JP2013030538A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光共振器端面の熱拡散を促進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】基板にｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層をこの順に有する半導体積層構造、並びに前記ｐ型半導体層の上のｐ側電極を有するレーザ構造部と、前記半導体積層構造の対向する二つの側面に設けられた一対の共振器端面と、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料により構成され、前記レーザ構造部の上面のうち前記共振器端面の位置を含む領域に設けられた膜とを備えた半導体レーザ素子。
【選択図】図１

Description

本開示は、特に端面発光型の半導体レーザに好適な半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
半導体レーザの高出力化が進むに伴い、共振器端面での発熱量が大きくなり、端面破壊による寿命の低下が生じやすくなる。端面破壊は以下の機構で発生する。
すなわち、電流を注入すると、端面に存在する表面準位を介して非発光再結合電流が流れるため、端面近傍は、キャリヤー密度がレーザ内部に比べて高く、光吸収が大きい。この光吸収によって発熱し、主出射側端面付近でのバンドギャップエネルギーが減少して、いっそう光吸収が増大する。このような正帰還のプロセスによって光パワー密度の高い主出射側端面の温度が極端に上昇し、ついには端面が融解して不可逆的な損傷を受ける。
上記正帰還の原因となる端面の発熱を抑えるための構造として、例えば特許文献１では、端面の熱の拡散を良好にするため、ｐ側電極を端面いっぱいまで形成することが記載されている。しかし、特許文献１の従来構造では、劈開時にｐ側電極が引っ張られて、剥がれたり、端面に垂れ下がったりするといった問題が生じていた。
一方で、ｐ側電極の剥がれや垂れを防止する構造として、特許文献２では、ｐ側電極を端面より後退させることで、問題の解決を図ろうとしている。
特開平１０−７５００８号公報 特開２００２−０８４０３６号公報
しかしながら、ｐ側電極を端面から後退させると、上述した熱拡散の効率悪化により、一定以上の高出力化が困難となってしまうという問題があった。
本開示の目的は、共振器端面の熱拡散を促進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にある。
本開示による半導体レーザ素子は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）基板にｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層をこの順に有する半導体積層構造、並びにｐ型半導体層の上のｐ側電極を有するレーザ構造部
（Ｂ）半導体積層構造の対向する二つの側面に設けられた一対の共振器端面
（Ｃ）周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料により構成され、レーザ構造部の上面のうち共振器端面の位置を含む領域に設けられた膜
ここに「周囲気体」とは半導体レーザ素子の使用時の雰囲気、具体的には空気、または窒素（パッケージ等に封止されている場合）である。また「非金属材料」とは、半導体および絶縁体をいう。絶縁体は樹脂なども含む。
本開示による半導体レーザ素子では、レーザ構造部の上面のうち共振器端面の位置を含む領域に、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料よりなる膜が設けられているので、共振器端面において生じた熱は、この膜を介して放散される。
本開示による半導体レーザ素子の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の工程を含むものである。
（Ａ）基板にｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層をこの順に有する半導体積層構造、並びにｐ型半導体層の上のｐ側電極を有するレーザ構造部を形成する工程
（Ｂ）レーザ構造部の上面のうち共振器端面の形成予定位置を含む領域に、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料よりなる膜を形成する工程
（Ｃ）膜を形成したのちに、半導体積層構造の対向する二つの側面を劈開することにより一対の共振器端面を形成する工程
本開示の半導体レーザ素子、または本開示の半導体レーザ素子の製造方法によれば、レーザ構造部の上面のうち共振器端面の位置を含む領域に、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料よりなる膜を設けるようにしたので、共振器端面の熱拡散を促進することが可能となる。
本開示の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の構成を表す斜視図である。 （Ａ）は、図１に示した半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線における断面図である。 図１に示した半導体レーザ素子の製造方法を工程順に表す断面図である。 図３に続く工程を表す断面図である。 従来の半導体レーザ素子の問題点を説明するための図である。 従来の半導体レーザ素子の他の問題点を説明するための図である。 （Ａ）は、変形例１に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線における断面図である。 （Ａ）は、図１に示した半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た概略構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例２に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例３に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＢ−ＸＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例４に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例５に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例６に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例７に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例８に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＶＢ−ＸＶＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例９に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線における断面図である。 （Ａ）は、変形例１０に係る半導体レーザ素子をｐ側電極の側から見た構成を表す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢ線における断面図である。
以下、本開示の実施の形態について、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．実施の形態（ｐ側電極の上面に、両方の共振器端面の近傍に非金属膜が設けられている例）
２．変形例１（非金属膜が一方の共振器端面から他方の共振器端面まで延在している例）
３．変形例２（非金属膜が片方の共振器端面の近傍に設けられている例）
４．変形例３（非金属膜が、鋭角のない面内形状を有している例）
５．変形例４（非金属膜が、面内方向に分割された形状を有している例）
６．変形例５（非金属膜の厚みを面内方向に変化させた例）
７．変形例６（非金属膜が糊により貼付されている例）
８．変形例７（ｐ側コンタクト層およびｐ側パッド層の両方の端面が、共振器端面と同じ位置にある例）
９．変形例８（ｐ側コンタクト層およびｐ側パッド層の両方の端面が、共振器端面から後退した位置にある例）
１０．変形例９（ｐ側コンタクト層の端面は共振器端面と同じ位置にあり、ｐ側パッド層の端面は共振器端面から後退した位置にあり、ｐ側パッド層の端面と非金属膜の端面とが離れている例）
１１．変形例１０（ｐ側コンタクト層およびｐ側パッド層の両方の端面が共振器端面から後退した位置にあり、ｐ側パッド層の端面と非金属の端面とが離れている例）
図１は、本開示の一実施の形態に係る半導体レーザ素子の全体構成を表したものである。図２（Ａ）は、この半導体レーザ素子１をｐ側電極の側から見た平面構成を表し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線における断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１は、例えば、パーソナルコンピュータや家庭用ゲーム機などのＢＤ記録および再生用レーザとして用いられる発振波長約５００ｎｍ以下、例えば４００ｎｍ前後の青・青紫半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１は、例えば、ＧａＮよりなる基板１１の一面側（上面）に、半導体積層構造１０およびその上のｐ側電極２０よりなるレーザ構造部２を有している。基板１１の他面側（下面）にはｎ側電極３０が設けられている。
半導体積層構造１０は、基板１１にｎ型半導体層１２，活性層１３およびｐ型半導体層１４がこの順に積層された構成を有している。ｐ型半導体層１４には、電流狭窄をするため帯状の突条部１５が設けられており、突条部１５に対応する活性層１３の領域が発光領域となっている。突条部１５の両側には、絶縁層１６が設けられている。半導体積層構造１０の、突条部１５の長さ方向（以下、共振器方向という。）において対向する一対の側面は、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒとなっている。
ｐ側電極２０は、ｐ型半導体層１４の上に設けられている。ｐ側電極２０は、例えば、ｐ側半導体層１４の側から、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２をこの順に有している。ｐ側コンタクト電極２１は、ｐ型半導体層１４の突条部１５の上面に電気的に接続されている。ｐ側パッド電極２２は、ワイヤーボンディング接続のためのものであり、ｐ側コンタクト電極２１より大きい面積で設けられている。
ｐ側コンタクト電極２１は、例えば、一方の共振器端面１０Ｆから他方の共振器端面１０Ｒまで延在している。つまり、ｐ側コンタクト電極２１の端面２１Ａは、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒと同じ位置にある。一方、ｐ側パッド電極２２の端面２２Ａは、共振器端面１０Ｆ、１０Ｒよりも内側に設けられている。このようにｐ側パッド電極２２の端面２２Ａを内側に後退させることにより、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒ近傍のｐ側電極２０の厚みを薄くして、劈開時にｐ側電極２０が剥がれたり、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒに垂れ下がったりするのを抑えることが可能となる。
レーザ構造部２の上面のうち共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの位置を含む領域には、非金属膜４０が設けられている。非金属膜４０は、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料により構成されている。これにより、この半導体レーザ素子１では、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの熱拡散を促進することが可能となっている。
非金属膜４０は、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２よりなるｐ側電極２０の上に、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの各々の位置から共振器方向に延在している。非金属膜４０は、半導体積層構造１０およびｐ側電極２０よりも上層に設けられ、半導体レーザ素子１における最上層をなしている。非金属膜４０の、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒからの共振器方向における面内寸法Ｌ４０は、特に限定されないが、例えば、後述する製造工程における劈開面の位置ずれ等を考慮すると、１ｕｍ以上であることが望ましい。
非金属膜４０を構成する非金属材料は、ｐ側電極２０の材料よりも脆性であることが好ましい。これにより、劈開時に非金属膜４０が剥がれたり、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒに垂れ下がったりするのを抑えることが可能となる。
また、非金属膜４０を構成する非金属材料は、ｐ側電極２０の材料よりも高抵抗であることが好ましい。電流の流れるパスはｐ側電極２０により規定する一方、それとは独立して非金属膜４０による熱拡散経路を設けることが可能となり、設計の自由度を高めることが可能となる。
具体的には、非金属膜４０を構成する非金属材料は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon）からなる群のうちの少なくとも１種であることが好ましい。これらの材料は上述した脆性、高熱伝導率、高抵抗を兼ね備えているからである。非金属膜４０の厚みは、特に限定されないが、例えば数１０ｎｍ以上であることが望ましい。
なお、一対の共振器端面１０Ｆ，１０Ｒには、一対の反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒ（図１には図示せず、図２参照。）がそれぞれ設けられている。これら一対の反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒのうち一方の反射鏡膜５０Ｆの反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜５０Ｒの反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層１３において発生した光は一対の反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒの間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜５０Ｆからレーザビームとして出射するようになっている。反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒは、半導体積層構造１０，絶縁層１６，ｐ側電極２０，ｎ側電極３０および非金属膜４０の端面を被覆しているが、反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒの端部が非金属膜４０の上面の一部にかかっていてもよい（図２（Ａ）では図示せず、図２（Ｂ）参照。図７ないし図１７も同様。）。
以下、上述した各層の厚みおよび材料について説明する。基板１１は、例えば、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。
ｎ型半導体層１２は、例えば、基板１１の側から、ｎ型クラッド層およびｎ側ガイド層をこの順に有している。ｎ型クラッド層は、例えば、積層方向における厚さ（以下、単に厚さという。）が２．５μｍ〜２．６μｍであり、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｎ側ガイド層は、例えば、厚さが０．２１μｍであり、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。
活性層１３は、例えば、厚さが０．０５６μｍであり、組成の異なるＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ｎ（但し、ｘ≧０）混晶によりそれぞれ形成された井戸層と障壁層との多重量子井戸構造を有している。
ｐ型半導体層１４は、例えば、基板１１の側から、ｐ側ガイド層，電子障壁層, ｐ型クラッド層およびｐ側コンタクト層をこの順に有している。ｐ側ガイド層は、例えば、厚さが０．１９μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。電子障壁層は、例えば、厚さが０．０２μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。ｐ型クラッド層は、例えば、厚さが０．３８μｍであり、ＡｌＧａＮ混晶層とｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮ層との超格子構造を有している。ｐ側コンタクト層は、例えば、厚さが０．１０μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。
絶縁層１６は、横モードの制御を行うためのものであり、ＺｒＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＨｆＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｎＯなどの高屈折率を有する誘電体材料により構成されている。
ｐ側電極２０のｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２は、いずれも金属により構成され、ｐ型半導体層１４と電気的に接続されている。ｐ側コンタクト電極２１は、例えば、ｐ型半導体層１４の側からパラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有している。ｐ側パッド電極２２は、例えば、金（Ａｕ）により構成されている。
ｎ側電極３０は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、基板１１を介してｎ型半導体層１２と電気的に接続されている。
一対の反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒは、反射率によって膜構成が異なり、主出射側端面（フロント端面）１０Ｆの反射鏡膜５０Ｆは、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）単層により構成されている。後方端面（リア端面）１０Ｆの反射鏡膜５０Ｒは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）／酸化チタン（ＴｉＯ２）などの多層膜により構成されている。
この半導体レーザ素子１は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、例えば、ＧａＮよりなる基板１１を用意し、この基板１１の表面に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、上述した材料よりなるｎ型半導体層１２，活性層１３およびｐ型半導体層１４を成長させ、半導体積層構造１０を形成する。
次いで、ｐ側半導体層１４上にエッチング用のマスクを形成し、例えばドライエッチングにより、ｐ側半導体層１４の厚み方向の一部を削除して帯状の突条部１５を形成する。続いて、突条部１５の側面に、上述した材料よりなる絶縁層１６を形成する。
そののち、図３（Ａ）に示したように、絶縁層１６およびｐ側半導体層１４の上に、ｐ側コンタクト層２１およびｐ側パッド電極２２を積層して、ｐ側電極２０を形成する。このとき、例えば、ｐ側コンタクト電極２１は、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの形成予定位置（劈開位置）１０Ｃを超えて、共振器方向において隣接する複数の半導体レーザ素子１に共通に連続して形成する。一方、ｐ側パッド電極２２は、個々の半導体レーザ素子１ごとに、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの形成予定位置（劈開位置）１０Ｃよりも内側に形成する。これにより、半導体積層構造１０およびその上のｐ側電極２０よりなるレーザ構造部２が形成される。
ｐ側電極２０を形成したのち、図３（Ｂ）に示したように、レーザ構造部２の上面のうち共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの形成予定位置（劈開位置）１０Ｃを含む領域に、例えば蒸着またはスパッタにより、上述した材料よりなる非金属膜４０を形成する。
また、同じく図３（Ｂ）に示したように、基板１１の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングして基板１１の厚さを例えば１００μｍ程度としたのち、基板１１の下面（裏面）にｎ側電極３０を形成する。
そののち、図４（Ａ）に示したように、劈開を行い、一対の共振器端面１０Ｆ，１０を形成し、個々の半導体レーザ素子１を分離する。このように非金属膜４０の形成後に劈開を行うことにより、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの直上に、一定の厚みおよびボリュームの非金属膜４０を安定的に形成することが可能となる。特に、半導体レーザ素子１の材料が窒化ガリウム系化合物半導体である場合には、劈開性が非常に悪いので、劈開面の位置がずれやすい。この場合、想定されるずれ量よりも、非金属膜４０の面内寸法Ｌ４０を十分に大きくしておくことにより、劈開面のずれが発生しても共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの直上に安定して非金属膜４０を形成することが可能となる。
劈開を行ったのち、図４（Ｂ）に示したように、一対の共振器端面１０Ｆ，１０Ｒに、適宜、端面コーティングを施し、反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒを形成する。反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒの一部は非金属膜４０の上面に回り込んでもよい。なお、反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒの回り込みによる熱拡散は、以下の制限があり、大きな効果を期待することは難しい。その制限とは、（１）端面コーティング厚みは光学条件で決定され、厚みの制限があること、（２）光学的に透明な材料しか使用できないこと、および（３）回り込みのため厚みが安定しないことである。従って、本実施の形態のように反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒとは別に非金属膜４０を形成するのが効果的である。以上により、図１に示した半導体レーザ素子１が完成する。
この半導体レーザ素子１では、ｎ側電極３０とｐ側電極２０との間に所定の電圧が印加されると、活性層１３に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、一対の反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒにより反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、レーザ構造部２０の上面のうち共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの位置を含む領域に、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料よりなる非金属膜４０が設けられている。共振器端面１０Ｆ，１０Ｒで発生した熱は、ｐ側電極２０（本実施の形態ではｐ側コンタクト電極２１）を介し、更にその上の非金属膜４０に熱拡散する。よって、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの温度上昇が抑えられ、結果として寿命の低下が抑制される。
これに対して従来では、端面の発熱を抑えるため、ｐ側電極を劈開面上いっぱいまで形成するようにしていたので、劈開時にｐ側電極が引っ張られて、図５に示したように、ｐ側電極１２０の剥がれ１２０Ａが生じて熱はけが悪化したり、図６に示したように、端面１１０Ｆへの垂れ下がり１２０Ｂが発生してレーザビームＬＢの進行を阻害したりしていた。また、ｐ側電極の剥がれや垂れを防止するためにｐ側電極を劈開面より後退させるようにした場合には、共振器端面で発生した熱が拡散されないので、端面の温度上昇が抑えられなくなっていた。なお、図５および図６では、図１ないし図３に対応する構成要素には１００番台の同一の符号を付している。
このように本実施の形態では、レーザ構造部２の上面のうち共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの位置を含む領域に、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料よりなる非金属膜４０を設けるようにしたので、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの熱拡散を促進し、寿命の低下を抑え、更に高出力化が可能となる。非金属膜４０を構成する非金属材料の熱伝導率が高ければ高い程、この効果を大きくすることが可能である。
また、非金属膜４０を構成する非金属材料が、ｐ側電極２０の材料よりも脆性であるようにしたので、非金属膜４０の剥がれや垂れ下がりを抑えることが可能となる。
更に、ｐ側コンタクト電極２１の端面２１Ａを共振器端面１０Ｆ，１０Ｒと同じ位置に設け、ｐ側パッド電極２２の端面２２Ａを、共振器端面１０Ｆ、１０Ｒよりも内側に設けるようにしたので、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒ近傍のｐ側電極２０の厚みを薄くすることが可能となる。よって、ｐ側電極２０の剥がれや垂れ下がりを抑えながら、非金属膜４０により熱拡散を促進し、寿命の低下を抑える効果を更に高めることが可能となる。
加えて、非金属膜４０を構成する非金属材料が、ｐ側電極２０の材料よりも高抵抗であるようにしたので、電流の流れるパスはｐ側電極２０により規定する一方、それとは独立して非金属膜４０による熱拡散経路を設けることが可能となり、設計の自由度を高めることが可能となる。
以下、非金属膜４０に関する変形例１〜６について説明する。
（変形例１）
図７は、変形例１に係る半導体レーザ素子１Ａの上面構成および断面構成を表したものである。上記実施の形態では、図８に概略的に示したように、非金属膜４０が、発熱の大きい共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの近傍のみに設けられている場合について説明した。これに対して、本変形例は、非金属膜４０を、図７に示したように、ワイヤーボンディング用の開口４１を除いて、一方の共振器端面１０Ｆから他方の共振器端面１０Ｒまで共振器方向の全部に亘って設けるようにしたものである。これにより、大面積の非金属膜４０による効率の良い熱拡散を行うことが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ａは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
（変形例２）
図９は、変形例２に係る半導体レーザ素子１Ｂの上面構成および断面構成を表したものである。本変形例は、非金属膜４０を、片方の共振器端面１０Ｆまたは１０Ｒの近傍に設けるようにしたものである。半導体レーザでは、一方の端面からの発光効率を上げるため、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの反射率を各々別の値となるように反射鏡膜５０Ｆ，５０Ｒを形成する場合がある。その際に、発熱の大きくなるほうの共振器端面１０Ｆまたは１０Ｒに非金属膜４０を設けることにより、当該共振器端面１０Ｆまたは１０Ｒの熱拡散を促進し、温度上昇を抑えることが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｂは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
（変形例３）
図１０は、変形例３に係る半導体レーザ素子１Ｃの上面構成および断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１Ｃは、非金属膜４０の面内形状を、鋭角を持たない形状としたものである。図１０に示したような楕円または円に限らず、四角形や三角形の角を落とした形状であってもよい。非金属膜４０が大きな応力を持つ材料により構成されている場合には、その非金属膜４０自身や下地材料にクラックが生じるおそれがあり、特に鋭角となる部分には応力が集中しやすく、クラックが発生しやすい。非金属膜４０を、鋭角のない平面形状とすることにより、非金属膜４０内の応力を緩和し、非金属材料が大きな応力をもつ材料であってもクラックを抑えることが可能となり、材料選択性を上げることが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｃは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
（変形例４）
図１１は、変形例４に係る半導体レーザ素子１Ｄの上面構成および断面構成を表したものである。本変形例は、非金属膜４０を格子状のスリット４２により面内方向に分割したものである。分割した部分（スリット４２）において膜内の応力が開放されるので、変形例３と同様にクラックを抑えることが可能となり、材料選択性を上げることが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｄは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
（変形例５）
図１２は、変形例５に係る半導体レーザ素子１Ｅの上面構成および断面構成を表したものである。本変形例は、非金属膜４０の厚みを面内方向に変化させるようにしたものである。応力の高い膜を使用した場合には、ボリュームが大きくなるほどクラックが発生しやすくなる。図１２に示したように、非金属膜４０に、発熱の大きい共振器端面１０Ｆ，１０Ｒ近傍だけ厚みを大きくした厚膜部４３を設けることにより、熱拡散の効率を高くしながら、クラックを抑制することが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｅは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
（変形例６）
図１３は、変形例６に係る半導体レーザ素子１Ｆの上面構成および断面構成を表したものである。この半導体レーザ素子１Ｆは、膜本体４４の片面に貼付用の糊４５を設けたシール状の非金属膜４０を有するものである。このように非金属膜４０は蒸着またはスパッタ以外の方法で形成することも可能である。また、非金属膜４０は、固体である必要はなく、液体あるいはゲル状でもよい。例えば液体またはゲル状の樹脂を塗布したのち乾燥させて溶媒を除去することにより非金属膜４０を形成することも可能である。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｆは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
続いて、ｐ側電極２０に関する変形例７〜１０について説明する。
（変形例７）
図１４は、変形例７に係る半導体レーザ素子１Ｇの上面構成および断面構成を表したものである。上記実施の形態では、図２に示したように、ｐ側コンタクト電極２１の端面２１Ａは、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒと同じ位置にあるが、ｐ側パッド電極２２の端面２２Ａは、共振器端面１０Ｆ、１０Ｒから離れた（内側に後退した）位置に設けられている場合について説明した。これに対して、本変形例は、図１４に示したように、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２の両方が一方の共振器端面１０Ｆから他方の共振器端面１０Ｒまで延在しているものである。つまり、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２の両方の端面２１Ａ，２２Ａが、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒと同じ位置に設けられている。ここでは、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２により共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの熱拡散が行われるが、更に上部の非金属膜４０によってその効率を高めることが可能となり、より高出力化が可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｇは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
（変形例８）
図１５は、変形例８に係る半導体レーザ素子１Ｈの上面構成および断面構成を表したものである。本変形例は、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２の両方の端面２１Ａ，２２Ａを、共振器端面１０Ｆ、１０Ｒから離れた（内側に後退した）位置に設けるようにしたものである。非金属膜４０の一部は、半導体積層構造１０の上面のうちｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２の端面２１Ａ，２２Ａと共振器端面１０Ｆ，１０Ｒとの間の領域に設けられている。非金属膜４０の残部は、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２よりなるｐ側電極２０の上面に設けられている。本変形例では、ｐ側電極２０を介さず非金属膜４０により直接共振器端面１０Ｆ，１０Ｒの熱拡散を促進すると共に、ｐ側電極２０の剥がれや垂れ下がりを確実に抑えることが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｈは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
なお、変形例８において、ｐ側コンタクト電極２１の端面２１Ａと、ｐ側パッド電極２２の端面２２Ａとは、必ずしも揃っている必要はなく、共振器方向にずれた位置にあってもよい。
（変形例９）
図１６は、変形例９に係る半導体レーザ素子１Ｉの上面構成および断面構成を表したものである。本変形例では、ｐ側コンタクト電極２１の端面２１Ａは、共振器端面１０Ｆ，１０Ｒと同じ位置にあるが、ｐ側パッド電極２２の端面２２Ａは、共振器端面１０Ｆ、１０Ｒから離れた（内側に後退した）位置に設けられている。ｐ側パッド層２２の端面２２Ａと、非金属膜４０の端面４０Ａとは離れており、両者の間には隙間Ｇがある。このようにすることにより、ｐ側パッド電極２２と非金属膜４０とが接触することで変質する可能性がある場合に、そのような変質を抑えることが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｉは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
（変形例１０）
図１７は、変形例１０に係る半導体レーザ素子１Ｊの上面構成および断面構成を表したものである。本変形例は、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２の両方の端面２１Ａ，２２Ａが、共振器端面１０Ｆ、１０Ｒから離れた（内側に後退した）位置に設けられている。ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド層２２の端面２１Ａ，２２Ａと、非金属膜４０の端面４０Ａとは離れており、両者の間には隙間Ｇがある。このようにすることにより、ｐ側コンタクト電極２１およびｐ側パッド電極２２と非金属膜４０とが接触することで変質する可能性がある場合に、そのような変質を抑えることが可能となる。このことを除いては、この半導体レーザ素子１Ｊは、上記実施の形態と同様の構成、作用および効果を有し、上記実施の形態と同様にして製造することができる。
なお、以上の非金属膜４０に関する変形例１〜６と、ｐ側電極２０に関する変形例７〜１０とは、任意に組み合わせることで、複数の効果を同時に得ることが可能である。
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態では、ｎ型半導体層１２，活性層１３およびｐ側半導体層１４をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明したが、ＭＯＶＰＥ法等の他の有機金属気相成長法により形成してもよく、あるいは、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法等を用いてもよい。
加えて、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子１の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
更にまた、本開示は、上記実施の形態で説明したようなＩＩＩ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）とＶ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成された青・青紫半導体レーザに限らず、より高出力のものや他の発振波長または他の材料系のものにも適用可能である。
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
基板にｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層をこの順に有する半導体積層構造、並びに前記ｐ型半導体層の上のｐ側電極を有するレーザ構造部と、
前記半導体積層構造の対向する二つの側面に設けられた一対の共振器端面と、
周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料により構成され、前記レーザ構造部の上面のうち前記共振器端面の位置を含む領域に設けられた膜と
を備えた半導体レーザ素子。
（２）
前記非金属材料が、前記ｐ側電極の材料よりも脆性である
前記（１）記載の半導体レーザ素子。
（３）
前記非金属材料が、前記ｐ側電極の材料よりも高抵抗である
前記（１）または（２）記載の半導体レーザ素子。
（４）
前記非金属材料は、ＡｌＮ，ＳｉＣ，ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンからなる群のうちの少なくとも１種である
前記（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（５）
前記膜の面内形状が、細分化されている
前記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（６）
前記膜の厚みが、面内で変化している
前記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（７）
前記ｐ側電極は、前記共振器端面よりも内側に端面を持ち、
前記膜の少なくとも一部は、前記半導体積層構造の上面のうち前記ｐ側電極の端面と前記共振器端面との間の領域に設けられている
前記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（８）
前記ｐ側電極は、前記一対の共振器端面の一方から他方まで延在し、
前記膜は、前記ｐ側電極の上面に設けられている
前記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（９）
前記ｐ側電極の厚みが、前記共振器端面の近傍で薄くなる
前記（８）記載の半導体レーザ素子。
（１０）
前記半導体積層構造は、窒化ガリウム系化合物半導体により構成されている
前記（１）ないし（９）のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
（１１）
基板にｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層をこの順に有する半導体積層構造、並びに前記ｐ型半導体層の上のｐ側電極を有するレーザ構造部を形成する工程と、
前記レーザ構造部の上面のうち共振器端面の形成予定位置を含む領域に、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料よりなる膜を形成する工程と、
前記膜を形成したのちに、前記半導体積層構造の対向する二つの側面を劈開することにより一対の共振器端面を形成する工程と
を含む半導体レーザ素子の製造方法。
１…半導体レーザ素子、２…レーザ構造部、１０…半導体積層構造、１０Ｆ，１０Ｒ…共振器端面、１１…基板、１２…ｎ型半導体層、１３…活性層、１４…ｐ型半導体層、１５…突条部、１６…絶縁層、２０…ｐ側電極、２１…ｐ側コンタクト電極、２２…ｐ側パッド電極、３０…ｎ側電極、４０…非金属膜、５０Ｆ，５０Ｒ…反射鏡膜

Claims (11)

  1. 基板にｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層をこの順に有する半導体積層構造、並びに前記ｐ型半導体層の上のｐ側電極を有するレーザ構造部と、
    前記半導体積層構造の対向する二つの側面に設けられた一対の共振器端面と、
    周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料により構成され、前記レーザ構造部の上面のうち前記共振器端面の位置を含む領域に設けられた膜と
    を備えた半導体レーザ素子。
  2. 前記非金属材料が、前記ｐ側電極の材料よりも脆性である
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記非金属材料が、前記ｐ側電極の材料よりも高抵抗である
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記非金属材料は、ＡｌＮ，ＳｉＣ，ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンからなる群のうちの少なくとも１種である
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  5. 前記膜の面内形状が、細分化されている
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  6. 前記膜の厚みが、面内で変化している
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  7. 前記ｐ側電極は、前記共振器端面よりも内側に端面を持ち、
    前記膜の少なくとも一部は、前記半導体積層構造の上面のうち前記ｐ側電極の端面と前記共振器端面との間の領域に設けられている
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  8. 前記ｐ側電極は、前記一対の共振器端面の一方から他方まで延在し、
    前記膜は、前記ｐ側電極の上面に設けられている
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  9. 前記ｐ側電極の厚みが、前記共振器端面の近傍で薄くなる
    請求項８記載の半導体レーザ素子。
  10. 前記半導体積層構造は、窒化ガリウム系化合物半導体により構成されている
    請求項１記載の半導体レーザ素子。
  11. 基板にｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層をこの順に有する半導体積層構造、並びに前記ｐ型半導体層の上のｐ側電極を有するレーザ構造部を形成する工程と、
    前記レーザ構造部の上面のうち共振器端面の形成予定位置を含む領域に、周囲気体よりも熱伝導率の高い非金属材料よりなる膜を形成する工程と、
    前記膜を形成したのちに、前記半導体積層構造の対向する二つの側面を劈開することにより一対の共振器端面を形成する工程と
    を含む半導体レーザ素子の製造方法。
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