JP2020126995A - 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】レーザ発光のロスが小さい半導体レーザ素子及びその製造方法を実現する。【解決手段】半導体レーザ素子は、基板と、基板上に形成される第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成され、ストライプ状の凸部を有する第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層の凸部上に形成される透明導電層と透明導電層上に形成される、導電性の保護層と第２導電型半導体層の凸部の側面と透明導電層の側面と保護層の側面を覆う誘電体膜と、保護層上に形成される上部電極とを備え、透明導電層の上面の全面は保護層により覆われ、保護層の上面の一部は誘電体膜により覆われていることを特徴とする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
例えば、特許文献１には、リッジの上面に形成された導電性酸化物層と、リッジの側面に形成された誘電体層と、導電性酸化物層及び誘電体層を覆うパッド電極を備えた半導体レーザ素子が開示される。
特開２０１１−２２２９７３号公報
しかしながら、引用文献１の半導体レーザ素子では、直接導電性酸化物層を覆うパッド電極がレーザ発光を吸収するので発光ロスが生じる。
本発明の一態様は、レーザ発光のロスが小さい半導体レーザ素子及びその製造方法を実現する。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、基板と、基板上に形成される第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成され、ストライプ状の凸部を有する第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層の凸部上に形成される透明導電層と透明導電層上に形成される、導電性の保護層と第２導電型半導体層の凸部の側面と透明導電層の側面と保護層の側面を覆う誘電体膜と、保護層上に形成される上部電極とを備え、透明導電層の上面の全面は保護層により覆われ、保護層の上面の一部は誘電体膜により覆われていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、保護層の上面の端部は誘電体膜により覆われていることを特徴とする。
透明導電層の発光層で発光した光に対する屈折率は、第２導電型半導体層の発光層で発光した光に対する屈折率より小さいことを特徴とする。
透明導電層は、第１透明導電層と第１透明導電層上に形成される、第２透明導電層を含み、第２透明導電層の発光層で発光した光に対する屈折率は、第１透明導電層の発光層で発光した光に対する屈折率より小さいことを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、透明導電層は、第１透明導電層と第１透明導電層上に形成される、第２透明導電層を含み、第２透明導電層は第１透明導電層より電気抵抗が小さいことを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、第１透明導電層と第２透明導電層はＩＴＯからなり、第１透明導電層は第２透明導電層より酸素を多く含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、保護層は金属からなることを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、保護層は発光層で発光した光の波長に対して、上部電極より高い反射率を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に第１導電型半導体層を形成する工程と、第１導電型半導体層上に発光層を形成する工程と、発光層上に第２導電型半導体層を形成する工程と、第２導電型半導体層上に透明導電層を形成する工程と、透明導電層上に導電性の保護層を形成する工程と、保護層と透明導電層と第２導電型半導体層の一部を除去して、保護層の側面と、透明導電層の側面と、第２導電型半導体層にストライプ状の凸部を形成する工程と、第２導電型半導体層のストライプ状の凸部の側面と、透明導電層の側面と、保護層の側面に誘電体膜を覆う工程と、保護層上に上部電極を形成する工程とを備え、保護層を形成する工程において、透明導電層の上面の全面は保護層により覆われ、誘電体膜を覆う工程において、保護層の上面の一部が誘電体膜により覆われることを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の製造方法は、誘電体膜を覆う工程は、第２導電型半導体層の側面と、透明導電層の側面と、保護層の側面と、保護層の上面に誘電体膜を形成し、保護層の上面に形成された誘電体膜の一部をエッチングにより除去することを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の製造方法は、透明導電層を形成する工程は、ＩＴＯからなる第１透明導電層を形成する工程と、第１透明導電層を熱処理する工程と、ＺｎＯからなる第２透明導電層を形成する工程と、第２透明導電層を熱処理する工程とを、さらに含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の製造方法は、透明導電層を形成する工程は、ＩＴＯからなる第１透明導電層を形成する工程と、第１透明導電層を酸素を含む雰囲気中で熱処理する工程と、ＩＴＯからなる第２透明導電層を形成する工程と、第２透明導電層を第１透明導電層を熱処理する工程より、酸素の少ない雰囲気中で熱処理する工程とを、さらに含むことを特徴とする。
本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（１）を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（２）を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（３）を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（４）を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（５）を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（６）を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（６）を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（６）の他の状態を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程（７）を模式的に示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１Ａは本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す斜視図である。また、図１Ｂは本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。
図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、例えば、半導体レーザ素子１０１は、前端面１１４と後端面１１５を有する端面出射型の半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１０１は電流を印加することで、後述の発光層１０４で光が発光し、発光した光は前端面１１４と後端面１１５の間で反射を繰り返すことにより増幅され、前端面１１４上の発光点Ａからレーザ光が出射される。
半導体レーザ素子１０１について、基板１０２上には、第１導電型半導体層１０３と、発光層１０４と、第２導電型半導体層１０５と、透明導電層１０６と、保護層１０７が順次形成されている。
保護層１０７と、透明導電層１０６と、第２導電型半導体層１０５の一部は除去されて、二つの溝１１２，１１２が形成される。二つの溝１１２，１１２で挟まれた部分はリッジ１１１となり光導波路の役割を有する。リッジ１１１は、第２導電型半導体層１０５のストライプ状の凸部と、その上に形成される透明導電層１０６と、保護層１０７からなり、半導体レーザ素子１０１の上面から見てストライプの形状である。
また、二つの溝１１２，１１２の外側にはテラス１１３，１１３が形成され、各テラス１１３は第２導電型半導体層１０５の凸部と、その上に形成される透明導電層１０６と、保護層１０７からなる。リッジ１１１中の保護層１０７の上面と、テラス１１３中の保護層１０７の上面は同じ高さとなっている。なお、テラス１１３は省略も可能であり、保護層１０７と、透明導電層１０６と、第２導電型半導体層１０５の一部を除去して溝１１２を形成する際、テラス１１３に相当する部分を同時に除去してもよい。
リッジ１１１の上面の一部と側面、溝１１２の底面、テラス１１３の上面と側面は誘電体膜１０８により覆われている。リッジ１１１の上面に形成された誘電体膜１０８は一部が除去されて、保護層１０７の一部が露出している。
誘電体膜１０８の上面と、露出した保護層１０７の上面には、上部電極１１０が形成され、保護層１０７と上部電極１１０は電気的に接続される。なお、透明導電層１０６は第１透明導電層１０６ａと、第２透明導電層１０６ｂを更に含んでもよい。また、基板１０２の下部表面には下部電極１０９が配置されてもよい。
ここで、半導体レーザ素子１０１について、リッジ１１１中の透明導電層１０６の上面の全面は保護層１０７により覆われ、保護層１０７の上面の一部は誘電体膜１０８により覆われている。リッジ１１１中の透明導電層１０６の上面の全面は保護層１０７に覆われることにより、後述のリッジ１１１の上面に形成された誘電体膜１０８の一部をエッチングにより除去する際、誘電体層１０６をエッチングから保護する。また、保護層１０７の上面の一部は誘電体膜１０８により覆われることにより、保護層１０７と透明導電層１０６がより強く密着して、保護層１０７が透明導電層１０６から剥がれることを抑制する。
また、保護層１０７の上面の端部は誘電体膜１０８により覆われてもよい。保護層１０７の上面の端部が誘電体膜１０８により覆われることで、後述のリッジ１１１の上面に形成された誘電体膜１０８の一部をエッチングにより除去する際、誘電体層１０６と保護層１０７の側面の境界部分からエッチング液が侵入し、下層の透明導電層１０６がエッチングされることを防止する。
基板１０２は、半導体レーザ素子１０１の構造を支持する材料で構成される。たとえば、基板１０２は、Ｓｉを添加したｎ型のＧａＮである。基板１０２は上記材料に限定されず、例えば、サファイアやＳｉ等であってもよい。
第１導電型半導体層１０３は、発生した光を後述の発光層１０４に閉じ込める材料で構成される。例えば、第１導電型半導体層１０３はＳｉを添加したＡｌＧａＮのｎ型クラッド層である。第１導電型半導体層１０３は上記材料に限定されず、例えば、ｎ型ＧａＮやｎ型ＡｌＩｎＧａＮ等であってもよい。
なお、基板１０２と第１導電型半導体層１０３の間には半導体結晶の平坦性をよくするための材料でバッファ層を形成してもよい。例えば、バッファ層は、Ｓｉを添加したＡｌＧａＮ等である。
発光層１０４は、量子井戸を有し、電子と正孔が発光再結合する材料で構成される。また、発光層１０４は、複数のバリア層と井戸層からなる多重量子井戸層であってもよい。例えば、バリア層はＧａＮで、井戸層はＩｎＧａＮである。井戸層の混晶比は発振するレーザの波長により任意に調整可能である。発光層１０４は上記材料に限定されず、バリア層は、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ等であってもよいし、井戸層は、例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ等であってもよい。
なお、第１導電型半導体層１０３と発光層１０４の間には、レーザ発振の光を発光層１０４に閉じ込める材料からなる下部ガイド層を形成してもよい。例えば、下部ガイド層はＩｎＧａＮ等である。
第２導電型半導体層１０５は、発生した光を発光層１０４に閉じ込める材料で構成される。例えば、第２導電型半導体層１０５はＭｇを添加したＡｌＧａＮのｐ型クラッド層である。第２導電型半導体層１０５は一部が除去されて凸部を形成する。第２導電型半導体層１０５は上記材料に限定されず、例えば、ｐ型ＧａＮやｐ型ＡｌＩｎＧａＮ等であってもよい。
なお、発光層１０４と第２導電型半導体層１０５との間には、レーザ発振の光を発光層１０４に閉じ込める材料からなる上部ガイド層を形成してもよい。例えば、上部ガイド層はＩｎＧａＮである。
透明導電層１０６は、レーザ発光に対し透明度が高い導電性を有する材料からなり、例えば、透明導電層１０６はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）である。透明導電層１０６は上記材料に限定されず、例えば、ＺｎＯ、ＡＺＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ）、ＧＺＯ（Ｇａ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ）、ＦＺＯ（Ｆ−ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（Ｓｂ−ｄｏｐｅｄ ＳｎＯ２）等であってもよい。
透明導電層１０６は、第２導電型半導体層１０５よりも電気抵抗が小さいので、例えば、第２導電型半導体層１０５の凸部の厚さを薄くして、薄くなった分だけ透明導電層１０６を配置することで動作電圧が小さくなる。また、透明導電層１０６を第２導電型半導体層１０５と上部電極１１０の間に配置することで、発光層１０４と上部電極１１０の距離が大きくなり、上部電極１１０の光の吸収による、光のロスは小さくなる。
また、透明導電層１０６は発光層１０４で発光した光に対する屈折率を、第２導電型半導体層１０５の発光層１０４で発光した光に対する屈折率より小さくしてもよい。透明導電層１０６の屈折率を、第２導電型半導体層１０５の屈折率より小さくすることで発光層１０４で発光した光は、透明導電層１０６と第２導電型半導体層１０５の界面で反射するので、発光層１０４付近での光の閉じ込めがより強くなり、光のロスは低減される。したがって、小さな駆動電流でも、光導波路内で光が飽和しやすく、閾値が小さい状態でレーザ発振が可能となる。
また、透明導電層１０６は複数の層を含んでもよく、例えば、透明導電層１０６は、第１透明導電層１０６ａと第１透明導電層１０６ａ上に形成される、第２透明導電層１０６ｂを含んでもよく、第２透明導電層１０６ｂの発光層１０４で発光した光に対する屈折率は、第１透明導電層１０６ａの発光層１０４で発光した光に対する屈折率より小さくしてもよい。例えば、第１透明導電層１０６ａはＩＴＯで、第２透明導電層１０６ｂはＺｎＯである。第２透明導電層１０６ｂの屈折率が第１透明導電層１０６ａの屈折率より小さいことで、第２透明導電層１０６ｂと第１透明導電層１０６ａの界面で光は反射されやすく、光導波路内での光の閉じ込めがさらに大きくなり、さらに光のロスは低減される。
また、透明導電層１０６は複数の層を含んでもよく、例えば、透明導電層１０６は、第１透明導電層１０６ａと第１透明導電層１０６ａ上に形成される、第２透明導電層１０６ｂを含んでもよく、第２透明導電層１０６ｂは第１透明導電層１０６ａより電気抵抗を小さくしてもよい。第２透明導電層１０６ｂは第１透明導電層１０６ａより電気抵抗が小さいことで、ある程度の透明性を確保しながら、半導体レーザ素子１０１の動作電圧をより小さくすることができる。
ここで、第１透明導電層１０６ａと第２透明導電層１０６ｂは、例えば、ＩＴＯからなり、第１透明導電層１０６ａは第２透明導電層１０６ｂより酸素を多く含んでもよい。ＩＴＯは酸素を多く含むほど透明となり、酸素が少ないほど電気抵抗は小さくなり、透明度と電気抵抗の小ささはトレードオフの関係にある。ここで、発光層１０４に近い第１透明導電層１０６ａを第２透明導電層１０６ｂより酸素を多く含むＩＴＯとすることでより透明となり、光のロスを小さくする。一方で、発光層１０４から遠い第２透明導電層１０６ｂを第１透明導電層１０６ａより酸素を少なく含むＩＴＯとすることで電気抵抗を小さくして、半導体レーザ素子１０１の動作電圧をより小さくすることができる。
保護層１０７は、後述のリッジ１１１上の誘電体膜１０８を除去する工程で、透明導電層１０６をエッチャントから保護する導電性の材料からなり、例えばＡｇである。保護層１０７は上記材料に限定されず、例えば、Ｔａ、Ｉｒであってもよい。
ここで、保護層１０７は金属からなってもよい。保護層１０７を金属とすることで、発光層１０４で発光した光が保護層１０７で反射して、光のロスが小さくなる。
また、保護層１０７は発光層１０４で発光した光の波長に対して、上部電極１１０より高い反射率を有してもよい。保護層１０７の反射率を上部電極１１０の反射率より高くすることで、光が上部電極１０４に吸収されることなく、保護層１０７で反射され、光のロスは低減される。
誘電体膜１０８は、電気的絶縁性を有する材料からなり、例えば、酸化アルミニウムである。誘電体膜１０８は上記材料に限定されず、例えば、酸化シリコン、ジルコニア、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、酸窒化シリコンおよび酸窒化アルミニウムなどであってもよい。
下部電極１０９は、基板１０２と電気的コンタクトをとる金属材料で構成され、単層でも複数の層であってもよい。例えば、Ａｕ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、ＮｉおよびＰｔなどから選択してもよい。下部電極１０９は基板１０２の全面を覆う必要は無く、例えば、前端面１１４と後端面１１５の近傍を覆わなくてもよい。
上部電極１１０は、保護層１０７と電気的コンタクトをとる金属材料で構成され、単層でも複数の層であってもよい。例えば、Ａｕ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、ＮｉおよびＰｔなどから選択してもよい。上部電極１１０はリッジ１１１、テラス１１２、溝１１３の全面を覆ってもよいし、覆わなくてもよい。例えば、前端面１１４と後端面１１５の近傍を覆わなくてもよい。
また、リッジ１１１の上方の上部電極１１０の表面と、テラス１１２の上方の上部電極１１０の表面とは同じ高さであってもよい。リッジ１１１の上方の上部電極１１０の表面と、テラス１１２の上方の上部電極１１０の表面とを同じ高さとすることで、上部電極１１０をサブマウントまたはヒートシンクに接合する、いわゆるジャンクションダウン接合の際、リッジ１１１にかかるストレスがテラス１１３に分散されるので、リッジ１１１の破壊が防止される。
また、図示はしないが、前端面１１４または後端面１１５上にはコーティング膜が形成されてもよい。コーティング膜は導波路の端面の保護および反射率を制御する。前端面１１４側のコーティング膜は、後端面１１５側のコーティング膜より反射率が低く形成される。コーティング膜の材料は、例えばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３の積層構造である。なお、コーティング膜は前端面１１４側または後端面１１５側のどちらか一方、もしくは両方の省略も可能である。
［半導体レーザ素子の製造方法］
実施形態では、例えばＭＯＣＶＤ法により、半導体レーザ素子を製造する。図２から図１０は実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程の一部を模式的に示す断面図または斜視図である。以下、図２から図１０を参照に詳細について説明する。
まず、図２に示すように、基板１０２上に、第１導電型半導体層１０３を形成する。具体的には、例えば、ＭＯＣＶＤ装置にウエハ状のＳｉ−ＧａＮからなる基板１０２を投入し、Ｓｉ−（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）Ｎからなる第１導電型半導体層１０３を積層する。
次いで、第１導電型半導体層１０３上に発光層１０４を形成する。具体的には、例えば、発光層１０４は、ノンドープＧａＮからなるバリア層と、ノンドープＩｎＧａＮからなる井戸層を２回繰り返し積層し、再度ノンドープＧａＮからなるバリア層とを積層する。井戸層の混晶比および層厚は、レーザの波長が、例えば、５２０ｎｍで発振するように適宜調整される。
次いで、発光層１０４上に第２導電型半導体層１０５を形成する。具体的には、例えば、Ｍｇ−（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）からなる第２導電型半導体層１０５を積層する。
次いで、ＭＯＣＶＤ装置から各層を積層した基板１０２を取り出し、半導体の多層膜を有するウエハを得る。
次いで、第２導電型半導体層１０５上に透明導電層１０６を形成する。具体的には、例えば、半導体の多層膜を有するウエハの上面に、ＥＢ蒸着法によりＩＴＯを１μｍ積層する。
次いで、ＩＴＯが積層されたウエハをアニール炉に投入しアニールする。アニールは、酸素濃度５％、６５０℃の雰囲気中で５分行う。酸素を含む雰囲気中でアニールすることによりレーザの発光に対し透明となり、透明導電層１０６を有するウエハを得る。
ここで、透明導電層１０６は、異なる材料からなるの複数の層であってもよい。具体的には、例えば、ＩＴＯからなる第１透明導電層１０６ａを０．５μｍ形成し、次いで、第１透明導電層１０６ａを熱処理し、次いで、ＺｎＯからなる第２透明導電層１０６ｂを０．５μｍ形成し、次いで第２透明導電層１０６ｂを熱処理する。
また、透明導電層１０６は、同じ材料系からなるの複数の層であってもよい。具体的には、例えば、ＩＴＯからなる第１透明導電層１０６ａを０．５μｍ形成し、次いで、第１透明導電層１０６ａを酸素を含む雰囲気中で熱処理し、次いで、ＩＴＯからなる第２透明導電層１０６ｂを０．５μｍを形成し、次いで第２透明導電層１０６ｂを第１透明導電層１０６ａを熱処理したときより、酸素の少ない雰囲気中で熱処理する。
次いで、透明導電層１０６上に保護層１０７を形成する。具体的には、例えば、電子ビーム蒸着法によりＡｇを形成することで、に示されるような、保護層１０７を有するウエハを得る。
次いで、図３に示されるように、保護層１０７と透明導電層１０６と第２導電型半導体層１０５の一部を除去する。具体的には、例えば、フォトリソグラフィー法により、まず、保護層１０７の上面のリッジ１１１とテラス１１３に相当する部分をマスクする。リッジ１１１は上面から見てストライプ状にマスクされる。次いで、エッチングにより、保護層１０７の内、マスクされていない部分を除去する。エッチャントは、例えば、ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ２である。次いで、例えば、ドライエッチングにより透明導電層１０６と、第２導電型半導体層１０５の一部を除去する。第２導電型半導体層１０５はストライプ状の凸部を有し、透明導電層１０６の側面と、保護層１０７の側面が露出している。次いで、マスクを除去することでリッジ１１１が形成されたウエハを得る。リッジ１１１の両側は溝１１２が形成され、溝１１２の外側にはテラス１１３が形成される。
次いで、図４に示されるように、第２導電型半導体層１０５のストライプ状の凸部の側面と、透明導電層１０６の側面と、保護層１０７の側面を誘電体膜１０８でを覆う。具体的には、例えば、電子サイクロトロン共鳴プラズマ化学蒸着（ＥＣＲプラズマＣＶＤ）法によって、リッジ１１１の上面と側面、溝１１２の底面、およびテラス１１３の上面と側面に、ＳｉＯ２からなる誘電体膜１０８を形成する。
次いで、図５に示されるように、誘電体膜１０８の一部をマスクする。具体的には、例えば、フォトリソグラフィー法により、まず、誘電体膜１０８の一部をマスクＭによりマスクする。次いで、リッジ１１１の上方の一部のマスクＭを除去して、誘電体膜１０８の一部を露出させる。ここで、保護層１０７の端部、より具体的には、保護層１０７のリッジ１１１の長手方向の周辺部分Ｂ１について、マスクＭは除去されない。
次いで、図６に示されるように、誘電体膜１０８表面の一部を除去して、保護層１０７の一部を露出させる。具体的には、例えば、フッ酸を用いたエッチングにより、マスクされていない誘電体膜１０８を除去する。ここで、透明導電層１０６の上面の全面は保護層１０７によりエッチングされない。また、保護層１０７の端部が誘電体膜１０８の部分Ｂ２により覆われることで、保護層１０７の側面と誘電体膜１０８の境界部分にエッチャントが侵入しない。したがって、透明導電層１０６の側面についてもエッチングされない。このため、エッチバック法などエッチングレートやエッチング時間の管理が複雑で工程の多い方法を利用しなくても、簡易に透明導電層１０６を含むリッジ１１１を形成できる。
次いで、マスクＭを除去することで、図７に示されるように、第２導電型半導体層１０５のストライプ状の凸部の側面と、透明導電層１０６の側面と、保護層１０７の側面を覆う誘電体膜１０８が形成される。
ここで、図８および図９を用いて、誘電体膜の形状についてより具体的に説明する。図８は図７にも示された、保護層１０７の一部が露出した状態を模式的に示す斜視図である。保護層１０７は上面から見てリッジの長手方向に平行な長辺と、リッジの長手方向に垂直な短辺を有する矩形である。保護層１０７はストライプ状に開口され、長辺の周辺は誘電体膜１０８の一部Ｂ２により覆われている。ここで、短辺は誘電体膜１０８により覆われていないが、ウエハの形状では、半導体レーザ素子１０１の前端面１１４は隣り合う半導体レーザ素子１０１の後端面１１５とつながっているため、透明導電層１０６はエッチングの影響を受けない。
また、図９は図７にも示された、保護層１０７の一部が露出した別の状態を模式的に示す斜視図である。保護層１０７は、上面から見て長辺が誘電体膜１０８の一部Ｂ２により覆われ、短辺が誘電体膜１０８の一部Ｂ３により覆われてもよい。保護層１０７の短辺が誘電体膜１０８の一部Ｂ３により覆われることにより、半導体レーザ素子１０２の前端面１１４と後端面１１５付近には電流が供給されにくくなり、過大な電流供給による端面破壊、いわゆるＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）を抑制できる。
次いで、図１０に示されるように、露出した保護層１０７上に上部電極１１０を形成する。具体的には、例えば、一部が露出した保護層１０７および誘電体膜１０８の上面に真空蒸着により、ＴｉとＡｕを積層する。次いで積層されたＴｉとＡｕを、フォトリソグラフィー法及びエッチング法により得られたパターニングすることで、上部電極１１０を有するウエハを得る。
次いで、下部電極１０９を形成する。具体的には、例えば、基板１０２の下部表面に真空蒸着により、ＴｉとＡｕを積層する。次いで積層されたＴｉとＡｕを、フォトリソグラフィー法及びエッチング法により得られたパターニングすることで、下部電極１０９を有するウエハを得る。
なお、下部電極１０９と上部電極１１０は必ずしも発光層に対して上下に対向する位置に配置されなくてもよい。例えば、基板１０２の材料を非導電性のサファイアとしたとき、エッチング等により下部クラッド層の一部を露出させて、露出した一部に下部電極１０９を形成して、上部電極１１０と発光層に対し同じ側に配置してもよい。
次いで、ウエハをバー形状に分割する。具体的には、例えば、ウエハをリッジに対し垂直な方向から半導体レーザ素子の共振器の長さの間隔で劈開することによりバー形状に分割されたレーザ部を得る。バー形状のレーザ部の一方の劈開面は前端面となり、他の一方の劈開面は後端面となる。
次いで、バー形状に分割されたレーザ部の前端面と後端面にコーティング膜を形成する。具体的には、例えば、スパッタリングにより、バー形状のレーザ部の前端面にＡｌＮとＡｌ２Ｏ３を積層しレーザ出射面が形成される。また後端面にＡｌＮとＡｌ２Ｏ３を繰り返し積層しレーザ反射面が形成される。
最後に、コーティング膜が形成されたバー形状のレーザ部を、チップ単位に分割し、半導体レーザ素子が形成される。
なお、本発明の各実施形態で開示される半導体レーザ素子は主に窒化物系半導体の材料を使用するが、これに限定されず、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系半導体やＺｎＳｅ系半導体の材料についても適用可能である。また、本発明は、レーザの発振波長について、各実施形態の波長に限定されず、紫外光または可視光または赤外光などの発振波長に適用可能である。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１０１ 半導体レーザ素子
１０２ 基板
１０３ 第１導電型半導体層
１０４ 発光層
１０５ 第２導電型半導体層
１０６ 透明導電層
１０６ａ 第１透明導電層
１０６ｂ 第２透明導電層
１０７ 保護層
１０８ 誘電体膜
１０９ 下部電極
１１０ 上部電極
１１１ リッジ
１１２ 溝
１１３ テラス
１１４ 前端面
１１５ 後端面
Ａ 発光点
Ｍ マスク

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成される第１導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層上に形成される発光層と、
    前記発光層上に形成され、ストライプ状の凸部を有する第２導電型半導体層と、
    前記第２導電型半導体層の前記凸部上に形成される透明導電層と
    前記透明導電層上に形成される、導電性の保護層と
    前記第２導電型半導体層の前記凸部の側面と前記透明導電層の側面と前記保護層の側面を覆う誘電体膜と、
    前記保護層上に形成される上部電極とを備え、
    前記透明導電層の上面の全面は前記保護層により覆われ、
    前記保護層の上面の一部は前記誘電体膜により覆われていることを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 前記保護層の上面の端部は前記誘電体膜により覆われてい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。
  3. 前記透明導電層の前記発光層で発光した光に対する屈折率は、前記第２導電型半導体層の前記発光層で発光した光に対する屈折率より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記透明導電層は、第１透明導電層と前記第１透明導電層上に形成される、第２透明導電層を含み、
    前記第２透明導電層の前記発光層で発光した光に対する屈折率は、前記第１透明導電層の前記発光層で発光した光に対する屈折率より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  5. 前記透明導電層は、第１透明導電層と前記第１透明導電層上に形成される、第２透明導電層を含み、
    前記第２透明導電層は前記第１透明導電層より電気抵抗が小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  6. 前記第１透明導電層と前記第２透明導電層はＩＴＯからなり、
    前記第１透明導電層は前記第２透明導電層より酸素を多く含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子。
  7. 前記保護層は金属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素子。
  8. 前記保護層は前記発光層で発光した光の波長に対して、前記上部電極より高い反射率を有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。
  9. 基板上に第１導電型半導体層を形成する工程と、
    前記第１導電型半導体層上に発光層を形成する工程と、
    前記発光層上に第２導電型半導体層を形成する工程と、
    前記第２導電型半導体層上に透明導電層を形成する工程と、
    前記透明導電層上に導電性の保護層を形成する工程と、
    前記保護層と前記透明導電層と前記第２導電型半導体層の一部を除去して、前記保護層の側面と、前記透明導電層の側面と、前記第２導電型半導体層にストライプ状の凸部を形成する工程と、
    前記第２導電型半導体層のストライプ状の凸部の側面と、前記透明導電層の側面と、前記保護層の側面に誘電体膜を覆う工程と、
    前記保護層上に上部電極を形成する工程とを備え、
    前記保護層を形成する工程において、前記透明導電層の上面の全面は前記保護層により覆われ、
    前記誘電体膜を覆う工程において、前記保護層の上面の一部が前記誘電体膜により覆われることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  10. 前記誘電体膜を覆う工程は、前記第２導電型半導体層の側面と、前記透明導電層の側面と、前記保護層の側面と、前記保護層の上面に誘電体膜を形成し、前記保護層の上面に形成された前記誘電体膜の一部をエッチングにより除去することを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  11. 前記透明導電層を形成する工程は、
    ＩＴＯからなる第１透明導電層を形成する工程と、
    前記第１透明導電層を熱処理する工程と、
    ＺｎＯからなる第２透明導電層を形成する工程と、
    前記第２透明導電層を熱処理する工程とを、
    さらに含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  12. 前記透明導電層を形成する工程は、
    ＩＴＯからなる第１透明導電層を形成する工程と、
    前記第１透明導電層を酸素を含む雰囲気中で熱処理する工程と、
    ＩＴＯからなる第２透明導電層を形成する工程と、
    前記第２透明導電層を前記第１透明導電層を熱処理する工程より、酸素の少ない雰囲気中で熱処理する工程とを、
    さらに含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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