JP4036658B2 - 窒化物系化合物半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系化合物半導体のレーザ装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置においては、その動作時にレーザダイオード（以下、ＬＤともいう）のチップ（以下、ＬＤチップともいう）で発生する熱を効率よく支持基体に放散させて発光部の温度上昇に伴う特性劣化を抑制するために、導電性接合剤（以下、ハンダともいう）を用いて、半導体ＬＤチップをマウント部材にマウントすることが行われている。例えば、窒化物系化合物半導体のＬＤチップのマウント方法は、以下に説明する３つ（Ａ、Ｂ、Ｃ）に大別できる。図１９から図２１に各マウント方法の半導体レーザ装置の断面概略図を示す。
【０００３】
図１９は、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いたＬＤチップを、絶縁性基板側をサブマウントに対向させて（ｐ型電極アップ）、ダイボンディングした場合（Ａ）の半導体レーザ装置の断面概略図である。図１９において、符号１７０１は絶縁性基板、１９０２は絶縁性基板１７０１上に成長させた窒化物系化合物半導体成長層、１３０２は絶縁性基板１７０１と半導体成長層１９０２を含む半導体ＬＤチップ、１９０５はハンダ、１９０４は絶縁性基板１７０１の裏面とハンダ１９０５の融着強度を上げるために半導体ＬＤチップ側に形成した金属多層膜、１６１０は活性層である。
【０００４】
半導体レーザチップ１３０２は、金属多層膜１９０６が形成されたサブマウント１２０５とハンダ１９０５を介して、ダイボンディングされている。２１１はｎ型電極、１０３はｐ型電極である。絶縁性基板として絶縁性のＧａＮ基板を用いた場合も同様のマウント方法をとることができる。また、半導体ＬＤチップとは、基板と半導体成長層を含めたものを指すが、基板または半導体成長層に電極や金属多層膜が形成されている場合は、電極や金属多層膜も含める。
【０００５】
図２０は、基板に導電性物質を用い、半導体成長層１９０２側にｐ型電極１０３、導電性基板２００１側にｎ型電極２１１を形成し、導電性基板２００１がサブマウントと対向するように（ｐ型電極アップ）、ダイボンディングを行った場合（Ｂ）の半導体レーザ装置の概略断面図であり、図２１は、同様に、基板に導電性物質を用い、半導体成長層１９０２側にｐ型電極１０３、導電性基板２００１側にｎ型電極２１１を形成し、半導体成長層１９０２がサブマウント１２０５と対向するように（ｐ型電極ダウン）、ダイボンディングを行った場合（Ｃ）の半導体レーザ装置の概略断面図ある。
【０００６】
ここで、ダイボンディングとは、一般的には、次のような工程を指す。通常、ハンダはあらかじめマウント部材上に設けられており、これを融点以上に加熱し、所定の位置にアライメントしたレーザチップを、融解したハンダにコレットで押し付け、その後、ハンダを冷却、固化させる。この工程により、半導体ＬＤチップとマウント部材とが熱伝導性よく接着される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
半導体ＬＤチップをマウント部材にダイボンディングするまでに、ＬＤチップの共振器端面にＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等の誘電体膜をコーティングする場合があるが、この工程の際に、共振器端面以外の面にも誘電体材料が回り込み、共振器端面以外の面もコーティングされていた。図２２は、ダイボンディングする面（以下、マウント面という）の一部が回り込んだ誘電体膜で覆われた窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。図２２において、２２０１はマウント面、２２０２はマウント面を覆う誘電体膜、２２０３は誘電体膜２２０２の境界（縁）である。誘電体膜は金属に比べて熱伝導率が低いため、誘電体膜で一部が覆われた面をサブマウントに対向させて、ハンダ材を用いてダイボンディングした場合、放熱効果が減少する。とりわけ、窒化物系化合物半導体ＬＤチップのように反りがある場合は、サブマウントとの接触面積が減少して、さらに放熱効果が低下し、ＬＤの熱特性（例えば、熱抵抗値）、寿命等に悪影響を与えていた。
【０００８】
代表的な熱伝導率に関しては、温度２７℃において、窒化物系化合物半導体であるＧａＮは１３０Ｗ／ｍＫであり、電極や金属多層膜として使用されるＡｕは３１５、Ｐｄは７５.５、Ｎｉは９０.５、Ａｌは２３７、Ｍｏは１３８、Ｐｔは７１.４である（単位はすべてＷ／ｍＫ）。一方、コーティング用誘電体膜であるＡｌ2Ｏ3は１７、ＳｉＯ2は約１Ｗ／ｍＫであり、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮ、ＭｇＦ2等も同等レベルの値であり、金属と比べると半分以下（４０Ｗ／ｍＫ以下）の熱伝導度となっている。
【０００９】
ここで、窒化物系化合物半導体のＬＤチップに反りが生じる理由を以下に示す。窒化物系化合物半導体をその窒化物系化合物半導体とは異なる材料、組成の成長用基板の上に成長させた場合、窒化物系化合物半導体と成長用基板との熱膨張係数差から成長後の降温過程等において、歪みが生じ、その結果、成長用基板と窒化物系化合物半導体からなるＬＤチップには、反りが存在することになる。反りが生じる現象は、成長用基板にＧａＮを使用した場合にも現れる。これは、成長用基板であるＧａＮと半導体成長層である窒化物系化合物半導体の組成が完全に一致しないこと、また、ＧａＮ基板と半導体成長層との結晶性が異なることが原因であると考えられる
【００１０】
本発明は、従来の技術における上述の問題点を解消し、熱抵抗が良好で長寿命の窒化物系化合物半導体レーザ装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップと、レーザダイオードチップを支持するマウント部材と、レーザダイオードチップとマウント部材の間に位置して両者を固着するハンダ層とを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置は、ハンダ層に接するチップ面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分と、この部分のうち共振器端面から延在する誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率が、０％以上かつ２０％以下であるものとする。
【００１２】
半導体ＬＤチップの発熱は、主にｐ型電極から活性層への電流注入領域周辺で発生する。ここで、共振器端面を覆う誘電体膜（端面コーティング用誘電体膜）がハンダ層に接するチップ面（マウント面）に延在して、電流注入領域の直上または直下の部分が誘電体膜に覆われている場合においても、レーザ共振器長方向に関して、電流注入領域の直上または直下の部分に対する誘電体膜に覆われた部分の長さを２０％以下にすることで、発生した熱を逃げ易くすることができ（熱抵抗の向上）、寿命等の特性を高めることが可能になる。
【００１３】
共振器端面を覆う誘電体膜はＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮおよびＭｇＦ2のうちの１種以上の材料で作製することができる。
【００１４】
これらの材料は、いずれも熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以下と低いが、マウント面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分の８０％以上が、誘電体に覆われることなく直接ハンダ層に接するため、放熱性が確保され、優れた特性の半導体レーザ装置となる。
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明ではまた、窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置の製造方法は、分割後に個々のレーザダイオードチップとなるバー状のチップ原体を作製し、チップ原体をバー状の治具で挟んで、個々のレーザダイオードチップの共振器端面となる面を含むチップ原体の端部が治具の端部のうちチップ原体に接する部位よりも突出する状態として、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるものとする。
【００１６】
この方法では、誘電体膜を設ける際に、共振器端面となる面の全体が露出し、その一方で、個々のレーザダイオードチップのマウント面となる面のうち、共振器端面となる面から離れた部位は、治具に接して露出しない。したがって、共振器端面となる面の全体に誘電体膜を設けながら、誘電体膜のマウント面への延在を制限することができる。マウント面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分と、この部分のうち誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率を２０％以下に抑えることも容易である。治具の材料に制約はないが、劈開性のある半導体を用いれば作製が容易である。
【００１７】
ここで、厚さ方向の中央部がその両側部よりも突出した端部を有する治具を用いるとともに、複数のチップ原体と複数の治具を交互に配置し、かつ、共振器端面となるチップ原体の面と治具の端部の中央部の面の高さを揃えて、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるようにすることもできる。
【００１８】
このようにすると、一度に多くのチップ原体に誘電体膜を設けることができて効率がよい上、マウント面のうち誘電体膜で覆われる部分の長さを一定にすることができて、レーザ装置の特性を一様にすることが可能になる。
【００１９】
なお、本発明おいて、半導体レーザ装置とは、半導体ＬＤチップをマウント部材に積載し、一体化したものを表している。
【００２０】
また、以下に「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」に関する説明をするが、ここでは、横モード安定性等に効果を示すストライプ状電極の場合を例に挙げる。
【００２１】
まず、「活性層への電流注入領域の直上の部分」とは、ＬＤチップの半導体成長層方向の上下の面のうち、活性層に近い方の面を指し、「活性層への電流注入領域の直下の部分」とは、活性層から遠い方の面の部分を指す。
【００２２】
図２３および図２４はそれぞれ、電極ストライプ構造のチップの模式図およびリッジストライプ構造のチップの模式図であり、ｎ型基板２３０１、半導体成長層１９０２、活性層１６１０、共振器端面１０１、ｐ型電極１０３、絶縁膜１０４、絶縁膜等で狭窄された領域の「活性層への電流注入領域の直上部分を示すライン」（断面部）２３０３、絶縁膜等で狭窄された領域の「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン」（マウント面部）１０６、「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」１０５の面積（いまは、電流注入領域の直上の部分）を示す。また、マウント面がｐ型電極側の場合、ｐ型電極側が活性層から近いので、ｐ型電極側が「電流注入領域の直上の部分」となり、「電流注入領域の直上の部分」の面積とは、リッジの直上、または、絶縁膜等で狭窄された領域の直上の部分（図２３および図２４において、点線で囲まれた部分）を指す。
【００２３】
図２５は、リッジストライプ構造のチップの模式図であり、マウント面がｎ型電極側の場合である。このとき、「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」１０５の領域（いまは、ｎ型電極側が活性層から遠いので、直下の部分となる）とは、リッジの直上（ｐ型）部分（図２５において、点線で囲まれた部分）である。また、電極ストライプ構造についても、さらに円形、矩形等の他の形状の電極においても同様に「電流注入領域の直上または直下の部分」を考えることができる。
【００２４】
ここで、ＬＤチップのマウント面における「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」のレーザ共振器長方向の長さを「長さα」、端面コーティング用誘電体膜で覆われる部分のレーザ共振器長方向の長さを「長さβ」と定義する。つまり、ＬＤチップのマウント面において、「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」と、そのうちの端面コーティング用誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率とは、「長さβ」／「長さα」（＝比率γとする）のことを指す。
【００２５】
図２６、および図２７は、「長さα」および「長さβ」を説明する図である。図２６は、ＬＤチップの辺に対して平行に誘電体膜がコーティングされ、さらにＬＤチップの辺に対して平行に「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」が存在する場合である。図２６中、１０１はレーザ共振器の端面、１０５は「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」、８０２は誘電体膜で覆われた領域、２６０１は「長さα」、２６０２は「長さβ」、２６１０は共振器長方向を示す。
【００２６】
また、図２７は、ＬＤチップの辺に対して、平行位置からずれて誘電体膜がコーティングされ、さらにＬＤチップの辺に対して、平行位置からずれて「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」が存在する場合である。図２７において、２７０２は誘電体膜がコーティングされている部分と「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」との交差した点（境界の交差した点）であり、２７０１は境界の交差した点２７０２間の中点であり、２７０３は中点２７０１を通りＬＤチップの端面の辺に平行に引いたラインである。上記のように、図２７の場合においても、図２６と同様に「長さα」２６０１、「長さβ」２６０２を考えることができる。
【００２７】
また、本発明において、マウント部材とは、半導体ＬＤチップを直接積載するための部品を意味しており、例えば、半導体発光素子チップ用のサブマウントや、サブマウントを用いずに保持体（ステム、フレームまたはパッケージ）に直接積載する場合においては、このステムの支持基体、フレームまたはパッケージ自体を指す。
【００２８】
また、本発明において、ハンダとは、半導体ＬＤチップとマウント部材とを固着させる材料である。例えば、比較的融点の高いＡｕ系ハンダでは、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＧａ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｂ、ＡｕＮｉ等や、比較的融点の低いハンダでは、Ｉｎ系ハンダのＩｎ、ＩｎＰｂ、ＩｎＳｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＡｇＰｂ等、あるいは、Ｓｎ、ＳｎＰｂ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＰｂ、ＳｎＰｂＳｂ等のＳｎを含むハンダ、さらには、ＰｂＳｂ、ＰｂＡｇ、ＰｂＺｎ等のＰｂを含むハンダ等がある。
【００２９】
また、本発明において、マウント面とは、半導体ＬＤチップを保持体へダイボンディングする際、ハンダを挟んで保持体と対向する半導体ＬＤチップの面のことを指す。
【００３０】
また、本発明において、窒化物系化合物半導体とは、窒素がＶ族元素の主であるＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体のことを示しており、具体的には、Ｖ族元素のうち窒素の比率が５１％以上、１００％以下である半導体のことを示す。
【００３１】
例えば、ＧａＮαＸ1-α（０.５１≦α≦１）（ＸはＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等のうち少なくとも１種類以上を含む元素）、ＢＮβＸ1-β（０.５１≦β≦１）、ＡｌＮγＸ1-γ（０.５１≦γ≦１）、ＡｌδＧａ1-δＮεＸ1-ε（０＜δ＜１、０.５１≦ε≦１）、ＩｎＮζＸ1-ζ（０.５１≦ζ≦１）、ＩｎηＧａ1-ηＮμＸ1-μ（０＜η＜１、０.５１≦μ≦１）、ＩｎνＧａξＡｌ1-ν-ξＮτＸ1-τ（０＜ν＜１、０＜ξ＜１、０.５１≦τ≦１）を指す。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、基板としてＧａＮ基板を使用した窒化物系化合物半導体の半導体レーザ装置を、両面電極、ｐ型電極アップで製造した第１の実施形態について説明する。
【００３３】
図１（ａ）は、本実施形態で用いるダイボンディング前の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの裏面（ＧａＮ基板側）からの模式図であり、図１（ｂ）は、表面（成長層側）からの模式図である。図中、１０１はレーザ共振器の端面、１０２はｎ型電極の上に形成された金属多層膜、１０３はｐ型電極、１０４は絶縁膜、１０６は「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン」（点線）であり、この点線で囲まれた１０５は「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」を示す。ｐ型電極アップの場合、窒化物系化合物半導体ＬＤチップの裏面側（金属多層膜１０２）がマウント面となる。
【００３４】
図２は、半導体ＬＤチップの断面の模式図である。図２において、２０１はｎ型ＧａＮ基板であり、基板側から順に、ｎ−ＧａＮコンタクト層２０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０３、ｎ−ＧａＮガイド層２０４、ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層２０５、ｐ−ＡｌＧａＮ蒸発防止層２０６、ｐ−ＧａＮガイド層２０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層２０９が積層されている。ｐ−クラッド層２０８およびｐ−コンタクト層２０９には、共振器方向に延伸したストライプ状のリッジが設けられ、ｐ型電極１０３とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層２０９の間にはリッジ部分を除いて、絶縁膜１０４が設けられている。ここで、ｐ型電極１０３は、ｐコンタクトに近い側からＰｄ、Ａｕであり、ｎ型電極２１１は、基板側からＨｆ、Ａｌであり、その上に金属多層膜１０２（基板側からＭｏ、Ａｕ）が設けられている。
【００３５】
本実施形態では、上記に示す材料で半導体ＬＤチップを作製したが、材料は上記のものに限られるわけではなく、窒化物系化合物半導体（例えばクラッド層２０８をｐ−ＡｌＧａＩｎＮ、活性層２０５をＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＰ等）を用いればよい。また、クラッド層に多重量子井戸を用いてもよく、ｎ−コンタクト層２０２とｎ−クラッド層２０３の間に、ＩｎＧａＮクラック防止層を挿入してもよい。このように、本実施形態に用いた半導体ＬＤチップは、いわゆるリッジストライプ型構造を有している。
【００３６】
以下に、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を説明する。初めに、半導体素子の製造に用いられるプロセスを適宜適用して、半導体ＬＤウェハ上にＬＤを形成する。次に、ｎ型ＧａＮ基板２０１の裏面側から、研磨またはエッチングにより、ウェハの厚さを４０〜２００μｍ程度までに薄く調整する。これは、後の工程で、ウェハを分割し個々のＬＤチップにするのを容易にするためである。特に、レーザ共振器端面を分割により形成する場合には、３５〜１５０μｍ程度と、薄めに調整することが望ましい。本実施形態においては、研削機を用いてウェハの厚さを１５０μｍに調整し、その後、研磨機を用いて１００μｍ程度まで調整した。ウェハの裏面は研磨機により磨かれているので平坦である。
【００３７】
次に、ウェハ裏面にｎ型電極２１１を形成した。ここで、ｎ型電極の層構造は、基板側からＨｆ（３０ｎｍ）、Ａｌ（１５０ｎｍ）であり、その上に金属多層膜を、基板側からＭｏ（８ｎｍ）、Ａｕ（１５０ｎｍ）の順で形成した。Ｈｆ／Ａｌの層は、ｎ型ＧａＮ基板とオーミックをとるための層であり、その上のＭｏはＡｕとＡｌのコンタミネーションを防止するブロック層、Ａｕはマウントの際に、ハンダと混合し、強固にＬＤチップをダイボンディングするための層である。このような薄い金属膜を膜厚の制御性よく形成するには真空蒸着法が適しており、本実施形態でもこの手法を用いたが、イオンプレーティング法やスパッタ法等の他の手法を用いてもよい。
【００３８】
以下、レーザダイオードのウェハをＬＤウェハ、これを分割してバー状としたものをＬＤバーとよぶ。図３は、上記の工程で半導体レーザ構造が多数形成された窒化物系化合物半導体ＬＤウェハと、この半導体ＬＤウェハを分割したＬＤバーの模式図である。図３において、３０１は窒化物系化合物半導体ＬＤウェハ、１０１はレーザ共振器端面、１０３はｐ型電極、１０４は絶縁膜、３１１はバー状に分割するためのＬＤバー用分割ライン（Ａ）である。
【００３９】
次に、この状態のウェハをストライプ方向と垂直な方向に劈開またはエッチングしてバー状にする。３０２は窒化物系化合物半導体ＬＤウェハを分割したＬＤバーである。３１２はチップに分割するためのＬＤチップ用分割ライン（Ｂ）である。本実施形態では、共振器長３１３が５００μｍになるようにＬＤバー用分割ライン（Ａ）を制御した。
【００４０】
次いで、レーザ共振器端面に、光学薄膜のコーティングを蒸着により施す。まず、窒化物系化合物半導体ＬＤバーを固定する治具を用意する。図４は、溝をつけたバー状のＳｉ基板（Ｓｉバー）の模式図である。このＳｉバーを、フォトリソグラフィー技術を利用し、溝深さ４０２を制御した溝４０３を、Ｓｉバー４０１の先端部の両サイドに作る。平板を利用して、ＬＤバーとこのＳｉバーの先端を揃えた場合、Ｓｉバーの溝部分が開いているため、共振器端面だけでなく、ＬＤチップの上下面にも、誘電体膜が蒸着される。本実施形態では、溝の深さが２０μｍ程度のＳｉバーを使用し、ＬＤバーとＳｉバーの先端を揃えた状態で固定具に固定する。
【００４１】
図５は、治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの横方向からの模式図であり、図６は、治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの蒸着する面方向からの模式図である。図５において、５０１は窒化物系化合物半導体ＬＤバーであり、５０２はこのＬＤバーを挟む治具として使用したバー状のＳｉ基板であり、５０３、５０４は、それぞれＬＤバーとＳｉ基板を固定する固定具およびネジであり、５０５はＬＤバーの共振器端面と治具（バー状のＳｉ基板）の先端面との段差を示す。バー状のＳｉ基板５０２はレーザ素子の共振器端面以外の箇所への誘電体膜の被覆を防ぐ目的で使用している。上記の操作で、各ＬＤバーの共振器端面の位置に段差をつけて、誘電体膜を形成することができる。
【００４２】
一方、図７は、先端部に溝等を作り込んでいないバー状のＳｉ基板５０２を用いて、ＬＤバーの上下面全体をカバーするように固定したＬＤバーの横方向からの模式図である。図７のような方法で、マウント面への誘電体膜の被覆を防ぐことも考えられるが、この場合、ＬＤバーの共振器端面に蒸着された誘電体膜と、Ｓｉバーの先端部に蒸着された誘電体膜が一体化しているため、誘電体膜の蒸着後、ＬＤバーとＳｉバーを分離するときに、レーザ共振器端面を覆っている誘電体膜が剥がれてしまうという事態が生じうる。よって、図５に示したように段差をつける方法で蒸着するのが好ましい。
【００４３】
次に、誘電体膜の蒸着に関して詳細に説明する。ＥＢ蒸着法により、片方の共振器の端面にＳｉＯ2層およびＴｉＯ2層を設けて、多層膜を形成する。各層の厚さは、共振器の発振波長に対して１／４波長条件を満たすように設計し、交互に３層ずつ、合計６層積層する。このとき、誘電体膜の付着強度を上げるために、ウェハ温度を２００℃に保持した。その後、ＥＢ蒸着装置から固定具ごと取り出し、ＬＤバーとＳｉバーを分離する。
【００４４】
図８および図９はそれぞれ、図５の方法により、一部の誘電体膜がマウント面に回り込んでその縁の部分が覆われた共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤバーのｐ型電極側からの模式図、およびｎ型電極側からの模式図である。８０２は誘電体膜で覆われた領域である。走査電子顕微鏡や光学顕微鏡で測定したところ、Ｓｉバーの溝の深さが２０μｍであるため、誘電体膜で覆われている領域の指標である「長さβ」も、ほぼ２０μｍであった。共振器長が５００μｍであり、電流注入領域の指標である「長さα」も５００μｍであることから、「比率γ」（＝「長さβ）／「長さα」）は、０.０４（４％）となる。
【００４５】
その後、チップ分割工程により、ＬＤバーを個々の半導体ＬＤチップに分割した。図１０および図１１はそれぞれ、共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤチップのｐ型電極側からの模式図、およびｎ型電極側からの模式図である。この工程は、以下のように実施した。まず、誘電体膜を設けたＬＤバーを裏面側を上にしてステージ上に置き、光学顕微鏡を用いて観察しながら傷を入れて、位置をアライメントし、裏面にダイヤモンドポイントでスクライブラインを入れた。それから、ＬＤバーに適宜力を加え、スクライブラインに沿って分割することで、図１０および図１１に示す窒化物系化合物半導体ＬＤチップを作製した。
【００４６】
ここでは、スクライビング法によるチップ分割工程について説明したが、基板裏面側から傷、溝等を入れてチップを分割する方法であっても構わない。他の手法として、ワイヤソーまたは薄版ブレードを用いて傷入れまたは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部にクラックを生じさせ、これをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し、この部分を蒸発させて溝入れ加工を行うレーザアブレーション法等を用いてもよい。
【００４７】
次にダイボンディング法により、半導体ＬＤチップをサブマウント上に搭載した。図１２、図１３は、本実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の模式図である。
【００４８】
この工程は、以下のように実施した。まず、Ｔｉ（０.１μｍ）／Ｐｔ（０.１μｍ）／Ａｕ（０.１μｍ）（ＡｕオンＰｔオンＴｉ、以下同様）の順で形成された金属多層膜１２０４、１２０６を表面に有するＦｅのサブマウント１２０５上に、Ｉｎハンダ１２０１を蒸着した。ハンダの盛り上がりによる半導体ＬＤチップのｐ−ｎ間ショートを防ぐため、ハンダ１２０１の厚さは０.５〜２０μｍ、特に０.５〜５μｍの範囲とするのが好ましい。
【００４９】
次に、サブマウント１２０５をハンダ１２０１の融点よりも若干高い２００℃まで加熱し、ハンダ１２０１が融けたところで、半導体ＬＤチップ１３０２をｎ型電極２１１、金属多層膜１０２を下にして載せ、さらにコレットで押さえて荷重を適宜加えながらＬＤチップ１３０２とサブマウント１２０５とをハンダ１２０１によく馴染ませた。その後、冷却し、ハンダ１２０１を固化させた。
【００５０】
次に、ステム１３０１の支持基体１２１０上にシート状のＰｂＳｎハンダ１２０２を載せ、ステム１３０１をハンダ１２０２の融点よりも若干高い１８０℃まで加熱し、ハンダ１２０２が融けたところで、上述のように固着したサブマウント１２０５と半導体ＬＤチップ１３０２を、サブマウント１２０５を下にして載せ、サブマウント１２０５とステムの支持基体１２１０とをハンダ１２０２によく馴染ませ、ハンダ１２０２を固化させた。その後、半導体成長層１２０３上のｐ型電極１０３およびサブマウント１２０５の表面からワイヤ１２０７、１２０８をステムのピン１２０９および支持基体１２１０へ繋いだ。このようにして、図１３に示す窒化物系化合物半導体レーザ装置が得られた。
【００５１】
なお、支持基体１２１０はＣｕまたはＦｅを主体とする金属から成り、その表面にＰｄ膜／Ａｕ膜が順にメッキ形成されたものである。また、サブマウントに誘電体を用いているので、サブマウントのうち半導体ＬＤチップに面した側からだけでなく、側面や裏面からも、ステム、パッケージ、外部リード等へ直接接続が可能となり、放熱効率のアップやシステム全体の簡略化へつながる。
【００５２】
本実施形態の方法で窒化物系化合物半導体レーザ装置を２４０個製造した。これらの半導体レーザのの特性（２４０個の平均）に関しては、「比率γ」が４％であり、熱抵抗（Ｒｔｈ）が３２.５（℃／Ｗ）、素子寿命（光出力＝５０ｍｗ、６０℃、ＤＣ、オートパワーコントロール（以下、ＡＰＣという））は２６２０時間であった。ここで、熱抵抗は、投入電力に対するレーザ素子の温度上昇を指す指標であり、この値が小さい方が、同じ投入電力において温度上昇が小さくなるため、欠陥の増殖、ドーパントの拡散等が抑えられ、素子寿命に良いとされる。
【００５３】
比較のため、本実施形態と異なり、活性層に近い方の電極（ここではｐ型電極）の直上部の面積のうち、端面コーティング用誘電体膜で覆われる面積の割合が２９％であるチップを作製し、このチップを用いて、本実施形態と同様の方法で窒化物系化合物半導体のレーザ装置を２３０個製造した。これらの比較例の素子特性（２３０個の平均値）は、熱抵抗が６１.４（℃／Ｗ）、素子寿命（光出力＝５０ｍＷ、６０℃、ＤＣ、ＡＰＣ）は７８０時間であった。
【００５４】
このように、比較例に対して、本実施形態の半導体レーザ装置の方が、熱抵抗および素子寿命の特性が良好であった。
【００５５】
上記の差異の原因は、以下のように推測できる。誘電体膜は、ハンダ材との濡れ性が悪く、誘電体膜でコーティングされた面をサブマウント面に対向するように、ハンダ材を用いてダイボンディングした場合、半導体ＬＤチップとサブマウントの密着性が低く、また結合性も強くない。とりわけ、窒化物系化合物半導体ＬＤチップのように反りがある場合は、密着性の低下により、サブマウントから半導体ＬＤチップが剥がれ易く、しかも、誘電体膜部位の熱伝導性が低いため、放熱効果が減少して（熱抵抗の悪化）、レーザ装置が高温になり易く、これがドーパントの拡散、欠陥の増殖、端面の誘電体の劣化等に繋がり、レーザ装置の寿命等に悪影響を与える。本実施形態では、マウント面のうち電流注入領域の直上または直下の部分への誘電体膜の付着を抑制しているため、マウント部材と半導体発光素子チップの放熱性が向上して、熱抵抗が良好になり、素子寿命が向上したと考えられる。
【００５６】
次に、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることで効果が現れる理由について説明する。図１４は、「比率γ」と熱抵抗（Ｒｔｈ）の関係を示すグラフである。図１４のグラフから判るように、「比率γ」が０％から２０％までの範囲では、「比率γ」の増大に伴って熱抵抗は上昇するが、その上昇の度合いは小さい。一方、「比率γ」が２０％を超えると熱抵抗は急激に上昇する。４０％を超えると、接合強度が急激に弱まり、ワイヤ打ち等が困難になって正確な測定ができない状態になったため、４０％以上のプロットはしていない。
【００５７】
また、図１５は、「比率γ」と素子寿命（光出力＝５０ｍＷ、６０℃、ＡＰＣ）の関係を表すグラフである。図１５のグラフから判るように、「比率γ」が０％から２０％までの範囲では、素子寿命が長い。
【００５８】
上記の範囲で素子特性が向上する効果は、誘電体膜として用いる材料がＳｉＯ2／ＴｉＯ2以外の場合でも、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮのいずれか、およびこれらの物質の混合物でも、同様に観察された。
【００５９】
本実施形態では、導電性基板に両面電極を形成し、この導電性基板側をサブマウントにダイボンディングする方法（ｐ型電極アップ（α））について説明したが、上記の誘電体膜形成方法は他の構造およびマウント方法にも適用できる。以下、本発明の他の実施形態について説明する。図１６、図１７および図１８はそれぞれ、第２、第３および第４の実施形態の半導体レーザ装置の主要部の模式図である。図１６に示す第２の実施形態ではｐ型電極ダウン（α）、図１７に示す第３の実施形態ではｐ型電極アップ（β）、図１８に示す第４の実施形態ではｐ型電極ダウン（β）のマウント方法を採用している。図１５、図１７および図１８において、１６１０は活性層を示す。
【００６０】
図１６のｐ型電極ダウン（α）構造は、導電性基板（ここではｎ型ＧａＮ基板２０１）に両面電極を形成し、半導体成長層１２０３側をサブマウント１２０５にダイボンディングして作製する。第１の実施形態と同様の方法で、図１６のｐ型電極ダウン（α）構造の窒化物系化合物半導体レーザ装置を２２０個製造した。これらの半導体レーザの特性（２２０個の平均値）に関しては、「比率γ」が６％であり、熱抵抗が３４.１（℃／Ｗ）、素子寿命（光出力＝５０ｍＷ、６０℃、ＡＰＣ）は２５１０時間であった。「比率γ」と熱抵抗、および寿命の関係を調べた結果、第１の実施形態と同様に「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることにより、第１の実施形態で得られたようなチップとサブマウントの融着強度、熱抵抗、素子寿命等が向上する効果が得られた。
【００６１】
また、図１７に示すように、絶縁性基板１７０１の半導体成長層１２０３側に両電極を形成し、絶縁性基板１７０１をサブマウント１２０５にダイボンディングする構造（ｐ型電極アップ（β））においても、第１の実施形態と同様に、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることにより、第１の実施形態で得られたようなチップとサブマウントの融着強度、熱抵抗、素子寿命が向上する効果が得られた。
【００６２】
ここで、図１６に示すｐ型電極ダウン（α）の構造の場合、半導体ＬＤチップとハンダとの融着強度を上げるためにｐ型電極を覆うように金属多層膜を形成するが、ハンダ層と接する領域全てにおいて、金属多層膜を形成することが好ましい。
【００６３】
図１８において、１６１０は活性層、１８０１は絶縁性基板または導電性基板、１８０５は絶縁性のサブマウント、１８１５は導電性のサブマウント、１８１１は導電性のサブマウント１８１５と絶縁性のサブマウント１８０５を融着させているハンダ、１８２１はｎ型電極２１１と導電性のサブマウント１８１５を融着させているハンダである。図１８に示すような、絶縁性基板または導電性基板１８０１を用いて、片面に両電極１０３，２１１を形成し、ｎ型電極２１１側は、両面に金属多層膜が被覆されている導電性のサブマウント１８１５を挟んで、ハンダ１８１１、１８２１で絶縁性のサブマウント１８０５に融着し、また、、ｐ型電極１０３側は、通常通り、ハンダ１２０１で絶縁性のサブマウント１８０５に搭載する方法（ｐ型電極ダウン（β））においても、第１の実施形態と同様に、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることにより、第１の実施形態で得られたような熱抵抗、素子寿命が向上する効果が得られた。
【００６４】
上記の全てのマウント方法において、半導体層、基板、および活性層に近い方の電極の極性（ｐ型とｎ型）を逆にする場合でも、それぞれの構造において、基板、および成長層の極性、層厚、組成等を最適化すれば、第１の実施形態で説明したものと同様の効果が得られる。
【００６５】
上記の各実施形態では、誘電体膜としてＴｉＯ2およびＳｉＯ2を使用したが、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯＮ、ＭｇＦ2あるいはその他の酸化物、フッ化物、または窒化物を誘電体膜として用いることも可能である。その場合も誘電体膜の熱伝導度は４０Ｗ／ｍＫ以下と低くなるが、本発明を適用することで、第１の実施形態で説明したものと同様の効果が現れる。
【００６６】
また、ここでは、片面の端面コーティングだけを行ったが、両面の端面コーティングを行う場合も、本発明を適用することで、熱特性、寿命向上の効果が現れる。
【００６７】
各実施形態では、サブマウントにＦｅを用いたが、他のサブマウントでも同様の効果が得られる。また、窒化物系化合物半導体より熱膨張率が大きい他の材料、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＧａＡｓ等に置き換えると窒化物系化合物半導体発光素子チップに圧縮歪を与えることができ、発光装置の特性を向上させることができる。さらに、熱伝導率の大きいものの方が、放熱性に優れるため好ましい。
【００６８】
また、各実施形態では、半導体ＬＤチップとサブマウントの接着のためのハンダに、Ｉｎハンダを用いたが、その他、融点の低いハンダ、例えば、Ｉｎ系ハンダのＩｎＰｂ、ＩｎＳｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＡｇＰｂ等、あるいは、Ｓｎ、ＳｎＰｂ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＰｂ、ＡｎＰｂＳｂ等のＳｎを含むハンダ、あるいは、ＰｂＳｂ、ＰｂＡｇ、ＰｂＺｎ等のＰｂを含むハンダ、さらには、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の粉末を混入したエポキシ樹脂やポリイミド等を用いても同様の効果を得ることが可能である。ハンダの形成は蒸着法以外に塗布法、スパッタ法、印刷法、メッキ法等を用いてもよく、シート状のハンダをサブマウント上に置いてもよい。
【００６９】
各実施形態では、サブマウントと支持体の接着のためのハンダにＰｂＳｎを用いたが、このハンダの種類はＩｎ系、Ｓｎ系、Ａｕ系、Ｐｂ系等のいずれでもよい。ただし、既に半導体ＬＤチップとサブマウント間に存在するハンダへの悪影響を避ける意味で、既存のハンダよりも融点が低いものが望ましい。このハンダの形成にも、蒸着法、塗布法、スパッタ法、印刷法、メッキ法等を採用することができる。
【００７０】
また、各実施形態では、ｐ型電極にＰｄ／Ａｕを用いたが、Ｐｄ以外に、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｓｃ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉとその化合物を用いてもよく、Ａｕ以外に、例えば、Ｎｉ、Ａｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌとその化合物を用いてもよい。ｐ型電極の膜厚も例示した数値に限られるものではない。
【００７１】
各実施形態では、ｎ型電極にＨｆ／Ａｌを用いたが、Ｈｆ以外に、例えば、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｓｃ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄとその化合物を用いてもよく、Ａｌ以外に、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅとその化合物を用いてもよい。ｎ型電極の膜厚も例示した数値に限られるものではない。
【００７２】
また、マウント面の金属多層膜の最上層をＡｕとしたが、これ以外にも、例えば、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌのいずれか、およびこれらの金属の合金を最上層とすることができる。その場合も、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることによって得られる効果に相違は生じない。
【００７３】
半導体ＬＤチップの構造については、例示したものに限られず、基板として他の窒化物系化合物半導体材料を用いる等の変更が可能であり、また、半導体成長層の材料系として、例えば、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＩｎＮＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＮ系、ＣｄＺｎＳｅ系、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の他のものを用いることも可能である。
【００７４】
また、サブマウント積載面上に、さらに、ワイヤボンディング用のパッド部を設けたり、ダイボンディング時の位置合わせのための印を設けたりしてもよい。いわゆるマルチビームレーザのように、３つ以上の電極を有する半導体ＬＤチップを積載した半導体レーザ装置にも、本発明を適用することができる。
【００７５】
さらに、ハンダ層とサブマウント基体の間には、公知の如く、種々の膜を介在させることが可能であり、例えば、サブマウントとハンダの間の密着性を向上させるための膜、サブマウントとハンダ間の反応を防止するための膜、さらには、これらの膜の間の密着性を高めたり、酸化を防止するための膜を適宜積層形成してもよい。例示した金属パターンＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉに代えて、Ｐｔ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｍｏ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｍｏ／Ｔｉ等を用いることも可能である。ハンダ、ボンディングパッド、サブマウント相互の間にも、同様の目的で、種々の膜を介在させることができる。
【００７６】
【発明の効果】
窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップと、レーザダイオードチップを支持するマウント部材と、レーザダイオードチップとマウント部材の間に位置して両者を固着するハンダ層とを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置において、本発明のように、ハンダ層に接するチップ面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分と、この部分のうち共振器端面から延在する誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率を、０％以上かつ２０％以下とすると、レーザダイオードチップで発生した熱が効率よくマウント部材に伝わることになり、熱抵抗が良好で、長寿命のレーザ装置となる。
【００７７】
共振器端面を覆う誘電体膜をＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮおよびＭｇＦ2のうちの１種以上の材料で作製すると、各材料の特性が生かされて共振器端面に良好なコーティングを施すことができる。各材料の熱伝導率が低いことは、構造上の特徴により、問題とならない。
【００７８】
窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置の製造方法において、本発明のように、分割後に個々のレーザダイオードチップとなるバー状のチップ原体を作製し、チップ原体をバー状の治具で挟んで、個々のレーザダイオードチップの共振器端面となる面を含むチップ原体の端部が治具の端部のうちチップ原体に接する部位よりも突出する状態として、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるようにすると、共振器端面となる面の全体に誘電体膜を設けながら、誘電体膜のマウント面への延在を制限することができて、熱抵抗が良好で長寿命のレーザ装置を提供することが可能になる。
【００７９】
特に、厚さ方向の中央部がその両側部よりも突出した端部を有する治具を用いるとともに、複数のチップ原体と複数の治具を交互に配置し、かつ、共振器端面となるチップ原体の面と治具の端部の中央部の面の高さを揃えて、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるようにすると、一度に多くのチップ原体に誘電体膜を設けることができて効率がよい上、マウント面のうち誘電体膜で覆われる部分の長さを一定にすることができて、特性にバラツキのないレーザ装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態で用いる窒化物系化合物半導体ＬＤチップの、（ａ）裏面（ＧａＮ基板側）から、および（ｂ）表面（成長層側）からの模式図である。
【図２】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの断面の模式図である。
【図３】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの製造途中の窒化物系化合物半導体ＬＤウェハおよびＬＤバーの模式図である。
【図４】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの製造に用いるバー状のＳｉ基板の模式図である。
【図５】 治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの横方向からの模式図である。
【図６】 治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの蒸着する面方向からの模式図である。
【図７】 別の態様で治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの横方向からの模式図である。
【図８】 共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤバーのｐ型電極側からの模式図である。
【図９】 共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤバーのｎ型電極側からの模式図である。
【図１０】 共振器端面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤチップのｐ型電極側からの模式図である。
【図１１】 共振器端面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤチップのｎ型電極側からの模式図である。
【図１２】 本発明の第１の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の模式図である。
【図１３】 本発明の第１の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の模式図である。
【図１４】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの「比率γ」と熱抵抗Ｒｔｈの関係を示す図である。
【図１５】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの「比率γ」と素子寿命の関係を示す図である。
【図１６】 本発明の第２の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の主要部の模式図である。
【図１７】 本発明の第３の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の主要部の模式図である。
【図１８】 本発明の第４の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の主要部の模式図である。
【図１９】 従来の技術の半導体レーザ装置の模式図である。
【図２０】 従来の技術の半導体レーザ装置の模式図である。
【図２１】 従来の技術の半導体レーザ装置の模式図である。
【図２２】 発明が解決しようとする課題の共振器端面に誘電体膜が設けられた従来の半導体ＬＤチップのマウント面側からの模式図である。
【図２３】 電極ストライプ構造を有する本発明の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。
【図２４】 リッジストライプ構造を有する本発明の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。
【図２５】 リッジストライプ構造を有する本発明の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。
【図２６】 本発明における「長さα」および「長さβ」を示す図である。
【図２７】 本発明における「長さα」および「長さβ」を示す図である。
【符号の説明】
１０１ レーザ共振器の端面
１０２ 金属多層膜
１０３ ｐ型電極
１０４ 絶縁膜
１０５ 活性層への電流注入領域の直上または直下の部分
１０６ 活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン
２０１ ｎ型ＧａＮ基板
２０２ ｎ−ＧａＮコンタクト層
２０３ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
２０４ ｎ−ＧａＮガイド層
２０５ ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層
２０６ ｐ−ＡｌＧａＮ蒸発防止層
２０７ ｐ−ＧａＮガイド層
２０８ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
２０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
２１１ ｎ型電極
３０１ 窒化物系化合物半導体ＬＤウェハ
３０２ 窒化物系化合物半導体ＬＤバー
３１１ 窒化物系化合物半導体ＬＤバー用分割ライン（Ａ）
３１２ 窒化物系化合物半導体ＬＤチップ用分割ライン（Ｂ）
３１３ 共振器長
４０１ Ｓｉバー
４０２ 溝深さ
４０３ 溝
５０１ 窒化物系化合物半導体ＬＤバー
５０２ バー状のＳｉ基板（治具）
５０３ 固定具
５０４ ネジ
５０５ ＬＤバーの共振器端面と治具の先端面との段差
８０２ 誘電体膜で被覆された領域
１２０１ ハンダ
１２０２ ハンダ
１２０３ 半導体成長層
１２０４ 金属多層膜
１２０５ サブマウント
１２０６ 金属多層膜
１２０７ ワイヤ
１２０８ ワイヤ
１２０９ ステムのピン
１２１０ ステムの支持基体
１３０１ ステム
１３０２ 半導体ＬＤチップ
１６１０ 活性層
１７０１ 絶縁性基板
１８０１ 絶縁性基板または導電性基板
１８０５ 絶縁性サブマウント
１８１１ ハンダ
１８１５ 導電性サブマウント
１８２１ ハンダ
１９０２ 半導体成長層
１９０４ 金属多層膜
１９０５ ハンダ
１９０６ 金属多層膜
２００１ 導電性基板
２２０１ マウント面
２２０２ 誘電体膜
２２０３ 誘電体膜の境界
２３０１ ｎ型基板
２３０３ 活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン
２６０１ 長さα
２６０２ 長さβ
２６１０ 共振器長方向
２７０１ 境界の交差点
２７０２ 境界の交差した点間の中点
２７０３ 境界の交差した点間の中点を通り、ＬＤチップの端面の辺と平行なライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物系化合物半導体のレーザ装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置においては、その動作時にレーザダイオード（以下、ＬＤともいう）のチップ（以下、ＬＤチップともいう）で発生する熱を効率よく支持基体に放散させて発光部の温度上昇に伴う特性劣化を抑制するために、導電性接合剤（以下、ハンダともいう）を用いて、半導体ＬＤチップをマウント部材にマウントすることが行われている。例えば、窒化物系化合物半導体のＬＤチップのマウント方法は、以下に説明する３つ（Ａ、Ｂ、Ｃ）に大別できる。図１９から図２１に各マウント方法の半導体レーザ装置の断面概略図を示す。
【０００３】
図１９は、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いたＬＤチップを、絶縁性基板側をサブマウントに対向させて（ｐ型電極アップ）、ダイボンディングした場合（Ａ）の半導体レーザ装置の断面概略図である。図１９において、符号１７０１は絶縁性基板、１９０２は絶縁性基板１７０１上に成長させた窒化物系化合物半導体成長層、１３０２は絶縁性基板１７０１と半導体成長層１９０２を含む半導体ＬＤチップ、１９０５はハンダ、１９０４は絶縁性基板１７０１の裏面とハンダ１９０５の融着強度を上げるために半導体ＬＤチップ側に形成した金属多層膜、１６１０は活性層である。
【０００４】
半導体レーザチップ１３０２は、金属多層膜１９０６が形成されたサブマウント１２０５とハンダ１９０５を介して、ダイボンディングされている。２１１はｎ型電極、１０３はｐ型電極である。絶縁性基板として絶縁性のＧａＮ基板を用いた場合も同様のマウント方法をとることができる。また、半導体ＬＤチップとは、基板と半導体成長層を含めたものを指すが、基板または半導体成長層に電極や金属多層膜が形成されている場合は、電極や金属多層膜も含める。
【０００５】
図２０は、基板に導電性物質を用い、半導体成長層１９０２側にｐ型電極１０３、導電性基板２００１側にｎ型電極２１１を形成し、導電性基板２００１がサブマウントと対向するように（ｐ型電極アップ）、ダイボンディングを行った場合（Ｂ）の半導体レーザ装置の概略断面図であり、図２１は、同様に、基板に導電性物質を用い、半導体成長層１９０２側にｐ型電極１０３、導電性基板２００１側にｎ型電極２１１を形成し、半導体成長層１９０２がサブマウント１２０５と対向するように（ｐ型電極ダウン）、ダイボンディングを行った場合（Ｃ）の半導体レーザ装置の概略断面図ある。
【０００６】
ここで、ダイボンディングとは、一般的には、次のような工程を指す。通常、ハンダはあらかじめマウント部材上に設けられており、これを融点以上に加熱し、所定の位置にアライメントしたレーザチップを、融解したハンダにコレットで押し付け、その後、ハンダを冷却、固化させる。この工程により、半導体ＬＤチップとマウント部材とが熱伝導性よく接着される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
半導体ＬＤチップをマウント部材にダイボンディングするまでに、ＬＤチップの共振器端面にＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等の誘電体膜をコーティングする場合があるが、この工程の際に、共振器端面以外の面にも誘電体材料が回り込み、共振器端面以外の面もコーティングされていた。図２２は、ダイボンディングする面（以下、マウント面という）の一部が回り込んだ誘電体膜で覆われた窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。図２２において、２２０１はマウント面、２２０２はマウント面を覆う誘電体膜、２２０３は誘電体膜２２０２の境界（縁）である。誘電体膜は金属に比べて熱伝導率が低いため、誘電体膜で一部が覆われた面をサブマウントに対向させて、ハンダ材を用いてダイボンディングした場合、放熱効果が減少する。とりわけ、窒化物系化合物半導体ＬＤチップのように反りがある場合は、サブマウントとの接触面積が減少して、さらに放熱効果が低下し、ＬＤの熱特性（例えば、熱抵抗値）、寿命等に悪影響を与えていた。
【０００８】
代表的な熱伝導率に関しては、温度２７℃において、窒化物系化合物半導体であるＧａＮは１３０Ｗ／ｍＫであり、電極や金属多層膜として使用されるＡｕは３１５、Ｐｄは７５.５、Ｎｉは９０.５、Ａｌは２３７、Ｍｏは１３８、Ｐｔは７１.４である（単位はすべてＷ／ｍＫ）。一方、コーティング用誘電体膜であるＡｌ2Ｏ3は１７、ＳｉＯ2は約１Ｗ／ｍＫであり、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮ、ＭｇＦ2等も同等レベルの値であり、金属と比べると半分以下（４０Ｗ／ｍＫ以下）の熱伝導度となっている。
【０００９】
ここで、窒化物系化合物半導体のＬＤチップに反りが生じる理由を以下に示す。窒化物系化合物半導体をその窒化物系化合物半導体とは異なる材料、組成の成長用基板の上に成長させた場合、窒化物系化合物半導体と成長用基板との熱膨張係数差から成長後の降温過程等において、歪みが生じ、その結果、成長用基板と窒化物系化合物半導体からなるＬＤチップには、反りが存在することになる。反りが生じる現象は、成長用基板にＧａＮを使用した場合にも現れる。これは、成長用基板であるＧａＮと半導体成長層である窒化物系化合物半導体の組成が完全に一致しないこと、また、ＧａＮ基板と半導体成長層との結晶性が異なることが原因であると考えられる
【００１０】
本発明は、従来の技術における上述の問題点を解消し、熱抵抗が良好で長寿命の窒化物系化合物半導体レーザ装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップと、レーザダイオードチップを支持するマウント部材と、レーザダイオードチップとマウント部材の間に位置して両者を固着するハンダ層とを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置は、ハンダ層に接するチップ面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分と、この部分のうち共振器端面から延在する誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率が、０％以上かつ２０％以下であるものとする。
【００１２】
半導体ＬＤチップの発熱は、主にｐ型電極から活性層への電流注入領域周辺で発生する。ここで、共振器端面を覆う誘電体膜（端面コーティング用誘電体膜）がハンダ層に接するチップ面（マウント面）に延在して、電流注入領域の直上または直下の部分が誘電体膜に覆われている場合においても、レーザ共振器長方向に関して、電流注入領域の直上または直下の部分に対する誘電体膜に覆われた部分の長さを２０％以下にすることで、発生した熱を逃げ易くすることができ（熱抵抗の向上）、寿命等の特性を高めることが可能になる。
【００１３】
共振器端面を覆う誘電体膜はＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮおよびＭｇＦ2のうちの１種以上の材料で作製することができる。
【００１４】
これらの材料は、いずれも熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以下と低いが、マウント面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分の８０％以上が、誘電体に覆われることなく直接ハンダ層に接するため、放熱性が確保され、優れた特性の半導体レーザ装置となる。
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明ではまた、窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置の製造方法は、分割後に個々のレーザダイオードチップとなるバー状のチップ原体を作製し、チップ原体をバー状の治具で挟んで、個々のレーザダイオードチップの共振器端面となる面を含むチップ原体の端部が治具の端部のうちチップ原体に接する部位よりも突出する状態として、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるものとする。
【００１６】
この方法では、誘電体膜を設ける際に、共振器端面となる面の全体が露出し、その一方で、個々のレーザダイオードチップのマウント面となる面のうち、共振器端面となる面から離れた部位は、治具に接して露出しない。したがって、共振器端面となる面の全体に誘電体膜を設けながら、誘電体膜のマウント面への延在を制限することができる。マウント面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分と、この部分のうち誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率を２０％以下に抑えることも容易である。治具の材料に制約はないが、劈開性のある半導体を用いれば作製が容易である。
【００１７】
ここで、厚さ方向の中央部がその両側部よりも突出した端部を有する治具を用いるとともに、複数のチップ原体と複数の治具を交互に配置し、かつ、共振器端面となるチップ原体の面と治具の端部の中央部の面の高さを揃えて、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるようにすることもできる。
【００１８】
このようにすると、一度に多くのチップ原体に誘電体膜を設けることができて効率がよい上、マウント面のうち誘電体膜で覆われる部分の長さを一定にすることができて、レーザ装置の特性を一様にすることが可能になる。
【００１９】
なお、本発明おいて、半導体レーザ装置とは、半導体ＬＤチップをマウント部材に積載し、一体化したものを表している。
【００２０】
また、以下に「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」に関する説明をするが、ここでは、横モード安定性等に効果を示すストライプ状電極の場合を例に挙げる。
【００２１】
まず、「活性層への電流注入領域の直上の部分」とは、ＬＤチップの半導体成長層方向の上下の面のうち、活性層に近い方の面を指し、「活性層への電流注入領域の直下の部分」とは、活性層から遠い方の面の部分を指す。
【００２２】
図２３および図２４はそれぞれ、電極ストライプ構造のチップの模式図およびリッジストライプ構造のチップの模式図であり、ｎ型基板２３０１、半導体成長層１９０２、活性層１６１０、共振器端面１０１、ｐ型電極１０３、絶縁膜１０４、絶縁膜等で狭窄された領域の「活性層への電流注入領域の直上部分を示すライン」（断面部）２３０３、絶縁膜等で狭窄された領域の「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン」（マウント面部）１０６、「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」１０５の面積（いまは、電流注入領域の直上の部分）を示す。また、マウント面がｐ型電極側の場合、ｐ型電極側が活性層から近いので、ｐ型電極側が「電流注入領域の直上の部分」となり、「電流注入領域の直上の部分」の面積とは、リッジの直上、または、絶縁膜等で狭窄された領域の直上の部分（図２３および図２４において、点線で囲まれた部分）を指す。
【００２３】
図２５は、リッジストライプ構造のチップの模式図であり、マウント面がｎ型電極側の場合である。このとき、「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」１０５の領域（いまは、ｎ型電極側が活性層から遠いので、直下の部分となる）とは、リッジの直上（ｐ型）部分（図２５において、点線で囲まれた部分）である。また、電極ストライプ構造についても、さらに円形、矩形等の他の形状の電極においても同様に「電流注入領域の直上または直下の部分」を考えることができる。
【００２４】
ここで、ＬＤチップのマウント面における「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」のレーザ共振器長方向の長さを「長さα」、端面コーティング用誘電体膜で覆われる部分のレーザ共振器長方向の長さを「長さβ」と定義する。つまり、ＬＤチップのマウント面において、「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」と、そのうちの端面コーティング用誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率とは、「長さβ」／「長さα」（＝比率γとする）のことを指す。
【００２５】
図２６、および図２７は、「長さα」および「長さβ」を説明する図である。図２６は、ＬＤチップの辺に対して平行に誘電体膜がコーティングされ、さらにＬＤチップの辺に対して平行に「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」が存在する場合である。図２６中、１０１はレーザ共振器の端面、１０５は「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」、８０２は誘電体膜で覆われた領域、２６０１は「長さα」、２６０２は「長さβ」、２６１０は共振器長方向を示す。
【００２６】
また、図２７は、ＬＤチップの辺に対して、平行位置からずれて誘電体膜がコーティングされ、さらにＬＤチップの辺に対して、平行位置からずれて「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」が存在する場合である。図２７において、２７０２は誘電体膜がコーティングされている部分と「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」との交差した点（境界の交差した点）であり、２７０１は境界の交差した点２７０２間の中点であり、２７０３は中点２７０１を通りＬＤチップの端面の辺に平行に引いたラインである。上記のように、図２７の場合においても、図２６と同様に「長さα」２６０１、「長さβ」２６０２を考えることができる。
【００２７】
また、本発明において、マウント部材とは、半導体ＬＤチップを直接積載するための部品を意味しており、例えば、半導体発光素子チップ用のサブマウントや、サブマウントを用いずに保持体（ステム、フレームまたはパッケージ）に直接積載する場合においては、このステムの支持基体、フレームまたはパッケージ自体を指す。
【００２８】
また、本発明において、ハンダとは、半導体ＬＤチップとマウント部材とを固着させる材料である。例えば、比較的融点の高いＡｕ系ハンダでは、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｉ、ＡｕＧａ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｂ、ＡｕＮｉ等や、比較的融点の低いハンダでは、Ｉｎ系ハンダのＩｎ、ＩｎＰｂ、ＩｎＳｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＡｇＰｂ等、あるいは、Ｓｎ、ＳｎＰｂ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＰｂ、ＳｎＰｂＳｂ等のＳｎを含むハンダ、さらには、ＰｂＳｂ、ＰｂＡｇ、ＰｂＺｎ等のＰｂを含むハンダ等がある。
【００２９】
また、本発明において、マウント面とは、半導体ＬＤチップを保持体へダイボンディングする際、ハンダを挟んで保持体と対向する半導体ＬＤチップの面のことを指す。
【００３０】
また、本発明において、窒化物系化合物半導体とは、窒素がＶ族元素の主であるＩＩＩ−Ｖ系化合物半導体のことを示しており、具体的には、Ｖ族元素のうち窒素の比率が５１％以上、１００％以下である半導体のことを示す。
【００３１】
例えば、ＧａＮαＸ1-α（０.５１≦α≦１）（ＸはＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等のうち少なくとも１種類以上を含む元素）、ＢＮβＸ1-β（０.５１≦β≦１）、ＡｌＮγＸ1-γ（０.５１≦γ≦１）、ＡｌδＧａ1-δＮεＸ1-ε（０＜δ＜１、０.５１≦ε≦１）、ＩｎＮζＸ1-ζ（０.５１≦ζ≦１）、ＩｎηＧａ1-ηＮμＸ1-μ（０＜η＜１、０.５１≦μ≦１）、ＩｎνＧａξＡｌ1-ν-ξＮτＸ1-τ（０＜ν＜１、０＜ξ＜１、０.５１≦τ≦１）を指す。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、基板としてＧａＮ基板を使用した窒化物系化合物半導体の半導体レーザ装置を、両面電極、ｐ型電極アップで製造した第１の実施形態について説明する。
【００３３】
図１（ａ）は、本実施形態で用いるダイボンディング前の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの裏面（ＧａＮ基板側）からの模式図であり、図１（ｂ）は、表面（成長層側）からの模式図である。図中、１０１はレーザ共振器の端面、１０２はｎ型電極の上に形成された金属多層膜、１０３はｐ型電極、１０４は絶縁膜、１０６は「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン」（点線）であり、この点線で囲まれた１０５は「活性層への電流注入領域の直上または直下の部分」を示す。ｐ型電極アップの場合、窒化物系化合物半導体ＬＤチップの裏面側（金属多層膜１０２）がマウント面となる。
【００３４】
図２は、半導体ＬＤチップの断面の模式図である。図２において、２０１はｎ型ＧａＮ基板であり、基板側から順に、ｎ−ＧａＮコンタクト層２０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０３、ｎ−ＧａＮガイド層２０４、ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層２０５、ｐ−ＡｌＧａＮ蒸発防止層２０６、ｐ−ＧａＮガイド層２０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層２０９が積層されている。ｐ−クラッド層２０８およびｐ−コンタクト層２０９には、共振器方向に延伸したストライプ状のリッジが設けられ、ｐ型電極１０３とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層２０９の間にはリッジ部分を除いて、絶縁膜１０４が設けられている。ここで、ｐ型電極１０３は、ｐコンタクトに近い側からＰｄ、Ａｕであり、ｎ型電極２１１は、基板側からＨｆ、Ａｌであり、その上に金属多層膜１０２（基板側からＭｏ、Ａｕ）が設けられている。
【００３５】
本実施形態では、上記に示す材料で半導体ＬＤチップを作製したが、材料は上記のものに限られるわけではなく、窒化物系化合物半導体（例えばクラッド層２０８をｐ−ＡｌＧａＩｎＮ、活性層２０５をＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＰ等）を用いればよい。また、クラッド層に多重量子井戸を用いてもよく、ｎ−コンタクト層２０２とｎ−クラッド層２０３の間に、ＩｎＧａＮクラック防止層を挿入してもよい。このように、本実施形態に用いた半導体ＬＤチップは、いわゆるリッジストライプ型構造を有している。
【００３６】
以下に、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を説明する。初めに、半導体素子の製造に用いられるプロセスを適宜適用して、半導体ＬＤウェハ上にＬＤを形成する。次に、ｎ型ＧａＮ基板２０１の裏面側から、研磨またはエッチングにより、ウェハの厚さを４０〜２００μｍ程度までに薄く調整する。これは、後の工程で、ウェハを分割し個々のＬＤチップにするのを容易にするためである。特に、レーザ共振器端面を分割により形成する場合には、３５〜１５０μｍ程度と、薄めに調整することが望ましい。本実施形態においては、研削機を用いてウェハの厚さを１５０μｍに調整し、その後、研磨機を用いて１００μｍ程度まで調整した。ウェハの裏面は研磨機により磨かれているので平坦である。
【００３７】
次に、ウェハ裏面にｎ型電極２１１を形成した。ここで、ｎ型電極の層構造は、基板側からＨｆ（３０ｎｍ）、Ａｌ（１５０ｎｍ）であり、その上に金属多層膜を、基板側からＭｏ（８ｎｍ）、Ａｕ（１５０ｎｍ）の順で形成した。Ｈｆ／Ａｌの層は、ｎ型ＧａＮ基板とオーミックをとるための層であり、その上のＭｏはＡｕとＡｌのコンタミネーションを防止するブロック層、Ａｕはマウントの際に、ハンダと混合し、強固にＬＤチップをダイボンディングするための層である。このような薄い金属膜を膜厚の制御性よく形成するには真空蒸着法が適しており、本実施形態でもこの手法を用いたが、イオンプレーティング法やスパッタ法等の他の手法を用いてもよい。
【００３８】
以下、レーザダイオードのウェハをＬＤウェハ、これを分割してバー状としたものをＬＤバーとよぶ。図３は、上記の工程で半導体レーザ構造が多数形成された窒化物系化合物半導体ＬＤウェハと、この半導体ＬＤウェハを分割したＬＤバーの模式図である。図３において、３０１は窒化物系化合物半導体ＬＤウェハ、１０１はレーザ共振器端面、１０３はｐ型電極、１０４は絶縁膜、３１１はバー状に分割するためのＬＤバー用分割ライン（Ａ）である。
【００３９】
次に、この状態のウェハをストライプ方向と垂直な方向に劈開またはエッチングしてバー状にする。３０２は窒化物系化合物半導体ＬＤウェハを分割したＬＤバーである。３１２はチップに分割するためのＬＤチップ用分割ライン（Ｂ）である。本実施形態では、共振器長３１３が５００μｍになるようにＬＤバー用分割ライン（Ａ）を制御した。
【００４０】
次いで、レーザ共振器端面に、光学薄膜のコーティングを蒸着により施す。まず、窒化物系化合物半導体ＬＤバーを固定する治具を用意する。図４は、溝をつけたバー状のＳｉ基板（Ｓｉバー）の模式図である。このＳｉバーを、フォトリソグラフィー技術を利用し、溝深さ４０２を制御した溝４０３を、Ｓｉバー４０１の先端部の両サイドに作る。平板を利用して、ＬＤバーとこのＳｉバーの先端を揃えた場合、Ｓｉバーの溝部分が開いているため、共振器端面だけでなく、ＬＤチップの上下面にも、誘電体膜が蒸着される。本実施形態では、溝の深さが２０μｍ程度のＳｉバーを使用し、ＬＤバーとＳｉバーの先端を揃えた状態で固定具に固定する。
【００４１】
図５は、治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの横方向からの模式図であり、図６は、治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの蒸着する面方向からの模式図である。図５において、５０１は窒化物系化合物半導体ＬＤバーであり、５０２はこのＬＤバーを挟む治具として使用したバー状のＳｉ基板であり、５０３、５０４は、それぞれＬＤバーとＳｉ基板を固定する固定具およびネジであり、５０５はＬＤバーの共振器端面と治具（バー状のＳｉ基板）の先端面との段差を示す。バー状のＳｉ基板５０２はレーザ素子の共振器端面以外の箇所への誘電体膜の被覆を防ぐ目的で使用している。上記の操作で、各ＬＤバーの共振器端面の位置に段差をつけて、誘電体膜を形成することができる。
【００４２】
一方、図７は、先端部に溝等を作り込んでいないバー状のＳｉ基板５０２を用いて、ＬＤバーの上下面全体をカバーするように固定したＬＤバーの横方向からの模式図である。図７のような方法で、マウント面への誘電体膜の被覆を防ぐことも考えられるが、この場合、ＬＤバーの共振器端面に蒸着された誘電体膜と、Ｓｉバーの先端部に蒸着された誘電体膜が一体化しているため、誘電体膜の蒸着後、ＬＤバーとＳｉバーを分離するときに、レーザ共振器端面を覆っている誘電体膜が剥がれてしまうという事態が生じうる。よって、図５に示したように段差をつける方法で蒸着するのが好ましい。
【００４３】
次に、誘電体膜の蒸着に関して詳細に説明する。ＥＢ蒸着法により、片方の共振器の端面にＳｉＯ2層およびＴｉＯ2層を設けて、多層膜を形成する。各層の厚さは、共振器の発振波長に対して１／４波長条件を満たすように設計し、交互に３層ずつ、合計６層積層する。このとき、誘電体膜の付着強度を上げるために、ウェハ温度を２００℃に保持した。その後、ＥＢ蒸着装置から固定具ごと取り出し、ＬＤバーとＳｉバーを分離する。
【００４４】
図８および図９はそれぞれ、図５の方法により、一部の誘電体膜がマウント面に回り込んでその縁の部分が覆われた共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤバーのｐ型電極側からの模式図、およびｎ型電極側からの模式図である。８０２は誘電体膜で覆われた領域である。走査電子顕微鏡や光学顕微鏡で測定したところ、Ｓｉバーの溝の深さが２０μｍであるため、誘電体膜で覆われている領域の指標である「長さβ」も、ほぼ２０μｍであった。共振器長が５００μｍであり、電流注入領域の指標である「長さα」も５００μｍであることから、「比率γ」（＝「長さβ）／「長さα」）は、０.０４（４％）となる。
【００４５】
その後、チップ分割工程により、ＬＤバーを個々の半導体ＬＤチップに分割した。図１０および図１１はそれぞれ、共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤチップのｐ型電極側からの模式図、およびｎ型電極側からの模式図である。この工程は、以下のように実施した。まず、誘電体膜を設けたＬＤバーを裏面側を上にしてステージ上に置き、光学顕微鏡を用いて観察しながら傷を入れて、位置をアライメントし、裏面にダイヤモンドポイントでスクライブラインを入れた。それから、ＬＤバーに適宜力を加え、スクライブラインに沿って分割することで、図１０および図１１に示す窒化物系化合物半導体ＬＤチップを作製した。
【００４６】
ここでは、スクライビング法によるチップ分割工程について説明したが、基板裏面側から傷、溝等を入れてチップを分割する方法であっても構わない。他の手法として、ワイヤソーまたは薄版ブレードを用いて傷入れまたは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部にクラックを生じさせ、これをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し、この部分を蒸発させて溝入れ加工を行うレーザアブレーション法等を用いてもよい。
【００４７】
次にダイボンディング法により、半導体ＬＤチップをサブマウント上に搭載した。図１２、図１３は、本実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の模式図である。
【００４８】
この工程は、以下のように実施した。まず、Ｔｉ（０.１μｍ）／Ｐｔ（０.１μｍ）／Ａｕ（０.１μｍ）（ＡｕオンＰｔオンＴｉ、以下同様）の順で形成された金属多層膜１２０４、１２０６を表面に有するＦｅのサブマウント１２０５上に、Ｉｎハンダ１２０１を蒸着した。ハンダの盛り上がりによる半導体ＬＤチップのｐ−ｎ間ショートを防ぐため、ハンダ１２０１の厚さは０.５〜２０μｍ、特に０.５〜５μｍの範囲とするのが好ましい。
【００４９】
次に、サブマウント１２０５をハンダ１２０１の融点よりも若干高い２００℃まで加熱し、ハンダ１２０１が融けたところで、半導体ＬＤチップ１３０２をｎ型電極２１１、金属多層膜１０２を下にして載せ、さらにコレットで押さえて荷重を適宜加えながらＬＤチップ１３０２とサブマウント１２０５とをハンダ１２０１によく馴染ませた。その後、冷却し、ハンダ１２０１を固化させた。
【００５０】
次に、ステム１３０１の支持基体１２１０上にシート状のＰｂＳｎハンダ１２０２を載せ、ステム１３０１をハンダ１２０２の融点よりも若干高い１８０℃まで加熱し、ハンダ１２０２が融けたところで、上述のように固着したサブマウント１２０５と半導体ＬＤチップ１３０２を、サブマウント１２０５を下にして載せ、サブマウント１２０５とステムの支持基体１２１０とをハンダ１２０２によく馴染ませ、ハンダ１２０２を固化させた。その後、半導体成長層１２０３上のｐ型電極１０３およびサブマウント１２０５の表面からワイヤ１２０７、１２０８をステムのピン１２０９および支持基体１２１０へ繋いだ。このようにして、図１３に示す窒化物系化合物半導体レーザ装置が得られた。
【００５１】
なお、支持基体１２１０はＣｕまたはＦｅを主体とする金属から成り、その表面にＰｄ膜／Ａｕ膜が順にメッキ形成されたものである。また、サブマウントに誘電体を用いているので、サブマウントのうち半導体ＬＤチップに面した側からだけでなく、側面や裏面からも、ステム、パッケージ、外部リード等へ直接接続が可能となり、放熱効率のアップやシステム全体の簡略化へつながる。
【００５２】
本実施形態の方法で窒化物系化合物半導体レーザ装置を２４０個製造した。これらの半導体レーザのの特性（２４０個の平均）に関しては、「比率γ」が４％であり、熱抵抗（Ｒｔｈ）が３２.５（℃／Ｗ）、素子寿命（光出力＝５０ｍｗ、６０℃、ＤＣ、オートパワーコントロール（以下、ＡＰＣという））は２６２０時間であった。ここで、熱抵抗は、投入電力に対するレーザ素子の温度上昇を指す指標であり、この値が小さい方が、同じ投入電力において温度上昇が小さくなるため、欠陥の増殖、ドーパントの拡散等が抑えられ、素子寿命に良いとされる。
【００５３】
比較のため、本実施形態と異なり、活性層に近い方の電極（ここではｐ型電極）の直上部の面積のうち、端面コーティング用誘電体膜で覆われる面積の割合が２９％であるチップを作製し、このチップを用いて、本実施形態と同様の方法で窒化物系化合物半導体のレーザ装置を２３０個製造した。これらの比較例の素子特性（２３０個の平均値）は、熱抵抗が６１.４（℃／Ｗ）、素子寿命（光出力＝５０ｍＷ、６０℃、ＤＣ、ＡＰＣ）は７８０時間であった。
【００５４】
このように、比較例に対して、本実施形態の半導体レーザ装置の方が、熱抵抗および素子寿命の特性が良好であった。
【００５５】
上記の差異の原因は、以下のように推測できる。誘電体膜は、ハンダ材との濡れ性が悪く、誘電体膜でコーティングされた面をサブマウント面に対向するように、ハンダ材を用いてダイボンディングした場合、半導体ＬＤチップとサブマウントの密着性が低く、また結合性も強くない。とりわけ、窒化物系化合物半導体ＬＤチップのように反りがある場合は、密着性の低下により、サブマウントから半導体ＬＤチップが剥がれ易く、しかも、誘電体膜部位の熱伝導性が低いため、放熱効果が減少して（熱抵抗の悪化）、レーザ装置が高温になり易く、これがドーパントの拡散、欠陥の増殖、端面の誘電体の劣化等に繋がり、レーザ装置の寿命等に悪影響を与える。本実施形態では、マウント面のうち電流注入領域の直上または直下の部分への誘電体膜の付着を抑制しているため、マウント部材と半導体発光素子チップの放熱性が向上して、熱抵抗が良好になり、素子寿命が向上したと考えられる。
【００５６】
次に、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることで効果が現れる理由について説明する。図１４は、「比率γ」と熱抵抗（Ｒｔｈ）の関係を示すグラフである。図１４のグラフから判るように、「比率γ」が０％から２０％までの範囲では、「比率γ」の増大に伴って熱抵抗は上昇するが、その上昇の度合いは小さい。一方、「比率γ」が２０％を超えると熱抵抗は急激に上昇する。４０％を超えると、接合強度が急激に弱まり、ワイヤ打ち等が困難になって正確な測定ができない状態になったため、４０％以上のプロットはしていない。
【００５７】
また、図１５は、「比率γ」と素子寿命（光出力＝５０ｍＷ、６０℃、ＡＰＣ）の関係を表すグラフである。図１５のグラフから判るように、「比率γ」が０％から２０％までの範囲では、素子寿命が長い。
【００５８】
上記の範囲で素子特性が向上する効果は、誘電体膜として用いる材料がＳｉＯ2／ＴｉＯ2以外の場合でも、例えば、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮのいずれか、およびこれらの物質の混合物でも、同様に観察された。
【００５９】
本実施形態では、導電性基板に両面電極を形成し、この導電性基板側をサブマウントにダイボンディングする方法（ｐ型電極アップ（α））について説明したが、上記の誘電体膜形成方法は他の構造およびマウント方法にも適用できる。以下、本発明の他の実施形態について説明する。図１６、図１７および図１８はそれぞれ、第２、第３および第４の実施形態の半導体レーザ装置の主要部の模式図である。図１６に示す第２の実施形態ではｐ型電極ダウン（α）、図１７に示す第３の実施形態ではｐ型電極アップ（β）、図１８に示す第４の実施形態ではｐ型電極ダウン（β）のマウント方法を採用している。図１５、図１７および図１８において、１６１０は活性層を示す。
【００６０】
図１６のｐ型電極ダウン（α）構造は、導電性基板（ここではｎ型ＧａＮ基板２０１）に両面電極を形成し、半導体成長層１２０３側をサブマウント１２０５にダイボンディングして作製する。第１の実施形態と同様の方法で、図１６のｐ型電極ダウン（α）構造の窒化物系化合物半導体レーザ装置を２２０個製造した。これらの半導体レーザの特性（２２０個の平均値）に関しては、「比率γ」が６％であり、熱抵抗が３４.１（℃／Ｗ）、素子寿命（光出力＝５０ｍＷ、６０℃、ＡＰＣ）は２５１０時間であった。「比率γ」と熱抵抗、および寿命の関係を調べた結果、第１の実施形態と同様に「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることにより、第１の実施形態で得られたようなチップとサブマウントの融着強度、熱抵抗、素子寿命等が向上する効果が得られた。
【００６１】
また、図１７に示すように、絶縁性基板１７０１の半導体成長層１２０３側に両電極を形成し、絶縁性基板１７０１をサブマウント１２０５にダイボンディングする構造（ｐ型電極アップ（β））においても、第１の実施形態と同様に、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることにより、第１の実施形態で得られたようなチップとサブマウントの融着強度、熱抵抗、素子寿命が向上する効果が得られた。
【００６２】
ここで、図１６に示すｐ型電極ダウン（α）の構造の場合、半導体ＬＤチップとハンダとの融着強度を上げるためにｐ型電極を覆うように金属多層膜を形成するが、ハンダ層と接する領域全てにおいて、金属多層膜を形成することが好ましい。
【００６３】
図１８において、１６１０は活性層、１８０１は絶縁性基板または導電性基板、１８０５は絶縁性のサブマウント、１８１５は導電性のサブマウント、１８１１は導電性のサブマウント１８１５と絶縁性のサブマウント１８０５を融着させているハンダ、１８２１はｎ型電極２１１と導電性のサブマウント１８１５を融着させているハンダである。図１８に示すような、絶縁性基板または導電性基板１８０１を用いて、片面に両電極１０３，２１１を形成し、ｎ型電極２１１側は、両面に金属多層膜が被覆されている導電性のサブマウント１８１５を挟んで、ハンダ１８１１、１８２１で絶縁性のサブマウント１８０５に融着し、また、、ｐ型電極１０３側は、通常通り、ハンダ１２０１で絶縁性のサブマウント１８０５に搭載する方法（ｐ型電極ダウン（β））においても、第１の実施形態と同様に、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることにより、第１の実施形態で得られたような熱抵抗、素子寿命が向上する効果が得られた。
【００６４】
上記の全てのマウント方法において、半導体層、基板、および活性層に近い方の電極の極性（ｐ型とｎ型）を逆にする場合でも、それぞれの構造において、基板、および成長層の極性、層厚、組成等を最適化すれば、第１の実施形態で説明したものと同様の効果が得られる。
【００６５】
上記の各実施形態では、誘電体膜としてＴｉＯ2およびＳｉＯ2を使用したが、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯＮ、ＭｇＦ2あるいはその他の酸化物、フッ化物、または窒化物を誘電体膜として用いることも可能である。その場合も誘電体膜の熱伝導度は４０Ｗ／ｍＫ以下と低くなるが、本発明を適用することで、第１の実施形態で説明したものと同様の効果が現れる。
【００６６】
また、ここでは、片面の端面コーティングだけを行ったが、両面の端面コーティングを行う場合も、本発明を適用することで、熱特性、寿命向上の効果が現れる。
【００６７】
各実施形態では、サブマウントにＦｅを用いたが、他のサブマウントでも同様の効果が得られる。また、窒化物系化合物半導体より熱膨張率が大きい他の材料、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、ＣｕＷ、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＧａＡｓ等に置き換えると窒化物系化合物半導体発光素子チップに圧縮歪を与えることができ、発光装置の特性を向上させることができる。さらに、熱伝導率の大きいものの方が、放熱性に優れるため好ましい。
【００６８】
また、各実施形態では、半導体ＬＤチップとサブマウントの接着のためのハンダに、Ｉｎハンダを用いたが、その他、融点の低いハンダ、例えば、Ｉｎ系ハンダのＩｎＰｂ、ＩｎＳｎ、ＩｎＡｇ、ＩｎＡｇＰｂ等、あるいは、Ｓｎ、ＳｎＰｂ、ＳｎＳｂ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＰｂ、ＡｎＰｂＳｂ等のＳｎを含むハンダ、あるいは、ＰｂＳｂ、ＰｂＡｇ、ＰｂＺｎ等のＰｂを含むハンダ、さらには、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の粉末を混入したエポキシ樹脂やポリイミド等を用いても同様の効果を得ることが可能である。ハンダの形成は蒸着法以外に塗布法、スパッタ法、印刷法、メッキ法等を用いてもよく、シート状のハンダをサブマウント上に置いてもよい。
【００６９】
各実施形態では、サブマウントと支持体の接着のためのハンダにＰｂＳｎを用いたが、このハンダの種類はＩｎ系、Ｓｎ系、Ａｕ系、Ｐｂ系等のいずれでもよい。ただし、既に半導体ＬＤチップとサブマウント間に存在するハンダへの悪影響を避ける意味で、既存のハンダよりも融点が低いものが望ましい。このハンダの形成にも、蒸着法、塗布法、スパッタ法、印刷法、メッキ法等を採用することができる。
【００７０】
また、各実施形態では、ｐ型電極にＰｄ／Ａｕを用いたが、Ｐｄ以外に、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｓｃ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉとその化合物を用いてもよく、Ａｕ以外に、例えば、Ｎｉ、Ａｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌとその化合物を用いてもよい。ｐ型電極の膜厚も例示した数値に限られるものではない。
【００７１】
各実施形態では、ｎ型電極にＨｆ／Ａｌを用いたが、Ｈｆ以外に、例えば、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｓｃ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄとその化合物を用いてもよく、Ａｌ以外に、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅとその化合物を用いてもよい。ｎ型電極の膜厚も例示した数値に限られるものではない。
【００７２】
また、マウント面の金属多層膜の最上層をＡｕとしたが、これ以外にも、例えば、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｙ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌのいずれか、およびこれらの金属の合金を最上層とすることができる。その場合も、「比率γ」を０％以上かつ２０％以下とすることによって得られる効果に相違は生じない。
【００７３】
半導体ＬＤチップの構造については、例示したものに限られず、基板として他の窒化物系化合物半導体材料を用いる等の変更が可能であり、また、半導体成長層の材料系として、例えば、ＡｌＧａＩｎＮ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＩｎＮＰ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＮ系、ＣｄＺｎＳｅ系、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の他のものを用いることも可能である。
【００７４】
また、サブマウント積載面上に、さらに、ワイヤボンディング用のパッド部を設けたり、ダイボンディング時の位置合わせのための印を設けたりしてもよい。いわゆるマルチビームレーザのように、３つ以上の電極を有する半導体ＬＤチップを積載した半導体レーザ装置にも、本発明を適用することができる。
【００７５】
さらに、ハンダ層とサブマウント基体の間には、公知の如く、種々の膜を介在させることが可能であり、例えば、サブマウントとハンダの間の密着性を向上させるための膜、サブマウントとハンダ間の反応を防止するための膜、さらには、これらの膜の間の密着性を高めたり、酸化を防止するための膜を適宜積層形成してもよい。例示した金属パターンＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉに代えて、Ｐｔ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｍｏ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｍｏ／Ｔｉ等を用いることも可能である。ハンダ、ボンディングパッド、サブマウント相互の間にも、同様の目的で、種々の膜を介在させることができる。
【００７６】
【発明の効果】
窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップと、レーザダイオードチップを支持するマウント部材と、レーザダイオードチップとマウント部材の間に位置して両者を固着するハンダ層とを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置において、本発明のように、ハンダ層に接するチップ面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分と、この部分のうち共振器端面から延在する誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率を、０％以上かつ２０％以下とすると、レーザダイオードチップで発生した熱が効率よくマウント部材に伝わることになり、熱抵抗が良好で、長寿命のレーザ装置となる。
【００７７】
共振器端面を覆う誘電体膜をＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮおよびＭｇＦ2のうちの１種以上の材料で作製すると、各材料の特性が生かされて共振器端面に良好なコーティングを施すことができる。各材料の熱伝導率が低いことは、構造上の特徴により、問題とならない。
【００７８】
窒化物系化合物半導体より成り、共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置の製造方法において、本発明のように、分割後に個々のレーザダイオードチップとなるバー状のチップ原体を作製し、チップ原体をバー状の治具で挟んで、個々のレーザダイオードチップの共振器端面となる面を含むチップ原体の端部が治具の端部のうちチップ原体に接する部位よりも突出する状態として、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるようにすると、共振器端面となる面の全体に誘電体膜を設けながら、誘電体膜のマウント面への延在を制限することができて、熱抵抗が良好で長寿命のレーザ装置を提供することが可能になる。
【００７９】
特に、厚さ方向の中央部がその両側部よりも突出した端部を有する治具を用いるとともに、複数のチップ原体と複数の治具を交互に配置し、かつ、共振器端面となるチップ原体の面と治具の端部の中央部の面の高さを揃えて、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けるようにすると、一度に多くのチップ原体に誘電体膜を設けることができて効率がよい上、マウント面のうち誘電体膜で覆われる部分の長さを一定にすることができて、特性にバラツキのないレーザ装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態で用いる窒化物系化合物半導体ＬＤチップの、（ａ）裏面（ＧａＮ基板側）から、および（ｂ）表面（成長層側）からの模式図である。
【図２】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの断面の模式図である。
【図３】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの製造途中の窒化物系化合物半導体ＬＤウェハおよびＬＤバーの模式図である。
【図４】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの製造に用いるバー状のＳｉ基板の模式図である。
【図５】 治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの横方向からの模式図である。
【図６】 治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの蒸着する面方向からの模式図である。
【図７】 別の態様で治具に固定した窒化物系化合物半導体ＬＤバーの横方向からの模式図である。
【図８】 共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤバーのｐ型電極側からの模式図である。
【図９】 共振器端面となる面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤバーのｎ型電極側からの模式図である。
【図１０】 共振器端面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤチップのｐ型電極側からの模式図である。
【図１１】 共振器端面に誘電体膜が設けられた窒化物系化合物半導体ＬＤチップのｎ型電極側からの模式図である。
【図１２】 本発明の第１の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の模式図である。
【図１３】 本発明の第１の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の模式図である。
【図１４】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの「比率γ」と熱抵抗Ｒｔｈの関係を示す図である。
【図１５】 窒化物系化合物半導体ＬＤチップの「比率γ」と素子寿命の関係を示す図である。
【図１６】 本発明の第２の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の主要部の模式図である。
【図１７】 本発明の第３の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の主要部の模式図である。
【図１８】 本発明の第４の実施形態の窒化物系化合物半導体レーザ装置の主要部の模式図である。
【図１９】 従来の技術の半導体レーザ装置の模式図である。
【図２０】 従来の技術の半導体レーザ装置の模式図である。
【図２１】 従来の技術の半導体レーザ装置の模式図である。
【図２２】 発明が解決しようとする課題の共振器端面に誘電体膜が設けられた従来の半導体ＬＤチップのマウント面側からの模式図である。
【図２３】 電極ストライプ構造を有する本発明の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。
【図２４】 リッジストライプ構造を有する本発明の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。
【図２５】 リッジストライプ構造を有する本発明の窒化物系化合物半導体ＬＤチップの模式図である。
【図２６】 本発明における「長さα」および「長さβ」を示す図である。
【図２７】 本発明における「長さα」および「長さβ」を示す図である。
【符号の説明】
１０１ レーザ共振器の端面
１０２ 金属多層膜
１０３ ｐ型電極
１０４ 絶縁膜
１０５ 活性層への電流注入領域の直上または直下の部分
１０６ 活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン
２０１ ｎ型ＧａＮ基板
２０２ ｎ−ＧａＮコンタクト層
２０３ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
２０４ ｎ−ＧａＮガイド層
２０５ ＧａＩｎＮ多重量子井戸活性層
２０６ ｐ−ＡｌＧａＮ蒸発防止層
２０７ ｐ−ＧａＮガイド層
２０８ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
２０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
２１１ ｎ型電極
３０１ 窒化物系化合物半導体ＬＤウェハ
３０２ 窒化物系化合物半導体ＬＤバー
３１１ 窒化物系化合物半導体ＬＤバー用分割ライン（Ａ）
３１２ 窒化物系化合物半導体ＬＤチップ用分割ライン（Ｂ）
３１３ 共振器長
４０１ Ｓｉバー
４０２ 溝深さ
４０３ 溝
５０１ 窒化物系化合物半導体ＬＤバー
５０２ バー状のＳｉ基板（治具）
５０３ 固定具
５０４ ネジ
５０５ ＬＤバーの共振器端面と治具の先端面との段差
８０２ 誘電体膜で被覆された領域
１２０１ ハンダ
１２０２ ハンダ
１２０３ 半導体成長層
１２０４ 金属多層膜
１２０５ サブマウント
１２０６ 金属多層膜
１２０７ ワイヤ
１２０８ ワイヤ
１２０９ ステムのピン
１２１０ ステムの支持基体
１３０１ ステム
１３０２ 半導体ＬＤチップ
１６１０ 活性層
１７０１ 絶縁性基板
１８０１ 絶縁性基板または導電性基板
１８０５ 絶縁性サブマウント
１８１１ ハンダ
１８１５ 導電性サブマウント
１８２１ ハンダ
１９０２ 半導体成長層
１９０４ 金属多層膜
１９０５ ハンダ
１９０６ 金属多層膜
２００１ 導電性基板
２２０１ マウント面
２２０２ 誘電体膜
２２０３ 誘電体膜の境界
２３０１ ｎ型基板
２３０３ 活性層への電流注入領域の直上または直下の部分を示すライン
２６０１ 長さα
２６０２ 長さβ
２６１０ 共振器長方向
２７０１ 境界の交差点
２７０２ 境界の交差した点間の中点
２７０３ 境界の交差した点間の中点を通り、ＬＤチップの端面の辺と平行なライン
Claims (4)
- 共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップと、レーザダイオードチップを支持するマウント部材と、レーザダイオードチップとマウント部材の間に位置して両者を固着するハンダ層とを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置において、
ハンダ層に接するチップ面のうち活性層への電流注入領域の直上または直下の部分と、
この部分のうち共振器端面から延在する誘電体膜で覆われる部分との、レーザ共振器長方向の長さの比率が、０％以上かつ２０％以下であり、
前記レーザダイオードチップが、窒化物系化合物半導体層を当該窒化物系化合物半導体層とは異なる材料の基板上に成長させること、または、前記窒化物系化合物半導体層を当該窒化物系化合物半導体層とは異なる組成の基板上に成長させること、によって成ることを特徴とする窒化物系化合物半導体のレーザ装置。 - 共振器端面を覆う誘電体膜がＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯＮおよびＭｇＦ2のうちの１種以上の材料より成ることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物半導体のレーザ装置。
- 共振器端面が誘電体膜で覆われたレーザダイオードチップを備える窒化物系化合物半導体のレーザ装置の製造方法において、
窒化物系化合物半導体層を当該窒化物系化合物半導体層とは異なる材料の基板上に成長させること、または、前記窒化物系化合物半導体層を当該窒化物系化合物半導体層とは異なる組成の基板上に成長させること、によって成すとともに、分割後に個々のレーザダイオードチップとなるバー状のチップ原体を作製し、
チップ原体をバー状の治具で挟んで、個々のレーザダイオードチップの共振器端面となる面を含むチップ原体の端部が治具の端部のうちチップ原体に接する部位よりも０％以上かつ２０％以下突出する状態として、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けることを特徴とする窒化物系化合物半導体のレーザ装置の製造方法。 - 厚さ方向の中央部がその両側部よりも突出した端部を有する治具を用いるとともに、複数のチップ原体と複数の治具を交互に配置し、かつ、共振器端面となるチップ原体の面と治具の端部の中央部の面の高さを揃えて、共振器端面となるチップ原体の面に誘電体膜を設けることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系化合物半導体のレーザ装置の製造方法。
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