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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-208399(P2017-208399A)
(43)【公開日】2017年11月24日
(54)【発明の名称】半導体レーザ装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/024 20060101AFI20171027BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20171027BHJP
【ＦＩ】
H01S5/024
H01L21/302 104C
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-98536(P2016-98536)
(22)【出願日】2016年5月17日
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】北嶋 久義
【テーマコード（参考）】
5F004
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F004BB26
5F004CA04
5F004DA13
5F004DB19
5F004EA03
5F004EB04
5F173AA08
5F173AB62
5F173AB64
5F173AB73
5F173AG05
5F173AL10
5F173AL17
5F173AP33
5F173AP37
5F173AR72
(57)【要約】
【課題】導波路構造での温度特性を改善し、安定的な発光パターンおよび高出力化を実現できる半導体レーザ装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置１は、基板２上に積層されたｎ型クラッド層５と、ｎ型クラッド層５上に積層された活性層６と、活性層６上に積層されたｐ型クラッド層７と、ｐ型クラッド層７上に形成され、平面視ホーン形状のリッジを有する複数の導波路構造８とを含む。この構成において、互いに隣り合う導波路構造８の間には、活性層６を分断する溝３０と、当該溝３０に充填され、かつ半導体層４の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材３４とを含む分断構造２９が形成されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
基板上に積層された第１導電型のクラッド層と、
前記第１導電型のクラッド層上に積層された活性層と、
前記活性層上に積層された第２導電型のクラッド層と、
前記第２導電型のクラッド層上に形成され、かつ平面視ホーン形状のリッジを有する複数の導波路構造とを含み、
互いに隣り合う前記導波路構造の間には、前記活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ前記半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とを含む分断構造が形成されている、半導体レーザ装置。
基板上に積層された第１導電型のクラッド層と、
前記第１導電型のクラッド層上に積層された活性層と、
前記活性層上に積層された第２導電型のクラッド層と、
前記第２導電型のクラッド層上に形成され、かつ平面視ホーン形状のリッジを有する複数の導波路構造とを含み、
互いに隣り合う前記導波路構造の間には、前記活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ前記半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とを含む分断構造が形成されている、半導体レーザ装置。
【請求項2】
基板と、
基板上に積層された第１導電型のクラッド層と、
前記第１導電型のクラッド層上に積層された活性層と、
前記活性層上に積層された第２導電型のクラッド層と、
前記第２導電型のクラッド層上に形成され、かつ平面視ホーン形状のリッジを有する少なくとも１０個の導波路構造とを含み、
互いに隣り合う前記導波路構造の間には、前記活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ前記半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とを含む分断構造が形成されている、半導体レーザ装置。
基板上に積層された第１導電型のクラッド層と、
前記第１導電型のクラッド層上に積層された活性層と、
前記活性層上に積層された第２導電型のクラッド層と、
前記第２導電型のクラッド層上に形成され、かつ平面視ホーン形状のリッジを有する少なくとも１０個の導波路構造とを含み、
互いに隣り合う前記導波路構造の間には、前記活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ前記半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とを含む分断構造が形成されている、半導体レーザ装置。
【請求項3】
基板と、
基板上に積層された第１導電型のクラッド層と、
前記第１導電型のクラッド層上に積層された活性層と、
前記活性層上に積層された第２導電型のクラッド層と、
前記第２導電型のクラッド層上に積層されたエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上に形成され、かつ平面視ホーン形状のリッジを有する複数の導波路構造とを含み、
互いに隣り合う前記導波路構造の間には、前記活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ前記半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とを含む分断構造が形成されている、半導体レーザ装置。
基板上に積層された第１導電型のクラッド層と、
前記第１導電型のクラッド層上に積層された活性層と、
前記活性層上に積層された第２導電型のクラッド層と、
前記第２導電型のクラッド層上に積層されたエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層上に形成され、かつ平面視ホーン形状のリッジを有する複数の導波路構造とを含み、
互いに隣り合う前記導波路構造の間には、前記活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ前記半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とを含む分断構造が形成されている、半導体レーザ装置。
【請求項4】
前記エッチングストップ層は、前記導波路構造に対してエッチング選択比を有する半導体材料を含む、請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項5】
前記分断構造の前記溝は、前記第２導電型のクラッド層および前記活性層を分断し、前記第１導電型のクラッド層に達する深さを有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項6】
前記分断構造の前記溝は、前記第２導電型のクラッド層、前記活性層および前記第１導電型のクラッド層を分断している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項7】
前記分断構造の前記溝は、互いに隣り合う前記導波路構造の間において、前記導波路構造に沿って延び、前記導波路構造の間の間隔に応じてその幅が変化するように形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項8】
前記分断構造が、互いに隣り合う前記導波路構造の間において、前記導波路構造の長さ方向に間欠的に複数形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項9】
前記導波路構造は、側面部が垂直に立ち上がった垂直リッジを有している、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項10】
前記導波路構造は、前記第２導電型のクラッド層上に積層された第２導電型のリッジクラッド層と、前記リッジクラッド層上に積層されたコンタクト層とを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項11】
請求項３に記載の半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記基板上に、前記第１導電型のクラッド層と、前記活性層と、前記第２導電型のクラッド層と、前記エッチングストップ層と、前記導波路構造の元となる半導体材料層とを、この順に形成する工程と、
マスクを介するドライエッチングにより、前記エッチングストップ層が露出しない程度に前記導波路構造の元となる半導体材料層を選択的に除去するドライエッチング工程と、
前記ドライエッチング工程の後、前記マスクを介するウエットエッチングにより、前記エッチングストップ層が露出するまで前記導波路構造の元となる半導体材料層を選択的に除去する工程とを含む、半導体レーザ装置の製造方法。
前記基板上に、前記第１導電型のクラッド層と、前記活性層と、前記第２導電型のクラッド層と、前記エッチングストップ層と、前記導波路構造の元となる半導体材料層とを、この順に形成する工程と、
マスクを介するドライエッチングにより、前記エッチングストップ層が露出しない程度に前記導波路構造の元となる半導体材料層を選択的に除去するドライエッチング工程と、
前記ドライエッチング工程の後、前記マスクを介するウエットエッチングにより、前記エッチングストップ層が露出するまで前記導波路構造の元となる半導体材料層を選択的に除去する工程とを含む、半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体レーザ装置の分野では、生成される光（レーザ）の高出力化が求められており、それに伴って種々の形態が提案されている。たとえば、高出力化が実現され得る一つの形態として、特許文献１には、平面視ホーン形状のリッジを有する導波路構造を備えた半導体レーザ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平８−２３１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明者らは、半導体レーザ装置の更なる高出力化を実現するため、同一の基板上に平面視ホーン形状のリッジを有する導波路構造を複数個設ける構成を検討している。導波路構造を複数個設けることで、理論上では、導波路構造の個数に応じて光出力を比例的に増加させることができると考えられるからである。しかし、複数個の導波路構造が設けられた構成では、これら複数個の導波路構造が同時に発振されるため、一つの導波路構造で発生した熱が隣の導波路構造に伝達される結果、熱干渉により導波路構造が動作温度を超えた高温になる虞がある。導波路構造が高温になると、半導体レーザ装置の光出力の低下が引き起こされる。また、複数の導波路構造間において温度差が生じるとそれらの間で光出力にばらつきが生じる結果、設計通りの光出力を得ることができず、発光パターンの安定性も損なわれる。
【0005】
そこで、本発明は、導波路構造での温度特性を改善し、安定的な発光パターンおよび高出力化を実現できる半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の半導体レーザ装置は、基板と、基板上に積層された第１導電型のクラッド層と、前記第１導電型のクラッド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層された第２導電型のクラッド層と、前記第２導電型のクラッド層上に形成され、かつ平面視ホーン形状のリッジを有する複数の導波路構造とを含む。この構成において、互いに隣り合う前記導波路構造の間には、前記活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ前記半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とを含む分断構造が形成されている。
【発明の効果】
【0007】
本発明の半導体レーザ装置は、互いに隣り合う導波路構造の間に、活性層を分断する分断構造が形成された構成とされている。分断構造は、活性層を分断する溝と、当該溝に充填され、かつ半導体層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材とによって形成されている。この分断構造によって、複数の導波路構造で生じた熱をそれらの間において相互に伝達させることができるから、複数の導波路構造間で温度差が生じるのを抑制できる。
【0008】
つまり、分断構造によって、複数の導波路構造で生じた熱を外部に放散（排熱）させることができる共に、複数の導波路構造を均熱状態、つまり、複数の導波路構造間において温度差が少ない状態に近づけることができる。これにより、複数の導波路構造間における熱干渉の発生を良好に抑制できる。よって、安定的な発光パターンおよび高出力化を実現できる半導体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置１を示す斜視図である。図２は、図１に示す導波路構造８の幾つかを示す拡大平面図である。図３は、図２に示すIII-III線に沿う縦断面図である。図４は、図２に示すIV-IV線に沿う縦断面図である。図５は、図２に示すV-V線に沿う縦断面図である。
【0011】
半導体レーザ装置１は、たとえば動作電圧ＶＯＰが３Ｖ以下であり、７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲にピーク発光波長を有する光（レーザ）を発現させる化合物半導体レーザダイオードである。半導体レーザ装置１は、ｎ型の基板２を含む。基板２は、たとえばｎ型ＧａＡｓ基板であってもよい。基板２は、平面視で長方形状に形成されており、表面と、その反対の裏面と、表面および裏面を接続する側面とを含む。基板２は、所定のオフ角（たとえば１０°程度のオフ角）が設定されたオフ基板であってもよい。
【0012】
基板２の裏面側には、裏面メタル３が形成されており、基板２の表面側には、半導体層４が形成されている。半導体層４は、基板２の側面との間で面一な劈開面を形成する側面を有しており、基板２の一方側端部に位置する側面が出射端部４ａとされ、基板２の他方側端部に位置する側面が非出射端部４ｂとされている。半導体層４は、基板２上に積層されたｎ型クラッド層５と、ｎ型クラッド層５上に積層された活性層６と、活性層６上に積層されたｐ型クラッド層７とを含むダブルヘテロ構造を有している。
【0013】
ｎ型クラッド層５は、活性層６に電子を提供し、かつ、活性層６で生成された光を当該活性層６内に閉じ込めるための層である。ｎ型クラッド層５は、ヒ素(Ａｓ)または燐(Ｐ)が添加された化合物半導体層を含んでいてもよい。ｎ型クラッド層５は、たとえばｎ型ＡｌＧａＡｓ層またはｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層であってもよい。図１〜図５を参照して、半導体層４上には、平面視ホーン形状のリッジ（リッジ構造）を有する複数個（本実施形態では、１０個）の導波路構造８が形成されている。図２では、明瞭化のため、各導波路構造８に薄いハッチングを付して示している。１つの導波路構造８は、本実施形態では、たとえば２５０ｍＷ程度まで発光可能な構成とされている。
【0014】
図２を参照して、複数個の導波路構造８は、いずれも、平面視において、基板２の長手方向に延びるように形成されており、かつ、基板２の短手方向に互いに間隔を空けて配置されている。つまり、複数個の導波路構造８は、平面視において、ストライプ状に配列されている。以下では、導波路構造８が延びる方向を「ストライプ方向」という。ストライプ方向は、本実施形態では、基板２の長手方向でもある。導波路構造８間の間隔は、たとえば１０μｍ〜３０μｍ（本実施形態では２０μｍ）である。
【0015】
各導波路構造８は、ストライプ方向に沿ってリッジ幅が徐々に変化する平面視ホーン形状とされている。より詳細には、各導波路構造８は、出射端部４ａ側に位置し、所定のリッジ幅Ｗ１で長方形状に延びる第１領域９と、非出射端部４ｂ側に位置し、第１領域９のリッジ幅Ｗ１よりも狭いリッジ幅Ｗ２（Ｗ２＜Ｗ１）で長方形状に延びる第２領域１０と、第１領域９から第２領域１０に向けてリッジ幅が徐々に狭まるように、第１領域９と第２領域１０とを接続するテーパ領域１１とを含む。このようにして、各導波路構造８は、出射端部４ａから非出射端部４ｂに向かってリッジ幅が徐々に狭まる平面視ホーン形状とされている。
【0016】
導波路構造８は、第１領域９のリッジ幅Ｗ１と、第１領域９の長手方向の長さＬ１と、第２領域１０のリッジ幅Ｗ２と、第２領域１０の長手方向の長さＬ２と、テーパ領域１１のテーパ角度θＴと、平面視における導波路構造８の面積Ｓとを含む、六つのパラメータを有している。これら六つのパラメータが最適化されることにより、良好な直列抵抗成分ＲＳおよび動作電流ＩＯＰが実現されると共に、キンク（電流と光出力特性の直線性が失われる現象）の抑制および高出力化の両立が可能とされている。
【0017】
図３〜図５を参照して、各導波路構造８は、いずれも、半導体層４から上方に向けて突出するリッジを有している。各導波路構造８は、側面部８ａが基板２の表面に対して垂直な方向に立ち上がった垂直リッジを有している。垂直リッジであれば、側面部８ａが基板２の表面に対して傾斜したテーパリッジを有する導波路構造８に比べて、電流経路の面積を増加させることができるから、直列抵抗成分ＲＳを低減させることができる。
【0018】
図１〜図５を参照して、各導波路構造８における出射端部４ａ側の端部には、ストライプ方向に沿って所定幅だけ延びる第１窓領域２０が設定されており、各導波路構造８における非出射端部４ｂ側の端部には、ストライプ方向に沿って所定幅だけ延びる第２窓領域２１が設定されている。第１窓領域２０および第２窓領域２１は、導波路構造８に電流が注入されない電流非注入領域である。各導波路構造８における第１窓領域２０および第２窓領域２１間の内方領域２２に、導波路構造８に電流が注入される電流注入領域が設定されている。
【0019】
半導体層４は、さらに、ｐ型クラッド層７と導波路構造８との間に介在するｐ型エッチングストップ層２５を含む。ｐ型エッチングストップ層２５は、導波路構造８（ｐ型リッジクラッド層１２）を形成するためのエッチング処理がｐ型クラッド層７に及ぶのを抑制するための層である。ｐ型エッチングストップ層２５は、導波路構造８（ｐ型リッジクラッド層１２）に対してエッチング選択比を有する化合物半導体材料からなる。ｐ型エッチングストップ層２５は、たとえば、ｐ型リッジクラッド層１２とは異なる組成比からなるｐ型ＡｌＧａＡｓ層またはｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層であってもよい。
【0020】
図２および図３を参照して、本実施形態に係る半導体レーザ装置１は、互いに隣り合う導波路構造８の間に、活性層６を分断する溝３０と、当該溝３０に充填され、かつ半導体層４の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する放熱材３４とを含む分断構造２９が形成されていることを特徴とする。図２を参照して、分断構造２９の溝３０は、互いに隣り合う導波路構造８の間において、導波路構造８に沿って延び、導波路構造８の間の間隔に応じて溝幅（開口幅）が変化するように形成されている。図２では、明瞭化のため、各溝３０に濃いクロスハッチングを付して示している。
【0021】
図２では、溝３０が、導波路構造８とは反対パターンの平面視ホーン形状に形成された例を示している。すなわち、溝３０は、非出射端部４ｂ側に位置し、所定の溝幅（開口幅）Ｗｇ１で長方形状に延びる第１領域３１と、出射端部４ａ側に位置し、第１領域９の溝幅（開口幅）Ｗｇ１よりも狭い溝幅（開口幅）Ｗｇ２（Ｗｇ２＜Ｗｇ１）で長方形状に延びる第２領域３２と、第１領域３１から第２領域３２に向けて徐々に溝幅（開口幅）が徐々に狭まるように、第１領域３１と第２領域３２とを接続するテーパ領域３３とを含む。
【0022】
図３を参照して、溝３０は、ｐ型エッチングストップ層２５、ｐ型クラッド層７および活性層６を分断し、ｎ型クラッド層５に達する深さを有している。溝３０の底部は、ｎ型クラッド層５内に位置しており、ｎ型クラッド層５の一部を挟んで基板２の表面に対向している。本実施形態では、溝３０が、半導体層４の積層方向（基板２表面に対して垂直な方向）に掘り下げて形成されている例を示している。しかし、半導体層４の表面側から基板２の表面側に向けて開口幅が徐々に狭まるテーパ形状の溝３０が形成されていてもよい。
【0023】
図３を参照して、分断構造２９の放熱材３４は、絶縁膜３５を介して溝３０内に埋め込まれている。放熱材３４は、本実施形態では、半導体層４や導波路構造８等の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料により形成されている。放熱材３４は、銅、アルミニウム、金および銀を含む群から選択される１種以上の金属材料種を含んでいてもよい。放熱材３４の金属材料は、上記金属材料種に限定されるものではなく、半導体層４や導波路構造８等の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料であれば、放熱材３４の金属材料として適切である。
【0024】
絶縁膜３５は、一方表面（基板２側の表面）およびその反対の他方表面が、溝３０の内壁面に沿って形成されている。絶縁膜３５は、たとえばシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜である。絶縁膜３５は、溝３０の内壁面に加えて、各導波路構造８の外面（側面部８ａおよび上面を含む）を被覆している。絶縁膜３５における内方領域２２（電流注入領域）内に位置する部分には、ｐ型コンタクト層１４を選択的に露出させるコンタクト孔３６が形成されている。一方、図４および図５を参照して、絶縁膜３５における第１窓領域２０および第２窓領域２１（電流非注入領域）内に位置する部分には、コンタクト孔３６は形成されていない。
【0025】
図１および図３〜図５を参照して、絶縁膜３５上には、当該絶縁膜３５を被覆するように表面メタル３７が形成されている。図１では、表面メタル３７を破線で示している。表面メタル３７は、絶縁膜３５上からコンタクト孔３６内に入り込み、当該コンタクト孔３６内でｐ型コンタクト層１４に電気的に接続されている。表面メタル３７は、半導体層４や導波路構造８等の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料により形成されている。表面メタル３７は、銅、アルミニウム、金および銀を含む群から選択される１種以上の金属材料種を含んでいてもよい。表面メタル３７の金属材料は、上記金属材料種に限定されるものではなく、半導体層４や導波路構造８等の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料であれば、表面メタル３７の金属材料として適切である。
【0026】
本実施形態では、表面メタル３７の一部が前述の溝３０内に入り込み、表面メタル３７のうちの溝３０に埋め込まれた部分が放熱材３４とされている。したがって、導波路構造８等で生じた熱は、表面メタル３７（放熱材３４）を介して半導体レーザ装置１の外部に放散される。なお、本実施形態では、表面メタル３７の一部を利用して放熱材３４が形成されている例について説明したが、放熱材３４は、表面メタル３７とは異なる材料により形成されていてもよい。
【0027】
図１を再度参照して、半導体層４（ｐ型エッチングストップ層２５）上には、全ての導波路構造８を挟み込むように、ストライプ方向に沿って延びる第１土台部３８および第２土台部３９が形成されている。第１土台部３８は、基板２の長手方向に沿う一方の側面側に形成されており、第２土台部３９は、基板２の長手方向に沿う他方の側面側に形成されている。第１土台部３８および第２土台部３９は、図示はしないが、いずれも導波路構造８と同一の積層構造を有しており、上面および内側の側面（導波路構造８に対向する側面）が絶縁膜３５により被覆されている。つまり、第１土台部３８および第２土台部３９は、絶縁膜３５により全ての導波路構造８から電気的に絶縁されている。
【0028】
表面メタル３７は、第１土台部３８の上面の一部および第２土台部３９の上面の一部を被覆するように形成されている。なお、第１土台部３８および第２土台部３９が存在しない構成が採用されてもよい。この場合、表面メタル３７は、複数個の導波路構造８を被覆するように絶縁膜３５上に形成されていてもよい。以上、本実施形態の半導体レーザ装置１は、互いに隣り合う導波路構造８の間に、活性層６を分断する分断構造２９が形成された構成とされている。分断構造２９は、活性層６を分断する溝３０と、当該溝３０に充填され、かつ半導体層４よりも熱伝導率の高い放熱材３４によって形成されている。この分断構造２９によって、複数の導波路構造８で生じた熱をそれらの間において相互に伝達させることができるから、複数の導波路構造８間で温度差が生じるのを抑制できる。
【0029】
つまり、分断構造２９によって、複数の導波路構造８で生じた熱を外部に放散（排熱）させることができると共に、複数の導波路構造８を均熱状態、つまり、複数の導波路構造間において温度差が少ない状態に近づけることができる。これにより、複数の導波路構造８間における熱干渉の発生を良好に抑制できる。よって、安定的な発光パターンおよび高出力化を実現できる半導体レーザ装置１を提供できる。
【0030】
また、本実施形態の半導体レーザ装置１では、分断構造２９の溝３０が、溝幅（開口幅）が導波路構造８間の幅に応じて変化するように形成されている。これにより、限られたスペースの中で、溝３０に埋め込まれる放熱材３４の体積を効率よく増加させることができるので、複数の導波路構造８で生じた熱をそれらの間において相互に良好に伝達させることができる。また、複数の導波路構造８で生じた熱を外部に良好に放散（排熱）させることができる。
【0031】
ところで、ｎ型クラッド層５およびｐ型クラッド層７は、ヒ素(Ａｓ)または燐(Ｐ)が添加された化合物半導体層によって構成される。たとえば、ｎ型クラッド層５およびｐ型クラッド層７が、ヒ素(Ａｓ)が添加された化合物半導体層によって構成されている場合、その性質上、燐(Ｐ)が添加されたものと比べて動作電圧ＶＯＰを低減できるから、発熱量の増加を抑制できると考えられる。しかし、ヒ素(Ａｓ)は燐(Ｐ)と比べて環境負荷が大きいという課題がある。
【0032】
この点、本実施形態の半導体レーザ装置１では、ヒ素(Ａｓ)に代えて燐(Ｐ)が添加されたｎ型クラッド層５およびｐ型クラッド層７を採用した場合であっても、前述の通り、分断構造２９によって、導波路構造８の温度上昇を抑制しつつ、安定的な発光パターンおよび高出力化を実現できる。よって、環境負荷を低減できる半導体レーザ装置１を提供できる。
【0033】
図６Ａ〜図６Ｈは、図１に示す半導体レーザ装置１の製造方法の一工程を示す縦断面図である。図６Ａ〜図６Ｈは、図３に対応する部分の拡大断面図である。図６Ａを参照して、半導体レーザ装置１を製造するにあたり、まず、基板２が準備される。次に、たとえばエピタキシャル成長法により、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、ｐ型エッチングストップ層２５、ｐ型リッジクラッド層１２、ｐ型不連続緩和層１３およびｐ型コンタクト層１４の元となる各種の半導体材料層（化合物半導体材料層）が、基板２の表面上にこの順に成長される。これにより、ｎ型クラッド層５、活性層６、ｐ型クラッド層７、ｐ型エッチングストップ層２５、ｐ型リッジクラッド層１２、ｐ型不連続緩和層１３およびｐ型コンタクト層１４を含む積層構造が形成される。
【0034】
次に、図６Ｂを参照して、ｐ型コンタクト層１４上に、導波路構造８を形成すべき領域を被覆するように酸化シリコンからなるハードマスク５０が形成される。次に、図６Ｃを参照して、ハードマスク５０を介するドライエッチング（たとえばＲＩＥ（Reactive Ion Etching））が実行される。ドライエッチング工程は、基板２が加熱ステージ５１に載置された状態で実行される。
【0035】
ドライエッチング工程の一つの手法として、Ｃｌ２ガスを使用し、加熱ステージ５１の温度を８０℃程度に設定して実行するものがある（以下、従来のドライエッチング工程という。）。しかし、従来のドライエッチング工程では、ｐ型コンタクト層１４、ｐ型不連続緩和層１３および／またはｐ型リッジクラッド層１２にインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合には、エッチングの進行に伴って、Ｃｌ２ガスとインジウム（Ｉｎ）とが反応し、不揮発性のインジウム塩化物層が形成される虞がある。このインジウム塩化物層は、エッチング途中に形成されるｐ型コンタクト層１４、ｐ型不連続緩和層１３およびｐ型リッジクラッド層１２の側壁部に付着する。
【0036】
インジウム塩化物層が付着すると、Ｃｌ２ガス雰囲気に対する暴露時間が長いｐ型コンタクト層１４側の側壁部のエッチング量が相対的に増加し、Ｃｌ２ガス雰囲気に対する暴露時間が短いｐ型リッジクラッド層１２側の側壁部のエッチング量が相対的に低下する。その結果、従来のドライエッチング工程を経て形成された導波路構造８を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像である図７（ａ）に示されるように、側面部８ａが基板２の表面に対して下り傾斜したテーパリッジを有する導波路構造８が形成される。
【0037】
そこで、本実施形態では、ｐ型コンタクト層１４、ｐ型不連続緩和層１３および／またはｐ型リッジクラッド層１２にインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合には、ＳｉＣｌ４ガスを使用し、加熱ステージ５１の温度を８０℃を超える温度、たとえば１００℃〜２００℃程度（より具体的には１５０℃程度）に設定して、ドライエッチング工程を実行することとしている。このドライエッチング工程では、ｐ型リッジクラッド層１２の一部が残存するように、つまりｐ型エッチングストップ層２５が露出しない程度に、ｐ型コンタクト層１４、ｐ型不連続緩和層１３およびｐ型リッジクラッド層１２が選択的に除去される。
【0038】
本実施形態のドライエッチング工程によれば、エッチングの進行に伴って形成されるインジウム塩化物が、還元剤となるＳｉＣｌｘラジカルの働きにより適度に分解されることから、ｐ型コンタクト層１４側のエッチング量と、ｐ型リッジクラッド層１２側のエッチング量との間に異なりが生じるのが抑制される。また、ＳｉＣｌ４ガスから生じるシリコン系のパーティクルが、導波路構造８の側面部８ａに付着することがあるが、加熱ステージ５１の温度上昇に伴って、当該シリコン系のパーティクルが導波路構造８の側面部８ａから離脱するのも促される。したがって、側面部８ａの状態が良好な導波路構造８を形成することが可能となる。
【0039】
次に、図６Ｄを参照して、ハードマスク５０を介するウエットエッチングにより、ｐ型エッチングストップ層２５が露出するまでｐ型リッジクラッド層１２が選択的に除去される。この工程では、図６Ｃの工程で残存させられたｐ型リッジクラッド層１２の厚さに応じた分だけ、ｐ型コンタクト層１４およびｐ型不連続緩和層１３の側壁部も除去される。このようにして、本発明のドライエッチング工程を経て形成された導波路構造８を示すＳＥＭ画像である図７（ｂ）に示されるように、側面部８ａが基板２の表面に対して垂直な方向に立ち上がった垂直リッジを有する導波路構造８が形成される。導波路構造８の形成後、ハードマスク５０は除去される。
【0040】
次に、図６Ｅを参照して、溝３０を形成すべき領域に選択的に開口５２ａを有するレジストマスク５２が、ｐ型エッチングストップ層２５上に形成される。次に、図６Ｆを参照して、レジストマスク５２を介するドライエッチング（たとえばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法）により、ｐ型エッチングストップ層２５、ｐ型クラッド層７、活性層６およびｎ型クラッド層５の不要な部分が選択的に除去される。これにより、互いに隣り合う導波路構造８の間に、活性層６を分断する溝３０が形成される。溝３０の形成後、レジストマスク５２は除去される。
【0041】
次に、図６Ｇを参照して、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法によって、窒化シリコンまたは酸化シリコンが堆積されて、絶縁膜３５が形成される。次に、たとえばマスクを介するエッチングにより、絶縁膜３５の不要な部分（各導波路構造８の内方領域２２に対応する部分）が選択的に除去されて、コンタクト孔３６が形成される。
【0042】
その後、図６Ｈを参照して、絶縁膜３５上に表面メタル３７が形成され、基板２の裏面側に裏面メタル３が形成される。表面メタル３７および裏面メタル３は、電界めっきまたは無電解めっきにより形成されてもよい。以上の工程を経て、半導体レーザ装置１が製造される。以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
【0043】
たとえば、前述の実施形態では、１０個の導波路構造８が形成された例について説明したが、１０個以上の導波路構造８が形成されていてもよい。また、前述の実施形態では、半導体レーザ装置１が、導波路構造８とは反対パターンの平面視ホーン形状に形成された溝３０を含む例について説明した（図２も併せて参照）。しかし、半導体レーザ装置１は、溝３０に代えてまたはこれに加えて、図８に示すように、互いに隣り合う導波路構造８の間において、導波路構造８の長さ方向に間欠的に形成された複数個の溝６０を含んでいてもよい。この構成において、複数個の溝６０は、導波路構造８の間の間隔に応じて溝幅（開口幅）が徐々に変化するように形成されている。このような構成によっても、前述の実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
【0044】
また、前述の実施形態では、溝３０の底部が、ｎ型クラッド層５内に位置する例について説明した。しかし、溝３０に代えてまたはこれに加えて、図９に示すように、ｐ型エッチングストップ層２５、ｐ型クラッド層７、活性層６およびｎ型クラッド層５を分断し、その底部が基板２内に位置する溝６１が形成されていてもよい。また、前述の実施形態では、ｐ型エッチングストップ層２５を含む半導体層４が形成された例について説明した。しかし、エッチング条件により垂直リッジとなる導波路構造８を形成できるのであれば、必ずしもｐ型エッチングストップ層２５を含む半導体層４が形成される必要はない。半導体層４がｐ型エッチングストップ層２５を含まない場合、図１０に示すように、半導体層４のｐ型クラッド層７上に、導波路構造８のｐ型リッジクラッド層１２が直接積層された構成となる。
【0045】
また、前述の実施形態において、半導体レーザ装置１は、分断構造２９（放熱材３４）に熱的に接続されるヒートシンクを含んでいてもよい。このヒートシンクによれば、分断構２９で吸収された熱を外部に良好に放散させることができる。なお、このヒートシンクは、表面メタル３７に熱的に接続されるものであってもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【0046】
１…半導体レーザ装置、２…基板、５…ｎ型クラッド層、６…活性層、７…ｐ型クラッド層、８…導波路構造、８ａ…側面部、１２…ｐ型リッジクラッド層、１４…ｐ型コンタクト層、２５…ｐ型エッチングストップ層、３０，６０，６１…溝、３４…放熱材、５０…ハードマスク