(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体レーザであって、
基板、半導体領域及び絶縁層を含むレーザ構造体と、
前記レーザ構造体の前記半導体領域の上に設けられたオーミック電極と、
前記レーザ構造体に接触を成す及び前記オーミック電極に接触を成す金属電極と、
前記レーザ構造体に接触を成す及び前記金属電極に接触を成す熱伝搬金属層と、
前記レーザ構造体の前記基板の裏面の上に設けられた裏面電極と、
を備え、
前記基板は、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有し、
前記半導体領域は、前記半極性主面の上に設けられ、
前記絶縁層は、前記半導体領域の主面を覆い、
前記基板の前記半極性主面は基準面に沿って延在し、該基準面は、前記III族窒化物半導体の＜０００１＞軸及び＜０００−１＞軸のいずれかの方向に延びる基準軸に直交する面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成し、
前記レーザ構造体の前記半導体領域は、前記レーザ構造体の一端面から他端面への第１方向に延在する半導体リッジを有し、
前記オーミック電極は前記半導体リッジの上面の上に設けられ、
前記半導体リッジの上において前記熱伝搬金属層の厚さは前記金属電極の厚さより大きく、
前記半導体リッジの上において前記熱伝搬金属層の厚さは３μｍ以上であり、
前記半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型III族窒化物半導体層とを含み、
前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記基板の前記半極性主面の法線軸の方向を示す第２方向に配列されており、
前記オーミック電極の幅、前記金属電極の幅、及び前記熱伝搬金属層の幅は、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に規定され、
前記金属電極の前記幅は前記オーミック電極の前記幅より大きく、
前記熱伝搬金属層の前記幅は前記金属電極の前記幅より大きい、III族窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記熱伝搬金属層の前記幅は１５０μｍ以上である、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項３】
前記半導体リッジの上において前記金属電極の厚さは０．３μｍ以上であり、
前記オーミック電極は前記一端面の上縁から前記他端面の上縁まで延在し、
前記金属電極は前記一端面の上縁から前記他端面の上縁まで延在し、
前記熱伝搬金属層は前記一端面の前記上縁及び前記他端面の前記上縁から離れている、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記レーザ構造体の前記一端面の上に設けられた誘電体多層膜を更に備え、 前記半導体リッジの上において前記金属電極の厚さは１μｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記熱伝搬金属層は銀層を含み、
前記銀層は前記熱伝搬金属層の全厚の０．８倍以上である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
前記熱伝搬金属層の厚みは１０μｍ以下である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項７】
前記熱伝搬金属層は、前記金属電極に接触を成すセンタ部と、前記絶縁層に接触する第１ウイング部及び第２ウイング部とを含み、
前記熱伝搬金属層において前記センタ部は前記第１ウイング部と前記第２ウイング部との間にある、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項８】
前記オーミック電極は前記半導体リッジの上面に接触を成し、
前記半導体リッジの側面は、前記半導体リッジの前記上面に対して、９０度より小さい角度で傾斜しており、
前記絶縁層は前記オーミック電極の側面の上に設けられ、
前記金属電極は、前記半導体リッジの前記上面及び前記側面の上に設けられたセンタ部と、前記絶縁層に接触する第１及び第２ウイング部とを含み、
前記金属電極において前記センタ部は前記第１ウイング部と前記第２ウイング部との間にある、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項９】
前記レーザ構造体は、第１部分、第２部分、第３部分、第４部分及び第５部分を備え、
前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、前記第４部分及び前記第５部分は前記第３方向に順に配列されており、
前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、前記第４部分及び前記第５部分の各々は前記第１方向に延在し、
前記第３部分は前記半導体リッジを含み、
前記金属電極は前記第２部分、前記第３部分及び前記第４部分の上に設けられると共に、前記第１部分及び前記第５部分の上に設けられておらず、
前記熱伝搬金属層は前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、前記第４部分及び前記第５部分の上に設けられる、請求項８に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１０】
前記レーザ構造体は、第６部分及び第７部分を更に備え、
前記半導体領域の前記第６部分及び第７部分の各々は、当該III族窒化物半導体レーザの側面を含み、
前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、前記第４部分及び前記第５部分は前記第６部分と前記第７部分との間に設けられ、
前記熱伝搬金属層は前記第６部分及び前記第７部分の上に設けられていない、請求項９に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１１】
前記オーミック電極は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成る、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１２】
前記金属電極は、Ｔｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成る、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１３】
前記熱伝搬金属層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、及びＴｉの少なくともいずれかの金属から成る、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１４】
前記基板はIII族窒化物半導体からなり、
前記基板の前記半極性主面は、前記基準軸に直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜しており、
前記基板の前記裏面は、前記基準軸に直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜している、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１５】
前記III族窒化物半導体レーザの光ガイド層と活性層との界面は、前記基準軸に直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜している、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１６】
前記III族窒化物半導体レーザの光ガイド層と活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜しており、
前記活性層はＩｎＧａＮ層を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１７】
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長が、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１８】
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長が、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ。
【請求項１９】
半導体レーザ装置であって、
搭載面を有するサブマウントと、
請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザと、
前記III族窒化物半導体レーザの前記裏面電極を前記搭載面に固定する導電性接着部材と、
を備える、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、III族窒化物半導体レーザ、及び半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、端面発光型半導体レーザを開示する。ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｎ型電流狭窄層、ｐ型コンタクト層が基板上に形成されており、基板の裏面にはｎ電極が形成され、ｐ型コンタクト層上にはｐ電極が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４１０３９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、メッキ層が一方の共振器端面から他方の共振器端面にわたってｐ電極上に形成されている。共振器端面の付近のメッキ層幅は、共振器端面の間に位置する中央部分のメッキ層幅より大きい。これにより、端面付近における放熱性を向上させると共に、共振器端面を形成するようなへき開を可能にしている。
【０００５】
III族窒化物半導体発光素子では、青や青紫の発光だけでなく、発光波長範囲が拡大されている。III族窒化物半導体レーザは、発光の際に、ＧａＡｓやＩｎＰといった半導体を用いる発光素子に比べて多量の熱を発生する。この熱の放出経路は、III族窒化物半導体レーザが実装された形態に応じて異なる。実装形態は、以下の２つがある：III族窒化物半導体レーザのエピ面上の電極をサブマウントに搭載する形態（「ｐダウン形態」と呼ぶ）；III族窒化物半導体レーザの基板上の電極をサブマウントに搭載する形態（「ｐアップ形態」と呼ぶ）。
【０００６】
ｐダウン形態では、III族窒化物半導体レーザの活性層からの熱は、エピタキシャル層を伝搬して、アノード電極に到達する。エピ面上のアノード電極がサブマウントに向けられているので、活性層からの熱はアノード電極からサブマウントに伝搬する。これ故に、ｐダウン形態の実装は、比較的良好な放熱をIII族窒化物半導体レーザに提供できる。
【０００７】
ｐアップ形態では、III族窒化物半導体レーザの活性層からの熱は、エピタキシャル層及び基板を伝搬して、裏面電極に到達する。活性層からの熱は裏面電極からサブマウントに伝搬する。基板の厚さは、基板上に成長されたエピタキシャル層の厚さより大きいので、ｐアップ形態の実装における放熱経路は、ｐダウン形態の実装における放熱経路より長い。このように、III族窒化物半導体レーザにおいては、ｐダウン形態の実装とｐアップ形態の実装との間に放熱特性の差がある。上記の説明によれば、ｐダウン形態の実装は、ｐアップ形態の実装に比べて優れた放熱をIII族窒化物半導体レーザに提供できる。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ｐダウン実装における放熱特性とｐアップ実装における放熱特性との差を低減可能な構造を有するIII族窒化物半導体レーザを提供することを目的とし、また、III族窒化物半導体レーザを含む半導体レーザ装置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】
【０００９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザは、（ａ）基板、半導体領域及び絶縁層を含むレーザ構造体と、（ｂ）前記レーザ構造体の前記半導体領域の上に設けられたオーミック電極と、（ｃ）前記レーザ構造体及び前記オーミック電極に接触を成す金属電極と、（ｄ）前記レーザ構造体及び前記金属電極に接触を成す熱伝搬金属層と、（ｅ）前記レーザ構造体の前記基板の裏面の上に設けられた裏面電極とを備える。前記基板は、III族窒化物半導体からなる半極性主面を有し、前記半導体領域は、前記半極性主面の上に設けられ、前記絶縁層は、前記半導体領域の主面を覆い、前記基板の前記半極性主面は基準面に沿って延在し、該基準面は、前記III族窒化物半導体の＜０００１＞軸及び＜０００−１＞軸のいずれかの方向に延びる基準軸に直交する面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成し、前記レーザ構造体の前記半導体領域は、前記レーザ構造体の一端面から他端面への第１方向に延在する半導体リッジを有し、前記オーミック電極は前記半導体リッジの上面の上に設けられ、前記半導体リッジの上において前記熱伝搬金属層の厚さは前記金属電極の厚さより大きく、前記半導体リッジの上において前記熱伝搬金属層の厚さは３μｍ以上であり、前記半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層と、活性層と、第２導電型III族窒化物半導体層とを含み、前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記基板の前記半極性主面の法線軸の方向を示す第２方向に配列されており、前記オーミック電極の幅、前記金属電極の幅、及び前記熱伝搬金属層の幅は、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に規定され、前記金属電極の前記幅は前記オーミック電極の前記幅より大きく、前記熱伝搬金属層の前記幅は前記金属電極の前記幅より大きい。
【００１０】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、活性層へ供給される電流は、半導体リッジによる狭窄幅からやや拡がって活性層に到達し、活性層は半導体リッジにより狭窄された電流により発光する。活性層の発光領域は発熱する。この熱の一部は、半導体リッジを介してオーミック電極へ伝わり、この熱の別の一部は、活性層の発光領域から半導体領域及び基板を介して基板裏面に伝わる。
【００１１】
また、このIII族窒化物半導体レーザによれば、金属電極がレーザ構造体及びオーミック電極に接触を成すので、活性層からの熱が半導体リッジ及びオーミック電極を介して金属電極に伝わる。オーミック電極からの熱は、オーミック電極の幅より大きい幅の金属電極を伝搬して、半導体リッジから離れた半導体リッジ外側に伝わる。金属電極はオーミック電極だけでなくレーザ構造体に接触するので、金属電極からの熱の一部は再びレーザ構造体に伝わり、この熱はレーザ構造体を伝搬して基板裏面に向けて伝搬する。
【００１２】
さらに、このIII族窒化物半導体レーザによれば、熱伝搬金属層は金属電極に接触を成すので、金属電極からの熱の残りの一部は、金属電極の幅より広い幅の熱伝搬金属層を伝搬して、半導体リッジ及び金属電極から離れた熱伝搬金属層に伝わる。熱伝搬金属層は金属電極だけでなくレーザ構造体に接触するので、熱伝搬金属層からの熱は再びレーザ構造体に伝わり、この熱はレーザ構造体を伝搬して基板裏面に向けて伝搬する。
【００１３】
熱伝搬金属層の厚さは３μｍ以上であると共に熱伝搬金属層は３つの電極の最上層に位置するので、半導体リッジ、オーミック電極及び金属電極を介して活性層から伝搬してきた熱は、半導体リッジから離れたレーザ構造体上の熱伝搬金属層まで伝搬し、また熱伝搬属層を伝導してきた熱は再びレーザ構造体に伝わる。熱伝搬属層からの熱の一部は再びレーザ構造体に伝わり、この熱はレーザ構造体を伝搬して基板裏面に向けて伝搬する。
【００１４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記熱伝搬金属層の前記幅は１５０μｍ以上であることができる。
【００１５】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、熱伝搬金属層の幅が１５０μｍ以上であるとき、半導体リッジからの熱を半導体リッジから離れた遠方にまで伝搬させることができる。
【００１６】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記半導体リッジ上において前記金属電極の厚さは０．３μｍ以上であり、前記オーミック電極は前記一端面の上縁から前記他端面の上縁まで延在し、前記金属電極は前記一端面の上縁から前記他端面の上縁まで延在し、前記熱伝搬金属層は前記一端面の前記上縁及び前記他端面の前記上縁から離れていることができる。
【００１７】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、オーミック電極及び金属電極は一端面の上縁から他端面の上縁まで延在するので、半導体リッジ全体にわたって電流を供給できると共に、半導体リッジからの熱はオーミック電極を介して金属電極に伝わる。
【００１８】
熱伝搬金属層が一端面の上縁及び他端面の上縁から離れているので、III族窒化物半導体レーザの作製における半導体チップへの分離の際に、厚膜の熱伝搬金属層による影響を受けない。
【００１９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザは、前記レーザ構造体の前記一端面の上に設けられた誘電体多層膜を更に備えることができる。前記半導体リッジ上において前記金属電極の厚さは１μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、金属電極の厚さが１μｍ以下であるとき、誘電体多層膜の異常成長を低減できる。
【００２１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記熱伝搬金属層は銀層を含み、前記銀層は前記熱伝搬金属層の全厚の０．８倍以上であることが好ましい。
【００２２】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、銀の高熱伝導性及び十分な厚みの銀層の利用により、熱伝搬金属層は良好な熱伝導を有する。
【００２３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記熱伝搬金属層の厚みは１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、熱伝搬金属層からレーザ構造体への応力による信頼性低下を避けることができる。
【００２５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記熱伝搬金属層は、前記金属電極に接触を成すセンタ部と、前記絶縁層に接触する第１及び第２ウイング部とを含み、前記熱伝搬金属層において前記センタ部は前記第１ウイング部と前記第２ウイング部との間にあることができる。
【００２６】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、熱伝搬金属層は、金属電極に接触を成すセンタ部の外側に絶縁層に接触する第１及び第２ウイング部を有するので、半導体リッジからの熱をセンタ部に受けて、この熱はセンタ部から第１及び第２ウイング部に伝搬し、この熱は第１及び第２ウイング部から絶縁層を介して半導体領域に伝わる。
【００２７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記オーミック電極は前記半導体リッジの上面に接触を成し、前記半導体リッジの側面は、９０度より小さい角度で前記半導体リッジの前記上面に対して傾斜しており、前記絶縁層は前記オーミック電極の側面上に設けられ、前記金属電極は、前記半導体リッジの前記上面及び前記側面の上に設けられたセンタ部と、前記絶縁層に接触する第１及び第２ウイング部とを含み、前記金属電極において前記センタ部は前記第１ウイング部と前記第２ウイング部との間にあることができる。
【００２８】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、半導体リッジからの熱は、半導体リッジの側面を介して金属電極に伝わる。金属電極は、半導体リッジの上面及び側面の上に設けられたセンタ部の外側に絶縁層に接触する第１及び第２ウイング部を有するので、半導体リッジからの熱をセンタ部に受けて、この熱はセンタ部から第１及び第２ウイング部に伝搬し、この熱は第１及び第２ウイング部から絶縁層を介して半導体領域に伝わる。
【００２９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記レーザ構造体は、第１部分、第２部分、第３部分、第４部分及び第５部分を備えることができる。前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、前記第４部分及び前記第５部分は前記第２方向に順に配列されており、前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、前記第４部分及び前記第５部分の各々は前記第１方向に延在し、前記第３部分は前記半導体リッジを含み、前記金属電極は前記第２部分、前記第３部分及び前記第４部分の上に設けられると共に、前記第１部分及び前記第５部分の上に設けられておらず、前記熱伝搬金属層は前記第１部分〜前記第５部分上に設けられることができる。また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記レーザ構造体は、第６部分及び第７部分を更に備えることができる。前記半導体領域の前記第６部分及び第７部分の各々は、当該III族窒化物半導体レーザの側面を含み、前記第１部分、前記第２部分、前記第３部分、前記第４部分及び前記第５部分は前記第６部分と前記第７部分との間に設けられ、前記熱伝搬金属層は前記第６部分及び前記第７部分の上に設けられていない。
【００３０】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、半導体領域の第６部分及び第７部分の各々は当該III族窒化物半導体レーザの側面を含むと共に、熱伝搬金属層は第６部分及び前記第７部分の上に設けられていない。これ故に、熱伝搬金属層の側縁は、第１方向に延在するIII族窒化物半導体レーザ側面から離れるように設けられる。III族窒化物半導体レーザを作製する際に、厚膜の熱伝搬金属層の剥がれを避けることができる。
【００３１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記オーミック電極は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成ることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザによれば、これらの金属は、半極性面に対して良好な電気接触を提供できる。
【００３２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記金属電極は、Ｔｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成ることが好ましい。
【００３３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記熱伝搬金属層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、及びＴｉの少なくともいずれかの金属から成ることができる。このIII族窒化物半導体レーザによれば、これらの金属は、良好な熱伝導性を有する。
【００３４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記基板はIII族窒化物半導体からなり、前記基板の前記半極性主面は、前記基準軸に直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜しており、前記基板の前記裏面は、前記基準軸に直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。
【００３５】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、基板裏面において、第１方向の熱膨張係数は第３方向の熱膨張係数と異なる。
【００３６】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記III族窒化物半導体レーザの光ガイド層と活性層との界面は、前記基準軸に直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。
【００３７】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、III族窒化物半導体レーザのレーザ特性は、ｃ面の極性やｍ面及びａ面の無極性ではない半極性の性質に基づく。
【００３８】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記III族窒化物半導体レーザの光ガイド層と活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜しており、前記活性層はＩｎＧａＮ層を含むことができる。
【００３９】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、上記の角度範囲では、活性層のＩｎＧａＮ層に、高Ｉｎ組成及び均一なＩｎ組成を提供できる。
【００４０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記半導体レーザ素子の発振波長が、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。
【００４１】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、この波長領域の光を生成する発光素子は、高放熱特性を必要とする。
【００４２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザでは、前記半導体レーザ素子の発振波長が、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。
【００４３】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、この波長領域（緑色）の光を生成する発光素子は、高放熱特性を必要とする。
【００４４】
本発明に係る半導体レーザ装置は、（ａ）搭載面を有するサブマウントと、（ｂ）上記のいずれかのIII族窒化物半導体レーザと、（ｃ）前記III族窒化物半導体レーザの前記裏面電極を前記搭載面に固定する導電性接着部材とを備える。
【００４５】
この半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザはいわゆるｐアップ形態で実装される。
【００４６】
本発明に係る半導体レーザ装置は、（ａ）搭載面を有するサブマウントと、（ｂ）上記のいずれかのIII族窒化物半導体レーザと、（ｃ）前記III族窒化物半導体レーザの前記熱伝搬金属層を前記搭載面に固定する導電性接着部材とを備える。
【００４７】
この半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザはいわゆるｐダウン形態で実装される。
【発明の効果】
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、ｐダウン形態における放熱特性とｐアップ形態における放熱特性との差を低減可能な構造を有するIII族窒化物半導体レーザを提供でき、また、III族窒化物半導体レーザを含む半導体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの断面構造を概略的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザにおける電流の経路及び発生した熱の伝搬経路を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザを示す平面図である。
【図５】図５は、半導体レーザのパッド電極の膜厚と半導体レーザにおける放熱性との関係を示す図面である。
【図６】図６は、ｐアップ実装における放熱性とｐダウン実装における放熱性とを示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置及び半導体レーザモジュールを模式的に示す図面である。
【図８】図８は、半導体レーザの放熱性、及び半導体レーザ装置の放熱性に係るシミュレーション結果を示す図面である。
【図９】図９は、本実施形態に係る半導体レーザを作製する方法を概略的に説明する図面である。
【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、III族窒化物半導体レーザ、及び半導体レーザ装置に係る本発明の実施形態を説明する。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。図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の断面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素子１１は、リッジ構造を有する。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、レーザ構造体１３及びオーミック電極１５を備える。レーザ構造体１３は、基板１７、半導体領域１９、及び絶縁層３１を含む。基板１７は、六方晶系のIII族窒化物半導体からなり、また半極性主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。基板１７の半極性主面１７ａは基準面に沿って延在し、この基準面は基板１１のIII族窒化物半導体の＜０００１＞軸及び＜０００−１＞軸のいずれかの方向に延びる基準軸に直交する面に対して、ゼロより大きな傾斜角を成す。半導体領域１９は、基板１７の半極性主面１７ａ上に設けられている。オーミック電極１５は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられる。半導体領域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III族窒化物半導体層を含み、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III族窒化物半導体層を含み、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及び障壁層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、４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長の範囲内の光を発生するように設けられた量子井戸構造を含むことができる。この発振波長の領域の光を生成する発光素子は、高放熱特性を必要とする。また、半極性面の利用により、波長５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の光の発生に好適である。この波長領域（緑色）の光を生成する発光素子は、高放熱特性を必要とする。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、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、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の割断面２７及び第２の割断面２９を含む。
【００５２】
図１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。半極性主面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。図１には、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。六方晶系のIII族窒化物半導体のｃ軸を示す基準軸Ｃｘは、III族窒化物半導体のｃ軸からｍ軸へ向かう方向に法線軸ＮＸに対してゼロより大きな角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。基準軸Ｃｘは、＜０００１＞軸及び＜０００−１＞軸のいずれかの方向を向いている。また、基板１７の半極性主面１７ａは、ある基準面に沿って延在しており、この基準面は、III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延びる基準軸Ｃｘに直交する面（例えばＳｃ）に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。
【００５３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、絶縁層３１はレーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａを覆っており、半導体領域１９は絶縁層３１と基板１７との間に位置する。絶縁層３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体領域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。オーミック電極１５は、開口３１ａを介して半導体領域１９の、例えばｐ型コンタクト層３３の表面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素子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。
【００５４】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の割断面２７及び第２の割断面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸ（又はｃ軸）によって規定されるｍ−ｎ面（又はｍ−ｃ面）に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２の割断面２７、２９を含み、第１の割断面２７及び第２の割断面２９の一方から他方に、上記の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。第１及び第２の割断面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、第１及び第２の割断面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ることができる。
【００５５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の割断面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素子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。
【００５６】
III族窒化物半導体レーザ素子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。電子ブロック層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。基板１７の裏面１７ｂには裏面電極４１が設けられ、裏面電極４１は例えば基板１７の裏面１７ｂを覆っている。
【００５７】
第１及び第２の割断面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４３を更に備えることができる。破断面２７、２９にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。
【００５８】
図１及び図２を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子１１は、金属電極４５及び熱伝搬金属層４７を更に備える。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、オーミック電極１５はレーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられる。金属電極４５は、レーザ構造体１３及びオーミック電極１５に接触を成す。熱伝搬金属層４７はレーザ構造体１３及び金属電極４５に接触を成す。レーザ構造体１３は、レーザ構造体１３の一端面４３ａから他端面４３ｂへの第１方向（例えばＸ軸）に延在する半導体リッジ４９を有する。オーミック電極１５は半導体リッジ４９の上面４９ａ上に設けられる。半導体領域１９の主面１９ａは半導体リッジ４９を構成するような形状を有する。半導体リッジ４９上において、熱伝搬金属層４７の厚さＤ４７は金属電極４５の厚さＤ４５より大きい。半導体リッジ４９上において、熱伝搬金属層４７の厚さＤ４７は３μｍ以上である。金属電極４５の幅Ｗ４５はオーミック電極１５の幅Ｗ１５より大きく、熱伝搬金属層４７の幅は金属電極４５の幅Ｗ４５より大きい。オーミック電極１５の幅Ｗ１５、金属電極４５の幅Ｗ４５、及び熱伝搬金属層４７の幅Ｗ４７は、第１方向（Ｘ軸方向）及び第２方向（Ｚ軸方向）に交差する第３方向（Ｙ軸方向）に規定される。
【００５９】
このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、図３を参照すると、活性層２５へ供給される電流Ｉは、半導体リッジによる狭窄幅からやや拡がって活性層２５に到達する。活性層２５は半導体リッジ４９により狭窄された電流により発光し、活性層２５の発光領域は発熱する。この熱の一部ＴＥ１は、半導体リッジ４９を介してオーミック電極１５へ伝わり、この熱の別の一部ＴＥ２は、活性層２５の発光領域から半導体領域１９及び基板１７を介して基板裏面１７ｂに伝わる。
【００６０】
金属電極４５がオーミック電極１５に接触を成すので、半導体リッジ４９及びオーミック電極１５を介して活性層２５からの熱ＴＥ３が金属電極４５に伝わる。オーミック電極１５からの熱ＴＥ３は、オーミック電極１５の幅より大きい幅の金属電極４５を伝搬して、半導体リッジ４９から離れた半導体リッジ４９外側に伝わる。金属電極４５はオーミック電極１５だけでなくレーザ構造体１３に接触するので、オーミック電極１５からの熱の一部ＴＥ４はレーザ構造体に伝わり、この熱ＴＥ４はレーザ構造体１３を伝搬して基板裏面１７ｂに向けて伝搬する。
【００６１】
熱伝搬金属層４７は金属電極４５に接触を成すので、熱伝搬金属層４７は金属電極４５から熱ＴＥ５を受ける。この熱の一部ＴＥ６は、金属電極４５の幅より大きい幅の熱伝搬金属層４７を伝搬して、半導体リッジ４９及び金属電極４５から離れた熱伝搬金属層４７に伝わる。熱伝搬金属層４７は金属電極４５だけでなくレーザ構造体１３に接触するので、熱伝搬金属層４７からの熱ＴＥ６は再びレーザ構造体に伝わり、この熱ＴＥ６はレーザ構造体１３を伝搬して基板裏面１７ｂに向けて伝搬する。
【００６２】
熱伝搬金属層４７の厚さＤ４７は３μｍ以上であると共に熱伝搬金属層４７は３つの電極１５、４５、４７のうちの最上層に位置するので、半導体リッジ４９、オーミック電極１５及び金属電極４５を介して活性層２５から伝搬してきた熱を、金属電極４５とは別の経路で、半導体リッジ４９から離れたレーザ構造体１３上の熱伝搬金属層４７まで伝搬する。熱伝搬属層４７を伝導してきた熱はレーザ構造体１３に伝わる。熱伝搬属層４７からの熱の一部は再びレーザ構造体１３に伝わり、この熱はレーザ構造体を伝搬して基板裏面に向けて伝搬する。
【００６３】
図１に示されるように、半導体リッジ４９上において金属電極４５の厚さＤ４５は０．３μｍ以上であり、オーミック電極１５は割断面２７の上縁１３ｃから割断面２９の上縁１３ｅまで延在する。また、金属電極４５は割断面２７の上縁１３ｃから割断面２９の上縁１３ｅまで延在する。熱伝搬金属層４７は割断面２７の上縁１３ｃ及び割断面２９の上縁１３ｅから離れていることができる。
【００６４】
このIII族窒化物半導体レーザによれば、オーミック電極１５及び金属電極４５が割断面２７の上縁１３ｃから割断面２９の上縁１３ｅまで延在するので、半導体リッジ４９全体にわたって電流を供給できると共に、半導体リッジ４９からの熱はオーミック電極１５を介して金属電極４５に伝わる。
【００６５】
また、熱伝搬金属層４７が割断面２７の上縁１３ｃ及び割断面２９の上縁１３ｅから離れているので、III族窒化物半導体レーザ１１の作製における半導体チップへの分離の際に、厚膜の熱伝搬金属層４７による影響を受けず、また熱伝搬金属層４７の剥がれが生じない。
【００６６】
熱伝搬金属層４７の厚みは１０μｍ以下であることが好ましい。熱伝搬金属層４７からレーザ構造体１３への応力による信頼性低下を避けることができる。
【００６７】
誘電体多層膜４３がレーザ構造体１３の割断面２７、２９上に設けられる。半導体リッジ４９上において金属電極４５の厚さは１μｍ以下であることが好ましい。金属電極４５の厚さＤ４５が１μｍ以下であるとき、誘電体多層膜４３の異常成長を低減できる。厚膜の熱伝搬金属層４７が上縁１３ｃ及び上縁１３ｅから離れているので、誘電体多層膜４３の異常成長を引き起こすことがない。
【００６８】
熱伝搬金属層４７は銀層を含み、この銀層は熱伝搬金属層４７の全厚の０．８倍以上であることが好ましい。銀の高熱伝導性及び十分な厚みの銀層の利用により、熱伝搬金属層４７は良好な熱伝導を有する。例えば、この銀層の厚さは２．４μｍ以上であることが好ましい。
【００６９】
オーミック電極１５は、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成ることが好ましい。これらの金属は、半極性面に対して良好な電気接触を提供できる。
【００７０】
金属電極４５は、Ｔｉ、Ｐｔ、及びＡｕの少なくともいずれかの金属から成ることが好ましい。これらの金属は、オーミック電極に対して良好な密着性を提供できる。
【００７１】
熱伝搬金属層４７は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、及びＴｉの少なくともいずれかの金属から成ることができる。これらの金属は、金属電極に対して良好な密着性を提供できると共に良好な熱伝導性を有する。
【００７２】
III族窒化物半導体レーザの光ガイド層３５と活性層１５との界面は、基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜している。このIII族窒化物半導体レーザ１１のレーザ特性は、ｃ面の極性やｍ面及びａ面の無極性ではない半極性の性質に基づく。また、基板１７の半極性主面１７ａは、例えば基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上８０度未満の角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。基板１７の裏面１７ｂは、例えば基準軸Ｃｘに直交する面から１０度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。このIII族窒化物半導体レーザ１１では、基板裏面１７ｂにおいて、第１方向（Ｘ軸方向）の熱膨張係数は第３方向（Ｙ軸方向）の熱膨張係数と異なる。
【００７３】
III族窒化物半導体レーザ１１では、基板１７の半極性主面１７ａは、III族窒化物半導体のｃ軸からIII族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜することができる。III族窒化物半導体レーザ１１の光ガイド層３５と活性層２５との界面は、例えば基準軸Ｃｘに直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜しており、活性層２５はＩｎＧａＮ層を含むことができる。上記の角度範囲では、活性層２５のＩｎＧａＮ層に、高Ｉｎ組成及び均一なＩｎ組成を提供できる。
【００７４】
図４は、III族窒化物半導体レーザ１１を示す平面図である。図４に示されるように、熱伝搬金属層４７の幅Ｗ４７は１５０μｍ以上であることができる。熱伝搬金属層４７の幅Ｗ４７が１５０μｍ以上であるとき、半導体リッジ４９からの熱を半導体リッジ４９から離れた遠方にまで伝搬させることができる。
【００７５】
半導体リッジ４９の上部幅ＷＴ４９は、例えば１μｍ〜１０μｍ程度であり、半導体リッジ４９の下部幅ＷＴ４９は、例えば１．５μｍ〜１０μｍ程度であることができる。金属電極４５の幅Ｗ４５は、例えば１０μｍ〜１００μｍ程度であることができる。オーミック電極１５の幅Ｗ１５は例えば１μｍ〜１０μｍ程度であることができる。
【００７６】
図４に示されるように、熱伝搬金属層４７は、金属電極４５に接触を成すセンタ部４７ａと、金属電極４５に接触することなく絶縁層３１に接触する第１及び第２ウイング部４７ｂ、４７ｃとを含む。熱伝搬金属層４７においてセンタ部４７ａは第１ウイング部４７ｂと第２ウイング部４７ｃとの間にある。熱伝搬金属層４７は、金属電極４５に接触を成すセンタ部４７ａに隣接してその両側に第１及び第２ウイング部４７ｂ、４７ｃを有するので、半導体リッジ４９からの熱をセンタ部４７ａに受けて、この熱をセンタ部４７ａからくみ出すための第１及び第２ウイング部４７ｂ、４７ｃを介して、センタ部４７ａからの熱が第１及び第２ウイング部４７ｂ、４７ｃを介して半導体領域１９に伝搬する。
【００７７】
オーミック電極１５は半導体リッジ４９の上面４９ａに接触を成し、半導体リッジ４９の側面４９ｂは、ある角度で半導体リッジ４９の上面４９ａに対して傾斜しており、その角度は９０度より小さい或いは９０度以下であることができる。絶縁層３１は、図２に示されるようにオーミック電極１５の側面を覆うように設けられる。半導体リッジ４９からの熱は、半導体リッジの側面を介して金属電極に伝わる。金属電極４５は、半導体リッジ４９の上面４９ａ及び側面４９ｂの上に設けられたセンタ部４５ａの外側に、絶縁層３１に接触する第１及び第２ウイング部４５ｂ、４５ｃを有するので、半導体リッジ４９からの熱をセンタ部４５ａに受けて、この熱はセンタ部４５ａから第１及び第２ウイング部４５ｂ、４５ｃ並びに熱伝搬金属層４７に伝搬し、伝搬した熱は第１及び第２ウイング部４５ｂ、４５ｃから絶縁層３１又は熱伝搬金属層４７に伝わる。
【００７８】
III族窒化物半導体レーザ１１では、レーザ構造体１３は、第１部分１２ａ、第２部分１２ｂ、第３部分１２ｃ、第４部分１２ｄ及び第５部分１２ｅを備えることができる。第１部分１２ａ、第２部分１２ｂ、第３部分１２ｃ、第４部分１２ｄ及び第５部分１２ｅは第２方向（座標系ＳのＹ軸の方向）に順に配列されており、第１部分１２ａ、第２部分１２ｂ、第３部分１２ｃ、第４部分１２ｄ及び第５部分１２ｅの各々は第１方向（座標系ＳのＸ軸の方向）に延在する。第３部分１２ｃは半導体リッジ４９を含む。金属電極４５は第２部分１２ｂ、第３部分１２ｃ及び第４部分１２ｄ上に設けられると共に、第１部分１２ａ及び第５部分１２ｅ上に設けられていない。熱伝搬金属層４９は第１部分１２ａ、第２部分１２ｂ、第３部分１２ｃ、第４部分１２ｄ及び第５部分１２ｅ上に設けられることができる。
【００７９】
また、III族窒化物半導体レーザ１１では、レーザ構造体１３は、第６部分１２ｆ及び第７部分１２ｇを更に備えることができる。第６部分１２ｆ及び第７部分１２ｇは、それぞれ、当該III族窒化物半導体レーザ１１の側面５１ｄ、５１ｅを含む。第１部分１２ａ〜第５部分１２ｅは第６部分１２ｆと第７部分１２ｇとの間に設けられる。熱伝搬金属層４７は第６部分１２ｆ及び第７部分１２ｇ上に設けられていない。これ故に、熱伝搬金属層４７の側縁４７ｄ、４７ｅは、第１方向に延在するIII族窒化物半導体レーザ側面５１ｄ、５１ｅから離れるように設けられる。III族窒化物半導体レーザを作製する際に、厚膜の熱伝搬金属層４７の剥がれを避けることができる。熱伝搬金属層４７の縁と素子側面の上縁との距離ＤＥ２は例えば２０μｍ以上であることができる。熱伝搬金属層４７の縁４７ｆ、４７ｇと割断面２７、２９の上縁との距離ＤＥ１は例えば２０μｍ以上であることができる。
【００８０】
ディスプレイ用の半導体レーザとして、赤色半導体レーザ、緑色半導体レーザ、及び青色半導体レーザを用いることができる。モバイルプロジェクター用途の半導体レーザでは、光学ディスク用半導体レーザや通信用半導体レーザとは異なり十分な冷却機構を備えることができず、動作中の半導体レーザの素子温度が高い。また、ディスプレイ用の半導体レーザの発熱が大きい。特に、緑色半導体レーザの動作電圧は、赤色半導体レーザ及び青色半導体レーザに比べて高く、その外部量子効率も低い。これ故に、緑色半導体レーザの発熱量がより大きい。そこで、緑色半導体レーザにも適用可能な高い放熱性を有する素子構造が求められている。
【００８１】
（実施例１）
放熱性を良くするためには、半導体レーザのｐ側電極をサブマウントに接着する実装形態（いわゆる、ｐダウン実装Ｐｄｏｗｎｇ）が好ましい。しかしながら、このｐダウン実装に比べて、ｎ側電極をサブマウントに接着する実装形態（いわゆる、ｐアップ実装Ｐｕｐ）は、量産性に優れる。発明者らの数値実験によれば、図５に示されるように、半導体レーザの最上層の金属層の膜厚を厚くすることによって、半導体レーザにおける放熱性を向上できる。また、厚膜の金属層を用いることにより、図６に示されるように、例えば１０μｍ厚の金属層をエピ面上に設けることにより、ｐアップ実装における放熱性をｐダウン実装における放熱性に近づけ、また同等にまで向上させることができる。
【００８２】
これを適用するとき、熱抵抗（投入電力に対するジャンクション温度の上昇幅を示す値）を下げることができる。図５及び図６から理解されるように、金属中で最も熱伝導率の良い銀を使用した場合でも、１０μｍ程度にまで厚いパッド電極を必要とする。このような厚膜のパッド電極を半導体レーザのエピ面上に設けることは以下のような不具合を生じさせる可能性がある：例えば端面コートの異常成長。
【００８３】
このような不具合を避けるために、発明者らの検討により、以下の構造を採用するに至る。その構造では、オーミック金属に接触を成す金属電極に加えて、新たに厚膜の熱伝達金属層を設ける。２層目の金属電極は端面コートに影響がない程度の膜厚で光導波路構造上の半導体リッジを覆い、３層目の熱伝達金属層は、放熱性を向上させるための厚積みになる。
【００８４】
発明者らの見積もりによれば、緑色半導体レーザの放熱能力は、熱抵抗２０℃／Ｗ以下であることが好ましい。図５に示されるように、熱伝達金属層の材料に銀を適用するとき、必要な銀層厚は約３μｍ以上であり、熱伝達金属層の材料に金を適用するとき、必要な金層厚は約４μｍ以上である。いずれの金属を採用する場合、１０μｍを越えて厚積みするとき、厚膜からの応力により半導体レーザの寿命を低下させることがある。これ故に、金属膜の厚さの上限を１０μｍである。また、共振器のための端面のエッジにおいて、パッド電極の厚さが１μmを超えるとき、レーザバー作製の際に電極バリの発生頻度が高くなる。電極バリの発生による歩留まり低下を避けるために、共振器のための端面における金属層厚の上限は１μｍである。また、共振器のための端面における金属層厚が薄いとき、共振器端面付近の放熱性が低下する。この放熱性の低下を避けるために、金属層厚の下限は０．３μｍである。
【００８５】
放熱性向上のためには熱伝導率の最も高い銀が適している。ワイヤーボンディングのために最表層に金層を用い、下層との密着性を得るために最下層にチタン層を用いる。このとき、銀層の厚さは、熱伝達金属層の厚さの０．８倍以上であることが良い。
【００８６】
図７は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置及び半導体レーザモジュールを模式的に示す図面である。図７の（ａ）部を参照すると、半導体レーザ装置６１が示される。半導体レーザ装置６１は、サブマウント６３、III族窒化物半導体レーザ１１、及び導電性接着部材６５を備える。サブマウント６３は搭載面６３ａ、及び搭載面６３ａの反対側の裏面６３ｂを有する。搭載面６３ａは電極層６３ｃを含むことができる。導電性接着部材６５はIII族窒化物半導体レーザ１１の裏面電極４１を搭載面６３ａに固定する。この半導体レーザ装置６１では、III族窒化物半導体レーザはいわゆるｐアップ形態で実装される。サブマウント６３の材料は例えばAlN、SiC、ダイヤモンド等からなる。
【００８７】
図７の（ｂ）部を参照すると、半導体レーザモジュール７１が示される。半導体レーザ装置６１は、ステム７３の台座７５上に搭載される。ステム７３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６３の搭載面６３ａ上の電極層６３ｃ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、金属製のステム７３に接続される。
【００８８】
これらの半導体レーザモジュール７１及び半導体レーザ装置６１におけるIII族窒化物半導体レーザ１１の放熱性に関しては、ｐダウン形態における放熱特性とｐアップ形態における放熱特性との差を低減されている。
【００８９】
図８は、半導体レーザの放熱性、及び半導体レーザ装置の放熱性に係るシミュレーション結果を示す図面である。図８の（ａ）部は、通常厚みのパッド電極を有しｐダウン実装された半導体レーザの活性層及びアノード電極の近傍の温度分布を示す。図８の（ｂ）部は、通常厚みのパッド電極を有しｐアップ実装された半導体レーザの活性層及びアノード電極の近傍の温度分布を示す。図８の（ｃ）部は、本実施の形態に係る電極構造を有しｐアップ実装された半導体レーザの活性層及びアノード電極の近傍の温度分布を示す。これらの図面では、シミュレーションにより得られた温度分布を破線Ｔ１２３〜Ｔ２４７で示しており、文字“Ｔ”に続く複数桁の数字は温度の違いを表しており、大きい数値は高い温度を意味する。図８の（ｂ）部における温度分布（Ｔ１６０〜Ｔ２４７）と図８の（ｃ）部における温度分布（Ｔ１３６〜Ｔ１９７）とを比較すると、大幅な温度分布の改善が示される。また、図８の（ａ）部における温度分布（Ｔ１２３〜Ｔ１９７）と図８の（ｃ）部における温度分布（Ｔ１３６〜Ｔ１９７）とを比較すると、通常の電極構造を有する半導体レーザのｐダウン形態における放熱特性と本実施形態に係る半導体レーザのｐアップ形態における放熱特性との差を低減できることが示される。
【００９０】
図８の（ｄ）部は、通常厚みのパッド電極を有しｐダウン実装された半導体レーザとサブマウントとの接合近傍の温度分布を示す。図８の（ｂ）部は、通常厚みのパッド電極を有しｐアップ実装された半導体レーザとサブマウントとの接合近傍の温度分布を示す。図８の（ｆ）部は、本実施の形態に係る電極構造を有しｐアップ実装された半導体レーザとサブマウントとの接合近傍の温度分布を示す。これらの図面では、シミュレーションにより得られた温度分布を破線Ｔ３７〜Ｔ１３６で示しており、文字“Ｔ”に続く複数桁の数字は温度の違いを表しており、大きい数値は高い温度を意味する。
【００９１】
図８の（ｅ）部における温度分布（Ｔ３７〜Ｔ１３６）と図８の（ｆ）部における温度分布（Ｔ３７〜Ｔ１２３）とを比較すると、エピ面上の厚膜金属層の作用により、半導体リッジからの熱が半導体レーザの全体に拡がっている。また、図８の（ｄ）部における温度分布（Ｔ３７〜Ｔ１１１）と図８の（ｆ）部における温度分布（Ｔ３７〜Ｔ１２３）とを比較すると、本実施形態に係る半導体レーザの全体を通してサブマウントに熱が伝わる様子を示し、実装形態による放熱特性の差が縮小されていることを示す。
【００９２】
図９を参照しながら、本実施形態に係る半導体レーザを作製する方法を簡単に説明する。｛２０−２１｝面ＧａＮ基板上に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（Ｉｎ組成：０．０３、Ａｌ組成０．１４）、ｎ型ＧａＮ光ガイド層、ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成０．０３）、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成０．０３）、ＩｎＧａＮ活性層（Ｉｎ組成０．３０）、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｉｎ組成０．０３）、ｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（Ｉｎ組成：０．０３、Ａｌ組成０．１４）、ｐ型ＧａＮコンタクト層を成長してエピタキシャル基板を作製する。次いで、この準備されたエピタキシャル基板上に、図９の（ａ）部に示されるように、Ｐｄ膜を成長する。図９の（ｂ）部に示されるように、リッジを規定するマスク（Ａｌ／Ｔｉ／ＳｉＯ２）をＰｄ膜上に形成する。図９の（ｃ）部に示されるように、このマスクを用いて、Ｐｄ膜のドライエッチングを行い、Ｐｄ電極層を形成する。図９の（ｄ）部に示されるように、同じマスクを用いて窒化ガリウム系半導体領域のドライエッチングを行って半導体リッジを形成する。ドライエッチングの後に、図９の（ｅ）部に示されるように、ＳｉＯ２膜を成長する。次いで、図９の（ｆ）部に示されるように、Ａｌ膜のリフトオフにより半導体リッジを形成する。半導体リッジの上には、Ｐｄ電極層が位置する。この上に、図９の（ｇ）部に示されるように、Ａｕからなる金属電極をリフトオフ法で形成する。さらに、図９の（ｇ）部に示されるように、Ｔｉ層、Ａｇ層及びＡｕ層からなる熱伝搬金属層をリフトオフ法で形成する。次いで、基板研磨の後に、図９の（ｉ）部に示されるように、Ｔｉ／Ａｕからなる裏面電極を形成する。これらの工程により基板生産物が作製される。
【００９３】
この基板生産物にスクライブ及び押厚を行って、レーザバーを作製する。レーザ端面に端面コートを形成する。端面コートとしては、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２多層膜、やＳｉＯ２／ＺｒＯ２多層膜を用いることができる。多層膜の繰り返し数は例えば２〜５層である。この後に、レーザバーの分離により、個々の半導体レーザを作製する。この半導体レーザをｐアップ形態でサブマウントに搭載して、半導体レーザ装置を作製する。この半導体レーザ装置をキャンケースに実装する。
【００９４】
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】
【００９５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ｐダウン形態における放熱特性とｐアップ形態における放熱特性との差を低減可能な構造を有するIII族窒化物半導体レーザを提供でき、また、III族窒化物半導体レーザを含む半導体レーザ装置を提供できる。
【符号の説明】
【００９６】
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１５…オーミック電極、１７…基板、１７ａ…基板の半極性主面、１７ｂ…基板裏面、１９…半導体領域、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、３１…絶縁層、ＡＬＰＨＡ…角度、３３…ｐ型コンタクト層、ＬＩＸ…交差線、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…電子ブロック層、４１…裏面電極、４３…誘電体多層膜、４５…金属電極、４７…熱伝搬金属層、４９…半導体リッジ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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