特開 2023-111096 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法

(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】P2023111096

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/22 20060101AFI20230803BHJP

【ＦＩ】

H01S5/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022012749

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】520133916

【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】中津 浩二

(72)【発明者】

【氏名】大川内 良彦

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA08

5F173AH22

5F173AP05

5F173AP82

5F173AP93

5F173AR82

(57)【要約】

【課題】製造工程中で発生するクラックにより信頼性が低下することを抑制できる半導体レーザ素子等を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子１は、基板１０と、基板１０の一方の面に形成され、複数の半導体層が積層された半導体積層構造体２０と、を備え、半導体積層構造体２０は、半導体レーザ素子１の共振器長方向に沿って延在する光導波路を有し、基板１０の他方の面には、半導体レーザ素子１の一対の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在する一対の第１溝５１が形成されており、一対の第１溝５１の各々における共振器長方向における両端部は、半導体積層構造体２０の端面から後退した位置に存在し、半導体積層構造体２０には、半導体積層構造体２０の端面から共振器長方向に沿って第２溝５２が形成されており、上面視において、第２溝５２は、光導波路の両側に形成され、且つ、第１溝５１と光導波路との間に形成されている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

共振器端面と前記共振器端面に交差する一対の側面とを有する半導体レーザ素子であって、
基板と、
前記基板の一方の面に形成され、複数の半導体層が積層された半導体積層構造体と、を備え、
前記半導体積層構造体は、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在する光導波路を有し、
前記基板の他方の面には、前記一対の側面を切り欠くように前記共振器長方向に沿って延在する一対の第１溝が形成されており、
前記一対の第１溝の各々における前記共振器長方向における両端部は、前記半導体積層構造体の端面から後退した位置に存在し、
前記半導体積層構造体には、前記半導体積層構造体の端面から前記共振器長方向に沿って第２溝が形成されており、
上面視において、前記第２溝は、前記光導波路の両側に形成され、且つ、前記第１溝と前記光導波路との間に形成されている、
半導体レーザ素子。

【請求項2】

前記半導体積層構造体には、前記半導体積層構造体の側面を切り欠くように前記共振器長方向に沿って延在する第３溝が形成されている、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項3】

前記第２溝の深さは、前記半導体積層構造体の表面のうち最も前記基板側に位置する部分よりも深いか、それに等しい
請求項２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項4】

前記第２溝の深さは、前記第３溝の深さよりも深いか、それに等しい
請求項２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項5】

前記第２溝の前記共振器長方向の長さは、前記半導体積層構造体の端面から１０μｍ以上、かつ、前記第３溝と前記第２溝との間の距離の２５倍以下である、
請求項２～４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項6】

前記半導体積層構造体は、ＰＮ接合部を有し、
前記第３溝の深さは、前記ＰＮ接合部の位置よりも深い、
請求項２～５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項7】

前記第３溝の側面は、傾斜している、
請求項２～６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項8】

上面視において、前記第２溝と前記光導波路との距離は、４μｍ以上である、
請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項9】

前記第２溝は、前記半導体積層構造体のレーザ光が出射される面と反対側の端面から形成されている、
請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項10】

前記第２溝の側面は、傾斜している、
請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項11】

前記第２溝の前記共振器長方向の長さは、前記第１溝と前記半導体積層構造体の端面との距離の１／２以上である、
請求項１～１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。

【請求項12】

半導体レーザ素子であって、
基板と、
前記基板の一方の面に形成され、複数の半導体層が積層された半導体積層構造体と、を備え、
前記半導体積層構造体は、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に延在するリッジ部と、前記リッジ部の両側に前記リッジ部と同じ高さで形成されるウイング部とを有し、
前記半導体積層構造体の端面の近傍には、前記ウイング部が形成されていないウイングレス部が形成されており、
前記ウイングレス部における前記半導体積層構造体の前記共振器長方向に直交する方向の端縁の表面に、突起が形成されている、
半導体レーザ素子。

【請求項13】

前記半導体積層構造体には、前記半導体積層構造体の端面から前記共振器長方向に沿って溝が形成されており、
前記端縁は、前記半導体積層構造体の表面と前記溝の側面との境界である、
請求項１２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項14】

前記半導体積層構造体には、前記半導体積層構造体の側面を切り欠くように前記共振器長方向に沿って延在する溝が形成されており、
前記端縁は、前記半導体積層構造体の表面と前記溝の側面との境界である、
請求項１２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項15】

基板の一方の面に複数の半導体層を積層することで半導体積層構造体を有する半導体積層基板を作製する工程と、
前記半導体積層構造体をエッチングする第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程の後に、前記半導体積層構造体をエッチングする第２エッチング工程と、
前記半導体積層基板を分割することで、各々が複数の光導波路を有する複数のバー状基板を作製する分割工程と、
前記半導体積層基板又は前記バー状基板の裏面に第１溝を形成する工程と、
前記第１溝に沿って前記バー状基板を分割することで、各々が１つの光導波路を有する複数の半導体レーザ素子を作製する分割工程と、を含み、
前記第１エッチング工程では、前記半導体積層構造体に凹部を形成し、
前記第２エッチング工程では、前記凹部をさらにエッチングして第２溝を形成するとともに、前記光導波路として前記半導体積層構造体にリッジ部を形成し、
上面視において、前記第２溝は、前記光導波路の両側において、前記半導体積層構造体の端面から前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在するように形成されており、且つ、前記第１溝と前記光導波路との間に形成されている、
半導体レーザ素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザ素子は、長寿命、高効率及び小型等のメリットがあるため、プロジェクタ、光ディスク、車載ヘッドランプ、照明装置又はレーザ加工装置等の様々な製品の光源に用いられている。近年、半導体レーザ素子として、紫外から青色までの波長帯をカバーすることができる窒化物系半導体レーザの研究開発が進められている。

【0003】

半導体レーザ素子は、ウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割することで複数のバー状基板を切り出し、さらに、このバー状基板を複数に分割して個片化することで作製することができる。このような分割工程においては、予定の分割線から逸れて分割されてしまったり一部が欠けてしまったりする等の不具合が発生する。

【0004】

特に、窒化物系半導体レーザは、光ピックアップ又は光通信で使われていた砒化ガリウム系レーザとは異なり、分割工程においては、劈開面ではない結晶面で分割を行っているため、予定の分割線から逸れて分割されてしまったり一部が欠けたりする等の不具合が発生しやすい。

【0005】

そこで、従来、ガイド溝を用いてウエハを分割して半導体レーザ素子を作製する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の半導体層が積層されたウエハの裏面にレーザ光を照射して分割用の溝を形成することで、ウエハを分割する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２００８／０４７７５１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に開示された方法を用いたとしても、ウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割する分割工程又は半導体積層基板を分割したバー状基板を分割する分割工程において半導体レーザ素子にクラックが発生し、半導体レーザ素子の信頼性が低下するという課題がある。

【0008】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、製造工程中で発生するクラックにより信頼性が低下することを抑制できる半導体レーザ素子及びその半導体レーザ素子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】

【0009】

上記目的を達成するために、本開示に係る第１の半導体レーザ素子の一態様は、共振器端面と前記共振器端面に交差する一対の側面とを有する半導体レーザ素子であって、基板と、前記基板の一方の面に形成され、複数の半導体層が積層された半導体積層構造体と、を備え、前記半導体積層構造体は、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在する光導波路を有し、前記基板の他方の面には、前記一対の側面を切り欠くように前記共振器長方向に沿って延在する一対の第１溝が形成されており、前記一対の第１溝の各々における前記共振器長方向における両端部は、前記半導体積層構造体の端面から後退した位置に存在し、前記半導体積層構造体には、前記半導体積層構造体の端面から前記共振器長方向に沿って第２溝が形成されており、上面視において、前記第２溝は、前記光導波路の両側に形成され、且つ、前記第１溝と前記光導波路との間に形成されている。

【0010】

また、本開示に係る第２の半導体レーザ素子の一態様は、基板と、前記基板の一方の面に形成され、複数の半導体層が積層された半導体積層構造体と、を備え、前記半導体積層構造体は、前記半導体レーザ素子の共振器長方向に延在するリッジ部と、前記リッジ部の両側に前記リッジ部と同じ高さで形成されるウイング部とを有し、前記半導体積層構造体の端面の近傍には、前記ウイング部が形成されていないウイングレス部が形成されており、前記ウイングレス部における前記半導体積層構造体の前記共振器長方向に直交する方向の端縁の表面に、突起が形成されている。

【0011】

また、本開示に係る半導体レーザ素子の製造方法の一態様は、基板の一方の面に複数の半導体層を積層することで半導体積層構造体を有する半導体積層基板を作製する工程と、前記半導体積層構造体をエッチングする第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程の後に、前記半導体積層構造体をエッチングする第２エッチング工程と、前記半導体積層基板を分割することで、各々が複数の光導波路を有する複数のバー状基板を作製する分割工程と、前記半導体積層基板又は前記バー状基板の裏面に第１溝を形成する工程と、前記第１溝に沿って前記バー状基板を分割することで、各々が１つの光導波路を有する複数の半導体レーザ素子を作製する分割工程と、を含み、前記第１エッチング工程では、前記半導体積層構造体に凹部を形成し、前記第２エッチング工程では、前記凹部をさらにエッチングして第２溝を形成するとともに、前記光導波路として前記半導体積層構造体にリッジ部を形成し、上面視において、前記第２溝は、前記光導波路の両側において、前記半導体積層構造体の端面から前記半導体レーザ素子の共振器長方向に沿って延在するように形成されており、且つ、前記第１溝と前記光導波路との間に形成されている。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、製造工程中で発生するクラックにより信頼性が低下することを抑制できる半導体レーザ素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施の形態に係る半導体レーザ素子の上面図である。

【図2A】図２Ａは、図１のＩＩＡ－ＩＩＡ線における実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。

【図2B】図２Ｂは、図１のＩＩＢ－ＩＩＢ線における実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。

【図2C】図２Ｃは、図１のＩＩＣ－ＩＩＣ線における実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る半導体レーザ素子の側面図である。

【図4A】図４Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、半導体積層構造体を形成する工程を説明するための図である。

【図4B】図４Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、第１レジストを形成する工程を説明するための図である。

【図4C】図４Ｃは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、第１エッチング工程を説明するための図である。

【図4D】図４Ｄは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、第１レジストを削除する工程を説明するための図である。

【図4E】図４Ｅは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、第２レジストを形成する工程を説明するための図である。

【図4F】図４Ｆは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、第２エッチング工程を説明するための図である。

【図4G】図４Ｇは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁膜を形成する工程を説明するための図である。

【図4H】図４Ｈは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁膜を除去する工程を説明するための図である。

【図4I】図４Ｉは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、ｐ側電極を形成する工程を説明するための図である。

【図4J】図４Ｊは、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、ｎ側電極を形成する工程を説明するための図である。

【図5】図５は、図４Ｈの（ｄ）における破線で囲まれる領域Ｖに対応する部分の断面ＳＥＭ像である。

【図6】図６は、実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法により作製された半導体レーザ素子の構成を示す図である。

【図7】図７は、変形例に係る半導体レーザ素子の断面図である。

【図8】図８は、バー状基板を複数の半導体レーザ素子に分割する工程（個片分割工程）を説明するための図である。

【図9】図９は、比較例の半導体レーザ素子の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（本開示の一態様を得るに至った経緯）
まず、本開示の実施の形態を説明することに先立ち、本開示の一態様を得るに至った経緯を説明する。

【0015】

一般的に、半導体レーザ素子を量産する場合、ウエハである基板の上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割することで複数本のバー状基板を作製し（一次分割工程）、このバー状基板の両端面にコート膜を形成した後に、バー状基板をさらに複数に分割する個片分割を行うことで複数の半導体レーザ素子に分離する（二次分割工程）。これにより、１枚のウエハからレーザチップとなる複数の半導体レーザ素子を得ることができる。

【0016】

従来、バー状基板を個片分割する際、半導体積層基板又はバー状基板に予め分割用の溝（ガイド溝）を形成しておいて、この溝に沿ってバー状基板を複数に分割する方法が提案されている。この場合、特許文献１に開示された方法を用いて、分割用の溝を形成することが考えられる。具体的には、半導体積層基板又はバー状基板の裏面にレーザ光を照射することで、分割用の溝を形成することが考えられる。このとき、溝を形成する際のレーザ光によって半導体レーザ素子の共振器端面が熱損傷を受けないようにするために、溝の共振器方向の端部が共振器端面から後退した位置となるようにレーザ光を照射する。つまり、バー状基板のフロント側及びリア側の共振器端面となる位置まで分割用の溝が到達しないようにレーザ光を照射している。

【0017】

しかしながら、このような方法によって本願発明者らが実際に半導体レーザ素子を作製してみたところ、バー状基板を複数に分割する個片分割工程において、半導体レーザ素子にクラックが生じることが分かった。この点について、以下詳細に説明する。

【0018】

図８に示すように、基板１０Ｘの裏面に分割用の溝５１Ｘが形成されたバー状基板３Ｘを粘着シート１０１と保護フィルム１０２とで挟んで、分割用の溝５１Ｘに対応する位置においてバー状基板３Ｘの上からカッター等の刃状治具１０３を順次押し込んでいく。これにより、バー状基板３Ｘを複数に分割して、複数の半導体レーザ素子１Ｘを得ることができる。

【0019】

このとき、得られた半導体レーザ素子１Ｘを観察すると、図９に示すように、半導体レーザ素子１Ｘにおける共振器端面と側面との角部において、基板１０Ｘと半導体積層構造体２０Ｘとの界面近傍からリッジ部２０ａの下方に向かって斜め上方に伸びるクラック９０Ｘが発生することが分かった。このように、クラック９０Ｘがリッジ部２０ａの下方にまで延在すると、半導体レーザ素子１Ｘの信頼性が低下することになる。

【0020】

なお、図９は、特許文献１の方法によって作製したときの比較例の半導体レーザ素子１Ｘの構成を示す図である。図９において、（ａ）は、半導体レーザ素子１Ｘの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ線における断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ－ｃ線における断面図である。図９の（ｄ）は、端面のコート膜３２Ｘを省略して半導体レーザ素子１Ｘを後端面側から見たときの側面図である。また、図９における太線は、半導体レーザ素子１Ｘに発生したクラック９０Ｘを示しており、図９の（ａ）におけるドットのハッチング領域は、クラック９０Ｘが発生した領域を示している。

【0021】

得られた複数の半導体レーザ素子１Ｘを調べてみると、図９の（ａ）に示すように、クラック９０Ｘは、三角形の面状に広がって発生することが分かった。具体的には、図９の（ｂ）及び（ｄ）に示すように、発生する多くのクラック９０Ｘは、半導体レーザ素子１Ｘの共振器長方向に直交する断面では、半導体積層構造体２０Ｘの側面から、まず溝５１近傍では斜め上方にクラックが進行した後、溝５１から離れたところでは基板１０Ｘの主面に対して約１．５°の角度でやや斜め上方に向かって伸びるとともに、半導体レーザ素子１Ｘの側面と平行な断面では、半導体積層構造体２０Ｘの端面から基板１０Ｘの主面に対して約１６°の角度で斜め上方に向かって伸びることが分かった。さらに、多くのクラック９０Ｘは、半導体積層構造体２０Ｘの表面のうち最も基板１０Ｘ側に位置する部分（図９（ｄ）では、分離溝５３Ｘの上面）から２μｍ程度下方の部分を起点にして発生することも分かった。しかも、クラック９０Ｘは、特に半導体レーザ素子１の後端面側に多く発生することも分かった。

【0022】

なお、刃状治具１０３（図８参照）により分割された左右２つの半導体レーザ素子１Ｘは、いずれにおいても、左側の側面を起点にクラック９０Ｘが発生することが多かったが、右側の側面を起点にクラック９０Ｘが発生することもあった。また、クラック９０Ｘは、上面視において、第１溝５１Ｘに重なる位置まで伸びていないが、第１溝５１Ｘに重なる位置まで伸びる場合もあった。

【0023】

このようにクラック９０Ｘが発生する原因について本願発明者らが検討したところ、個片分割するための分割用の溝５１Ｘを基板１０Ｘの裏面に形成したことと、その分割用の溝５１Ｘをフロント側及びリア側の共振器端面となる位置まで達しないように形成したことで、共振器端面近傍が割れにくくなったことが原因であると推測した。

【0024】

また、共振器端面のリア側に形成するコート膜３２Ｘの膜厚は、レーザ光をフロント方向に出射させるために、共振器端面のフロント側に形成するコート膜３１Ｘの膜厚に比べて厚くなっている（例えば約８倍程度）ことから、リア側の共振器端面近傍がフロント側の共振器端面に比べて割れにくくなっている。このため、リア側の共振器端面にクラック９０Ｘが多く発生したと考えられる。

【0025】

そこで、このような課題に対して、本願発明者らが鋭意検討した結果、個片分割の際にクラック９０Ｘが発生したとしても、クラック９０Ｘがリッジ部２０ａの下方にまで進行することを阻止する構造を設けるという着想を得た。具体的には、半導体積層構造体２０Ｘに、クラック９０Ｘの進行を阻止するための溝を形成するという着想を得た。

【0026】

このように、本開示は、クラック発生の課題に対してなされたものであり、個片分割の際にクラックが発生したとしても、クラックがリッジ部の下方にまで進行することを抑制できる半導体レーザ素子を得ることを第１の目的とする。

【0027】

また、ウエハを分割する分割工程（一次分割工程、二次分割工程）では、ウエハの上にＳｉＯ_２等の保護部材を載置することがあるが、この場合、半導体レーザ素子のリッジ部２０ａに分割時の応力がかかってリッジ部に欠け（端面段差等）が発生することがある。

【0028】

本開示は、このような課題に対してもなされたものであり、分割工程の際にリッジ部となる部分にクラックが発生することを抑制できる半導体レーザ素子を得ることを第２の目的とする。

【0029】

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、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0030】

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。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。

【0031】

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。

【0032】

（実施の形態）
まず、実施の形態に係る半導体レーザ素子１の構成について、図１～図３を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る半導体レーザ素子１の上面図である。図２Ａ～図２Ｃは、実施の形態に係る半導体レーザ素子１の断面図である。図２Ａは、図１のＩＩＡ－ＩＩＡ線における断面図であり、図２Ｂは、図１のＩＩＢ－ＩＩＢ線における断面図であり、図２Ｃは、図１のＩＩＣ－ＩＩＣ線における断面図である。図３は、実施の形態に係る半導体レーザ素子１の側面図である。なお、図１において、絶縁膜８２は省略している。

【0033】

図１に示すように、半導体レーザ素子１は、各々が共振器端面である前端面１ａ及び後端面１ｂと、各々が共振器端面に交差する面である第１側面１ｃ及び第２側面１ｄとを有する。

【0034】

前端面１ａは、半導体レーザ素子１のフロント側の端面であり、レーザ光が出射する共振器端面である。後端面１ｂは、半導体レーザ素子１のリア側の端面であり、レーザ光が出射しない共振器端面である。前端面１ａと後端面１ｂとは、一対の共振器端面として、互いに対向している。後端面１ｂは、前端面１ａとは反対側の端面である。

【0035】

第１側面１ｃは、半導体レーザ素子１の側方の一方の面である。第２側面１ｄは、半導体レーザ素子１の側方の他方の面である。第１側面１ｃと第２側面１ｄとは、一対の側面として、互いに対向している。第１側面１ｃ及び第２側面１ｄは、前端面１ａ及び後端面１ｂに直交する面である。

【0036】

図１～図３に示すように、半導体レーザ素子１は、基板１０と、基板１０の一方の面である上面に形成された半導体積層構造体２０とを有する。半導体積層構造体２０は、複数の半導体層が積層された構造であり、ＰＮ接合部を有する。

【0037】

本実施の形態における半導体レーザ素子１は、窒化物系半導体材料によって構成された窒化物半導体レーザである。したがって、半導体積層構造体２０は、各々が窒化物系半導体材料を用いて作製された複数の窒化物半導体層が積層された窒化物半導体積層体である。具体的には、半導体レーザ素子１は、ＧａＮ系の窒化物半導体レーザである。半導体レーザ素子１から出射するレーザ光は、例えば、紫外から青色までの波長帯域の光である。

【0038】

半導体レーザ素子１は、前端面１ａと後端面１ｂとを共振器反射ミラーとする光導波路を有する。具体的には、半導体積層構造体２０が光導波路を有する。光導波路は、半導体レーザ素子１の共振器長方向に沿って延在している。本実施の形態では、半導体積層構造体２０には、光導波路としてリッジ部２０ａが形成されている。したがって、リッジ部２０ａは、半導体レーザ素子１の共振器長方向に沿って延在するように形成されている。リッジ部２０ａは、凸状であり、半導体積層構造体２０を掘り込むことで形成されている。なお、半導体レーザ素子１は、共振器長方向に長尺をなす形状になっている。半導体レーザ素子１の共振器長方向の長さは、一例として、８００μｍ以上であり、本実施の形態では、１２００μｍである。

【0039】

半導体レーザ素子１では、前端面１ａと後端面１ｂとによってレーザ共振器が形成されている。このため、後端面１ｂは、前端面１ａよりも反射率が高くなっている。一例として、前端面１ａの反射率は、５％であり、後端面１ｂの反射率は、９５％である。

【0040】

具体的には、図１に示すように、半導体レーザ素子１のフロント側には、反射膜として第１コート膜３１が形成されており、半導体レーザ素子１のリア側には、反射膜として第２コート膜３２が形成されている。第１コート膜３１は、半導体積層構造体２０の前端面に形成されており、第２コート膜３２は、半導体積層構造体２０の後端面に形成されている。第１コート膜３１及び第２コート膜３２は、複数の誘電体膜が積層された誘電体多層膜によって構成されている。本実施の形態において、リア側の第２コート膜３２の膜厚は、フロント側の第１コート膜３１の膜厚よりも厚くなっている。一例として、第２コート膜３２の膜厚は、第１コート膜３１の膜厚の２倍以上であり、本実施の形態では、約８倍になっている。

【0041】

基板１０は、ＧａＮやＳｉＣ等からなる半導体基板、又は、サファイア基板等の絶縁基板である。基板１０は、例えば、六方晶系ＧａＮ単結晶からなるｎ型ＧａＮ基板である。本実施の形態では、基板１０として、主面が（０００１）面であるｎ型ＧａＮ基板を用いている。

【0042】

図２Ａ～図２Ｃに示すように、半導体積層構造体２０は、基板１０の上に、ｎ側の第１半導体層２１と、活性層２２と、ｐ側の第２半導体層２３とを順に有する。活性層２２は、半導体積層構造体２０におけるＰＮ接合部である。第１半導体層２１、活性層２２及び第２半導体層２３は、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）法を用いて、窒化物系半導体材料をエピタキシャル成長させることで形成することができる。第１半導体層２１、活性層２２及び第２半導体層２３の各々は、例えば、以下のように構成される。

【0043】

第１半導体層２１は、少なくともｎ型クラッド層を含む。本実施の形態において、第１半導体層２１は、ｎ型クラッド層を含むｎ側クラッド層と、ｎ側クラッド層の上に形成されたｎ側ガイド層とを有する。ｎ側クラッド層及びｎ側ガイド層は、単層及び複数層のいずれであってもよい。

【0044】

一例として、ｎ側クラッド層は、シリコンがドープされたＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層（ｎ－ＡｌＧａＮ層）である。

【0045】

ｎ側光ガイド層は、アンドープのＧａＮからなる光ガイド層（ｕｎ－ＧａＮ層）である。

【0046】

活性層２２は、量子井戸活性層である。活性層２２は、アンドープのＩｎＧａＮからなるウェル層（井戸層）と、アンドープのＩｎＧａＮからなるバリア層（障壁層）とが交互に積層された積層構造である。活性層２２は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ；Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）及び多重量子井戸構造（ＭＱＷ；ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）のいずれであってもよい。本実施の形態において、活性層２２は、ＩｎＧａＮからなるバリア層と、ＩｎＧａＮからなるウェル層と、ＩｎＧａＮからなるバリア層と、ＩｎＧａＮからなるウェル層と、ＩｎＧａＮからなるバリア層との５層構造である。

【0047】

第２半導体層２３は、少なくともｐ型クラッド層を含む。本実施の形態において、第２半導体層２３は、ｐ側光ガイド層と、ｐ側光ガイド層の上に形成されたＯＦＳ層（オーバーフロー抑制層）と、ＯＦＳ層の上に形成され、ｐ型クラッド層を含むｐ側クラッド層と、ｐ側クラッド層の上に形成されたコンタクト層とを有する。ｐ側光ガイド層、ＯＦＳ層、ｐ側クラッド層及びコンタクト層は、単層及び複数層のいずれであってもよい。

【0048】

一例として、ｐ側光ガイド層は、アンドープのＧａＮからなるｐ側光ガイド層（ｕｎ－ＧａＮ層）である。

【0049】

ＯＦＳ層は、不純物としてマグネシウムがドープされたＡｌＧａＮからなるｐ型のＯＦＳ層（ｐ－ＡｌＧａＮ層）である。

【0050】

ｐ側クラッド層は、不純物としてマグネシウムがドープされたｐ型のｐ側クラッド層（ｐ－ＡｌＧａＮ層）である。

【0051】

コンタクト層は、不純物としてマグネシウムがドープされたＧａＮからなるｐ型のコンタクト層（ｐ－ＧａＮ層）である。

【0052】

このように構成される半導体積層構造体２０には、図１～図２Ｃに示すように、凹部２４が形成されている。凹部２４が形成されることで、半導体積層構造体２０にリッジ部２０ａとリッジ部２０ａの根元から横方向に広がる平坦部２０ｂとが形成されている。凹部２４は、エッチングによって半導体積層構造体２０を掘り込むことで形成される。図２Ａ～図２Ｃに示すように、本実施の形態において、凹部２４は、第２半導体層２３を掘り込んでいる。つまり、リッジ部２０ａ及び平坦部２０ｂは、第２半導体層２３に形成されている。具体的には、リッジ部２０ａは、ｐ側クラッド層とコンタクト層とに形成されている。一例として、リッジ部２０ａは、ｐ側クラッド層に形成された凸部と、凸部の上に形成されたコンタクト層とによって構成されており、リッジ部２０ａの最上層はコンタクト層になっている。また、平坦部２０ｂは、ｐ側クラッド層に形成されている。平坦部２０ｂの平坦面は、凹部２４の底であり、凹部２４におけるｐ側クラッド層の表面である。

【0053】

リッジ部２０ａの幅及び高さは、特に限定されるものではないが、一例として、リッジ部２０ａのリッジ幅（ストライプ幅）は１μｍ以上１００μｍ以下であり、リッジ部２０ａの高さは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。なお、コンタクト層の幅は、リッジ部２０ａのリッジ幅と同じであるが、これに限らない。

【0054】

また、本実施の形態では、半導体積層構造体２０に凹部２４を形成することで、図１及び図２Ｂに示すように、半導体積層構造体２０には、さらに凸状のウイング部２０ｃが形成されている。つまり、半導体積層構造体２０は、凸状構造として、リッジ部２０ａとウイング部２０ｃとを有する。上記のように、本実施の形態において、凹部２４は、第２半導体層２３を掘り込むことで形成されている。したがって、ウイング部２０ｃは、第２半導体層２３によって構成され、高さはリッジ部と同じである。具体的には、ウイング部２０ｃは、リッジ部２０ａと同様に、ｐ側クラッド層とコンタクト層とによって構成されている。なお、リッジ部２０ａとウイング部２０ｃの上面は、いずれも平面である。

【0055】

図１及び図２Ｂに示すように、ウイング部２０ｃは、リッジ部２０ａの両側に形成されている。つまり、半導体積層構造体２０は、一対のウイング部２０ｃを有する。リッジ部２０ａは、凹部２４を介して一対のウイング部２０ｃに挟まれている。一対のウイング部２０ｃは、リッジ部２０ａと同様に、半導体レーザ素子１の共振器長方向に沿って延在している。このように、リッジ部２０ａの両側にウイング部２０ｃを設けることによって、半導体レーザ素子１をジャンクションダウンで実装する時に、リッジ部２０ａにかかる圧力を低減することができる。

【0056】

本実施の形態において、一対のウイング部２０ｃの各々の幅は、リッジ部２０ａの幅よりも大きくなっているが、これに限らない。また、一対のウイング部２０ｃの幅は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。

【0057】

また、図１に示すように、半導体積層構造体２０の端面の近傍には、ウイング部２０ｃが形成されていないウイングレス部２０ｄが形成されている。つまり、ウイングレス部２０ｄは、凹部２４の一部である。本実施の形態において、ウイングレス部２０ｄは、半導体積層構造体２０における前端面及び後端面の各々に近傍に形成されている。

【0058】

図２Ｃに示すように、ウイングレス部２０ｄにおける半導体積層構造体２０の共振器長方向に直交する方向の端縁の表面には、突起２５が形成されている。具体的には、突起２５は、半導体積層構造体２０の表面と、後述する第２溝５２の側面との境界に形成されている。この場合、突起２５が形成された半導体積層構造体２０の端縁は、半導体積層構造体２０の表面と第２溝５２の側面との境界になる。また、突起２５は、半導体積層構造体２０の表面と、後述する第３溝５３の側面との境界にも形成されている。この場合、突起２５が形成された半導体積層構造体２０の端縁は、半導体積層構造体２０の表面と第３溝５３の側面との境界になる。本実施の形態において、突起２５は、断面三角形のツノ状に形成されている。

【0059】

図２Ｂに示すように、第２半導体層２３のリッジ部２０ａの上にはｐ側電極４１が形成されている。具体的には、ｐ側電極４１は、コンタクト層の上に形成されている。本実施の形態において、ｐ側電極４１は、リッジ部２０ａの上面のみに形成されている。ｐ側電極４１の幅は、リッジ部２０ａの幅よりも狭くなっているが、リッジ部２０ａの幅と同じであってもよい。

【0060】

ｐ側電極４１は、例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＡｕ等の金属材料を少なくとも１つ以上用いて形成されている。ｐ側電極４１は、単層及び複数層のいずれであってもよい。本実施の形態において、ｐ側電極４１は、Ｐｄからなる膜厚４０ｎｍのＰｄ層とＰｔからなる膜厚３５ｎｍのＰｔ層との２層構造の電極である。なお、ｐ側電極４１の上には、パッド電極が形成されていてもよい。

【0061】

一方、基板１０の他方の面である下面（裏面）には、ｎ側電極４２が形成されている。ｎ側電極４２は、半導体基板である基板１０とオーミック接触するオーミック電極である。ｎ側電極４２は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ及びＧｅ等の金属材料を少なくとも１つ以上用いて形成されている。また、ｎ側電極４２は、単層及び複数層のいずれであってもよい。

【0062】

図２Ａ～図２Ｃに示すように、半導体積層構造体２０は、リッジ部２０ａの上のｐ側電極４１を除き、ＳｉＯ_２又はＳｉＮ等の誘電体膜からなる絶縁膜８１で覆われている。具体的には、絶縁膜８１は、リッジ部２０ａの上面を除き、第２半導体層２３を覆うように形成されている。つまり、絶縁膜８１は、コンタクト層のリッジ部２０ａの上に開口を有するように形成されている。絶縁膜８１は、電流ブロック膜として機能する。したがって、絶縁膜８１の開口は、電流が通過する電流注入窓となる。なお、絶縁膜８１は、半導体積層構造体２０の側面にまで形成されていてもよい。

【0063】

また、図２Ｂに示すように、ｐ側電極４１の上にはパッド電極８２が形成されている。パッド電極８２は、ｐ側電極４１に接触している。本実施の形態において、パッド電極８２は、リッジ部２０ａよりも幅広であって、ウイング部２０ｃの上にまで形成されている。つまり、パッド電極８２は、リッジ部２０ａ、平坦部２０ｂ（凹部２４）及びウイング部２０ｃを覆うように、絶縁膜８１の上に形成されている。パッド電極８２は、例えばＡｕ等の金属材料によって構成されている。また、パッド電極８２は、Ｔｉなどの密着補助層を介して形成されていてもよい。この場合、密着補助層もパッド電極８２の一部であってもよい。

【0064】

このように構成される半導体レーザ素子１には、複数の溝が形成されている。具体的には、図１～図３に示すように、半導体レーザ素子１には、複数の溝として、第１溝５１、第２溝５２及び第３溝５３が形成されている。

【0065】

第１溝５１は、半導体レーザ素子１の裏側に形成されている。具体的には、第１溝５１は、基板１０の裏面に形成されている。一方、第２溝５２及び第３溝５３は、半導体レーザ素子１の表側に形成されている。具体的には、第２溝５２及び第３溝５３は、半導体積層構造体２０に形成されている。

【0066】

基板１０の裏面に形成された第１溝５１は、複数の半導体層が積層されたウエハを分割する際のガイド溝である。具体的には、後述するように、第１溝５１は、ウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板を分割した後の複数のバー状基板の各々を個片分割する際のガイド溝である。第１溝５１は、スクライブ溝であり、例えば、基板１０の裏面にレーザ光を照射することで形成することができる。このように、第１溝５１を基板１０の上面ではなく下面（裏面）に形成することで、個片分割時に半導体レーザ素子１にかかる応力を軽減できるので、クラックの発生を抑制することができる。

【0067】

図１及び図３に示すように、第１溝５１は、半導体レーザ素子１の共振器方向に延在するように形成されている。また、第１溝５１は、半導体レーザ素子１の一対の側面の各々に形成されている。つまり、半導体レーザ素子１には、一対の第１溝５１が形成されている。図２Ｂに示すように、一対の第１溝５１の各々は、基板１０の裏面から半導体レーザ素子１の側面を切り欠くように形成されている。一対の第１溝５１は、基板１０の側面に形成されている。具体的には、一対の第１溝５１の一方は、第１側面１ｃに対応する基板１０の一方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。また、一対の第１溝５１の他方は、第２側面１ｄに対応する基板１０の他方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。

【0068】

図１及び図３に示すように、一対の第１溝５１の各々における共振器長方向における両端部は、半導体積層構造体２０の端面から後退した位置に存在している。つまり、各第１溝５１において、共振器長方向における両端部の各々は、半導体積層構造体２０の端面に到達しないように形成されている。具体的には、半導体積層構造体２０における前端側近傍において、第１溝５１の共振器長方向における後方側の端部と半導体積層構造体２０の後端面との間には、第１溝５１を形成せずに半導体積層構造体２０を残した部分（残しシロ）が存在する。同様に、半導体積層構造体２０における後端側近傍において、第１溝５１の共振器長方向における前方側の端部と半導体積層構造体２０の前端面との間には、第１溝５１を形成せずに半導体積層構造体２０を残した部分（残しシロ）が存在する。

【0069】

本実施の形態において、第１溝５１の底は、基板１０の内部に位置している。つまり、第１溝５１は、基板１０の下面（裏面）から基板１０の上面側の半導体積層構造体２０にまで到達しないように形成されている。一例として、基板１０の厚さは８３μｍであり、第１溝の深さは５５μｍであり、残しシロは１３μｍである。

【0070】

半導体積層構造体２０に形成された第２溝５２は、バー状基板を個片分割する際に発生するクラックの進行を阻止するためのクラック阻止溝である。第２溝５２は、半導体積層構造体２０をエッチングすることで形成することができる。

【0071】

図１に示すように、第２溝５２は、半導体積層構造体２０の端面から半導体レーザ素子１の共振器方向に沿って形成されている。本実施の形態において、第２溝５２は、半導体積層構造体２０の後端面から前端面に向かって形成されている。また、第２溝５２は、半導体積層構造体２０の後端面近傍にのみ形成されている。具体的には、第２溝５２は、半導体積層構造体２０のウイングレス部２０ｄに形成されているが、ウイング部２０ｃにまたがって形成されていてもよい。なお、第２溝５２は、半導体積層構造体２０の前端面近傍にも形成されていてもよい。

【0072】

また、図１に示すように、上面視において、第２溝５２は、光導波路であるリッジ部２０ａの両側に形成されている。つまり、半導体レーザ素子１には、一対の第２溝５２が形成されている。一対の第２溝５２の各々は、第１溝５１とリッジ部２０ａとの間に形成されている。具体的には、一対の第２溝５２の一方は、半導体レーザ素子１の共振器長方向に直交する方向において、一対の第１溝５１の一方とリッジ部２０ａとの間に形成されている。また、一対の第２溝５２の他方は、半導体レーザ素子１の共振器長方向に直交する方向において、一対の第１溝５１の他方とリッジ部２０ａとの間に形成されている。

【0073】

第２溝５２の共振器長方向の長さは、第１溝５１と半導体積層構造体２０の後端面との距離（残しシロ）の１／２以上であるとよい。本実施の形態において、第２溝５２の共振器長方向の長さは、半導体積層構造体２０の後端面から１０μｍ以上、かつ、第３溝５３と第２溝５２との間の距離の２５倍以下である。一例として、第２溝５２の共振器長方向の長さは、共振器長方向の長さが１２００μｍの半導体レーザ素子１に対して、１４μｍである。なお、一対の第２溝５２の共振器方向の長さは、互いに同じであるが、異なっていてもよい。

【0074】

また、第２溝５２の幅は、一例として、１０μｍ以下である。本実施の形態において、各第２溝５２の幅は、８μｍであるが、エッチングできる幅であれば、さらに狭くしてもよい。なお、一対の第２溝５２の幅は、互いに同じであるが、異なっていてもよい。

【0075】

第２溝５２の深さは、半導体積層構造体２０の表面のうち最も基板１０側に位置する部分よりも深い。本実施の形態において、半導体積層構造体２０の表面のうち最も基板１０側に位置する部分は、第３溝５３の底である。つまり、図２Ｃに示すように、各第２溝５２の深さは、第３溝５３の深さよりも深くなっている。一例として、第２溝５２の底は、半導体積層構造体２０の表面のうち最も基板１０側に位置する部分から２μｍ程度下方の位置である。なお、第２溝５２の深さは、第３溝５３の深さと等しくてもよい。また、一対の第２溝５２の深さは、互いに同じであるが、異なっていてもよい。

【0076】

また、第２溝５２の側面（内面）は、傾斜している。具体的には、第２溝５２において、対向する一対の側面の各々が傾斜している。本実施の形態において、第２溝５２は、深さ方向に沿って溝幅が漸次狭まるようにテーパ状に形成されている。

【0077】

半導体積層構造体２０に形成された第３溝５３は、エピタキシャル成長によりウエハの上に複数の半導体層が積層された半導体積層基板において、積層された複数の半導体層を光導波路ごとに分離するための分離溝（素子分離溝）である。したがって、図２Ａ～図２Ｃに示すように、第３溝５３は、半導体レーザ素子１の一対の側面の各々に形成されている。つまり、半導体レーザ素子１には、一対の第３溝５３が形成されている。第３溝５３は、積層された複数の半導体層をエッチングすることで形成することができる。

【0078】

一対の第３溝５３の各々は、半導体積層構造体２０の上面から半導体積層構造体２０の側面を切り欠くように形成されている。また、図１に示すように、第３溝５３は、半導体レーザ素子１の共振器方向に延在するように形成されている。具体的には、一対の第３溝５３の一方は、半導体積層構造体２０の一方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。また、一対の第３溝５３の他方は、半導体積層構造体２０の他方の側面を切り欠くように共振器長方向に沿って延在している。本実施の形態において、一対の第３溝５３は、いずれも半導体積層構造体２０の前端面から後端面にわたって形成されている。

【0079】

第３溝５３は、半導体積層構造体２０の上面から積層方向に掘り込むことで形成することができる。図２Ａ～図２Ｃに示すように、第３溝５３の深さは、半導体積層構造体２０におけるＰＮ接合部である活性層２２の位置よりも深い。また、本実施の形態において、第３溝５３の側面は、傾斜している。具体的には、第３溝５３の側面は、深さ方向に沿って裾が広がるように傾斜している。

【0080】

次に、実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法について、図４Ａ～図４Ｊを用いて説明する。図４Ａ～図４Ｊは、実施の形態に係る半導体レーザ素子１の製造方法における各工程を説明するための図である。図４Ａ～図４Ｊにおいて、（ａ）は、半導体レーザ素子１の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ線における断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ－ｃ線における断面図であり、（ｄ）は、（ａ）のｄ－ｄ線における断面図である。なお、図４Ａ～図４Ｊの（ａ）においては、上面に見える部材の対応関係を分かりやすくために、便宜上ハッチングを施している。ただし、絶縁膜８２は省略している。また、図４Ａ～図４Ｊでは、ウエハである基板１０上に形成された半導体積層構造体２０Ａのうちの１つの半導体レーザ素子１に対応する部分のみが示されている。

【0081】

まず、図４Ａに示すように、ウエハである基板１０の一方の面に複数の半導体層を積層することで、半導体積層構造体２０Ａを有する半導体積層基板２を作製する。具体的には、ＭＯＣＶＤ法により、基板１０の上面に、第１半導体層２１、活性層２２及び第２半導体層２３を順次エピタキシャル成長させることにより半導体積層構造体２０Ａを形成する。その後、半導体積層構造体２０Ａの上に絶縁膜６１（第１絶縁膜）を形成する。本実施の形態では、絶縁膜６１としてＳｉＯ_２膜を形成した。一例として、絶縁膜６１の膜厚は、３００ｎｍである。なお、絶縁膜６１は、形成しなくてもよい。

【0082】

次に、図４Ｂに示すように、半導体積層構造体２０Ａの上方に、第１開口部７１ａ及び第２開口部７１ｂを有する所定形状の第１レジスト７１を形成する。第１開口部７１ａは、後述する第２溝５２を形成する位置に形成される。また、第２開口部７１ｂは、後述する第３溝５３を形成する位置に形成される。なお、本実施の形態では、半導体積層構造体２０Ａの上には絶縁膜６１が形成されているので、第１開口部７１ａ及び第２開口部７１ｂを有する第１レジスト７１は、絶縁膜６１の上に形成される。

【0083】

次に、図４Ｃに示すように、半導体積層構造体２０Ａをエッチングする（第１エッチング工程）。具体的には、第１開口部７１ａ及び第２開口部７１ｂを有する第１レジスト７１をマスクとして半導体積層構造体２０Ａをエッチングする。これにより、半導体積層構造体２０Ａにおける第１開口部７１ａに対応する部分に凹部５２ａを形成することができるとともに、半導体積層構造体２０Ａにおける第２開口部７１ｂに対応する部分に第３溝５３を形成することができる。なお、半導体積層構造体２０Ａのエッチング方法としては、反応性イオンエッチング等のドライエッチングを用いることができる。

【0084】

凹部５２ａと第３溝５３は、同じエッチング工程で形成されるので、凹部５２ａの深さと第３溝５３の深さとは同じである。本実施の形態では、凹部５２ａの底及び第３溝５３の底がいずれも第１半導体層２１の途中にまで到達するように半導体積層構造体２０Ａをエッチングする。つまり、凹部５２ａ及び第３溝５３は、第２半導体層２３及び活性層２２を貫通し、第１半導体層２１の内部にまで形成される。なお、本実施の形態では、半導体積層構造体２０Ａの上に絶縁膜６１が形成されているので、絶縁膜６１もエッチングされる。つまり、凹部５２ａ及び第３溝５３は、絶縁膜６１も貫通している。

【0085】

次に、図４Ｄに示すように、マスクとして用いた第１レジスト７１を除去する。これにより、絶縁膜６１が露出する。

【0086】

次に、図４Ｅに示すように、半導体積層構造体２０Ａの上方に、開口部７２ａを有する所定形状の第２レジスト７２を形成する。開口部７２ａは、半導体積層構造体２０Ａに形成する凹部２４を形成する位置に形成される。また、第２レジスト７２の開口部７２ａは、第２溝５２に対応する位置にも形成されている。つまり、開口部７２ａは、半導体積層構造体２０Ａに形成された凹部５２ａと重なるように形成されており、凹部５２ａは、第２レジスト７２で覆われていない。一方、半導体積層構造体２０Ａに形成された第３溝５３は、第２レジスト７２で覆われている。つまり、第３溝５３には第２レジスト７２が埋め込まれている。なお、本実施の形態では、半導体積層構造体２０Ａの上には絶縁膜６１が形成されているので、開口部７２ａを有する第２レジスト７２は、絶縁膜６１の上に形成される。

【0087】

次に、図４Ｆに示すように、凹部５２ａが形成された半導体積層構造体２０Ａをエッチングする（第２エッチング工程）。具体的には、開口部７２ａを有する第２レジスト７２をマスクとして半導体積層構造体２０Ａをエッチングする。これにより、半導体積層構造体２０Ａにおける開口部７２ａに対応する部分に凹部２４が形成されて、半導体積層構造体２０Ａには、リッジ部２０ａ及びウイング部２０ｃが形成される。なお、半導体積層構造体２０Ａのエッチング方法としては、反応性イオンエッチング等のドライエッチングを用いることができる。

【0088】

このとき、凹部２４の底が第２半導体層２３の途中にまで到達するように半導体積層構造体２０Ａをエッチングする。つまり、リッジ部２０ａ及びウイング部２０ｃは、第２半導体層２３に形成される。なお、本実施の形態では、半導体積層構造体２０Ａの上に絶縁膜６１が形成されているので、絶縁膜６１もエッチングされる。これにより、リッジ部２０ａの上にだけ絶縁膜６１が残ることになる。

【0089】

また、第１エッチング工程により半導体積層構造体２０Ａに形成された凹部５２ａは第２レジスト７２で覆われていないので、このエッチング工程では、凹部５２ａがさらにエッチングされることになる。これにより、凹部５２ａの底がさらに深くなって第２溝５２が形成される。具体的には、第１半導体層２１まで形成されていた凹部５２ａがさらにエッチングされて基板１０の内部まで掘り込まれる。

【0090】

このように、第２溝５２は、第３溝５３を形成する第１エッチング工程と、リッジ部２０ａを形成する第２エッチング工程とを利用して形成されている。したがって、第２溝５２を形成するためだけの工程を追加することなく、第２溝５２を形成することができる。つまり、本実施の形態における製造方法によれば、第２溝５２を形成するためだけのマスクを用いる必要がない。

【0091】

なお、その後、図示しないが、マスクとして用いた第２レジスト７２を除去する。これにより、リッジ部２０ａ上の絶縁膜６１が露出するとともに、凹部２４が形成された第２半導体層２３が露出する。

【0092】

また、この第２エッチング工程において、図４Ｆの（ｄ）に示すように、半導体積層構造体２０Ａのウイングレス部２０ｄにおいて、第２溝５２及び第３溝５３における半導体積層構造体２０Ａの上面（本実施の形態では第２半導体層２３の上面）の端縁には突起２５が形成される。このような突起２５は、以下の理由により形成されると考えられる。

【0093】

リッジ部２０ａを形成する際の最初の段階である絶縁膜６１のドライエッチング時に、ウイングレス部２０ｄにおける半導体積層構造体２０Ａの第２溝５２及び第３溝５３の側壁上部に、ドライエッチング時の飛散物が堆積して堆積物が形成される。この堆積物は、絶縁膜６１（本実施の形態ではＳｉＯ_２膜）よりもエッチングレートが遅いため、エッチング後にも第２溝５２及び第３溝５３の側壁上部に僅かに堆積物が残留することになる。続いてリッジ部２０ａを形成する際の次の段階である半導体積層構造体２０Ａ（窒化物半導体）及び基板１０（ＧａＮ）のドライエッチング時に、第２溝５２及び第３溝５３の側壁上部に残留した堆積物がマスクとなって突起２５が形成されることになる。なお、最初の段階で第２溝５２及び第３溝５３の側壁上部に残留した堆積物は、半導体積層構造体２０Ａ及び基板１０のドライエッチングによってエッチングされるため、次の段階であるドライエッチング中に消失することになる。

【0094】

次に、図４Ｇに示すように、リッジ部２０ａ上の絶縁膜６１を覆うように絶縁膜６２（第２絶縁膜）を形成する。具体的には、半導体積層構造体２０Ａの上面の全面を覆うようにして絶縁膜６２を形成する。本実施の形態では、絶縁膜６１としてＳｉＯ_２膜を形成した。一例として、絶縁膜６２の膜厚は、２００ｎｍである。

【0095】

その後、ｐ型半導体層のドーパントの活性化を行うためにアニール処理を行う。このとき、本実施の形態では、リッジ部２０ａの上に絶縁膜６２だけではなく絶縁膜６１が形成されているので、リッジ部２０ａは２つの絶縁膜で保護されている。これにより、アニール処理の熱によってリッジ部２０ａがダメージを受けることを抑制することができる。

【0096】

次に、図４Ｈに示すように、絶縁膜６２を除去するとともに絶縁膜６１を除去する。これにより、リッジ部２０ａ及びウイング部２０ｃが形成された半導体積層構造体２０Ａの表面全面が露出する。したがって、半導体積層構造体２０Ａに形成された第２溝５２及び第３溝５３も露出することになる。

【0097】

このとき、図４Ｈの（ｄ）における破線で囲まれる領域Ｖに対応する部分について、実際に作製した半導体レーザ素子１を確認したところ、図５に示されるように、第２溝５２及び第３溝５３における半導体積層構造体２０Ａの上面の端縁に突起２５が形成されることが確認できる。さらに、突起２５は絶縁膜８１で覆われていることが確認できる。図５は、図４Ｈの（ｄ）における破線で囲まれる領域Ｖに対応する部分の断面ＳＥＭ像を示している。なお、図４Ｈでは、第２溝５２の深さを第３溝５３の深さよりも深くしているが、図５では、第２溝５２の深さと第３溝５３の深さとを同じにして半導体レーザ素子１を作製したときのものを示している。

【0098】

次に、図４Ｉに示すように、リッジ部２０ａの上にｐ側電極４１を形成する。具体的には、リッジ部２０ａの上面に開口部を有する絶縁膜８１を形成し、リッジ部２０ａの上面を覆うようにｐ側電極４１を形成する。ｐ側電極４１は、例えば、蒸着法及びリフトオフ法を用いて所定形状に形成することができる。その後、さらに、ｐ電極４１と絶縁膜８１にまたがるようにしてパッド電極８２を形成する。

【0099】

次に、図４Ｊに示すように、基板１０の裏面にｎ側電極４２を形成する。ｎ側電極４２は、例えば、蒸着法及びリフトオフ法を用いて所定形状に形成することができる。

【0100】

その後、図示しないが、半導体積層基板２を分割することで、各々が複数の光導波路を有する複数のバー状基板を作製する（一次分割工程）。本実施の形態では、半導体積層基板２を劈開して分割することで、複数のバー状基板を作製している。

【0101】

なお、半導体積層基板２又はバー状基板の裏面には第１溝５１を形成しておく。第１溝５１は、バー状基板を複数の半導体レーザ素子１に個片分割するためのガイド溝である。したがって、第１溝５１は、隣り合う２つの半導体レーザ素子１の境界ごとに形成される。つまり、第１溝５１は、リッジ部２０ａの長手方向と平行に形成される。また、第１溝５１は、半導体積層基板２を複数のバー状基板に分割したときの両端面から後退した位置に存在している。つまり、第１溝５１は、複数のバー状基板の両端面となる位置に到達しないように形成される。このような第１溝５１は、基板１０の裏面にレーザ光を照射することで形成することができる。具体的には、第１溝５１は、レーザスクライブ法によって形成されたレーザスクライブ溝である。

【0102】

半導体積層基板２を分割して複数のバー状基板を作製した後は、バー状基板の端面に第１コート膜３１及び第２コート膜３２を形成し、その後、第１溝５１に沿ってバー状基板を複数に分割することで、各々が１つの光導波路（リッジ部２０ａ）を有する複数の半導体レーザ素子１を作製する（二次分割工程）。具体的には、図８に示される方法と同様にして、バー状基板を複数に分割する。これにより、図１～図３に示される半導体レーザ素子１を得ることができる。この中の一部には、図６に示すようにクラックの発生したものも含まれる。

【0103】

なお、図６において、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のｃ－ｃ線における断面図であり、（ｄ）は（ａ）のｄ－ｄ線における断面図であり、（ｅ）は第２コート膜３２を省略して半導体レーザ素子１をリア側から見たときの側面図である。なお、図６における太線は、半導体レーザ素子１に発生したクラック９０を示している。クラック９０の面に傾きがあるために、半導体積層構造体２０の側面のクラック９０の深さ位置は、ｄ－ｄ線の断面のクラック９０の深さ位置よりも深いところにある。また、図９の（ａ）におけるドットのハッチング領域は、クラック９０が発生した領域を示している。

【0104】

図６に示すように、上記のようにして作製された半導体レーザ素子１には、半導体積層構造体２０に第２溝５２が形成されている。第２溝５２は、半導体積層構造体２０の端面から共振器長方向に沿って形成されている。

【0105】

この構成により、図６に示すように、バー状基板を複数に分割する個片分割工程（二次分割工程）において、基板１０と半導体積層構造体２０との界面近傍からリッジ部２０ａの下方に向かって斜め上方に向かって伸びるクラック９０が発生したとしても、第２溝５２によってクラック９０の進行が阻止される。これにより、クラック９０がリッジ部２０ａの下方にまで延在しないので、クラック９０によって半導体レーザ素子１の信頼性が低下することを抑制することできる。

【0106】

また、本実施の形態における半導体レーザ素子１では、半導体積層構造体２０に第３溝５３が形成されている。第３溝５３は、半導体積層構造体２０の側面を切り欠くように半導体レーザ素子１の共振器長方向に沿って延在している。

【0107】

この構成により、個片分割工程の分割時において、分割の直進性を向上させることができる。

【0108】

また、本実施の形態における半導体レーザ素子１において、第２溝５２の深さは、半導体積層構造体２０の表面のうち最も基板１０側に位置する部分よりも深い。具体的には、図６の（ｄ）及び（ｅ）に示すように、第２溝５２の深さは、第３溝５３の深さよりも深くなっている。

【0109】

なお、図７に示される半導体レーザ素子１Ａでは、第２溝５２Ａの深さと第３溝５３の深さとは同じになっており、クラック９０の発生位置はそれより深い位置にある。この場合、破線に示すように、クラック９０の平均の進行方向と第２溝５２Ａとは交差しないが、実線に示すように、途中で表面までの距離が急に短くなることなどにより、クラック９０の進行の角度が変わり、結果的にリッジ部２０ａへのクラック９０の進行を阻止できる場合がある。そこで、第２溝５２の深さを第３溝５３の深さよりも深いかそれと等しくすることで、第２溝５２によってクラック９０の進行を効果的に阻止することができる。

【0110】

なお、クラック９０は、半導体積層構造体２０の表面のうち最も基板１０側に位置する部分（例えば第３溝５３の上面）から２μｍ程度下方の部分から多く発生することから、第２溝５２の深さは、半導体積層構造体２０の表面のうち最も基板１０側に位置する部分から２μｍ以上にするとよい。

【0111】

また、上記のように、半導体レーザ素子１の共振器長方向に直交する断面（図６の（ｄ）参照）において、発生する多くのクラック９０は、半導体積層構造体２０の側面から基板１０の主面に対して１．５°の角度で斜め上方に向かって伸びる。この場合、ウイングレス部２０ｄにおいて、半導体積層構造体２０の上面から第３溝５３の深さをＡとし、第３溝５３の底からクラック９０の発生起点の深さ方向の位置までの長さをＢとし、半導体積層構造体２０の上面における第３溝５３の幅をＣとし、第３溝５３の壁面から第２溝５２の外側の内面までの距離をＤとし、半導体レーザ素子１の共振器長方向に直交する断面における基板１０の主面に対するクラック９０の角度をθ１とすると、第２溝５２の深さＺは、Ｚ＝（Ａ＋Ｂ）－（Ｃ＋Ｄ）×ｔａｎθ１で表される。

【0112】

ここで、上記のように、Ｂ＝２μｍであり、θ１＝１．５°であるので、Ａ＝１μｍ、Ｃ＝４μｍ、Ｄ＝８μｍとすると、Ｚ＝（１＋２）－（４＋８）ｔａｎ（１．５°）≒２．６９μｍとなる。つまり、第２溝５２の深さＺを２．６９μｍ以上にすることで、個片分割時に発生するクラック９０がリッジ部２０ａの下方に到達することを回避することができる。また、第３溝５３の底の部分は個片分割時に欠けることがあるため、発生起点付近のクラック９０の角度は１．５°より大きくなることもある。一例として、第２溝５２の深さは１μｍ、３μｍであり、第３溝５３と第２溝５２との距離は９μｍ以下（４μｍ、７μｍ、８μｍ、９μｍ）であり、第３溝５３の幅は４μｍである。

【0113】

また、上記のように、半導体レーザ素子１の側面と平行な断面（図６の（ｂ）参照）において、発生する多くのクラック９０は、半導体積層構造体２０の端面から基板１０の主面に対して１６°の角度で斜め上方に向かって形成する。この場合、ウイングレス部２０ｄにおいて、半導体レーザ素子１の側面と平行な断面における基板１０の主面に対するクラック９０の角度をθ２とすると、半導体積層構造体２０の後端面からの第２溝５２の共振器長方向の長さＹは、上記のＡ及びＢを用いて、Ｙ＝（Ａ＋Ｂ）／ｔａｎθ２で表される。

【0114】

ここで、上記のように、Ｂ＝２μｍであり、θ２＝１６°であるので、Ａ＝１μｍとすると、Ｙ＝（１＋２）／ｔａｎ（１６°）≒１０．５μｍとなる。つまり、第２溝５２の共振器長方向の長さＹを１０．５μｍ以上（少なくとも１０μｍ以上）にすることで、個片分割時に発生するクラック９０がリッジ部２０ａの下方に到達することを回避することができる。

【0115】

なお、半導体積層構造体２０の後端面からの第２溝５２の共振器長方向の長さＹは、第３溝５３と第２溝５２との間の距離の２５倍以下であるとよい。これにより、第３溝５３と第２溝５２との間の部分に欠け等の不具合が発生することを抑制できる。

【0116】

また、図６の（ｄ）及び（ｅ）に示すように、本実施の形態における半導体レーザ素子１において、第３溝５３の深さは、半導体積層構造体２０のＰＮ接合部である活性層２２の位置よりも深くなっている。

【0117】

この構成により、第３溝５３によって半導体レーザ素子１の素子分離を容易に行うことができる。また、第３溝５３の深さがＰＮ接合部の位置よりも浅いと、個片分割時にＰＮ接合部が露出してＰＮ接合部にリークが発生するおそれがあるが、第３溝５３の深さをＰＮ接合部の位置よりも深くすることで、個片分割時にＰＮ接合部にリークが発生することを抑制できる。

【0118】

なお、第３溝５３の深さを浅くすることで、半導体積層構造体２０の角部におけるクラック９０の発生起点の位置が浅くなる。つまり、半導体積層構造体２０の側面から上方に傾いて伸びるクラック９０の距離が短くなる。一例として、第３溝５３の深さは１μｍ～３μｍである。クラック９０の起点の深さを小さくすることで、クラック９０が表面に到達するまでの距離を短くすることができる。

【0119】

また、本実施の形態における半導体レーザ素子１において、第２溝５２の側面は、傾斜している。また、第３溝５３の側面も傾斜している。

【0120】

この構成により、半導体積層構造体２０の上面と第２溝５２の側面とのなす角を鈍角にすることができる。また、半導体積層構造体２０の上面と第３溝５３の側面とのなす角を鈍角にすることができる。これにより、半導体積層基板２を複数のバー状基板に分割する一次分割工程の際に、半導体積層構造体２０における第２溝５２及び第３溝５３の周辺部に欠けが発生することを抑制できる。

【0121】

また、本実施の形態における半導体レーザ素子１において、上面視で第２溝５２とリッジ部２０ａとの距離は、４μｍ以上である。この構成により、半導体レーザ素子１の側面（半導体積層構造体２０）の側面から上方に傾いて伸びるクラック９０の進行を第２溝５２によって効率良く阻止することができるとともに、横方向の電流狭窄を有効に行うことができる。なお、第２溝５２は、半導体レーザ素子１の側面（半導体積層構造体２０）から遠い方が斜め上に進行するクラック９０を効率的に阻止できる。つまり、第２溝５２は、半導体レーザ素子１の側面よりもリッジ部２０ａに近い方がよい。

【0122】

また、本実施の形態における半導体レーザ素子１において、第２溝５２の共振器長方向の長さは、第１溝５１と半導体積層構造体２０の端面との距離の１／２以上である。一例として、第２溝５２の共振器長方向の長さは１４μｍ、第１溝５１と半導体積層構造体２０の端面との距離は１３μｍである。

【0123】

この構成により、クラック９０そのものが発生することを効果的に抑制することができる。

【0124】

また、本実施の形態に係る半導体レーザ素子１では、半導体積層構造体２０のウイングレス部２０ｄにおける半導体積層構造体２０の共振器長方向に直交する方向の端縁の表面に突起２５が形成されている。具体的には、半導体積層構造体２０の表面と第２溝５２の側面との境界である端縁に突起２５が形成されている。また、半導体積層構造体２０の表面と第３溝５３の側面との境界である端縁にも突起２５が形成されている。

【0125】

この構成により、ウエハを分割する分割工程（一次分割工程、二次分割工程）において、ウエハの上にＳｉＯ_２等の保護部材を載置したときに、保護部材の高さがリッジ部２０ａの高さ以上になるので、分割時の応力がリッジ部２０ａにかかることを抑制することができる。これにより、分割時の応力によってリッジ部２０ａに欠け（端面段差等）が発生することを抑制することができる。

【0126】

しかも、半導体積層構造体２０に突起２５が形成されていることで、半導体積層構造体２０の表面積を大きくすることができる。これにより、はんだによって半導体レーザ素子１をサブマウントに実装する際にはんだと半導体レーザ素子１との接触面積が大きくなるので接合性及び密着性を向上させることができる。

【0127】

（変形例）
以上、本開示に係る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

【0128】

例えば、上記実施の形態において、半導体レーザ素子１における導波路は、リッジ部２０ａとしたが、これに限らない。例えば、半導体レーザ素子１における導波路は、リッジ部２０ａからなるリッジストライプ構造ではなく、分割された電極のみで構成された電極ストライプ構造であってもよいし、電流ブロック層を用いた電流狭窄構造等であってもよい。

【0129】

また、上記実施の形態における半導体レーザ素子１では、窒化物系半導体材料を用いる場合を例示したが、これに限らない。例えば、本開示は、窒化物系半導体材料以外の半導体材料を用いた場合にも適用することができる。

【0130】

その他、上記の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。

【産業上の利用可能性】

【0131】

本開示に係る半導体レーザ素子は、プロジェクタ、光ディスク、車載ヘッドランプ、照明装置又はレーザ加工装置等をはじめとして、様々な製品の光源素子として有用である。

【符号の説明】

【0132】

１、１Ａ 半導体レーザ素子
１ａ 前端面
１ｂ 後端面
１ｃ 第１側面
１ｄ 第２側面
２ 半導体積層基板
１０ 基板
２０、２０Ａ 半導体積層構造体
２０ａ リッジ部
２０ｂ 平坦部
２０ｃ ウイング部
２０ｄ ウイングレス部
２１ 第１半導体層
２２ 活性層
２３ 第２半導体層
２４ 凹部
２５ 突起
３１ 第１コート膜
３２ 第２コート膜
４１ ｐ側電極
４２ ｎ側電極
５１ 第１溝
５２ 第２溝
５２ａ 凹部
５３ 第３溝
６１、６２ 絶縁膜
７１ 第１レジスト
７１ａ 第１開口部
７１ｂ 第２開口部
７２ 第２レジスト
７２ａ 開口部
８１ 絶縁膜
８２ パッド電極
９０ クラック
１０１ 粘着シート
１０２ 保護フィルム
１０３ 刃状治具

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図4G】

【図4H】

【図4I】

【図4J】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】