WO2021039479A1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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WO2021039479A1
WO2021039479A1 PCT/JP2020/031036 JP2020031036W WO2021039479A1 WO 2021039479 A1 WO2021039479 A1 WO 2021039479A1 JP 2020031036 W JP2020031036 W JP 2020031036W WO 2021039479 A1 WO2021039479 A1 WO 2021039479A1
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laser device
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light emitting
groove
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信一郎 能崎
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パナソニック株式会社
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    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor laser device.
  • a semiconductor laser device is used as a high-power and highly efficient laser light source.
  • a high-power semiconductor laser device a light-emitting array device in which light-emitting points, which are heat sources, are distributed and arranged in an array is known.
  • a plurality of laser beams from such a light emitting array device are combined into one laser beam using an optical system and used.
  • the distance between the light emitting points is shifted, so that the coupling efficiency between the laser beam from the light emitting array device and the optical system is lowered.
  • the efficiency of the light source as a whole decreases.
  • a groove portion for dividing the p-type semiconductor layer and the light emitting layer is formed between the light emitting points.
  • the warp of the semiconductor laser device is suppressed by alleviating the distortion generated in the semiconductor layer by such a groove.
  • the present disclosure solves such a problem, and an object of the present disclosure is to provide a semiconductor laser device capable of suppressing an effective decrease in bandgap in a non-injection region.
  • one aspect of the semiconductor laser device is a semiconductor laser device that emits laser light, and includes a substrate, an n-type semiconductor layer arranged above the substrate, and the above.
  • a light emitting layer arranged above the n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer arranged above the light emitting layer, and one or more p-electrodes arranged above the p-type semiconductor layer are provided.
  • One or more grooves that reach from the upper surface of the p-type semiconductor layer to the lower surface of the light emitting layer and extend in the resonance direction of the laser light are formed, and the one or more grooves are formed from the emission end surface from which the laser light is emitted.
  • the remaining length which is the distance from the exit end surface to the portion where each of the one or more grooves is closest to the one or more p-electrode, is longer than the non-injection region length, which is the distance to the p-electrode.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional semiconductor laser device.
  • FIG. 1B is a graph showing the relationship between the width of the n-type semiconductor layer of the conventional semiconductor laser device and the warp of the semiconductor laser device.
  • FIG. 2 is a diagram showing analysis results using X-ray diffraction of a conventional semiconductor laser apparatus.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of the groove width of the conventional semiconductor laser apparatus and the Raman peak position.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the relationship between the band structure in the light emitting layer of the conventional semiconductor laser apparatus and the compression strain.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 5B is a partially enlarged plan view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 5C is a first cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 5D is a second cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 5E is a third cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 6A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 6B is a partially enlarged plan view of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 6C is a first cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 6D is a second cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 6A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 6B is a partially enlarged plan view of the semiconductor laser device according to the
  • FIG. 7A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 7B is a partially enlarged plan view of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 7C is a first cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 7D is a second cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 8A is a first cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8B is a second cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9A is a schematic plan view showing the overall configuration of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9B is a first cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9C is a second cross-sectional view of the semiconductor laser device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser device 900 of the prior art.
  • the semiconductor laser device 900 is a device that emits laser light, and includes a substrate 910, a crystal growth layer 920, and a p-electrode 930.
  • the semiconductor laser apparatus 900 is formed with a plurality of grooves 980 that reach from the upper surface to the lower surface of the crystal growth layer 920 and extend in a direction parallel to the resonance direction of the laser beam.
  • a light emitting unit 990 that emits laser light is formed between two adjacent grooves 980.
  • the length of the semiconductor laser device 900 in the resonance direction is 2 mm, and the length of the light emitting unit 990 in the arrangement direction is 9 mm.
  • the substrate 910 is a GaN substrate with a thickness of 80 ⁇ m.
  • the crystal growth layer 920 is a semiconductor layer having a thickness of about 3.6 ⁇ m in which crystals are grown on the main surface of the substrate 910.
  • the crystal growth layer 920 has an n-type semiconductor layer 921, a light emitting layer 922, and a p-type semiconductor layer 923.
  • the n-type semiconductor layer 921 is an n-type clad layer made of n—Al 0.03 Ga 0.97 N having a thickness of 3 ⁇ m.
  • the light emitting layer 922 is a quantum well active layer in which well layers having a thickness of 5 nm made of In 0.06 Ga 0.94 N and barrier layers having a thickness of 10 nm made of GaN are alternately laminated, and is a two-layer well. Has a layer.
  • the p-type semiconductor layer 923 has a thickness of 0.6 ⁇ m in which 100 layers of p—Al 0.06 Ga 0.94 N and 3 nm-thick layers of GaN are alternately laminated. It is a p-type clad layer composed of the superlattice layer of.
  • the p-electrode 930 is a laminated film in which Pd and Pt are laminated in order from the p-type semiconductor layer 923 side.
  • the semiconductor laser device 900 also includes an n electrode arranged on the lower surface of the substrate 910.
  • FIG. 1B is a graph showing the relationship between the width Ws of the n-type semiconductor layer 921 of the conventional semiconductor laser device 900 and the warp of the semiconductor laser device 900.
  • the same experiment is performed three times based on the experimental results.
  • the pitch Dt of the groove 980 is constant at 225 ⁇ m. That is, the width Wt of the groove 980 can be expressed as 225-Ws.
  • the point where the horizontal axis is 225 ⁇ m indicates the case where the width of the groove 980 is 0.
  • the warp of the semiconductor laser device 900 is about 18 ⁇ m.
  • the groove 980 is formed (that is, when the width Ws of the n-type semiconductor layer 921 is less than 225 ⁇ m)
  • the warp of the semiconductor laser device 900 is suppressed to 5 ⁇ m or less.
  • FIG. 2 is a diagram showing analysis results using X-ray diffraction (2 ⁇ / ⁇ method) of the semiconductor laser apparatus 900 of the prior art.
  • the horizontal axis represents the relative angle
  • the vertical axis represents the intensity of X-rays.
  • the solid line shows the analysis result of the semiconductor laser device 900 in which the groove 980 is formed
  • the broken line shows the analysis result of the semiconductor laser device 900 in which the groove 980 is not formed.
  • the alternate long and short dash line indicates the analysis result of the semiconductor laser apparatus 900 before being fragmented. That is, the alternate long and short dash line shows the analysis result of the laminated structure in which the crystal growth layer 920 is formed on the wafer made of GaN and the groove 980 is not formed. Of the three large peaks shown in FIG.
  • the rightmost peak corresponds to the crystal lattice size of the n-type semiconductor layer 921 in the c-axis direction, and the peak near the center corresponds to the crystal lattice size of the substrate 910 in the c-axis direction.
  • the semiconductor laser device 900 single point chain line before fragmentation and the semiconductor laser device 900 (broken line) in which the groove 980 is not formed.
  • the peak corresponding to the crystal lattice size in the c-axis direction of the n-type semiconductor layer 921 containing Al is the c-axis of the n-type semiconductor layer 921 of another semiconductor laser device. It is located on the left side of the peak corresponding to the crystal lattice size in the direction.
  • the crystal lattice size of the n-type semiconductor layer 921 in the c-axis direction is expanded. In other words, the crystal lattice size of the n-type semiconductor layer 921 in the a-axis direction is reduced.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of the groove width of the semiconductor laser apparatus 900 of the prior art and the Raman peak position.
  • the horizontal axis of FIG. 3 represents the ratio Wt / (Wt + Ws) of the groove width Wt, and the vertical axis of FIG. 3 represents the Raman peak position.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the relationship between the band structure in the light emitting layer 922 of the semiconductor laser apparatus 900 of the prior art and the compression strain.
  • FIG. 4A shows a band structure in the vicinity of the light emitting layer 922 when the groove 980 is not formed in the semiconductor laser device 900 (that is, when normal compression strain is applied to the light emitting layer 922). .
  • the schematic diagram (b) shows a band structure in the vicinity of the light emitting layer 922 when the compression strain applied to the light emitting layer 922 when the groove 980 is formed in the semiconductor laser device 900 becomes large.
  • the thick line on the upper side shows the conduction band Ec
  • the thick line on the lower side shows the valence band Ev.
  • the effective band gap is reduced.
  • the effective bandgap is defined by, for example, photoluminescence or the bandgap corresponding to the wavelength at which the absorption spectrum in the light emitting layer 922 takes a peak value.
  • a non-injection region in which no current is injected may be provided between the emission end surface of the laser beam and the end surface side of the emission end surface of the p electrode 930.
  • the effective bandgap reduction as described above occurs in the non-injection region, the amount of light absorbed increases in the non-injection region.
  • the temperature of the light emitting layer 922 rises, and the effective bandgap further decreases.
  • the amount of light absorbed further increases. Since the positive feedback of the amount of light absorbed occurs in the light emitting layer 922 in this way, so-called COD can occur.
  • a semiconductor laser device capable of suppressing an effective decrease in bandgap in a non-injection region.
  • one aspect of the semiconductor laser device is a semiconductor laser device that emits laser light, and includes a substrate, an n-type semiconductor layer arranged above the substrate, and the above.
  • a light emitting layer arranged above the n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer arranged above the light emitting layer, and one or more p-electrodes arranged above the p-type semiconductor layer are provided.
  • One or more grooves that reach from the upper surface of the p-type semiconductor layer to the lower surface of the light emitting layer and extend in the resonance direction of the laser light are formed, and the one or more grooves are formed from the emission end surface from which the laser light is emitted.
  • the remaining length which is the distance from the exit end surface to the portion where each of the one or more grooves is closest to the one or more p-electrode, is longer than the non-injection region length, which is the distance to the p-electrode.
  • the remaining length of the groove is longer than the length of the non-injection region, it is possible to suppress an effective bandgap reduction in the non-injection region due to the formation of the groove. Therefore, since light absorption in the non-injection region can be suppressed, a semiconductor laser device capable of suppressing the generation of COD can be realized.
  • the non-injection located between the injection region and the emission end surface from the injection region located directly below the one or more p electrodes in the light emitting layer.
  • the effective bandgap may be larger in the region.
  • the light absorption in the non-injection region can be reduced. That is, a so-called window structure can be realized in the non-injection region.
  • the width of the one or more grooves is determined from the portion where each of the one or more grooves is closest to the one or more p electrodes toward the exit end surface. It may be gradually reduced.
  • the stress applied to the light emitting layer changes according to the distance between the groove and the p electrode, and the refractive index of the light emitting layer also changes. As described above, when the refractive index in the light emitting layer changes abruptly along the light propagation direction, the light propagation is disturbed.
  • the change in the refractive index of the light emitting layer can be moderated by gradually reducing the width of the groove, so that the disturbance of light propagation can be suppressed.
  • the remaining length may be 50 ⁇ m or more.
  • a region in which strain is maintained is formed in a region of about 100 ⁇ m from the groove.
  • the two are arranged at positions symmetrical with respect to the cleavage plane before the cleavage.
  • the distance between the two grooves is 100 ⁇ m or more. Therefore, at least before cleavage, strain is maintained between the two grooves arranged symmetrically with respect to the cleavage plane, so that a good cleavage plane can be obtained. As a result, the reliability of the semiconductor laser device can be improved.
  • the remaining length may be 100 ⁇ m or more.
  • the remaining length may be 50 ⁇ m or more and less than 100 ⁇ m.
  • the substrate, the n-type semiconductor layer, and the light emitting layer may include a nitride semiconductor.
  • the effective band gap of the light emitting layer may fluctuate due to the formation of grooves.
  • the semiconductor laser apparatus according to the present disclosure it is possible to suppress an effective decrease in the band gap in the non-injection region by making the remaining length longer than the non-injection region length.
  • the one or more p-electrodes may include a plurality of p-electrodes arranged in a direction perpendicular to the resonance direction.
  • the semiconductor laser device includes a plurality of p-electrodes
  • an array-type semiconductor laser device can be realized.
  • the one or more grooves may extend to the emission end face.
  • the stress generated in the semiconductor layer can be reduced by the groove reaching the exit end face, so that the warp of the semiconductor laser device can be suppressed.
  • each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, the scales and the like do not always match in each figure.
  • substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the laminated structure. It is used as a term defined by the relative positional relationship with. Also, the terms “upper” and “lower” are used not only when the two components are spaced apart from each other and another component exists between the two components, but also when the two components It also applies when they are placed in contact with each other.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 5B is a partially enlarged plan view of the semiconductor laser device 100 according to the present embodiment.
  • the inside of the broken line frame VB of FIG. 5A is enlarged and shown.
  • 5C, 5D, and 5E are first, second, and third cross-sectional views of the semiconductor laser apparatus 100 according to the present embodiment, respectively.
  • 5C, 5D, and 5E show the cross sections of the VC-VC line, VD-VD line, and VE-VE line of FIG. 5B, respectively.
  • the semiconductor laser device 100 is a device that emits laser light, and as shown in FIG. 5A, has an emission end surface 101 that is an end surface (that is, an end surface on the front side) from which the laser light is emitted. It has a reflective end face 102, which is an end face on the rear side.
  • the semiconductor laser apparatus 100 includes a substrate 110 and a crystal growth layer 120 arranged on the substrate 110.
  • the semiconductor laser device 100 further includes one or more p-electrodes 130, as shown in FIGS. 5B-5D. Further, as shown in FIGS. 5A to 5C, one or more grooves 180 are formed in the semiconductor laser apparatus 100.
  • the substrate 110 is the base of the semiconductor laser device 100.
  • the substrate 110 is a GaN substrate having a thickness of 80 ⁇ m.
  • the crystal growth layer 120 is a semiconductor layer in which crystals are grown on the main surface of the substrate 110. As shown in FIGS. 5C to 5E, the crystal growth layer 120 has an n-type semiconductor layer 121, a light emitting layer 122, and a p-type semiconductor layer 123. Each layer of the crystal growth layer 120 is formed by, for example, an organic metal vapor phase growth method (MOCVD) or the like.
  • MOCVD organic metal vapor phase growth method
  • a groove 180 is formed in the crystal growth layer 120.
  • a light emitting portion 190 is formed between the two grooves 180.
  • the groove 180 is formed by etching the crystal growth layer 120 by, for example, a wet etching method or a dry etching method. In this embodiment, a part of the substrate 110 is also etched.
  • the n-type semiconductor layer 121 is an n-type semiconductor layer arranged above the substrate 110.
  • the n-type semiconductor layer 121 includes an n-type clad layer made of n—Al 0.03 Ga 0.97 N having a thickness of 3 ⁇ m.
  • the n-type semiconductor layer 121 may include a layer other than the n-type clad layer.
  • the n-type semiconductor layer 121 may include a buffer layer or the like arranged between the substrate 110 and the n-type clad layer.
  • the light emitting layer 122 is a layer arranged above the n-type semiconductor layer 121.
  • the light emitting layer 122 is a quantum well active layer in which well layers having a thickness of 5 nm made of In 0.06 Ga 0.94 N and barrier layers having a thickness of 10 nm made of GaN are alternately laminated. Including, it has two well layers.
  • the light emitting layer 122 may include a layer other than the quantum well active layer.
  • the light emitting layer 122 may include an optical guide layer or the like.
  • the p-type semiconductor layer 123 is a p-type semiconductor layer arranged above the light emitting layer 122.
  • the p-type semiconductor layer 123 is formed by alternately stacking 100 layers of 3 nm-thick layers made of p—Al 0.06 Ga 0.94 N and 3 nm-thick layers made of GaN. It contains a p-type clad layer composed of a superlattice layer having a thickness of 0.6 ⁇ m.
  • the p-type semiconductor layer 123 may include a layer other than the p-type clad layer.
  • the p-type semiconductor layer 123 may include a p-type contact layer arranged between the p-type clad layer and the p-electrode 130.
  • a ridge portion 192 is formed in the p-type semiconductor layer 123.
  • the ridge portion 192 is formed by etching the p-type semiconductor layer 123 by, for example, a wet etching method or a dry etching method.
  • the p-electrode 130 is an electrode arranged above the p-type semiconductor layer 123.
  • the p-electrode 130 is a laminated film in which Pd and Pt are laminated in order from the p-type semiconductor layer 123 side.
  • the width of the p-electrode 130 (that is, the dimension in the direction perpendicular to the resonance direction and the stacking direction of the laser beam) is, for example, about 16 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the p-electrode 130 is formed on the ridge portion 192 of the p-type semiconductor layer 123, as shown in FIGS. 5C and 5D. Further, as shown in FIGS. 5B and 5E, the p-electrode 130 is not arranged in the vicinity of the exit end face 101.
  • the light emitting layer 122 has an injection region 122a (see FIGS. 5C and 5D) located directly below the p electrode 130 and a non-injection region 122b (FIG. 5C) located between the injection region 122a and the exit end surface 101. (See 5E) and is formed.
  • the distance from the emission end face 101 to the p electrode 130 is referred to as a non-injection region length Ln1.
  • the semiconductor laser device 100 further includes n electrodes arranged on the lower surface of the substrate 110.
  • the n electrode is, for example, a laminated film in which Ti, Pt, and Au are laminated in order from the substrate 110 side.
  • the p-electrode 130 and the n-electrode are formed by, for example, a vacuum vapor deposition method.
  • the groove 180 reaches from the upper surface of the p-type semiconductor layer 123 to the lower surface of the light emitting layer 122 as shown in FIG. 5C, and the resonance direction (that is, emission) of the laser beam as shown in FIGS. 5A and 5B. Extends in the direction perpendicular to the end face 101 and the reflective end face 102). In the present embodiment, the groove 180 reaches below the upper surface of the substrate 110 as shown in FIG. 5C. In the present embodiment, the distance Dts between the groove 180 and the injection region 122a of the light emitting layer 122 is 100 ⁇ m or less. Therefore, compression strain due to the groove 180 may occur in the injection region 122a of the light emitting layer 122.
  • the distance between the groove 180 and the non-injection region 122b of the light emitting layer 122 is set so that the groove 180 and the light emitting layer 122 are injected. It can be greater than the distance (Dts) from the region 122a. As a result, the compression strain of the non-injection region 122b caused by the groove 180 can be suppressed, so that the effective bandgap reduction in the non-injection region can be suppressed.
  • the effective band gap is larger in the non-injection region 122b located between the injection region 122a and the exit end surface 101 than in the injection region 122a located directly below the p electrode 130. Therefore, since the light absorption in the non-injection region 122b can be suppressed, it is possible to realize a semiconductor laser device capable of suppressing the generation of COD.
  • the distance between the groove 180 and the p electrode 130 is the minimum value Dts at the portion where the groove 180 is closest to the p electrode 130.
  • the groove 180 is not formed in the region from the exit end surface 101 to the remaining length Lr1. As a result, the distance between the non-injection region 122b of the light emitting layer 122 and the groove 180 can be further increased. Therefore, in the semiconductor laser device 100 according to the present embodiment, the generation of COD can be further suppressed.
  • the exit end face 101 is formed by cleavage
  • wrinkles that is, linear concave portions and convex portions
  • the groove 180 is formed in the exit end face 101
  • wrinkles that is, linear concave portions and convex portions
  • the reliability of the semiconductor laser apparatus 100 is lowered, and the variation in the emission direction of the laser light is large.
  • the groove 180 is not formed on the exit end face 101, wrinkles generated on the exit end face 101 can be reduced. Therefore, the reliability of the semiconductor laser apparatus 100 can be improved, and the variation in the emission direction of the laser beam can be reduced.
  • the remaining length Lr1 may be 50 ⁇ m or more. It is empirically known that when the exit end surface of the semiconductor laser apparatus 100 is formed by cleavage, a better cleavage surface can be obtained when the strain in each semiconductor layer is large. Further, from the knowledge of the present inventor, a region in which strain is maintained is formed in a region of about 100 ⁇ m from the groove.
  • the two when forming two symmetrically arranged semiconductor laser devices with the remaining length of 50 ⁇ m or more and the cleavage plane as the plane of symmetry, the two are arranged at positions symmetrical with respect to the cleavage plane before the cleavage. The distance between the two grooves is 100 ⁇ m or more. Therefore, at least before cleavage, strain is maintained between the two grooves arranged symmetrically with respect to the cleavage plane, so that a good cleavage plane can be obtained. As a result, the reliability of the semiconductor laser device can be improved.
  • the remaining length Lr1 may be less than 50 ⁇ m.
  • the remaining length Lr1 may be 100 ⁇ m or more.
  • strain can be maintained in the vicinity of the cleavage surface not only before the cleavage but also after the cleavage. Therefore, since a good cleavage plane can be realized, the reliability of the semiconductor laser apparatus 100 can be enhanced.
  • the remaining length Lr1 may be 50 ⁇ m or more and less than 100 ⁇ m. In this way, by setting the remaining length to 50 ⁇ m or more, strain is maintained near the cleavage surface before cleavage, and by setting the remaining length to less than 100 ⁇ m, distortion near the cleavage surface is reduced after cleavage. To. Therefore, according to the semiconductor laser apparatus 100 according to the present embodiment, both a good cleavage surface and a reduction in chip warpage can be achieved at the same time.
  • the substrate 110, the n-type semiconductor layer 121, and the light emitting layer 122 may include a nitride semiconductor.
  • the effective band gap of the light emitting layer 122 may fluctuate due to the formation of the groove 180.
  • the semiconductor laser apparatus 100 according to the present embodiment by making the remaining length Lr1 longer than the non-injection region length Ln1, it is possible to suppress an effective decrease in the band gap in the non-injection region 122b.
  • one or more p-electrodes 130 may include a plurality of p-electrodes 130 arranged in a direction perpendicular to the resonance direction. As described above, when the semiconductor laser device 100 includes a plurality of p electrodes 130, the array type semiconductor laser device 100 can be realized. Thereby, a high output semiconductor laser apparatus 100 can be realized.
  • the groove 180 may have the same configuration on the reflection end surface 102 side as well. That is, the remaining length, which is the distance from the reflection end surface 102 to the portion where the groove 180 is closest to the p electrode 130, may be longer than the non-injection region length, which is the distance from the reflection end surface 102 to the p electrode 130. ..
  • Other configurations such as the groove 180 may be the same configuration on the reflection end surface 102 side as on the emission end surface 101 side.
  • the semiconductor laser apparatus according to the second embodiment will be described.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment is different from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment in the shape of the groove.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6A to 6D, focusing on the differences from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 6A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device 200 according to the present embodiment.
  • FIG. 6B is a partially enlarged plan view of the semiconductor laser device 200 according to the present embodiment.
  • FIG. 6B shows an enlarged view of the inside of the broken line frame VIB of FIG. 6A.
  • 6C and 6D are first and second cross-sectional views of the semiconductor laser apparatus 200 according to the present embodiment, respectively.
  • 6C and 6D show cross sections of the VIC-VIC line and the VID-VID line of FIG. 6B, respectively.
  • the semiconductor laser device 200 is a device that emits laser light, and as shown in FIG. 6A, an emission end face 201 that is an end face from which the laser light is emitted and reflection that is an end face on the rear side. It has an end face 202.
  • the semiconductor laser apparatus 200 includes a substrate 110 and a crystal growth layer 120 arranged on the substrate 110.
  • the semiconductor laser device 200 further includes one or more p-electrodes 130, as shown in FIGS. 6C and 6D. Further, as shown in FIGS. 6A to 6C, one or more grooves 280 are formed in the semiconductor laser apparatus 200.
  • One or more grooves 280 of the semiconductor laser device 200 according to the present embodiment are formed from the upper surface of the p-type semiconductor layer 123 as shown in FIG. 6C, similarly to the groove 180 of the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment. It reaches the lower surface of the light emitting layer 122 and extends in the resonance direction of the laser beam as shown in FIGS. 6A and 6B. Further, as shown in FIG. 6B, it is the distance from the exit end face 201 to the portion where the groove 280 is closest to the p electrode 130, rather than the non-injection region length Ln2 which is the distance from the exit end face 201 to the p electrode 130. The remaining length Lr2 is longer.
  • the width of the groove 280 gradually decreases from the portion where the groove 280 is closest to the p electrode 130 toward the exit end face 201. That is, the edge of the groove 280 close to the p electrode 130 gradually moves away from the p electrode 130 as the distance between the groove 280 and the p electrode 130 approaches the exit end face 201 from the portion where the minimum value is Dts. In other words, the edge of the groove 280 near the p-electrode 130 is inclined with respect to the resonance direction of the laser beam from the portion where the distance from the p-electrode 130 is the minimum value Dts to the emission end face 201. ..
  • the stress applied to the light emitting layer 122 changes according to the distance between the groove 280 and the p electrode 130, and the refractive index of the light emitting layer 122 also changes.
  • the refractive index in the light emitting layer 122 suddenly changes along the light propagation direction (that is, the resonance direction of the laser light)
  • the light propagation is disturbed.
  • the width of the groove 280 is gradually reduced, the change in the refractive index of the light emitting layer 122 can be moderated, so that the disturbance of light propagation can be suppressed.
  • the edge of the groove 280 near the p electrode 130 has a curved shape in the plan view of the substrate 110, but the shape of the edge is not limited to this.
  • the edge may have a stepped shape in a plan view of the substrate 110, or may have a linear shape inclined with respect to the resonance direction. That is, the width of the groove 280 may be reduced stepwise or linearly.
  • the semiconductor laser apparatus according to the third embodiment will be described.
  • the semiconductor laser device according to the first embodiment is different from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment in that the groove reaches the exit end face.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 7D, focusing on the differences from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 7A is a schematic perspective view showing the overall configuration of the semiconductor laser device 300 according to the present embodiment.
  • FIG. 7B is a partially enlarged plan view of the semiconductor laser device 300 according to the present embodiment.
  • FIG. 7B shows an enlarged view of the inside of the broken line frame VIIB of FIG. 7A.
  • 7C and 7D are first and second cross-sectional views of the semiconductor laser apparatus 300 according to the present embodiment, respectively.
  • 7C and 7D show cross sections of the VIIC-VIIC line and the VIID-VIID line of FIG. 7B, respectively.
  • the semiconductor laser device 300 is a device that emits laser light, and as shown in FIG. 7A, an emission end face 301 that is an end face from which the laser light is emitted and reflection that is an end face on the rear side. It has an end face 302.
  • the semiconductor laser apparatus 300 includes a substrate 110 and a crystal growth layer 120 arranged on the substrate 110.
  • the semiconductor laser device 300 further includes one or more p-electrodes 130, as shown in FIGS. 7C and 7D. Further, as shown in FIGS. 7A to 7C, one or more grooves 380 are formed in the semiconductor laser apparatus 300.
  • One or more grooves 380 of the semiconductor laser device 300 according to the present embodiment are formed from the upper surface of the p-type semiconductor layer 123 as shown in FIG. 7C, similarly to the groove 180 of the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment. It reaches the lower surface of the light emitting layer 122 and extends in the resonance direction of the laser beam as shown in FIGS. 7A and 7B. Further, as shown in FIG. 7B, it is the distance from the exit end face 301 to the portion where the groove 380 is closest to the p electrode 130, rather than the non-injection region length Ln3 which is the distance from the exit end face 301 to the p electrode 130. The remaining length Lr3 is longer.
  • the groove 380 extends to the exit end face 301. That is, the groove 380 is also formed in the portion of the groove 380 having the remaining length Lr3. However, in the portion of the groove 380 having the remaining length Lr3, the distance from the groove 380 to the p electrode 130 is larger than the minimum value Dts of the distance from the groove 380 to the p electrode 130. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the effective band gap of the non-injection region 122b of the light emitting layer 122 due to the portion of the groove 380 having the remaining length Lr3. Therefore, even in the semiconductor laser apparatus 300 according to the present embodiment, the generation of COD can be suppressed.
  • the semiconductor laser apparatus according to the fourth embodiment will be described.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment is different from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment in the structure of the p-type semiconductor layer.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8A and 8B, focusing on the differences from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
  • 8A and 8B are first and second cross-sectional views of the semiconductor laser apparatus 400 according to the present embodiment, respectively.
  • 8A and 8B are cross-sections of the semiconductor laser device 400 according to the present embodiment, respectively, at positions similar to the cross-sections shown in FIGS. 5C and 5D of the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment. The cross section in is shown.
  • the semiconductor laser device 400 includes a substrate 110 and a crystal growth layer 420 arranged on the substrate 110.
  • the semiconductor laser device 400 further includes one or more p-electrodes 130, as shown in FIGS. 8A and 8B. Further, as shown in FIG. 8A, the semiconductor laser apparatus 400 is formed with one or more grooves 180 as in the semiconductor laser apparatus 100 according to the first embodiment. As a result, the light emitting portion 490 is formed between the two grooves 180.
  • the crystal growth layer 420 has an n-type semiconductor layer 121, a light emitting layer 122, and a p-type semiconductor layer 423.
  • the n-type semiconductor layer 121 and the light emitting layer 122 according to the present embodiment have the same configurations as the n-type semiconductor layer 121 and the light emitting layer 122 according to the first embodiment, respectively.
  • the p-type semiconductor layer 423 is a p-type semiconductor layer arranged above the light emitting layer 122, and is arranged on both sides of the ridge portion 492 and the ridge portion 492 along the ridge portion 492. It has a side portion 494 to be formed.
  • the ridge portion 492 and the side portion 494 are formed by forming a pair of recesses 482 extending in the resonance direction of the laser beam in the p-type semiconductor layer 423.
  • the recess 482 is formed by, for example, a wet etching method or a dry etching method.
  • the semiconductor laser device 400 according to the present embodiment also has the same effect as the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
  • a so-called side wall leak may occur in which an electric current reaches the substrate from the p electrode via the side wall of the crystal growth layer.
  • the semiconductor laser device 400 according to the present embodiment since the electrical resistance of the path from the p electrode 130 to the side wall of the crystal growth layer 420 can be increased by having the side portion 494, the side wall Leakage can be suppressed.
  • the semiconductor laser apparatus 400 when the p electrode 130 of the semiconductor laser apparatus 400 is mounted on a mounting substrate or the like, the force applied to the ridge portion 492 is dispersed in the side portion 494. Can be done. Therefore, it is possible to prevent the ridge portion 492 from being damaged.
  • the semiconductor laser apparatus according to the fifth embodiment will be described.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment is different from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment in that it includes a single p-electrode.
  • the semiconductor laser device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 9C, focusing on the differences from the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 9A is a schematic plan view showing the overall configuration of the semiconductor laser device 500 according to the present embodiment.
  • 9B and 9C are first and second cross-sectional views of the semiconductor laser apparatus 500 according to the present embodiment, respectively.
  • 9B and 9C show cross sections of FIGS. 9A on the IXB-IXB and IXC-IXC lines, respectively.
  • the semiconductor laser device 900 is a device that emits laser light, and as shown in FIG. 9A, an emission end surface 501 that is an end surface from which the laser light is emitted and reflection that is an end surface on the rear side. It has an end face 502.
  • the semiconductor laser apparatus 500 includes a substrate 110 and a crystal growth layer 120 arranged on the substrate 110.
  • the semiconductor laser device 500 further includes a single p-electrode 130.
  • two grooves 580 are formed in the semiconductor laser apparatus 500. As a result, the light emitting portion 190 is formed between the two grooves 580.
  • the groove 580 of the semiconductor laser device 500 according to the present embodiment is the light emitting layer 122 from the upper surface of the p-type semiconductor layer 123 as shown in FIG. 9B, similarly to the groove 180 of the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment. It reaches the lower surface of the laser diode and extends in the resonance direction of the laser beam as shown in FIG. 9A. Further, as shown in FIG. 9A, it is the distance from the exit end surface 501 to the portion where the groove 580 is closest to the p electrode 130, rather than the non-injection region length Ln5, which is the distance from the exit end surface 501 to the p electrode 130. The remaining length Lr5 is longer.
  • the semiconductor laser device 500 according to the present embodiment also has the same effect as the semiconductor laser device 100 according to the first embodiment.
  • each groove reaches the substrate 110, but each groove does not have to reach the substrate 110.
  • Each groove may reach at least the lower surface of the light emitting layer 122.
  • one or more grooves are continuously formed in the resonance direction, but one or more grooves may be formed intermittently in the resonance direction.
  • each of the one or more grooves may be separated into a plurality of portions in the resonance direction.
  • the structure of the p-type semiconductor layer 423 of the semiconductor laser device 400 according to the fourth embodiment may be applied to each p-type semiconductor layer of each of the semiconductor laser devices according to the second, third, and fifth embodiments. .. Further, the configuration of the groove 280 of the semiconductor laser device 200 according to the second embodiment may be applied to each of the semiconductor laser devices according to the third to fifth embodiments.
  • the semiconductor laser apparatus of the present disclosure can be applied to a processing apparatus or the like as a high-output and highly efficient light source, for example.

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Abstract

半導体レーザ装置（１００）は、レーザ光を出射する半導体レーザ装置（１００）であって、基板（１１０）と、基板（１１０）の上方に配置されるｎ型半導体層（１２１）と、ｎ型半導体層（１２１）の上方に配置される発光層（１２２）と、発光層（１２２）の上方に配置されるｐ型半導体層（１２３）と、ｐ型半導体層（１２３）の上方に配置される１以上のｐ電極（１３０）とを備え、ｐ型半導体層（１２３）の上面から発光層（１２２）の下面まで到達し、かつ、レーザ光の共振方向に延びる１以上の溝（１８０）が形成されており、レーザ光が出射される出射端面（１０１）から１以上のｐ電極（１３０）までの距離である非注入領域長よりも、出射端面（１０１）から、１以上の溝（１８０）の各々が１以上のｐ電極（１３０）に最も近づく部分までの距離である残し長の方が長い。

Description

半導体レーザ装置
　本開示は、半導体レーザ装置に関する。
　従来、レーザ光が加工用途に使用されており、高出力かつ高効率なレーザ光源が必要とされている。高出力かつ高効率なレーザ光源として、半導体レーザ装置が利用されている。高出力な半導体レーザ装置として、熱源である発光点をアレイ状に分散配置した発光アレイ装置が知られている。このような発光アレイ装置からの複数のレーザ光は、光学系を用いて一つのレーザ光に合成して用いられる。この場合、発光アレイ装置において反りが発生すると、発光点間隔がずれるため、発光アレイ装置からのレーザ光と光学系との結合効率が低下する。これに伴い光源全体としての効率が低下する。
　このような問題を解決するための従来技術の一例として、特許文献１に記載された半導体レーザ装置においては、発光点間にｐ型半導体層及び発光層を分断する溝部を形成している。特許文献１に記載された半導体レーザ装置においては、このような溝部により、半導体層に生じる歪を緩和することで、半導体レーザ装置の反りを抑制しようとしている。
特開２００６－５４２７７号公報
　しかしながら、半導体レーザ装置のレーザ光が出射される出射端面付近に、電流を注入しない非注入領域を形成する場合には、特許文献１に記載されたような溝部を形成することで、発光層の非注入領域における実効的なバンドギャップが低下し、レーザ光の吸収が増大することを本発明者は見出した。このような非注入領域におけるレーザ光の吸収に伴って、いわゆるＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ）が発生し得る。
　本開示は、このような課題を解決するものであり、非注入領域における実効的なバンドギャップの低下を抑制できる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、基板と、前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に配置される発光層と、前記発光層の上方に配置されるｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層の上方に配置される１以上のｐ電極とを備え、前記ｐ型半導体層の上面から前記発光層の下面まで到達し、かつ、前記レーザ光の共振方向に延びる１以上の溝が形成されており、前記レーザ光が出射される出射端面から前記１以上のｐ電極までの距離である非注入領域長よりも、前記出射端面から、前記１以上の溝の各々が前記１以上のｐ電極に最も近づく部分までの距離である残し長の方が長い。
　本開示によれば、非注入領域における実効的なバンドギャップの低下を抑制できる半導体レーザ装置を提供できる。
図１Ａは、従来技術の半導体レーザ装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１Ｂは、従来技術の半導体レーザ装置のｎ型半導体層の幅と、半導体レーザ装置の反りとの関係を示すグラフである。 図２は、従来技術の半導体レーザ装置のＸ線回折を用いた解析結果を示す図である。 図３は、従来技術の半導体レーザ装置の溝幅の割合と、ラマンピーク位置との関係を示すグラフである。 図４は、従来技術の半導体レーザ装置の発光層におけるバンド構造と、圧縮歪との関係を説明する模式図である。 図５Ａは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の全体構成を示す模式的な斜視図である。 図５Ｂは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の一部拡大平面図である。 図５Ｃは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の第１の断面図である。 図５Ｄは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の第２の断面図である。 図５Ｅは、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の第３の断面図である。 図６Ａは、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の全体構成を示す模式的な斜視図である。 図６Ｂは、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の一部拡大平面図である。 図６Ｃは、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の第１の断面図である。 図６Ｄは、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の第２の断面図である。 図７Ａは、実施の形態３に係る半導体レーザ装置の全体構成を示す模式的な斜視図である。 図７Ｂは、実施の形態３に係る半導体レーザ装置の一部拡大平面図である。 図７Ｃは、実施の形態３に係る半導体レーザ装置の第１の断面図である。 図７Ｄは、実施の形態３に係る半導体レーザ装置の第２の断面図である。 図８Ａは、実施の形態４に係る半導体レーザ装置の第１の断面図である。 図８Ｂは、実施の形態４に係る半導体レーザ装置の第２の断面図である。 図９Ａは、実施の形態５に係る半導体レーザ装置の全体構成を示す模式的な平面図である。 図９Ｂは、実施の形態５に係る半導体レーザ装置の第１の断面図である。 図９Ｃは、実施の形態５に係る半導体レーザ装置の第２の断面図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　まず、本開示の実施の形態に先立って、本開示の基礎となった知見について説明する。図１Ａ～図４を用いて説明する。図１Ａは、従来技術の半導体レーザ装置９００の構成を示す模式的な断面図である。
　図１Ａに示されるように、半導体レーザ装置９００は、レーザ光を出射する装置であり、基板９１０と、結晶成長層９２０と、ｐ電極９３０とを備える。半導体レーザ装置９００には、結晶成長層９２０の上面から下面まで到達し、かつ、レーザ光の共振方向に平行な方向に延びる複数の溝９８０が形成されている。隣り合う二つの溝９８０の間には、レーザ光を出射する発光部９９０が形成される。半導体レーザ装置９００の共振方向の長さは２ｍｍ、発光部９９０の配列方向の長さは９ｍｍである。
　基板９１０は、厚さ８０μｍのＧａＮ基板である。
　結晶成長層９２０は、基板９１０の主面に結晶成長させた厚さ３．６μｍ程度の半導体層である。結晶成長層９２０は、ｎ型半導体層９２１と、発光層９２２と、ｐ型半導体層９２３とを有する。
　ｎ型半導体層９２１は、厚さ３μｍのｎ－Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層である。
　発光層９２２は、Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなる厚さ５ｎｍの井戸層とＧａＮからなる厚さ１０ｎｍの障壁層とが交互に積層された量子井戸活性層であり、２層の井戸層を有する。
　ｐ型半導体層９２３は、ｐ－Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなる厚さ３ｎｍの層と、ＧａＮからなる厚さ３ｎｍの層とが交互に１００層ずつ積層された厚さ０．６μｍの超格子層からなるｐ型クラッド層である。
　ｐ電極９３０は、ｐ型半導体層９２３側から順にＰｄ及びＰｔが積層された積層膜である。
　なお、図示しないが、半導体レーザ装置９００は、基板９１０の下面に配置されるｎ電極も備える。
　図１Ａに示されるような半導体レーザ装置９００の溝９８０の幅Ｗｔの割合と、半導体レーザ装置９００の反りとの関係について、図１Ｂを用いて説明する。図１Ｂは、従来技術の半導体レーザ装置９００のｎ型半導体層９２１の幅Ｗｓと、半導体レーザ装置９００の反りとの関係を示すグラフである。図１Ｂに示されるグラフは、実験結果に基づき、同様の実験を３回ずつ行っている。実験において、溝９８０のピッチＤｔは、２２５μｍで一定としている。つまり、溝９８０の幅Ｗｔは、２２５－Ｗｓと表すことができる。図１Ｂにおいて、横軸が２２５μｍである点は、溝９８０の幅が０である場合を示す。この場合における半導体レーザ装置９００の反りは、１８μｍ程度となる。一方、溝９８０が形成される場合（つまり、ｎ型半導体層９２１の幅Ｗｓが、２２５μｍ未満である場合）、半導体レーザ装置９００の反りは、５μｍ以下に抑制される。
　このように、溝９８０を形成することで、半導体レーザ装置９００の反りを大幅に抑制できるが、溝９８０を形成することに起因する半導体レーザ装置９００の特性への影響があることを本発明者は見出した。以下、半導体レーザ装置９００の溝９８０による影響について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、従来技術の半導体レーザ装置９００のＸ線回折（２θ／ω法）を用いた解析結果を示す図である。図２において、横軸は、相対角度を表し、縦軸は、Ｘ線の強度を示す。また、図２において、実線は、溝９８０が形成された半導体レーザ装置９００の解析結果を示し、破線は、溝９８０を形成されていない半導体レーザ装置９００の解析結果を示す。また、一点鎖線は、個片化する前の半導体レーザ装置９００の解析結果を示す。つまり、一点鎖線は、ＧａＮからなるウェハ上に結晶成長層９２０が形成されたものであって、溝９８０が形成されていない積層構造体の解析結果を示す。図２に示される三つの大きなピークのうち、右端のピークがｎ型半導体層９２１のｃ軸方向における結晶格子寸法に対応し、中央付近のピークが基板９１０のｃ軸方向における結晶格子寸法に対応する。
　図２に示されるように、個片化する前の半導体レーザ装置９００（一点鎖線）と、溝９８０が形成性されていない半導体レーザ装置９００（破線）との間には、大きな差はないが、溝９８０が形成された半導体レーザ装置９００においては、Ａｌを含むｎ型半導体層９２１のｃ軸方向における結晶格子寸法に対応するピークが、他の半導体レーザ装置のｎ型半導体層９２１のｃ軸方向における結晶格子寸法に対応するピークと比べて、左側に位置している。つまり、溝９８０が形成された半導体レーザ装置９００においては、ｎ型半導体層９２１のｃ軸方向における結晶格子寸法が拡大している。言い換えると、ｎ型半導体層９２１のａ軸方向における結晶格子寸法が縮小している。
　この場合、Ｉｎを含む発光層９２２は、ａ軸方向においてｎ型半導体層９２１より格子定数が大きいため、より強い圧縮歪を受けると考えられる。ここで、半導体レーザ装置９００の各層における圧縮歪の強度について図３を用いて説明する。図３は、従来技術の半導体レーザ装置９００の溝幅の割合と、ラマンピーク位置との関係を示すグラフである。図３の横軸は、溝幅Ｗｔの割合Ｗｔ／（Ｗｔ＋Ｗｓ）を表し、図３の縦軸は、ラマンピーク位置を示す。
　図３に示されるように、ｎ型半導体層９２１及び発光層９２２において溝幅Ｗｔの割合が大きくなるほどラマンピーク位置を示す波数が大きくなる。つまり、ｎ型半導体層９２１及び発光層９２２において溝幅Ｗｔの割合が大きくなるほど、圧縮歪が大きくなることが分かる。
　ここで、発光層９２２における圧縮歪とバンド構造との関係について、図４を用いて説明する。図４は、従来技術の半導体レーザ装置９００の発光層９２２におけるバンド構造と、圧縮歪との関係を説明する模式図である。図４の模式図（ａ）は、半導体レーザ装置９００において溝９８０を形成していない場合（つまり、発光層９２２に通常の圧縮歪が加わる場合）の発光層９２２付近のバンド構造を示している。また、模式図（ｂ）は、半導体レーザ装置９００において溝９８０を形成した場合の発光層９２２へ加わる圧縮歪が大きくなった場合の発光層９２２付近のバンド構造を示す。模式図（ａ）、（ｂ）において、上側の太線が伝導帯Ｅｃを示し、下方の太線が価電子帯Ｅｖを示す。
　図４の模式図（ａ）に示されるようなバンド構造を有する発光層９２２において、加わる圧縮歪が大きくなると、発光層９２２に加わる分極電界が大きくなるため、図４の模式図（ｂ）に示されるように、バンド構造が変化する。これに伴い、伝導帯に存在する電子が有するエネルギーの最小値と、価電子帯に存在する正孔が有するエネルギーの最大値との間のギャップ、つまり、実効的なバンドギャップは低下する。ここで、実効的なバンドギャップは、例えば、フォトルミネッセンス、又は、発光層９２２における吸収スペクトルがピーク値を取る波長に対応するバンドギャップによって定義される。
　従来技術の半導体レーザ装置９００においては、レーザ光の出射端面とｐ電極９３０の出射端面側の端部との間に、電流を注入しない非注入領域が設けられる場合がある。この場合、非注入領域において、上述したような実効的なバンドギャップの低下が発生すると、非注入領域において光が吸収量が増大する。このように光が吸収されると、発光層９２２の温度が上昇し、さらに実効的なバンドギャップが低下する。これに伴い、さらに、光の吸収量が増大する。このように発光層９２２において光の吸収量の正帰還が発生するため、いわゆるＣＯＤが発生し得る。
　以上のように、非注入領域を有する半導体レーザ装置において、反りを抑制するために溝を形成すると、非注入領域において実効的なバンドギャップが低下することでＣＯＤが発生し得る。
　そこで、本開示では、非注入領域における実効的なバンドギャップの低下を抑制できる半導体レーザ装置を提供する。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、基板と、前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層の上方に配置される発光層と、前記発光層の上方に配置されるｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層の上方に配置される１以上のｐ電極とを備え、前記ｐ型半導体層の上面から前記発光層の下面まで到達し、かつ、前記レーザ光の共振方向に延びる１以上の溝が形成されており、前記レーザ光が出射される出射端面から前記１以上のｐ電極までの距離である非注入領域長よりも、前記出射端面から、前記１以上の溝の各々が前記１以上のｐ電極に最も近づく部分までの距離である残し長の方が長い。
　このように、非注入領域長より、溝の残し長の方が長いため、溝を形成することに起因する非注入領域の実効的なバンドギャップ低下を抑制できる。したがって、非注入領域での光吸収を抑制できるため、ＣＯＤの発生を抑制できる半導体レーザ装置を実現できる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記発光層のうち、前記１以上のｐ電極の直下に位置する注入領域より、前記注入領域と前記出射端面との間に位置する非注入領域の方が、実効的なバンドギャップが大きくてもよい。
　これにより、非注入領域の光吸収を小さくできる。つまり、非注入領域において、いわゆる窓構造を実現できる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記１以上の溝の各々が前記１以上のｐ電極に最も近づく部分から、前記出射端面に向かって、前記１以上の溝の幅は、漸減してもよい。
　溝とｐ電極との間の距離に応じて発光層へ加わる応力が変化し、発光層の屈折率も変化する。このように、発光層における屈折率が光の伝搬方向に沿って急激に変化すると、光の伝搬に乱れが生じる。本開示に係る半導体レーザ装置の一態様においては、溝の幅が漸減することで、発光層の屈折率の変化を緩やかにすることができるため、光の伝搬の乱れを抑制できる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記残し長は、５０μｍ以上であってもよい。
　半導体レーザ装置の出射端面が劈開により形成される場合、各半導体層における歪が大きい方が良好な劈開面が得られることが経験的に知られている。また、本発明者の知見から、溝から１００μｍ程度の領域に歪が維持される領域が形成される。ここで、残し長を５０μｍ以上とし、かつ、劈開面を対称面として二つの対称に配置された半導体レーザ装置を形成する場合、劈開前に、劈開面に対して対称な位置に配置された二つの溝の間の距離は１００μｍ以上となる。したがって、少なくとも劈開前には、劈開面に対して対称に配置された二つの溝の間に、歪が維持されるため、良好な劈開面を得ることができる。これにより、半導体レーザ装置の信頼性を高められる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記残し長は、１００μｍ以上であってもよい。
　半導体レーザ装置の出射端面が劈開により形成される場合、各半導体層における歪が大きい方が良好な劈開面が得られることが経験的に知られている。また、本発明者の知見から、溝から１００μｍ程度の領域に歪が維持される領域が形成される。このため、残し長を１００μｍ以上とすることで、劈開の前だけでなく劈開の後でも劈開面付近に歪を維持できる。したがって、良好な劈開面を実現できるため、半導体レーザ装置の信頼性を高められる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記残し長は、５０μｍ以上、１００μｍ未満であってもよい。
　半導体レーザ装置の出射端面が劈開により形成される場合、各半導体層における歪が大きい方が良好な劈開面が得られることが経験的に知られている。また、本発明者の知見から、溝から１００μｍ程度の領域に歪が維持される領域が形成される。このため、残し長を５０μｍ以上とすることで、劈開の前には劈開面付近に歪が維持され、残し長を１００μｍ未満とすることで、劈開の後には劈開面付近の歪が低減される。したがって、本開示に係る半導体レーザ装置によれば、良好な劈開面と、チップの反り低減とを両立できる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記基板、前記ｎ型半導体層、及び前記発光層は、窒化物半導体を含んでもよい。
　このように、各半導体層において、窒化物半導体を用いる場合、溝の形成によって、発光層の実効的なバンドギャップが変動し得る。しかしながら、本開示に係る半導体レーザ装置によれば、残し長を非注入領域長より長くすることで、非注入領域における実効的なバンドギャップの低下を抑制できる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記１以上のｐ電極は、前記共振方向に垂直な方向に配列された複数のｐ電極を含んでもよい。
　このように、半導体レーザ装置が複数のｐ電極を含むことにより、アレイ型の半導体レーザ装置を実現できる。
　また、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様において、前記１以上の溝は、前記出射端面にまで延びていてもよい。
　このように、半導体レーザ装置において、溝が出射端面まで到達することにより、半導体層に生じる応力を低減できるため、半導体レーザ装置の反りを抑制できる。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る半導体レーザ装置について説明する。
　［１－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る半導体レーザ装置の全体構成について図５Ａ～図５Ｅを用いて説明する。図５Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００の全体構成を示す模式的な斜視図である。図５Ｂは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００の一部拡大平面図である。図５Ｂには、図５Ａの破線枠ＶＢ内が拡大されて示されている。図５Ｃ、図５Ｄ、及び図５Ｅは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００の第１、第２、及び第３の断面図である。図５Ｃ、図５Ｄ、及び図５Ｅには、それぞれ、図５ＢのＶＣ－ＶＣ線、ＶＤ－ＶＤ線、及びＶＥ－ＶＥ線における断面が示されている。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００は、レーザ光を出射する装置であり、図５Ａに示されるように、レーザ光が出射される端面（つまりフロント側の端面）である出射端面１０１と、リア側の端面である反射端面１０２とを有する。半導体レーザ装置１００は、基板１１０と、基板１１０上に配置される結晶成長層１２０とを備える。半導体レーザ装置１００は、図５Ｂ～図５Ｄに示されるように、１以上のｐ電極１３０をさらに備える。また、図５Ａ～図５Ｃに示されるように、半導体レーザ装置１００には、１以上の溝１８０が形成されている。
　基板１１０は、半導体レーザ装置１００の基台である。本実施の形態では、基板１１０は、厚さ８０μｍのＧａＮ基板である。
　結晶成長層１２０は、基板１１０の主面に結晶成長させた半導体層である。結晶成長層１２０は、図５Ｃ～図５Ｅに示されるように、ｎ型半導体層１２１と、発光層１２２と、ｐ型半導体層１２３とを有する。結晶成長層１２０の各層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などにより形成される。
　図５Ａ～図５Ｃに示されるように、結晶成長層１２０には、溝１８０が形成される。これにより、図５Ｃに示されるように、二つの溝１８０の間に発光部１９０が形成される。溝１８０は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法などによって、結晶成長層１２０をエッチングすることによって形成される。なお、本実施の形態では、基板１１０の一部もエッチングされる。
　ｎ型半導体層１２１は、基板１１０の上方に配置されるｎ型の半導体層である。本実施の形態では、ｎ型半導体層１２１は、厚さ３μｍのｎ－Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層を含む。ｎ型半導体層１２１は、ｎ型クラッド層以外の層を含んでもよい。例えば、ｎ型半導体層１２１は、基板１１０とｎ型クラッド層との間に配置されるバッファ層などを含んでもよい。
　発光層１２２は、ｎ型半導体層１２１の上方に配置される層である。本実施の形態では、発光層１２２は、Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなる厚さ５ｎｍの井戸層とＧａＮからなる厚さ１０ｎｍの障壁層とが交互に積層された量子井戸活性層を含み、２層の井戸層を有する。発光層１２２は、量子井戸活性層以外の層を含んでもよい。例えば、発光層１２２は、光ガイド層などを含んでもよい。
　ｐ型半導体層１２３は、発光層１２２の上方に配置されるｐ型の半導体層である。本実施の形態では、ｐ型半導体層１２３は、ｐ－Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなる厚さ３ｎｍの層と、ＧａＮからなる厚さ３ｎｍの層とが交互に１００層ずつ積層された厚さ０．６μｍの超格子層からなるｐ型クラッド層を含む。ｐ型半導体層１２３は、ｐ型クラッド層以外の層を含んでもよい。例えば、ｐ型半導体層１２３は、ｐ型クラッド層とｐ電極１３０との間に配置されるｐ型コンタクト層を含んでもよい。また、図５Ｃ～図５Ｅに示されるように、ｐ型半導体層１２３には、リッジ部１９２が形成される。リッジ部１９２は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法などによって、ｐ型半導体層１２３をエッチングすることによって形成される。
　ｐ電極１３０は、ｐ型半導体層１２３の上方に配置される電極である。本実施の形態では、ｐ電極１３０は、ｐ型半導体層１２３側から順にＰｄ及びＰｔが積層された積層膜である。ｐ電極１３０の幅（つまり、レーザ光の共振方向及び積層方向に垂直な方向の寸法）は、例えば、１６μｍ以上、３０μｍ以下程度である。
　ｐ電極１３０は、図５Ｃ及び図５Ｄに示されるように、ｐ型半導体層１２３のリッジ部１９２上に形成される。また、ｐ電極１３０は、図５Ｂ及び図５Ｅに示されるように、出射端面１０１近傍には配置されない。
　以上のように出射端面１０１からｐ電極１３０までの間に電流が注入されない領域が形成される。これに伴い、発光層１２２には、ｐ電極１３０の直下に位置する注入領域１２２ａ（図５Ｃ及び図５Ｄ参照）と、注入領域１２２ａと出射端面１０１との間に位置する非注入領域１２２ｂ（図５Ｅ参照）とが形成される。以下では、出射端面１０１からｐ電極１３０までの距離を非注入領域長Ｌｎ１と称する。
　また、図示しないが、半導体レーザ装置１００は、基板１１０の下面に配置されたｎ電極をさらに備える。ｎ電極は、例えば、基板１１０側から順にＴｉ、Ｐｔ、及びＡｕが積層された積層膜である。ｐ電極１３０及びｎ電極は、例えば、真空蒸着法などによって形成される。
　［１－２．溝の構成及び作用効果］
　次に、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００に形成される１以上の溝１８０の構成及び効果について、図５Ａ～図５Ｅを用いて詳細に説明する。
　溝１８０は、図５Ｃに示されるように、ｐ型半導体層１２３の上面から発光層１２２の下面まで到達し、かつ、図５Ａ及び図５Ｂに示されるようにレーザ光の共振方向（つまり、出射端面１０１及び反射端面１０２に垂直な方向）に延びる。本実施の形態では、溝１８０は、図５Ｃに示されるように、基板１１０の上面より下方にまで到達する。本実施の形態では、溝１８０と発光層１２２の注入領域１２２ａとの間の距離Ｄｔｓは、１００μｍ以下である。このため、発光層１２２の注入領域１２２ａにおいて、溝１８０に起因する圧縮歪が発生し得る。
　また、図５Ｂに示されるように、出射端面１０１からｐ電極１３０までの距離である非注入領域長Ｌｎ１よりも、出射端面１０１から、溝１８０がｐ電極１３０に最も近づく部分までの距離である残し長Ｌｒ１の方が長い。
　このように、非注入領域長Ｌｎ１より、溝１８０の残し長Ｌｒ１の方が長いため、溝１８０と、発光層１２２の非注入領域１２２ｂとの間の距離を、溝１８０と発光層１２２の注入領域１２２ａとの間の距離（Ｄｔｓ）より大きくすることができる。これにより、溝１８０に起因する非注入領域１２２ｂの圧縮歪を抑制できるため、非注入領域の実効的なバンドギャップ低下を抑制できる。つまり、発光層１２２のうち、ｐ電極１３０の直下に位置する注入領域１２２ａより、注入領域１２２ａと出射端面１０１との間に位置する非注入領域１２２ｂの方が、実効的なバンドギャップが大きい。したがって、非注入領域１２２ｂでの光吸収を抑制できるため、ＣＯＤの発生を抑制できる半導体レーザ装置を実現できる。
　図５Ｂに示される例では、溝１８０がｐ電極１３０に最も近づく部分において、溝１８０とｐ電極１３０との間の距離は最小値Ｄｔｓとなる。また、本実施の形態では、図５Ｂ～図５Ｅに示されるように、出射端面１０１から残し長Ｌｒ１までの領域には、溝１８０は形成されない。これにより、発光層１２２の非注入領域１２２ｂと溝１８０との間の距離をより一層大きくすることができる。したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００では、ＣＯＤの発生をより一層抑制できる。
　また、出射端面１０１が劈開によって形成される場合、出射端面１０１に溝１８０が形成されていると、溝１８０を起点として出射端面１０１に、皺（つまり、線状の凹部及び凸部）が発生し得る。このように出射端面１０１に皺が発生すると、半導体レーザ装置１００の信頼性が低下したり、レーザ光の出射方向のばらつきが大きくなったりする。本実施の形態では、出射端面１０１に溝１８０が形成されないため、出射端面１０１に発生する皺を低減できる。このため、半導体レーザ装置１００の信頼性を高めることができ、かつ、レーザ光の出射方向のばらつきを低減できる。
　なお、本実施の形態において、残し長Ｌｒ１は、５０μｍ以上であってもよい。半導体レーザ装置１００の出射端面が劈開により形成される場合、各半導体層における歪が大きい方が良好な劈開面が得られることが経験的に知られている。また、本発明者の知見から、溝から１００μｍ程度の領域に歪が維持される領域が形成される。ここで、残し長を５０μｍ以上とし、かつ、劈開面を対称面として二つの対称に配置された半導体レーザ装置を形成する場合、劈開前に、劈開面に対して対称な位置に配置された二つの溝の間の距離は１００μｍ以上となる。したがって、少なくとも劈開前には、劈開面に対して対称に配置された二つの溝の間に、歪が維持されるため、良好な劈開面を得ることができる。これにより、半導体レーザ装置の信頼性を高められる。
　また、本実施の形態において、残し長Ｌｒ１は、５０μｍ未満であってもよい。これにより、劈開の前及び劈開の後において、各半導体層における歪を低減できるため、劈開前における半導体レーザ装置１００の反りをより一層低減できる。したがって、劈開前における半導体レーザ装置１００のハンドリング性が向上する。
　また、本実施の形態において、残し長Ｌｒ１は、１００μｍ以上であってもよい。残し長を１００μｍ以上とすることで、劈開の前だけでなく劈開の後でも劈開面付近に歪を維持できる。したがって、良好な劈開面を実現できるため、半導体レーザ装置１００の信頼性を高められる。
　本実施の形態では、残し長Ｌｒ１は、５０μｍ以上、１００μｍ未満であってもよい。このように、残し長を５０μｍ以上とすることで、劈開の前には劈開面付近に歪が維持され、残し長を１００μｍ未満とすることで、劈開の後には劈開面付近の歪が低減される。したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００によれば、良好な劈開面と、チップの反り低減とを両立できる。
　本実施の形態では、基板１１０、ｎ型半導体層１２１、及び発光層１２２は、窒化物半導体を含んでもよい。このように、各半導体層において、窒化物半導体を用いる場合、溝１８０の形成によって、発光層１２２の実効的なバンドギャップが変動し得る。しかしながら、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１００によれば、残し長Ｌｒ１を非注入領域長Ｌｎ１より長くすることで、非注入領域１２２ｂにおける実効的なバンドギャップの低下を抑制できる。
　本実施の形態では、１以上のｐ電極１３０は、共振方向に垂直な方向に配列された複数のｐ電極１３０を含んでもよい。このように、半導体レーザ装置１００が複数のｐ電極１３０を含むことにより、アレイ型の半導体レーザ装置１００を実現できる。これにより、高出力な半導体レーザ装置１００を実現できる。
　なお、以上では、溝１８０などの出射端面１０１側の構成だけを説明したが、反射端面１０２側においても、溝１８０は、同様の構成を有してもよい。つまり、反射端面１０２からｐ電極１３０までの距離である非注入領域長よりも、反射端面１０２から、溝１８０がｐ電極１３０に最も近づく部分までの距離である残し長の方が長くてもよい。溝１８０などのその他の構成についても、反射端面１０２側において、出射端面１０１側と同様の構成であってもよい。
　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る半導体レーザ装置について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、溝の形状において、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ装置について、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００との相違点を中心に図６Ａ～図６Ｄを用いて説明する。
　図６Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置２００の全体構成を示す模式的な斜視図である。図６Ｂは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置２００の一部拡大平面図である。図６Ｂには、図６Ａの破線枠ＶＩＢ内が拡大されて示されている。図６Ｃ及び図６Ｄは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ装置２００の第１及び第２の断面図である。図６Ｃ及び図６Ｄには、それぞれ、図６ＢのＶＩＣ－ＶＩＣ線及びＶＩＤ－ＶＩＤ線における断面が示されている。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置２００は、レーザ光を出射する装置であり、図６Ａに示されるように、レーザ光が出射される端面である出射端面２０１と、リア側の端面である反射端面２０２とを有する。半導体レーザ装置２００は、基板１１０と、基板１１０上に配置される結晶成長層１２０とを備える。半導体レーザ装置２００は、図６Ｃ及び図６Ｄに示されるように、１以上のｐ電極１３０をさらに備える。また、図６Ａ～図６Ｃに示されるように、半導体レーザ装置２００には、１以上の溝２８０が形成されている。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置２００の１以上の溝２８０は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００の溝１８０と同様に、図６Ｃに示されるようにｐ型半導体層１２３の上面から発光層１２２の下面まで到達し、かつ、図６Ａ及び図６Ｂに示されるようにレーザ光の共振方向に延びる。また、図６Ｂに示されるように、出射端面２０１からｐ電極１３０までの距離である非注入領域長Ｌｎ２よりも、出射端面２０１から、溝２８０がｐ電極１３０に最も近づく部分までの距離である残し長Ｌｒ２の方が長い。
　本実施の形態では、図６Ｂに示されるように、溝２８０がｐ電極１３０に最も近づく部分から、出射端面２０１に向かって、溝２８０の幅は、漸減する。つまり、溝２８０のｐ電極１３０に近い端縁は、ｐ電極１３０との間の距離が最小値Ｄｔｓである部分から出射端面２０１に近づくにしたがって、徐々にｐ電極１３０から遠ざかる。さらに言い換えると、溝２８０のｐ電極１３０に近い端縁は、ｐ電極１３０との間の距離が最小値Ｄｔｓである部分から出射端面２０１までの間において、レーザ光の共振方向に対して傾斜する。
　溝２８０とｐ電極１３０との間の距離に応じて発光層１２２へ加わる応力が変化し、発光層１２２の屈折率も変化する。このように、発光層１２２における屈折率が光の伝搬方向（つまり、レーザ光の共振方向）に沿って急激に変化すると、光の伝搬に乱れが生じる。本実施の形態に係る半導体レーザ装置２００においては、溝２８０の幅が漸減することで、発光層１２２の屈折率の変化を緩やかにすることができるため、光の伝搬の乱れを抑制できる。
　なお、図６Ｂに示される例では、溝２８０のｐ電極１３０に近い端縁は、基板１１０の平面視において、曲線状の形状を有するが、端縁の形状はこれに限定されない。例えば、端縁は、基板１１０の平面視において、ステップ状の形状を有してもよいし、共振方向に対して傾斜した直線状の形状を有してもよい。つまり、溝２８０の幅は、ステップ状に減少してもよいし、線形に減少してもよい。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る半導体レーザ装置について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、溝が出射端面まで到達する点において、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ装置について、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００との相違点を中心に図７Ａ～図７Ｄを用いて説明する。
　図７Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置３００の全体構成を示す模式的な斜視図である。図７Ｂは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置３００の一部拡大平面図である。図７Ｂには、図７Ａの破線枠ＶＩＩＢ内が拡大されて示されている。図７Ｃ及び図７Ｄは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ装置３００の第１及び第２の断面図である。図７Ｃ及び図７Ｄには、それぞれ、図７ＢのＶＩＩＣ－ＶＩＩＣ線及びＶＩＩＤ－ＶＩＩＤ線における断面が示されている。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置３００は、レーザ光を出射する装置であり、図７Ａに示されるように、レーザ光が出射される端面である出射端面３０１と、リア側の端面である反射端面３０２とを有する。半導体レーザ装置３００は、基板１１０と、基板１１０上に配置される結晶成長層１２０とを備える。半導体レーザ装置３００は、図７Ｃ及び図７Ｄに示されるように、１以上のｐ電極１３０をさらに備える。また、図７Ａ～図７Ｃに示されるように、半導体レーザ装置３００には、１以上の溝３８０が形成されている。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置３００の１以上の溝３８０は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００の溝１８０と同様に、図７Ｃに示されるようにｐ型半導体層１２３の上面から発光層１２２の下面まで到達し、かつ、図７Ａ及び図７Ｂに示されるようにレーザ光の共振方向に延びる。また、図７Ｂに示されるように、出射端面３０１からｐ電極１３０までの距離である非注入領域長Ｌｎ３よりも、出射端面３０１から、溝３８０がｐ電極１３０に最も近づく部分までの距離である残し長Ｌｒ３の方が長い。
　本実施の形態では、図７Ｂに示されるように、溝３８０は、出射端面３０１にまで延びている。つまり、溝３８０の残し長Ｌｒ３の部分にも溝３８０が形成されている。ただし、溝３８０の残し長Ｌｒ３の部分においては、溝３８０からｐ電極１３０までの距離が、溝３８０からｐ電極１３０までの距離の最小値Ｄｔｓより大きい。このため、溝３８０の残し長Ｌｒ３の部分に起因する発光層１２２の非注入領域１２２ｂの実効的なバンドギャップの低下を抑制できる。したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ装置３００においても、ＣＯＤの発生を抑制できる。
　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る半導体レーザ装置について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、ｐ型半導体層の構造において、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ装置について、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００との相違点を中心に図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。
　図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ装置４００の第１及び第２の断面図である。図８Ａ及び図８Ｂには、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ装置４００の断面であって、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００の図５Ｃ及び図５Ｄに示される断面と同様の位置における断面が示されている。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置４００は、基板１１０と、基板１１０上に配置される結晶成長層４２０とを備える。半導体レーザ装置４００は、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、１以上のｐ電極１３０をさらに備える。また、図８Ａに示されるように、半導体レーザ装置４００には、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００と同様に１以上の溝１８０が形成されている。これにより、二つの溝１８０の間に発光部４９０が形成される。
　本実施の形態では、結晶成長層４２０は、ｎ型半導体層１２１と、発光層１２２と、ｐ型半導体層４２３とを有する。本実施の形態に係るｎ型半導体層１２１及び発光層１２２は、それぞれ、実施の形態１に係るｎ型半導体層１２１及び発光層１２２と同様の構成を有する。
　本実施の形態に係るｐ型半導体層４２３は、発光層１２２の上方に配置されるｐ型の半導体層であり、リッジ部４９２と、リッジ部４９２に沿って、リッジ部４９２の両側方に配置される側方部４９４とを有する。リッジ部４９２と、側方部４９４とは、ｐ型半導体層４２３に、レーザ光の共振方向に延びる一対の凹部４８２を形成することによって、形成される。凹部４８２は、例えば、ウェットエッチング法、又は、ドライエッチング法などによって形成される。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置４００においても、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００と同様の効果が奏される。
　また、一般に、半導体レーザ装置において、電流が、ｐ電極から結晶成長層の側壁を介して基板に至る、いわゆる側壁リークが発生する場合がある。しかしながら、本実施の形態に係る半導体レーザ装置４００によれば、側方部４９４を有することで、ｐ電極１３０から結晶成長層４２０の側壁に至る経路の電気抵抗を増大させることができるため、側壁リークを抑制できる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置４００によれば、半導体レーザ装置４００のｐ電極１３０を実装基板などに実装する際に、リッジ部４９２に加わる力を、側方部４９４に分散させることができる。このため、リッジ部４９２が破損することを抑制できる。
　（実施の形態５）
　実施の形態５に係る半導体レーザ装置について説明する。本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、単一のｐ電極を備える点において、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００と相違する。以下、本実施の形態に係る半導体レーザ装置について、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００との相違点を中心に図９Ａ～図９Ｃを用いて説明する。
　図９Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置５００の全体構成を示す模式的な平面図である。図９Ｂ及び図９Ｃは、それぞれ、本実施の形態に係る半導体レーザ装置５００の第１及び第２の断面図である。図９Ｂ及び図９Ｃには、それぞれ、図９ＡのＩＸＢ－ＩＸＢ線及びＩＸＣ－ＩＸＣ線における断面が示されている。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置９００は、レーザ光を出射する装置であり、図９Ａに示されるように、レーザ光が出射される端面である出射端面５０１と、リア側の端面である反射端面５０２とを有する。半導体レーザ装置５００は、図９Ｂ及び図９Ｃに示されるように、基板１１０と、基板１１０上に配置される結晶成長層１２０とを備える。半導体レーザ装置５００は、単一のｐ電極１３０をさらに備える。また、図９Ｂに示されるように、半導体レーザ装置５００には、二つの溝５８０が形成されている。これにより、二つの溝５８０の間に発光部１９０が形成される。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置５００の溝５８０は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００の溝１８０と同様に、図９Ｂに示されるようにｐ型半導体層１２３の上面から発光層１２２の下面まで到達し、かつ、図９Ａに示されるようにレーザ光の共振方向に延びる。また、図９Ａに示されるように、出射端面５０１からｐ電極１３０までの距離である非注入領域長Ｌｎ５よりも、出射端面５０１から、溝５８０がｐ電極１３０に最も近づく部分までの距離である残し長Ｌｒ５の方が長い。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置５００においても、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１００と同様の効果が奏される。
　（変形例など）
　以上、本開示に係る半導体レーザ装置などについて、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記各実施の形態に係る各半導体レーザ装置においては、各溝は、基板１１０まで到達したが、各溝は、基板１１０まで到達しなくてもよい。各溝は、少なくとも発光層１２２の下面まで到達すればよい。
　また、上記各実施の形態において、１以上の溝は、共振方向に連続的に形成されたが、１以上の溝は、共振方向に断続的に形成されてもよい。例えば、１以上の溝の各々は、共振方向において複数の部分に分離されていてもよい。
　また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　例えば、上記実施の形態４に係る半導体レーザ装置４００のｐ型半導体層４２３の構造を、実施の形態２、３、及び５に係る各半導体レーザ装置の各ｐ型半導体層に適用してもよい。また、実施の形態２に係る半導体レーザ装置２００の溝２８０の構成を、実施の形態３～５に係る各半導体レーザ装置の各に適用してもよい。
　本開示の半導体レーザ装置は、例えば、高出力かつ高効率な光源として加工装置などに適用できる。
　１００、２００、３００、４００、５００、９００　半導体レーザ装置
　１０１、２０１、３０１、５０１　出射端面
　１０２、２０２、３０２、５０２　反射端面
　１１０、９１０　基板
　１２０、４２０、９２０　結晶成長層
　１２１、９２１　ｎ型半導体層
　１２２、９２２　発光層
　１２２ａ　注入領域
　１２２ｂ　非注入領域
　１２３、４２３、９２３　ｐ型半導体層
　１３０、９３０　ｐ電極
　１８０、２８０、３８０、５８０、９８０　溝
　１９０、４９０、９９０　発光部
　１９２、４９２　リッジ部
　４８２　凹部
　４９４　側方部

Claims (9)

  1. 　レーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、
    　基板と、
    　前記基板の上方に配置されるｎ型半導体層と、
    　前記ｎ型半導体層の上方に配置される発光層と、
    　前記発光層の上方に配置されるｐ型半導体層と、
    　前記ｐ型半導体層の上方に配置される１以上のｐ電極とを備え、
    　前記ｐ型半導体層の上面から前記発光層の下面まで到達し、かつ、前記レーザ光の共振方向に延びる１以上の溝が形成されており、
    　前記レーザ光が出射される出射端面から前記１以上のｐ電極までの距離である非注入領域長よりも、前記出射端面から、前記１以上の溝の各々が前記１以上のｐ電極に最も近づく部分までの距離である残し長の方が長い
    　半導体レーザ装置。
  2. 　前記発光層のうち、前記１以上のｐ電極の直下に位置する注入領域より、前記注入領域と前記出射端面との間に位置する非注入領域の方が、実効的なバンドギャップが大きい
    　請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 　前記１以上の溝の各々が前記１以上のｐ電極に最も近づく部分から、前記出射端面に向かって、前記１以上の溝の幅は、漸減する
    　請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
  4. 　前記残し長は、５０μｍ以上である
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  5. 　前記残し長は、１００μｍ以上である
    　請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  6. 　前記残し長は、１００μｍ未満である
    　請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  7. 　前記基板、前記ｎ型半導体層、及び前記発光層は、窒化物半導体を含む
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  8. 　前記１以上のｐ電極は、前記共振方向に垂直な方向に配列された複数のｐ電極を含む
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  9. 　前記１以上の溝は、前記出射端面にまで延びている
    　請求項８に記載の半導体レーザ装置。
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