JP6960480B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ素子に関する。
近年、半導体レーザ素子は、小型かつ軽量で、信頼性が高く、また高い出力でレーザを生成し、種々の分野で利用されている。このような半導体レーザ素子には、半導体層において、光導波路を規定する部がリッジ部を挟んで対向するように配置され、かつ活性層を横断する深さを有する一対の溝部を有する半導体レーザ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３２４９４７号公報
しかしながら、技術文献１に記載の半導体レーザ素子では、遠視野像（FFP：Far Field Pattern）の形状が楕円形になってしまうという問題がある。これは、ＦＦＰの垂直横モードと平行横モードの放射角度の比（アスペクト比）が大きいためである。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、より正円に近い形状のＦＦＰが得られる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
（１）本発明の一実施形態は、半導体層、誘電体膜および電極層がこの順で重なって構成されている半導体レーザ素子である。当該半導体層は、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層がこの順で重なって構成され、ｐ型クラッド層に形成され、平面視したときに半導体層を横断する方向の一端から他端まで延出するリッジ部と、横断する方向に沿ってリッジ部の両側に形成される二つの第１の凹部と、ｐ型クラッド層からｎ型クラッド層に到達する深さを有し、平面視したときに半導体層を縦断する方向のそれぞれの端からリッジ部を挟む位置まで同一直線上に延出する二本の溝状の第２の凹部と、ｐ型クラッド層からｎ型クラッド層に到達する深さを有し、平面視したときに半導体層を横断する方向の一端から横断する方向に、第２の凹部に向けて延出し、前記縦断する方向においてリッジ部を挟む位置に配置される二本の溝状の第３の凹部と、を有する。上記誘電体膜は、少なくとも、リッジ部以外の半導体層の表面を覆う。上記電極層は、リッジ部に重なり、かつ平面視したときに横断する方向における第２の凹部よりも他端側で誘電体膜と重なっている。
（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、第１の凹部が、横断する方向に沿ってリッジ部の両側に形成される溝状の凹部である半導体レーザ素子である。
（３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、横断する方向の一端面が光出射面であり、他端面が反射面である半導体レーザ素子である。
（４）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、電極層は、リッジ部に重なる第１の電極層と、平面視したときに横断する方向における第２の凹部よりも他端側で誘電体膜および第１の電極層と重なる第２の電極層とを含む半導体レーザ素子である。
（５）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、第２の凹部は、縦断する方向において、リッジ部に対して対称の位置に配置されている半導体レーザ素子である。
（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、第３の凹部は、横断する方向における他端で第２の溝に連結している半導体レーザ素子である。
（７）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、誘電体膜は、少なくとも、第２の凹部の縦断する方向における側面部をさらに覆う半導体レーザ素子である。
本発明によれば、従来の半導体レーザ素子に比べて、より正円に近い形状のＦＦＰが得られる半導体レーザ素子を提供することができる。
本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの図１におけるＡ−Ａ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの図１におけるＢ−Ｂ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの図１におけるＣ−Ｃ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの図１におけるＤ−Ｄ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの図１におけるＥ−Ｅ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの図１におけるＦ−Ｆ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの図１におけるＧ−Ｇ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの寸法を説明するための図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの一作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるバーを模式的に示す平面図である。 六方晶系の結晶構造を取る窒化ガリウムの結晶各方位を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＡ−Ａ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＢ−Ｂ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＣ−Ｃ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＤ−Ｄ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＥ−Ｅ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＦ−Ｆ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＧ−Ｇ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの図１６におけるＨ−Ｈ’線で切断した断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザの寸法を説明するための図である。
〔実施形態１〕
［概略構成］
本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子は、後述する第３の溝部以外は、本実施形態の効果が得られる範囲において、半導体レーザ素子用の公知の材料を用いて公知の技術により構成され得る。以下、窒化物半導体レーザ素子として、本実施形態に係る半導体レーザ素子を説明する。
本実施形態に係る半導体レーザ素子を図１から図８に示す。図１は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す平面図である。図２〜図８は、それぞれ、当該半導体レーザの図１におけるＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線、Ｅ−Ｅ’線、Ｆ−Ｆ’線、およびＧ−Ｇ’線のそれぞれで切断した断面を模式的に示す図である。
半導体レーザ素子１は、主に、ｎ電極３０４、半導体層２０、誘電体膜３０２および電極層がこの順で重なって構成されている。当該電極層は、オーミック電極３０１およびｐ電極３０３で構成されている。
半導体レーザ素子１の平面形状は矩形である。当該平面形状の長手方向をＸ方向、短手方向をＹ方向とする。Ｘ方向は、半導体レーザ素子１を横断する方向に該当し、Ｙ方向は、半導体レーザ素子１を縦断する方向に該当する。
半導体レーザ素子１のＸ方向における一端面は光出射面１７０であり、他端面は反射面１８０である。光出射面１７０は、半導体レーザ素子１の一端面側に形成されている低反射（ＡＲ：Anti Reflection）コーティング層で構成されている。反射面１８０は、半導体レーザ素子１の他端面側に形成されている高反射（ＨＲ：High Reflection）コーティング層で構成されている。
（ｎ電極）
ｎ電極３０４は、公知の電極材料で構成されている。また、ｎ電極３０４は、複数の電極材料の層で構成される。複数の層のうちのｎ型半導体側の層の材料には、ｎ型半導体とオーミック接触する電極材料が用いられ、その例には、チタン、ハフニウム、およびジルコニウムなどが含まれる。複数の層のうちの上記の層以外の層の材料の例には、金、およびアルミニウムなどが含まれる。ｎ電極３０４は、蒸着法もしくはスパッタ法などを用いて形成される。ｎ電極３０４の例には、厚さが２０ｎｍのチタンの層、および厚さ３００ｎｍの金の層が含まれる。ｎ電極３０４の各層の層厚はこれに限定されない。
（窒化物半導体基板）
窒化物半導体基板２００は、窒化物半導体で構成されている基板であればよく、ＡｌａＧａｂＩｎｃＮ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ｃ≦１，ａ＋ｂ＋ｃ＝１）基板に置き換えることが可能である。また、窒化物半導体基板２００中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅがドーピングされてもよい。窒化物半導体基板２００にｎ型窒化物半導体基板を用いる場合は、これらのドーピング材料の中でも、Ｓｉ、Ｏ、ＧｅおよびＣｌが特に好ましい。窒化物半導体基板２００の主面は、例えば、Ｃ面｛０００１｝、Ａ面｛１１−２０｝、Ｍ面｛１−１００｝、Ｒ面｛１−１０２｝、または｛２０−２１｝面などであるが、Ｃ面｛０００１｝が最も好ましい。また、窒化物半導体基板２００のオフ角が０．２°以上２°以内であれば、その上に積層させる半導体層の表面モフォロジは良好であり得る。
（半導体層）
＜層構成＞
半導体層２０は、半導体レーザ素子の半導体層として機能すればよく、当該半導体層として公知の層構成を有していてよい。たとえば、半導体層２０は、窒化物半導体基板２００上にｎ型下地層２０１、ｎ型クラッド層２０２、第１の光ガイド層２０３、活性層２０４、第２の光ガイド層２０５、ｐ型キャリアブロック層２０６、ｐ型クラッド層２０７、および、ｐ型コンタクト層２０８、がこの順に重なっている。このように、半導体層２０は、ｎ型クラッド層２０２およびｐ型クラッド層２０７がこの順で重なって構成されている。
ｎ型下地層２０１には、半導体レーザ素子においてこのような機能を有することが公知の層を適用することが可能である。ｎ型下地層２０１の組成の例には、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）をドープされたＡｌａＧａ１−ａＮ、および、ＳｉドープのＩｎｂＧａ１−ｂＮ、が含まれる。
ｎ型クラッド層２０２およびｐ型クラッド層２０７は、活性層２０４から発生した光を光導波領域に閉じ込める作用を有する結晶材料によって構成される。ｎ型クラッド層２０２およびｐ型クラッド層２０７には、活性層２０４および第１の光ガイド層２０３および第２の光ガイド層２０５より屈折率の小さい結晶材料を使用すればよい。例えば青紫色から緑色の波長帯域のレーザであれば、ｎ型クラッド層２０２およびｐ型クラッド層２０７の例には、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）がドープされたＡｌａＧａ１−ａＮ、およびｐ型不純物（好ましくはＭｇ）がドープされたＡｌａＧａ１−ａＮが含まれる。
第１の光ガイド層２０３は、光導波路内の伝搬損失を減少させるための層である。第１の光ガイド層２０３には、半導体レーザ素子においてこのような機能を有することが公知の層を適用することが可能である。第１の光ガイド層２０３の組成の例には、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）がドープまたはアンドープのＩｎｂＧａ１−ｂＮが含まれる。第１の光ガイド層２０３は、単層構造の層であってもよいし、上記の組成または同様の機能を有する異なる組成の層を複数重ねた積層構造の層であってもよい。
活性層２０４は、結晶材料で構成されている。ここで、「活性層」とは、井戸層もしくは井戸層と障壁層とから構成された層の総称である。例えば、単一量子井戸構造の活性層は、１つの井戸層のみから構成されるか、もしくは、障壁層、井戸層および障壁層の積層構造で構成される。また、多重量子井戸構造の活性層は、複数の井戸層と複数の障壁層から構成され、例えば井戸層と障壁層との積層単位が繰り返し重ねられてなる多重構造で構成される。活性層２０４を構成する結晶は、所望の波長などの光学特性で井戸層に応じて決めることができる。また、活性層２０４を構成する結晶は、半導体レーザ素子の用途に応じても適宜に決めることができる。活性層２０４を構成する結晶材料の例には、アンドープまたは一部の層にｎ型不純物が添加されたＩｎｂＧａ１−ｂＮが含まれる。
第２の光ガイド層２０５は、第１の光ガイド層２０３と同様に、光導波路内の伝搬損失を減少させるための層である。第２の光ガイド層２０５は、ｐ型不純物（好ましくはＭｇ）がドープまたはアンドープのＩｎｂＧａ１−ｂＮが含まれる。第２の光ガイド層２０５は、単層構造の層であってもよいし、上記の組成または同様の機能を有する異なる組成の層を複数重ねた積層構造の層であってもよい。
ｐ型キャリアブロック層２０６は、電子がｐ型クラッド層側に漏れることを抑制することを目的とする層であり、半導体レーザ素子において所期の機能を有することが公知の層を適用することが可能である。ｐ型キャリアブロック層２０６の例には、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ≦１）を含んでなる窒化物半導体層、および、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０．０３≦ａ≦０．１５）を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜の層、が含まれる。
ｐ型キャリアブロック層２０６の構成は、所期の機能を発現させる観点から適宜に決めることが可能である。たとえば、ｐ型キャリアブロック層２０６全体におけるＡｌの組成ａは、電子をｐ型クラッド層側に漏れ出ることをブロックする観点から、０．１０〜０．２５であることが好ましい。また、ｐ型キャリアブロック層２０６の総膜厚は、０．００５〜０．０２μｍであることが、順方向電圧（Ｖｆ）を低減させる観点から好ましい。
なお、多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層の積層構造である。良好な結晶性を実現する観点から、当該多層膜の好ましい例には、ＡｌａＧａ１−ａＮの層とＧａＮの層とを積層してなる多層膜が含まれる。より具体的には、アンドープのＡｌａＧａ１−ａＮとｐ型不純物（例えばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる多層膜が好ましい。ｐ型不純物は、ＡｌａＧａ１−ａＮにドープされてもよい。ｐ型不純物のドープ量は、多層膜の各層における所期の結晶性およびバルク抵抗が実現される観点から適宜に決めることが可能であり、例えば、１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。多層膜における各層の膜厚は、Ａｌの結晶構造における影響を抑制してクラックの発生を抑制し、また結晶性を高める観点から、例えば１０オングストローム以上２００オングストローム以下であることが好ましくは、７０オングストローム以下であることがより好ましく、４０オングストローム以下であることがさらに好ましい。
ｐ型コンタクト層２０８は、オーミック電極に対してオーミック接触する層である。ｐ型コンタクト層２０８には、半導体レーザ素子においてこのような機能を有することが公知の層を適用することが可能である。ｐ型コンタクト層２０８の例には、ＭｇドープのＧａＮおよびＡｌａＧａ１−ａＮが含まれる。ドーピング濃度は、例えば１×１０１９／ｃｍ３〜２×１０２０／ｃｍ３が好ましい。またｐ型不純物の濃度は、オーミック電極３０１の方向に向かって高くしていく方がより好ましい。このことによりｐ電極形成によるコンタクト抵抗が低減する。
＜凹部およびリッジ部＞
半導体層２０は、第１の凹部（以下、「第１の溝部」ともいう）１２０、リッジ部１１０、第２の凹部（以下、「第２の溝部」ともいう）１３０、第３の凹部（以下、「第３の溝部」ともいう）１４０および分割ガイド溝１６０を有する。これらの溝部およびリッジ部は、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を利用して形成することが可能である。
リッジ部１１０は、第１の溝部１２０、１２０の間に形成されており、平面視したときに半導体層２０を横断する方向の一端から他端まで延出する、第１の溝部１２０に対して凸状の部分である。リッジ部１１０は、ｐ型クラッド層２０７に形成されている。
第１の溝部１２０、１２０は、平面視したときに半導体層２０を横断するＸ方向に沿ってリッジ部１１０の両側に形成される二つの凹部である。本実施形態において、第１の溝部１２０、１２０は、リッジ部１１０から半導体層２０のＹ方向における両端縁まで一様の深さで形成された凹部である。たとえば、第１の溝部１２０は、ｐ型コンタクト層２０８からｐ型クラッド層２０７に至る深さを有している。このように、第１の溝部１２０は、ｐ型クラッド層２０７に形成されており、ｐ型クラッド層２０７を深さ方向において横断していない。
第２の凹部１３０、１３０は、平面視したときに半導体層２０を縦断するＹ方向のそれぞれの端からリッジ部１１０を挟む位置まで延出する二本の溝状の凹部である。また、第２の溝部１３０は、平面視したときに、光出射面１７０とｐ電極３０３との間に配置されている。また、第２の溝部１３０、１３０は、Ｙ方向に延出する同一直線上に配置されている。また、第２の溝部１３０、１３０のＹ方向におけるリッジ部１１０側の端を先端とすると、第２の溝部１３０の先端は、Ｙ方向においてリッジ部１１０から離れた位置にある。一例において、リッジ部１１０の中心軸に対して対称の位置にある。より具体的には、図１に示したように、第２の溝部１３０、１３０は、Ｙ方向において、リッジ部１１０に対して対称の位置に配置されている。
第２の溝部１３０は、ｐ型コンタクト層２０８からｎ型クラッド層２０２に至る深さを有している。このように、第２の溝部１３０は、ｐ型クラッド層２０７からｎ型クラッド層２０２に到達する深さを有し、活性層２０４を積層方向に横断している。
第３の凹部１４０、１４０は、平面視したときに半導体層２０を横断するＸ方向の一端からＸ方向に第２の溝部１３０に向けて延出する二本の溝状の凹部である。第３の溝部１４０、１４０は、平面視したときに半導体層２０を縦断するＹ方向において、リッジ部１１０を挟む位置に配置されている。第３の溝部１４０は、第２の溝部１３０と同様に、ｐ型クラッド層２０７からｎ型クラッド層２０２に到達する深さを有している。すなわち、第３の溝部１４０は、ｐ型コンタクト層２０８から活性層２０４を積層方向に横断し、ｎ型クラッド層２０２に至る深さを有している。
第１の溝部１２０、第２の溝部１３０および第３の溝部１４０のそれぞれの形状は、所期の機能を発現する範囲において適宜に決めることが可能である。たとえば、当該溝部およびリッジ部１１０の平面形状は、通常、矩形であるが、他の形状であってもよい。また、当該溝部およびリッジ部１１０のそれぞれの長手方向を横断する断面における断面形状は、矩形であってもよいし、順メサ（例えば、上底より下底が長い等脚台形）であってもよいし、逆メサ（例えば、上底より下底が短い等脚台形）であってもよい。
なお、半導体層２０は、Ｘ方向における他端部に、第４の溝部１５０をさらに有している。当該第４の溝部１５０は、Ｘ方向において第３の溝部１４０と対称の位置に配置されており、第３の溝部１４０と同じ平面形状、断面形状および深さを有する。詳しくは後述するが、第４の溝部１５０は、分割前のウエハに第３の溝部１４０として形成され、第３の溝部１４０を横断するように劈開されることにより、半導体レーザ素子１の反射面１８０の側に形成される。また、半導体レーザ素子１は、反射面１８０の側に第４の溝部１５０が有さないように作製されてもよいが、平坦な劈開面を形成するために、反射面１８０の側に第４の溝部１５０が形成されることが好ましい。
分割ガイド溝１６０は、半導体レーザ素子１のＹ方向における端部において、半導体レーザ素子１をリッジ部１１０と平行方向のＸ方向に沿って形成される溝である。分割ガイド溝１６０は、後述するウエハまたはバーのＸ方向における分割位置に、分割の歩留りを向上させるために作製される。詳しくは後述するが、半導体レーザ素子１の作製にあたり、図１３に一例として示したバー３を分割する際に、分割ガイド溝１６０の位置でバー３を分割することによって、歩留りよく半導体レーザ素子１を作製できる。
例えば、本実施形態で用いている窒化物半導体はＸ方向（すなわち＜１−１００＞方向）への劈開性は有しておらず同方向に割れにくい。よって、ウエハまたはバーにおいて分割ガイド溝１６０を形成し、さらに裏面側から分割ガイド溝１６０と一致する位置にスクライバーなどで傷を入れることで、分割歩留りが向上する。
（誘電体膜）
誘電体膜３０２は、絶縁性を有している。誘電体膜３０２は、半導体レーザ素子１における絶縁のための層に利用可能な公知の材料を用い、蒸着などの公知の方法によって形成することが可能である。誘電体膜３０２の材料の例には、酸化アルミニウム、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が含まれる。
誘電体膜３０２は、リッジ部１１０を除いて半導体層２０を上方から覆うように形成されている。より詳しくは、誘電体膜３０２は、少なくともリッジ部１１０の頂部を除いた半導体層２０の表面を覆い、少なくともｐ電極層に注入される電流を絶縁するように形成される。また、リッジ部１１０の側面は、誘電体膜３０２で被覆されて、絶縁がなされている。
誘電体膜３０２は、少なくともリッジ部１１０の頂部を除いて、リッジ部１１０の側面および半導体層２０の表面上に形成され、ｐ電極３０３と半導体層２０との間を絶縁できればよい。また、誘電体膜３０２が第２の溝部１３０および第３の溝部１４０における劈面上および底面上に一体的に形成されることは、以下の観点から好適である。半導体レーザ素子１をサブマウントにジャンクションダウンでハンダ材によって接合する際に、ハンダ材が第２の溝部１３０および第３の溝部１４０へ流入したとしても、これらの溝部からの電流リークを防止することができる。
誘電体膜３０２の厚さは、所期の絶縁性が発現される観点から適宜に決めることが可能であるが、厚すぎると放熱性が悪くなるため、厚さ０．０５〜０．３μｍが好ましい。例えば、厚さ０．１μｍの酸化シリコンであってもよい。
（ｐ電極層）
電極層は、前述したように、オーミック電極３０１およびｐ電極３０３で構成されている。
オーミック電極３０１は、リッジ部１１０に重ねられている。オーミック電極３０１は、第１の電極層に該当する。オーミック電極３０１は、半導体とオーミック接触を形成する材料で構成することができる。当該材料の例には、パラジウムおよびニッケルが含まれる。オーミック電極３０１は、例えば、厚さ０．０５μｍのパラジウムの層であってよい。
ｐ電極３０３は、平面視したときにＸ方向における第２の溝部１３０よりも他端側に配置されている。ｐ電極３０３は、上記の平面方向における位置において、誘電体膜３０２およびオーミック電極３０１に重ねられている。ただし、ｐ電極３０３は、Ｘ方向における前述した第４の溝部１５０よりも一端側までの部分に配置されており、第４の溝部１５０は、誘電体膜３０２では覆われているものの、ｐ電極３０３では覆われていない。ｐ電極３０３は、第２の電極層に該当する。ｐ電極３０３が形成される位置について、第２の溝部１３０との距離は、例えば、２．５μｍであってもよい。
ｐ電極３０３は、半導体レーザ素子の電極材料として公知の材料で形成することが可能である。たとえば、ｐ電極３０３は、厚さ０．０３μｍのチタンの層または厚さ１μｍの金の層であってよい。
このように、電極層は、リッジ部１１０に重なり、かつ平面視したときにＸ方向における第２の溝部１３０よりも他端側で誘電体膜３０２と重なっている。なお、前記の第２の溝部１３０、第３の溝部１４０および第４の溝部１５０における側面部と底面部とが確実に誘電体膜３０２で被覆されている場合は、ｐ電極３０３は、前記の各溝部の一部もしくは全体に形成されていて構わない。
（配置および寸法）
以下、半導体レーザ素子１における溝部などの立体的な構造についてさらに説明する。図９は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザの寸法を説明するための図である。以下、共振器長が８００μｍ、チップ幅が２００μｍとして、半導体レーザ素子１の各構成における寸法などを説明する。
共振器長とは、半導体レーザ素子１の平面形状である矩形の長手方向における長さ、すなわちＸ方向の長さＬ１２である。チップ幅とは、当該矩形の短手方向における長さ、すなわちＹ方向の長さＬ１１である。各部の寸法は、半導体レーザ素子１が出力する所期のレーザの物性に応じて適宜に決めることが可能である。
上記の寸法において、半導体層２０における各層の厚さは、例えば以下の通りであってよい。たとえば、半導体層２０は、Ｃ｛０００１｝面を主面とする窒化物半導体基板２００上に、０．２μｍ厚のＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型下地層２０１と、１μｍ厚のＳｉがドープされたＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなるｎ型クラッド層２０２と、０．２μｍ厚のアンドープのＧａＮからなる第１の光ガイド層２０３と、０．００６μｍ厚のアンドープのＧａＮとからなる障壁層が３層で構成されている。各障壁層の間には、０．００３μｍ厚のアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる井戸層が２層で構成される０．０２５μｍ厚の活性層２０４と、０．２μｍ厚のアンドープのＩｎ０．０４Ｇａ０．９６Ｎからなる第２の光ガイド層２０５と、ＭｇがドープされたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを０．０１μｍ厚のｐ型キャリアブロック層２０６と、０．５μｍ厚のＭｇがドープされたＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎからなるｐ型クラッド層２０７と、０．１ｍμｍ厚のＭｇドーピングされたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層２０８とを有する。
＜リッジ部＞
リッジ部１１０は、Ｘ方向における長さＬ２２、および、Ｙ方向における長さＬ２５を有している。
リッジ部１１０は、半導体層２０のＸ方向における両端間に配置されている。よって、リッジ部１１０のＸ方向における長さＬ２２は、例えば、半導体レーザ素子１のＸ方向における長さと同じく８００μｍである。
リッジ部１１０のＹ方向における長さＬ２５は、Ｙ方向における光導波路の長さ（幅）を所望の範囲に絞り込む観点から適宜に決めることが可能である。長さＬ２５は、このような観点から、例えば１．０〜２．５μｍの範囲から適宜に決めることができ、例えば１．５μｍであってよい。
＜第１の溝部（第一の凹部）＞
第１の溝部１２０は、Ｘ方向における長さＬ２２、Ｙ方向における長さＬ２１、および、積層方向における長さ（深さ）を有している。
第１の溝部１２０は、半導体層２０のＸ方向におけるリッジ部１１０の両側に形成されている。よって、第１の溝部１２０のＸ方向における長さＬ２２は、例えば、リッジ部１１０と同様、すなわち半導体レーザ素子１のＸ方向における長さと同じく８００μｍである。
第１の溝部１２０のＹ方向における長さＬ２１は、半導体レーザ素子１のＹ方向の端まで達している。
第１の溝部１２０の深さは、ｐ型コンタクト層２０８から第１の溝部１２０の底部までの積層方向における距離である。第１の溝部１２０の深さは、Ｙ方向においてｐ型クラッド層２０７が連続し、かつｐ型コンタクト層２０８が十分に分断される範囲において適宜に決めることが可能である。第１の溝部１２０の深さは、例えば０．５μｍである。
第１の溝部１２０の底部におけるｐ型クラッド層２０７の厚さｔｒは、ｐ型キャリアブロック層２０６とｐ型クラッド層２０７との境界面から第１の溝部１２０の底までの距離である。厚さｔｒは、Ｙ方向においてｐ型クラッド層２０７が十分に連続する範囲において適宜に決めることが可能である。このような観点から、厚さｔｒは、例えば、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下の範囲から適宜に決めることができ、例えば０．１μｍである。
＜第２の溝部＞
第２の溝部１３０からリッジ部１１０の中心までの長さＬ３５は、Ｙ方向における第２の溝部１３０の先端からリッジ部１１０の中心軸までの距離である。また、ＦＦＰにおける水平横モードの放射角θｈを広げる効果を得る観点と、光導波路の近傍の製造プロセスによるダメージを軽減する観点とから、長さＬ３５は、２μｍ以上８μｍ以下の範囲から適宜に決めることができ、例えば５μｍであってよい。
第２の溝部１３０のように光導波路の近傍に溝を形成する場合、光導波路にダメージを与え、半導体レーザ素子の寿命や特性の低下などの信頼性に影響を与えることがある。一般に、溝を形成することによる光導波路へのダメージは、溝が光導波路に近いほど大きくなる。例えば、長さＬ３５を２μｍ未満とした場合、光導波路は、当該溝からリッジ部１１０の中心方向に向かう、著しく大きなダメージを受け、このため、半導体レーザ素子１の劣化が進行しやすくなる。一方、長さＬ３５を８μｍよりも長くすると、光導波路のＹ方向における絞込みが不十分となり、ＦＦＰにおける水平横モードの放射角θｈを広げる効果が不十分となることがある。
第２の溝部１３０のＸ方向における長さＬ３２は、ＦＦＰにおける水平横モードの放射角θｈを広げ、良好な素子特性を得る観点から、１μｍ以上１５μｍ以下の範囲から適宜に決めることが可能である。
長さＬ３２が１５μｍを超える場合、光導波路における上記のダメージが及ぶ範囲がＸ方向に長くなるため、Ｉｏｐ（動作電流）が高くなるなど素子特性が悪くなることがある。また、長さＬ３２を１μｍ未満とする場合、長さＬ３２を（Ｙ方向において）均一にすることが困難である。Ｌ３２を均一にして、光導波路からの迷光（漏れ出た光）が半導体層２０を伝播することを抑制する観点から、長さＬ３２は１μｍ以上であることが好適である。
第２の溝部１３０のＹ方向における長さＬ３１は、光導波路からの迷光（漏れ出た光）が半導体層２０を伝播することを抑制する観点から、少なくとも１５μｍ以上であればよく、半導体レーザ素子のＹ方向の側面までの長さであれば適宜に決めることができ、例えば、分割ガイド溝１６０に到達する長さであってもよい。
なお、第２の溝部１３０は、半導体層２０のＹ方向における連続性が途絶える位置まで作製されることが好適である。このような観点から、第２の溝部１３０は、例えば、半導体レーザ素子１の分割ガイド溝１６０の側面まで到達するように作製されている。
第２の溝部１３０から光出射面１７０までの長さＬ３６は、第２の溝１３０のＸ方向における一端から半導体層２０の一端面までの距離である。長さＬ３６は、基板から半導体レーザ素子を劈開により切り出す工程における歩留りを向上させる観点、および、光導波路中から迷光が漏出することを防止する観点から、３μｍ以上３０μｍ以下の範囲から適宜に決めることが可能である。たとえば、長さＬ３６は、５μｍであってよい。
第２の溝部１３０の深さは、第２の溝部１３０が活性層２０４を積層方向において横断するのに十分な深さであればよく、さらにはｎ型クラッド層２０２まで到達していればより好適である。当該深さは、積層方向におけるｐ型コンタクト層２０８から第２の溝部１３０の底までの距離である。第２の溝部１３０がこのような十分な深さを有することは、ガウシアン分布に近付けられたＦＦＰを形成する観点から好適である。
＜第３の溝部＞
第３の溝部１４０のＸ方向における長さＬ４２は、半導体層２０のＸ方向における一端面から第３の溝部１４０の他端までの長さである。長さＬ４２は、第２の溝部１３０、１３０間から光出射面１７０に向かって導波するレーザ光のＹ方向形状をガウシアンに近づける観点から、適宜に決めることが可能である。たとえば、長さＬ４２は、長さＬ３６の４０〜１００％の範囲から適宜に決めることが可能であり、上記の観点によれば長いほど好ましい。長さＬ４２は、例えば、３μｍ（長さＬ３６の６０％）であってよい。
なお、長さＬ４２が長さＬ３６の１００％の長さであることは、第３の溝部１４０が第２の溝部１３０と連結している（一体となっている）ことを意味する。このように、第３の溝部１４０がＸ方向における他端で第２の溝１３０に連結していることは、レーザ光のＹ方向形状をガウシアンに近づける観点から好ましい。
なお、長さＬ４２は、短すぎるとＦＦＰをガウシアン形状に近付ける効果が十分に得られなくなる。長さＬ４２は、第２の溝部における長さＬ３２より長い、すなわち長さＬ３２との関係がＬ４２＞Ｌ３２であると好適である。また、半導体レーザ素子１の製造工程において、エッチングによって第３の溝部１４０を形成する際にリッジ部１１０を欠損することがある。したがって、迷光の伝播を抑制する観点、および、製造時におけるリッジ部の損傷を低減する観点、および光導波領域への損傷を防止する観点、およびＦＦＰをガウシアン分布に近付ける観点から、長さＬ４５は、２μｍ以上１５μｍ以下の範囲から適宜に決めることができ、例えば５μｍであってよい。
第３の溝部１４０のＹ方向における長さＬ４１は、その形状を安定的に作製する観点から１μｍ以上であればよく、半導体レーザ素子のＹ方向の側面に達していても良く、適宜に決めることが可能である。たとえば、長さＬ４１は、１０μｍであってよい。
第３の溝部１４０の深さは、第２の溝部１３０のそれと同様に、第３の溝部１４０が活性層２０４を積層方向において横断するのに十分な深さであればよく、さらには第３の溝部１４０がｎ型クラッド層２０２に到達していればより好適である。
第３の溝部１４０からリッジ部１１０の中心までの長さＬ４５は、Ｙ方向における第３の溝部１４０のリッジ部１１０側の側面からリッジ部１１０の中心軸までの距離である。長さＬ４５は、長すぎると、光導波路のＹ方向における光の閉じ込めが不十分となる。一方で、長さＬ４５は、短すぎると、光導波路が著しく大きなダメージを受け、半導体レーザ素子１の劣化が進行しやすくなる。このため、長さＬ４５は、第２の溝部１３０における長さＬ３５より長い、すなわち長さＬ３５との関係がＬ４５＞Ｌ３５であると好適である。
＜分割ガイド溝＞
分割ガイド溝１６０の幅は適宜決定すればよい。例えば、幅は１０μｍであってもよい。また、分割ガイド溝１６０は、劈開性を有さない方向へ分割するための一形態である。本実施形態では、分割ガイド溝１６０に代わる当該分割のための他の形態を用いてもかまわない。
［製造方法］
半導体レーザ素子は、公知の方法を利用して製造することが可能である。たとえば、半導体レーザ素子１は、積層およびエッチングなどの公知の技術を用いて、以下の工程（１）〜（１２）によって製造することが可能である。半導体レーザ素子の製造方法について、図１０〜１４を用いて説明する。
（１）まず、窒化物半導体基板２００上にｎ型下地層２０１からｐ型コンタクト層２０８までの半導体層２０を順次成長しウエハ２を作製する。ウエハ２は、窒化物半導体基板２００およびその上の半導体層２０の積層体であり、当該積層体の、劈開および分割がなされるまでの状態の呼称である。窒化物半導体基板２００上の半導体層２０は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相成長）法などのエピタキシャル成長法を用いて成長させる。
（２）半導体層２０を作製したウエハ２を、熱処理装置を用いて、例えば８５０℃で熱処理（アニール）を実施する。当該熱処理によって、ｐ型キャリアブロック層２０６、ｐ型クラッド層２０７、ｐ型コンタクト層２０８を含むｐ型半導体層を低抵抗化することができる。
（３）アニール後のウエハ２の半導体層２０表面に一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてマスクを作製する。当該マスクは、例えばＸ方向に延出する１．５μｍ幅（Ｙ方向長さ）の開口部を、Ｙ方向において例えば２００μｍの周期で有する。当該マスクが形成されたウエハ２上にパラジウムを例えば厚さ２０ｎｍで蒸着させる。続いてリフトオフを行う。こうして、Ｘ方向に向かって伸びる幅１．５μｍのオーミック電極３０１をＹ方向に２００μｍ周期で作製する。
オーミック電極３０１が延びるＸ方向は、窒化物半導体結晶の劈開面である｛１−１００｝面に対して垂直方向の＜１−１００＞方向である。また、Ｙ方向のオーミック電極３０１の周期は、半導体レーザ素子の幅である長さＬ１１であり、作製する半導体レーザ素子の形状に応じて設計すればよい。窒化物半導体結晶については、窒化ガリウムの結晶を例に挙げて後述する。
（４）続いて、オーミック電極３０１上のみを被覆するマスクをウエハ２に作製する。例えば、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）などのドライエッチング技術を用いて、ｐ型コンタクト層２０８およびｐ型クラッド層２０７に対して第１の溝部１２０を形成する。そして、マスクを除去する。これにより、リッジ部１１０のみが凸状となる。図１０は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザの一作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。図１０は、ウエハ２にエッチングを行い周期的に＜１−１００＞方向に伸びる凸状のリッジ部１１０と第１の溝部１２０とが作製された状態を示している。
（５）第１の溝部１２０作製後、フォトリソグラフィ技術を用いて、第２の溝部１３０および第３の溝部１４０を形成するための開口部を有するマスクをウエハ２に作製する。第１の溝部１２０と同様にドライエッチング技術を用いて、半導体層２０の第１の光ガイド層２０３を横断する深さまでエッチングを行い、第２の溝部１３０および第３の溝部１４０を作製する。その後、マスクを除去する。
（６）第２の溝部１３０及び第３の溝部１４０を作製したウエハ２に分割ガイド溝１６０を作製する。フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、例えば幅１０μｍの溝を、窒化物半導体基板に到達する深さで、２００μｍ周期で作製することにより分割ガイド溝１６０が作製される。
図１１は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。図１１は、第１の溝部１２０とリッジ部１１０とが作製されたウエハ２に第２の溝部１３０、および第３の溝部１４０がエッチングにより作製された状態を示している。また、図１２においては、分割ガイド溝１６０が作製されている。ウエハ２を個々の半導体レーザ素子１に歩留り良く分割する際に後述のバーを分断する位置が、分割ガイド溝１６０の位置にあたる。
（７）分割ガイド溝１６０を作製したウエハ２に対して、フォトリソグラフィ技術を用いて、誘電体膜３０２を作製する。誘電体膜３０２は、リッジ部１１０頂部のオーミック電極３０１および分割ガイド溝１６０が露出するように、蒸着法、スパッタ法およびＣＶＤ法などを用いて作製される。誘電体膜３０２の厚さは０．１〜０．３μｍが好ましく、例えば、０．１μｍである。誘電体膜３０２の作製では、例えば、リッジ部１１０に対応する位置に開口部を有するマスクが作製され得るが、当該開口部の幅は一例として１．５μｍである。
（８）誘電体膜３０２を作製したウエハ２上に、レジスト材を塗布し一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてマスクを作製する。当該マスクは、ｐ電極パターンマスクであり、第２の溝部１３０および第３の溝部１４０を避けた位置であって、オーミック電極３０１および誘電体膜３０２上に位置する開口部を有する。次に蒸着法やスパッタ法等によりｐ電極３０３として、チタンを１５ｎｍ、金（Ａｕ）を４００ｎｍの厚さで順に作製する。続いて、当該マスクをリフトオフする。こうして、パターン化されたｐ電極３０３が作製される。図１２は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。図１２は、リッジ部１１０および第１の溝部１２０上にｐ電極３０３を作製する工程が実施された後のウエハ２を示す。
（９）ウエハ２をバーやチップに分割する際の歩留りを上げるため、ウエハ２の裏面（窒化物半導体基板側）を研削および研磨し、ウエハ厚を４０〜２００μｍ程度まで薄くする。
（１０）ウエハ２の研削および研磨を行った面に、蒸着法およびスパッタ法等により、厚さ２０ｎｍのチタン層、および厚さ３００ｎｍの金層を順次作製する。こうして、ｎ電極３０４を作製する。
（１１）図１３は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるウエハを模式的に示す平面図である。図１３では、リッジ部１１０および第１の溝部１２０からｎ電極３０４までが形成された後のウエハ２を示す。このウエハ２における第３の溝部１４０を横断する位置（劈開ライン４１０）で、リッジ部１１０に対して垂直方向に劈開する。この劈開により、共振器端面を形成し、長さ８００μｍの共振器を作製する。当該劈開することで、半導体レーザ素子１の光出射面１７０側に第３の溝部１４０が、反射面１８０側に第４の溝部１５０がそれぞれ形成される。なお、共振器の長さは８００μｍに限定されない。
ウエハ２を劈開したことでバー３が作製され、共振器端面が表出する。図１４は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザの作製過程におけるバーを模式的に示す平面図である。バー３には、半導体レーザ素子１が、多数、横に連なっている。
形成された共振器端面は、窒化物半導体結晶の｛１−１００｝面に相当する。劈開は、例えば、ウエハ２における、ｐ電極３０３が形成された側に、スクライバーによって罫書き線が付けられ、ウエハ２に適宜、力が加えられることによって実施される。あるいは、ウエハ２の一部、例えば、ウエハ２のエッジ部分にのみスクライバーによって罫書き線が付けられ、これを起点として劈開を実施しても構わない。
（１２）二つの共振器端面を形成した後、共振器端面の両側には、蒸着、スパッタ等などによりＳｉＯ２およびＴｉＯ２からなる誘電体膜３０２が交互に形成され、誘電体多層反射膜を形成する。なお、形成された二つの共振器端面のうち、一つはレーザ光の光出射面１７０とし、例えば、反射率が５％となるように低反射（ＡＲ）コーティング層が形成される。また、他方の共振器端面は反射面１８０とし、例えば、反射率が９５％となるように、高反射（ＨＲ）コーティング層が形成される。尚、反射率については、これに限定されない。又、誘電体膜の材料も、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２に限定されなく、当該材料の例として、珪素、マグネシウム、アルミニウム、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、スカンジウム、タンタル、ガリウム、亜鉛、イットリウム、ホウ素、チタン等の酸化物、それらの窒化物、それらのフッ化物、およびそれらの酸窒化物が含まれる。
（１３）バー３を分割ガイド溝１６０内の分割ライン４２０で分割する。それにより、個々の半導体レーザ素子１（チップ）を得る。
このとき、ウエハ２のｎ電極３０４が形成された面に、分割ガイド溝１６０と一致する位置、にスクライバーを用いて罫書き線をいれる。そして、バー３に適宜力を加え、罫書き線に沿ってバー３を分割することで、半導体レーザ素子１（チップ）を作製する。
ここで、窒化物半導体結晶について、窒化ガリウムの結晶を例に挙げ、図１５を用いて以下に説明する。図１５は、六方晶の結晶構造を取る窒化ガリウムの結晶方位を示す模式図である。六方晶の結晶構造は正六角柱で示すことができる。この正六角柱の上面を｛０００１｝面（Ｃ面）と呼ぶ。また、｛０００１｝面に垂直に交わる方向を＜０００１＞方向と呼ぶ。｛０００１｝面は、本実施の形態において例示した層構造を積層する面にあたる。正六角柱は、上面から見て、６０°回転させる毎に同じの形状となる六回回転対称である。即ち、結晶構造が正六角柱で示される場合、正六角柱の側面は、全てにおいて同性質であり、｛１−１００｝面（ｍ面）と呼ばれる。この｛１−１００｝面は垂直方向（＜１−１００＞方向）の分子同士の結合が切れ易い劈開性を有している。したがって、１−１００｝面で劈開すると、平坦性の良好な結晶面が得られる。この性質により、向かい合う１対の｛１−１００｝面は、半導体レーザ素子の共振器面として好適であり、｛１−１００｝面に対して垂直方向である＜１−１００＞方向を光の導波方向するために、同方向に向かってリッジ部１１０が作製される。
［作用］
まず、ｐ電極３０３よりリッジ部１１０頂部から半導体層２０に電流が注入されることにより、リッジ部１１０下方の活性層近傍で正孔と電子が再結合を起こし、光が発生する。半導体層２０は、ｎ型クラッド層２０２およびｐ型クラッド層２０７の内側に光を閉じ込めると共に、光導波路方向であるＸ方向に光を導波させる。Ｘ方向に対して垂直方向に設けられた１対の光共振器によって光が反射され、誘導放出が促され、光が増幅されることでレーザ光が生じ、光出射面１７０側端面よりレーザ光が放出される。
放出されたレーザ光は、Ｘ方向に延びる光導波路の光出射面１７０側における第２の溝部１３０と第３の溝部１４０とによって、Ｙ方向の光導波路の幅が絞られ、ＦＦＰにおける水平横モードの放射角θｈが広がると共に、ガウシアン分布に近づく。
より具体的には、第２の溝部１３０、１３０の間において、第２の溝部１３０、１３０の間から光出射面１７０側に導波するレーザ光の水平横モードの放射角θｈが広がる。第３の溝部１４０、１４０の間において、第２の溝部１３０、１３０によって広がったレーザ光の水平横モードの形状は、レーザ光がＬ３５よりも長い距離である長さＬ４５で絞られる。それにより、水平横モードの放射角θｈがガウシアン形状に近づく。
本実施形態における半導体レーザ素子１では、二本の第２の溝部１３０、１３０、および二本の第３の溝部１４０、１４０は、平面視したときに、リッジ部１１０のＸ方向に沿う中心軸に対して対称に配置されている。したがって、Ｘ方向に対して左右対称に光導波路が絞られる。よって、光出射面１７０からのレーザ光のＦＦＰを好適にガウシアン分布に近付けることができる。
本実施形態における半導体レーザ素子１では、アスペクト比（θｖ／θｈ）が従来よりも小さい、２．０５〜２．８５であるＦＦＰを実現することが可能である。
なお、第３の溝部１４０を誘電体膜３０２で被覆することにより、第３の溝部１４０の側面からの光漏れを防ぐことができるため、ＦＦＰにおけるリップルの出現を抑制できる。
前述した製造方法において、半導体レーザ素子領域の切り出し（劈開）において、光出射面１７０となる一端側において第３の溝部１４０の長さＬ４２が所望の長さとなるように劈開することにより、半導体レーザ素子１において、所期の長さＬ４２を有する第３の溝部１４０を製造することが可能である。よって、劈開における歩留りを向上させることが可能である。
以上の説明から明らかなように、本実施形態の半導体レーザ素子は、より正円に近い形状の良好なＦＦＰを有し、また高い信頼性を有する。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本実施形態は、第１の凹部がリッジ部１１０に沿って形成される溝状の凹部であり、それらの両側にリッジ部１１０と同じ高さの凸部が形成される点で前述の実施形態１と異なり、その他の点で前述の実施形態１と実質的に同じである。本実施形態において、第１の溝部１２０は、半導体レーザ素子１を横断するＸ方向に沿ってリッジ部１１０の両側に形成される溝状の凹部である。
本実施形態に係る半導体レーザ素子を、図１６から図２４を用いて説明する。図１６は、本発明の実施形態２に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す平面図である。図１７〜図２４は、それぞれ、当該半導体レーザの図１６におけるＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線、Ｅ−Ｅ’線、Ｆ−Ｆ’線、Ｇ−Ｇ’線、およびＨ−Ｈ’線のそれぞれで切断した断面を模式的に示す図である。
図１６に示すように、第１の溝部１２０、１２０は、平面視したときに半導体層２０を横断するＸ方向の一端から他端まで平行に延出する二本の溝である。リッジ部１１０は、第１の溝部１２０、１２０の間に形成されており、第１の溝部１２０に対して凸状の部分である。第２の溝部１３０、１３０は、平面視したときに半導体層２０を縦断するＹ方向の端から第１の溝部１２０、１２０のそれぞれまで延出する二本の溝である。
第１の溝部１２０、１２０の外側には、ダミーリッジ部５１０、５１０が配置されている。ダミーリッジ部５１０における第１の溝部１２０の底面からの高さは、リッジ部１１０におけるそれとほぼ同じである。ダミーリッジ部５１０、５１０は、半導体レーザ素子のＸ方向における全長にわたって形成されており、Ｙ方向においては第１の溝部１２０と分割ガイド溝１６０の間に形成されている。
なお、このような、リッジ部１１０の両側における二本の第１の溝部１２０、１２０と、そのさらに外側における二本の凸条部であるダミーリッジ部５１０、５１０とを含む構造は、特に「ダブルチャネル型リッジ構造」とも言われる。
第１の溝部１２０、第２の溝部１３０および第３の溝部１４０のそれぞれの形状は、実施形態１と同様、所期の機能を発現する範囲において適宜に決めることが可能である。
以下、第１の溝部１２０の寸法および配置についてさらに説明する。図２５は、本発明の実施形態２に係る半導体レーザの寸法を説明するための図である。ここでは、実施形態１と同様に、共振器長が８００μｍ、チップ幅が２００μｍとして半導体レーザ素子１の各構成における寸法などを説明する。
第１の溝部１２０は、Ｘ方向における長さＬ２２、Ｙ方向における長さＬ２１、および、積層方向における長さ（深さ）を有している。図２５に示した通り、実施形態２においては、第１の溝部１２０のＹ方向における長さＬ２１は、第３の溝部１４０のリッジ部１１０側の端部まで達している。
第１の溝部１２０のＹ方向における長さＬ２１は、光導波路に光を閉じ込めやすくし、また遠視野像（Far Field Pattern、以下「ＦＦＰ」）をガウシアン分布に近付ける観点から、１５μｍ以上５０μｍ以下の範囲から適宜に決めることが可能である。たとえば、長さＬ２１は、１５μｍであってよい。長さＬ２１が１５μｍ未満であると、リッジ部１１０において垂直方向に光を閉じ込める効果が不十分となることがある。長さＬ２１は１５μｍ以上であることは、実施形態１の半導体レーザ素子と同様の光閉じ込め効果を得る観点から好ましい。
本実施形態において、第２の溝部１３０、１３０のそれぞれにおけるリッジ部１１０側の端部は、第１の溝部１２０における外側の側面または当該側面よりもリッジ部１１０側まで到達している。これにより、光導波路から漏れ出た迷光が、半導体層２０中を伝播して光出射面から染み出すことがより一層防止される。したがって、レーザ光のＦＦＰをガウシアン分布に近付ける観点から好適である。
本実施形態では、前述の実施形態１における効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施形態の半導体レーザ素子をジャンクションダウン方式でサブマウントに実装した場合に、リッジ部１１０のみならずダミーリッジ部５１０もサブマウントに接触する。よって、実装時においてリッジ部１１０にかかる力がダミーリッジ部５１０に分散される。したがって、実装時においてリッジ部１１０に歪みが生じないようにリッジ部１１０をサブマウントに接合することが可能となる。このように、本実施形態によれば、実装時のリッジ部１１０を損傷から保護することが可能となる。本実施形態は、半導体レーザ素子の信頼性を高める観点からより一層効果的である。
１ 半導体レーザ素子
２ ウエハ
３ バー
２０ 半導体層
１１０ リッジ部
１２０ 第１の凹部（第１の溝部）
１３０ 第２の凹部（第２の溝部）
１４０ 第３の凹部（第３の溝部）
１５０ 第４の溝部
１６０ 分割ガイド溝
１７０ 光出射面
１８０ 反射面
２００ 窒化物半導体基板
２０１ ｎ型下地層
２０２ ｎ型クラッド層
２０３ 第１の光ガイド層
２０４ 活性層
２０５ 第２の光ガイド層
２０６ ｐ型キャリアブロック層
２０７ ｐ型クラッド層
２０８ ｐ型コンタクト層
３０１ オーミック電極
３０２ 誘電体膜
３０３ ｐ電極
３０４ ｎ電極
４１０ 劈開ライン
４２０ 分割ライン
５１０ ダミーリッジ部

Claims (7)

  1. 半導体層、誘電体膜および電極層がこの順で重なって構成されている半導体レーザ素子であって、
    前記半導体層は、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層がこの順で重なって構成され、
    前記ｐ型クラッド層に形成され、平面視したときに前記半導体層を横断する方向の一端から他端まで延出するリッジ部と、
    前記横断する方向に沿って前記リッジ部の両側に形成される、前記リッジ部から一様の深さを有する二つの第１の部分と、
    前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層に到達する深さを有し、平面視したときに前記半導体層を縦断する方向のそれぞれの端から前記リッジ部を挟む位置まで延出する二本の溝状の第２の凹部と、
    前記ｐ型クラッド層から前記ｎ型クラッド層に到達する深さを有し、平面視したときに前記半導体層を横断する方向の一端から前記横断する方向に、前記第２の凹部に向けて延出し、前記縦断する方向において前記リッジ部を挟む位置に配置される二本の溝状の第３の凹部と、を有し、
    前記誘電体膜は、少なくとも、前記リッジ部以外の前記半導体層の表面を覆い、
    前記電極層は、前記リッジ部に重なり、かつ平面視したときに前記横断する方向における前記第２の凹部よりも他端側で前記誘電体膜と重なっており、
    半導体レーザ素子を縦断する方向において、前記第３の凹部から前記リッジ部の中心までの長さは、前記第２の凹部から前記リッジ部の中心までの長さより長い、
    半導体レーザ素子。
  2. 前記横断する方向の一端面が光出射面であり、他端面が反射面である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記電極層は、前記リッジ部に重なる第１の電極層と、平面視したときに前記横断する方向における前記第２の凹部よりも他端側で前記誘電体膜および前記第１の電極層と重なる第２の電極層とを含む、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記第２の凹部は、前記縦断する方向において、前記リッジ部に対して対称の位置に配置されている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  5. 前記第３の凹部は、前記横断する方向における他端で前記第２の凹部に連結している、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  6. 前記誘電体膜は、少なくとも、前記第２の凹部の前記縦断する方向における側面部をさらに覆う、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  7. 前記横断する方向において前記第３の凹部と対称の位置に配置され、前記第３の凹部と同じ平面形状、断面形状および深さを有する第４の凹部をさらに有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
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