4等から構成される絶縁膜が用いられてもよく、同様の効果が得られる。
また、本実施の形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁膜３８を形成してからｐ型電極３９及びｎ型電極４０を形成し、その後に溝４１を形成するとした。しかし、絶縁膜３８を形成する工程、ｐ型電極３９を形成する工程、ｎ型電極４０を形成する工程、及び溝４１を形成する工程の順序は異なってもよく、同様の効果が得られる。
また、溝４１は成長層３６に形成されるとしたが、低温成長バッファ層３１、下地層３２、ＧａＮ選択成長層３４及びｎ型ＧａＮコンタクト層３５に形成されてもよい。すなわち、窒化物系半導体レーザ素子には、成長層３６表面からサファイア基板３０表面まで到達する深さの溝４１が形成されてもよい。
以上、本発明に係る半導体レーザ素子について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形または修正が可能であることはいうまでもない。
例えば、上記実施の形態では、溝は複数の貫通転位多発部分の上方にそれぞれ１つ形成されるとした。しかし、図７に示されるように、リッジ部５０が形成されたエピタキシャル層５１の貫通転位５２が集中する貫通転位多発部分５３に、複数の溝５４が形成されてもよい。
また、本発明は段差成長法を用いて製造される半導体レーザ素子に適用されてもよい。この場合には、図８に示されるように、溝６６は、リッジ部６０が形成されたエピタキシャル層６１表面に、低貫通転移領域と隣接して位置し、貫通転位６２が集中して貫通転位多発部分６３となるＧａＮ層６４表面の凹部６５上方に位置するように形成される。
また、上記実施の形態では、光導波路構造を有するエピタキシャル層として、ＧａＮ系半導体材料から構成されるＧａＮ系半導体多層膜を例示した。しかし、光導波路構造を有するエピタキシャル層として、他の３族窒化物半導体材料から構成される半導体多層膜が用いられても構わない。
本発明は、窒化物系半導体レーザ素子及びその製造方法に利用でき、特に良好な劈開面を有する光ディスク用の高出力青紫色レーザ素子等に利用することができる。
１ ＧａＮ基板
２、１１、３１、１０２、１１２ 低温成長バッファ層
３、１６、３６ 成長層
３ａ 高貫通転移密度の領域
３ｂ 低貫通転移密度の領域
４、１７、３７、５０、６０ リッジ部
５、１９、３９ ｐ型電極
６、１８、３８ 絶縁膜
７、１４、２１、４１、５４、６６、１１３ａ 溝
８、５２、６２、１１７ 貫通転位
９、２０、４０ ｎ型電極
１０、３０、１０１、１１１ サファイア基板
１２、３２ 下地層
１２ａ、３４ｂ、６５ 凹部
１２ｂ 凸部
１３、３３ マスク膜
１４、３４ ＧａＮ選択成長層
１５、３５ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１６ａ、３６ａ 第１領域
１６ｂ、３６ｂ 第２領域
１６ｃ、３６ｃ 第３領域
３４ａ 選択成長接合部
５３、６３ 貫通転位多発部分
５１、６１ エピタキシャル層
６４ ＧａＮ層
７０、８０、９０ 劈開面
１０３ 歪抑制層
１０４ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０５、１１６ n型ＧａＮ光ガイド層
１０６ 多重量子井戸活性層
１０７ ｐ型ＡｌＧａＮブロック層
１０８ p型ＡｌＧａＮ光ガイド層
１０９ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１０ p+型ＧａＮコンタクト層
１１３ ｎ型ＡｌＧａＮ層
１１４ ＳｉＯ2膜
１１５ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１６ n型ＧａＮ光ガイド層
１１８ クラック
２、１１、３１、１０２、１１２ 低温成長バッファ層
３、１６、３６ 成長層
３ａ 高貫通転移密度の領域
３ｂ 低貫通転移密度の領域
４、１７、３７、５０、６０ リッジ部
５、１９、３９ ｐ型電極
６、１８、３８ 絶縁膜
７、１４、２１、４１、５４、６６、１１３ａ 溝
８、５２、６２、１１７ 貫通転位
９、２０、４０ ｎ型電極
１０、３０、１０１、１１１ サファイア基板
１２、３２ 下地層
１２ａ、３４ｂ、６５ 凹部
１２ｂ 凸部
１３、３３ マスク膜
１４、３４ ＧａＮ選択成長層
１５、３５ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１６ａ、３６ａ 第１領域
１６ｂ、３６ｂ 第２領域
１６ｃ、３６ｃ 第３領域
３４ａ 選択成長接合部
５３、６３ 貫通転位多発部分
５１、６１ エピタキシャル層
６４ ＧａＮ層
７０、８０、９０ 劈開面
１０３ 歪抑制層
１０４ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０５、１１６ n型ＧａＮ光ガイド層
１０６ 多重量子井戸活性層
１０７ ｐ型ＡｌＧａＮブロック層
１０８ p型ＡｌＧａＮ光ガイド層
１０９ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１０ p+型ＧａＮコンタクト層
１１３ ｎ型ＡｌＧａＮ層
１１４ ＳｉＯ2膜
１１５ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１６ n型ＧａＮ光ガイド層
１１８ クラック
Claims (18)
- 共振器を形成する２つの劈開面を有する半導体レーザ素子であって、
基板と、
前記基板上に形成され、光導波路が形成された第１窒化物半導体層とを備え、
前記第１窒化物半導体層は、前記光導波路以外の部分に、一方の前記劈開面から他方の前記劈開面に続く光導波路に沿った溝を有する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記第１窒化物半導体層は、前記劈開面に沿って異なる貫通転移密度の第１領域及び第２領域を表面に有し、
前記第１領域の貫通転移密度は、前記第２領域の貫通転移密度よりも高く、
前記溝は、前記第１領域に形成され、
前記光導波路は、前記第２領域に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 前記第１窒化物半導体層は、貫通転移密度の異なる複数の前記第１領域を表面に有し、
前記溝は、前記複数の第１領域のうちの最も貫通転移密度の高い第１領域に形成される
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。 - 前記半導体レーザ素子は、さらに、
前記基板と前記第１窒化物半導体層との間に形成された第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層と前記第１窒化物半導体層との間に形成された膜とを備え、
前記膜は、前記溝下方に位置する
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。 - 前記膜と前記第１窒化物半導体層との間には、空隙が形成され、
前記空隙は、前記膜上方にのみ位置する
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。 - 前記半導体レーザ素子は、ＡＢＬＥＧ(Air-Bridge Lateral Epitaxial Over Glowth)構造あるいはＥＬＯＧ（Epitaxial Lateral Over Glowth）構造を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子。 - 前記膜は、誘電体膜あるいは金属膜である
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素子。 - 前記膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のいずれかの材料より構成される
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。 - 前記基板は、前記劈開面に沿って異なる貫通転移密度の第３領域及び第４領域が周期的に並んだ周期構造を有し、
前記第３領域の貫通転移密度は、前記第４領域の貫通転移密度よりも高く、
前記溝及び光導波路は、前記溝が前記第３領域上方に位置し、前記光導波路が前記第４領域上方に位置するように、前記周期構造にあわせて形成される
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。 - 前記溝は、前記劈開面に垂直な方向に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 前記第１窒化物半導体層は、リッジ光導波路構造及び複数の前記溝を有し、
前記複数の溝は、リッジ部を挟み込むように位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 前記溝の深さは、０．０５〜５．０μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 前記溝の幅は、０．５〜５０μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 前記基板は、サファイア、ＧａＮ及びＳｉCのいずれかの材料より構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 基板上に窒化物半導体層を形成する半導体層形成ステップと、
前記窒化物半導体層に光導波路を形成する光導波路形成ステップと、
前記窒化物半導体層の光導波路以外の部分に光導波路に沿って溝を形成する溝形成ステップと、
前記溝を横切るように前記光導波路方向に垂直な劈開面を形成する劈開面形成ステップとを含む
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記溝形成ステップにおいて、前記窒化物半導体層表面の前記光導波路が形成された領域よりも貫通転移密度の高い領域に溝を形成する
ことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記半導体層形成ステップにおいて、前記基板上に第１窒化物半導体層を形成した後、前記第１窒化物半導体層上に膜を形成し、前記膜が形成された第１窒化物半導体層上に第２窒化物半導体層を形成して前記窒化物半導体層を形成する
ことを特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記溝形成ステップにおいて、前記膜上方の前記窒化物半導体層に前記溝を形成する
ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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