(57)【要約】【課題】  閾値電流が低く、低電流動作が可能なリッジストライプ構造の半導体レーザ素子において、素子に加えられる残留応力の影響を抑制して高い信頼性を得る。【解決手段】  ダイボンド加工時と半導体レーザ素子動作時との温度差による残留応力は、ヒートシンクと半導体レーザ素子１０との熱膨張係数の差により発生し、半導体レーザ素子１０の共振器長方向の寸法Ｌが長いほど、残留応力が大きくなる。本発明では、半導体レーザ素子１０の共振器方向の長さＬを素子幅方向の長さＷ２と同等にして、略正方形のダイボンド面を形成する。これにより、ダイボンド加工時と半導体レーザ素子動作時の温度差による残留応力が等方的に発生して応力分散作用により素子に均等にかかるため、応力集中による素子の劣化やかけ、割れなどの発生が低減される。【選択図】  図１
2006108262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振のための共振器方向と平行に、電流を狭い領域に集中的に流すためのリッジストライプ構造が設けられた半導体レーザ素子において、
該共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとの一方が他方の長さのプラス・マイナス１割の範囲内に設定されている半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとが等しく設定されている請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記共振器方向および素子幅方向の各長さが２００μｍ±２０μｍの範囲内に設定されている請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
発光点から近い側の外形面までの厚みが通常の厚みよりも小さく設定可能とされている請求項１〜３のいずれかにに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記発光点に近い側の外形面の平坦度が、Ｒｍａｘ値で０．１μｍ以下に設定されている請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記リッジストライプ構造は、高屈折率材料からなり、電流注入領域となるリッジストライプ部と、該リッジストライプ部と比べて屈折率が低く、かつ、少数キャリアの極性が該リッジストライプ部とは異なる半導体材料からなる電流阻止領域とが同一平面内に形成されたリアルガイド構造である請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記リッジストライプ部の幅が１μｍ以上３μｍ以下に設定されている請求項６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記リッジストライプ部の位置と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが、発光点に近い方の表面電極側およびその表面電極に対向する表面電極側の少なくともいずれか一方に設けられている請求項６または７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記表面電極上にホログラムパターンが形成され、外部の特定方向から該ホログラムパターンに再生用コヒーレント光を照射することにより、素子表面に該ホログラムパターンの虚像として、前記リッジストライプ部の形状と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが再生可能とされている請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項５に記載の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、  
加工前の表面凹凸形状計測と、計測結果に基づく加工必要量の算出と、加工位置および加工量の制御とを組合わせたプラズマＣＶＭ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）法により、前記発光点に近い側の外形面の平坦度をＲｍａｘ値で０．１μｍ以下に加工する半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の半導体レーザ素子が、熱伝導性が良好で該半導体レーザ素子の熱膨張係数と同等の材料からなるサブマウント手段にダイボンドされている半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記半導体レーザ素子とサブマウント手段とは、発光点に近い方の表面電極側で、金系材料および錫系材料の少なくとも一方を含むろう材を用いて電気的に接合されている請求項１１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは／および書き込みを行う光ディスク装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは／および書き込みを行う電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ディスクの再生用光源などとして好適に用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法、その半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置、その半導体レーザ素子を用いた光ディスク装置、その半導体レーザ素子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク装置の小型化に伴って、携帯型光ディスク装置が搭載された電子機器が登場し、高温環境下においても、より消費電力が少ない半導体レーザ素子が再生用光源として求められている。
【０００３】
この低消費電力の半導体レーザ素子としては、例えば特許文献１に開示されているようなリアルガイド構造のリッジ埋め込み型半導体レーザ素子が知られている。これを図８に示している。
【０００４】
図８は、従来のリアルガイド構造のリッジ埋め込み型半導体レーザ素子の構成例を示す断面図である。
【０００５】
図８に示すように、半導体レーザ素子１００は、半導体基板１０１上に、第１クラッド層１０２、活性層１０３および第２クラッド層１０４がこの順に形成されている。第２クラッド層１０４の表面側には、平坦面とリッジ状の突出部（リッジストライプ部）とが存在し、このリッジストライプ部の側面上には電流ブロック層第１領域１０５および第２領域１０６が形成され、第２クラッド層１０４の平坦面上には電流ブロック層第３領域１０７が形成されている。電流ブロック層１０５〜１０７は、第２クラッド層１０４よりも屈折率が小さい材料からなっている。リッジストライプ部上にはバッファ層１０８およびｐ型キャップ層１０９が形成され、電流ブロック層第３領域１０７上にはｎ型キャップ層１１０が形成されている。その上に、ｐ型キャップ層１０９および電流ブロック層１０６，１０７上にわたってコンタクト層１１１が形成されている。
【０００６】
上記電流ブロック層１０５〜１０７は、活性層１０３よりもバンドギャップが大きく、レーザ光に対してほぼ透明となるため、導波路損失が小さく、低閾値で高効率なレーザ発振が可能となる。
【特許文献１】特開２００２−５０８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リアルガイド構造の低閾値半導体レーザ素子１００を、さらに低電流動作させるためには、活性層１０３付近の温度が動作時に上昇しないようにするために、活性層１０３付近で発生するジュール熱を半導体レーザ素子１００の外部へ放熱させる放熱構造が必要となる。
【０００８】
このため、上記特許文献１では、リッジストライプ部上方に設けられたコンタクト層１１１の膜厚は３μｍ程度と薄く設定されている。この薄いコンタクト層１１１が、炭化珪素や窒化アルミニウムなどの高熱伝導材料からなるサブマウントと金−錫ろう材などによって接合され、活性層１０３での発熱をサブマウント経由で外部に逃がすような構造として使用されることが一般的であった。
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成では、半導体レーザ素子１００と、これに接合されたヒートシンク（サブマウント）との熱膨張係数の差によって、金−錫ろう材の接合温度と半導体レーザ素子１００の動作温度との温度差による残留応力が発生し、コンタクト層１１１が薄いためにこの残留応力によって活性層１０３にひずみが与えられるため、半導体レーザ素子１００の信頼性を低下させる原因となっている。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、閾値電流が低く、低電流動作が可能で、素子に加えられる残留応力の影響を抑制できて高い信頼性を得ることができる半導体レーザ素子およびその製造方法、これを用いた半導体レーザ装置、これを用いた光ディスク装置、その半導体レーザ素子を用いた電子機器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】
【００１１】
本発明の半導体レーザ素子は、レーザ発振のための共振器方向と平行に、電流を狭い領域に集中的に流すためのリッジストライプ構造が設けられた半導体レーザ素子において、
該共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとの一方が他方の長さのプラス・マイナス１割の範囲内に設定されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における共振器方向の素子長さと、該共振器方向と直交する素子幅方向の長さとが等しく設定されている。
【００１３】
さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における共振器方向および素子幅方向の各長さが２００μｍ±２０μｍの範囲内に設定されている。
【００１４】
さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子において、発光点から近い側の外形面までの厚みが通常の厚みよりも小さく設定可能とされている。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における発光点に近い側の外形面の平坦度が、Ｒｍａｘ値で０．１μｍ以下に設定されている。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ構造は、高屈折率材料からなり、電流注入領域となるリッジストライプ部と、該リッジストライプ部と比べて屈折率が低く、かつ、少数キャリアの極性が該リッジストライプ部とは異なる半導体材料からなる電流阻止領域とが同一平面内に形成されたリアルガイド構造である。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ部の幅が１μｍ以上３μｍ以下に設定されている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ部の位置と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが、発光点に近い方の表面電極側およびその表面電極に対向する表面電極側の少なくともいずれか一方に設けられている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の半導体レーザ素子における表面電極上にホログラムパターンが形成され、外部の特定方向から該ホログラムパターンに再生用コヒーレント光を照射することにより、素子表面に該ホログラムパターンの虚像として、前記リッジストライプ部の形状と、該リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークが再生可能とされている。
【００２０】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、請求項５に記載の上記半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、加工前の表面凹凸形状計測と、計測結果に基づく加工必要量（エッチング厚さ）の算出と、加工位置および加工量の制御とを組合わせたプラズマＣＶＭ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）法により、前記発光点に近い側の外形面の平坦度をＲｍａｘ値で０．１μｍ以下に加工するし、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の上記半導体レーザ素子が、熱伝導性が良好で該半導体レーザ素子の熱膨張係数と同等の材料からなるサブマウント手段にダイボンドされており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
また、好ましくは、本発明の半導体レーザ装置における半導体レーザ素子とサブマウント手段とは、発光点に近い方の表面電極側で、金系材料および錫系材料の少なくとも一方を含むろう材を用いて電気的に接合されている。
【００２３】
本発明の光ディスク装置は、請求項１１または１２に記載の上記半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは／および書き込みを行い、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明の電子機器は、請求項１１または１２に記載の上記半導体レーザ装置を搭載して光ディスクから情報の読み出しまたは／および書き込みを行い、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００２６】
ダイボンド加工時と半導体レーザ素子動作時との温度差による残留応力は、ヒートシンクと半導体レーザ素子との熱膨張係数の差により発生する。したがって、幅寸法を一定とし、活性層の長さを幅寸法より長くする場合、活性層の長さが長いほど、即ち、半導体レーザ素子の共振器長方向の寸法が長いほど、残留応力が大きくなるため、共振器長を短くすることが好ましい。よって、本発明では、半導体レーザ素子の共振器方向の長さを幅方向の長さと同等にして、略正方形の面を有する直方体形状の半導体レーザ素子としている。
【００２７】
半導体レーザ素子がダイボンドされる面において、共振器方向の長さが素子幅方向の長さと等しくなると、ダイボンド加工時と半導体レーザ素子動作時の温度差による残留応力が等方的に発生して素子に均等にかかる応力分散作用のため、応力集中による素子の劣化やかけ、割れなどの発生が低減されて信頼性が向上する。
【００２８】
このように、残留応力を均等分散させることが可能であるため、応力の影響を受けやすい活性層（発光点）を素子の表面近傍（厚み方向の外形面近傍）に近付けることが可能である。よって、活性層付近で発生するジュール熱を効率良く放熱させて、半導体レーザ素子の温度を低下させることが可能となる。
【００２９】
半導体レーザ素子の活性層（発光点）を従来の場合に比べて更に素子の表面近傍に形成し、発光点に近い表面をダイボンド側として、金−錫ろう材を用いて、熱伝導性が良好で半導体レーザ素子の熱膨張係数と差が少ない材料からなるサブマウント手段（以下、単にサブマウントという）上にダイボンドし、熱伝導性が良好なサブマウントの金属部分でステム上に固定することによって、パッケージングされた半導体レーザ装置とすることが可能となる。
【００３０】
半導体レーザ素子の電気的接合用外部電極は、例えば、保管安定性が良好で延性および展性に優れ、応力緩和のための緩衝材として機能させるために金が表面に形成されている。よって、錫と金の合金作用を利用して、ダイボンド側表面近傍に形成された活性層との不要な電気伝導を発生させることなく、サブマウントと半導体レーザ素子との間に熱伝導性が良好な接合を形成することが可能となる。
【００３１】
リアルガイド構造では、リッジストライプ部と電流阻止領域は材料物性値が微妙に異なるため、ダイボンド前の半導体レーザ素子においても、リッジストライプ形成部に応力が発生しやすい。本発明のように、共振器方向の長さを素子幅方向の長さと同等に短くすることによって、応力による横モードの不安定さを低減しつつ、リアルガイド構造による高効率発光が可能となる。
【００３２】
リッジストライプ部の幅を１μｍ以上３μｍ以下に設定することによって、低雑音の自励発振型レーザ素子が得られ、発振効率を低下させる微分抵抗の増加も抑制することが可能となる。その幅が１μｍよりも小さくなると放射特性が悪化する。
【００３３】
埋め込み型のリッジストライプ構造素子では、リッジストライプ部の平坦部との段差の影響によりリッジストライプ部近傍の表面に段差が発生するが、発光点に近い側の外形面の平坦度をＲｍａｘで０．１μｍ以下に設定することによって、半導体レーザ素子のダイボンド時にサブマウント表面と接触したときに半導体レーザ素子が受ける衝撃を低減させることが可能となる。さらに、表面に凹凸が少ないため、融解前のろう材と半導体レーザ素子の電極との接触面積が増加するため、ろう材との濡れ性も改善される。
【００３４】
加工前の表面凹凸形状計測と、計測結果に基づく加工必要量の算出と、加工位置および加工量の制御とを組合わせたプラズマＣＶＭ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）法により、発光点に近い側の外形面の平坦度をＲｍａｘ値で０．１μｍ以下に設定することができる。プラズマＣＶＭ法は、加工対象の材料に対して化学反応性を有するガスを放電プラズマにより活性化して加工する方法であり、既存のウエットエッチング加工と同等に、加工処理による機械的なダメージは与えることがない。さらに、放電位置と加工処理時間とを精密に制御することができるため、除去すべきリッジストライプ部近傍の凸部のみ、選択的に加工することが可能である。なお、プラズマＣＶＭとは、プラズマ中の反応性の高い中性ラジカルと加工物表面の化学反応を利用した超精密加工方法である。この加工法は、化学的であり材料本来の性質を損なうことなく、原子単位で幾何学的に優れた加工面を得ることができる。
【００３５】
リッジストライプ部近傍の表面を平坦化して段差をなくすことにより、外観から素子内部の埋め込みリッジストライプ部の位置を検出することが困難になるが、素子表面に識別マークを形成しておくことにより、発光点をパッケージに対して精度良く位置決めして搭載することが可能となる。
【００３６】
例えば、表面電極にホログラムパターンを形成して、特定方向から再生用コヒーレント光を照射することにより、素子表面にホログラムパターンの虚像として、リッジストライプ部の形状と、リッジストライプ部からの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能な方向性識別マークを再生させることが可能となる。ホログラムパターンによる虚像を識別するため、リッジストライプのような微細パターンが高コントラストで再現されて識別することが可能となる。また、素子表面をつかむハンドリング作業において、ピックアップコレットなどによりホログラムパターンの一部が欠損しても、コントラストの低下が生じるだけで、虚像の位置識別精度には影響が少なく、安定してダイボンド位置制御を行うことが可能である。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、閾値電流が低く、発光効率が高いリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子において、共振器方向の長さと素子幅方向の長さとを略等しくして、ダイボンド面を略正方形とすることにより、半導体レーザ素子に加わる応力の影響を抑制し、信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
【００３８】
また、応力の影響を受けやすい発光点を素子の表面近傍に近付けて、活性層付近で発生するジュール熱を効率良く放熱させることにより、半導体レーザ素子の温度を低下させて低電流動作を可能とする。
【００３９】
さらに、共振器方向の長さを素子幅方向の長さと同等に短くすることによって、応力による横モードの不安定さを低減しつつ、リアルガイド構造による高効率発光を行うことができる。
【００４０】
さらに、リッジストライプ部の幅を１μｍ以上３μｍ以下に設定することによって、低雑音の自励発振型レーザ素子を得ることができ、発振効率を低下させる微分抵抗の増加も抑制できる。その幅が１μｍよりも小さくなると放射特性が悪化する。
【００４１】
さらに、発光点に近い側の外形面の平坦度をＲｍａｘで０．１μｍ以下に設定することによって、ダイボンド時に半導体レーザ素子が受ける衝撃（応力）を低減させることができると共に、ろう材との濡れ性も改善される。
【００４２】
さらに、素子表面に識別マークを形成しておくことにより、発光点をパッケージに対して精度良く位置決めして搭載することができて、発光点位置のばらつきが少ない半導体レーザ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に、本発明の半導体レーザ素子、半導体レーザ装置および光ディスク装置の実施形態１〜３について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の構成例を示す斜視図である。
【００４４】
図１に示すように、半導体レーザ素子１０は、長さＬ方向にリッジ状の電流通路１４Ａが延伸しているリッジストライプ構造であり、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上にｎ型ＧａＡｌＡｓ第1クラッド層１２、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層１３およびｐ型ＧａＡｌＡｓの第2クラッド層１４がこの順に順次積層されている。この第２クラッド層１４の上表面には中央の凸状のリッジストライプ部１４Ａと両側の平坦部１４Ｂとが形成されている。半導体レーザ素子１０の発光点（活性層１３）は、厚み方向のダイボンド側外形面近傍に位置している。また、リッジストライプ部１４Ａの幅Ｗ１は１μｍ以上３μｍ以下に設定されている。その幅が１μｍよりも小さくなると放射特性が悪化する。
【００４５】
この半導体レーザ素子１０は、埋め込み型リアルガイド構造であり、第２クラッド層１４の平坦部１４Ｂ上にリッジストライプ部１４Ａを埋め込むようにｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止領域１５が設けられている。さらに、リッジストライプ部１４Ａ上および電流阻止領域１５上にわたってｐ型ＧａＡｓコンタクト層１６が積層されている。厚み方向で発光点に近い側の外形面であるコンタクト層１６の表面は、その平坦度が、Ｒｍａｘ値で０．１μｍ以下に設定されている。このコンタクト層１６の表面にはＡｕ系材料からなる表面電極としてのダイボンド用電極１７が設けられ、基板１１の裏面側には表面電極としてのワイヤボンド用電極１８が形成されている。
【００４６】
半導体レーザ素子１０の外形は、共振器方向の長さＬと、共振器方向と直交する幅方向の長さＷ２とが略等しく設定されている。本実施形態１では、半導体レーザ素子１０は、共振器長Ｌが２００μｍ±２０μｍ、チップ幅Ｗ２が２００μｍ±２０μｍで略正方形の表面を有しており、半導体レーザ素子１０の厚みｔは６５μｍ±１０μｍで、直方体形状になっている。この正方形面をダイボンド面とすることによって、共振器方向とチップ幅方向の残留応力が均等に半導体レーザ素子１０に加わるように構成されている。
【００４７】
図２は、図１の半導体レーザ素子１０の共振器長Ｌと動作電流値との関係を示すグラフである。図２では、縦軸は光出力Ｐｏ、横軸は順方向電流Ｉｏｐを示しており、細線は共振器長Ｌが１８０μｍの場合、太線は共振器長Ｌが２００μｍの場合、点線は共振器長Ｌが２５０μｍの場合のグラフである。
【００４８】
図２に示すように、半導体レーザ素子１０の共振器長Ｌが２５０μｍ→２００μｍの場合、共振器長の縮小の割合に比べて発振閾値の減少の割合が大きく、歪みの均等化の効果が現れている。一方、共振器長Ｌが２００μｍ→１８０μｍと短くした場合には共振器長の縮小の割合と発振閾値の減少の割合が略比例しており、この範囲では歪みの均等化の効果はそれほど無いことが分かる。共振器長Ｌをこの範囲に設定することによって、低電流駆動が可能で発振波長が７７０ｎｍ〜８０６ｎｍ領域にある赤外発光の光ディスク再生光源用半導体レーザ装置を実現することができた。
【００４９】
歪みを均等化することにより発振閾値が共振器長に略比例して減少するのは、歪によるバンド構造の変化が発生しないためであると考えられる。その結果、出力レーザ光の偏光方向にも異常が発生しない。
【００５０】
但し、半導体レーザ素子１０の共振器長Ｌを短くし過ぎると、長期通電動作時の信頼性が低下する傾向にある。これは、発振閾値電流密度が高くなるためと考えられる。よって、本実施形態１のように、共振器長Ｌが２００μｍ、チップ幅Ｗ２が２００μｍの素子サイズが最適であった。また、素子サイズの縮小は、加工性を低下させることになるため、本実施形態１の素子サイズは生産の点でも適している。
【００５１】
以下に、本実施形態１の半導体レーザ素子１０の製造工程について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて詳細に説明する。
【００５２】
図３Ａおよび図３Ｂは、図１の半導体レーザ素子１０の各製造工程を説明するための断面図である。
【００５３】
まず、図３Ａ（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上にｎ型ＧａＡｌＡｓ第１クラッド層１２、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層１３さらにｐ型ＧａＡｌＡｓ第２クラッド層１４をこの順にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相エピタキシャル成長法）により順次それぞれ形成する。
【００５４】
次に、図３Ａ（ｂ）に示すように、第２クラッド層１４にリッジストライプ部１４Ａを残すために、３μｍ〜４μｍ幅のライン状でＳｉＯ２等からなるストライプマスク１９を形成した後に、ストライプマスク１９をマスクとしてドライエッチングにより、第２クラッド層１４を加工し、さらに、ウエットエッチングによりリッジストライプ部１４Ａの形状を整える。このとき、リッジストライプ部１４Ａの幅Ｗ１は、マスクサイズよりも狭くなるため、最終的には幅Ｗ１が１μｍ以上３μｍ以下のリッジストライプ部１４Ａが形成される。
【００５５】
これに続いて、図３Ａ（ｃ）に示すように、第２クラッド層１４の平坦部１４Ｂおよびストライプマスク１９上にｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止領域１５をＭＯＣＶＤ法によりリッジストライプ部１４Ａの側面を埋め込むように形成する。
【００５６】
さらに、図３Ｂ（ｄ）に示すように、ストライプマスク１９を除去した後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１６となる層１６Ａを形成する。ここで、リッジストライブ部１４Ａと電流阻止領域１５にはμｍオーダーの段差が残るため、その上から均等に結晶成長させた層１６Ａの表面側にも、この段差の影響によってリッジストライプ部１４Ａの近傍に盛り上がりが残っている。
【００５７】
そこで、本実施形態１では、図３Ｂ（ｄ）に示すように、層１６Ａの表面形状（表面凹凸形状）を精密に計測し、リッジストライプ部（凸部）の加工位置と加工高さ（加工必要量）のデータを集計する。局所的な放電位置と加工量とを数値制御しながら、反応性ガス雰囲気中で放電により発生した中性ラジカルと加工物表面の化学反応を利用して選択的にドライエッチングにより表面凹凸を整えるプラズマＣＶＭ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を用いて、図３（ｅ）に示すように、発光点に近い側の外形面の平坦度がＲｍａｘで０．１μｍ以下の超平滑平坦面１６Ｂに加工してｐ型ＧａＡｓコンタクト層１６とする。
【００５８】
その後、リッジストライプ部１４Ａに近い側の表面にダイボンド用電極１７を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面側にはワイヤボンド用電極１８を形成する。これらの電極１７，１８は、いずれも金系の金属材料によって形成される。
【００５９】
本実施形態１では、このワイヤボンド用電極１８に対して、リッジストライプ部１４Ａの位置と、リッジストライプ部１４Ａからの光出力が高い側の出射端面方向（高出力側端面が反射膜の干渉色の関係で黄色〜青色に見える）とを識別可能な方向性識別マークを形成する。
【００６０】
図４に示すように、ワイヤボンド用電極１８上には、ホログラムパターン２０が形成されている。このワイヤボンド用電極１８に対して、半導体レーザ素子１０などのホログラム再生用光源２１から、コヒーレント平面波をホログラム再生光２２として斜めから照射することによって、リッジストライプ部１４Ａの形状に相当する３μｍ〜１０μｍ幅のリッジストライプホログラム像２３が、半導体レーザ素子１０の表面側に虚像としてホログラム再生される。本実施形態１では、ＣＣＤカメラによりパターン計測を行うため、ホログラム再生光２２の光源波長は、ＣＣＤカメラでの感度を高くすることができるように、赤外光のレーザ光源を使用している。
【００６１】
なお、方向性識別マークは、リッジストライプ部１４Ａの位置と、リッジストライプ部１４Ａからの光出力が高い側の出射端面方向とを識別可能なものであれば、これに限らず、また、発光点に近い方の表面側およびその表面に対向する表面側の少なくともいずれか一方に形成されていればよい。
（実施形態２）
図５は、図１の半導体レーザ素子１０を用いた半導体レーザ装置の実施形態２の構成例を示す斜視図である。
【００６２】
図５に示すように、半導体レーザ装置３０は、半導体レーザ素子１０がサブマウント３１上に搭載されており、サブマウント３１は金属製のステム３２に搭載されている。ステム３２には、半導体レーザ素子１０、サブマウント３１および受光素子３３を保護するために金属製のキャップ３４が溶着されている。キャップ３４の開口面には、図７で後述する光ディスク１からの反射光を受光素子３３に導くための回折格子が形成されたホログラム素子３５がＵＶ接着材などによって固定されている。
【００６３】
半導体レーザ素子１０は、電気伝導性と熱伝導性を考慮して、熱伝導性が良好で半導体レーザ素子１０の熱膨張係数と差が同等の材料からなるサブマウント３１と、発光点に近い方の表面側で、金系材料および錫系材料の少なくとも一方を含むろう材を用いて、発光点に近い方の表面をダイボンド面として、電気的および機械的に接合されてダイボンドされている。
【００６４】
例えば、図６に示すように、Ａｕを７０、Ｓｎを３０の割合で含む７０Ａｕ−３０Ｓｎからなるろう材３１１が厚み３μｍ厚みに形成されたサブマウント３１に半導体レーザ素子１０のＡｕ系材料からなるダイボンド用電極１７側をダイボンドし、ろう材３１１を加熱溶解させて、半導体レーザ素子１０のダイボンド用電極１７と合金化することによって、半導体レーザ素子１０とサブマウント３１とを接合させることができる。また、このときの加工温度をより低くするために、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの３元素系ろう材が形成されたサブマウントを用いることも可能である。半導体レーザ素子１０のワイヤボンド用電極１８は、金線などによってサブマウント３１上の電極とワイヤボンドされる。
【００６５】
サブマウント３１としては、熱伝導性に優れ、絶縁性を有するＳｉＣ系セラミックスやＡｌＮ系セラミックスなどを使用することができる。また、半導体レーザ素子１０からの光出力を、主出射面とは対向する裏面からの光をモニタフォトダイオードで受光して検出するために、Ｓｉ材料を用いてモニタ用フォトダイオードが形成されたサブマウントを使用する場合もある。
【００６６】
即ち、サブマウントとして金属材料を用いれば熱伝導が良いが線膨張係数が半導体レーザ素子と一桁以上異なるために応力破壊を起こす。また、サブマウントとしてセラミック材料を用いた場合、半導体材料より線膨張係数が数倍大きいものの応力破壊には至らない。サブマウントとしてＳｉ材料のような半導体材料を用いた場合、線膨張係数は半導体レーザ素子と略等しくなるが熱伝導が悪くなる。
（実施形態３）
図７は、図５の半導体レーザ装置３０が搭載された光ディスク装置の実施形態３の構成例を示す斜視図である。
【００６７】
図７に示すように、光ディスク装置４０は、光ディスク１から情報を読み取るために、出射光源の半導体レーザ素子１０が設けられた半導体レーザ装置３０と、半導体レーザ装置３０から出射された光を光ディスク１の表面に集光させるための光学系４１とを有している。
【００６８】
この光学系４１は、半導体レーザ素子１０からの出射光を平行光線に変換するコリメートレンズ４１１と、このコリメートレンズ４１１からの平行光線を光ディスク１側に方向を変えるための立ち上げミラー４１２と、この立ち上げミラー４１２からの平行光線を光ディスク１の表面上に集光させるための対物レンズ４１３とを有している。
【００６９】
上記構成により、半導体レーザ素子１０から出射された光は、コリメートレンズ４１１、立ち上げミラー４１２さらに対物レンズ４２３を通して光ディスク１の表面上に集光される。光ディスク１の表面によって反射された情報を含む情報光は、対物レンズ４１３、立ち上げミラー４１２さらにコリメートレンズ４１１を戻ってホログラム素子３５に導かれ、ホログラム素子３５の表面に設けられた回折格子によって回折させられて受光素子３３上に入射される。受光素子３３上に入射された情報光は、光ディスク１の表面上に記録された情報に応じて強弱が異なっており、受光素子３３によってその情報光の強弱に応じた電気信号に変換されて、光ディスク１上に記録された情報が検出される。
【００７０】
以上のように、本実施形態１〜３によれば、光ディスク装置４０の再生用光源として最適な赤外光光源において、共振器方向の長さＬと幅方向の長さＷ２とを略等しくして、ダイボンド面を略正方形にすることによって、半導体レーザ素子１０に加わる応力の影響を抑制できて、これを用いた信頼性の高い半導体レーザ装置３０を得ることができる。
【００７１】
また、リアルガイド構造によって閾値電流が低くかつ発光効率が高い半導体レーザ素子１０において、応力の影響を抑制できるので、応力の影響を受けやすい発光点を半導体レーザ素子１０の表面近傍に近付けて、活性層付近で発生するジュール熱を効率良く放熱させることにより、半導体レーザ素子１０の温度を低下させて低電流動作を実現することができる。また、半導体レーザ素子１０は、共振器方向の長さＬをチップ幅方向の長さＷ２と同等に短くすることによって、応力による横モードの不安定さを低減しつつ、リアルガイド構造による高効率発光が可能である。
【００７２】
さらに、半導体レーザ素子１０は、素子サイズが生産工程において加工し易い寸法であることから、生産性を向上させて、低コストの半導体レーザ装置を供給することができる。
【００７３】
さらに、発光点に近い側の外形面の平坦度をＲｍａｘで０．１μｍ以下に設定することによって、ダイボンド時に半導体レーザ素子１０が受ける衝撃（応力）を低減させることができると共に、ろう材との濡れ性も改善できる。
【００７４】
半導体レーザ装置３０では、発光点が数μｍサイズであり、発光位置をパッケージの外形に対してばらつかないように制御することが重要であるが、本実施形態２によれば、素子表面に形成された識別マークによって、半導体レーザ素子１０のダイボンド時にリッジストライプ部の位置の識別精度を向上させて、発光点位置のばらつきが少ない半導体レーザ装置３０を得ることができる。
【００７５】
本発明の半導体レーザ素子１０からの出射光は、特に、光ディスク装置４０の再生用光源として適している。また、光ディスク装置４０の小型化により携帯型光ディスク装置が搭載された携帯型電子情報機器などの電子機器に対しても、消費電力が少ない本発明の半導体レーザ素子１０は光源として適している。
【００７６】
なお、上記実施形態１では、共振器方向の素子長さＬと、この共振器方向と直交する素子幅方向の長さＷ２とが略等しくなるように設定したが、これに限らず、共振器方向の素子長さＬと、この共振器方向と直交する素子幅方向の長さＷ２との一方が他方の長さのプラス・マイナス１割の範囲内に設定した場合、信頼性には有意な差はみられなかった。また、偏光方向にも異常が発生せず、低い発振閾値が実現された。
また、上記実施形態１では、発光点が厚み方向の外形面近傍に位置する場合について説明したが、要は、発光点から近い側の外形面までの厚みが通常の厚み（従来のものの厚み）よりも小さく設定可能とされている。
【００７７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、例えば光ディスクの再生用光源などとして好適に用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法、半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置の分野において、閾値電流が低く、発光効率が高いリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子に対して、共振器方向の長さと素子幅方向の長さとを略等しくして、ダイボンド面を略正方形とすることによって、半導体レーザ素子に加わる応力の影響を抑制し、信頼性の高い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、さらにこれを用いた光ディスク装置を得ることができる。本発明の半導体レーザ素子は、消費電力が少ない光源として半導体レーザ装置が搭載された光ディスク装置や、携帯型光ディスク装置を用いた電子機器に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体レーザ素子の構成例を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子の電気光学的動作特性を説明するためのグラフであって、共振器長と動作電流値との関係を示すグラフである。
【図３Ａ】（ａ）〜（ｃ）は、図１の半導体レーザ素子の各製造工程（その１）を説明するための断面図である。
【図３Ｂ】（ｄ）〜（ｅ）は、図１の半導体レーザ素子の各製造工程（その２）を説明するための断面図である。
【図４】図１の半導体レーザ素子に設けられたリッジストライプ部の位置識別マークについて説明するための斜視図である。
【図５】図１の半導体レーザ素子を用いた半導体レーザ装置の実施形態２の構成例を示す斜視図である。
【図６】図１の半導体レーザ素子のサブマウントへのダイボンドを説明するための斜視図である。
【図７】図５の半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置の実施形態２の構成例を示す斜視図である。
【図８】従来のリアルガイド構造のリッジ埋め込み型半導体レーザ素子の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  半導体レーザ素子
１１  基板
１２  第１クラッド層
１３  活性層
１４  第２クラッド層
１４Ａ  リッジストライプ部
１４Ｂ  平坦部
１５  電流阻止領域
１６  コンタクト層
１７  ダイボンド用電極
１８  ワイヤボンド用電極
１９  ストライプマスク
２０  ホログラムパターン電極
２１  ホログラム再生光源
２２  ホログラム再生光
２３  リッジストライプホログラム像
３０  半導体レーザ装置
３１  サブマウント
３１１  ろう材
３２  ステム
３３  受光素子
３４  キャップ
３５  ホログラム素子
４０  光ディスク装置
４１  光学系
４１１  コリメートレンズ
４１２  立ち上げミラー
４１３  対物レンズ
【図１】
2006108262.tif 000003
【図２】
2006108262.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2006108262.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006108262.tif 000008
【図６】
2006108262.tif 000009
【図８】
2006108262.tif 000010
【図７】
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