WO2009139095A1 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

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WO2009139095A1
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laser device
semiconductor
substrate
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小野澤和利
田村聡之
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パナソニック株式会社
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    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor laser device used as a light source for an optical disk device or the like and a manufacturing method thereof.
  • Semiconductor laser devices have excellent features such as small size, low cost, and high output, and are often used particularly for recording and reproduction of optical disk devices.
  • a blue-violet semiconductor laser having a wavelength of about 405 nm using a III-V group nitride semiconductor such as gallium nitride (GaN) as a high-density optical disk apparatus application such as a Blu-ray optical disk apparatus for recording and reproducing high-definition image quality.
  • GaN gallium nitride
  • an optical disk device it is necessary to reduce the noise of an optical pickup device that performs recording and reproduction.
  • One cause of noise in the optical pickup device is reflection of light at the end face of the semiconductor laser device.
  • the light emitted from the semiconductor laser device of the optical pickup device is reflected on the surface of the optical disk, and a part of the reflected return laser light is incident on the semiconductor laser device.
  • the emission end face of a semiconductor laser device is a mirror surface formed by cleavage. For this reason, the return laser light from the optical disk is reflected on the exit end face, which is a mirror surface, and enters the optical system again and becomes noise.
  • a photosensitive resist is applied to the emission end face of the semiconductor laser device, and the laser beam is exposed only to the laser beam emission part to make it transparent. Attempts have been made to prevent reflection of return light at the exit end face by using a portion as an absorption layer (see, for example, Patent Document 1).
  • the conventional method for preventing reflection of return light has the following problems.
  • the method of forming a light absorption layer with a photosensitive resist is difficult to apply to a blue-violet semiconductor laser device used in a high-density optical disk device. This is because the resin is deteriorated by the blue-violet laser beam having a short wavelength, and the function of the light absorption layer is deteriorated.
  • the method of processing the emitting end face of the semiconductor laser device into a curved surface has a problem that the processing is difficult and a product cannot be obtained stably.
  • the present disclosure has a configuration in which a semiconductor laser device is provided with a spindle-shaped protrusion formed by a specific crystal plane of a substrate on at least a part of an emission end surface of the substrate.
  • the semiconductor laser device is directed to an edge-emitting semiconductor laser device using a nitride semiconductor, and is formed of a hexagonal nitride semiconductor whose principal surface has a plane orientation of (1-100).
  • a substrate, a semiconductor laminate formed on the substrate and having a striped optical waveguide, and a plurality of weight-shaped protrusions formed on at least a part of the emission end surface of the substrate, the plane orientation of the emission end surface is , (000-1).
  • the semiconductor laser device of the present disclosure includes a plurality of weight-shaped protrusions formed on at least a part of the emission end face of the substrate. For this reason, the return laser light incident on the end face of the semiconductor laser device is scattered. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of noise and the occurrence of tracking errors due to the specular reflection of the end surface of the return laser beam.
  • the spindle-shaped protrusion may have a hexagonal pyramid shape and may be configured by a plane having a plane orientation of (1-102). In this way, since the weight-like projection is formed by the crystal plane of the substrate, it does not deteriorate like a resist. Moreover, since the crystal plane is only exposed, it can be easily formed with good reproducibility.
  • the semiconductor stacked body includes an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer that are sequentially stacked from the lower side, and the weight-shaped projecting portion is an active layer on the emission end face of the semiconductor stacked body
  • the structure may also be formed in at least a part of the lower region.
  • a method of manufacturing a semiconductor laser device includes a step (a) of forming a semiconductor stacked body having a stripe-shaped optical waveguide on a substrate having a principal surface with a plane orientation of (1-100), and the substrate Is etched from the opposite side of the surface on which the semiconductor laminate is formed, thereby forming a recess having an inner wall surface with a (000-1) surface orientation and a (1-102) surface orientation on the inner wall surface. And a step (b) of forming a weight-like projection portion formed of the surface.
  • the substrate is etched from the back surface to form a recess having an inner wall surface with a surface orientation of (000-1), and the surface orientation is (1-102) on the inner wall surface. ) Is formed. For this reason, a weight-like projection is formed on at least a part of the emission end face of the substrate, and a semiconductor laser device capable of scattering return laser light can be easily formed. Since only the specific crystal plane of the substrate is exposed by etching, the pyramidal projection can be easily formed with good reproducibility.
  • the etching is preferably wet etching.
  • the wet etching may be performed using an alkaline solution as an etchant while irradiating light having a wavelength absorbed by the nitride semiconductor crystal.
  • the alkaline solution may be potassium hydroxide.
  • the manufacturing method of the semiconductor laser device according to the present disclosure further includes a step (c) of cleaving the semiconductor stacked body to form a resonator end face after the step (b), and the recess functions as a guide groove for cleavage. You may do it.
  • the manufacturing method of the semiconductor laser device according to the present disclosure further includes a step (d) of forming an n-side electrode on the surface of the substrate opposite to the semiconductor stacked body before the step (b), and the step (b). Then, it is good also as a structure which etches using an n side electrode as a mask.
  • the semiconductor laser device and the manufacturing method thereof according to the present disclosure it is possible to easily realize a semiconductor laser device having an antireflection function for return light.
  • 1 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the semiconductor laser apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning one Embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows 1 process of the manufacturing method of the semiconductor laser apparatus concerning one Embodiment of this invention.
  • the semiconductor laser device is formed by using a group III-V nitride semiconductor material made of a hexagonal (wurtzite) crystal having a sixfold symmetry structure.
  • the Group III-V nitride semiconductor material is a material whose general formula is expressed as In 1-xy Al y Ga x N (0 ⁇ x, y ⁇ 1,0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the hexagonal GaN crystal is a polar crystal, and even on the same (0001) plane, a plane in which gallium (Ga) atoms as group V elements are arranged and a nitrogen (N) atom as a group III element are arranged.
  • Ga gallium
  • N nitrogen
  • a surface on which atoms such as group V Ga atoms are arranged is denoted as a (0001) surface
  • a surface on which group III N atoms are arranged is denoted as a (000-1) surface.
  • the (0001) plane is expressed as + c plane, and the (000-1) plane is expressed as -c plane.
  • the (1-100) plane is expressed as a + m plane
  • the (-1100) plane is expressed as a -m plane.
  • the + c plane and the ⁇ c plane are included.
  • the (0001) plane includes not only the (0001) plane but also a plane in a range inclined by about ⁇ 5 ° to + 5 ° from the (0001) plane.
  • the exit end face is the end face with the higher light output of the two end faces of the resonator, and the rear end face is the end face with a smaller light output than the exit end face opposite to the exit end face.
  • FIG. 1 and 2 show a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows the overall three-dimensional configuration
  • FIG. 2 shows a cross-sectional configuration taken along line II-II in FIG.
  • the semiconductor laser device is an edge emitting semiconductor laser device, and is a substrate made of n-type GaN whose principal surface has a (1-100) plane orientation. 11 and a semiconductor laminated body 12 having an optical waveguide on a stripe formed thereon.
  • the semiconductor laminate 12 includes an n-type cladding layer 21, an n-type light guide layer 22, an active layer 23, a p-type light guide layer 24, a carrier overflow suppression layer (OFS layer) 25, and a p-type cladding, which are sequentially formed from the lower side.
  • the p-type cladding layer 26 is formed in a ridge stripe shape and is covered with a dielectric layer 31 except for the upper portion of the ridge stripe portion 20 where the p-type contact layer 27 is formed.
  • a p-side electrode 32 is formed on the dielectric layer 31 so as to cover the ridge stripe portion 20, and an n-side electrode 33 is formed on the surface (back surface) of the substrate 11 opposite to the semiconductor stacked body 12. ing.
  • a weight-like projection 13 is formed on the emission end surface of the substrate 11 on the side from which the laser beam is emitted.
  • the spindle-shaped protrusion 13 is constituted by a surface (R surface) whose surface orientation is (1-102) exposed by etching the substrate 11 made of a nitride semiconductor.
  • the semiconductor laser device of the present embodiment is provided with the weight-like projection 13, the return laser light incident on the emission end face of the semiconductor laser device is scattered by the weight-like projection 13. For this reason, it is possible to greatly reduce the noise generated when the return laser beam forms a spot on the optical disc again.
  • the weight-shaped protrusion 13 is the R surface of the substrate 11, the resistance to the laser light is the same as the other portions of the substrate 11. Therefore, unlike the case where a light absorption layer or the like is formed using a resist or the like, degradation due to laser light does not become a problem. Further, since the R surface of the substrate 11 is only exposed by etching, processing is also easy.
  • n metal oxide layer growth (MOCVD) method or the like is used on the main surface of a substrate 11 made of n-type GaN having a (1-100) plane orientation of the main surface.
  • MOCVD metal oxide layer growth
  • a mold cladding layer 21, an n-type light guide layer 22, an active layer 23, a p-type light guide layer 24, an OFS layer 25, a p-type cladding layer 26, and a p-type contact layer 27 are sequentially formed,
  • the semiconductor stacked body 12 is formed.
  • the n-type cladding layer 21 may be n-type Al 0.03 Ga 0.97 N having a thickness of 2 ⁇ m
  • the n-type light guide layer 22 may be n-type GaN having a thickness of 0.1 ⁇ m.
  • the active layer 23 may have, for example, a multiple quantum well (MQW) structure in which a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N and a quantum well layer made of In 0.06 Ga 0.94 N are stacked for three periods.
  • the p-type light guide layer 24 may be p-type GaN having a thickness of 0.1 ⁇ m
  • the OFS layer 25 may be Al 0.20 Ga 0.80 N having a thickness of 10 nm.
  • the p-type cladding layer 26 may be a strained superlattice having a thickness of 0.48 ⁇ m formed by repeating a p-type Al 0.16 Ga 0.84 N layer having a thickness of 1.5 nm and a GaN layer for 160 periods.
  • the p-type contact layer 27 may be p-type GaN having a thickness of 0.05 ⁇ m.
  • trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), and trimethylaluminum (TMA) are used as the Ga material, In material, and Al material, respectively, and ammonia is used as the N material.
  • TMG trimethylgallium
  • TMI trimethylindium
  • TMA trimethylaluminum
  • NH 3 ammonia
  • Si may be introduced using silane (SiH 4 ) gas as an n-type impurity
  • Mg may be introduced using biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) as a p-type impurity.
  • the semiconductor laminate 12 may use a growth method capable of growing a group III-V nitride semiconductor layer, such as a molecular beam growth (MBE) method or a chemical beam growth (CBE) method, instead of the MOCVD method.
  • a growth method capable of growing a group III-V nitride semiconductor layer such as a molecular beam growth (MBE) method or a chemical beam growth (CBE) method, instead of the MOCVD method.
  • the p-side electrode 32 is formed.
  • a first mask film (not shown) made of SiO 2 having a thickness of 0.3 ⁇ m is formed on the p-type contact layer 27 by, eg, thermal CVD.
  • the first mask film is patterned in a stripe shape having a width of 1.5 ⁇ m and in parallel with the C-axis direction by lithography and etching.
  • the upper portion of the semiconductor stacked body 12 is etched to a depth of 0.35 ⁇ m using the first mask film by an inductively coupled plasma (ICP) etching method, and the p-type contact layer 27 and the p-type cladding layer 26 are etched.
  • a ridge stripe portion is formed on the top of the substrate.
  • the first mask film is removed using hydrofluoric acid, and the SiO film having a film thickness of 200 nm is again formed on the entire surface including the ridge stripe portion 20 on the exposed p-type cladding layer 26 by thermal CVD.
  • a dielectric layer (not shown) made of 2 is formed. This dielectric layer becomes the dielectric layer 31 in FIG.
  • a resist pattern (not shown) having an opening having a width of 1.3 ⁇ m along the ridge stripe portion is formed on the upper surface of the ridge stripe portion in the dielectric layer by lithography.
  • the p-type contact layer 27 is formed on the upper surface of the ridge stripe portion by etching the dielectric layer using the resist pattern as a mask by, for example, reactive ion etching (RIE) using trifluoromethane (CHF 3 ) gas. An opening that exposes is formed.
  • RIE reactive ion etching
  • palladium (Pd) having a thickness of 40 nm and platinum (Pt) having a thickness of 35 nm are formed on at least the p-type contact layer 27 exposed from the opening by an electron beam (EB) vapor deposition method or the like.
  • EB electron beam
  • a metal laminated film is formed.
  • the lift-off method for removing the resist pattern is used to remove the portion formed in the region excluding the ridge stripe portion in the metal laminated film, thereby forming the p-side electrode 32 as shown in FIG.
  • an etching protection film 40 made of a resin material such as resist or wax is formed on the entire surface of the substrate 11 so as to cover the semiconductor stacked body 12 on which the p-side electrode 32 is formed. . Thereafter, the back surface of the substrate 11 is polished with a diamond slurry to make the thickness of the substrate 11 about 100 ⁇ m.
  • an n-side electrode 33 is formed on the back surface of the substrate 11.
  • the n-side electrode 33 is formed as follows. First, after a resist pattern (not shown) is formed on the back surface of the substrate 11 by lithography, it is made of Ti having a thickness of 5 nm, platinum having a thickness of 10 nm, and Au having a thickness of 1000 nm by an EB vapor deposition method or the like. A metal laminated film is deposited. Next, an unnecessary portion of the metal laminated film is removed by a lift-off method for removing the resist pattern, and the n-side electrode 33 is formed.
  • wet etching is performed using the n-side electrode 33 as a mask.
  • the wet etching may be performed using an alkaline solution 50 as an etchant while irradiating the substrate 11 with UV (ultraviolet) light.
  • UV ultraviolet
  • the substrate 11 absorbs the UV light
  • electron-hole pairs are generated. Electrons of the generated electron-hole pairs are emitted from the substrate 11 into the alkaline solution 50 through the n-side electrode 33. That is, the n-side electrode 33 functions as a cathode electrode. Further, the holes in the generated electron-hole pairs contribute to the etching of the substrate 11 together with the OH ⁇ group in the alkaline solution 50.
  • a potassium hydroxide (KOH) solution is used as the alkaline solution 50.
  • KOH potassium hydroxide
  • the light to be irradiated is not limited to UV light, but may be light having a wavelength that can be absorbed by the nitride semiconductor crystal as the substrate 11.
  • a recess 41 having an inner wall surface with a surface orientation of (000-1) is formed on the substrate 11, and the recess 41
  • a hexagonal pyramidal pyramidal protrusion 13 is formed on the + C plane side of the inner wall surface with the plane orientation of (000-1).
  • the etching protective film 40 is removed as shown in FIG. Thereafter, the substrate 11 in the wafer state is first cleaved using the recess 41 so that the length in the c-axis direction becomes 600 ⁇ m. Thereafter, the substrate 11 that has been subjected to primary cleavage is subjected to secondary cleavage so that the length in the a-axis direction is 200 ⁇ m. As a result, a semiconductor laser device having the weight-like projections 13 on the emission end face of the substrate 11 is formed.
  • the recess 41 may be formed intermittently only in a portion where the weight-like projection 13 is necessary, even as a continuous groove extending in the primary cleavage direction.
  • the spindle-shaped protrusion 13 is configured by an R surface whose surface orientation exposed by etching is (1-102). For this reason, the shape of the spindle-shaped protrusion 13 should ideally be a hexagonal pyramid formed by combining the R surfaces as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
  • FIG. 10A is a plan view and FIG. 10B is a side view.
  • the pyramidal protrusion 13 formed by etching has a diagonal length of a few tens nm to several ⁇ m in the plan view shown in FIG. Typically, the pyramidal protrusion 13 having a diagonal length of about 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m is formed.
  • spindle-shaped protrusions 13 have a sufficient function to scatter blue-violet laser light having a wavelength of about 405 nm.
  • the pyramidal protrusion having a diagonal length of about several tens of nanometers is sufficiently smaller than the wavelength of 405 nm of the blue-violet laser beam, the effective refractive index of the surface becomes small and functions as an antireflection structure.
  • FIGS. 11A and 11B show electron micrographs of the actually obtained spindle-shaped protrusion 13. As shown in FIG. 11A, a hexagonal pyramid-shaped projection 13 is obtained. However, depending on the etching conditions and the like, there may be a case where a pyramidal projection 13 having a collapsed shape as shown in FIG. However, even if the pyramidal projection 13 is not a perfect hexagonal pyramid shape, the effect of scattering the return laser beam is not affected.
  • the spindle-shaped protrusion 13 is formed only on the end surface of the substrate 11. However, it may be formed on the end surface of the semiconductor stacked body 12 as long as it is a portion below the active layer 23. In this case, for example, in the etching step shown in FIG. 7, not only the substrate 11 but also a part of the semiconductor stacked body 12 may be etched.
  • the weight-like protrusion 13 is formed on the entire surface in the resonator width direction, if a portion where return laser light is particularly likely to be reflected can be specified, it may be formed only on that portion.
  • the position where the return laser light from the optical system re-enters the semiconductor laser device is generally said to be a position about 50 ⁇ m away from the laser light emission position, and therefore the weight-like protrusion 13 is formed at this position. That's fine.
  • the ridge stripe type semiconductor laser device having the optical waveguide structure has been described.
  • the same effect can be obtained with a buried type semiconductor laser device or an electrode stripe type semiconductor laser device.
  • the substrate 11 may be a substrate made of a hexagonal nitride semiconductor including not only GaN but also other III-V nitride semiconductors such as AlGaN. Also in this case, the spindle-shaped protrusion can be formed by the same method.
  • the semiconductor laser device according to the present disclosure can easily realize a semiconductor laser device having an antireflection function for return light, and is particularly useful as a semiconductor laser device used as a light source for an optical disk device or the like.

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Abstract

　半導体レーザ装置は、主面の面方位が（１－１００）である基板１１と、基板１１の上に形成され、ストライプ状の光導波路を有する半導体積層体１２と、基板１１における出射端面の少なくとも一部に形成された複数の錘状突起部１３とを備えている。出射端面の面方位は、（０００－１）である。

Description

半導体レーザ装置及びその製造方法
　本発明は、半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に、光ディスク装置等の光源として用いる半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
　半導体レーザ装置は、小型、安価で且つ高出力という優れた特徴を有し、特に光ディスク装置の記録再生用に多く用いられている。近年、ハイビジョン画質の綺麗な映像を記録再生するブルーレイ光ディスク装置等の高密度光ディスク装置用途として、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のIII－Ｖ族窒化物半導体を用いた波長が４０５ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ装置の開発が精力的に進められている。
　光ディスク装置においては、記録再生を行う光ピックアップ装置のノイズを低減する必要がある。光ピックアップ装置のノイズの原因の一つに、半導体レーザ装置の端面における光の反射がある。光ピックアップ装置の半導体レーザ装置から出射された光は、光ディスクの表面において反射され、反射された戻りレーザ光の一部は半導体レーザ装置に入射する。一般に、半導体レーザ装置の出射端面は劈開により形成された鏡面である。このため、光ディスクからの戻りレーザ光は、鏡面である出射端面において反射され、再び光学系に入りノイズとなる。
　特に、３ビーム方式の光ピックアップにおいて、主ビームの両側に位置するトラッキング用の副ビームが、半導体レーザ装置の出射端面において反射され、光ディスク上に再びスポットを形成すると、光ピックアップのトラッキング動作に大きな影響を与える。
　このような戻り光の反射によるノイズやトラッキング不良を防ぐ方法として、半導体レーザ装置の出射端面に感光性レジストを塗布し、レーザ光によりレーザ光の出射部のみを感光することにより透明化し、その他の部分を吸収層とすることにより、出射端面における戻り光の反射を防ぐことが試みられている（例えば、特許文献１を参照。）。
　また、半導体レーザ装置の出射端面をドライエッチングにより曲面状に加工することにより、光を散乱させ、出射端面における戻り光の反射を防ぐことも試みられている（例えば、特許文献２を参照。）。
特許第２５８６５３６号明細書 特開２００４－３４９３２８号公報
　しかしながら、前記従来の戻り光の反射防止方法には以下のような問題がある。まず、感光性レジストにより光吸収層を形成する方法は、高密度光ディスク装置に用いる青紫色の半導体レーザ装置には適用が困難である。これは、波長が短い青紫色のレーザ光により樹脂の劣化が生じ、光吸収層の機能が劣化してしまうからである。
　また、半導体レーザ装置の出射端面を曲面状に加工する方法は、加工が困難であり、安定して製品が得られないという問題がある。
　本開示は、前記の問題を解決し、戻り光の反射防止機能を備えた半導体レーザ装置を容易に実現できるようにすることを目的とする。
　前記の目的を達成するため、本開示は半導体レーザ装置を、基板における出射端面の少なくとも一部に、基板の特定の結晶面により形成した錘状突起部を備える構成とする。
　具体的に、本開示に係る半導体レーザ装置は、窒化物半導体を用いた端面出射型の半導体レーザ装置を対象とし、主面の面方位が（１－１００）である六方晶窒化物半導体からなる基板と、基板の上に形成され、ストライプ状の光導波路を有する半導体積層体と、基板における出射端面の少なくとも一部に形成された複数の錘状突起部とを備え、出射端面の面方位は、（０００－１）であることを特徴とする。
　本開示の半導体レーザ装置は、基板における出射端面の少なくとも一部に形成された複数の錘状突起部を備えている。このため、半導体レーザ装置の端面に入射した戻りレーザ光が散乱される。従って、戻りレーザ光の端面の鏡面反射による、ノイズの発生及びトラッキングエラーの発生等を低減できる。
　本開示の半導体レーザ装置において、錘状突起部は六角錘状であり、面方位が（１－１０２）の面により構成されていてもよい。このようにすれば、錘状突起部が基板の結晶面により形成されるため、レジスト等のように劣化することがない。また、結晶面を露出させるだけであるため、再現性良く容易に形成することができる。
　本開示の半導体レーザ装置において、半導体積層体は下側から順次積層された、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を有し、錘状突起部は半導体積層体における出射端面の活性層よりも下側の領域の少なくとも一部にも形成されている構成であってもよい。
　本開示に係る半導体レーザ装置の製造方法は、主面の面方位が（１－１００）である基板の上に、ストライプ状の光導波路を有する半導体積層体を形成する工程（ａ）と、基板を半導体積層体が形成された面とは反対側からエッチングすることにより面方位が（０００－１）である内壁面を有する凹部を形成すると共に、内壁面上に面方位が（１－１０２）の面からなる錘状突起部を形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする。
　本開示の半導体レーザ装置の製造方法は、基板を裏面からエッチングすることにより面方位が（０００－１）である内壁面を有する凹部を形成すると共に、内壁面上に面方位が（１－１０２）の面からなる錘状突起部を形成する。このため、基板における出射端面の少なくとも一部に錘状突起部が形成され、戻りレーザ光を散乱させることができる半導体レーザ装置を容易に形成できる。エッチングにより、基板の特定の結晶面を露出させるだけであるから、錘状突起部の形成を再現性良く容易に行うことができる。
　本開示の半導体レーザ装置の製造方法において、エッチングはウェットエッチングであることが好ましい。
　本開示の半導体レーザ装置の製造方法において、ウェットエッチングは、アルカリ性の溶液をエッチャントとして用い、窒化物半導体の結晶に吸収される波長の光を照射しながら行う構成としてもよい。
　本開示の半導体レーザ装置の製造方法において、アルカリ性の溶液は、水酸化カリウムとしてもよい。
　本開示の半導体レーザ装置の製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、半導体積層体を劈開して共振器端面を形成する工程（ｃ）をさらに備え、凹部は、劈開のガイド溝として機能するようにしてもよい。
　本開示の半導体レーザ装置の製造方法は、工程（ｂ）よりも前に、基板における半導体積層体と反対側の面に、ｎ側電極を形成する工程（ｄ）をさらに備え、工程（ｂ）では、ｎ側電極をマスクとしてエッチングを行う構成としてもよい。
　本開示に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、戻り光の反射防止機能を備えた半導体レーザ装置を容易に実現できる。
本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置における錘状突起部の構造を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置における錘状突起部の電子顕微鏡写真である。
符号の説明
１１　　　基板
１２　　　半導体積層体
１３　　　錘状突起部
２０　　　リッジストライプ部
２１　　　ｎ型クラッド層
２２　　　ｎ型光ガイド層
２３　　　活性層
２４　　　ｐ型光ガイド層
２５　　　ＯＦＳ層
２６　　　ｐ型クラッド層
２７　　　ｐ型コンタクト層
３１　　　誘電体層
３２　　　ｐ側電極
３３　　　ｎ側電極
４０　　　エッチング保護膜
４１　　　溝部
５０　　　アルカリ溶液
　まず、本開示の実施形態に係る半導体レーザ装置に共通する構成材料について説明する。実施形態において、６回対称構造を持つ六方晶（ウルツ鉱）結晶からなるIII－Ｖ族窒化物半導体材料を用いて半導体レーザ装置を形成している。III－Ｖ族窒化物半導体材料とは、一般式がＩｎ1-x-yＡｌyＧａxＮ（０≦ｘ，ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される材料である。
　六方晶ＧａＮ結晶は有極性の結晶であり、同じ（０００１）面であっても、Ｖ族元素であるガリウム（Ｇａ）原子が配列した面とIII族元素である窒素（Ｎ）原子が配列した面の２種類が存在する。本願明細書においては、Ｖ族のＧａ等の原子が配列した面を（０００１）面と表記すると共に、III族のＮ原子が配列した面を（０００－１）面と表記する。
　また、（０００１）面を＋ｃ面と表記すると共に、（０００－１）面を－ｃ面と表記する。同様にして、（１－１００）面を＋ｍ面と表記すると共に、（－１１００）面を－ｍ面と表記する。なお、単にｃ面等と表記している場合には、＋ｃ面及び－ｃ面を含む。なお、本願明細書において、例えば、（０００１）面という場合、（０００１）面だけでなく、（０００１）面から－５°～＋５°程度傾いた範囲の面を含む。
　出射端面とは、共振器の２つの端面のうち光出力が大きい方の端面であり、後端面とは出射端面とは反対側の出射端面よりも光出力が小さい端面である。
　（一実施形態）
　以下に、本開示の一実施形態について図面を参照して説明する。図１及び２は一実施形態に係る半導体レーザ装置を示している。図１は全体の立体構成を示し、図２は図１のII－II線における断面構成を示している。
　図１及び２に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置は、端面出射型の半導体レーザ装置であり、主面の面方位が（１－１００）面であるｎ型のＧａＮからなる基板１１と、その上に形成された、ストライプ上の光導波路を有する半導体積層体１２とを備えている。半導体積層体１２は、下側から順次形成されたｎ型クラッド層２１、ｎ型光ガイド層２２、活性層２３、ｐ型光ガイド層２４、キャリアオーバフロー抑制層（ＯＦＳ層）２５、ｐ型クラッド層２６及びｐ型コンタクト層２７とを有している。ｐ型クラッド層２６は、リッジストライプ状に形成され、ｐ型コンタクト層２７が形成されたリッジストライプ部２０の上部を除いて誘電体層３１に覆われている。誘電体層３１の上には、リッジストライプ部２０を覆うようにｐ側電極３２が形成され、基板１１の半導体積層体１２と反対側の面（裏面）には、ｎ側電極３３が形成されている。
　基板１１におけるレーザ光を出射する側の端面である出射端面には、錘状突起部１３が形成されている。錘状突起部１３は、後述するように窒化物半導体からなる基板１１をエッチングすることにより露出させた面方位が（１－１０２）である面（Ｒ面）により構成されている。
　本実施形態の半導体レーザ装置は、錘状突起部１３を備えているため、半導体レーザ装置の出射端面に入射した戻りレーザ光は、錘状突起部１３により散乱される。このため、戻りレーザ光が、再び光ディスク上にスポットを形成することにより発生するノイズを大きく低減できる。また、錘状突起部１３は基板１１のＲ面であるため、レーザ光に対する耐性は基板１１の他の部分と同じである。従って、レジスト等を用いて光吸収層等を形成した場合と異なり、レーザ光による劣化が問題となることがない。また、基板１１のＲ面をエッチングにより露出させただけであるから、加工も容易である。
　次に、本開示の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、主面の面方位が（１－１００）面であるｎ型のＧａＮからなる基板１１の主面上に、有機金属気層成長（ＭＯＣＶＤ）法等により、ｎ型クラッド層２１と、ｎ型光ガイド層２２と、活性層２３と、ｐ型光ガイド層２４と、ＯＦＳ層２５と、ｐ型クラッド層２６と、ｐ型コンタクト層２７とを順次成形し、半導体積層体１２を形成する。
　ｎ型クラッド層２１は、厚さが２μｍのｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎとすればよく、ｎ型光ガイド層２２は、厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＮとすればよい。活性層２３は、例えば、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるバリア層とＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる量子井戸層とを３周期分積層してなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすればよい。ｐ型光ガイド層２４は、厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮとすればよく、ＯＦＳ層２５は、厚さが１０ｎｍのＡｌ0.20Ｇａ0.80Ｎとすればよい。ｐ型クラッド層２６は、厚さがそれぞれ１．５ｎｍのｐ型Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎ層とＧａＮ層とを１６０周期分繰り返してなる厚さが０．４８μｍの歪超格子とすればよい。ｐ型コンタクト層２７は、厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮとすればよい。
　ＭＯＣＶＤ法により半導体積層体１２を形成する場合には、例えばＧａ原料、Ｉｎ原料及びＡｌ原料としてそれぞれ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用いればよい。さらに、ｎ型不純物としてシラン（ＳｉＨ4）ガスを用いてＳｉを導入し、ｐ型不純物としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いてＭｇを導入すればよい。
　半導体積層体１２は、ＭＯＣＶＤ法に代えて、分子ビーム成長（ＭＢＥ）法又は化学ビーム成長（ＣＢＥ）法等の、III－Ｖ族窒化物半導体層が成長可能な成長方法を用いてもよい。
　次に、図４に示すようにｐ側電極３２を形成する。まず、例えば熱ＣＶＤ法により、ｐ型コンタクト層２７の上に、膜厚が０．３μｍのＳｉＯ2からなる第１のマスク膜（図示せず）を成膜する。リソグラフィ法及びエッチング法により、第１のマスク膜を幅が１．５μｍのストライプ状で且つＣ軸方向と平行にパターニングする。
　続いて、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法により、第１のマスク膜を用いて半導体積層体１２の上部を０．３５μｍの深さにエッチングして、ｐ型コンタクト層２７及びｐ型クラッド層２６の上部にリッジストライプ部を形成する。その後、フッ化水素酸を用いて第１のマスク膜を除去し、再度、熱ＣＶＤ法により、露出したｐ型クラッド層２６の上にリッジストライプ部２０を含む全面にわたって、膜厚が２００ｎｍのＳｉＯ2からなる誘電体層（図示せず）を形成する。この誘電体層は図１における誘電体層３１となる。
　次に、リソグラフィ法により、誘電体層におけるリッジストライプ部の上面に、リッジストライプ部に沿って幅が１．３μｍの開口部を有するレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、例えば三フッ化メタン（ＣＨＦ3）ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、レジストパターンをマスクとして誘電体層をエッチングすることにより、リッジストライプ部の上面にｐ型コンタクト層２７を露出する開口部を形成する。
　次に、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法等により、少なくとも開口部から露出したｐ型コンタクト層２７の上に、厚さが４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）とからなる金属積層膜を形成する。その後、レジストパターンを除去するリフトオフ法により、金属積層膜におけるリッジストライプ部を除く領域に形成された部分を除去して、図４に示すようなｐ側電極３２を形成する。
　次に、図５に示すようにｐ側電極３２が形成された半導体積層体１２の上を覆うように基板１１上の全面にレジスト又はワックス等の樹脂系材料からなるエッチング保護膜４０を形成する。その後、基板１１の裏面をダイヤモンドスラリにより研磨し、基板１１の厚さを１００μｍ程度とする。
　次に、図６に示すように、基板１１の裏面にｎ側電極３３を形成する。ｎ側電極３３の形成は以下のようにする。まず、基板１１の裏面にリソグラフィ法によりレジストパターン（図示せず）を形成した後、ＥＢ蒸着法等により、厚さが５ｎｍのＴｉ、厚さが１０ｎｍの白金及び厚さが１０００ｎｍのＡｕからなる金属積層膜を蒸着する。次に、レジストパターンを除去するリフトオフ法により金属積層膜の不要な部分を除去して、ｎ側電極３３を形成する。
　次に、図７に示すように、ｎ側電極３３をマスクとしてウェットエッチングを行う。ウェットエッチングは、エッチャントとしてアルカリ溶液５０を用い、基板１１に対してＵＶ（紫外線）光を照射しながら行えばよい。基板１１にＵＶ光が吸収されることにより、電子正孔対が生成される。生成した電子正孔対のうちの電子は、基板１１からｎ側電極３３を通してアルカリ溶液５０中に放出される。つまり、ｎ側電極３３がカソード電極として機能する。また、生成した電子正孔対のうちの正孔は、アルカリ溶液５０中のＯＨ-基と共に基板１１のエッチングに寄与する。本実施形態においては、アルカリ溶液５０として水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いた。但し、ＫＯＨに限らず、ＮａＯＨ等を用いてもよい。また、照射する光は、ＵＶ光に限らず基板１１である窒化物半導体の結晶に吸収させる波長の光であればよい。
　アルカリ溶液５０とＵＶ光照射とを用いたウェットエッチングにより、図８に示すように、基板１１に面方位が（０００－１）である内壁面を有する凹部４１が形成されると共に、凹部４１の内壁面のうち面方位が（０００－１）である＋Ｃ面側に六角錐状の錘状突起部１３が形成される。
　次に、図９に示すようにエッチング保護膜４０を除去する。この後、ウェハ状態の基板１１を、凹部４１を用いてｃ軸方向の長さが６００μｍとなるように１次劈開する。その後、１次劈開された基板１１を、ａ軸方向の長さが２００μｍとなるように２次劈開する。これにより、基板１１における出射端面に錘状突起部１３を有する半導体レーザ装置が形成される。凹部４１は、１次劈開方向に延びる連続した溝部としても、錘状突起部１３が必要な部分のみに断続的に形成してもよい。
　錘状突起部１３は、エッチングにより露出させた面方位が（１－１０２）であるＲ面により構成されている。このため、錘状突起部１３の形状は理想的には図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｒ面が組み合わされて形成された六角錐形状となるはずである。なお、図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は側面図である。エッチングによって形成される錘状突起部１３は、図１０（ａ）に示す平面図の対角線の長さが数十ｎｍから数μｍ程度のサイズとなる。典型的には、対角線の長さが０．５μｍから１．０μｍ程度の錘状突起部１３が形成される。これらの錘状突起部１３は、波長４０５ｎｍ程度の青紫色レーザ光を散乱させる機能を十分有している。また、対角線の長さが数十ｎｍ程度の錘状突起部は青紫色レーザ光の波長４０５ｎｍよりも十分小さいため、表面の実効屈折率が小さくなり反射防止構造としても機能する。
　図１１（ａ）及び（ｂ）には、実際に得られた錘状突起部１３の電子顕微鏡写真を示している。図１１（ａ）に示すように、六角錐状の錘状突起部１３が得られている。しかし、エッチングの条件等によっては、図１１（ｂ）に示すような崩れた形状の錘状突起部１３が得られる場合もある。しかし、錘状突起部１３が完全な六角錐形状となっていなくても、戻りレーザ光を散乱させる効果に影響はない。
　本実施形態においては、錘状突起部１３を、基板１１の端面にのみ形成している。しかし、活性層２３よりも下側の部分であれば、半導体積層体１２の端面にも形成されていてよい。この場合には、例えば図７において示したエッチング工程において、基板１１だけでなく半導体積層体１２の一部までエッチングすればよい。
　また、錘状突起部１３を共振器幅方向の全面に形成した例を示しているが、戻りレーザ光の反射が特に生じ易い部分を特定できれば、その部分にのみ形成してもよい。例えば、光学系からの戻りレーザ光が半導体レーザ装置へ再入射する位置は、一般的にレーザ光出射位置より５０μｍ程度離れた位置といわれているため、この位置に錘状突起部１３を形成すればよい。
　なお、本実施形態において光導波構造がリッジストライプ型の半導体レーザ装置について説明したが、例えば埋め込み型の半導体レーザ装置又は電極ストライプ型の半導体レーザ装置についても同様の効果が得られる。
　また、基板１１はＧａＮだけでなく、ＡｌＧａＮ等の他のIII－Ｖ族窒化物半導体を含む六方晶窒化物半導体からなる基板であってもよい。この場合にも、同様の方法により錘状突起部を形成できる。
　本開示に係る半導体レーザ装置は、戻り光の反射防止機能を備えた半導体レーザ装置を容易に実現でき、特に光ディスク装置等の光源として用いる半導体レーザ装置等として有用である。

Claims (9)

  1. 　半導体レーザ装置は、
    　窒化物半導体を用いた端面出射型の半導体レーザ装置であって、
    　主面の面方位が（１－１００）である六方晶窒化物半導体からなる基板と、
    　前記基板の上に形成され、ストライプ状の光導波路を有する半導体積層体と、
    　前記基板における出射端面の少なくとも一部に形成された複数の錘状突起部とを備え、
    　前記出射端面の面方位は、（０００－１）である。
  2. 　請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    　前記錘状突起部は、六角錘状であり、面方位が（１－１０２）の面により構成されている。
  3. 　請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    　前記半導体積層体は、下側から順次積層された、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を有し、
    　前記錘状突起部は、前記半導体積層体における前記出射端面の前記活性層よりも下側の領域の少なくとも一部にも形成されている。
  4. 　半導体レーザ装置の製造方法は、
    　主面の面方位が（１－１００）である基板の上に、ストライプ状の光導波路を有する半導体積層体を形成する工程（ａ）と、
    　前記基板を前記半導体積層体が形成された面とは反対側からエッチングすることにより面方位が（０００－１）である内壁面を有する凹部を形成すると共に、前記内壁面上に面方位が（１－１０２）の面からなる錘状突起部を形成する工程（ｂ）とを備えている。
  5. 　請求項４に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
    　前記エッチングは、ウェットエッチングである。
  6. 　請求項５に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
    　前記ウェットエッチングは、アルカリ性の溶液をエッチャントとして用い、窒化物半導体の結晶に吸収される波長の光を照射しながら行う。
  7. 　請求項６に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
    　前記アルカリ性の溶液は、水酸化カリウムである。
  8. 　請求項４に記載の半導体レーザ装置の製造方法は、
    　前記工程（ｂ）よりも後に、前記半導体積層体を劈開して共振器端面を形成する工程（ｃ）をさらに備え、
    　前記凹部は、前記劈開のガイド溝として機能する。
  9. 　請求項４に記載の半導体レーザ装置の製造方法は、
    　前記工程（ｂ）よりも前に、前記基板における前記半導体積層体と反対側の面に、ｎ側電極を形成する工程（ｄ）をさらに備え、
    　前記工程（ｂ）では、前記ｎ側電極をマスクとして前記エッチングを行う。
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