JP2008294421A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成長基板の剥離工程などにおいて半導体レーザ素子部にクラックが発生するのを抑制することが可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】この半導体レーザ素子１０は、共振器の延びる方向に延びるリッジ部１１４ａと、リッジ部１１４ａに沿って形成された溝部１１４ｂと、溝部１１４ｂを挟んでリッジ部１１４ａと反対側に溝部１１４ｂに沿って形成された支持部１１４ｃとを含む半導体レーザ素子部１１０と、半導体レーザ素子部１１０に導電性接着層１２１を介して接合されるｐ型Ｇｅ基板１００とを備えている。そして、導電性接着層１２１は、半導体レーザ素子部１１０の溝部１１４ｂを埋め込むとともに、半導体レーザ素子部１１０のリッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃと、ｐ型Ｇｅ基板１００との間の空間を埋めるように形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、半導体レーザ素子部が融着層を介して支持基板に接合された半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。

従来、窒化物系半導体は、大きなバンドギャップや高い熱的安定性を有するとともに、半導体層を結晶成長させる際の組成を調節することにより、バンドギャップ幅が制御可能である。したがって、窒化物系半導体は、レーザ発光素子や高温デバイスをはじめとして、さまざまな半導体装置への適用が可能な材料として期待されている。特に、大容量光ディスクに対応するピックアップ用光源として、窒化物系半導体を用いたレーザ発光素子の実用化が進められている。

また、窒化物系半導体をレーザ発光素子として用いる場合、共振器面を劈開により形成する必要があるため、硬いサファイア基板などの劈開が困難な成長基板については、成長基板の裏面を研磨することにより基板の厚みを小さくした上で劈開を行う方法が用いられる。しかし、成長基板を研磨する工程が必要であることに加えて、研磨時の熱膨張作用や、研磨後の半導体層内部における残留応力などにより、レーザ発光素子の量産性が必ずしも良好ではなかった。

そこで、従来では、成長基板側に形成された窒化物系半導体層を、劈開が容易な支持基板に貼り替えることによりレーザ発光素子を形成する提案がなされている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、サファイア基板に形成された半導体レーザ素子部をサファイア基板から剥離するとともに、支持基板として劈開が容易なガリウム砒素基板に貼り替えることによって形成される窒化物半導体レーザおよびその製造方法が開示されている。この特許文献１に記載の窒化物半導体レーザでは、サファイア基板上に形成されるとともに、リッジ部と、リッジ部に沿って形成された溝部と、溝部を挟んでリッジ部と反対側に形成された支持部とから構成され、半導体層の表面が凹凸形状を有する半導体レーザ素子部に対して、予め金属薄膜（融着層）を付着させたガリウム砒素基板を加圧加温により接合する。そして、ＹＡＧレーザおよびＫｒＦエキシマレーザなどの短波長高出力レーザ光をサファイア基板の裏面側から下地層に照射することにより、サファイア基板を貼り替え後の半導体レーザ素子部から剥離することによって半導体レーザを形成する。

特開２０００−３２３７９７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の窒化物半導体レーザおよびその製造方法では、ガリウム砒素基板（支持基板）を半導体レーザ素子部に接合する際に、金属薄膜（融着層）を半導体レーザ素子部表面の凹凸形状に対してどのように接触させるかについては開示も示唆もされていない。したがって、加圧加温により金属薄膜が凸形状であるリッジ部および支持部と融着する一方、窪んだ溝部の内表面には融着せずに、溝部の内部に空隙が残された状態でガリウム砒素基板が半導体レーザ素子部に接合された状態となる場合があると考えられる。この場合、サファイア基板（成長基板）の剥離工程を行う際に、レーザ光の照射によって、ガリウム砒素基板に対して半導体レーザ素子部の溝部との間に残された空隙部分と、リッジ部や支持部などの半導体層が密着している部分とでは熱の伝わり方が異なるために、半導体層内部に温度むらが生じる。特に、溝部内部の空隙では、周囲の半導体層との熱伝達率の差に起因して熱篭りが発生する。このように、温度むらや熱篭りが発生した半導体レーザ素子部では、機械的特性が劣化する傾向にある。これにより、サファイア基板を半導体レーザ素子部から剥離する際に、半導体層にクラックが発生しやすくなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、成長基板の剥離工程などにおいて半導体レーザ素子部にクラックが発生するのを抑制することが可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体レーザ素子は、共振器の延びる方向に延びるリッジ部と、リッジ部に沿って形成された溝部と、溝部を挟んでリッジ部と反対側に溝部に沿って形成された支持部とを含む半導体レーザ素子部と、半導体レーザ素子部に融着層を介して接合される支持基板とを備え、融着層は、半導体レーザ素子部の溝部を埋め込むとともに、半導体レーザ素子部のリッジ部および支持部と、支持基板との間の空間を埋めるように形成されている。

この発明の第１の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、融着層を、半導体レーザ素子部の溝部を埋め込むとともに、半導体レーザ素子部のリッジ部および支持部と、支持基板との間の空間を埋めるように形成するように構成することによって、支持基板が半導体レーザ素子部に接合される際に、融着層が、半導体レーザ素子部のリッジ部および支持部のみならず、リッジ部および支持部に挟まれた溝部にも充填されるので、半導体レーザ素子部は、半導体層表面の凹凸形状に対して融着層が隙間を残すことなく埋め込まれた状態となって支持基板と接合される。したがって、半導体層内部には空隙部分が存在しないために、レーザ光を照射しても、半導体層内部での熱の伝わり方が局所的な変化を起こしにくくなるので、半導体層内部には照射熱による温度むらや熱篭りが発生する確率が下がる。これにより、半導体層の機械的特性が劣化するのを抑制することができる。この結果、成長基板の剥離工程などにおいて、半導体レーザ素子部にクラックが発生するのを抑制することができる。

上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体レーザ素子部の溝部の内表面に沿って形成された絶縁膜をさらに備え、溝部は、絶縁膜を介して融着層により埋め込まれている。このように構成すれば、半導体レーザ素子部に形成された溝部は、その内表面を絶縁膜により被覆された状態で融着層が埋め込まれるので、絶縁膜により、溝部を融着層から容易に絶縁することができる。

上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、融着層は、第１共晶合金層と、第１共晶合金層上に形成された第２共晶合金層と、第２共晶合金層上に形成された第３共晶合金層とを含み、第２共晶合金層の融点は、第１共晶合金層および第３共晶合金層の融点よりも低い。このように構成すれば、支持基板側または半導体層側のいずれか一方に相対的に融点の高い第１共晶合金層または第３共晶合金層のいずれか一方を設けるとともに、支持基板側または半導体層側のいずれか他方に相対的に融点の高い第１共晶合金層または第３共晶合金層のいずれか他方を設け、第１共晶合金層および第３共晶合金層の間に相対的に融点が低い第２共晶合金層を設けることによって、第２共晶合金層は溶融しており、かつ、第１共晶合金層および第３共晶合金層は溶融せずに軟化している状態で支持基板と半導体層とを接合することができる。これにより、支持基板、半導体レーザ素子部、第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層の間に生じる熱応力を緩和することができる。

上記融着層が第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層を含む構成において、好ましくは、第２共晶合金層の熱膨張係数は、第１共晶合金層および第３共晶合金層の熱膨張係数よりも大きい。このように構成すれば、熱膨張係数の大きい第２共晶合金層が変形するのを、第２共晶合金層の両側に設けられた熱膨張係数の小さい第１共晶合金層および第３共晶合金層により両側から抑制することができる。これにより、支持基板、半導体レーザ素子部、第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層の間に生じる熱応力の影響をさらに緩和することができる。

上記融着層が第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層を含む構成において、好ましくは、融着層の第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層は、それぞれ、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｇｅ合金およびＡｕ−Ｓｉ合金の少なくともいずれかを含む。このように構成すれば、融点の低いＡｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｇｅ合金またはＡｕ−Ｓｉ合金により、融着層を比較的低温に加熱することによって支持基板と半導体レーザ素子部とを接合することができる。

上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、融着層は、溝部のうち、半導体レーザ素子部の共振器面近傍以外の部分を埋め込むように形成されている。このように構成すれば、レーザ光を照射することによりケガキ線を形成した後、劈開により共振器面を形成する際に、共振器面となる部分の近傍には融着層が埋め込まれていないので、レーザ光の照射熱により、半導体レーザ素子部を形成する半導体層と融着層とが互いに溶融して電気的にショートを起こすことを抑制することができる。

この場合、好ましくは、半導体レーザ素子部の共振器面近傍における共振器面に沿った方向の溝部の長さは、共振器面近傍における支持部の対応する長さよりも小さくなるように形成されている。このように構成すれば、共振器面において溝部が占める割合よりも支持部が占める割合をより多く確保することができるので、共振器面をより広範囲に形成することができる。

上記第１の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、半導体レーザ素子部は、窒化物系半導体層により形成されている。このように構成すれば、短波長のレーザ光を発生する窒化物系半導体レーザにおいても、上記第１の局面による構成を用いれば、半導体層内部には空隙部分がないために、レーザ光の照射熱による温度むらや熱篭りが発生せず、半導体層の機械的特性が劣化しない。したがって、成長基板の剥離工程などにおいて、半導体レーザ素子部にクラックが発生するのを抑制することができる。

この発明の第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に半導体レーザ素子部を構成する半導体層を成長させる工程と、半導体レーザ素子部に、共振器の延びる方向に延びるリッジ部と、リッジ部に沿って延びる溝部と、溝部を挟んでリッジ部と反対側に溝部に沿って延びる支持部とを形成する工程と、融着層により溝部を埋め込んだ状態で、半導体レーザ素子部を支持基板に接合する工程と、成長基板を半導体レーザ素子部から剥離する工程と、支持基板側に接合された半導体レーザ素子部の共振器面を形成する工程とを備える。

この第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、融着層により溝部を埋め込んだ状態で、半導体レーザ素子部を支持基板に接合する工程を備えることによって、融着層が、半導体レーザ素子部のリッジ部および支持部のみならず、リッジ部および支持部に挟まれた溝部にも充填されるので、半導体レーザ素子部は、半導体層表面の凹凸形状に対して融着層が隙間をなく埋め込まれた状態で支持基板と接合される。したがって、半導体層内部には空隙部分が存在しないために、レーザ光を照射しても、半導体層内部での熱の伝わり方が局所的な変化を起こさないので、半導体層内部には照射熱による温度むらや熱篭りが発生せず、半導体層の機械的特性が劣化しない。この結果、成長基板を半導体レーザ素子部から剥離する工程において、半導体レーザ素子部にクラックが発生するのを抑制することができる。

上記第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、半導体レーザ素子部を支持基板に接合する工程に先立って、半導体レーザ素子部の溝部の内表面に絶縁膜を形成する工程をさらに備え、半導体レーザ素子部を支持基板に接合する工程は、溝部に絶縁膜を介して融着層を埋め込む工程を含む。このように構成すれば、半導体レーザ素子部に形成された溝部は、その内表面に絶縁膜が形成された状態で絶縁膜を介して融着層が埋め込まれる。したがって、絶縁膜により、半導体レーザ素子部の溝部を容易に絶縁することができる。

上記第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、半導体レーザ素子部を支持基板に接合する工程に先立って、半導体レーザ素子部の成長基板とは反対側の上面上に、第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層をこの順に配置することにより融着層を形成する工程をさらに備え、半導体レーザ素子部を支持基板に接合する工程における融着層の加熱温度は、第２共晶合金層の融点以上で、かつ、第１共晶合金層および第３共晶合金層の融点未満である。このように構成すれば、第２共晶合金層は溶融しており、かつ、第１共晶合金層および第３共晶合金層は溶融せずに軟化した状態で支持基板と半導体層とを接合することができる。これにより、比較的低温での接合が可能になるので、支持基板、半導体層、第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層の間に生じる熱応力を緩和することができる。また、支持基板と半導体層との間に凹凸形状による隙間がある場合でも、軟化した第１共晶合金層および第３共晶合金層と、溶融した第２共晶合金層とがその凹凸形状部分に埋め込まれやすいので、接合面積を大きくすることができる。これにより、接合強度を向上させることができるので、支持基板と半導体層との剥離が生じるのを抑制することができる。また、接合面積を大きくすることができるので、レーザ照射時の放熱を均一、かつ、効率的に行うことができる。これらの結果、熱応力などによる負荷に起因して半導体層にダメージが生じるのを抑制することができるので、そのダメージに起因して動作電圧が高くなったり、電流が流れずに発光しないなどの問題が生じるのを抑制することができる。これにより、信頼性の高い半導体発光素子を得ることができる。

上記第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、半導体レーザ素子部の共振器面を形成する工程は、融着層が形成されていない領域に位置する半導体レーザ素子部の部分を劈開する工程を含む。このように構成すれば、レーザ光の照射によりケガキ線を形成した後、劈開により共振器面を形成する際に、共振器面となる部分の近傍には融着層が形成されていないので、レーザ光の照射熱により、共振器面において半導体レーザ素子部を形成する半導体層および融着層が互いに溶融して電気的にショートすることを抑制することができる。

上記第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、成長基板上に半導体層を成長させる工程は、成長基板上に剥離層を介して半導体レーザ素子部を構成する半導体層を成長させる工程を含み、成長基板を半導体レーザ素子部から剥離する工程は、剥離層にレーザ光を照射することにより、成長基板を半導体レーザ素子部から剥離する工程を含む。このように構成すれば、レーザ光の照射熱により、剥離層の結晶結合が破壊されるので、成長基板を半導体レーザ素子部から剥離する際に、成長基板を、レーザ光照射により熱分解された剥離層に沿って、容易に、半導体レーザ素子部から剥離することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置の構造を説明するための斜視図である。図３〜図６は、図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための図である。図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ素子１０を備えた半導体レーザ装置１の構造について説明する。

本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置１では、図１に示すように、約４０５ｎｍの発振波長を有する半導体レーザ素子１０が、ＡｕＳｎ半田などの金属層からなる導電性接着層２０を介して約２００μｍの厚みを有する基台３０に固定されている。また、基台３０は、図２に示すように、ＡｕＳｎ半田などの金属層からなる導電性接着層２１を介して、金属製のステム４０の本体部４１に設けられた台座部４２に固定されている。このステム４０には、２つのリード端子４３および４４が設けられている。また、半導体レーザ素子１０の上面は、図２に示すように、Ａｕワイヤ５０を用いて、ステム４０のリード端子４３にワイヤボンディングされている。また、基台３０の上面３０ａは、Ａｕワイヤ５１を用いて、ステム４０の台座部４２にワイヤボンディングされている。また、ステム４０の本体部４１には、レーザ光が透過する窓付きの図示しないキャップが取り付けられている。

また、半導体レーザ素子１０は、図１に示すように共振器の延びる方向（Ａ方向）の両端部に、それぞれ、光出射面１０ａおよび光反射面１０ｂが形成されている。なお、光出射面１０ａおよび光反射面１０ｂは、それぞれ、本発明の「共振器面」の一例である。なお、本発明において、光出射面１０ａは、光出射側および光反射側のそれぞれの共振器面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射面１０ａであり、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射面１０ｂである。また、半導体レーザ素子１０の光出射面１０ａおよび光反射面１０ｂには、製造プロセスにおける端面コート処理により、誘電体多層膜が形成されている。

また、図１に示すように、半導体レーザ素子１０は、約１００μｍの厚みを有するｐ型Ｇｅ基板１００に、約５μｍの厚みを有する半導体レーザ素子部１１０が接合された状態で、ｐ型Ｇｅ基板１００が基台３０側に配置された構造を有している。なお、ｐ型Ｇｅ基板１００は、本発明の「支持基板」の一例であり、半導体レーザ素子部１１０は、本発明の「半導体レーザ素子部」の一例である。また、第１実施形態では、半導体レーザ素子部１１０は、発振波長が約４００ｎｍ帯の窒化ガリウム系半導体層により構成されている。

具体的には、図３に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１の上面上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１２、ＧａＩｎＮからなる発光層１１３およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４がエピタキシャル成長により形成されている。第１実施形態では、これらｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１２、発光層１１３およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４などの窒化物系半導体層によって、半導体レーザ素子部１１０が形成されている。なお、半導体レーザ素子部１１０は、図６に示すように、製造プロセス上、後述する「成長基板側構造の形成工程」において、予め、ｎ型ＧａＮ基板１３０の上面上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、約２０ｎｍの厚みを有するＧａＮバッファ層１３１と、約３０ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮ剥離層１３２とが形成された状態で、上述のｎ型ＧａＮコンタクト層１１１などの窒化物系半導体層が積層されている。なお、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１２、発光層１１３およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。また、ＩｎＧａＮ剥離層１３２は、本発明の「剥離層」の一例であり、ｎ型ＧａＮ基板１３０は、本発明の「成長基板」の一例である。

ここで、第１実施形態では、図３に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４には、Ａ方向（図１参照）に延びるリッジ部１１４ａと、リッジ部１１４ａに沿って一対の溝部１１４ｂとによって、導波路構造が形成されている。また、一対の溝部１１４ｂは、図４および図６に示すように、リッジ部１１４ａに沿って共振器面（光出射面１０ａおよび光反射面１０ｂ（図１参照））近傍まで延びるように形成されている。また、図３に示すように、溝部１１４ｂを挟んでリッジ部１１４ａと反対側に溝部１１４ｂに沿って一対の支持部１１４ｃが形成されている。なお、リッジ部１１４ａは、約２μｍの幅を有するように形成されている。また、図３に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４のリッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃの上面上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１５が形成されている。そして、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４のリッジ部１１４ａ以外の上面上には、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１１６が形成されている。なお、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１５は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。

また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４のリッジ部１１４ａの上面上には、リッジ部１１４ａの延びる方向（Ａ方向）（図１参照）に沿って、約３ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなるオーミックｐ側電極１１７が形成されている。また、オーミックｐ側電極１１７の上面上から絶縁膜１１６の上面上に沿って、約３ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなるｐ側パッド電極１１８が形成されている。

また、図３に示すように、ｐ型Ｇｅ基板１００の下面上には、約１５０ｎｍの厚みを有するＮｉ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなるオーミック電極１１９が形成されるとともに、ｐ型Ｇｅ基板１００の上面上には、約１００ｎｍの厚みを有するＮｉ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなるアノード側電極１２０が形成されている。そして、半導体レーザ素子部１１０側のｐ側パッド電極１１８と、ｐ型Ｇｅ基板１００側のオーミック電極１１９とが、導電性接着層１２１により接合されている。なお、導電性接着層１２１は、本発明の「融着層」の一例である。

ここで、第１実施形態では、図３に示すように、導電性接着層１２１は、半導体レーザ素子部の溝部１１４ｂを埋め込むとともに、半導体レーザ素子部のリッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃと、ｐ型Ｇｅ基板１００との間の空間を埋めるように形成されている。

また、第１実施形態では、図３に示すように、導電性接着層１２１は、ｐ側パッド電極１１８上に形成された約１μｍの厚みを有するＡｕ−Ｇｅ合金（Ｇｅ含有量：約１２質量％、融点：約３５６℃、熱膨張係数：約１２．０×１０^−６／Ｋ）（以下、Ａｕ−Ｇｅ１２と示す。）からなる第１接合層１２１ａと、第１接合層１２１ａ上に形成された約３μｍの厚みを有するＡｕ−Ｓｎ合金（Ｓｎ含有量：約９０質量％、融点：約２１７℃、熱膨張係数：約１３．６×１０^−６／Ｋ）（以下、Ａｕ−Ｓｎ９０と示す。）からなる第２接合層１２１ｂと、第２接合層１２１ｂ上に形成された約１μｍの厚みを有するＡｕ−Ｇｅ１２からなる第３接合層１２１ｃとから構成されている。なお、第１接合層１２１ａ、第２接合層１２１ｂおよび第３接合層１２１ｃは、それぞれ、本発明の「第１共晶合金層」、「第２共晶合金層」および「第３共晶合金層」の一例である。なお、図３では、導電性接着層１２１の層構造を説明するために、各層の厚みを若干誇張して示している。

また、第１実施形態では、図３に示すように、導電性接着層１２１は、リッジ部１１４ａに対応する領域の導電性接着層１２１の厚みが、一対の支持部１１４ｃに対応する領域の導電性接着層１２１の厚みよりも大きくなるように形成されている。

また、図３に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１の下面上には、約６ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｎ側オーミック電極１２２が形成されている。そして、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１のうち、ｎ側オーミック電極１２２が形成されている領域以外の上面上には、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１２３が形成されている。なお、ｐ型Ｇｅ基板１００の上面のアノード側電極１２０が、基台３０（上面３０ａ）（図１参照）に対するダイボンド面とされている。

また、第１実施形態では、導電性接着層１２１は、図４に示すように、リッジ部１１４ａに沿って形成された一対の溝部１１４ｂのうち、共振器の光出射面１０ａおよび光反射面１０ｂ近傍（６００−６００線断面）以外の部分を埋め込むように形成されている。したがって、図５および図６に示すように、共振器面近傍（図５の６００−６００線断面）には、導電性接着層１２１が埋め込まれていない。

また、基台３０は、図１に示すように、ＳｉＣまたはＡｌＮからなる基板３０ｂを含んでいる。この基板３０ｂの上面上および下面上の全面には、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約２００ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなる下地金属層３０ｃが形成されている。この下地金属層３０ｃは、導電性接着層２０を基台３０に接着するために設けられている。

図７〜図１２は、図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１〜図１２を参照して、第１実施形態による半導体レーザ素子１０を備えた半導体レーザ装置１の製造プロセスについて説明する。

第１実施形態による半導体レーザ素子１０の製造プロセスでは、「成長基板側構造の形成工程」および「支持基板側構造の形成工程」により「基板の接合工程」を行い、その後、「成長基板の剥離工程」および「電極形成工程」を行うことにより、ウェハ状態の半導体レーザ素子部１１０が形成される。その後、「劈開面形成工程」および「マウント工程」により、部品としての半導体レーザ素子１０が形成される。以下、各工程順に具体的に説明する。

まず、「成長基板側構造の形成工程」では、図７に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１３０の上面上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮバッファ層１３１を約２０ｎｍの厚みに形成するとともに、ＩｎＧａＮ剥離層１３２を約３０ｎｍの厚みに形成する。そして、ＩｎＧａＮ剥離層１３２上に、約５×１０^１８ｃｍ^−３のＳｉがドープされた約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するｎ型ＧａＮコンタクト層１１１を約５μｍの厚みに形成するとともに、約５×１０^１８ｃｍ^−３のＳｉがドープされた約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１２を約４００ｎｍの厚みに順次形成する。

さらに、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１２上に、約５ｎｍの厚みを有するとともに約５×１０^１８ｃｍ^−３のＳｉがドープされた約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎからなるｎ型キャリアブロック層と、約１００ｎｍの厚みを有するとともにＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型光ガイド層と、約２０ｎｍの厚みを有するＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる４つの障壁層と約３ｎｍの厚みを有するＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなる３つの量子井戸層とが交互に積層された多量子井戸活性層（ＭＱＷ）と、約１００ｎｍの厚みを有するとともに約４×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇがドープされたＧａＮからなるｐ型光ガイド層と、約２０ｎｍの厚みを有するとともに約４×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇがドープされたＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎからなるｐ型キャップ層とを順次積層することによって、約３１０ｎｍの合計厚みを有する発光層１１３を形成する。そして、発光層１１３上（ｐ型キャップ層上）に、約４×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇがドープされた約５×１０^１７ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４を約４００ｎｍの厚み（リッジ部１１４ａでの厚み）に形成するとともに、約４×１０^１９ｃｍ^−３のＭｇがドープされた約５×１０^１７ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型ＧａＮコンタクト層１１５を約１０ｎｍの厚みに順次形成する。

ここで、第１実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４には、図７に示すように、エッチング加工によって約８０ｎｍの厚みを有する一対の溝部１１４ｂを形成する。これにより、溝部１１４ｂを挟むようにして、約４００ｎｍの厚みを有するリッジ部１１４ａおよび約４００ｎｍの厚みを有する一対の支持部１１４ｃがそれぞれ形成される。そして、リッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃ上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１５を介して絶縁膜１１６を形成するとともに、溝部１１４ｂ上に絶縁膜１１６を形成する。これにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４に形成されたリッジ部１１４ａ、溝部１１４ｂおよび支持部１１４ｃは、絶縁膜１１６により完全に被覆される。

その後、リッジ部１１４ａ上に対応する領域の絶縁膜１１６の部分をエッチング加工により除去してｐ型ＧａＮコンタクト層１１５の上面を露出させるとともに、露出されたリッジ部１１４ａ上のｐ型ＧａＮコンタクト層１１５の上面に、オーミックｐ側電極１１７を真空蒸着法により形成する。そして、オーミックｐ側電極１１７の上面および絶縁膜１１６の上面に沿って、ｐ側パッド電極１１８を形成する。

また、第１実施形態では、真空蒸着法によりｐ側パッド電極１１８上に、「基板の接合工程」における基板接合時の接着層として、約１μｍの厚みを有するＧｅ１２％を含むＡｕの合金（Ａｕ−Ｇｅ１２）からなる第１接合層１２１ａ、約３μｍの厚みを有するＳｎ９０％を含むＡｕの合金（Ａｕ−Ｓｎ９０）からなる第２接合層１２１ｂ、および、約１μｍの厚みを有するＧｅ１２％を含むＡｕの合金（Ａｕ−Ｇｅ１２）からなる第３接合層１２１ｃの３層をこの順に積層することによって、導電性接着層１２１を形成する。その際、第１実施形態では、図４に示すように、導電性接着層１２１をｐ側パッド電極１１８上に形成する領域を、共振器面近傍（６００−６００線断面）から所定の距離だけ離した領域に形成する。このようにして、成長基板側の構造が形成される。

また、「支持基板側構造の形成工程」では、図８に示すように、ｐ型Ｇｅ基板１００の上面上に、電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）により、オーミック電極１１９を形成する。そして、オーミック電極１１９上に、「基板の接合工程」における基板接合時の接着層として、約１μｍの厚みを有するＧｅ１２％を含むＡｕの合金（Ａｕ−Ｇｅ１２）からなる第３接合層１２１ｃを真空蒸着法により形成する。その際、第１実施形態では、第３接合層１２１ｃをオーミック電極１１９上に形成する領域を、図４に示した成長基板側の導電性接着層１２１と対向する領域に形成する。このようにして、支持基板側の構造が形成される。

そして、「基板の接合工程」では、図９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１３０側に形成された半導体レーザ素子部１１０のｐ側パッド電極１１８側と、ｐ型Ｇｅ基板１００側に形成された導電性接着層１２１とを対向させながら、加熱温度約２９５℃、荷重約１００Ｎの条件下で接合する。

この際、第１実施形態では、加熱温度よりも融点の低い第２接合層１２１ｂは溶融するとともに、加熱温度よりも融点の高い第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃは、軟化して変形することによって、図９に示すように、半導体レーザ素子部１１０は、導電性接着層１２１が半導体レーザ素子部１１０のリッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃのみならず、リッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃに挟まれた溝部１１４ｂにも隙間がなく埋め込まれた状態でｐ型Ｇｅ基板１００側と接合される。

次に、「成長基板の剥離工程」では、図１０に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長：約５３２ｎｍ）を、約５００ｍＪ／ｃｍ^２〜約１０００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギ密度に調整した上で、ｎ型ＧａＮ基板１３０の下面側からｎ型ＧａＮ基板１３０に向けて照射する。なお、レーザ光は、ｎ型ＧａＮ基板１３０の下面側の全域にわたって照射される。そして、レーザ光の照射により、内部に積層されたＩｎＧａＮ剥離層１３２の結晶結合が全面的にまたは局所的に破壊される。これにより、半導体レーザ素子部１１０を、ＩｎＧａＮ剥離層１３２の破壊領域に沿って、ｎ型ＧａＮ基板１３０側から容易に分離（剥離）することができる。

また、第１実施形態では、導電性接着層１２１がｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４とｐ型Ｇｅ基板１００のオーミック電極１１９との間で隙間がなく埋め込まれているので、レーザ光を照射しても、半導体層内部での熱の伝わり方が局所的な変化を起こさないので、半導体層内部には照射熱による温度むらや熱篭りが発生せず、半導体層の機械的特性が劣化しない。この結果、上記「成長基板の剥離工程」において、ｎ型ＧａＮ基板１３０側を剥離する際に、半導体レーザ素子部１１０にクラックが発生するのを抑制することができる。

そして、「電極形成工程」では、図３に示すように、「成長基板の剥離工程」により半導体レーザ素子部１１０の下面側に露出された約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層１１１を、表面の清浄化を目的としてエッチング加工により厚さ約３μｍに形成する。その後、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１の下面上に、ｎ側オーミック電極１２２を形成する。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１の下面上のうち、ｎ側オーミック電極１２２が形成されていない領域には、ＳｉＯ_２からなる絶縁膜１２３を形成する。このようにして、ウェハ状態の半導体レーザ素子部１１０が形成される。

次に、「劈開面形成工程」では、図４に示すように、ウェハ状態の半導体レーザ素子部１１０を、レーザスクライブにより共振器の延びる方向（Ａ方向）と垂直な方向（Ｂ方向）に、共振器長のピッチでケガキ線８００（１点鎖線）を入れた上で、ケガキ線８００に沿って劈開を行う。これにより、半導体レーザ素子部１１０は、ウェハ状態からバー状に分離され、共振器面を有する半導体レーザ素子部１１０が形成される。

その際、第１実施形態では、図４に示すように、ケガキ線８００（１点鎖線）は、導電性接着層１２１が形成されていない領域に位置する半導体レーザ素子部１１０の部分に入れられる。このように構成すれば、共振器面となる部分の近傍には導電性接着層１２１が形成されていないので、レーザ光の照射熱により、共振器面において半導体レーザ素子部１１０を形成する半導体層（ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１など）と導電性接着層１２１とが互いに溶融して電気的にショートすることを抑制することができる。

その後、半導体レーザ素子１０の共振器の光出射面１０ａ（図１参照）および光反射面１０ｂ（図１参照）に対して、誘電体多層膜（酸化膜など）が形成されることにより端面コート処理が行われる。さらに、バー状態の半導体レーザ素子部１１０に対して、共振器の延びる方向（Ａ方向：図４参照）に上記と同様の方法により２次劈開を行う。これにより、チップ状態となった半導体レーザ素子１０が形成される。

そして、「マウント工程」では、図１１に示すように、半導体レーザ素子１０（ｐ型Ｇｅ基板１００側）を基台３０に対してダイボンドする。このとき、同時に、基台３０をステム４０の台座部４２（図２参照）に固定する。具体的には、図１２に示すように、窒素雰囲気中において、金属製のステム４０（図２参照）の台座部４２上に、導電性接着層２１（図２参照）と、導電性接着層２０が所定の領域（上面３０ａ）に配置された基台３０と、半導体レーザ素子１０とを順に配置する。そして、図１２に示すように、ステム４０（図２参照）を高温にするとともに、半導体レーザ素子１０を、セラミック製のコレット（図示せず）により導電性接着層２０を介して基台３０に対してＰ方向に押圧することにより、導電性接着層２０が溶融する。また、ステム４０（図２参照）とともに高温となった台座部４２と、基台３０とに挟まれた導電性接着層２１も熱伝導により溶融する。

その後、図２に示すように、ステム４０を冷却して導電性接着層２０および２１を固化することによって、半導体レーザ素子１０が導電性接着層２０を介して基台３０に固定されるとともに、基台３０が導電性接着層２１を介してステム４０の台座部４２に固定される。そして、図２に示すように、半導体レーザ素子１０のｎ側オーミック電極１２２（図１１参照）とステム４０のリード端子４３とを、Ａｕワイヤ５０を用いてワイヤボンドすることにより接続するとともに、基台３０の上面３０ａとステム４０の台座部４２とを、Ａｕワイヤ５１を用いてワイヤボンドすることにより接続する。最後に、ステム４０の本体部４１に、レーザ光が透過する窓付きの図示しないキャップを取り付ける。

このようにして、第１実施形態による半導体レーザ素子１０を備えた半導体レーザ装置１が製造される。

第１実施形態では、上記のように、導電性接着層１２１を、半導体レーザ素子部１１０の溝部１１４ｂを埋め込むとともに、半導体レーザ素子部１１０のリッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃと、ｐ型Ｇｅ基板１００側との間の空間を埋めるように形成するように構成することによって、ｐ型Ｇｅ基板１００側が半導体レーザ素子部１１０に接合される際に、導電性接着層１２１が、半導体レーザ素子部１１０のリッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃのみならず、リッジ部１１４ａおよび支持部１１４ｃに挟まれた溝部１１４ｂにも充填されるので、半導体レーザ素子部１１０は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４表面の凹凸形状に対して導電性接着層１２１が隙間を残すことなく埋め込まれた状態でｐ型Ｇｅ基板１００側と接合される。したがって、半導体層内部（半導体レーザ素子部１１０）には空隙部分が存在しないために、レーザ光を照射しても、半導体層内部での熱の伝わり方が局所的な変化を起こしにくくなるので、半導体層内部には照射熱による温度むらや熱篭りが発生する確率が下がる。これにより、半導体レーザ素子部１１０の機械的特性が劣化するのを抑制することができる。この結果、成長基板の剥離工程などにおいて、半導体レーザ素子部１１０にクラックが発生するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、半導体レーザ素子部１１０の溝部１１４ｂの内表面に沿って形成された絶縁膜１１６を備えるとともに、溝部１１４ｂを、絶縁膜１１６を介して導電性接着層１２１によって埋め込むように構成することによって、半導体レーザ素子部１１０に形成された溝部１１４ｂは、その内表面を絶縁膜１１６により被覆された状態で導電性接着層１２１が埋め込まれるので、絶縁膜１１６により溝部１１４ｂを容易に絶縁することができる。

また、第１実施形態では、導電性接着層１２１を、Ａｕ−Ｇｅ１２からなる第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃと、Ａｕ−Ｓｎ９０からなる第２接合層１２１ｂとにより構成することによって、相対的に融点の高い第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃがそれぞれ半導体レーザ素子部１１０側およびｐ型Ｇｅ基板１００側に接するとともに、第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃの間に相対的に融点が低い第２接合層１２１ｂが設けられているので、第２接合層１２１ｂは溶融しており、かつ、第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃは溶融せずに軟化している状態で半導体レーザ素子部１１０とｐ型Ｇｅ基板１００とを接合することができる。これにより、ｐ型Ｇｅ基板１００および半導体レーザ素子部１１０と、第１接合層１２１ａ、第２接合層１２１ｂおよび第３接合層１２１ｃとの間に生じる熱応力を緩和することができる。

また、第１実施形態では、半導体レーザ素子部１１０に、リッジ部１１４ａ、一対の溝部１１４ｂおよび一対の支持部１１４ｃによって凹凸形状が形成されている場合でも、軟化した第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃと、溶融した第２接合層１２１ｂとが溝部１１４ｂに埋め込まれるので半導体レーザ素子部１１０とｐ型Ｇｅ基板１００との接合面積を大きくすることができる。これにより、接合強度を向上させることができるので、ｐ型Ｇｅ基板１００と半導体レーザ素子部１１０との剥離が生じるのを抑制することができるとともに、半導体レーザ素子部１１０をｎ型ＧａＮ基板１３０からｐ型Ｇｅ基板１００に貼り替える際のＩｎＧａＮ剥離層１３２における分離成功率を向上させることができる。また、接合面積を大きくすることができるので、ｐ型Ｇｅ基板１００と半導体レーザ素子部１１０との間に空隙がある場合と異なり、熱伝導効率を向上させることができる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板１３０を分離する際のレーザ照射時の放熱を均一、かつ、効率的に行うことができる。したがって、ｐ型Ｇｅ基板１００と半導体レーザ素子部１１０との間に隙間がある場合に、その隙間に熱が蓄積されることに起因して半導体レーザ素子部１１０やオーミック電極１１９などにクラックが生じるのを抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子１０の歩留まりを向上させることができる。また、放熱を効率的に行うことができるので、半導体レーザ素子１０をより密集して配置することができる。

また、第１実施形態では、第２接合層１２１ｂの熱膨張係数が、第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃの熱膨張係数よりも大きいので、熱膨張係数の大きい第２接合層１２１ｂが変形するのを、第２接合層１２１ｂの両側（上下面）に設けられた熱膨張係数の小さい第１接合層１２１ａおよび第３接合層１２１ｃにより両側（上下方向）から抑制することができる。これにより、ｐ型Ｇｅ基板１００および半導体レーザ素子部１１０と、第１接合層１２１ａ、第２接合層１２１ｂおよび第３接合層１２１ｃとの間に生じる熱応力の影響をさらに緩和することができる。

また、第１実施形態では、導電性接着層１２１の第１接合層１２１ａ、第２接合層１２１ｂおよび第３接合層１２１ｃを、それぞれ、Ａｕ−Ｇｅ１２合金、Ａｕ−Ｓｎ９０合金およびＡｕ−Ｇｅ１２合金とすることによって、融点の低いＡｕ−Ｓｎ９０合金により、導電性接着層１２１を比較的低温に加熱することによってｐ型Ｇｅ基板１００と半導体レーザ素子部１１０とを接合することができる。

また、第１実施形態では、導電性接着層１２１を、溝部１１４ｂのうち、半導体レーザ素子部１１０の共振器面近傍（図４の６００−６００線断面）以外の部分を埋め込むように形成するように構成することによって、レーザ光を照射することによりケガキ線８００（図４参照）を形成した後、劈開により共振器面を形成する際に、共振器面（図４の６００−６００線断面）となる部分の近傍には導電性接着層１２１が埋め込まれていないので、レーザ光の照射熱により、半導体レーザ素子部１１０を形成する半導体層（ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１など）と導電性接着層１２１とが互いに溶融して電気的にショートを起こすことを抑制することができる。

また、第１実施形態では、溝部１１４ｂを、リッジ部１１４ａの延びる方向（Ａ方向）に沿って半導体レーザ素子部１１０の共振器面（光出射面１０ａおよび光反射面１０ｂ）近傍まで延びるように形成することによって、共振器面近傍における半導体レーザ素子部１１０のＢ方向の断面積が、溝部１１４ｂが形成された分だけ小さくなるので、製造プロセスの際の半導体レーザ素子部１１０の劈開（バー状劈開）を容易に行うことができる。

また、第１実施形態では、リッジ部１１４ａを挟むように一対の溝部１１４ｂを形成することによって、一対の溝部１１４ｂのリッジ部１１４ａとは反対側に一対の支持部１１４ｃが形成されるので、製造プロセスにおける半導体レーザ素子部１１０とｐ型Ｇｅ基板１００とを接合する際の加圧力が、リッジ部１１４ａを対称に両側の支持部１１４ｃに加えられるので、ｐ型Ｇｅ基板１００を半導体レーザ素子部１１０に安定して接合させることができる。

また、第１実施形態では、導電性接着層１２１を、リッジ部１１４ａに対応する領域の導電性接着層１２１の厚みが、一対の支持部１１４ｃに対応する領域の導電性接着層１２１の厚みよりも大きくなるように形成することによって、製造プロセスにおける半導体レーザ素子部１１０とｐ型Ｇｅ基板１００とを接合する際の加圧力が、主に、導電性接着層１２１の厚みの大きいリッジ部１１４ａに対応する領域よりも、導電性接着層１２１の厚みの小さな一対の支持部１１４ｃに対応する領域に加えられるので、リッジ部１１４ａに接合時の加圧力が過度に加えられるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、半導体レーザ素子部１１０を、ｎ型ＧａＮコンタクト層１１１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１２、発光層１１３、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１５などの窒化物系半導体層により形成するように構成することによって、短波長のレーザ光を発生する窒化物系半導体レーザにおいても、上記第１の局面による構成を用いれば、半導体レーザ素子部１１０の内部には空隙部分が存在しないために、レーザ光の照射熱による温度むらや熱篭りが発生せず、半導体レーザ素子部１１０の機械的特性が劣化しない。したがって、成長基板の剥離工程などにおいて、半導体レーザ素子部１１０にクラックが発生するのを抑制することができる。

（第２実施形態）
図１３〜図１５は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図および各断面図である。図１３〜図１５を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、半導体レーザ素子部２１０の共振器面近傍における共振器面に沿った方向（Ｂ方向）の溝部２１４ｂの長さを、共振器面近傍における支持部２１４ｃの対応する長さよりも小さく形成する場合について説明する。なお、半導体レーザ素子部２１０は、本発明の「半導体レーザ素子部」の一例である。

ここで、第２実施形態では、図１３および図１４に示すように、半導体レーザ素子部２１０の共振器面近傍（図１３の６００−６００線断面）における共振器面に沿った方向（Ｂ方向）の溝部２１４ｂの長さＬ１は、共振器面近傍（図１３の６００−６００線断面）における支持部２１４ｃの対応する長さＬ２よりも小さくなるように形成されている。

また、第２実施形態では、図１３および図１５に示すように、半導体レーザ素子部２１０の共振器中央部近傍（図１３の７００−７００線断面）における共振器面に沿った方向（Ｂ方向）の溝部２１４ｂの長さＬ３は、共振器中央部近傍（図１３の７００−７００線断面）における支持部２１４ｃの対応する長さＬ４よりも大きくなるように形成されている。

なお、第２実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子６０のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図１３〜図１５を参照して、第２実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子６０の製造プロセスについて説明する。なお、第２実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子６０の製造プロセスでは、上記第１実施形態の製造プロセスと異なり、「成長基板側構造の形成工程」において、半導体レーザ素子部２１０の延びる方向に伴って、溝部２１４ｂおよび支持部２１４ｃの共振器面に沿った方向の長さを変化させながら形成する点について説明する。

ここで、第２実施形態では、図１４に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２１４には、エッチング加工によって一対の溝部２１４ｂを形成することにより、溝部２１４ｂを挟むように、リッジ部２１４ａおよび一対の支持部２１４ｃを形成する。その際、図１３および図１４に示すように、半導体レーザ素子部２１０の共振器面近傍（図１３の６００−６００線断面）における共振器面に沿った方向（Ｂ方向）の溝部２１４ｂの長さＬ１は、共振器面近傍（図１３の６００−６００線断面）における支持部２１４ｃの対応する長さＬ２よりも小さくなるように形成する。その一方で、図１５に示すように、半導体レーザ素子部２１０の共振器中央部近傍（図１３の７００−７００線断面）における共振器面に沿った方向（Ｂ方向）の溝部２１４ｂの長さＬ３は、共振器中央部近傍（図１３の７００−７００線断面）における支持部２１４ｃの対応する長さＬ４よりも大きくなるように形成する。

なお、その他の製造プロセスは、上記第１実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスにより、半導体レーザ素子部２１０が形成される。このようにして、第２実施形態による半導体レーザ素子６０を備えた半導体レーザ装置１が製造される。

第２実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子部２１０の共振器面近傍における共振器面に沿った方向の溝部２１４ｂの長さＬ１（図１３参照）を、共振器面近傍における支持部２１４ｃの対応する長さＬ２（図１３参照）よりも小さくなるように形成することによって、共振器面（図１３の６００−６００線断面）において溝部２１４ｂが占める割合よりも支持部２１４ｃが占める割合をより多く確保することができるので、共振器面をより広く形成することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図１６〜図１８は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図および各断面図である。図１６〜図１８を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、半導体レーザ素子部３１０の溝部３１４ｂが共振器面近傍には形成されない点について説明する。なお、半導体レーザ素子部３１０は、本発明の「半導体レーザ素子部」の一例である。

ここで、第３実施形態では、図１６に示すように、半導体レーザ素子部３１０の共振器中央部近傍（図１６の７００−７００線断面）には、リッジ部３１４ａの延びる方向に一対の溝部３１４ｂが形成されている一方、共振器面近傍（図１６の６００−６００線断面）には、溝部３１４ｂが形成されることなく、リッジ部３１４ａに続けて支持部３１４ｃが形成されている。

なお、第３実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子７０のその他の構造は、上記第１および第２実施形態と同様である。

次に、図１６〜図１８を参照して、第３実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子７０の製造プロセスについて説明する。なお、第３実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子７０の製造プロセスでは、上記第１および第２実施形態の製造プロセスと異なり、「成長基板側構造の形成工程」において、半導体レーザ素子部３１０に溝部３１４ｂを共振器面近傍に形成しない点について説明する。

ここで、第３実施形態では、図１８に示すように、共振器中央部近傍（図１６の７００−７００線断面）におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３１４には、エッチング加工によって一対の溝部３１４ｂを形成するとともに、溝部３１４ｂを挟むように、リッジ部３１４ａおよび一対の支持部３１４ｃを形成する。その一方、図１７に示すように、共振器面近傍（図１６の６００−６００線断面）には、溝部３１４ｂ（図１８参照）が形成されることなく、リッジ部３１４ａに続けて支持部３１４ｃを形成する。

なお、その他の製造プロセスは、上記第１および第２実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスにより、半導体レーザ素子部３１０が形成される。このようにして、第３実施形態による半導体レーザ素子７０を備えた半導体レーザ装置１が製造される。

第３実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子部３１０の共振器面近傍（図１６の６００−６００線断面）には、溝部３１４ｂが形成されることなく、リッジ部３１４ａに続けて支持部３１４ｃを形成するように構成することによって、共振器面（図１６の６００−６００線断面）において支持部３１４ｃが占める割合を最も多く確保することができるので、共振器面を最大限に形成することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図１９〜図２１は、本発明の第４実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図および各断面図である。図１９〜図２１を参照して、この第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態と異なり、共振器中央部近傍において、半導体レーザ素子部４１０の溝部４１４ｂおよび凹部４１５が形成されている点について説明する。なお、半導体レーザ素子部４１０は、本発明の「半導体レーザ素子部」の一例である。

ここで、第４実施形態では、図１９および図２１に示すように、半導体レーザ素子部４１０の共振器中央部近傍（図１９の７００−７００線断面）には、リッジ部４１４ａの延びる方向に一対の溝部４１４ｂが形成されるとともに、溝部４１４ｂとは別に、凹部４１５が形成されている。

なお、第４実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子８０のその他の構造は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

次に、図１９〜図２１を参照して、第４実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子８０の製造プロセスについて説明する。なお、第４実施形態による半導体レーザ装置１の半導体レーザ素子８０の製造プロセスでは、上記第１〜第３実施形態の製造プロセスと異なり、「成長基板側構造の形成工程」において、半導体レーザ素子部４１０の共振器中央部近傍に、溝部４１４ｂおよび凹部４１５を形成する点について説明する。

ここで、第４実施形態では、図１９および図２１に示すように、共振器中央部近傍（図１９の７００−７００線断面）におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１４には、エッチング加工によって一対の溝部４１４ｂを形成するとともに、溝部４１４ｂを挟むように、リッジ部４１４ａおよび一対の支持部４１４ｃを形成する。さらに、図１９および図２１に示すように、共振器中央部近傍（図１９の７００−７００線断面）における支持部４１４ｃの内側の領域に、エッチング加工により、溝部４１４ｂと所定の間隔を隔てて溝部４１４ｂの延びる方向（Ａ方向）に延びる凹部４１５を形成する。

なお、その他の製造プロセスは、上記第１〜第３実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスにより、半導体レーザ素子部４１０が形成される。このようにして、第４実施形態による半導体レーザ素子８０を備えた半導体レーザ装置１が製造される。

第４実施形態では、上記のように、半導体レーザ素子部４１０の共振器中央部近傍（図１９の７００−７００線断面）には、リッジ部４１４ａの延びる方向に一対の溝部４１４ｂが形成されるとともに、溝部４１４ｂとは別に、溝部４１４ｂと所定の間隔を隔てて溝部４１４ｂの延びる方向（Ａ方向）に延びる凹部４１５を形成するように構成することによって、導電性接着層１２１がｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１４とｐ型Ｇｅ基板１００のオーミック電極１１９とに挟まれた領域において、溝部４１４ｂのみならず凹部４１５の内側面を覆いながらより多くの接触面積により埋め込まれているので、レーザ光の照射熱による半導体層（半導体レーザ素子部４１０）内部への影響を、より効果的に抑制することができる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、半導体レーザ素子部を、窒化物系半導体層により構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子部を、窒化物系半導体層以外の半導体層により構成してもよい。

また、上記実施形態では、導電性接着層１２１を、成長基板側のｐ側パッド電極１１８および支持基板側のオーミック電極１１９上にそれぞれ形成した上で、「基板の接合工程」において接合するように構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、導電性接着層１２１を、成長基板側のｐ側パッド電極１１８または支持基板側のオーミック電極１１９のいずれか一方側にのみ形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、支持基板としてｐ型Ｇｅ基板１００を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、支持基板としてＧａＰ基板、Ｓｉ基板およびＧａＡｓ基板などを用いてもよい。

また、上記実施形態では、成長基板としてｎ型ＧａＮ基板１３０を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、成長基板にサファイア基板などを用いてもよい。

また、上記第４実施形態では、半導体レーザ素子部４１０の共振器中央部近傍に、溝部４１４ｂを形成するとともに、１つの支持部４１４ｃの内側の領域に、１つの凹部４１５を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、１つの支持部４１４ｃの内側の領域に、複数の凹部を形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、導電性接着層にＡｕ−Ｓｎ９０からなる第２接合層を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、Ａｕ−Ｓｎ２０からなる第２接合層を用いてもよい。この場合には、たとえば、第１接合層および第３接合層に、Ａｕ−Ｇｅ１２を用いることができる。このように、第１接合層、第２接合層および第３接合層には、第２接合層を構成する合金の融点が第１接合層および第３接合層を構成する合金の融点より低くなるようにすれば、他の材料を用いてもよいが、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｇｅ合金およびＡｕ−Ｓｉ合金の少なくともいずれかを含むのが好ましい。

また、上記実施形態では、第１接合層および第３接合層には同じ材料を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、支持基板および半導体レーザ素子部またはｐ側電極などの組成や熱膨張係数などの熱特性に応じて、それぞれ、異なるように選択してもよい。

また、上記実施形態では、導電性接着層は、第１接合層、第２接合層および第３接合層の３層から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、より多数の合金層を含んでいてもよい。

本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の構造を説明するための断面図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ装置を備えた半導体レーザの構造を説明するための斜視図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図である。 図４の５００−５００線に沿った断面図である。 図４の６００−６００線に沿った断面図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 図１に示した第１実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図である。 図１３の６００−６００線に沿った断面図である。 図１３の７００−７００線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図である。 図１６の６００−６００線に沿った断面図である。 図１６の７００−７００線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態による半導体レーザ装置を構成する半導体レーザ素子の構造を説明するための平面図である。 図１９の６００−６００線に沿った断面図である。 図１９の７００−７００線に沿った断面図である。

符号の説明

１０、６０、７０、８０ 半導体レーザ素子
１０ａ 光出射面（共振器面）
１０ｂ 光反射面（共振器面）
１００ ｐ型Ｇｅ基板（支持基板）
１１０、２１０、３１０、４１０ 半導体レーザ素子部
１１１ ｎ型ＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
１１２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（窒化物系半導体層）
１１３ 発光層（窒化物系半導体層）
１１４、２１４、３１４、４１４ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（窒化物系半導体層）
１１４ａ、２１４ａ、３１４ａ、４１４ａ リッジ部
１１４ｂ、２１４ｂ、３１４ｂ、４１４ｂ 溝部
１１４ｃ、２１４ｃ、３１４ｃ、４１４ｃ 支持部
１１５ ｐ型ＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
１１６ 絶縁膜
１２１ 導電性接着層（融着層）
１２１ａ 第１接合層（第１共晶合金層）
１２１ｂ 第２接合層（第２共晶合金層）
１２１ｃ 第３接合層（第３共晶合金層）
１３０ ｎ型ＧａＮ基板（成長基板）
１３２ ＩｎＧａＮ剥離層（剥離層）

Claims (13)

1. 共振器の延びる方向に延びるリッジ部と、前記リッジ部に沿って形成された溝部と、前記溝部を挟んで前記リッジ部と反対側に前記溝部に沿って形成された支持部とを含む半導体レーザ素子部と、
   前記半導体レーザ素子部に融着層を介して接合される支持基板とを備え、
   前記融着層は、前記半導体レーザ素子部の前記溝部を埋め込むとともに、前記半導体レーザ素子部の前記リッジ部および前記支持部と、前記支持基板との間の空間を埋めるように形成されている、半導体レーザ素子。
2. 前記半導体レーザ素子部の前記溝部の内表面に沿って形成された絶縁膜をさらに備え、
   前記溝部は、前記絶縁膜を介して前記融着層により埋め込まれている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記融着層は、第１共晶合金層と、前記第１共晶合金層上に形成された第２共晶合金層と、前記第２共晶合金層上に形成された第３共晶合金層とを含み、
   前記第２共晶合金層の融点は、前記第１共晶合金層および前記第３共晶合金層の融点よりも低い、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記第２共晶合金層の熱膨張係数は、前記第１共晶合金層および前記第３共晶合金層の熱膨張係数よりも大きい、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
5. 前記融着層の前記第１共晶合金層、前記第２共晶合金層および前記第３共晶合金層は、それぞれ、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ａｕ−Ｇｅ合金およびＡｕ−Ｓｉ合金の少なくともいずれかを含む、請求項３または４に記載の半導体レーザ素子。
6. 前記融着層は、前記溝部のうち、前記半導体レーザ素子部の共振器面近傍以外の部分を埋め込むように形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
7. 前記半導体レーザ素子部の共振器面近傍における前記共振器面に沿った方向の前記溝部の長さは、前記共振器面近傍における前記支持部の対応する長さよりも小さくなるように形成されている、請求項６に記載の半導体レーザ素子。
8. 前記半導体レーザ素子部は、窒化物系半導体層により形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
9. 成長基板上に半導体レーザ素子部を構成する半導体層を成長させる工程と、
   前記半導体レーザ素子部に、共振器の延びる方向に延びるリッジ部と、前記リッジ部に沿って延びる溝部と、前記溝部を挟んで前記リッジ部と反対側に前記溝部に沿って延びる支持部とを形成する工程と、
   融着層により前記溝部を埋め込んだ状態で、前記半導体レーザ素子部を支持基板に接合する工程と、
   前記成長基板を前記半導体レーザ素子部から剥離する工程と、
   前記支持基板側に接合された前記半導体レーザ素子部の共振器面を形成する工程とを備えた、半導体レーザ素子の製造方法。
10. 前記半導体レーザ素子部を前記支持基板に接合する工程に先立って、前記半導体レーザ素子部の前記溝部の内表面に絶縁膜を形成する工程をさらに備え、
    前記半導体レーザ素子部を前記支持基板に接合する工程は、前記溝部に前記絶縁膜を介して前記融着層を埋め込む工程を含む、請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
11. 前記半導体レーザ素子部を前記支持基板に接合する工程に先立って、前記半導体レーザ素子部の前記成長基板とは反対側の上面上に、第１共晶合金層、第２共晶合金層および第３共晶合金層をこの順に配置することにより前記融着層を形成する工程をさらに備え、
    前記半導体レーザ素子部を前記支持基板に接合する工程における前記融着層の加熱温度は、前記第２共晶合金層の融点以上で、かつ、前記第１共晶合金層および前記第３共晶合金層の融点未満である、請求項９または１０に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
12. 前記半導体レーザ素子部の前記共振器面を形成する工程は、前記融着層が形成されていない領域に位置する前記半導体レーザ素子部の部分を劈開する工程を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
13. 前記成長基板上に前記半導体層を成長させる工程は、前記成長基板上に剥離層を介して前記半導体レーザ素子部を構成する前記半導体層を成長させる工程を含み、
    前記成長基板を前記半導体レーザ素子部から剥離する工程は、前記剥離層にレーザ光を照射することにより、前記成長基板を前記半導体レーザ素子部から剥離する工程を含む、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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