半導体発光装置及びその製造方法
【課題】半導体発光装置、例えば高出力の端面出射型スーパールミネッセントダイオードを効率良く得られるようにする。
【解決手段】半導体発光装置は、基板１０１と、基板１０１の上に形成され、光ガイド層１２０を含む複数の半導体層からなる積層構造体とを備えている。積層構造体は、上部に選択的に形成されたストライプ状の光導波路１１３と、積層構造体の端面からなる光出射端面１１５とを有している。光ガイド層１２０における積層面と光出射端面１１５とがなす角度θは、θ≠９０°である。
【解決手段】半導体発光装置は、基板１０１と、基板１０１の上に形成され、光ガイド層１２０を含む複数の半導体層からなる積層構造体とを備えている。積層構造体は、上部に選択的に形成されたストライプ状の光導波路１１３と、積層構造体の端面からなる光出射端面１１５とを有している。光ガイド層１２０における積層面と光出射端面１１５とがなす角度θは、θ≠９０°である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関し、特に、端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）からなる半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型、安価及び高出力等の優れた特徴を持つことから、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）、半導体レーザ素子（ＬＤ）及びＳＬＤ等の半導体発光素子が、通信及び光ディスク装置等のＩＴ技術に加え、医療機器又は一部の照明装置等の幅広い技術分野で用いられている。
【０００３】
近年では、特に液晶プロジェクタ及び液晶ディスプレイ等の表示装置の小型化、薄型化並びに低消費電力化を実現するために、光源にＳＬＤを用いた表示装置の開発が活発に行われている。このような表示装置における光源には、波長が４２０ｎｍから６６０ｎｍ程度の赤色光、緑色光及び青色光の、いわゆるＲＧＢ光を発光可能な光源が必要となる。このため、従来の表示装置においては、ＲＧＢ光をそれぞれ発光する３種類のＬＥＤ（赤色／緑色／青色ＬＥＤ）を組み合わせる構成、又は青色ＬＥＤに蛍光体材料を組み合わせて白色光を得る白色ＬＥＤ等が開発されている。また、液晶プロジェクタのような投影型の表示装置の場合は、光源の光をより効率良く画像として投影するために、光源からの出射光は指向性が高く、また、光源自身の発光強度が高いことが好まれる。このような高指向性の発光素子を実現するため、可視光を出射するＳＬＤの開発が進められている。
【０００４】
ＳＬＤのうち、波長が４２０ｎｍ〜５５０ｎｍの青色光から緑色光を発光するＳＬＤには、主に窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体素子が用いられている。また、波長が５５０ｎｍ〜６６０ｎｍの赤色光を発光するＳＬＤには、主にガリウム砒素（ＧａＡｓ）系ＳＬＤが用いられている。さらに、ＧａＮ系半導体を用いた緑色光から赤色光を発光可能なＳＬＤの研究及び開発が進められている。
【０００５】
ところで、ＳＬＤの発光強度を高めるには、光が出射する端面の反射率を低くする必要がある。これは、出射端面における反射率が高いと、レーザ発振が生じ、ＳＬＤとしての動作が保たれなくなるためである。
【０００６】
また、上記のような、光源にＳＬＤを用いるアプリケーションにおいては、ＳＬＤを低コストに製造できるようにすることが重要となる。ＳＬＤを低コストとするためには、チップ面積を低減して、所定のサイズのウェハから取れる数（取れ数）を増すことが特に重要となる。
【０００７】
図９に従来例に係るＳＬＤを示す（例えば、特許文献１を参照。）。図９に示すように、従来例に係るＳＬＤ２００は、基板１の上に、半導体層２〜１０が順次積層された積層構造を有している。積層構造の上部には、光導波路を積層面内で角度θだけ屈曲させることにより、光出射端面（前端面１１０）における光の反射率を低減する構成としている。このように、光導波路が前端面１１０となす角度を９０°からずらすことにより、前端面１１０で反射して光導波路に戻り、レーザ発振を引き起こす光（戻り光）の割合を低下させている。これにより、ＳＬＤにレーザ発振が生じない、安定した動作を行わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４１０６２１０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Diode Laser and Photonic Integrated Circuits, 第一版, 46ページ, Eq. (2.45)
【非特許文献２】JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 10, NO. 2, FEBRUARY 1992, PP.215
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、図９に示す従来のＳＬＤにおいては、積層構造の積層面内で、光導波路と前端面１１０とが角度θをなし、前端面１１０における光の反射率を低減することにより、ＳＬＤ動作を得ている。
【００１１】
ところで、ＳＬＤ等の半導体発光素子は、へき開性を有する半導体基板又は絶縁性基板（以下、ウェハと呼ぶ。）の上に作製される。ここで、ウェハの上に多数、通常は数千〜数万個のＳＬＤ素子を一括に作製し、該ウェハを素子ごとにへき開することにより、複数のＳＬＤ素子を得る。ウェハのへき開は２段階に分けて行われる。すなわち、実質的に光導波路を切断して複数のＳＬＤがバー状に並ぶ１次へき開と、バー状に並ぶＳＬＤをさらに１素子ごとに分離してチップとする２次へき開とがある。
【００１２】
１次へき開工程においては、光導波路をへき開することにより、光出射端面に対して積層構造体の上部に形成された光導波路を挟んで対向する後端面が形成される。へき開面は一般に平行面となるため、端面反射率を低減するには、光出射端面と光導波路とを９０°と異なる角度で交わるようにする。このため、光導波路の少なくとも一部を積層構造体の表面の面内で光出射端面に対して傾斜させる構成とする。その後、２次へき開工程において、バー状に並ぶＳＬＤを光導波路と並行な方向にへき開して１素子ごとに分離する。ここで、光導波路における傾斜していない領域は、２次へき開面と平行であり、傾斜している領域は２次へき開面と角度θをなす。なお、１次へき開面と２次へき開面とがなす角度は、加工及び取り扱いの容易さから、実質的に９０°である。このことから、光導波路における傾斜していない領域がチップの中央部分に配置されている場合は、光出射端面は、光導波路における傾斜している領域の長さと傾斜角度に応じ、チップの中央部分から見てチップの側面方向にずれが生じる。
【００１３】
この側面方向のずれは、光導波路が光出射端面となす角度を大きくして、ＳＬＤの出力を増大する場合により顕著となる。ここで、ＳＬＤのような半導体発光素子を高出力化する場合には、素子を十分に放熱して動作に伴う温度上昇を防ぐことが重要となる。ＳＬＤ素子の温度上昇を防ぐには、光導波路をチップの側面から十分に離して放熱を確保することが重要となる。
【００１４】
このことから、光導波路を傾斜させたＳＬＤにおいては、光導波路の側方においてチップの側面からの距離を傾斜がない場合と同等以上に保つには、２次へき開の間隔を広くしてチップ面積を増大する必要がある。しかしながら、チップ面積を増大すると、１枚のウェハからのチップの取れ数が減少するという問題が生じる。
【００１５】
本発明は、前記の問題を解決し、半導体発光装置、例えば、高出力の端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を効率良く得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置を、光導波路における光出射端面とのなす角度を基板の側面方向（横方向）に傾斜させるのではなく、基板に垂直な方向に傾斜させる構成とする。
【００１７】
具体的に、本発明に係る半導体発光装置は、基板と、基板の上に形成され、光ガイド層を含む複数の半導体層からなる積層構造体とを備え、積層構造体は、上部に選択的に形成されたストライプ状の光導波路と、積層構造体の端面からなる光出射端面とを有し、光ガイド層における積層面と光出射端面とがなす角度θ１は、θ１≠９０°である。
【００１８】
本発明の半導体発光装置によると、光ガイド層における積層面と光出射端面とがなす角度θ１は、θ１≠９０°であるため、光出射端面における光の反射率を低減することができる。その上、光導波路は基板（チップ）に対して垂直な方向にずれるため、チップの側面方向にずれを生じることはない。従って、半導体発光装置を効率良く形成することができる。
【００１９】
前述したように、従来例においては、積層構造体の上面（積層面内）で、光導波路と光出射端面とが９０°とは異なる角度をなし、これにより、端面反射率を低減してＳＬＤ動作を得ている。これに対し、本発明においては、積層構造体の積層方向において光ガイド層が光出射端面と９０°とは異なる角度をなすことにより端面反射率を低減している。すなわち、光導波路の傾斜が積層構造体の積層方向に設けられていることにより、ウェハ上において、複数の発光装置同士の間隔を広げる必要がない。その結果、チップ面積を増大することなくＳＬＤを得ることができる。また、積層方向への光ガイド層の傾斜と合わせ、積層構造体の上面において光導波路を端面に対して傾斜させる。これにより、積層方向又は表面だけで傾斜させる場合と比べて反射率をさらに低減することができ、チップ面積が同一の条件の下で、ＳＬＤ動作が可能な領域を大きくすることができる。
【００２０】
ここで、光ガイド層とは、積層構造体において生じた光が伝播する層を指し、発光層と、該発光層の上下の近傍に形成された複数の半導体層をまとめて光ガイド層と呼ぶ。このような半導体積層構造の例としては、ｎ側クラッド層及びｐ側クラッド層、又はｎ側ガイド層及びｐ側ガイド層がある。また、光ガイド層における積層面と光出射端面とがなす角度θ１とは、光ガイド層を積層方向に見た中心点を、光導波方向に連続的にプロットして連続線を描き、該連続線が光出射端面となす角度のうち、９０°よりも小さい角度を指す。
【００２１】
本発明の半導体発光装置において、光ガイド層の少なくとも一部は、基板側が凹状となる湾曲部を有し、光出射端面と反対側の反射端面と光ガイド層における積層面とがなす角度をθ２（但し、θ２≦９０°）とすると、θ１＜θ２の関係を有することが好ましい。
【００２２】
なお、湾曲した光導波路においても、積層方向とは、基板の主面（上面）に垂直な方向を指す。
【００２３】
この場合に、基板には、光ガイド層における湾曲部と対応する断面形状を有する湾曲部が形成されていてもよい。
【００２４】
このようにすると、積層構造体は、基板に形成された湾曲部の形状を引き継ぐため、光ガイド層を確実に湾曲させることが可能となる。
【００２５】
本発明の半導体発光装置において、積層構造体は、III-Ｖ族化合物半導体からなっていてもよい。
【００２６】
このようにすると、所望の波長を生成することができる。
【００２７】
本発明に係る第１の半導体発光装置の製造方法は、基板の上面に対して選択的にエッチングを行うことにより、基板の上面を、基板の前記積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、傾斜した基板の上に積層構造体を形成する工程とを備えている。
【００２８】
本発明に係る第２の半導体発光装置の製造方法は、基板の上面に対して機械研磨を行うことにより、基板における光出射端面側の上面を、基板の積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、傾斜した基板の上に積層構造体を形成する工程とを備えている。
【００２９】
第１又は第２の半導体発光装置の製造方法によると、本発明の半導体発光装置を確実に実現することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法によると、例えば高出力の端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を効率良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を表し、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置における前端面のモード反射率及び注入電流とＳＬＤ／ＬＤ動作モードとの関係の一例を計算により求めたグラフである。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置における光出射端面のモード反射率と光ガイド層の端面の傾斜角度との関係の一例を計算により求めたグラフである。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置を表し、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のVIｃ−VIｃ線における断面図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法における基板の加工工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を表し、図８（ａ）は平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のVIIIｂ−VIIIｂ線における断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のVIIIｃ−VIIIｃ線における断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は従来のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を示し、図９（ａ）は図９（ｂ）のIXａ−IXａ線における断面図であり、図９（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置であるスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）について図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照しながら説明する。
【００３３】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、第１の実施形態に係るＳＬＤは、六方晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色ＳＬＤである。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係るＳＬＤは、基板１０１の主面（上面）自体をｍ軸方向に対して傾斜させている。これにより、光ガイド層１２０を含む積層構造体の全体が基板１０１の裏面に対して傾斜して、光ガイド層１２０の積層面における光出射端面１１５とのなす角度が９０°からずれる。その結果、光出射端面１１５における光の反射率が低減し、レーザ発振が抑制されてＳＬＤ動作を得ることができる。
【００３５】
ここで、積層構造体は、基板１０１の上に順次形成されたｎ型クラッド層１０２、ｎ型ガイド層１０３、活性層（多重量子井戸活性層）１０４、ｐ型ガイド層１０５、キャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層１０６、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８により構成される。
【００３６】
また、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、ｐ型クラッド層１０７の上部及びその上のｐ型コンタクト層１０８は、平面及び断面が共に直線状のリッジストライプ部を構成する。リッジストライプ部の下方で且つ活性層１０４を中心とする領域が光導波路１１３となる。
【００３７】
前述したように、光ガイド層１２０とは、積層構造体に生じた光が伝播する半導体層を指し、活性層１０４と、該活性層１０４の上下の近傍に形成された半導体層、ここでは、ｎ型ガイド層１０３及びｐ型ガイド層１０５を含めて光ガイド層１２０と呼ぶ。
【００３８】
また、図中の符号ｃ、ａ及びｍは、六方晶ＧａＮ系結晶の面方位を表している。符号ｃは面方位（０００１）面における法線ベクトル、すなわちｃ軸を表す。符号ａは面方位（１１−２０）面とその等価面との法線ベクトル、すなわちａ軸を表す。符号ｍは面方位（１−１００）面とその等価面との法線ベクトル、すなわちｍ軸を表す。なお、本願明細書においては、面方位におけるミラー指数に付した負符号”−”は、該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
【００３９】
ｐ型クラッド層１０７におけるリッジストライプ部の両側面上及び両側方上の領域には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるブロック層（パッシベーション膜）１１２が形成されている。リッジストライプ部の上面にはｐ側電極１０９が形成されている。また、ｐ側電極１０９とブロック層１１２におけるリッジストライプ部の両側方部分とを覆うように配線電極１１０が形成されている。基板１０１の積層構造体と反対側の面（裏面）上には、ｎ側電極１１１が形成されている。
【００４０】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、積層構造体における光出射端面１１５と反対側の端面である後端面１１６には、複数の誘電体膜が積層されてなる高反射コート膜１１４が形成されている。
【００４１】
以下、前記のように構成されたＳＬＤの製造方法について図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、主面がｃ面であるｎ型の六方晶ＧａＮからなる基板１０１の主面に対して、ｍ軸方向に沿った断面形状が、底辺の長さ（光導波路１１３が延びる方向の長さ＝チップ長）がＬとなる三角波状に加工する。ここでは、長さＬを８００μｍとしている。この長さＬは、ＳＬＤのほぼ共振器長に相当する。基板１０１の主面を断面三角波状に加工するには、機械研磨法を用いればよい。また、機械研磨法に代えて、三角波状の底部に達する平面長方形状のエッチング領域を設ける。例えば、エッチング領域は、ｍ軸方向の長さを８００μｍとし、最深部の深さを１７７μｍとし、ａ軸方向はウェハの幅程度とする。
その後、熱燐酸又は水酸化カリウムを用いて基板１０１をエッチングして、例えば（１−１０２）面を露出させることにより行ってもよい。
【００４３】
次に、図２（ｂ）に示すように、表面を三角波状に形成した基板１０１の主面上に、例えば有機金属気層成長（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により、厚さが２μｍのｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層１０２、厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるバリア層及びＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなる量子井戸層の３周期分で構成される多重量子井戸活性層１０４、厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１０５、厚さが１０ｎｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層１０６、厚さがそれぞれ１．５ｎｍのｐ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ層及びＧａＮ層の１６０周期分で構成される厚さが０．４８μｍの歪超格子からなるｐ型クラッド層１０７、並びに厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８とを順次成長して、積層構造体を形成する。
【００４４】
積層構造体を形成する結晶成長法には、ＭＯＣＶＤ法に限られず、分子ビーム成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法又は化学ビーム成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＣＢＥ）法等の、ＧａＮ系半導体からなるＳＬＤ構造を成長可能な成長方法を用いることができる。
【００４５】
なお、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の原料としては、例えばＧａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いればよい。さらに、ｎ型不純物であるＳｉ原料にはシラン（ＳｉＨ４）ガスを用い、ｐ型不純物であるＭｇ原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いればよい。
【００４６】
続いて、例えば熱ＣＶＤ法により、ｐ型コンタクト層１０８の上に、膜厚が０．３μｍのＳｉＯ２からなるマスク膜（図示せず）を成膜する。その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、マスク膜を幅が１．０μｍの複数のストライプ状にパターニングする。
【００４７】
続いて、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法により、マスク膜を用いて積層構造体の上部を０．３５μｍの深さにエッチングする。これにより、ｐ型コンタクト層１０９とｐ型クラッド層１０８の上部とからリッジストライプ部を形成する。その後、マスク膜をフッ化水素酸により除去する。
【００４８】
続いて、再度、熱ＣＶＤ法により、露出したｐ型クラッド層１０７の上にリッジストライプ部を含む全面にわたって、膜厚が２００ｎｍのＳｉＯ２からなるブロック層（パッシベーション膜）１１２を形成する。
【００４９】
続いて、リソグラフィ法により、ブロック層１１２におけるリッジストライプ部の上面に、該リッジストライプ部に沿うと共に幅が１．３μｍの開口部を有するレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、例えば三フッ化メタン（ＣＨＦ３）ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法により、レジストパターンをマスクとしてブロック層１１２をエッチングすることにより、リッジストライプ部の上面からｐ型コンタクト層１０８を露出する。
【００５０】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えば電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ：ＥＢ）蒸着法により、少なくともリッジストライプ部の上面から露出したｐ型コンタクト層１０８の上に、厚さが４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）とからなる金属積層膜を形成する。その後、レジストパターンを除去するリフトオフ法により、金属積層膜におけるリッジストライプ部を除く領域を除去して、金属積層膜からｐ側電極１０９を形成する。
【００５１】
続いて、リソグラフィ法及びリフトオフ法により、ブロック層１１２の上にリッジストライプ部の上のｐ側電極１０９を覆うように、例えばリッジストライプ部に平行な方向の平面寸法が５００μｍで、且つリッジストライプ部に垂直な方向の平面寸法が１５０μｍの配線電極１１０を選択的に形成する。ここで、配線電極１１０は、それぞれ厚さが５０ｎｍ、２００ｎｍ及び１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の金属積層膜により形成する。なお、一般に、基板１０１はウェハ状態であって、複数のレーザ装置は基板１０１の主面上に行列状に形成される。従って、ウェハ状態にある基板１０１から個々のレーザチップに分割する際に、配線電極１１０を切断すると、該配線電極１１０と密着したｐ側電極１０９がｐ型コンタクト層１０８から剥がれるおそれがある。そこで、図１（ａ）に示すように、配線電極１１０は互いに隣接するチップ同士で接続されず、離れて形成されていることが望ましい。
【００５２】
続いて、配線電極１１０が形成されたウェハ状態の基板１０１の裏面に対してダイヤモンドスラリを用いた機械研磨（裏面研磨）を行う。これにより、基板１０１の厚さを１００μｍ程度にまで薄膜化する。その後、例えばＥＢ蒸着法及びリフトオフ法により、基板１０１の裏面に、厚さが５ｎｍのチタン（Ｔｉ）、厚さが１０ｎｍの白金（Ｐｔ）及び厚さが１０００ｎｍの金（Ａｕ）からなる金属積層膜により、ｎ側電極１１１を形成する。なお、基板研磨法には、スラリによる機械研磨の他、例えばＫＯＨ溶液を補助的に用いる化学機械研磨を用いてもよい。
【００５３】
次に、図３（ａ）に示すように、ウェハ状態の基板１０１を、ｍ軸方向の長さＬが８００μｍとなるようにｍ面、すなわち三角波状の頂点と底部とに沿って１次へき開する。さらに、へき開したバー状のチップの端面が露出するように、シリコン（Ｓｉ）等のスペーサ（図示せず）を用いてバー状のチップを挟持する。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えばＥＣＲスパッタ法により、バー状のチップの後端面１１６に、複数の誘電体膜を積層して高反射率コート膜１１４を成膜する。
【００５５】
次に、図１（ａ）に示すように、１次へき開された基板１０１を、ａ軸方向の長さが２００μｍとなるようにａ面に沿って２次へき開する。
【００５６】
図４は、本実施形態に係るＳＬＤにおける高反射率コート膜１１４の光の反射率を９９％とした場合に、前端面（光出射端面１１５）のモード反射率及びＳＬＤに対する注入電流量と、ＳＬＤの動作モード（ＳＬＤモード又はＬＤモード）との関係を計算により求めた結果を表している。この計算には、レーザの発振条件の基本式を利用している（非特許文献１を参照。）。一般に、ＳＬＤに注入する電流量を増やすと、光出力を増すことが可能となる。しかしながら、同時にレーザ発振を起こしやすくなって、ＬＤモードに移行してしまう。このため、前端面のモード反射率を低減することにより、レーザ発振に移行する注入電流値（しきい値）を引き上げることができる。すなわち、ＳＬＤ動作が高い光出力と共に得られることになる。そこで、前端面のモード反射率を低減することが重要となる。
【００５７】
図５は、本実施形態に係るＳＬＤにおいて、後方端面の反射率を９９％とした場合に、前端面（光出射端面）のモード反射率における光導波路の前端面の傾斜角度依存性を計算により求めた結果を表している。計算には非特許文献２の手法を利用している。上述した図４から明らかなように、ＳＬＤを高出力化するには、前端面のモード反射率を小さくすることが必要である。さらに、図５からは、前端面のモード反射率は傾斜角度θに依存することが分かる。特に、９０°からの変化が比較的に小さい傾斜角度θ＝７７．５°、７４°、７０．７°及び６８°程度で傾斜角度θを制御することが重要である。このことから、第１の実施形態においては、光ガイド層１２０と光出射端面１１５とがなす角度θは、７７．５°、７４°、７０．７°及び６８°程度とすることが好ましい。なお、角度θからのずれを±０．５°としてもよい。
【００５８】
なお、第１の実施形態においては、積層構造体の成長用基板に、六方晶系に属するＧａＮ系基板（ＧａＮ基板又はＡｌＧａＮ基板等）を用いたが、ＧａＮ系材料を成長可能な基板、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ)、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（単結晶Ａｌ２Ｏ３）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いることができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置であるＳＬＤについて図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照しながら説明する。図６において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００６０】
図６（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係るＳＬＤの第１の実施形態に係るＳＬＤとの相違点は、基板１０１の主面を傾斜させる構成として、斜面に代えて基板１０１の主面側が凹状となる湾曲部１０１ａを形成する点である。これにより、主面が凹状となる湾曲部１０１ａを有する基板１０１の主面上に、光ガイド層１２０を含む積層構造体を成長することにより、基板１０１の湾曲部１０１ａと対応する湾曲形状を有する光ガイド層１２０が形成される。
【００６１】
この構成により、光ガイド層１２０を含む積層構造体の光出射端面１１５側を基板１０１の裏面に対して傾斜させ、光ガイド層１２０の積層面における光出射端面１１５とのなす角度θ１が９０°からずれるようになる。その結果、光出射端面１１５における光の反射率が低減し、レーザ発振が抑制されてＳＬＤ動作を得ることができる。
【００６２】
第２の実施形態においては、光出射端面１１５と反対側の後端面１１６と光ガイド層１２０における積層面とがなす角度をθ２（但し、θ２≦９０°）とすると、θ１＜θ２の関係を有する。
【００６３】
図７に基板１０１に湾曲部１０１ａを形成する一工程を示す。図７に示すように、主面がｃ面であるｎ型六方晶のＧａＮからなるウェハ状の基板１０１の主面に、ローラー研磨機１１７等を用いてｍ軸方向に周期的に複数の湾曲部１０１ａを形成する。
【００６４】
このとき、湾曲部１０１ａの形成周期をチップ長Ｌの２倍の長さとする。例えば、ＳＬＤの長さが１０００μｍの場合、形成周期を２０００μｍとすればよい。
【００６５】
この後は、第１の実施形態と同様に、複数の湾曲部１０１ａが形成された基板１０１の上に、III族窒化物半導体からなる積層構造体を結晶成長により形成し、リッジストライプ部、ブロック層及び電極等を形成する。続いて、一次へき開及び２次へき開を行って、図６に示すＳＬＤを得る。
【００６６】
第２の実施形態においては、基板１０１における光出射端面１１５側に下方が凹状となる湾曲部１０１ａを形成しているため、光ガイド層１２０の積層面における光出射端面１１５とのなす角度θ１を小さくすることが容易となる。
【００６７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るＳＬＤについて図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら説明する。図８において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００６８】
図８（ａ）に示すように、第３の実施形態に係るＳＬＤの第２の実施形態に係るＳＬＤとの相違点は、光導波路１１３、すなわちリッジストライプ部が、積層構造体の積層面内においても、出射端面に対して９０°と異なる角度θ３で交差するように形成されている点である。
【００６９】
この構成により、光ガイド層１２０を含む積層構造体の光出射端面１１５側を基板１０１の裏面に対して傾斜させるだけでなく、積層構造体の積層面内においても光導波路１１３を傾斜させているため、光出射端面１１５における光の反射率がさらに低減するので、レーザ発振がより抑制される結果、ＳＬＤ動作を得やすくなる。
【００７０】
本構成においては、積層面内においても光導波路１１３を傾斜させることから、チップ面積は増大してコスト増となるが、面内方向と積層方向との２種類の傾斜を組み合わせることにより、反射率を極限にまで低減することが可能となり、ＳＬＤの光出力を大幅に高めることが可能となる。
【００７１】
以下、前記のように構成されたＧａＮ系青色ＳＬＤの製造方法の要部を説明する。
【００７２】
第２の実施形態と同様に、機械研磨法等により、基板１０１の主面上に湾曲部１０１ａを形成する。その後、第１の実施形態と同様に、湾曲部１０１が形成された基板１０１の主面上に積層構造体を結晶成長により形成する。
【００７３】
続いて、例えば熱ＣＶＤ法により、積層構造体の上部に形成されたｐ型コンタクト層１０８の上に、膜厚が０．３μｍのＳｉＯ２からなるマスク膜（図示せず）を成膜する。その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、マスク膜を幅が１．０μｍの複数のストライプ状にパターニングする。このとき、リッジストライプ部のストライプの平面形状を、光導波路１１３が光出射端面１１５に向かって徐々にｍ軸からａ軸方向に傾斜するように湾曲又は屈曲させる。湾曲する割合（曲率半径）は一定であることが好ましい。但し、導波光の損失を生じない範囲であれば、必ずしも湾曲する割合が一定である必要はない。
【００７４】
この後は、リッジストライプ部の側面を覆うブロック層及び電極等を形成する。続いて、一次へき開及び２次へき開を行って、図８に示すＳＬＤを得る。
【００７５】
なお、リッジストライプ部を各半導体層の積層面内で湾曲させる構成は、第１の実施形態で示した基板１０１の主面を斜辺とする構成であっても適用できる。
【００７６】
また、第２及び第３の実施形態において、後端面１１６と光ガイド層１２０がなす角度θ２は９０°であるが、前端面（光出射端面１１５）と光ガイド層１２０とがなす角度θ１が、θ１＜θ２の関係を満たせばよい。さらには、前端面１１５の反射率が後端面１１６の反射率よりも小さければ、θ２は９０°でなくてもかまわない。
【００７７】
また、ＳＬＤの積層構造体を構成する半導体材料に窒化ガリウム（ＧａＮ）系のIII族窒化物半導体を用いたが、これに限られず、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）系半導体を用いることができる。すなわち、本発明に係る半導体発光装置には、III-Ｖ族化合物半導体を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法は、例えば高出力の端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を効率良く作製することができ、高輝度、低消費電力及び低コストの液晶プロジェクタ装置又はバックライト等に用いることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０１ 基板
１０１ａ 湾曲部
１０２ ｎ型クラッド層
１０３ ｎ型ガイド層
１０４ 活性層（多重量子井戸活性層）
１０５ ｐ型ガイド層
１０６ キャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層
１０７ ｐ型クラッド層
１０８ ｐ型コンタクト層
１０９ ｐ側電極
１１０ 配線電極
１１１ ｎ側電極
１１２ ブロック層
１１３ 光導波路
１１４ 高反射コート膜
１１５ 光出射端面（前端面）
１１６ 後端面
１１７ ローラー研磨機
１２０ 光ガイド層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関し、特に、端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）からなる半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型、安価及び高出力等の優れた特徴を持つことから、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）、半導体レーザ素子（ＬＤ）及びＳＬＤ等の半導体発光素子が、通信及び光ディスク装置等のＩＴ技術に加え、医療機器又は一部の照明装置等の幅広い技術分野で用いられている。
【０００３】
近年では、特に液晶プロジェクタ及び液晶ディスプレイ等の表示装置の小型化、薄型化並びに低消費電力化を実現するために、光源にＳＬＤを用いた表示装置の開発が活発に行われている。このような表示装置における光源には、波長が４２０ｎｍから６６０ｎｍ程度の赤色光、緑色光及び青色光の、いわゆるＲＧＢ光を発光可能な光源が必要となる。このため、従来の表示装置においては、ＲＧＢ光をそれぞれ発光する３種類のＬＥＤ（赤色／緑色／青色ＬＥＤ）を組み合わせる構成、又は青色ＬＥＤに蛍光体材料を組み合わせて白色光を得る白色ＬＥＤ等が開発されている。また、液晶プロジェクタのような投影型の表示装置の場合は、光源の光をより効率良く画像として投影するために、光源からの出射光は指向性が高く、また、光源自身の発光強度が高いことが好まれる。このような高指向性の発光素子を実現するため、可視光を出射するＳＬＤの開発が進められている。
【０００４】
ＳＬＤのうち、波長が４２０ｎｍ〜５５０ｎｍの青色光から緑色光を発光するＳＬＤには、主に窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体素子が用いられている。また、波長が５５０ｎｍ〜６６０ｎｍの赤色光を発光するＳＬＤには、主にガリウム砒素（ＧａＡｓ）系ＳＬＤが用いられている。さらに、ＧａＮ系半導体を用いた緑色光から赤色光を発光可能なＳＬＤの研究及び開発が進められている。
【０００５】
ところで、ＳＬＤの発光強度を高めるには、光が出射する端面の反射率を低くする必要がある。これは、出射端面における反射率が高いと、レーザ発振が生じ、ＳＬＤとしての動作が保たれなくなるためである。
【０００６】
また、上記のような、光源にＳＬＤを用いるアプリケーションにおいては、ＳＬＤを低コストに製造できるようにすることが重要となる。ＳＬＤを低コストとするためには、チップ面積を低減して、所定のサイズのウェハから取れる数（取れ数）を増すことが特に重要となる。
【０００７】
図９に従来例に係るＳＬＤを示す（例えば、特許文献１を参照。）。図９に示すように、従来例に係るＳＬＤ２００は、基板１の上に、半導体層２〜１０が順次積層された積層構造を有している。積層構造の上部には、光導波路を積層面内で角度θだけ屈曲させることにより、光出射端面（前端面１１０）における光の反射率を低減する構成としている。このように、光導波路が前端面１１０となす角度を９０°からずらすことにより、前端面１１０で反射して光導波路に戻り、レーザ発振を引き起こす光（戻り光）の割合を低下させている。これにより、ＳＬＤにレーザ発振が生じない、安定した動作を行わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４１０６２１０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Diode Laser and Photonic Integrated Circuits, 第一版, 46ページ, Eq. (2.45)
【非特許文献２】JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 10, NO. 2, FEBRUARY 1992, PP.215
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、図９に示す従来のＳＬＤにおいては、積層構造の積層面内で、光導波路と前端面１１０とが角度θをなし、前端面１１０における光の反射率を低減することにより、ＳＬＤ動作を得ている。
【００１１】
ところで、ＳＬＤ等の半導体発光素子は、へき開性を有する半導体基板又は絶縁性基板（以下、ウェハと呼ぶ。）の上に作製される。ここで、ウェハの上に多数、通常は数千〜数万個のＳＬＤ素子を一括に作製し、該ウェハを素子ごとにへき開することにより、複数のＳＬＤ素子を得る。ウェハのへき開は２段階に分けて行われる。すなわち、実質的に光導波路を切断して複数のＳＬＤがバー状に並ぶ１次へき開と、バー状に並ぶＳＬＤをさらに１素子ごとに分離してチップとする２次へき開とがある。
【００１２】
１次へき開工程においては、光導波路をへき開することにより、光出射端面に対して積層構造体の上部に形成された光導波路を挟んで対向する後端面が形成される。へき開面は一般に平行面となるため、端面反射率を低減するには、光出射端面と光導波路とを９０°と異なる角度で交わるようにする。このため、光導波路の少なくとも一部を積層構造体の表面の面内で光出射端面に対して傾斜させる構成とする。その後、２次へき開工程において、バー状に並ぶＳＬＤを光導波路と並行な方向にへき開して１素子ごとに分離する。ここで、光導波路における傾斜していない領域は、２次へき開面と平行であり、傾斜している領域は２次へき開面と角度θをなす。なお、１次へき開面と２次へき開面とがなす角度は、加工及び取り扱いの容易さから、実質的に９０°である。このことから、光導波路における傾斜していない領域がチップの中央部分に配置されている場合は、光出射端面は、光導波路における傾斜している領域の長さと傾斜角度に応じ、チップの中央部分から見てチップの側面方向にずれが生じる。
【００１３】
この側面方向のずれは、光導波路が光出射端面となす角度を大きくして、ＳＬＤの出力を増大する場合により顕著となる。ここで、ＳＬＤのような半導体発光素子を高出力化する場合には、素子を十分に放熱して動作に伴う温度上昇を防ぐことが重要となる。ＳＬＤ素子の温度上昇を防ぐには、光導波路をチップの側面から十分に離して放熱を確保することが重要となる。
【００１４】
このことから、光導波路を傾斜させたＳＬＤにおいては、光導波路の側方においてチップの側面からの距離を傾斜がない場合と同等以上に保つには、２次へき開の間隔を広くしてチップ面積を増大する必要がある。しかしながら、チップ面積を増大すると、１枚のウェハからのチップの取れ数が減少するという問題が生じる。
【００１５】
本発明は、前記の問題を解決し、半導体発光装置、例えば、高出力の端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を効率良く得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体発光装置を、光導波路における光出射端面とのなす角度を基板の側面方向（横方向）に傾斜させるのではなく、基板に垂直な方向に傾斜させる構成とする。
【００１７】
具体的に、本発明に係る半導体発光装置は、基板と、基板の上に形成され、光ガイド層を含む複数の半導体層からなる積層構造体とを備え、積層構造体は、上部に選択的に形成されたストライプ状の光導波路と、積層構造体の端面からなる光出射端面とを有し、光ガイド層における積層面と光出射端面とがなす角度θ１は、θ１≠９０°である。
【００１８】
本発明の半導体発光装置によると、光ガイド層における積層面と光出射端面とがなす角度θ１は、θ１≠９０°であるため、光出射端面における光の反射率を低減することができる。その上、光導波路は基板（チップ）に対して垂直な方向にずれるため、チップの側面方向にずれを生じることはない。従って、半導体発光装置を効率良く形成することができる。
【００１９】
前述したように、従来例においては、積層構造体の上面（積層面内）で、光導波路と光出射端面とが９０°とは異なる角度をなし、これにより、端面反射率を低減してＳＬＤ動作を得ている。これに対し、本発明においては、積層構造体の積層方向において光ガイド層が光出射端面と９０°とは異なる角度をなすことにより端面反射率を低減している。すなわち、光導波路の傾斜が積層構造体の積層方向に設けられていることにより、ウェハ上において、複数の発光装置同士の間隔を広げる必要がない。その結果、チップ面積を増大することなくＳＬＤを得ることができる。また、積層方向への光ガイド層の傾斜と合わせ、積層構造体の上面において光導波路を端面に対して傾斜させる。これにより、積層方向又は表面だけで傾斜させる場合と比べて反射率をさらに低減することができ、チップ面積が同一の条件の下で、ＳＬＤ動作が可能な領域を大きくすることができる。
【００２０】
ここで、光ガイド層とは、積層構造体において生じた光が伝播する層を指し、発光層と、該発光層の上下の近傍に形成された複数の半導体層をまとめて光ガイド層と呼ぶ。このような半導体積層構造の例としては、ｎ側クラッド層及びｐ側クラッド層、又はｎ側ガイド層及びｐ側ガイド層がある。また、光ガイド層における積層面と光出射端面とがなす角度θ１とは、光ガイド層を積層方向に見た中心点を、光導波方向に連続的にプロットして連続線を描き、該連続線が光出射端面となす角度のうち、９０°よりも小さい角度を指す。
【００２１】
本発明の半導体発光装置において、光ガイド層の少なくとも一部は、基板側が凹状となる湾曲部を有し、光出射端面と反対側の反射端面と光ガイド層における積層面とがなす角度をθ２（但し、θ２≦９０°）とすると、θ１＜θ２の関係を有することが好ましい。
【００２２】
なお、湾曲した光導波路においても、積層方向とは、基板の主面（上面）に垂直な方向を指す。
【００２３】
この場合に、基板には、光ガイド層における湾曲部と対応する断面形状を有する湾曲部が形成されていてもよい。
【００２４】
このようにすると、積層構造体は、基板に形成された湾曲部の形状を引き継ぐため、光ガイド層を確実に湾曲させることが可能となる。
【００２５】
本発明の半導体発光装置において、積層構造体は、III-Ｖ族化合物半導体からなっていてもよい。
【００２６】
このようにすると、所望の波長を生成することができる。
【００２７】
本発明に係る第１の半導体発光装置の製造方法は、基板の上面に対して選択的にエッチングを行うことにより、基板の上面を、基板の前記積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、傾斜した基板の上に積層構造体を形成する工程とを備えている。
【００２８】
本発明に係る第２の半導体発光装置の製造方法は、基板の上面に対して機械研磨を行うことにより、基板における光出射端面側の上面を、基板の積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、傾斜した基板の上に積層構造体を形成する工程とを備えている。
【００２９】
第１又は第２の半導体発光装置の製造方法によると、本発明の半導体発光装置を確実に実現することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法によると、例えば高出力の端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を効率良く作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を表し、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置における前端面のモード反射率及び注入電流とＳＬＤ／ＬＤ動作モードとの関係の一例を計算により求めたグラフである。
【図５】図５は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置における光出射端面のモード反射率と光ガイド層の端面の傾斜角度との関係の一例を計算により求めたグラフである。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置を表し、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のVIｃ−VIｃ線における断面図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法における基板の加工工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を表し、図８（ａ）は平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のVIIIｂ−VIIIｂ線における断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のVIIIｃ−VIIIｃ線における断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は従来のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を示し、図９（ａ）は図９（ｂ）のIXａ−IXａ線における断面図であり、図９（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置であるスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）について図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照しながら説明する。
【００３３】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、第１の実施形態に係るＳＬＤは、六方晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を用いた、発光波長が４５０ｎｍの青色ＳＬＤである。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係るＳＬＤは、基板１０１の主面（上面）自体をｍ軸方向に対して傾斜させている。これにより、光ガイド層１２０を含む積層構造体の全体が基板１０１の裏面に対して傾斜して、光ガイド層１２０の積層面における光出射端面１１５とのなす角度が９０°からずれる。その結果、光出射端面１１５における光の反射率が低減し、レーザ発振が抑制されてＳＬＤ動作を得ることができる。
【００３５】
ここで、積層構造体は、基板１０１の上に順次形成されたｎ型クラッド層１０２、ｎ型ガイド層１０３、活性層（多重量子井戸活性層）１０４、ｐ型ガイド層１０５、キャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層１０６、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８により構成される。
【００３６】
また、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、ｐ型クラッド層１０７の上部及びその上のｐ型コンタクト層１０８は、平面及び断面が共に直線状のリッジストライプ部を構成する。リッジストライプ部の下方で且つ活性層１０４を中心とする領域が光導波路１１３となる。
【００３７】
前述したように、光ガイド層１２０とは、積層構造体に生じた光が伝播する半導体層を指し、活性層１０４と、該活性層１０４の上下の近傍に形成された半導体層、ここでは、ｎ型ガイド層１０３及びｐ型ガイド層１０５を含めて光ガイド層１２０と呼ぶ。
【００３８】
また、図中の符号ｃ、ａ及びｍは、六方晶ＧａＮ系結晶の面方位を表している。符号ｃは面方位（０００１）面における法線ベクトル、すなわちｃ軸を表す。符号ａは面方位（１１−２０）面とその等価面との法線ベクトル、すなわちａ軸を表す。符号ｍは面方位（１−１００）面とその等価面との法線ベクトル、すなわちｍ軸を表す。なお、本願明細書においては、面方位におけるミラー指数に付した負符号”−”は、該負符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。
【００３９】
ｐ型クラッド層１０７におけるリッジストライプ部の両側面上及び両側方上の領域には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるブロック層（パッシベーション膜）１１２が形成されている。リッジストライプ部の上面にはｐ側電極１０９が形成されている。また、ｐ側電極１０９とブロック層１１２におけるリッジストライプ部の両側方部分とを覆うように配線電極１１０が形成されている。基板１０１の積層構造体と反対側の面（裏面）上には、ｎ側電極１１１が形成されている。
【００４０】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、積層構造体における光出射端面１１５と反対側の端面である後端面１１６には、複数の誘電体膜が積層されてなる高反射コート膜１１４が形成されている。
【００４１】
以下、前記のように構成されたＳＬＤの製造方法について図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、主面がｃ面であるｎ型の六方晶ＧａＮからなる基板１０１の主面に対して、ｍ軸方向に沿った断面形状が、底辺の長さ（光導波路１１３が延びる方向の長さ＝チップ長）がＬとなる三角波状に加工する。ここでは、長さＬを８００μｍとしている。この長さＬは、ＳＬＤのほぼ共振器長に相当する。基板１０１の主面を断面三角波状に加工するには、機械研磨法を用いればよい。また、機械研磨法に代えて、三角波状の底部に達する平面長方形状のエッチング領域を設ける。例えば、エッチング領域は、ｍ軸方向の長さを８００μｍとし、最深部の深さを１７７μｍとし、ａ軸方向はウェハの幅程度とする。
その後、熱燐酸又は水酸化カリウムを用いて基板１０１をエッチングして、例えば（１−１０２）面を露出させることにより行ってもよい。
【００４３】
次に、図２（ｂ）に示すように、表面を三角波状に形成した基板１０１の主面上に、例えば有機金属気層成長（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法により、厚さが２μｍのｎ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層１０２、厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるバリア層及びＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなる量子井戸層の３周期分で構成される多重量子井戸活性層１０４、厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層１０５、厚さが１０ｎｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層１０６、厚さがそれぞれ１．５ｎｍのｐ型Ａｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ層及びＧａＮ層の１６０周期分で構成される厚さが０．４８μｍの歪超格子からなるｐ型クラッド層１０７、並びに厚さが０．０５μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８とを順次成長して、積層構造体を形成する。
【００４４】
積層構造体を形成する結晶成長法には、ＭＯＣＶＤ法に限られず、分子ビーム成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法又は化学ビーム成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＣＢＥ）法等の、ＧａＮ系半導体からなるＳＬＤ構造を成長可能な成長方法を用いることができる。
【００４５】
なお、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合の原料としては、例えばＧａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びＡｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｎ原料としてアンモニア（ＮＨ３）を用いればよい。さらに、ｎ型不純物であるＳｉ原料にはシラン（ＳｉＨ４）ガスを用い、ｐ型不純物であるＭｇ原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いればよい。
【００４６】
続いて、例えば熱ＣＶＤ法により、ｐ型コンタクト層１０８の上に、膜厚が０．３μｍのＳｉＯ２からなるマスク膜（図示せず）を成膜する。その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、マスク膜を幅が１．０μｍの複数のストライプ状にパターニングする。
【００４７】
続いて、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法により、マスク膜を用いて積層構造体の上部を０．３５μｍの深さにエッチングする。これにより、ｐ型コンタクト層１０９とｐ型クラッド層１０８の上部とからリッジストライプ部を形成する。その後、マスク膜をフッ化水素酸により除去する。
【００４８】
続いて、再度、熱ＣＶＤ法により、露出したｐ型クラッド層１０７の上にリッジストライプ部を含む全面にわたって、膜厚が２００ｎｍのＳｉＯ２からなるブロック層（パッシベーション膜）１１２を形成する。
【００４９】
続いて、リソグラフィ法により、ブロック層１１２におけるリッジストライプ部の上面に、該リッジストライプ部に沿うと共に幅が１．３μｍの開口部を有するレジストパターン（図示せず）を形成する。続いて、例えば三フッ化メタン（ＣＨＦ３）ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法により、レジストパターンをマスクとしてブロック層１１２をエッチングすることにより、リッジストライプ部の上面からｐ型コンタクト層１０８を露出する。
【００５０】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えば電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ：ＥＢ）蒸着法により、少なくともリッジストライプ部の上面から露出したｐ型コンタクト層１０８の上に、厚さが４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）とからなる金属積層膜を形成する。その後、レジストパターンを除去するリフトオフ法により、金属積層膜におけるリッジストライプ部を除く領域を除去して、金属積層膜からｐ側電極１０９を形成する。
【００５１】
続いて、リソグラフィ法及びリフトオフ法により、ブロック層１１２の上にリッジストライプ部の上のｐ側電極１０９を覆うように、例えばリッジストライプ部に平行な方向の平面寸法が５００μｍで、且つリッジストライプ部に垂直な方向の平面寸法が１５０μｍの配線電極１１０を選択的に形成する。ここで、配線電極１１０は、それぞれ厚さが５０ｎｍ、２００ｎｍ及び１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の金属積層膜により形成する。なお、一般に、基板１０１はウェハ状態であって、複数のレーザ装置は基板１０１の主面上に行列状に形成される。従って、ウェハ状態にある基板１０１から個々のレーザチップに分割する際に、配線電極１１０を切断すると、該配線電極１１０と密着したｐ側電極１０９がｐ型コンタクト層１０８から剥がれるおそれがある。そこで、図１（ａ）に示すように、配線電極１１０は互いに隣接するチップ同士で接続されず、離れて形成されていることが望ましい。
【００５２】
続いて、配線電極１１０が形成されたウェハ状態の基板１０１の裏面に対してダイヤモンドスラリを用いた機械研磨（裏面研磨）を行う。これにより、基板１０１の厚さを１００μｍ程度にまで薄膜化する。その後、例えばＥＢ蒸着法及びリフトオフ法により、基板１０１の裏面に、厚さが５ｎｍのチタン（Ｔｉ）、厚さが１０ｎｍの白金（Ｐｔ）及び厚さが１０００ｎｍの金（Ａｕ）からなる金属積層膜により、ｎ側電極１１１を形成する。なお、基板研磨法には、スラリによる機械研磨の他、例えばＫＯＨ溶液を補助的に用いる化学機械研磨を用いてもよい。
【００５３】
次に、図３（ａ）に示すように、ウェハ状態の基板１０１を、ｍ軸方向の長さＬが８００μｍとなるようにｍ面、すなわち三角波状の頂点と底部とに沿って１次へき開する。さらに、へき開したバー状のチップの端面が露出するように、シリコン（Ｓｉ）等のスペーサ（図示せず）を用いてバー状のチップを挟持する。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えばＥＣＲスパッタ法により、バー状のチップの後端面１１６に、複数の誘電体膜を積層して高反射率コート膜１１４を成膜する。
【００５５】
次に、図１（ａ）に示すように、１次へき開された基板１０１を、ａ軸方向の長さが２００μｍとなるようにａ面に沿って２次へき開する。
【００５６】
図４は、本実施形態に係るＳＬＤにおける高反射率コート膜１１４の光の反射率を９９％とした場合に、前端面（光出射端面１１５）のモード反射率及びＳＬＤに対する注入電流量と、ＳＬＤの動作モード（ＳＬＤモード又はＬＤモード）との関係を計算により求めた結果を表している。この計算には、レーザの発振条件の基本式を利用している（非特許文献１を参照。）。一般に、ＳＬＤに注入する電流量を増やすと、光出力を増すことが可能となる。しかしながら、同時にレーザ発振を起こしやすくなって、ＬＤモードに移行してしまう。このため、前端面のモード反射率を低減することにより、レーザ発振に移行する注入電流値（しきい値）を引き上げることができる。すなわち、ＳＬＤ動作が高い光出力と共に得られることになる。そこで、前端面のモード反射率を低減することが重要となる。
【００５７】
図５は、本実施形態に係るＳＬＤにおいて、後方端面の反射率を９９％とした場合に、前端面（光出射端面）のモード反射率における光導波路の前端面の傾斜角度依存性を計算により求めた結果を表している。計算には非特許文献２の手法を利用している。上述した図４から明らかなように、ＳＬＤを高出力化するには、前端面のモード反射率を小さくすることが必要である。さらに、図５からは、前端面のモード反射率は傾斜角度θに依存することが分かる。特に、９０°からの変化が比較的に小さい傾斜角度θ＝７７．５°、７４°、７０．７°及び６８°程度で傾斜角度θを制御することが重要である。このことから、第１の実施形態においては、光ガイド層１２０と光出射端面１１５とがなす角度θは、７７．５°、７４°、７０．７°及び６８°程度とすることが好ましい。なお、角度θからのずれを±０．５°としてもよい。
【００５８】
なお、第１の実施形態においては、積層構造体の成長用基板に、六方晶系に属するＧａＮ系基板（ＧａＮ基板又はＡｌＧａＮ基板等）を用いたが、ＧａＮ系材料を成長可能な基板、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ)、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（単結晶Ａｌ２Ｏ３）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いることができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置であるＳＬＤについて図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照しながら説明する。図６において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００６０】
図６（ｂ）に示すように、第２の実施形態に係るＳＬＤの第１の実施形態に係るＳＬＤとの相違点は、基板１０１の主面を傾斜させる構成として、斜面に代えて基板１０１の主面側が凹状となる湾曲部１０１ａを形成する点である。これにより、主面が凹状となる湾曲部１０１ａを有する基板１０１の主面上に、光ガイド層１２０を含む積層構造体を成長することにより、基板１０１の湾曲部１０１ａと対応する湾曲形状を有する光ガイド層１２０が形成される。
【００６１】
この構成により、光ガイド層１２０を含む積層構造体の光出射端面１１５側を基板１０１の裏面に対して傾斜させ、光ガイド層１２０の積層面における光出射端面１１５とのなす角度θ１が９０°からずれるようになる。その結果、光出射端面１１５における光の反射率が低減し、レーザ発振が抑制されてＳＬＤ動作を得ることができる。
【００６２】
第２の実施形態においては、光出射端面１１５と反対側の後端面１１６と光ガイド層１２０における積層面とがなす角度をθ２（但し、θ２≦９０°）とすると、θ１＜θ２の関係を有する。
【００６３】
図７に基板１０１に湾曲部１０１ａを形成する一工程を示す。図７に示すように、主面がｃ面であるｎ型六方晶のＧａＮからなるウェハ状の基板１０１の主面に、ローラー研磨機１１７等を用いてｍ軸方向に周期的に複数の湾曲部１０１ａを形成する。
【００６４】
このとき、湾曲部１０１ａの形成周期をチップ長Ｌの２倍の長さとする。例えば、ＳＬＤの長さが１０００μｍの場合、形成周期を２０００μｍとすればよい。
【００６５】
この後は、第１の実施形態と同様に、複数の湾曲部１０１ａが形成された基板１０１の上に、III族窒化物半導体からなる積層構造体を結晶成長により形成し、リッジストライプ部、ブロック層及び電極等を形成する。続いて、一次へき開及び２次へき開を行って、図６に示すＳＬＤを得る。
【００６６】
第２の実施形態においては、基板１０１における光出射端面１１５側に下方が凹状となる湾曲部１０１ａを形成しているため、光ガイド層１２０の積層面における光出射端面１１５とのなす角度θ１を小さくすることが容易となる。
【００６７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るＳＬＤについて図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら説明する。図８において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付している。
【００６８】
図８（ａ）に示すように、第３の実施形態に係るＳＬＤの第２の実施形態に係るＳＬＤとの相違点は、光導波路１１３、すなわちリッジストライプ部が、積層構造体の積層面内においても、出射端面に対して９０°と異なる角度θ３で交差するように形成されている点である。
【００６９】
この構成により、光ガイド層１２０を含む積層構造体の光出射端面１１５側を基板１０１の裏面に対して傾斜させるだけでなく、積層構造体の積層面内においても光導波路１１３を傾斜させているため、光出射端面１１５における光の反射率がさらに低減するので、レーザ発振がより抑制される結果、ＳＬＤ動作を得やすくなる。
【００７０】
本構成においては、積層面内においても光導波路１１３を傾斜させることから、チップ面積は増大してコスト増となるが、面内方向と積層方向との２種類の傾斜を組み合わせることにより、反射率を極限にまで低減することが可能となり、ＳＬＤの光出力を大幅に高めることが可能となる。
【００７１】
以下、前記のように構成されたＧａＮ系青色ＳＬＤの製造方法の要部を説明する。
【００７２】
第２の実施形態と同様に、機械研磨法等により、基板１０１の主面上に湾曲部１０１ａを形成する。その後、第１の実施形態と同様に、湾曲部１０１が形成された基板１０１の主面上に積層構造体を結晶成長により形成する。
【００７３】
続いて、例えば熱ＣＶＤ法により、積層構造体の上部に形成されたｐ型コンタクト層１０８の上に、膜厚が０．３μｍのＳｉＯ２からなるマスク膜（図示せず）を成膜する。その後、リソグラフィ法及びエッチング法により、マスク膜を幅が１．０μｍの複数のストライプ状にパターニングする。このとき、リッジストライプ部のストライプの平面形状を、光導波路１１３が光出射端面１１５に向かって徐々にｍ軸からａ軸方向に傾斜するように湾曲又は屈曲させる。湾曲する割合（曲率半径）は一定であることが好ましい。但し、導波光の損失を生じない範囲であれば、必ずしも湾曲する割合が一定である必要はない。
【００７４】
この後は、リッジストライプ部の側面を覆うブロック層及び電極等を形成する。続いて、一次へき開及び２次へき開を行って、図８に示すＳＬＤを得る。
【００７５】
なお、リッジストライプ部を各半導体層の積層面内で湾曲させる構成は、第１の実施形態で示した基板１０１の主面を斜辺とする構成であっても適用できる。
【００７６】
また、第２及び第３の実施形態において、後端面１１６と光ガイド層１２０がなす角度θ２は９０°であるが、前端面（光出射端面１１５）と光ガイド層１２０とがなす角度θ１が、θ１＜θ２の関係を満たせばよい。さらには、前端面１１５の反射率が後端面１１６の反射率よりも小さければ、θ２は９０°でなくてもかまわない。
【００７７】
また、ＳＬＤの積層構造体を構成する半導体材料に窒化ガリウム（ＧａＮ）系のIII族窒化物半導体を用いたが、これに限られず、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）系半導体を用いることができる。すなわち、本発明に係る半導体発光装置には、III-Ｖ族化合物半導体を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る半導体発光装置及びその製造方法は、例えば高出力の端面出射型のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を効率良く作製することができ、高輝度、低消費電力及び低コストの液晶プロジェクタ装置又はバックライト等に用いることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０１ 基板
１０１ａ 湾曲部
１０２ ｎ型クラッド層
１０３ ｎ型ガイド層
１０４ 活性層（多重量子井戸活性層）
１０５ ｐ型ガイド層
１０６ キャリアオーバフロー抑制（ＯＦＳ）層
１０７ ｐ型クラッド層
１０８ ｐ型コンタクト層
１０９ ｐ側電極
１１０ 配線電極
１１１ ｎ側電極
１１２ ブロック層
１１３ 光導波路
１１４ 高反射コート膜
１１５ 光出射端面（前端面）
１１６ 後端面
１１７ ローラー研磨機
１２０ 光ガイド層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に形成され、光ガイド層を含む複数の半導体層からなる積層構造体とを備え、
前記積層構造体は、上部に選択的に形成されたストライプ状の光導波路と、前記積層構造体の端面からなる光出射端面とを有し、
前記光ガイド層における積層面と前記光出射端面とがなす角度θ１は、
θ１≠９０°であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記光ガイド層の少なくとも一部は、前記基板側が凹状となる湾曲部を有し、
前記光出射端面と反対側の反射端面と前記光ガイド層における積層面とがなす角度をθ２（但し、θ２≦９０°）とすると、
θ１＜θ２の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記基板には、前記光ガイド層における前記湾曲部と対応する断面形状を有する湾曲部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記積層構造体は、III-Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
前記基板の上面に対して選択的にエッチングを行うことにより、前記基板の上面を、前記基板の前記積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、
傾斜した基板の上に、前記積層構造体を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
前記基板の上面に対して機械研磨を行うことにより、前記基板における前記光出射端面側の上面を、前記基板の前記積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、
傾斜した基板の上に、前記積層構造体を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に形成され、光ガイド層を含む複数の半導体層からなる積層構造体とを備え、
前記積層構造体は、上部に選択的に形成されたストライプ状の光導波路と、前記積層構造体の端面からなる光出射端面とを有し、
前記光ガイド層における積層面と前記光出射端面とがなす角度θ１は、
θ１≠９０°であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記光ガイド層の少なくとも一部は、前記基板側が凹状となる湾曲部を有し、
前記光出射端面と反対側の反射端面と前記光ガイド層における積層面とがなす角度をθ２（但し、θ２≦９０°）とすると、
θ１＜θ２の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記基板には、前記光ガイド層における前記湾曲部と対応する断面形状を有する湾曲部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記積層構造体は、III-Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
前記基板の上面に対して選択的にエッチングを行うことにより、前記基板の上面を、前記基板の前記積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、
傾斜した基板の上に、前記積層構造体を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
前記基板の上面に対して機械研磨を行うことにより、前記基板における前記光出射端面側の上面を、前記基板の前記積層構造体と反対側の面に対して９０°−θ１の角度を持つように傾斜させる工程と、
傾斜した基板の上に、前記積層構造体を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４１９１８（Ｐ２０１３−４１９１８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６７８１（Ｐ２０１１−１７６７８１）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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