JPH09162488A - 大出力用半導体レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｐ型電極としてＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ電極及びＣ
ｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極の一方を採用し、熱に強く高い信頼
性を有し、長期安定性のある電極構成を有する大出力用
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 ストライプ４１が１００μｍ以上の幅を
有するようにＮ型基板１０上にエピタキシャル層２０を
介し形成されたＰ型電極４０を備えてなる大出力用半導
体レーザ素子において、Ｐ型電極４０が、Ｃｒ／Ｐｔ／
Ａｕからなる三層の電極により構成されている。
ｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極の一方を採用し、熱に強く高い信頼
性を有し、長期安定性のある電極構成を有する大出力用
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 ストライプ４１が１００μｍ以上の幅を
有するようにＮ型基板１０上にエピタキシャル層２０を
介し形成されたＰ型電極４０を備えてなる大出力用半導
体レーザ素子において、Ｐ型電極４０が、Ｃｒ／Ｐｔ／
Ａｕからなる三層の電極により構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大出力用の半導体
レーザや集積化光デバイス等に採用するに適した大出力
用半導体レーザ素子に関する。
レーザや集積化光デバイス等に採用するに適した大出力
用半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の半導体レーザ素子には、
ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層を介し形成されるＰ
型電極として、Ｃｒ／Ａｕからなる二層の電極を採用し
たものがある。
ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層を介し形成されるＰ
型電極として、Ｃｒ／Ａｕからなる二層の電極を採用し
たものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記Ｃｒ／Ａ
ｕの二層の電極にその形成後熱処理を施した場合、当該
電極に変質が見られる。この変質により、Ｃｒ、Ａｕが
合金となり、さらには、ＧａＡｓ基板のＧａ、Ａｓが電
極に拡散してこの電極の抵抗値を大きく増大させる。従
って、Ｃｒ／Ａｕの二層の電極としての高温時の信頼性
に欠けるという不具合がある。
ｕの二層の電極にその形成後熱処理を施した場合、当該
電極に変質が見られる。この変質により、Ｃｒ、Ａｕが
合金となり、さらには、ＧａＡｓ基板のＧａ、Ａｓが電
極に拡散してこの電極の抵抗値を大きく増大させる。従
って、Ｃｒ／Ａｕの二層の電極としての高温時の信頼性
に欠けるという不具合がある。
【０００４】これに対しては、特開昭６２−２７６８８
５号公報にて示されているように、Ｐ型電極のＣｒ／Ａ
ｕの二層の間に、Ｚｎ／Ｐｔの二層を挿入してＣｒ／Ｚ
ｎ／Ｐｔ／Ａｕの四層からなるＰ型電極とすることが考
えられる。ここで、Ｚｎ層はＰ型半導体層との密着性を
高めてコンタクト抵抗を下げるために挿入されている。
５号公報にて示されているように、Ｐ型電極のＣｒ／Ａ
ｕの二層の間に、Ｚｎ／Ｐｔの二層を挿入してＣｒ／Ｚ
ｎ／Ｐｔ／Ａｕの四層からなるＰ型電極とすることが考
えられる。ここで、Ｚｎ層はＰ型半導体層との密着性を
高めてコンタクト抵抗を下げるために挿入されている。
【０００５】しかし、このようにＺｎ層を挿入すると、
上述のようにコンタクト抵抗が下がっても、Ｃｒ／Ｚｎ
の二層間の反応によるシート抵抗値の増大により、電極
全体としての抵抗値が増大するという不具合を生ずる。
また、特開昭６１−１０８３号公報にて示すように、Ｐ
型電極のＣｒ／Ａｕの二層の間に、高融点のＭｏ層を挿
入することも考えられる。
上述のようにコンタクト抵抗が下がっても、Ｃｒ／Ｚｎ
の二層間の反応によるシート抵抗値の増大により、電極
全体としての抵抗値が増大するという不具合を生ずる。
また、特開昭６１−１０８３号公報にて示すように、Ｐ
型電極のＣｒ／Ａｕの二層の間に、高融点のＭｏ層を挿
入することも考えられる。
【０００６】しかし、Ｍｏは、それ程、不活性な金属で
はないので、Ｃｒ／Ｍｏの二層間或いはＭｏ／Ａｕの二
層間で反応が生じ、Ｃｒ／Ｍｏの二層間或いはＭｏ／Ａ
ｕの二層間のシート抵抗値が増大し、電極全体としての
抵抗値が増大するという不具合を生ずる。従って、これ
ら各公報の開示内容によっても、Ｃｒ／Ａｕの二層の電
極の場合と同様に信頼性に欠けるという不具合を解消す
ることはできない。
はないので、Ｃｒ／Ｍｏの二層間或いはＭｏ／Ａｕの二
層間で反応が生じ、Ｃｒ／Ｍｏの二層間或いはＭｏ／Ａ
ｕの二層間のシート抵抗値が増大し、電極全体としての
抵抗値が増大するという不具合を生ずる。従って、これ
ら各公報の開示内容によっても、Ｃｒ／Ａｕの二層の電
極の場合と同様に信頼性に欠けるという不具合を解消す
ることはできない。
【０００７】一方、大出力用半導体レーザ素子による水
平方向の遠視野像の発光パターンは、コンパクトディス
ク等に使用される連続発振半導体レーザ素子による場合
と同様に、単峰性を有することが望ましい。即ち、連続
発振半導体レーザ素子では、電流が注入される金属電極
と半導体層との接触幅であるストライプ幅が狭いために
水平方向の遠視野像がストライプの幅による光の回折効
果で定まり、発振モードも単一なものとなるが、このよ
うなことは、大出力半導体レーザ素子においては困難な
ためである。
平方向の遠視野像の発光パターンは、コンパクトディス
ク等に使用される連続発振半導体レーザ素子による場合
と同様に、単峰性を有することが望ましい。即ち、連続
発振半導体レーザ素子では、電流が注入される金属電極
と半導体層との接触幅であるストライプ幅が狭いために
水平方向の遠視野像がストライプの幅による光の回折効
果で定まり、発振モードも単一なものとなるが、このよ
うなことは、大出力半導体レーザ素子においては困難な
ためである。
【０００８】然るに、大出力用半導体レーザ素子はパル
ス駆動にて数１０Ａの電流を流し数１０Ｗの光出力を得
るものであるから、半導体レーザ素子のストライプ幅と
しては１００μｍ以上の広さを必要とされる。このた
め、光の回折現象が明確には生じにくいので、水平方向
の遠視野像が安定せず双峰性（ラビットイヤー性）を有
する。さらに、上述のようにストライプ幅が広いため、
半導体レーザ素子の発振モードが多重モードとなる。
ス駆動にて数１０Ａの電流を流し数１０Ｗの光出力を得
るものであるから、半導体レーザ素子のストライプ幅と
しては１００μｍ以上の広さを必要とされる。このた
め、光の回折現象が明確には生じにくいので、水平方向
の遠視野像が安定せず双峰性（ラビットイヤー性）を有
する。さらに、上述のようにストライプ幅が広いため、
半導体レーザ素子の発振モードが多重モードとなる。
【０００９】これに対し、本発明者等は、大出力用半導
体レーザ素子において、Ｐ型電極として、Ｃｒ／Ａｕの
二層間にＰｔ層或いはＮｉ層を挿入する構成を採用し
て、上記問題の解決を図ることを試みた。まず、Ｃｒ／
Ｐｔ／Ａｕ或いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの三層からなるＰ型
電極をＧａＡｓ基板上に成膜し、然る後、この成膜後の
Ｐ型電極に熱処理を施してみた。この場合、Ｐ型電極に
は変質がみられず、Ｃｒ、Ｇａ、ＡｓがＡｕ層に拡散し
て電極の抵抗値を増大させるという現象は発生しなかっ
た。
体レーザ素子において、Ｐ型電極として、Ｃｒ／Ａｕの
二層間にＰｔ層或いはＮｉ層を挿入する構成を採用し
て、上記問題の解決を図ることを試みた。まず、Ｃｒ／
Ｐｔ／Ａｕ或いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの三層からなるＰ型
電極をＧａＡｓ基板上に成膜し、然る後、この成膜後の
Ｐ型電極に熱処理を施してみた。この場合、Ｐ型電極に
は変質がみられず、Ｃｒ、Ｇａ、ＡｓがＡｕ層に拡散し
て電極の抵抗値を増大させるという現象は発生しなかっ
た。
【００１０】これにより、Ｐｔ層或いはＮｉ層が、バリ
ヤメタル層として、ＧａＡｓ基板のＧａ及びＡｓ並びに
ＣｒのＡｕ層への拡散を防止する役割を果たしているこ
とが分かった。これは、Ｐｔ層或いはＮｉ層が４００℃
程度の温度ではＡｕと反応しないためである。ここで、
Ｐｔ層或いはＮｉ層の膜厚を１００Å以下としたとこ
ろ、Ｐｔ層或いはＮｉ層は、バリヤメタル層としての役
割を果たさず、上記熱処理後の電極に変質がみられ、当
該電極の抵抗値が増大した。従って、Ｐｔ層或いはＮｉ
層からなるバリヤメタル層の膜厚を１００Å以上とすべ
きことが分かった。これを図６を用いて説明する。
ヤメタル層として、ＧａＡｓ基板のＧａ及びＡｓ並びに
ＣｒのＡｕ層への拡散を防止する役割を果たしているこ
とが分かった。これは、Ｐｔ層或いはＮｉ層が４００℃
程度の温度ではＡｕと反応しないためである。ここで、
Ｐｔ層或いはＮｉ層の膜厚を１００Å以下としたとこ
ろ、Ｐｔ層或いはＮｉ層は、バリヤメタル層としての役
割を果たさず、上記熱処理後の電極に変質がみられ、当
該電極の抵抗値が増大した。従って、Ｐｔ層或いはＮｉ
層からなるバリヤメタル層の膜厚を１００Å以上とすべ
きことが分かった。これを図６を用いて説明する。
【００１１】図６にはＰ型電極におけるＰｔの膜厚を変
えたときの熱処理前と熱処理後とのシート抵抗の変化を
示した。サンプルはＧａＡｓ基板上にＣｒを３００Å形
成し、その上にＰｔを形成し、Ｐｔ上にＡｕを６０００
Å形成したものを用いた。またサンプルはＰｔの厚さを
０，５０，１００，３００，１０００Åと変化させたも
のとした。実験はまず、熱処理前にサンプルのシート抵
抗値を測定し、サンプルを３６０℃、２分間の熱処理後
にシート抵抗値を測定した。図６中の○は熱処理前のシ
ート抵抗値であり、図６中の●は熱処理後のシート抵抗
値である。また、グラフにおいてシート抵抗値は相対値
を用いている。
えたときの熱処理前と熱処理後とのシート抵抗の変化を
示した。サンプルはＧａＡｓ基板上にＣｒを３００Å形
成し、その上にＰｔを形成し、Ｐｔ上にＡｕを６０００
Å形成したものを用いた。またサンプルはＰｔの厚さを
０，５０，１００，３００，１０００Åと変化させたも
のとした。実験はまず、熱処理前にサンプルのシート抵
抗値を測定し、サンプルを３６０℃、２分間の熱処理後
にシート抵抗値を測定した。図６中の○は熱処理前のシ
ート抵抗値であり、図６中の●は熱処理後のシート抵抗
値である。また、グラフにおいてシート抵抗値は相対値
を用いている。
【００１２】この図６から明らかなように、Ｐ型電極中
のＰｔが１００Å以下になると熱処理前と熱処理とでは
シート抵抗値が大きく変動することが分かる。従って、
Ｐｔの厚さは少なくとも１００Åとすることが望まれ
る。尚、図６にはＰｔ膜厚についてのみ示しているが、
ＮｉもＰｔとほぼ同じ性質を示すため、同様の結果にな
ると考えられる。
のＰｔが１００Å以下になると熱処理前と熱処理とでは
シート抵抗値が大きく変動することが分かる。従って、
Ｐｔの厚さは少なくとも１００Åとすることが望まれ
る。尚、図６にはＰｔ膜厚についてのみ示しているが、
ＮｉもＰｔとほぼ同じ性質を示すため、同様の結果にな
ると考えられる。
【００１３】また、Ｃｒ層の膜厚を１００Å以下とした
ところ、Ｃｒ層は島状の膜となり、Ｐｔ層或いはＮｉ層
の膜がＧａＡｓ基板に直接接触してしまった。このた
め、Ｐｔ或いはＮｉとＧａ及びＡｓとが相互拡散し、電
極に変質がみられた。従って、Ｃｒ層の膜厚は１００Å
以上とすべきことが分かった。また、Ｃｒ層及びＡｕ層
の各膜厚を変化させながら、半導体レーザ素子をピーク
値１０Ａ以上の電流でパルス駆動したところ、Ｃｒ層の
膜抵抗値がＡｕ層の膜抵抗値の１５０倍以下では、Ｃｒ
層での発熱量が多く、電極に変質がみられ、電極が断線
した。このため、Ｃｒ層の膜抵抗値はＡｕ層の膜抵抗値
の１５０倍以上とすべきことが分かった。
ところ、Ｃｒ層は島状の膜となり、Ｐｔ層或いはＮｉ層
の膜がＧａＡｓ基板に直接接触してしまった。このた
め、Ｐｔ或いはＮｉとＧａ及びＡｓとが相互拡散し、電
極に変質がみられた。従って、Ｃｒ層の膜厚は１００Å
以上とすべきことが分かった。また、Ｃｒ層及びＡｕ層
の各膜厚を変化させながら、半導体レーザ素子をピーク
値１０Ａ以上の電流でパルス駆動したところ、Ｃｒ層の
膜抵抗値がＡｕ層の膜抵抗値の１５０倍以下では、Ｃｒ
層での発熱量が多く、電極に変質がみられ、電極が断線
した。このため、Ｃｒ層の膜抵抗値はＡｕ層の膜抵抗値
の１５０倍以上とすべきことが分かった。
【００１４】ここで、真空成膜法で作製したＣｒ層の比
抵抗は、Ａｕ層の比抵抗の１０乃至３０倍である。この
ため、Ｃｒ層の膜厚はＡｕ層の膜厚に比べて、少なくと
も１／５以下、望ましくは１／１５以下でなければなら
ない。従って、通常、Ａｕ層の膜厚が１０００Å乃至５
μｍ程度であることと、上述のようにＣｒの膜厚が１０
０Å以上であることを考慮すると、Ｃｒ層の膜厚は、１
００Å乃至４０００Åであることが望ましい。
抵抗は、Ａｕ層の比抵抗の１０乃至３０倍である。この
ため、Ｃｒ層の膜厚はＡｕ層の膜厚に比べて、少なくと
も１／５以下、望ましくは１／１５以下でなければなら
ない。従って、通常、Ａｕ層の膜厚が１０００Å乃至５
μｍ程度であることと、上述のようにＣｒの膜厚が１０
０Å以上であることを考慮すると、Ｃｒ層の膜厚は、１
００Å乃至４０００Åであることが望ましい。
【００１５】次に、本発明者等は、ワイヤがボンディン
グされたＰ型電極のシート抵抗値と水平方向の遠視野像
との関係についても検討してみたところ、図２乃至図５
にて示す結果が得られた。これにより、Ｐ型電極のシー
ト抵抗値を調整することによって、水平方向の遠視野像
の双峰性の幅や形状を調整できることが分かった。以
下、この点について詳細に説明する。
グされたＰ型電極のシート抵抗値と水平方向の遠視野像
との関係についても検討してみたところ、図２乃至図５
にて示す結果が得られた。これにより、Ｐ型電極のシー
ト抵抗値を調整することによって、水平方向の遠視野像
の双峰性の幅や形状を調整できることが分かった。以
下、この点について詳細に説明する。
【００１６】図２は、大出力用半導体レーザ素子の水平
方向の遠視野像を表す発光パターンの相対光強度を、当
該半導体レーザ素子の水平方向出射角度との関係で示す
グラフである。ここで、図２にレーザ光の発光パターン
を示す。この図２において、相対光強度が５０％となる
双峰性発光パターンの幅を半値幅と呼ぶ。この半値幅は
レーザーにおいて重要な要因となる。
方向の遠視野像を表す発光パターンの相対光強度を、当
該半導体レーザ素子の水平方向出射角度との関係で示す
グラフである。ここで、図２にレーザ光の発光パターン
を示す。この図２において、相対光強度が５０％となる
双峰性発光パターンの幅を半値幅と呼ぶ。この半値幅は
レーザーにおいて重要な要因となる。
【００１７】図２を見ても分かるように、大出力用半導
体レーザ素子ではストライプ幅が広いために双峰性を有
する。なお、図２において、双峰性発光パターンの中心
の凹み部の横軸からの高さをボトム高さと呼ぶこととす
る。この図２によれば、双峰性発光パターンの中心のボ
トム高さが５０％以下のとき、すなわち半値幅以下のと
き、発光パターンの二つの山が明らかに分離している形
状となる。従って、１つのレーザーに２つの半値幅が生
じ、２つのレーザが存在することになりレーザーとして
使えない。このため、発光パターンを単峰性に近づける
にあたり、ボトム高さは５０％（半値幅）以上とすべき
といえる。
体レーザ素子ではストライプ幅が広いために双峰性を有
する。なお、図２において、双峰性発光パターンの中心
の凹み部の横軸からの高さをボトム高さと呼ぶこととす
る。この図２によれば、双峰性発光パターンの中心のボ
トム高さが５０％以下のとき、すなわち半値幅以下のと
き、発光パターンの二つの山が明らかに分離している形
状となる。従って、１つのレーザーに２つの半値幅が生
じ、２つのレーザが存在することになりレーザーとして
使えない。このため、発光パターンを単峰性に近づける
にあたり、ボトム高さは５０％（半値幅）以上とすべき
といえる。
【００１８】図３は、大出力用半導体レーザ素子のスト
ライプ幅を４００μｍとし、ストライプの両側にてワイ
ヤをボンディングした場合の当該半導体レーザ素子のＰ
型電極のシート抵抗値と上記半値幅との関係を示すグラ
フである。これによれば、シート抵抗値が高い程、半値
幅が広くなることが分かる。また、図４は、図３のグラ
フにおけるシート抵抗値と図２のボトム高さとの関係を
示すグラフである。
ライプ幅を４００μｍとし、ストライプの両側にてワイ
ヤをボンディングした場合の当該半導体レーザ素子のＰ
型電極のシート抵抗値と上記半値幅との関係を示すグラ
フである。これによれば、シート抵抗値が高い程、半値
幅が広くなることが分かる。また、図４は、図３のグラ
フにおけるシート抵抗値と図２のボトム高さとの関係を
示すグラフである。
【００１９】これによれば、シート抵抗値が高い程、ボ
トム高さが低くなることが分かる。ここで、シート抵抗
値が３００ｍΩ／□以上では、ボトム高さが５０％以下
となるため、電流注入を行うためのワイヤがボンディン
グされた電極のシート抵抗値は３００ｍΩ／□以下とす
べきことが分かる。また、図５は、シート抵抗値をパラ
メータとして、ストライプの両側の間の各位置における
電流分布をシミュレートした結果をグラフとして示す。
トム高さが低くなることが分かる。ここで、シート抵抗
値が３００ｍΩ／□以上では、ボトム高さが５０％以下
となるため、電流注入を行うためのワイヤがボンディン
グされた電極のシート抵抗値は３００ｍΩ／□以下とす
べきことが分かる。また、図５は、シート抵抗値をパラ
メータとして、ストライプの両側の間の各位置における
電流分布をシミュレートした結果をグラフとして示す。
【００２０】これによれば、電流は、ストライプの幅方
向両端程大きく、ストライプの中央に近づく程小さくな
ることが分かる。また、このような傾向は、シート抵抗
値が高い程、顕著になることも分かる。ここで、上述の
ごとく、シート抵抗値が高くなると半値幅が広くなり、
ボトム高さが低くなるのは、図５にて示すように、電流
がストライプの両側で大きくなり中心に近づく程小さく
なり、この傾向がシート抵抗値の増大により顕著になる
めである。
向両端程大きく、ストライプの中央に近づく程小さくな
ることが分かる。また、このような傾向は、シート抵抗
値が高い程、顕著になることも分かる。ここで、上述の
ごとく、シート抵抗値が高くなると半値幅が広くなり、
ボトム高さが低くなるのは、図５にて示すように、電流
がストライプの両側で大きくなり中心に近づく程小さく
なり、この傾向がシート抵抗値の増大により顕著になる
めである。
【００２１】すなわち、大出力用半導体レーザ素子にお
いては、出力を大きくするためにストライプ幅を１００
μｍ以上と大きくする必要があり、このようなレーザ素
子においては、ワイヤをストライプの両側でなくストラ
イプの中にボンディングすることもできるが、この場
合、ワイヤのボンディング時にレーザを放出する活性層
にダメージが入り半導体レーザ素子を劣化させることが
あるため、活性層のストライプの両側からワイヤボンド
等により電流注入のための電極を接続する必要がある。
そして、このような素子においては、Ｐ型電極のシート
抵抗によりＰ型電極の中心、つまりストライプの中心に
近づくにつれて電流値が小さくなるため、ストライプの
中心付近での電流注入が小さくなり、水平方向の遠視野
像の発光パターンが双峰性を有してしまうと考えられ
る。
いては、出力を大きくするためにストライプ幅を１００
μｍ以上と大きくする必要があり、このようなレーザ素
子においては、ワイヤをストライプの両側でなくストラ
イプの中にボンディングすることもできるが、この場
合、ワイヤのボンディング時にレーザを放出する活性層
にダメージが入り半導体レーザ素子を劣化させることが
あるため、活性層のストライプの両側からワイヤボンド
等により電流注入のための電極を接続する必要がある。
そして、このような素子においては、Ｐ型電極のシート
抵抗によりＰ型電極の中心、つまりストライプの中心に
近づくにつれて電流値が小さくなるため、ストライプの
中心付近での電流注入が小さくなり、水平方向の遠視野
像の発光パターンが双峰性を有してしまうと考えられ
る。
【００２２】従って、ストライプの中央ではなく、両側
から電流注入するものにおいて、上述したように、Ｐ型
電極のシート抵抗値を低下させることは、その水平方向
の遠視野像の発光パターンを双峰性から単峰性へシフト
させることができ、その効果が大きいといえる。従っ
て、大出力用半導体レーザのＰ型電極をＣｒ／Ｐｔ／Ａ
ｕ或いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ構造としてシート抵抗値を低
く抑えることは、レーザ特性を向上させることができる
といえる。さらに、確実に単峰性を得るためには、図５
からＰ型電極のシート抵抗値は３００ｍΩ／□以下とす
ることが望ましい。
から電流注入するものにおいて、上述したように、Ｐ型
電極のシート抵抗値を低下させることは、その水平方向
の遠視野像の発光パターンを双峰性から単峰性へシフト
させることができ、その効果が大きいといえる。従っ
て、大出力用半導体レーザのＰ型電極をＣｒ／Ｐｔ／Ａ
ｕ或いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ構造としてシート抵抗値を低
く抑えることは、レーザ特性を向上させることができる
といえる。さらに、確実に単峰性を得るためには、図５
からＰ型電極のシート抵抗値は３００ｍΩ／□以下とす
ることが望ましい。
【００２３】また、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ或いはＣｒ／Ｎｉ
／Ａｕからなる三層の電極に代えて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
或いはＴｉ／Ｎｉ／Ａｕからなる三層の電極をＰ型電極
として採用した場合にも、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ或いはＣｒ
／Ｎｉ／Ａｕからなる三層の電極の場合と同様に、シー
ト抵抗値を低く抑えられることが分かった。従って、こ
の場合においても水平方向の遠視野像に対する改善を図
り得ると言える。また、この場合もＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ或
いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕからなる三層の電極の場合と同様
に、ワイヤがボンディングされた電極のシート抵抗値を
３００ｍΩ／□以下とすることが望まれる。
／Ａｕからなる三層の電極に代えて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
或いはＴｉ／Ｎｉ／Ａｕからなる三層の電極をＰ型電極
として採用した場合にも、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ或いはＣｒ
／Ｎｉ／Ａｕからなる三層の電極の場合と同様に、シー
ト抵抗値を低く抑えられることが分かった。従って、こ
の場合においても水平方向の遠視野像に対する改善を図
り得ると言える。また、この場合もＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ或
いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕからなる三層の電極の場合と同様
に、ワイヤがボンディングされた電極のシート抵抗値を
３００ｍΩ／□以下とすることが望まれる。
【００２４】そこで、本発明は、このようなことに対処
するため、Ｐ型電極としてＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ電極及びＣ
ｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極の一方を採用するか、Ｐ型電極とし
てＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極及びＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ電極の一
方を採用することにより、熱に強く高い信頼性を有し、
長期安定性のある電極構成を有する大出力用半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。
するため、Ｐ型電極としてＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ電極及びＣ
ｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極の一方を採用するか、Ｐ型電極とし
てＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極及びＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ電極の一
方を採用することにより、熱に強く高い信頼性を有し、
長期安定性のある電極構成を有する大出力用半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。
【００２５】また、本発明は、電力供給側電極のシート
抵抗値を低下させることにより、水平方向の遠視野像の
双峰性を調整して単峰性に近づけるようにした大出力用
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
抵抗値を低下させることにより、水平方向の遠視野像の
双峰性を調整して単峰性に近づけるようにした大出力用
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【００２６】
【発明の概要】上記目的を達成するため、請求項１乃至
８に記載の発明によれば、Ｐ型電極が、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａ
ｕ及びＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの一方からなる三層の電極によ
り構成されている。これにより、Ｐｔ層或いはＮｉ層
が、Ｃｒ或いは基板の成分のＡｕ層への拡散に対するバ
リヤメタル層としての役割を果たし、Ｐ型電極の形成後
の熱処理に伴う抵抗値の増大を抑制する。その結果、熱
に強く高い信頼性を有し、長期安定性のある電極構成を
有する大出力用半導体レーザ素子を提供することができ
る。
８に記載の発明によれば、Ｐ型電極が、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａ
ｕ及びＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの一方からなる三層の電極によ
り構成されている。これにより、Ｐｔ層或いはＮｉ層
が、Ｃｒ或いは基板の成分のＡｕ層への拡散に対するバ
リヤメタル層としての役割を果たし、Ｐ型電極の形成後
の熱処理に伴う抵抗値の増大を抑制する。その結果、熱
に強く高い信頼性を有し、長期安定性のある電極構成を
有する大出力用半導体レーザ素子を提供することができ
る。
【００２７】また、請求項２又は３に記載の発明のよう
に、Ｃｒ層の膜厚を１００Å乃至４０００Åの範囲の値
とすれば、上述したＰｔ層或いはＮｉ層のバリヤメタル
としての役割をさらに高め、請求項１に記載の発明の作
用効果をより一層促進できる。また、請求項４に記載の
発明のように、Ｃｒ層の膜抵抗値がＡｕ層の膜抵抗値の
１５０倍以上とすることで、Ｃｒ層での発熱量を抑え、
電極の変質を抑えて電極が断線してしまう不具合を防止
することができる。
に、Ｃｒ層の膜厚を１００Å乃至４０００Åの範囲の値
とすれば、上述したＰｔ層或いはＮｉ層のバリヤメタル
としての役割をさらに高め、請求項１に記載の発明の作
用効果をより一層促進できる。また、請求項４に記載の
発明のように、Ｃｒ層の膜抵抗値がＡｕ層の膜抵抗値の
１５０倍以上とすることで、Ｃｒ層での発熱量を抑え、
電極の変質を抑えて電極が断線してしまう不具合を防止
することができる。
【００２８】また、請求項５又は６に記載の発明のよう
に、Ｐｔ層あるいはＮｉ層を１００Å以上とすること
で、シート抵抗値の増大を抑制することができる。ま
た、請求項７に記載の発明のように、Ｐ型電極が前記ス
トライプの両側において絶縁部材上に形成されており、
該絶縁部材上の両側のＰ型電極から電流注入されるスト
ライプ幅の大きい半導体レーザにおいては、Ｐ型電極の
シート抵抗値を低下させることができるため、請求項１
に記載の発明の作用効果を達成だけでなく、水平方向の
遠視野像の発光パターンを双峰性から単峰性へ変えるこ
とができる。
に、Ｐｔ層あるいはＮｉ層を１００Å以上とすること
で、シート抵抗値の増大を抑制することができる。ま
た、請求項７に記載の発明のように、Ｐ型電極が前記ス
トライプの両側において絶縁部材上に形成されており、
該絶縁部材上の両側のＰ型電極から電流注入されるスト
ライプ幅の大きい半導体レーザにおいては、Ｐ型電極の
シート抵抗値を低下させることができるため、請求項１
に記載の発明の作用効果を達成だけでなく、水平方向の
遠視野像の発光パターンを双峰性から単峰性へ変えるこ
とができる。
【００２９】さらに、請求項８に記載の発明のように、
Ｐ型電極のシート抵抗値が３００ｍΩ／□以下とするこ
とにより、半導体レーザ素子の水平方向の遠視野像の発
光パターンが確実に単峰性に変えられる。また、請求項
９乃至１１に記載の発明のように、ストライプ幅（４
１）が１００μｍ以上であるＰ型電極（４０）を備えて
なる大出力用半導体レーザ素子において、前記Ｐ型電極
が、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ及びＴｉ／Ｎｉ／Ａｕの一方から
なる三層の電極により構成されることにより、請求項１
と同様の効果を得ることができる。
Ｐ型電極のシート抵抗値が３００ｍΩ／□以下とするこ
とにより、半導体レーザ素子の水平方向の遠視野像の発
光パターンが確実に単峰性に変えられる。また、請求項
９乃至１１に記載の発明のように、ストライプ幅（４
１）が１００μｍ以上であるＰ型電極（４０）を備えて
なる大出力用半導体レーザ素子において、前記Ｐ型電極
が、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ及びＴｉ／Ｎｉ／Ａｕの一方から
なる三層の電極により構成されることにより、請求項１
と同様の効果を得ることができる。
【００３０】また、請求項１０に記載の発明において
は、請求項７に記載の発明と同様の効果を得ることがで
きる。また、請求項１１に記載の発明においては、請求
項８に記載の発明と同様の効果を得ることができる。ま
た、請求項１２に記載の発明においては、ストライプ幅
（４１）が１００μｍ以上であるＰ型電極（４０）を備
えてなる大出力用半導体レーザ素子において、ストライ
プの両側から電流注入されるものであり、前記Ｐ型電極
のシート抵抗値が３００ｍΩ／□以下としているので、
水平方向の遠視野像の発光パターンを双峰性から単峰性
へ確実に変えることができる。
は、請求項７に記載の発明と同様の効果を得ることがで
きる。また、請求項１１に記載の発明においては、請求
項８に記載の発明と同様の効果を得ることができる。ま
た、請求項１２に記載の発明においては、ストライプ幅
（４１）が１００μｍ以上であるＰ型電極（４０）を備
えてなる大出力用半導体レーザ素子において、ストライ
プの両側から電流注入されるものであり、前記Ｐ型電極
のシート抵抗値が３００ｍΩ／□以下としているので、
水平方向の遠視野像の発光パターンを双峰性から単峰性
へ確実に変えることができる。
【００３１】また、請求項１３に記載の発明によれば、
半導体レーザ素子がメサ構造となっており、このメサの
深さがレーザ光を放出する発光層よりも深くなってい
る。こうすることにより、発光層を素子作製の工程で発
生するダメージから保護することができる。すなわち、
大出力半導体レーザはストライプ幅が１００μｍ以上と
長いため、工程で発生するダメージの影響を受けやす
い。従って、素子構造をメサ型として発光層をストライ
プ幅に近づけるように短くすることで、工程中に生ずる
ダメージから発光層を保護することができる。
半導体レーザ素子がメサ構造となっており、このメサの
深さがレーザ光を放出する発光層よりも深くなってい
る。こうすることにより、発光層を素子作製の工程で発
生するダメージから保護することができる。すなわち、
大出力半導体レーザはストライプ幅が１００μｍ以上と
長いため、工程で発生するダメージの影響を受けやす
い。従って、素子構造をメサ型として発光層をストライ
プ幅に近づけるように短くすることで、工程中に生ずる
ダメージから発光層を保護することができる。
【００３２】また、発光層をメサ構造により短くするこ
とで、ストライプから注入される電流が無駄に発光層全
体に広がってしまうことはなく、注入電流に対する発光
効率を低下させることもない。また、請求項１４に記載
の発明によれば、半導体レーザ素子を複数個積層してい
る。半導体レーザ素子を積層するものにおいては、同じ
ような素子のＰ型電極上にＮ型電極をはんだ等のろう材
にて接合して積層構造とすることが一般的であるが、Ｐ
型電極が従来のものであると、Ｃｒ，Ｇａ，Ａｓ等が拡
散しＡｕの不純物となり、これによってＰ型電極とはん
だとの濡れ性が劣化していまい、接合されない領域が生
じ、その結果、下層の半導体レーザ素子においては電流
の注入が不均一になり発光パターンが不均一になるとい
う不具合が生じる。そこで、本願発明のように、Ｐｔや
ＮｉをＣｒとＡｕとの間、あるいはＴｉとＡｕとの間に
設けることで、Ｃｒ，Ｇａ，Ａｓ等のＡｕへの拡散を防
止することができ、Ｐ型電極とろう材との濡れ性を劣化
を防止することができる。
とで、ストライプから注入される電流が無駄に発光層全
体に広がってしまうことはなく、注入電流に対する発光
効率を低下させることもない。また、請求項１４に記載
の発明によれば、半導体レーザ素子を複数個積層してい
る。半導体レーザ素子を積層するものにおいては、同じ
ような素子のＰ型電極上にＮ型電極をはんだ等のろう材
にて接合して積層構造とすることが一般的であるが、Ｐ
型電極が従来のものであると、Ｃｒ，Ｇａ，Ａｓ等が拡
散しＡｕの不純物となり、これによってＰ型電極とはん
だとの濡れ性が劣化していまい、接合されない領域が生
じ、その結果、下層の半導体レーザ素子においては電流
の注入が不均一になり発光パターンが不均一になるとい
う不具合が生じる。そこで、本願発明のように、Ｐｔや
ＮｉをＣｒとＡｕとの間、あるいはＴｉとＡｕとの間に
設けることで、Ｃｒ，Ｇａ，Ａｓ等のＡｕへの拡散を防
止することができ、Ｐ型電極とろう材との濡れ性を劣化
を防止することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１に基づいて説明する。図１は、大出力用半導体レーザ
に採用するに適した本発明に係る大出力用半導体レーザ
素子の一実施の形態を示している。この半導体レーザ素
子は、Ｎ型基板１０の表面に、Ｎ型のクラッド層２０
ａ、光ガイド層２０ｂ、発光層２０ｃ及びＰ型の光ガイ
ド層２０ｄ、クラッド層２０ｅからなるエピタキシャル
層２０、絶縁層３０並びにＰ型電極４０を積層し、一
方、Ｎ型基板１０の裏面に、Ｎ型電極５０及びはんだ層
６０を積層し、Ｐ型電極４０に、ストライプ４１の両側
にて、電流注入のための金線ワイヤ７０ａ、７０ｂをボ
ンディングして構成されている。
１に基づいて説明する。図１は、大出力用半導体レーザ
に採用するに適した本発明に係る大出力用半導体レーザ
素子の一実施の形態を示している。この半導体レーザ素
子は、Ｎ型基板１０の表面に、Ｎ型のクラッド層２０
ａ、光ガイド層２０ｂ、発光層２０ｃ及びＰ型の光ガイ
ド層２０ｄ、クラッド層２０ｅからなるエピタキシャル
層２０、絶縁層３０並びにＰ型電極４０を積層し、一
方、Ｎ型基板１０の裏面に、Ｎ型電極５０及びはんだ層
６０を積層し、Ｐ型電極４０に、ストライプ４１の両側
にて、電流注入のための金線ワイヤ７０ａ、７０ｂをボ
ンディングして構成されている。
【００３４】尚、エピタキシャル層２０は発光層が最も
屈折率が高くされており、光ガイド層、クラッド層の順
に屈折率が低くなるよう設定されている。これにより光
を発光層に封じ込めることができる。Ｐ型電極４０はＣ
ｒ／Ｐｔ／Ａｕ或いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの三層の膜から
なるもので、このＰ型電極４０には、エピタキシャル層
と直接接合し電流を注入するための幅Ｌ（以下、ストラ
イプ幅Ｌという）を有するストライプ４１が形成されて
いる。
屈折率が高くされており、光ガイド層、クラッド層の順
に屈折率が低くなるよう設定されている。これにより光
を発光層に封じ込めることができる。Ｐ型電極４０はＣ
ｒ／Ｐｔ／Ａｕ或いはＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの三層の膜から
なるもので、このＰ型電極４０には、エピタキシャル層
と直接接合し電流を注入するための幅Ｌ（以下、ストラ
イプ幅Ｌという）を有するストライプ４１が形成されて
いる。
【００３５】本実施の形態では、ストライプ幅Ｌは、大
出力とするため、１００μｍ以上となっている。Ｐ型電
極４０のＣｒ層の膜厚は、上述のごとくＰｔ層又はＮｉ
層の膜が基板１０に直接接触するのを防止するため、１
００Å以上にしてある。Ｃｒ層の膜のシート抵抗値は、
上述のごとくＣｒ層の発熱量を抑制するため、Ａｕ層の
シート抵抗値の１５０倍以上にしてある。
出力とするため、１００μｍ以上となっている。Ｐ型電
極４０のＣｒ層の膜厚は、上述のごとくＰｔ層又はＮｉ
層の膜が基板１０に直接接触するのを防止するため、１
００Å以上にしてある。Ｃｒ層の膜のシート抵抗値は、
上述のごとくＣｒ層の発熱量を抑制するため、Ａｕ層の
シート抵抗値の１５０倍以上にしてある。
【００３６】Ｐｔ層或いはＮｉ層の膜厚は、上述したＰ
ｔ層或いはＮｉ層のＡｕ層に対するバリヤメタルとして
の役割を確保するため、１００Å以上にしてある。ま
た、Ｐ型電極４０のシート抵抗値は、上述のように水平
方向の遠視野像の双峰性を実質的に単峰性にするよう
に、３００ｍΩ／□以下にしてある。次に、このように
構成した半導体レーザ素子の作製方法について説明す
る。
ｔ層或いはＮｉ層のＡｕ層に対するバリヤメタルとして
の役割を確保するため、１００Å以上にしてある。ま
た、Ｐ型電極４０のシート抵抗値は、上述のように水平
方向の遠視野像の双峰性を実質的に単峰性にするよう
に、３００ｍΩ／□以下にしてある。次に、このように
構成した半導体レーザ素子の作製方法について説明す
る。
【００３７】まず、Ｎ型基板１０を準備する。この基板
１０の材料系としては、例えば、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡ
ｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ系或いはＩｎＧａＰ−Ｉ
ｎＧａＡｌＰ系を採用する。そして、このＮ型基板１０
の表面に、Ｎ型の両クラッド層２０ａ、２０ｂ、発光層
２０ｃ及びＰ型の両クラッド層２０ｄ、２０ｅからなる
エピタキシャル層２０を、エピタキシャル成長させる。
１０の材料系としては、例えば、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡ
ｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ系或いはＩｎＧａＰ−Ｉ
ｎＧａＡｌＰ系を採用する。そして、このＮ型基板１０
の表面に、Ｎ型の両クラッド層２０ａ、２０ｂ、発光層
２０ｃ及びＰ型の両クラッド層２０ｄ、２０ｅからなる
エピタキシャル層２０を、エピタキシャル成長させる。
【００３８】なお、エピタキシャル成長方法としては、
液層エピタキシャル、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）、有機金
属気相エピタキシ（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌ ｏｒｇａ
ｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏａｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）等の方法がある。また、エピタキシャル層２
０、即ち活性層の構造としては、例えば、ダブルヘテロ
構造、量子井戸構造等を採用してもよい。
液層エピタキシャル、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）、有機金
属気相エピタキシ（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌ ｏｒｇａ
ｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏａｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）等の方法がある。また、エピタキシャル層２
０、即ち活性層の構造としては、例えば、ダブルヘテロ
構造、量子井戸構造等を採用してもよい。
【００３９】エピタキシャル層２０を形成した後、この
エピタキシャル層２０の表面に絶縁層３０を形成する。
そして、次のようにオーミックコンタクト電極を形成す
る。まず、Ｐ型電極４０を、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ或いはＣ
ｒ／Ｎｉ／Ａｕの三層にて、電子ビーム蒸着法やスパッ
タ法等により所定の厚さに成膜する。次に、パターン化
が必要な場合には、フォトレジスト加工、ケミカルエッ
チングやイオンビームエッチング等を用いて所定のパタ
ーンに加工する。Ｐ型電極４０がワイヤボンディングさ
れる電極であるため、このＰ型電極４０のシート抵抗値
が３００ｍΩ／□以下となるようにする。
エピタキシャル層２０の表面に絶縁層３０を形成する。
そして、次のようにオーミックコンタクト電極を形成す
る。まず、Ｐ型電極４０を、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ或いはＣ
ｒ／Ｎｉ／Ａｕの三層にて、電子ビーム蒸着法やスパッ
タ法等により所定の厚さに成膜する。次に、パターン化
が必要な場合には、フォトレジスト加工、ケミカルエッ
チングやイオンビームエッチング等を用いて所定のパタ
ーンに加工する。Ｐ型電極４０がワイヤボンディングさ
れる電極であるため、このＰ型電極４０のシート抵抗値
が３００ｍΩ／□以下となるようにする。
【００４０】次に、チップ化の際のへき開を容易にする
ために、基板１０の裏面を研磨しそのウェーハ厚を１０
０μｍ程度にする。この厚さは、キャビティ長Ｗ（共振
器長Ｗ）の約１／３以下でよい。このキャビティ長Ｗは
３００μｍ乃至１ｍｍ程度であるが、薄い方が放熱性が
よいので、加工性をも考慮して、５０μｍ乃至２００μ
ｍとする。なお、へき開面を使用せずドライエッチによ
り反射面を作製する場合はこの限りでない。
ために、基板１０の裏面を研磨しそのウェーハ厚を１０
０μｍ程度にする。この厚さは、キャビティ長Ｗ（共振
器長Ｗ）の約１／３以下でよい。このキャビティ長Ｗは
３００μｍ乃至１ｍｍ程度であるが、薄い方が放熱性が
よいので、加工性をも考慮して、５０μｍ乃至２００μ
ｍとする。なお、へき開面を使用せずドライエッチによ
り反射面を作製する場合はこの限りでない。
【００４１】次に、Ｎ型電極５０を、基板１０の裏面
に、電子ビーム蒸着法やスパッタ法等により所定の厚さ
に成膜する。このＮ型電極５０としては、例えば、Ａｕ
−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの三層の膜やＡｕ−Ｓｎ／Ａｕの二
層の膜等があり、成膜後、アローイングを行い、Ｎ型電
極として形成する。ついで、はんだ層６０をＮ型電極５
０の裏面に形成する。なお、このはんだ層６０として気
相成長による薄膜を使用する場合には、電子ビーム蒸
着、抵抗加熱蒸着やスパッタ等の方法により薄膜を形成
する。
に、電子ビーム蒸着法やスパッタ法等により所定の厚さ
に成膜する。このＮ型電極５０としては、例えば、Ａｕ
−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの三層の膜やＡｕ−Ｓｎ／Ａｕの二
層の膜等があり、成膜後、アローイングを行い、Ｎ型電
極として形成する。ついで、はんだ層６０をＮ型電極５
０の裏面に形成する。なお、このはんだ層６０として気
相成長による薄膜を使用する場合には、電子ビーム蒸
着、抵抗加熱蒸着やスパッタ等の方法により薄膜を形成
する。
【００４２】はんだ層６０の材料としては、Ａｕ−Ｓ
ｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｐ
ｂ、Ａｕ−Ｇｅ等を採用する。然る後、所定のサイズに
してチップ化を行う。このとき、レーザ光の出射面は鏡
面でないとレーザ発振が起こらないため、へき開面とす
るか、ドライエッチングにより発光端面を作製する。発
光端面には、端面の保護と光出力の効率を向上させるた
め、出力端面に低反射膜、他の一方の端面に高反射膜を
設ける。この反射率は、低反射膜では、２乃至２５％程
度、高反射膜では８０乃至１００％程度であることが望
ましい。低反射膜の例として、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2 が
挙げられる。また高反射膜の例として、Ａｌ2 Ｏ3 ／ａ
−Ｓｉ／Ａｌ2 Ｏ3 ／ａ−Ｓｉの積層膜が挙げられる。
ｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｐ
ｂ、Ａｕ−Ｇｅ等を採用する。然る後、所定のサイズに
してチップ化を行う。このとき、レーザ光の出射面は鏡
面でないとレーザ発振が起こらないため、へき開面とす
るか、ドライエッチングにより発光端面を作製する。発
光端面には、端面の保護と光出力の効率を向上させるた
め、出力端面に低反射膜、他の一方の端面に高反射膜を
設ける。この反射率は、低反射膜では、２乃至２５％程
度、高反射膜では８０乃至１００％程度であることが望
ましい。低反射膜の例として、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉＯ2 が
挙げられる。また高反射膜の例として、Ａｌ2 Ｏ3 ／ａ
−Ｓｉ／Ａｌ2 Ｏ3 ／ａ−Ｓｉの積層膜が挙げられる。
【００４３】反射膜は、単層膜、多層膜等、どのような
構成でもよいが、高反射膜は、Ａｌ 2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、
ＳｉＮX 、ＳｉＣ、Ｃ、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 等の屈折
率差のある多層膜であることが望ましい。尚、反射膜は
蒸着法やスパッタ法にて形成することができる。このよ
うにして作製した半導体レーザチップをヒートシンク、
他の半導体基板や回路基板等に接合し実装（ダイボン
ド）する。ダイボンドの次には半導体レーザと電気的コ
ンタクトをとるため、上部電極と駆動回路配線とをＡ
ｕ、Ｐｔ等のワイヤでボンディングする。このとき、ワ
イヤボンディングは、ストライプの両側に施す。ストラ
イプの中にワイヤをボンディングすると、活性層にダメ
ージが入り素子が劣化するためである。その後、必要の
応じてカン封入する。
構成でもよいが、高反射膜は、Ａｌ 2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、
ＳｉＮX 、ＳｉＣ、Ｃ、Ｃｒ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 等の屈折
率差のある多層膜であることが望ましい。尚、反射膜は
蒸着法やスパッタ法にて形成することができる。このよ
うにして作製した半導体レーザチップをヒートシンク、
他の半導体基板や回路基板等に接合し実装（ダイボン
ド）する。ダイボンドの次には半導体レーザと電気的コ
ンタクトをとるため、上部電極と駆動回路配線とをＡ
ｕ、Ｐｔ等のワイヤでボンディングする。このとき、ワ
イヤボンディングは、ストライプの両側に施す。ストラ
イプの中にワイヤをボンディングすると、活性層にダメ
ージが入り素子が劣化するためである。その後、必要の
応じてカン封入する。
【００４４】以下、本実施の形態の形態における具体的
な作製例について説明する。 （第１作製例）ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ系半導体レーザ素子を作製した。半導体レーザ
素子サイズは、５００×８００×１１０μｍとし、スト
ライプ幅を３００μｍとした。Ｐ型電極には、Ｃｒ／Ｐ
ｔ／Ａｕ電極を用いそれぞれの膜厚を、Ｃｒで３００
Å、Ｐｔで１０００Å、Ａｕで６０００Åとした。
な作製例について説明する。 （第１作製例）ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓ系半導体レーザ素子を作製した。半導体レーザ
素子サイズは、５００×８００×１１０μｍとし、スト
ライプ幅を３００μｍとした。Ｐ型電極には、Ｃｒ／Ｐ
ｔ／Ａｕ電極を用いそれぞれの膜厚を、Ｃｒで３００
Å、Ｐｔで１０００Å、Ａｕで６０００Åとした。
【００４５】このとき、Ａｕのシート抵抗値は、５０ｍ
Ω／□であり、Ｃｒのシート抵抗値は３０Ω／□であっ
た。Ｃｒの膜抵抗値はＡｕの膜抵抗値の６００倍であ
る。この素子のＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ電極のシート抵抗値
は、５０ｍΩ／□であり、３６０℃で２分の熱処理を行
った後も、何ら変化しなかった。次に、この素子を実装
し駆動を行い水平方向の遠視野像を測定したところ、半
値幅１０°で双峰性の中心の凹み部におけるボトム高さ
は８５％であった。
Ω／□であり、Ｃｒのシート抵抗値は３０Ω／□であっ
た。Ｃｒの膜抵抗値はＡｕの膜抵抗値の６００倍であ
る。この素子のＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ電極のシート抵抗値
は、５０ｍΩ／□であり、３６０℃で２分の熱処理を行
った後も、何ら変化しなかった。次に、この素子を実装
し駆動を行い水平方向の遠視野像を測定したところ、半
値幅１０°で双峰性の中心の凹み部におけるボトム高さ
は８５％であった。
【００４６】（第２作製例）ｎ−ＧａＡｓ基板上にＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子を作製した。こ
の半導体レーザ素子のサイズは、５００×８００×１１
０μｍとし、ストライプ幅を４００μｍとした。Ｐ型電
極には、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極を用いそれぞれの膜厚
を、Ｃｒで５００Å、Ｎｉで５００Å、Ａｕで８０００
Åとした。
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子を作製した。こ
の半導体レーザ素子のサイズは、５００×８００×１１
０μｍとし、ストライプ幅を４００μｍとした。Ｐ型電
極には、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極を用いそれぞれの膜厚
を、Ｃｒで５００Å、Ｎｉで５００Å、Ａｕで８０００
Åとした。
【００４７】このとき、Ａｕのシート抵抗値は、４０ｍ
Ω／□であり、Ｃｒのシート抵抗値は１８Ω／□であっ
た。Ｃｒの膜抵抗値はＡｕの膜抵抗値の４５０倍であ
る。この素子のＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極のシート抵抗値
は、４０ｍΩ／□であり、３６０℃で２分の熱処理を行
った後も、何ら変化しなかった。次に、この素子を実装
し駆動を行い水平方向の遠視野像を測定したところ、半
値幅９°で双峰性の中心の凹み部におけるボトム高さは
８５％であった。
Ω／□であり、Ｃｒのシート抵抗値は１８Ω／□であっ
た。Ｃｒの膜抵抗値はＡｕの膜抵抗値の４５０倍であ
る。この素子のＣｒ／Ｎｉ／Ａｕ電極のシート抵抗値
は、４０ｍΩ／□であり、３６０℃で２分の熱処理を行
った後も、何ら変化しなかった。次に、この素子を実装
し駆動を行い水平方向の遠視野像を測定したところ、半
値幅９°で双峰性の中心の凹み部におけるボトム高さは
８５％であった。
【００４８】次に、上記実施の形態の変形例について説
明する。この変形例においては、ｎ−ＧａＡｓ基板上に
ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子を作製
した。この半導体レーザ素子のサイズは、６００×７０
０×１１０μｍとし、ストライプ幅を２５０μｍとし
た。また、Ｐ型電極には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を用い
それぞれの膜厚を、Ｔｉで１０００Å、Ｐｔで２０００
Å、Ａｕで４０００Åとした。そして、Ｅ．Ｂ．蒸着法
を用いて、Ｔｉの上にＰｔ及びＡｕを順次成膜した。
明する。この変形例においては、ｎ−ＧａＡｓ基板上に
ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子を作製
した。この半導体レーザ素子のサイズは、６００×７０
０×１１０μｍとし、ストライプ幅を２５０μｍとし
た。また、Ｐ型電極には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を用い
それぞれの膜厚を、Ｔｉで１０００Å、Ｐｔで２０００
Å、Ａｕで４０００Åとした。そして、Ｅ．Ｂ．蒸着法
を用いて、Ｔｉの上にＰｔ及びＡｕを順次成膜した。
【００４９】このとき、この素子のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電
極のシート抵抗値は、９０ｍΩ／□である。この素子を
実装し駆動を行い水平方向の遠視野像を測定したとこ
ろ、半値幅１０°で双峰性の中心の凹み部におけるボト
ム高さは８０％であった。これにより、Ｐ型電極とし
て、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕを採用する場合と同様に水平方向
の遠視野像に対する改善を図ることができる。
極のシート抵抗値は、９０ｍΩ／□である。この素子を
実装し駆動を行い水平方向の遠視野像を測定したとこ
ろ、半値幅１０°で双峰性の中心の凹み部におけるボト
ム高さは８０％であった。これにより、Ｐ型電極とし
て、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕを採用する場合と同様に水平方向
の遠視野像に対する改善を図ることができる。
【００５０】（他の実施形態）次に、図７に他の実施形
態として、メサ構造の半導体レーザを示す。図１と同様
な構造を示す部分には同一符号を付与する。このこと
は、以下に示す他の実施形態についても同様である。図
７に示す半導体レーザは上述したように、基板１０の表
面に図１に示すエピタキシャル層２０と同様のものを積
層し（ただし、図６には発光層２０ｃのみ示す）、レジ
スト等のエッチングマスクを周知のフォト工程により形
成し、等方性エッチングを行うことによりメサ２０ｆを
形成することができる。ＧａＡｓの等方性エッチング液
としてはＨ2 Ｏ2 とＨ3 ＰＯ4 との混合液が挙げられ
る。その後の工程は上述した方法と同様に行うことがで
きる。尚、図示していないが本構造においても絶縁層３
０上のＰ型電極３０にワイヤボンディングを施す。
態として、メサ構造の半導体レーザを示す。図１と同様
な構造を示す部分には同一符号を付与する。このこと
は、以下に示す他の実施形態についても同様である。図
７に示す半導体レーザは上述したように、基板１０の表
面に図１に示すエピタキシャル層２０と同様のものを積
層し（ただし、図６には発光層２０ｃのみ示す）、レジ
スト等のエッチングマスクを周知のフォト工程により形
成し、等方性エッチングを行うことによりメサ２０ｆを
形成することができる。ＧａＡｓの等方性エッチング液
としてはＨ2 Ｏ2 とＨ3 ＰＯ4 との混合液が挙げられ
る。その後の工程は上述した方法と同様に行うことがで
きる。尚、図示していないが本構造においても絶縁層３
０上のＰ型電極３０にワイヤボンディングを施す。
【００５１】図７に示すように、大出力用半導体レーザ
をメサ構造とし、さらにメサの深さを発光層２０ｃより
も深くすることにより発光層２０ｃを形成工程で発生す
るダメージから保護することができる。従来コンパクト
ディスクなどに使用されている半導体レーザのストライ
プ幅が１０μｍ以下であるのに対し、大出力用半導体レ
ーザはストライプ幅が１００μｍ以上である。このため
工程で発生するダメージの影響を受けやすい。このため
素子構造をメサとして発光層２０ｃの長さをストライプ
幅に近づけることにより、半導体レーザをダメージから
保護することができる。このことは、上述したように特
に大出力用半導体レーザにおいては有効な構造となる。
をメサ構造とし、さらにメサの深さを発光層２０ｃより
も深くすることにより発光層２０ｃを形成工程で発生す
るダメージから保護することができる。従来コンパクト
ディスクなどに使用されている半導体レーザのストライ
プ幅が１０μｍ以下であるのに対し、大出力用半導体レ
ーザはストライプ幅が１００μｍ以上である。このため
工程で発生するダメージの影響を受けやすい。このため
素子構造をメサとして発光層２０ｃの長さをストライプ
幅に近づけることにより、半導体レーザをダメージから
保護することができる。このことは、上述したように特
に大出力用半導体レーザにおいては有効な構造となる。
【００５２】さらに、メサ構造とすることでストライプ
４１から発光層２０ｃの横方向に拡散するレーザー発光
に寄与しない漏れ電流を小さくすることができるため、
注入電流にたいする発光効率の低下を抑制することがで
きる。 （他の実施形態）次に、図８に他の実施形態としてスタ
ック（積層）構造の半導体レーザを示す。これは、図７
に示したメサ構造の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２とを積
層させたものであるが、図１に示す半導体レーザを図８
に示すように積層させてもよい。
４１から発光層２０ｃの横方向に拡散するレーザー発光
に寄与しない漏れ電流を小さくすることができるため、
注入電流にたいする発光効率の低下を抑制することがで
きる。 （他の実施形態）次に、図８に他の実施形態としてスタ
ック（積層）構造の半導体レーザを示す。これは、図７
に示したメサ構造の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２とを積
層させたものであるが、図１に示す半導体レーザを図８
に示すように積層させてもよい。
【００５３】半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２との積層はＬ
Ｄ１のＰ型電極４０上にＬＤ２を載せ３５０℃程度の温
度でＬＤ２のはんだ層６０を溶融させてＬＤ１とＬＤ２
とを接合させたものである。尚、ワイヤボンディング等
の他の構造は上述した実施形態に示したものと同様であ
る。図８に示すような素子を２つ以上積層するスタック
構造では上側の半導体レーザから下側の半導体レーザへ
の電流の注入が重要な問題となる。すなわち、上側の半
導体レーザから下側の半導体レーザへの電流の注入が悪
いと下側の半導体レーザの発光強度分布が悪くなってし
まう。そして、上側の半導体レーザから下側の半導体レ
ーザへの電流の注入を左右する重要な要因として、下側
のＰ型電極と上側のはんだ層との接合状態が挙げられ
る。
Ｄ１のＰ型電極４０上にＬＤ２を載せ３５０℃程度の温
度でＬＤ２のはんだ層６０を溶融させてＬＤ１とＬＤ２
とを接合させたものである。尚、ワイヤボンディング等
の他の構造は上述した実施形態に示したものと同様であ
る。図８に示すような素子を２つ以上積層するスタック
構造では上側の半導体レーザから下側の半導体レーザへ
の電流の注入が重要な問題となる。すなわち、上側の半
導体レーザから下側の半導体レーザへの電流の注入が悪
いと下側の半導体レーザの発光強度分布が悪くなってし
まう。そして、上側の半導体レーザから下側の半導体レ
ーザへの電流の注入を左右する重要な要因として、下側
のＰ型電極と上側のはんだ層との接合状態が挙げられ
る。
【００５４】つまり、下側のＰ型電極と上側のはんだ層
との接合状態が悪いと上側から下側への電流注入が不均
一となり、それにより発光パターンも不均一となってし
まうのである。そして、この下側のＰ型電極と上側のは
んだ層との接合状態を左右するのはんだの濡れ性の問題
であるが、Ｐ型電極が従来のものであると、Ｃｒ，Ｇ
ａ，Ａｓ等が拡散しＡｕの不純物となり、これによって
Ｐ型電極とはんだとの濡れ性が劣化していまい、接合さ
れない領域が生じてしまう。そこで、本願発明のよう
に、ＰｔやＮｉをＣｒとＡｕとの間、あるいはＴｉとＡ
ｕとの間に設けることで、Ｃｒ，Ｇａ，Ａｓ等のＡｕへ
の拡散を防止することができ、Ｐ型電極表面は金だけの
純金の状態で保たれる。このため素子間の接合も反応が
均一になり、均一な接合が可能となる。これにより接合
が均一になるため上側の半導体レーザから下側の半導体
レーザへの電流の注入も均一になり発光パターンも安定
する。
との接合状態が悪いと上側から下側への電流注入が不均
一となり、それにより発光パターンも不均一となってし
まうのである。そして、この下側のＰ型電極と上側のは
んだ層との接合状態を左右するのはんだの濡れ性の問題
であるが、Ｐ型電極が従来のものであると、Ｃｒ，Ｇ
ａ，Ａｓ等が拡散しＡｕの不純物となり、これによって
Ｐ型電極とはんだとの濡れ性が劣化していまい、接合さ
れない領域が生じてしまう。そこで、本願発明のよう
に、ＰｔやＮｉをＣｒとＡｕとの間、あるいはＴｉとＡ
ｕとの間に設けることで、Ｃｒ，Ｇａ，Ａｓ等のＡｕへ
の拡散を防止することができ、Ｐ型電極表面は金だけの
純金の状態で保たれる。このため素子間の接合も反応が
均一になり、均一な接合が可能となる。これにより接合
が均一になるため上側の半導体レーザから下側の半導体
レーザへの電流の注入も均一になり発光パターンも安定
する。
【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の一実施の形態
を模式的構造にて示す斜視図である。
を模式的構造にて示す斜視図である。
【図２】半導体レーザ素子の水平方向の遠視野像におけ
る発光パターンの相対光強度と出射角度との関係を示す
グラフである。
る発光パターンの相対光強度と出射角度との関係を示す
グラフである。
【図３】図１の半値幅とシート抵抗値の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図４】図１のボトム高さとシート抵抗値との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図５】半導体レーザ素子に注入される電流が、シート
抵抗値をパラメータとして、半導体レーザ素子のストラ
イプ幅内の位置により変化することを示すグラフであ
る。
抵抗値をパラメータとして、半導体レーザ素子のストラ
イプ幅内の位置により変化することを示すグラフであ
る。
【図６】Ｐｔ膜厚とシート抵抗の関係を示すグラフであ
る。
る。
【図７】本発明に係る半導体レーザ素子の他の実施の形
態を模式的構造にて示す斜視図である。
態を模式的構造にて示す斜視図である。
【図８】本発明に係る半導体レーザ素子の他の実施の形
態を模式的構造にて示す斜視図である。
態を模式的構造にて示す斜視図である。
１０ ＧａＡｓ基板 ２０ エピタキシャル層 ４０ Ｐ型電極 ４１ ストライプ ７０ａ、７０ｂ ワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外山 哲男 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内
Claims (14)
- 【請求項１】 ストライプ幅（４１）が１００μｍ以上
であるＰ型電極（４０）を備えてなる大出力用半導体レ
ーザ素子において、 前記Ｐ型電極が、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ及びＣｒ／Ｎｉ／Ａ
ｕのうち、どちらか一方からなる三層の電極により構成
されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記Ｃｒ層の膜厚が１００Å乃至４００
０Åの範囲の値であることを特徴とする請求項１に記載
の大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記Ａｕ層の膜厚が１０００Å乃至５μ
ｍの範囲の値であることを特徴とする請求項１又は２に
記載の大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記Ｃｒ層のシート抵抗値が前記Ａｕ層
のシート抵抗値の１５０倍以上であることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の大出力用半導体
レーザ素子。 - 【請求項５】 前記Ｐｔ層の膜厚が１００Å以上である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載
の大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記Ｎｉ層の膜厚が１００Å以上である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載
の大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 前記Ｐ型電極は、前記ストライプの両側
において絶縁部材上に形成されており、該絶縁部材上の
両側のＰ型電極から電流注入される請求項１に記載の大
出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項８】 前記Ｐ型電極のシート抵抗値が３００ｍ
Ω／□以下であることを特徴とする請求項７に記載の大
出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項９】 ストライプ幅（４１）が１００μｍ以上
であるＰ型電極（４０）を備えてなる大出力用半導体レ
ーザ素子において、 前記Ｐ型電極が、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ及びＴｉ／Ｎｉ／Ａ
ｕのうち、どちらか一方からなる三層の電極により構成
されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項１０】 前記Ｐ型電極は、前記ストライプの両
側において絶縁部材上に形成されており、該絶縁部材上
の両側のＰ型電極から電流注入される請求項９に記載の
大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項１１】 前記Ｐ型電極のシート抵抗値が３００
ｍΩ／□以下であることを特徴とする請求項１０に記載
の大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項１２】 ストライプ幅（４１）が１００μｍ以
上であるＰ型電極（４０）を備えてなる大出力用半導体
レーザ素子において、 前記Ｐ型電極は、前記ストライプの両側において絶縁部
材上に形成されており、該絶縁部材上の両側のＰ型電極
から電流注入されるものであり、また、前記Ｐ型電極の
シート抵抗値が３００ｍΩ／□以下であることを特徴と
する大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項１３】 前記半導体レーザ素子はメサ構造とな
っており、このメサの深さがレーザ光を放出する発光層
よりも深くなっていることを特徴とする請求項１または
１０に記載の大出力用半導体レーザ素子。 - 【請求項１４】 前記半導体レーザ素子は基板の表面に
発光層が形成され、この発光層上に前記Ｐ型電極が形成
されており、また前記基板の裏面にＮ型電極が形成され
ており、このような半導体レーザ素子がそれぞれのＰ型
電極とＮ型電極とをはんだにより接合することで複数個
積層されることを特徴とする請求項１または１０に記載
の大出力用半導体レーザ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13854096A JP3314616B2 (ja) | 1995-10-05 | 1996-05-31 | 大出力用半導体レーザ素子 |
| CA 2186575 CA2186575C (en) | 1995-10-05 | 1996-09-26 | High output semiconductor laser element having robust electrode structure |
| GB9620116A GB2306048B (en) | 1995-10-05 | 1996-09-26 | High output semiconductor laser element having robust electrode structure |
| US08/722,679 US5790577A (en) | 1995-10-05 | 1996-09-30 | High output semiconductor laser element having robust electrode structure |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-259104 | 1995-10-05 | ||
| JP25910495 | 1995-10-05 | ||
| JP13854096A JP3314616B2 (ja) | 1995-10-05 | 1996-05-31 | 大出力用半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162488A true JPH09162488A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3314616B2 JP3314616B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=26471543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13854096A Expired - Lifetime JP3314616B2 (ja) | 1995-10-05 | 1996-05-31 | 大出力用半導体レーザ素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5790577A (ja) |
| JP (1) | JP3314616B2 (ja) |
| CA (1) | CA2186575C (ja) |
| GB (1) | GB2306048B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006114693A (ja) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Denso Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2010219261A (ja) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Denso Corp | 半導体レーザ素子 |
| JP2011199031A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Denso Corp | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6580107B2 (en) * | 2000-10-10 | 2003-06-17 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Compound semiconductor device with depletion layer stop region |
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