JP6024657B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

本発明は半導体レーザ素子に関する。

半導体レーザ素子の放熱性を向上させるための手法として、ジャンクションダウン接合が知られている。ジャンクションダウン接合とは、リッジが形成された側をサブマウント等に実装する手法である（例えば特許文献１）。

特開２００４−１４０１４１号公報

しかし、ジャンクションダウン接合を行う場合には種々の問題が生じる。例えば、特許文献１の段落１３には、リッジが凸形状であるが故にサブマウントに対して半導体レーザ素子が傾きやすいこと等が記載されている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ジャンクションダウン接合時の傾きを抑制することができ、しかも放熱性の高いリッジタイプの半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体レーザ素子は、
基板と、前記基板上に設けられ前記基板の反対側の面にリッジを有する半導体部と、前記リッジ上に設けられた電極と、前記リッジの両側の半導体部上に設けられた絶縁膜と、前記電極上に設けられたパッド電極と、を備え、前記パッド電極側を実装面側とする半導体レーザ素子であって、
前記パッド電極は、前記絶縁膜上に延在して設けられており、
前記半導体部と前記パッド電極の間の前記リッジから離れた一部にスペーサ部が設けられたことを特徴とする。

以上のように構成された本発明に係る半導体レーザ素子は、基板上にジャンクションダウン実装する際、リッジ上のパッド電極表面と、前記リッジから離れた位置に設けられたスペーサ部上のパッド電極表面とにより支持部材上に支持されるので、ジャンクションダウン接合時の傾きを抑制することができる。
すなわち、スペーサ部が設けられていない場合には、リッジの両側が低くなっていることからリッジを中心にして揺動することから傾きが生じる。
しかしながら、本発明のように、リッジから離れた位置にスペーサ部を設けることにより、実装時に少なくともリッジとスペーサ部によって、支持されることになるので、ジャンクションダウン接合時の傾きを抑制することができる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子では、前記半導体部と前記パッド電極の間の前記リッジから離れた一部にスペーサ部が設けられているので、スペーサ部をリッジ両側のほぼ全面に形成したときのように放熱性を悪化させることがない。

実施形態１に係る半導体レーザ素子の平面図である。 図１の一点鎖線Ａ−Ａ’部における断面図である。 図１の一点鎖線Ｂ−Ｂ’部における断面図である。 図１の一点鎖線Ｃ−Ｃ’部における断面図である。 図１の一点鎖線Ｄ−Ｄ’部における断面図である。 実施形態１に係る半導体レーザ素子がジャンクションダウン実装された状態を示す図である。 実施形態２に係る半導体レーザ素子の平面図である。 実施例及び比較例の過渡熱抵抗測定結果を示すグラフである。 実施例及び比較例のＩ−Ｌ特性を示すグラフである。 実施例及び比較例のライフ特性を示すグラフである。 比較例に係る半導体レーザ素子の平面図である。 反射ミラーを形成する工程において、本発明に係る半導体レーザ素子の反射端面を見た端面図である。 反射ミラーを形成する工程において、従来の半導体レーザ素子の反射端面を見た端面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体レーザ素子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。

本発明の一実施形態に係る端面発光型の半導体レーザ素子１００を上から見た平面図を図１に、図１の一点鎖線Ａ−Ａ’部における断面図を図２に、図１の一点鎖線Ｂ−Ｂ’部における断面図を図３に、図１の一点鎖線Ｃ−Ｃ’部における断面図を図４に、図１の一点鎖線Ｄ−Ｄ’部における断面図を図５に示す。ここで、本明細書では説明の便宜のため、図２から４に示す断面図の下側を「下」と表現し上側を「上」と表現している。しかし、これらの位置関係は相対的なものであればよく、例えば各図の上下を逆にしても本発明の範囲内であることは言うまでもない。

半導体レーザ素子１００は、図２等に示すように、基板１と、基板上に設けられ上側にリッジ２ａを有する半導体部２と、リッジ２ａ上に設けられた電極３と、リッジ２ａの両側に設けられた絶縁膜４及び４’と、電極３上に設けられたパッド電極６と、を備える。また、半導体レーザ素子１００は、パッド電極６側を実装面側とする所謂ジャンクションダウン実装用の素子である。半導体レーザ素子１００では、絶縁膜４上には第１スペーサ部５ａと第２スペーサ部５ｂとを含むスペーサが部分的に設けられており、同様に絶縁膜４’上には第１スペーサ部５ａ’と第２スペーサ部５ｂ’とを含むスペーサが部分的に設けられている。本実施形態において、第１スペーサ部５ａと第１スペーサ部５ａ’は、出射端面近傍においてリッジ２ａの両側に互いに分離するように設けられており、第２スペーサ部５ｂと第２スペーサ部５ｂ’は、反射端面近傍においてリッジ２ａの両側に互いに分離するように設けられている。また、パッド電極６は、第１スペーサ部５ａの一部と、第１スペーサ部５ａ’の一部と、第２スペーサ部５ｂの一部と、第２スペーサ部５ｂ’の一部と、を覆うように、電極３上と絶縁膜４、４’上とに設けられている。
以上のように構成された実施形態の半導体レーザ素子では、第１スペーサ部５ａと、第１スペーサ部５ａ’と、第２スペーサ部５ｂと及び第２スペーサ部５ｂ’の上に形成されたパッド電極の上面の高さを、スペーサが設けられていない場所に形成された絶縁膜上のパッド電極の高さより高くしているので、ジャンクションダウン接合時に、半導体レーザ素子１００の傾きを抑制することができる。第１スペーサ部５ａ、第１スペーサ部５ａ’、第２スペーサ部５ｂ及び第２スペーサ部５ｂ’は、上部電極３の高さと略同一の厚さに形成されることが好ましく、これにより、第１スペーサ部５ａ、第１スペーサ部５ａ’、第２スペーサ部５ｂ及び第２スペーサ部５ｂ’の上に形成されたパッド電極の上面の高さと、リッジ上（電極３上）に形成されたパッド電極６の上面の高さとを、略同一の高さにでき、より効果的に半導体レーザ素子１００の傾きを抑えることができる。

以上のように、本実施形態の半導体レーザ素子によれば、ジャンクションダウン接合時に、半導体レーザ素子１００の傾きを抑制することができ、さらに放熱性を向上させることができる。以下、具体的に説明する。

図６に、半導体レーザ素子１００を支持部材８にジャンクションダウン実装した状態を示す。図６はジャンクションダウン実装時における第１スペーサ部５ａを含む断面図である。半導体レーザ素子１００は、導電部材９を介して、パッド電極６が支持部材８の配線（図示せず）と接続される。ここで、半導体レーザ素子１００は、絶縁膜４上に第１スペーサ部５ａが部分的に設けられ、第1スペーサ部５ａの上にパッド電極６が設けられている。これにより、ジャンクションダウン実装時におけるリッジと垂直な方向における半導体レーザ素子１００の傾きを抑制することができる。つまり、第１スペーサ部５ａを介さずに絶縁膜４上にパッド電極６が直接設けられた場合はリッジ２ａ上面と絶縁膜４上面の高さの差が大きくなるので傾きやすくなるが、第１スペーサ部５ａを介して絶縁膜４上にパッド電極６を設けることでリッジ２ａ上面と第１スペーサ部５ａ上面の高さの差を小さくすることができるので、リッジと垂直な方向における素子の傾き、すなわち、リッジを中心とする揺動を抑制することができる。
さらに、第１スペーサ部５ａを含むスペーサ部が部分的に設けられているので、比較的薄い絶縁膜４上にパッド電極６がスペーサ部を介することなく設けられている。これにより、スペーサ部をほぼ全面に設けた場合に比較して、放熱性を向上させることができる。すなわち、スペーサ部をリッジ２ａの両側のほぼ全面に設けた場合には、熱伝導率の大きい金属からなるパッド電極６と半導体層の間に比較的厚い熱伝導の悪いスペーサ部がほぼ全面に存在することになり、スペーサ部に熱がこもり温度が上昇する。これに対して、スペーサ部を部分的に設けるようにすると、比較的薄い絶縁膜上のパッド電極に熱が効果的に伝達されて熱伝導が良好なパッド電極により放熱される。
このように、リッジ２ａの長手方向に平行な方向（例えば図１に示すＣ−Ｃ’線に沿った方向）に、スペーサ部を介して絶縁膜が形成されている部分とスペーサ部を介することなく絶縁膜が形成されている部分が存在する（並置されている）と、半導体レーザ素子１００の傾きを抑制することができ、さらに放熱性を向上させることができる。

換言すると、半導体レーザ素子１００では、共振器長方向において、傾きを抑制するための領域（つまりスペーサ部が設けられた領域）と、放熱するための領域（つまりスペーサ部が設けられていない領域）と、に分かれている。これにより、簡単な構造にかかわらずそれぞれの特性を両立させることができる。

以下、半導体レーザ素子１００の主な構成要素について説明する。

（基板１）
基板１には種々の材料を用いることができる。半導体部２が窒化物半導体からなる場合は、基板１も窒化物半導体とすることが好ましい。ここでは、基板１は導電性を有し、基板１に直接下部電極７が形成されている。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Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で示すことができる。

（半導体部２）
半導体部２には種々の材料及び構造を用いることができる。半導体部２は、例えば、基板１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）。さらに、半導体部２はその上側にリッジ２ａを有する。リッジ２ａは、半導体部２の上側に設けられたストライプ状の凸部であり、典型的には、半導体部２の上側からリッジとなる部分以外を任意の深さで除去することにより得られる。半導体部２は、リッジ２ａの側面からリッジ外側に連続してその上面が露出している。なお、本明細書では、「リッジ上面」と、リッジ２ａの上面から両側に連続して延伸する「リッジ側面」と、リッジ２ａの側面から外側に連続して延伸する「半導体部上面」と、を区別して使用する。

半導体部２は、レーザ光を出射する側となる出射端面とレーザ光を反射する側となる反射端面とを有する。図１では、上側が出射端面であり、下側が反射端面である。各端面は劈開又はエッチングで形成することができる。リッジ２ａは各端面と交わる方向（好ましくは各端面と略垂直となる方向）に延伸している。

図２及び図３に示すように、半導体部２の縁部にはリッジ２ａの延伸方向（紙面の奥行き方向）に延伸する段差部を備えることができる。段差部は絶縁膜（絶縁膜４，４’）により覆われている。
この段差部には、以下のような意義がある。
すなわち、図６に示すようにジャンクションダウン実装時には、支持部材８とパッド電極６が導電部材９により接合されるが、その際に導電部材９が半導体部２側面を這い上がる可能性がある。
そこで、図２、図３に示すように、段差部を設け且つ段差部に絶縁膜を形成することによって導電部材９の這い上がりを防止でき、導電部材９の這い上がりに起因したリークの発生を抑制することができる。なお、図面の理解を容易にするために図１においては段差部を示していない。

リッジ２は、チップの中心よりも横にずらして配置することが好ましい。また、チップ状態でのＬＤ発振特性の検査時に、簡易的に針をパッド電極に接触させて通電を行う場合、リッジが中央にあるとリッジ上のパッド電極に傷を受けやすい。そうすると、ジャンクションダウン実装時に空洞等が発生してしまい、その部分での放熱性が悪化する恐れがある。特にリッジ上の発熱は大きくその影響が大きい。そこで、リッジをチップの中心よりも横にずらして配置することにより、リッジ上に針を接触させずにＬＤ発振特性検査を行うことができる。針をあてるためのパッド電極の領域の幅は５０μｍ以上、好ましくは７０μｍ以上あることが好ましい。

（上部電極３）
上部電極３は、リッジ２ａ上に設けられる電極である。上部電極３とリッジ２ａの上面とが接触する領域は任意に設定することができる。しかしながら、図１等に示すように、リッジ２ａ上面の略全域とすることが好ましい。なお、上部電極３を形成する領域はリッジ２ａ上面のみに限られず、絶縁膜４及び４’を介して半導体部２上面まで延在させることもできる。上部電極３の材料としては、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｒｈ又はＩＴＯのいずれかを含めることができる。

(絶縁膜４及び４’）
図１において、リッジ２ａの右側に設けられた絶縁膜を符号４で示し、リッジ２ａの左側に設けられた絶縁膜を符号４’で示す。絶縁膜４及び４’は埋込膜とも称されるものであり、光をリッジ内に閉じ込めやすくするために半導体部２よりも屈折率の低い部材からなる。ジャンクションダウン時には絶縁膜４を介して放熱が行われる。しかしながら、絶縁膜は一般的には熱伝導率が低い。そのため光の閉じ込めに影響を与えない範囲で、できる限り膜厚を薄く成膜することが望ましい。したがって、絶縁膜４及び４’の上面は通常、リッジ２ａの上面よりも低く、半導体部２の上面からからリッジ２ａ側面にわたって形成されている。リッジ２ａ側面からリッジ２ａ上面に絶縁膜４及び４’の一部を延在させ、上部電極３が形成される領域を除いてリッジの上面にも絶縁膜を形成するようにしてもよい。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が挙げられる。

(スペーサ部）
本発明におけるスペーサ部の基本的な機能は、ジャンクションダウン実装時における半導体レーザ素子の傾きを抑制するものである。その基本的な機能を果たすために、スペーサ部は、絶縁膜４又は４’のうち少なくとも一方の上面の少なくとも一部に設けられていればよい。例えば、スペーサ部を一箇所形成する場合、スペーサ部は、パッド電極６の下でかつリッジ２ａの両端から最も離れた位置に形成することが好ましい。このようにすると、リッジ２ａとスペーサ部で半導体レーザ素子を支持することができ、半導体レーザ素子の傾きを効果的に抑制することができる。
また、スペーサ部は、リッジ２ａ両側の絶縁膜４，４’上のほぼ全面に形成することなく、部分的に形成されており、これにより、スペーサ部か形成された部分で実装時の傾きを抑制する一方、スペーサ部か形成されていない部分では絶縁膜４，４’上に直接パッド電極を形成することで良好な熱伝導を確保している。
このスペーサ部は、上述のように少なくとも１つあればよいが、上記傾き防止機能の他に種々の機能を併せ持った複数のスペーサ部からなっていてもよい。

(第１スペーサ部５ａ及び５ａ’）
図１等に示す第１スペーサ部５ａ及び５ａ’は、ジャンクションダウン実装時における半導体レーザ素子の傾きを抑制するという基本機能に加え、さらに後述の機能を有している。
図１においては、リッジ２ａの両側に第１スペーサ部が設けられており、リッジ２ａの右側に設けられた第１スペーサ部を符号５ａで示し、リッジ２ａの左側に設けられた第１スペーサ部を符号５ａ’で示す。以下では主として第１スペーサ部を符号５ａについて説明するが、第１スペーサ部５ａ’についても同様であることは言うまでもない。

第１スペーサ部５ａは、絶縁膜４の一部に設けられており、絶縁膜４とパッド電極６とを離間するための部材である。つまり、絶縁膜４とパッド電極６との間に第１スペーサ部５ａを介在させることで、リッジ２ａの横側領域におけるパッド電極６の上面を高くすることができる。これにより、ジャンクションダウン実装時における半導体レーザ素子１００の傾きを抑制することができる。半導体レーザ素子１００では、リッジ２ａの左右に第１スペーサ部５ａ及び５ａ’を備えるので、リッジ２ａの片側に第１スペーサ部がある場合に比較して、素子自体の傾きをさらに抑制することができる。

図１に示すように、第１スペーサ部５ａは出射端面又は反射端面のうちいずれか一方の近傍に設けることができる（本実施形態では、第１スペーサ部５ａ及び５ａ’を出射端面近傍に設けている。）。これにより、半導体部２からパッド電極６側への放熱性をより向上させることができる。すなわち、半導体レーザ素子に反射ミラーを成膜（例えば、スパッタリング）する際に、図１２及び１３に示すように、バー（半導体レーザ素子）を板状の治具６０により挟み込んで半導体レーザ素子の端面に反射ミラーを成膜する。このときに、端面近傍に第１スペーサ部５ａがないと、図１３に示すように、上部電極３上面と絶縁膜４上面との高低差により、治具６０とパッド電極６との間に隙間６０ｓが生じてしまう。そのため、スパッタ時にミラー成分がパッド電極上面（半導体部２の上面）へ隙間をとおって堆積してしまう。このようにパッド電極上面にミラー成分が堆積してしまうと、パッド電極上面とサブマウント上の（サブマウントとしての機能を併せ持った）導電部材との共晶が阻害されて空洞が生じ、放熱性が悪化する可能性があった。さらに、通常、ミラーを構成する部材は熱伝導率の低い誘電体からなる。そのため、半導体部２からの熱はミラー成分を介してパッド電極６側に放散されるので、さらに放熱性が悪化する恐れがあった。そこで、端面近傍に第１スペーサ部５ａを形成し、ミラー成膜時に使用する板状の治具との隙間を埋めることで、ミラー成分の半導体部２の上面への堆積を軽減することができ、半導体部２から支持部材８側への放熱を効果的に行うことができる。またサブマウント材料としては、ＡｌＮ、ＳｉＣ等があげられる。なお、ミラーの形成は複数の素子が繋がった状態で行われるのが一般的であるが、図１２及び図１３では、一素子について描いて説明している。

第１スペーサ部５ａはリッジ２ａの近傍に配置することができる。これにより、例えば、スパッタ時におけるミラー成分がパッド電極上面への堆積を効果的に抑制することができ、半導体部２からパッド電極６側への放熱をより向上させることができる。これに対して、リッジ２ａと第１スペーサ部５ａが離れていると、その部分に幅広い段差が発生してしまう。そのため、ミラー成膜時に板状の冶具に固定するときに、板と半導体部に幅広い隙間ができてしまうことになり、その隙間部分やあるいは隙間を通って半導体部上にミラー成分が堆積してしまう可能性がある。特に、半導体部２では電流が集中するリッジ直下で主に発熱するので、半導体部２上面のリッジ２ａ近傍領域における放熱が重要となる。そこで、第１スペーサ部５ａをリッジ２ａの近傍に配置することにより、熱伝導率の悪いミラー成分がリッジ近傍に堆積することを抑制することができるので、放熱性をより向上させることができる。リッジ２ａとスペーサ部との距離は、好ましくは１０μｍ未満、より好ましくは５μｍ未満、さらに好ましくは２μｍ未満とすることができる。

第１スペーサ部５ａは絶縁材料とすることができる。これにより、第１スペーサ部５ａに起因したリークを防止することができる。特に、第１スペーサ部５ａを出射端面又は反射端面のいずれかの近傍に配置した場合、第１スペーサ部５ａが伸縮しやすい金属などの導電性材料だと、ウエハからバー形状に分割する際又はバー形状から各半導体レーザ素子に分割する際に、第１スペーサ部５ａの一部が延伸して半導体部２に接触しリークを生じる恐れがある。そこで、第１スペーサ部５ａを伸縮性の少ない絶縁材料とし第１スペーサ部５ａと半導体部２との接触を防ぐことで、リークの発生をより低下させることができる。第１スペーサ部５ａに用いられる絶縁材料は、好ましくはＳｉ、Ｚｒ、Ａｌ又はＺｎの酸化物、窒化物又は酸窒化物、より好ましくはＳｉ、Ｚｒ、Ａｌの酸化物、さらに好ましくはＳｉの酸化物とすることができる。形成が容易であり光の吸収が少ないからである。

第１スペーサ部５ａの上面は上部電極３の上面と略同じ高さとすることができる（図２参照）。これにより、ジャンクションダウン実装時における半導体レーザ素子１００の傾きをより抑制することができる。上部電極３と第１スペーサ部５ａをほぼ同じ高さとすることで、後の工程で成膜するパッド電極６の上面の高さを揃えることができるからである。例えば、第１スペーサ部５ａの上面が、上部電極３の上面よりも高いと、後の工程で成膜するパッド電極６の上面の高さが、第１スペーサ部５ａ上において、上部電極３上よりも高くなる。そのため上部電極３上において、ミラー成膜時に板状の冶具で固定するときに隙間ができて、ミラーが堆積してしまうおそれがある。一方で、第１スペーサ部５ａの上面が、上部電極３の上面よりも低いと、後の工程で成膜するパッド電極６の上面の高さが、スペーサ部５ａ上において、上部電極３上よりも低くなる。そのため第１スペーサ部５ａ上において、ミラー成膜時に板状の冶具で固定するときに隙間ができて、ミラーが堆積してしまうおそれがある。したがって、ミラーが隙間をとおって堆積しない程度に、上部電極３と第１スペーサ部５ａ高さをそろえることが好ましい。両者の高低差は、好ましくは５０ｎｍ未満、より好ましくは３０ｎｍ未満とすることができる。

(第２スペーサ部５ｂ及び５ｂ’）
第１スペーサ部が設けられた絶縁膜上面には、さらに第２スペーサ部を設けることができる。図１において、リッジ２ａの右側に設けられた第２スペーサ部を符号５ｂで示し、リッジ２ａの左側に設けられた第２スペーサ部を符号５ｂ’で示す。以下では主として第２スペーサ部５ｂについて説明するが、第２スペーサ部５ｂ’についても同様であることは言うまでもない。

第２スペーサ部５ｂは、絶縁膜４とパッド電極６とを離間するための部材である。絶縁膜４とパッド電極６との間に第２スペーサ部５ｂを介在させることで、リッジ２ａの横側領域におけるパッド電極６の上面を高くすることができる。これにより、リッジの長手方向の中心軸を中心とする揺動が抑制できることに加え、ジャンクションダウン実装時における半導体レーザ素子１００の共振器長方向の傾きをより抑制することができる（リッジの長手方向の中心軸に直交する中心軸を中心とした揺動を抑制できる。）。つまり、絶縁膜４上に第１スペーサ部５ａのみが形成される場合、リッジ２ａを除いた領域では、パッド電極６を介して第１スペーサ部５ａの一カ所で支えることになるが、さらに第２スペーサ部５ｂを設けることで共振器長方向において二カ所で支えることができるので、より安定してジャンクションダウン実装することができる。

図１に示すように、第１スペーサ部５ａを出射端面又は反射端面のうちいずれか一方の近傍に設ける場合、第２スペーサ部５ｂは出射端面又は反射端面のうち他方の近傍に設けることができる（本実施形態では、第１スペーサ部５ａ及び５ａ’を出射端面近傍に、第２スペーサ部５ｂ及び５ｂ’を反射端面近傍に設けている。）。これにより、放熱性をより向上させることができる。その理由については第１スペーサ部５ａの場合と同様なのでここでは繰り返さない。

第２スペーサ部５ｂはリッジ２ａの近傍に配置することができる。これにより、放熱性をより向上させることができる。その理由については第１スペーサ部５ａの場合と同様なのでここでは繰り返さない。

第２スペーサ部５ｂは絶縁材料とすることができる。これにより、第１スペーサ部５ａに起因したリークを防止することができる。その理由については第１スペーサ部５ａの場合と同様なのでここでは繰り返さない。

第２スペーサ部５ｂの上面は上部電極３の上面と略同じ高さとすることができる（図２参照）。これにより、ジャンクションダウン実装時における半導体レーザ素子１００の傾きをより抑制することができる。その理由については第１スペーサ部５ａの場合と同様なのでここでは繰り返さない。

（ブロック部５ｃ及び５ｃ’）
図１において、リッジ２ａの右側に設けられたブロック部を符号５ｃで示し、リッジ２ａの左側に設けられたブロック部を符号５ｃ’で示す。以下では主としてリッジ２ａの右側に設けられたブロック部５ｃについて説明する。ただし、その説明はリッジ２ａの左側に設けられたブロック部５ｃ’についても当てはまることは言うまでもない。

ブロック部５ｃは、リッジ２ａと垂直な方向において、絶縁膜４上にパッド電極６と離間して形成されており、パッド電極６とブロック部５ｃとの間には凹部が形成されている（図３参照）。凹部により、ジャンクションダウン実装時における、導電部材の無駄な広がりを抑制することができるので、導電部材に起因するリークの発生を抑制することができる。

図１では、第１スペーサ部５ａ、第２スペーサ部５ｂ及びブロック部５ｃが一体形成されているが、各部材を個別に設けてもよい。
尚、第１スペーサ部５ａ、第２スペーサ部５ｂ及びブロック部５ｃが一体で形成されている場合、第１スペーサ部５ａと第２スペーサ部５ｂとを連結する部分をブロック部５ｃとする。

（パッド電極６）
パッド電極６は、共振器長方向における一直線上において少なくとも第１スペーサ部５ａと絶縁膜４を被覆している。パッド電極６は第１スペーサ部５ａ上面の全面を被覆する必要はなく、少なくともその一部を被覆していればよい。図４に示すように第１スペーサ部５ａを介して半導体部２上面に設けられたパッド電極６上面は、第１スペーサ部５ａを介さずに半導体部２上面に設けられたパッド電極６上面よりも高くなっている。パッド電極６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、Ｗの少なくとも一つを含めることができる。

図１等に示すように、パッド電極６は、共振器長方向において、第１スペーサ部５ａの上面、絶縁膜４の上面及び第２スペーサ部５ａ’の上面を一体に被覆することができる。パッド電極６自体の形成が容易であり、放熱領域（パッド電極６が絶縁膜４と直接接している領域）を大きく確保することができるからである。

（他の形態）
半導体レーザ素子１００と異なる形態として、図７に示す半導体レーザ素子２００のような構成をとることもできる。半導体レーザ素子２００は、絶縁膜４上に、スペーサ部５０を有し、第２スペーサ部及びブロック部を備えない。さらに、スペーサ部５０は端面近傍ではなくリッジ２ａの延伸方向における中央部に設けてある。この構成では、ミラー成分の回り込み抑制による放熱性の向上及びブロック部によりリーク抑制の効果は期待できないものの、ジャンクションダウン実装時における半導体レーザ２００の傾き防止及び放熱性については一定のレベルで期待できる。

＜実施例＞
先ず、ｎ型ＧａＮからなるウエハ状の基板１上に、ＳｉドープＡｌ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎ（膜厚１．６μｍ）よりなる下地層と、ＳｉドープＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ（膜厚０．１５μｍ）よりなるクラック防止層と、ＳｉドープＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ（膜厚０．９μｍ）よりなる下部クラッド層と、ＳｉドープＧａＮ（膜厚０．１５μｍ）及びアンドープＧａＮ（膜厚０．１５μｍ）よりなる下部ガイド層と、ＭＱＷの活性層と、ＭｇドープＡｌ_０．１２Ｇａ_０．８８Ｎ（膜厚１．５ｎｍ）及びＭｇドープＡｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ（膜厚８．５ｎｍ）よりなるキャリア閉じ込め層と、ノンドープＧａＮ（膜厚０．１５μｍ）とＭｇドープＧａＮ（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部２とした。なお、ＭＱＷ活性層は、基板１側から順に、ＳｉドープＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎ（膜厚１７０ｎｍ）よりなる障壁層と、アンドープＩｎ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎ（膜厚３ｎｍ）よりなる井戸層と、アンドープＧａＮ（膜厚１４ｎｍ）よりなる障壁層と、アンドープＩｎ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎ（膜厚３ｎｍ）よりなる井戸層と、アンドープＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎ（膜厚７０ｎｍ）よりなる障壁層と、を備える。

次に、ＲＩＥにより、３０μｍの幅を有するストライプ状のリッジ２ａを上部ガイド層が露出する深さ５００ｎｍで形成した。

次に、リッジ２ａ上にＩＴＯよりなる上部電極３を２００ｎｍの膜厚で形成した。上部電極３は、図１から３及び５に示すように、リッジ２ａ上面の周縁領域を除く部分と接合している。

次に、ＳｉＯ_２よりなる絶縁膜４及び４’を２００ｎｍの膜厚で形成した。絶縁膜４及び４ａは、図１から４に示すように、半導体部２上面、リッジ２ａ側面及びリッジ２ａ上面の周縁領域を被覆している。

次に、ＳｉＯ_２よりなる第１スペーサ部５ａ及び５ａ’、第２スペーサ部５ｂ及び５ｂ’、ブロック部５ｃ及び５ｃ’を５００ｎｍの膜厚で形成した。第１スペーサ部５ａ、第２スペーサ部５ｂ及びブロック部５ｃは一体に形成されており、同様に、第１スペーサ部５ａ’、第２スペーサ部５ｂ’及びブロック部５ｃ’も一体に形成されている。各スペーサ部とリッジ２ａとの距離は５μｍとした。この段階では、第１スペーサ部５ａと第２スペーサ部５ｂとの間には絶縁膜４が露出しており、第１スペーサ部５ａ’と第２スペーサ部５ｂ’との間には絶縁膜４’が露出している。

次に、Ｎｉ（膜厚８ｎｍ）／Ｐｄ（膜厚２００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚８００ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）よりなるパッド電極６を形成した。パッド電極６は、平面視（図１）において矩形状であり、上部電極３だけでなく、第１スペーサ部５ａ及び５ａ’、第２スペーサ部５ｂ及び５ｂ’、第１スペーサ部５ａと第２スペーサ部５ｂとの間に露出した絶縁膜４、第１スペーサ部５ａ’と第２スペーサ部５ｂ’との間に露出した絶縁膜４’を被覆している。最終層の膜厚３００ｎｍのＡｕは、ジャンクションダウン実装時にＡｕＳｎとの共晶により合金化する。

次に、Ｔｉ（膜厚６ｎｍ）／Ａｕ（膜厚２００ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）／Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）よりなる下部電極７を基板１の下面に形成した。

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、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。詳細には、２つのバー状ウエハ間で隣接する２つの素子に跨って形成されたＳｉＯ_２を中央で分割することで、一素子における第１スペーサ部５ａと他素子における第２スペーサ部５ｂとを同時に形成した（第１スペーサ部５ａ’と第２スペーサ部５ｂ’についても同様である。）。このとき、各素子におけるスペーサ部５ａ、５ａ’、５ｂ及び５ｂ’の共振器長方向の幅はそれぞれ２５μｍとした。なお、第１スペーサ部５ａ及び５ａ’はその一側面が半導体部２の出射端面と面一となっている。同様に、第２スペーサ部５ｂ及び５ｂ’はその一側面が半導体部の反射端面と面一になっている。

次に、バー状ウエハの出射端面にＡｌ_２Ｏ_３を膜厚１３２ｎｍで形成し出射端面保護膜（出射側ミラー）とした。また、バー状ウエハの反射端面にはＺｒＯ_２を膜厚５０ｎｍで形成した後ＳｉＯ_２（膜厚７４ｎｍ）/ＺｒＯ_２（膜厚５０ｎｍ）を計６ペア形成し反射端面保護膜（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長さ）１２００μｍで幅（リッジと垂直な方向の長さ）１５０μｍの半導体レーザ素子１００を得た。

さらに、半導体レーザ素子１００を支持部材８として配線が形成されたＡｌＮよりなるサブマウントにジャンクションダウン実装した。導電部材６にはＡｕＳｎ共晶を用いた。以上のようにして作製した実施例の半導体レーザ素子１００は、ジャンクションダウン実装時、効果的に傾きが抑制され、安定した実装が可能であった。実装した半導体レーザ装置を駆動させたところ、主波長を４４５ｎｍとするマルチモードのレーザ発振が確認された。

＜比較例＞
ジャンクションダウン実装時、効果的に傾きを抑制するためには、リッジ２ａの両側のほぼ全面に５００ｎｍ厚さのＳｉＯ_２を形成し、パッド電極６の表面全体を実質的に平坦にした構成も考えられる。しかしながら、そのように構成すると、上述したように放熱特性が悪化する。そのことを確認するために、比較例として、図１１に示すように、リッジ２ａの両側において、絶縁膜４，４’のほぼ全面に均一にＳｉＯ_２を形成した半導体レーザ素子６００を作製して放熱特性を実施例の半導体レーザ素子と比較した。すなわち、比較例の半導体レーザ素子６００は、実施例の半導体レーザ素子において、外周を取り囲むように形成した第１スペーサ部５ａ，５ａ’、第２スペーサ部５ｂ，５ｂ’及びブロック部５ｃ，５ｃ’に代えて、リッジ２ａの両側に絶縁膜４，４’のほぼ全面を覆うＳｉＯ_２を形成した以外は半導体レーザ素子１００と同様な構成を有する。

（評価）
図８に過渡熱抵抗測定結果を示す。縦軸は熱抵抗値の相対値を示し、横軸は通電パルス時間を示している。チップとサブマウント間の熱抵抗値を示すと考えられるＰＴ＝０．０１Ｓｅｃあたりの熱抵抗値に差があり、比較例よりも小さくなっていることが確認できた。この結果から、半導体レーザ素子１００とサブマウント間の放熱性が比較例に比べて優れていることが理解できる。この熱抵抗の差は小さくみえるかもしれないが、Ｗクラスの高出力半導体レーザ素子を作成する場合、高電流領域において発熱量が大きくなるために、熱抵抗のわずかな差により発熱量に大きな差が生じてしまう。実際、このようなわずかな差であっても、後述するようにＩ−Ｌ特性やライフ特性に大きな差が生じることが理解できる。

図９に、実施例と比較例とのＩ−Ｌ特性（電流−光出力特性）を示す。実線が実施例であり、破線が比較例である。図９において、横軸は電流値であり、縦軸は相対光出力である。図９から明らかなように、実施例では電流値を大きくすれば光出力もそれに略比例して向上しているが、比較例では電流値を大きくしても光出力はリニアに向上していない。
実施例の放熱性が比較例よりも優れているためにこのような結果となったと考えられる。

図１０に、実施例と比較例とのライフ特性を示す。実線が実施例であり、破線が比較例である。図１０において、横軸は駆動時間であり、縦軸は相対光出力である。図９から明らかなように、実施例では長時間駆動しても光出力の低下は少ないが、比較例では長時間駆動すれば光出力が大きく低下してしまう。実施例の放熱性が比較例よりも優れているためにこのような結果となったと考えられる。
以上のように、本発明に係る実施例の半導体レーザ素子１００は、ジャンクションダウン接合時の傾きを抑制することができ、しかも放熱性の高いことが確認できた。

１００、２００…半導体レーザ素子
１…基板
２…半導体部
３…上部電極
４、４’…絶縁膜
５ａ、５ａ’…第１スペーサ部
５ｂ、５ｂ’…第２スペーサ部
５ｃ、５ｃ’…連結部
６…パッド電極
７…下部電極
８…支持部材
９…導電部材

Claims (11)

1. 基板と、前記基板上に設けられ前記基板と反対側の面にリッジを有する半導体部と、前記リッジ上に設けられた電極と、前記リッジの両側の半導体部上に設けられた絶縁膜と、
   前記電極上に設けられたパッド電極と、を備え、前記パッド電極側を実装面側とする半導体レーザ素子であって、
   前記パッド電極は、前記絶縁膜上に延在して設けられており、
   前記半導体部と前記パッド電極の間の一部に絶縁材料からなるスペーサ部が設けられており、
   前記スペーサ部は、前記半導体部の出射端面近傍に配置された第１スペーサ部と前記半導体部の反射端面近傍に配置された第２スペーサ部を含み、
   前記リッジの上に位置するパッド電極の上面と、前記スペーサ部の上方に位置するパッド電極の上面とが実質的に同じ高さにあり、
   前記第１スペーサ部と前記第２スペーサ部の間の前記絶縁膜が前記パッド電極と接していることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記リッジに平行に前記基板の側面に沿って前記パッド電極から離間して配置され、前記スペーサ部と実質的に同じ高さになるように前記絶縁膜上に形成されたブロック部を含む請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記ブロック部は、Ｓｉの酸化物、Ｚｒの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｚｎの酸化物、Ｓｉの窒化物、Ｚｒの窒化物、Ａｌの窒化物、Ｚｎの窒化物、Ｓｉの酸窒化物、Ｚｒの酸窒化物、Ａｌの酸窒化物及びＺｎの酸窒化物からなる群から選択された１つを含んでなる請求項２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記第１スペーサ部と前記第２スペーサ部と前記ブロック部とが一体化されている請求項２又は３記載の半導体レーザ素子。
5. 前記スペーサ部は、Ｓｉの酸化物、Ｚｒの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｚｎの酸化物、Ｓｉの窒化物、Ｚｒの窒化物、Ａｌの窒化物、Ｚｎの窒化物、Ｓｉの酸窒化物、Ｚｒの酸窒化物、Ａｌの酸窒化物及びＺｎの酸窒化物からなる群から選択された１つを含んでなる請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
6. 前記半導体部の縁部にはリッジの延伸方向に延伸する段差部を備え、
   前記段差部に前記絶縁膜が形成されている請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
7. 前記半導体レーザ素子はマルチモードレーザである請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
8. 前記絶縁膜は、Ｓｉの酸化物、Ｚｒの酸化物、Ａｌの酸化物、Ｚｎの酸化物、Ｓｉの窒化物、Ｚｒの窒化物、Ａｌの窒化物、Ｚｎの窒化物、Ｓｉの酸窒化物、Ｚｒの酸窒化物、Ａｌの酸窒化物及びＺｎの酸窒化物からなる群から選択された１つを含んでなる請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
9. 前記リッジと前記スペーサ部とは離間している請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
10. 前記リッジと前記スペーサ部との距離は、１０μｍ未満である請求項９に記載の半導体レーザ素子。
11. 前記半導体部は窒化物半導体である請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。

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