(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半極性及び無極性のいずれか一方の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベースを含み搭載面を有するサブマウントと、前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザとを含む窒化物半導体レーザ装置と、
前記窒化物半導体レーザ装置を搭載するステムと、
を備え、
前記III族窒化物半導体レーザは、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極を含み、
前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、
前記サブマウントの前記搭載面は熱膨張係数の異方性を示し、
前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸と前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸のなす角が４５度以内であり、
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、光モジュール。
【請求項２】
前記エピタキシャル半導体積層は、前記電極が接触を成すｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記基板の前記主面は、前記第１基準面に対して１０度以上の角度で傾斜する、請求項１に記載された光モジュール。
【請求項３】
前記III族窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの前記搭載面に実装されている、請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記III族窒化物半導体レーザを前記サブマウントの前記搭載面に実装する導電性接着部材を更に備える、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項５】
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項６】
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項７】
前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸は、該窒化ガリウム系半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の方向に傾斜を成す、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項８】
前記エピタキシャル半導体積層は光ガイド層を含み、
前記光ガイド層は前記活性層と接触を成し、
前記活性層と前記光ガイド層との界面は、前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸に直交する基準面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成す、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項９】
前記角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度未満の範囲にある、ことを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記搭載面は前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ面から１０度以上の角度で傾斜する、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１１】
前記搭載面は前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ面から８０度以上の角度で傾斜する、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１２】
前記搭載面は、前記搭載面に沿った第１面内方向に関する第１サブマウント熱膨張係数と、前記搭載面に沿った第２面内方向に関する第２サブマウント熱膨張係数とを有し、
前記第１面内方向は前記第２面内方向に直交し、
前記サブマウントの前記第１サブマウント熱膨張係数は前記サブマウントの前記第２サブマウント熱膨張係数より大きく、
前記III族窒化物半導体レーザは、前記第１面内方向に関する第１素子熱膨張係数と、前記第２面内方向に関する第２素子熱膨張係数とを有し、
前記III族窒化物半導体レーザの前記第１素子熱膨張係数は前記III族窒化物半導体レーザの前記第２素子熱膨張係数より大きい、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１３】
前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸は、前記窒化ガリウム単結晶ベースの前記主面の法線軸に対してゼロより大きい角度を成し、
前記III族窒化物半導体レーザのレーザ導波路は、前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースの前記ｃ軸と前記窒化ガリウム単結晶ベースの前記主面の前記法線軸とによって規定される基準平面に沿って延在する、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１４】
前記基板は前記窒化ガリウム単結晶ベースと同じ材料からなる、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１５】
前記ステムは、前記窒化物半導体レーザ装置を搭載する側面を有する金属台座と、前記金属台座を搭載する主面と裏面とを有する金属ベースとを含み、
前記ステムは、前記金属ベースの前記主面から前記裏面に向かう方向に延在する貫通孔と、該貫通孔に保持されたリード端子とを含む、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１６】
前記サブマウントは、前記窒化ガリウム単結晶ベースの前記主面の上に設けられた金属層を含み、
前記III族窒化物半導体レーザは、導電性接着部材により前記サブマウントの前記金属層に固定されている、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１７】
窒化物半導体レーザ装置であって、
半極性及び無極性のいずれか一方の主面を有する窒化ガリウム単結晶ベースを含み搭載面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザと、
を備え、
前記III族窒化物半導体レーザは、III族窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層とを含み、
前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する基準面に対して傾斜を成し、
前記サブマウントの前記搭載面は熱膨張係数の異方性を示し、
前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸と前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸のなす角が４５度以内であり、
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記III族窒化物半導体レーザは、前記搭載面に沿った第１面内方向に関する第１素子熱膨張係数と、前記搭載面に沿った第２面内方向に関する第２素子熱膨張係数とを有し、
前記第１面内方向は前記第２面内方向に直交し、
前記III族窒化物半導体レーザの前記第１素子熱膨張係数は前記III族窒化物半導体レーザの前記第２素子熱膨張係数より大きく、
前記搭載面は、前記第１面内方向に関する第１サブマウント熱膨張係数と、前記第２面内方向に関する第２サブマウント熱膨張係数とを有し、
前記サブマウントの前記第１サブマウント熱膨張係数は前記サブマウントの前記第２サブマウント熱膨張係数より大きい、請求項１７に記載された窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１９】
六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極とを含むIII族窒化物半導体レーザを搭載するためのサブマウントであって、
前記III族窒化物半導体レーザの前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあり、
前記サブマウントは、半極性又は無極性の主面を有する窒化ガリウム単結晶ベースを含み、また搭載面を有し、
前記搭載面は、該搭載面に沿った第１面内方向に関する第１熱膨張係数と、該搭載面に沿った第２面内方向に関する第２熱膨張係数とを有し、
前記第１面内方向は前記第２面内方向に直交し、
前記第１熱膨張係数は前記第２熱膨張係数と異なって、前記サブマウントの前記搭載面は熱膨張係数の異方性を示し、
前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸と前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸のなす角が４５度以内である、サブマウント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、窒化物半導体レーザ装置、サブマウントに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、半導体レーザ装置を開示する。この半導体レーザ装置は、ＬＤチップ、サブマウント及び高熱伝導ステムを備えている。ＬＤチップとステムとの間には、サブマウントが配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１４４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、高熱伝導ステムは、接合樹脂により、サブマウントの高熱伝導ステム側表面に接合される。接合樹脂は、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等からなるサブマウントと、銅等からなり金メッキされた高熱伝導ステムとを接合する。接合樹脂は、熱伝導度が高いものであるのが好ましいが、ＬＤ活性層で発生した熱はサブマウント内で広がるので、半田材よりも熱伝導率が低い樹脂を使用しても、放熱性にはさほど影響はない。特許文献１は、サブマウントが炭化ケイ素、窒化アルミニウム等からなることを開示する。
【０００５】
次いで、窒化ガリウム系半導体からなる緑色半導体レーザを例示として、半導体レーザとサブマウントとの関係を説明する。緑色半導体レーザは、窒化ガリウム系半導体基板の半極性主面を使用する。半極性主面を使用すると、窒化ガリウム系半導体基板の表面及び裏面における熱膨張係数は異方性を示す。これ故に、等方的な熱膨張係数を有するサブマウントは、レーザ導波路に平行な方向に関する熱膨張係数とレーザ導波路に垂直な方向に関する熱膨張係数とのいずれかの向きにおいて半導体レーザの熱膨張係数と異なることになる。
【０００６】
利用可能なサブマウントの材料は、例えば炭化ケイ素及び窒化アルミニウムであり、これらのサブマウントは多結晶からなる。これ故に、特許文献１のサブマウントは、異方的な熱膨張係数を有さない。また、サブマウントの材料は、例えばＳｉＣ及びＡｌＮに限られることなくダイヤモンドもあり、このダイヤモンドも多結晶からなる。窒化ガリウム系半導体からなる青色半導体レーザは、ｃ面サファイア基板、ｃ面ＳｉＣ基板、ｃ面ＧａＮ基板等を用いて作製される。これらのｃ面基板は、等方的な熱膨張係数を有する。したがって、等方的な熱膨張係数の青色半導体レーザには、等方的な熱膨張係数を有するサブマウントを用いることが好適である。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜する基板主面を用いるIII族窒化物半導体レーザとサブマウントとの間の熱膨張係数差及び熱膨張係数の異方性に係る、III族窒化物半導体レーザの特性変動を低減可能な光モジュールを提供することを目的とし、光モジュールのための窒化物半導体レーザ装置を提供することを目的とし、III族窒化物半導体レーザのためのサブマウントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光モジュールは、（ａ）半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベースを含み搭載面を有するサブマウントと、前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザとを含む窒化物半導体レーザ装置と、（ｂ）前記窒化物半導体レーザ装置を搭載するステムとを備える。前記III族窒化物半導体レーザは、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極を含み、前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある。
【０００９】
この光モジュールによれば、III族窒化物半導体レーザの基板の主面は、基板の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する基準面に対して傾斜を成すので、III族窒化物半導体レーザは、熱膨張係数に関して異方性を有する。また、このIII族窒化物半導体レーザが、半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベースを含むサブマウントの搭載面上に設けられる。窒化ガリウム単結晶ベースの主面が、熱膨張係数に関して異方性を有する。これ故に、異方的な熱膨張係数を示すIII族窒化物半導体レーザを、異方的な熱膨張係数を示す窒化ガリウム単結晶ベースを含むサブマウントの搭載面上に搭載できる。また、III族窒化物半導体レーザの熱膨張係数はサブマウントの熱膨張係数に近くできる。
【００１０】
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、（ａ）半極性又は無極性の主面を有する窒化ガリウム単結晶ベースを含み搭載面を有するサブマウントと、（ｂ）前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザとを備える。前記III族窒化物半導体レーザは、III族窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層とを含み、前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する基準面に対して傾斜を成し、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある。
【００１１】
この窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザの基板の主面は、基板の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成すので、III族窒化物半導体レーザの基板は、熱膨張係数に関して異方性を有する。また、このIII族窒化物半導体レーザが、半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベースを含むサブマウントの搭載面上に設けられる。窒化ガリウム単結晶ベースの主面が、熱膨張係数に関して異方性を有する。これ故に、異方的な熱膨張係数を示すIII族窒化物半導体レーザを、異方的な熱膨張係数を示す窒化ガリウム単結晶ベースを含むサブマウントの搭載面上に搭載できる。また、材料としての熱膨張係数については、III族窒化物半導体レーザの熱膨張係数はサブマウントの熱膨張係数に近くなる。
【００１２】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記エピタキシャル半導体積層は、前記電極が接触を成すｐ型窒化ガリウム系半導体層を含み、前記基板の前記主面は、前記第１基準面に対して１０度以上の角度で傾斜することが好ましい。
【００１３】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、エピタキシャル半導体積層が基板の主面上に設けられるので、電極とｐ型窒化ガリウム系半導体層との接合面も第１基準面に対して上記の角度で傾斜する。
【００１４】
半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベースを含み搭載面を有するサブマウントは、上記のような熱劣化及び熱変動を低減できる。
【００１５】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸と前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸のなす角が４５度以内であることが好ましい。
【００１６】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、基板の窒化ガリウム系半導体のｃ軸とサブマウントの窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸のなす角が４５度以内であるので、基板の窒化ガリウム系半導体のｃ軸の傾斜が窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸の傾斜と近くできる。
【００１７】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの前記搭載面に実装されていることができる。
【００１８】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、窒化ガリウム系半導体と異なる材料から成るサブマウントを用いるならば、このとき、サブマウント材料とIII族窒化物半導体レーザとの熱膨張係数の違いに起因して実装の際の熱応力を、III族窒化物半導体レーザの電極が受ける。しかしながら、サブマウントが、窒化ガリウム単結晶ベースを含んで異方的な熱膨張係数を有するので、実装の際の熱応力を低減できる。このため、電極の熱劣化を低減できる。
【００１９】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザを前記サブマウントの前記搭載面に実装する導電性接着部材を更に備えることができる。
【００２０】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、導電性接着部材を用いた実装に際に熱がIII族窒化物半導体レーザに加わるけれども、熱応力に起因した熱劣化がIII族窒化物半導体レーザの電極に生じることを低減できる。
【００２１】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００２２】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザは、緑色及びその隣接色の光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。
【００２３】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００２４】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザは、緑色光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。
【００２５】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸は、該III族窒化物半導体のａ軸又はｍ軸の方向に傾斜を成すことが好ましい。
【００２６】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザは、ａ軸又はｍ軸の方向に傾斜したｃ軸の基板を用いて作製されるとき、III族窒化物半導体レーザは異方的な熱膨張係数を有する。
【００２７】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記エピタキシャル半導体積層は光ガイド層を含み、前記光ガイド層は前記活性層と接触を成し、前記活性層と前記光ガイド層との界面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交するｃ面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すことができる。
【００２８】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、活性層と光ガイド層との界面が窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交するｃ面から、ゼロより大きな角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すとき、III族窒化物半導体レーザでは、角度ＡＬＰＨＡは活性層の面方位を規定する。
【００２９】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度未満の範囲にあることが好ましい。
【００３０】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、角度ＡＬＰＨＡが６３度以上８０度未満の範囲にあるとき、緑色及びその隣接波長の光を生成するIII族窒化物半導体レーザの作製に好適である。
【００３１】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記サブマウント主面は前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ面から１０度以上の角度で傾斜することが好ましい。
【００３２】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、サブマウント主面が１０度以上の角度でｃ面から傾斜するとき、サブマウントに異方的な熱膨張係数を提供することに好適である。
【００３３】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記サブマウント主面は前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ面から８０度以上の角度で傾斜することが好ましい。
【００３４】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、サブマウント主面が８０度以上の角度でｃ面から傾斜するとき、窒化ガリウムの無極性面に近い異方的な熱膨張係数をサブマウントに提供することに好適である。
【００３５】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記搭載面は、前記搭載面に沿った第１面内方向に関する第１サブマウント熱膨張係数と、前記搭載面に沿った第２面内方向に関する第２サブマウント熱膨張係数とを有し、前記第１面内方向は前記第２面内方向に直交し、前記サブマウントの前記第１サブマウント熱膨張係数は前記サブマウントの前記第２サブマウント熱膨張係数より大きく、前記III族窒化物半導体レーザは、前記第１面内方向に関する第１素子熱膨張係数と、前記第２面内方向に関する第２素子熱膨張係数とを有し、前記III族窒化物半導体レーザの前記第１熱膨張係数は前記III族窒化物半導体レーザの前記第２熱膨張係数より大きいことができる。
【００３６】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザにおける異方的な熱膨張係数に、サブマウントの異方的な熱膨張係数に整合させることができる。
【００３７】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸は、前記窒化ガリウム単結晶ベースの主面に対する法線軸に対してゼロより大きい角度を成し、前記III族窒化物半導体レーザのレーザ導波路は、前記サブマウントの前記窒化ガリウム単結晶ベースの前記ｃ軸と前記窒化ガリウム単結晶ベースの前記主面の前記法線軸とによって規定される基準平面に沿って延在することが好ましい。
【００３８】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザのレーザ導波路が窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸と窒化ガリウム単結晶ベースの主面に対する法線軸とによって規定される基準平面に沿って延在するので、III族窒化物半導体レーザにおける熱膨張係数の異方性の向きを、サブマウントにおける熱膨張係数の異方性の向きに整合させることができる。
【００３９】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記基板は前記窒化ガリウム単結晶ベースと同じ材料からなることが好ましい。
【００４０】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、基板及び窒化ガリウム単結晶ベースは同じ材料からなるので、III族窒化物半導体レーザの熱膨張係数が窒化ガリウム単結晶ベースの材料に近くなる。
【００４１】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記サブマウントは、前記窒化ガリウム単結晶ベースの前記主面の上に設けられた金属層を含み、前記III族窒化物半導体レーザは、前記導電性接着部材により前記サブマウントの前記金属層に固定されていることが好ましい。
【００４２】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、サブマウントにおける熱膨張係数の異方性はサブマウントの金属層を通して発揮される。
【００４３】
本発明に係る光モジュールでは、前記ステムは、前記窒化物半導体レーザ装置を搭載する側面を有する金属台座と、前記金属台座を搭載する主面と裏面とを有する金属ベースとを含み、前記ステムは、前記金属ベースの前記主面から前記裏面に向かう方向に延在する貫通孔と、該貫通孔に保持されたリード端子とを含むことは好ましい。
【００４４】
この光モジュールによれば、窒化物半導体レーザ装置のIII族窒化物半導体レーザからの熱は金属台座を介して金属ベースに伝導する。
【００４５】
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザは、前記搭載面に沿った第１面内方向に関する第１素子熱膨張係数と、前記搭載面に沿った第２面内方向に関する第２素子熱膨張係数とを有し、前記第１面内方向は前記第２面内方向に直交し、前記III族窒化物半導体レーザの前記第１熱膨張係数は前記窒化ガリウム系半導体レーザの前記第２熱膨張係数より大きく、前記搭載面は、前記第１面内方向に関する第１サブマウント熱膨張係数と、前記第２面内方向に関する第２サブマウント熱膨張係数とを有し、前記サブマウントの前記第１サブマウント熱膨張係数は前記サブマウントの前記第２サブマウント熱膨張係数より大きい。
【００４６】
本発明に係る、半導体レーザを搭載するためのサブマウントは、半極性又は無極性の主面を有する窒化ガリウム単結晶ベースを含み搭載面を有し、前記搭載面は、該搭載面に沿った第１面内方向に関する第１熱膨張係数と、該搭載面に沿った第２面内方向に関する第２熱膨張係数とを有し、前記第１面内方向は前記第２面内方向に直交し、前記第１熱膨張係数は前記第２熱膨張係数と異なる。
【００４７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜する基板主面を用いるIII族窒化物半導体レーザとサブマウントとの間の熱膨張係数差及び熱膨張係数の異方性に係る、III族窒化物半導体レーザの特性変動を低減可能な光モジュールが提供される。また、本発明によれば、光モジュールのための窒化物半導体レーザ装置が提供される。さらに、本発明によれば、窒化物半導体レーザ装置のためのサブマウントが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、実施例で用いられるレーザダイオードの構造を示す図面である。
【図５】図５は、実施例で作製される窒化物半導体レーザ装置の構造を示す図面である。
【図６】図６は、窒化ガリウム単結晶ベースを含むサブマウントの厚さ１００μｍ及び３００μｍにおいて、熱伝導率と熱抵抗との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
引き続いて、添付図面を参照しながら、光モジュール、半導体レーザ装置、サブマウントに係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００５１】
図１は、本実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図面である。図２は、本実施の形態に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置を模式的に示す図面である。図１及び図２を参照すると、窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０が示され、また半導体発光素子として、III族窒化物半導体レーザ１１が示される。光モジュール１０は窒化物半導体レーザ装置１を含む。光モジュール１０は窒化物半導体レーザ装置１を搭載するステム１０ａと、ステム１０ａ上の窒化物半導体レーザ装置１を覆うキャップ１０ｂとを含む。窒化物半導体レーザ装置１はサブマウント３及びIII族窒化物半導体レーザ１１を含む。サブマウント３は、搭載面３ａを有し、また半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベース３ｄを含む。このサブマウント３は、熱膨張係数の異方性を有する搭載面３ａを有する。サブマウント３の搭載面３ａには、必要な場合には、第１の電極５ａ及び第２の電極５ｂが、窒化ガリウム単結晶ベース３ｄ上の主面上に設けられることができる。サブマウント３の搭載面３ａはIII族窒化物半導体レーザ１１といった窒化物半導体発光素子を搭載する。図１の（ｂ）部は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。III族窒化物半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３及び電極１５、４１を含む。
【００５２】
III族窒化物半導体レーザ１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではなく、例えばリッジ型の構造を適用される。III族窒化物半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３及び電極１５を備える。レーザ構造体１３は、III族窒化物半導体からなるエピタキシャル半導体積層（以下、「半導体積層」と記す）１９及び該半導体積層１９を搭載する基板１７を含む。半導体積層１９は基板１７の主面１７ａ上に設けられる。電極１５は半導体積層１９上に設けられる。基板１７は、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなり、また主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。また、基板１７の主面１７ａは、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面（例えば面Ｓｃ）に対して傾斜を成し、またｃ面の極性と異なる極性特性を有する。半導体積層１９は活性層２５を含み、一実施例では、活性層２５は、III族窒化物半導体レーザ１１の発振波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあるように設けられる。半導体積層１９におけるｃ軸（ベクトルＶＣの方向に向く軸）は基板１７の主面１７ａに対する法線軸ＮＸに対して傾斜する。
【００５３】
この光モジュール１０によれば、III族窒化物半導体レーザ１１の基板１７の主面１７ａは、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する基準面に対して傾斜を成すので、III族窒化物半導体レーザ１１の基板１７は、熱膨張係数に関して異方性を有する。また、このIII族窒化物半導体レーザ１１が、半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベースを含むサブマウント３の搭載面３ａ上に設けられる。窒化ガリウム単結晶ベース３ｄの主面が、熱膨張係数に関して異方性を有する。これ故に、異方的な熱膨張係数を示すIII族窒化物半導体レーザ１１を、異方的な熱膨張係数を示す窒化ガリウム単結晶ベース３ｄを含むサブマウント３の主面３ａ上に搭載できる。また、材料としての熱膨張係数について、III族窒化物半導体レーザ１１の熱膨張係数はサブマウント３の熱膨張係数に近づけることができる。
【００５４】
本実施例では、窒化物半導体レーザ装置１はステム１０ａ上に搭載される。III族窒化物半導体レーザ１１はエピダウン形態でサブマウント３の主面３ａに実装されていることができる。
【００５５】
窒化物半導体レーザ装置１は、III族窒化物半導体レーザ１１をサブマウント３の搭載面３ａに実装する導電性接着部材７を更に備えることができる。窒化物半導体レーザ装置１によれば、導電性接着部材７を用いた実装に際に熱応力が加わるとき、熱応力に起因した熱劣化が電極に生じることを低減できる。
【００５６】
この光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１によれば、が窒化ガリウム系半導体と異なる材料から成るサブマウントを用いてIII族窒化物半導体レーザ１１を実装するならば、このサブマウント材料とIII族窒化物半導体レーザ１の材料との熱膨張係数の違いに起因して実装の際の熱を、III族窒化物半導体レーザ１１の電極１５が受ける。しかしながら、本実施の形態では、サブマウント３が、窒化ガリウム単結晶ベース３ｄを含んで異方的な熱膨張係数を有するので、実装の際の熱応力を低減できる。このため、電極１５の熱劣化を低減できる。
【００５７】
III族窒化物半導体レーザ１１はサブマウント３の第１の電極５ａ上に位置し、窒化物半導体発光素子のアノードは、第１の電極５ａに接着される。第１の電極５ａは金属層を含む。第１の電極５ａをボンディングワイヤといった導電部材を介してリード端子に接続されていても良い。また、窒化物半導体発光素子１１のカソードは、ボンディングワイヤといった導電部材９を介して第２の電極５ｂに接続されていてもよく、第２の電極５ｂを別のボンディングワイヤといった導電部材を介してステムのリード端子に接続されていても良い。第２の電極５ｂは金属層を含む。一実施例では、電極５ａ、５ｂのための金属層は、窒化ガリウム単結晶ベース３ｄの主面上に設けられることができる。III族窒化物半導体レーザ１１は、導電性接着部材７によりサブマウント３の電極５ａに固定されていることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０によれば、サブマウント３における熱膨張係数の異方性はサブマウント３の電極５ａを通して発揮される。
【００５８】
光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１では、サブマウント３の窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ軸は、窒化ガリウム単結晶ベース３ｄの法線軸に対してゼロより大きい角度を成し、III族窒化物半導体レーザ１１のレーザ導波路は、サブマウント３の窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ軸と窒化ガリウム単結晶ベース３ｄの主面の法線軸とによって規定される基準平面に沿って延在することが好ましい。
【００５９】
この光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１によれば、III族窒化物半導体レーザ１１のレーザ導波路が窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ軸と窒化ガリウム単結晶ベース３ｄの主面に対する法線軸とによって規定される基準平面に沿って延在するので、III族窒化物半導体レーザ１１における熱膨張係数の異方性の向きを、サブマウント３における熱膨張係数の異方性の向きに整合させることができる。
【００６０】
光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１では、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸（ベクトルＶＣ）は、該III族窒化物半導体のａ軸又はｍ軸の方向に傾斜を成すことができる。III族窒化物半導体レーザ１１がａ軸又はｍ軸の方向に傾斜したｃ軸の基板１７を用いて作製されるとき、III族窒化物半導体レーザ１１は異方的な熱膨張係数を有する。
【００６１】
図２に示されるサブマウント３の搭載面３ａにおいて、搭載面３ａに沿った第１面内方向（図２ではＸ軸方向及びＹ軸方向の一方）及び搭載面３ａに沿った第２面内方向（図２ではＸ軸方向及びＹ軸方向の他方）を規定する。窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０では、搭載面３ａは、第１面内方向（例えば図２におけるＹ軸方向）に関する第１サブマウント熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）と、第２面内方向（例えば図２におけるＸ軸方向）に関する第２サブマウント熱膨張係数ＣＭ２（Ｅｘ）とを有する。第１面内方向は第２面内方向に直交する。III族窒化物半導体レーザ１は、第１面内方向（例えば図２におけるＹ軸方向）に関する第１素子熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）と、第２面内方向（例えば図２におけるＸ軸方向）に関する第２素子熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）とを有する。
【００６２】
例えば、サブマウント３の第１サブマウント熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）がサブマウントの第２サブマウント熱膨張係数ＣＭ２（Ｅｘ）より大きく且つIII族窒化物半導体レーザ１１の第１熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）がIII族窒化物半導体レーザ１１の第２熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きいように、サブマウント３上にIII族窒化物半導体レーザ１１を搭載できる。或いは、サブマウント３の第１サブマウント熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）がサブマウントの第２サブマウント熱膨張係数ＣＭ２（Ｅｘ）より小さく且つIII族窒化物半導体レーザ１１の第１熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）がIII族窒化物半導体レーザ１１の第２熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より小さくように、サブマウント３上にIII族窒化物半導体レーザ１１を搭載できる。このような形態の光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１によれば、III族窒化物半導体レーザ１１における異方的な熱膨張係数を、サブマウント３の異方的な熱膨張係数に整合させることができる。
【００６３】
III族窒化物半導体レーザ１１の基板１７は窒化ガリウム単結晶ベース３ｄと同じ材料からなることが好ましい。この形態では、基板１７及び窒化ガリウム単結晶ベース３ｄが同じ材料からなるので、III族窒化物半導体レーザ１１の熱膨張係数及びその異方性を窒化ガリウム単結晶ベース３ｄの材料に近づけることができる。
【００６４】
光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１では、サブマウント主面３ａは窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ面から１０度以上の角度で傾斜することが好ましい。サブマウント主面３ａが上記の角度範囲ｃ面から傾斜するとき、サブマウント３に異方的な熱膨張係数を提供することに好適である。また、光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１では、サブマウント主面３ａは窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ面から８０度以上の角度で傾斜することが好ましい。サブマウント主面３ａが８０度以上の角度でｃ面から傾斜するとき、窒化ガリウムの無極性面の異方的な熱膨張係数をサブマウントに提供することに好適である。また、サブマウント主面３ａは窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ面から９０度以下の角度で傾斜することが好ましい。
【００６５】
また、窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０のためのIII族窒化物半導体レーザ１１では、半導体積層１９は、電極１５が接触を成すｐ型窒化ガリウム系半導体層（例えば「層３３」）を含み、基板１７の主面１７ａは、第１基準面（例えばＳｃ）に対して１０度以上の角度で傾斜することが好ましい。この光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１によれば、半導体積層１９が基板１７の主面１７ａ上に設けられるので、電極１５とｐ型窒化ガリウム系半導体層との接合面３０ａも基準面（例えば面Ｓｃ）に対して１０度以上の角度で傾斜する。また、接合面３０ａも基準面（例えば面Ｓｃ）に対して９０度以下の角度で傾斜する。
【００６６】
基板１８の半極性面１７ａが該六方晶系のIII族窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸の方向に６３度以上８０度以下の範囲内の角度ＡＬＰＨＡで傾斜するとき、電極１５と該電極１５が接触を成すｐ型コンタクト層３３との界面も、上記の角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。このとき、窒化物半導体レーザ装置１では、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸（ベクトルＶＣの方向）とサブマウント３の窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ軸のなす角が４５度以内であることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１によれば、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸とサブマウント３の窒化ガリウム単結晶ベース３ｄのｃ軸のなす角が上記角度以内であるとき、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸の傾斜が窒化ガリウム単結晶ベースのｃ軸の傾斜と近くできる。
【００６７】
上記の角度範囲では、III族窒化物半導体レーザ１１のｐ側の電極１５は、電流−電圧特性の劣化を引き起こしやすい。電流−電圧特性の劣化の一例では、良好なオーミック特性が失われて、電極１５の電流−電圧特性がショットキー特性又はショットキー特性に近い特性を示すように劣化する。このような電極特性劣化は、発明者の知見によれば、窒化ガリウム系半導体の半極性面上に形成される電極１５において顕著に生じる。III族窒化物半導体レーザ１１が、例えば製造後の摂氏２００度程度のプロセス温度によるストレスにさらされるとき、電極１５の電流−電圧特性は容易に劣化してしまう。
【００６８】
また、このような電極の特性劣化（つまり、熱劣化）だけでなく、別の劣化の例では、等方的な熱膨張係数を有するＡｌＮサブマウント上にIII族窒化物半導体レーザ１１を半田材を用いて実装するとき、ＡｌＮサブマウント上に実装されたIII族窒化物半導体レーザ１１の順方向電圧（Ｖｆ）において、実装後の値は実装前の値に対してプラス０．２ボルト（５０ｍＡの注入電流）程度大きくなる。しかし、半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベース３ｄを含み搭載面３ａを有するサブマウント上にIII族窒化物半導体レーザ１１を実装するとき、実装後の値と実装前の値との差はほぼ０ボルトである。これ故に、電極の熱劣化だけでなく電極の特性変動（つまり、熱変動）もまた、半極性又は無極性の主面を有する六方晶系の窒化ガリウム単結晶ベース３ｄを含み搭載面３ａを有するサブマウント３は、上記のような熱劣化及び熱変動を低減できる。
【００６９】
電極１５は、レーザ構造体１３の半導体積層１９上に設けられる。半導体積層１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａは障壁層２５ｂの間に設けられており、これら層２５ａ、２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は量子井戸構造を含むことができる。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性の主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。半極性の主面１７ａの利用により、波長４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の光の発生に好適である。この窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０によれば、III族窒化物半導体レーザ１１は、緑色及びその隣接色の光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。また、  III族窒化物半導体レーザ１１では、活性層２５は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲に発振波長を有するように設けられることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０によれば、III族窒化物半導体レーザ１１は、緑色光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。
【００７０】
本実施例におけるIII族窒化物半導体レーザ１１では、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜している。これ故に、レーザ構造体１３は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する第１の端面２７及び第２の端面２９を含む。なお、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができ、この傾斜のとき、レーザ構造体１３の第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差し、へき開面ではない割断面からなる。或いは、第１の端面２７及び第２の端面２９は、基板１７の主面１７ａとｍ−ｎ面（又はａ−ｎ面）との両方に直交する面に交差していてもよい。
【００７１】
図２を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。基板１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対してゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００７２】
III族窒化物半導体レーザ１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１はレーザ構造体１３の半導体積層１９の表面１９ａを覆っており、半導体積層１９は絶縁膜３１と基板１７との間に位置する。基板１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体積層１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面との交差線ＬＩＸの方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体積層１９の表面１９ａ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。電極１５及び絶縁膜３１上には、サブマウントに接合する形成するために使用されるパッド電極１６が設けられる。
【００７３】
基板１７の主面１７ａは六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり、基板１７の主面１７は該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して傾斜した半極性面を有する。半導体積層１９は基板１７の主面１７ａ上にエピタキシャルに成長された複数の半導体層２１、２０、２３、３３を含む。この窒化物半導体レーザ装置によれば、六方晶系窒化ガリウム系半導体の半極性面上に半導体積層を作製可能である。基板１７の主面１７ａは六方晶系窒化ガリウムからなることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１によれば、良好な結晶品質のＧａＮ上に半導体積層を作製可能である。
【００７４】
III族窒化物半導体レーザ１１では、既に説明したように、ｃ軸がｍ軸の方向に傾斜するとき、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する（或いは、ｃ軸がａ軸の方向に傾斜するとき、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差する）。III族窒化物半導体レーザ１１のレーザ共振器は第１及び第２の端面２７、２９を含み、第１の端面２７及び第２の端面２９の一方から他方への導波路軸の方向に、レーザ導波路が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。これらの端面は、ｃ軸の傾斜方向とレーザ導波路の延在方向とに応じて、へき開面或いは割断面であることができる。第１及び第２の端面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する、本実施例では、レーザ導波路はｎ−ｍ面にそって延在しており、第１及び第２の端面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なり、光共振器のための割断面からなる。基板１７は、例えばＧａＮ等からなることができる。該窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、共振器として利用可能な端面２７、２９を得ることができる。
【００７５】
このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の端面２７、２９がｍ−ｎ面に交差する。これ故に、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。
【００７６】
第１及び第２の端面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを更に備えることができる。これらの端面２７、２９にも端面コートを適用できる。誘電体多層膜４３ａ、４３ｂにより、端面コートにより反射率を調整できる。
【００７７】
III族窒化物半導体レーザ１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。キャリアブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。
【００７８】
基板１７の裏面１７ｂには別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば基板１７の裏面１７ｂを覆っている。上記の光ガイド層３５、３７及び活性層２５は、発光層２０を構成する。
【００７９】
半導体積層１９は光ガイド層３５を含み、光ガイド層３５は活性層２５と接触を成し、活性層２５と光ガイド層３５との界面３０ｂは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交するｃ面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すことができる。活性層２５と光ガイド層３５との界面３０ｂが上記の傾斜を成すとき、III族窒化物半導体レーザ１１では、角度ＡＬＰＨＡは活性層２５の面方位を規定する。例えば、角度ＡＬＰＨＡが６３度以上８０度未満の範囲にあるとき、緑色及びその隣接波長の光を生成するIII族窒化物半導体レーザの作製に好適である。
【００８０】
III族窒化物半導体レーザ１１では、半導体積層１９は、第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ａ、２３、３３）を含む。第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ｂ、２３、３３）は法線軸ＮＸの方向に順に配列されている。電極１５は、第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ａ、２３、３３）の主面に接触を成す。第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ｂ、２３、３３）は、それぞれ、法線軸ＮＸに直交する第１〜第３の基準平面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に沿って延在する。
【００８１】
III族窒化物半導体レーザ１１は、法線軸ＮＸに直交する第１の方向に関する第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）と、法線軸ＮＸ及び第１の方向に直交する第２の方向に関する第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）とを有する。III族窒化物半導体レーザ１１は、第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きいことを示す熱膨張係数の異方性を有する。この異方性は、ｃ軸が基板１７の主面１７ａの法線軸に対して大きく傾斜することに因る。III族窒化物半導体レーザ１１は、サブマウント３の熱膨張係数の異方性に合わせて向き付けされてサブマウント３の主面３ａ上に搭載されている。第１の方向は、例えばレーザ導波路の延在方向であることができ、また第２の方向は例えば端面２７、２９の延在方向であることができる。
【００８２】
サブマウント３は、その主面３ａの法線に直交する第３の方向に関する第１の熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）と、上記法線及び第３の方向に直交する第４の方向に関する第２の熱膨張係数ＣＭ２（Ｅｘ）とを有する。サブマウント３は、第１の熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）が第２の熱膨張係数ＣＭ２（Ｅｘ）より大きいこを示す熱膨張係数の異方性を有する。サブマウント３の主面３ａ上には、サブマウント３の熱膨張係数の異方性に合わせた向きでIII族窒化物半導体レーザ１１が搭載される。例えば、第３の方向は第１の方向に一致するように規定することができ、第４の方向は第２の方向に一致するように規定することができる。
【００８３】
この窒化物半導体レーザ装置１によれば、レーザ構造体１３はIII族窒化物半導体からなる半導体積層１９及び該半導体積層１９を搭載する基板１７を含み、この半導体積層１９におけるｃ軸（ベクトルＶＣの方向）は基板１７の主面１７ａに対する法線軸ＮＸに対して傾斜している。これ故に、III族窒化物半導体レーザ１１の半導体積層１９は、基板１７のｃ面ではなく半極性面１７ａ上に作製される。また、単結晶窒化ガリウムベース３ｄのｃ軸の傾斜方向は、ベクトルＶＣと法線軸ＮＸとによって規定される基準面に沿った方向である。
【００８４】
サブマウント３は、例えば搭載部材主面３ａの第１の熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）が搭載部材主面３ａの第２の熱膨張係数ＣＭ２（Ｅｘ）より大きいことを示す熱膨張係数の異方性を有する。また、III族窒化物半導体レーザ１１は、III族窒化物半導体レーザ１１の第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が半導体発光素子の第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きいことを示す熱膨張係数の異方性を有する。この半導体レーザ素子はサブマウント３の熱膨張係数の異方性に合わせて向き付けされて、熱膨張係数の異方性を有する搭載部材主面３ａ上に搭載されている。したがって、III族窒化物半導体レーザ１１は、熱膨張係数の異方性を有する搭載部材主面３ａ上に搭載されるとき、等方的な熱膨張係数を有する搭載部材主面３ａ上に搭載されることに比べて、窒化物半導体レーザ装置１では、III族窒化物半導体レーザ１１とサブマウント３との熱膨張係数差に起因する応力がIII族窒化物半導体レーザ１１において低減される。
【００８５】
窒化物半導体レーザ装置１では、例えばIII族窒化物半導体レーザ１１の半導体積層１９が基板１７とサブマウント３との間に設けられていてもよい。この窒化物半導体レーザ装置１では、いわゆるエピダウン形態でIII族窒化物半導体レーザ１１が実装される。活性層２５が基板１７に比べてサブマウント３の主面３ａに近い。
【００８６】
サブマウント３の異方性について説明する。窒化物半導体レーザ装置１では、サブマウント３の主面３ａは窒化ガリウムの半極性面又は無極性面からなることができ、半極性面又は無極性面上に設けられた薄い金属層からなることができる。六方晶系の単結晶窒化ガリウムの半極性面又は無極性面は、異方的な熱膨張係数をサブマウント３に提供できる。また、サブマウント３の主面３ａが半極性面からなるとき、LDチップの異方性がある熱膨張係数（x軸方向、y軸方向）両方に適合することができる。サブマウント３の主面３ａが無極性面からなるとき、LDチップの異方性がある熱膨張係数（x軸方向、y軸方向）両方にほぼ適合することができ、ｃ面で成長したGaNインゴットから切り出す過程で半極性面サブマウントより作製しやすい。単結晶窒化ガリウムの半極性面又は無極性面は、異方的な熱膨張をサブマウント３に提供できる。
【００８７】
窒化物半導体レーザ装置１は、III族窒化物半導体レーザ１１の電極（例えば電極１５）とサブマウント３の主面３ａとの間に位置する（例えば、半田）導電性接着部材７を介して熱的に接合される。電極１５はサブマウント３の第１の電極５ａに導電性接着部材７を介して固定される。導電性接着部材７を用いた固定の際に加わる熱によりIII族窒化物半導体レーザ１１の膨張及び収縮は異方的である。この固定が、サブマウント３（単結晶窒化ガリウムの半極性面又は無極性面）上へ行われるとき、サブマウント３の膨張及び収縮も異方的である。したがって、単結晶窒化ガリウムのサブマウント３の熱膨張係数及びその異方性とIII族窒化物半導体レーザ１１の熱膨張係数及びその異方性との僅かな違いにより、非常に小さい異方的な残留応力が窒化物半導体レーザ装置１に残る可能性がある。しかしながら、この残留応力は十分に小さくできる。
【００８８】
窒化物半導体レーザ装置１では、半極性の主面１７ａは、該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して１０度以上１７０度以下の範囲内の角度ＡＬＰＨＡで傾斜していることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１によれば、上記の角度範囲においては、ｃ面からの傾斜に起因した熱膨張の異方性が顕著になる。
【００８９】
基板１８の半極性の主面１７ａが該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸の方向に１０度以上１７０度以下の範囲内の角度ＡＬＰＨＡで傾斜するとき、活性層２５の発光のピーク波長は５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることができる。III族窒化物半導体レーザ１１の半導体積層１９がｃ面ではなく主面１７ａ上に作製されるので、このIII族窒化物半導体レーザ１１は上記の波長範囲の発光（例えば緑色の発光）を提供できる。
【００９０】
図３は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程を示す図面である。この作製方法の工程フロー１００では、図１及び図２に示された窒化物半導体レーザ装置１の一形態を作製する。
【００９１】
工程Ｓ１０１において、熱膨張係数の異方性を示す主面を有する搭載部材を準備する。この搭載部材として、例えば図１に示されたサブマウント３を使用できる。サブマウント３は、単結晶窒化ガリウムベース３ｄを含み、単結晶窒化ガリウムベース３ｄのＧａＮは例えばｎ導電性を示す。後の工程において、サブマウント３の搭載面３ａ上には窒化物半導体発光素子が搭載される。具体的に説明すると、サブマウント３の搭載面３ａは、第３の方向に関する第１の熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）と、第３の方向に直交する第４の方向に関する第２の熱膨張係数Ｍ２（Ｅｘ）とを有する。サブマウント３の搭載面３ａは、例えばサブマウント３の第１の熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）がサブマウント３の第２の熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）より大きい熱膨張係数の異方性を有する。サブマウント３の材料は、単結晶ＧａＮを用い、その面方位は、例えば｛２０−２１｝面（ｍ面方向にｃ面が７５度の角度で傾斜する面）であり、この面方位は、サブマウントに搭載される半導体レーザのＧａＮ基板に対応する。搭載する半導体デバイスの面方位から−１５度〜＋４５度の角度範囲の面方位を有するサブマウントを利用することが好ましい。
【００９２】
工程Ｓ１０２では、窒化物半導体発光素子を準備する。この窒化物半導体発光素子として、例えばIII族窒化物半導体レーザ１１を使用できる。理解を容易にするために、引き続く説明において、III族窒化物半導体レーザ１１の構造物においては、図１に示された参照符号を付する。III族窒化物半導体レーザ１１はレーザ構造体１３及び電極１５を含む。本実施例におけるIII族窒化物半導体レーザ１１は、例えばレーザ導波路の延在方向における第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）と、レーザ導波路の方向及び法線方向の両方に直交する第２の方向に関する第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）とを有する。半導体発光素子は熱膨張係数の異方性を有し、この異方性では、一例として第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きい（或いは、第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）が第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）より大きい）。
【００９３】
工程Ｓ１０３では、半導体発光素子の搭載に先立って、サブマウント３上に導電性接着部材７を設けることができる。導電性接着部材７は例えば半田であることができ、半田として、例えばＡｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ等を用いることができる。必要な場合には、導電性接着部材７は、サブマウント３の電極上に予め設けておくことができ、このサブマウント３を用いるときは、工程Ｓ１０３は行われない。
【００９４】
工程Ｓ１０４では、サブマウント３の熱膨張係数の異方性に合わせて、半導体発光素子の向き付けを行う。例えば、半導体発光素子の第１の方向がサブマウント３の第１の方向に整列するように、サブマウント３を基準にして半導体発光素子を向き付けされる。サブマウント３はこの向き付けのためのマーク（例えば図１におけるマーク３ｃ）を有することができる。
【００９５】
工程Ｓ１０５では、半導体発光素子の向き付けを行った後に、サブマウント３の主面３ａ上に半導体発光素子を搭載する。サブマウント３上に導電性接着部材７が設けられている場合、半導体発光素子を搭載する工程では、導電性接着部材７を介して半導体発光素子がサブマウント３に固定される。搭載に際して、サブマウント３の温度を半田の溶融より高い温度に上昇させて、半田を溶融させる。溶融している導電性接着材上に、向き付けした素子を配置した後に、サブマウント３及び素子の温度を半田の溶融より低い温度に降下させて、半田を固化する。この実施例では、導電性接着部材７としては、例えばＡｕ−Ｓｎ半田（融点：摂氏３００度）、Ｓｎ−Ａｇ半田（融点：摂氏２００度）を用いる。実装温度の範囲は例えば摂氏２０５度〜摂氏３４０度の範囲であることが好ましい。この作製方法では、導電性接着部材７を用いた固定の際の熱応力が窒化物半導体レーザ装置１の異方的な残留応力を増加させる可能性があるけれども、異方的な熱膨張係数を有するサブマウント３を用いることによって、残留応力の影響を低減できる。
【００９６】
この作製方法によれば、レーザ構造体１３はIII族窒化物半導体からなる半導体積層１９及び該半導体積層１９を搭載する基板１７を含み、この半導体積層１９におけるｃ軸は基板１７の主面１７ａに対する法線軸ＮＸに対して傾斜している。これ故に、半導体積層１９は、ｃ面ではない主面１７ａ上に作製される。III族窒化物半導体レーザ１１は、III族窒化物半導体レーザ１１の第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）と異なることを示す熱膨張係数の異方性を有する。このIII族窒化物半導体レーザ１１はサブマウント３の熱膨張係数の異方性に合わせて向き付けされて、熱膨張係数の異方性を有するサブマウント３の搭載面３ａ上に搭載されている。したがって、III族窒化物半導体レーザ１１は、熱膨張係数の異方性を有する搭載面３ａ上に搭載されるとき、等方的な熱膨張係数を有する搭載面３ａ上にIII族窒化物半導体レーザ１１が搭載される装置に比べて、窒化物半導体レーザ装置１では熱膨張係数に起因する応力がIII族窒化物半導体レーザ１１において低減される。
【００９７】
図４は、図３に示された工程フローに通して作製された参照すると、半導体レーザモジュールを示す図面である。図４の（ａ）部を参照すると、半導体レーザモジュール７１ａが示される。ステム７３ａは、第１方向に延在する貫通孔及び該貫通孔に保持されたリード端子７７ａ、７７ｂ、７７ｃを含む金属ベースと、該金属ベースの上に設けられ側面を有する金属台座７５とを含む。半導体レーザ装置６１ａは、ステム７３ａの金属ベース上の金属台座（ヒートシンク）７５の側面上に搭載される。III族窒化物半導体レーザ１２はサブマウント３に導電性接着剤を介してしっかりと固定される。III族窒化物半導体レーザ１２は、リッジ構造を有する点を除いてIII族窒化物半導体レーザ１１と同じ構造を有することができる。ステム７３ａ上に、レンズ７４を保持するレンズキャップ７３ｂが設けられ、ステム７３ａ及びレンズキャップ７３ｂはパッケージ７３を構成する。金属製のステム７３ａは例えば鉄製であり、レンズキャップ７３ｂの金属部分も鉄製である。金属台座（ヒートシンク）７５は熱伝導性に優れた例えば銅製である。ステム７３ａはリード端子７７ａ、７７ｂ、７７ｃを支持している。リード端子７７ａは、ボンディングワイヤ７９ａを介してヒートシンク９に接続され、ヒートシンク９の電極層を介してIII族窒化物半導体レーザ１１のアノード電極に接続される。リード端子７７ｂは、サブマウント３の搭載面３ａ上の電極層にボンディングワイヤ７９ｂを介して接続される。リード端子７７ｃは、ステム７３に接続される。ヒートシンク９はIII族窒化物半導体レーザ１２のアノード電極と導電性接着剤７を介してしっかりと接着される。この光モジュール７１ａによれば、窒化物半導体レーザ装置１のIII族窒化物半導体レーザ１２からの熱は金属台座７５を介して金属ベースに伝導する。
【００９８】
（実施例１）
窒化物半導体レーザ装置の一実施例を説明する。III族窒化物半導体レーザ素子を準備する。本実施例では、III族窒化物半導体レーザ素子を以下の工程により形成することによって準備する。
【００９９】
（III族窒化物半導体レーザ素子の作製）
図５に示すレーザダイオード構造を作製する。ｃ軸がｍ軸方向に７５度オフしたＧａＮウエハ９０を準備した。このＧａＮウエハ９０の主面の面方位は｛２０−２１｝面である。ＧａＮウエハ９０を成長炉に配置した後に、アンモニア及び水素の雰囲気中で熱処理を行う。熱処理温度は摂氏１１００度であり、熱処理時間は約１０分である。熱処理の後に、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（８．２μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、ＳｉＨ４を成長炉に供給して、クラッド層のためのｎ型ＡｌＧａＮ層９１をＧａＮウエハ９０上に摂氏１１５０度で成長する。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１の厚さは２３００ｎｍである。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１の成長速度は４６．０ｎｍ／分である。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１のＡｌ組成は０．０４である。
【０１００】
次いで、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）、ＳｉＨ４を成長炉に供給して、ｎ型ＡｌＧａＮ層９１上にｎ型ＧａＮ層９２を摂氏１１５０度で成長する。ｎ型ＧａＮ層９２の厚さは５０ｎｍである。ｎ型ＧａＮ層９２の成長速度は５８．０ｎｍ／分である。ＴＭＧ（２４．４μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（４．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、光ガイド層のためのアンドープＩｎＧａＮ層９３ａをｎ型ＧａＮ層９４上に摂氏８４０度で成長する。ｎ型ＩｎＧａＮ層９３ａの厚さは６５ｎｍである。ｎ型ＩｎＧａＮ層９３ａの成長速度は６．７ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層９３ａのＩｎ組成は０．０５である。次いで活性層９４を形成する。ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（２９．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層を摂氏７４５度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。
【０１０１】
次いで、成長炉の温度を摂氏７４５度に維持しながら、ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（０．３μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＧａＮ層をＩｎＧａＮ層上に摂氏７４５度で成長する。ＧａＮ層の厚さは１ｎｍである。ＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。アンドープＧａＮ層を成長した後に、成長炉の温度を摂氏７４５度から摂氏８７０度に変更する。ＴＭＧ（２４．４μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（１．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、障壁層のためのアンドープＩｎＧａＮ層をアンドープＩｎＧａＮ井戸層上に摂氏８７０度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは１５ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は６．７ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０２である。
【０１０２】
次いで、成長炉の温度を摂氏８７０度から摂氏７４５度に変更する。この後に、ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（２９．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層をＩｎＧａＮ層上に摂氏７４５度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．２５である。
【０１０３】
井戸層及び障壁層の成長を２回繰り返して行う。この後に、ＴＭＧ（１３．０μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（４．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、光ガイド層のためのアンドープＩｎＧａＮ層９３ｂを活性層９４上に摂氏８４０度で成長する。ＩｎＧａＮ層９３ｂの厚さは６５ｎｍである。ＩｎＧａＮ層９３ｂの成長速度は６．７ｎｍ／分である。次いで、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＧａＮ層９６をＩｎＧａＮ層９３ｂ上に摂氏１１００度で成長する。ＧａＮ層９６の厚さは５０ｎｍである。ＧａＮ層９６の成長速度は５８．０ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層９３ｂのＩｎ組成は０．０５である。
【０１０４】
次いで、ＴＭＧ（１６．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（２．８μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＡｌＧａＮ層９７をＧａＮ層９６上に摂氏１１００度で成長する。ＡｌＧａＮ層９７の厚さは２０ｎｍである。ＡｌＧａＮ層９７の成長速度は４．９ｎｍ／分である。ｐ型ＡｌＧａＮ層９７のＡｌ組成は０．１５である。ＴＭＧ（３６．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（３．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＡｌＧａＮ層９８をｐ型ＡｌＧａＮ層９７上に摂氏１１００度で成長する。ＡｌＧａＮ層９８の厚さは４００ｎｍである。Ａｌの組成は０．０６である。ＡｌＧａＮ層９８の成長速度は１３．０ｎｍ／分である。また、ＴＭＧ（３４．１μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＧａＮ層９９をｐ型ＡｌＧａＮ層９８上に摂氏１１００度で成長する。ＧａＮ層９９の厚さは５０ｎｍである。ｐ型ＧａＮ層９９の成長速度は１８．０ｎｍ／分である。これらの工程によってエピタキシャルウエハが作製される。
【０１０５】
このエピタキシャルウエハ上にアノードＡＮ及びカソードＣＴを形成して基板生産物を作製した後に、基板生産物を分離して個々のレーザダイオードを作製できる。アノード電極は、例えば１０マイクロメートル幅のストライプ窓を有する絶縁膜を介してｐ型ＧａＮ層に電気的に接続される。この基板生産物をａ面及びａ面に垂直な面において切断して、一対の共振器のための端面をａ面とする６００マイクロメートル長及び２マイクロメートル幅のレーザダイオードＬＤ０を作製する。
【０１０６】
このレーザダイオードＬＤ０の熱膨張係数を測定する。このレーザダイオードＬＤ０は、ＧａＮのｃ軸がＧａＮのｍ軸の方向に７５度の角度（オフ角とも呼ばれる）で傾斜するＧａＮウエハを用いて作製される。
【０１０７】
レーザダイオードＬＤ０のレーザ導波路の延在方向（例えばａ軸方向）の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）は５．６×１０−６／Ｋであり、レーザ共振器端面の延在方向の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）は４．６×１０−６／Ｋである。レーザダイオードのレーザ導波路の延在方向はレーザ共振器端面の延在方向（例えばｍ−ｎ面の方向）に直交する。
【０１０８】
サブマウントのためのＧａＮ単結晶とＡｌＮ多結晶の特性を比較する。ＧａＮ単結晶において、ｃ軸に直交する方向の熱膨張係数は５．５９×１０−６／Ｋであり、ｃ軸に平行な方向の熱膨張係数は３．１７×１０−６／Ｋであり、熱伝導率は１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。一方、このＡｌＮサブマウントの熱伝導率は１７０〜２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ＡｌＮサブマウントの熱膨張係数は４．７×１０−６／Ｋである。
【０１０９】
（熱抵抗の測定及びＭＴＴＦの見積もり）
図６は、窒化ガリウム単結晶ベースを含むサブマウントの厚さ１００μｍ及び３００μｍにおいて、熱伝導率と熱抵抗との関係を示す。発明者の実験によれば、ＡｌＮサブマウントを使用したｐダウン実装における窒化物半導体レーザ装置の熱抵抗は、２２℃／Ｗである一方で、単結晶ＧａＮサブマウントを使用したｐダウン実装における窒化物半導体レーザ装置の熱抵抗は、２６℃／Ｗである。この結果は、投入電力１ワット（Ｗ）において、サブマウントの違いは、４ケルビン（Ｋ）のジャンクション温度差を生じさせる。発明者は、窒化物半導体レーザ装置における熱膨張率差と平均故障寿命（ＭＴＴＦ）との関係を見積もっており、この見積もりによれば、４ケルビン（Ｋ）のジャンクション温度の上昇は、ＭＴＴＦにおけるレーザ寿命は１％の悪化になる。
【０１１０】
｛２０−２１｝面の面方位のＧａＮ基板上に作成された２個の実質的に同等な窒化物半導体レーザ（ＬＤチップ）を準備する。その一方を該窒化物半導体レーザ（ＬＤチップ）のＧａＮ基板の面方位と同じ面方位の単結晶窒化ガリウムベースを含むサブマウント上にｐダウン実装して窒化物半導体レーザ装置ＧＮを作製すると共に、他方の窒化物半導体レーザを入手可能なＡｌＮサブマウント上にｐダウン実装して窒化物半導体レーザ装置（以下、「ＡＮ」として参照する）を作製する。窒化物半導体レーザ装置（以下、「ＧＮ」として参照する）では、ＬＤチップと単結晶ＧａＮサブマウントとの間で熱膨張係数差が実質的に無い。窒化物半導体レーザ装置ＡＮでは、ＬＤチップとＡｌＮサブマウントとの間で熱膨張係数差が残る。これらの窒化物半導体レーザ装置ＧＮ及び窒化物半導体レーザ装置ＡＮのＬＤ寿命試験の結果のＭＴＴＦを比較すると、窒化物半導体レーザ装置ＡＮは窒化物半導体レーザ装置ＧＮに比べて１０％程度寿命が短い。したがって、上記の実装形態では、数度程度のジャンクション温度の上昇があっても、窒化物半導体レーザの熱膨張係数に近く且つその熱膨張係数の異方性に整合した熱膨張係数を有する単結晶窒化ガリウムケースのサブマウントを使用することが、ＬＤ寿命の点で優れている。
【０１１１】
引き続く説明では理解を容易にするために図１及び図２の参照符号を用いて説明する。単結晶窒化ガリウムサブマウント３の搭載面の第１の熱膨張係数ＣＭ１（Ｅｘ）が搭載面３ａの第２の熱膨張係数ＣＭ２（Ｅｘ）より大きいことを示す熱膨張係数の異方性を有する。また、III族窒化物半導体レーザ１１は、III族窒化物半導体レーザ１１の第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が半導体発光素子の第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きいことを示す熱膨張係数の異方性を有する。この半導体レーザ素子はサブマウント３の熱膨張係数の異方性に合わせて向き付けされて、熱膨張係数の異方性を有する搭載部材主面３ａ上に搭載されている。III族窒化物半導体レーザ１１は、熱膨張係数の異方性を有する単結晶ＧａＮサブマウント３の搭面３ａ上に搭載され、等方的な熱膨張係数を有する搭載面３ａ上に搭載されることに比べて、窒化物半導体レーザ装置１では、III族窒化物半導体レーザ１１とサブマウント３との熱膨張係数差に起因する応力がIII族窒化物半導体レーザ１１において低減される。上記の実験を含み他の実験の結果から、窒化物半導体レーザのＧａＮ基板（図１の基板１７の主面１７ａ）の傾斜角は６０度〜９０度の角度範囲にあることが好ましく、また窒化物半導体レーザのＧａＮ基板のｃ軸と単結晶窒化ガリウムベースのｃ軸との角度差は−１５度〜＋４５度の角度範囲にあることが好ましい。
【０１１２】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜する基板主面を用いるIII族窒化物半導体レーザにおいて、サブマウントとIII族窒化物半導体レーザとの間の熱膨張係数差及び熱膨張係数の異方性に係る特性変動を低減可能な光モジュールが提供される。また、本発明の実施の形態によれば、光モジュールのための半導体レーザ装置が提供される。さらに、本発明の実施の形態によれば、半導体レーザ装置のためのサブマウントが提供される。
【符号の説明】
【０１１４】
１…窒化物半導体レーザ装置、３…単結晶ＧａＮサブマウント、３ａ…搭載部材主面、５ａ…第１の電極、５ｂ…第２の電極、７…導電性接着部材、９…導電部材、１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１７…基板、１７ａ…主面、１７ｂ…裏面、１９…半導体積層、１９ａ…半導体領域表面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、７１ａ、７１ｂ…半導体レーザモジュール、７３ａ…ステム、７３ｂ…レンズキャップ、７５…ヒートシンク、７７ａ〜７７ｃ…リード端子、７９ａ、７９ｂ…ボンディングワイヤ。
【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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【図６】
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