(57)【要約】【課題】高い放熱性と製造の簡便性とを維持しつつ、半導体レーザ素子を、半田を介してサブマウントなどに接合する前と後とで、偏光特性が大きく異なってしまうのを抑制することの可能な半導体レーザ素子およびそれを備えた半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】リッジ部１１Ａの上面から少なくともリッジ部１１Ａの両側面に渡って金めっき層１４が形成されている。この金めっき層１４のうち少なくともリッジ部１１Ａの両側面との対向部分の表面に、半田層３０と反応しない非反応層１５が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む帯状の１または複数のリッジ部と、
前記リッジ部の上面から少なくとも前記リッジ部の両側面に渡って形成されると共に前記リッジ部の上面と電気的に接続された金属層と、
前記金属層のうち前記リッジ部の両側面との対向部分の表面に形成された、半田と反応しない非反応層と
を備えた半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記非反応層は、絶縁材料または前記半田と合金化しない非合金化材料によって構成されている請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記絶縁材料は、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＢＮまたはＺｒＯ２である請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記非合金化材料は、Ｐｔ、Ｍｏ、ＣｒまたはＷである請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記金属層は、
前記リッジ部の上面から裾野に渡って形成されると共に前記リッジ部の上面と電気的に接続された第一電極層と、
前記第一電極層のうち前記リッジ部の上面との対向部分から少なくとも前記リッジ部の両側面との対向部分に渡って形成された第二電極層と
を有し、
前記第二電極層は、金めっきによって構成されている請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第二電極層は、前記リッジ部に対して幅方向に対称な形状となっている請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
半導体レーザ素子と、
サブマウントと、
前記半導体レーザ素子と前記サブマウントとを互いに接合する半田層と
を備え、
前記半導体レーザ素子は、
活性層を含む帯状の１または複数のリッジ部と、
前記リッジ部の上面から少なくとも前記リッジ部の両側面に渡って形成されると共に前記リッジ部の上面と電気的に接続された第一金属層と、
前記第一金属層のうち前記リッジ部の両側面との対向部分の表面に形成された、半田と反応しない非反応層と
を有し、
前記サブマウントは、
絶縁性の放熱部と、
前記放熱部のうち前記半導体レーザ素子側の表面であって、かつ前記第一金属層との対向領域に形成された１または複数の第二金属層と
を有し、
前記半田層は、前記第一金属層と前記第二金属層とに接して形成されている半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々のエミッタを独立に駆動することの可能なレーザ素子およびレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子では、放熱性を良くするために、素子を熱伝導性の高いサブマウントなどに接合することが一般的に行われている。このとき、素子のストライプをサブマウント側に向けて、ジャンクションダウンで素子をサブマウントなどに接合し、かつ素子のストライプ上に金めっきを設けることが、放熱性の観点から好ましい。
【０００３】
しかし、金めっきは、高い放熱性を有しているものの、素子に不均一な応力を与え、偏光特性へ悪影響を及ぼすことがある。特に、素子のストライプに対して、左右非対称に金めっきを形成した場合には、金めっきが偏光特性へ大きく悪影響を及ぼす。素子に生じる応力を均一にするには、理論的には、ストライプに対して、左右対称に金めっきを形成すればよい。ところが、実際には、金めっきを左右対称に形成したとしても、ジャンクションダウンで組立を行うと、金めっきの側面が半田と不均一に接合し、その不均一な接合によって、ストライプに不均一な応力がかかってしまうという問題点があった。そこで、例えば、特許文献１に記載されているように、ストライプ上に設けた金めっきに対しては半田を接合せず、ストライプとは異なる部分に設けた金属層と、サブマウントなどとを半田で接合することが考えられる。また、例えば、特許文献２に記載されているように、ストライプを金めっきで埋め込み、表面を平坦化した上で、金めっきの表面に、半田と合金化しない非合金化層を設けることが考えられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６０１８０号公報
【特許文献２】特開２００８−２１７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載の方法では、ストライプに掛かる応力を低減させることが可能だが、ストライプ上の金めっきを半田と接合させないので、放熱性が悪い。従って、この方法は、有効な解決策とは言えない。また、上記特許文献２に記載の方法でも、ストライプに掛かる応力を低減させることが可能だが、金めっきで表面を平坦化するためには、金めっきをかなり厚くしなければならない。従って、この方法は、あまり現実的ではない。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高い放熱性と製造の簡便性とを維持しつつ、半導体レーザ素子を、半田を介してサブマウントなどに接合する前と後とで、偏光特性が大きく異なってしまうのを抑制することの可能な半導体レーザ素子およびそれを備えた半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体レーザ素子は、活性層を含む帯状の１または複数のリッジ部を備えたものである。リッジ部の上面から少なくともリッジ部の両側面に渡って金属層が形成されており、金属層はリッジ部の上面と電気的に接続されている。金属層のうちリッジ部の両側面との対向部分の表面には、半田と反応しない非反応層が形成されている。
【０００８】
本発明の半導体レーザ素子では、リッジ部の上面から少なくともリッジ部の両側面に渡って形成された金属層のうちリッジ部の両側面との対向部分の表面に、半田と反応しない非反応層が形成されている。これにより、半導体レーザ素子を、半田を介してサブマウントなどに接合する際に、金属層のうちリッジ部との対向部分の両側面が半田と反応する虞がなくなる。
【０００９】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、サブマウントと、半導体レーザ素子とサブマウントとを互いに接合する半田層とを備えたものである。半導体レーザ素子は、活性層を含む帯状の１または複数のリッジ部と、リッジ部の上面から少なくともリッジ部の両側面に渡って形成されると共にリッジ部の上面と電気的に接続された第一金属層と、第一金属層のうちリッジ部の両側面との対向部分の表面に形成された、半田と反応しない非反応層とを有している。サブマウントは、絶縁性の放熱部と、放熱部のうち半導体レーザ素子側の表面であって、かつ第一金属層との対向領域に形成された１または複数の第二金属層とを有している。半田層は、第一金属層と第二金属層とに接して形成されている。
【００１０】
本発明の半導体レーザ装置では、リッジ部の上面から少なくともリッジ部の両側面に渡って形成された金属層のうちリッジ部の両側面との対向部分の表面に、半田と反応しない非反応層が形成されている。これにより、金属層のうちリッジ部との対向部分の両側面が半田と反応する虞がなくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体レーザ素子および半導体レーザ装置によれば、金属層のうちリッジ部との対向部分の両側面が半田と反応しないようにしたので、金属層が金めっきによって構成されている場合であっても、金属層の側面が半田と不均一に接合し、その不均一な接合によって、リッジ部に不均一な応力がかかる虞をなくすることができる。これにより、半導体レーザ素子を、半田を介してサブマウントなどに接合する前と後とで、偏光特性が大きく異なってしまうのを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明では、リッジ部上の金属層をサブマウントなどに接合することが可能であることから、高い放熱性を得ることができる。また、金属層の側面に非反応層を設けるだけなので、製造上の制約は特になく、製造の簡便性は損なわれていない。以上のことから、本発明では、高い放熱性と製造の簡便性とを維持しつつ、半導体レーザ素子を、半田を介してサブマウントなどに接合する前と後とで、偏光特性が大きく異なってしまうのを抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（マルチビーム）
２．変形例（シングルビーム）
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面構成の一例を表したものである。本実施の形態の半導体レーザ装置は、例えば、ストライプ状のエミッタを複数備えたマルチビーム半導体レーザであり、各エミッタの端面からレーザビームが射出される端面発光型の半導体レーザである。なお、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ素子については、本実施の形態の半導体レーザ装置の説明と併せて説明する。
【００１５】
本実施の形態の半導体レーザ装置１は、半導体レーザ素子１０と、サブマウント２０と、これらを接合する半田層３０とを備えたものである。半導体レーザ素子１０は、例えば、図１に示したように、ジャンクションダウンでサブマウント２０と接合されている。
【００１６】
半導体レーザ素子１０は、レーザ部１１を有しており、レーザ部１１の上面に電極層１２を、レーザ部１１の下面に電極層１３を有している。電極層１２上には金めっき層１４が設けられており、金めっき層１４の側面には非反応層１５が設けられている。なお、以下では、まず、レーザ部１１について説明したのちに、電極層１２，１３、金めっき層１４、非反応層１５、サブマウント２０および半田層３０について順次、詳細に説明する。なお、電極層１２および金めっき層１４が、本発明の「金属層」および「第一金属層」の一具体例に相当する。また、電極層１２は、本発明の「第一電極層」の一具体例にも相当し、金めっき層１４は、本発明の「第二電極層」の一具体例にも相当する。
【００１７】
［レーザ部１１］
まず、レーザ部１１について説明する。図２は、レーザ部１１の断面構成の一例を拡大して表したものである。レーザ部１１は、例えば、図２に示したように、基板４１上に、クラッド層４２、活性層４３、クラッド層４４およびコンタクト層４５を基板４１側からこの順に含む半導体層を備えたものである。なお、図示しないが、この半導体層には、上記した層以外の層（例えば、バッファ層やガイド層など）がさらに設けられていてもよい。この半導体層には帯状の複数のリッジ部１１Ａが互いに並列配置されており、各リッジ部１１Ａが端面からレーザビームを互いに独立に射出するエミッタとして機能する。なお、図１には、リッジ部１１Ａが４つ設けられている場合が例示されているが、２つもしくは３つ設けられていてもよいし、５つ以上設けられていてもよい。
【００１８】
リッジ部１１Ａは、例えば、クラッド層４５の上部およびコンタクト層４５を含んでいる。リッジ部１１Ａの幅Ｗ１（リッジ部１１Ａの延在方向と直交する方向の幅）は、例えば、５μｍ以下となっており、レーザ部１１は、いわゆるナロウストライプ型のレーザに属する。また、互いに隣り合うリッジ部１１Ａ同士のピッチ（ビームピッチ）Ｗ２は、リッジ部１１Ａの幅Ｗ１の大きさによって異なるが、例えば、十数μｍ以上５０μｍ以下となっており、この場合には、レーザ部１１は、いわゆる挟ピッチタイプのレーザに属する。例えば、リッジ部１１Ａの幅Ｗ１が５μｍとなっているときに、ビームピッチＷ２が３０μｍとなっている。
【００１９】
各リッジ部１１Ａには、リッジ部１１Ａをリッジ部１１Ａの延在方向から挟み込む一対の端面が形成されており、これらの端面によって共振器が構成されている。一対の端面は、例えばへき開によって形成されたものであり、所定の間隙を介して互いに対向配置されている。さらに、一対の端面のうち光射出側の端面（前端面）には低反射膜(図示せず)が形成されており、一対の端面のうち光射出とは反対側の端面（後端面）には高反射膜（図示せず）が形成されている。
【００２０】
ここで、基板４１は、例えばｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。クラッド層４２は、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる。活性層４３は、例えばアンドープのＧａＩｎＰからなる。この活性層４３において、後述の電極層４６との対向領域を含む帯状の領域が発光領域４３Ａとなる。この発光領域４３Ａは、電極層４６からの電流が注入される電流注入領域に対応している。クラッド層４４は、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなり、コンタクト層４５は、例えばｐ型ＧａＡｓからなる。ｐ型不純物としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）などが挙げられる。
【００２１】
リッジ部１１Ａの両側面および裾野に渡って、電流狭窄層４６が設けられている。この電流狭窄層４６は、電極層１２側から注入される電流を狭窄するものであり、例えば、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる。
【００２２】
［電極層１２］
電極層１２は、リッジ部１１Ａの上面からリッジ部１１Ａの両側面および裾野に渡って設けられている。具体的には、電極層１２は、コンタクト層４５および電流狭窄層４６に接して設けられている。なお、電極層１２は、リッジ部１１Ａに対して幅方向に対称な形状となっていてもよいし、なっていなくてもよい。
【００２３】
［電極層１３］
電極層１３は、基板４１の裏面に設けられており、例えば、基板４１の裏面のうち各リッジ部１１Ａとの対向領域を含む領域に連続して（ベタに）形成されている。電極層１３は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側からこの順に積層して構成されており、基板４１と電気的に接続されている。
【００２４】
［金めっき層１４］
金めっき層１４は、電極層１２の表面であって、かつ金属層１２のうちリッジ部１１Ａの上面との対向部分から少なくともリッジ部１１Ａの両側面との対向部分に渡って形成されている。なお、図１、図２には、金めっき層１４が、リッジ部１１Ａの上面および両側面をすっぽりと覆うように形成されている場合が例示されている。金めっき層１４において、例えば、図１、図２に示したように、電極層１２のうちリッジ部１１Ａとの対向部分の表面と金めっき層１４の上面との距離がほぼ一定となっていることが好ましい。その距離は、必要とする放熱性の程度やビームピッチＷ２の大きさなどにも依るが、例えば、リッジ部１１Ａの幅Ｗ１とほぼ等しいか、もしくはそれよりも若干大きい程度となっていることが好ましい。また、金めっき層１４は、リッジ部１１Ａに対して幅方向に対称な形状となっていることが好ましい。
【００２５】
なお、図２に示したように、金めっき層１４の上面と、半田層３との界面およびその近傍には、金めっき層１４に含まれる材料と半田層３に含まれる材料とが合金化した領域（合金化領域３１）が若干、存在する。この合金化領域３１は、後述するように、半導体レーザ素子１０と、サブマウント２０とを半田層３０を介して接合する際に形成されたものである。
【００２６】
［非反応層１５］
非反応層１５は、金めっき層１４の側面に設けられており、少なくとも金めっき層１４のうちリッジ部１１Ａの両側面との対向部分の表面に設けられている。なお、図１、図２には、金めっき層１４の側面全体に非反応層１５が設けられている場合が例示されている。この非反応層１５は、半田層３０と反応しない材料を含んで構成されており、例えば、絶縁材料、または半田層３０と合金化しない非合金化材料を含んで構成されている。ここで、上記絶縁材料としては、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＢＮまたはＺｒＯ２などが挙げられる。また、上記非合金化材料としては、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、ＣｒまたはＷなどが挙げられる。
【００２７】
［サブマウント２０］
サブマウント２０は、例えば、図１に示したように、放熱部２１と、放熱部２１の一の面上に形成された金属層２２（第二金属層）とを有している。放熱部２１は、放熱性の高い絶縁性材料、例えばＡｌＮなどによって構成されている。金属層２２は、半導体レーザ素子１０のリッジ部１１Ａとの対向領域に一つずつ別個に形成されており、例えば、帯状の形状となっている。金属層２２は、例えば、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕを放熱部２１側から順に積層して構成されており、半田層３０、金めっき層１４、電極層１２を介してリッジ部１１Ａの上面と電気的に接続されている。
【００２８】
［半田層３０］
半田層３０は、半導体レーザ素子１０の金めっき層１４および電極層１２と、サブマウント２０の金属層２２とに接して形成されており、半導体レーザ素子１０とサブマウント２０とを互いに接合している。この半田層３０は、例えば、ＡｇＳｎもしくはＡｕＳｎからなり、半導体レーザ素子１０で発生した熱をサブマウント２０に伝達すると共に、金めっき層１４および電極層１２と金属層２２とを互いに電気的に接続する役割を有している。
【００２９】
次に、図３（Ａ）〜（Ｅ）および図４（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施の形態の半導体レーザ装置１の製造方法の一例について説明する。なお、図３（Ａ）〜（Ｅ）および図４（Ａ），（Ｂ）は、製造過程における素子の一部分（一つのリッジ部１１Ａおよびその周辺）の断面図である。
【００３０】
まず、所定の方法を用いて、リッジ部１１Ａを有するレーザ部１１を作製する（図３（Ａ）。次に、例えば、蒸着法を用いて、リッジ部１１Ａの上面から両側面および裾野にわたって金属層１２を形成する（図３（Ｂ））。続いて、めっき成膜法を用いて、金属層１２の表面に、例えば、リッジ部１１Ａに対して幅方向に対称な形状となるように、金めっき層１４を形成する（図３（Ｃ））。
【００３１】
次に、例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法を用いて、金めっき層１４を含む表面全体に非反応層１５Ｄを成膜したのち（図３（Ｄ））、例えば、ドライエッチング法を用いて、非反応層１５Ｄをエッチバックする。これにより、非反応層１５Ｄのうちリッジ部１１Ａの上面との対向部分と、リッジ部１１Ａの裾野との対向部分とが除去され、リッジ部１１Ａの両側面にだけ非反応層１５が形成される（図３（Ｅ））。その後、へき開およびダイシングを行い、チップ状に成形する。このようにして、半導体レーザ素子１０が製造される。
【００３２】
その後、図示しないが、半導体レーザ素子１０のリッジ部１１Ａをサブマウント２０の金属層２２に向けて、ジャンクションダウンで半導体レーザ素子１０をサブマウント２０に接合する。このようにして、半導体レーザ装置１が製造される。
【００３３】
なお、上記の方法以外の方法で、非反応層１５を形成することが可能である。例えば、図３（Ｃ）に示した工程まで素子を形成したのち、例えば、図４（Ａ）に示したように、リッジ部１１Ａの両側面にだけ開口を有するレジスト層Ｒを形成する。次に、例えば、図４（Ｂ）に示したように、例えば、スパッタ法を用いて、表面全体に非反応層１５Ｅを成膜する。続いて、例えば、リフトオフ法を用いて、レジスト層Ｒと共に、非反応層１５Ｅのうちレジスト層Ｒの表面に形成された部分を除去する。これにより、リッジ部１１Ａの両側面にだけ非反応層１５が形成される（図３（Ｅ））。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ素子１０が製造される。
【００３４】
次に、本実施の形態の半導体レーザ装置１の作用および効果について説明する。
【００３５】
本実施の形態の半導体レーザ装置１では、電極層１３と金属層２２との間に所定の電圧が印加されると、活性層４３の電流注入領域（発光領域４３Ａ）に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の端面により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして各リッジ部１１Ａの前端面から外部に射出される。
【００３６】
ところで、本実施の形態では、リッジ部１１Ａの上面から少なくともリッジ部１１Ａの両側面に渡って形成された金めっき層１４のうち少なくともリッジ部１１Ａの両側面との対向部分の表面に、半田層３０と反応しない非反応層１５が形成されている。これにより、半導体レーザ素子１０を、半田層３０を介してサブマウント２０に接合する際に、金めっき層１４のうちリッジ部１１Ａとの対向部分の両側面が半田層３０と反応する虞がなくなる。これにより、金めっき層１４の側面が半田層３０と不均一に接合し、その不均一な接合によって、リッジ部１１Ａに不均一な応力がかかる虞をなくすることができる。その結果、半導体レーザ素子１０を、半田層３０を介してサブマウント２０に接合する前と後とで、半導体レーザ素子１０の偏光特性が大きく異なってしまうのを抑制することができる。また、金めっき層１４の側面に非反応層１５を設けた結果、リッジ部１１Ａにかかる応力の大きさを低減することもできる。従って、応力に起因する悪影響がリッジ部１１Ａに生じる虞を低減することができる。
【００３７】
特に、本実施の形態において、半導体レーザ素子１０が、いわゆるナロウストライプ型であって、かつ挟ピッチタイプのレーザに属する場合に、電極層１２のうちリッジ部１１Ａとの対向部分の表面と金めっき層１４の上面との距離を、リッジ部１１Ａの幅Ｗ１とほぼ等しいか、もしくはそれよりも若干大きい程度にすることが可能である。このように、金めっき層１４を薄く、小さくした場合であっても、上述した非反応層１５が形成されているおかげで、それぞれのリッジ部１１Ａから射出されるビームの偏光特性にばらつきが生じる虞ほとんどない。その結果、各リッジ部１１Ａから均質な偏光特性を有するビームを出力させることができる。
【００３８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００３９】
例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ素子１０に複数のリッジ部１１Ａが設けられている場合についての説明がなされていたが、本発明は、例えば、図５に示したように、単一リッジ部１１Ａが設けられている場合にももちろん適用可能である。
【００４０】
また、上記実施の形態では、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ系などの赤色半導体レーザ、ＧａＩｎＮ系およびＡｌＧａＩｎＮ系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザにも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子の断面図である。
【図３】図１の半導体レーザ装置の製造方法の一例について説明するための断面図である。
【図４】図１の半導体レーザ装置の製造方法の他の例について説明するための断面図である。
【図５】図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…半導体レーザ装置、１０…半導体レーザ素子、１１…レーザ部、１１Ａ…リッジ部、１２，１３…電極層、１４…金めっき層、１５…非反応層、２０…サブマウント、２１…放熱部、２２…金属層、３０…半田層、３１…合金化領域、４１…基板、４２，４４…クラッド層、４３…活性層、４３Ａ…発光領域、４５…コンタクト層、４６…電流狭窄層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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