JP2013225667A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、半導体レーザ装置において、ＣＯＤ及び光出力急速低下を抑制することを課題とする。
【解決手段】半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１００Ａと、支持部材２００と、を備える。半導体レーザ素子１００ａは、第１電極１３と、基板１１と、出射面及び反射面を有する半導体構造１２と、第２電極１５と、パッド１６と、を順に備える。半導体レーザ素子１００Ａは、接続部材３００を介して、パッド１６の側で支持部材２００と接続されている。第２電極１５の出射側端部は半導体構造１２の出射面から離間しており、パッド１６の出射側端部は第２電極１５の出射側端部よりも外側にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持部材及び半導体レーザ素子を備える半導体レーザ装置に関する。
半導体レーザ素子に高電流を流す場合、端面破壊（Catastrophic Optical Damage；ＣＯＤ）を生じることがある。ＣＯＤとは、端面が所定の光出力以上で溶解することにより半導体レーザ素子が破壊され、レーザ発振が停止する不可逆的な現象である。
一方、半導体レーザ素子の一例として、活性層に電流を供給する「オーミック電極」の共振器方向の長さを共振器の長さよりも短くしたものが知られている（例えば特許文献１）。この構造では、端面近傍に電流が慣れない領域を形成することができるので、ＣＯＤの抑制が期待できる。
特開平１１−３４０５７３号公報
しかしながら、本発明者等の検討によると、「オーミック電極」を共振器の長さよりも短くしただけでは、ＣＯＤは抑制されるものの、ＣＯＤに至る前に光出力が急速に低下する現象（以下「光出力急速低下」という）が生じることがわかった。光出力急速低下は、ＣＯＤと共に、半導体レーザ素子の高出力化においては大きな課題となる。なお、光出力急速低下はレーザ素子を破壊しない可逆的な現象のため、端面の破壊がおこるＣＯＤとは異なる現象である。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザ装置において、ＣＯＤ及び光出力急速低下を抑制することを課題とする。
一態様に係る半導体レーザ装置は、第１電極と、基板と、出射面及び反射面を有する半導体構造と、第２電極と、該第２電極上に設けられたパッドと、を順に備え、
前記第２電極が、前記半導体構造に前記反射面から出射面に至る光導波路が形成されるように前記半導体構造の表面のストライプ状の領域で接触する半導体レーザ素子と、接続部材を介して、前記パッドに接続された支持部材と、を備えた半導体レーザ装置である。
そして、その半導体レーザ装置において、前記第２電極の出射側端部は、前記半導体構造の出射面から離間しており、前記パッドは、前記第２電極の出射側端部を前記出射面側に越えて前記半導体構造上に延在するように設けられており、前記パッドは、前記ストライプ状の領域の上方で前記第２電極と接触している。
実施形態１に係る半導体レーザ装置の断面図である。 実施形態１に用いられる半導体レーザ素子を説明するための図である。 実施形態２に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子の平面図である。 実施形態３に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子の平面図である。 比較例１に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子の平面図である。 比較例２に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子の平面図である。 実施例１に係る半導体レーザ装置の（ａ）光出力急速低下及び（ｂ）ＣＯＤを示すＩ−Ｌ測定結果である。 比較例１に係る半導体レーザ装置の（ａ）光出力急速低下及び（ｂ）ＣＯＤを示すＩ−Ｌ測定結果である。 実施例２に係る半導体レーザ装置の（ａ）光出力急速低下及び（ｂ）ＣＯＤを示すＩ−Ｌ測定結果である。 実施例３に係る半導体レーザ装置の光出力急速低下を示すＩ−Ｌ測定結果である。 比較例２に係る半導体レーザ装置の光出力急速低下を示すＩ−Ｌ測定結果である。 光出力急速低下を説明するためのＩ−Ｌ測定結果である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。
ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の位置や大きさ等は、説明を明確にするため誇張していることがある。同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。
［実施形態１］
本実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図を図１に、それに用いられる半導体レーザ素子１００Ａを説明するための図を図２（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ示す。図２（ａ）は半導体レーザ素子１００Ａをパッド１６側からみた平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）の一点鎖線Ｙ−Ｙにおける断面図である。
半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１００Ａと、支持部材２００と、を備える。半導体レーザ素子１００ａは、第１電極１３と、基板１１と、出射面（図１、２の上方に配される端面）及び反射面（図１の下方に配される端面）を有する半導体構造１２と、第２電極１５と、パッド１６と、を順に備える。支持部材２００は、接続部材３００を介して、半導体レーザ素子のパッド１６と接続されている。ここで、第２電極１５は、半導体構造１２に反射面から出射面に至る光導波路が形成されるように半導体構造の表面のストライプ状の領域で接触する。例えば、図１等に示す実施形態１の半導体レーザ装置では、半導体構造１２の上面にストライプ状のリッジ１２aが形成され、前記第２電極１５は、リッジ１２aの上面で半導体構造１２と接触(オーミック接触)する。また、第２電極１５の出射側端部は半導体構造１２の出射面から離間しており、パッド１６の出射側端部は第２電極１５の出射側端部よりも外側（出射側）にある。
すなわち、パッド１６は、第２電極１５の出射側端部を前記出射面側に越えて前記半導体構造上に延在するように設けられており、前記パッド１６の出射側端部は、第２電極１５の出射側端部と出射面上端の間、または出射面上端上に位置している。
さらに、パッド１６は、第２電極１５が接触するストライプ状領域の上方で第２電極１５と接触するように形成されている。
なお、図２（ａ）では、理解を容易にするために、第２電極１５の形成領域を網掛で示している（図３〜６においても第２電極１５の形成領域を網掛で示している）。
これにより、ＣＯＤ及び光出力急速低下が抑制された半導体レーザ装置とすることができる。
以下、この点について詳細に説明する。
一般に、光導波路にはその長手方向の全域に電流を供給することが好ましいとされており、第２電極１５は半導体構造１２の出射面又はその近傍まで延在させる場合が多い。しかし、第２電極１５を半導体構造１２の出射面又はその近傍まで設けると、出射面近傍に電流が流れ発熱する結果、ＣＯＤが発生し易くなるという問題が生じる。そこで、半導体レーザ素子１００Ａでは、第２電極１５の出射側端部を半導体構造１２の出射面から離間させることにより、ＣＯＤの発生を抑制することを可能としている。しかし、第２電極１５の出射側端部を半導体構造１２の出射面から単純に離間させると、出射側に第２電極１５が設けられていない領域（以下「離間領域」と言う）が大きくなる結果、放熱性が悪化し光出力急速低下が生じてしまう。そこで、半導体レーザ素子１００Ａでは、図２（ａ）等に示すように、パッド１６の出射側端部を第２電極１５の出射側端部よりも外側に設ける（つまり、パッド１６を、その出射側端部が第２電極１５の出射側端部よりも外側に位置するように設ける（つまり、パッド１６の出射側端部が出射側離間領域、または出射面の上端に達するようにパッド１６を形成する）ことにより、出射側離間領域における放熱性を向上させてＣＯＤだけでなく光出力急速低下をも抑制することを可能としている。
ここで、光出力急速低下について詳細に説明する。
図１２に、光出力急速低下を説明するために作製した半導体レーザ装置の通電結果（Ｉ−Ｌ（電流−光出力）特性）を示す。この半導体レーザ装置では、図１２に示すように、電流が１９００ｍＡに達するまでは正常に動作しているが、電流が１９００ｍＡに達すると光出力が急速に低下し、電流が１９００ｍＡよりも大きくなるとレーザ発振はしているもののその光出力は低く徐々に低下している。このような光出力の急速な低下はＣＯＤと似ているが、端面の破壊はなく、測定を何度繰り返しても同じＩ−Ｌ特性が得られる（実際に同条件で９回測定したが、全て図１２と同じＩ−Ｌ特性を示した。つまり、この光出力急速低下は可逆的な現象である）。このメカニズムは次のように考えられる。半導体レーザ素子を通電させると、レーザ発振が始まる前は、光導波路中央部（光導波路延伸方向に垂直な方向の断面中央）にキャリア密度が集中する。レーザ発振がはじまると、光導波路中央部の誘導放出の割合が増加するので、光導波路中央部のキャリア密度の増加が抑制され、光導波路端部のキャリア密度が相対的に増加する。
一方で、通電により半導体レーザ素子内では発熱がひきおこされ、共振器方向で熱の偏りが発生する。このとき、出射側離間領域の発熱が大きくなると、その部分の電圧が低下し、共振器方向で電圧の分布が発生する。そのため、共振器方向で相対的に電圧が低下した出射側離間領域へ電流が局所的に集中してしまう。この電流の局所的な集中が光出力急速低下をひきおこす要因である。さらに詳細に説明すると、電流が局所的に集中した出射側離間領域部分の光導波路中央部では、誘導放出割合がさらに増加するとともにキャリアの消費量が多くなり、おそらくキャリア密度そのものも低下してしまうものと考えられる。それと同時に出射側離間領域部分の温度も急激に上昇し、発振に必要なキャリア密度（利得）も増加してしまう。その結果として、１９００ｍＡにおいて、光導波路中央部では発振に必要なキャリア密度が足りなくなるため発振が停止し、光出力急速低下が発生する。
また、光導波路中央部での発振は停止してしまうが、相対的にキャリア密度が高い光導波路端部での発振は継続されるため、ＣＯＤのように発振が完全に止まるのではなく低出力のまま維持される（２０００ｍＡ）。なお、光出力急速低下が生じるタイミングと同じタイミングで電圧が若干低下することから、光導波路中央部において大部分のキャリアがオーバーフローしているものと考えられる。
以下、本実施形態に係る半導体レーザ装置を構成する、半導体レーザ素子１００Ａ、支持部材２００などについて説明する。
（半導体レーザ素子１００Ａ）
半導体レーザ素子１００Ａは、基板１１と、半導体構造１２と、を有する。基板１１側には、第１電極１３が形成され、半導体構造１２側には、第２電極１５と、パッド１６と、が順に形成されている。
基板１１、半導体構造１２には種々の材料を用いることができる。半導体構造１２が窒化物半導体からなる場合は、基板１１も窒化物半導体とすることが好ましい。なお、「窒化物半導体」とは窒素を含む半導体であり、典型的にはＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で示すことができる。半導体構造１２は、例えば、基板１１側から、下部クラッド層、下部ガイド層、活性層、上部ガイド層、上部クラッド層及び上部コンタクト層を順に備えることができる（図示せず）。また、本実施形態においては、半導体構造１２の上側に、リッジ１２ａとしてストライプ状の凸部を設け、リッジ１２ａの上面のみに第２電極を接触させ且つ、それ以外の領域に低屈折率の絶縁膜１４を設けている。これにより、キャリアをリッジ下部に制限できると共に、屈折率差により光をリッジ下部に閉じ込めることが可能となり、第２電極が接触するリッジ１２ａ上面の直下の活性層を含む光導波路が形成される。この光導波路の光導波方向はリッジ１２ａの長手方向に平行である。尚、本実施形態１ではリッジ１２ａを形成して、第２電極がリッジ１２ａ上面に接するように形成して光導波路を形成するようにしたが本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第２電極１５を、リッジ１２ａを形成することなく半導体構造１２の上面に直接ストライプ状の領域で接触するように形成してもよい。
半導体レーザ素子１００ａには、多重横モードの半導体レーザ素子を採用することができる。一般に、多重横モードの半導体レーザ素子は光導波領域の幅が広い（所謂ワイドストライプ）ので、電流密度の低下によりＣＯＤをより抑制することができる。また、ワイドストライプのレーザ素子は、電極との接触面積が大きくなることで、電圧が低下し共振器長方向の電圧差が小さくなるので、電流集中が起こりにくくなり光急速低下を低減させることができる。そのため、本実施形態において多重横モードの半導体レーザ素子を採用した場合は、ＣＯＤだけでなく光出力急速低下も抑制されるので好ましい。
一方、ストライプ幅が広すぎると利得導波のレーザチップに近づき横方向の光閉じ込めが弱くなりすぎ閾値電流密度が上昇してしまう。このような理由により、ストライプ幅は、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以上５０μ以下、さらに好ましくは２０μｍ以上４０μ以下とすることができる。
半導体構造１２は、レーザ光を出射する側に設けられた出射面と、レーザ光を反射する側に設けられた反射面と、を有する。図１及び図２では、上側（出射側）に出射面が形成され、下側（反射側）に反射面が形成されている。出射面及び反射面は劈開又はエッチングで形成することができる。第２電極１５が半導体構造１２と接触する領域、及びリッジ１２ａは各面と交わる方向（好ましくは各面と略垂直となる方向）に延伸している。
絶縁膜１４は、埋込膜とも称されるものであり、半導体構造１２の上側において、第２電極が直接接しない領域を被覆することができる。これにより、半導体構造１２の上側における第２電極が直接接しない領域と、パッド１６と、を電気的に絶縁させることができる。また、絶縁膜１４は、光をリッジ内に閉じ込めやすくするために半導体構造１２よりも低い屈折率を有する。その材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｚｒ、Ａｌ又はＺｎの酸化物、窒化物又は酸窒化物の少なくとも１つを含めることができる。
第２電極１５は、半導体構造１２の上面に設けられる電極（所謂オーミック電極）であり、典型的にはｐ電極とすることができる。図２等に示すように、本実施形態では、第２電極１５はリッジ１２ａ上面に部分的に設けられている。なお、第２電極１５を形成する領域はリッジ１２ａ上面に限られず、絶縁膜１４を介して、リッジ１２ａの両側に延在させることもできる。第２電極１５の材料としては、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ又はＩＴＯの少なくとも１つを含めることができる。その膜厚としては、５ｎｍ以上２μｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。
パッド１６は、第２電極１５と電気的に接続されるものであり、最終的に外部と接続される。パッド１６の材料としては、熱伝導率に優れた金属材料とすることができ、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｗの少なくとも一つを含めることができる。半導体レーザ素子１００Ａでは、パッド１６が、第２電極１５の反射側の一部を除く領域を覆うように形成されている。パッド１６の膜厚としては、０．１μｍ以上５ｍμｍ以下、好ましくは０．３μｍ以上２μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以上１．５μｍ以下とすることができる。
本実施形態では、パッド１６の出射側端部が第２電極１５の出射側端部よりも外側（出射側）にくるように形成されている一方、パッド１６の反射側端部は第２電極１５の反射側端部よりも内側（出射側）にくるように形成されている。
ここでは、出射側の離間領域において、絶縁膜１４を介してパッド１６が形成されているが、絶縁膜を介さずにリッジ１２ａの上面に直接パッド１６を形成してもよい。熱伝導率の低い絶縁膜を介さないので、半導体構造１２からパッド１６への放熱性を向上させることができる。なお、この場合であっても、パッド１６は半導体構造１２とオーミック接触するように設計されていないので、半導体構造１２への直接の通電はパッド１６からではなく第２電極１５から行われることになる。また、パッド１６は、第２電極１５が接触するストライプ状領域の上方で第２電極１５と接触するように形成されている。これにより、レーザ発振に伴い光導波路で発生する熱を短い距離でパッド１６に伝達でき効果的に放熱することができる。
（支持部材２００及び接続部材３００）
図１に示すように、半導体レーザ素子１００Ａのパッド１６は、接続部材３００を介して、支持部材２００と接続されている。つまり、半導体レーザ素子１００Ａは支持部材２００に所謂フェイスダウン実装されている。
図１に示すように、半導体レーザ素子１００Ａの出射面を支持部材２００の出射側面よりも、突出させる（つまり、半導体レーザ素子１００Ａの出射面が支持部材２００の出射側面の外側になるように構成する）ことが好ましい。支持部材２００の出射側面よりも半導体レーザ素子１００ａの出射面が内側にあると、半導体構造１２から出射されたレーザ光が支持部材２００の表面に当たり、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）の形状異常を生じるからである。一方、出射側において、半導体レーザ素子１００Ａが支持部材２００よりも突出することにより、従来であれば、先端部分での放熱が不十分となり、ＣＯＤ及び光出力急速低下が生じやすくなる。
しかし、本実施形態では、第２電極１５よりもパッド１６を出射側に延在させているので、半導体レーザ素子１００ａが支持部材２００よりも多少突出している場合であっても、十分な放熱性を確保することができ、光出力急速低下を抑制できる。
図１に示すように、接続部材３００の出射側端部は、第２電極１５の出射側端部よりも出射側（外側）にくるように形成することができる。これにより、離間領域におけるパッド１６からの熱を支持部材２００に効率よく逃がすことができるので、電流の上昇に対する光出力の低下を抑制することができる。同様に、接続部材３００の反射側端部も第２電極１５の反射側端部よりも反射側（外側）に形成することができる。なお、接続部材３００の出射側端部と第２電極１５の出射側端部との位置関係は光出力急速低下などに大きな影響を与えるので、光出力急速低下の評価の際には両者の位置関係を一定に保つことが重要である。
図１に示すように、支持部材２００は、基台２１と、第１導電層２２と、を有することができる。例えば、基台２１が絶縁部材の場合、第１導電層２２の半導体レーザ素子１００Ａが設けられていない領域には最終的にワイヤが接続され、これにより半導体レーザ素子１００Ａは導通可能となる。第２導電層２３は、必ずしも必要ではないが、第１導電層２２と半導体レーザ素子１００Ａとの距離を大きくするものである。これにより、半導体レーザ素子１００Ａからの光が第１導電層２２に当たることによるＦＦＰ異常を軽減することができる。
接続部材３００は、半導体レーザ素子１００Ａと直接接し、半導体レーザ素子１００Ａと電気的に接続されると共に半導体レーザ素子１００Ａを機械的に固定するためのものである。接続部材３００としては、例えば、ＡｕＳｎなどのろう材を用いることができる。
［実施形態２］
実施形態２に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子１００Ｂを図３に示す。半導体レーザ素子１００Ｂは、パッド１６の反射側端部が第２電極１５の反射側端部よりも外側（反射側）にくるように形成されている以外は、実質的に実施形態１と同様である。また、半導体レーザ装置の構成は、図１に示すものと実質的に同じなので図示は省略する。すなわち、実施形態２では、第２電極１５の反射側端部は、半導体構造１２の反射面から離間しており、パッド１６は、第２電極１５の反射側端部を前記反射面側に越えて半導体構造上に延在するように設けられている。
半導体レーザ素子１００Ｂでは、出射側及び反射側において、パッド１６が第２電極１５の外側に形成されているので、ＣＯＤの発生と光出力急速低下をより抑制することができる。
［実施形態３］
本実施形態に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子１００Ｃを図４に示す。半導体レーザ素子１００Ｃは、第２電極１５の形状が異なる他は、実質的に実施形態２の半導体レーザ素子１００Ｂと同じである。また、半導体レーザ装置の構成は、図１に示すものと実質的に同じなので図示は省略する。
図４に示すように、第２電極１５の出射側の一部は、それに隣接する他の領域よりも幅が狭くなっている。つまり、第２電極１５が、半導体構造１２ａの出射面から反射面に向かって順に、出射側部と、中間部と、反射側部と、を有するとしたときに、出射側部が中間部よりも幅が狭くなっている。これにより、ＣＯＤ及び光出力急速低下の抑制だけでなく、後述する立ち上がりキンクの抑制が期待できる。
すなわち、ＣＯＤを抑制するために、第２電極１５の出射側端部を出射面から離すと、所謂立ち上がりキンクが生じる場合がある。立ち上がりキンクは、出射端部から電極を離していくと、出射端面付近で電流が流れなくなる領域が増加し、その領域の活性層が光吸収をおこすために発生する。詳細には、半導体レーザ素子に電流を注入していくと、出射端面付近で光吸収があるため、発振に必要なキャリアは十分にあるが、発振に必要な光がない状態になる。さらに注入電流をあげていくと発振に必要な光が得られ、それと同時に、それまで溜まっていたキャリアを一度に消費してレーザ光を発振するため、Ｉ−Ｌ曲線の立ち上がりに不連続な光強度の立ち上がりがみられる（これを「立ち上がりキンク」という）。そこで、半導体レーザ素子１００Ｃでは、第２電極１５の出射側部を細くして（半導体構造１２との接触面積を小さくして）出射端部の電圧をあげることにより、出射側における電流集中を緩和するようにしている。これにより、出射側部においては電流集中が抑制され、光出力急速低下をより抑制することが可能となる。一方で、出射端部には一定の電流は流れるので立ち上がりキンクが抑制され、さらにはＣＯＤレベルの向上も期待できる。また、各特性が向上するので、実装マージンが増加し量産性も向上する。
ここでは、出射側において、第２電極１５を細くしたが、反射側においても同様の構成を採用することができる。これにより、上記効果をより得やすくなる。
また、図４では、第２電極の出射側部において中央に幅の狭い領域を形成したが、たとえば左右の二箇所に幅の狭い領域を形成しても良い。つまり、電流が流れにくいように、全体として幅が狭くなっていればよい。なお、電流を流れにくくするには、実際に出射側部を幅狭にするだけでなく、出射側部において、第２電極とパッドとの間または第２電極と半導体構造との間に絶縁層を部分的に介在させて実効的に幅狭とすることもできる。
＜実施例１＞
実施例１は、図１及び図２に示した実施形態１に対応するものである。
以下、図１及び２を参考にしながら、実施例１の半導体レーザ装置について説明する。
先ず、ｎ型ＧａＮからなるウエハ状の基板１１上に、
ＳｉドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ（膜厚１．６μｍ）よりなる下地層と、
ＳｉドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ（膜厚０．１５μｍ）よりなるクラック防止層と、
ＳｉドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ（膜厚０．９μｍ）よりなる下部クラッド層と、
ＳｉドープＧａＮ（膜厚０．３０μｍ）よりなる下部ガイド層と、
ＭＱＷの活性層と、
ＭｇドープＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ（膜厚１．５ｎｍ）及びＭｇドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ（膜厚８．５ｎｍ）よりなるキャリア閉じ込め層と、
ノンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ（膜厚０．１５μｍ）とＭｇドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ（膜厚０．３５μｍ）よりなる上部ガイド層と、
ＭｇドープＧａＮ（膜厚１５ｎｍ）より上部コンタクト層と、
を順に積層して半導体構造１２とした。
なお、ＭＱＷ活性層は、基板１１側から順に、
ＳｉドープＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ（膜厚１７０ｎｍ）よりなる障壁層と、
アンドープＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（膜厚３ｎｍ）よりなる井戸層と、
アンドープＧａＮ（膜厚３ｎｍ）よりなる障壁層と、
アンドープＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ（膜厚３ｎｍ）よりなる井戸層と、
アンドープＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ（膜厚８０ｎｍ）よりなる障壁層と、を備える。
次に、ＲＩＥにより、１５μｍの幅を有するストライプ状のリッジ１２ａを上部ガイド層が露出する深さで形成した。
次に、リッジ１２ａ上にＩＴＯよりなる第２電極１５（ｐ電極）を２００ｎｍの膜厚で形成した。第２電極１５の出射側端部は出射面から離間しており、第２電極１５の反射側端部は反射面から離間している。
次に、ＳｉＯ２よりなる絶縁膜１４を２００ｎｍの膜厚で形成した。
絶縁膜１４は、半導体構造１２上面、リッジ１２ａ側面及びリッジ１２ａ上面の第２電極１５が形成されていない領域（リッジの両端の領域）を被覆している。
次に、Ｎｉ（膜厚８ｎｍ）／Ｐｄ（膜厚２００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚８００ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）よりなるパッド１６を形成した。図１に示すように、パッド１６は、平面視において矩形状であり、第２電極１５だけでなく、絶縁膜１４の一部を被覆している。最終層の膜厚３００ｎｍのＡｕは、フェイスダウン実装時にＡｕＳｎとの共晶により合金化する。
次に、以上の構成を有するウエハを基板側から研磨して８０μｍとした後、Ｔｉ（膜厚６ｎｍ）／Ａｕ（膜厚２００ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）よりなる第１電極１３を基板１１の下面に形成した。
次に、Ｍ面を劈開面としてウエハをバー状に劈開し、複数のバー状ウエハとした。
次に、バー状ウエハの出射面にＡｌ２Ｏ３を膜厚１３２ｎｍで形成し出射側保護膜（出射側ミラー）とした。また、バー状ウエハの反射面にはＺｒＯ２を膜厚５０ｎｍで形成した後ＳｉＯ２（膜厚７４ｎｍ）/ＺｒＯ２（膜厚５０ｎｍ）を計６ペア形成し反射側保護膜（反射側ミラー）とした。
次に、リッジに平行な方向でバー状ウエハを切断して、共振器長（リッジに平行な方向の素子の長さ）１２００μｍ、チップ幅（リッジと垂直な方向の素子の長さ）１５０μｍの半導体レーザ素子１００Ａを得た。ここで、出射側においては、パッド１６の出射側端部が第２電極１５の出射側端部よりも４μｍ外側（出射側）にくるようにした。また、反射側においては、パッド１６の出射側端部が第２電極１５の出射側端部よりも１０μｍ内側（出射側）にくるようにした。詳細には、第２電極１５の出射側端部は出射面から１９μｍ離間し、第２電極１５の反射側端部は反射面から５μｍ離間している（つまり、第２電極の共振器長方向の長さは１１７６μｍである）。また、パッド１６の出射側端部は出射面から１５μｍ離間し、パッド１６の反射側端部は反射面から１５μｍ離間している（つまり、パッド１６の共振器長方向の長さは１１７０μｍである）。
さらに、半導体レーザ素子１００ａを、接続部材３００を用いて支持部材２００にフェイスダウン実装した。支持部材２００は、ＡｌＮよりなる基台２１と、その上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（Ｔｉが基台側）よりなる第１導電層２２と、を有する。接続部材３００にはＡｕＳｎ共晶を用いた。また、第２電極１５の出射側端部を接続部材３００の出射側端部よりも１４μｍ突出させた。
＜比較例１＞
図５に、比較例１の半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子１００ａを示す。
比較例１において、第２電極１５の出射側端部は出射面から１２μｍ離間しており、第２電極１５の反射側端部も反射面から１２μｍ離間している。この点以外は実施例１と実質的に同様である。
つまり、比較例１は、実施例１との関係では第２電極１５の形成位置を出射側に７μｍ移動させたものであり、後述する実施例２との関係ではパッド１６の形成領域を出射側及び反射側に１０μｍ小さくしたものである。
比較例１の半導体レーザ素子１００ａを実施例１と同様にして支持部材２００に実装して半導体レーザ装置とした。
＜評価１＞
実施例１及び比較例１で作製した半導体レーザ装置を通電試験したところ、共に主波長を４４５ｎｍとする多重横モードのレーザ発振が確認された。
また、両者につき、ＣＯＤが発生する電流値及び光出力急速低下が生じる電流値を確認した。
実施例１における光出力急速低下とＣＯＤを示すＩ−Ｌ測定結果を図７（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。
同様に、比較例１における光出力急速低下とＣＯＤを示すＩ−Ｌ測定結果を図８（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。
各図において横軸は電流値であり、縦軸は光出力である。
なお、理解を容易にするため、光出力急速低下については連続電流（ＣＷ）、ＣＯＤについてはパルス電流（ＰＷ）で測定した（実施例２等についても同様である）。
図７及び８に示すように、実施例１及び比較例１では、第２電極１５の大きさが同じであるにもかかわらず、第２電極１５とパッド１６との位置関係により各特性に大きな差が生じることが分かった。つまり、光出力急速低下については、実施例１では約２．９Ａまで発生しなかったが、比較例１では約２．７Ａで発生した。また、ＣＯＤについては実施例１では約１１．５Ｗまで発生しなかったが、比較例１では約１０Ｗで発生した。この結果より、パッド１６の出射側端部を第２電極１５の出射側端部よりも外側に形成することで、光出力急速低下及びＣＯＤを大幅に軽減できることが理解できる。
＜実施例２＞
実施例２は、図３に示した実施形態２に対応するものである。
以下、図３を参考にしながら、実施例２の半導体レーザ装置について説明する。
第２電極１５の出射側端部を出射面から１２μｍ離間させ、第２電極１５の反射側端部も反射面から１２μｍ離間させた（つまり、第２電極１５の共振器長方向の長さは１１７６μｍである）。
また、パッド１６の出射側端部を出射面から５μｍ離間させ、反射側端部も反射面から５μｍ離間させた（つまり、パッド１６の共振器長方向の長さは１１９０μｍである）。
この点以外は実施例１と実質的に同様である。
このようにして得られた半導体レーザ素子を実施例１と同様にして支持部材２００に実装して半導体レーザ装置とした。
＜評価２＞
実施例２で作製した半導体レーザ装置を通電試験したところ、主波長を４４５ｎｍとする多重横モードのレーザ発振が確認された。
実施例２における光出力急速低下とＣＯＤを示すＩ−Ｌ測定結果を図９（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。
図９及び８に示すように、実施例２及び比較例１では、第２電極１５の大きさが同じであるにもかかわらず、第２電極１５とパッド１６との位置関係により各特性に大きな差が生じることが分かった。
つまり、光出力急速低下については、実施例２では約３．０Ａまで発生しなかったが、比較例１では約２．７Ａで発生した。
また、ＣＯＤについては実施例２では約１２Ｗまで発生しなかったが、比較例１では約１０Ｗで発生した。
この結果より、パッド１６の出射側端部を第２電極１５の出射側端部よりも外側に形成することで、ＣＯＤ及び光出力急速低下を大幅に軽減できることが理解できる。
＜実施例３＞
実施例３は、図４に示した実施形態３に対応するものである。
半導体構造については、リッジ幅を３０μｍとした。基台２１としてＳｉＣ（絶縁体）を用いた。また、半導体レーザ素子第２電極１５の出射側端部を接続部材３００の出射側端部よりも約２４μｍ突出させた。これら以外は実質的に実施例２と同様である。
以下、図４を参考にしながら、実施例３の半導体レーザ装置について説明する。
第２電極１５の出射側端部を出射面から１７μｍ離間させ、第２電極１５の反射側端部を反射面から１２μｍ離間させた（つまり、第２電極１５の共振器長方向の長さは１１７１μｍである）。
また、パッド１６の出射側端部を出射面から５μｍ離間させ、反射側端部も反射面から５μｍ離間させた（つまり、パッド１６の共振器長方向の長さは１１９０μｍである）。
さらに、第２電極１５の出射側端部から３０μｍを幅１０μｍとして細く形成した。
この点以外は実施例１と実質的に同様である。
このようにして得られた半導体レーザ素子を支持部材２００に実装して半導体レーザ装置とした。
＜比較例２＞
図６に、比較例２の半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子１００ｂを示す。
比較例２は、第２電極１５の出射側部が細くなっていない点以外は実施例３と実質的に同様である。なお、比較例２は出射側及び反射側において第２電極がパッドの内側に位置しており本発明の一形態といえるが、ここでは実施例３の第２電極の形状が光出力急速低下に与える影響を確認するために敢えて比較例としている。
比較例２の半導体レーザ素子１００ｂを実施例３と同様にして支持部材２００に実装して半導体レーザ装置とした。
＜評価３＞
実施例３及び比較例２で作製した半導体レーザ装置を通電試験したところ、共に主波長を４４５ｎｍとする多重横モードのレーザ発振が確認された。
実施例３における光出力急速低下を示すＩ−Ｌ測定結果を図１０に、比較例１における光出力急速低下を示すＩ−Ｌ測定結果を図１１に、それぞれ示す。
実施例３においては、図１０に示すように、５．０Ａまで電流を流しても光出力急速低下は発生しなかった（約４．０Ａで光出力が低下するものの光出力急速低下のような急激な低下ではない）。一方、比較例２においては、図１１に示すように、約４Ａで光出力急速低下が発生した。
以上の結果より、第２電極１５の出射側部の形状を細くすることにより、光出力急速低下を抑制できることが理解できる。
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ・・・実施例に用いられる半導体レーザ素子
１００ａ、１００ｂ・・・比較例に用いられる半導体レーザ素子
１１・・・基板
１２・・・半導体構造
１３・・・第１電極
１４・・・絶縁膜
１５・・・第２電極
１６・・・パッド
２００・・・支持部材
２１・・・基台
２２・・・第１導電層
２３・・・第２導電層
３００・・・接続部材

Claims (7)

  1. 第１電極と、基板と、出射面及び反射面を有する半導体構造と、第２電極と、該第２電極上に設けられたパッドと、を順に備え、
    前記第２電極が、前記半導体構造に前記反射面から出射面に至る光導波路が形成されるように前記半導体構造の表面のストライプ状の領域で接触する半導体レーザ素子と、
    接続部材を介して、前記パッドに接続された支持部材と、
    を備えた半導体レーザ装置であって、
    前記第２電極の出射側端部は、前記半導体構造の出射面から離間しており、
    前記パッドは、前記第２電極の出射側端部を前記出射面側に越えて前記半導体構造上に延在するように設けられており、
    前記パッドは、前記ストライプ状の領域の上方で前記第２電極と接触することを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記半導体レーザ素子は、多重横モードの半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 前記ストライプ状の領域は、出射側に前記ストライプ状の領域の中央部に比較して幅の狭い出射側領域を有する請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記第２電極の反射側端部は、前記半導体構造の反射面から離間しており、
    前記パッドは、前記第２電極の反射側端部を前記反射面側に越えて前記半導体構造上に延在するように設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記ストライプ状の領域は、反射側に中央部に比較して幅の狭い反射側領域を有する請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  6. 前記接続部材は、前記第２電極の出射側端部を越えて外側に延在するように設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記接続部材は、前記第２電極の反射側端部を越えて外側に延在するように設けられている請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
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