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Patent Searching and Data


Title:
SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/060802
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a semiconductor laser element, which suppresses heat generated on a resonator end surface to minimum, improves a COD level, has an excellent FFP shape, high reliability and a long service life, even the semiconductor laser element is of high power. The semiconductor laser element has a laminated body, which is composed of a first conductivity type semiconductor layer, an active layer and a second conductivity type semiconductor layer. The semiconductor laser element also has a second embedding layer composed of an insulator with a stripe-shaped groove section, which is brought into contact with the second conductivity type semiconductor layer and is parallel to the resonator direction. A first embedding layer made of a dielectric material is embedded on the resonator end side of the groove section, and a conductive layer is embedded inside the groove section.

Inventors:
SONOBE, Shinya (491-100 Oka, Kaminaka-cho, Anan-sh, Tokushima 01, 7748601, JP)
園部 真也 (〒01 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化学工業株式会社内 Tokushima, 7748601, JP)
Application Number:
JP2008/069914
Publication Date:
May 14, 2009
Filing Date:
October 31, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NICHIA CORPORATION (491-100, Oka Kaminaka-cho, Anan-sh, Tokushima 01, 7748601, JP)
日亜化学工業株式会社 (〒01 徳島県阿南市上中町岡491番地100 Tokushima, 7748601, JP)
SONOBE, Shinya (491-100 Oka, Kaminaka-cho, Anan-sh, Tokushima 01, 7748601, JP)
International Classes:
H01S5/22
Foreign References:
JP2004146527A2004-05-20
JP2002164617A2002-06-07
JP2006041491A2006-02-09
JP2000068593A2000-03-03
JP2007184644A2007-07-19
JP2003264335A2003-09-19
JP2006041491A2006-02-09
JP2007129236A2007-05-24
JP2005175056A2005-06-30
JP2004158500A2004-06-03
JP2003332244A2003-11-21
Other References:
See also references of EP 2224558A4
Attorney, Agent or Firm:
ONO, Yukio et al. (SHINJYU GLOBAL IP, South Forest Bldg.1-4-19, Minamimori-machi,Kita-ku, Osaka-shi, Osaka 54, 5300054, JP)
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Claims:
 第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層からなる積層体と、
 前記第2導電型半導体層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有し、絶縁体からなる第2埋込層とを有し、
 前記溝部の共振器端面側に誘電体からなる第1埋込層が埋め込まれており、前記溝部の内側に導電層が埋め込まれていることを特徴とする半導体レーザ素子。
 前記第1埋込層と前記第2埋込層とは異なる材料で形成されてなる請求項1に記載の半導体レーザ素子。
 前記第1埋込層は、第2埋込層の屈折率a以上及び/又は活性層の屈折率dより小さい屈折率cを有する請求項1又は2に記載の半導体レーザ素子。
 前記導電層は、第2埋込層の屈折率aより大きく及び/又は活性層の屈折率dより小さい屈折率bを有する請求項1から3のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 前記第1埋込層は、ZrO 2 、SiO 2 、Al 2 O 3 、Nb 2 O 3 、TiO 2 、Ta 2 O 5 、AlN及びSiNからなる群から選択される材料により形成されてなる請求項1から4のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 前記第1埋込層は、前記導電層の屈折率±1の範囲の屈折率を有する請求項1から5のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 前記第2埋込層は、活性層及び導電層よりも屈折率が小さい材料からなる請求項1から6のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 さらに、前記第1導電型層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する第2の第2埋込層を有し、前記溝部の共振器端面側に第1埋込層が埋め込まれており、前記溝部の内側に導電層が埋め込まれてなる請求項1から7のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型半導体層からなり、共振器を備えた積層体と、
 前記第2導電型半導体層上に接触して設けられたストライプ状の導電層と、
 前記第2導電型半導体層上に接触し、前記導電層の延長線上に配置され、前記導電層の屈折率以下の屈折率を有する第1埋込層とを有することを特徴とする半導体レーザ素子。
 さらに、前記第2導電型半導体層上に接触し、前記導電層に沿って両側に配置された絶縁性の材料で形成されてなる第2埋込層を有する請求項9に記載の半導体レーザ素子。
 前記第1埋込層は、前記導電層と分離して配置されてなる請求項9又は10に記載の半導体レーザ素子。
 前記導電層及び第1埋込層は、同じ材料で形成され、前記導電層と第1埋込層との間に、絶縁性の材料で形成された第2埋込層が配置されてなる請求項11に記載の半導体レーザ素子。
 前記第1埋込層は、前記導電層と屈折率が異なり、前記導電層と接触して、共振器面側に配置されてなる請求項9又は10に記載の半導体レーザ素子。
 前記第1埋込層の一端面が、共振器端面まで形成されている請求項9から13のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 前記導電層は、導電性酸化物で形成されてなる請求項9から14のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 前記導電層及び第1埋込層は、前記第2埋込層よりも大きく、前記活性層よりも小さい屈折率を有する請求項9から15のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 前記第2埋込層は、SiO 2 、Ga 2 O 3 、Al 2 O 3 、ZrO 2 、SiN、AlN及びAlGaNからなる群から選択される材料により形成されてなる請求項1から16のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
 発振波長が440nm以上である請求項1から17のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
Description:
半導体レーザ素子

 本発明は、半導体レーザ素子に関し、よ 詳細には、電流阻止層によって光を閉じ込 る構造を有する半導体レーザ素子に関する

 従来から、例えば、In x Al y Ga 1-x-y N(0≦x、0≦y、0≦x+y≦1)の化合物半導体からな る青紫色の半導体レーザにおいて、活性層で の垂直方向の光の閉じ込め係数を十分に大き くするために、クラッド層のAlの組成を大き する方法が検討されてきた。しかし、Alの 成が大きくなると、基板及び他の化合物半 体層との格子不整合によって、Al含有層に歪 が内在し、クラックが発生するなどの問題が 生じていた。
 これに対して、ストライプ状の溝を有する 流阻止層とクラッド層として機能する透明 極又は金属層とを活性層の上部に配置する とにより、化合物半導体層の成長時間を短 させ、化合物半導体層を薄膜化し、Al含有 内におけるクラックの発生を低減し得る半 体レーザ素子が提案されている(例えば、特 文献1及び2)。

特開2006-41491号

特開2007-129236号公報

 しかし、この半導体レーザ素子では、電流 止層上に形成された透明電極等は、共振器 面にまで及んでいるために、劈開性及び配 性を向上させる工夫がなされてはいるが、 明電極を伴った劈開により共振器面の作製 困難になるという課題がある。
 このような透明電極によって共振器端面に で電流が注入されると、共振器端面付近に が発生し、特に高出力化の素子では発熱が 著になるため、CODレベルの低下が懸念され 。
 また、共振器面の作製及びCODレベルの向上 ために、透明電極を共振器端面から離間さ て形成すると、共振器端面付近の垂直方向 光閉じ込め係数が変わるので、共振器方向 おいて屈折率分布が変化し、垂直方向のFFP( Far Field Pattern:ファーフィールドパターン)が 乱れる。

 本発明は上記課題に鑑みなされたもので り、高出力の半導体レーザ素子においても 共振器端面での発熱を最小限にとどめて、C ODレベルを向上させることができるとともに 良好なFFP形状を得ることができ、信頼性が く、長寿命の半導体レーザ素子を提供する とを目的とする。

 本発明の半導体レーザ素子は、
 第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型 導体層からなる積層体と、
 前記第2導電型半導体層に接触して共振器方 向に平行なストライプ状の溝部を有し、絶縁 体からなる第2埋込層とを有し、
 前記溝部の共振器端面側に誘電体からなる 1埋込層が埋め込まれており、前記溝部の内 側に導電層が埋め込まれていることを特徴と する。

 また、本発明の別の半導体レーザ素子は、
 第1導電型半導体層、活性層及び第2導電型 導体層からなり、共振器を備えた積層体と
 前記第2導電型半導体層上に接触して設けら れたストライプ状の導電層と、
 前記第2導電型半導体層上に接触し、前記導 電層の延長線上に配置され、前記導電層の屈 折率以下の屈折率を有する第1埋込層とを有 ることを特徴とする。

 本発明の半導体レーザ素子によれば、高 力の半導体レーザ素子においても、共振器 面での発熱を最小限にとどめることができ CODレベルを向上させることができるととも 、良好なFFPを得ることができ、信頼性が高 、長寿命の半導体レーザ素子を提供するこ が可能となる。

 本発明の半導体レーザ素子は、第1導電型 半導体層、活性層及び第2導電型半導体層か なる積層体によって構成される。

 第1及び第2導電型半導体層は、特に限定さ ないが、化合物半導体、さらに窒化物半導 、特に、一般式がIn x Al y Ga 1-x-y N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で示されるもの 好ましい。これに加えて、III族元素としてB が一部に置換されたものを用いてもよいし、 V族元素としてNの一部をP、Asで置換されたも を用いてもよい。第1導電型及び第2導電型 、いずれか一方がn型、他方がp型を意味する 。n型半導体層は、n型不純物として、Si、Ge、 Sn、S、O、Ti、Zr、CdなどのIV族元素又はVI族元 等を1種類以上含有していてもよい。また、 p型半導体層は、p型不純物として、Mg、Zn、Be Mn、Ca、Sr等を含有している。不純物は、例 ば、5×10 16 /cm 3 ~1×10 21 /cm 3 程度の濃度範囲で含有されていることが好ま しい。なお、第1導電型半導体層及び第2導電 半導体層を構成する半導体層の全てが必ず も不純物を含有していなくてもよい。

 第1及び/又は第2導電型半導体層は、光ガ ド層を有していることが好ましく、さらに れらの光ガイド層が活性層を挟んだ構造で るSCH(Separate Confinement Heterostructure)構造とす ることが好ましい。第1及び第2導電型半導体 の光ガイド層は、互いに組成及び/又は膜厚 が異なる構造であってもよい。

 例えば、第1導電型半導体層(以下、「n型 導体層又はn側半導体層」と記すことがある )、活性層、第2導電型半導体層(以下、「p型 導体層又はp側半導体層」と記すことがある) は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互 いに異なる2層からなる超格子構造を備えて てもよい。また、これらの層に組成傾斜層 濃度傾斜層を備えたものであってもよい。

 n型半導体層は、組成及び/又は不純物濃度 異なる2層以上の構造であってもよい。
 例えば、第1のn型半導体層は、In x Al y Ga 1-x-y N(0≦x<1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)によって形成す ることができ、好ましくはAl x Ga 1-x N(0≦x≦0.5)、さらに好ましくはAl x Ga 1-x N(0<x≦0.3)によって形成することができる。 具体的な成長条件としては、反応炉内での成 長温度を900℃以上で形成することが好ましい 。また、第1のn型半導体層はクラッド層とし 機能させることができる。膜厚は0.5~5μm程 が適当である。なお、後述するように、n型 導体層側に低屈折率の導電性酸化膜を設け 場合は、第1のn型半導体層は省略可能であ 。
 第2のn型半導体層は、光ガイド層として機 させることができ、In x Al y Ga 1-x-y N(0≦x<1、0≦y<1、0≦x+y≦1)によって形成 ることができる。膜厚は0.1~5μmが適当である 。第2のn型半導体層は省略可能である。
 n型半導体層の層間に、単数又は複数の半導 体層を追加形成してもよい。

 活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子 戸構造のいずれでもよい。井戸層は、少な ともInを含有している一般式In x Al y Ga 1-x-y N(0≦x≦1、0≦y<1、0≦x+y≦1)を有することが 好ましい。In含有量を高くすることで長波域 発光が可能となり、Al含有量を高くするこ で紫外域の発光が可能となり、300nm~650nm程度 の波長域での発光が可能である。特に、発振 波長が440nm以上のものに有効である。活性層 量子井戸構造で形成することにより、発光 率を向上させることができる。

 活性層上にはp型半導体層が積層されている 。組成及び/又は不純物濃度が異なる2層以上 構造であってもよい。
 第1のp型半導体層は、p型不純物を含有したA l x Ga 1-x N(0≦x≦0.5)によって形成することができる。 1のp型半導体層はp側電子閉じ込め層として 能する。
 第2のp型半導体層は、光ガイド層として機 させることができ、In x Al y Ga 1-x-y N(0≦x<1、0≦y<1、0≦x+y≦1)によって形成 ることができる。
 ただし、第1のp側半導体層、第2のp側半導体 層は省略可能である。

 第2のp型半導体層の上に、クラッド層とし 機能するp型不純物を含有したAl x Ga 1-x N(0≦x≦0.5)又はGaNとAlGaNとからなる超格子層 形成することができるが、この層は省略し もよい。この層を省略することにより、活 層成長後のp側半導体層の成長時間を省略す ことができる。また、一般に、p側半導体層 を低抵抗化させるため、p側半導体層は、n側 導体層又は活性層よりも高温で積層するこ が好ましい。しかし、p側半導体層を高温で 成長させると、In混晶比の高い活性層は分解 ることがある。従って、この層を省略する とにより、p側半導体層を高温で成長させる ことによる活性層へのダメージ等を軽減させ ることができる。さらに、高抵抗であるp側 導体層の積層数を低減させることができる め、動作電圧を低減することができる。

 第3のp型半導体層は、p型不純物を含有したA l x Ga 1-x N(0≦x≦1)で形成することができる。
 これらの半導体層にはInを混晶させてもよ 。各層の膜厚は、3nm~5μm程度が適当である。
 なお、p型半導体層の層間に、単数又は複数 の半導体層を追加形成してもよい。

 440nm以上の比較的長波長の半導体レーザ おいては、十分な屈折率差を設けるためにp 及び/又はn側のクラッド層においてAl混晶を 高くする必要がある。また、380nm以下の紫外 域の光を発振する半導体レーザでは、Al混 の高い層を形成することによって光の吸収 防止することができる。しかし、Al混晶の高 い層を形成すると、半導体層にクラックが発 生しやすい。従って、クラッド層を省略する ことにより、クラックを低減した信頼性の高 い長波長の半導体レーザを実現できる。

 半導体層の成長方法は、特に限定されな が、MOVPE(有機金属気相成長法)、MOCVD(有機金 属化学気相成長法)、HVPE(ハイドライド気相成 長法)、MBE(分子線エピタキシー法)など、窒化 物半導体の成長方法として知られている全て の方法を用いることができる。特に、MOCVDは 減圧~大気圧の条件で、結晶性良く成長させ ることができるので好ましい。

 本発明の半導体レーザ素子の一実施形態 は、図1に示すように、p型半導体層に接触 て、つまり、p型半導体層の上に、第2埋込層 が形成されている。第2埋込層は、通常、絶 体によって形成されており、電流阻止層と て機能する(以下、第2埋込を電流阻止層と記 すことがある)。第2埋込層は、通常、活性層 平行な層として形成されていることが好ま い。第2埋込層はストライプ状の溝部を有し ており、その溝部は、共振器方向に平行に延 設されている。溝部は、共振器端面の内側で 終端していてもよいが、共振器端面に至り、 開放状態であることが好ましい。ただし、図 6(a)に示すように、第2埋込層が、後述する第1 埋込層と同じ材料で形成される場合には、必 ずしも開放端となっておらず、溝部の共振器 端面までの延長線上であって、第2埋込層の 振器端面近傍(図6中、A)において、第1埋込層 として、第2埋込層の一部が配置していても い。

 溝部の幅は、例えば、0.3~50μm程度、シン ルモードレーザを作製する場合には、好ま くは1~5μm程度が挙げられる。第2埋込層の共 振器方向の端面は、共振器端面と必ずしも厳 密に一致していなくてもよいが、一致してい ることが好ましい。第2埋込層の共振器方向 外の端面は、積層体の端面と一致していて よいが、積層体端面の内側に配置されてい ことが好ましい。第2埋込層における溝部の 面は、半導体層と接触している。つまり、 の溝部の深さは、第2埋込層の膜厚に相当す る。

 第2埋込層は、半導体層(例えば、GaNの屈折 :約2.5)、特に、活性層(例えば、InAlGaNの屈折 :約2.1~3.5)及び後述する導電層よりも屈折率a が小さいことが適している。このような屈折 率を有することにより、導波路での光の閉じ 込めを確実に行うことができる。
 あるいは、半導体レーザ素子の駆動電圧以 の障壁を有する材料からなることが適して る。ここで、駆動電圧以上の障壁を有する は、半導体の絶縁性を保つことができるこ を意味する。このような障壁を有すること より、安定で良好な電気特性を示し、長寿 の半導体レーザを期待することができる。

 第2埋込層は、例えば、酸化物及び窒化物、 具体的には、SiO 2 (屈折率:約1.5)、Ga 2 O 3 、Al 2 O 3 、ZrO 2 、SiN、AlN及びAlGaNからなる群、さらにi型の半 導体層を含む群から選択される絶縁性の材料 により形成することができる。膜厚は特に限 定されず、例えば、0.05~5μm程度が挙げられる 。第2埋込層は、単層であってもよいし、多 であってもよい。

 また、第2埋込層は、p型半導体層に代えてn 半導体層に接触して、あるいは、p型半導体 層及びn型半導体層にそれぞれ接触して、上 と同様に形成してもよい。この場合、溝部 後述する第1埋込層及び導電層も、通常、同 に形成される。
 なお、本明細書においては、屈折率とは、 長445nmにおける値を意味し、通常、屈折率 、エリプソメーターによって測定された値 指す。

 第2埋込層は、当該分野で公知の方法によ って形成することができる。例えば、蒸着法 、スパッタ法、反応性スパッタ法、ECRプラズ マスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イ オンビームアシスト蒸着法、イオンプレーテ ィング法、レーザアブレーション法、CVD法、 スプレー法、スピンコート法、ディップ法又 はこれらの方法の2種以上を組み合わせる方 、あるいはこれらの方法と酸化処理(熱処理) とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用 することができる。

 第2埋込層の成膜条件としては、第2埋込層( えば、SiO 2 )を成膜する際に、ターゲットとして酸化ケ 素又はケイ素を用いたスパッタ法等が挙げ れる。この際、アルゴンガス、アルゴンガ と酸素ガスの混合ガス等を適宜用いること できる。また、スパッタガスとして酸素分 の小さい又はゼロのガスから、酸素分圧の きいガスに切り替える方法、成膜レートを 下させる方法、RFパワーを増加させる方法、 あるいはターゲットと基板との距離を変化さ せる方法、圧力を低下させる方法等によって 成膜する方法が挙げられる。さらに、スパッ タ法で保護膜を形成する際、基板の温度を上 昇または低下させる方法を用いてもよい。こ の後、任意に熱処理を行ってもよい。 

 また、少なくとも第2埋込層の溝部を埋め 込むように、導電層が形成されている。この 導電層は、図1(a)~(d)に示すように第2埋込層の 上にわたって形成されていてもよいし、図5(c )及び(c’)に示すように溝部内のみに埋め込 れていてもよい。この導電層は、共振器方 の端面が、活性層における共振器端面より 側に配置されている(図5(b’)~(d’)の11参照) つまり、共振器方向の端面が、活性層にお る共振器端面と離間している。これにより 導電層が半導体層の積層体の劈開に影響を ぼさず、意図する方向に確実に劈開を行っ 、良好な共振器端面を得ることが可能とな 。良好な共振器端面を得るためには、対向 る一対の端面のうち少なくとも片方におい 、導電層が共振器端面から離間して形成さ ていればよいが、両方の端面が離間してい ことが好ましい。その距離は、特に限定さ ないが、例えば、共振器長が400~1500μm程度の 場合には、その0.001~10%程度の長さ、具体的に は、0.1~10μm程度の長さ内側に配置しているこ とが適している。導電層の共振器方向以外の 端面は、積層体の端面と一致していてもよい が、積層体端面の内側に配置されていること が好ましい。

 導電層は、第2導電型半導体層と溝内で接 触しており、オーミック電極として機能する 。また、第2埋込層の溝部に埋め込まれた導 層は、第2埋込層と導電層との屈折率差によ 、所望のレーザの導波路内に光を閉じ込め クラッド層として機能する。

 導電層は、例えば、第2埋込層の屈折率aよ 大きいか、活性層の屈折率dより小さい屈折 bを有するか、あるいはその双方を満足する ことが好ましい。
 導電層は、例えば、導電性酸化物層により 成することができる。また、亜鉛(Zn)、イン ジウム(In)、スズ(Sn)及びマグネシウム(Mg)から なる群から選択された少なくとも1種の元素 含む層により形成することができる。具体 にはZnO(屈折率:約1.95)、In 2 O 3 、SnO 2 、ATO、ITO(InとSnとの複合酸化物)、MgO等が挙げ られる。なかでも、ITO(屈折率:約2.0)が好まし い。

 導電層を透光性材料で形成する場合には、 反射率の金属材料を用いる場合と比較して 導電層による光吸収について考慮する必要 ある。吸収を抑制するためには、膜質のよ ものを形成することが必要であり、透過率 高いものが膜質がよいとされている。その め、この導電層は、可視光のみならず、例 ば、波長360nm~650nmの波長の光を吸収するこ なく、効率よく、例えば、透過率が90%以上 あるいは85%以上、80%以上で光を透過させる とができるものであることが好ましい。こ により、意図する波長の半導体レーザ素子 電極として利用することができる。さらに 導電層は、例えば、比抵抗が1×10 -2 ωcm以下、好ましくは1×10 -3 ~1×10 -5 ωcm程度であることが好ましい。これにより 電極として有効に利用することができる。
 導電層の膜厚は、特に限定されるものでは く、用いる材料、第2埋込層の膜厚等によっ て適宜調整することができる。例えば、0.1~4. 0μm程度が挙げられる。

 導電層は、例えば、図5(a)に示したように 、半導体の積層体14上の全面に形成(図5(a)中 11)し、フォトリソグラフィ及びエッチング 程等の通常の方法を利用して、所望の形状 パターニングすることにより形成すること できる(図5(b)及び(b’)、図4(c)及び(c’)又は 6(b)参照)。また、半導体層に予めマスク層を 形成し、その上に導電層を形成してリフトオ フ法を利用して形成してもよい。

 導電層は、当該分野で公知の方法によっ 形成することができる。例えば、スパッタ 、イオンビームアシスト蒸着法、イオン注 法、イオンプレーティング法、レーザアブ ーション法又はこれらの方法と熱処理を組 合わせる等、種々の方法を利用することが きる。

 具体的には、スパッタ法により導電層、例 ば、ITO膜を成膜する際に、スパッタガスと て酸素分圧の小さい又はゼロのガスから大 いガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を 加させて用いる方法、ITO成膜用のターゲッ のほかに、In量が多いターゲットまたは酸 量が少ないターゲットを用い、途中でIn量が 多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲ ットに切り替える方法、スパッタ装置の投入 電力を徐々に又は急激に増大させて成膜する 方法等が挙げられる。
 また、真空蒸着により導電層、例えば、ITO を成膜する際に、半導体層の温度を急激又 徐々に上昇または低下させる方法、成膜レ トを急激に低下させる方法、イオン銃を用 て酸素イオンを成膜途中から照射する方法 が挙げられる。

 さらに、第2埋込層の溝部内であって、導 電層の端面から共振器端面側に、第1埋込層 埋め込まれている。つまり、第2埋込層に設 られた溝部内において、溝部の共振器端面 に第1埋込層が埋め込まれており、内側に導 電層が埋め込まれている。第1埋込層は、溝 の両端のうち少なくとも一方に形成されて ればよい。この場合、溝部内に、共振器端 側から順に第1埋込層、導電層が埋め込まれ いる。好ましくは、両端に設けられている この場合、溝部内において共振器端面側か 順に、第1埋込層、導電層、第1埋込層が形 されている。

 このように、導電層とは別個に、第1埋込 層膜が共振器端面側に配置されることにより 、共振器端面付近における導電層の剥がれ、 劈開等の不具合を生じさせることなく、かつ 、導電層との端面による密着性を良好にして 、光の閉じ込めを確実にすることができる。 その結果、共振器端面から出射されるレーザ ビームの歪を防止し、良好なFFPパターンを得 ることができる。また、共振器端面への電流 の流れを最小限に止めることができ、共振器 端面での熱の発生を抑制し、CODレベルを向上 させることができる。特に、レーザ素子を高 出力化しようとした場合、発熱が大きくなる が、特に発熱の顕著な共振器端面における発 熱を低減することができる。

 つまり、共振器端面付近まで、導電層が 成されている場合、共振器端面付近で微小 リークが発生し、消費電力が大きくなり、 ーザ素子の発熱が大きくなるとともに、劣 速度が大きくなり、素子寿命が短くなる。 た、共振器端面付近を開放し、半導体層を 出した形態とすると、窒化物半導体レーザ は、共振器面付近の半導体層との屈折率差 より、レーザから出射されるビームが下向 になり、FFP形状に乱れが見られる。これに して、本発明のように、共振器面付近に第1 埋込層を埋め込むことによって、素子の信頼 性及びFFP形状良好な半導体レーザを得ること ができる。

 第1埋込層は、例えば、第2埋込層の屈折 a以上(特に、屈折率aより大)であるか、活性 の屈折率dより小さい屈折率cを有するか、 るいはその双方を満足する屈折率cを有する とが好ましい。特に、第1埋込層は、導電層 の屈折率と近い屈折率を有することが適して おり、例えば、[導電層の屈折率]±1、好まし は±0.5の範囲の屈折率を有することが好ま い。また、第1埋込層は、第2埋込層と異なる 材料で形成され、第2埋込層よりも高い屈折 を有する材料で形成すると、光の散乱を抑 、しきい値を下げることができ好ましい。 た、別の観点から、半導体レーザ素子の駆 電圧以上の障壁を有する材料からなること 好ましい。

 第1埋込層は、誘電体によって形成されてい ることが好ましい(以下、第1埋込を誘電体層 記すことがある)。例えば、酸化物及び窒化 物、具体的には、ZrO 2 、SiO 2 (屈折率:約1.45)、Al 2 O 3 、Nb 2 O 3 、TiO 2 、Ta 2 O 5 、AlN及びSiNからなる群から選択される材料に より形成することができ、なかでも、ZrO 2 及びSiO 2 が好ましい。特に、第1埋込層を酸化物で形 する場合、導電層との密着性を良好に形成 ることができる。また、第1埋込層を、絶縁 で、導電層(例えば、ITO)の屈折率に近い屈 率を有するものとする場合には、光閉じ込 を良好にし、所望のビーム形状のレーザ光 得ることができるため、好ましい。なお、 1埋込層は、単層でもよいし、適当な屈折率 得るために、組成の異なる複数の材料を積 して用いてもよい。

 第1埋込層の膜厚は特に限定されず、材料の 組成、屈折率等によって適宜調整することが でき、導電層と同程度であることが適してい る。具体的には、0.1~2.0μm程度が挙げられる
 第1埋込層は、少なくとも第2埋込層の溝部 に埋め込まれていればよく、第2埋込層の上 配置されていてもよい。共振器方向以外の 面は、積層体及び/又は第2埋込層の端面と 致していてもよいし、内側に配置されてい もよい。

 第1埋込層は、共振器方向においては、共振 器端面から導電層の端面まで設けられること が好ましい。
 導電層を設けた後に第1埋込層を設ける場合 、導電層を被覆してもいい。共振器長が200~15 00μm程度の場合には、その0.006~5%程度の長さ 具体的には、0.1~10μm程度の長さであること 適している。

 また、第1埋込層は、酸化物で形成され、 導電性酸化膜と第1埋込層が接する領域を設 ることが好ましい。これにより、導電層と 電性部材との密着性を良好にし、共振器面 近での光閉じ込めを確実にすることができ 。これは、第2埋込層が酸化物で形成される 合に効果的である。

 このような第1埋込層は、例えば、図4(c’) び(d’)、図5(c’)及び(d’)に示したように、 電層11を形成する前又は後に、第1埋込層10 形成する領域を開口させたマスク(図示せず) を形成し、その上に第1埋込層10を形成し、マ スクを剥離して、第1埋込層10を溝内に残存さ せることにより形成することができる。導電 層11が、共振器方向の全体に形成されている 合には、エッチング等によって、共振器端 付近の導電層11を除去した後、上記と同様 方法により、第1埋込層10を形成してもよい
 また、図4(e’)及び(e'')に示したように、共 器端面に、後述する端面保護膜を形成する と同時に端面保護膜の材料を回り込ませる とによって、第1埋込層10を溝内に配置する とより形成することができる。
 図4(d’)及び(e’)は溝部での共振器方向の断 面図である。

 さらに、図6(a)に示したように、この第1埋 層を第2埋込層9と同一材料で形成する場合は 、第2埋込層9を形成する際に、共振器端面近 の溝部を被覆するように第2埋込層9を形成 ることにより(図6(a)中、A参照)、第2埋込層9 一部を第1埋込層として配置することができ 。
 第1埋込層は、第2埋込層と同様の当該分野 公知の方法によって形成することができる 成膜条件としては、上述した第2埋込層の成 条件と同様にして形成することができる。

 本発明の半導体レーザ素子の別の実施形 では、図10(a)~10(d)に示すように、p側半導体 (例えば、第3のp側半導体層、p側コンタクト 層8)上に、共振器方向に平行に、ストライプ の導電層11が形成されている。なお、この 電層11は、ストライプ形状でp側半導体層に 触しているのであれば、第2埋込層の開口部 埋め込まれるように形成されていてもよい (図11(c’)参照)、第2埋込層の上にわたって 成されていてもよい(図13(e’)参照)。

 ストライプ幅は、特に限定されないが、 2導電型半導体層との接触によって、十分な 電流を供給できる程度であればよく、意図す る半導体レーザ素子の大きさ等によって適宜 調整することができる。例えば、0.3~50μm程度 、好ましくは3~15μm程度が挙げられる。また シングルモードレーザを作製する場合には 好ましくは1~5μm程度が挙げられる。

 この導電層11は、その端面が、光出射側 び光反射側の一方において、共振器端面よ 内側に配置されていてもよいが(図12及び13参 照)、両側において内側に配置されているの 好ましい(図10(c)参照)。つまり、導電層11の 面が共振器端面と離間している。特に、光 射側の端面において、導電層11の端面が共振 器端面と離間していることが好ましい。

 光出射側の共振器端面において、その離間 離は、特に限定されないが、例えば、共振 長が400~1500μm程度の場合には、その0.001~10% 度の長さ、具体的には、0.1~15μm程度の長さ 側に配置していることが適している。
 導電層11の共振器方向に沿う側面は、積層 の側面と一致していてもよいが、図13(e’)の ように、積層体側面の内側に配置されている ことが好ましい。
 導電層は、上述したように、オーミック電 及び/又はクラッド層として機能する。

 また、図10(a)及び10(c)に示したように、導 電層の共振器端面側の端部の少なくとも一方 において、導電層の延長線上に、導電層と実 質的に同じストライプ幅で配置され、導電層 の屈折率以下の屈折率を有する第1埋込層10が 形成されていることが好ましい。これにより 、共振器端面付近の垂直方向の光閉じ込め係 数の変動を防止することができ、ひいては、 共振器方向における屈折率分布の変化及び垂 直方向のFFPの乱れを防止することが可能とな る。上述した理由から、第1埋込層の形成さ る端部は、特に、光出射側であることが好 しい。また、共振器方向において屈折率分 が変動するのを防止するためには、上述し 屈折率を有することが好ましい。さらに、 電層及び第1埋込層を同じ材料で形成するこ により、共振器方向において略一定の屈折 分布とすることができ、導波路での光の閉 込めを確実に行うことができる。

 第1埋込層は、共振器端面側に、導電層と接 触して配置されていてもよい。この場合には 、第1埋込層と導電層とは、異なる材料、つ り、異なる屈折率を備える材料であること 好ましい。
 また、第1埋込層は、導電層から分離されて 配置されていてもよい。例えば、導電層と第 1埋込層との間に第2埋込層が挟まれるように 置されていることが好ましい。導電層と第1 埋込層との離間距離(図10(c)中、D)は、電気的 絶縁性が確保されればよい。例えば、0.1μm 度以上、0.5μm程度以上、好ましくは1.0μm程 以上が例示される。また、第1埋込層の長さ は、特に限定されないが、例えば、共振器長 の1/50以下の長さ、好ましくは、ストライプ 程度以下の長さ、さらに、導電層の厚さ程 以上の長さであることが好ましい。具体的 は、1~5μm程度、2.5~4.5μm程度が例示される。

 第1埋込層の一端面は、共振器の一端面、特 に光出射側の端面まで形成されていることが 好ましい。これによって、共振器端面付近に おいて、確実に光閉じ込めを行うことができ る。なお、本明細書において「端面まで」と は、エッチング又はマスクアライメント等の ばらつきによる不整合、凹凸等を許容するこ とを意味する。
 第1埋込層は、導電層で例示した材料と同様 の材料によって形成することができる。両者 を同じ材料で形成することにより、後述する ように同一の工程で形成することが可能とな り、製造プロセスを簡略化することができる 。ただし、導電層及び第1埋込層が必ずしも じでなくてもよい。

 第1埋込層を、導電層と分離して配置する ことにより、つまり、共振器端面付近におい て、第1埋込層をフローティング状態に形成 ることによって、共振器端面への電流の流 を最小限に止めることができ、共振器端面 の熱の発生を抑制し、CODレベルを向上させ ことができる。特に、レーザ素子を高出力 しようとした場合、発熱が大きくなるが、 に発熱の顕著な共振器端面における発熱を 減することができる。また、第1埋込層を、 振器端面付近に配置することによって、特 共振器端面付近における光の閉じ込めを確 にすることができる。その結果、共振器端 から出射されるレーザビームの歪を防止し 良好なFFPパターンを得ることができる。

 導電層及び第1埋込層は、例えば、図11に示 たように、半導体の積層体24上の全面に形 (図11(a)中、11a)し、フォトリソグラフィ及び ッチング工程等の通常の方法を利用して、 望の形状にパターニングすることにより形 することができる。
 また、半導体の積層体上にストライプ状の 1開口及びこの第1開口の一方の共振器端面 に隣接する第2開口を有するマスク層を形成 、その上に導電性酸化物層を形成してリフ オフ法を利用して、導電層及び第1埋込層を 形成してもよい。
 さらに、図13(a)に示したように、半導体の 層体24上の全面に、後述する第2埋込層9を形 し、これにストライプ状の溝部15と、この 部15に離間して隣接する溝部16を形成し(図13( b)及び(b’)参照)、それら溝部15、16に導電性 化物層11を埋め込んで、導電層及び第1埋込 11、10を形成してもよい(図13(c)~13(e)参照)。

 導電層及び第1埋込層は、上述したように、 当該分野で公知の方法によって形成すること ができる。
 また、上述したように、第2導電型(p型)半導 体層(例えば、第3のp側半導体層、p側コンタ ト層8)に接触して、第2埋込層9が形成されて る。第2埋込層9は、上述したストライプ状 導電層11に沿って、導電層の一部又は全部を 取り囲むようにあるいは導電層の両側に形成 されている。

 第2埋込層9の共振器端面側の一方の端面( まり、光出射側端面)は、共振器端面付近の 微小なリークの防止という観点からは共振器 端面と面一であることが好ましいが、一部の 領域(つまり、上述した導電層及び第1埋込層 配置する部分に対応する領域)は、共振器端 面には至らずに形成され、その内側に位置し ている(図10(a)及び10(c)参照)。つまり、第2埋 層は、導電層の形成される領域を跨ぐよう 形成されている。言い換えると、第2埋込層 設けられたストライプ状の溝部(開口部)は 共振器方向に渡って完全には開放されてお ず、その一部に第2埋込層が形成されている

 第2埋込層の共振器方向以外の端面は、積層 体の端面と一致していてもよいが、積層体端 面の内側に配置されていることが好ましい。
 なお、本発明の半導体レーザ素子では、上 した各実施形態において、特に断りのない り、各構成要件は相互に適用することがで る。

 本発明の半導体レーザ素子では、上述した 導体層の積層体は、通常、基板上に形成さ ている。基板としては、サファイア、スピ ル(MgA1 2 O 4 )のような絶縁性基板でもよいし、炭化珪素 シリコン、ZnS、ZnO、GaAs、ダイヤモンド及び 化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウ 、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板で よいが、窒化物半導体基板(GaN、AlN等)であ ことが好ましい。

 窒化物半導体基板は、例えば、第1主面及 び/又は第2主面に0.03~10°程度のオフ角を有す ものであることがより好ましい。その厚み 50μmから10mm程度が挙げられる。窒化物半導 基板は、MOCVD法、HVPE法、MBE法等の気相成長 、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成 、高圧法、フラックス法、溶融法等により 成することができる。また、市販のものを いてもよい。

 窒化物半導体基板は、その一表面におい 、転位密度が面内でストライプ状、ドット 等、周期的又は変則的に分布しているもの もよい。例えば、ELO法を用いて低転位密度 域(例えば、第1領域)と高転位密度領域(例え ば、第2領域)とを交互にストライプ状に形成 たもの、基板上にラテラル成長により半導 層を形成し、この半導体層を基板として用 ることにより、結晶欠陥密度、結晶方向等 異なる領域がストライプ状に配置したもの が挙げられる。また、極性が異なる領域が 布しているものでもよい。例えば、第1領域 と第2領域とで、ストライプ状に極性が分断 れていてもよい。

 ここで、低転位密度領域とは、単位面積当 りの転位数が1×10 7 /cm 2 以下、好ましくは5×10 6 /cm 2 以下の領域であり、高転位密度領域とは、こ れよりも転位密度が高い領域であればよい。
 第1領域と第2領域とが交互にストライプを 成する場合、第1領域の幅は10μm~500μm、さら 100μm~500μmが挙げられ、第2領域の幅は2μm~100 μm、10μm~50μmが挙げられる。ストライプ形状 、破線状に形成されているものを含む。こ らの転位測定はCL観察やTEM観察等で行うこ ができる。

 窒化物半導体基板は、その一表面におい 、異なる結晶成長面が分布していてもよい 例えば、第1領域が(0001)面とすれば、第2領 は(0001)面と異なる(000-1)面、(10-10)面、(11-20) 、(10-14)面、(10-15)面、(11-24)面等の結晶成長 が挙げられる。特に、(000-1)面が好ましい。 のように部分的に結晶成長面が異なる面を する基板を用いることにより、基板内部に 生する応力や歪みを緩和させることができ 基板上に応力緩和層を形成することなく、 導体層を膜厚5μm以上で積層することが可能 となる。

 窒化物半導体基板として、例えば、特開2005 -175056号公報、特開2004-158500号公報、特開2003-3 32244号公報等に記載されているものを利用し もよい。
 なお、基板上には、レーザ素子として機能 る積層体を形成する前に、バッファ層、中 層等(例えば、Al x Ga 1-x N(0≦x≦1)等)を設けていることが好ましい。

 また、本発明の半導体レーザ素子では、 なくとも半導体層の積層体の両側を被覆す 側面保護膜を形成することが好ましい。側 保護膜は、外部と接続する領域を開口させ 導電層の表面にわたって形成することが好 しい。なお、側面保護膜は、第2埋込層と兼 ねてもよいし、つまり、側面保護膜は、第2 込層と同一の材料で同時に形成してもよい また、第1埋込層と兼ねてもよい。このよう 側面保護膜は、導電層を形成した後又は導 層及び第1埋込層を形成した後、後述するパ ッド電極を形成する前に形成することが好ま しい。

 側面保護膜の材料はTi、Al、Zr、V、Nb、Hf Ta、Ga、Si等の酸化物や窒化物が挙げられる 側面保護膜の形成方法は、当該分野で公知 例えば、CVD法、蒸着法、ECR(電子サイクロト ン共鳴プラズマ)スパッタ法、マグネトロン スパッタ法等種々の方法によって単層又は積 層構造で形成することができる。なお、単層 の膜を、1回又は2回以上、製造方法又は条件 変化させることにより、組成は同じである 、膜質の異なる膜として形成してもよいし これらの材料の積層膜としてもよい。

 導電層の表面には、通常、パッド電極が形 されている。パッド電極は、Ni、Ti、Au、Pt Pd、W等の金属からなる積層膜とすることが ましい。具体的には、導電層側からW-Pd-Au又 Ni-Ti-Au、Ni-Pd-Auの順に形成した膜が挙げられ る。パッド電極の膜厚は特に限定されないが 、最終層のAuの膜厚を100nm程度以上とするこ が好ましい。
 パッド電極の幅及び長さは特に限定されず 外部との接続(例えば、ワイヤボンディング 等)が可能である程度に形成すればよい。例 ば、導電層及び第2埋込層上に形成し、第1埋 込層とは電気的に接続しない領域に形成する ことが好ましい。

 また、基板が導電性基板の場合には、基 裏面に、例えば、n電極が形成されているこ とが好ましい。n電極は、例えば、スパッタ 、CVD、蒸着等で形成することができる。n電 としては、例えば、総膜厚が1μm程度以下で 、基板側から、V(膜厚100Å)-Pt(膜厚2000Å)-Au( 厚3000Å)、Ti(100Å)-Al(5000Å)、Ti(60Å)-Pt(1000Å )-Au(3000Å)、Ti(60Å)-Mo(500Å)-Pt(1000Å)-Au(2100Å) 、Ti(60Å)-Hf(60Å)-Pt(1000Å)-Au(3000Å)、Ti(60Å)-M o(500Å)-Ti(500Å)-Pt(1000Å)-Au(2100Å)、W-Pt-Au、W-A l-W-Au、あるいは、Hf-Al、Ti-W-Pt-Au、Ti-Pd-Pt-Au、P d-Pt-Au、Ti-W-Ti-Pt-Au、Mo-Pt-Au、Mo-Ti-Pt-Au、W-Pt-Au V-Pt-Au、V-Mo-Pt-Au、V-W-Pt-Au、Cr-Pt-Au、Cr-Mo-Pt-Au Cr-W-Pt-Au等の膜が例示される。

 さらに、任意に、n電極上にメタライズ電 極を形成してもよい。メタライズ電極は、例 えば、Ti-Pt-Au-(Au/Sn)、Ti-Pt-Au-(Au/Si)、Ti-Pt-Au-(Au/ Ge)、Ti-Pt-Au-In、Au-Sn、In、Au-Si、Au-Ge等により 成することができる。メタライズ電極の膜 は、特に限定されない。

 本発明の半導体レーザ素子は、通常、基板 び積層体の劈開によって共振器端面が形成 れている。
 任意に、共振器端面、つまり、共振器面の 反射側及び/又は光出射面に、誘電体膜によ る端面保護膜が形成されていることが好まし い。誘電体膜はSiO 2 、ZrO 2 、TiO 2 、Al 2 O 3 、Nb 2 O 5 、AlN、AlGaN等の酸化物及び窒化物からなる単 膜又は多層膜とすることが好ましい。共振 が劈開によって形成された場合には、誘電 膜を再現性よく形成することができる。
 この端面保護膜は、共振器端面から、共振 端面側の溝部に回り込ませることにより、 電体として形成することができる。

 さらに、本発明の半導体レーザ素子は、上 した第2埋込層及び導電層が、あるいは、図 14(a)~(d)に示したように、上述した第1及び第2 込層ならびに導電層が、活性層を挟んで一 配置されてなる構造を有していてもよい。
 このような構成のレーザ素子は、例えば、 述した基板上に形成され、第2埋込層、導電 層及び第1埋込層が形成された半導体層の積 体において、基板を除去するか、n型半導体 の一部(例えば、クラッド層まで又は光ガイ ド層まで)を除去して、除去した側に、上記 同様に第2埋込層、導電層及び第1埋込層を形 成することにより形成することができる。な お、第1導電型半導体層においては、例えば p側パッド電極12に代えて、n側パッド電極22 形成される。

 以下に、本発明の半導体レーザ素子の実施 を図面に基づいて詳細に示す。
 実施例1
 この実施例の半導体レーザ素子は、図1(a)~(d )に示すように、基板1上に、n型半導体層、活 性層5、p型半導体層が積層されており、p型半 導体層の上に、その中央付近にストライプ状 の溝部を有する第2埋込層9が形成されている また、第2埋込層9の溝部内であって、p型半 体層と接触するとともに、第2埋込層9上に ぶ導電層11が形成されている。この導電層11 、共振器方向の両方の端面が、共振器端面 ら内側に離間されている。第2埋込層9の溝 内であって、共振器端面から導電層11の端面 にわたって、溝部の両端に第1埋込層10が配置 されている。また、導電層11上にはpパッド電 極12が形成されており、基板1裏面には、n電 13が形成されている。

 この半導体レーザ素子の製造方法を以下に す。
 まず、n型GaNからなる基板1をMOVPE反応容器内 にセットし、トリメチルアルミニウム(TMA)、 リメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH 3 )、不純物ガスにシランガス(SiH 4 )を用い、SiをドープしたAl 0.33 Ga 0.67 Nよりなるn型クラッド層3を成長させた。
 続いて、TMG及びアンモニアを用い、同様の 度で、アンドープのGaNよりなるn側光ガイド 層4を成長させた。

 温度を950℃にして、トリメチルインジウム( TMI)、TMG及びアンモニアを用い、Siをドープし たIn 0.02 Ga 0.98 Nよりなる障壁層を成長させた。シランガス 止め、TMI、TMG及びアンモニアを用い、アン ープのIn 0.06 Ga 0.94 Nよりなる井戸層を成長させる。これを2回繰 返した後、同温度でTMI、TMG及びアンモニア 用い、In 0.02 Ga 0.98 Nよりなる障壁層を成長させて、2ペアの多重 子井戸(MQW)からなる活性層5(屈折率:約2.5)を 長させた。

 TMIを止め、TMA、TMG及びアンモニアを用い、 スシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp 2 Mg)を流し、Mgをドープしたp型Al 0.30 Ga 0.70 Nよりなるp型キャップ層6を成長させた。
 続いて、Cp 2 Mg、TMAを止め、1050℃で、アンドープGaNよりな るp側光ガイド層7を成長させた。
 最後に、この上に、TMG及びアンモニアを用 、Cp 2 Mgを流し、Mgをドープしたp型GaNよりなるp型コ ンタクト層8を成長させた。

 次いで、半導体の積層体14を形成したウェ 上に、CVD法により、約500nm厚のSiO 2 からなる第2埋込層9(屈折率:約1.5)を形成した( 図4(a)参照)。
 続いて、第2埋込層9上に、ストライプ状の 口部(ストライプ幅は約5μm)を有するフォト ジストを形成し、このフォトレジストをマ クとして、例えば、BHFを用いたウェットエ チングにより、第2埋込層9の一部を選択的に 除去し、その底部が半導体層に至る溝部15を 成した。この溝部15は共振器方向に開放状 となるように形成する(図4(b)及び(b’)参照) その後、フォトレジストを除去した。

 その後、溝部15を含む第2埋込層9の上全面 に、ITOからなる導電層11(屈折率:約2.0)を形成 た。その上に、共振器端面から5μm程度を露 出させるように、フォトレジストを形成する 。このフォトレジストをマスクとして、RIEを 行い、溝部15内において半導体層が露出する うに導電層の一部を選択的に除去した。こ により、溝部15の共振器端面側5μmの範囲で 半導体層が露出した(図4(c)及び(c’)参照)。

 次に、露出した半導体層及びフォトレジス 上にZrO 2 からなる第1埋込層(膜厚:約400nm)を形成した。 その後、フォトレジストを除去することによ って、ZrO 2 からなる第1埋込層10が溝部15に埋め込まれた( 図4(d’)及び(d”)参照)。これにより、第2埋込 層に設けられた溝部内において、溝部の共振 器端面側に第1埋込層を埋め込み、内側に導 層を埋め込むことができる。
 この際、ITOからなる導電層層11上に形成す フォトレジストを、窒化物半導体レーザ素 の側面からも離間させて形成することで、Zr O 2 からなる側面保護膜を同時に形成することが できる。
 その後、p型半導体層のコンタクト抵抗を低 減するために、例えば、600℃、酸素雰囲気下 でアニールした。

 導電層11の上に、pパッド電極12を形成した
 また、基板1の裏面を研磨し、研磨したn型Ga N基板1の裏面にn電極13を形成した。
 その後、GaN基板1を、例えば、共振器方向に 垂直な方向に沿って、劈開してウェハをバー 状とし、そのバーの劈開面に共振器面を作製 した。
 続いて、共振器面に、端面保護膜として誘 体膜を形成する。光出射側は、Al 2 O 3 を膜厚70nmで形成した。反対側は、ZrO 2 及びSiO 2 (総膜厚700nm)の積層膜で多層誘電体膜を形成 た。
 最後に共振器面に平行な方向に分割し、バ 状のウェハをチップ化し、半導体レーザ素 を得た。

 実施例2
 実施例1と同様に、半導体の積層体14を形成 たウェハ上に、スパッタ法を用いて、ITOか なる導電層11を膜厚0.4μmで形成した(図5(a)参 照)。
 その後、導電層11上に、ストライプ状のフ トレジスト(ストライプ幅は約5μm、長さは半 導体の積層体14の共振器長よりも10μm程度短 )を形成する。このフォトレジストをマスク して、例えば、HIガスを用いた反応性イオ エッチング(RIE)により、フォトレジストから 露出した導電層11を除去する。これにより、 トライプ状の導電層11を形成した(図5(b)及び (b’)参照)。ここでの導電層11は、共振器方向 に対向する端面が、半導体層の積層体の共振 器端面よりも5μm程度内側に配置されるよう 形成した。

 次いで、露出した半導体層及びフォトレジ ト上に、スパッタを用いて約400nm厚のSiO 2 からなる第2埋込層9(屈折率:約1.5)を形成した このとき同時に側面保護膜も形成すること できる。次いで、フォトレジストと、その に形成された第2埋込層9とを除去した。こ により、第2埋込層9の溝部にのみ導電層11が め込まれる。
 続いて、第1埋込層を形成する領域を露出す る形状でフォトレジストを形成した。そして 、露出した部分の第2埋込層をウエットエッ ングによって除去し、半導体層を露出させ (図5(c)及び(c’)参照)。
 露出した半導体層及びフォトレジスト上に 1埋込層をスパッタにより形成した。その後 、フォトレジストを除去した。これにより、 第1埋込層10が対向する共振器面側の溝部15に め込まれた(図5(d’)参照)。

 また、第1埋込層を形成する領域を露出させ た際に、一旦フォトレジストを除去し、第1 込層を形成する領域と窒化物半導体レーザ 子の側面から離間させてフォトレジストを 成してもよい。これにより、先に形成したSi O 2 からなる側面保護膜の上に、ZrO 2 からなる側面保護膜を第1埋込層を形成する と同時に形成することができる。この際、 1埋込層は、半導体層上、フォトレジスト上 び第2埋込層上に形成される。
 これ以降、実施例1と同様にして、半導体レ ーザ素子を形成した。

 比較例1
 このレーザ素子は、図3(a)に示すように、誘 電性酸化物膜層を形成せず、第2埋込層9に設 られた溝部内に導電層11を埋め込む以外、 質的に実施例1と同様の構成のレーザ素子を 実施例1と同様の方法で形成した。

 比較例2
 このレーザ素子は、図3(b)に示すように、誘 電性酸化物膜層を形成せず、かつ、第2埋込 9に設けられた溝部内であって、共振器端面 一致するように導電層11を埋め込む以外、 質的に実施例2と同様の構成のレーザ素子を 実施例2と同様の方法で形成した。

 実施例1及び2、比較例1及び2で得られたレー ザ素子のそれぞれについて、垂直方向のFFPの 強度分布、CODレベル及びライフ試験を行った 。
 その結果、垂直方向のFFPの強度分布は、図7 (a)~(c)において、実施例1、比較例1及び2の順 それぞれ示したように、実施例1と比較例2と のレーザ素子では、略同程度の良好な結果が 得られたが、比較例1のレーザ素子では、縦 向の閉じ込めに歪が生じ、安定したFFPを得 ことができないことが確認された。
 また、CODレベルでは、表1に示したように実 施例2のレーザ素子では最も高く、実施例1及 比較例1のレーザ素子が略同程度に非常に高 かった。一方、比較例2のレーザ素子では、 い結果が得られた。なお、CODレベルの測定 、各実施例及び比較例のレーザ素子20個につ いて測定し、その中の最大と最小の値を除い た18個のサンプルの平均値を示した。

 さらに、ライフ試験では、図8(実施例2)及び 図9(比較例2)にそれぞれ示したように、実施 2のレーザ素子では、安定して動作すること 確認された。
 一方、比較例2では、突然の発振の停止が確 認された。
 なお、ライフ試験は、動作温度25℃、出力50 0mW、APC駆動の条件で、発振波長408nmの半導体 ーザ素子を駆動させ、駆動電流値の経時変 (駆動電流値/初期駆動電流値)を測定した。

 このように、実施例1及び2の半導体レーザ 子では、導電層とは別個に、誘電性酸化物 が共振器端面付近に確実に配置されること より、共振器端面付近における導電層の剥 れ、劈開等の不具合を生じさせることなく かつ、導電層との端面による密着性を良好 して、光の閉じ込めを確実にすることがで る。よって、共振器端面から出射されるレ ザビームの歪を防止し、良好なFFPパターン 得ることができる。
 また、共振器端面への電流の流れを最小限 止めることができ、共振器端面での熱の発 を抑制し、CODレベルを向上させることがで る。
 特に、実施例2の半導体レーザ素子では、図 5に示すように、導電層をRIEにより成形して るため、形状の制御性が良好となり、導電 を所望の位置に精度よく形成することがで 、ひいてはCODレベルを向上させることがで る。
 さらに、長寿命化を図ることが可能となる

 一方、比較例1の半導体レーザ素子では、 共振器面付近での急激な閉じ込め係数の変化 により、垂直方向のFFPの強度分布において乱 れが見られ、レーザ素子の長時間の駆動が困 難であることが確認された。また、比較例2 半導体レーザ素子は、端面付近での通電に る端面劣化を誘発し、他のものと比較してCO Dレベルが低い結果が得られ、レーザ素子の 時間の駆動が困難であることが確認された

 実施例3
 実施例1と同様に、半導体の積層体を形成し たウェハ上に、溝部を有する第2埋込層9及び 電層11を形成する。
 その後、実施例1と同様に、pパッド電極12、 n電極13を形成し、GaN基板1を劈開して共振器 を作製する。
 続いて、共振器面に、誘電体膜を形成する 光出射側は、Al 2 O 3 を膜厚70nmで形成する。反対側は、ZrO 2 及びSiO 2 (総膜厚700nm)の積層膜で多層誘電体膜を形成 る。この際、Al 2 O 3 膜を、素子上面に回り込むように誘電体膜を 形成することによって、共振器端面付近にお ける溝部15内に、誘電体層10を埋め込む(図4(e )及び(e”)参照)。
 以下、実施例1と同様にして半導体レーザ素 子を形成する。
 これにより、実施例1と同様の効果を得るこ とができる。

 実施例4
 実施例1と同様に、半導体の積層体を形成し たウェハ上に、第2埋込層9を形成し、ストラ プ状の開口部(ストライプ幅は約5μm)を有す フォトレジストを形成する。この際、フォ レジストの開口部を両方の共振器端面から5 μm程度離れた位置から開口する。このフォト レジストをマスクとして、例えば、BHFを用い たウエットエッチングすることにより、第2 込層9の一部を選択的に除去し、その底部が 導体層に至る溝部を形成する。これにより 溝部の共振器端面付近は第2埋込層により埋 め込まれ(図6(a)中、A参照)、第1埋込層10とし 機能し得る。
 その後、実施例1と同様に導電層11を形成す (図6(b)参照)。
 以下、実施例1と同様にして半導体レーザ素 子を形成する。

 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 1と同様に、共振器端面付近における導電層 の剥がれ、劈開等の不具合を生じさせること なく、かつ、導電層との端面による密着性を 良好にして、光の閉じ込めを確実にすること ができる。その結果、共振器端面から出射さ れるレーザビームの歪を防止し、良好なFFPパ ターンを得ることができるとともに、長寿命 化を図ることが可能となる。
 また、共振器端面への電流の流れを最小限 止めることができ、共振器端面での熱の発 を抑制し、CODレベルを向上させることがで る。

 実施例5
 この実施例の半導体レーザ素子では、導電 を両方の共振器端面から10μm程度離間させ 形成し、導電層の端面から共振器端面まで 露出した半導体層に第1埋込層を埋め込む。 れ以外は、実施例1と同様に半導体レーザ素 子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 1と同様の効果が得られる。

 実施例6
 この実施例の半導体レーザ素子では、導電 を両方の共振器端面から15μm程度離間させ 形成し、導電層の端面から共振器端面まで 露出した半導体層に第1埋込層を埋め込む。 れ以外は、実施例1と同様に半導体レーザ素 子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 1と同様の効果が得られる。

 実施例7
 この実施例の半導体レーザ素子では、導電 を光出射側の共振器端面のみ5μm程度離間さ せて形成し、導電層の端面から共振器端面ま での露出した半導体層に第1埋込層を埋め込 。それ以外は、実施例1と同様に半導体レー 素子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子でも、実施 1と同様の効果が得られる。

 実施例8
 この実施例の半導体レーザ素子では、導電 を光出射側の共振器端面から5μm程度離間さ せて形成し、反射側の共振器端面から10μm程 離間させて形成する。導電層の端面から共 器端面までの露出した半導体層に第1埋込層 を埋め込む。それ以外は、実施例1と同様に 導体レーザ素子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子でも、実施 1と同様の効果が得られる。

 実施例9
 この実施例の半導体レーザ素子では、溝部 幅を10μmにする以外、実施例1と同様に半導 レーザ素子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 1と同様の効果に加え、溝部を広くすること により、高出力化が可能となる。
 つまり、レーザ素子を高出力化すると、一 に発熱が大きくなるが、このように、溝部 広くすることにより、特に発熱の顕著な共 器端面における発熱を低減することができ 同等の寿命特性やCODレベルを得ることがで る。

 実施例10
 この実施例の半導体レーザ素子では、第1埋 込層をAlNにする以外、実施例1と同様に半導 レーザ素子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 1と同様の効果を得ることができる。

 実施例11
 この実施例の半導体レーザ素子は、各半導 層を表2に示す構成として、発振波長を440~45 0nm程度のレーザ素子とする以外、実施例1に じて積層体を形成し、実施例1と同様に半導 レーザ素子を形成する。

 なお、本願表中、「n-」は、n型不純物のド プを示し、「p-」は、p型不純物のドープを す。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 1と同様の効果を得ることができる。

 実施例12
 この実施例の半導体レーザ素子は、各半導 層を以下の表3に示す構成として、発振波長 を370~380nm程度のレーザ素子とする以外、実施 例1に準じて積層体を形成し、実施例1と同様 半導体レーザ素子を形成する。

 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 1と同様の効果を得ることができる。

 実施例13
 この実施例の半導体レーザ素子は、図2(a)~(d )に示すように、n型半導体層、活性層5、p型 導体層が積層されており、p型半導体層の上 、その中央付近にストライプ状の溝部を有 る第2埋込層9が形成されている。また、第2 込層9の溝部内であって、p型半導体層と接 するとともに、第2埋込層9上に及ぶ導電層11 形成されている。この導電層11は、共振器 向の端面が、共振器端面から内側に離間さ ている。第2埋込層9の溝部内であって、共振 器端面から導電層11の端面にわたって、第1埋 込層10が配置されている。また、導電層11上 はpパッド電極12が形成されている。
 また、n型半導体層の上にも、その中央付近 にストライプ状の溝部を有する第2埋込層9が 成されており、上記と同様に、第2埋込層9 溝部内であって、n型半導体層と接触すると もに、第2埋込層9上に及ぶ導電層11が形成さ れている。この導電層11は、共振器方向の端 が、共振器端面から内側に離間されている 第2埋込層9の溝部内であって、共振器端面 ら導電層11の端面にわたって、第1埋込層10が 配置されている。また、導電層11上にはnパッ ド電極13が形成されている。

 この半導体レーザ素子の製造方法を以下に す。
 実施例1と同様に、半導体層の積層体、第2 込層9、導電層11、第1埋込層10を形成した後 基板からn型クラッド層3までを研磨により除 去する。
 得られたnクラッド層3の表面に、実施例1と 様の方法で、第2埋込層9、導電層11、第1埋 層10を形成する。
 その後、pパッド電極12、n電極13等を実施例1 と同様に形成する。

 得られた半導体レーザ素子は、実施例1と 同様に、導電層と端面による密着性を良好に して、光の閉じ込めを確実にすることができ 、共振器端面での熱の発生を抑制し、CODレベ ルを向上させることができ、良好なFFPパター ンを得ることができるとともに、長寿命化を 図ることが可能となる。

 実施例14
 この実施例の半導体レーザ素子は、図10(a)~1 0(d)に示すように、基板1上に、n側半導体層(n クラッド層3、n側光ガイド層4)、活性層5、p 半導体層(キャップ層6、p側光ガイド層7、p コンタクト層8)がこの順に積層されて、積層 体を構成している。この積層体には、共振器 長が約800μmの共振器が形成されている。
 p側半導体層上の中央付近には、ストライプ 状の導電層11が配置されており、この導電層1 1の延長線上であって、両方の共振器端面側 、導電層11と離間して第1埋込層10が配置して いる。ここでの導電層11の長さは約787μm、幅 約7μm、高さは約0.4μm、第1埋込層10の長さは それぞれ約5.0μm、導電層11と第1埋込層10との の距離Dは、それぞれ約1.5μmである。

 また、導電層及び第1埋込層11、10を埋め込 ように、p側半導体層に接触して、第2埋込層 9が形成されている。なお、導電層11と第1埋 層10との間に、この第2埋込層9の一部が配置 て、両者を離間している。
 導電層11及び第2埋込層9の上には、導電層11 電気的に接続されたp側パッド電極12が形成 れている。なお、この実施例では、p側パッ ド電極12の側面はいずれも、積層体の対応す 側面と面一となっていないが、面一として よい。
 基板1裏面には、n電極13が形成されている。

 この半導体レーザ素子の製造方法を以下に す。
 まず、実施例1と同様に、半導体の積層体14 形成する。
 図11(a)に示すように、このようにして形成 た半導体の積層体14上に、スパッタ法を用い て、ITOからなる導電性酸化物層11aを、膜厚0.4 μmで形成する。

 その後、導電性酸化物層11a上に、ストライ 状のフォトレジスト(ストライプ幅:約7μm、 振器の中央に位置する787μmの長さのストラ プ、そのストライプからそれぞれ1.5μm離間 て両側の共振器端面まで設けられた5μmの長 さのストライプ)を形成する。このフォトレ ストをマスクとして、例えば、ヨウ化水素 スを用いた反応性イオンエッチング(RIE)によ り、フォトレジストから露出した導電性酸化 物層11aを除去する。
 これにより、図11(b)及び11(b’)に示すように 、ストライプ状の導電層11及び第1埋込層10を 成する。

 フォトレジストをそのまま除去せずに、露 した半導体層及びフォトレジスト上に、ス ッタを用いて約400nm厚のSiO 2 からなる第2埋込層9(屈折率:約1.5)を形成する このとき同時に側面保護膜も形成すること できる。
 その後、フォトレジストと、その上に形成 れた第2埋込層9とを除去する。
 これにより、図11(c)及び11(c’)に示すように 、第2埋込層9が、導電層及び第1埋込層11、10 取り囲むように形成される。

 p側半導体層のコンタクト抵抗を低減するた めに、アニールする。
 導電性酸化物層11の上に、p側パッド電極12 形成する。
 また、基板1の裏面を研磨し、研磨したn型Ga N基板1の裏面にn電極13を形成する。
 その後、ウェハを、共振器方向に垂直な方 に沿って劈開してバー状とし、その劈開面 共振器面を作製する。

 続いて、共振器面に、端面保護膜として誘 体膜を形成する。光出射側は、Al 2 O 3 を膜厚70nmで形成した。光反射側は、ZrO 2 及びSiO 2 (総膜厚700nm)の積層膜で多層誘電体膜を形成 る。
 最後に共振器方向に平行な方向に分割し、 ー状のウェハをチップ化し、半導体レーザ 子を得る。

 本実施例の半導体レーザ素子では、導電 とは別個に、第1埋込層を共振器端面付近に 配置することにより、共振器端面付近におけ る導電性酸化物層の剥がれ、劈開等の不具合 を生じさせることなく、かつ、導電性酸化物 層との端面による密着性を良好にして、光の 閉じ込めを確実にすることができる。よって 、共振器端面から出射されるレーザビームの 歪を防止し、良好なFFPパターンを得ることが できる。

 また、共振器端面への電流の流れを最小限 止めることができ、共振器端面での熱の発 を抑制し、CODレベルを向上させることがで る。
 特に、実施例14の半導体レーザ素子では、 11(b)及び11(b’)に示すように、導電層及び第1 埋込層をRIEにより、同時に形成することがで きるために、導電性酸化物層の形状及び配置 の制御性が良好であり、ひいてはCODレベルを 向上させることができる。
 さらに、長寿命化を図ることが可能となる

 なお、実施例14の半導体レーザ素子におい 、第1埋込膜を形成しない場合には、共振器 付近での急激な閉じ込め係数の変化により 垂直方向のFFPの強度分布において乱れが見 れ、レーザ素子の長時間の駆動が困難であ ことが確認される。
 また、第1埋込膜を形成せず、導電層を、共 振器の一端面から他端面まで配置した場合に は、端面付近での通電による端面劣化を誘発 し、他のものと比較してCODレベルが低い結果 が得られ、レーザ素子の長時間の駆動が困難 であることが確認される。

 実施例15
 図12(a)~(d)に示したように、この半導体レー 素子は、導電層11の長さを約793.5μmとし、光 反射側の共振器端面Mと、導電層11の一端面と を一致させた以外、実質的に実施例14の半導 レーザ素子と同様の構成を有する。

 実施例16
 図13(a)に示したように、実施例14と同様に形 成した積層体14上に、CVD法により、約500nm厚 SiO 2 からなる第2埋込層9(屈折率:約1.5)を形成する
 続いて、第2埋込層9上に、ストライプ状の 口部(ストライプ幅:約7μm、一端面側では、 の端面から約5μmの長さのストライプと、そ に離間して隣接する約787μmの長さのストラ プ)を有するフォトレジストを形成し、この フォトレジストをマスクとして、例えば、BHF を用いたウェットエッチングにより、第2埋 層9の一部を選択的に除去し、図13(b)及び13(b )に示すように、2つの独立した溝部15、16を 成する。これらの溝部15、16は、それぞれ、 その底部が半導体層に至り、共振器端面で開 放状態となるように形成する。その後、フォ トレジストを除去する。

 なお、このウェットエッチングに代えて ドライエッチングを用いてもよい。ドライ ッチングを用いることにより、ストライプ 等の制御が容易となる反面、積層体14表面 ダメージが与えることがあるため、これら 考慮して、適宜適切なエッチング法を選択 ることが好ましい。

 溝部15、16を含む第2埋込層9の上全面に、I TOからなる導電性酸化物層(屈折率:約2.0)を形 する。その上に、溝部15、16と対応するパタ ーンを有するフォトレジストを形成し、この フォトレジストをマスクとして、エッチング を行い、光出射側に相当する共振器端面に近 い溝部16と、光反射側に相当する共振器端面 近い溝部15との内部に、それぞれ電気的に 離されるように、導電層11及び第1埋込層10と を埋め込む(図13(c)及び13(c’)参照)。

 続いて、マスクを除去し、図13(d)及び13(d’) に示すように、第2埋込層9、導電層11及び第1 込層10が形成されたウェハの表面全面に、IT Oからなる導電性酸化物層11aを形成する。
 その上に、導電層11及び第2埋込層9上の一部 にパターンを有するフォトレジストを形成し 、このフォトレジストをマスクとして、エッ チングを行い、溝部15と第2埋込層9上の一部 、導電性酸化物層11をパターニングする(図13 (e’)参照)。このパターニングした導電性酸 物層11は、オーミック電極として機能させる ことができる。
 これ以降、実施例14と同様にして、半導体 ーザ素子を形成する。
 これにより、実施例14と同様の効果を得る とができる。

 実施例17
 この実施例の半導体レーザ素子では、導電 の長さを777μmで形成し、第1埋込層両側の共 振器端面から、第1埋込層10の長さを10μm、第2 埋込層を1.5μmとして形成し、導電層の端面か ら共振器端面までの露出した半導体層を埋め 込む。それ以外は、実施例14と同様に半導体 ーザ素子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 14と同様の効果が得られる。

 実施例18
 この実施例の半導体レーザ素子では、導電 の長さを784μmで形成し、第1埋込層両側の共 振器端面から、第1埋込層10の長さを5μm、第2 埋込層を3μm程度離間させて形成し、導電層 の端面から共振器端面までの露出した半導体 層を埋め込む。それ以外は、実施例14と同様 半導体レーザ素子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 14と同様の効果が得られる。

 実施例19
 この実施例の半導体レーザ素子では、導電 及び第1埋込層11、10のストライプ幅を10μmに する以外、実施例14と同様に半導体レーザ素 を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 14と同様の効果に加え、溝部を広くするこ により、高出力化が可能となる。
 つまり、レーザ素子を高出力化すると、一 に発熱が大きくなるが、このように、溝部 広くすることにより、特に発熱の顕著な共 器端面における発熱を低減することができ 同等の寿命特性やCODレベルを得ることがで る。

 実施例20
 この実施例の半導体レーザ素子は、各半導 層を表2に示す構成として、発振波長を440~45 0nm程度のレーザ素子とする以外、実施例14に じて積層体を形成し、実施例14と同様に半 体レーザ素子を形成する。
 この実施例の半導体レーザ素子では、実施 14と同様の効果を得ることができる。

 本発明は、レーザ素子のみならず、発光 イオード(LED)等の発光素子の製造方法に利 することができる。

本発明の半導体レーザ素子の構造を示 (a)斜視図、(b)正面図、(c)平面図、(d)側面図 ある。 本発明の別の半導体レーザ素子の構造 示す(a)斜視図、(b)正面図、(c)平面図、(d)側 図である。 比較のための半導体レーザ素子の構造 示す平面図である。 本発明の半導体レーザ素子の製造方法 説明するための要部の概略製造工程図であ 。 本発明の半導体レーザ素子の別の製造 法を説明するための要部の概略製造工程図 ある。 本発明の半導体レーザ素子のさらに別 製造方法を説明するための要部の概略製造 程図である。 本発明の半導体レーザ素子と比較のた のレーザ素子とのFFP強度を示すグラフであ 。 本発明の半導体レーザ素子のライフ特 を示すグラフである。 比較のための半導体レーザ素子のライ 特性を示すグラフである。

本発明の別の半導体レーザ素子の構造 を示す斜視図(a)、正面図(b)、平面図(c)、側面 図(d)である。 本発明の半導体レーザ素子の製造方法 を説明するための要部の概略製造工程図であ る。 本発明の別の半導体レーザ素子の構造 を示す斜視図(a)、正面図(b)、平面図(c)、側面 図(d)である。 本発明の半導体レーザ素子の別の製造 方法を説明するための要部の概略製造工程図 である。 本発明の別の半導体レーザ素子の構造 を示す斜視図(a)、正面図(b)、平面図(c)、側面 図(d)である。

符号の説明

 1 基板
 3 n型クラッド層
 4 n側光ガイド層
 5 活性層
 6 キャップ層
 7 p側光ガイド層
 8 p型コンタクト層
 9 第2埋込層
10 第1埋込層
11 導電層
11a、11b 導電性酸化物層
12 pパッド電極
13 n電極
14、24 積層体
15、16 溝部
22 nパッド電極