JP2010123726A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光モード形状の急激な変化による光の散乱ロスを低減することの可能な半導体レーザおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】端面付近のリッジ部２０Ａ外において、活性層２２に近い方の絶縁膜として、屈折率の低いもの（低屈折率層３１）が用いられている。これにより、リッジ残し厚が厚いことによる等価屈折率の上昇が、低屈折率層３１を設けたことによる等価屈折率の低下によって減殺（相殺）される。共振器方向の中央部分のリッジ部２０Ａ外において、活性層２２に近い方の絶縁膜として、屈折率の高いもの（高屈折率層３２）が用いられている。これにより、リッジ残し厚が薄いことによる等価屈折率の低下が、高屈折率層３２を設けたことによる等価屈折率の上昇によって減殺（相殺）される。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に高出力の用途に好適な半導体レーザおよびその製造方法に関する。

一般に、高出力半導体レーザでは、端面での再結合や光吸収の増大に伴う温度上昇によって突然破壊（Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ）が生じ易いことが知られている。このＣＯＤが高出力動作や高信頼性の妨げになっており、ＣＯＤの発生を防ぐために、従来から、様々な改良がなされてきた。

例えば、そのうちの一つの手法として、端面付近の光密度を低減するという方法がある。例えば、特許文献１では、リッジ導波路型の半導体レーザにおいて、活性層からリッジ脇の表面までの厚さが、端面およびその近傍で厚く、リッジストライプの中央部分で薄くなっている。これにより、端面付近において、光スポットサイズが拡大し、光密度が減少するので、ＣＯＤレベルを上昇させることができる。また、リッジストライプの中央部分においては、リッジ脇へのリーク電流を小さくすることができるので、閾値電流を低く抑えることができる。

特開２００２−１５８４０２号公報

ところで、特許文献１では、上述したように、活性層からリッジ脇の表面までの厚さが、端面およびその近傍で厚く、リッジストライプの中央部分で薄くなっている。つまり、リッジストライプの延在方向において、リッジ脇の表面に段差が生じている。そのため、段差の前後で、横方向の屈折率差が異なっており、光モード形状に差異が生じるので、光モード形状が急激に変化する部分（つまり、段差の生じている部分）で光の散乱ロスが生じてしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光モード形状の急激な変化による光の散乱ロスを低減することの可能な半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体レーザは、半導体層と、屈折率調整層とを備えたものである。半導体層は、活性層を含むと共に、上部に帯状のリッジ部を有しており、かつリッジ部を当該リッジ部の延在方向から挟み込む一対の共振器端面を有している。屈折率調整層は、半導体層のうち、少なくともリッジ部の両脇の表面上に設けられている。ここで、リッジ部とリッジ部の両脇とを含む光導波路において、一対の共振器端面の少なくとも一方の端面近傍の横方向屈折率分布が、共振器方向の中央部分の横方向屈折率分布よりもなだらかとなっている。さらに、屈折率調整層は、光導波路および当該屈折率調整層の全体としての横方向屈折率分布の、共振器方向の変化率の最大値が、光導波路の横方向屈折率分布の、共振器方向の変化率の最大値よりも小さくなるように構成されている。

本発明の半導体レーザでは、屈折率調整層が、光導波路および当該屈折率調整層の全体としての横方向屈折率分布の、共振器方向の変化率の最大値が、光導波路の横方向屈折率分布の、共振器方向の変化率の最大値よりも小さくなるように構成されている。これにより、屈折率調整層が設けられていない場合と比べて、横方向屈折率分布の、共振器方向の変化が緩やかとなる。

本発明の半導体レーザの製造方法は、以下の３つの工程を含むものである。
（Ａ）活性層を含む半導体層の上面に、帯状の第１低屈折率層を形成したのち、第１低屈折率層をマスクとして半導体層をエッチングすることにより、半導体層の上部にリッジ部を形成する工程
（Ｂ）第１低屈折率層を含む表面のうち、一対の共振器端面のうち少なくとも一方の端面を形成することとなる領域を含む帯状の領域（以下、単に「端面に対応する帯状領域」と称する）に第２低屈折率層を形成したのち、第１低屈折率層および第２低屈折率層をマスクとして半導体層をエッチングすることにより、リッジ部の両脇のうち、共振器方向の中央部分に溝を形成する工程
（Ｃ）第１低屈折率層、第２低屈折率層および溝を含む表面全体に高屈折率層を形成したのち、第１低屈折率層、第２低屈折率層および高屈折率層のうち、リッジ部の上面との対向領域の少なくとも一部をエッチングすることにより、リッジ部の上面の少なくとも一部を露出させる工程

本発明の半導体レーザの製造方法では、第１低屈折率層および第２低屈折率層をマスクとする半導体層のエッチングにより、活性層からリッジ部の両脇の表面までの厚さが、端面に対応する帯状領域で厚く形成され、共振器方向の中央部分で薄く形成される。次いで、第１低屈折率層、第２低屈折率層および溝を含む表面全体に高屈折率層を形成することにより、活性層からリッジ部の両脇の表面までの厚さが厚い部分の表面に第１低屈折率層が形成され、共振器方向の中央部分の表面において高屈折率層が形成される。これにより、第１低屈折率層および高屈折率層が設けられていない場合と比べて、横方向屈折率分布の、共振器方向の変化が緩やかとなる。

本発明の半導体レーザおよびその製造方法によれば、屈折率調整層（または、第１低屈折率層および高屈折率層）が設けられていない場合と比べて、横方向屈折率分布の、共振器方向の変化が緩やかとなる。これにより、光モード形状の急激な変化による光の散乱ロスを低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（両端部が帯状に厚い）
２．第２の実施の形態（両端部がテーパー状に厚い）
３．第３の実施の形態（両端部の幅が広い）
４．変形例（リッジ部が複数ある）
５．変形例（一方の端部だけが帯状に厚い）
６．変形例（一方の端部だけがテーパー状に厚い）
７．変形例（一方の端部の幅だけが広い）

＜第１の実施の形態＞
［半導体レーザ１の構造］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ１の概略構成を斜視的に表したものである。図２（Ａ）は図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図２（Ｂ）は図１の半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成を、図２（Ｃ）は図１の半導体レーザ１のＣ−Ｃ矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。なお、図１，図２（Ａ）〜（Ｃ）は、模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。

本実施の形態の半導体レーザ１は、後に詳述するように、帯状のリッジ部２０Ａを共振器方向（リッジ部２０Ａの延在方向）から一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２によって挟み込んだ構造となっており、いわゆる端面発光型の半導体レーザである。この半導体レーザ１は、例えば、基板１０上に、下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３およびコンタクト層２４を基板１０側からこの順に含む半導体層２０を備えたものである。なお、半導体層２０には、上記した層以外の層（例えば、バッファ層やガイド層など）がさらに設けられていてもよい。

基板１０は、例えばＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる。ここで、「ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体」とは、短周期型周期率表における３Ｂ族元素群のうちの少なくとも１種と、短周期型周期率表における５Ｂ族元素のうちの少なくともＮとを含むものを指している。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体としては、例えば、ＧａとＮとを含んだ窒化ガリウム系化合物が挙げられる。窒化ガリウム系化合物には、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどが含まれる。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体には、必要に応じてＳｉ、Ｇｅ、Ｏ、ＳｅなどのＩＶ族またはＶＩ族元素のｎ型不純物、または、Ｍｇ、Ｚｎ、ＣなどのＩＩ族またはＩＶ族元素のｐ型不純物がドープされている。

半導体層２０は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を主に含んで構成されている。下部クラッド層２１は、例えばＡｌＧａＮにより構成されている。活性層２２は、例えば、組成比の互いに異なるＧａＩｎＮによりそれぞれ形成された井戸層およびバリア層を交互に積層してなる多重量子井戸構造となっている。上部クラッド層２３は、例えばＡｌＧａＮにより構成されている。コンタクト層２４は、例えばＧａＮにより構成されている。

半導体層２０の上部、具体的には、上部クラッド層２３の上部およびコンタクト層２４には、帯状のリッジ部２０Ａが形成されている。このリッジ部２０Ａは、半導体層２０のうち、リッジ部２０Ａの両脇の部分と共に、光導波路を構成しており、横方向（共振器方向と直交する方向）の屈折率差を利用して横方向の光閉じ込めを行うと共に、半導体層２０へ注入される電流を狭窄するものである。活性層２２のうち上述の光導波路の直下の部分が、電流注入領域に対応しており、この電流注入領域が発光領域２２Ａとなる。

半導体層２０には、リッジ部２０Ａをリッジ部２０Ａの延在方向から挟み込む一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２が形成されている。これら前端面Ｓ１および後端面Ｓ２は、例えばへき開によって形成されたへき開面であり、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２によって共振器が構成されている。前端面Ｓ１はレーザ光を射出する面であり、前端面Ｓ１の表面には多層反射膜（図示せず）が形成されている。一方、後端面Ｓ２はレーザ光を反射する面であり、後端面Ｓ２の表面にも多層反射膜（図示せず）が形成されている。後端面Ｓ２側の多層反射膜は、当該多層反射膜と後端面Ｓ２とにより構成される射出側端面の反射率が例えば１０％程度となるように調整された低反射率膜である。一方、後端面Ｓ２側の多層反射膜は、当該多層反射膜と後端面Ｓ２とにより構成される反射側端面の反射率が例えば９５％程度となるように調整された高反射率膜である。

なお、本実施の形態のリッジ部２０Ａとリッジ部２０Ａの両脇の部分が本発明の「光導波路」の一具体例に相当する。また、本実施の形態の一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２が本発明の「一対の共振器端面」の一具体例に相当している。

リッジ部２０Ａの上面（コンタクト層２４の表面）には上部電極４１が設けられている。この上部電極４１は、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕをこの順に積層して構成されており、コンタクト層２４と電気的に接続されている。一方、基板１０の裏面には下部電極４２が設けられている。この下部電極４２は、例えばＡｕとＧｅとの合金，ＮｉおよびＡｕを基板１０側から順に積層して構成されており、基板１０と電気的に接続されている。

また、半導体レーザ１では、半導体層２０のうち、リッジ部２０Ａの両脇（リッジ部２０Ａの両脇の裾野）の部分に、両端面（前端面Ｓ１および後端面Ｓ２）付近の光密度を低減する構造が設けられている。具体的には、図１に示したように、リッジ部２０Ａの両脇において、両端面およびその近傍に高台部２０Ｃが設けられており、共振器方向の中央部分に溝部２０Ｂが設けられている。つまり、活性層２２からリッジ脇の表面までの厚さが、両端面およびその近傍で厚く、共振器方向の中央部分で薄くなっている。これにより、リッジ部２０Ａとリッジ部２０Ａの両脇の部分とを含む光導波路において、両端面近傍の横方向屈折率分布が、共振器方向の中央部分の横方向屈折率分布よりもなだらかとなっている。以下、リッジ部２０Ａとリッジ部２０Ａの両脇の部分とを含む光導波路のことを単に光導波路と称するものとする。

高台部２０Ｃの幅、共振器方向の長さおよび厚さ（Ｈ１）は、リッジ部２０Ａおよび高台部２０Ｃによって構成される、端面付近の光導波路の横方向屈折率分布をどのようなプロファイルにしたいかによって変わる。また、溝部２０Ｂ直下における、活性層２２からリッジ部２０Ａの両脇の表面までの厚さ（Ｈ２）は、リッジ脇へのリーク電流を小さくする観点から、できるだけ薄いことが好ましい。

また、半導体レーザ１では、少なくともリッジ部２０Ａの両脇（リッジ部２０Ａの両脇の裾野）の表面には、屈折率調整層３０が設けられている。なお、図１には、屈折率調整層３０は、リッジ部２０Ａの両脇だけでなく、リッジ部２０Ａの両側面にも設けられている場合が例示されている。この屈折率調整層３０は、光導波路の横方向屈折率分布を調整（補正）するものである。この屈折率調整層３０は、光導波路および当該屈折率調整層３０の全体としての横方向屈折率分布（以下、単に、全体の横方向屈折率分布と称する。）の、共振器方向の変化率の最大値が、光導波路の横方向屈折率分布の、共振器方向の変化率の最大値よりも小さくなるように構成されている。つまり、屈折率調整層３０は、全体の横方向屈折率分布の、共振器方向の変化ができるだけ小さくなるように、構成されている。これにより、屈折率調整層３０は、端面付近の光導波路の横方向屈折率分布を、共振器方向の中央部分の光導波路の横方向屈折率分布に近づけるように作用する。さらに、屈折率調整層３０は、共振器方向の中央部分の光導波路の横方向屈折率分布を、端面付近の光導波路の横方向屈折率分布に近づけるように作用する。

屈折率調整層３０は、例えば、図１、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、半導体層２０のうち、両端面近傍（高台部２０Ｃおよびリッジ部２０Ａの両側面）の表面上に、低屈折率層３１を有している。低屈折率層３１は、例えば、ＳｉＯ２などの絶縁材料によって構成されており、後述の高屈折率層３２の屈折率よりも低い屈折率を有している。この低屈折率層３１は、光導波路を伝播している光が低屈折率層３１の上にある物質（後述の高屈折率層）の屈折率を感じない程度に厚くなっている。この低屈折率層３１は、後述するように、ドライエッチングにおけるマスクとしても機能する。

また、屈折率調整層３０は、少なくとも、半導体層２０のうち、共振器方向の中央部分（溝部２０Ｂおよびリッジ部２０Ａの両側面）の表面上に、高屈折率層３２を有している。なお、図１、図２（Ａ）〜（Ｃ）には、高屈折率層３２が、共振器方向の中央部分（溝部２０Ｂおよびリッジ部２０Ａの両側面）の表面だけでなく、低屈折率層３１の表面にも設けられている場合が例示されている。高屈折率層３２は、例えば、ＺｒＯ２またはＳｉＮなどの絶縁材料によって構成されており、低屈折率層３１の屈折率よりも高い屈折率を有している。

［半導体レーザ１の製造方法］
このような構成を有する半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。

図３（Ａ），（Ｂ）、図４（Ａ），（Ｂ）および図５（Ａ），（Ｂ）は、製造過程における素子を斜視的に表したものである。基板１０の表面を例えばサーマルクリーニングにより清浄する。次に、清浄された基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３およびコンタクト層２４を順次成長させて、半導体層２０を形成する。

次に、半導体層２０（コンタクト層２４）上に帯状の絶縁層３１Ａ（第１低屈折率層）を形成する（図３（Ａ））。なお、絶縁層３１Ａは、上述の低屈折率層３１と同様の材料によって構成されている。続いて、例えばドライエッチングにより、絶縁層３１Ａをマスク層として、上部クラッド層２３の上部およびコンタクト層２４を選択的に除去する。これにより、上部クラッド層１３の上部およびコンタクト層１４に帯状のリッジ部２０Ａが形成される。

次に、絶縁層３１Ａを残した状態で、絶縁層３１Ａを含む表面のうち、両端面（共振器端面）を形成することとなる領域を含む帯状の領域に絶縁層３１Ｂ（第２低屈折率層）を形成する（図３（Ｂ））。なお、絶縁層３１Ｂは、上述の低屈折率層３１と同様の材料によって構成されている。次に、例えばドライエッチングにより、絶縁層３１Ａ，３１Ｂをマスクとして、半導体層２０を選択的に除去する。これにより、リッジ部２０Ａの両脇（リッジ部２０Ａの両脇の裾野）のうち、共振器方向の中央部分に溝２０Ｂが形成され、両端面を形成することとなる領域に、高台部２０Ｃが形成される（図４（Ａ））。このとき、リッジ部２０Ａとリッジ部２０Ａの両脇（溝２０Ｂ、高台部２０Ｃ）とを含む光導波路において、共振器端面を形成することとなる領域の近傍の横方向屈折率分布が、共振器方向の中央部分の横方向屈折率分布よりもなだらかになっている。

次に、絶縁層３１Ａ，３１Ｂを残した状態で、絶縁層３１Ａ，３１Ｂおよび溝２０Ｂを含む表面全体に、絶縁層３２Ａを形成する（図４（Ｂ））。なお、絶縁層３２Ａは、上述の高屈折率層３２と同様の材料によって構成されている。次に、絶縁層３１Ａ，３１Ｂ，３２Ｂのうち、リッジ部２０Ａの上面との対向領域の少なくとも一部に開口３３Ａを有するレジスト層３３を形成する（図５（Ａ））。続いて、開口３３Ａを介して、絶縁層３１Ａ，３１Ｂ，３２Ｂのうち、リッジ部２０Ａの上面との対向領域の少なくとも一部をエッチングする（図５（Ｂ））。これにより、リッジ部２０Ａの上面の少なくとも一部が露出されると共に、屈折率調整層３０が形成される。その後、レジスト層３３を除去する。

次に、リッジ部２０Ａの上面に上部電極４１を形成すると共に、基板１０の裏面に下部電極４２を形成する。続いて、基板１０を横方向にバー状にへき開して、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２を形成したのち、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２に多層反射膜を形成する。最後に、バー状の基板１０をダイシングする。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

［半導体レーザ１の作用・効果］
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極４１および下部電極４２に所定の電流が供給されると、リッジ部２０Ａにより電流狭窄された電流が活性層２２の電流注入領域（発光領域２２Ａ）に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２に形成された多層反射膜により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、前端面Ｓ１側からビームとして外部に射出される。

ところで、光導波路の横方向の光閉じ込めは、リッジ部２０Ａ内の等価屈折率ｎ１と、リッジ部２０Ａ外の等価屈折率ｎ２の差Δｎ（＝ｎ１−ｎ２）によって決まる。リッジ部２０Ａ内の屈折率ｎ１は、エピ層構造により決まるので、端面付近と共振器方向の中央部分とで同一である。しかし、端面付近のリッジ残し量を厚くして、高台部２０Ｃを形成した場合に、リッジ部２０Ａの両側面や裾野を同一の絶縁膜で被覆したときには、リッジ部２０Ａ外の等価屈折率ｎ２については、リッジ残し量の差により端面付近の方が大きくなっている。そのため、端面付近と共振器方向の中央部分とでΔｎに差が生じ、リッジ残し厚の段差の部分（溝部２０Ｂと高台部２０Ｃとの境界部分）で、横方向の光閉込が急激に変化する。その結果、従来のように、屈折率調整層３０が設けられていない場合には、両者の光モードプロファイルの差によって光の散乱ロスが生じることになる。

一方、本実施の形態では、端面付近のリッジ部２０Ａ外において、活性層２２に近い方の絶縁膜として、屈折率の低いもの（低屈折率層３１）が用いられている。これにより、リッジ残し厚が厚いことによる等価屈折率ｎ２の上昇が、低屈折率層３１を設けたことによる等価屈折率ｎ２の低下によって減殺（相殺）される。また、共振器方向の中央部分のリッジ部２０Ａ外において、活性層２２に近い方の絶縁膜として、屈折率の高いもの（高屈折率層３２）が用いられている。これにより、リッジ残し厚が薄いことによる等価屈折率ｎ２の低下が、高屈折率層３２を設けたことによる等価屈折率ｎ２の上昇によって減殺（相殺）される。このように、本実施の形態では、屈折率調整層３０は、端面付近の光導波路の横方向屈折率分布を、共振器方向の中央部分の光導波路の横方向屈折率分布に近づけるように作用する。さらに、屈折率調整層３０は、共振器方向の中央部分の光導波路の横方向屈折率分布を、端面付近の光導波路の横方向屈折率分布に近づけるように作用する。その結果、端面付近のリッジ部２０Ａ外の等価屈折率ｎ２が、共振器方向の中央部分の等価屈折率ｎ２と同一またはほぼ同一とすることができる。従って、リッジ残し厚の段差の部分（溝部２０Ｂと高台部２０Ｃとの境界部分）での光の散乱ロスを低減もしくはなくすることができる。

この場合、特許文献１で主張されているような光プロファイルの拡大による光密度低減の効果は生じなくなる。しかし、端面付近においてリッジ残し量が厚くなっていることにより、製造過程において、ドライエッチングによる活性層２２へのダメージが低減し、信頼性が向上する。

＜第２の実施の形態＞
［半導体レーザ２の構造］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ２の上面構成を表したものである。図７（Ａ）は図６の半導体レーザ２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図７（Ｂ）は図６の半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。なお、図６、図７（Ａ），（Ｂ）は、模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。

本実施の形態の半導体レーザ２は、テーパー状の高台部２０Ｃを備えている点で、上記実施の形態の半導体レーザ１の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略するものとする。

図６に示したように、高台部２０Ｃは、上面側から見たときに、共振器方向の中央部分から両端面に向かうにつれて幅が広がるテーパー形状となっている。高台部２０Ｃの上面が、共振器方向の中央部分に、わずかに形成されていてもよいし、全く形成されていなくてもよい。これにより、光導波路において、両端面近傍の横方向屈折率分布が、共振器方向の中央部分の横方向屈折率分布よりもなだらかとなっている。なお、高台部２０Ｃの上面が、共振器方向の中央部分に、わずかに形成されている場合には、例えば、図６に示したように、そのわずかに形成された部分の表面上に低屈折率層３１が形成されていることもある。しかし、そのような場合であっても、その低屈折率層３１は、横方向屈折率分布に対して実質的に影響を及ぼすことはない。そのため、共振器方向の中央部分において、「リッジ部２０Ａの両脇（リッジ部２０Ａの両脇の裾野）」は、高台部２０Ｃの上面ではなく、高台部２０Ｃの両脇の表面に相当する。従って、本実施の形態では、屈折率調整層３０の屈折率は、上記第１の実施の形態と同様、活性層２２からリッジ部２０Ａの両脇の表面までの厚さが厚い部分（高台部２０Ｃ）の表面において低く、共振器方向の中央部分の表面において高くなっている

［半導体レーザ２の製造方法］
このような構成を有する半導体レーザ２は、例えば次のようにして製造することができる。

図７（Ａ），（Ｂ）および図８（Ａ），（Ｂ）は、製造過程における素子を斜視的に表したものである。まず、基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、下部クラッド層２１，活性層２２，上部クラッド層２３およびコンタクト層２４を順次成長させて、半導体層２０を形成する。

次に、半導体層２０（コンタクト層２４）上に、例えば、共振器方向の中央部分において所望のリッジ幅より１μｍ程度太く、かつ端面に相当する部分でテーパー状にリッジ幅の広がる帯状の形状を持つ絶縁層３４を形成する（図８（Ａ））。なお、絶縁層３４は、例えば、上述の低屈折率層３１と同様の材料によって構成されている。続いて、例えばドライエッチングにより、絶縁層３４をマスク層として、上部クラッド層２３の上部およびコンタクト層２４を選択的に除去する。これにより、上部クラッド層１３の上部およびコンタクト層１４に、テーパー状のリッジ部２０Ａが形成される。その後、絶縁層３４を除去する。

次に、リッジ部２０Ａの上面に、帯状の絶縁膜３５を形成する（図８（Ｂ））。続いて、例えばドライエッチングにより、絶縁層３５をマスクとして、リッジ部２０Ａを選択的に除去する。このとき、高台部２０Ｃが、ＣＯＤの抑制に必要な程度の高さとなるようにリッジ部２０Ａのエッチングを行う。その後、絶縁層３５を除去する。これにより、リッジ部２０Ａとリッジ部２０Ａの両脇（溝２０Ｂ、高台部２０Ｃ）とを含む光導波路において、共振器端面を形成することとなる領域の近傍の横方向屈折率分布が、共振器方向の中央部分の横方向屈折率分布よりもなだらかになる。

次に、リッジ部２０Ａの上面および両側面と、高台部２０Ｃの上面とに渡る帯状の領域に絶縁層３１Ｃを形成する（図９（Ａ））。なお、絶縁層３１Ｃは、上述の低屈折率層３１と同様の材料によって構成されている。次に、絶縁層３１Ｃを含む表面全体に、絶縁層３２Ｂを形成する（図４（Ｂ））。なお、絶縁層３２Ｂは、上述の高屈折率層３２と同様の材料によって構成されている。

以降、上記実施の形態と同様のプロセスを経る。具体的には、図示しないが、絶縁層３１Ｃ，３２Ｂのうち、リッジ部２０Ａの上面との対向領域の少なくとも一部に開口を有するレジスト層を形成する。続いて、その開口を介して、絶縁層３１Ｃ，３２Ｂのうち、リッジ部２０Ａの上面との対向領域の少なくとも一部をエッチングする。これにより、リッジ部２０Ａの上面の少なくとも一部が露出されると共に、屈折率調整層３０が形成される。その後、レジスト層を除去する。

次に、リッジ部２０Ａの上面に上部電極４１を形成すると共に、基板１０の裏面に下部電極４２を形成する。続いて、基板１０を横方向にバー状にへき開して、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２を形成したのち、前端面Ｓ１および後端面Ｓ２に多層反射膜を形成する。最後に、バー状の基板１０をダイシングする。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ２が製造される。

［半導体レーザ２の効果］
本実施の形態では、高台部２０Ｃの幅が、端面付近に近づくに従い拡大している。第１の実施の形態の半導体レーザ１では、端面付近と共振器方向の中央部分とでΔｎの差を低減することにより、リッジ残し厚の段差の部分（溝部２０Ｂと高台部２０Ｃとの境界部分）での光の散乱ロスを低減もしくはなくしている。しかし、第１の実施の形態では、リッジ部２０Ａの側面部分の光プロファイルを、端面付近と、共振器方向の中央部分とにおいて完全に同一にすることが難しく、光の散乱ロスが残存し易い。これは、光モード形状が完全なガウシアン形状からわずかにずれることが原因である。

そこで、本実施の形態では、この点を鑑み、光モードを共振器方向に緩やかに（Gradualに）変化させている。本実施の形態では、共振器方向の中央部分では光導波路を伝播している光が主に高屈折率材に染み出しているのに対し、端面付近では低屈折率材に染み出しており、さらにその光モードの形状変換が共振器方向に緩やかに行われている。これにより、光の散乱ロスを最小限に抑制している。また、端面付近においてエッチングダメージの活性層２２への影響を最小限とすることができ、さらに、光の伝搬ロスも少なくすることができる。

＜第３の実施の形態＞
［半導体レーザ２の構造］
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ３の上面構成を表したものである。図１１（Ａ）は図１０の半導体レーザ３のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図１１（Ｂ）は図１０の半導体レーザ３のＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表したものである。なお、図１０、図１１（Ａ），（Ｂ）は、模式的に表したものであり、実際の寸法，形状とは異なっている。

本実施の形態の半導体レーザ３は、リッジ部２０Ａそのものがテーパー状となっている点で、上記第２の実施の形態の半導体レーザ２の構成と相違する。そこで、以下では、上記第２の実施の形態との相違点について主に説明し、上記第２の実施の形態との共通点についての説明を適宜省略するものとする。

図１０に示したように、リッジ部２０Ａは、上面側から見たときに、共振器方向の中央部分から両端面に向かうにつれて幅が広がるテーパー形状となっている。これにより、光導波路において、両端面近傍の横方向屈折率分布が、共振器方向の中央部分の横方向屈折率分布よりもなだらかとなっている。リッジ部２０Ａの側面および両脇（裾野）には、両端面近傍に低屈折率層３１が接して設けられており、共振器方向の中央部分に高屈折率層３２が接して設けられている。屈折率調整層３０の屈折率は、リッジ部２０Ａのうち、当該リッジ部２０Ａの幅が広い部分の両脇において低く、リッジ部２０Ａのうち、当該リッジ部２０Ａの幅が狭い部分の両脇において高くなっている。なお、図１１（Ａ），（Ｂ）には、高屈折率層３２が共振器方向の中央部分においてリッジ部２０Ａの側面および両脇（裾野）に接して設けられているだけでなく、両端面近傍の低屈折率層３１の上面にも接して設けられている場合が例示されている。また、半導体レーザ３は、上記第２の実施の形態において説明した製法において、絶縁膜３５をマスクとするエッチングのプロセスを省略することにより製造することが可能である。

［半導体レーザ３の効果］
本実施の形態では、リッジ部２０Ａの幅が、端面付近に近づくに従い拡大しており、上記第２の実施の形態と同様、光モードを共振器方向に緩やかに（Gradualに）変化させている。本実施の形態では、共振器方向の中央部分では光導波路を伝播している光が主に高屈折率材に染み出しているのに対し、端面付近では低屈折率材に染み出しており、さらにその光モードの形状変換が共振器方向に緩やかに行われている。これにより、光の散乱ロスを最小限に抑制している。また、端面付近においてエッチングダメージの活性層２２への影響を最小限とすることができ、さらに、光の伝搬ロスも少なくすることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ１，２，３がリッジ部２０Ａを１つだけ備えている場合について説明していたが、複数備えていてもよい。

また、上記第１の実施の形態では、両端面近傍に高台部２０Ｃが設けられていたが、両端面のいずれか一方にだけ設けられていてもよい。同様に、上記第２の実施の形態では、高台部２０Ｃの幅が、両端面付近に近づくに従い拡大していたが、両端面のいずれか一方に近づくに従い拡大するようにしてもよい。また、上記第３の実施の形態では、リッジ部２０Ａの幅が、両端面付近に近づくに従い拡大していたが、両端面のいずれか一方に近づくに従い拡大するようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、窒化ガリウム系の半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ系などの赤色半導体レーザ、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザにも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。 図１の半導体レーザの断面図である。 図１の半導体レーザの製造方法について説明するための斜視図である。 図３に続く工程について説明するための斜視図である。 図４に続く工程について説明するための斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。 図６の半導体レーザの断面図である。 図６の半導体レーザの製造方法について説明するための斜視図である。 図８に続く工程について説明するための斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。 図１０の半導体レーザの断面図である。

符号の説明

１，２，３…半導体レーザ、１０…基板、２０…半導体層、２０Ａ…リッジ部、２０Ｂ…溝部、２０Ｃ…高台部、２１…下部クラッド層、２２…活性層、２２Ａ…発光領域、２３…上部ガイド層、２４…コンタクト層、３０…屈折率調整層、３１…低屈折率層、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｂ，３４，３５…絶縁層、３２…高屈折率層、３３…レジスト層、３３Ａ…開口、４１…上部電極、４２…下部電極、Ｓ１…前端面、Ｓ２…後端面。

Claims (5)

1. 活性層を含むと共に、上部に帯状のリッジ部を有し、かつ前記リッジ部を当該リッジ部の延在方向から挟み込む一対の共振器端面を有する半導体層と、
   前記半導体層のうち、少なくとも前記リッジ部の両脇の表面上に設けられた屈折率調整層と
   を備え、
   前記リッジ部と前記リッジ部の両脇とを含む光導波路において、前記一対の共振器端面の少なくとも一方の端面近傍の横方向屈折率分布が、共振器方向の中央部分の横方向屈折率分布よりもなだらかとなっており、
   前記屈折率調整層は、前記光導波路および当該屈折率調整層の全体としての横方向屈折率分布の、共振器方向の変化率の最大値が、前記光導波路の横方向屈折率分布の、共振器方向の変化率の最大値よりも小さくなるように構成されている半導体レーザ。
2. 前記屈折率調整層において、前記一対の共振器端面のうち、横方向屈折率分布がなだらかとなっている端面近傍の屈折率が、共振器方向の中央部分の屈折率よりも小さくなっている請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記活性層から前記リッジ部の両脇の表面までの厚さが、前記一対の共振器端面の少なくとも一方の端面近傍で厚く、共振器方向の中央部分で薄くなっており、
   前記屈折率調整層の屈折率は、前記活性層から前記リッジ部の両脇の表面までの厚さが厚い部分の表面において低く、共振器方向の中央部分の表面において高くなっている請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ。
4. 前記リッジ部の幅は、前記一対の共振器端面の少なくとも一方の端面近傍で広く、共振器方向の中央部分で狭くなっており、
   前記屈折率調整層の屈折率は、前記リッジ部のうち、当該リッジ部の幅が広い部分の両脇において低く、前記リッジ部のうち、当該リッジ部の幅が狭い部分の両脇において高くなっている請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ。
5. 活性層を含む半導体層の上面に、帯状の第１低屈折率層を形成したのち、前記第１低屈折率層をマスクとして前記半導体層をエッチングすることにより、前記半導体層の上部にリッジ部を形成する工程と、
   前記第１低屈折率層を含む表面のうち、一対の共振器端面のうち少なくとも一方の端面を形成することとなる領域を含む帯状の領域に第２低屈折率層を形成したのち、前記第１低屈折率層および前記第２低屈折率層をマスクとして前記半導体層をエッチングすることにより、前記リッジ部の両脇のうち、共振器方向の中央部分に溝を形成する工程と、
   前記第１低屈折率層、前記第２低屈折率層および前記溝を含む表面全体に高屈折率層を形成したのち、前記第１低屈折率層、前記第２低屈折率層および前記高屈折率層のうち、前記リッジ部の上面との対向領域の少なくとも一部をエッチングすることにより、前記リッジ部の上面の少なくとも一部を露出させる工程と
   を含む半導体レーザの製造方法。

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