JPWO2020026730A1 - 半導体発光装置及び外部共振型レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

半導体発光装置（６０２）は、基板（６１０）と、基板（６１０）の上面に沿って配列された複数の発光部（７１〜７５）と、を有する半導体発光素子（６０１）と、基板（６１０）の下面の下方に配置された第１基台（１０１）と、半導体発光素子（６０１）を第１基台（１０１）に接着する第１接着層（１０３ａ）と、を備え、基板（６１０）は、第１接着層（１０３ａ）より熱伝導率が高く、第１接着層（１０３ａ）の厚さは、複数の発光部（７１〜７５）の配列方向の一方の端部側において、他方の端部側より小さい。

Description

本開示は、アレイ型の半導体発光素子を備える半導体発光装置及び外部共振型レーザ装置に関する。
なお、本願は、平成２８年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／高効率加工用GaN系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願である。
近年、半導体レーザ素子などの半導体発光素子は、ディスプレイやプロジェクターなどの画像表示装置の光源、車載ヘッドランプの光源、産業用照明や民生用照明の光源、又は、レーザ溶接装置や薄膜アニール装置、レーザ加工装置などの産業機器の光源など、様々な用途の光源として注目されている。また、上記用途の光源として用いられる半導体レーザ素子には、光出力が１ワットを大きく超える高出力化及び高いビーム品質が望まれている。
半導体レーザ素子の高出力化の手法として、幅の広い導波路を複数並列に配列することによってアレイを形成する手法が広く利用されている。このような高出力の半導体レーザ素子では、高出力動作時には多量の熱が発生するため、高出力化のためには、導波路で発生した熱を効率よく放熱させることが肝要となる。一般的には、導波路の近傍に熱伝導率の高い材料を接続することで熱を拡散させ、金属パッケージなどを介して外部に放熱する。
特許文献１に、従来のアレイ型半導体レーザ素子が開示されている。図９は、特許文献１に開示された従来のアレイ型半導体レーザ素子１０１０の構成を示す模式的な正面図である。
図９に示すように、従来のアレイ型半導体レーザ素子１０１０は、所定間隔をおいて一列に配列された複数のストライプ１０１１〜１０１４を有する。複数のストライプ１０１１〜１０１４は、それぞれ、レーザ光の導波路となる発光部である。アレイ型半導体レーザ素子１０１０は、各ストライプに対応して分離されて設けられた複数のレーザ電極１００８を有する。アレイ型半導体レーザ素子１０１０の複数のレーザ電極１００８は、それぞれ支持体１００３上に設けられた複数の金属配線体１００７と対向する位置に配置される。複数のレーザ電極１００８は、それぞれ複数の金属配線体１００７と半田等の導電性接着材１００６を介して熱圧着されている。これにより、複数のレーザ電極１００８と複数の金属配線体１００７とを電気的に導通し、かつ、アレイ型半導体レーザ素子１０１０を支持体１００３に物理的に固定している。さらに、アレイ型半導体レーザ素子１０１０と支持体１００３との間に熱伝導性の良い樹脂１００９が充填されている。
高ビーム品質化の手法として、互いに異なる発振波長の複数のレーザ光を、光学系を用いて集光する波長合成法が用いられている。この波長合成法では、光を１箇所に集光できるため、高いビーム品質を実現できる。個々のレーザの発振波長を精密に制御できる構造として、ＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザやＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レーザ、あるいは光学素子を利用した外部共振器が用いられる。
特許文献２に、波長合成法を用いた光学系の一例が開示されている。図１０は波長合成法を用いた光学系の一例を示す図である。
図１０に示すように、レーザアレイ１１００から出た光は、光学レンズ１１０２及び第１の回折格子１１０３を介して第２の回折格子１１０４に集光される。第１の回折格子１１０３及び第２の回折格子１１０４は光の入射角度と反射（回折）角度に波長依存性をもつ波長分散素子であり、入射光に対する第１の回折格子１１０３及び第２の回折格子１１０４の角度を調整すれば、波長が異なる光を一つに合成することができる。合成された光は、部分反射鏡からなる出力結合器１１０５を介して外部へと取り出される。この出力結合器１１０５では一部の光が反射され再びレーザアレイへと帰還する。このように、レーザアレイ１１００と出力結合器１１０５とによって外部共振器構造が形成される。また、各回折格子によって、波長ごとに光路が決まるため、レーザアレイの複数の導波路（つまり発光部）から出射されるレーザ光の発振波長はそれぞれ異なった波長となる。
特開平１−１６４０８４号公報 特許第５８９２９１８号公報
しかしながら、このような外部共振器と回折格子とを組み合わせた光学系を用いる場合、レーザアレイの各導波路における発振波長は、回折格子への入射角度で決まるため、レーザアレイの各導波路における発振波長は各導波路の位置に応じて一方向に変化する。例えば、レーザアレイの発振波長は、一方端に位置する導波路から他方端の導波路に向かって、徐々に長波又は短波へと変化する。一方、レーザアレイは、一般に中央の導波路の温度が最も高くなるため、発振に必要な利得スペクトルも、中央で長波、端で短波となる。このような状態になると、いずれかの導波路において、温度分布で決まる利得スペクトルと光学系で決まる発振波長にズレが生じ得る。このため、レーザの発光効率が大きく低下するという課題がある。
本開示は、効率の低下を抑えた半導体発光装置などを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体発光装置の一態様は、基板と、前記基板の上面に沿って配列された複数の発光部と、を有する半導体発光素子と、前記基板の下面の下方に配置された第１基台と、前記半導体発光素子を前記第１基台に接着する第１接着層と、を備え、前記基板は、前記第１接着層より熱伝導率が高く、前記第１接着層の厚さは、前記複数の発光部の配列方向の一方の端部側において、他方の端部側より小さい。
これにより、一方の端部側の導波路部の温度より他方の端部側の導波路部の温度を高くすることができる。このため、他方の端部側の導波路部の利得スペクトルを長波側にシフトさせることができる。このような半導体発光装置によれば、複数の導波路部において、一方の端部側から他方の端部側に向かって発振波長を徐々に長波にシフトさせることができる。これにより、例えば、このような半導体発光装置と、波長分散素子とを用いた外部共振型レーザ装置を構成した場合に、各導波路部における外部共振器によって決定される発振波長と、半導体発光装置の各導波路部における利得スペクトルとを一致させることができる。したがって、半導体発光装置の各導波路部における発光効率の低下を抑えることができる。
また、本開示に係る半導体発光装置の一態様において、前記基板の厚さは、前記配列方向の前記一方の端部側において前記他方の端部側より大きくてもよい。
また、本開示に係る半導体発光装置の一態様において、前記基板の前記下面は、前記基板の上面に対して前記配列方向において傾斜していてもよい。
また、本開示に係る半導体発光装置の一態様において、前記基板の前記上面は、前記配列方向において、前記第１基台の前記第１接着層との接合面と平行であってもよい。
これにより、半導体発光素子からの出射光の伝播方向と、第１基台の上面と、がほぼ平行になるため、第１基台の上面を光軸のアライメントの基準として利用できる。このため、光軸調整が容易な半導体発光装置を実現できる。
また、本開示に係る半導体発光装置の一態様は、さらに、前記半導体発光素子を挟んで前記第１基台とは反対側に配置された第２基台と、前記半導体発光素子を前記第２基台に接着する第２接着層と、を備えてもよい。
このように、本開示に係る半導体発光装置では、半導体発光素子の両側が基台で挟まれる。したがって、各基台を熱伝導性の高い部材で形成することで、半導体発光素子の放熱性をさらに向上させることができる。
また、本開示に係る半導体発光装置の一態様において、前記第１基台は、前記第１接着層より熱伝導率が高くてもよい。
上記目的を達成するために、本開示に係る半導体発光装置の一態様は、基板と、前記基板の上面に沿って配列された複数の発光部と、を有する半導体発光素子と、前記基板の下面の下方に配置された第１基台と、前記半導体発光素子を前記第１基台に接着する第１接着層と、を備え、前記第１基台は、前記第１接着層より熱伝導率が高く、前記第１接着層の厚さは、前記複数の発光部の一方の端部側において、他方の端部側より小さい。
これにより、一方の端部側の導波路部の温度より他方の端部側の導波路部の温度を高くすることができる。このため、他方の端部側の導波路部の利得スペクトルを長波側にシフトさせることができる。このような半導体発光装置によれば、複数の導波路部において、一方の端部側から他方の端部側に向かって発振波長を徐々に長波にシフトさせることができる。これにより、例えば、このような半導体発光装置と、波長分散素子とを用いた外部共振型レーザ装置を構成した場合に、各導波路部における外部共振器によって決定される発振波長と、半導体発光装置の各導波路部における利得スペクトルとを一致させることができる。したがって、半導体発光装置の各導波路部における発光効率の低下を抑えることができる。
また、本開示に係る半導体発光装置の一態様において、前記第１基台の厚さは、前記一方の端部側において前記他方の端部側より大きくてもよい。
上記目的を達成するために、本開示に係る外部共振型レーザ装置の一態様は、上記半導体発光装置と、波長分散素子とを備える。
これにより、一方の端部側の導波路部の温度より他方の端部側の導波路部の温度を高くすることができる。このため、他方の端部側の導波路部の利得スペクトルを長波側にシフトさせることができる。このような半導体発光装置によれば、複数の導波路部において、一方の端部側から他方の端部側に向かって発振波長を徐々に長波にシフトさせることができる。これにより、各導波路部における外部共振器によって決定される発振波長と、半導体発光装置の各導波路部における利得スペクトルとを一致させることができる。したがって、半導体発光装置の各導波路部における発光効率の低下を抑えることができる。
本開示によれば、効率の低下を抑えた半導体発光装置などを提供できる。
図１Ａは、実施の形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式的な上面図である。 図１Ｂは、実施の形態に係る半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図２Ａは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における、第１半導体層、発光層及び第２半導体層の各層を形成する工程を示す断面図である。 図２Ｂは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における第１保護膜を成膜する工程を示す断面図である。 図２Ｃは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における第１保護膜をパターニングする工程を示す断面図である。 図２Ｄは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における導波路部及び平坦部を形成する工程を示す断面図である。 図２Ｅは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における誘電体層を成膜する工程を示す断面図である。 図２Ｆは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法におけるｐ側電極を形成する工程を示す断面図である。 図２Ｇは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法におけるパッド電極を成膜する工程を示す断面図である。 図２Ｈは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法における基板に傾斜を形成する工程を示す断面図である。 図２Ｉは、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法におけるｎ側電極を形成する工程を示す断面図である。 図３Ａは、実施の形態に係る半導体発光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図３Ｂは、実施の形態の変形例に係る半導体発光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図４は、実施の形態に係る外部共振型レーザ装置の構成を示す模式図である。 図５は、実施の形態に係る半導体発光装置の各導波路部の温度の概要を示すグラフである。 図６Ａは、比較例に係る半導体発光装置の各導波路部における発振波長の利得スペクトルを示す図である。 図６Ｂは、実施の形態に係る半導体発光装置の各導波路部における発振波長の利得スペクトルを示す図である。 図７Ａは、変形例１に係る半導体発光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図７Ｂは、変形例２に係る半導体発光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図７Ｃは、変形例３に係る半導体発光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図８は、変形例４に係る半導体発光装置の構成を示す模式的な断面図である。 図９は、従来の半導体レーザの構成を示す図である。 図１０は、従来の半導体レーザの外部共振器を用いた光学系を示す図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、且つ、いずれもＺ軸に直交する軸である。
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
（実施の形態）
実施の形態に係る半導体発光装置について説明する。
［半導体発光素子の構成］
まず、実施の形態に係る半導体発光装置が備える半導体発光素子の構成について、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ本実施の形態に係る半導体発光素子６０１の構成を示す模式的な上面図及び断面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における半導体発光素子６０１の断面図である。
図１Ｂに示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子６０１は、基板６１０と、基板６１０の上面に沿って配列された複数の発光部と、を有する素子である。図１Ｂに示すように、本実施の形態では、半導体発光素子６０１は、基板６１０の主面に沿って図１ＢのＸ軸方向に配列された五つの発光部７１〜７５を有する。五つの発光部７１〜７５の配列方向は、各図に示されるＸ軸方向と一致する。以下、五つの発光部７１〜７５の配列方向を単に「配列方向」ともいう。本実施の形態では、半導体発光素子６０１は、窒化物半導体材料を含む半導体レーザ素子であって、基板６１０と、第１半導体層２０と、発光層３０と、第２半導体層４０と、電極部材５０と、誘電体層６０と、ｎ側電極８０と、を備える。
第２半導体層４０は、図１Ｂに示すように、レーザ共振器長方向（図１ＢのＹ軸方向）に延在するストライプ状の凸部からなる導波路部４０ａ１〜４０ａ５と、各導波路部の根元から横方向（言い換えると、図１ＢのＸ軸方向）に広がる平坦部４０ｂと、を有する。
導波路部４０ａ１〜４０ａ５の位置は、それぞれ、発光部７１〜７５の位置に対応する。
半導体発光素子６０１内に設けられる導波路部の個数は、複数であればよく、半導体発光素子６０１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、５本以上であってもよい。本実施の形態では、半導体発光素子６０１は、５本の導波路部４０ａ１〜４０ａ５を有する。導波路部４０ａ１〜４０ａ５は互いに平行に配置される。これにより、各導波路部に対応する各発光部から同じ方向に光が出射される。
各導波路部の幅及び間隔（各導波路部の中心間距離）は、特に限定されるものではない。例えば、各導波路部のＸ軸方向の幅は１μｍ以上１００μｍ以下で、隣り合う導波路部の間隔は、５０μｍ以上１０００μｍ以下である。半導体発光素子６０１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、各導波路部の幅を１０μｍ以上５０μｍ以下とし、隣り合う導波路部の間隔を３００μｍ以上５００μｍ以下にしてもよい。本実施の形態では、各導波路部の幅は３０μｍ、間隔は４００μｍである。また、導波路部の間隔は、半導体発光素子６０１内において等間隔である必要はない。半導体発光素子６０１内の温度分布や応力等の影響を考慮して、各導波路部の間隔を不均一にしてもよい。
各導波路部の高さは、特に限定されることはないが、一例として、１００ｎｍ以上１μｍ以下である。半導体発光素子６０１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下にしてもよい。本実施の形態では、各導波路部の高さは６００ｎｍである。
基板６１０は、例えば、ＧａＮ基板である。本実施の形態では、基板６１０として、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板を用いている。
第１半導体層２０は、基板６１０の上方に配置されている。第１半導体層２０は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層である。
発光層３０は、第１半導体層２０の上方に配置されている。発光層３０は、窒化物半導体によって構成される。発光層３０は、例えば、図１Ｂに示すように、第１半導体層２０側から順に、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１と、ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる活性層３２と、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３とが積層された積層構造を有する。発光層３０は、発光部７１〜７５を含む。発光部７１〜７５は、発光層３０のうち導波路部４０ａ１〜４０ａ５に対応する位置に配置される部分であり、半導体発光素子６０１から出射される光の大部分が発生かつ伝播する部分である。本実施の形態では、各発光部は、各導波路部の下方（つまり、図１Ｂにおける下側）に配置される。各発光部の幅（つまり、図１ＢのＸ軸方向の幅）は、各導波路部の幅（つまり、図１ＢのＸ軸方向の幅）と同程度である。なお、発光部７１〜７５以外の部分においても、光が発生又は伝播してもよい。
第２半導体層４０は、発光層３０の上方に配置されている。第２半導体層４０は、例えば、図１Ｂに示すように、発光層３０側から順に、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１と、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ側クラッド層４２と、ｐ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３とが積層された積層構造を有する。ｐ側コンタクト層４３は、導波路部４０ａ１〜４０ａ５の最上層として形成されている。
これらの各層は、成長条件を調整することで、ほぼ均一な膜厚で形成することができる。
図１Ｂに示すように、ｐ側クラッド層４２は、凸部を有している。このｐ側クラッド層４２の凸部とｐ側コンタクト層４３とによってストライプ状の導波路部４０ａ１〜４０ａ５が構成されている。また、ｐ側クラッド層４２は、各導波路部の両側方に、平坦部４０ｂとして平面部を有している。つまり、平坦部４０ｂの最上面は、ｐ側クラッド層４２の表面であり、平坦部４０ｂの最上面にはｐ側コンタクト層４３が形成されていない。
電極部材５０は、第２半導体層４０の上方に配置されている。電極部材５０は、各導波路部よりも幅広である。つまり、電極部材５０の幅（Ｘ軸方向の幅）は、各導波路部の幅（Ｘ軸方向の幅）よりも大きい。電極部材５０は、誘電体層６０及び各導波路部の上面と接触している。
本実施の形態において、電極部材５０は、各発光部への電流供給のためのｐ側電極５１と、ｐ側電極５１の上方に配置されたパッド電極５２とを有する。
ｐ側電極５１は、各導波路部の上面と接触している。ｐ側電極５１は、各導波路部の上方においてｐ側コンタクト層４３とオーミック接触するオーミック電極であり、各導波路部の上面であるｐ側コンタクト層４３の上面と接触している。ｐ側電極５１は、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態において、ｐ側電極５１は、Ｐｄ／Ｐｔの２層構造を有する。
パッド電極５２は、各導波路部よりも幅広であって、誘電体層６０と接触している。つまり、パッド電極５２は、各導波路部及び誘電体層６０を覆うように形成されている。パッド電極５２は、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態において、パッド電極５２は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構造を有する。
なお、図１Ａに示すように、パッド電極５２は、半導体発光素子６０１を個片化する際の歩留まりを向上させるために、半導体発光素子６０１の上面視において、誘電体層６０の内側（つまり第２半導体層４０の内側）に形成されている。すなわち、半導体発光素子６０１を上面視した場合に、パッド電極５２は、半導体発光素子６０１の端部周縁には形成されていない。これにより、半導体発光素子６０１は、端部周縁に電流が供給されない非電流注入領域を有する。また、パッド電極５２が形成されている領域の各導波路部の長手方向（つまりＹ軸方向）に垂直な断面形状は、どの部分でも図１Ｂに示される形状となる。
誘電体層６０は、光を閉じ込めるために、各導波路部の側面に配置された絶縁膜である。具体的には、誘電体層６０は、各導波路部の側面（つまり、図１ＢのＸ軸方向と交差する面）から平坦部４０ｂにわたって連続的に形成されている。本実施の形態において、誘電体層６０は、各導波路部の周辺において、ｐ側コンタクト層４３の側面とｐ側クラッド層４２の凸部の側面とｐ側クラッド層４２の上面とにわたって連続して形成されている。本実施の形態では、誘電体層６０は、ＳｉＯ２で形成される。
誘電体層６０の形状は、特に限定されるものではないが、誘電体層６０は、各導波路部の側面及び平坦部４０ｂと接していてもよい。これにより、各導波路部の直下で発光した光を安定的に閉じ込めることができる。
また、高い光出力で動作させること（つまり高出力動作）を目的とした半導体発光素子では、光出射端面には誘電体多層膜などの端面コート膜が形成される。この端面コート膜は、端面のみに形成することが難しく、半導体発光素子６０１の上面にも回りこむ。この場合、半導体発光素子６０１のレーザ共振器長方向（つまり、図１Ａ及び図１ＢのＹ軸方向）の端部では、パッド電極５２が形成されていないため、端面コート膜が上面にまで回りこんでしまうと、半導体発光素子６０１の長手方向の端部で誘電体層６０と端面コート膜とが接してしまう場合がある。この際、誘電体層６０が形成されていない場合、又は、誘電体層６０の膜厚が光閉じ込めに対して薄い場合には、光が端面コート膜の影響を受けるため、光損失の原因となる。そこで、発光層３０で発生した光を十分に閉じ込めるには、誘電体層６０の膜厚は、１００ｎｍ以上にしてもよい。一方、誘電体層６０の膜厚が厚すぎると、パッド電極５２の形成が困難となるため、誘電体層６０の膜厚は、各導波路部の高さ以下にしてもよい。
また、各導波路部の側面及び平坦部４０ｂには、各導波路部を形成する際のエッチング工程でエッチングダメージが残存してリーク電流が発生する場合がある。しかしながら、本実施の形態では、各導波路部及び平坦部４０ｂを誘電体層６０で被覆することで、不要なリーク電流の発生を低減できる。
ｎ側電極８０は、基板６１０の下方に配置された電極であり、基板６１０とオーミック接触するオーミック電極である。ｎ側電極８０は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる積層膜である。ｎ側電極８０の構成はこれに限定されない。ｎ側電極８０は、Ｔｉ及びＡｕが積層された積層膜であってもよい。
基板６１０は、図１Ｂに示すように、導波路部４０ａ１〜４０ａ５の配列方向（Ｘ軸方向）の位置に応じてその厚さが異なる。本実施の形態では、各導波路部直下の基板６１０の厚さを、左端の導波路部の直下から順番にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４及びｄ５と定義する。なお、各導波路部直下の基板厚さとは、各導波路部（又は各発光部）の幅方向（Ｘ軸方向）の中心を通り、基板６１０と第１半導体層２０の境界面に垂直な線上の、基板６１０と第１半導体層２０との境界から、基板６１０とｎ側電極８０との境界までの距離のことである。本実施の形態では、左端の導波路部４０ａ１の直下から右端の導波路部４０ａ５の直下まで基板６１０の厚さは連続的に変化しており、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５の関係がある。つまり、基板６１０の厚さは、配列方向の一方の端部側において他方の端部側より大きい。また、基板６１０の下面（図１Ｂの下方の面）は、基板６１０の上面に対して配列方向において傾斜している。以上のような基板６１０を有する半導体発光素子６０１が奏する作用及び効果については後述する。
［半導体発光素子の製造方法］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子６０１の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｉを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｉは、本実施の形態に係る半導体発光素子６０１の製造方法における各工程を示す断面図である。
まず、図２Ａに示すように、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板である基板６１０上に、有機金属気層成長法（Metalorganic Chemical Vapor Deposition；ＭＯＣＶＤ法）を用いて、第１半導体層２０、発光層３０及び第２半導体層４０を順次成膜する。
具体的には、厚さ４００μｍの基板６１０の上に、第１半導体層２０としてｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層を３μｍ成長させる。続いて、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１を０．１μｍ成長させる。続いて、ＩｎＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮ量子井戸層との３周期からなる活性層３２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３を０．１μｍ成長させる。続いて、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１を１０ｎｍ成長させる。続いて、膜厚１．５ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮ層と膜厚１．５ｎｍのＧａＮ層とを１６０周期繰り返して形成した厚さ０．４８μｍの歪超格子からなるｐ側クラッド層４２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３を０．０５μｍ成長させる。ここで、各層において、Ｇａ、Ａｌ及びＩｎを含む有機金属原料には、例えば、それぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアンモニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。また、窒素原料には、アンモニア（ＮＨ３）を用いる。
次に、図２Ｂに示すように、第２半導体層４０上に、第１保護膜９１を成膜する。具体的には、ｐ側コンタクト層４３の上に、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、第１保護膜９１として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
なお、第１保護膜９１の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、例えば、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザ成膜法など、公知の成膜方法を用いることができる。また、第１保護膜９１の成膜材料は、上記のものに限るものではなく、例えば、誘電体や金属など、後述する第２半導体層４０（ｐ側クラッド層４２、ｐ側コンタクト層４３）のエッチングに対して、選択性のある材料であればよい。
次に、図２Ｃに示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、第１保護膜９１が帯状に残るように、第１保護膜９１を選択的に除去する。エッチング法としては、例えば、ＣＦ４などのフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチング、又は、１：１０程度に希釈した弗化水素酸（ＨＦ）などを用いたウェットエッチングを用いることができる。
次に、図２Ｄに示すように、帯状に形成された第１保護膜９１をマスクとして、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２をエッチングすることで、第２半導体層４０に導波路部４０ａ１〜４０ａ５及び平坦部４０ｂを形成する。ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２のエッチングとしては、Ｃｌ２などの塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングを用いてもよい。
次に、図２Ｅに示すように、帯状の第１保護膜９１を弗化水素酸などを用いたウェットエッチングによって除去した後、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２を覆うように、誘電体層６０を成膜する。つまり、導波路部４０ａ１〜４０ａ５及び平坦部４０ｂの上に誘電体層６０を形成する。誘電体層６０としては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ法によって、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
なお、誘電体層６０の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザ成膜法などの成膜方法を用いてもよい。
次に、図２Ｆに示すように、フォトリソグラフィー法と弗化水素酸を用いたウェットエッチングとにより、導波路部４０ａ１〜４０ａ５上の誘電体層６０のみを除去して、ｐ側コンタクト層４３の上面を露出させる。その後、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、導波路部４０ａ１〜４０ａ５上のみにＰｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１を形成する。具体的には、誘電体層６０から露出させたｐ側コンタクト層４３の上にｐ側電極５１を形成する。
なお、ｐ側電極５１の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法又はパルスレーザ成膜法などであってもよい。また、ｐ側電極５１の電極材料は、Ｎｉ／Ａｕ系、Ｐｔ系など、第２半導体層４０（ｐ側コンタクト層４３）とオーミック接触する材料であればよい。
次に、図２Ｇに示すように、ｐ側電極５１、誘電体層６０を覆うようにパッド電極５２を形成する。具体的には、フォトリソグラフィー法などによって、形成したい部分以外にレジストをパターニングし、基板６１０の上方の全面に真空蒸着法などによってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるパッド電極５２を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分の電極を除去する。これにより、ｐ側電極５１及び誘電体層６０の上に所定形状のパッド電極５２を形成できる。以上のように、ｐ側電極５１及びパッド電極５２からなる電極部材５０が形成される。
次に、図２Ｈに示すように、基板６１０を薄膜化する。これは、個片化を容易にすること、及び、放熱性を向上させることが目的である。基板６１０は、砥粒と薬液とを用いた物理的及び化学的研磨により薄膜化できる。本実施の形態では、厚さ４００μｍの基板６１０を厚さ約８５μｍまで薄膜化した。この際に、基板６１０を研磨面に対して斜めに設置することで、基板６１０の厚さ分布を制御できる。具体的には、基板６１０の端部が基板６１０のもう一方の端部よりも約３μｍ厚くなるように、基板６１０を研磨台に対して約０．１度傾けて研磨した。本実施の形態では、図１Ｂで定義した基板厚さ（ｄ１〜ｄ５）は、ｄ１＝８６．１μｍ、ｄ２＝８５．４μｍ、ｄ３＝８４．８μｍ、ｄ４＝８３．９μｍ、ｄ５＝８３．２μｍとした。このように、基板６１０の厚さを連続的に変化させ、かつ、基板６１０の下面を、基板６１０の上面に対して配列方向において傾斜させることができる。
なお、研磨以外の手法でも、例えば、ドライエッチングなどでも基板厚さの分布を調整できる。反応性ガスに高電圧を印加することでプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオン又はラジカルがウエハに衝突することでエッチングが進行する。このときに、プラズマの密度又はエネルギーに差があれば、基板６１０の位置に応じてエッチング量を調整できる。
例えば、供給するガスをウエハの一方の端部から供給し、ウエハの他方の端部から排気することで、基板６１０の位置に応じてエッチング量を調整できる。この手法ではガス供給の上流側でプラズマが多く生成され、下流側では少なくなる。この結果、上流側でエッチングが多く進行し、下流側で少なく進行する。
別の手法として、ガス供給を均一にした場合でも、印加する高電圧の分布を変えることで、基板６１０の位置に応じてエッチング量を調整できる。例えば、ウエハの一方の端部に高電圧を印加し、他方の端部では、これよりも小さい電圧を印加することで、エッチング量を変えることができる。
次に、図２Ｉに示すように、基板６１０の下面にｎ側電極８０を形成する。具体的には、基板６１０の裏面に真空蒸着法などによってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極８０を形成し、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いてパターニングすることで、所定形状のｎ側電極８０を形成する。これにより、本実施の形態に係る半導体発光素子６０１を製造することができる。
［半導体発光装置］
次に、本実施の形態に係る半導体発光素子６０１が実装された半導体発光装置について、図３Ａを用いて形態を説明する。図３Ａは、本実施の形態に係る半導体発光装置６０２の構成を示す模式的な断面図である。図３Ａに示すように、半導体発光装置６０２は、半導体発光素子６０１と、サブマウント１００と、を備える。サブマウント１００は、第１基台１０１と、第１電極１０２ａと、第３電極１０２ｂと、第１接着層１０３ａと、第３接着層１０３ｂとを有する。
第１基台１０１は、半導体発光素子６０１の基板６１０の下方に配置された基台であり、ヒートシンクとして機能する。第１基台１０１の材料は、特に限定されるものではないが、アルミナイトライド（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）などのセラミック、ＣＶＤで成膜されたダイヤモンド（Ｃ）、Ｃｕ、Ａｌなどの金属単体、又は、ＣｕＷなどの合金など、半導体発光素子６０１と比べて熱伝導率が同等かそれ以上の材料で構成されていてもよい。
第１電極１０２ａは、第１基台１０１の一方の面に配置される。また、第３電極１０２ｂは、第１基台１０１の他方の面に配置される。第１電極１０２ａ及び第３電極１０２ｂは、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ、膜厚０．２μｍのＰｔ及び膜厚０．２μｍのＡｕの三つの金属膜からなる積層膜である。
第１接着層１０３ａは、半導体発光素子６０１を第１基台に接着する接着層である。第１接着層１０３ａは、第１電極１０２ａの上方に配置される。第３接着層１０３ｂは、第３電極１０２ｂの上方（図３Ａの下側）に配置される。第１接着層１０３ａ及び第３接着層１０３ｂは、例えば、Ａｕ及びＳｎがそれぞれ７０％及び３０％の含有率で含まれる金スズ合金からなる共晶半田である。本実施の形態では、第１接着層１０３ａ及び第３接着層１０３ｂの最大厚さは、６μｍ程度である。第１接着層１０３ａは、半導体発光素子６０１の基板６１０及び第１基台１０１より熱伝導率が低い。
半導体発光素子６０１は、サブマウント１００に実装される。本実施の形態では、半導体発光素子６０１のｎ側電極８０側の面がサブマウント１００に接続される実装形態、つまりジャンクションアップ実装であるので、半導体発光素子６０１のｎ側電極８０がサブマウント１００の第１接着層１０３ａに接続される。ここで、半導体発光素子６０１の基板６１０の上面は、発光部７１〜７５の配列方向において、第１基台１０１の第１接着層１０３ａとの接合面と平行である。これにより、半導体発光素子６０１からの出射光の伝播方向と、第１基台１０１の上面と、がほぼ平行になるため、第１基台１０１の上面を光軸のアライメントの基準として利用できる。このため、光軸調整が容易な半導体発光装置６０２を実現できる。
図１Ｂで示したように、導波路部４０ａ１〜４０ａ５の直下の基板６１０の厚さｄ１〜ｄ５の間には、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５の関係がある。ここで、図３Ａに示すように、５つの導波路部４０ａ１〜４０ａ５直下（つまり、発光部７１〜７５直下）の第１接着層１０３ａの厚さを、左から順番に、ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４及びｓ５と定義する。本実施の形態では、ｓ１＝１．０μｍ、ｓ２＝１．６μｍ、ｓ３＝２．３μｍ、ｓ４＝３．３μｍ、ｓ５＝４．０μｍであった。ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４及びｓ５の間には、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３＜ｓ４＜ｓ５の関係がある。つまり、左側の第１接着層１０３ａの厚さが、右側よりも薄くなっている。なお、本実施の形態のように、第１接着層１０３ａに金スズ半田を用いて実装する場合、金スズ半田がｎ側電極８０の金及び第１電極１０２ａの金と共晶反応を起こすため、境界を判別するのが困難となることがある。その場合は、ここでの第１接着層１０３ａの厚さは、ｎ側電極８０の金スズ半田と共晶反応しない層（例えば、Ｐｔ）から、第１電極１０２ａの金スズ半田と共晶反応しない層（例えば、Ｐｔ）までの距離と定義する。なお、図示しないが、サブマウント１００は、放熱性の向上及び取り扱いの簡便化の目的で、例えば、金属パッケージに実装される。つまり、第３接着層１０３ｂによって金属パッケージに接着される。なお、第１基台１０１自体がパッケージとして機能してもよい。この場合、サブマウント１００は、第３接着層１０３ｂを備えなくてもよい。
また、図３Ａに示した半導体発光装置６０２では、半導体発光素子６０１はジャンクションアップ実装されたが、半導体発光素子６０１の電極部材５０側がサブマウント１００に接続される実装形態、すなわちジャンクションダウン実装を適用してもよい。以下、このような実装形態について図３Ｂを用いて説明する。
図３Ｂは、本実施の形態の変形例に係る半導体発光装置６０３の構成を示す模式的な断面図である。図３Ｂに示すように、本変形例に係る半導体発光装置６０３は、半導体発光素子６０１と、サブマウント３００と、放熱部２００と、を備える。サブマウント３００は、第２基台３０１と、第２電極３０２ａと、第４電極３０２ｂと、第２接着層３０３ａと、第４接着層３０３ｂと、を有する。放熱部２００は、第１基台２０１と、第１接着層２０３と、を有する。
第１基台２０１は、半導体発光素子６０１の基板６１０の下面（図３Ｂの上側面）の下方（図３Ｂの上側）に配置された基台である。第１接着層２０３は、半導体発光素子６０１を第１基台２０１に接着する接着層である。
第２基台３０１は、半導体発光素子６０１を挟んで第１基台２０１とは反対側に配置された基台である。第２接着層３０３ａは、半導体発光素子６０１を第２基台３０１に接着する接着層である。第２電極３０２ａは、第２基台３０１の一方の面に配置される。また、第４電極３０２ｂは、第２基台３０１の他方の面に配置される。本実施の形態では、第２電極３０２ａは、第２基台３０１の半導体発光素子６０１側の面に配置される。
本変形例に係る第２基台３０１及び第１基台２０１は、半導体発光装置６０２の第１基台１０１と同様の構成を有する。また、本変形例に係る第２電極３０２ａ及び第４電極３０２ｂは、半導体発光装置６０２の第１電極１０２ａ及び第３電極１０２ｂと同様の構成を有する。第４接着層３０３ｂは、半導体発光装置６０２の第３接着層１０３ｂと同様の構成を有する。
半導体発光装置６０３では、半導体発光素子６０１の電極部材５０がサブマウント３００の第２接着層３０３ａに接続される。このように、半導体発光素子６０１をジャンクションダウン実装することで、発熱源に近いｐ側がサブマウント３００に接続されるので、半導体発光素子６０１の放熱性を向上させることができる。第２接着層３０３ａは、例えば、Ａｕ及びＳｎがそれぞれ７０％及び３０％の含有率で含まれる金スズ合金からなる最大厚さ３μｍ程度の共晶半田である。さらに、放熱性を向上させるため、ｎ側電極８０側にも放熱部２００を接続する。放熱部２００上の一面には、第１接着層２０３が形成されており、この第１接着層２０３がｎ側電極８０と接続されている。このように、半導体発光素子６０１の両側を熱伝導率が高い材料で挟むことで、半導体発光装置６０３の放熱性を向上させることができる。
本変形例では、半導体発光素子６０１のｎ側電極８０が接続される第１接着層２０３の厚さが、配列方向における位置によって異なる。図３Ｂに示すように、第１接着層２０３の厚さを、ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４及びｗ５と定義する。基板６１０の厚さ（ｄ１〜ｄ５）は、半導体発光装置６０２と同じである。本実施の形態では、ｗ１＝１．３μｍ、ｗ２＝２．２μｍ、ｗ３＝３．２μｍ、ｗ４＝４．１μｍ及びｗ５＝５．２μｍであった。
第１接着層２０３は、例えば、第１の実装形態と同様に、膜厚０．１μｍのＴｉ、膜厚０．２μｍのＰｔ及び膜厚０．２μｍのＡｕの三つの金属膜からなる積層膜上に、Ａｕ及びＳｎがそれぞれ７０％及び３０％の含有率で含まれる金スズ合金からなる最大厚さ６μｍ程度の共晶半田が形成された構造を有する。この場合、ｎ側電極８０と放熱部２００とを強固に接続できるため、半導体発光素子６０１からの熱を効率よく排熱することができる。また、第１接着層２０３として、例えば、金などの第１基台２０１及び基板６１０に対して柔らかい材料を用いることもできる。この場合、第１接着層２０３とｎ側電極８０は接触しているだけなので半導体発光素子６０１の固定はできないが、レーザからの熱を排熱することができる。また、この構成では半導体発光素子６０１にかかる不要な応力を減らすことができるため、信頼性が向上する。
また、本実施の形態では、各接着層の材料として金スズ合金を示したが、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系半田など、基板６１０、第１基台１０１及び２０１、並びに、第２基台３０１より熱伝導率が低い材料であれば、半導体接合に用いられている公知の材料を用いてもよい。
［外部共振型レーザ装置］
次に、本実施の形態に係る半導体発光装置６０２を用いた外部共振型レーザ装置について図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る外部共振型レーザ装置６０５の構成を示す模式図である。図４には、半導体発光装置６０２の５本の導波路部４０ａ１〜４０ａ５から出射された光の光路も併せて示されている。
図４に示すように、本実施の形態に係る外部共振型レーザ装置６０５は、半導体発光装置６０２と、光学系５Ｐとを備える。半導体発光装置６０２と組み合わせて用いられる光学系５Ｐは、光学レンズ５Ｌと、回折格子５Ｄと、出力結合器５Ｃとを含む。光学レンズ５Ｌは、半導体発光素子６０１の光出射端面に対向して配置される集光レンズである。回折格子５Ｄは、本実施の形態に係る波長分散素子の一例であり、半導体発光素子６０１から出射された複数のレーザ光の波長合成を行う。出力結合器５Ｃは、半導体発光素子６０１を含む外部共振器の出力側の反射器を構成する素子であり、本実施の形態では、部分反射鏡からなる。
半導体発光装置６０２から出射された光は光学レンズ５Ｌによって、回折格子５Ｄへと集光される。回折格子５Ｄは、光の入射角度と反射角度とに波長依存性を有する光学素子である。半導体発光装置６０２内の導波路部４０ａ１〜４０ａ５の位置はそれぞれ異なっている。図４に示すように、導波路部４０ａ１〜４０ａ５から出射された光の回折格子５Ｄへの入射角度はそれぞれθ１〜θ５となる。回折格子５Ｄの角度を適切に調整することで、各導波路部から出射された光を同じ方向（反射角θ０の方向）に反射（回折）させることができる。反射された光は出力結合器５Ｃへと導かれ、外部へと取り出される。出力結合器５Ｃでは、入射した光の一部の光が反射し、再び各導波路部へと戻る。このように、出力結合器５Ｃと半導体発光装置６０２とによって外部共振器が形成されるため、レーザ発振が可能となる。また、回折格子５Ｄの反射の波長依存性を利用することで、半導体発光装置６０２の各導波路部の発振波長（λ１〜λ５）を、各導波路部の位置に応じて調整することができる。
［半導体発光素子の作用効果］
次に、本実施の形態に係る半導体発光装置６０２の作用効果について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る半導体発光装置６０２の各導波路部の温度の概要を示すグラフである。図５において、本実施の形態に係る半導体発光装置６０２における半導体発光素子６０１の各導波路部の温度が実線で示されており、特許文献１に記載されたような構成を有する比較例の半導体発光装置の各導波路部の温度が破線で示されている。従来の構造では、図５に破線で示すように、中央部の導波路部の温度が、端部の導波路部の温度よりも高い。これは、中央部の導波路部ほど外側の導波路部で発生した熱の影響を受けるためである。これに対し、実線で示す本実施の形態に係る半導体発光装置６０２では、一方の端部側の導波路部の温度を下げ、他方の端部側の導波路部の温度を上げることで、温度分布に傾斜をつけている。これは、図３Ａに示したように、一方の端部側（図３Ａの左側）の第１接着層１０３ａの厚さを、他方の端部側（図３Ａの右側）の第１接着層１０３ａの厚さよりも薄くすることで、一方の端部側での放熱効果を高めた効果である。この効果について具体的に説明する。第１接着層１０３ａは、金スズ合金で構成されており、その熱伝導率は５７Ｗ／ｍ・Ｋである。また、基板６１０は、ＧａＮで構成されており、その熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋである。接合に用いている第１接着層１０３ａの熱伝導率が基板６１０の熱伝導率よりも小さいため、第１接着層１０３ａは薄い方が放熱性は向上する。一方、半導体発光素子６０１と第１基台１０１との接合強度を保つためには、第１接着層１０３ａはある程度の厚さが必要となるため、一様に第１接着層１０３ａを薄くすることはできない。そこで本実施の形態では、基板６１０の左側を厚くすることで、その直下の第１接着層１０３ａを薄くし、左側のみ放熱性を向上させた。なお、図３Ｂに示す半導体発光装置６０３でも効果は同様である。半導体発光装置６０３においても第１接着層２０３の厚さを異ならせることで、導波路部の温度分布に傾斜をつけている。
続いて、上述のように導波路部の温度分布を有する半導体発光装置６０２の各導波路部の利得スペクトルについて図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ比較例及び本実施の形態に係る半導体発光装置の各導波路部における発振波長の利得スペクトルを示す図である。図６Ａ及び図６Ｂでは、利得スペクトルが帯状の長方形で示されている。各導波路部の利得スペクトルはある幅をもっており、温度によってスペクトル分布が変化する。利得スペクトルは、温度が高いと長波側へとシフトし、温度が低いと短波側へとシフトする。図６Ａに示す比較例の半導体発光装置では、中央の導波路部の温度が高くなるため、利得スペクトルも中央の導波路部において長波側へとシフトする。図６Ａ及び図６Ｂの丸印は、図４に示したような外部共振器を用いた場合の各導波路部における発振波長を示す。図６Ａの左側及び中央の導波路部では、外部共振器を用いた場合の発振波長が利得スペクトルの中に入っているのでレーザ発振可能である。しかしながら、右端の導波路部では利得スペクトルと発振波長が大きく離れている。このような場合は、レーザの発光効率が大きく低下したり、レーザ発振できなかったりするという課題が生じる。
一方、図６Ｂに示す本実施の形態に係る半導体発光装置６０２の場合、一方の端部側（図６Ｂの左側）の導波路部の温度より他方の端部側（図６Ｂの右側）の導波路部の温度を高くすることができる。このため、他方の端部側の導波路部の利得スペクトルを長波側にシフトさせることができる。このような半導体発光装置６０２によれば、複数の導波路部において、一方の端部側から他方の端部側に向かって発振波長を徐々に長波にシフトさせることができる。これにより、図４に示すように半導体発光装置６０２と、波長分散素子とを用いた外部共振型レーザ装置６０５を構成した場合に、図６Ｂに示すように各導波路部における外部共振器によって決定される発振波長と、半導体発光装置６０２の各導波路部における利得スペクトルとを一致させることができる。したがって、半導体発光装置６０２の各導波路部における発光効率の低下を抑えることができる。その結果、他方の端部側（図６Ｂの右側）の導波路部においても、外部共振器によって決定される発振波長は利得スペクトルの範囲内に入るので、効率よくレーザ発振を実現できる。
（変形例）
以上、本開示に係る半導体発光素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
例えば、上記実施の形態に係る半導体発光装置６０２においては、半導体発光素子６０１の基板６１０は、基板６１０の一方の端部（図１Ｂでは左側端部）における厚さが最大であったが、基板６１０の構成はこれに限定されない。以下、各変形例について図７Ａ〜７Ｃ及び図８を用いて説明する。図７Ａ〜図７Ｃは、それぞれ変形例１〜３に係る半導体発光装置６０２ａ〜６０２ｃの構成を示す模式的な断面図である。図８は、変形例４に係る半導体発光装置７０２の構成を示す模式的な断面図である。図７Ａ〜図７Ｃに示す半導体発光装置６０２ａ〜６０２ｃは、それぞれ半導体発光素子６０１ａ〜６０１ｃの基板６１０ａ〜６１０ｃの形状において、実施の形態に係る半導体発光装置６０２と相違し、その他の点において一致する。
図７Ａに示す変形例１に係る半導体発光装置６０２ａのように、基板６１０ａの厚さは、一方の端部において最大とならなくてもよい。図７Ａに示す例では、導波路部４０ａ１の直下付近において基板６１０ａの厚さが最大となっている。このような構成であっても、導波路部４０ａ１〜４０ａ５のそれぞれの直下の基板６１０ａの厚さｄ１〜ｄ５に対して、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５が成り立ち得る。これに伴い、導波路部４０ａ１〜４０ａ５のそれぞれの直下の第１接着層１０３ａの厚さｓ１〜ｓ５に対して、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３＜ｓ４＜ｓ５が成り立つ。このため、本変形例に係る半導体発光装置６０２ａにおいても、上記実施の形態に係る半導体発光装置６０２と同様の効果を得られる。
また、図７Ｂに示す変形例２に係る半導体発光装置６０２ｂのように、基板６１０ｂの厚さは、左端の導波路部４０ａ１の直下付近で一様となってもよい。言い換えると、基板６１０ｂの下面は、配列方向の一部において上面と平行であってもよい。このような構成であっても、導波路部４０ａ１〜４０ａ５のそれぞれの直下の第１接着層１０３ａの厚さｓ１〜ｓ５に対して、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３＜ｓ４＜ｓ５が成り立ち得る。このため、本変形例に係る半導体発光装置６０２ｂにおいても、上記実施の形態に係る半導体発光装置６０２と同様の効果を得られる。
また、図７Ｃに示す変形例３に係る半導体発光装置６０２ｃのように、基板６１０ｃの厚さは、ステップ状に変化してもよい。言い換えると、基板６１０ｃの厚さは、離散的に変化してもよい。このような構成であっても、導波路部４０ａ１〜４０ａ５のそれぞれの直下の第１接着層１０３ａの厚さｓ１〜ｓ５に対して、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３＜ｓ４＜ｓ５が成り立ち得る。このため、本変形例に係る半導体発光装置６０２ｃにおいても、上記実施の形態に係る半導体発光装置６０２と同様の効果を得られる。
また、図８に示す変形例４に係る半導体発光装置７０２のように、厚さの一様な基板７１０を有する半導体発光素子７０１と、サブマウント５１０と、を備えてもよい。サブマウント５１０は、第１基台５１１と、第１電極５１２ａと、第１接着層５１３ａと、第３電極５１２ｂと、第３接着層５１３ｂと、を有する。本変形例に係る導波路部４０ａ１〜４０ａ５のそれぞれ直下における第１基台５１１の厚さｔ１〜ｔ５は、半導体発光素子７０１の発光部７１〜７５の配列方向の一方の端部側において、他方の端部側より大きい。第１基台５１１の半導体発光素子７０１側の面は、配列方向の一方の端部側（図８の左側）から他方の端部側（図８の右側）に向かって下向きに傾斜している。このため、第１接着層５１３ａの厚さは、発光部７１〜７５の配列方向の一方の端部側において、他方の端部側より小さい。また、本変形例においても、上記実施の形態と同様に、第１基台５１１は、第１接着層５１３ａより熱伝導率が高い。このように、本変形例に係る半導体発光装置７０２においては、第１基台５１１より熱伝導率が低い第１接着層５１３ａの配列方向の一方の端部側における厚さを小さくすることで、第１接着層５１３ａの一方の端部側での放熱性を他方の端部側より高めることができる。これにより、複数の発光部７１〜７５のうち配列方向の他方の端部側の発光部の利得スペクトルを一方の端部側の発光部より長波側へとシフトできる。したがって、本変形例においても、上記実施の形態に係る半導体発光装置６０２と同様の効果を得られる。
また、上記実施の形態及び各変形例では、複数の発光部の配列方向において基板及び第１基台の一方だけの厚さが異なる構成を有したが、基板及び第１基台の両方の厚さが異なってもよい。また、複数の発光部の配列方向の一方の端部側において他方の端部側より、第２基台の厚さが大きくてもよい。これにより、第２接着層の厚さを、複数の発光部の配列方向の一方の端部側において、他方の端部側より小さくすることができる。これにより、第２基台側においても、第１基台側と同様に、配列方向の一方の端部側での放熱性を他方の端部側より高めることができる。
また、上記実施の形態及び各変形例に係る各半導体発光素子においては、窒化物半導体が用いられたが、半導体発光素子において用いられる半導体材料は、これに限定されない。例えば、半導体発光素子は、活性層がＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓからなる量子井戸構造を有し、赤色レーザ光を出射してもよいし、活性層がＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸構造を有し、赤外レーザ光を出射してもよい。
また、上記実施の形態及び各変形例では、第１接着層及び第２接着層は、ゼロより大きい厚さを有したが、厚さがゼロの領域を有してもよい。例えば、複数の発光部の配列方向の一方の端部において第１接着層及び第２接着層の厚さはゼロであってもよい。この場合、半導体発光素子の基板と第１基台及び第２基台とが接してもよい。
また、上記実施の形態及び各変形例では、半導体発光素子の基板として半導体基板を用いたが、半導体発光素子の基板は、半導体でなくてもよい。例えば、基板は、サファイアなどで形成されてもよい。この場合、第１導電側の電極は、基板の上面側に配置されてもよい。
また、上記実施の形態及び各変形例に係る半導体発光素子においては、第２半導体層に形成されたストライプ構造を用いて電流狭窄を実現したが、電流狭窄を実現するための手段は、これに限定されず、電極ストライプ構造、埋め込み型構造などを使用してもよい。
本開示に係る半導体レーザは、画像表示装置、照明又は産業機器などの光源として利用することができ、特に、比較的に高い光出力を必要とする機器の光源として有用である。
５Ｃ 出力結合器
５Ｄ 回折格子
５Ｌ 光学レンズ
５Ｐ 光学系
２０ 第１半導体層
３０ 発光層
３１ ｎ側光ガイド層
３２ 活性層
３３ ｐ側光ガイド層
４０ 第２半導体層
４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３、４０ａ４、４０ａ５ 導波路部
４０ｂ 平坦部
４１ 電子障壁層
４２ ｐ側クラッド層
４３ ｐ側コンタクト層
５０ 電極部材
５１ ｐ側電極
５２ パッド電極
６０ 誘電体層
７１、７２、７３、７４、７５ 発光部
８０ ｎ側電極
９１ 第１保護膜
１００、３００、５１０ サブマウント
１０１、２０１、５１１ 第１基台
１０２ａ、５１２ａ 第１電極
１０２ｂ、５１２ｂ 第３電極
１０３ａ、２０３、５１３ａ 第１接着層
１０３ｂ、５１３ｂ 第３接着層
２００ 放熱部
３０１ 第２基台
３０２ａ 第２電極
３０２ｂ 第４電極
３０３ａ 第２接着層
３０３ｂ 第４接着層
６０１、６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、７０１ 半導体発光素子
６０２、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、６０３、７０２ 半導体発光装置
６０５ 外部共振型レーザ装置
６１０、６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ、７１０ 基板
１００３ 支持体
１００６ 導電性接着材
１００７ 金属配線体
１００８ レーザ電極
１００９ 樹脂
１０１０ アレイ型半導体レーザ素子
１０１１、１０１２、１０１３、１０１４ ストライプ

Claims (9)

  1. 基板と、前記基板の上面に沿って配列された複数の発光部と、を有する半導体発光素子と、
    前記基板の下面の下方に配置された第１基台と、
    前記半導体発光素子を前記第１基台に接着する第１接着層と、を備え、
    前記基板は、前記第１接着層より熱伝導率が高く、
    前記第１接着層の厚さは、前記複数の発光部の配列方向の一方の端部側において、他方の端部側より小さい
    半導体発光装置。
  2. 前記基板の厚さは、前記配列方向の前記一方の端部側において前記他方の端部側より大きい
    請求項１記載の半導体発光装置。
  3. 前記基板の前記下面は、前記基板の上面に対して前記配列方向において傾斜している
    請求項２記載の半導体発光装置。
  4. 前記基板の前記上面は、前記配列方向において、前記第１基台の前記第１接着層との接合面と平行である
    請求項２又は３記載の半導体発光装置。
  5. さらに、前記半導体発光素子を挟んで前記第１基台とは反対側に配置された第２基台と、
    前記半導体発光素子を前記第２基台に接着する第２接着層と、を備える
    請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体発光装置。
  6. 前記第１基台は、前記第１接着層より熱伝導率が高い
    請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体発光装置。
  7. 基板と、前記基板の上面に沿って配列された複数の発光部と、を有する半導体発光素子と、
    前記基板の下面の下方に配置された第１基台と、
    前記半導体発光素子を前記第１基台に接着する第１接着層と、を備え、
    前記第１基台は、前記第１接着層より熱伝導率が高く、
    前記第１接着層の厚さは、前記複数の発光部の一方の端部側において、他方の端部側より小さい
    半導体発光装置。
  8. 前記第１基台の厚さは、前記一方の端部側において前記他方の端部側より大きい
    請求項７記載の半導体発光装置。
  9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の半導体発光装置と、
    波長分散素子とを備える
    外部共振型レーザ装置。
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