(57)【要約】【課題】    半導体レーザ素子および半導体レーザ装置において、発振時の発熱や製造工程における熱処理による応力の発生を抑える。【解決手段】    第１の主面にリッジが形成されたガリウムヒ素系または窒化ガリウム系の半導体基体と、前記リッジの側面及び前記リッジの周囲の前記第１の主面を覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に積層された窒化アルミニウム膜と、前記リッジの上面と前記窒化アルミニウム膜の上に設けられた第１の金属電極と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。【選択図】    図１
2006210775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面にリッジが形成されたガリウムヒ素系または窒化ガリウム系の半導体基体と、
前記リッジの側面及び前記リッジの周囲の前記第１の主面を覆うように設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に積層された窒化アルミニウム膜と、
前記リッジの上面と前記窒化アルミニウム膜の上に設けられた第１の金属電極と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
第１の主面にリッジが形成されたガリウムヒ素系または窒化ガリウム系の半導体基体と、
前記リッジの側面及び前記リッジの周囲の前記第１の主面を覆うように設けられた窒化アルミニウム膜と、
前記リッジの上面と前記窒化アルミニウム膜の上に設けられた第１の金属電極と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記半導体基体の前記第１の主面と対向する第２の主面上に埋め込まれた窒化アルミニウム層と、
前記窒化アルミニウム層とその周囲の前記第２の主面の上に設けられた第２の金属電極と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２の主面には、前記リッジに対向する部分の少なくとも一部に前記窒化アルミニウム層が埋め込まれていない非埋め込み領域が設けられたことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
サブマウントと、
前記サブマウントの上に半田によってマウントされた請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子と、
を備えたことを特徴とす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、半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置に関し、特に、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系または窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体基体を有する半導体レーザ素子及びこれを搭載した半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発振波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの半導体レーザは、ＤＶＤ（digital versatile disc）などへの実用化が進み、さらにＤＶＤ−Ｒ（recordable）／ＲＷ（rewritable）などの書き込み用に高出力化が求められている。このような要求に応える半導体レーザの素子構造として、「リッジ導波路型」がある。リッジ導波路型の半導体レーザは、ストライプ状のリッジに光波を閉じこめて伝搬させることにより、水平横モードを制御して優れた光出力特性を得ることができる。
【０００３】
高出力タイプの半導体レーザは、通常、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の半導体基体を、例えばサブマウント等の実装部材に固定して使用される。ところが、このような半導体レーザ装置においては、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の半導体基体と、実装部材に代表される外部の異種材料と、の間の熱膨張係数差に起因して、これらの境界部に生じる応力が欠陥を招くことがある。
【０００４】
これに対し、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）に熱膨張係数が近い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をサブマウントとして用いる技術（例えば、特許文献１）や、半導体レーザ素子の端面に窒化アルミニウムの保護膜を設ける技術（例えば、特許文献２）が開示されている。しかしながら、これらの技術を採用しても、発振時の発熱や製造過程における熱処理によって発生するストレスへの対応としては不十分である。半導体レーザ装置における応力による欠陥は、Ｉth（発振しきい値電流）、Ｉop（動作電流）の変動をもたらすことになる。
【特許文献１】特開平１１−２６６０５３号公報
【特許文献２】特開平４−２０８５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、発振時の発熱や製造工程における熱処理による応力の発生を抑えた半導体レーザ素子およびこれを用いた半導体レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
第１の主面にリッジが形成されたガリウムヒ素系または窒化ガリウム系の半導体基体と、
前記リッジの側面及び前記リッジの周囲の前記第１の主面を覆うように設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に積層された窒化アルミニウム膜と、
前記リッジの上面と前記窒化アルミニウム膜の上に設けられた第１の金属電極と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、
第１の主面にリッジが形成されたガリウムヒ素系または窒化ガリウム系の半導体基体と、
前記リッジの側面及び前記リッジの周囲の前記第１の主面を覆うように設けられた窒化アルミニウム膜と、
前記リッジの上面と前記窒化アルミニウム膜の上に設けられた第１の金属電極と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ素子が提供される。
【０００８】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
サブマウントと、
前記サブマウントの上に半田によってマウントされた上記いずれかの半導体レーザ素子と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系または窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体と金属電極および半田との熱膨張係数の差によって半導体レーザ素子内に発生する応力を緩和する。その結果として、発振時および製造過程の熱処理によって発生する欠陥を防止して、半導体レーザ装置の初期特性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。  
本実施形態の半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１０１が金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田１０２によってサブマウント１０３に固定された構造を有する。半導体レーザ素子１０１は、リッジ１０４とダミーリッジ１０５とが設けられたガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系のエピタキシャル成長層を有する半導体基体１０６と、１層以上の絶縁膜１０７と、例えば金（Ａｕ）などの金属電極１０８と、より構成される。
【００１１】
なお、本願明細書において、「ガリウムヒ素系」とは、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウム・ガリウム・アルミニウム・リン（ＩｎＧａＡｌＰ）、インジウム・ガリウム・リン（ＩｎＧａＰ）等のガリウムヒ素からなる基板の上にエピタキシャル成長が可能な各種の化合物半導体を含むものとする。
【００１２】
また、本願明細書において「窒化ガリウム系」とは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むものも、「窒化ガリウム系」に含まれるものとする。例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなども「窒化ガリウム系」に含まれるものとする。
【００１３】
そして、本実施形態においては、絶縁膜１０７は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜ブロック層１０９と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜１１０と、で構成されている。
【００１４】
図２は、本発明者が本発明に至る過程で試作した比較例の半導体レーザ装置を表す断面図である。  
本比較例の半導体レーザ装置２００は、半導体レーザ素子２０１が金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田２０２によってサブマウント２０３に固定された構造を有する。半導体レーザ素子２０１は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の半導体基体２０４と、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜ブロック層２０５と、金属電極２０６と、より構成される。
【００１５】
このような構造の半導体レーザ装置では、たとえサブマウント２０３に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）と熱膨張係数の近い材料を用いたとしても、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の半導体基体２０４と金属電極２０６の材料である金（Ａｕ）もしくは金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田２０２との熱膨張係数の差が問題となる。すなわち、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の熱膨張係数は６．８６×１０−６／℃であり、金（Ａｕ）の熱膨張係数１４．２×１０−６／℃や、金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）の熱膨張係数１７．５×１０−６／℃との差が大きく、発振時や製造過程の熱処理によって応力が発生してしまう。また、窒化ガリウム系の半導体レーザ素子において基板として用いられる窒化ガリウム（ＧａＮ）の熱膨張係数は３．１７×１０−６／℃であり、この場合には、金（Ａｕ）の熱膨張係数１４．２×１０−６／℃や、金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）の熱膨張係数１７．５×１０−６／℃との差がさらに大きくなって、発振時や製造過程の熱処理によってさらに大きな応力が発生してしまう。
【００１６】
これに対して、図１に表す本発明の実施の形態においては、半導体基体１０６と金属電極１０８との間に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜１１０が設けられている。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱膨張係数は、５．２７×１０−６／℃であり、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の熱膨張係数（６．８６×１０−６／℃）や窒化ガリウム（ＧａＮ）の熱膨張係数（３．１７×１０−６／℃）に近い。このため、金属電極１０８や金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田１０２からチップ側に働く応力を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜１１０でとどめることが可能となる。従って、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体基体１０６にはストレスが負荷されにくくなり、Ｉth（発振しきい値電流）やＩop（動作電流）の変動を低減させることができる。つまり、熱的に安定となり、高出力動作が可能となる。また、レーザの寿命が改善され、信頼性に優れた半導体レーザ装置を提供できる。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。  
図３は、本発明の第２の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。  
半導体レーザ装置３００は、半導体レーザ素子３０１が金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田３０２によってサブマウント３０３に固定された構造を有する。半導体レーザ素子３０１は、リッジ３０４とダミーリッジ３０５が設けられた、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系のエピタキシャル成長層を有する半導体基体３０６と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜ブロック層３０７と、例えば、金（Ａｕ）などの金属電極３０８と、により構成される。すなわち、本実施形態の半導体レーザ素子３０１は、図２に関して前述した半導体レーザ装置２００において、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）もしくはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で形成された絶縁膜ブロック層２０５の材料を、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に置き換えた構造を有する。本実施形態においても、半導体基体３０６に設けるエピタキシャル成長層の材料としては、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウム・ガリウム・アルミニウム・リン（ＩｎＧａＡｌＰ）、インジウム・ガリウム・リン（ＩｎＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）等の化合物半導体を挙げることができる。
【００１８】
本実施の形態にかかる半導体レーザ装置も、第1の実施の形態にかかる半導体レーザ装置同様、半導体基体３０６と金属電極３０８もしくは金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田３０２との間に、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い絶縁膜ブロック層３０７を形成することで、金属電極３０８もしくは金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田３０２から半導体基体３０６側に働く応力を緩和している。このため、本実施の形態にかかる半導体レーザ装置も、先に説明した本発明の第1の実施の形態にかかる半導体レーザ装置と同様の効果を奏する。
【００１９】
また、絶縁膜ブロック層３０７の材料には、絶縁性と高い屈折率が要求される。本実施形態において採用できる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の屈折率は２．１６であり、図２に関して前述した半導体レーザ装置の絶縁膜ブロック層として用いられているシリコン窒化膜（ＳｉＮ）（屈折率：２）もしくはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）(屈折率：１．６４）と比較しても、これらを上回るものである点でも有利である。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。  
図４は、本発明の第３の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。  
半導体レーザ装置４００も、半導体レーザ素子４０１が金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田４０２によってサブマウント４０３に固定された構造を有する。半導体レーザ素子４０１は、リッジ４０４とダミーリッジ４０５が設けられたガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系のエピタキシャル成長層を有する半導体基体４０６と、１層以上の絶縁膜４０７と、例えば、金（Ａｕ）などの金属電極４０８と、により構成される。本実施形態においても、半導体基体４０６に設けるエピタキシャル成長層の材料としては、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウム・ガリウム・アルミニウム・リン（ＩｎＧａＡｌＰ）、インジウム・ガリウム・リン（ＩｎＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）等の化合物半導体を挙げることができる。
【００２１】
本実施形態においては、絶縁膜４０７は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜ブロック層４０９と、これと同様の材料の絶縁膜４１０とにより構成される。このため、金属電極４０８や金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田４０２から半導体基体４０６側に働く応力を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成された絶縁膜ブロック層４０９および絶縁膜４１０でとどめることが可能となる。従って、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体基体４０６にはストレスが生じなくなるので、Ｉth（発振しきい値電流）、Ｉop（動作電流）の変動を低減させることができる。
【００２２】
さらに本実施形態によれば、２層の絶縁膜によって応力を緩和するため、先に説明した第1、第２の実施の形態にかかる半導体レーザ装置と同様、もしくはそれ以上の応力緩和効果が期待できる。
【００２３】
次に、応力緩和の効果をさらに高めるため、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系や窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体基体内にも絶縁膜を設けた半導体レーザ装置について説明する。
【００２４】
図５は、本発明の第４の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。  
半導体レーザ装置５００も、半導体レーザ素子５０１が金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田５０２によってサブマウント５０３に固定された構造を有する。半導体レーザ素子５０１は、リッジ５０４とダミーリッジ５０５が設けられたガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系のエピタキシャル成長層を有する半導体基体５０６と、１層以上の絶縁膜５０７と、例えば、金（Ａｕ）などの金属電極５０８、５０９とより構成される。本実施形態においても、半導体基体５０６に設けるエピタキシャル成長層の材料としては、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウム・ガリウム・アルミニウム・リン（ＩｎＧａＡｌＰ）、インジウム・ガリウム・リン（ＩｎＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）等の化合物半導体を挙げることができる。
【００２５】
絶縁膜５０７は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜ブロック層５１０と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜５１１とで構成される。さらに、半導体基体５０６の裏面側にも窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜５１２が形成される。すなわち、図１に表した本発明の第1の実施の形態にかかる半導体レーザ装置において、半導体基体のリッジが設けられていない側に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜が埋め込まれた構造を有する。
【００２６】
図６は、図５に表した半導体レーザ装置を上面からみた平面透視図である。なお、同図には、電極５０９の下の半導体基体５０６と、その裏面に埋め込まれた絶縁膜５１２を表した。また、半導体基体５０６の反対側に設けられるリッジ５０４を一点鎖線で表した。図６に表したように、本具体例の場合、絶縁膜５１２はリッジ５０４を介した電流の通路を妨げないよう、リッジ５０４の裏面側をはさんで一対のアイランド状に形成されている。
【００２７】
このように、半導体基体５０６の裏面側にも窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜５１２を設けることにより、金（Ａｕ）等の金属電極５０９から半導体基体５０６側に働く応力を絶縁膜５１２でとどめ、金属電極５０９などから半導体基体５０６に働く応力を緩和することが可能となる。従って、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体基体５０６にはストレスが発生しなくなるので、Ｉth（発振しきい値電流）、Ｉop（動作電流）の変動を低減させることができる。  
また、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系や窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体基体よりも熱伝導率が良いため、半導体レーザ装置の動作時の放熱材としても作用する。このため、半導体レーザ装置の動作特性はより安定する。  
またさらに、半導体基体５０６の表裏に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる絶縁膜５１１、５１２をそれぞれ設けることにより、応力などのバランスをとることができる。つまり、半導体基体５０６の表側と裏側とにそれぞれ窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの異種材料の膜を設けることにより、異種材料との接合により生ずる応力などのアンバランスを緩和できる。特に、本具体例の場合、半導体基体５０６の表面側においても裏面側においても、リッジ５０４に対応した部分には絶縁膜５１１、５１２を設けず、バランスの良好な構造とされている。
【００２８】
またさらに、リッジ５０４に対応する部分の両側に窒化アルミニウム膜５１２を設けることにより、電流ブロック効果も得られる。つまり、リッジ５０４の部分のみに電流を注入することにより、リッジ５０４以外の部分での発光を抑制し、効率的にレーザ発振させることができる。
【００２９】
本発明の第４の実施の形態にかかる半導体レーザ装置は、サブマウントなどの実装部材に対してｐｎ接合が近接するようにマウントする、いわゆる「ジャンクション・ダウン（junction down）」のマウント形態であるが、その反対に、「ジャンクション・アップ（junction up）」のマウント形態において用いることもできる。  
図７は、本発明の第５の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。  
半導体レーザ装置７００は、半導体レーザ素子７０１が金スズ（Ａｕ−Ｓｎ）半田７０２によってサブマウント７０３にジャンクション・アップの形態で固定されている。半導体レーザ素子７０１は、リッジ７０４とダミーリッジ７０５が設けられたガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）系のエピタキシャル成長層を有する半導体基体７０６と、１層以上の絶縁膜７０７と、例えば、金（Ａｕ）などの金属電極７０８、７０９とより構成される。
絶縁膜７０７は、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁膜ブロック層７１０と、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜７１１とで構成される。さらに、半導体基体７０６のリッジに対する裏面側にも窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜７１２が埋め込まれている。すなわち、本実施形態のレーザ素子は、図５に表した半導体レーザ素子と同様の構造を有する。  
なお、本実施の形態にかかる半導体レーザ装置を上面からみた平面図は、リッジ７０４とこれに対向する半導体基体裏面に埋め込まれた絶縁膜７１２に関して、図６と同じであるため説明を省略する。
マウント形態を「ジャンクション・アップ（junction up）」とすることにより、マウント時の機械的および熱的ストレスを低くすることができる。これに加えて、図７に表す半導体レーザ装置は、図５及び図６に表した半導体レーザ装置と同様に、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系や窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体基体に熱膨張係数の近い２つの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜７１１、７１２による応力の緩和や、放熱性の向上などの効果により、動作特性もさらに安定したものになる。
【００３０】
特に、本具体例の場合、半導体基体７０６のマウント面に熱伝導率の良好な窒化アルミニウム膜７１２を埋め込むことにより、発光領域（リッジ７０４の根元近傍にある場合が多い）において生じた熱をサブマウント７０３に対して高い効率で放熱させることができる。その結果として、ジャンクション・アップのマウント形態においても、放熱性を向上させ、高出力で高信頼性を有する半導体レーザ装置を実現できる。
【００３１】
このように、リッジ形成面と対向する半導体基体の裏面側に応力緩和や放熱性改善などの作用を有する絶縁膜を設けた構造は、図５乃至図７に例示したものには限定されない。これら以外にも、例えば、図３及び図４に関して前述した半導体レーザ装置にも同様に適用可能である。  
図８および図９は、図３および図４に関して前述した半導体レーザ素子の半導体基体の裏面側に応力緩和用の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜８０１、９０１を埋め込み、金（Ａｕ）などの金属電極８０９、９０９を形成した半導体レーザ装置８００、９００の断面図である。これらの半導体レーザ装置の動作および作用効果は第４の実施の形態にかかる半導体レーザ装置に関して前述したものと同様である。半導体レーザ装置の用途およびプロセス上の要求に応じて、適宜選択して用いればよい。
【００３２】
また、図８及び図９においては、半導体レーザ素子をジャンクション・ダウンの形態でマウントした具体例を表したが、第５の実施の形態に関して前述したように、ジャンクション・アップの形態でマウントしてもよい。
【００３３】
また一方、第４及び第５実施形態に関して前述したように、半導体基体の裏面側に窒化アルミニウム膜を埋め込む場合、その平面形状は、図６に表したものに限定されない。  
図１０乃至図１２は、半導体基体５０６に埋め込まれる窒化アルミニウム膜５１２の平面形状を例示する模式図である。すなわち、これらの図は、図６に対応する平面透視図である。また、これらの図面においても、リッジ５０４を一点鎖線で表した。
【００３４】
図１０に表したように、リッジ５０４の下部の全面を覆うストライプ状に窒化アルミニウム膜５１２を埋め込んでもよい。この場合には、窒化アルミニウム膜５１２の上に設けられた電極（図示せず）を介して、窒化アルミニウム膜５１２の両側からリッジ５０４に電流が注入される。このように、リッジ５０４の全面を覆うように窒化アルミニウム膜５１２を設けると、応力緩和が十分になされ、またリッジ５０４に沿って生ずる熱を均一に放熱させることができる。
【００３５】
また、図１１に表したように、窒化アルミニウム膜５１２をリッジ５０４の延在方向に並列配置された複数の長方形状に形成してもよい。この場合には、主に隣接する窒化アルミニウム膜５１２の間から電流が注入される。このようにすると、リッジ５０４の反対側の主面のリッジ５０４の対向部から電流を部分的に注入できる。また、本具体例において、レーザ光の出射端面（図１１において上下の端面）に窒化アルミニウム膜５１２を延在させることにより、端面近傍での電流注入を抑制できる。このようにすると、端面において電流が集中することによる半導体層の破壊を抑制したり、また、ファーフィールドパターンを所望の範囲に制御することが可能となる。
【００３６】
一方、図１２に表したように、窒化アルミニウム膜５１２に、電流の注入経路としての複数の開口を設けてもよい。この場合、この開口を介してリッジ５０４に電流が注入される。この場合も、窒化アルミニウム膜５１２の面積を大きくすることにより、放熱性を高めることができる。また、この場合も、レーザ光の出射端面（図１２において上下の端面）に窒化アルミニウム膜５１２を延在させることにより、端面近傍での電流注入を抑制し、端面における半導体層の破壊を抑制したり、ファーフィールドパターンを所望の範囲に制御することが可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第４の実施の形態にかかる半導体レーザ素子の製造方法について説明する。  
図１３および図１４は、本実施の第４の実施の形態にかかる半導体レーザ素子の製造工程の一部を表す工程断面図である。  
まず、図１３（ａ）に表したように、表面に例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウム・ガリウム・アルミニウム・リン（ＩｎＧａＡｌＰ）、インジウム・ガリウム・リン（ＩｎＧａＰ）等のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系のエピタキシャル成長層を有する半導体基体１００１に対して、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いて塩素系等のガスによりリッジ５０４およびダミーリッジ５０５を形成後、絶縁膜ブロック層５１０となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１００２を全面に形成する。なお、絶縁膜ブロック層５１０は、半導体層への応力の影響を小さくするため０．２マイクロメータ以下の膜厚とすることがより望ましい。
【００３８】
次に、図１３（ｂ）に表したように、リッジ５０４のコンタクト面を開口する。  
しかる後に、図１３（ｃ）に表したように、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）と熱膨張係数の近い材料の絶縁膜５１１を形成する。絶縁膜５１１としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いることができる。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、熱膨張係数が５．２７×１０−６／℃とガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の熱膨張係数（６．８６×１０−６／℃）に近く、さらに熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋと大きい。  
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をスパッタ等で成膜した後、ＲＩＥ等によりリッジ５０４のコンタクト面を開口する。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、次工程で形成するチタン・白金・金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）等のｐ型電極材料によるストレスが下地である半導体基体１００１に至らないよう、２マイクロメータ以上の膜厚とする。
【００３９】
次に、図１４（ａ）に表したように、ｐ型電極５０８となる金属膜を真空蒸着によって形成する。  
次に、図１４（ｂ）に表したように、半導体基体１００１のリッジ５０４が形成される面の裏面側に、ＲＩＥによってキャビティ部１００２を形成する（図１４（ｂ）は図１４（ａ）を上下逆にした断面図である）。キャビティ部の寸法は、幅５〜５０マイクロメータ、深さ１０〜８０ナノメータ程度であれば、クラックが発生しにくい。
【００４０】
次いで、図１４（ｃ）に表したように、このキャビティ部１００２に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の膜５１２をスパッタ等で埋め込み、表面を研磨して余分な窒化アルミニウム膜を除去して平坦化する。
【００４１】
しかる後に、電極５０９を形成し、さらに必要に応じて、その上に半田層として、金スズなどを形成することにより、半導体レーザ素子が完成する。この半導体レーザ素子をサブマウント５０３にマウントすることにより、図５に表した半導体レーザ装置が完成する。
【００４２】
以上、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の半導体レーザ装置の製造方法について説明したが、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体レーザ装置の場合にも、半導体層の材料や積層構造、プロセスに用いるガスや温度などの条件を適宜変更して、同様に製造することができる。
【００４３】
ところで、本発明の半導体レーザ装置は、図１などに例示したように、サブマウントに半導体レーザ素子をマウントした構造を採ることができるが、これ以外にも、例えば、いわゆる「カン封止型（can-seal type）」の構造を採ることもできる。
【００４４】
図１５は、本発明の実施の形態にかかるカン封止型の半導体レーザ装置を表す模式断面図である。
【００４５】
この半導体レーザ装置１２００は、ステム１２０１とステムマウント１２０２と封止カン１２０３とを有する。ステム１２０１には、リードピン１２０４が設けられ、外部との電気的な接続を可能としている。ステムマウント１２０２はステム１２０１に固定され、その先端にはサブマント１２０５を介して本発明の実施の形態にかかる半導体レーザ素子１２０６がマウントされている。また、ステム１２０１の上には半導体レーザ素子１２０６からの出力をモニタし、適宜フィードバック制御するためのモニタ用受光素子１２０７が設けられている。
【００４６】
このようなカン封止型の半導体レーザ装置においても、図１乃至図１４に関して前述した本発明の実施の形態にかかる半導体レーザ素子を用いることにより、高出力動作が可能となり、製造歩留まりも信頼性も改善することができる。
【００４７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体レーザ素子を構成する層構造の詳細などに関して当業者が適宜設計変更したものも本発明の要旨を含む限り本発明の範囲に包含される。
【００４８】
また、半導体レーザ装置の形状やサイズについても、当業者が適宜設計変更したものも、本発明の要旨を含む限り本発明の範囲に包含される。さらに、リッジストライプの形状やサイズ、ダミーリッジの形状や配置関係についても、同様に各種の変形が可能であり、これらはいずれも本発明の範囲に包含される。
【００４９】
一方、本発明の半導体レーザ装置についても、具体例として前述したもの以外にも、例えば、光ファイバを結合するためのレセプタクルに本発明の半導体レーザ素子が組み込まれた半導体レーザ装置や、実装基板の上に本発明の半導体レーザ素子がマウントされた半導体レーザ装置など、各種のものが本発明の範囲に包含される。
【００５０】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置も同様に本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。
【図２】一般的な半導体レーザ装置を表す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。
【図５】第４の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。
【図６】図５に表した半導体レーザ装置を上面からみた平面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態にかかる半導体レーザ装置を表す断面図である。
【図８】図３において半導体基体裏面側に応力緩和用の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を採用した半導体レーザ装置断面図である。
【図９】図４において半導体基体裏面側に応力緩和用の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を採用した半導体レーザ装置断面図である。
【図１０】半導体基体５０６に埋め込まれる窒化アルミニウム膜５１２の平面形状を例示する模式図である。
【図１１】半導体基体５０６に埋め込まれる窒化アルミニウム膜５１２の平面形状を例示する模式図である。
【図１２】半導体基体５０６に埋め込まれる窒化アルミニウム膜５１２の平面形状を例示する模式図である。
【図１３】本実施の第４の実施の形態にかかる半導体レーザ素子の製造工程の一部を表す工程断面図である。
【図１４】本実施の第４の実施の形態にかかる半導体レーザ素子の製造工程の一部を表す工程断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態にかかる半導体レーザ装置の具体例を表す模式断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００、２００、３００、４００、５００、７００、８００、９００、１２００    半導体レーザ装置
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、１２０６    半導体レーザ素子
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、７０２    半田
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、７０３    サブマウント
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、７０４    リッジ
１０７、４０７、５０７、７０７    絶縁膜
１０９、２０５、３０７、４０９、５１０、７１０    絶縁膜ブロック層
１０８、２０６、３０８、４０８、５０８、７０８    金属電極
１０６、１００１、３０６、４０６、５０６、７０６    半導体基体
【図１】
2006210775.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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