JP2008300802A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに、信頼性の高い半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型ＧａＮ基板１０１の一面上にｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４、およびｐ型コンタクト層１０５が形成され、ｐ型コンタクト層１０５の上面にｐ型オーミック電極１０６が形成されている。青紫色半導体レーザ素子１００の上面側では、ｐ型クラッド層１０４、ｐ型コンタクト層１０５およびｐ型オーミック電極１０６からなるリッジ部Ｒｉが形成されている。リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４上の一定幅の領域には、リッジ部Ｒｉの側面およびｐ型クラッド層１０４の平坦面とリッジ部Ｒｉの側面上およびｐ型クラッド層１０４の平坦面上に形成されるＳｉＯ_２膜１０７により取り囲まれたエアブロック層ＥＢが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。

従来の窒化物系半導体レーザ素子の構造およびその製造方法の一例を説明する。図５は、従来の窒化物系半導体レーザ素子の一構造例を示す模式的断面図である。この窒化物系半導体レーザ素子は、例えば次のように作製される。

ｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）基板５０１を用意し、その一面上に厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５０２を形成する。

ｎ型クラッド層５０２上に、厚み約３ｎｍのＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなる井戸層と厚み約２０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる障壁層とが交互に積層されてなる活性層５０３を形成する。

活性層５０３上に、Ｍｇがドープされた厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層５０４を形成する。ｐ型クラッド層５０４上に、Ｍｇがドープされた厚み約１０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層５０５を形成する。ｐ型コンタクト層５０５の上面全域に、ｐ型オーミック電極５０６を形成する。

次に、例えばＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）を用いてストライプ状の領域を除いてｐ型オーミック電極５０６からｐ型クラッド層５０４の所定深さまでをエッチングする。これにより、ストライプ状のリッジ部Ｒｉを形成するとともにリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層５０４を所定の厚みに調整する。

その後、リッジ部Ｒｉの側面および露出したｐ型クラッド層５０４の上面にＳｉＯ_２（酸化ケイ素）からなる電流ブロック層５０７を形成し、ｐ型オーミック電極５０６および電流ブロック層５０７の上面にパッド電極５０８を形成する。

最後に、ｎ型ＧａＮ基板５０１を所定の厚みに加工し、ｎ型ＧａＮ基板５０１の他面にｎ型オーミック電極５０９を形成する。

上記のようにして、図５の窒化物系半導体レーザ素子５００を作製することができる。このような、リッジ部Ｒｉを有する窒化物系半導体レーザ素子５００の構造およびその製造方法は、例えば特許文献１および２に開示されている。
特開２００１−２２３４３４号公報 特開２００２−２９９７６５号公報

上記の窒化物系半導体レーザ素子５００は、例えば光ピックアップ装置に用いられる。窒化物系半導体レーザ素子５００から出射されるレーザ光の水平広がり角等の光学的特性に窒化物系半導体レーザ素子５００ごとに大きなばらつきがあると、光ピックアップ装置における光路設計が困難になる。そのため、窒化物系半導体レーザ素子５００から出射されるレーザ光の水平広がり角は、できる限り均一化されていることが求められる。

レーザ光の水平広がり角は、リッジ部Ｒｉ下部の活性層５０３の領域における実効屈折率とその両側の活性層５０３の領域における実効屈折率との差に応じて変化する。

ここで、リッジ部Ｒｉ下部の活性層５０３の領域における実効屈折率は、リッジ部Ｒｉ内のｐ型クラッド層５０４の屈折率の影響を受ける。また、リッジ部Ｒｉの両側の活性層５０３の領域における実効屈折率は、電流ブロック層５０７の屈折率およびリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層５０４の厚み（以下、クラッド層残厚と呼ぶ）ＣＴの影響を受ける。

それにより、実効屈折率差は、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層５０４の屈折率、電流ブロック層５０７の屈折率およびクラッド層残厚ＣＴに依存して変化する。

したがって、クラッド層残厚ＣＴを調整することにより、リッジ部Ｒｉの両側の活性層５０３の領域における実効屈折率を調整することができ、レーザ光の水平広がり角を調整することができる。

窒化物系半導体レーザ素子５００の製造時に、クラッド層残厚ＣＴを許容誤差の範囲内に形成することにより、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に収めることができる。

しかしながら、光の閉じ込め効率を高くするためには、クラッド層残厚ＣＴを小さくする必要がある。それにより、クラッド層残厚ＣＴの許容誤差も小さくなる。この場合、ｐ型クラッド層５０４に対するドライエッチングの不均一性、およびｐ型クラッド層５０４の形成時における厚みの不均一性等の理由から、クラッド層残厚ＣＴを小さな許容誤差の範囲内に調整することは困難である。そのため、実際にはレーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に調整することは困難である。

例えば、上記窒化物系半導体レーザ素子５００において、ｐ型クラッド層５０４の屈折率は約２．５であり、電流ブロック層５０７の屈折率は約１．５である。したがって、リッジ部Ｒｉ内のｐ型クラッド層５０４の屈折率と電流ブロック層５０７の屈折率との差は約１．０である。例えば、レーザ光の水平広がり角の目標値を７０度とし、ばらつきの許容範囲を±０．５度とすると、クラッド層残厚ＣＴを（６０±５）ｎｍの範囲内に調整する必要がある。

しかしながら、クラッド層残厚ＣＴを（６０±５）ｎｍの範囲内に調整することは極めて困難である。そのため、実際にはレーザ光の水平広がり角を（７０±０．５）度の範囲内に調整することは困難である。

また、クラッド層残厚ＣＴの厚みが小さくなるまで、ｐ型クラッド層５０４をドライエッチングすると、ｐ型クラッド層５０４下の活性層５０３の結晶にドライエッチングの影響による損傷が発生する場合がある。この場合、窒化物系半導体レーザ素子５００の高出力化が妨げられるとともに、その寿命も短くなる。

本発明の目的は、高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに、信頼性の高い半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。

（１）第１の発明に係る半導体レーザ素子は、活性層と、活性層上に形成される平坦部とその平坦部上の中央部に形成されるストライプ状のリッジ部とを有するクラッド層と、リッジ部の両側面および平坦部を覆うように形成される絶縁層とを備え、リッジ部の両側における絶縁層と平坦部との間の領域に空隙が形成されたものである。

その半導体レーザ素子において、リッジ部の両側における絶縁層と平坦部との間の領域に形成された空隙の屈折率は絶縁層の屈折率よりも小さい。したがって、絶縁層を平坦部上に直接形成する場合に比べて、より大きい実効屈折率差を得ることができる。これにより、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。

そのため、リッジ部の両側におけるクラッド層の平坦部の厚みを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。この場合、クラッド層の平坦部の厚みを大きくすることができるので、クラッド層の平坦部の厚みの許容誤差も大きくなる。その結果、クラッド層の平坦部の厚みを許容誤差の範囲内に容易に調整することが可能となり、レーザ光の水平広がり角を許容範囲内に容易に調整することができる。

さらに、クラッド層の平坦部の厚みを大きくすることができるので、リッジ部の形成時に活性層の結晶が損傷を受けることを防止することができる。それにより、半導体レーザ素子の出力の低下および短寿命化が防止される。

これらの結果、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに信頼性を向上させることができる。

（２）空隙は、リッジ部の両側面から所定の幅の領域に形成され、所定の幅は、活性層から出射されるレーザ光の波長よりも大きくてもよい。

これにより、空隙による光の閉じ込め効果を確実かつ十分に得ることができる。その結果、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角をより容易かつ十分に均一化することができるとともに信頼性をより向上させることができる。

（３）活性層は共振器を構成し、空隙は、リッジ部と平行な方向において、共振器の端面から所定の距離内側の位置に至る領域を除いて形成されてもよい。

この場合、共振器の端面近傍では、光の閉じ込め効果が低くなるため、レーザ光の光密度が低下する。これにより、共振器の端面近傍の領域の結晶が光吸収により生じる熱の影響により損傷することが防止される。その結果、半導体レーザ素子の信頼性がさらに向上する。

（４）半導体レーザ素子は、リッジ部を通して活性層に電流を供給するための電極をさらに備え、電極は、空隙の領域の上方を除く絶縁層上の領域に延びる端子部を有してもよい。

この場合、半導体レーザ素子に電流を供給するためのワイヤを端子部に接続することができる。ここで、端子部は、空隙の領域の上方を除く絶縁層上の領域に形成される。したがって、ワイヤの接続時に生じる衝撃により、空隙が潰れることが防止される。

（５）第２の発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、活性層を形成する工程と、活性層上にクラッド層を形成する工程と、ストライプ状の領域を除いてクラッド層を所定深さまで除去することにより平坦部とその平坦部上のリッジ部とを形成する工程と、リッジ部の側面および平坦部上を覆うように絶縁層を形成する工程と、リッジ部の両側における絶縁層と平坦部との間の領域に空隙を形成する工程とを備えてもよい。

その半導体レーザ素子の製造方法においては、活性層が形成され、活性層上にクラッド層が形成される。そして、クラッド層がストライプ状の領域を除いて所定深さまで除去され、平坦部およびリッジ部が形成される。その後、リッジ部の側面および平坦部上を覆うように絶縁層が形成され、リッジ部の両側における絶縁層と平坦部との間の領域に空隙が形成される。

このようにして製造される半導体レーザ素子において、リッジ部の両側における絶縁層と平坦部との間の領域に形成された空隙の屈折率は絶縁層の屈折率よりも小さい。したがって、絶縁層を平坦部上に直接形成する場合に比べて、より大きい実効屈折率差を得ることができる。これにより、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。

そのため、リッジ部の両側におけるクラッド層の平坦部の厚みを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効果を得ることができる。この場合、クラッド層の平坦部の厚みを大きくすることができるので、クラッド層の平坦部の厚みの許容誤差も大きくなる。その結果、クラッド層の平坦部の厚みを許容誤差の範囲内に容易に調整することが可能となり、レーザ光の水平広がり角を許容範囲内に容易に調整することができる。

さらに、クラッド層の平坦部の厚みを大きくすることができるので、平坦部およびリッジ部の形成時に活性層の結晶が損傷を受けることを防止することができる。それにより、半導体レーザ素子の出力の低下および短寿命化が防止される。

これらの結果、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに信頼性を向上させることができる。

（６）絶縁層を形成する工程は、リッジ部の両側における平坦部上にエッチングにより除去可能な除去層を形成する工程と、リッジ部の側面および除去層上に絶縁層を形成する工程とを含み、空隙を形成する工程は、エッチングにより除去層を除去する工程を含んでもよい。

この場合、リッジ部の両側における平坦部上に除去層が形成された後、リッジ部の側面および除去層上に絶縁層が形成される。また、空隙は、エッチングにより除去層が除去されることにより形成される。これにより、リッジ部の両側における絶縁層と平坦部との間の領域に、容易に空隙を形成することができる。

（７）除去層を除去する工程は、リッジ部の両側における絶縁層と除去層との界面にエッチング液を浸透させることにより除去層を除去する工程を含んでもよい。

このように、除去層をウェットエッチングにより除去することにより、クラッド層および活性層の結晶がエッチング時の衝撃により損傷を受けることが十分に防止される。

また、リッジ部の両側における絶縁層と除去層との界面にエッチング液を浸透させることにより除去層が除去されるので、エッチング時間を調整することにより、除去層の除去領域を制御することも可能となる。これにより、リッジ部の両側に形成される空隙の大きさを容易に調整することが可能となる。

ウェットエッチングは、一度に多数の対象物に対して適用することができる。したがって、半導体レーザ素子の製造コストが低減される。

本発明によれば、半導体レーザ素子の高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができるとともに、半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。

［１］第１の実施の形態
本実施の形態においては、半導体レーザ素子の一例として、波長約４００ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子（以下、青紫色半導体レーザ素子と略記する）およびその製造方法を説明する。

（１）半導体レーザ素子の製造方法
図１および図２は、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。

図１（ａ）に示すように、初めにｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）基板１０１を用意し、そのｎ型ＧａＮ基板１０１の一面上に厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層１０２を形成する。

ｎ型クラッド層１０２上に、厚み約３ｎｍのＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなる複数の井戸層と厚み約２０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる複数の障壁層とが交互に積層されてなるＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層１０３を形成する。

活性層１０３上に、Ｍｇがドープされた厚み約４００ｎｍのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層１０４を形成する。さらに、ｐ型クラッド層１０４上に、Ｍｇがドープされた厚み約１０ｎｍのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層１０５を形成する。

上記のｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４、およびｐ型コンタクト層１０５の形成は、例えば各層をＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）により順次成長させることにより行う。その後、ｐ型コンタクト層１０５の上面全域に、ｐ型オーミック電極１０６を形成する。

続いて、図１（ｂ）に示すように、ｐ型オーミック電極１０６の上面に、厚み約３００ｎｍのＧｅ（ゲルマニウム）膜３０１を真空蒸着法により形成する。また、Ｇｅ膜３０１の上面に、厚み約１５０ｎｍのＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）膜３０２をＰＣＶＤ法（プラズマ化学気相成長法）により形成する。

続いて、図１（ｃ）に示すように、例えばＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）を用いてストライプ状の領域を除いてＳｉＯ_２膜３０２からｐ型クラッド層１０４の所定の深さまでをエッチングする。これにより、ストライプ状のリッジ部Ｒｉを形成するとともにリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４を所定の厚みに調整する。以下、リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４の部分を平坦部と呼ぶ。

次に、図２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３０２の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側面からｐ型クラッド層１０４の上面の一定幅の領域に、厚み約２００ｎｍのＧｅ膜３０３を真空蒸着法により形成する。

そして、図２（ｅ）に示すように、Ｇｅ膜３０３の上面および、Ｇｅ膜３０３の側方で露出するｐ型クラッド層１０４の平坦部の上面に、厚み約２００ｎｍのＳｉＯ_２膜１０７をＰＣＶＤ法により形成する。

その後、Ｇｅ膜３０１，３０３を選択的にエッチングするためのエッチング液にｎ型ＧａＮ基板１０１を浸漬する。この場合、エッチング液として、例えばリン酸水、過酸化水素水および純水を１０：３：６の体積比で含む混合溶液を用いることができる。

これにより、Ｇｅ膜３０１上のＳｉＯ_２膜１０７，３０２およびＧｅ膜３０３がＧｅ膜３０１とともにリフトオフにより除去される。

また、エッチング液がリッジ部Ｒｉの両側におけるＧｅ膜３０３とＳｉＯ_２膜１０７との界面に浸透することにより、リッジ部Ｒｉの両側におけるＧｅ膜３０３が除去される。

その結果、図２（ｆ）に示すように、リッジ部Ｒｉの両側に、ＳｉＯ_２膜１０７により覆われた一定幅の空隙（以下、エアブロック層と呼ぶ）ＥＢが形成される。

最後に、ｐ型オーミック電極１０６およびＳｉＯ_２膜１０７の上面の所定領域にパッド電極１０８を形成する。パッド電極１０８は、Ｔｉ（チタン）、Ｐｄ（パラジウム）およびＡｕ（金）を順に含む積層膜からなる。Ｔｉ、ＰｄおよびＡｕのそれぞれの厚みは、例えば約１０ｎｍ、約１００ｎｍおよび約３００ｎｍである。

また、ｎ型ＧａＮ基板１０１を所定の厚みに加工し、ｎ型ＧａＮ基板１０１の他面上にｎ型オーミック電極１０９を形成する。ｎ型オーミック電極１０９は、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ、ＰｄおよびＡｕを順に含む積層膜からなる。Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｉ、ＰｄおよびＡｕのそれぞれの厚みは、例えば約１ｎｍ、約６ｎｍ、約２ｎｍ、約６ｎｍおよび約３００ｎｍである。

このようにして、図２（ｆ）に示される青紫色半導体レーザ素子１００が完成する。この青紫色半導体レーザ素子１００においては、パッド電極１０８とｎ型オーミック電極１０９との間に電圧が印加されることにより、リッジ部Ｒｉの下方における活性層１０３の領域（発光点）から波長約４００ｎｍのレーザ光が出射される。

（２）第１の実施の形態における効果
（２−ａ）
本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００おいては、リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４上の一定幅の領域にエアブロック層ＥＢが形成されている。それにより、リッジ部Ｒｉの両側の活性層１０３の領域における実効屈折率はエアブロック層ＥＢの屈折率およびリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４の厚み（以下、クラッド層残厚と呼ぶ）ＣＴの影響を受ける。

ここで、リッジ部Ｒｉ内のｐ型クラッド層１０４の屈折率は約２．５である。また、エアブロック層ＥＢの屈折率、すなわち空気の屈折率は約１．０である。したがって、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率とリッジ部Ｒｉの両側におけるエアブロック層ＥＢの屈折率との屈折率差は約１．５である。

一方、リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４上の平坦部に直接電流ブロック層１０７が形成されている場合には、リッジ部Ｒｉの両側の活性層１０３の領域における実効屈折率は電流ブロック層１０７の屈折率およびクラッド層残厚ＣＴの影響を受ける。電流ブロック層１０７の屈折率は約１．５であるので、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率と電流ブロック層１０７の屈折率との屈折率差は約１．０である。

このように、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００おいては、リッジ部Ｒｉのｐ型クラッド層１０４の屈折率とリッジ部Ｒｉの両側におけるエアブロック層ＥＢの屈折率との屈折率差がより大きくなる。それにより、光の閉じ込め効率がより高くなる。

したがって、クラッド層残厚ＣＴを小さくすることなく、高い光の閉じ込め効率を得ることが可能となる。この場合、クラッド層残厚ＣＴを大きくすることができるので、クラッド層残厚ＣＴの許容誤差も大きくなる。そのため、クラッド層残厚ＣＴを許容誤差の範囲内に容易に調整することできる。その結果、レーザ光の水平広がり角のばらつきを許容範囲内に容易に調整することが可能となる。

例えば、レーザ光の水平広がり角の目標値を７０度とし、ばらつきの許容範囲を±０．５度とする。この場合、クラッド層残厚ＣＴを（８０±１０）ｎｍの範囲内に調整することにより、レーザ光の水平広がり角を許容範囲内に調整することができる。

このように、本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００おいては、クラッド層残厚ＣＴの許容誤差が大幅に緩和される。その結果、レーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができる。

（２−ｂ）
また、上記のように、リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４の平坦部上の一定幅の領域にエアブロック層ＥＢを形成することにより、クラッド層残厚ＣＴを大きくすることができる。

これにより、リッジ部Ｒｉの形成時に、ｐ型クラッド層１０４下の活性層１０３の結晶にドライエッチングの影響による損傷が発生することが防止される。それにより、活性層１０３の損傷による窒化物系半導体レーザ素子１００の出力の低下および短寿命化が防止される。その結果、青紫色半導体レーザ素子１００の高出力化が可能になるとともに信頼性が向上する。

（２−ｃ）
リッジ部Ｒｉに直交する方向におけるエアブロック層ＥＢの幅ＷＬは、青紫色半導体レーザ素子１００から出射されるレーザ光の波長よりも大きくなるように設定することが好ましい。これにより、エアブロック層ＥＢによる光の閉じ込め効果を十分に得ることができる。

本実施の形態では、エアブロック層ＥＢの幅ＷＬは、青紫色半導体レーザ素子１００から出射されるレーザ光の波長である約４００ｎｍよりも大きく設定される。

本実施の形態の製造方法では、図２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３０２の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側面から一定幅の領域にＧｅ膜３０３が選択的に形成される。そして、図２（ｅ）に示すように、Ｇｅ膜３０３の上面およびＧｅ膜３０３の側方で露出するｐ型クラッド層１０４の上面にＳｉＯ_２膜１０７が形成される。これにより、エアブロック層ＥＢの幅ＷＬを容易かつ正確に調整することができる。

（３）各構成要素の変形例
（３−ａ）
上記青紫色半導体レーザ素子１００おいては、ｎ型ＧａＮ基板１０１の代わりに、α−ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、サファイア基板、スピネル基板、またはＬｉＡｌＯ_３基板等の異種基板を用いてもよい。なお、結晶性に優れたＡｌＧａＩｎＮ系の半導体層を得るためには、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔｌ（タリウム）およびＢ（ホウ素）のうち少なくとも一つを含む１３族元素の窒化物からなる窒化物系半導体基板を用いることが好ましい。

（３−ｂ）
上記の活性層１０３は、井戸層および障壁層が積層されたＭＱＷ構造を有するが、単層構造を有してもよいし、ＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有してもよい。

（３−ｃ）
ｎ型クラッド層１０２は、活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。

ｎ型クラッド層１０２と活性層１０３との間には、活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きく、ｎ型クラッド層１０２のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する光ガイド層が形成されてもよい。さらに、ｎ型クラッド層１０２とｎ型ＧａＮ基板１０１との間にはバッファ層が形成されてもよい。

（３−ｄ）
ｐ型クラッド層１０４は、活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。

ｐ型クラッド層１０４と活性層１０３との間には、活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きく、ｐ型クラッド層１０４のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する光ガイド層が形成されてもよい。

（３−ｅ）
ｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４およびｐ型コンタクト層１０５には、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＴｌおよびＢのうち少なくとも一つを含む１３族元素の窒化物を用いることができる。具体的には、各層の材料として、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮまたはこれらの混晶からなる窒化物系半導体を用いることができる。あるいは、窒化物系半導体の代わりにＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ系、ＡｌＧａＳｂ系、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系、ＭｇＺｎＳＳｅ系、またはＺｎＯ系の半導体を用いてもよい。

（３−ｆ）
本実施の形態では、Ｇｅ膜３０１の上面に絶縁膜としてＳｉＯ_２膜３０２を形成する旨、ならびにＧｅ膜３０３およびｐ型クラッド層１０４の上面に絶縁膜としてＳｉＯ_２膜１０７を形成する旨を説明したが、絶縁膜としては、ＳｉＯ_２膜３０２，１０７に代えて、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）またはＮｂ（ニオブ）等の酸化物膜を用いてもよいし、Ｓｉ、ＴｉまたはＡｌ等の窒化物膜を用いてもよい。

（３−ｇ）
上記では、エアブロック層ＥＢを形成するための膜としてＧｅ膜３０３を用いたが、Ｇｅ膜３０３に代えて、絶縁膜との間で選択的なケミカルエッチングが可能な他の材料からなる膜を用いてもよい。このような膜としては、例えば金属材料であるＮｉ（ニッケル）、Ｚｎ（亜鉛）、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、またはこれらの金属元素を含む化合物を用いることができる。さらに、Ｚｎの酸化物を用いることもできるし、有機物からなる材料を用いることもできる。

（３−ｈ）
Ｇｅ膜３０３の除去は、ケミカルエッチングに代えて、Ｃｌ_２（塩素）系ガス等を用いたドライエッチングにより行ってもよいし、サーマルエッチングにより行ってもよい。

［２］第２の実施の形態
本実施の形態においても、半導体レーザ素子の一例として、青紫色半導体レーザ素子およびその製造方法を説明する。以下では、第１の実施の形態における青紫色半導体レーザ素子およびその製造方法と異なる点のみを説明する。

（１）半導体レーザ素子の製造方法
図３は、第２の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板１０１上にｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型クラッド層１０４、ｐ型コンタクト層１０５およびｐ型オーミック電極１０６を順次形成する。

続いて、ｐ型オーミック電極１０６の上面に、厚み約３００ｎｍのＧｅ膜３０１を真空蒸着法により形成する。また、Ｇｅ膜３０１の上面に、厚み約１５０ｎｍのＳｉＯ_２膜３０２をＰＣＶＤ法により形成する。

そして、ＲＩＥ法を用いてストライプ状の領域を除いてＳｉＯ_２膜３０２からｐ型クラッド層１０４の所定の深さまでをエッチングする。これにより、ストライプ状のリッジ部Ｒｉを形成するとともにリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４を所定の厚みに調整する。

次に、図３（ａ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３０２の上面、リッジ部Ｒｉの両側面、およびリッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４の平坦部全域に、厚み約２００ｎｍのＧｅ膜３０３を真空蒸着法により形成する。

そして、図３（ｂ）に示すように、Ｇｅ膜３０３の上面に、厚み約２００ｎｍのＳｉＯ_２膜１０７をＰＣＶＤ法により形成する。

その後、Ｇｅ膜３０１，３０３を選択的にエッチングするためのエッチング液にｎ型ＧａＮ基板１０１を浸漬する。本実施の形態においても、エッチング液として、例えばリン酸水、過酸化水素水および純水を１０：３：６の体積比で含む混合溶液を用いることができる。

これにより、Ｇｅ膜３０１上のＳｉＯ_２膜１０７，３０２およびＧｅ膜３０３がＧｅ膜３０１とともにリフトオフにより除去される。

また、エッチング液がリッジ部Ｒｉの両側におけるＧｅ膜３０３とＳｉＯ_２膜１０７との界面に浸透する。

ここで、本実施の形態では、エッチング時間を調整することにより、エッチング液がＧｅ膜３０３とＳｉＯ_２膜１０７との界面に浸透する領域を制御する。これにより、リッジ部Ｒｉの両側におけるＧｅ膜３０３がリッジ部Ｒｉの両側で一定幅除去される。

具体的には、例えば図３（ｂ）に示されるｎ型ＧａＮ基板１０１に対して３０℃の温度雰囲気で５分間のケミカルエッチングを行う。これにより、リッジ部Ｒｉの両側の平坦部上でそれぞれ約１．５μｍの幅でＧｅ膜３０３が除去される。

その結果、図３（ｃ）に示すように、リッジ部Ｒｉの両側に、ＳｉＯ_２膜１０７により覆われたエアブロック層ＥＢが形成される。

最後に、ｐ型オーミック電極１０６およびＳｉＯ_２膜１０７の上面の所定領域にパッド電極１０８を形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板１０１を所定の厚みに加工し、ｎ型ＧａＮ基板１０１の他面上にｎ型オーミック電極１０９を形成する。

このようにして、図３（ｃ）に示される青紫色半導体レーザ素子２００が完成する。この青紫色半導体レーザ素子２００においても、パッド電極１０８とｎ型オーミック電極１０９との間に電圧が印加されることにより、リッジ部Ｒｉの下方における活性層１０３の領域（発光点）から波長約４００ｎｍのレーザ光が出射される。

（２）第２の実施の形態における効果
（２−ａ）
本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子２００においても、第１の実施の形態と同様に、リッジ部Ｒｉの両側におけるｐ型クラッド層１０４上の一定幅の領域にエアブロック層ＥＢが形成されている。それにより、高出力化を妨げることなくレーザ光の水平広がり角を容易かつ十分に均一化することができる。

（２−ｂ）
上記の例では、リッジ部Ｒｉの両側の平坦部上でそれぞれ約１．５μｍの幅でＧｅ膜３０３が除去され、約１．５μｍの幅ＷＬを有するエアブロック層ＥＢが形成される。

約１．５μｍの幅ＷＬは、青紫色半導体レーザ素子２００から出射されるレーザ光の波長よりも十分大きい。これにより、エアブロック層ＥＢによる光の閉じ込め効果を十分に得ることができる。

（３）各構成要素の変形例
本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子２００の各構成要素にも、第１の実施の形態において説明した変形例を適用することができる。

［３］第３の実施の形態
本実施の形態においても、半導体レーザ素子の一例として、青紫色半導体レーザ素子およびその製造方法を説明する。以下では、第１の実施の形態における青紫色半導体レーザ素子およびその製造方法と異なる点のみを説明する。

（１）半導体レーザ素子の構造および製造方法
図４（ａ）は第３の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＺ−Ｚ線断面図、図４（ｃ）はワイヤボンドが行われた青紫色半導体レーザ素子３００を示す上面図である。

本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子３００は、第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子１００と同様の方法で作製されるが、リッジ部Ｒｉの両側でリッジ部Ｒｉに沿って形成されるＧｅ膜３０３の平坦部上の形成領域が異なる。具体的には、Ｇｅ膜３０３は、活性層１０３の端面（共振器端面）から内側に一定幅の領域には形成されない。これにより、エアブロック層ＥＢの形成領域が、第１の実施の形態におけるエアブロック層ＥＢの形成領域と異なる。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、この青紫色半導体レーザ素子３００においては、Ｇｅ膜３０３が共振器端面から内側に一定幅の領域に形成されないことにより、エアブロック層ＥＢの両端部が共振器端面よりもそれぞれ距離Ｌ内側に位置する。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）では、リッジ部Ｒｉを点線で示し、エアブロック層ＥＢを破線で示している。

本実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子３００においては、エアブロック層ＥＢの形成領域を覆うように形成されるパッド電極１０８の一部が、リッジ部Ｒｉの一側方に突出している。図４（ｃ）に示すように、パッド電極１０８の突出部分ＴにワイヤＷＲがボンディングされる。

（２）第３の実施の形態における効果
（２−ａ）
本実施の形態では、エアブロック層ＥＢの両端部が、共振器端面よりもそれぞれ距離Ｌ内側に位置する。

この場合、共振器端面近傍では、光の閉じ込め効果が低くなるため、光密度が低下する。これにより、共振器端面近傍の領域の結晶が光吸収により生じる熱の影響により損傷することが防止される。その結果、青紫色半導体レーザ素子３００の信頼性がさらに向上する。

なお、リッジ部Ｒｉの共振器端面近傍の領域で十分な光密度の低減効果を得るためには、エアブロック層ＥＢの端部と共振器端面との間の距離Ｌを５μｍ以上に設定することが好ましい。

（２−ｂ）
上述のように、パッド電極１０８の突出部分Ｔは、ワイヤボンディングのための領域として用いられる。それにより、ワイヤボンディングをエアブロック層ＥＢが形成されていない領域で行うことができる。

したがって、ワイヤボンディングの際の衝撃によりエアブロック層ＥＢが損傷を受けることが防止される。

[４] 請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記各実施の形態においては、ｐ型クラッド層１０４がクラッド層の例であり、エアブロック層ＥＢが空隙の例であり、パッド電極１０８の突出部分Ｔが端子部の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

本発明に係る半導体レーザ素子およびその製造方法は、光ピックアップ装置、表示装置、光源等ならびにそれらの製造に有効に利用できる。

第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第１の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第２の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の製造方法を説明するための模式的工程図である。 第３の実施の形態に係る青紫色半導体レーザ素子の上面図および模式的断面図である。 従来の窒化物系半導体レーザ素子の一構造例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１００，２００，３００ 青紫色半導体レーザ素子
１０１ ｎ型ＧａＮ基板
１０２ ｎ型クラッド層
１０３ 活性層
１０４ ｐ型クラッド層
１０５ ｐ型コンタクト層
１０６ ｐ型オーミック電極
１０７ ＳｉＯ_２膜
１０８ パッド電極
ＥＢ エアブロック層
Ｌ エアブロック層の端部と共振器端面との間の距離
Ｒｉ リッジ部
Ｔ パッド電極の突出部分
ＷＬ エアブロック層の幅
ＷＲ ワイヤ

Claims (7)

1. 活性層と、
   前記活性層上に形成される平坦部とその平坦部上の中央部に形成されるストライプ状のリッジ部とを有するクラッド層と、
   前記リッジ部の両側面および前記平坦部を覆うように形成される絶縁層とを備え、
   前記リッジ部の両側における前記絶縁層と前記平坦部との間の領域に空隙が形成されたことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記空隙は、前記リッジ部の両側面から所定の幅の領域に形成され、
   前記所定の幅は、前記活性層から出射されるレーザ光の波長よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 前記活性層は共振器を構成し、
   前記空隙は、前記リッジ部と平行な方向において、前記共振器の端面から所定の距離内側の位置に至る領域を除いて形成されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ素子。
4. 前記リッジ部を通して前記活性層に電流を供給するための電極をさらに備え、
   前記電極は、前記空隙の領域の上方を除く前記絶縁層上の領域に延びる端子部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
5. 活性層を形成する工程と、
   前記活性層上にクラッド層を形成する工程と、
   ストライプ状の領域を除いて前記クラッド層を所定深さまで除去することにより平坦部とその平坦部上のリッジ部とを形成する工程と、
   前記リッジ部の側面および前記平坦部上を覆うように絶縁層を形成する工程と、
   前記リッジ部の両側における前記絶縁層と前記平坦部との間の領域に空隙を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
6. 前記絶縁層を形成する工程は、
   前記リッジ部の両側における平坦部上にエッチングにより除去可能な除去層を形成する工程と、
   前記リッジ部の側面および前記除去層上に前記絶縁層を形成する工程とを含み、
   前記空隙を形成する工程は、
   エッチングにより前記除去層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ素子の製造方法。
7. 前記除去層を除去する工程は、前記リッジ部の両側における前記絶縁層と前記除去層との界面にエッチング液を浸透させることにより前記除去層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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