JP2008186903A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】格子定数の差に起因するクラック等が発生しにくく且つ光吸収及び発熱が小さい端面窓部を備えた半導体レーザ装置を実現できるようにする。
【解決手段】半導体レーザ装置は、基板１１の上に形成された第１のクラッド層１２と、第１のクラッド層１２の上における共振器端面近傍を除く領域に、順次形成された第１の光ガイド層１３、活性層１４及び第２の光ガイド層１５と、第１のクラッド層１２の上における共振器端面近傍の領域に形成された端面窓部１６と、第２の光ガイド層１５及び端面窓部１６の上に形成された第２のクラッド層１７とを備えている。端面窓部１６は、レーザ光のフォトンエネルギよりも禁制帯幅が大きい非晶質の材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、端面窓部を備えた半導体レーザ装置に関し、特に、高密度光記憶装置等に用いる窒化物系半導体レーザ装置に関する。

半導体レーザ装置は、小型で且つ高出力の製品が低価格で供給できるといった優れた特徴を有している。このため、半導体レーザ装置は、光ディスク等のＩＴ技術分野及び通信分野はもとより、医療分野及び一部照明分野等の幅広い技術分野で用いられている。近年では、特に、ブルーレイディスク用の発光波長が４０５ｎｍの窒化物系半導体レーザ装置において最高出力及び信頼性の向上等が求められており、精力的な開発が行われている。

半導体レーザ装置の最高出力及び信頼性の向上を図る方法の一つに、端面窓構造を用いる技術がある。これは、半導体レーザ装置の端面近傍に光吸収波長がレーザ発光波長よりも短波長の端面窓部を形成することにより、端面近傍における発熱を低減する技術である。

端面窓部を形成する方法としては、イオン注入法及び拡散法等が知られている。イオン注入法は、不純物元素をイオン注入した後に熱処理することにより活性層の一部を無秩序化する方法である（例えば、特許文献１を参照。）。拡散法は、活性層と混合することにより活性層を無秩序化する無秩序化材料を端面窓部となる部分の上に形成した後、熱処理により無秩序化材料を拡散させて活性層の一部を無秩序化する方法である。

この他に、再成長を用いて端面窓構造を形成する埋め込み再成長型の端面窓構造が提案されている。例えば、砒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）系材料を用いた赤外半導体レーザ装置について以下のような手法が開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。まず、活性層を成長した後、端面近傍をエッチングにより除去する。除去した部分に端面窓部となる材料を埋め込み再成長することにより端面窓構造が形成される。

近年注目されている窒化物系半導体レーザ装置の場合には、イオン注入法又は拡散法による端面窓部の形成が困難である。このため、再成長による端面窓部の形成方法が特に注目されている。再成長により端面窓部を形成する場合には、レーザ光に対して透明で且つ再成長可能な材料であれば、活性層とは異なる材料により端面窓部を形成することが可能となる。このため、端面窓部の材料としてさらに放熱性の高い材料を選択することが可能となるので、端面近傍の温度をさらに低減し、半導体レーザ装置のさらなる信頼性の向上を図ることも期待できる。
特開平６−４８７４２号公報 特開平１−３０２８８７号公報

しかしながら、前記従来の埋め込み再成長型の端面窓構造は、以下のような問題を有している。再成長により端面窓部をエピタキシャル成長する場合、端面窓部は下地層又は基板との格子定数の差に起因する歪を受ける。歪を受けた状態で成長を続けると、ある膜厚（以下、臨界膜厚という）を超えたところでクラック及び結晶欠陥が生じる。クラック及び結晶欠陥は、電流リーク及び光吸収が発生する原因となる。このため、端面窓部の材料を選択する際には、下地層との格子定数差及び端面窓部の厚さを考慮しなければならず、材料選択の範囲が大きく制限される。

例えば、現在盛んに研究開発が進められている、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板の上に形成された窒化物系半導体レーザ装置に、埋め込み再成長型の端面窓構造を適用する場合を考える。光吸収に伴う発熱及び放熱性を考えると、端面窓部の材料として、窒化物系半導体で最も禁制帯幅が大きく熱伝導率が高い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることが好ましい。しかし、ＡｌＮと基板であるＧａＮとの間には、約４％程度の格子定数差が存在する。このため、十分な膜厚のＡｌＮを再成長してＡｌＮを用いた端面窓部を形成することは困難である。

本発明は、前記従来の問題を解決し、格子定数の差に起因するクラック等が発生しにくく且つ光吸収及び発熱が小さい端面窓部を備えた半導体レーザ装置を実現できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は半導体レーザ装置を、非晶質半導体材料からなる端面窓部を備えた構成とする。

具体的に、本発明に係る第１の半導体レーザ装置は、レーザ光を共振器端面から出射する端面出射型の半導体レーザ装置を対象とし、基板の上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上における共振器端面近傍を除く領域に、第１のクラッド層側から順次形成された第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層と、第１のクラッド層の上における共振器端面近傍の領域に形成され、レーザ光のフォトンエネルギよりも禁制帯幅が大きい非晶質の材料からなる端面窓部と、第２の光ガイド層及び端面窓部の上に形成された第２のクラッド層とを備えていることを特徴とする。

第１の半導体レーザ装置によれば、レーザ光のフォトンエネルギよりも禁制帯幅が大きい非晶質の材料からなる端面窓部を備えているため、格子定数差による歪みによるクラックが端面窓部に生じるおそれがほとんどない。従って、端面窓部に用いる材料の選択の幅が広がるので、光吸収及び発熱が小さい端面窓部を形成することが可能となる。

第１の半導体レーザ装置において、第１のクラッド層、第１の光ガイド層、活性層、第２の光ガイド層及び第２のクラッド層を含む半導体層は、窒化物系半導体からなることが好ましい。

第１の半導体レーザ装置において、端面窓部は非晶質の半導体からなることが好ましい。この場合において、非晶質の半導体は、非晶質窒化アルミニウムであることが好ましい。

本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、レーザ光を共振器端面から出射する端面出射型の半導体レーザ装置を対象とし、基板の上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上における共振器端面近傍を除く領域に、第１のクラッド層側から順次形成された第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層と、第１のクラッド層の上における共振器端面近傍の領域に形成された端面窓部と、第２の光ガイド層及び端面窓部の上に形成された第２のクラッド層とを備え、端面窓部は、一般式がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される材料からなる層と、一般式がＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）で表される材料かなる層とを交互に積層した半導体超格子層からなることを特徴とする。

第２の半導体レーザ装置によれば、端面窓部が半導体超格子層からなるからなるため、単一の混晶材料を端面窓部に用いた場合と比べて、クラックが生じる臨界膜厚が厚くなる。従って、十分な膜厚を有する端面窓部を容易に形成することが可能となる。また、臨界膜厚が同じ場合には単一の混晶材料を用いた場合よりも禁制帯域幅を大きくすることができるため、より光吸収を抑え発熱が小さい半導体レーザ装置を実現することができる。

本発明に係る第３の半導体レーザ装置は、レーザ光を共振器端面から出射する端面出射型の半導体レーザ装置を対象とし、基板の上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上における共振器端面近傍を除く領域に、第１のクラッド層側から順次形成された第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層と、第１のクラッド層の上における共振器端面近傍の領域に形成された端面窓部と、第２の光ガイド層及び端面窓部の上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを備え、端面窓部は、第１のクラッド層と接する第１の層と第２のクラッド層と接する第２の層とを有し、第１の層は第２導電型であり、第２の層は第１導電型であることを特徴とする。

第３の半導体レーザ装置によれば、第１の層は第２導電型であり、第２の層は第１導電型であるため、共振器の端面において３つのｐｎ接合が形成される。従って、端面窓部に流れる電流を低減できるので、発熱が小さい半導体レーザ装置を実現することができる。

本発明の半導体レーザ装置において、端面窓部の共振器方向の長さは３μｍ以上且つ５０μｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、端面窓部が半導体レーザ装置の特性に影響を与えることがほとんどない。

本発明に係る半導体レーザ装置によれば、格子定数の差に起因するクラック等が発生しにくく且つ光吸収及び発熱が小さい端面窓部を備えた半導体レーザ装置を実現できる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る半導体レーザ装置であり、（ａ）はレーザ光が出射する光出射端面（劈開面）を示しており、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面を示している。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板１１の上に、ｎ型のＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなる第１のクラッド層１２が形成されている。第１のクラッド層１２における共振器の端面近傍を除く領域の上には、ｎ型のＧａＮからなる第１の光ガイド層１３、量子井戸構造の活性層１４及びｐ型のＧａＮからなる第２の光ガイド層１５が順次形成されている。第１のクラッド層１２における共振器の端面近傍の領域の上には、非晶質の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる端面窓部１６が形成されている。

端面窓部１６及び第２の光ガイド層１５の上にはｐ型の歪み超格子構造を有する第２のクラッド層１７が形成されている。第２のクラッド層１７はリッジストライプ構造を有し、第２のクラッド層のリッジストライプ部の上にはｐ型のＧａＮからなるコンタクト層１８を介してｐ側電極１９が形成されている。第２のクラッド層１７の上面及びリッジストライプ部の側面は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁膜２０により覆われている。ｐ側電極１９の上及び絶縁膜２０の一部の上を覆うように配線電極２１が形成され、少なくとも配線電極２１の上を覆うように金（Ａｕ）からなるパッド電極２２が形成されている。基板１１の第１のクラッド層１２と反対側の面（裏面）にはｎ側電極２３が形成されている。

本実施形態の半導体レーザ装置は、端面窓部１６が非晶質のＡｌＮにより形成されている。ＡｌＮは禁制帯幅が室温で６．２ｅＶと広く、且つ熱伝導率が２．９Ｗ／ｃｍ・Ｋと高いため、端面窓部を形成する材料としてとして理想的である。しかし、他の半導体材料との格子定数差が大きいため、例えば、ＧａＮ基板を用いた窒化物系半導体レーザ装置の端面窓材料として結晶質ＡｌＮを用いることはできない。一方、非晶質ＡｌＮは基板の格子定数に関係なく成膜することが可能である。そこで、非晶質ＡｌＮを端面窓部の材料として用いることにより、端面における光吸収を十分に低減すると共に、端面の放熱性を増して端面近傍の温度をさらに低減し、信頼性及び最高出力を向上させることができる。

なお、本発明において、非晶質とは、結晶を全く含まないの場合だけでなく、完全な格子結晶が成長している場合を除き一部が結晶化している場合を含む意味である。例えば、非晶質のＡｌＮを形成した後、熱処理によりＡｌＮが結晶化したような場合も含まれる。このようにして形成された結晶は、他の結晶成長により形成した半導体層と比べて欠陥及び転位を多く含む。また、レーザ光に対して透明な材料であれば、ＡｌＮに代えて他の非晶質半導体材料、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎＮを用いてもよい。

以下に、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照して説明する。図２、図３及び図４は本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示している。なお、図２及び図３は共振器方向の断面を示しており、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、図３（ａ）のIVａ−IVａ線における断面、図３（ｂ）のIVｂ−IVｂ線における断面及び図３（ｃ）のIVｃ−IVｃ線における断面を示している。

まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１１の上に、例えば有機金属気層成長（Metalorganic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ）法により、厚さが２μｍのｎ型のＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなる第１のクラッド層１２を成長する。その上に、厚さが０．１μｍのｎ型のＧａＮからなる第１の光ガイド層１３を成長する。さらに、厚さ７．５ｎｍのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎバリア層及び厚さ３ｎｍのＩｎ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ量子井戸層を交互に３周期成長させた量子井戸構造の活性層１４と、厚さが０．１μｍのｐ型のＧａＮからなる第２の光ガイド層１５を成長する。

結晶成長に用いる手法としては、ＭＯＣＶＤ法に代えて、分子ビーム成長（ＭＢＥ）法及び化学ビーム成長（ＣＢＥ）法等の窒化物系青紫色半導体レーザ構造が成長可能な他の成長手法を用いてもかまわない。ＭＯＣＶＤ法を用いる場合の原料としては、例えばはＧａ原料としてトリメチルガリウム、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム、Ｎ原料としてアンモニア、ｎ型不純物のＳｉ原料のとしてシランガス、ｐ型不純物のＭｇ原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いればよい。

次に、第２の光ガイド層１５の上に、例えばシランガスを原料とするプラズマＣＶＤ法により厚さが３００ｎｍのＳｉＯ₂膜を成膜し、フォトリソグラフィを用いて、ＳｉＯ₂膜の一部をフッ化水素酸により除去し、ほぼ等間隔で共振器の劈開方向に延びるストライプ状の開口部を形成する。続いて、ストライプ状の開口部を有するＳｉＯ₂膜をマスクとして例えばＣｌ₂ガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ドライエッチングを行う。この後、フッ化水素酸を用いてＳｉＯ₂マスクを除去する。これにより、図２（ｂ）に示すように、第２の光ガイド層１５、活性層１４及び第１の光ガイド層１３が選択的に除去され、第１のクラッド層１２を露出するストライプ状の開口部１５ａが形成される。なお、第１の光ガイド層１３を数十ｎｍ残し、第１のクラッド層１２を露出させなくてもよい。

次に、図２（ｃ）に示すように、フッ化水素酸を用いてＳｉＯ₂マスクを除去した後、基板全体の上を覆うように例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが０．３μｍの非晶質のＡｌＮからなる窓部形成膜１６ａを成長する。なお、窓部形成膜１６ａの膜厚は、開口部１５ａが埋まるように第１の光ガイド層１３の膜厚、活性層１４の膜厚及び第２の光ガイド層１５の膜厚の和と同程度となるようにする。ＭＯＣＶＤ法を用いて非晶質の半導体層を成長するためには、成膜温度を、結晶質の半導体を成長する場合よりも低温とすればよい。例えば、結晶質のＡｌＮは１０００℃以上で成膜されるのに対し、成膜温度を２００℃〜７００℃程度、望ましくは５００℃程度にまで低下させることにより、非晶質のＡｌＮを得ることができる。

次に、窓部形成膜１６ａの上にプラズマＣＶＤ法を用いて厚さが３００ｎｍのＳｉＯ₂膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成した後、ＳｉＯ₂膜における開口部を除く領域に形成された部分をフッ化水素酸を用いて選択的に除去する。続いて、ＳｉＯ₂膜をマスクとして窓部形成膜１６ａを熱濃硫燐酸を用いエッチングする。非晶質の窒化物系半導体は熱濃硫燐酸を用いてエッチング可能であるのに対して、結晶質の窒化物系半導体はほとんどエッチングされないため、第２の光ガイド層１５の上に形成された窓部形成膜１６ａを第２の光ガイド層１５をエッチングすることなく選択的に除去することができる。これにより、図２（ｄ）に示すように開口部１５ａを窓部形成膜１６ａにより埋めることができる。

次に、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように窓部形成膜１６ａ及び第２の光ガイド層１５の上に厚さが１．５ｎｍのｐ型のＡｌ_0.10ＧａＮ_0.90層と厚さが１．５ｎｍのｐ型のＧａＮ層とを交互に繰り返し１６０周期形成して、厚さが０．４８μｍの歪超格子からなる第２のクラッド層１７を成長する。さらに、厚さが０．０５μｍのｐ型のＧａＮからなるコンタクト層１８を成長する。このとき、第２のクラッド層１７及びコンタクト層１８の再成長温度によっては、窓部形成膜１６ａが結晶化することがある。しかし、結晶化したとしても格子欠陥に基づくクラック等が発生する原因となることはない。また、結晶質ＡｌＮは非晶質ＡｌＮと比べて熱伝導率が高いため、結晶質化することで端面の放熱性が向上するという効果が得られる。このように、非晶質半導体を形成した後の加熱工程により結晶化した場合には、一般に、結晶成長により形成した他の半導体層に比べて結晶欠陥や転移を多く含む。

続いて、コンタクト層１８の上にプラズマＣＶＤ法を用いて厚さが３００ｎｍのＳｉＯ₂膜を成膜した後、フォトリソグラフィ及びフッ化水素酸を用いたエッチングにより、ＳｉＯ₂膜を選択的に除去して、幅が１．５μｍのストライプ状のＳｉＯ₂マスクを形成する。その後、例えばＣｌ₂ガスを用いたＩＣＰドライエッチングを行い、ストライプ状のＳｉＯ₂マスクに覆われていない領域を、０．３５μｍの深さまでエッチングする。これにより、幅が１．５μｍのリッジストライプ部が形成される。その後、ＳｉＯ₂マスクをフッ化水素酸により除去する。

次に、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、基板の上の全面を覆うようにプラズマＣＶＤ法により厚さが３００ｎｍのＳｉＯ₂膜を成膜し、フォトリソグラフィを用いて、リッジストライプ部の上に形成されたコンタクト層１８が露出するようにＳｉＯ₂膜を選択的に除去して絶縁膜２０を形成する。その後、厚さが３５ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが４０ｎｍの白金（Ｐｔ）とからなるｐ側電極１９をＥＢ蒸着法等を用いて、コンタクト層１８の上に形成する。続いて、フォトリソグラフィとＥＢ蒸着法を用いて、リッジ部を覆う厚さが５０ｎｍのＴｉ、厚さが２００ｎｍのＰｔ及び厚さが５０ｎｍのＴｉからなる配線電極２１を形成する。配線電極２１は、劈開面に平行な方向の幅を２０μｍとする。

次に、図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示すように、厚さが５０ｎｍのＴｉと厚さが１００ｎｍのＡｕとの積層膜を、共振器方向に５５０μｍ、劈開面に平行な方向に１５０μｍの平面方形状に、フォトリソグラフィとＥＢ蒸着装置を用いて形成する。さらに、電解めっきによりＡｕの厚さを１０μｍにまで増し、パッド電極２２を形成する。続いて、ダイヤモンドスラリを用いて基板１１の厚さを１００μｍ程度にまで薄片化した後、基板１１の裏面にｎ側電極２３として厚さが５ｎｍのＴｉ、厚さが１０ｎｍのＰｔ及び厚さが１０００ｎｍのＡｕを、例えばＥＢ蒸着法を用いて形成する。

次に、劈開を行い個々の共振器を分離する。これにより端面に非晶質のＡｌＮからなる端面窓部１６を有する窒化物系半導体レーザ装置が得られる。

なお、本実施形態においては、活性層を成長した後に形成する開口部１５ａの幅により、端面窓部１６の共振器方向の長さが決まる。端面窓部１６の長さを長く取りすぎると、活性層１４の長さが短くなり、しきい値及び効率等のレーザ特性に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、レーザ特性に顕著な影響を及ぼさないように端面窓部１６の長は、１μｍ〜１００μｍ程度とすればよく、３μｍ〜５０μｍ程度とすることが好ましく、３μｍ〜１０μｍ程度とすることがさらに好ましい。端面窓部１６の長さは、図２（ｂ）に示す開口部１５ａの幅の約半分となる。従って、端面窓部１６の長さを１μｍ〜１００μｍとするためには、開口部１５ａの幅を２μｍ〜２００μｍとする。

（第２の実施形態）
以下に本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成であり、（ａ）はレーザ光が出射する光出射端面（劈開面）を示しており、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面を示している。図５において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

本実施形態の半導体レーザ装置は、厚さが３ｎｍのＡｌＧａＮと厚さが３ｎｍのＧａＮが交互に積層された超格子層により端面窓部２６が形成されている。端面窓部を超格子層とすることにより、端面窓部に加わる歪みによるクラックの発生を抑えることができる。また、単層の端面窓部と比べて光吸収をさらに低減することができる。

端面窓部を構成する材料は、レーザ光のフォトンエネルギよりも禁制帯幅が大きい必要があり、フォトンエネルギと禁制帯幅の大きさとの差が大きいほど端面窓部における光吸収を小さくすることができる。フォトンエネルギと禁制帯幅の大きさとの差は、端面窓部を構成する半導体材料の禁制帯幅が大きければ大きくなる。しかし、一般に、禁制帯幅が大きい結晶質の半導体材料は格子定数が小さい。このため、端面窓部を形成するために禁制帯幅が大きい材料を再成長すると、再成長層と１回目の成長層との格子定数差が大きくなり、格子歪を強く受けることとなる。格子歪が大きい状態において結晶成長を続けると、ある一定の膜厚（臨界膜厚）を越えた時点で格子緩和が生じ、電流リークの原因となるクラック等が発生する。

第１の材料と第２の材料とを交互に積層して形成した超格子と、第１の材料と第２の材料との混晶とを比較すると、禁制帯幅の大きさが等しい場合には、超格子の方が臨界膜厚が厚くなる。また、臨界膜厚が等しい場合には、超格子の方が禁制帯幅が大きくなる。つまり、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ＝１）から選択された組成が異なる２つの材料からなる超格子を端面窓部の材料に用いることにより、臨界膜厚が等しい均一混晶よりも禁制帯幅を大きくすることが可能となる。その結果、端面窓部の禁制帯幅の大きさとレーザ光のフォトンエネルギとの差を大きくして、端面窓部における光吸収を低減することができる。

以下に、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、第１の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法と、窓部形成膜の形成方法が異なるだけで他は同一である。

第１の実施形態と同様にして、第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層にストライプ状の開口部を形成した後、厚さが３ｎｍのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎと厚さが３ｎｍのＧａＮとをＭＯＣＶＤ法等により交互に再成長させ超格子層である窓部形成膜を成膜する。なお、Ａｌの組成は５％〜３０％とすればよい。また、窓部形成膜の膜厚は、開口部が埋まるように第１の光ガイド層の膜厚、活性層の膜厚及び第２の光ガイド層の膜厚の和と同程度となるようにすればよく、本実施形態では約０．３μｍとした。

再成長は、ＭＯＣＶＤ成長におけるIII族原子の表面拡散長が長くなる成長条件において行うことが好ましい。具体的には、温度を８５０℃以上、さらに望ましくは１０００℃以上とし、Ｖ族原料とIII族原料との供給量比を１０００００以下、さらに望ましくは１００００以下とし、成長速度を０．５μｍ／ｈ以下、さらに望ましくは０．１μｍ／ｈ以下とすればよい。このような条件において再成長を行うことにより、エッチングにより形成された開口部における成長速度を大きくし、それ以外のエッチングされていない部分における成長速度を小さくすることができる。その結果、開口部にＡｌＧａＮとＧａＮとの超格子層である窓部形成膜を選択的に再成長させることが可能となる。

この後、第１の実施形態と同様にして、第２のクラッド層及び電極等を形成し、劈開を行うことにより超格子層からなる端面窓部２６を備えた半導体レーザ装置が得られる。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成であり、（ａ）はレーザ光が出射する光出射端面（劈開面）を示しており、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面を示している。図６において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

本実施形態の半導体レーザ装置は、端面窓部３６のｎ型の第１のクラッド層１２と接する第１の層３６Ａがｐ型のＡｌＧａＮからなり、ｐ型の第２のクラッド層１７と接する第２の層３６Ｂがｎ型のＡｌＧａＮからなる。半導体レーザ装置の端面付近においては、第１のクラッド層１２、端面窓部３６の第１の層３６Ａ、第２の層３６Ｂ及び第２のクラッド層１７とによって、３つのｐｎ接合が形成される。その結果、半導体レーザ装置を通電した際に端面窓部を流れる電流が減少し、発熱及び消費電力の低減が可能となる。

以下に、第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、第１の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法と窓部形成膜の形成方法が異なるだけで他は同一である。

第１の実施形態と同様にして、第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層にストライプ状の開口部を形成した後、厚さが０．１５μｎｍのｐ型のＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる第１の層と、厚さが０．１５μｍのｎ型のＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなる第２の層とをＭＯＣＶＤ法等により順次形成して窓部形成膜を成膜する。窓部形成膜の膜厚は、開口部が埋まるように第１の光ガイド層の膜厚、活性層の膜厚及び第２の光ガイド層の膜厚の和と同程度となるようにすればよく、本実施形態では約０．３μｍとした。また、窓部形成膜はレーザ光に対して透明であり且つ歪みが発生しにくい材料であればよい。

窓部形成膜を再成長させる際には、ＭＯＣＶＤ成長におけるIII族原子の表面拡散長が長くなる成長条件で行うことが好ましい。具体的には、温度を８５０℃以上、さらに望ましくは１０００℃以上とし、Ｖ族原料とIII族原料との供給量比を１０００００以下、さらに望ましくは１００００以下とし、成長速度を０．５μｍ／ｈ以下、さらに望ましくは０．１μｍ／ｈ以下とすればよい。このような条件において再成長を行うことにより、エッチングにより形成された開口部における成長速度を大きくし、それ以外のエッチングされていない部分の成長速度を小さくすることができる。その結果、開口部に窓部形成膜を選択的に再成長させることが可能となる。

この後、第１の実施形態と同様にして、第２のクラッド層及び電極等を形成し、劈開を行うことによりｐ型の第１の層３６Ａとｎ型の第２の層３６Ｂとからなる端面窓部３６を備えた半導体レーザ装置が得られる。なお、第１の層３６Ａ及び第２の層３６Ｂをそれぞれ単層としたが、第２の実施形態と同様に超格子層としてもよい。また、端面窓部に形成されるｐｎ接合の数を３つとしたが、第１の層と第２の層とを繰り返すことによりさらにｐｎ接合の数を増やしてもよい。

第１〜第３の実施形態において半導体レーザ装置の基板としてＧａＮを用いたが、サファイア、ＳｉＣ又はＳｉ等の他の基板を用いてもかまわない。また、リッジ導波路形の光導波路を有する半導体レーザ装置の例を示したが、他の方式、例えば埋め込み形レーザ装置又は電極ストライプ形レーザ装置であってもよい。さらに、第１及び第２の実施形態において、窓部形成膜を半導体材料により形成したが、窓構造が形成可能で且つレーザ光に対して透明であれば、誘電体材料等の他の材料を用いてもよい。

また、第１〜第３の実施形態において、窒化物系半導体を用いる青紫色半導体レーザ装置について説明した。しかし、他の材料を用いた半導体レーザ装置においても、端面部となる領域がエッチング可能であって、エッチング部分に再成長させることが可能な材料があれば、同様の手法により端面窓部を形成することができる。一例として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系材料を用いた半導体レーザ装置では、アモルファス砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）を用いることにより、第１の実施形態と同様の端面窓部を形成することが可能である。

本発明に係る半導体レーザ装置は、格子定数の差に起因するクラック等が発生しにくく且つ光吸収及び発熱が小さい端面窓部を備えた半導体レーザ装置を実現でき、特に高密度光記録ディスク装置に用いる窒化物系半導体レーザ装置等として有用である。

（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置であり、（ａ）は劈開面から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置であり、（ａ）は劈開面から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置であり、（ａ）は劈開面から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面図である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 第１のクラッド層
１３ 第１の光ガイド層
１４ 活性層
１５ 第２の光ガイド層
１５ａ 開口部
１６ 端面窓部
１６ａ 窓部形成膜
１７ 第２のクラッド層
１８ コンタクト層
１９ ｐ側電極
２０ 絶縁膜
２１ 配線電極
２２ パッド電極
２３ ｎ側電極
２６ 端面窓部
３６ 端面窓部
３６Ａ 第１の部分
３６Ｂ 第２の部分

Claims (7)

1. レーザ光を共振器端面から出射する端面出射型の半導体レーザ装置であって、
   基板の上に形成された第１のクラッド層と、
   前記第１のクラッド層の上における前記共振器端面近傍を除く領域に、前記第１のクラッド層側から順次形成された第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層と、
   前記第１のクラッド層の上における前記共振器端面近傍の領域に形成され、レーザ光のフォトンエネルギよりも禁制帯幅が大きい非晶質の材料からなる端面窓部と、
   前記第２の光ガイド層及び端面窓部の上に形成された第２のクラッド層とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記第１のクラッド層、第１の光ガイド層、活性層、第２の光ガイド層及び第２のクラッド層を含む半導体層は、窒化物系半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記端面窓部は、非晶質の半導体からなることを特徴とする請求項１又は２半導体レーザ装置。
4. 前記非晶質の半導体は、非晶質窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。
5. レーザ光を共振器端面から出射する端面出射型の半導体レーザ装置であって、
   基板の上に形成された第１のクラッド層と、
   前記第１のクラッド層の上における前記共振器端面近傍を除く領域に、前記第１のクラッド層側から順次形成された第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層と、
   前記第１のクラッド層の上における前記共振器端面近傍の領域に形成された端面窓部と、
   前記第２の光ガイド層及び端面窓部の上に形成された第２のクラッド層とを備え、
   前記端面窓部は、一般式がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される材料からなる層と、一般式がＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）で表される材料かなる層とを交互に積層した半導体超格子層からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
6. レーザ光を共振器端面から出射する端面出射型の半導体レーザ装置であって、
   基板の上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、
   前記第１のクラッド層の上における前記共振器端面近傍を除く領域に、前記第１のクラッド層側から順次形成された第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層と、
   前記第１のクラッド層の上における前記共振器端面近傍の領域に形成された端面窓部と、
   前記第２の光ガイド層及び端面窓部の上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを備え、
   前記端面窓部は、前記第１のクラッド層と接する第１の層と前記第２のクラッド層と接する第２の層とを有し、
   前記第１の層は第２導電型であり、
   前記第２の層は第１導電型であることを特徴とする半導体レーザ装置。
7. 前記端面窓部の共振器方向の長さは３μｍ以上且つ５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

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