JP6858804B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ素子、例えば高温または高出力で動作する半導体レーザ素子に関する。
従来、ＤＶＤ（デジタル万能ディスク）等の情報読み取りまたは情報書き込み用光源として用いられる半導体レーザ素子としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。
図８Ａ及び図８Ｂは、従来の半導体レーザ素子１０００の一例を説明するための説明図である。図８Ａは、従来の半導体レーザ素子１０００を模式的に示す平面図である。図８Ｂは、従来の半導体レーザ素子１０００の図８Ａに示すＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。なお、図８Ａでは、ＳｉＯ２膜１０１１およびＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１０１２の図示は省略している。
半導体レーザ素子１０００は、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１の上に形成されたｎ型ＧａＡｓバッファ層１００２、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１００３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１００４、アンドープＡｌＧａＩｎＰ第１ガイド層１００５、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１００６、アンドープＡｌＧａＩｎＰ第２ガイド層１００７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１００８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１００９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０１０を備えている。アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１００６は、以下、単に、活性層ということがある。
また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１００８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１００９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０１０には、ストライプ状のリッジ部１１５１が形成され、その両側にテラス部１１５２，１１５３が形成されている。テラス部１１５２，１１５３の上面は平坦面になっている。
また、ＳｉＯ２膜１０１１が、リッジ部１１５１の側面と、テラス部１１５２，１１５３の上面および側面とを覆っている。
また、半導体レーザ素子１０００では、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１０１２が第１電極として形成されていると共に、ＡｕＧｅＮｉ電極１０１３が第２電極として形成されている。ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１０１２はリッジ部１１５１の上面に接続されている。
半導体レーザ素子１０００を製造する場合、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１００２、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１００３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１００４、アンドープＡｌＧａＩｎＰ第１ガイド層１００５、活性層１００６、アンドープＡｌＧａＩｎＰ第２ガイド層１００７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１００８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１００９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０１０を例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により順次成長させる。
次に、フォトリソ工程により、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１００８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１００９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０１０の一部を除去して、共振器方向Ｒに延びるリッジ部１１５１を形成する。このとき、テラス部１１５２，１１５３も形成される。
次に、リッジ部１１５１の表面を除く領域をＳｉＯ２膜１０１１で覆った後、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１０１２およびＡｕＧｅＮｉ電極１０１３を形成する。このとき、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１０１２は、ＴｉＡｕなどのオーミック電極を形成した後、熱放散のため、例えば２μｍの厚みでＡｕメッキ電極を形成して得る。
最後に、素子分割工程により、複数の半導体レーザ素子を得る。
このように製造した半導体レーザ素子１０００は、放熱部品であるサブマウント（取り付け台）（図示せず）にＡｕＳｎなどの半田層（図示せず）を介して固着される。このとき、発熱源である活性層１００６に近いｐ型ＧａＡｓキャップ層１０１０側がサブマウントに近くなるように、半導体レーザ素子１０００の固着を行う。
半導体レーザ素子１０００は、温度上昇とともに、動作電流が増加する性質があり、サブマウントへ放熱することで、この温度上昇による動作電流の増加を低減している。
また、リッジ部１１５１に電流を流すと、リッジ部１１５１下に光を閉じ込められて、リッジ部１１５１下にある活性層１００６を中心にレーザ光が発生する。
仮に、テラス部１１５２，１１５３を単独で形成した場合、サブマウントへの固着時に突起状のリッジ部１１５１に大きな応力が加わり、半導体レーザ素子の信頼性悪化など不具合が生じる。また、リッジ部１１５１のみが突出した構造の場合、サブマウントに固着する際に支えがなく、半導体レーザ素子１０００が傾斜する結果、放射特性、偏光特性がばらつく。
これらの不具合の発生を防ぐために、リッジ部１１５１の一側方に例えば幅５μｍの溝を介してテラス部１１５２を形成すると共に、リッジ部１１５１の他側方に例えば幅５μｍの溝を介してテラス部１１５３を形成する。これにより、サブマウントに半導体レーザ素子１０００を固着したときに、テラス部１１５２，１１５３が支えとなって、リッジ部１１５１に大きな応力が加わることを防ぐことができ、さらに、半導体レーザ素子１０００が傾くことを回避することができる。
そして、半導体レーザ素子１０００では、リッジ部１１５１下の活性層１００６で発生する熱、または、電流通路であるリッジ部１１５１で発生する熱を、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１０１２を介してサブマウントへ逃がしている。
また、特許文献２に記載の半導体レーザ素子は、テラス部に共振方向に沿った凹部や幅方向に沿った凹部が形成されている。特許文献３に記載の半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子の表面およびリッジ状の導波路の側面を皮膜する絶縁膜の上部のみが垂直または平行または格子状に凹凸のある形状にされている。また、特許文献４に記載の半導体レーザ素子は、互いに隣り合う導波路構造の間に活性層を共振方向に沿って分断する溝を含む分断構造が形成されている。また、特許文献５に記載の半導体レーザ素子は、第２導電型第２クラッド層の上面から半導体基板内に亘って共振方向に沿って形成された２本の溝が設けられている。
特開２００２−９３８２号公報 特開２０１４−７２４９５号公報 特開２００６−１７３２６５号公報 特開２０１７−２０８３９９号公報 特許第５１０３００８号公報 特開２００６−１２８１８９号公報
しかしながら、前述したような従来の放熱手法では不十分であるという課題がある。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体結晶で構成される赤色半導体レーザ素子では、発振波長を短く設定するほど、活性層と障壁層との間のエネルギー障壁が低くなり、高温で活性層のキャリアが障壁層へ逃げる割合が増加する。その結果、高温で動作電流が増加することが著しくなり、高温動作の妨げになっている。なお、特許文献６に記載の半導体レーザ素子は、リッジ部の上面に凹部を備えているだけであり、本発明の課題に対する解決策を提案するものではない。
そこで、本発明は、動作温度を従来よりも向上させることができる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
（１）本発明の一実施形態は、ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子の半導体基板とは反対側の面とサブマウントとを、半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、前記半田層で接着される前記半導体レーザ素子の表面において、通電部となるリッジ部から溝部で分離されたテラス部を備え、前記溝部を含む領域の上面を金属が覆っており、前記テラス部が複数に散在するように分割されており、前記テラス部が、格子状に縦横の凹部で分割されており、前記テラス部の幅であるテラス幅が共振器方向で一定ではなく、前記共振器方向における両側の端面部で最も広くなっており、前記テラス部は、前記共振器方向および層厚方向に垂直な幅方向における両側の側面部が前記共振器方向に沿って延び、かつ、前記共振器方向における両側の端面部が前記幅方向における両側の側面部から前記幅方向に沿って延びたコの字形状に設けられており、前記幅方向における両側の側面部の前記共振器方向における寸法は、前記共振器方向における両側の端面部の前記幅方向における寸法よりも大きい半導体レーザ素子。
（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、前記テラス部が、規則的に分割されている半導体レーザ素子。
（３）本発明の他の実施形態は、ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子の半導体基板とは反対側の面とサブマウントとを、半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、前記半田層で接着される前記半導体レーザ素子の表面において、通電部となるリッジ部から溝部で分離されたテラス部を備え、前記溝部を含む領域の上面を金属が覆っており、前記テラス部の幅であるテラス幅が共振器方向で一定ではなく、少なくとも一部では前記テラス幅が前記テラス部と前記リッジ部との間の溝部の幅より狭くなっており、かつ、前記共振器方向における両側の端面部で最も広くなっており、前記テラス部は、前記共振器方向および層厚方向に垂直な幅方向における両側の側面部が前記共振器方向に沿って延び、かつ、前記共振器方向における両側の端面部が前記幅方向における両側の側面部から前記幅方向に沿って延びたコの字形状に設けられており、前記幅方向における両側の側面部の前記共振器方向における寸法は、前記共振器方向における両側の端面部の前記幅方向における寸法よりも大きい半導体レーザ素子。
（４）本発明のさらに他の実施形態は、ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子の半導体基板とは反対側の面とサブマウントとを、半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、前記半田層で接着される前記半導体レーザ素子の表面において、通電部となるリッジ部から溝部で分離されたテラス部を備え、前記溝部を含む領域の上面を金属が覆っており、前記テラス部の幅であるテラス幅が共振器方向で一定ではなく、前記共振器方向の全域で前記テラス幅が前記テラス部と前記リッジ部との間の溝部の幅より狭くなっており、かつ、前記共振器方向における両側の端面部で最も広くなっており、前記テラス部は、前記共振器方向および層厚方向に垂直な幅方向における両側の側面部が前記共振器方向に沿って延び、かつ、前記共振器方向における両側の端面部が前記幅方向における両側の側面部から前記幅方向に沿って延びたコの字形状に設けられており、前記幅方向における両側の側面部の前記共振器方向における寸法は、前記共振器方向における両側の端面部の前記幅方向における寸法よりも大きい半導体レーザ素子。
本発明によると、動作温度を従来よりも向上させることが可能となる。
図１は、実施例１の半導体レーザ素子を模式的に示す平面図である。 図２は、実施例１の半導体レーザ素子の図１に示すＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。 図３は、実施例１の半導体レーザ素子の図１に示すＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。 図４は、実施例１の半導体レーザ素子の図１に示す領域αを斜め上方から視た斜視図である。 図５は、実施例２の半導体レーザ素子の一例を模式的に示す概略平面図である。 図６は、実施例３の半導体レーザ素子の一例を模式的に示す概略平面図である。 図７は、実施例４の半導体レーザ素子の一例を模式的に示す概略平面図である。 図８Ａは、従来の半導体レーザ素子の一例を模式的に示す平面図である。 図８Ｂは、従来の半導体レーザ素子の図８Ａに示すＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
以下に、本発明の実施例について、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体結晶を用いた赤色半導体レーザを例として説明する。本実施例においては、他の結晶系、例えば、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＡｓ系などを用いた半導体レーザ素子についても適用可能である。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。従って、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
（実施例１）
図１は、実施例１の半導体レーザ素子１００Ａを模式的に示す平面図である。なお、図１では、ＳｉＯ２膜１１１およびＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１１２の図示は省略している。図２は、実施例１の半導体レーザ素子１００Ａの図１に示すＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。図３は、実施例１の半導体レーザ素子１００Ａの図１に示すＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。図３は、実施例１の半導体レーザ素子１００Ａの図１に示す領域αを斜め上方から視た斜視図である。
半導体レーザ素子１００Ａは、図１および図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１に加えて、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に有機金属気相エピタキシ法で形成されたｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ第１ガイド層１０４、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５、アンドープＡｌＧａＩｎＰ第２ガイド層１０６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０８、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０を備えている。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１は、半導体基板の一例であり、以下、単に、半導体基板ということがある。多重量子井戸活性層１０５は、活性層の一例であり、以下、単に、活性層あるいは発光部ということがある。
また、半導体レーザ素子１００Ａのｎ型ＧａＡｓ基板１０１側とは反対側には、フォトリソ工程により、リッジ部１５１と、テラス部１５２，１５３とが形成されている。テラス部１５２，１５３は、リッジ部１５１を間にして共振器方向Ｒおよび層厚方向Ｓに垂直な幅方向Ｔに共振器方向Ｒに沿って延びる溝部１５４，１５４を介して設けられている。リッジ部１５１およびテラス部１５２，１５３は、それぞれ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０の一部が除去されることで形成されている。
また、ＳｉＯ２膜１１１が、リッジ部１５１の側面と、テラス部１５２，１５３の上面および側面とを覆っている。
また、半導体レーザ素子１００Ａでは、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１１２が第１電極として形成されていると共に、ＡｕＧｅＮｉ電極１１３が第２電極として形成されている。ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１１２はリッジ部１５１の上面に接続されている。なお、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１１２は、金属の一例であり、以下、単に、金属あるいは金属電極ということがある。
以上説明した半導体レーザ素子１００Ａを製造する場合、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＩｎＰ（厚み０．２５μｍ）バッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ（Ａｌ組成比０．７、厚み３．０μｍ）第１クラッド層１０３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ（Ａｌ組成比０．５５、厚み２０ｎｍ）第１ガイド層１０４、アンドープＧａＩｎＰ（厚み４ｎｍ）／ＡｌＧａＩｎＰ（Ａｌ組成比０．５５、厚み６ｎｍ）多重量子井戸活性層１０５、アンドープＡｌＧａＩｎＰ（Ａｌ組成比０．５５、厚み２０ｎｍ）第２ガイド層１０６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ（Ａｌ組成比０．７、厚み１．５μｍ）第２クラッド層１０７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０７の形成途中に設けられたｐ型ＧａＩｎＰ（厚み１３ｎｍ）エッチングストップ層１０８、ｐ型ＧａＩｎＰ（厚み３５ｎｍ）中間層１０９およびｐ型ＧａＡｓ（厚み０．３μｍ）キャップ層１１０を例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により順次成長させる。
本実施例１では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０をこの順で積層した後、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０８の上方までドライエッチングを実施する。その後、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０８でエッチングが停止するまでエッチングを実施して、リッジ部１５１およびテラス部１５２，１５３を形成する。
次に、リッジ部１５１の表面を除く領域をＳｉＯ２（厚み０．１μｍ）膜１１１で覆う。なお、ＳｉＯ２膜１１１は誘電体膜の一例である。
次に、ＳｉＯ２膜１１１上およびリッジ部１５１上に、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１１２を形成する。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１下に、ＡｕＧｅＮｉ電極１１３を形成する。
ここで、半導体レーザ素子１００Ａは、リッジ部１５１の幅（幅方向Ｔにおける長さ）Ｈが１．７μｍで、リッジ部１５１とテラス部１５２，１５３との間隔Ｍ１，Ｍ２が５．０μｍである。また、半導体レーザ素子１００Ａは、共振器長が１５００μｍで、チップ幅が１１０μｍである。また、レーザ光の発振波長は６４０ｎｍである。なお、共振器長とは、半導体レーザ素子１００Ａの共振器方向Ｒにおける長さを意味する。また、チップ幅とは、半導体レーザ素子１００Ａの幅方向Ｔにおける長さを意味する。
また、リッジ部１５１を形成するフォトリソ工程において、テラス部１５２，１５３を複数に分割する格子状の凹部１５２ａ，１５３ａ（凹状の溝）をテラス部１５２，１５３の少なくとも一部（この例では全域）に形成する。また、リッジ部１５１と同時に凹部１５２ａ，１５３ａを形成する。凹部１５２ａ，１５３ａの縦横の幅は、等しいまたは略等しい所定の寸法（この例では２μｍ）である。隣り合う凹部（１５２ａ，１５２ａ），（１５３ａ，１５３ａ）の間隔は、凹部１５２ａ，１５３ａの幅と等しいまたは略等しい所定の寸法（この例では２μｍ）である。また、凹部１５２ａ，１５３ａの深さは、リッジ部１５１の高さと同じまたは略同じ所定の寸法（この例では１．３μｍ）である。この後の電極形成工程により、テラス部１５２，１５３の凹部１５２ａ，１５３ａ内を、ＳｉＯ２膜１１１を挟んで、ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１１２で埋め込む。ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極１１２の厚みは２．５μｍである。
最後に、素子分割工程により、複数の半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ａを得る。
このように製造した半導体レーザ素子１００Ａは、放熱部品であるサブマウント（取り付け台）（図示せず）にＡｕＳｎなどの半田層（図示せず）を介して固着される。このとき、発熱源である活性層１０５に近いｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０側がサブマウントに近くなるように、半導体レーザ素子１００Ａの固着を行う。
半導体レーザ素子１００Ａは、温度上昇とともに、動作電流が増加する性質があり、高温動作の低下が懸念されるが、本実施例１では、半導体層（１０２〜１１１）と金属電極（１１２）の間の接合面積を大きくし、放熱効率を良くした結果、テラス部１５２，１５３に凹部１５２ａ，１５３ａがない従来の半導体レーザ素子と比べて動作温度を高くすることができた。
本実施例１では、凹部１５２ａ，１５３ａとして、同じ幅で同じ間隔の格子状の凹部１５２ａ，１５３ａが形成されている例を説明したが、複数の凹部１５２ａ，１５３ａは異なる幅、または異なる間隔で配置されてもかまわない。
（実施例２）
図５は、実施例２の半導体レーザ素子１００Ｂの一例を模式的に示す概略平面図である。
実施例２の半導体レーザ素子１００Ｂのエピタキシャル構造は、実施例１の半導体レーザ素子１００Ａのエピタキシャル構造と実質的に同じである。実施例２の半導体レーザ素子１００Ｂは、実施例１の製造プロセスと同様な製造プロセスで作製される。
本実施例２では、半導体レーザ素子１００Ｂは、共振器長が１５００μｍで、チップ幅が１１０μｍで、リッジ部１５１の幅Ｈが１．７μｍである。また、半導体レーザ素子１００Ｂは、テラス部１５２，１５３が共振器方向Ｒにおいて複数（この例では三つ）の分離テラス１５２１〜１５２３，１５３１〜１５３３に分離して設けられている。各分離テラス１５２１〜１５２３，１５３１〜１５３３は、半導体レーザ素子１００Ｂの幅方向Ｔにおける両側の側面より内側に所定の幅（この例では２０μｍの幅）で形成されている。例えば、各分離テラス１５２１〜１５２３，１５３１〜１５３３の共振器方向Ｒにおける長さは、いずれも同じまたは略同じ長さ（この例では３００μｍ）である。また、分離テラス１５２１〜１５２３，１５３１〜１５３３のない領域（β１，β２），（γ１，γ２）の共振器方向Ｒにおける長さも分離テラス１５２１〜１５２３，１５３１〜１５３３と同じまたは略同じ長さ（この例では３００μｍ）である。但し、それに限定されるものではなく、各分離テラス１５２１〜１５２３，１５３１〜１５３３の共振器方向Ｒにおける長さ、および、分離テラス１５２１〜１５２３，１５３１〜１５３３のない領域（β１，β２），（γ１，γ２）の共振器方向Ｒにおける長さは同じである必要はない。
本実施例２に係る半導体レーザ素子１００Ｂでは、従来例よりもテラス部１５２，１５３を小さくして溝部１５４，１５４を広くし、発光部（１０５）から熱伝導の良い金属電極（１１２）への放熱効率を上げることができ、従来の半導体レーザ素子と比べて動作温度を高くできた。
本実施例２によれば、リッジ部１５１の両側に形成したテラス部１５２，１５３が支えとして機能するので、サブマウントへの組立においても半導体レーザ素子１００Ｂが傾斜するといった不具合を回避することができる。
（実施例３）
図６は、実施例３の半導体レーザ素子１００Ｃの一例を模式的に示す概略平面図である。
実施例３の半導体レーザ素子１００Ｃのエピタキシャル構造は、実施例１の半導体レーザ素子１００Ａのエピタキシャル構造と実質的に同じである。実施例３の半導体レーザ素子１００Ｃは、実施例１の製造プロセスと同様な製造プロセスで作製される。
本実施例３では、半導体レーザ素子１００Ｃは、共振器長が８００μｍで、チップ幅が１１０μｍで、リッジ部１５１の幅が２．０μｍである。また、半導体レーザ素子１００Ｃは、テラス部１５２，１５３が共振器方向Ｒに沿った辺と幅方向Ｔに沿った辺とが交わる角部の四隅に設けられている。テラス部１５２，１５３は、頂角が半導体レーザ素子１００Ｃの角部と揃うように三角形状に形成されている。例えば、テラス部１５２，１５３の幅方向Ｔにおける両側の側面部１５２５，１５３５の共振器方向Ｒにおける寸法（この例では５０μｍ）は、テラス部１５２，１５３の共振器方向Ｒにおける両側の端面部１５２４，１５３４の幅方向Ｔにおける寸法（この例では２０μｍ）よりも大きい。
本実施例３に係る半導体レーザ素子１００Ｃでは、従来例よりもテラス部１５２，１５３を小さくして溝部１５４，１５４を広くし、発光部（１０５）から熱伝導の良い金属電極（１１２）への放熱効率を上げることができ、従来の半導体レーザ素子と比べて動作温度を高くできた。
本実施例３によれば、半導体レーザ素子１００Ｃの四隅に形成したテラス部１５２，１５３が支えとして機能するので、サブマウントへの組立においても半導体レーザ素子１００Ｃが傾斜するといった不具合を回避することができる。
（実施例４）
図７は、実施例４の半導体レーザ素子１００Ｄの一例を模式的に示す概略平面図である。
実施例４の半導体レーザ素子１００Ｄのエピタキシャル構造は、実施例１の半導体レーザ素子１００Ａのエピタキシャル構造と同じ実質的にで、実施例４の半導体レーザ素子１００Ｄは、実施例１の製造プロセスと同様な製造プロセスで作製される。
本実施例４では、半導体レーザ素子１００Ｄは、チップ幅が１１０μｍで、リッジ部１５１の幅が１．７μｍである。また、半導体レーザ素子１００Ｄは、テラス部１５２，１５３が共振器方向Ｒにおける両側の端面部１５２４，１５３４と幅方向Ｔにおける両側の側面部１５２５，１５３５との双方に沿う形状（コの字形状）に設けられている。例えば、テラス部１５２，１５３の側面部１５２５，１５３５の寸法は、テラス部１５２，１５３の端面部１５２４，１５３４の寸法よりも大きい。テラス部１５２，１５３の端面部１５２４，１５３４の共振器方向Ｒにおける幅と、テラス部１５２，１５３の側面部１５２５，１５３５の幅方向Ｔにおける幅とは等しいまたは略等しく、例えば２０μｍの幅である。
本実施例３に係る半導体レーザ素子１００Ｄでは、従来例よりもテラス部１５２，１５３を小さくして溝部１５４，１５４を広くし、発光部（１０５）から熱伝導の良い金属電極（１１２）への放熱効率を上げることができ、従来の半導体レーザ素子と比べて動作温度を高くできた。
本実施例４によれば、コの字形状に形成したテラス部１５２，１５３が支えとして機能するので、サブマウントへの組立においても半導体レーザ素子１００Ｄが傾斜するといった不具合を回避することができる。
［本実施の形態について］
半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄは、ストライプ状の発光領域が形成される。半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄは、半導体基板（１０１）とは反対側の面とサブマウントとを、図示しない半田層を介して接着して形成される。半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄは、半田層で接着される側の表面において、通電部となるリッジ部１５１から溝部１５４，１５４で分離されたテラス部１５２，１５３を備え、溝部１５４，１５４を含む領域の上面を金属（１１２）が覆っている。
そして、実施例１〜４の半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄでは、テラス部１５２，１５３が複数に散在するように分割されている。
実施例３，４の半導体レーザ素子１００Ｃ，１００Ｄでは、テラス部１５２，１５３の幅方向Ｔにおける幅であるテラス幅が共振器方向Ｒで一定ではなく（変化しており）、少なくとも一部ではテラス幅がテラス部１５２，１５３とリッジ部１５１との間の溝部１５４，１５４の幅より狭くなっている。
実施例３，４の半導体レーザ素子１００Ｃ，１００Ｄでは、テラス部１５２，１５３のテラス幅が共振器方向Ｒで一定ではなく（変化しており）、共振器方向Ｒの全域でテラス幅がテラス部１５２，１５３とリッジ部１５１との間の溝部１５４，１５４の幅より狭くなっている。
本実施の形態（実施例１〜４）によれば、放熱経路において、結晶層（１０２〜１１１）とこれより熱伝導の良い金属（１１２）の間の接合面積を従来よりも大きくすることができる。これにより、リッジ部１５１下の活性層１０５、あるいは電流通路であるリッジ部１５１で発生する熱を効率良くサブマウントへ逃がすことができ、実効的な活性層１０５の温度を従来よりも低く保つことができる。その結果、半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄの動作温度を従来よりも向上させることができる。
実施例１〜４の半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄでは、テラス部１５２，１５３が、規則的に分割されている。こうすることで、テラス部１５２，１５３を支えとして安定的に機能させることができると共に、テラス部から金属（１１２）へ均一に放熱することができる。
ところで、従来の半導体レーザ素子では、サブマウントに半導体レーザ素子を固着すると、半導体レーザ素子の半導体基板とサブマウントとの熱膨張係数が異なるために、固着後、半導体レーザ素子のリッジ部の共振器方向および層厚方向と垂直な幅方向に応力が働き、レーザ光の偏光特性が悪化する、または放射パターンの形状が乱れるといった不具合があった。
この点、実施例１〜４の半導体レーザ素子１００Ａ〜１００Ｄでは、テラス部１５２，１５３を格子状に縦横の複数の凹部１５２ａ，１５３ａで分割している。このように、テラス部１５２，１５３を分割すると、放熱性の良い金属（１１２）との接触面積を増加させることができ、放熱性を向上させることができる。これに加えて、テラス部１５２，１５３の固着で発生する応力を分散させることができ、リッジ部１５１へ加わる応力を低下させることができる。その結果、レーザ光の偏光特性、あるいは放射パターンの悪化を低減させることができるという効果がある。
ところで、半導体レーザ素子を動作させたときの発熱部はリッジ部下の発光部が中心であり、発光部の熱を逃がすためには、発光部から熱伝導の良い金属（金属電極）までの距離をなるだけ近くした方が良い。その意味では、テラス部をできるだけ小さくした溝部とすることで、テラス部から金属（金属電極）へ放熱し易くすることができるという効果がある。
この点、実施例２，３の半導体レーザ素子１００Ｂ，１００Ｃでは、テラス部１５２，１５３が、共振器方向Ｒで複数に分離されており、少なくとも一部では共振器方向Ｒに沿った側面の領域である側面領域までテラス部１５２，１５３がない構造としている。こうすることで、サブマウントへ固着する際の半導体レーザ素子１００Ｂ，１００Ｃの支えを残した上で、半導体レーザ素子１００Ｂ，１００Ｃから金属（１１２）へ放熱し易くすることができるという効果を向上させることができる。これにより、効率良く熱をサブマウントへ逃がすことができる。また、支えとしてのテラス部１５２，１５３は、実施例３の半導体レーザ素子１００Ｃのように、四隅だけに形成されている場合、支えとしての機能をさらに向上させることができる。
また、実施例４の半導体レーザ素子１００Ｄでは、テラス部１５２，１５３の幅を共振器方向Ｒで変え、共振器方向Ｒにおける両側の端面部１５２４，１５３４で最も広くしている。この場合も実施例２，３と同様に、サブマウントへ固着する際の半導体レーザ素子１００Ｄの支えを残した上で、半導体レーザ素子１００Ｄから金属（１１２）へ放熱し易くすることができるという効果をさらに向上させることができる。これにより、効率良く熱をサブマウントへ逃がすことができる。また、実施例４では、狭いところのテラス幅は、溝部１５４，１５４の幅よりもできるだけ狭くすることが好ましい。
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、係る実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
１００Ａ 半導体レーザ素子
１００Ｂ 半導体レーザ素子
１００Ｃ 半導体レーザ素子
１００Ｄ 半導体レーザ素子
１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ バッファ層
１０３ 第１クラッド層
１０４ 第１ガイド層
１０５ 活性層
１０６ 第２ガイド層
１０７ 第２クラッド層
１０８ エッチングストップ層
１０９ 中間層
１１０ キャップ層
１１１ ＳｉＯ２膜
１１２ ＴｉＡｕ／Ａｕメッキ電極
１１３ ＡｕＧｅＮｉ電極
１５１ リッジ部
１５２ テラス部
１５２１ 分離テラス
１５２２ 分離テラス
１５２３ 分離テラス
１５２４ 端面部
１５２５ 側面部
１５２ａ 凹部
１５３ テラス部
１５３１ 分離テラス
１５３２ 分離テラス
１５３３ 分離テラス
１５３４ 端面部
１５３５ 側面部
１５３ａ 凹部
１５４ 溝部
Ｈ 幅
Ｍ１ 間隔
Ｍ２ 間隔
Ｒ 共振器方向
Ｓ 層厚方向
Ｔ 幅方向

Claims (4)

  1. ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子の半導体基板とは反対側の面とサブマウントとを、半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、
    前記半田層で接着される前記半導体レーザ素子の表面において、通電部となるリッジ部から溝部で分離されたテラス部を備え、
    前記溝部を含む領域の上面を金属が覆っており、前記テラス部が複数に散在するように分割されており、
    前記テラス部が、格子状に縦横の凹部で分割されており、
    前記テラス部の幅であるテラス幅が共振器方向で一定ではなく、前記共振器方向における両側の端面部で最も広くなっており、
    前記テラス部は、前記共振器方向および層厚方向に垂直な幅方向における両側の側面部が前記共振器方向に沿って延び、かつ、前記共振器方向における両側の端面部が前記幅方向における両側の側面部から前記幅方向に沿って延びたコの字形状に設けられており、前記幅方向における両側の側面部の前記共振器方向における寸法は、前記共振器方向における両側の端面部の前記幅方向における寸法よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 前記テラス部が、規則的に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子の半導体基板とは反対側の面とサブマウントとを、半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、
    前記半田層で接着される前記半導体レーザ素子の表面において、通電部となるリッジ部から溝部で分離されたテラス部を備え、
    前記溝部を含む領域の上面を金属が覆っており、前記テラス部の幅であるテラス幅が共振器方向で一定ではなく、少なくとも一部では前記テラス幅が前記テラス部と前記リッジ部との間の溝部の幅より狭くなっており、かつ、前記共振器方向における両側の端面部で最も広くなっており、
    前記テラス部は、前記共振器方向および層厚方向に垂直な幅方向における両側の側面部が前記共振器方向に沿って延び、かつ、前記共振器方向における両側の端面部が前記幅方向における両側の側面部から前記幅方向に沿って延びたコの字形状に設けられており、前記幅方向における両側の側面部の前記共振器方向における寸法は、前記共振器方向における両側の端面部の前記幅方向における寸法よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
  4. ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子の半導体基板とは反対側の面とサブマウントとを、半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、
    前記半田層で接着される前記半導体レーザ素子の表面において、通電部となるリッジ部から溝部で分離されたテラス部を備え、
    前記溝部を含む領域の上面を金属が覆っており、前記テラス部の幅であるテラス幅が共振器方向で一定ではなく、前記共振器方向の全域で前記テラス幅が前記テラス部と前記リッジ部との間の溝部の幅より狭くなっており、かつ、前記共振器方向における両側の端面部で最も広くなっており、
    前記テラス部は、前記共振器方向および層厚方向に垂直な幅方向における両側の側面部が前記共振器方向に沿って延び、かつ、前記共振器方向における両側の端面部が前記幅方向における両側の側面部から前記幅方向に沿って延びたコの字形状に設けられており、前記幅方向における両側の側面部の前記共振器方向における寸法は、前記共振器方向における両側の端面部の前記幅方向における寸法よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
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