JP2011077339A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】温度差の激しい過酷な環境においても、中空に配置された配線層が破断する虞を低減することの可能な半導体レーザを提供する。
【解決手段】互いに隣接するリッジ部３０の間に溝部３１が設けられており、上部電極３３とパッド電極３４とを電気的に接続する配線層３５が、少なくとも溝部３１上において中空に配置されている。配線層３５は、溝部３１上において、平坦形状、または溝部側に窪んだ凹形状となっている。これにより、温度差の激しい過酷な環境において、配線層３５が膨張・収縮を繰り返したときに、配線層３５に歪が溜まるのが抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、各々のエミッタを独立に駆動することの可能な半導体レーザに関する。

半導体レーザでは、各々のエミッタを独立に駆動することを目的として、互いに隣り合うエミッタの間に、互いに隣り合うエミッタを電気的に分離する分離溝が設けられている。この分離溝の幅は、レーザのタイプによって異なるが、ビームピッチが数十μｍ程度の狭ピッチタイプのレーザの場合には、わずか数μｍ程度しかない。そのため、そのような場合には、両脇が分離溝で囲まれたエミッタ（リッジ部）上のストライプ電極と、リッジ部から離れた場所に形成されたパッド電極とを連結する配線層を、狭い分離溝内に設けることは極めて難しい。そこで、例えば、特許文献１に記載されているように、分離溝内に絶縁材料を埋め込み、その絶縁材料の上に上記配線層を設けることが一般的に行われている。

特開２０００−２６９６０１号公報

しかし、分離溝中に絶縁材料を埋め込んだ場合には、埋め込んだ絶縁材料の収縮やひずみによりリッジ部に応力がかかり、リッジ部から射出されるレーザビームの偏光角が回転しやすい。また、深い分離溝が形成された場合には、絶縁材料を埋め込む工程が複雑になり、コスト高の原因となる問題があった。

そこで、例えば、分離溝中に絶縁材料を埋め込まず、配線層を、少なくとも溝部上において中空に配置すると共に、配線層のうち中空に配置された部分をアーチ形状にすることが考えられる。しかし、このようにした場合には、配線層が自重で折れ曲がる可能低を低減することができるが、温度差の激しい過酷な環境（例えば−４０℃〜＋１５０℃の温度差が発生する環境）において、配線層に含まれるＡｕ層が膨張・収縮を繰り返したときに、Ａｕ層に歪が溜まり、配線層が破断する虞がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度差の激しい過酷な環境においても、中空に配置された配線層が破断する虞を低減することの可能な半導体レーザを提供することにある。

本発明による第１の半導体レーザは、少なくとも、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層をこの順に含む帯状の複数のリッジ部を備えたものである。これら複数のリッジ部は、帯状の溝部を介して互いに並列配置されている。各リッジ部の上面には、上部クラッド層と電気的に接続された上部電極が設けられており、上部電極には配線層が電気的に接続されている。配線層は少なくとも溝部上において中空に配置されている。また、リッジ部および溝部の双方とは異なる部位には、パッド電極が設けられている。パッド電極は、配線層を介して上部電極と電気的に接続されている。ここで、配線層は、リッジ部の上面との密着性を高める密着層と、Ａｕ層と、Ａｕ層に歪が生じるのを抑制する歪抑制層とをリッジ部側から順に有している。

本発明による第１の半導体レーザでは、互いに隣接するリッジ部の間に溝部が設けられており、上部電極とパッド電極とを電気的に接続する配線層が、少なくとも溝部上において中空に配置されている。つまり、本レーザでは、配線層と溝の内壁との間隙に、絶縁材料などの埋め込み材が設けられていないので、配線層と溝の内壁との間隙に絶縁材料などの埋め込み材を設けたときのような応力がリッジ部に生じる虞がない。さらに、配線層には、Ａｕ層に歪が生じるのを抑制する歪抑制層が設けられている。これにより、温度差の激しい過酷な環境において、Ａｕ層が膨張・収縮を繰り返したときに、Ａｕ層に歪が溜まるのを抑制することができる。

本発明による第２の半導体レーザは、少なくとも、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層をこの順に含む帯状の複数のリッジ部を備えたものである。これら複数のリッジ部は、帯状の溝部を介して互いに並列配置されている。各リッジ部の上面には、上部クラッド層と電気的に接続された上部電極が設けられており、上部電極には配線層が電気的に接続されている。配線層は少なくとも溝部上において中空に配置されている。また、リッジ部および溝部の双方とは異なる部位には、パッド電極が設けられている。パッド電極は、配線層を介して上部電極と電気的に接続されている。ここで、配線層は、溝部上において、平坦形状、または溝部側に窪んだ凹形状となっている。

本発明による第２の半導体レーザでは、互いに隣接するリッジ部の間に溝部が設けられており、上部電極とパッド電極とを電気的に接続する配線層が、少なくとも溝部上において中空に配置されている。つまり、本レーザでは、配線層と溝の内壁との間隙に、絶縁材料などの埋め込み材が設けられていないので、配線層と溝の内壁との間隙に絶縁材料などの埋め込み材を設けたときのような応力がリッジ部に生じる虞がない。さらに、配線層は、溝部上において、平坦形状、または溝部側に窪んだ凹形状となっている。これにより、温度差の激しい過酷な環境において、配線層が膨張・収縮を繰り返したときに、配線層に歪が溜まるのを抑制することができる。

本発明による第１の半導体レーザによれば、配線層と溝の内壁との間隙に絶縁材料などの埋め込み材を設けたときのような応力がリッジ部に生じないようにした。これにより、リッジ部に加わる応力に起因する偏光角の回転を抑制することができる。また、上記配線層を成膜により形成した場合には、製造過程において、配線層同士が互いに接触したり、超音波に起因する信頼性の低下を招いたりする虞はない。従って、各リッジ部を独立に駆動させることができ、かつ信頼性を低下させることなく、リッジ部に加わる応力に起因する偏光角の回転を抑制することができる。さらに、本発明によれば、過酷な環境において、Ａｕ層が膨張・収縮を繰り返したときに、Ａｕ層に歪が溜まるのを抑制するようにした。これにより、配線層が破断する虞を低減することができる。

本発明の第２の半導体レーザによれば、配線層と溝の内壁との間隙に絶縁材料などの埋め込み材を設けたときのような応力がリッジ部に生じないようにした。これにより、リッジ部に加わる応力に起因する偏光角の回転を抑制することができる。また、上記配線層を成膜により形成した場合には、製造過程において、配線層同士が互いに接触したり、超音波に起因する信頼性の低下を招いたりする虞はない。従って、各リッジ部を独立に駆動させることができ、かつ信頼性を低下させることなく、リッジ部に加わる応力に起因する偏光角の回転を抑制することができる。さらに、本発明によれば、過酷な環境において、配線層が膨張・収縮を繰り返したときに、配線層に歪が溜まるのを抑制するようにした。これにより、配線層が破断する虞を低減することができる。

本発明による第１の実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。 図１の半導体レーザの上面図である。 図１または図２の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。 図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。 図１の半導体レーザの製造方法の一例について説明するための斜視図である。 図５に続く工程について説明するための斜視図である。 図６に続く工程について説明するための斜視図である。 図７に続く工程について説明するための斜視図である。 本発明による第２の実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。 図９の半導体レーザにおける溝周辺の断面図である。 図１０の歪抑制層に用いられる材料の物性値を表す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（図１〜図８）
○配線層が溝部上において平坦形状または凹形状となっている例
２．第２の実施の形態（図９〜図１１）
○配線層が溝部上においてアーチ形状となっている例
○配線層の最上層に歪抑制層が設けられている例
３．第２の実施の形態の変形例
○配線層が溝部上において平坦形状または凹形状となっている例
４．実施例

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明による第１の実施の形態に係る半導体レーザ１の概略構成の一例を斜視的に表したものである。図２は図１の半導体レーザ１の上面構成の一例を、図３は図１または図２の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例をそれぞれ表したものである。本実施の形態の半導体レーザ１は、ストライプ状のエミッタを複数備えたマルチビーム半導体レーザであり、各エミッタの端面からレーザビームが射出される端面発光型の半導体レーザである。

半導体レーザ１は、例えば、基板１０上に半導体層２０を備えたものである。半導体層２０は、例えば、図３に示したように、下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３およびコンタクト層２４を基板１０側からこの順に含んで構成されている。なお、図示しないが、半導体層２０には、上記した層以外の層（例えば、バッファ層やガイド層など）がさらに設けられていてもよい。この半導体層２０には帯状の複数のリッジ部３０が互いに並列配置されており、各リッジ部３０が前端面Ｓ１からレーザビームを互いに独立に射出するエミッタとして機能する。なお、図１〜図３には、リッジ部３０が４つ設けられている場合が例示されているが、２つまたは３つ設けられていてもよいし、５つ以上設けられていてもよい。

半導体層２０の上部に設けられたリッジ部３０のうち、少なくとも配列方向の両端のリッジ部３０を除いたリッジ部３０については、その両側面が帯状の溝部３１で囲まれている。例えば、図１、図２に示したように、リッジ部３０の配列方向の両端部にリッジ部３０と同等の高さを有する帯状の台座部３２が設けられ、全てのリッジ部３０の両側面が帯状の溝部３１で囲まれている。また、溝部３１は、例えば、図１、図２に示したように、基板１０の上部にまで達している。これにより、互いに隣り合うリッジ部３０が溝部３１によって空間分離されている。なお、溝部３１は基板１０にまで達せず、互いに隣り合うリッジ部３０が溝部３１によって完全に空間分離されていなくてもよい。ただし、その場合には、溝部３１は、互いに隣り合うリッジ部３０同士の間で電気的なクロストークが生じない程度の深さ（例えば下部クラッド層２１にまで達する深さ）となっていることが好ましい。

溝部３１の幅Ｗ１（溝部３１の延在方向と直交する方向の幅）は、リッジ部３０の幅Ｗ２（リッジ部３０の延在方向（共振器方向）と直交する方向の幅）よりも狭くなっている。具体的には、リッジ部３０の幅Ｗ２が数十μｍ程度（例えば３０μｍ）となっているときに、溝部３１の幅Ｗ１は数μｍ程度（例えば３μｍ）となっている。つまり、本実施の形態の半導体レーザ１は、ビームピッチが数十μｍ程度の狭ピッチタイプのレーザである。

半導体層２０には、リッジ部３０をリッジ部３０の延在方向から挟み込む一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２が形成されている。一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２は、共振器を構成している。一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２は、例えばへき開によって形成されたものであり、所定の間隙を介して互いに対向配置されている。前端面Ｓ１には低反射膜(図示せず)が形成されており、後端面Ｓ２には高反射膜（図示せず）が形成されている。

リッジ部３０は、例えば、少なくとも下部クラッド層２１の上部、活性層２２、上部クラッド層２３およびコンタクト層２４を含んでいる。リッジ部３０は、例えば、図３に示したように、基板１０の上部、下部クラッド層２１、活性層２２、上部クラッド層２３およびコンタクト層２４を含んでいる。

ここで、基板１０は、例えばｐ型ＧａＡｓからなる。ｐ型不純物としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）などが挙げられる。下部クラッド層２１は、例えばｐ型ＡｌＩｎＰからなる。活性層２２は、例えばアンドープのＧａＩｎＰからなる。この活性層２２において、後述の上部電極３３との対向領域を含む帯状の領域が発光領域２２Ａとなる。この発光領域２２Ａは、上部電極３３からの電流が注入される電流注入領域に対応している。上部クラッド層２３は、例えばｎ型ＡｌＩｎＰからなり、コンタクト層２４は、例えばｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。

各リッジ部３０の上面（コンタクト層２４の上面）には上部電極３３が設けられている。上部電極３３は、例えば、図１、図３に示したように、リッジ部３０の延在方向に延在する帯状の形状となっており、コンタクト層２４および上部クラッド層２３と電気的に接続されている。また、リッジ部３０および溝部３１を両脇から挟み込む２つの領域のうち少なくとも一方の領域にパッド電極３４が設けられている。例えば、リッジ部３０および溝部３１を両脇から挟み込む２つの台座部３２上に、それぞれ、パッド電極３４が設けられている。このパッド電極３４と台座部３２との間には、絶縁層３６が設けられており、パッド電極３４は、台座部３２（特に下部クラッド層２１）と絶縁分離されている。なお、台座部３２のうちパッド電極３４直下の部分が高抵抗化されているなど、パッド電極３４と下部クラッド層２１との間に電流がほとんど流れないようになっている場合には、パッド電極３４と台座部３２との間の絶縁層３６を省略することも可能である。パッド電極３４は、後述の配線層３５に接続されている。

絶縁層３６は、リッジ部３０の表面や溝部３１の表面にも、必要に応じて設けられている。絶縁層３６は、例えば、図３に示したように、配線層３５の先端部分に対応して開口３５Ａを有している。配線層３５は、例えば、開口３５Ａを介して上部電極３３と電気的に接続されており、配線層３５のうち上部電極３３と接している部分以外の部分は、絶縁層３６の表面に接している。パッド電極３４は、例えば、配線層３５を介して上部電極３３と電気的に接続されている。

配線層３５は、リッジ部３０上の上部電極３３と、パッド電極３４とに接続されており、これらを電気的に接続している。この配線層３５は、例えば、図１〜図３に示したように、リッジ部３０および溝部３１の延在方向と交差（例えば直交）する方向に延在する帯状の形状となっており、例えば、成膜によって形成されている。この配線層３５は、例えば、溝部３１を一つずつ飛び越えており、少なくとも溝部３１上において中空に配置されている。配線層３５のうち中空に配置されている部分は、例えば、図１、図３に示したように、平坦形状となっている。なお、配線層３５のうち中空に配置されている部分は、例えば、図４に示したように、溝部３１側に窪んだ凹形状となっていてもよい。

また、基板１０の裏面には、下部電極３７が設けられている。この下部電極３７は、例えば、基板１０の裏面全体に形成されており、基板１０と電気的に接続されている。なお、下部電極３７は、上部電極３３と同様、リッジ部３０ごとに一つずつ別個に設けられていてもよい。

ここで、上部電極３３は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層、ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層とをリッジ部３０の上面側からこの順に積層して構成されている。パッド電極３４および配線層３５は、例えば、例えば、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をリッジ部３０の上面側からこの順に積層して構成されている。ここで、Ｔｉ層およびＰｔ層は、リッジ部３０の上面との密着性を高める密着層としての機能を有している。なお、上部電極３３、パッド電極３４および配線層３５は、上記以外の材料の積層体となっていてもよい。また、上部電極３３、パッド電極３４および配線層３５は、互いに同一の材料によって構成されていてもよいし、互いに異なる材料によって構成されていてもよい。絶縁層３６は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃またはＡｌＮによって構成されている。下部電極３７は、例えば、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕを基板１０側からこの順に積層して構成されている。

次に、図５（Ａ），（Ｂ）〜図８を参照して、本実施の形態の半導体レーザ１の製造方法の一例について説明する。なお、図５（Ａ），（Ｂ）〜図８は、製造過程における素子の斜視図である。

まず、基板１０上に半導体層２０を形成したのち、半導体層２０上に、帯状の複数の上部電極３３を所定のピッチで互いに並列に形成する（図５（Ａ））。続いて、上部電極３３の両脇に、上部電極３３の延在方向に延在する帯状の溝部３１を形成して、半導体層２０に複数のリッジ部３０を形成する（図５（Ｂ））。このとき、溝部３１の幅Ｗ１がリッジ部３０の幅Ｗ２よりも狭くなるように、リッジ部３０および溝部３１を形成する。

次に、表面全体に絶縁層３６を形成したのち（図６（Ａ））、所定の位置に開口３６Ａを形成する（図６（Ｂ））。これにより、開口３６Ａの底面に上部電極３３の一部が露出する。次に、表面全体にレジスト層４０を形成する（図７（Ａ））。このとき、溝部３１が完全に埋め込まれるようにレジスト層４０を形成することが好ましい。続いて、少なくとも溝部３１の内部にレジスト層４０が残るように、レジスト層４０の露光および現像を行う。このとき、例えば、ドライエッチングにより、レジスト層４０のうち溝部３１に対応する部分の上面が、平坦面、または溝部３１の底面側に窪んだ凹面となるようにする。さらに、レジスト層４０が開口３６Ａ内に残留しないようにする。

次に、例えば、図示しないが、蒸着などを用いて、表面全体に金属層４２を成膜する。このように、金属層４２の一部を、必要に応じて、残ったレジスト層４０の表面上に形成することにより、金属層４２のうち、溝部３１に対応する部分が平坦形状、または溝部３１の底面側に窪んだ凹形状となる。

次に、例えば、リフトオフなどを用いて、レジスト層４０と共に金属層４２のうち余分な部分を除去することにより、パッド電極３４および配線層３５を形成する（図８）。さらに、残ったレジスト層４０を所定の方法によって除去する。その結果、配線層３５は、少なくとも溝部３１上において、平坦形状、または溝部３１の底面側に窪んだ凹形状となり、かつ中空に形成される。次に、基板１０の裏面に、下部電極３７を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極３３と下部電極３７との間に所定の電圧が印加されると、活性層２２の電流注入領域（発光領域２２Ａ）に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして各リッジ部３０の前端面Ｓ１から外部に射出される。

ところで、本実施の形態では、互いに隣接するリッジ部３０の間に溝部３１が設けられている。さらに、上部電極３３とパッド電極３４とを電気的に接続する配線層３５が、少なくとも溝部３１上において中空に配置されている。つまり、本実施の形態では、配線層３５と溝部３１の内壁との間隙に、絶縁材料などの埋め込み材が設けられていない。そのため、配線層３５と溝部３１の内壁との間隙に絶縁材料などの埋め込み材を設けたときのような応力がリッジ部３０に生じる虞がないので、リッジ部３０に加わる応力に起因する偏光角の回転を抑制することができる。

なお、本実施の形態の半導体レーザ１は、ビームピッチが数十μｍ程度の狭ピッチタイプのレーザである。そのため、配線層３５をワイヤボンディングによって形成することは極めて困難である。仮に配線層３５をワイヤボンディングによって形成しようとすると、一つのワイヤボールが複数の上部電極３３に接触してしまい、各リッジ部３０を独立に駆動させることができなくなってしまう可能性が高い。また、ワイヤボンディングでは超音波接合が用いられるので、超音波に起因する信頼性の低下を招く虞がある。そこで、本実施の形態では、配線層３５が成膜により形成されている。これにより、配線層３５同士が互いに接触し各リッジ部３０を独立に駆動させることができなくなったり、超音波に起因する信頼性の低下が生じたりするのを防いでいる。

また、本実施の形態では、配線層３５は、溝部３１上において、平坦形状、または溝部側に窪んだ凹形状となっている。これにより、温度差の激しい過酷な環境において、配線層３５が膨張・収縮を繰り返したときに、配線層３５に歪が溜まるのを抑制することができる。その結果、配線層３５が破断する虞を低減することができる。なお、配線層３５を平坦形状、または溝部側に窪んだ凹形状にする方法として、上述したように、例えば、ドライエッチングにより、レジスト層４０を選択的に除去することが好ましい。これにより、配線層３５の形状を容易に、平坦形状、または溝部側に窪んだ凹形状にすることが可能となる。

＜第２の実施の形態＞
図９は、本発明による第２の実施の形態に係る半導体レーザ２の断面構成の一例を表したものである。なお、図９は、本実施の形態の半導体レーザ２において、図１または図２のＡ−Ａ線に対応する位置で切断したときの断面構成に相当する。本実施の形態の半導体レーザ２は、上記第１の実施の形態の半導体レーザ１と同様、ストライプ状のエミッタを複数備えたマルチビーム半導体レーザであり、各エミッタの端面からレーザビームが射出される端面発光型の半導体レーザである。

半導体レーザ２は、配線層３５のうち中空に配置されている部分が、例えば、図９に示したように、溝部３１の底面とは反対側に突出したアーチ形状となっており、さらに配線層３５に特殊な層（歪抑制層）が設けられている点で、半導体レーザ１の構成と相違する。そこで、以下では、半導体レーザ１の構成との相違点について主に説明し、半導体レーザ１の構成との共通点についての説明を適宜、省略するものとする。

上述したように、本実施の形態では、配線層３５のうち中空に配置されている部分が、例えば、図９に示したように、溝部３１の底面とは反対側に突出したアーチ形状となっており、折れ曲がる可能性を低減する構造となっている。さらに、この配線層３５は、例えば、図１０に示したように、少なくとも、配線層３５のうち中空に配置されている部分において、リッジ部３０の上面との密着性を高める密着層３５Ｂと、導電性の高いＡｕ層３５Ｃと、Ａｕ層３５Ｃに歪が生じるのを抑制する歪抑制層３５Ｄとを溝部３１側から順に有している。つまり、本実施の形態では、配線層３５は、最上層に、歪抑制層３５Ｄを有している。

密着層３５Ｂは、例えば、ＴｉおよびＰｔをリッジ部３０の上面側からこの順に積層して構成されている。Ａｕ層３５Ｃは、例えば、Ａｕを含んで構成されている。歪抑制層３５Ｄは、例えば、Ａｕよりもヤング率が高く、線膨張係数が低い金属材料によって形成されている。Ａｕよりもヤング率が高く、線膨張係数が低い金属材料としては、例えば、図１１に示したように、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＣｒなどが挙げられる。従って、歪抑制層３５Ｃは、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＣｒのうち少なくとも１つの金属材料によって構成されていることが好ましい。歪抑制層３５Ｄは、Ａｕ層３５Ｃに歪が生じるのを抑制することの可能な程度の厚さとなっており、Ａｕ層３５Ｃが例えば数μｍ程度の厚さとなっているときに、例えば１０ｎｍ以上の厚さとなっている。

次に、本実施の形態の半導体レーザ２の製造方法の一例について説明する。まず、上記実施の形態と同様にして、基板１０上に半導体層２０を形成したのち、半導体層２０上に、帯状の複数の上部電極３３を所定のピッチで互いに並列に形成する。続いて、上部電極３３の両脇に、上部電極３３の延在方向に延在する帯状の溝部３１を形成して、半導体層２０に複数のリッジ部３０を形成する。このとき、溝部３１の幅Ｗ１がリッジ部３０の幅Ｗ２よりも狭くなるように、リッジ部３０および溝部３１を形成する。

次に、表面全体に絶縁層３６を形成したのち、所定の位置に開口３６Ａを形成する。これにより、開口３６Ａの底面に上部電極３３の一部が露出する。次に、表面全体にレジスト層４０を形成する。このとき、溝部３１が完全に埋め込まれるようにレジスト層４０を形成することが好ましい。続いて、少なくとも溝部３１の内部にレジスト層４０が残るように、レジスト層４０の露光および現像を行う。このとき、例えば、ウエットエッチングにより、レジスト層４０のうち溝部３１に対応する部分の上面が、溝部３１の底面とは反対側に突出したアーチ形状となるようにする。さらに、レジスト層４０が開口３６Ａ内に残留しないようにする。

次に、例えば、図示しないが、蒸着などを用いて、表面全体に、密着層１３５Ｂと、導電性の高いＡｕ層１３５Ｃと、Ａｕ層１３５Ｃに歪が生じるのを抑制する歪抑制層１３５Ｄをこの順に積層して、金属層１３５を成膜する。このように、金属層１３５の一部を、必要に応じて、残ったレジスト層４０の表面上に形成することにより、金属層１３５のうち、溝部３１に対応する部分が、溝部３１の底面とは反対側に突出したアーチ形状となる。

次に、例えば、リフトオフなどを用いて、レジスト層４０と共に金属層１３５のうち余分な部分を除去する。これにより、パッド電極３４および配線層３５が形成される。さらに、残ったレジスト層４０を所定の方法によって除去する。その結果、配線層３５は、少なくとも溝部３１上において、平坦形状、または溝部３１の底面側に窪んだ凹形状となり、かつ中空に形成される。次に、基板１０の裏面に、下部電極３７を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。

次に、本実施の形態の半導体レーザ２の作用および効果について説明する。

本実施の形態の半導体レーザ２では、上部電極３３と下部電極３７との間に所定の電圧が印加されると、活性層２２の電流注入領域（発光領域２２Ａ）に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の前端面Ｓ１および後端面Ｓ２により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして各リッジ部３０の前端面Ｓ１から外部に射出される。

ところで、本実施の形態では、上記実施の形態と同様、互いに隣接するリッジ部３０の間に溝部３１が設けられており、上部電極３３とパッド電極３４とを電気的に接続する配線層３５が、少なくとも溝部３１上において中空に配置されている。これにより、リッジ部３０に加わる応力に起因する偏光角の回転を抑制することができる。また、本実施の形態では、上記実施の形態と同様、配線層３５が成膜により形成されている。これにより、配線層３５同士が互いに接触し各リッジ部３０を独立に駆動させることができなくなったり、超音波に起因する信頼性の低下が生じたりするのを防いでいる。

また、本実施の形態では、少なくとも、配線層３５のうち中空に配置されている部分が、密着層３５Ｂと、Ａｕ層３５Ｃと、歪抑制層３５Ｄとが溝部３１側から順に積層して構成されている。これにより、温度差の激しい過酷な環境において、配線層３５が膨張・収縮を繰り返したときに、Ａｕ層３５Ｃに歪が溜まるのを歪抑制層３５Ｄによって抑制することができる。その結果、配線層３５が破断する虞を低減することができる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
上記第２の実施の形態では、配線層３５のうち中空に配置されている部分が、溝部３１の底面とは反対側に突出したアーチ形状となっていたが、例えば、図示しないが、平坦形状、または溝部側に窪んだ凹形状となっていてもよい。配線層３５がそのような形状となっていた場合であっても、Ａｕ層３５Ｃに歪が溜まるのを歪抑制層３５Ｄによって抑制することができ、配線層３５が破断する虞を低減することができる。

＜実施例＞
次に、上記各実施の形態に係る半導体レーザ１，２の実施例について、比較例と対比しつつ説明する。半導体レーザ１の実施例では、配線層３５のうち中空に配置されている部分を平坦形状とし、かつＴｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層をリッジ部３０の上面側からこの順に積層して構成した。また、半導体レーザ２の実施例では、配線層３５のうち中空に配置されている部分を溝部３１の底面とは反対側に突出したアーチ形状とし、かつＴｉ層およびＰｔ層を溝部３１側からこの順に積層した密着層３５Ｂと、Ａｕ層３５Ｃと、ＴｉまたはＮｉからなる歪抑制層３５Ｄとを溝部３１側から順に積層して構成した。比較例では、配線層３５のうち中空に配置されている部分を溝部３１の底面とは反対側に突出したアーチ形状とし、かつＴｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を溝部３１側からこの順に積層して構成した。

比較例では、−４０℃〜＋８５℃の温度サイクルを１回行うごとに、Ａｕ層のうちアーチ形状の付け根の部分に３．３×１０^-3の歪が累積した。一方、半導体レーザ１，２の実施例では、−４０℃〜＋８５℃の温度サイクルを２０回行った後でも、Ａｕ層３５のうち中空部分の付け根の部分に全く歪が生じなかった。このことから、比較例では、故障モードの１つであるオープン不良の生じる可能性が極めて高く、その一方で、実施例では、オープン不良の生じる可能性が極めて低いことがわかった。

以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記各実施の形態では、リッジ部３０の上面が概ね平坦形状となっている場合が例示されていたが、例えば、図示しないが、リッジ部３０の上面のうち溝部３１側の端部が傾斜した形状となっていてもよい。この場合に、配線層３５のうち中空に配置されている部分の付け根が、リッジ部３０の上面のうち傾斜した部分（傾斜面）上に形成されていてもよい。

また、上記各実施の形態では、半導体レーザ１はリッジ部３０の両脇に台座部３２を設けた場合について説明したが、台座部３２をなくしてもよい。

上記各実施の形態では、各配線層３５がむき出しになっている場合が例示されていたが、例えば、図示しないが、各配線層３５のうち少なくとも中空に配置されている部分の表面を、例えばＳｉＮなどの絶縁膜によって覆うようにしてもよい。これにより、イオンマイグレーションを防止したり、各配線層３５を外部環境から保護したりすることが可能となる。

また、上記各実施の形態では、上部電極３３を、配線層３５およびパッド電極３４を形成する工程とは異なる工程で形成する場合が例示されていたが、配線層３５およびパッド電極３４の形成工程と同一の工程で、配線層３５およびパッド電極３４と共に一括で形成するようにしてもよい。ただし、その場合には、中央以外のリッジ部３０上の上部電極３３が、中央のリッジ部３０上の上部電極３３と電気的に接続された配線層３５と同一面内に形成されることになる。そこで、例えば、図示しないが、中央以外のリッジ部３０上の上部電極３３の後端面Ｓ２側の端部を若干、前端面Ｓ１側に後退させ、その空いた領域（つまり、リッジ部３０の上面のうち後端面Ｓ２近傍の領域）に、中央のリッジ部３０上の上部電極３３と電気的に接続された配線層３５を配置することが好ましい。これにより、双方の短絡を防止することができるだけでなく、電流非注入の領域を光射出側から最も遠いところにすることができ、レーザ特性への影響を最小限に抑えることができる。

また、上記実施の形態等では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＰ系などの赤色半導体レーザ、ＧａＩｎＮ系およびＡｌＧａＩｎＮ系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザにも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。

１…半導体レーザ、１０…基板、２０…半導体層、２１…下部クラッド層、２２…活性層、２２Ａ…発光領域、２３…上部クラッド層、２４…コンタクト層、３０…リッジ部、３１…溝部、３２…台座部、３３…上部電極、３４…パッド電極、３５…配線層、３５Ａ，３６Ａ…開口、３５Ｂ，１３５Ｂ…密着層、３５Ｃ，１３５Ｃ…Ａｕ層、３５Ｄ，１３５Ｄ…歪抑制層、３６…絶縁層、３７…下部電極、３８…絶縁膜、４０…レジスト層、１３５…金属層、Ｓ１…前端面、Ｓ２…後端面、Ｗ１，Ｗ２…幅。

Claims (10)

1. 帯状の溝部を介して互いに並列配置されると共に、少なくとも、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層をこの順に含む帯状の複数のリッジ部と、
   各リッジ部の上面に形成されると共に前記上部クラッド層と電気的に接続された上部電極と、
   前記上部電極と電気的に接続されると共に少なくとも前記溝部上において中空に配置された配線層と、
   前記リッジ部および前記溝部を両脇から挟み込む２つの領域のうち少なくとも一方の領域に形成され、かつ前記配線層を介して前記上部電極と電気的に接続されたパッド電極と
   を備え、
   前記配線層は、前記溝部上において、平坦形状、または前記溝部側に窪んだ凹形状となっている
   半導体レーザ。
2. 前記配線層は、前記リッジ部の上面との密着性を高める密着層と、Ａｕ層とを前記リッジ部側から順に有する
   請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記配線層は、最上層に、前記Ａｕ層に歪が生じるのを抑制する歪抑制層を有する
   請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ。
4. 前記歪抑制層は、Ａｕよりもヤング率が高く、線膨張係数が低い金属材料によって形成されている
   請求項３に記載の半導体レーザ。
5. 前記歪抑制層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＣｒのうち少なくとも１つの金属材料を含んで形成されている
   請求項４に記載の半導体レーザ。
6. 帯状の溝部を介して互いに並列配置されると共に、少なくとも、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層をこの順に含む帯状の複数のリッジ部と、
   各リッジ部の上面に形成されると共に前記上部クラッド層と電気的に接続された上部電極と、
   前記上部電極と電気的に接続されると共に少なくとも前記溝部上において中空に配置された配線層と、
   前記リッジ部および前記溝部を両脇から挟み込む２つの領域のうち少なくとも一方の領域に形成され、かつ前記配線層を介して前記上部電極と電気的に接続されたパッド電極と
   を備え、
   前記配線層は、前記リッジ部の上面との密着性を高める密着層と、Ａｕ層と、前記Ａｕ層に歪が生じるのを抑制する歪抑制層とを前記リッジ部側から順に有する
   半導体レーザ。
7. 前記歪抑制層は、Ａｕよりもヤング率が高く、線膨張係数が低い金属材料によって形成されている
   請求項６に記載の半導体レーザ。
8. 前記歪抑制層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＣｒのうち少なくとも１つの金属材料を含んで形成されている
   請求項７に記載の半導体レーザ。
9. 前記配線層は、前記溝部上において、平坦形状、または前記溝部側に窪んだ凹形状となっている
   請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
10. 前記配線層は、前記溝部上においてアーチ形状となっている
    請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の半導体レーザ。

Images