JP4816436B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

本発明は、エッチングによって共振器面が形成される半導体レーザ素子にかかり、特にＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（Ｉｎ_bＡｌ_dＧａ_1-b-dＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、ｂ＋ｄ＜１）を用いた半導体レーザ素子に関する。

今日、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、ＤＶＤなど、大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高まりを見せている。このため、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、研究が盛んになされている。また、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域から赤色に至るまで、幅広い可視光の波長域での発振が可能と考えられ、その応用範囲は、前記光ディスクシステムの光源にとどまらず、レーザプリンタ、光ネットワークなどの光源など、多岐にわたるものと期待されている。

半導体レーザ素子は、レーザ光出射に必要な構造として、活性層の光を半導体層内部で共振させて導波路領域を形成するための共振器面が必要である。この共振器面の形成方法には劈開、エッチング、研磨等の方法があり、材料に応じた方法を選択して用いられている。例えば、赤外、赤色等の長波長発光が可能な半導体レーザ素子であるＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓＰ、ＧａＡｌＩｎＰ等の材料をＧａＡｓ基板上に成長させた半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板の劈開性を利用して共振器面も劈開によって形成されることが多い。

一方、窒化物系化合物半導体は、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）などのような劈開性を有しない異種基板の上に成長されることが多い。このような基板を用いた場合、基板の劈開性を利用して半導体層も劈開させて共振器面とすることは困難であるので、共振器面はエッチングによって形成されることが多い。その後チップ化するために分割する際は、基板のサファイアはエッチングで加工しにくいためスクライブ等の手段を用いて物理的に力を加えて割られる。

また、共振器面には光の反射率を上げるための反射膜が設けられるが、劈開によって素子を分割する場合は共振器面を含む素子の端面が単一の面であるため、端面全体に均一な反射膜を形成することは容易である。

しかしながら、エッチングによって共振器面を形成する場合、端面には段差があるために良好な反射膜が形成されにくいという問題があった。そのため、半導体層の共振器面は優れた鏡面であっても、その共振器面に設ける反射膜の特性によって出力が劣るなどの問題があった。また、端面に段差があることでレーザ光が遮られてファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が乱れるなどの問題があった。
本発明は以上のような問題を解決し、半導体層に形成される保護膜が素子の特性を損なわないようにすることで優れた特性を有する半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ素子は、基板上に、ｎ型層とｐ型層に挟まれた活性層を有する半導体層を備え、
該半導体層は、光出射面及び反射面からなる一対の共振器面と、該共振器面から共振方向に突き出た突出部を有する半導体レーザ素子であって、
（１）前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
前記共振器面から突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
前記基板表面の一部が露出されており、
前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、かつ前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、前記反射面側の突出部の端面に配置する前記保護膜は、前記光出射面側の突出部の端面に配置する保護膜よりも低反射率を有しており、
前記共振器面から出射される光が、前記突出部及び突出部に設けられる前記保護膜に遮られずに放射可能な最も大きな角度を放射臨界角とし、
該放射臨界角が共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角より大きいか、
（２）前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
前記光出射面側は、前記共振器面から突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
前記反射面側は、前記共振器面に保護膜が設けられ、かつ突出部の端面が露出しており、
前記基板表面の一部が露出されており、
前記光出射面側では、前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、
前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、
前記反射面側の突出部の端面は、前記保護膜が形成された光出射面側の突出部の端面よりも低反射率を有しており、
前記共振器面から出射される光が、前記突出部及び突出部に設けられる前記保護膜に遮られずに放射可能な最も大きな角度を放射臨界角とし、
該放射臨界角が共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角より大きいことを特徴とする。
これにより、レーザ光が突出部及び保護膜に遮られないので、良好なＦＦＰを得ることができる。

また、本発明の半導体レーザ素子は、基板上に、ｎ型層とｐ型層に挟まれた活性層を有する半導体層を備え、
前記半導体層は、光出射面及び反射面からなる一対の共振器面と、該共振器面から共振方向に突き出た突出部を有する半導体レーザ素子であって、
（３）前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
前記共振器面から前記突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
前記基板表面の一部が露出されており、
前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、かつ前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、前記反射面側の突出部の端面に配置する前記保護膜は、前記光出射面側の突出部の端面に配置する保護膜よりも低反射率を有しており、
前記突出部の端面の保護膜の表面から前記共振器面までの距離をＸとし、前記突出部上面の保護膜の最上面から前記共振器面の光出射部までの距離をＹとしたときの関係式ｔａｎβ＝Ｙ／Ｘを満たす角度βが、前記共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角よりも大きいか、
（４）前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
前記光出射面側は、前記共振器面から突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
前記反射面側は、前記共振器面に保護膜が設けられ、かつ突出部の端面が露出しており、
前記基板表面の一部が露出されており、
前記光出射面側では、前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、
前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、
前記反射面側の突出部の端面は、前記保護膜が形成された光出射面側の突出部の端面よりも低反射率を有しており、
前記突出部の端面の保護膜の表面から前記共振器面までの距離をＸとし、前記突出部上面の保護膜の最上面から前記共振器面の光出射部までの距離をＹとしたときの関係式ｔａｎβ＝Ｙ／Ｘを満たす角度βが、前記共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角よりも大きいことを特徴とする。
これによって、保護膜はレーザ光の光放射分布の半値半角内の光が保護膜によって遮られることがないように設けられるので良好なＦＦＰを得ることができる。

本発明の半導体レーザ素子の突出部は、活性層の下端から突出部上面までの距離が、共振器面から突出部までの距離よりも大きいことを特長とする。これにより、放射臨界角を大きくすることができるので、良好なＦＦＰが得られやすくなる。
本発明の半導体レーザ素子の突出部は、活性層の下端から突出部上面までの距離が、共振器面から突出部までの距離よりも小さいことを特長とする。これにより、一部ビームが突出部で干渉する可能性があるが、レーザ光のスペクトルのすそ部分を使用しない用途であればプロセス上の許容マージンが大きくなる）ので、歩留まりの点で有利である。

本発明の半導体レーザ素子の放射半角として、特に光放射分布の半値半角としてもよい。これにより、レーザ光の主要な光である半値半角内の光が遮られないようにすることができる。
本発明の半導体レーザ素子の保護膜は、共振器面から突出部まで連続して設けられている。またこの保護膜は誘電体ミラーを兼ねるようにすることも出来るためこれにより、共振器面に挟まれた導波路領域からしみ出した光が突出部の端面から外部に放出されるのを防ぐことができる。
本発明の半導体レーザ素子の保護膜は、基板表面に達するまで形成されている。これにより突出部の端面を全て覆うことができるので、突出部端面からの光の漏れを防ぐことができる。

本発明の半導体レーザ素子の保護膜は、レーザ光の出射側に設けられている。これにより、良好なＦＦＰを有する半導体レーザ素子とすることができる。
本発明の半導体レーザ素子の保護膜は、突出部の上面と端面との間の縁部上は曲面である。これにより、臨界放射角を大きくすることができる。
本発明の半導体レーザ素子のモニター側の突出部の端面は、出射側の突出部よりも反射率が低いのが好ましい。これにより、導波路領域から漏れだした光をモニター側の突出部から放出させることができる。

本発明の半導体レーザ素子は、出射側の共振器面と対向するモニター側は、共振器面に保護膜が設けられ、突出部端面は半導体層が露出している。これにより、任意の反射率差を設けることができ、効率よく漏れ光を外部に放出させることができる。
本発明の半導体レーザ素子の保護膜は、多層膜である。これにより、素子を保護すると共に良好な反射膜とすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の半導体レーザ素子について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、後述の実施の形態に示された素子や電極構成に限定されるものではない。

本発明に係る実施の形態の半導体レーザ素子は、図１Ａに示すように、基板上に、ｎ型層と活性層とｐ型層とが順に積層された半導体層にストライプ状の導波路領域が形成されてなる半導体レーザ素子である。導波路領域を構成する一対の共振器面は、両方ともエッチングによって形成されている。また、共振器面を形成する際のエッチングの底部が、共振器面から突き出た突出部の上面となっている。この突出部の端面は、前述のエッチングの底部をさらに基板までエッチングすることによって形成されており、その突出部の端面よりも更に突出する位置で基板が分割されて分割面となっている。
ここで、本発明の半導体レーザ素子は、上記突出部を設けることによって、共振器面から出射されるレーザ光（主ビーム）が乱されず、良好なＦＦＰとすることができるものである。

本発明の半導体レーザ素子は、共振器面から突出部上面及び突出部端面に保護膜が設けられており、特に放射臨界角が、レーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角よりも大きいことを特徴とする。放射臨界角とは、共振器面から出射される光が突出部とその上の保護膜とに遮られないで放射可能な最も大きな角度である。この放射臨界角を図１Ｂにおいて、角度αで示す。図１Ｂは図１Ａの出射部分を説明するための部分拡大図である。角度αは基準水平面からの角度を示す。図１Ｂのように、放射臨界角αが、レーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角θより大きいと、共振器面から出射されたレーザ光の主ビームは出射方向に遮られるものがないため、ＦＦＰが乱されない。このように、放射臨界角と、光放射分布の放射半角とを特定の関係とすることで、良好なＦＦＰを有するレーザ光を出射させることができる。

また、本発明の半導体レーザ素子は、共振器面から突出部上面及び突出部端面に保護膜が設けられており、突出部の端面の保護膜の表面から共振器面までの距離をＸとし、突出部上面の保護膜の最上面から共振器面の出射部までの距離をＹとし、このときの関係式ｔａｎβ＝Ｙ／Ｘを満たす角度βが、共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角よりも大きいことを特徴とする。図１Ｃは、図１Ｂと同様に図１Ａの出射部分を説明するための部分拡大図である。

共振器面に保護膜を形成する場合、本発明のように突出部を有していると、共振器面から出射される光を最も遮りやすいのは突出部に形成された保護膜である。その中でも特に遮り易いのは突出部の縁部に設けられている保護膜である。共振器面から最も離れているのは、突出部端面でかつ突出部上面に近い位置にある保護膜であり、この保護膜の表面から共振器面までの距離をＸとする。保護膜が、突出部の角部において、角のない丸みを帯びた形状で形成されている場合は、その角部の最も保護膜の厚い部分の表面までの距離がＸと規定することができ、この場合の距離Ｘは、図１Ｂのようなほぼ直角に角部の保護膜が形成されたときの距離Ｘよりも短くなるのでβは大きくなる。

共振器面のうち、活性層及び光ガイド層を含む層は光導波層であり、広義には、光を閉じ込める機能を有する上下クラッド層に挟まれた領域が光出射部である。本発明においては、この出射部の下端と、突出部上面の保護膜との距離をＹとする。ただし、突出部上面の保護膜とは、保護膜上面のうち、共振器面の出射部から突出した部分で、基板に対して平行な面に形成された部分の上面とする。保護膜が平坦な平面上でない場合は、最も突出部上面からの距離が高い部分までをＹとする。
上記のように規定されるＸ及びＹと、光放射分布の放射半角とを特定の関係とすることで、良好なＦＦＰを得ることができる。
レーザ光の垂直方向の光放射分布の放射角２θは、導波路構造や共振器面によって決まるものであるが、好ましくは２５〜３０°程度であるので、放射臨界角α及びＸとＹで定義される角度βをこの値より大きくしておくことでＦＦＰが乱されないようにすることができる。

（突出部）
本発明の半導体レーザ素子は、エッチングにより形成された共振器面より突き出た突出部を有している。この突出部は、共振器面が形成される時のエッチング底面を突出部上面とするものである。このような突出部は、共振器面を劈開で形成させる場合には形成されにくいものである。エッチングによって共振器面を形成する場合であっても、突出部が形成されない場合もある。しかしながら、本発明では、エッチングによって形成される共振器面を有する半導体レーザ素子の、共振器面の均一性、及び、分割（チップ化）時の破損防止、更には、導波路領域から漏れ出た光（迷光）の主ビームへの混入を防ぐために、エッチングにより形成される突出部を設けるものである。そして、この突出部によって、共振器面からのレーザ光が遮られないようにするものである。

レーザ光を遮るのは、突出部の端面と共振器面との距離に関係しており、この距離は短い方が好ましい。距離を短く（小さく）することで、半導体層端面の段差を小さくして劈開面のような単一平面に近い端面とすることができるので、光を遮られにくくなり、用途を問わず用いることが可能な半導体レーザ素子とすることができる、しかし、あまり小さすぎると、フォトリソグラフィ時のアライメント精度等について条件が厳しくなり、また保護膜等が形成しにくく、エッチング時に共振器面が荒れ易くなるなど、量産性はあまりよくない。

ここで、共振器面の上面と活性層の下端との距離を調整することで、共振器面から突出部端面までの距離をやや大きくすることが可能となる。すなわち、活性層から充分離れた位置において突出するようにすれば、問題はない。ただし、活性層の下端から突出部上面までの距離は、共振器面が形成される時のエッチング距離であるため、エッチングによって共振器面が荒れることを極力防ぐためには、上記突出部端面までの距離より、やや大きくする程度とするのが好ましい。

このように、突出部の形状は、活性層との位置関係に距離によって好ましい範囲は異なってくるものであるので、半導体レーザの用途等によって求められる特性が異なるため、それぞれの目的に適するように選択することができる。そのうちのひとつとしては、活性層の下端から突出部上面までの距離が共振器面から突出部端面までの距離よりも大きくなるように突出部を形成させることで、レーザ光を遮らない突出部を形成させることができる。このようにすることで、共振器面からの光を遮られにくいようにすることができる。

また、それとは逆に、図６のように、活性層の下端から突出部上面までの距離が、共振器面から突出部端面までの距離よりも小さくなるようにすることもできる。このようにすることで、共振器面に設けるミラーを形成しやすく、また、製造工程においても、歩留まりよく好ましい共振器面を得ることができる。

上記のような距離関係を制御するためには、突出部端面はエッチングにより形成することが好ましい。なぜなら、図２のように劈開することで突出部の端面を形成する場合は、劈開によってクラックが生じるのを防ぐために劈開面を共振器面から離れるようにする必要があり、そうなると、レーザ光を遮りやすくなるためである。特に、異種基板上に成長され、かつ、劈開しにくい窒化ガリウム系の半導体層を目的の位置で割るのは困難であり、突出部端面までの距離を制御しにくい。しかし、本発明のようにエッチングで突出部の端面を形成すると、そのような問題もなく形成させることができる。

（光放射分布）
本発明において、レーザ光の垂直方向の光放射分布は、導波路の構成や、共振器面の状態によって決められる値である。導波路の構成としては、活性層及び光ガイド層を含む発光層と、その発光層内に光を閉じ込めるためのクラッド層との、屈折率差や膜厚、更には組成等を挙げることができる。また、共振器面の状態としては、鏡面に近い均一な単一平面である場合と、共振器面として機能はするものの、やや荒れた粗面である場合とが挙げられ、どのような方法で共振器面が形成されるかによって左右される。

また、本発明では、放射半角として、特にレーザ光の垂直分布の光放射分布の値半角を遮らないように突出部及び保護膜を規定することができる。レーザ光を利用する場合、光放射分布の半値半角内の光だけを利用することもできる。そのような場合は、半値半角より大きい角度で出射された光が保護膜などに遮られても特に支障はない。突出部を共振器面に近づけて形成させる場合、精度よく行う必要があり、その分、コストが嵩み、また歩留まりも悪くなる。しかし、用途によっては、その許容範囲が広くなるのであれば、歩留まりよく製造することが可能となる。

（保護膜）
共振器面に形成させる保護膜は、１対の共振器面のうち、少なくとも主としてレーザ光を出射させる方向である出射側に設けることで良好なＦＦＰを得ることができる。図１Ａでは、左側の共振器面は光反射側（モニター側で出射側より高い反射率のミラーが形成されている）であるので共振器面から出射される光は少なく、また、出射光が多少遮られても特に問題はない。したがって、放射臨界角と光放射分布との関係、及び、Ｘ及びＹから規定される角度βについては、保護膜の形成される光出射側の共振器面で満たしていればよい。

また、両方の共振器面、すなわち光出射側の共振器面と光反射側（モニター側）の共振器面との両方に保護膜を設ける場合は、２つの反射膜は反射率差がつくように設けられる。そしてより低反射率の反射膜を設けた共振器面を光出射側共振器面、高反射率の反射膜を設けた共振器面を光反射側共振器面としてレーザ光を出射させている。また、半導体レーザ素子の出力が高くなるほど反射膜（保護膜）の反射率は大きくする必要があり、多層膜にして反射特性に優れた保護膜とすることができる。
保護膜の膜厚としては、発振波長をλ、保護膜の屈折率をｎとすると、λ／４ｎとすることが望ましい。このように膜厚を制御することで、光の反射を制御しやすくなる。

また、共振器面のうち、特に光出射側に設ける保護膜については、材料や膜厚を、その目的や用途に応じて最適なものを選択することができる。例えば、上記のように、モニター側に比べて低い屈折率になるように形成させることで、効率よくレーザ光を出射させることができる。また、反射膜としてではなく、光を透過しやすい膜とすることでスロープ効率をあげることができ、特に高出力が必要な場合に適した半導体レーザとすることができる。更に、モニター側に比べて反射率の低い反射膜や透過膜としての機能を有しない、単なる保護膜として形成させてもよい。反射膜や透過膜を形成することで、導波路内の光の共振を制御することができるが、このような機能を有しない膜、例えば、Ｎｂ₂Ｏ₃など、屈折率が窒化物半導体の屈折率と近似するような材料を用いると、不在膜として機能し、端面の劣化を極力抑えることができる。これにより、比較的高出力のレーザ光が出力可能である。上述の透過膜の場合は、高出力用としては優れた特性を発揮するが、戻り光がある場合には、その戻り光をも透過してしまうことがあるので、そのような場合は、不在膜を設けるのがよい。

（共振器面から突出部まで連続する保護膜）
また、保護膜は共振器面から突出部の端面まで連続して設けられるのが好ましい。図１Ａの右側、すなわち光出射側に設けられる保護膜５及び図１Ｂ、Ｃの保護膜は共振器面から突出部まで連続して設けられている。このように連続して設けられていることで、膜質の均一な保護膜とすることができる。この場合、光学的に連続していることが重要である。保護膜が連続していない場合は、内部で反射されることがあり、そこから外部に放出されてしまうと、ＦＦＰに悪影響を与える。特に、図３に示すように保護膜６が出射面と同一方向に向けられた端面を有していると、そこから光が漏れてＦＦＰを乱す原因となる。

劈開によって共振器面を形成する場合は、共振器面を含む面が素子の端面であり、しかも単一の面であるために、保護膜は制御よく形成でき、しかも高品質の膜を形成することができる。これに対し、エッチングによって共振器面を形成する場合、図２のように反射膜（保護膜）６はウエハ状態のまま積層方向上面から回り込むように形成させることができるので、少ない工程で効率よく形成させることができる。

しかしながら、このように形成された反射膜（保護膜）６は、図３のように突出部より下の突出部端面には形成されず、半導体層の端面と基板の端面とが露出されている。そのため、突出部の端面からは、導波路領域からしみ出した光（迷光）が放出されることがある。また、素子内部で反射された光が共振器面の出射部以外から放出される。これがレーザ光と混ざることによりＦＦＰが乱れる。本発明では、エッチングによって形成された共振器面に設けられる反射膜（保護膜）を、共振器面から突き出た半導体層の突出部の端面にも設けることで、上記のような迷光が外部に放出されるのを防ぐことができる。また、モニター側の保護膜については、図１Ａのように、突出部の上面が露出していてもよく、図７のように、突出部上面はほぼ全面を覆うように形成してもよい。

更に、突出部端面に保護膜を設ける場合は、図１Ａのように、基板表面にまで達するように設けるのが好ましい。図３のように形成された半導体レーザ素子は、保護膜の端面が突出部の端面と同一平面上に形成されている。つまり、レーザ光の出射方向と同一面に向かって保護膜端面が形成されていることになるので、保護膜の内部を伝搬した光がレーザ光と同方向に放出されてしまい、この光がレーザ光に混ざることによってＦＦＰが悪化する。本発明では、保護膜は突出部端面にまで連続して形成されているので、保護膜内部を伝搬する光は、突出部上面の保護膜内から突出部端面の保護膜内を伝搬して、レーザ光の出射位置から離れた位置で、かつレーザ光の出射方向と異なる方向に出射させることができるので、ＦＦＰに影響を与えにくい。

また、突出部の端面にも保護膜が形成されることにより、共振器面から突出するのは半導体層と保護膜とをあわせた部分となるので、予めこれらの距離を設定しておくことで、レーザ光を遮らないようにすることができる。ここで、本発明においては、突出部及び突出部に設けられる保護膜とレーザ光との関係を以下のように規定することで、ＦＦＰを悪化させないようにしている。

共振器面から突出部端面にまで連続する保護膜を形成させる場合、保護膜は突出部の上面と端面との間の縁部上では曲面に形成されるのが好ましい。図１Ａは突出部の縁部上の保護膜は曲面になるよう形成されている。また、図１Ｂの変形例として図１Ｃを示すが、角度α及びβは、どちらの形状に用いてもよいことは言うまでもない。保護膜は図１Ｃのように平面状には形成しにくく、実際には、特に角部（縁部）は図７や図１Ｂのように曲面に形成させるのが容易であり、模式図として平面状に図示されている他の図においても、曲面を含むものとする。これ以外の図においても、平面状で示してある場合も、曲面曲面にすることで放射臨界角αや図１ＣにおけるＸとＹから定義される角度βを大きくすることができる。

（突出部の保護膜）
光出射側の共振器面に形成される保護膜は、上記のように突出部端面にまで連続するように設けるのが好ましい。しかしながら、モニター側については、突出部端面にまで設けなくてもよい。すなわち、図１Ａに示すように、光出射側共振器面には低反射率の保護膜を設け、モニター側共振器面には出射側よりも高反射率の保護膜を設けるのに対し、突出部については、光出射側は共振器面から連続する保護膜を設け、反射側には保護膜を設けないようにすることができる。このようにすることで、突出部の屈折率関係を、共振器面とは逆の関係にすることができる。すなわち、モニター側の突出部端面を露出させておくことで、光出射側の突出部の端面をモニター側の突出部の端面よりも高反射率とすることができる。図１Ａでは、モニター側の突出部の端面には、保護膜は形成されていない。すなわち、半導体層が露出されたままである。そして、光出射側の突出部には、その上の共振器面から連続する保護膜が設けられている。このようにすることで、導波路領域から漏れだした光が素子内部を伝わって突出部を含むｎ型層に達した場合に、突出部の端面で共振するのを防ぐことができる。そして、より反射率の低いモニター側の突出部端面から外部に放出させることができる。

このような反射率差を設けるには、モニター側の突出部の端面に図１Ａのように半導体層を露出させて光出射側との反射率差を設けてもよいし、光出射側の保護膜よりも反射率の低い保護膜を設けてもよい。
また、前述のように、高出力の場合は、共振器面に透過膜を設けるのが好ましいが、そのような透過膜を突出部端面にも設けることで、突出部によって漏れ光が増幅されるのを防ぐことができる。保護膜が設けられていなくて半導体層が露出していると、外部の空気層との屈折率差によって反射されて光は増幅されるので、このような光が主ビームに混じるとＦＦＰが悪化する。このような露出された半導体層の突出部の端面による増幅光は、導波路領域のようなレーザ光を発振するまでには至らないような弱いものではあるが、主ビームのスペクトルのすそ部の弱い光に混ざると、目障りなものとなる。しかし、透過膜が突出部端面に設けられていると、半導体層端面での反射を抑制するので、光が反射されて増幅される前に外部に放出することができる。このような弱い光は主ビームに混ざっても問題となりにくく、特性に悪影響を及ぼしにくい。

このように、導波路領域の端面の反射率差と、突出部を端部とする領域の反射率差との関係を、逆の関係にする、すなわち、出射側の突出部に反射膜を設けてモニター側の突出部端面に保護膜を設けないことで、導波路領域から漏れだした光を、突出部の端面に形成された保護膜によって反射させてモニター側から放出させることができる。
或いは、導波路領域の両端面の反射率の関係と、同方向に同じ関係を有する反射率の保護膜を突出部端面に設ける、すなわち、出射側の突出部端面に透過膜を設け、モニター側に何も設けないようにすることで、突出部を相対的に高反射率となるようにすることができる。これにより、光を増幅させないで出射側から弱い光として放出させることができる。このように、出射側とモニター側との反射率差の関係が、共振器面と突出部とで同じ場合であっても、絶対的な関係が同じになっているのではなく、あくまでも相対的な関係が同じ方向に形成され、かつ、出射側の突出部端面を透過膜とすることで、良好なビーム特性を得ることができる。

また、前述のように、高出力用としては、共振器面の保護膜としては透過膜を設けるのが好ましいが、戻り光がある場合は共振器面には保護膜として不在膜を設けるのが好ましい。このような不在膜を突出部の端面に設けることで、漏れ光による主ビームへの影響を変えるものではないが、露出による劣化を抑制することが可能である。特に、出射側の突出部が露出されていると、使用時において空気中の不純物（例えば、カーボン等）が突出部端面に付着すると、突出部の端面が劣化するなどして、半導体層に悪影響を与えることがある。場合によってはその不純物によって熱を持つことがあり、その熱が共振器面にまで伝搬することで、共振器面の温度上昇を招き、劣化原因の一つとなりうる。そのため、出射側の突出部端面には、たとえ、それ自体が漏れ光の外部への漏れを抑制したり、或いは増幅を低減させる機能を有していなくても、外部から保護するための保護膜を形成するのが好ましい。しかも、共振器面から連続するように設けると、保護膜端面が出射方向に面しないようになるので、共振器面に設ける保護膜として不在膜が必要であるならば、それを突出部端面にまで連続することが好ましい。

光出射側の保護膜と、モニター側の保護膜は、重なっているのが好ましい。図１Ａでは、モニター側の保護膜が、半導体層上面の半分以上を覆うような大きさで形成され、その一部の上に重なるように出射側の保護膜が形成されている。このように、２つの保護膜が互いに重なっていることで、絶縁性が損なわれることのないようにすることができる。特に、フェイスダウンで用いる場合などは、隙間があるとショートしやすくなるので、隙間の無いように形成させるのが好ましい。

また、重なるように形成させることで半導体層が露出しにくくなるので、劣化や不純物の混入もしにくくなる。重なる部分の大きさは特に問うものではなく、反対側の共振器面にまで延長してしまってその反射率を変化させることのないような範囲で設けるのが好ましい。また、重なる位置は、共振器面の直上ではなく、図１Ａのように、若干離れた位置で重なるようにすることが好ましい。仮に、モニター側の保護膜が、出射側の共振器面の直上にまで延長していると、出射側の保護膜は更にその上に設けることになるので、剥がれやすくなる。図１Ａのように、出射側の共振器面から少し離れた位置までモニター側から延長する保護膜を設けることで、出射側の共振器面直上の保護膜を、半導体層の上に接して形成させることができるので、密着性に優れた、剥がれにくい保護膜とすることができる。

光出射側、モニター側ともに、端面に形成させる保護膜は半導体層の積層面に対して垂直な方向から蒸着などの方法で形成させるのが好ましく、このようにして形成される場合は、端面において目的の膜厚となるように形成されるため、突出部上面や半導体層上面に形成される保護膜の膜厚は、図５のように、端面と同程度か、或いは、図１Ａのように、それよりも厚く形成される場合が多い。電極が形成されるのは端面ではなく上面なので、上面に形成される保護膜が端面に比べて厚く形成されることで、絶縁性に優れたものとすることができる。上記のように、光出射側とモニター側とから延長される保護膜の重なる部分を、出射側端面より少し離れた位置としておくと、やや厚く形成されたとしても、剥がれにくくすることができる。

また、基板については、光の共振方向（導波方向）のどちらにも設けないようにしてもよい。図１Ａでは、両方の端面とも保護膜は設けていない。基板は、導波路領域からの距離が大きいので、漏れ光が達しにくいため、保護膜を設けなくてもビーム特性にはあまり関係がない。

上述の保護膜の材料としては、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、ＭｇＦ₂などが好適に用いられ、特に、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂などが好適に用いることができる。これらの屈折率を考慮し、膜厚を制御しながら多層膜とすることで、優れた保護膜と誘電体反射膜とすることができる。多層膜とする場合は、突出部上面の保護膜の膜厚も大きくなるので、上述のように膜厚を規定してレーザ光を遮らないように形成させる必要がある。また、光反射側と光出射側に屈折率差を設けるために、それぞれ別の材料を用いてもよいし、同じ材料を異なる膜厚で形成させてもよい。

（製造方法）
本発明の半導体レーザ素子は、上記に述べたように、共振器端面と突出部端面とをともにエッチングにより形成するために、本発明では少なくとも２度の端面エッチング工程を行う。すなわち、共振器面を形成させる第１の端面エッチング工程と、突出部端面を形成させる第２の端面エッチング工程とを有する。工程内では、リッジの形成等、端面以外の加工にもエッチング工程が行われているので、端面エッチング工程と区別している。

第１の端面エッチング工程時のエッチング深さが深いと、先に形成された共振器面が荒れて鏡面が得られにくくなるので深くエッチングしないのが好ましい。また、共振器端面と同様、突出部端面もエッチングによって形成するのが好ましい。その場合、レーザ光を遮らない範囲内で、突出部の上面を共振器面の出射部に近く、また、突出部の端面は共振器面に近くなるように形成させるのが好ましい。このように工程を分けてエッチングを行うことで、良好な共振器面と、その共振器面から出射されるレーザ光を遮りにくい短い突出部とを形成させることができる。また、この突出部端部形成時のエッチングが基板が露出するまで行われることによって、後工程のチップ化（分割）時に、半導体層にクラックが入るのを防ぐことができる。この突出部の端面は鏡面である必要はないので、深くエッチングして基板にまで達しても何ら問題はない。

上記のようにして端面エッチングは２回行われるが、本発明では、その２回のエッチングの間に保護膜形成工程を有している。第１の端面エッチングによって形成された共振器面は、第２の端面エッチング工程を行う前に、マスクで覆われて保護される。このマスクで覆う前に保護膜を形成すると、それにより、突出部の端面に保護膜が形成されないという問題が生じる。また、このマスク材が後工程の第２の端面エッチングによって荒らされて保護膜までが荒らされるという問題もある。特に、保護膜の端面が荒れやすいが、共振器面には直接影響を与えないと考えられていたために、量産性を重視して第２の端面エッチング工程の前に保護膜が形成されていた。本発明では、第２の端面エッチングまで行った後に、連続する保護膜を形成させることで、これらの問題を解決し、しかも、基板を分割する前に行うことが出来るので、量産性は損なわずに、優れた保護膜を形成することができる。

また、先に述べたように、光反射側は、出射側よりも高反射率の保護膜が必要であるため、膜厚を大きくする必要があり、出射側とは別工程で形成させるのがこのましい。図１Ａのように、素子の上面までも保護する絶縁膜などと兼用の保護膜とすることで、別工程ではあるが、工程を特に増やすこともなく形成させることが可能である。

（エッチング手段）
本発明の製造方法において、窒化物半導体のエッチング手段としては、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッチングを用いる場合、第１の工程で多用するＳｉ酸化物よりなる第１の保護膜をエッチングするために、ＣＦ₄のようなフッ素化合物系のガスを用いることが望ましく、第２の工程では窒化物半導体をエッチングするために他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で良く用いられている、Ｃｌ₂、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄のような塩素系のガスを用いることが、Ｓｉ酸化物との選択比が大きくできるので望ましい。

（チップ化）
エッチングによって形成された共振器面と、共振器面から突き出た突出部は、そのまま端面となっているので、突出部よりさらに突き出た部分を分割面としてチップ化（分割）する。チップ化の方法としては、スクライブやダイシング等の手段を用いることができる。このような機械的に力を加えて分割する場合、分割面が基板のみである場合、つまり突出部を形成する時に基板が露出するまでエッチングして突出部とすることで、半導体層にクラックが生じるのを防ぐことができるので好ましい。

実施例
以下本発明に係る実施例について説明する。以下の実施例は、窒化物半導体を用いたレーザ素子であるが、本発明のレーザ素子は、これに限らず、本発明の技術的思想において、様々な半導体に実施できることは言うまでもない。

［実施例１］
実施例として、図１Ａに示すようなレーザ素子構造の窒化物半導体を用いたレーザ素子について説明する。ここで、本実施例１では、基板として窒化物半導体と異なる異種基板を用いている。異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長させるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去する方法でも良い。異種基板を用いる場合には、バッファ層、下地層を介して、素子構造を形成すると、窒化物半導体の成長が良好なものとなる。

本発明において、窒化物半導体の成長はＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られているすべての方法を適用できる。

（バッファ層）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板１０１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。

（下地層）
バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層として、その他に、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌｌｙ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域を、ストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜された層などがある。その他の形態では、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜される層でもよい。
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、素子構造となる各層を積層する。

（ｎ型コンタクト層）
得られた窒化物半導体基板（下地層）上にＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉを１×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４．５μｍの膜厚で成長させる。

（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。

（ｎ型クラッド層）
温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。

（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。また、ｎ型不純物をドープしてもよい。

（活性層）
温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層した総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。

（ｐ型電子閉込層）
同様の温度で原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉込層を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設けられていなくても良いが、電子閉込めとして機能し、閾値の低下に寄与するものとなる。

（ｐ型光ガイド層）
温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉込層１０９からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³となりｐ型を示す。またこの層は成長時に意図的にＭｇをドープしても良い。

（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ_0.16Ｇａ_0.84Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ₂Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。ｐ側クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。クラッド層は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくはＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜Ｘ＜１）を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発生するピットが超格子にしないものよりも少なくなるので、ショートの発生も低くなる。

（ｐ型コンタクト層）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層は電極を形成する層であるので、１×１０¹⁷／ｃｍ³以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０¹⁷／ｃｍ³よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成をＧａＮとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られやすくなる。反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
以上のようにして成長された窒化物半導体を目的の形状に加工して電極、保護膜等を形成させるが、窒化物半導体の層の工程の状態については図４Ａ〜図４Ｋを参照しながら説明する。

（第１の端面エッチング工程：共振器面及びｎ型層露出面形成）
図４Ａのように基板４上にｎ型層１、活性層３、ｐ型層２の各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に図４ＢのようにＳｉＯ₂よりなるマスク７を形成して、ＲＩＥ装置（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ₄ガスによりエッチングし、図４Ｃのように共振器面を形成する。このとき、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層の表面８も同時に露出させる。このとき、エッチング距離（深さ）は、活性層下端から約２．５μｍ下方向であり、このエッチング底面が突出部上面となっている。

（リッジ形成）
次にストライプ状のリッジを形成する。最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面に、ＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ₂）よりなるマスクを０．５μｍの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィー技術により、所定の形状にマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ₄ガスを用い、活性層よりも上に、ストライプ状の凸部が設けられる。この時、凸部は、ｐ側コンタクト層、およびｐ側クラッド層の一部をエッチングして、ｐ型クラッド層の膜厚が０．０１μｍとなる深さでエッチングされて、形成されている。

（埋め込み層形成）
更に、導波路領域を形成したウエハを、ＰＶＤ装置に移送し、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ₂）よりなる絶縁膜を、エッチングにより露出されたｐ型クラッド層上及びｎ型クラッド層断面（側面）に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。

（アニール）
絶縁膜形成後、ウエハを６００℃で熱処理する。このようにＳｉＯ₂以外の材料を埋め込み層として形成した場合、埋め込み層形成後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化物半導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理することにより、埋め込み層がマスクの溶解材料に対して溶解しにくくなるため、この工程を加えることがさらに望ましい。

（ｐ電極及びｎ電極形成）
次いで、ウエハをフッ酸に浸漬してリッジ上のマスクを除去し、ｐ型コンタクト層を露出させる。その露出したｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極を形成する。但しｐ電極１２０は１００μｍのストライプ幅として形成する。次いで、既に露出させたｎ側コンタクト層の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極をストライプと平行な方向で形成する。これらを形成後、それぞれを酸素：窒素が８０：２０の割合で、６００℃でアニーリングしてｐ電極とｎ電極を合金化して、良好なオーミック接触を有する電極とする。

（保護膜形成：反射側）
次に、ｐ電極とｎ電極の一部にレジストでパターンを形成し、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂の２ペアからなる絶縁膜（保護膜）を全面に形成し、リフトオフすることでｐ電極とｎ電極の一部を露出させる。このＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂は、図４Ｄに示すように光反射側鏡面の反射膜６の一部として機能させる。このように、実施例１では反射側と出射側の保護膜を別工程で設けている。実施例１では、右側を光出射側、左側を光反射側としてそれぞれ共振器面を形成させる。

（パッド電極）
次に、ｐ電極及びｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパット電極（取り出し電極）をそれぞれ設ける。

（第２の端面エッチング工程：突出部端面形成）
以上のようにして、パッド電極を形成した後、図４Ｅのようにレジスト膜６をｎ型コンタクト層の露出面を除いて形成させる。次いで、ＳｉＯ₂マスク１０を図４のようにウエハ全面に形成する。
更にそのＳｉＯ₂マスク１０の上に図４Ｆのようにレジスト膜１１を形成させる。このとき、光出射側の共振器面近くまでエッチングできるようにレジスト膜１１を形成させる。光反射側は端面にまで達していてもよい。

このようにレジスト−ＳｉＯ₂−レジストの順で膜を形成させた後、図４Ｇのように基板が露出するまでエッチングする。ここでは、ＳｉＯ₂の露出部をエッチングしており、図４Ｇに示すように、レジスト膜１０で覆われていなかった光出射側の共振器面前面のＳｉＯ₂は除去されてレジスト膜９が露出しており、光反射側の共振器面は、レジスト膜１１を端部まで形成させていたためにＳｉＯ₂膜１０が残っている。このような方法で形成されると、図４Ｇのように、光出射側と光反射側とでは、突出部の距離が異なるように形成される。光出射側は共振器面から突出部の端面までの距離は２〜３μｍ程度である。この距離は、１〜３μｍ程度が好ましい。また、更にまた、モニター側の共振器面から突出部端面までの距離は、５〜８μｍ程度である。
次いで、レジスト膜９、ＳｉＯ₂膜１０、レジスト膜１１のマスク膜を除去することで、図４Ｈのように、光反射側の共振器面に保護膜が形成される。

（保護膜形成：光出射側）
図４Ｈのようにマスク膜を除去して光出射側の共振器面を露出させた後、図４Ｉのようにレジストマスク１３を光出射側の端面以外を覆うように形成させる。ついで、光出射面側の共振器面に保護膜５を形成させる。保護膜５はＳｉＯ₂とＴｉＯ₂を１ペアとする誘電体多層膜であり、各膜厚は、端面方向については４００Åと６３０Åであり、また、積層面方向については、端面方向の膜厚の約２倍程度の層が形成されている。先に反射側の保護膜６を形成させてあるので、この工程では光出射側にのみ設けるとよい。また、先に設けていない場合は、この工程で光出射側は上記の保護膜を１ペアで形成し、光反射側は２ペアで形成させるなどの方法で反射率差を設けるようにしてもよい。
次いで、マスク１３を除去することで、図４Ｋのように、基板が露出したウエハが得られる。

（チップ化）
図４Ｋのようなウエハのサファイア基板を研磨して１７０μｍとし、ストライプ状の電極に垂直な方向（図中の破線部）で、基板側からバー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。この時、共振器面の形成方法として、エッチングにより基板を露出した後、ＧａＮの劈開面である（１１−００）Ｍ面で、ウエハをバー状に分割して、共振器面を作製しても良い。

以上のようにして得られた半導体レーザ素子は、室温においてしきい値２．０ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、またＦ．Ｆ．Ｐにおいて、良好なビームが得られ、特に、Ｆ．Ｆ．Ｐ．−Ｙの放射全角（１９〜３４°）において、良好なビームが得られ、そのアスペクト比は１．５と、光ディスクシステムの光源として十分に満足するビーム特性である。また、５〜３０ｍＷでの光出力域において、横モードの移動がなく、光ディスクシステムの読込、書込光源となるレーザ素子である。

［実施例２］
実施例２では、光出射側の保護膜を、共振器面の保護膜と突出部端面の保護膜とを、工程を分けて形成させる。このように同一方向に面する端面に設けられる保護膜であっても、工程を別にして形成させることで、共振器面の保護膜の機能と別の機能を有する突出部端面保護膜を形成させることができる。
このような保護膜を設けるには、実施例１では基板が露出するまでエッチングする第２のエッチング工程の後に光出射側の共振器面〜突出部端面にまで連続する保護膜を形成させているのに対し、実施例２では、第２の端面エッチング工程より前に、光出射側の共振器面保護膜を設ける。

反射側の保護膜を、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の２ペアからなる誘電体多層膜で形成するまでは実施例１と同様に行い、その後、光出射側の共振器端面とその共振器端面から約２μｍ以外の領域を覆うようにレジストパターンを形成する。次に、光出射側共振器面にＳｉＯ₂（４００Å）とＴｉＯ₂（６３０Å）との１ペアからなる保護膜を形成させる。このようにして、光出射側及びモニター側の共振器面に反射率の異なる保護膜を先に形成してしまう。その後に、実施例１と同様に第２の端面エッチングを行い、その後に光出射側の突出部端面に保護膜を設ける。光出射側端面保護膜としては、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂からなる保護膜を合計膜厚４１２０Åμｍで設ける。共振器面保護膜と同様の材料を用いてもよいし、また、異なる材料を用いてもよい。

その後の工程は、実施例１と同様に行い、本発明の半導体レーザ素子を得る。得られる半導体レーザ素子は、室温においてしきい値２２ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、またＦ．Ｆ．Ｐにおいて、良好なビームが得られ、特に、Ｆ．Ｆ．Ｐ．−Ｙの放射全角（１９〜３４°）において、良好なビームが得られ、そのアスペクト比は、１５と、光ディスクシステムの光源として十分に満足するビーム特性である。また、５〜３０ｍＷでの光出力域において、横モードの移動がなく、光ディスクシステムの読込、書込光源となるレーザ素子である。特に、実施例１に比べて突出部の反射率が大きく光出射側からの漏れ光が少ない。

［実施例３］
実施例３では、光出射側の保護膜が基板まで達していないように形成されるものである。実施例１の第２のエッチング工程において、サファイア基板の上に形成されている下地層が露出する程度までで、エッチングを終了させる。その後の工程は実施例１と同様に行う。これにより、最後のチップ化工程において、サファイア基板と半導体層とを割ることで本発明の半導体レーザ素子とすることができる。得られる半導体レーザ素子は、室温においてしきい値２０ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、またＦ．Ｆ．Ｐにおいて、良好なビームが得られ、特に、Ｆ．Ｆ．Ｐ．−Ｙの放射全角（１９〜３４°）において、良好なビームが得られ、そのアスペクト比は、１．５と、光ディスクシステムの光源として十分に満足するビーム特性である。また、５〜３０ｍＷでの光出力域において、横モードの移動がなく、光ディスクシステムの読込、書込光源となるレーザ素子である。特に、基板手前の半導体層でエッチングを終了させることにより基板の反りが大きくなりチップ化工程での歩留まりが低下しやすくなる場合がある。

本発明の半導体レーザ素子は、エッチングによって形成された共振器面を有する半導体レーザ素子に形成される保護膜が、共振器面以外の端面をも覆い、しかも共振器面から出射されるレーザ光を遮らないように設けることで、優れたＦＦＰを有し、また劣化のしにくい半導体レーザ素子とすることができる。また、このような保護膜を目的の膜厚に形成するのに適した半導体層とすることで、効率よく目的の半導体レーザ素子を得ることができる。

本発明の半導体レーザ素子を示す模式断面図である。 本発明と比較のための半導体レーザ素子の模式断面図である。 本発明と比較のための半導体レーザ素子の模式断面図である。 本発明の半導体レーザ素子の製造工程を模式的に説明する断面図である。 本発明の半導体レーザ素子を示す模式断面図である。 本発明の半導体レーザ素子を示す模式断面図である。 本発明の半導体レーザ素子を示す模式断面図である。

Claims (10)

1. 基板上に、ｎ型層とｐ型層に挟まれた活性層を有する半導体層を備え、
   該半導体層は、光出射面及び反射面からなる一対の共振器面と、該共振器面から共振方向に突き出た突出部を有する半導体レーザ素子であって、
   前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
   前記共振器面から突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
   前記基板表面の一部が露出されており、
   前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、かつ前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、前記反射面側の突出部の端面に配置する前記保護膜は、前記光出射面側の突出部の端面に配置する保護膜よりも低反射率を有しており、
   前記共振器面から出射される光が、前記突出部及び突出部に設けられる前記保護膜に遮られずに放射可能な最も大きな角度を放射臨界角とし、
   該放射臨界角が共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角より大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 基板上に、ｎ型層とｐ型層に挟まれた活性層を有する半導体層を備え、
   前記半導体層は、光出射面及び反射面からなる一対の共振器面と、該共振器面から共振方向に突き出た突出部を有する半導体レーザ素子であって、
   前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
   前記共振器面から前記突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
   前記基板表面の一部が露出されており、
   前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、かつ前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、前記反射面側の突出部の端面に配置する前記保護膜は、前記光出射面側の突出部の端面に配置する保護膜よりも低反射率を有しており、
   前記突出部の端面の保護膜の表面から前記共振器面までの距離をＸとし、前記突出部上面の保護膜の最上面から前記共振器面の光出射部までの距離をＹとしたときの関係式ｔａｎβ＝Ｙ／Ｘを満たす角度βが、前記共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
3. 基板上に、ｎ型層とｐ型層に挟まれた活性層を有する半導体層を備え、
   該半導体層は、光出射面及び反射面からなる一対の共振器面と、該共振器面から共振方向に突き出た突出部を有する半導体レーザ素子であって、
   前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
   前記光出射面側は、前記共振器面から突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
   前記反射面側は、前記共振器面に保護膜が設けられ、かつ突出部の端面が露出しており、
   前記基板表面の一部が露出されており、
   前記光出射面側では、前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、
   前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、
   前記反射面側の突出部の端面は、前記保護膜が形成された光出射面側の突出部の端面よりも低反射率を有しており、
   前記共振器面から出射される光が、前記突出部及び突出部に設けられる前記保護膜に遮られずに放射可能な最も大きな角度を放射臨界角とし、
   該放射臨界角が共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角より大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
4. 基板上に、ｎ型層とｐ型層に挟まれた活性層を有する半導体層を備え、
   前記半導体層は、光出射面及び反射面からなる一対の共振器面と、該共振器面から共振方向に突き出た突出部を有する半導体レーザ素子であって、
   前記共振器面及び突出部の端面はエッチングにより形成されており、
   前記光出射面側は、前記共振器面から突出部の端面まで連続して保護膜が設けられ、
   前記反射面側は、前記共振器面に保護膜が設けられ、かつ突出部の端面が露出しており、
   前記基板表面の一部が露出されており、
   前記光出射面側では、前記保護膜は、前記基板表面に達するように形成されており、
   前記共振器面の反射面に配置する前記保護膜は、前記光出射面に配置する保護膜よりも高反射率を有し、
   前記反射面側の突出部の端面は、前記保護膜が形成された光出射面側の突出部の端面よりも低反射率を有しており、
   前記突出部の端面の保護膜の表面から前記共振器面までの距離をＸとし、前記突出部上面の保護膜の最上面から前記共振器面の光出射部までの距離をＹとしたときの関係式ｔａｎβ＝Ｙ／Ｘを満たす角度βが、前記共振器面から出射されるレーザ光の垂直方向の光放射分布の放射半角よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
5. 前記突出部は、前記活性層の下端から突出部上面までの距離が、共振器面から突出部端面までの距離よりも大きい請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
6. 前記保護膜が、露出した基板の全上面を被覆する請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
7. 前記保護膜が、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ及びＭｇＦ₂からなる群から選択される１種以上である請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
8. 前記放射半角θが、前記光放射分布の半値半角である請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
9. 前記保護膜は、前記突出部の上面と端面との間の縁部上は曲面である請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
10. 前記保護膜は、多層膜である請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。

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