JP2009290122A - 半導体レーザ装置とその製造方法、及び半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりが良好で、特性の劣化が抑制された半導体レーザ装置とその製造方法、及び半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザ装置は、ｎ型基板６と、ｎ型基板６上に形成されたｎ型クラッド層７と、ｎ型クラッド層７上に形成された活性層９と、活性層９上に形成され、活性層９の上面に達する開口部を有するｎ型電流ブロック層１１と、ｎ型電流ブロック層１１上に形成され、開口部を埋めるｐ型クラッド層１２とを備えている。平面的に見て開口部を挟んで設けられ、半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域において、ｐ型クラッド層１２を貫通し、底面が活性層９の上面よりも高い位置にあるへき開ガイド溝３が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、青紫色などの光を放射する半導体レーザ装置とその製造方法、及び半導体レーザ素子の製造方法に関する。

一般に、半導体レーザ装置の共振器端面は結晶のへき開面を利用して形成される。青紫色レーザ装置を構成するＡｌＧａＩｎＮ系のIII族窒化物半導体材料は、結晶構造が六方晶であるため、共振器端面を形成するへき開工程（以降、１次へき開と記述する）において、へき開ラインが斜めに逸れやすくなる。このへき開ラインの逸れを抑制するため、ストライプ状の発光領域と垂直な共振器端面の形成予定ラインの一部上に、溝（以降、へき開ガイド溝と記述する）を形成する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。ここで、へき開ガイド溝が設けられた従来の半導体レーザ装置について、図５を参照しながら説明する。図５（ａ）は、従来の半導体レーザ装置の構成を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す半導体レーザ装置を共振器端面形成ライン１０２に沿って切断した断面の概略図である。

図５（ａ）に示すように、従来の半導体レーザ装置では、へき開ガイド溝１０３は、ストライブ状に設けられた発光領域１０１と垂直な共振器端面形成ライン１０２上に、発光領域１０１を避けて破線状に形成されている。複数の半導体チップが連結された半導体レーザ装置を分割する方法としては、まず、共振器端面形成ライン１０２に沿って１次へき開を行い、共振面端面を有するレーザバーを形成する。その後、共振器端面形成ライン１０２に垂直な素子分離ライン１０４に沿ってレーザバーを分割し（以降、２次へき開と記述する）、個々のレーザチップを得る。なお、レーザウエハの表面には、レーザチップに電流を注入するため、ｐ型電極１０５が設けられている。

図５（ｂ）に示すように、従来の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＮからなる基板１０６と、基板１０６上に形成されたｎ型クラッド層１０７と、ｎ型クラッド層１０７上にストライプ状に形成された発光領域１０１と、ｎ型クラッド層１０７及び発光領域１０１の上に形成されたｐ型クラッド層１１２と、基板１０６の裏面上に形成されたｎ型電極１１５と、ｐ型クラッド層１１２上に形成されたｐ型電極１０５とを備えている。半導体チップの共振器端面となる端面領域には、発光領域を挟んで、ｐ型クラッド層１１２及びｎ型クラッド層１０７を貫通し、基板１０６の内部まで到達するへき開ガイド溝１０３が形成されている。
特開２００３−１７７９１号公報

しかしながら、上述の従来の半導体レーザ装置では、へき開ガイド溝１０３の深さが不適切であると、特に、基板との格子不整合が大きいＡｌＧａＩｎＮ系の半導体材料から構成される内部狭窄型の青紫色半導体レーザである場合、共振面端面を形成する１次へき開工程時に、基板上に形成された各層と略平行な方向に、共振面端面に対して段差（以降、水平クラックと記述する）が生じ、特性が悪化するという不具合があった。

内部狭窄型の半導体レーザ装置では、実屈折率導波構造を実現するために、活性層より上部に位置するｐ型半導体層内に、電流狭窄層として引張り歪みの大きなＡｌＧａＮ層を用いる必要がある。この構成において、従来の半導体レーザ装置と同様にして、活性層まで達する深いへき開ガイド溝を形成すると、１次へき開工程において活性層に水平クラックが発生する不具合が生じることが分かった。内部狭窄型の実屈折率導波構造で生じるこの不具合は、上述のリッジストライブ型の従来の半導体レーザ装置に比べて重大な問題となる。なぜなら、内部狭窄型の実屈折率導波構造の場合、活性層を構成するＩｎＧａＮ層上に、大きな引張り歪みを有する電流狭窄層を配置するため、活性層の近傍で、大きな歪みエネルギーが蓄積される結果、結晶的に最も弱いＩｎＧａＮ層で応力が緩和されるからである。特に、Ａｌ組成比が０．１以上であるＡｌＧａＮ層を電流狭窄層に用いた場合、上述の不具合が顕著に現れる。

本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、歩留まりが良好で、特性の劣化が抑制された半導体レーザ装置とその製造方法、及び半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子が複数個配列された半導体レーザ装置であって、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、開口部を有する第１導電型の電流ブロック層と、前記電流ブロック層上に形成され、前記開口部を埋める第２導電型の第２のクラッド層とを備え、平面的に見て前記開口部を挟んで設けられ、前記半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域において前記第２のクラッド層を貫通し、底面が前記活性層の上面よりも高い位置にあるへき開ガイド溝が形成されている。

この構成によれば、半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域にへき開ガイド溝が設けられているため、共振器端面を形成する１次へき開時に、共振器端面が斜めに逸れたり、半導体層にクラックが生じるのを抑制でき、比較的安定に共振器端面を有する半導体レーザ素子を形成することができる。特に、本発明に係るへき開ガイド溝は、底面が活性層の上面よりも高い位置にあり、活性層にはへき開ガイド溝が形成されていないので、従来の半導体レーザ装置と異なり、活性層に水平クラックが生じるのを回避することができる。その結果、本発明の半導体レーザ装置を用いれば、クラックの発生を抑制しつつ、良好な性能を示す信頼性の高い半導体レーザ素子を歩留まり良く製造することが可能となる。

また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体レーザ素子が複数個配列された半導体レーザ装置の製造方法であって、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１のクラッド層、活性層、及び開口部を有する第１導電型の電流ブロック層を形成した後、前記電流ブロック層上に、前記開口部を埋める第２導電型の第２のクラッド層を形成する工程（ａ）と、平面的に見て前記開口部を挟んで、前記半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域において前記第２のクラッド層を貫通し、底面が前記活性層の上面よりも高い位置にあるへき開ガイド溝を形成する工程（ｂ）とを備えている。

この方法によれば、工程（ｂ）で共振器端面となる端面領域にへき開ガイド溝を形成することで、以降の工程で、端面領域に沿って個々の半導体レーザ素子に分割する際に、比較的安定に共振器端面を有する半導体レーザ素子を形成することが可能となる。その結果、特性の劣化が抑制された信頼性の高い半導体レーザ素子を得ることができる。

次に、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、共振器端面を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１のクラッド層、活性層、及び開口部を有する第１導電型の電流ブロック層を形成した後、前記電流ブロック層上に、前記開口部を埋める第２導電型の第２のクラッド層を形成することで、前記半導体レーザ素子が複数個配列された半導体レーザ装置を形成する工程（ａ）と、平面的に見て前記開口部を挟んで、前記共振器端面となる端面領域において前記第２のクラッド層を貫通し、底面が前記活性層の上面よりも高い位置にあるへき開ガイド溝を形成する工程（ｂ）と、前記へき開ガイド溝に沿って、前記第２のクラッド層、前記電流ブロック層、前記活性層、前記第１のクラッド層、及び前記半導体基板をへき開することで、前記半導体レーザ装置を、共振面端面を有する前記半導体レーザ素子に分割する工程（ｃ）とを備えている。

この方法によれば、工程（ｂ）で共振器端面となる端面領域にへき開ガイド溝を形成することで、工程（ｃ）で該へき開ガイド溝に沿って個々の半導体レーザ素子に分割することができるため、共振器端面が斜めに逸れるなどの不具合を抑制でき、比較的安定に共振器端面を有する半導体レーザ素子を形成することが可能となる。その結果、特性の劣化が抑制された信頼性の高い半導体レーザ素子を歩留まり良く得ることができる。

本発明の半導体レーザ装置とその製造方法によれば、端面領域に底面の位置が活性層の上面よりも高いへき開ガイド溝を備えているため、歩留まり良く共振器端面を有する半導体レーザ素子を形成することができる。また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記へき開ガイド溝を備えた半導体レーザ装置を個々の半導体レーザ素子に分割することで、形状不良などの不具合が抑制され、良好な性能を示す信頼性の高い半導体レーザ素子を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置（レーザウエハ）の構成を示す上面図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態のレーザウエハは、半導体基板上に半導体層及びｐ型電極５が設けられた半導体レーザ素子が行列状に複数個配置されてなる。

本実施形態では、図１（ａ）に示す所定の半導体層が積層されたレーザウエハを、半導体レーザ素子のストライプ状発光領域１の延伸方向に対して垂直な共振器端面形成ライン２に沿ってへき開（１次へき開）した後、ストライプ状発光領域１の延伸方向と平行なチップ分割ライン４に沿ってへき開（２次へき開）することで、共振器端面を有する半導体レーザ素子に分割することができる。なお、共振器端面形成ライン２は例えば６００μｍピッチで設けられ、チップ分割ライン４は例えば２００μｍピッチで設けられている。

本実施形態のレーザウエハには、共振器端面形成ライン２を含む端面領域にストライプ状発光領域１を挟んで、へき開ガイド溝３が形成されている。以下、このへき開ガイド溝３について、図１（ｂ）を用いて説明する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すレーザウエハを共振器端面形成ライン２に沿って切断した断面の概略図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態のレーザウエハは、例えば膜厚が１００μｍで、ＳｉがドープされたＧａＮなどからなるｎ型基板６と、ｎ型基板６上に形成され、例えば膜厚が１．５μｍで、ＳｉがドープされたＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎなどからなるｎ型クラッド層７と、ｎ型クラッド層７上に形成され、膜厚が１５０ｎｍで、ＳｉがドープされたＧａＮなどからなるｎ型ガイド層８と、ｎ型ガイド層８上に形成され、ＩｎＧａＮなどからなる活性層９と、活性層９上に形成され、膜厚が５０ｎｍで、ＧａＮなどからなるｐ型ガイド層１０と、ｐ型ガイド層１０上に形成され、ｐ型ガイド層１０の上面に達する開口部を有し、膜厚が１４０ｎｍで、ＳｉがドープされたＡｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎなどからなるｎ型電流ブロック層１１と、ｎ型電流ブロック層１１上に形成され、膜厚が５００ｎｍで、ＭｇがドープされたＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎなどからなるｐ型クラッド層１２と、ｐ型クラッド層１２上に形成され、膜厚が４０ｎｍでＭｇがドープされたＧａＮなどからなるｐ型コンタクト層１３とを備えている。ここで、活性層９は、例えば膜厚が３ｎｍでＩｎ_０．６５Ｇａ_０．３５Ｎからなるウェル層と、膜厚が７．５ｎｍでＩｎ_０．０１Ｇａ_０．０９Ｎからなるバリア層とを交互に３周期積層させた積層膜からなり、量子井戸構造となっている。なお、上述の各半導体層は、例えばＭＯＶＰＥ（有機金属化学気相エピタキシー：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いて形成される。

さらに、本実施形態のレーザウエハは、ｎ型基板６の下面上に形成されたｎ型電極１５と、ｐ型コンタクト層１３上に形成され、例えば膜厚が２００ｎｍでＳｉＯ_２などの絶縁膜からなるパッシベーション膜１４と、パッシべーション膜１４上に形成され、半導体レーザ素子に電流を注入するためのｐ型電極５とを備えている。パッシべーション膜１４は、例えば熱ＣＶＤ（化学気相堆積）法を用いて形成される。なお、ｎ型電流ブロック層１１に設けられた開口部は、レーザ発振に寄与する電流の通路であり、該開口部の幅Ｗ１は、例えば１．５μｍである。

ここで、へき開ガイド溝３は、平面的に見て開口部を挟んで設けられ、共振器端面形成ライン２を含む端面領域において、ｐ型コンタクト層１３、ｐ型クラッド層１２を貫通してｎ型電流ブロック層１１の内部まで到達している。へき開ガイド溝３は、例えば溝幅が５μｍ、溝長が５０μｍでドライエッチング法などを用いて形成され、ストライプ状発光領域１の中心からへき開ガイド溝３の中心までの距離は、例えば５０μｍである。なお、へき開ガイド溝３の表面は、パッシべーション膜１４で覆われている。

本実施形態のレーザウエハでは、半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域にへき開ガイド溝３が設けられているため、共振器端面形成ライン２に沿って１次へき開する際にスムーズにへき開することができ、共振器端面が斜めに逸れたり、半導体層にクラックが生じるのを抑制することができる。特に、本実施形態のへき開ガイド溝３は、底面が活性層９の上面よりも高い位置にあり、活性層９にはへき開ガイド溝３が形成されていないので、従来の半導体レーザ装置と異なり、活性層９に水平クラックが生じるのを回避できる。その結果、本実施形態の半導体レーザ装置を用いると、クラックの発生を抑制しつつ、良好な性能を示す信頼性の高い半導体レーザ素子を歩留まり良く製造することが可能となる。

また、本実施形態のレーザウエハでは、へき開ガイド溝３の表面がパッシべーション膜１４で覆われているため、１次へき開する際に共振器端面近傍に設けられた発光領域が汚染されるなどの不具合が生じるのを軽減することができ、信頼性の高い半導体レーザ素子を形成することが可能となる。

なお、本実施形態のレーザウエハでは、へき開ガイド溝３の底面は活性層９の上面よりも高くなっているが、ｐ型コンタクト層１３の底面よりも低ければより好ましい。この場合、ｐ型コンタクト層１３が、過剰なＭｇがドープされた半導体層から構成され、ｐ型コンタクト層１３において結晶欠陥が多発していても、１次へき開時に安定に共振器端面を形成することができる。

以下、本実施形態の半導体レーザ装置（レーザウエハ）に設けられた各半導体層の材料について図２及び図３を参照しながら説明する。

まず、本実施形態のレーザウエハでは、活性層９はＩｎ_ｙ１Ｇａ_１−ｙ１Ｎからなるウェル層と、Ｉｎ_ｙ２Ｇａ_１−ｙ２Ｎからなるバリア層とが順に積層された積層膜からなる量子井戸構造であり、ウェル層におけるＩｎ組成比（ｙ１）が０．０４＜ｙ１＜０．０９であれば好ましい。図２は、本実施形態の半導体レーザ装置に係る活性層９において、ウェル層のＩｎ組成比（ｙ１）と発光波長との関係を示す図である。なお、ウェル層の膜厚が２ｎｍ、３ｎｍ、８ｎｍである場合についての結果を示している。図２に示すように、ウェル層のＩｎ組成比（ｙ１）が０．０４＜ｙ１＜０．０９である場合、各膜厚において、発光波長は４００〜４１０ｎｍの範囲となる。従って、本実施形態の半導体レーザウエハでは、活性層９が上述の材料から構成された量子井戸構造であり、Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_１−ｙ１Ｎからなるウェル層のＩｎ組成比（ｙ１）を０．０４＜ｙ１＜０．０９に設定することで、所望の青紫色のレーザ光を放射する半導体レーザ装置を実現することができる。

次に、本実施形態のレーザウエハでは、ｎ型電流ブロック層１１としてＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎを用い、０．１≦ｘ２≦０．２であれば好ましい。さらに、ｎ型クラッド層７としてＡｌ_ｘ４Ｇａ_１−ｘ４Ｎを用い、Ｘ２＜０．２７５−２．５ｘ（Ｘ４）であれば好ましい。ここで、図３は、ｎ型クラッド層７に含まれるＡｌの組成比（ｘ４）と、ｎ型電流ブロック層１１に含まれるＡｌの組成比（ｘ２）との関係を示す図である。図３に示すように、ｎ型電流ブロック層１１のＡｌの組成比（ｘ２）が０．１より小さいと、発光領域への横方向の光閉じこめが難しくなる。一方、ｘ２が大きくなるとｎ型電流ブロック層１１に蓄積される歪みエネルギーが大きくなる結果、ｎ型電流ブロック層１１にクラックが発生してしまう。以上の結果より、ｎ型電流ブロック層１１のＡｌの組成比（ｘ２）を０．１≦ｘ２≦０．２の範囲に設定すれば、発光領域へ効果的に光を閉じ込めることができ、しきい値電流が低く、良好な性能を示す半導体レーザ装置を実現することができる。

また、図３より、ｎ型クラッド層７のＡｌの組成比（ｘ４）と、ｎ型電流ブロック層１１のＡｌの組成比（ｘ２）は、Ｘ２＜０．２７５−２．５ｘ（Ｘ４）の関係を満足することが好ましい。ここで、本実施形態の半導体レーザ装置では、ｎ型基板６上に各半導体層をエピタキシャル成長により形成するが、エピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル層に蓄積される歪みエネルギーが臨界値を超えると、該エピタキシャル層にクラックが発生してしまう。ｎ型クラッド層７、活性層９、及びｎ型電流ブロック層１１を下から順にエピタキシャル成長させると、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層７及びｎ型電流ブロック層１１を用いた場合、ｎ型クラッド層７及びｎ型電流ブロック層１１は同じ引っ張り歪みを有するため、ｘ４及びｘ２の間にはトレードオフの関係が生じる。従って、図３に示すように、含有するＡｌの組成比がＸ２＜０．２７５−２．５ｘ（Ｘ４）の関係をそれぞれ満たすｎ型クラッド層７及びｎ型電流ブロック層１１を用いることで、エピタキシャル成長時にｎ型クラッド層７及びｎ型電流ブロック層１１にクラックが発生するのが抑制され、信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることができる。

なお、本実施形態の半導体レーザ装置では、ｐ型クラッド層１２としてＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎを用い、ｎ型電流ブロック層１１としてＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎを用いた場合、０＜ｘ１＜ｘ２≦１であれば好ましい。この時、ｎ型電流ブロック層１１のＡｌの組成比（ｘ２）はｐ型クラッド層１２のＡｌの組成比（ｘ１）よりも大きくなっている。これにより、ｎ型電流ブロック層１１の屈折率は、ｐ型クラッド層１２の屈折率よりも小さくなるため、発光領域に効果的に光を閉じ込めることができる。その結果、しきい値電流が低く、優れた特性を有する半導体レーザ装置を実現することができる。

また、ｐ型クラッド層１２は、例えば膜厚が１．５ｎｍでＭｇがドーピングされたＧａＮ層と、膜厚が１．５ｎｍであるＡｌＧａＮ層とが積層された超格子から構成されていてもよい。この時、ｐ型クラッド層１２に含まれるＡｌの組成比（ｘ３）は、上述と同様にして、ｎ型電流ブロック層１１に含まれるＡｌの組成比（ｘ２）に対して、０＜Ｘ３＜ｘ２≦１であれば好ましい。この場合、ｐ型クラッド層１２の屈折率をｎ型電流ブロック層１１の屈折率を低くすることができ、発光領域に効果的に光を閉じ込めることができる。さらに、ＡｌＧａＮ層よりもＧａＮ層の方がｐ型キャリア濃度を高めることができるため、ｐ型クラッド層１２を超格子構造にすることで、素子抵抗が抑制された信頼性の高い半導体レーザ装置を実現することができる。

（第２の実施形態）
図４（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置（レーザウエハ）の構成を示す上面図である。なお、本実施形態のレーザウエハは、第１の実施形態のレーザウエハと一部の構成のみが異なるため、同様な部分については同一の符号を付すことで簡略化して説明する。図４（ａ）に示すように、本実施形態のレーザウエハは、半導体基板上に半導体層及びｐ型電極が設けられた半導体レーザ素子が行列状に複数個配列されてなる。

本実施形態では、図４（ａ）に示す所定の半導体層が積層されたレーザウエハを、ストライプ状発光領域１の延伸方向に対して垂直な共振器端面形成ライン２に沿ってへき開（１次へき開）してレーザバーを形成する。その後、レーザバーをストライプ状発光領域１と平行に延伸する素子分離溝５４に沿ってへき開（２次へき開）することで、共振器端面を有する半導体レーザ素子に分割することができる。

本実施形態のレーザウエハには、第１の実施形態のレーザウエハと同様にしてへき開ガイド溝３が形成されているとともに、互いに隣接する半導体レーザ素子の間に、ストライプ状発光領域１と平行に延伸する素子分離溝５４が形成されている。以下、この素子分離溝５４について、図４（ｂ）を用いて説明する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すレーザウエハを共振器端面形成ライン２に沿って切断した断面の概略図である。図４（ｂ）に示すように、本実施形態のレーザウエハは、ｎ型基板６と、ｎ型基板６上に下から順に形成された、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層、活性層９、ｐ型ガイド層１０、ｐ型ガイド層１０の上面に達する開口部を有するｎ型電流ブロック層１１、ｐ型クラッド層１２、及びｐ型コンタクト層１３とを備えている。

さらに、本実施形態のレーザウエハは、ｎ型基板６の下面上に形成されたｎ型電極１５と、ｐ型コンタクト層１３上に形成されたパッシべーション膜１４と、パッシべーション膜１４上に形成され、半導体レーザ素子に電流を注入するためのｐ型電極５とを備えている。

ここで、へき開ガイド溝３は、第１の実施形態と同様にして、平面的に見て開口部を挟んで設けられ、共振器端面形成ライン２を含む端面領域において、ｐ型コンタクト層１３及びｐ型クラッド層１２を貫通してｎ型電流ブロック層１１の内部まで到達している。一方、素子分離溝５４は、互いに隣接する半導体レーザ素子の間に、ストライプ状発光領域１と平行に延伸し、ｐ型コンタクト層１３及びｐ型クラッド層１２を貫通してｎ型電流ブロック層１１の内部まで到達している。素子分離溝５４は、例えば溝幅が３０μｍで、２００μｍピッチでドライエッチング法などを用いて形成される。なお、へき開ガイド溝３及び素子分離溝５４の表面は、パッシべーション膜１４でそれぞれ覆われている。

本実施形態のレーザウエハでは、まず、半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域にへき開ガイド溝３が設けられているため、共振器端面形成ライン２に沿って１次へき開する際に、共振器端面が斜めに逸れたり、活性層９などにクラックが発生するのが抑制され、比較的安定に共振器端面を有するレーザバーを形成することができる。さらに、本実施形態のレーザウエハでは、素子分離溝５４が形成されているため、レーザバーを個々の半導体レーザ素子に分割する２次へき開時に、半導体レーザ素子に割れ、欠けなどが生じるのを抑制することができる。また、素子分離溝５４は、へき開ガイド溝３と同様にして、活性層９内には形成されないため、２次へき開時に、活性層９にクラックが抑制するのを回避することができる。従って、本実施形態の半導体レーザ装置を用いれば、特性の劣化が抑制された半導体レーザ素子を歩留まり良く製造することが可能となる。

なお、従来の半導体レーザ装置において、２次へき開時に半導体レーザ素子に割れや欠けなどの形状不良が生じる不良率が約１０％であるのに対して、本実施形態の半導体レーザ装置では、該不良率を５％程度以下に低減させることができた。

本実施形態のレーザウエハでは、素子分離溝５４の底面は活性層９の上面よりも高くなっているが、ｐ型コンタクト層１３の底面よりも低ければより好ましい。この場合、ｐ型コンタクト層１３が過剰なＭｇがドープされた半導体層から構成され、ｐ型コンタクト層１３において結晶欠陥が多発していても、２次へき開時に安定に共振器端面を形成することができる。なお、素子分離溝５４は、底面が活性層９の上面よりも高ければ、へき開ガイド溝３と同じ深さであっても、異なる深さであってもよい。

本発明の半導体レーザ装置とその製造方法、及び半導体レーザ素子の製造方法は、半導体レーザ素子の高性能化に有用である。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザウエハの構成を示す上面図であり、（ｂ）は、本実施形態のレーザウエハを共振器端面形成ライン２に沿って切断した断面の概略図である。 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置において、ウェル層のＩｎ組成比と発光波長との関係を示す図である。 第１の実施形態に係る半導体レーザ装置において、ｎ型クラッド層に含まれるＡｌの組成比と、ｎ型電流ブロック層に含まれるＡｌの組成比との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るレーザウエハの構成を示す上面図であり、（ｂ）は、本実施形態のレーザウエハを共振器端面形成ライン２に沿って切断した断面の概略図である。 （ａ）は、従来の半導体レーザ装置の構成を示す平面図であり、図５（ｂ）は、従来の半導体レーザ装置を共振器端面形成ライン１０２に沿って切断した断面の概略図である。

符号の説明

１ ストライプ状発光領域
２ 共振器端面形成ライン
３ へき開ガイド溝
４ チップ分割ライン
５ ｐ型電極
６ ｎ型基板
７ ｎ型クラッド層
８ ｎ型ガイド層
９ 活性層
１０ ｐ型ガイド層
１１ ｎ型電流ブロック層
１２ ｐ型クラッド層
１３ ｐ型コンタクト層
１４ パッシベーション膜
１５ ｎ型電極
５４ 素子分離

Claims (21)

1. 半導体レーザ素子が複数個配列された半導体レーザ装置であって、
   第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、
   前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、
   前記活性層上に形成され、開口部を有する第１導電型の電流ブロック層と、
   前記電流ブロック層上に形成され、前記開口部を埋める第２導電型の第２のクラッド層とを備え、
   平面的に見て前記開口部を挟んで設けられ、前記半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域において前記第２のクラッド層を貫通し、底面が前記活性層の上面よりも高い位置にあるへき開ガイド溝が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記へき開ガイド溝は、前記電流ブロック層の内部にまで到達しており、
   前記へき開ガイド溝の底面は、前記電流ブロック層の下面よりも高い位置にあ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. 前記第２のクラッド層上に形成された第２導電型のコンタクト層をさらに備え、
   前記へき開ガイド溝は、平面的に見て前記開口部を挟んで、前記コンタクト層のうち前記端面領域に設けられた部分をさらに貫通することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記へき開ガイド溝の底面及び側面を覆う絶縁膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
5. 互いに隣接する前記半導体レーザ素子の間には、前記開口部が延伸する方向と平行に延伸し、前記第２のクラッド層を貫通する素子分離溝が形成されており、
   前記素子分離溝の底面は、前記活性層の上面よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
6. 前記第２のクラッド層は、Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１Ｎから構成され、
   前記電流ブロック層は、Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２Ｎから構成され、
   ０＜Ｘ１＜Ｘ２≦１であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
7. 前記第２のクラッド層は、Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１Ｎ及びＧａＮからなる超格子で構成され、
   前記電流ブロック層は、Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２Ｎから構成され、
   前記第２のクラッド層のＡｌの平均組成比をＸ３とすると、０＜Ｘ３＜Ｘ２≦１であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
8. 前記活性層は、前記第１のクラッド層上に形成され、Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_１−ｙ１Ｎからなるウェル層と、前記ウェル層上に形成され、Ｉｎ_ｙ２Ｇａ_１−ｙ２Ｎからなるバリア層とから構成された量子井戸活性層であり、
   ０．０４＜ｙ１＜０．０９であることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体レーザ装置。
9. ０．１≦Ｘ２≦０．２であることを特徴とする請求項６〜８のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
10. 前記第１のクラッド層は、Ａｌ_Ｘ４Ｇａ_１−Ｘ４Ｎから構成されており、
    Ｘ２＜０．２７５−２．５ｘ（Ｘ４）であることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ装置。
11. 半導体レーザ素子が複数個配列された半導体レーザ装置の製造方法であって、
    第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１のクラッド層、活性層、及び開口部を有する第１導電型の電流ブロック層を形成した後、前記電流ブロック層上に、前記開口部を埋める第２導電型の第２のクラッド層を形成する工程（ａ）と、
    平面的に見て前記開口部を挟んで、前記半導体レーザ素子の共振器端面となる端面領域において前記第２のクラッド層を貫通し、底面が前記活性層の上面よりも高い位置にあるへき開ガイド溝を形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
12. 共振器端面を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
    第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１のクラッド層、活性層、及び開口部を有する第１導電型の電流ブロック層を形成した後、前記電流ブロック層上に、前記開口部を埋める第２導電型の第２のクラッド層を形成することで、前記半導体レーザ素子が複数個配列された半導体レーザ装置を形成する工程（ａ）と、
    平面的に見て前記開口部を挟んで、前記共振器端面となる端面領域において前記第２のクラッド層を貫通し、底面が前記活性層の上面よりも高い位置にあるへき開ガイド溝を形成する工程（ｂ）と、
    前記へき開ガイド溝に沿って、前記第２のクラッド層、前記電流ブロック層、前記活性層、前記第１のクラッド層、及び前記半導体基板をへき開することで、前記半導体レーザ装置を、共振面端面を有する前記半導体レーザ素子に分割する工程（ｃ）とを備えた半導体レーザ素子の製造方法。
13. 前記工程（ｂ）では、前記へき開ガイド溝は、前記電流ブロック層の内部まで到達しており、前記へき開ガイド溝の底面は、前記電流ブロック層の下面よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
14. 前記工程（ａ）では、前記第２のクラッド層上に第２導電型のコンタクト層をさらに形成し、
    前記工程（ｂ）では、前記端面領域において前記第２のクラッド層及び前記コンタクト層を貫通する前記へき開ガイド溝を形成することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
15. 前記工程（ｂ）では、前記へき開ガイド溝の底面及び側面を覆う絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１２〜１４のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
16. 前記工程（ｂ）は、互いに隣接する前記半導体レーザ素子の間に、前記開口部が延伸する方向と平行に延伸しつつ前記第２のクラッド層を貫通し、且つ、底面が前記活性層の上面よりも高い位置にある素子分離溝を形成する工程をさらに含み、
    前記工程（ｃ）は、へき開した後、前記素子分離溝に沿って前記第２のクラッド層、前記電流ブロック層、前記活性層、前記第１のクラッド層、及び前記基板を切断する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２〜１５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
17. 前記第２のクラッド層は、Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１Ｎから構成され、
    前記電流ブロック層は、Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２Ｎから構成されており、
    ０＜Ｘ１＜Ｘ２≦１であることを特徴とする請求項１２〜１６のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
18. 前記第２のクラッド層は、Ａｌ_Ｘ１Ｇａ_１−Ｘ１Ｎ及びＧａＮからなる超格子で構成され、
    前記電流ブロック層は、Ａｌ_Ｘ２Ｇａ_１−Ｘ２Ｎから構成されており、
    前記第２のクラッド層のＡｌの平均組成比をＸ３とすると、０＜Ｘ３＜Ｘ２≦１であることを特徴とする請求項１２〜１６のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
19. 前記活性層は、前記第１のクラッド層上に形成され、Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_１−ｙ１Ｎからなるウェル層と、前記ウェル層上に形成され、Ｉｎ_ｙ２Ｇａ_１−ｙ２Ｎからなるバリア層とから構成された量子井戸活性層であり、
    ０．０４＜ｙ１＜０．０９であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
20. ０．１≦Ｘ２≦０．２であることを特徴とする請求項１７〜１９のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
21. 前記第１のクラッド層は、Ａｌ_Ｘ４Ｇａ_１−Ｘ４Ｎから構成されており、
    Ｘ２＜０．２７５−２．５ｘ（Ｘ４）であることを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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