JP4908982B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば光ディスクシステムにおける光学式ピックアップなどに用いられる半導体レーザ素子に関する。

第１の従来の技術の半導体レーザ装置では、半導体基板にリブ導波路が設けられ、レーザ下面電極を、キャップ層とオーミックコンタクトをとるオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層の表面に形成され、半田層と合金化しない高融点金属より成る非合金化金属層と、非合金化金属層の表面の、発光領域５の長手方向の中心線の真下から、左右に所定以上離れた領域に形成され、半田層８と合金化する合金化電極層との３層によって形成している。非合金化層とこれに接触している半田層とは合金化させず、合金化電極と半田層とを合金化させて、半導体レーザ素子をヒートシンクに接着している（たとえば、特許文献１参照）。

第２の従来の技術の半導体レーザ装置では、活性層およびリッジ構造部の両側に位置する凹溝部を有し、電極膜はリッジ構造部および凹溝部の表面を含んでその両側に延びるように形成されている。半導体レーザ素子と実装基板とを接着する半田層は、リッジ構造部および凹溝部に面する空間を形成するように凹溝部の両側に形成されている（たとえば、特許文献２参照）。

第３の従来の技術の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子をＳｉ基板に半田層によって接着するが、活性層下に半田接合しない空洞空間を形成している（たとえば、特許文献３参照）。

特開平９−６４４７９号公報 特開２００４−１４６５９号公報 特開平１１−８７８４９号公報

第１の従来の技術では、リブ導波路を有する半導体レーザ素子において、ヒートシンクと半導体レーザ素子との熱膨張率の差に起因して、発光領域にかかる内部ストレスを低減して、半導体レーザの寿命および歩留まりを向上することができるが、リッジ導波路を有する半導体レーザ素子に適用しても、発光特性を改善することができる構成になっていない。

第２の従来の技術では、リッジ構造部および凹溝部に面する空間を形成するように半田層を形成する必要があり、半田層を半導体レーザ素子の積層面の全面にわたって積層することができないので、半導体レーザ素子のサブマウントへの取付けが困難であるという問題がある。

第３の従来の技術においても、半導体レーザ素子を基板に接続するときに形成する半田層に空洞領域を設ける必要があり、半田層を半導体レーザ素子の積層面の全面にわたって積層することができないので、半導体レーザ素子のサブマウントへの取付けが困難であるという問題がある。

また第１および第３の従来の技術では、リブ導波路よりも、応力の影響を受けやすいリッジ導波路を有する半導体レーザ装置について、偏光特性を改善する構成については、何ら開示されていない。

したがって本発明の目的は、発光特性、特に偏光特性が向上され、かつ実装が容易なリッジ導波路を有する半導体レーザ素子を提供することである。

本発明は、半導体基板に設けられるストライプ状のリッジ導波路を含むリッジ構造部を有し、取付け部に半田層を介して接着される半導体レーザ素子であって、
導電性を有し、前記リッジ導波路よりも外側となり前記半田層が積層される最表面部分で、少なくとも前記リッジ構造部に形成され、前記半田層との接着が不完全となる不完全接着層と、
導電性を有し、前記リッジ導波路よりも外側となり前記半田層が積層される最表面部分で、前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において、前記不完全接着層の両側にそれぞれ形成され、前記半田層と接着する完全接着層とを含み、
前記不完全接着層は、
前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において中央に形成される第１の不完全接着層と、
前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において前記第１の不完全接着層の両側にそれぞれ形成され、前記半田層を形成する半田材との濡れ性が、前記第１の不完全接着層と前記完全接着層との間の性質を有する第２の不完全接着層とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子である。

また本発明は、前記第１の不完全接着層は、モリブデン（Ｍｏ）によって形成され、
前記第２の不完全接着層は、プラチナ（Ｐｔ）によって形成され、
前記完全接着層は、金（Ａｕ）によって形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において、前記リッジ導波路の両側に、前記リッジ導波路から予め定める距離離間して形成され、リッジ導波路との間に凹所を形成するテラス部を有することを特徴とする。

また本発明は、前記凹所のリッジ導波路寄りには、前記不完全接着層が形成され、
前記凹所のテラス部寄りには、前記完全接着層が形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記不完全接着層のうち前記凹所に形成される部分は、リッジ導波路とテラス部との間で、リッジ導波路から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の３０％以上かつ５０％未満の範囲にわたって形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記完全接着層のうち前記凹所に形成される部分は、リッジ導波路とテラス部との間で、テラス部から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の５０％以下の範囲に形成されることを特徴とする。

また本発明は、金（Ａｕ）によって形成され、かつ前記完全接着層および前記不完全接着層が積層される下地金属層を有することを特徴とする。

また本発明は、前記完全接着層および前記不完全接着層が積層される下地金属層を有し、
前記下地金属層は、金（Ａｕ）から成り、めっきによって形成されるめっき電極層と、予め定める金属から成る第１の電極層と、金（Ａｕ）から成る第２の電極層とが順に積層されて形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記第１の電極層を形成する予め定める金属は、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、白金モリブデン（ＭｏＰｔ）およびチタン（Ｔｉ）から成る群から選ばれることを特徴とする。

また本発明は、前記第１および第２の電極層は、スパッタリング法によって連続成膜されて形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記下地金属層の厚みは、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ未満に選ばれることを特徴とする。

また本発明は、前記半導体基板を挟んで前記リッジ構造部とは反対側の表面部に、金（Ａｕ）によって形成される裏面金属層を有することを特徴とする。

本発明によれば、リッジ導波路よりも外側となり前記半田層が積層される最表面部分で、少なくとも前記リッジ構造部に、導電性を有し、半田層との接着が不完全となる不完全接着層が形成されているので、半田層を介して取付け部に半導体レーザ素子を接着するときに、この不完全接着層は、半田層に接着しないか、あるいは不完全な状態で接着する。これによって半田層の熱膨張および熱収縮によってリッジ構造部に均一に応力を与えることができ、また半導体レーザ素子の発光したときに半導体レーザ素子と取付け部との熱膨張および熱収縮の差に起因してリッジ構造部に与えられる応力を低減することができ、応力が与えられることによってリッジ構造部に発生する歪（ひずみ）を低減することができる。リッジ構造部に発生する歪を低減するので、活性層に与えられる応力も低減して活性層における歪を抑制することができ、レーザ光の偏光特性を向上させることができる。レーザ光の偏光特性を向上させるとは、偏光比を向上させ、偏光角を小さくすることである。

また導電性を有し、リッジ導波路よりも外側となり半田層が積層される最表面部分で、半導体基板の厚み方向およびリッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において、不完全接着層の両側には、完全接着層がそれぞれ形成されるので、半導体レーザ素子と取付け部とを機械的に強固に接続することができる。

半田層が積層される最表面部には、前記不完全接着層と前記完全接着層とが設けられおり、これらに半田層を積層して取付け部に半導体レーザ素子を取付けるので、最表面部の積層面の全面にわたって半田層を積層することができ、半田層に加工を施す必要がないので、半導体レーザ素子の取付け部への実装が容易となる。

また、不完全接着層のうち、リッジ構造部により近い部分には半田層を形成する半田材との濡れ性が悪い第１の不完全接着層が形成され、半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において第１の不完全接着層と完全接着層との間には、半田層を形成する半田材との濡れ性が、前記第１の不完全接着層と前記完全接着層との間の性質を有する第２の不完全接着層が形成される。これによって、リッジ構造部から離反するにつれて、半田層が積層される最表面部と、半田層との接着力が段階的に大きくなる。段階的に接着力が変化することによって、完全接着層に発生する応力と、不完全接着層に発生する応力とによって生じる完全接着層と不完全接着層とが相互に隣接する部分における急激な応力の変化を抑制することができ、リッジ導波路に与えられる応力を緩和して、リッジ導波路に発生する歪をより低減することができる。

本発明によれば、第１の不完全接着層をモリブデン（Ｍｏ）によって形成し、第２の不完全接着層をプラチナ（Ｐｔ）によって形成し、完全接着層を金（Ａｕ）によって形成することによって、前述した効果を達成することができる。またＭｏ、ＰｔおよびＡｕを形成する成膜技術は、従来から用いられているので、完全接着層および不完全接着層を形成するために、新たな成膜技術を必要とせず、簡単にこれらを形成することができる。

本発明によれば、半導体レーザ素子を半田層によってサブマウントに接着するときに、半導体レーザ素子をサブマウントに所定の荷重で押し付ける必要があるが、前記リッジ導波路の延びる方向および前記半導体基板の厚み方向に垂直な方向において、前記リッジ導波路の両側に、前記リッジ導波路から予め定める距離離間して形成され、リッジ導波路との間に凹所を形成するテラス部が設けられることによって、前記リッジ構造部にかかる前記荷重をテラス部に分散させることができ、これによってリッジ構造部に押し付けによる加わる応力を低減して、取付け部に取付ける際に生じるリッジ構造部の歪を低減することができる。

本発明によれば、凹所のリッジ構造部寄りには、前記不完全接着層が形成されるので、リッジ構造部の周囲からリッジ構造部に与えられる応力をより低減することができる。リッジ構造部と半田層との界面においては、レーザ光を出射させることによってリッジ構造部において発生する熱が逃げにくいが、凹所のテラス部寄りに完全接着層が形成されることによって、前記発生した熱を完全接着層から半導体層に効率的に逃がすことができる。

本発明によれば、不完全接着層のうち凹所に形成される部分が、リッジ導波路とテラス部との間で、リッジ導波路から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の３０％以上の範囲で形成すると、より確実に応力を低減することができる。また不完全接着層のうち凹所に形成される部分が、リッジ導波路とテラス部との間で、リッジ導波路から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の５０％以上となると、リッジ導波路からの熱が合金層に逃げ難くなり、これによって半導体レーザ素子の電流値特性が悪化し、すなわち発光効率が低下してしまう。したがって不完全接着層のうち凹所に形成される部分は、リッジ導波路とテラス部との間で、リッジ導波路から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の３０％以上かつ５０％未満の範囲にわたって形成されることによって、リッジ導波路に加わる応力を確実に低減することができるとともに、半導体レーザ素子の電流値特性の悪化を抑制することができる。

本発明によれば、完全接着層のうち凹所に形成される部分が、リッジ導波路とテラス部との間で、テラス部から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の５０％を超えて形成されると、完全接着層から半田層への放熱効果によって半導体レーザ素子の電流値特性の悪化を抑制することができるが、完全接着層に発生する応力がリッジ構造部に伝達されやすくなってしまう。したがって完全接着層のうち凹所に形成される部分は、リッジ導波路とテラス部との間で、テラス部から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の５０％以下の範囲に形成することによって、半導体レーザ素子の電流値特性の悪化を抑制しつつ、かつ完全接着層に発生する応力がリッジ構造部に与えられにくくなってリッジ構造部に発生する歪を抑制することができる。

本発明によれば、リッジ構造部において発生する熱を、高い熱伝導率の金（Ａｕ）によって形成される下地金属層を介して完全接着層側に伝導させて、半田層を介して取付け部へ逃がすことができる。これによって不完全接着層と半田層との間において放熱不足を、解消することができ、電流特性の悪化をより抑制することができ、半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。

金から成るめっき電極層は、めっきによって形成されるので、スパッタリング法によって金から成る層を形成するよりも、厚みの大きな層を短時間で形成することができる。しかしながら、金から成るめっき電極層は、表面平坦性に劣り、めっき条件によって濡れ性がふらつくので、接着特性にばらつきが生じてしまうおそれがある。本発明によれば、下地金属層には金から成るめっき電極層を含んで構成されるが、このめっき電極層には、前記めっき電極層よりも表面平坦性に優れ、予め定める金属から成る第１の電極層と、金から成る第２電極層とが順に積層される。これによって、金から成る第２の金属層の表面平坦性を向上させることができる。したがって第２の金属層に積層される完全接着層および不完全接着層との接着特性を向上させることができ、下地金属層と、完全接着層および不完全接着層とが、剥離することが抑制される。これによって、リッジ構造部において発生する熱を、高い熱伝導率の金（Ａｕ）を含んで形成される下地金属層を介して完全接着層側に伝導させて、半田層を介して取付け部へ確実に逃がすことができる。これによって不完全接着層と半田層との間において放熱不足を、解消することができ、電流特性の悪化をより抑制することができ、半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。

また本発明によれば、第１の電極層を形成する予め定める金属としては、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、白金モリブデン（ＭｏＰｔ）およびチタン（Ｔｉ）から成る群から選ばれる。モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、白金モリブデン（ＭｏＰｔ）およびチタン（Ｔｉ）は、電極層を形成したときに表面平坦性に優れるので、前述した効果を達成することができる。

また本発明によれば、第１および第２の電極層は、スパッタリング法によって連続成膜されて形成されるので、金から成るめっき電極層との密着性を向上させることができ、さらにめっき電極層の表面に凹凸があっても、この凹凸部分にまわり込んで第１および第２電極層が形成されるので、下地電極層の厚さをできるだけ均一化させることができる。下地電極層の厚みがより均一化することによって、より安定した接合性および接着性の向上を得ることが可能となり、その効果として放熱不足を解消することができ、電流特性の悪化をより抑制することができ、半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。

本発明によれば、下地金属層の厚みが、０．５μｍ未満とすると、伝熱効果を十分に達成することができず、５．０μｍを超えると、下地金属層を形成することによって発生する応力がリッジ導波路に伝達されてしまい、リッジ導波路が歪んでしまう。金属層の厚みを、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下とすることによって、リッジ導波路から不完全接着層への十分な伝熱効果を得ることができるとともに、リッジ導波路に与えられる応力を低減することができる。

本発明によれば、半導体基板を挟んでリッジ構造部とは反対側の表面部に、金（Ａｕ）によって形成される裏面金属層を有するので、リッジ構造部側に形成される下地金属層による応力を緩和することができる。

図１は、本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子１の断面図であり、図２は半導体レーザ素子１の平面図である。図１は、図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た断面図である。なお図２は、半導体基板２の厚み方向Ｚのうちリッジ構造部３５が設けられる側から見て示し、同図において不完全接着層３１は、図解を容易にするために斜線を付して示されている。半導体レーザ素子１は、半導体レーザチップである。半導体基板２の厚み方向Ｚは、半導体レーザ素子１を形成する各半導体層および各金属層の積層方向に平行である。半導体レーザ素子１は、半導体基板２と、第１クラッド層３と、活性層４と、第２クラッド層５と、エッチング停止層６と、リッジ部７と、テラス部８と、第１および第２誘電体層１７，１８と、めっき用下地電極層２３と、めっき電極層２７と、不完全接着層３１を含む金属層３２と、完全接着層３３とを含んで構成される。

半導体基板２は、化合物半導体層を積層することができ、本実施の形態ではｎ型のガリウム砒素（ＧａＡｓ）によって形成される。半導体基板２の厚み方向Ｚの表面は、矩形状に形成される。半導体基板２の厚みは、たとえば５０μｍ〜１３０μｍに選ばれる。

第１クラッド層３は、半導体基板２の厚み方向Ｚの一表面２ａ上に、前記一表面２ａの全面にわたって積層される。第１クラッド層３は、ｎ型の（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ，０＜Ｘ＜１，０＜Ｙ＜１によって形成される。本実施の形態では、Ｘ＝０．７，Ｙ＝０．５に選ばれ、すなわち第１クラッド層３は、ｎ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐによって形成される。第１クラッド層３の厚みは、たとえば２．０μｍに選ばれる。

活性層４は、第１クラッド層３の厚み方向Ｚの一表面３ａ上に、前記一表面３ａの全面にわたって積層される。活性層４は、量子井戸構造を有し、第１クラッド層３の厚み方向Ｚの一表面３ａに積層される第１ガイド層と、第１ガイド層の厚み方向Ｚの一表面に積層される第１ウエル層と、第１ウエル層の厚み方向Ｚの一表面に形成されるバリア層と、バリア層の厚み方向一表面に形成される第２ウエル層と、第２ウエル層の厚み方向Ｚの一表面に形成される第２ガイド層とを含んで形成される。第１および第２ウエル層は、Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐによって形成され、その厚みは、たとえば８０Åに選ばれる。バリア層は、（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐによって形成され、その厚みは、たとえば５０Åに選ばれる。ガイド層は、（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐによって形成され、その厚みは、たとえば３００Åに選ばれる。

第２クラッド層５は、活性層４の厚み方向Ｚの一表面４ａ上に、前記一表面４ａの全面にわたって積層される。第２クラッド層５は、ｐ型の（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ，０＜Ｘ＜１，０＜Ｙ＜１によって形成される。本実施の形態では、Ｘ＝０．７，Ｙ＝０．５に選ばれ、すなわち第２クラッド層５は、ｐ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐによって形成される。第２クラッド層５の厚みは、たとえば０．２μｍ〜０．３μｍに選ばれる。

エッチング停止層６は、第２クラッド層５の厚み方向Ｚの一表面５ａ上に、前記一表面５ａの全面にわたって積層される。エッチング停止層６は、ｐ型のＩｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐによって形成される。エッチング停止層６の厚みは、たとえば５０Åに選ばれる。エッチング停止層６は、第２クラッド層５がエッチングされることを防止する。

リッジ部７は、第３クラッド層１１と、キャップ層１２とを含んで構成される。リッジ部７は、エッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａ上に積層される。リッジ部７は、半導体レーザ素子１の幅方向Ｙの中央部で、エッチング停止層６の一表面６ａから厚み方向Ｚの一方に突出する。半導体レーザ素子１は、幅方向Ｙの中央をとおり、厚み方向Ｚに平行に延びる仮想一平面に関して、ほぼ面対称となるように形成される。リッジ部７は、前記厚み方向Ｚおよび幅方向Ｙに垂直な方向、すなわちレーザ光の出射方向に沿って延び、ストライプ状に形成される。レーザ光の出射方向、すなわちリッジ部７の延びる方向Ｘにおいて、リッジ部７は半導体レーザ素子１の両端部間にわたって形成される。

第３クラッド層１１は、エッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａ上に積層される。第３クラッド層１１は、ｐ型の（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ，０＜Ｘ＜１，０＜Ｙ＜１によって形成される。本実施の形態では、Ｘ＝０．７，Ｙ＝０．５に選ばれ、すなわち第３クラッド層１１は、ｐ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐによって形成される。第３クラッド層１１の厚みは、たとえば３００ｎｍ〜５０００ｎｍに選ばれる。第３クラッド層１１は、レーザ光が導波するリッジ導波路を形成する。

キャップ層１２は、第３クラッド層１１の厚み方向Ｚの一表面１１ａ上に積層される。キャップ層１２は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）によって形成される。キャップ層１２は、後述するリッジ上電極層２１とオーミックコンタクトを形成するためのものである。

リッジ部７は、幅方向Ｙにおいて予め定める寸法Ｌ１に形成され、前記予め定める寸法は、１．５μｍ〜３．０μｍに選ばれる。リッジ部７は、厚み方向Ｚの一端部、すなわち半導体基板２から離反する側の端部の幅方向Ｙの寸法が、０．１μｍ〜０．３μｍに選ばれ、厚み方向Ｚの他端部、すなわちエッチング停止層６に接触する端部の幅方向Ｙの寸法が、１．５μｍ〜３．０μｍに選ばれ、そのリッジ部７の延びる方向Ｘに垂直な断面が、半導体基板２側が下底となる台形状に形成される。

テラス部８は、第１テラス構成層１３および第２テラス構成層１４を含んで構成される。テラス部８は幅方向Ｙにおいて、リッジ部７の両側、すなわちリッジ導波路の両側に、リッジ部７から予め定める距離Ｌ２離間して形成され、リッジ部７との間にリッジ部７の延びる方向Ｘに沿って延びる凹所１５を形成する。前記予め定める距離Ｌ２は、１０μｍ〜２０μｍ程度に選ばれる。テラス部８は、リッジ部７の延びる方向Ｘに平行に延び、ストライプ状に形成される。テラス部８は、幅方向Ｙにおいてリッジ部７から予め定める距離Ｌ２離間した位置から、半導体レーザ素子１の端部にわたって形成される。

第１テラス構成層１３は、エッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａ上に積層され、第３クラッド層１１と、同じ材料によって形成され、また同じ厚みに形成される。第２テラス構成層１３は、第１テラス構成層１３の厚み方向Ｚの一表面１３ａの全面にわたって積層され、キャップ層１２と同じ材料によって形成され、また同じ厚みに形成される。つまりリッジ部７の厚みと、テラス部８の厚みは等しく形成される。テラス部８を設けることによって、半導体レーザ素子１を製造する製造プロセスにおける半導体レーザ素子１の前駆体が形成されたウエハの取り扱い時および半導体レーザ素子１の実装時において、リッジ部７が受ける機械的なダメージを軽減することができる。

リッジ部７のテラス部８に臨む側面７ｂは、第１誘電体層１７によって覆われる。第１誘電体層１７は、リッジ部７の側面７ｂから幅方向Ｙに沿って、テラス部８に向かって予め定める距離Ｌ３まで延びて、第３クラッド層１１とエッチング停止層６との接触部分を覆って、エッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａ上にも積層される。

テラス部８の厚み方向Ｚの一表面８ａおよびリッジ部７に臨む側面８ｂは、第２誘電体層１８によって覆われる。第２誘電体層１８は、テラス部８の側面８ｂから幅方向Ｙに沿って、リッジ部７に向かって予め定める距離Ｌ４まで延びて、第１テラス構成層１３とエッチング停止層６との接触部分を覆って、エッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａ上にも積層される。

第１および第２誘電体層１７，１８は、ＳｉＯ_２によって形成され、その厚みは、１０００Å〜３０００Åに選ばれる。

リッジ部７の厚み方向Ｚの一表面、すなわちキャップ層１２の厚み方向Ｚの一表面１２ａ上には全面にわたって、リッジ上電極層２１が積層される。リッジ上電極層２１は、ＡｕＺｎによって形成され、窒素ガス雰囲気下で、アロイを行って形成される。リッジ上電極層２１は、リッジ部７の延びる方向Ｘに垂直な断面が、半導体基板２側が下底となる台形状に形成される。

第１および第２誘電体層１７，１８およびリッジ上電極層２１ならびにエッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａうち、第１および第２誘電体層１７，１８の間から露出する部分には、めっき用下地電極層２３が積層される。めっき用下地電極層２３は、第１めっき用下地層２４と、第２めっき用下地層２５とによって形成される。第１めっき用下地層２４は、チタン（Ｔｉ）によって形成され、第１および第２誘電体層１７，１８およびリッジ上電極層２１ならびにエッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａうち、第１および第２誘電体層１７，１８の間から露出する部分に積層して形成される。第１めっき用下地層２４の厚みは、たとえば３００Å〜２０００Åに選ばれる。第２めっき用下地層２５は、金（Ａｕ）によって形成され、第１めっき用下地層２４の厚み方向Ｚの一表面２４ａに積層される。めっき用下地電極層２３は、製造プロセスにおいて後述するめっき電極層２７をめっきによって形成するために形成されたものである。第２めっき用下地層２５の厚みは、たとえば５００Å〜３０００Åに選ばれる。

第１めっき用下地層２４とエッチング停止層６とが接触している部分は、光の吸収体となるので、リッジ部７の近傍には、第１めっき用下地層２４とエッチング停止層６の間に第１誘電体層１７を介在させることによって、光が吸収されることを防止している。前記予め定める距離Ｌ３は、３μｍ〜７μｍのように選ばれ、Ｌ４は、３μｍ〜７μｍのように選ばれる。Ｌ３については、３μｍを満たさないと発光効率を下げてしまい、また７μｍを超えることでＦＦＰ改善効果がなくなる。予め定める距離Ｌ４については、３μｍを満たさないとテラス部側面への誘電体膜層が施されなくなるためＦＦＰ改善効果が無くなり、また７μｍを超えることでもＦＦＰ改善効果がなくなる。リッジ部７とテラス部８と間に、光吸収体を設けることによって、ファーフィールドパターン（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ：略称ＦＦＰ）とリップルとを改善することができ、すなわちＦＦＰの乱れを抑制して、レーザ光のリップルを低減することができる。

めっき用下地電極層２３の厚み方向Ｚの一表面２３ａには、その全面にわたって、めっき電極層２７が積層される。めっき電極層２７は、下地金属層であり、金（Ａｕ）によって形成される。めっき電極層２７の厚みは、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ未満に選ばれる。

めっき電極層２７の厚み方向Ｚの一表面２７ａには、不完全接着層３１を含む金属層２１が積層される。金属層３２は、たとえばモリブデン（Ｍｏ）によって形成される。したがって不完全接着層３１は、導電性を有する。金属層３２の厚みは、０．０５μｍ〜０．３０μｍに選ばれる。

不完全接着層３１は、金属層３２のうち、少なくともリッジ構造部３５に形成される部分を含んで形成される。不完全接着層３１は、リッジ導波路よりも外側となり、半導体レーザ素子１を後述する取付け部６２に取付ける半田層６１に積層される最表面部分で、少なくともリッジ構造部３５に形成されている。

リッジ構造部３５は、半導体レーザ素子１のうち、前記リッジ部７と、第１誘電体層１７のうちリッジ部７に積層される第１リッジ積層部分４１と、リッジ上電極層２１と、めっき用下地電極層２３のうち、リッジ部７に前記第１誘電体層１７またはリッジ上電極層２１を介して積層される第２リッジ積層部分４２と、めっき電極層２７のうち第２リッジ積層部分４２に積層される第３リッジ積層部分４３と、金属層３２のうち第３リッジ積層部分４３に積層される第４リッジ積層部分４４とを含んで構成される。すなわちリッジ構造部３５は、半導体レーザ素子１のうち、幅方向Ｙにおいて、エッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａに積層される部分で、リッジ部７のエッチング停止層６側の両端部間の範囲、すなわち図１の矢符Ｌ１で示す範囲である。

不完全接着層３１は、前記凹所１５のリッジ導波路寄りにも形成される。不完全接着層３１のうち凹所１５に形成される部分は、リッジ導波路、すなわちリッジ部７とテラス部８との間で、リッジ部７から、予め定める距離Ｌ５にわたって形成される。予め定める距離Ｌ５は、リッジ部７とテラス部８との間の距離Ｌ２の３０％以上かつ５０％未満に選ばれる。

不完全接着層３１は、リッジ部７の延びる方向Ｘにおいて、半導体レーザ素子１の両端部間にわたって形成され、半導体レーザ素子１の両端面、すなわち出射面から予め定める距離Ｌ６離間して形成される。前記予め定める距離Ｌ６は、半導体レーザ素子１の出射面に、出射端面の破壊を防止するためのコート膜が形成可能に選ばれる。前記予め定める距離Ｌ６を前述したように選ぶことによって、半導体レーザ素子１に形成される前記コート膜の破壊を防止することができる。

金属層３２の厚み方向Ｚの一表面３２ａには、前記不完全接着層３１を構成する部分を除いて、完全接着層３３が積層される。完全接着層３３は、金（Ａｕ）によって形成される。完全接着層３３の厚みは、０．１μｍ〜０．４μｍに選ばれ、好ましくは０．１２μｍ程度に選ばれる。完全接着層３３は、リッジ導波路よりも外側となり、前記半田層６１が積層される最表面部分で、幅方向Ｙにおいて、不完全接着層３１の両側にそれぞれ形成され、半導体レーザ素子１の幅方向Ｙの端部まで延びる。

前記凹所１５のテラス部８寄りには、完全接着層３３が形成される。完全接着層３３のうち凹所１５に形成される部分は、リッジ部７とテラス部８との間で、テラス部８から、予め定める距離Ｌ７にわたって形成される。予め定める距離Ｌ７は、リッジ部７とテラス部８との間の予め定める距離Ｌ２の５０％以下に選ばれる。

半導体基板２の厚み方向Ｚの他表面部には、裏面金属層である裏面電極層３６が形成される。裏面電極層３６は、半導体基板２の厚み方向Ｚの他表面２ｂの全面にわたって積層される。裏面電極層３６は、金（Ａｕ）によって形成される。裏面電極層３６の厚みは、めっき電極層２７の厚みと異なり１０００Å〜３０００Åの厚みに選ばれる。

図３，図４および図５は、半導体レーザ素子１の製造工程を示す断面図である。まず図３（１）に示すように、厚さ３００μｍ〜３５０μｍの半導体基板２の前駆体５０の一表面５０ａ上に、厚さ２．０μｍの第１クラッド層３、活性層４、厚さ０．２μｍ〜０．３μｍの第２クラッド層５、厚さ５０Åのエッチング停止層６、第３クラッド層１１および第１テラス構成層１３を形成するためのｐ型の（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐから成る第１前駆体層５１、キャップ層１２および第２テラス構成層１４を形成するための第２前駆体層５２を、分子線エピタキシシャル（略称ＭＢＥ）装置または、有機金属気相成長（略称ＭＯＣＶＤ）装置を用いたエピタキシャル成長法によって、この順番で順次積層する。活性層４においては、第１および第２ウエル層の各厚みを８０Åに設定し、バリア層の厚みを５０Åに設定し、第１および第２ガイド層の各厚みを３００Åに設定する。

次にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、第１前駆体層５１および第２前駆体層５２の一部を除去して、図３（２）に示すように、前述したエッジ部７およびテラス部８を形成する。

次に、リッジ部７およびテラス部８ならびにエッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａを覆って、誘電体層を積層した後、この誘電体層のうち、リッジ部７上に積層した部分と、エッチング停止層６に積層した部分のうちの一部をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて除去して、第１および第２誘電体層１７，１８を形成する。

次に、第１および第２誘電体層１７，１８、エッチング停止層６の厚み方向Ｚの一表面６ａのうち第１および第２誘電体層１７，１８から露出する部分、ならびにリッジ部７の厚み方向Ｚの一表面７ａを覆ってレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、レジストのうちリッジ部７の厚み方向Ｚの一表面７ａ上に積層される部分を除去して、図３（３）に示すように、レジストパターン層５３を形成する。

次に、リッジ部７の厚み方向Ｚの一表面７ａおよびレジストパターン層５３を覆うように、ＡｕＺｎから成る第３前駆体層を膜厚４００Å〜３０００Åで蒸着し、リフトオフ法によって第３前駆体層のうちリッジ部７に積層される部分を除く残余の部分を、レジストパターン層５３と共に除去する。これによって、図４（１）に示すように、リッジ上電極２１がキャップ層１２の厚み方向Ｚの一表面１２ａ上に形成される。

次に、図４（２）に示されるように、半導体基板厚を半導体基板２の厚さまで研磨を行う。すなわち、半導体基板２の前駆体５０の厚み方向Ｚの他表面部を研磨して、５０μｍ〜１３０μｍの厚みの半導体基板２を形成する。

次に図４（３）に示すように、半導体基板２の厚み方向Ｚの他表面２ｂに、裏面電極層３６を形成して、窒素ガス雰囲気下で、リッジ上電極層２１および裏面電極層３６のアロイを行う。

次に、半導体基板２の一表面２ａ側から、図４（３）に示すように第１および第２誘電体層１７，１８、リッジ電極層２１およびエッチング停止層６に積層して、Ｔｉを層厚１０００Å〜２０００Åで蒸着して、第１めっき用下地層２４を形成した後、さらにＡｕを層厚５００Å〜１５００Åで蒸着して、第２めっき用下地層２５を形成する。これによって、めっき用下地電極層２３が形成される。

次にめっき用下地電極層２３に給電して、電解Ａｕめっきを所定時間行うことによって、図４（４）に示すように層厚が０．５以上かつ５．０μｍ未満のめっき電極層２３を形成する。

次に、めっき電極層２３の厚み方向Ｚの一表面２３ａに、Ｍｏを蒸着することによって、図５（１）に示すように金属層３２を形成し、金属層３２の厚み方向Ｚの一表面３２ａに、Ａｕを蒸着することによって、第４前駆体層５７を形成する。

次に、第４前駆体層５７の厚み方向Ｚの一表面５７ａ上にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、第４前駆体層５７のうち、金属層３２のうちの不完全接着層３１とすべき部分に積層される部分が露出するように、金属層３２に積層されるレジストの一部を除去して、図５（２）に示すように、レジストパターン層５８を形成する。レジストパターン層５８によるマスク幅、レジストパターン層５８から露出する金属層３２の幅方向Ｙの寸法は、約２０μｍとする。すなわち金属層３２は、リッジ部７の中央をとおり幅方向Ｙに垂直な仮想一平面から、幅方向Ｙの一方および他方に約１０μｍ露出する。また金属層３２のリッジ部７の延びる方向Ｘにおいて両端部は、レジストパターン層５８によって覆われる。

次に、レジストパターン層５８から露出する第４前駆体層５７をエッチング技術によって除去して、金属層３２の一部を露出させる。金属層３２のうち、この露出した部分が不完全接着層３１を形成する。また第４前駆体層５７の一部が除去され、さらにレジストパターン層５８が除去されることによって、図５（３）に示すように、不完全接着層３１の幅方向Ｙの両側に完全接着層３３が形成される。

図６は、半導体レーザ素子１を、半田層６１を介して取付け部（取付け台）６２に取付けた半導体レーザ装置６０を示す断面図である。半導体レーザ素子１は、前述した不完全接続層６１および完全接続層６３に半田層６１を積層し、ダイボンドすることによって取付け部６２に取付けられる。半田層６１を構成する半田材は、ＡｕＳｎによって形成され、本実施の形態ではＡｕが７０％含まれ、かつＳｎが３０％含まれる。取付け部６２は、いわゆるサブマウントであって、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの、電気導電率および熱伝導率の高い材料によって形成される。

半導体レーザ素子１は、所定のダイボンド条件によって取付け部６２にダイボンドされる。ダイボンド条件は、半導体レーザ素子１を取付け部６２に取付けるときに与えられる荷重の条件と、半導体レーザ素子１を取付け部６２に取付けるときに加えられる加熱の条件とを含む。

物理的な荷重は、半導体レーザ素子１を取付け部６２上の半田層６１に押し付けるために必要であるが、重い荷重、たとえば１．０Ｎ（ニュートン）などをかけると半導体レーザ素子１の内部構造、すなわちリッジ構造部３５および第１および第２誘電体層１７，１８などを押し付け過ぎてしまい、応力によってリッジ構造部３５に歪が発生し、最悪の事態としては半導体レーザ素子１が破壊されてしまう。反対に軽い荷重、たとえば０．０５Ｎなどをかけると、押し付け不足によって半導体レーザ素子１を取付け部６２上の半田層６１にボンドできず、剥離してしまう。このことから前記荷重の条件は、０．０５Ｎよりも大きく、１．０Ｎ未満に選ばれ、好ましくは重い荷重領域ではなく軽い荷重領域とし、たとえば０．１Ｎ〜０．３Ｎに選ばれる。

また取付け部６２上の半田層６１を溶融させ、半導体レーザ素子１のダイボンド面側の最表面部にあるＡｕから成る完全接着層３３を合金形成させるために、ヒータに取付け部６２を載せて加熱を行う必要があるが、加熱量が多く、たとえば３６０℃（度）で３０ｓ（秒）間加熱した後に、ブロアを用いて一秒間で２００℃程度まで強制的に冷却すると、半導体レーザ素子１の内部の積層構造に熱膨張係数などの差から発生する各層での剥離、分離、物性変化および合金形成などによって、応力が発生して歪の原因となる。反対に加熱量が少なく、たとえば２８０℃で０．３ｓ間加熱した後に、ブロアを用いて一秒間で２００℃程度まで強制的に冷却すると、合金形成されることなく半導体レーザ素子１が取付け部６２上の半田層６１にボンドできずに剥離してしまう。このことから前記加熱の条件は、加熱温度が２００℃よりも大きく、３６０℃未満に選ばれ、かつ加熱時間が０．３秒よりも長く、３０秒未満に選ばれ、好ましくは加熱量が少ない領域における条件が有利であることから、加熱の条件は、３００℃で２ｓ間程度としている。

前述の温度の条件は、半導体レーザ素子１のダイボンド面側の最表面部にある完全接着層３３の厚さにも大きく左右されるので、加熱量の少ない領域（３００℃で２ｓ程度）が有利であることから不完全接着層３１の厚さは薄膜化して、たとえば０．１２ｕｍとして短時間での合金形成させている。

半田層６１を構成する半田材であるＡｕＳｎと、完全接着層３３のＡｕとの合金反応、すなわちＡｕＳｎと、完全接着層３３のＡｕとの合金化は、荷重によって押し付けた状態で、加熱するによって始まる。ＡｕＳｎとＡｕとが反応して合金化が進む流れとして、加熱によってＡｕＳｎが溶融し、その溶融したＡｕＳｎが完全接着層３３の表面に付着し、そのまま加熱を続けることによってＡｕＳｎは完全接着層３３の内部へ拡散していく。拡散方向としては、完全接着層３３の厚さ方向へ進んでいくが、完全接着層３３の表面の数ヶ所のポイントで拡散し始め、加熱を継続すると数ヶ所であった拡散ポイントが増加していくとともに、そのポイントは点状から円状に拡大していく。ＡｕＳｎが完全接着層３３の厚さ方向Ｚへの拡散する速度と深さは、半田材であるＡｕＳｎと完全接着層３３を形成するＡｕとの絶対量の比、すなわち質量比と、加熱の量によって決定され、完全に拡散し終わるまでの時間も同様である。したがって、半田材の量を多く完全接着層３３のＡｕの量を少なくし、加熱量を多くすると完全接着層３３は、ＡｕＳｎが瞬間的に触れただけで合金化するので、半導体レーザ素子１のダイボンド面側の最表面部の完全接着層３３を前述したように形成し、半田材の量を多く配して、ＡｕＳｎが拡散し始めるところで加熱をストップさせることによって、拡散をストップさせている。

半導体レーザ素子１の半導体基板２の厚み方向Ｚの一方側の最表面部のうち、リッジ構造部３５では、Ｍｏから成る不完全接着層３１によって形成され、Ａｕ自体が無いので、ＡｕＳｎから成る半田材は不完全接着層３１に密着しているが、合金形成は無い。取付け部６２に積層される半田材であるＡｕＳｎとの合金形成は、完全接着層３３とのみ全面に起こる。不完全接着層３１は、半田層６１との接着が不完全となり、これによって不完全接着層３１は、完全接着層３３と比較して、半導体レーザ素子１を取付け部６２に取付けたときに、半田層６１から受ける応力が小さくなる。

半導体レーザ装置６０では、半導体レーザ素子１を取付け部６２に取付けるときに、半導体レーザ素子１の厚み方向Ｚの一表面の全面にわたって半田材を積層するので、部分的に半田材を積層する場合と比較して、実装が容易となる。

本発明の半導体レーザ素子１を用いた半導体レーザ装置６０（以下、実施例１の半導体レーザ装置と記載する場合がある）と、比較例の半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置（以下、比較例の半導体レーザ装置と記載する場合がある）とを作製して、偏光特性を測定した。比較例の半導体レーザ素子の構成は、半導体レーザ素子１の金属層３２の厚み方向Ｚの一表面３２ａの全面にＡｕから成る合金形成層を形成した。この合金形成層は、完全接着層３３と同じ厚みに形成した。

これら半導体レーザ素子１および比較例の半導体レーザ素子を実際に作製していくにあたって、１枚のｐ型のＧａＡｓから成るウエハを準備し、図５（１）に示すように第４前駆体層を形成した後に、ウエハを２分割した。２分割したウエハのうちの一方を用いて、前述した工程によって、不完全電極層３２を形成した半導体レーザ素子１を複数個形成し、他方を用いて比較例の半導体レーザ素子を複数個形成した。

形成した半導体レーザ素子１および比較例の半導体レーザ素子を、どちらも前述したダイボンド条件にて、取付け部６２に半田材によって接着した。取付け部６２に取付けられた各半導体レーザ素子を、５．６φステムにＡｇペーストを用いて実装し、ワイヤーボンディング・キャップシールなどの工程を経て作製した。これら作製した半導体レーザ装置に同じ条件でバーンイン試験を行ってから、測定したレーザの偏光特性の結果を表１に示す。偏光特性として、偏光比および偏光角を測定した。

偏光比について、複数個、ここでは３０個の半導体レーザ装置の平均（Ａｖｅ）と、標準偏差（σ）とを測定した。偏光角について、複数個、ここでは３０個の半導体レーザ装置の平均（Ａｖｅ）と、標準偏差（σ）とを測定した。偏光角は、一定方向の偏光フィルタを、レーザの出射に対して平行に設置し、偏光フィルタを９０°角変位させていくときに、偏光フィルタを通過して受光部で受光された光のパワーが最も大きくなる角度である。

表１に示されるように、実施例１の半導体レーザ装置のほうが、比較例の半導体レーザ装置と比較して、偏光比が大きく、かつ偏光角が小さくなり、さらに偏光比および偏光角のバラツキがともに小さくなった。比較例の半導体レーザ装置では、前述したダイボンド条件によって半導体レーザ素子をサブマウントに取付けると、ダイボンド面側の最表面にあるＡｕから成る合金形成層は、サブマウント上のＡｕＳｎと合金形成される。比較例の半導体レーザ装置では、合金が、リッジ構造部３５の最表面部にも確実にされているので、高温でのＩｏｐ（定格電流）の上昇もなく安定しているが、常温でのレーザ特性測定において、同じ構造を有する複数の半導体レーザ素子において、偏光比のＡｖｅ（平均）が低く、かつ偏光比のσ（標準偏差）のバラツキ幅が広くなる。また偏光角のＡｖｅがマイナス側に寄ってしまい、かつ偏光角のσのバラツキ幅が広くなる。これはリッジ構造部３５に対して外部から拡散する半田材が、半導体レーザ素子の最表面部にある合金形成層と合金を形成する際、リッジ構造部３５に対して合金形成するとともに、リッジ部７をＡｕＳｎで覆って、合金形成したために応力が加わって歪が発生するためである。この歪の元となる応力には、Ａｕから成る合金形成層と、ＡｕＳｎから成る半田材との合金形成時において、リッジ構造部３５に対して押す力と、引っ張る力が混在しているものと推測される。

またリッジ構造部３５の表面部には、Ａｕから成る合金形成層があり、その下地層としてＭｏから成る金属層３２、Ａｕから成るめっき電極層２７およびめっき下地用電極層２３などが形成されているが、合金形成層が半田材との合金形成をした際に受ける応力は、これらの下地層に対しても影響を与えると推測され、押す力と引っ張る力が働いていると推測される。前記応力における押す力押す力は、半田材の加熱による膨張時に発生するものと推測され、引っ張る力は、半田材を加熱した後に冷却する際に発生すると推測される。したがって、半田材が一定に膨張し、一定にリッジ構造部３５に接触し、かつ一定に収縮したならば、リッジ構造部３５に対しては均一な応力がかかるため、歪みの発生を低減することができ、ベアチップ（生チップ）状態に近い形で、半導体レーザ素子をサブマウントに接着することができる。しかしながら、現実的には半田材が膨張および収縮する際には、一定の膨張と収縮をすることはなく、部分的に不定な膨張および収縮をする。したがって、加熱時の際、リッジ構造部３５には部分的に大きな押す力と、小さな押す力の部分が発生し、合金形成も部分的にされていくため応力が部分的に発生する。部分的に合金形成が進行し、加熱をストップして冷却を始めると、今度は半田材が収縮を始めるので、リッジ構造部３５には部分的に大小の引っ張る力と大小の押す力が加わる部分が発生する。このとき、収縮の引っ張る力と押す力は、リッジ構造部３５に対して応力を加えるものと推測される。また冷却の際には、リッジ構造部３５の最表面部に形成される合金形成層と半田材との反応して合金形成されたＡｕＳｎ層は収縮する。ＡｕＳｎは、半田材の一種であるがＡｕＳｎを加熱して接合させる３００℃〜４００℃の温度領域で、下地層としてのＭｏから成る金属層３２とは合金形成し難く、むしろ剥離する方向となり、合金化形成層と金属層３２とがスパッタによって積層されているので、比較例の半導体レーザ装置では、合金化した合金化形成層によって金属層３２が引っ張られて、金属層３２への応力は大きくなると推定される。このように比較例の半導体レーザ装置では、金属層３２に応力が作用して歪が発生するので、更に下地層へも応力が波及し、最終的には最も重要なリッジ構造部３５のリッジ部７にまで応力が加わり、リッジ部７が歪んでしまっているものと推定される。ゆえにリッジ構造部３５に、不均一に応力を与えるとレーザ特性を悪化させてしまうので、リッジ構造部３５に応力を均一に与えて歪を低減することが重要である。リッジ構造部３５に対して、加わる応力が不均一になっている要因としては、リッジ構造部３５の最表面部をＡｕＳｎにて合金形成してしまうためであると推測される。すなわちリッジ構造部３５の最表面部に対して、合金形成しなくなれば、応力が均一となり歪を低減して、レーザ特性が悪化しないはずであると推測することができる。

実施例１および比較例の半導体レーザ装置の偏光特性を測定することによって、リッジ構造部３５へ応力を作用のさせ方に応じて、リッジ構造部３５の歪が低減され、これによって偏光特性が改善されることが確認できた。

また実施例１の半導体レーザ装置６０では、実際の断面での観察においても、取付け部６２上のＡｕＳｎから成る半田材と、完全接着層３３とが反応して合金になり、前記ＡｕＳｎと不完全接着層３１とは合金反応を起こしていない、すなわちＡｕＳｎと不完全接着層３１とは反応せず合金にはならないことが確認できた。

以上のように半導体レーザ素子１を用いた半導体レーザ装置６０では、組み立て完成品状態でのレーザ偏光特性の測定項目である偏光比の向上および偏光比のばらつきの抑制を図ることができ、また偏光角を小さくして、偏光角のばらつきの改善を図ることができる。偏光比が向上することによって、半導体レーザ装置６０の光出力の安定化を図ることができる。また偏光角を小さくして、偏光角のばらつきの改善を図ることによって、ＦＦＰ放射特性のパワー変動を改善することができ、また出射されるレーザ光の放射ノイズの低減を図ることができる。

また半導体レーザ装置６０では、幅方向Ｙにおいて、不完全接着層３１の両側には、完全接着層３３がそれぞれ形成されるので、半導体レーザ素子１と取付け部６２とを機械的に強固に接続することができる。

また半導体レーザ装置６０では、凹所１５のリッジ構造部３５寄りには、不完全接着層３１が形成されるので、リッジ構造部３５の周囲からリッジ構造部３５に与えられる応力をより低減することができる。リッジ構造部３５と半田層６１との界面においては、レーザ光を出射させることによってリッジ構造部３５において発生する熱が逃げにくいので、凹所１５のテラス部８寄りに、完全接着層３３が形成されることによって、発生した熱を完全接着層３３から半田層６１を介して取付け部６２に効率的に逃がすことができる。

また半導体レーザ装置６０では、前述した予め定める距離Ｌ５を、リッジ部７とテラス部８との間の予め定める距離Ｌ２の３０％以上に選ぶことによって、より確実に応力を低減することができ、前記予め定める距離Ｌ５を、予め定める距離Ｌ２の５０％未満とすることによって、リッジ導波路からの熱が半田層に逃げ難くなり、これによって半導体レーザ素子の電流値特性が悪化してしまうことを抑制することができる。

また半導体レーザ装置６０では、前述した予め定める距離Ｌ７を、予め定める距離の５０％以下に選ぶことによって、完全接着層３３に発生する応力がリッジ構造部３５に伝達しにくく、リッジ構造部３５に発生する歪をより低減することができる。

また半導体レーザ素子１では、リッジ部７とテラス部８の間で、Ｔｉから成る第１めっき用下地層２４がエピタキシャル成長によって形成されるエッチング停止層６と接触しているので、この第１めっき用下地層２４がエッチング停止層６に接触している部分に電流を流さないようにするために、オーミック電極であるリッジ上電極層２１は、リッジ部７のみに積層して形成される。第１めっき用下地層２４とエッチング停止層６とは、低抵抗となるオーミックコンタクトを形成していないので、電流をリッジ上電極層２１とキャップ層１２とによってオーミックコンタクトが形成されているリッジ部７にのみに集中して流すことができる。

また半導体レーザ装置６０では、発光点の真下すなわち発光点から厚み方向Ｚにおいて取付け部６２に向かった部分およびその近傍が、半田層６１と合金化していないので、この部分における放熱量が低下してしまう。半導体レーザ装置６０では、リッジ構造部３５の側面部と半田層６１との間にはわずかな空洞が形成され、リッジ構造部３５の頂部と半田層６１とは密接し、この部分には空洞が形成されない。ここでリッジ構造部３５の頂部とは、リッジ構造部３５のうちリッジ部７の厚み方向Ｚの一表面７ａに積層される部分である。またリッジ構造部３５の側面部は、リッジ構造部３５のうち前記リッジ構造部３５の頂部を除く残余の部分である。リッジ構造部３５の頂部（リッジ導波路の真下部）は、半田材と合金化していないまでも、半田層６１が存在しているため半田層６１を介在して不完全接着層３１から取付け部６２への熱伝導がある。しかしながら、リッジ構造部３５の頂部３５からの放熱だけでは、放熱不足であることから、Ａｕから成るめっき電極層２７の厚みを厚くすることによって、リッジ構造部３５の発熱を、高い熱伝導率の金（Ａｕ）によって形成されるめっき電極層２７から、テラス部１２へ向かって伝導して、伝熱経路のバイパス化を図り、半田層６１を介して取付け部６２へ逃がすことができる。これによって不完全接着層３１と半田層６１との間において放熱不足を、解消することができ、電流特性をより向上させることができる。

まためっき電極層２７の厚みが、０．５μｍ未満とすると、伝熱効果を十分に達成することができず、５．０μｍを超えると、ウエハに金属層を形成するときにウエハが反ってしまうので歩留まりが悪くなり、めっき電極層２７を形成することによって、リッジ構造部に応力が発生してしまうので、リッジ導波路が歪んでしまう。めっき金属層３２の厚みを、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下とすることによって、リッジ構造部３５から完全接着層３３への十分な伝熱効果を得ることができるとともに、リッジ構造部３５に与えられる応力を低減して、歩留まりを向上させることができる。

前記めっき電極層２７を、ＡｕＳｎなどの半田材と反応させて合金化したり、リッジ構造部３５に近い部分に半田によって半導体レーザ素子１を取付け部６２に取付ける際に熱を加えたりすると、レーザ特性が悪化するおそれがあるが、前述したように不完全接着層３１および完全接着層３３を設けることによって、不完全接着層３１を半田材と反応させず、すなわちめっき電極層２７の合金化を防止して、めっき電極層２７を保護し、かつ半田を介して与えられる熱を、リッジ部７から遠ざけることができるので、レーザ特性を良好に維持することができる。

本発明の実施の形態では、不完全接着層３１を形成する材料としてＭｏを用いたが、不完全接着層３１を形成する材料として、前述したダイボンド条件において、半田材を形成する金属と合金を形成しない材料を用いればよい。

さらに本発明の他の実施の形態では、前述した実施の形態において、不完全接着層３１を、完全接着層３３を形成する金属よりも半田材との濡れ性が低い金属によって形成してもよい。このような金属材料としては、たとえばプラチナ（Ｐｔ）が挙げられる。

前記不完全接着層３１をプラチナ（Ｐｔ）によって形成される半導体レーザ装置（以下、実施例２の半導体レーザ装置という場合がある）の偏光特性を表２に示す。作成条件は、前述の実施例１の半導体レーザ装置と同様にして、不完全接着層３１を形成する材料のみを換えている。

実施例２の半導体レーザ装置は、不完全接着層３１をＭｏによって形成した実施例１の半導体レーザ装置ほどの効果はないが、比較例の半導体レーザ素子と比較すると格段の効果が得られることが判る。したがって、不完全接着層３１を形成する材料として、Ｐｔは有効な金属であると考えられる。

合金反応を短時間で急激に起こす金属、すなわち短時間で反応して合金を形成する金属は、半導体レーザ素子の偏光特性に悪影響を与えるが、徐々に合金反応を起こす金属、すなわち短時間では合金化しにくい金属、または合金反応を起こさない金属、すなわち反応して合金を形成しない金属ではレーザの偏光特性に悪影響を与えない、または与えにくいものと推定される。不完全接着層３１には、徐々に合金反応を起こす金属または合金反応を起こさない金属によって形成され、このような金属としては前述したＭｏおよびＰｔの他に、Ｔｉなどが挙げられる。これらＭｏ、ＰｔおよびＴｉは、Ａｕよりも高い融点であり、またはんだ材であるＡｕＳｎとの濡れ性がＡｕと比較して低い金属である。

図７は、本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ素子１００の断面図であり、図８は、半導体レーザ素子１００の平面図である。図７は、図８の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図である。なお図８は、半導体基板２の厚み方向Ｚのうちリッジ構造部３５が設けられる側から見て示し、同図において第１および第２不完全接着層３１ａ，３１ｂは、図解を容易にするために斜線を付して示されている。

半導体レーザ素子１００は、図１に示す前述した実施の形態の半導体レーザ素子１において、前記不完全接着層３１が、第１の不完全接着層３１ａと、第２の不完全接着層３１ｂとから成る構成であり、その他の構成は半導体レーザ素子１と同様であるので、同様の部分には同様の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

半導体レーザ素子１００では、前述した半導体レーザ素子１における金属層３２と、完全接着層３３との間に、第２の不完全接着層３１ｂを含む中間金属層１０２が形成される。中間金属層１０２は、金属層３２の厚み方向Ｚの一表面３２ａ上に積層される。中間金属層１０２は、幅方向Ｙにおいてリッジ構造部３５から予め定める距離Ｌ８離反した位置から、幅方向Ｙの端部にわたって金属層３２に積層される。予め定める距離Ｌ８は、予め定める距離Ｌ２の３０％以上かつ５０％未満に選ばれる。

中間金属層１０２の厚み方向Ｚの一表面１０２ａ上に、完全接着層３３が積層される。完全接着層３３は、リッジ構造部３５から予め定める距離Ｌ５離反した位置から、幅方向Ｙの端部にわたって中間金属層１０２に積層される。

金属層３２のうち中間金属層１０２から露出する部分が、第１の不完全接着層３１ａを構成し、中間金属層１０２のうち完全接着層３３から露出する部分が、第２の不完全接着層３１ｂを構成する。半導体レーザ素子１の、取付け部６２に取付けられるときに半田層６１に臨む最表面部では、幅方向Ｙにおいて中央に第１の不完全接着層３１ａが形成され、第１の不完全接着層３１ａの両側にそれぞれ第２の不完全接着層３１ｂが形成される。

中間金属層１０２は、半田層６１を形成する半田材との濡れ性が、前記金属層３２と完全接着層３３との間の性質を有する金属、すなわち金属層３２を形成する金属よりも半田材がよく、すなわち濡れやすく、かつ完全接着層３３を形成する金属よりも悪い、すなわち濡れにくい金属によって形成される。本実施の形態では、金属層３２がＭｏによって形成され、完全接着層３３がＡｕによって形成されるので、中間金属層１０２は、たとえばプラチナ（Ｐｔ）によって形成される。中間金属層１０２を形成する金属は、金属層３２を形成する金属よりも低融点であり、完全接着層３３を形成する金属よりも高融点である。

中間金属層１０２は、蒸着によって形成され、その厚みは、たとえば１００Å〜３０００Åに選ばれる。

第１および第２不完全接着層３１ａ，３１ｂは、リッジ部７の延びる方向Ｘにおいて、半導体レーザ素子１００の両端部間にわたって形成され、半導体レーザ素子１００の両端面、すなわち出射面から予め定める距離Ｌ６離間して形成される。前記予め定める距離Ｌ６は、半導体レーザ素子１００の出射面に、出射端面の破壊を防止するためのコート膜が形成可能に選ばれる。

図９は、半導体レーザ素子１００を、半田層６１を介して取付け部６２に取付けた半導体レーザ装置１６０を示す断面図である。半導体レーザ素子１００は、前述したダイボンド条件によって、ＡｕＳｎから成る半田層６１を介して取付け部６２に接着される。完全接着層３３は、半田材と合金化し、また第２の不完全接着層３１ｂもその一部が、半田材と合金化するが、第２の不完全接着層３１ｂは、半田層６１を形成する半田材との濡れ性が、第１の不完全接着層３１ａと完全接着層３３との間の性質を有する金属によって形成されるので、第２の不完全接着層３１ｂと半田層６１との接着力は、第１の不完全接着層３１ａと半田層６１との接着力よりも大きく、完全接着層３３と半田層６１との接着力よりも小さくなる。

これによって、リッジ構造部３５から幅方向Ｙに離反するにつれて、半田層６１が積層される最表面部と、半田層６１との接着力が大きくなる。リッジ構造部３５から幅方向Ｙに離反するにつれて段階的に接着力が変化することによって、完全接着層３３に発生する応力と、不完全接着層３１ａ，３１ｂに発生する応力とによって生じる完全接着層３３と不完全接着層３１，３１ｂとが相互に隣接する部分における急激な応力の変化を抑制することができ、リッジ構造部３５に与えられる応力を緩和して、リッジ構造部３５に発生する歪をより低減することができる。

またＭｏ、ＰｔおよびＡｕを形成する成膜技術は、従来から用いられているので、第１の不完全接着層３１ａをモリブデン（Ｍｏ）によって形成し、第２の不完全接着層３１ｂをプラチナ（Ｐｔ）によって形成し、完全接着層３３を金（Ａｕ）によって形成することによって、第１および第２不完全接着層３１ａ，３１ｂおよび完全接着層３３を形成するために、新たな成膜技術を必要とせず、簡単にこれらを形成することができる。

図１０は、本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ素子１１０の断面図である。本実施の形態の半導体レーザ素子１１０は、前述した図１に示す実施の形態の半導体レーザ素子１と同様の構成を有し、めっき電極層２７の構成が異なるのみであるので、同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。

半導体レーザ素子１１０は、半導体基板２と、第１クラッド層３と、活性層４と、第２クラッド層５と、エッチング停止層６と、リッジ部７と、テラス部８と、第１および第２誘電体層１７，１８と、めっき用下地電極層２３と、下地電極層１１２と、不完全接着層３１を含む金属層３２と、完全接着層３３とを含んで構成される。

下地電極層１１２は、めっき電極層１１３と、第１の電極層１１４と、第２の電極層１１５とを含んで構成される。下地電極層１１２は、めっき電極層１１３と、第１の電極層１１４と、第２の電極層１１５とがこの順番に積層されて形成される。下地電極層１１２の厚みは、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ未満に選ばれる。

めっき電極層１１３は、前述しためっき電極層２７と同様の構成であり、同様の方法によって形成される。めっき用下地電極層２３の厚み方向Ｚの一表面２３ａには、その全面にわたって、めっき電極層１１３が積層される。めっき電極層１１３の厚みは、０．５μｍ以上５．０μｍ未満に選ばれ、たとえば１μｍに選ばれる。

めっき電極層１１３の厚み方向Ｚの一表面１１３ａには、その全面にわたって第１の電極層１１４が形成される。第１の電極層１１４は、めっき電極層１１３よりも表面平坦性に優れ、予め定める金属によって形成される。予め定める金属は、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、白金モリブデン（ＭｏＰｔ）およびチタン（Ｔｉ）から成る群から選ばれる。これらの金属によって第１の電極層１１４を形成することによって、表面平坦性に優れる第１の電極層１１４を形成することができる。第１の電極層１１４が、たとえばモリブデン（Ｍｏ）によって形成される場合、その厚みは、０．０５μｍ以上０．３０μｍ未満に選ばれ、たとえば０．０５μｍに選ばれる。第１の電極層１１４は、スパッタリング法によって形成される。

第１の電極層１１４の厚み方向Ｚの一表面１１４ａには、その全面にわたって第２の電極層１１５が形成される。第２の電極層１１５は、金によって形成される。第２の電極層１１５の厚みは、０．０５μｍ以上１．０μｍ未満に選ばれ、たとえば０．１２μｍに選ばれる。第２の電極層１１５の厚み方向Ｚの一表面１１５ａには、その全面にわたって不完全接着層３１を含む金属層２１が積層される。第２の電極層１１５を金によって形成することによって、下地電極層１１２と、不完全接着層３１との接着特性を向上させることができ、これらが剥離しにくい。また第２の電極層１１５は、第１の電極層１１４と同様に、スパッタリング法によって形成される。第２の電極層１１５は、第１の電極層１１４をスパッタリング法によって形成した後、連続して成膜される。第２の電極層１１５および第１の電極層１１４は、１つのスパッタリング装置にウェハをセットした状態で、Ｍｏ膜およびＡｕ膜を連続して成膜して形成される。従来の技術ではＭｏ膜を成膜した後、一旦装置からウエハを取り出して、再び別の装置にウエハをセットしてＡｕ膜を成膜することが必要であるが、本実施の形態では、ウエハを装置から一旦取り出すことをせずに２つの試料（ＭｏとＡｕ）を装置内に配置してＭｏ膜（第１の電極層１１４）およびＡｕ膜（第２の電極層１１５）の順に成膜する。これによって真空を破らずに、すなわちウエハを一旦大気にさらすことなく、第２の電極層１１５および第１の電極層１１４を連続して成膜することができるので、Ｍｏから成る第１の電極層１１４の表面が酸化されず、積層するＡｕから成る第２の電極層１１５との密着性が損なわれるおそれがない。

めっき金属層１１３、第１の電極層１１４、第２の電極層１１５の厚みは、めっき金属層１１３（Ａｕ）が１μｍ、第１の電極層１１４（Ｍｏ）０．０５μｍ、第２の電極層１１５（Ａｕ）が０．１２μｍとなる比率が好ましい。

金から成るめっき電極層１１３は、めっきによって形成されるので、スパッタリング法によって金から成る層を形成するよりも、厚みの大きな層を短時間で形成することができる。しかしながら、めっき電極層１１３は、表面平坦性に劣り、めっき条件によって濡れ性がふらつくので、接着特性にばらつきが生じてしまうおそれがある。本発明によれば、このめっき電極層１１３には、第１の電極層１１４と、第２電極層１１５とが順に積層される。第１の電極層１１４は、前記めっき電極層１１３よりも表面平坦性に優れ、予め定める金属によって形成される。これによって、第２の金属層１１５の表面平坦性を向上させることができる。したがって第２の金属層１１５に積層される不完全接着層３１との接着特性を向上させることができ、下地金属層１１２と、不完全接着層３１とが、剥離することが抑制される。

半導体レーザ素子１１０を、前述の半導体レーザ素子１００と同様に、半田層６１を介して取付け部６２に取付けることによって半導体レーザ装置が作製される。本実施の形態の半導体レーザ素子１１０では、下地金属層１１２と、不完全接着層３１とが、剥離することが抑制されるので、リッジ構造部３５において発生する熱を、高い熱伝導率の金（Ａｕ）を含んで形成される下地金属層１１２を介して完全接着層３３側に伝導させて、半田層６１を介して取付け部６２へ確実に逃がすことができる。これによって不完全接着層３１と半田層６１との間において放熱不足を、解消することができ、電流特性の悪化をより抑制することができ、半導体レーザ素子１１０の長寿命化を図ることができる。

また第１および第２の電極層１１４，１１５は、スパッタリング法によって連続成膜されて形成されるので、めっき電極層１１３との密着性を向上させることができ、さらにめっき電極層１１３の表面１１３ａに凹凸があっても、この凹凸部分に回り込んで第１および第２電極層１１４，１１５が形成されるので、下地電極層１１２の厚さをできるだけ均一化させることができる。下地電極層１１２の厚みがより均一化することによって、より安定した接合性・接着性の向上を得ることが可能となり、その効果として放熱不足を解消することができ、電流特性の悪化をより抑制することができ、半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。

図１１は、本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ素子１２０の断面図である。本実施の形態の半導体レーザ素子１２０は、前述した図７に示す実施の形態の半導体レーザ素子１００と同様の構成を有し、半導体レーザ装置１００のめっき電極層２７を、前述した図１０に示す実施の形態における下地電極層１１２に代えた構成である。このような構成とすることによって前述した半導体レーザ装置１００の効果に加えて、半導体レーザ装置１２０と同様の効果を達成することができる。

本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ素子では、前述の各実施の形態の半導体レーザ素子において、エッチングストップ層６を設けず、第２クラッド層５、リッジ部７およびテラス部１２を、同一の半導体材料、たとえば前述した第２および第３クラッド層５，１１を形成する半導体材料によって一体形成して、活性層４の厚み方向Ｚの一表面４ａに積層されるクラッド層を形成してもよい。このような構成とすると、リッジ導波路に外部からの応力が与えられやすくなるが、このような構成であっても、前述した不完全接着層３１によって応力が緩和されるので、前述した実施の形態と同様の効果を達成することができ、さらにエピタキシャル成長の工程が少なくなるので製造時間を短縮して、生産性を向上することができる。

本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子１の断面図である。 半導体レーザ素子１の平面図である。 半導体レーザ素子１の製造工程を示す断面図である。 半導体レーザ素子１の製造工程を示す断面図である。 半導体レーザ素子１の製造工程を示す断面図である。 半導体レーザ素子１を、半田層６１を介して取付け部６２に取付けた半導体レーザ装置６０を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ素子１００の断面図である。 半導体レーザ素子１００の平面図である。 半導体レーザ素子１００を、半田層６１を介して取付け部６２に取付けた半導体レーザ装置１６０を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ素子１１０の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ素子１２０の断面図である。

符号の説明

１，１００，１１０，１２０ 半導体レーザ素子
２ 半導体基板
７ リッジ部
８ テラス部
２７，１１３ めっき電極層
３１ 不完全接着層
３３ 完全接着層
３５ リッジ構造部
６０，１６０ 半導体レーザ装置
１１２ 下地電極層
１１３ 第１の電極層
１１４ 第２の電極層

Claims (12)

1. 半導体基板に設けられるストライプ状のリッジ導波路を含むリッジ構造部を有し、取付け部に半田層を介して接着される半導体レーザ素子であって、
   導電性を有し、前記リッジ導波路よりも外側となり前記半田層が積層される最表面部分で、少なくとも前記リッジ構造部に形成され、前記半田層との接着が不完全となる不完全接着層と、
   導電性を有し、前記リッジ導波路よりも外側となり前記半田層が積層される最表面部分で、前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において、前記不完全接着層の両側にそれぞれ形成され、前記半田層と接着する完全接着層とを含み、
   前記不完全接着層は、
   前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において中央に形成される第１の不完全接着層と、
   前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において前記第１の不完全接着層の両側にそれぞれ形成され、前記半田層を形成する半田材との濡れ性が、前記第１の不完全接着層と前記完全接着層との間の性質を有する第２の不完全接着層とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記第１の不完全接着層は、モリブデン（Ｍｏ）によって形成され、
   前記第２の不完全接着層は、プラチナ（Ｐｔ）によって形成され、
   前記完全接着層は、金（Ａｕ）によって形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 前記半導体基板の厚み方向および前記リッジ導波路の延びる方向に垂直な方向において、前記リッジ導波路の両側に、前記リッジ導波路から予め定める距離離間して形成され、リッジ導波路との間に凹所を形成するテラス部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記凹所のリッジ導波路寄りには、前記不完全接着層が形成され、
   前記凹所のテラス部寄りには、前記完全接着層が形成されることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ素子。
5. 前記不完全接着層のうち前記凹所に形成される部分は、リッジ導波路とテラス部との間で、リッジ導波路から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の３０％以上かつ５０％未満の範囲にわたって形成されることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ素子。
6. 前記完全接着層のうち前記凹所に形成される部分は、リッジ導波路とテラス部との間で、テラス部から、リッジ導波路とテラス部との間の距離の５０％以下の範囲に形成されることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体レーザ素子。
7. 金（Ａｕ）によって形成され、かつ前記完全接着層および前記不完全接着層が積層される下地金属層を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
8. 前記完全接着層および前記不完全接着層が積層される下地金属層を有し、
   前記下地金属層は、金（Ａｕ）から成り、めっきによって形成されるめっき電極層と、予め定める金属から成る第１の電極層と、金（Ａｕ）から成る第２の電極層とが順に積層されて形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
9. 前記第１の電極層を形成する予め定める金属は、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、白金モリブデン（ＭｏＰｔ）およびチタン（Ｔｉ）から成る群から選ばれることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ素子。
10. 前記第１および第２の電極層は、スパッタリング法によって連続成膜されて形成されることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ素子。
11. 前記下地金属層の厚みは、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ未満に選ばれることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
12. 前記半導体基板を挟んで前記リッジ構造部とは反対側の表面部に、金（Ａｕ）によって形成される裏面金属層を有することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。

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