JP2008227104A - レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性層で生じた熱を効率よく放熱することのできるレーザ装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】活性層を含む積層体が半導体基板の一面に配置され、積層体上に形成された絶縁膜の貫通部を介して、第１電極が積層体と接触されている。第１電極は、金属材料からなり、貫通部を介して露出される積層体の露出部位の一部と接触された第１電極膜と、第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料からなり、積層体の露出部位のうちの第１電極膜とは異なる部位及び第１電極膜と接触され、積層体からの高さが第１電極膜の高さ以上とされた第２電極膜と、第１電極膜よりも熱伝導率が高く、第２電極膜よりも展性、延性に優れた金属材料からなる第３電極膜を含んでいる。そして、第３電極膜は、貫通部を含む絶縁膜上に積層された状態で、第２電極膜と接触されつつ絶縁膜側の面の裏面が平坦とされており、該裏面にヒートシンクが直接接合されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ装置及びその製造方法に関するものである。

従来、半導体レーザからの放熱性を向上させるレーザ装置の構成として、例えば特許文献１が開示されている。

特許文献１に示されるレーザ装置は、コンタクト層を貫いて活性層の近傍に至る凹部としてのメサストライプがクラッド層に形成され、メサストライプとヒートシンクとの間に伝熱材料としての金メッキ層が充填された構成となっている。
特開２００１−９４２１０号公報

特許文献１に示される構成においては、活性層からヒートシンクに伝わる熱が、電流注入するための電極金属を必ず通る構成となっている。電極金属の構成材料としては、オーミック特性を確保するためにＣｒ／ＰｔやＴｉ／Ｐｔが一般的であるが、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔの熱伝導率は、それぞれ９０Ｗ／ｍ・Ｋ、２２Ｗ／ｍ・Ｋ、７１Ｗ／ｍ・Ｋと、３１５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有するＡｕに対して低い。したがって、電極金属が熱障壁となり、活性層からの放熱の妨げとなる。

本発明は上記問題点に鑑み、活性層で生じた熱を効率よく放熱することのできるレーザ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、半導体基板と、半導体基板の一面に、活性層を含む半導体層が多層に積層配置されてなる積層体と、積層体の半導体基板配置面の裏面に積層され、半導体層の積層方向に貫通する貫通部を有する絶縁膜と、貫通部を介して積層体と接触された電極と、を備えるレーザ装置である。そして、電極は、金属材料からなり、貫通部を介して絶縁膜から露出される積層体の露出部位の一部と接触された第１電極膜と、第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料からなり、積層体の露出部位のうちの第１電極膜とは異なる部位及び第１電極膜と接触され、積層体からの高さが第１電極膜の高さ以上とされた第２電極膜を有することを特徴とする。

このように本発明によれば、積層体に電流注入するための電極（対をなす一方の電極）を、積層体の露出部位の一部とそれぞれ接する第１電極膜及び第２電極膜を含む複数の電極膜によって構成している。そして、第２電極膜を、第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料を用いて構成するとともに、積層体からの高さを第１電極膜の高さ以上としている。したがって、活性層で生じた熱を主として第２電極膜を通じて放熱することができるので、活性層で生じた熱を従来よりも効率よく放熱することができる。

なお、注入電流は、電極を構成する第１電極膜及び第２電極膜を通して積層体へ流れる。したがって、第１電極膜を構成する金属材料を、第２電極膜よりも積層体（半導体層）とのオーミック特性に優れた材料とすることで、オーミック特性を確保する（大電流注入時の発熱を抑制する）ことができる。

請求項１に記載の発明においては、例えば請求項２に記載のように、第１電極膜が貫通部の壁面に対して離れて配置され、第１電極膜と貫通部の壁面との隙間に第２電極膜が介在された構成としても良い。このような構成とすると、放熱経路が分散されるので、局所的な蓄熱を抑制することができる。すなわち、レーザ装置としての信頼性を向上することができる。好ましくは請求項３に記載のように、第２電極膜が隙間を全て埋めるように配置され、隙間が等間隔とされた構成とすると、放熱経路がほぼ均等に分散されるので、局所的な蓄熱をより抑制することができる。

請求項１〜３いずれかに記載の発明においては、請求項４に記載のように、第１電極膜の積層体からの高さ（厚さ）が絶縁膜よりも低く（薄く）され、第１電極膜の積層体接触面の裏面上にも第２電極膜が配置された構成とすると良い。このような構成とすると、第２電極膜による放熱経路の断面積を増やすことができる。すなわち、放熱性をより向上することができる。好ましくは請求項５に記載のように、第１電極膜が第２電極膜によって被覆された構成とすると、放熱経路の断面積をより増やすことができるとともに、局所的な蓄熱を抑制することができる。

請求項５に記載の発明においては、請求項６に記載のように、第２電極膜が絶縁膜の積層体接触面の裏面に積層された構成としても良い。このように、貫通部内だけでなく、絶縁膜上にも第２電極膜が配置された構成とすると、放熱経路の断面積をさらに増やすことができる。

請求項６に記載の発明においては、請求項７に記載のように、ヒートシンクをさらに備え、第２電極膜は絶縁膜側の面の裏面が平坦とされており、該裏面にヒートシンクが直接接合された構成とすると良い。このような構成とすると、熱伝導率の高い金属材料からなる第２電極膜を介して、活性層で生じた熱をヒートシンクに効率よく放熱することができる。したがって、放熱性をより向上することができる。なお、第２電極膜とヒートシンクとを例えばはんだを介して接合すると、はんだにおける粒界の存在や粒径の不均一性から、はんだが熱障壁となって放熱性が低下してしまう。これに対し、請求項７に記載の発明においては、第２電極膜とヒートシンクとが直接接合されている。したがって、はんだのような熱障壁を介さないので、放熱性をより向上することができる。

なお、請求項７に記載の発明においては、例えば請求項８に記載のように、第２電極膜の構成材料として、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇのいずれかを採用すると良い。これらの金属は、熱伝導率が高く、展性、延性に優れているので、放熱性の向上とヒートシンクとの接合を両立することができる。

また、請求項１〜５いずれかに記載の発明においては、請求項９に記載のように、電極を構成する複数の電極膜として、第１電極膜よりも熱伝導率が高く、且つ、第２電極膜よりも展性、延性に優れた金属材料からなる第３電極膜を有し、第３電極膜が、貫通部を含む絶縁膜上に積層されて、第１電極膜及び第２電極膜のうち、少なくとも第２電極膜と接触された構成としても良い。このような構成としても、放熱経路の断面積をさらに増やすことができる。

請求項９に記載の発明においては、請求項１０に記載のように、ヒートシンクをさらに備え、第３電極膜は絶縁膜側の面の裏面が平坦とされており、該裏面にヒートシンクが直接接合された構成とすると良い。このような構成とすると、熱伝導率の高い金属材料からなる第３電極膜を介して、活性層で生じた熱をヒートシンクに効率よく放熱することができる。また、第３電極膜の絶縁膜側の面の裏面を平坦とし、熱障壁となるはんだを介さずに第３電極膜とヒートシンクとを直接接合しているので、放熱性をより向上することができる。また、第３電極膜が第２電極膜よりも展性、延性に優れた金属材料からなるので、ヒートシンクと直接接合しやすい。

なお、請求項１０に記載の発明においては、例えば請求項１１に記載のように、第３電極膜の構成材料として、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇのいずれかを採用することができる。これらの金属は、熱伝導率が高く、展性、延性に優れているので、放熱性の向上とヒートシンクとの接合を両立することができる。

請求項７、請求項８、請求項１０、及び請求項１１のいずれかに記載の発明においては、例えば請求項１２に記載のように、ヒートシンクが、接合側の面上に第１電極膜よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、接合側が平坦とされた金属膜を有する構成としても良い。このような構成とすると、ヒートシンクに反りや表面の荒れなどがあっても、金属膜と第２電極膜、又は、金属膜と第３電極膜を直接接合することができる。しかしながら、金属膜を有さないヒートシンクと第２電極膜及び第３電極膜のいずれかが直接接合された構成としても良い。

なお、請求項１２に記載の発明においては、例えば請求項１３に記載のように、金属膜の構成材料として、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇのいずれかを採用することができる。これらの金属は、熱伝導率が高く、展性、延性に優れているので、放熱性の向上と第２電極膜及び第３電極膜のいずれかとの接合を両立することができる。

請求項１〜１３いずれかに記載の発明は、請求項１４に記載のように、第１電極膜が、Ｃｒ／Ｐｔ又はＴｉ／Ｐｔからなる構成としても良い。このような構成とすると、第１電極膜によって、積層体（半導体層）に対する電極のオーミック特性を確保することができる。

次に、請求項１５に記載の発明は、レーザ装置の製造方法であって、半導体基板の一面上に、活性層を含む複数の半導体層を積層してなる積層体が形成された状態で、積層体の半導体基板配置面の裏面上に絶縁膜を形成し、絶縁膜に半導体層の積層方向に貫通する貫通部を形成する絶縁膜形成工程と、貫通部を介して絶縁膜から露出される積層体の露出部位の一部と接触し、積層体からの高さが絶縁膜の高さよりも低くなるように、貫通部内に金属材料からなる第１電極膜を形成する第１電極膜形成工程と、積層体の露出部位のうちの第１電極膜とは異なる部位と接触しつつ第１電極膜を被覆し、積層体接触面の裏面が平坦となるように、貫通部を含む絶縁膜上に第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料からなる第２電極膜を形成する第２電極膜形成工程と、第２電極膜とヒートシンクの接合面をそれぞれ活性化させて、常温又は低温で第２電極膜とヒートシンクを接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。

このように本発明によれば、請求項７に記載された第２電極膜とヒートシンクが直接接合された構成のレーザ装置を形成することができる。なお、第２電極膜とヒートシンクの接合には、第２電極膜とヒートシンクの接合面をそれぞれ活性化させて、常温又は低温で第２電極膜とヒートシンクを直接接合する表面活性化接合法を採用する。したがって、熱障壁となるはんだなどの接続部材が存在しないので、放熱性を向上することができる。なお、表面活性化接合法は、常温の場合、常温接合法や表面活性化常温接合法（ＳＡＢ法）として知られている。また、上述の低温とは、半導体レーザとヒートシンクの従来の接合温度（例えばはんだによる）よりも低い温度である。

積層体接触面の裏面が平坦な第２電極膜を形成するには、例えば請求項１６に記載のように、第２電極膜形成工程において、貫通部を含む絶縁膜上に第２電極膜を積層した後、第２電極膜の絶縁膜接触面の裏面を平坦としても良い。

また、請求項１７に記載の発明も、レーザ装置の製造方法であって、半導体基板の一面上に、活性層を含む複数の半導体層を積層してなる積層体が形成された状態で、積層体の半導体基板配置面の裏面上に絶縁膜を形成し、絶縁膜に半導体層の積層方向に貫通する貫通部を形成する絶縁膜形成工程と、貫通部を介して絶縁膜から露出される積層体の露出部位の一部と接触するように、貫通部内に金属材料からなる第１電極膜を形成する第１電極膜形成工程と、積層体の露出部位のうちの第１電極膜とは異なる部位と接触しつつ第１電極膜とも接触し、積層体からの高さが第１電極膜の高さ以上となるように、絶縁膜の少なくとも貫通部内に第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料からなる第２電極膜を形成する第２電極膜形成工程と、第１電極膜及び第２電極膜の形成後、貫通部を含む絶縁膜上に、絶縁膜接触面の裏面が平坦となるように、第１電極膜よりも熱伝導率が高く、且つ、第２電極膜よりも延性に優れた金属材料からなる第３電極膜を形成する第３電極膜形成工程と、第３電極膜とヒートシンクの接合面をそれぞれ活性化させて、常温又は低温で第３電極膜とヒートシンクを接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。

このように本発明によれば、請求項１０に記載された第３電極膜とヒートシンクが直接接合された構成のレーザ装置を形成することができる。なお、第３電極膜とヒートシンクの接合には、第３電極膜とヒートシンクの接合面をそれぞれ活性化させて、常温又は低温で第３電極膜とヒートシンクを直接接合する表面活性化接合法を採用する。したがって、熱障壁となるはんだなどの接続部材が存在しないので、放熱性を向上することができる。なお、表面活性化接合法は、常温の場合、常温接合法や表面活性化常温接合法（ＳＡＢ法）として知られている。また、上述の低温とは、半導体レーザとヒートシンクの従来の接合温度（例えばはんだによる）よりも低い温度である。

絶縁膜接触面の裏面が平坦な第３電極膜を形成するには、例えば請求項１８に記載のように、第３電極膜形成工程において、第１電極膜及び第２電極膜のうち、積層体からの高さが絶縁膜よりも高い部位を、絶縁膜をストッパとして除去した後、第３電極膜を形成する方法を採用しても良い。

請求項１５〜１８いずれかに記載の発明においては、例えば請求項１９に記載のように、第１電極形成工程において、第１電極膜を貫通部の壁面に対して離間して形成し、第２電極形成工程において、第１電極膜と貫通部の壁面との隙間に介在するように第２電極膜を形成しても良い。この場合、請求項２０に記載のように、第１電極形成工程において、隙間が積層体からの絶縁膜の高さに対する第１電極膜高さの差以下となるように、第１電極膜を絶縁膜よりも低く形成し、第２電極形成工程において、貫通部内に選択的に第２電極膜を形成しても良い。これによれば、絶縁膜と面一となるように貫通部内に第２電極膜を選択的に形成することもできる。面一とした場合、研磨などの処理を不要とすることもできる。

請求項１５〜２０いずれかに記載の発明においては、請求項２１に記載のように、ヒートシンクの一面に第１電極膜よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、接合側が平坦とされた金属膜を有し、接合工程において、電極膜の表面を接合面としても良い。これによれば、ヒートシンクに反りや表面の荒れなどがあっても、請求項１２に記載のレーザ装置を形成することができる。

請求項１５〜２１いずれかに記載の発明においては、請求項２２に記載のように、接合工程において、接合時の温度を１００℃以下の低温とすると良い。このように１００℃以下とすると、ヒートシンクと半導体基板の線膨張係数差に基づいて活性層に作用する応力を、効果的に抑制することができる。

また、請求項１５〜２２いずれかに記載の発明においては、例えば請求項２３に記載のように、接合工程において、Ａｒイオンでスパッタリングすることにより、接合面をそれぞれ活性化させることができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るレーザ装置のうち、半導体レーザの概略構成を示す断面図である。図２は、半導体レーザの平面図である。図３は、レーザ装置のうち、特徴部分の拡大断面図である。なお、図２においては、便宜上、第２電極膜及び第３電極膜を省略して図示している。また、図３においては、便宜上、積層体のうち、活性層以外の半導体層を省略して図示している。

本実施形態に係るレーザ装置は、端面発光型ストライプ構造の半導体レーザと、活性層で生じた熱を放熱するためのヒートシンクとを一体化してなるものである。

半導体レーザは、図１に示すように、要部として、半導体基板１１０と、半導体基板１１０の一面（以下、上面と示す）に、活性層１３４を含む半導体層を多層に積層配置してなる積層体１３０と、積層体１３０の半導体基板配置面の裏面（以下、上面と示す）に配置され、半導体層の積層方向に貫通する貫通部１５１を有する絶縁膜１５０と、貫通部１５１を介して積層体１３０と接触された第１電極１７０と、半導体基板１１０の下面（積層体配置面の裏面）に配置された第２電極１９０と、を有している。このうち、第１電極１７０を特徴部分としている。

本実施形態においては、半導体基板１１０としてｎ−ＧａＡｓ基板を採用している。そして半導体基板１１０の一面に、ｎ−ＧａＡｓからなるバッファ層１３１、ｎ−ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１３２、ｎ−ＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層１３３、ＩｎＧａＡｓからなる活性層１３４、ｐ−ＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層１３５、ｐ−ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１３６、ｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層１３７の順で積層されて、複数の半導体層からなる積層体１３０が構成されている。なお、バッファ層１３１は結晶性を高める層、クラッド層１３２，１３６は主として活性層１３４の接合領域の電子密度及びホール密度を高める層、光ガイド層１３３，１３５は発光した光を活性層１３４に閉じ込める層、活性層１３４は注入されたキャリアが再結合し、該層のバンドギャップエネルギーに応じた波長の光を発光する層である。

このように構成される積層体１３０の上面に、絶縁膜１５０が配置されている。本実施形態において、絶縁膜１５０はシリコン酸化膜からなり、絶縁膜１５０の一部に、半導体層の積層方向に貫通する貫通部１５１が設けられている。より詳しくは、図２に示すように、貫通部１５１は、活性層１３４の積層面に平行であってレーザ光の出力方向（図１において紙面に垂直な方向）に垂直な方向の幅Ｓ（ストライプ幅Ｓ）が、レーザ光の出力方向の長さ（共振器長）よりも短い幅（例えば１０μｍ）とされたストライプ状の溝となっている。

そして、積層体１３０の上面上には、貫通部１５１を介して積層体１３０と接触するように、ｐ型電極としての第１電極１７０が配置されている。この第１電極１７０が、特許請求の範囲に記載の電極に相当するものである。本実施形態において、第１電極１７０は、第１電極膜１７１、第２電極膜１７２、及び第３電極膜１７３からなり、貫通部１５１を含む絶縁膜１５０上に配置されている。

第１電極膜１７１は、第１電極１７０のうち、積層体１３０（コンタクト層１３７）に対してオーミック特性を得るための部位であり、第２電極膜１７２や第３電極膜１７３よりも積層体１３０に対してオーミック特性に優れる（電気的抵抗の小さい）金属材料を用いて構成されている。そして、貫通部１５１を介して絶縁膜１５０から露出される積層体１３０の露出部位１３８の一部と接触されている。

本実施形態においては、積層体１３０（コンタクト層１３７）に対してオーミック特性を得るべく、Ｃｒ／Ｐｔを用いて構成されている。また、図１及び図２に示すように、ストライプ状の貫通部１５１の両壁面に対して離間され、両壁面との間で構成される隙間Ｌ１，Ｌ２が互いに等しくされている。また、図１に示すように、積層体１３０（露出部位１３８）からの高さ（厚さ）が、絶縁膜１５０よりも低く（薄く）され、露出部位１３８からの絶縁膜１５０の高さと第１電極膜１７１の高さの差（後述する差ｔ）が、隙間Ｌ１，Ｌ２と等しくされている。なお、オーミック特性に優れる材料としては、上述のＣｒ／Ｐｔに限定されるものではなく、それ以外にも、例えばＴｉ／Ｐｔを構成材料とすることもできる。

第２電極膜１７２は、第１電極１７０のうち、活性層１３４で生じた熱を半導体レーザ外（本実施形態においてはヒートシンク）に放熱するに当たり、主として貫通部１５１内における放熱性を向上するための部位であり、第１電極膜１７１よりも熱伝導率の高い金属材料を用いて構成されている。そして、絶縁膜１５０から露出される積層体１３０の露出部位１３８のうち、第１電極膜１７１とは異なる部位と接触されている。また、貫通部１５１内において第１電極膜１７１とも接触され、露出部位１３８からの高さが第１電極膜１７１の高さ以上とされている。

第２電極膜１７２の構成材料としては、単一金属を採用すると良い。複数の金属からなる構成に比べて粒界や粒径ばらつきによる熱伝導性の低下を抑制し、放熱性を向上することができる。本実施形態においては、熱伝導率が１７８Ｗ／ｍ・ＫのＷ（タングステン）を用いて構成されている。ちなみに、第１電極膜１７１の構成材料であるＣｒ、Ｐｔ、Ｔｉの熱伝導率は、それぞれ９０Ｗ／ｍ・Ｋ、７１Ｗ／ｍ・Ｋ、２２Ｗ／ｍ・Ｋである。また、図１に示すように、第２電極膜１７２は、貫通部１５１内のみに配置されており、第１電極膜１７１の配置部位以外の部位を満たしている。すなわち、積層体１３０の露出部位１３８のうち、第１電極膜１７１の接触部位を除く部位全てに接触されている。また、露出部位１３８からの高さが第１電極膜１７１の高さよりも高くされている。さらには、第１電極膜１７１の積層体接触面の裏面上にも配置され、第１電極膜１７１の積層体接触部位以外の部位が第２電極膜１７２に被覆されている。

なお、第２電極膜１７２の構成材料としては、上述したＷ以外にも、Ｃｕ（熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｌ（熱伝導率２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｕ（熱伝導率３１５Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｇ（熱伝導率４２７Ｗ／ｍ・Ｋ）などを採用することができる。

第３電極膜１７３は、第１電極１７０のうち、貫通部１５１を通して伝達された熱をヒートシンクに効率よく放熱する部位であるとともに、ヒートシンクに半導体レーザを固定するための接合部位であり、第１電極膜１７１よりも熱伝導率が高く、且つ、第２電極膜１７２よりも展性、延性に優れた金属材料を用いて構成されている。そして、貫通部１５１を含む絶縁膜１５０上に配置されて、第１電極膜１７１及び第２電極膜１７３のうち、少なくとも第２電極膜１７２と接触されている。

本実施形態においては、熱伝導率が高く、且つ、延性，展性に優れるＡｕを用いて構成されている。Ａｕの場合、ヒートシンクとの接続信頼性や放熱時の熱障壁となる酸化膜が形成されないので好ましい材料である。しかしながら、Ａｕ以外にも、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなどを採用することができる。また、第３電極膜１７３は、その厚さが５００ｎｍ以上２０００ｎｍ未満ととされており、絶縁膜１５０側の面の裏面が平坦とされている。

第２電極１９０は、第１電極１７０と対をなし、活性層１３４に対して電流を注入するための電極であり、半導体基板１１０の下面に配置されている。本実施形態においては、ｎ型電極として、例えばＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる第２電極１９０が配置されている。

図３に示すように、ヒートシンク２１０は、活性層１３４で生じた熱を半導体レーザ（レーザ装置１００）の外部に放熱するためのものである。このため、熱伝導率の大きな材料を用いて構成されている。また、半導体レーザと直接接合すべく半導体レーザとの接触面が平坦とされている。本実施形態において、ヒートシンク２１０は、第１電極膜１７１を構成するＷよりも熱伝導率の大きなＣｕを用いて平板状に構成されている。

さらに、本実施形態においては、図３に示すように、ヒートシンク２１０が、接合側の面上に、第１電極膜１７１よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、接合側が平坦とされた接合用金属膜２１１を有している。この接合用金属膜２１１は、特許請求の範囲に記載の金属膜に相当するものである。このように、ヒートシンク２１０が接合用金属膜２１１を有する構成とすると、ヒートシンク２１０の表面が反っていたり、凹凸を有していても、接合用金属膜２１１を接触面として、半導体レーザとヒートシンク２１０の接続信頼性を確保することができる。なお、放熱性と接続信頼性を両立するには、熱伝導率が高く、展性、延性に優れる材料を採用することが好ましい。このような材料としては、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇがある。本実施形態においては、接合用金属膜２１１がＣｕからなり、ヒートシンク２１０と接合用金属膜２１１が同一材料からなるので、ヒートシンク２１０と接合用金属膜２１１の界面における放熱ロスを抑制し、これによっても放熱性を向上することができる。

次に、上述したレーザ装置１００の製造方法を、図４〜図６を用いて説明する。図４は、レーザ装置の製造工程を示す断面図であり、（ａ）は絶縁膜形成工程、（ｂ）は第１電極膜形成工程、（ｃ）は第２電極膜形成工程を示している。図５（ａ），（ｂ）は、レーザ装置の製造工程のうち、第３電極膜形成工程を示す断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、レーザ装置の製造工程のうち、接合工程を示す断面図である。なお、図４〜図６においては、便宜上、積層体のうち、活性層以外の半導体層を省略して図示している。

先ず、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの公知の結晶成長方法を用いて半導体基板１１０上に活性層１３４を含む積層体１３０を形成する。積層体１３０の形成後、図４（ａ）に示すように、積層体１３０の上面に絶縁膜１５０を形成し、絶縁膜１５０に積層体１３０を構成する半導体層の積層方向に貫通する貫通部１５１を形成する絶縁膜形成工程を実施する。本実施形態においては、ＣＶＤ法によって、積層体１３０の上面全面にシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）からなる絶縁膜１５０を形成する。そして、フォトリソグラフィによって、ストライプとなる部分の絶縁膜１５０をエッチングして開口し、溝状の貫通部１５１を形成している。

次に、第１電極形成工程を実施する。本実施形態においては、第１電極形成工程が大きく分けて３つの工程からなる。先ず、蒸着やスパッタなどの公知の成膜方法を用いて、図４（ｂ）に示すように、貫通部１５１を介して絶縁膜１５０から露出される積層体１３０の露出部位１３８の一部と接触するように、貫通部１５１内に第１電極膜１７１を形成する第１電極膜形成工程を実施する。本実施形態においては、蒸着によってＣｒ／Ｐｔを成膜し、フォトリソグラフィによって不要部分を除去することにより、図４（ｂ）に示すように、積層体１３０（露出部位１３８）からの高さが絶縁膜１５０よりも低く、貫通部１５１の両壁面との隙間Ｌ１，Ｌ２、及び、露出部位１３８からの絶縁膜１５０の高さと第１電極膜１７１の高さの差ｔがそれぞれ等しい第１電極膜１７１を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、積層体１３０の露出部位１３８のうち、第１電極膜１７１の接触部位とは異なる部位と接触しつつ第１電極膜１７１とも接触し、露出部位１３８からの高さが第１電極膜１７１の高さ以上となるように、絶縁膜１５０の少なくとも貫通部１５１内に第１電極膜１７１よりも熱伝導率の高い金属材料からなる第２電極膜１７２を形成する第２電極膜形成工程を実施する。本実施形態においては、公知の選択ダングステンＣＶＤ法によって、図４（ｂ）に示すように、絶縁膜１５０以外の表面上（すなわち露出部位１３８及び第１電極膜１７１上）に、絶縁膜１５０と略面一となるようにＷ（タングステン）からなる第２電極膜１７２を選択的に形成する。このように選択ＣＶＤ法を採用すると、選択的かつ単純な工程で、貫通部１５１内のみに第２電極膜１７２を形成することができる。なお、選択ＣＶＤ法による第２電極膜１７２の形成は、Ｗ以外にもＡｌやＣｕで可能である。また、選択ＣＶＤ法以外にも、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ法などにより第２電極膜１７２を形成することができる。

なお、本実施形態においては、第１電極膜形成工程において、貫通部１５１の両壁面との隙間Ｌ１，Ｌ２、及び、露出部位１３８からの絶縁膜１５０の高さと第１電極膜１７１の高さの差ｔがそれぞれ等しい第１電極膜１７１を形成し、第２電極膜形成工程において、絶縁膜１５０と略面一となるように第２電極膜１７２を選択的に形成する。したがって、第２電極膜形成工程終了時に、第２電極膜１７２と絶縁膜１５０との段差を極力小さくすることができるので、平坦化処理を行わなくとも、第１電極１７０とヒートシンク２１０との接続信頼性を向上することができる。しかしながら、必要に応じて平坦化処理を実施し、これによって第１電極１７０とヒートシンク２１０との接続信頼性を向上するようにしても良い。例えば、第２電極膜１７２の成膜後に平坦化処理を実施しても良い。一例としては、スパッタによって貫通部１５１内を埋めつつ絶縁膜１５０の表面を被覆するように第２電極膜１７２を成膜した後、絶縁膜１５０をストッパとして第２電極膜１７２を研磨し、平坦化しても良い。このように第２電極膜１７２に平坦化処理を実施すると、絶縁膜１５０を平坦化の基準（ストッパ）とすることができるので平坦化しやすい。また、本実施形態に示すように、第１電極１７０として第３電極膜１７３を有する場合には、第３電極膜１７３の形成後にその表面を平坦化処理しても良い。

次に、第１電極膜１７１よりも熱伝導率が高く、且つ、第２電極膜１７２よりも延性に優れた金属材料からなる第３電極膜１７３を形成する第３電極膜形成工程を実施する。本実施形態においては、第２電極膜１７２及び絶縁膜１５０と第３電極膜１７３との接続信頼性を向上するために、前処理として、図５（ａ）に示すように、表面活性化処理を実施する。具体的には、第３電極膜１７３を形成する前に、第２電極膜１７２及び絶縁膜１５０の表面（極最表面）を、不活性ガス（例えばＳＦ_６）をエッチングガス種とする高周波プラズマエッチングによりエッチングする。これにより、酸化膜や吸着水、有機系汚染物などを除去して第２電極膜１７２及び絶縁膜１５０の表面活性化することができる。このように表面活性化処理を実施すると、第２電極膜１７２と第３電極膜１７３との接続信頼性を向上することができる。したがって、接続信頼性を確保するための別部材を不要とすることができるので、別部材による放熱ロスがない分、放熱性をより向上することができる。しかしながら、表面活性化処理をしなくとも第２電極膜１７２と第３電極膜１７３との接続信頼性を確保できる場合には、表面活性化処理をせずに第３電極膜１７３を形成しても良い。

次に、第２電極膜１７２及び絶縁膜１５０の表面を活性化させた状態で、図５（ｂ）に示すように、貫通部１５１を含む絶縁膜１５０上に、絶縁膜接触面の裏面が平坦となるように第３電極膜１７３を形成する第３電極膜形成工程を実施する。本実施形態においては、蒸着法によって、第１電極膜１７１を構成するＣｒ／Ｐｔよりも熱伝導率が高く、第２電極膜１７２を構成するＷよりも展性、延性に優れたＡｕからなる第３電極膜１７３を形成する。上述したように、第２電極膜１７２を絶縁膜１５０と略面一（平坦）としているので、貫通部１５１を含む絶縁膜１５０上に第３電極膜１７３を形成すれば、特に平坦化処理をしなくとも第３電極膜１７３の絶縁膜接触面の裏面を平坦とすることができる。例えば第３電極膜１７３を成膜した時点で、絶縁膜接触面の裏面が平坦でない場合には、接合工程の前に研磨などの平坦化処理を実施すれば良い。

第３電極膜１７３の構成材料としては、Ａｕ以外にもＣｕ、Ａｌ、Ａｇなどを採用することができる。しかしながら、後述する接合工程において第３電極膜１７３の表面を活性化処理する際に、活性化されることによって酸化膜を形成すると、この酸化膜が接続信頼性や放熱性を低下させてしまう。これに対し、Ａｕを用いると、接合工程において第３電極膜１７３の表面を活性化処理しても酸化膜が形成されないので、接続信頼性や放熱性をより向上することができる。

なお、第３電極膜１７３の厚さとしては、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ未満とすることが好ましい。５００ｎｍ未満とすると、下地の表面凹凸（例えば絶縁膜１５０と第２電極膜１７２の段差）の影響を受けやすく、接合時に変形したとしても凹凸の影響が残り、ヒートシンク２１０との接続信頼性を確保できない恐れがある。また、２０００ｎｍ以上とすると、第３電極膜１７３自身の表面凹凸が大きくなってヒートシンク２１０との接合界面でボイドなどが生じやすくなる。

次に、蒸着、スパッタなどの公知の製造方法により、半導体基板１１０の下面に第２電極１９０を形成（図示略）した後、第３電極膜１７３とヒートシンク２１０の接合面をそれぞれ活性化させて、常温又は低温で第３電極膜１７３とヒートシンク２１０を直接接合する接合工程を実施する。このような接合方法は、常温の場合、常温接合法や表面活性化常温接合法として知られている。なお、半導体基板１１０の下面への第２電極１９０の形成は、接合工程の前に完了していれば良い。

本実施形態においては、ヒートシンク２１０の一面に第１電極膜１７１の構成材料よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、接合側が平坦とされた接合用金属膜２１１を形成し、接合用金属膜２１１と第３電極膜１７３とを直接接合するようにしている。接合用金属膜２１１の構成材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなどの、熱伝導率が高く、延性，展性に優れる材料を採用することができる。これによれば、ヒートシンク２１０に反りや表面の荒れなどがあっても、接合用金属膜２１１が変形して半導体レーザとの接続信頼性を向上することができる。また、本実施形態においては、Ｃｕからなるヒートシンク２１０にＣｕからなる接合用金属膜２１１を形成しているので、ヒートシンク２１０と接合用金属膜２１１との界面での放熱ロスを低減することができる。

先ず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ヒートシンク２１０における接合用金属膜２１１の表面及び半導体レーザにおける第３電極膜１７３の表面をそれぞれ活性化する活性化処理を実施する。この活性化処理は、接合用金属膜２１１を構成する金属原子と第３電極膜１７３を構成する金属原子とを直接結合させて強固な接合状態を形成するために、イオンビームやプラズマなどによるスパッタエッチングを施して、表面の酸化膜や吸着水、有機系汚染物などを除去する工程である。本実施形態においては、それぞれの表面に、図６（ａ），（ｂ）に示すように、不活性ガスであるＡｒのイオンビームを照射してそれぞれの表面（極最表面）を活性化する。

そして、第３電極膜１７３及び接合用金属膜２１１の表面を活性化させた状態で、図６（ｃ）に示すように、第３電極膜１７３を接触面として半導体レーザをヒートシンク２１０の接合用金属膜形成面上に接触配置する。すると、常温において半導体レーザの自重により第３金属膜１７３と接合用金属膜２１１とが接合する。そして、上述した構成のレーザ装置１００が形成される。

本実施形態においては、はんだのように熱障壁となる接続部材を介さずに、第３電極膜１７３と接合用金属膜２１１を直接接合する。したがって、放熱性を向上することができる。また、常温で半導体レーザとヒートシンク２１０を一体化することができるので、加熱によって例えば活性層１３４に作用する応力を抑制することができる。ただし、接合時の温度を１００℃以下の低温とすれば、Ｃｕからなるヒートシンク２１０とＧａＡｓからなる半導体基板１１０の線膨張係数差に基づいて活性層１３４に作用する応力を、効果的に抑制することができる。また、低温でありながらも加熱するので、接続信頼性をより高めることができる。また、ヒートシンク２１０の構成材料として安価なＣｕを採用することができるので、製造コストを低減することができる。なお、Ａｌからなるヒートシンク２１０についても、Ｃｕ同様の効果を発揮することができる。

また、本実施形態においては、半導体レーザの自重によって接合する例を示した。しかしながら、ヒートシンク２１０の自重によって接合しても良い。また、加圧して接合しても良い。

このように、本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、図３に示すように、オーミック特性を得る第１電極膜１７１とともに、放熱性を向上する第２電極膜１７２を、貫通部１５１内に配置して積層体１３０の露出部位１３８と接触させている。すなわち、活性層１３４で生じた熱（図中に実線矢印で熱の放熱経路を示す）が、積層体１３０の露出部位１３８から熱伝導率の高い材料からなる第２電極膜１７２に主として伝達されるようになっている。また、ヒートシンク２１０と接する第３電極膜１７３に第２電極膜１７２を接触させており、熱伝導率の高い材料からなる第３電極膜１７３と接合用金属膜２１１とを直接接合させている。すなわち、積層体１３０からヒートシンク２１０の間の伝熱経路を、全て熱伝導率の高い材料によって構成しているので、従来よりも、活性層１３４で生じた熱をヒートシンク２１０に効率よく放熱することができる。

また、注入電流は、第１電極膜１７１及び第２電極膜１７２を通して積層体１３０（活性層１３４）へ流れるが、第１電極膜１７１が第２電極膜１７２よりもオーミック特性に優れた材料からなるので、大電流注入時の発熱を抑制することができる。

また、第１電極膜１７１を、図３に示すように、貫通部１５１の壁面に対して離れて配置し、第１電極膜１７１と貫通部１５１の壁面との隙間に第２電極膜１７２を介在させている。したがって、放熱経路が分散されているので、局所的な蓄熱を抑制することができ、ひいてはレーザ装置１００としての信頼性を向上することができる。特に本実施形態においては、隙間を等間隔とし、第２電極膜１７２によって全ての隙間を充填している。したがって、放熱経路がほぼ均等に分散されているので、局所的な蓄熱をより抑制することができる。

また、図３に示すように、貫通部１５１内において、第１電極膜１７１の積層体１３０からの高さを絶縁膜１５０よりも低くし、第１電極膜１７１上にも第２電極膜１７２を配置している。このように、第１電極膜１７１上にも第２電極膜１７２による放熱経路を形成しているので、放熱性をより向上することができる。なお、本実施形態においては、第２電極膜１７２によって第１電極膜１７１を完全に被覆しているので、放熱性をより向上することができる。

また、図３に示すように、第１電極１７０のうち、ヒートシンク２１０と接する第３電極膜１７３を、貫通部１５１を含む絶縁膜１５０の積層体接触面の裏面全面を覆うように形成している。すなわち、第２電極膜１７２よりも第３電極膜１７３のほうが放熱経路の断面積が大きいので、放熱性をより向上することができる。

なお、本実施形態においては、第２電極膜１７２が、第１電極膜１７１を被覆しつつ貫通部１５１を埋めて、絶縁膜１５０と略面一とされる例を示した。しかしながら、第３電極膜１７３の一部が貫通部１５１内に配置された構成としても良い。例えば第１電極膜１７１と貫通部１５１の壁面との隙間Ｌ１，Ｌ２が露出部位１３８からの絶縁膜１５０の高さと第１電極膜１７１の高さの差ｔよりも小さい場合、図７に示すような構成とすることもできる。また、隙間Ｌ１，Ｌ２が差ｔよりも大きい場合、図８に示すような構成とすることもできる。図７、図８は、変形例を示す断面図である。なお、図７、図８に示す構成において、第３電極膜１７３と接合用金属膜２１１とを接合するに当たり、第３電極膜１７３に接続信頼性を確保するだけの平坦度が無い場合には、第２電極膜１７２の形成後及び第３電極膜１７３の形成後の少なくともも一方で、上述した平坦化処理を実施すれば良い。

また、本実施形態においては、積層体１３０からの第１電極膜１７１の高さが絶縁膜１５０よりも低く、第１電極膜１７１が第２電極膜１７２によって被覆され、第３電極膜１７３に対して第２電極膜１７２のみが接触する例を示した。しかしながら、例えば図９に示すように、第２電極膜１７２とともに、第１電極膜１７１も第３電極膜１７３と接触する構成（第１電極膜１７１の高さと第２電極膜１７２の高さが、ともに絶縁膜１５０の高さと等しい構成）としても良い。この場合、貫通部１５１内において、放熱経路の断面積が本実施形態に示した構成よりも小さくなるものの、第２電極膜１７２、第３電極膜１７３、接合用金属膜２１１による伝熱経路を有しているので、従来よりも効率よく放熱することができる。図９は、変形例を示す断面図である。

また、本実施形態においては、溝状の貫通部１５１の両壁面に対して、第１電極膜１７１が隙間Ｌ１，Ｌ２を有するように離間して配置される例を示した。しかしながら、例えば図１０に示すように、第１電極膜１７１が貫通部１５１の壁面の一部（図１０においては、溝状の貫通部１５１の一方の壁面）と接触する構成としても良い。このような構成としても、本実施形態に示した構成と同様の効果を期待することができる。ただし、エッチングによって第１電極膜１７１を形成する場合、貫通部１５１内のみに配置され、且つ、貫通部１５１の壁面と接触するように第１電極膜１７１を形成するのは難しいので、本実施形態に示したように、第１電極膜１７１が貫通部１５１の壁面と離間された構成とするほうが良い。図１０は、変形例を示す断面図である。

本実施形態においては、積層体１３０が、各半導体層１３１〜１３７を積層して構成される例を示した。しかしながら、積層体１３０の構成は上記例に限定されるものではない。活性層１３４を含む半導体層を積層してなり、注入電流によってレーザ光を発振できる構成であれば採用することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図１１に基づいて説明する。図１１は、第２実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。

第２実施形態に係るレーザ装置は、第１実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、ヒートシンク２１０の接合用金属膜２１１と、第１電極１７０の第３電極膜１７３とが直接接合される例を示した。これに対し、本実施形態においては、図１１に示すように、接合用金属膜２１１を有さないヒートシンク２１０と第１電極１７０（第３電極膜１７３）とが直接接合される点を特徴とする。このような構成とすると、構成を簡素化することができる。また、接合用金属膜２１１がない分、活性層１３４からヒートシンク２１０への放熱経路が短くなり、放熱性をさらに向上することができる。なお、図１１に示す構成は、第１実施形態に示した接合用金属膜２１１の活性化処理と同様の処理をヒートシンク２１０の表面に実施することで、第３電極膜１７３との直接的な接合が可能である。

ただし、ヒートシンク２１０の表面が反っていたり荒れている場合、第１電極１７０（第３電極膜１７３）との接触面積が減少して接続信頼性が低下することも考えられる。このような場合、研磨などによってヒートシンク２１０の接合面を平坦化し、その後、活性化処理をして接合することが好ましい。

なお、本実施形態においては、第１実施形態に示した構成（図３参照）において、接合用金属膜２１１の無いヒートシンク２１０の構成を示した。しかしながら、第１実施形態に示した変形例において、接合用金属膜２１１の無い構成としても良い。第１電極１７０の表面とヒートシンク２１０の表面を活性化処理して直接接合することにより、いずれの構成も実現が可能である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図１２に基づいて説明する。図１２は、第３実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。

第３実施形態に係るレーザ装置は、第１実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、ヒートシンク２１０の接合用金属膜２１１と、第１電極１７０の第３電極膜１７３とが直接接合される例を示した。これに対し、本実施形態においては、図１２に示すように、第１電極１７０が第１電極膜１７１及び第２電極膜１７２のみからなり（第３電極膜１７３を有しておらず）、第２電極膜１７２とヒートシンク２１０とが直接接合される点を特徴とする。このような構成とすると、構成を簡素化することができる。

このような構成における第２電極膜１７２の構成材料としては、第１電極膜１７１の構成材料よりも熱伝導率が高い材料であって、延性，展性に優れる材料を採用すると良い。具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのいずれかを採用することができる。このような金属材料を採用すると、多少の段差などがあったとしても、接合時に変形してヒートシンク２１０との接続信頼性を高めることができる。また、活性層１３４で生じた熱をヒートシンク２１０に効率よく放熱することができる。特に本実施形態においては、第３電極膜１７３がない分、第２電極膜１７２と第３電極膜１７３の界面における放熱ロスが無くなり、放熱性をさらに向上することができる。

また、第２電極膜１７２は、貫通部１５１内だけでなく、貫通部１５１を含む絶縁膜１５０上にも形成し、絶縁膜１５０上に配置された部位の厚さを５００ｎｍ以上２０００ｎｍ未満とすると良い。このような構成とすると、第１実施形態に示した第３電極膜１７３と同様の効果を発揮することができる。すなわち、放熱経路の断面積を増やし、放熱性をより向上することができる。また、ヒートシンク２１０（接合用金属膜２１１）との接触面積も増えて、接続信頼性を向上することができる。なお、ヒートシンク２１０との接続信頼性を向上するには、図１２に示す第２電極膜１７２の接合面が平坦化されていることが好ましいので、第２電極膜１７２の成膜後であって、接合工程の前に、研磨などの平坦化処理を適宜実施すると良い。

なお、本実施形態においては、第１実施形態に示した構成（図３参照）において、第３電極膜１７３を無くし、その分第２電極膜１７２が広範囲に亘って配置された構成を示した。しかしながら、第１実施形態に示した変形例（図９を除く）において、第３電極膜１７３を無くし、その分第２電極膜１７２が広範囲に亘って配置された構成としても良い。また、第２実施形態に示した構成と本実施形態の構成を組み合わせても良い。この場合、接合用金属膜２１１と第３電極膜１７３が無いので、放熱性をさらに向上することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図１３及び図１４に基づいて説明する。図１３は、第４実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。図１４は、レーザ装置のうち、半導体レーザの平面図である。図１４においては、便宜上、第２電極膜及び第３電極膜を省略して図示している。

第４実施形態に係るレーザ装置は、第１実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態においては、半導体レーザとして端面発光型のレーザを示した。これに対し、本実施形態においては、半導体レーザが面発光型のレーザとして構成されている点を第１の特徴とする。また、貫通部１５１が溝状ではなく、孔状（コンタクトホール）とされている点を第２の特徴とする。

図１３に示すように、本実施形態においては、半導体レーザが面発光型のレーザとして構成されている。具体的には、積層体１３０を構成する半導体層として、活性層１３４と、積層方向において活性層１３４を挟んで配置されたクラッド層（図示略）と、積層方向において間に活性層１３４及びクラッド層を挟んで配置された反射鏡１３９，１４０とを少なくとも含んでいる。反射鏡１３９，１４０は、公知の多層膜反射鏡として構成されており、活性層１３４で生じる光を共振し、図中の矢印方向（半導体層の積層方向）にレーザ発振するように、出力側の反射鏡１４０の反射率が反出力側の反射鏡１３９の反射率よりも小さく設定されている。

本実施形態において、積層体１３０はメサエッチングされて半導体基板１１０の一面上の一部に配置されており、半導体基板１１０には、積層体１３０の形成位置に対応して、積層体１３０の形成面の裏面側に開口する溝部１１１が形成されている。このような溝部１１１は、例えば半導体基板１１０をエッチングすることにより構成することができる。

また、本実施形態においては、図１４に示すように、絶縁膜１５０の貫通部１５１が孔状（すなわちコンタクトホール）とされている。そして、孔状の貫通部１５１の壁面に対して第１電極膜１７１が離間されて配置されている。また、図１３に示すように、孔状の貫通部１５１内を埋めて絶縁膜１５０と略面一となるように、第２電極膜１７２が形成されている。さらには、貫通部１５１を含む絶縁膜１５０上に、第３電極膜１７３が形成されている。そして、第３電極膜１７３のうち、第２電極膜１７２と接しつつ平坦とされた部位がヒートシンク２１０（接合用金属膜２１１）と直接接合されている。

このように、面発光型の半導体レーザとヒートシンク２１０からなるレーザ装置１００においても、第１実施形態に示した構成を適用することができ、それによって同様の効果を発揮することができる。

なお、本実施形態においては、貫通部１５１が図１４に示すように平面長方形である例を示した。しかしながら、貫通部１５１の平面形状は特に限定されるものではない。正方形や円形、矩形以外の多角形としても良い。また、上述した各実施形態において、貫通部１５１を孔状としても良い。

また、本実施形態においては、積層体１３０がメサ構造とされる例を示した。しかしながら、メサエッチングされずに半導体基板１１０の一面上に配置された構成（第１実施形態と同様）としても良い。

また、本実施形態においては、第１実施形態に示した構成において、半導体レーザを面発光型に置き換える例を示した。しかしながら、第１実施形態に示した変形例や第２実施形態に示した構成、第３実施形態に示した構成、各実施形態を組み合わせた構成において、半導体レーザを面発光型に置き換えることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上述した各実施形態においては、レーザ装置１００としてヒートシンク２１０を含む例を示した。しかしながら、ヒートシンク２１０の無い構成としても良い。レーザ装置１００は、半導体基板１１０、半導体基板１１０の一面に形成された積層体１３０、積層方向に貫通する貫通部１５１を有し、積層体１３０の上面に形成された絶縁膜１５０、貫通部１５１を介して積層体１３０と接触された第１電極１７０を有し、第１電極１７０として、貫通部１５１内に配置されて積層体１３０の露出部位１３８の一部と接する第１電極膜１７１と、第１電極膜１７１よりも熱伝導率の高い金属材料からなり、積層体１３０の露出部位１３８のうちの第１電極膜１７１とは異なる部位及び第１電極膜１７１と接触され、積層体１３０からの高さが第１電極膜１７１の高さ以上とされた第２電極膜１７２を有していれば良い。したがって、例えば図１５に示すような構成としても良い。図１５は、その他変形例を示す断面図である。図１５においては、第１実施形態に示した構成において、接合用金属膜２１１を含むヒートシンク２１０と第３電極膜１７３の無い構成となっている。これによれば、第２電極膜１７２が積層体１３０の露出部位１３８と接し、且つ、第１電極膜１７１よりも高く外部（図１５においては外部雰囲気）に晒されているので、活性層１３４で生じた熱を、積層体１３０の露出部位１３８から主として第２電極膜１７２を介してレーザ装置１００の外部へ放熱することができる。したがって、放熱経路として第１電極膜１７１を含む構成に比べて、放熱性を向上することができる。

本実施形態においては、半導体基板１１０に１つの積層体１３０が配置された例を示した。しかしながら、半導体基板１１０に複数の積層体１３０が配置された構成としても良い。

第１実施形態に係るレーザ装置のうち、半導体レーザの概略構成を示す断面図である。 半導体レーザの平面図である。 レーザ装置のうち、特徴部分の拡大断面図である。 レーザ装置の製造工程を示す断面図であり、（ａ）は絶縁膜形成工程、（ｂ）は第１電極膜形成工程、（ｃ）は第２電極膜形成工程を示している。 （ａ），（ｂ）は、レーザ装置の製造工程のうち、第３電極膜形成工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、レーザ装置の製造工程のうち、接合工程を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。 第３実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。 第４実施形態に係るレーザ装置のうち、特徴部分である半導体レーザの平面図である。 第５実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。 その他変形例を示す断面図である。

符号の説明

１００・・・レーザ装置
１１０・・・半導体基板
１３０・・・積層体
１３４・・・活性層
１５０・・・絶縁膜
１５１・・・貫通部
１７０・・・第１電極
１７１・・・第１電極膜
１７２・・・第２電極膜
１７３・・・第３電極膜
２１０・・・ヒートシンク
２１１・・・接合用金属膜（金属膜）

Claims (23)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の一面に、活性層を含む半導体層が多層に積層配置されてなる積層体と、
   前記積層体の半導体基板配置面の裏面に積層され、前記半導体層の積層方向に貫通する貫通部を有する絶縁膜と、
   前記貫通部を介して前記積層体と接触された電極と、を備えるレーザ装置であって、
   前記電極は、金属材料からなり、前記貫通部を介して前記絶縁膜から露出される前記積層体の露出部位の一部と接触された第１電極膜と、前記第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料からなり、前記第１電極膜及び前記積層体の露出部位のうちの前記第１電極膜とは異なる部位と接触され、前記積層体からの高さが前記第１電極膜の高さ以上とされた第２電極膜を有することを特徴とするレーザ装置。
2. 前記第１電極膜は、前記貫通部の壁面に対して離れて配置され、
   前記第２電極膜は、前記第１電極膜と前記貫通部の壁面との隙間に介在されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記第２電極膜は、前記隙間を全て埋めるように配置され、
   前記隙間が等間隔となっていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
4. 前記第１電極膜は、前記積層体からの高さが前記絶縁膜よりも低くされ、
   前記第２電極膜は、前記第１電極膜の積層体接触面の裏面上にも配置されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のレーザ装置。
5. 前記第１電極膜は、前記第２電極膜によって被覆されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
6. 前記第２電極膜は、前記絶縁膜の積層体接触面の裏面に積層されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
7. ヒートシンクをさらに備え、
   前記第２電極膜は積層体接触面の裏面が平坦とされており、該裏面に前記ヒートシンクが直接接合されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
8. 前記第２電極膜は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇのいずれかからなることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
9. 前記電極は、前記第１電極膜よりも熱伝導率が高く、且つ、前記第２電極膜よりも展性、延性に優れた金属材料からなる第３電極膜を有し、
   前記第３電極膜は、前記貫通部を含む前記絶縁膜上に積層されて、前記第１電極膜及び前記第２電極膜のうち、少なくとも前記第２電極膜と接していることを特徴とする請求項１〜５に記載のレーザ装置。
10. ヒートシンクをさらに備え、
    前記第３電極膜は前記絶縁膜側の面の裏面が平坦とされており、該裏面に前記ヒートシンクが直接接合されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置。
11. 前記第３電極膜は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇのいずれかからなることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
12. 前記ヒートシンクは、接合側の面上に、前記第１電極膜よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、接合側が平坦とされた金属膜を有することを特徴とする請求項７、請求項８、請求項１０、及び請求項１１のいずれか１項に記載のレーザ装置。
13. 前記金属膜は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇのいずれかからなることを特徴とする請求項１２に記載のレーザ装置。
14. 前記第１電極膜は、Ｃｒ／Ｐｔ又はＴｉ／Ｐｔからなることを特徴とする請求項１〜１３いずれか１項に記載のレーザ装置。
15. 半導体基板の一面上に、活性層を含む複数の半導体層を積層してなる積層体が形成された状態で、前記積層体の半導体基板配置面の裏面上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に前記半導体層の積層方向に貫通する貫通部を形成する絶縁膜形成工程と、
    前記貫通部を介して前記絶縁膜から露出される前記積層体の露出部位の一部と接触し、前記積層体からの高さが前記絶縁膜の高さよりも低くなるように、前記貫通部内に金属材料からなる第１電極膜を形成する第１電極膜形成工程と、
    前記積層体の露出部位のうちの前記第１電極膜とは異なる部位と接触しつつ前記第１電極膜を被覆し、積層体接触面の裏面が平坦となるように、前記貫通部を含む前記絶縁膜上に前記第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料からなる第２電極膜を形成する第２電極膜形成工程と、
    前記第２電極膜とヒートシンクの接合面をそれぞれ活性化させて、常温又は低温で前記第２電極膜と前記ヒートシンクを接合する接合工程と、を備えることを特徴とするレーザ装置の製造方法。
16. 前記第２電極膜形成工程において、前記貫通部を含む前記絶縁膜上に前記第２電極膜を積層した後、前記第２電極膜の絶縁膜接触面の裏面を平坦とすることを特徴とする請求項１５に記載のレーザ装置の製造方法。
17. 半導体基板の一面上に、活性層を含む複数の半導体層を積層してなる積層体が形成された状態で、前記積層体の半導体基板配置面の裏面上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に前記半導体層の積層方向に貫通する貫通部を形成する絶縁膜形成工程と、
    前記貫通部を介して前記絶縁膜から露出される前記積層体の露出部位の一部と接触するように、前記貫通部内に金属材料からなる第１電極膜を形成する第１電極膜形成工程と、
    前記積層体の露出部位のうちの前記第１電極膜とは異なる部位と接触しつつ前記第１電極膜とも接触し、前記積層体からの高さが前記第１電極膜の高さ以上となるように、前記絶縁膜の少なくとも前記貫通部内に前記第１電極膜よりも熱伝導率の高い金属材料からなる第２電極膜を形成する第２電極膜形成工程と、
    前記第１電極膜及び前記第２電極膜の形成後、前記貫通部を含む前記絶縁膜上に、絶縁膜接触面の裏面が平坦となるように、前記第１電極膜よりも熱伝導率が高く、且つ、前記第２電極膜よりも延性に優れた金属材料からなる第３電極膜を形成する第３電極膜形成工程と、
    前記第３電極膜とヒートシンクの接合面をそれぞれ活性化させて、常温又は低温で前記第３電極膜と前記ヒートシンクを接合する接合工程と、を備えることを特徴とするレーザ装置の製造方法。
18. 前記第３電極膜形成工程において、前記第１電極膜及び前記第２電極膜のうち、前記積層体からの高さが前記絶縁膜よりも高い部位を、前記絶縁膜をストッパとして除去した後、前記第３電極膜を形成することを特徴とする請求項１７に記載のレーザ装置の製造方法。
19. 前記第１電極形成工程において、前記第１電極膜を前記貫通部の壁面に対して離間して形成し、
    前記第２電極形成工程において、前記第１電極膜と前記貫通部の壁面との隙間に介在するように、前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１５〜１８いずれか１項に記載のレーザ装置の製造方法。
20. 前記第１電極形成工程において、前記隙間が、前記積層体からの前記絶縁膜の高さに対する前記第１電極膜高さの差以下となるように、前記第１電極膜を前記絶縁膜よりも低く形成し、
    前記第２電極形成工程において、前記貫通部内に選択的に前記第２電極膜を形成することを特徴とする請求項１９に記載のレーザ装置の製造方法。
21. 前記ヒートシンクは、その一面に前記第１電極膜よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、接合側が平坦とされた金属膜を有し、
    前記接合工程において、前記電極膜の表面を前記接合面とすることを特徴とする請求項１５〜２０いずれか１項に記載のレーザ装置の製造方法。
22. 前記接合工程において、接合時の温度を１００℃以下とすることを特徴とする請求項１５〜２１いずれか１項に記載のレーザ装置の製造方法。
23. 前記接合工程において、Ａｒイオンでスパッタリングすることにより、前記接合面をそれぞれ活性化させることを特徴とする請求項１５〜２２いずれか１項に記載のレーザ装置の製造方法。

Images