JP7336377B2 - 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、指向性のライト、プロジェクタ、テレビなどの次世代用途として窒化物系半導体による青色レーザ光または緑色レーザ光を用いることが注目を集めている。これらの用途ではレーザ光の視認性が要求されるため、レーザ光の高い放射品質が必要になる。しかしながら、通常の窒化物系半導体では基板が透明であるため、活性層からの迷光が基板から漏れる。
基板から漏れる迷光を低減させた半導体レーザ素子として、例えば特許文献１に開示される半導体レーザ素子５００がある。図２４は、特許文献１の半導体レーザ素子５００の斜視図である。図２４に示されているように、特許文献１に開示される半導体レーザ素子５００では、基板５０２の上面に半導体積層膜５１０が積層されており、当該半導体積層膜５１０によって導波路５３１が形成されている。さらに、基板５０２の下面に導波路５３１に交差する方向に延びる溝５４３を設けることにより、基板５０２から漏れる迷光を低減させている。
特開２０１８－１９５７４９号公報（２０１８年１２月６日公開）
本発明の一態様は、基板から漏れる迷光を低減し、さらに半導体レーザ素子の素子割れの可能性を低減することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板上に設けられる半導体層と、を備え、前記半導体層は、所定方向に延在しかつ一端面から前記レーザ光を出射する導波路を有し、前記基板は、前記所定方向と交差して延在する複数の空間部を有しており、前記複数の空間部の少なくとも２つの空間部の少なくとも一部が、前記所定方向に沿って重畳するように、前記基板に設けられており、前記複数の空間部のそれぞれの、前記所定方向と垂直な方向における長さは、前記半導体レーザ素子の、前記垂直な方向における長さよりも短く、前記垂直な方向における前記半導体レーザ素子の全体にわたって、前記複数の空間部のいずれか１つの空間部が存在するように、前記少なくとも２つの空間部の少なくとも一部が重畳している。
本発明の一態様によれば、基板から漏れる迷光を低減し、さらに半導体レーザ素子の素子割れの可能性を低減することができる。
本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の活性層の積層構造を示す正面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の空間部を、Ｙ方向に沿って半導体レーザ素子の底面に垂直な面で切断したときの断面概略図である。 符号４０１は本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の上面図であり、符号４０２は、空間部の他の例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の複数の空間部の構造を示す斜視概略図である。 本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の空間部を出射面から見たときの構造を示す正面概略図である。 本発明の実施形態１係る半導体レーザ素子の製造工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係るウエハにおけるチップ分割溝形成工程を示す下面図である。 本発明の実施形態１に係るウエハにおける空間部形成工程を示す下面図である。 本発明の実施形態１に係るウエハにおけるバー分割溝形成工程を示す上面図である。 本発明の実施形態１に係るバーにおける端面コート膜形成工程を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 本発明の実施形態３に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 本発明の実施形態４に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 本発明の実施形態５に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 本発明の実施形態６に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 本発明の実施形態７に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 本発明の実施形態８に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 本発明の実施形態９に係る半導体レーザ素子の空間部の形成パターンを示す図である。 比較例についての実験結果を示す図である。 本発明に係る半導体レーザ素子の実験結果を示す図である。 本発明の実施形態１０に係る半導体レーザ素子の空間部を出射面から見たときの構造を示す正面概略図である。 本発明の実施形態１０に係る半導体レーザ素子の複数の空間部の構造を示す斜視概略図である。 特許文献１の半導体レーザ素子の斜視図である。
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
（窒化物半導体レーザ素子の構成について）
本明細書では、半導体レーザ素子１００が窒化物半導体レーザ素子である場合を例に挙げて説明する。
図１は、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の構成を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の活性層１４の積層構造を示す正面図である。図３は、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の空間部４３を、Ｙ方向に沿って半導体レーザ素子１００の底面に垂直な面で切断したときの断面概略図である。図４の符号４０１は、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の上面図である。図４の符号４０２は、図４の符号４０１の空間部４３の側面に凹凸部が設けられている場合である空間部４３’を示している。図５は、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の複数の空間部４３の構造を示す斜視概略図である。図６は、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の空間部４３を出射面１Ａから見たときの構造を示す正面概略図である。
なお、図１は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１００の構成を模式的に示した図であり、半導体レーザ素子１００を構成する各々の部材の数、および部材の寸法を限定するものではない。また、図１に示す座標軸において、Ｚ軸正方向側を「上方」として定義し、各部材のＺ軸正方向側の面を「上面」と呼称する。このことは他の図においても同様である。また本明細書で使用される「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上、かつＢ以下」を示す。
図１に示すように、半導体レーザ素子１００は、基板２と、半導体層１０と、埋め込み層２１と、ｐ側下層電極２２と、ｐ側上層電極２３と、リッジ部３０とを備えている。半導体レーザ素子１００はさらに、図１に示すように、基板２の下面側にｎ側電極２４と、ｎ側電極２４の下面側にパッド電極２５とを備えている。
半導体層１０は、ｐ側上層電極２３およびｎ側電極２４の間への電圧印加により、レーザ光を出射する。半導体層１０は、基板２の上面にエピタキシャル成長される半導体積層構造である。半導体層１０は、基板２側から順に、下地層１１と、下部クラッド層１２と、下部ガイド層１３と、活性層１４と、上部ガイド層１５と、蒸発防止層１６と、上部クラッド層１７と、上部コンタクト層１８とを備えている。
基板２は、導電性を有する窒化物半導体基板であり、例えば、ＧａＮから構成されている。
下地層１１は、基板２を表面加工するときに基板２が受けたストレスまたは傷を緩和するために設ける層である。基板２上に下地層１１を積層することにより、基板２の表面を平坦化することができる。ｎ側電極２４からの電流または電圧の、活性層１４への印加を容易にする層である。下地層１１は、ｎ型のＧａＮにより形成される層であり、０．１～１０μｍ（例えば、４μｍ）の膜厚を有している。
下部クラッド層１２は、電流および発生した光を活性層１４に閉じ込める層である。下部クラッド層１２は、ｎ型のＡｌｘ１Ｇａ１－ｘ１Ｎ（０＜ｘ１＜１）により形成され、０．５～３．０μｍ（例えば、２μｍ）の膜厚を有している。
下部ガイド層１３は、活性層１４における光の導波を支援する層である。下部ガイド層１３は、Ｉｎｘ２Ｇａ１－ｘ２Ｎ（０≦ｘ２＜０．１）により形成され、０．３μｍ以下（例えば、０．１μｍ）の膜厚を有している。また、下部ガイド層１３はＳｉなどをドープしてｎ型にすることもできる。
活性層１４は、誘導放出により光増幅作用を有する活性部である。活性層１４は、図２に示すように、例えば、４つの障壁層１４Ａと３つの量子井戸層１４Ｂとが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）構造を有する。量子井戸層１４Ｂは例えば膜厚４ｎｍのＩｎｘ３Ｇａ１－ｘ３Ｎにより形成される。障壁層１４Ａは例えば膜厚８ｎｍのＩｎｘ４Ｇａ１－ｘ４Ｎ（但し、ｘ３＞ｘ４）により形成される。ｘ３、ｘ４は、例えばｘ３＝０．０５～０．３５、ｘ４＝０～０．１とすることができる。
上部ガイド層１５は、活性層１４における光の導波を支援する層である。上部ガイド層１５は、Ｉｎｙ２Ｇａ１－ｙ２Ｎ（０≦ｙ２＜０．１）により形成され、０．３μｍ以下（例えば、０．１μｍ）の膜厚を有している。また、上部ガイド層１５は、Ｍｇなどをドープしてｐ型にすることもできる。
蒸発防止層１６は、Ｉｎを含む窒化物半導体におけるＩｎの蒸発を防止する層である。蒸発防止層１６は、ｐ型のＡｌｙ１Ｇａ１－ｙ１Ｎ（０＜ｙ１＜１）により形成される層であり、０．０２μｍ以下（例えば、０．０１μｍ）の膜厚を有している。
上部クラッド層１７は、電流および発生した光を活性層１４に閉じ込める層である。上部クラッド層１７は、ｐ型のＡｌｙ３Ｇａ１－ｙ３Ｎ（０＜ｙ３＜１）により形成される層である。上部クラッド層１７は、０．０１～１μｍ（例えば、０．５μｍ）の膜厚を有している。
リッジ部３０は、電流を流す領域をＹ方向に沿って限定することにより、活性層１４の、当該領域に対応する領域において、レーザ発振を生じさせる。活性層１４におけるレーザ発振が生じる領域は、導波路３１として機能する。例えば、フォトリソグラフィ技術により、上部クラッド層１７の一部を厚み方向（Ｚ方向）の中間位置までエッチングすることにより形成された凸部が、リッジ部３０として機能する。リッジ部３０は、図１に示すように、Ｙ方向に延在するように形成されている。なお、リッジ部３０を形成する方法は、以下の製造方法においてより詳細に説明する。
上部コンタクト層１８は、電流または電圧の、活性層１４への印加を容易にする層である。上部コンタクト層１８は、リッジ部３０を形成する上部クラッド層１７の凸部上に設けられる。上部コンタクト層は、ｐ型のＧａＮにより形成され、０．０１～１μｍ（例えば、０．０５μｍ）の膜厚を有している。
埋め込み層２１は、電流狭窄層として機能する層である。埋め込み層２１は、ＳｉＯ２などの絶縁性材料により形成され、０．１～０．３μｍ（例えば０．１５μｍ）の膜厚を有している。図１に示されているように、埋め込み層２１でリッジ部３０の両側面を覆うことにより、動作モード時にリッジ部３０に光を閉じ込めてもよい。
ｐ側下層電極２２は、ＰｄまたはＮｉを主成分とする導電性の層である。ｐ側下層電極は、上部コンタクト層１８に対してオーミック接触している。
ｐ側上層電極２３は、リッジ部３０の上面からキャリアを注入するための電極である。ｐ側上層電極２３は、リッジ部３０の上面（リッジ部３０の上部コンタクト層１８および埋め込み層２１上）に形成される。ｐ側上層電極２３は、例えば、Ａｕにより形成される金属層の一例である。
ｎ側電極２４は、基板２の下からキャリアを注入するための電極である。ｎ側電極２４は、基板２に対してオーミック接触している。ｎ側電極２４は、例えば、Ｔｉの単層、または、Ｔｉを積層した上にさらにＡｌを積層したＴｉ／Ａｌ積層体により形成される。
パッド電極２５は、半導体レーザ素子１００をサブマウントなどに容易に接続および固定するための層である。パッド電極２５は、例えば、Ａｕにより形成される。
また、半導体レーザ素子１００の出射面１Ａおよび対向面１Ｂ（図４参照）上には、端面コート膜２６（図１１参照；図１１の端面コート膜２６は、基板２の端面、半導体積層膜１０の端面およびリッジ部３０の端面を覆うように形成される）が設けられる。出射面１Ａ上の端面コート膜２６は、Ａｌ２Ｏ３等の低反射膜により形成される。対向面１Ｂ上の端面コート膜２６は、Ａｌ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５を交互に（例えば９層）積層した高反射膜により形成される。出射面１Ａおよび対向面１Ｂ上の端面コート膜２６によって、Ｙ方向に延在する導波路３１が共振器を構成する。これにより、ｐ側上層電極２３からリッジ部３０を介して活性層１４に電流が注入されると、導波路３１の一端面である出射部３１Ａからレーザ光が出射される。つまり、半導体層１０は、Ｙ方向に延在しかつ出射部３１Ａからレーザ光を出射する導波路３１を有している。
また、図４および図５に示されているように、基板２の下面には、複数の空間部４３が設けられている。半導体レーザ素子１００は、通常、基板２が透明な材料により構成されている。そのため、活性層１４において生じるレーザ光が、導波路３１の一端面である出射部３１Ａから出射されるだけではなく、迷光として基板２から漏れる可能性がある。空間部４３は、基板２に空間部４３を設けることにより、屈折率の変化などを利用して、基板２から漏れる迷光の量を低減させる構成である。空間部４３の詳細な構成および効果については、以下に詳述する。
（空間部について）
図４および図５に示されるように、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００には、溝構造を有する３つの空間部４３が、それぞれ出射面１Ａから異なる距離に形成されている。また、空間部４３は、Ｙ方向に沿って重畳しており、それぞれ導波路３１と交差するように延在している。空間部４３は、例えば、レーザスクライブによって基板２の下面に形成される。また、図６に示されるように、空間部４３は、Ｙ方向と垂直なＸ方向における長さＷＡ、および、半導体レーザ素子１００の基板の厚み方向（Ｚ方向）における高さＨＡを有している。３つの空間部４３について、各空間部４３の長さＷＡは、半導体レーザ素子１００のＸ方向における長さＷよりも短い。
また、本実施形態において、空間部４３のＸ方向における長さＷＡは、迷光を遮光し、基板２から漏れるレーザ光を低減するためには長い方が好ましい。一方、空間部４３が、半導体レーザ素子１００のＸ方向の両端に達してしまうと素子割れの可能性が高くなる。そのため、空間部４３のＸ方向における長さＷＡは、好ましくは半導体レーザ素子１００のＸ方向における長さＷの３０％～８０％であり、より好ましくは５０～７０％である。
図４および図５の例では、３つの空間部４３の形状は略同一形状である。つまり、３つの空間部４３の長さＷＡおよび高さＨＡは略同一である。具体的には、３つの空間部４３はそれぞれ、基板２の上面側から見て略直線状に延在し、出射面１Ａ側から見て略台形形状となっている。本例では、Ｘ方向において、１つの空間部４３が基板２の内部（例えば略中央）に配置されており、２つの空間部４３については、一方の端部が基板２の側面において露出している。具体的には、２つの空間部４３のうちの一方の空間部４３の一方の端部は基板２の一方の側面に接しており（当該側面において露出しており）、他方の空間部４３の一方の端部は基板２の他方の側面に接している。つまり、３つの空間部４３はそれぞれ、少なくとも一端が基板２の側面に接していない。また、３つの空間部４３は、出射面１Ａから互いに異なる距離において配置されており、３つの空間部４３の少なくとも一部は、出射面１Ａ側から見て基板２のＸ方向全体にわたって、Ｙ方向に重畳している。本例では、Ｘ方向において内部に配置された空間部４３と、他の２つの空間部４３のそれぞれとが、Ｙ方向において重畳している。
なお、図５は複数の空間部４３の配置を示すための概略図であり、空間部４３は、その幅（Ｙ方向の長さ）を無視して図示されている。空間部４３の幅については、特に限定されないが、空間部４３をレーザスクライブによって形成するときにレーザの周波数および掃引速度を変化させることにより、任意の幅の空間部４３を得ることができる。
なお、半導体レーザ素子１００に設けられる空間部４３の数は３つに限定されず、２つ以上の複数であればよい。また、複数の空間部４３の全てがＹ方向に沿って重畳している必要は必ずしもない。少なくとも２つの空間部４３が重畳していればよく、また、当該２つの空間部４３の少なくとも一部が重畳していればよい。また、空間部４３は、導波路３１に対して交差する方向であれば、導波路３１と直交しない方向に延在していてもよいし、導波路３１に交差して延在している必要は必ずしもない。さらに、実施形態１では、図３に示すように、空間部４３が基板２の下面に開口部を有する溝の形状で示されている。しかしながら、空間部４３としては、溝の形状に限定されず、遮光の機能を有する空間部が導波路３１に対して交差する方向に形成されていればよい。つまり、全ての空間部４３が溝として実現されている必要は必ずしもない。また、複数の空間部４３は、互いに同じ形状である必要はなく、また、図４および図５に示す形状を有し、かつ図４および図５に示す配置パターンで形成されている必要は必ずしもない。実施形態１と異なる形状を有する複数の空間部の例、および実施形態１と異なる配置パターンで形成された複数の空間部の例については、下記の別の実施形態において説明する。
（半導体レーザ素子１００の製造方法）
以下では、図７～図１１を参照しながら、本実施形態に係る半導体レーザ素子１００の製造工程について説明する。以下の説明において、工程途中のウエハ上の中間体を単にウエハ５０と称する場合がある。また、ウエハ５０を分割した工程途中のバー状の中間体を単にバー５１と称する場合がある。図７は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１００の製造工程の一例を示すフローチャートである。図８は、本実施形態に係るウエハ５０におけるチップ分割溝４２の形成工程を示す下面図である。図９は、本実施形態に係るウエハ５０における空間部４３の形成工程を示す下面図である。図１０は、本実施形態に係るウエハ５０におけるバー分割溝４１の形成工程を示す上面図である。図１１は、本実施形態に係るバー５１における端面コート膜２６形成工程を示す斜視図である。
本実施形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法は、図７に示すように、ステップＳ１～ステップＳ１５の工程を含む。本実施形態では、半導体レーザ素子１００の製造は、一例としてこの順に行われる。ただし、本実施形態は、図１に示す積層構造を有する半導体レーザ素子１００を製造することができれば、上記製造工程順に限定されるものではない。以下に上記の工程について説明する。
図７に示すステップＳ１において、基板２の上面に半導体層１０がエピタキシャル成長する（エピタキシャル成長工程）。当該エピタキシャル成長は、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）等により行われる。
すなわち、基板２の上面に、下地層１１、下部クラッド層１２、下部ガイド層１３が順次成長する。次に、下部ガイド層１３の上面に４つの障壁層１４Ａと３つの量子井戸層１４Ｂ（図３参照）とが交互に成長することにより活性層１４が得られる。続いて、活性層１４の上に上部ガイド層１５、蒸発防止層１６、上部クラッド層１７、上部コンタクト層１８が順次成長する。
ＭＯＣＶＤ法により半導体層１０を形成する場合は、原料としてトリメチルガリウム、アンモニア、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、シラン、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いることできる。また、キャリアガスとして水素、窒素を用いることができる。
続いて、ステップＳ２において、ウエハ５０の上部コンタクト層１８上に、真空蒸着またはスパッタリング等によってｐ側下層電極２２が形成される（ｐ側下層電極形成工程）。
続いて、ステップＳ３において、リッジ部３０が形成される（リッジ部形成工程）。具体的には、ウエハ５０のｐ側下層電極２２上のリッジ部３０の形成予定領域に、フォトリソグラフィによってレジスト（不図示）が形成される。前記レジストは、Ｙ方向に延びる帯状に形成される。次に、ＳｉＣｌ４ガス、Ｃｌ２ガス、Ａｒガス等によってＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）が行われ、前記レジストの非形成部分がエッチングされる。これにより、上部クラッド層１７の上端の凸部、上部コンタクト層１８およびｐ側下層電極２２から成るリッジ部３０が形成される。リッジ部３０が形成されることにより、リッジ部３０の下方にＹ方向に延在する導波路３１（図１参照）が得られる。
なお、リッジ部形成工程におけるエッチングは、上記のＲＩＥのようなドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。
また、リッジ部３０の形成領域に、前記レジストに替えて例えばＳｉＯ２のマスク層が設けられてもよい。この場合、リッジ部３０の非形成領域に、フォトリソグラフィによってレジストが設けられ、ＳｉＯ２の成膜後に当該レジストおよび当該レジスト上のＳｉＯ２が除去され、マスク層が形成される。マスク層の除去は、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）等のエッチング剤を使用して行われ得る。
続いて、ステップＳ４において、前記レジストの上面、リッジ部３０の両側壁および上部クラッド層１７上に、スパッタリング等によってＳｉＯ２等の埋め込み層２１が成膜される。その後、前記レジスト上の埋め込み層２１が前記レジストとともに除去され、ｐ側下層電極２２が露出する（埋め込み層形成工程）。
続いて、ステップＳ５において、リッジ部３０上に配されたｐ側下層電極２２および埋め込み層２１の上面に、真空蒸着またはスパッタリング等によって、ｐ側上層電極２３が形成される（ｐ側上層電極形成工程）。なお、図８に示されているように、ｐ側上層電極２３は、ウエハ５０を分割してチップ状に形成される半導体レーザ素子１００の配置に応じてパターン化して複数設けられる。
続いて、ステップＳ６において、基板２の下面が、基板２の厚みを８０～１５０μｍ（例えば１３０μｍ）まで研磨される（研磨工程）。これにより、後述する第１切断工程および第２切断工程においてウエハ５０およびバー５１（図１１参照）の分割を容易に行うことができる。なお、基板２は、研磨材により物理的に研磨されてもよいし、薬剤により化学的に研磨されてもよい。
続いて、ステップＳ７において、ウエハ５０の基板２の下面に、例えば、レーザスクライブによって、複数のチップ分割溝４２が形成される（チップ分割溝形成工程）（図８参照）。チップ分割溝４２は、Ｙ方向に延在しており、かつリッジ部３０間に配される。
チップ分割溝４２は、後述する第１切断工程でウエハ５０を複数のバー５１に分割した後に、第２切断工程でバー５１をチップ状に個片化するために使用される。このため、チップ分割溝４２は、例えばリッジ部３０間の中央等、リッジ部３０を基準にした位置に配置される。これにより、バー５１からチップ状に分割するときに歩留りよく所望のチップを得ることができる。
また、チップ分割溝４２は、基板２の下面から５～６０μｍ程度の深さに形成されるとより好ましい。これにより、チップ分割溝４２が浅すぎて分割が困難となったり、深すぎてハンドリング中にウエハ５０が破損したりすることを防止することができる。また、チップ分割溝４２は、ウエハ５０のＹ方向の両端面間に延びる直線状に形成される。これにより、バー５１をチップ状の半導体レーザ素子１００に分割するときに、意図しない方向に割れることを低減することができる。
続いて、ステップＳ８において、例えば、レーザスクライブにより、ウエハ５０の基板２の下面に複数の空間部４３が形成される（空間部形成工程）（図９参照）。空間部４３は、リッジ部３０に交差するように延在しており、チップ状に個片化される各半導体レーザ素子１００に対応して複数設けられる。また、複数の空間部４３は、各半導体レーザ素子１００において、Ｙ方向に重畳するように設けられる。なお、上述のとおり、複数の空間部４３は、リッジ部３０に交差している必要は必ずしもなく、Ｙ方向に交差するように設けられていればよい。また、複数の空間部４３は、そのうちの少なくとも２つの空間部４３の少なくとも一部がＹ方向に重畳するように設けられていればよい。
半導体レーザ素子１００において、空間部４３の高さＨＡが基板２の厚みＨの１０分の１以上である場合、約１０％の迷光を遮光することができる。また、空間部４３の高さＨＡが基板２の厚みＨの３分の１以上である場合、３０％以上の迷光を遮光することができる。一方、空間部４３の高さＨＡが基板２の厚みＨよりも大きい場合、基板２が分割されて半導体レーザ素子１００の強度が著しく低下する。従って、空間部４３の高さＨＡは、基板２の厚みＨよりも小さい。つまり、空間部４３の高さＨＡは、基板２の厚みＨよりも小さく、かつ基板２の厚みＨの１０分の１以上が望ましく、３分の１以上にするとより望ましい。
また、空間部４３をレーザスクライブにより形成する場合、パルス幅がナノ秒オーダーのレーザを用いることにより、空間部４３の内壁上に金属および／または金属酸化物を含む被膜２７（図３参照）が形成される。被膜２７に含まれる金属としては、例えば、Ｇａが挙げられる。また、被膜２７に含まれる金属酸化物としては、例えば、Ｇａ２Ｏ３が挙げられる。本実施形態では、空間部４３の形成後にｎ側電極２４およびパッド電極２５が形成されるが、ｎ側電極２４およびパッド電極２５の形成後に空間部４３がレーザスクライブにより形成されてもよい。この場合、被膜２７には、Ｔｉ、Ａｕ等の金属、および／またはＧａ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物が含まれる。
さらに、ナノ秒オーダーのパルス幅であるレーザパルスを数十ｋＨｚの繰り返し周波数にて掃引速度を変化させると、空間部４３の幅を周期的に変化させることができる。これにより、空間部４３の側壁において長手方向（Ｙ方向）に周期的な波状等の凹凸部（凹部４５および凸部４６）を形成することができる。空間部４３の側壁に凹凸部が設けられた空間部４３’を図４の符号４０２に図示している。凹凸部に代えて、空間部４３の側壁に対し、１以上の凹部４５、または１以上の凸部４６が形成されている形態であってもよい。
続いて、ステップＳ９において、チップ分割溝４２および空間部４３をレーザスクライブにより形成したことにより発生したデブリが除去される（デブリ除去工程）。デブリは、チップ分割溝４２および空間部４３に沿って基板２の下面に付着しており、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等のＩＩＩ族の金属を主成分としている。
デブリ除去工程は、例えば、ウェットエッチングにより行われる。具体的には、ウエハ５０を酸またはアルカリのエッチング剤に浸漬し、デブリを溶解して除去する。エッチング剤に特に制限はないが、例えば硝酸、硫酸、塩酸、燐酸等の酸を含むもの、または水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリを含むものが挙げられる。また、エッチング剤がｐ側上層電極２３等を腐食する場合は、その部分をレジスト等で覆った後にウエハ５０をエッチング剤に浸漬すればよい。
なお、塩素系ガス（ＳｉＣｌ４、Ｃｌ２等）、Ａｒガス等によるドライエッチングによってデブリを除去してもよい。
続いて、ステップＳ１０において、基板２の下面に真空蒸着またはスパッタリングによってｎ側電極２４が形成される（ｎ側電極形成工程）。
基板２の下面上に上記したＴｉの単層、またはＴｉ／Ａｌ等のｎ側電極２４が形成されたときに、空間部４３の内壁上にもＴｉ、Ａｌ、またはＧａの金属膜２４Ａ（図３参照）が形成される。ｎ側電極２４が形成されると、基板２とｎ側電極２４との接触抵抗を低減してオーミック接触を保証するために熱処理が施される。
続いて、ステップＳ１１において、ｎ側電極２４上に、真空蒸着またはスパッタリングによってパッド電極２５が形成される（パッド電極形成工程）。ｎ側電極２４上に上記したＡｕ等のパッド電極２５が形成されたときに、空間部４３の内壁にもＡｕの金属膜２５Ａ（図３参照）が形成される。
本実施形態では、ｎ側電極２４およびパッド電極２５の形成にあわせて金属膜２４Ａおよび金属膜２５Ａが形成されるが、金属膜は、ｎ側電極２４およびパッド電極２５の形成とは別に形成されても構わない。また、空間部４３の内壁上に、金属膜２４Ａおよび２５Ａのいずれか一方が形成されても構わない。
続いて、ステップＳ１２において、ウエハ５０の半導体層１０上に、複数のバー分割溝４１がダイヤモンドポイントにより形成される（バー分割溝形成工程）（図１０参照）。バー分割溝４１は、基板２のＸ方向の一方の端部に形成され、リッジ部３０に直交するＸ方向に延在しており、ｐ側上層電極２３間に配される。
バー分割溝４１を基板２の一方の端部にのみ形成することにより、ウエハ５０全体にバー分割溝４１を形成するよりも工数を削減することができる。後述する第１切断工程において、ウエハ５０はバー分割溝４１上で分割され、バー分割溝４１の側壁は半導体レーザ素子１００の出射面１Ａおよび対向面１Ｂ（図４参照）を形成する。このため、バー分割溝４１の間隔は半導体レーザ素子１００の導波路３１（図２参照）の共振器長になり、共振器長は例えば６００μｍ程度に形成される。
なお、バー分割溝４１は、レーザスクライブにより形成されてもよい。この場合、ステップＳ９のデブリ除去工程を、ステップＳ１２のバー分割溝形成工程の後に行うとより望ましい。
続いて、ステップＳ１３において、ウエハ５０は、各バー分割溝４１内に刃を当てることにより劈開され、バー状の中間体である複数のバー５１が形成される（第１切断工程）。当該工程により、上述したように、劈開面によって導波路３１の共振面端面が形成される。
第１切断工程において、ウエハ５０の上面のバー分割溝４１から下面の空間部４３に向かって劈開が発生すると、共振器端面が平坦に形成されない。このため、空間部４３はバー分割溝４１と重ならない位置に形成される。空間部４３がバー分割溝４１からリッジ部３０の長手方向に１０μｍ以上離れると、バー分割溝４１から半導体レーザ素子１００の底面に垂直に確実に劈開させることができる。これにより、半導体レーザ素子１００を個片化したときに、空間部４３は、導波路３１の端面から導波路３１の長手方向に１０μｍ以上離れる。
続いて、ステップＳ１４において、バー５１の両端の共振器端面上に、真空蒸着またはスパッタリングによって端面コート膜２６が形成される（端面コート膜形成工程）（図１１参照）。出射面１Ａ上の端面コート膜２６は低反射膜により形成され、対向面１Ｂ上の端面コート膜２６は高反射膜により形成される。これにより、出射部３１Ａ（図１参照）から効率よく光を出射するとともに、両端面の表面を保護することができる。
続いて、ステップＳ１５において、バー５１は、各チップ分割溝４２内に刃を当てることにより劈開され、複数のチップ状に個片化される（第２切断工程）。これにより、図１に示す半導体レーザ素子１００が得られる。
（実施形態１のまとめ）
本発明の態様１に係るレーザ光を出射する半導体レーザ素子１００は、基板２と、基板２上に設けられる半導体層１０と、を備える。半導体層１０は、Ｙ方向（所定方向）に延在しかつ出射面１Ａ（一端面）からレーザ光を出射する導波路３１を有している。基板２は、Ｙ方向と交差して延在する複数の空間部４３を有しており、複数の空間部４３の少なくとも２つの空間部４３の少なくとも一部が、Ｙ方向に沿って重畳するように、基板２に設けられている。複数の空間部４３のそれぞれの、Ｙ方向と垂直な方向（Ｘ方向）における長さＷＡは、半導体レーザ素子１００の、Ｘ方向における長さＷよりも短い。
上記構成によれば、基板２に空間部４３が形成されていることにより、導波路３１から基板２に入射した迷光が遮光され、基板２から漏れる迷光を低減することができる。また、各空間部４３の長さＷＡは、長さＷよりも短い。これにより、半導体レーザ素子１００が、所望の劈開面以外で素子割れを起こす可能性を低減することができる。
本発明の態様２に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様１において、空間部４３は、Ｘ方向における半導体レーザ素子１００の全体にわたって、複数の空間部４３のいずれか１つの空間部４３が存在するように重畳していてもよい。
上記構成によれば、半導体レーザ素子１００の出射面１Ａから見た場合、基板２において、より広い面積に空間部４３を配置することが可能となる。これにより、半導体レーザ素子１００は、より効果的に基板２から漏れる迷光を低減することができる。
本発明の態様３に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様１または２において、複数の空間部４３の少なくとも１つの空間部４３が、基板２の下面に開口部を有する溝であってもよい。
上記構成によれば、基板２から漏れる迷光を低減するための空間部４３として、基板２の下面に開口部を有する溝を形成する場合、レーザスクライブなどによって容易に空間部４３を形成することができる。
また、本発明の態様４に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様３において、空間部４３の高さＨＡ（溝の深さ）が、基板２の高さＨ（基板２の厚み）の３分の１以上であってもよい。
上記構成により、基板２から漏れる迷光をより効果的に低減することができる。
また、本発明の態様５に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様３または４において、溝である空間部４３の内壁上に金属膜２４Ａおよび／または２５Ａが配されていてもよい。
上記構成によれば、溝である空間部４３の内壁上に金属膜２４Ａおよび／または２５Ａが配されることにより、迷光を金属膜２４Ａおよび／または２５Ａにて反射することができる。これにより、基板２から漏れる迷光をより低減することができる。
また、本発明の態様６に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様５において、溝である空間部４３の内壁と金属膜２４Ａとの間に、金属または金属酸化物の少なくとも一方を含む被膜２７が設けられていてもよい。
上記構成によれば、空間部４３の内壁に、金属および／または金属酸化物を含む被膜２７が設けられることにより、ｎ側電極２４の基板２に対する付着強度を向上することができる。
また、本発明の態様７に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様３～６のいずれかにおいて、空間部４３の側壁上に、少なくとも凹部４５または凸部４６が設けられていてもよい。
上記構成によれば、空間部４３の側壁に凹部４５および／または凸部４６が設けられることにより、基板２から空間部４３に侵入した迷光を拡散反射させることができ、基板２から漏れる迷光をより低減することができる。
また、本発明の態様８に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様１～７のいずれかにおいて、複数の空間部４３の少なくとも１つの空間部４３における少なくとも一部は、半導体レーザ素子１００を上面側から見たときに、Ｘ方向に対して傾斜していてもよい。なお、本発明の態様８の具体例は、下記の別の実施形態４～９において詳述する。
上記構成によれば、空間部４３がＸ方向に対して傾斜していることにより、レーザ光の出射方向（導波路３１と平行な方向）とは異なる方向に迷光を反射することができる。これにより、基板２から漏れる迷光をより低減することができる。
また、本発明の態様９に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様１～８のいずれかにおいて、複数の空間部４３のそれぞれが、半導体レーザ素子１００を上面側から見たときに、基板２の内部に設けられていてもよい。
上記構成によれば、空間部４３が半導体レーザ素子１００のＸ方向における端部と接していないことにより、半導体レーザ素子１００の強度が増し、素子割れの可能性をより低減することができる。なお、本発明の態様９の具体例は、下記の別の実施形態３～６において詳述する。
また、本発明の態様１０に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様１～９のいずれかにおいて、複数の空間部４３のそれぞれの、Ｘ方向における長さＷＡは、半導体レーザ素子１００の、Ｘ方向における長さＷの８０％以下であってよい。
上記構成によれば、半導体レーザ素子１００の素子割れの可能性をより低減することができる。
また、本発明の態様１１に係る半導体レーザ素子１００では、上記態様１～１０のいずれかにおいて、複数の空間部４３が、出射面１Ａから、Ｙ方向に沿って１０μｍ以上離れて設けられていてもよい。
本実施形態の半導体レーザ素子１００を製造方法は、ウエハを劈開してバーを得る工程、およびバーを劈開して半導体レーザ素子１００を得る工程を含む。当該バーを劈開する工程において、出射面１Ａと空間部４３とが近接している場合、劈開面が平坦に形成されず、分割不良を引き起こす可能性がある。空間部４３が出射面１Ａから１０μｍ以上離れて設けられることにより、当該分割不良を引き起こす可能性が低減される。
但し、図４および図５に示すように、複数の空間部４３は、対向面１Ｂよりも出射面１Ａに近い位置に形成されていてもよい。例えば、複数の空間部４３の全てが、Ｙ方向において、半導体レーザ素子１００の中心よりも出射面１Ａ側に設けられていても構わない。この場合、基板２から漏れる迷光を効率よく低減することができる。
以降、本発明の他の実施形態について説明する。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。
〔実施形態２〕
以下では、図１２を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。図１２は、本発明の実施形態２に係る半導体レーザ素子１０１の空間部４３Ａの形成パターンを示す図である。なお、図１２は、半導体レーザ素子１０１の基板２の下面図であり、基板２および空間部４３Ａ以外の部材は明確化のために省略して図示している。このことは、図１３～図１９においても同様である。
実施形態２に係る半導体レーザ素子１０１は、空間部４３Ａの形成パターン（形状および配置パターン）が、実施形態１に係る半導体レーザ素子１００の空間部４３の形成パターンと異なる。具体的には、図１２に示されるように、３つの空間部４３Ａのうち２つの空間部４３Ａが出射面１Ａから同じ距離に形成されている点で実施形態１と異なる。上記２つの空間部４３Ａの一方の空間部４３Ａの一方の端部は基板２の一方の側面に接しており、他方の空間部４３Ａの一方の端部は基板２の他方の側面に接している。また、上記２つの空間部４３Ａのそれぞれは、その一部において、もう１つの空間部４３Ａ（出射面１Ａ側に形成された空間部４３Ａ）と、Ｙ方向に沿って重畳している。
３つの空間部４３Ａは、半導体レーザ素子１０１において、Ｙ方向と交差する方向に延在している。また、出射面１Ａ側から見て基板２のＸ方向全体にわたって、３つの空間部４３Ａのうちいずれか１つの空間部４３Ａが存在するように、２つの空間部４３Ａの一部が重畳している。さらに、各空間部４３ＡのＸ方向の長さＷＡは、半導体レーザ素子１０１のＸ方向の長さＷよりも短い。
上記構成によれば、複数の空間部４３Ａが出射面１Ａ側から見て基板２のＸ方向全体にわたって設けられているため、半導体レーザ素子１０１は、実施形態１と同様、効果的に迷光を低減することができる。また、半導体レーザ素子１０１では、半導体レーザ素子１０１を上面側から見たときに、複数の空間部４３Ａの一部が基板２の内部に設けられている。そのため、半導体レーザ素子１０１は、所望の劈開面以外で素子割れを起こす可能性を低減することができる。
なお、図１２は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１０１の構成の一部を模式的に示した図であり、部材の寸法を限定するものではない。これは、他の実施形態についても同様である。
〔実施形態３〕
以下では、図１３を参照しながら、本発明の第３の実施形態について説明する。図１３は、本発明の実施形態３に係る半導体レーザ素子１０２の空間部４３Ｂの形成パターンを示す図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０２の空間部４３Ｂは、空間部４３ＢそれぞれのＸ方向の両端部が、半導体レーザ素子１０２のＸ方向の両端部と接していない点で、実施形態１および２と異なる。
具体的には、実施形態３に係る半導体レーザ素子１０２は、２つの空間部４３Ｂを備えている。２つの空間部４３ＢはそれぞれＹ方向と交差する方向に延在しており、Ｙ方向に沿って重畳している。また、２つの空間部４３Ｂはそれぞれ半導体レーザ素子１０２のＸ方向における両端部と接していない。換言すると、２つの空間部４３Ｂのそれぞれは、半導体レーザ素子１０２を上面側から見たときに、基板２の内部に設けられている。また、２つの空間部４３ＢはＸ方向の長さＷＡが同じであり、その全ての部分がＹ方向に沿って重畳している。
上記構成によれば、実施形態３に係る半導体レーザ素子１０２は、２つの空間部４３がＹ方向に沿って重畳して設けられているため、基板２から漏れる迷光を低減することができる。また、各空間部４３Ｂが基板２の側面（半導体レーザ素子１０２のＸ方向における端部）と接していないことにより、実施形態１および実施形態２と比較して半導体レーザ素子１０２の強度が増し、素子割れの可能性をより低減することができる。
〔実施形態４〕
以下では、図１４を参照しながら、本発明の第４の実施形態について説明する。図１４は、本発明の実施形態４に係る半導体レーザ素子１０３の空間部４３Ｃの形成パターンを示す図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０３の空間部４３Ｃは、空間部４３ＣがＸ方向に対して傾斜している点で、実施形態３と異なる。
具体的には、実施形態４に係る半導体レーザ素子１０３は、２つの空間部４３Ｃを備えている。２つの空間部４３ＣはそれぞれＹ方向と交差する方向に延在しており、Ｙ方向に沿って重畳している。また、２つの空間部４３Ｃはそれぞれ、基板２の上面側から見て直線形状を有しており、Ｘ方向に対して傾斜している。さらに、２つの空間部４３Ｃはそれぞれ、半導体レーザ素子１０２のＸ方向における両端部と接していない。また、２つの空間部４３ＣはＸ方向の長さＷＡ（出射面１Ａ側から見たときの長さ）が同じであり、その全ての部分がＹ方向に沿って重畳している。
上記構成によれば、実施形態４に係る半導体レーザ素子１０３は、実施形態３と同様、素子割れの可能性をより低減することができる。また、空間部４３ＣがＸ方向に対して傾斜していることにより、レーザ光の出射方向とは異なる方向に迷光を反射することができる。これにより、実施形態３と比較して、基板２から漏れる迷光をより低減することができる。
〔実施形態５〕
以下では、図１５を参照しながら、本発明の第５の実施形態について説明する。図１５は、本発明の実施形態５に係る半導体レーザ素子１０４の空間部４３Ｄの形成パターンを示す図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０４の空間部４３Ｄは、空間部４３Ｄがジグザグの形状を有している点で、実施形態３と異なる。
具体的には、実施形態５に係る半導体レーザ素子１０４は、２つの空間部４３Ｄを備えている。２つの空間部４３ＤはそれぞれＹ方向と交差する方向に延在しており、Ｙ方向に沿って重畳している。また、２つの空間部４３Ｄはそれぞれジグザグの形状を有している。当該ジグザグの形状は、換言するとＸ方向に対して異なる傾斜を有する部分を組み合わせた形状である。当該傾斜の角度は、空間部４３Ｄの各部分においてそれぞれ異なっていてもよく、また、空間部４３ＤはＸ方向に略平行な部分（角度≒０°）を含んでいてもよい。さらに、２つの空間部４３Ｄはそれぞれ、半導体レーザ素子１０４のＸ方向における両端部と接していない。また、２つの空間部４３ＤはＸ方向の長さＷＡ（出射面１Ａ側から見たときの長さ）が同じであり、その全ての部分がＹ方向に沿って重畳している。
上記構成によれば、実施形態５に係る半導体レーザ素子１０４は、実施形態４と同様、素子割れの可能性をより低減することができる。また、空間部４３Ｄの各部分がＸ方向に対して傾斜していることにより、レーザ光の出射方向とは異なる方向に迷光を反射することができる。これにより、実施形態４と同様、基板２から漏れる迷光をより低減することができる。
〔実施形態６〕
以下では、図１６を参照しながら、本発明の第６の実施形態について説明する。図１６は、本発明の実施形態６に係る半導体レーザ素子１０５の空間部４３Ｅの形成パターンを示す図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０５の空間部４３Ｅは、空間部４３Ｅが湾曲した形状を有している点で、実施形態３と異なる。
具体的には、実施形態６に係る半導体レーザ素子１０５は、２つの空間部４３Ｅを備えている。２つの空間部４３Ｅは、それぞれＹ方向と交差する方向に延在しており、Ｙ方向に沿って重畳している。また、２つの空間部４３Ｅはそれぞれ湾曲した形状を有している。空間部４３Ｅの任意の点における接線はＹ方向と交差している。また、当該接線は、Ｘ方向に対して傾斜している。つまり、上記湾曲した形状は、Ｘ方向に対して異なる傾斜を有する部分を組み合わせた形状であると言える。当該傾斜の角度は、空間部４３Ｅの各部分においてそれぞれ異なっていてもよく、また、空間部４３ＥはＸ方向に略平行な部分を含んでいてもよい。さらに、２つの空間部４３Ｅはそれぞれ、半導体レーザ素子１０５のＸ方向における両端部と接していない。また、２つの空間部４３ＥはＸ方向の長さＷＡ（出射面１Ａ側から見たときの長さ）が同じであり、その全ての部分がＹ方向に沿って重畳している。
上記構成によれば、実施形態６に係る半導体レーザ素子１０５は、実施形態４と同様、素子割れの可能性をより低減することができる。また、空間部４３Ｅの任意の点における接線の方向がＸ方向に対して傾斜していることにより、レーザ光の出射方向とは異なる方向に迷光を反射することができる。これにより、実施形態４と同様、基板２から漏れる迷光をより低減することができる。
〔実施形態７〕
以下では、図１７を参照しながら、本発明の第７の実施形態について説明する。図１７は、本発明の実施形態７に係る半導体レーザ素子１０６の空間部４３Ｆの形成パターンを示す図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０６の空間部４３Ｆは、空間部４３ＦそれぞれのＸ方向の一方の端部が基板２の側面と接している点で実施形態４と異なる。
具体的には、実施形態７に係る半導体レーザ素子１０６は、２つの空間部４３Ｆを備えている。２つの空間部４３ＦはそれぞれＹ方向と交差する方向に延在している。また、２つの空間部４３Ｆは、出射面１Ａ側から見て基板２のＸ方向全体にわたって、少なくとも１つの空間部４３Ｆが存在するように、２つの空間部４３Ｆの一部が重畳している。
上記構成によれば、実施形態７に係る半導体レーザ素子１０６は、実施形態４と比較して、基板２から漏れる迷光をより効果的に低減することができる。また、２つの空間部４３Ｆの一端が側面に接してないため、半導体レーザ素子１０６は、素子割れの可能性を低減することができる。
〔実施形態８〕
以下では、図１８を参照しながら、本発明の第８の実施形態について説明する。図１８は、本発明の実施形態８に係る半導体レーザ素子１０７の空間部４３Ｇの形成パターンを示す図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０７の空間部４３Ｇは、空間部４３ＧそれぞれのＸ方向の一方の端部が基板２の側面と接している点で、実施形態５と異なる。
具体的には、実施形態８に係る半導体レーザ素子１０７は、２つの空間部４３Ｇを備えている。空間部４３Ｇのジグザグの形状についての説明は、実施形態５と同様である。２つの空間部４３ＧはそれぞれＹ方向と交差する方向に延在している。また、２つの空間部４３Ｇは、出射面１Ａ側から見て基板２のＸ方向全体にわたって、少なくとも１つの空間部４３Ｇが存在するように、２つの空間部４３Ｇの一部が重畳している。
上記構成によれば、実施形態７に係る半導体レーザ素子１０７は、実施形態５と比較して、基板２から漏れる迷光をより効果的に低減することができる。また、２つの空間部４３Ｇの一端が側面に接してないため、半導体レーザ素子１０７は、素子割れの可能性を低減することができる。
〔実施形態９〕
以下では、図１９を参照しながら、本発明の第９の実施形態について説明する。図１９は、本発明の実施形態９に係る半導体レーザ素子１０８の空間部４３Ｈの形成パターンを示す図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１０８の空間部４３Ｈは、空間部４３ＨそれぞれのＸ方向の一方の端部が基板２の側面と接している点で、実施形態６と異なる。
具体的には、実施形態９に係る半導体レーザ素子１０８は、２つの空間部４３Ｈを備えている。空間部４３Ｈの湾曲した形状についての説明は、実施形態６と同様である。また、２つの空間部４３Ｈは、出射面１Ａ側から見て基板２のＸ方向全体にわたって、少なくとも１つの空間部４３Ｈが存在するように、２つの空間部４３Ｈの一部が重畳している。
上記構成によれば、実施形態９に係る半導体レーザ素子１０８は、実施形態６と比較して、基板２から漏れる迷光をより効果的に低減することができる。また、２つの空間部４３Ｈの一端が側面に接してないため、半導体レーザ素子１０８は、素子割れの可能性を低減することができる。
〔実施形態１０〕
以下では、図２２および図２３を参照しながら、本発明の第１０の実施形態について説明する。図２２は、実施形態１０に係る半導体レーザ素子１０９の空間部４４を出射面１Ａから見たときの構造を示す正面概略図である。図２３は、実施形態１０に係る半導体レーザ素子１０９の複数の空間部４４の構造を示す斜視概略図である。
本実施形態に係る半導体レーザ素子１０９の空間部４４は、基板２の下面に対して開口部を有することなく、基板２の内部に形成されている点で、実施形態１と異なる。つまり、空間部４４は、基板２に設けられた空洞であるともいえる。空間部４４は、例えば、レーザによるステルスダイシング加工により基板２内に形成される。
なお、図２２および図２３において、空間部４４の形成パターンは、実施形態１と同様の形成パターンであるが、当該形成パターンに限定されない。空間部４４の形成パターンは、例えば実施形態２～９と同様のパターンであってもよい。例えば実施形態１のように、空間部４４の一部が基板２の側面と接していてもよい。これに限らず、空間部４４の一部が基板２の上面と接していてもよい。つまり、空間部４４は、少なくとも基板２の下面から離隔して設けられていればよい。
また、基板２に形成される複数の空間部の全てが空間部４４である必要は必ずしもない。基板２に形成される複数の空間部のうちの一部の空間部が空間部４４であり、その他の空間部が、例えば、空間部４３、４３Ｄおよび４３Ｅの少なくともいずれかであっても構わない。
（実施形態１０のまとめ）
本発明の態様１２に係る半導体レーザ素子１０９では、上記態様１または２において、複数の空間部４４の少なくとも１つの空間部４４は、少なくとも基板２の下面から離隔して設けられている。
上記構成によれば、空洞としての空間部４４は、基板２の下面から離隔して設けられる。この場合も、溝である複数の空間部４３等を基板２に設けた場合と同様、基板２から漏れる迷光を低減することができる。また、空間部４４が基板２の下面に対して開口部を有さないことにより、半導体レーザ素子１０９の素子割れの可能性をより低減することができる。
また、本発明の態様１３に係る半導体レーザ素子１０９は、上記態様１２において、空洞である空間部４４の高さＨＢ（基板の厚み方向の長さ）は、基板２の高さＨ（基板の厚み）の３分の１以上であってもよい。
上記構成によれば、基板２から漏れる迷光をより効果的に低減することができる。
また、本発明の態様１４に係る半導体レーザ素子１０９は、上記態様１２または１３において、空洞である空間部４４の内壁上に、少なくとも凹部または凸部が設けられてもよい。
上記構成によれば、空間部４４の内壁に凹部および／または凸部が設けられることにより、基板２から空間部４４に侵入した迷光を拡散反射させることができ、基板２から漏れる迷光をより低減することができる。
また、本発明の態様１５に係る半導体レーザ素子１０９は、上記態様１２～１４のいずれかにおいて、空洞である複数の空間部４４のそれぞれが、半導体レーザ素子１０９を上面側から見たときに、基板２の内部に設けられていてもよい。
上記構成によれば、空洞である空間部４４が半導体レーザ素子１０９のＸ方向における端部と接していないことにより、空間部４４は、基板２の上面、側面および下面（底面）のいずれに対しても開口部を有さない。これにより、半導体レーザ素子１０９の強度が増し、素子割れの可能性をより低減することができる。
また、本発明の態様１６に係る半導体レーザ素子１０９は、上記態様１２～１５のいずれかにおいて、空洞である複数の空間部４４のそれぞれの、Ｘ方向における長さＷＡは、半導体レーザ素子１００の、Ｘ方向における長さＷの８０％以下であってよい。
上記構成によれば、半導体レーザ素子１０９の素子割れの可能性をより低減することができる。
また、本発明の態様１７に係る半導体レーザ素子１０９は、上記態様１２～１６のいずれかにおいて、空洞である複数の空間部４４が、出射面１Ａから、Ｙ方向に沿って１０μｍ以上離れて設けられていてもよい。
空間部４４が出射面１Ａから１０μｍ以上離れて設けられることにより、当該分割不良を引き起こす可能性が低減される。
〔実証試験の結果〕
ここで、本発明の一態様に係る代表的な半導体レーザ素子（半導体レーザ素子１００、１０１、１０２）の効果を確認するために行った実験について、図２０および図２１を用いて説明する。
この実験では、比較例として、空間部（溝）が形成されていない半導体レーザ素子（比較例１）と、空間部（溝）が１つである半導体レーザ素子（比較例２）を用いた。また、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の代表例として、実施形態１～実施形態３に係る半導体レーザ素子（半導体レーザ素子１００、１０１、１０２）を用いた。２つの比較例および本発明の一態様に係る３つの半導体レーザ素子について、実際にレーザ光を発光している状態を出射面１Ａ側から撮影し、基板２から漏れる迷光について検討した。
図２０は、比較例についての実験結果を示す図である。図２１は、本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の実験結果を示す図である。
図２０に示されるように、比較例については、破線部で囲まれた基板２の領域において、迷光が漏れている様子を視認することができる。図２１に示されるように、本発明の一態様に係る実施形態１～３の半導体レーザ素子１００～１０２については、破線部で囲まれた基板２の領域において、比較例１，２と比較して基板２から漏れる迷光が低減されている様子を視認することができる。つまり、本実験により、半導体レーザ素子１００、１０１、および１０２に代表される本発明の一態様に係る半導体レーザ素子は、基板２から漏れる迷光を低減することができることが実証された。換言すれば、本実験により、複数の空間部がＹ方向に沿って重畳して基板２に設けられることにより、空間部が基板２に設けられない、または１つの空間部のみが基板２に設けられる場合と比較して、基板２から漏れる迷光を低減することができることが実証された。
また、本実験により、実施形態１および２の半導体レーザ素子１００および１０１は、実施形態３の半導体レーザ素子１０２と比較して、基板２から漏れる迷光をより低減することができることが実証された。つまり、出射面１Ａ側から見て基板２のＸ方向全体にわたって複数の空間部の少なくともいずれかが存在するように、複数の空間部が形成されている方が、基板２から漏れる迷光を低減させることができることが実証された。
〔付記事項〕
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。
２・・・基板
１０・・・半導体層
２４Ａ、２５Ａ・・・金属膜
２７・・・被膜
３０・・・リッジ部
３１・・・導波路
３１Ａ・・・出射部
４３、４３Ａ～Ｈ、４４・・・空間部
４５・・・凹部
４６・・・凸部
１００～１０９・・・半導体レーザ素子

Claims (12)

  1. レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
    基板と、
    前記基板上に設けられる半導体層と、を備え、
    前記半導体層は、所定方向に延在しかつ一端面から前記レーザ光を出射する導波路を有し、
    前記基板は、前記所定方向と交差して延在する複数の空間部を有しており、
    前記複数の空間部の少なくとも２つの空間部の少なくとも一部が、前記所定方向に沿って重畳するように、前記基板に設けられており、
    前記複数の空間部のそれぞれの、前記所定方向と垂直な方向における長さは、前記半導体レーザ素子の、前記垂直な方向における長さよりも短く、
    前記垂直な方向における前記半導体レーザ素子の全体にわたって、前記複数の空間部のいずれか１つの空間部が存在するように、前記少なくとも２つの空間部の少なくとも一部が重畳している、半導体レーザ素子。
  2. 前記複数の空間部の少なくとも１つの空間部は、前記基板の下面に開口部を有する溝である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記溝の深さは、前記基板の厚みの３分の１以上である、請求項２に記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記溝の内壁上に金属膜が配されている、請求項２または３に記載の半導体レーザ素子。
  5. 前記溝の内壁と前記金属膜との間に、金属または金属酸化物の少なくとも一方を含む被膜が設けられている、請求項４に記載の半導体レーザ素子。
  6. 前記溝の側壁上に、少なくとも凹部または凸部が設けられている、請求項２～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  7. 前記複数の空間部の少なくとも１つの空間部は、少なくとも前記基板の下面から離隔して設けられている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  8. 前記空間部の、前記基板の厚み方向の長さは、前記基板の厚みの３分の１以上である、請求項７に記載の半導体レーザ素子。
  9. 前記空間部の内壁上に、少なくとも凹部または凸部が設けられている、請求項７または８に記載の半導体レーザ素子。
  10. 前記複数の空間部の少なくとも１つの空間部における少なくとも一部は、前記半導体レーザ素子を上面側から見たときに、前記垂直な方向に対して傾斜している、請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  11. 前記複数の空間部のそれぞれの、前記垂直な方向における長さは、前記半導体レーザ素子の、前記垂直な方向における長さの８０％以下である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
  12. 前記複数の空間部は、前記一端面から、前記所定方向に沿って１０μｍ以上離れて設けられている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
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