(57)【要約】 【課題】  電極層の歪応力のばらつきを低減し、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】  厚膜電極層３４とボンディングメタル層３６との間に半田５６と合金化しにくい材料から成るバリアメタル層３５を介在させる。バリアメタル層３５の厚みは、第５の厚みＴ５に選ばれ、ボンディングメタル層３６の厚みは、第６の厚みＴ６に選ばれる。したがって、半導体レーザ素子１を半田５６によって被接続体５５に接続したときの、第１電極部３Ａを形成する材料と半田５６との合金化の反応は、バリアメタル層３４で止まる。また、合金化の反応は、半田５６とバリアメタル層３５との間のボンディングメタル層全体に一様に生じる。そのため、バリアメタル層３５に生じた合金が厚膜電極層３４に加える応力は、一様となるので、厚膜電極層３４の歪応力のばらつきを低減することができ、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子となる。【選択図】      図１
2006100369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、半導体基板の一表面上に、半導体層が積層されて形成される発光層と、この半導体層の積層方向一方側の発光層の一表面上に設けられ、被接続体に半田によって接続される電極部とを含む半導体レーザ素子であって、
電極部は、
発光層寄りに設けられる電極層と、
電極層の発光層とは反対側の表面上に積層され、前記半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層と、
バリアメタル層の電極層とは反対側の表面上に積層され、被接続体に接続されるボンディングメタル層とを有し、
前記発光層は、活性層を有し、
前記電極層と活性層との間の最短距離が０．０５μｍ以上３μｍ以下に選ばれ、
前記電極層の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下に選ばれることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記電極部と接する前記発光層の一表面は、曲面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電極層は、メッキ法によって形成される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】
前記バリアメタル層の厚みは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満に選ばれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記バリアメタル層は、モリブデン、チタン、および窒化チタンのうち少なくともいずれか１つから形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記バリアメタル層は、電極層の発光層に臨む一表面を除く残余の表面を覆うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記電極層は、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部を除いた部分に形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記バリアメタル層は、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部を除いた部分に形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つ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、
前記半導体レーザ素子は、前記半導体基板の他表面上に設けられる第２電極部を含み、
前記発光層を形成した後に、第２電極部を形成し、その後に発光層の一表面上に前記電極部を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記電極層を形成した後の工程において、５０℃以上３５０℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造することを特徴とする請求項１〜８記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術の半導体レーザ素子は、ｐ型ＧａＡｓまたはｎ型ＧａＡｓから成る基板の一表面上に基板と同じ伝導型のＡｌＧａＡｓから成る第１クラッド層と、その上にＡｌＧａＡｓから成る活性層と、その上に第１クラッド層と異なる伝導型のＡｌＧａＡｓから成る第２クラッド層と、その上に第２クラッド層と同じ伝導型のＧａＡｓから成るコンタクト層とが積層されることによって形成される半導体層、およびコンタクト層の一表面上にオーミック接触を取るためのオーミックコンタクト電極層と、その上に接触媒介層と、その上にボンディングメタルとしての電極層とが積層されることによって形成される電極から成る。オーミックコンタクト電極層は、コンタクト層の伝導型がＰ型であればＡｕＺｎなど、半導体層のコンタクト層の伝導型がＮ型であればＡｕＧｅＮｉなどから成る。オーミックコンタクト電極層は、成膜された後、オーミック接触を取るために、４００〜４５０℃のアロイ工程でコンタクト層と合金化される。接触媒介層を介さずにオーミックコンタクト電極層と電極層とを直接接触させた場合、両者の密着性が悪いので、オーミックコンタクト電極層と電極層とが剥がれやすい。そのため、オーミックコンタクト電極層と電極層との間にたとえばチタンから成る接触媒介層を介在させている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このような半導体レーザ素子をヒートシンクまたはパッケージ等に半田によって融着する場合、電極層を形成する材料と半田とが合金化し、電極層を形成する材料と半田との反応層が形成される。また、電極層を形成する材料と半田とは、半導体レーザ素子に通電したときの温度でも合金化する。したがって、半導体レーザ素子を長時間使用することによって半導体レーザ素子の温度が上昇すると、電極層を形成する材料と半田とが合金化し、反応層が拡大する。反応層は、電極層に比べて熱伝導率がかなり小さいため、反応層の層厚が厚くなると、電極部による放熱効果を著しく損なう。また、反応層は、電極層に比べて硬度が大きいので、反応層の層厚が厚くなるほど反応層が半導体層に与えるストレスは、大きくなる。したがって、反応層の層厚が厚くなると、半導体レーザ素子の信頼性は、著しく低下する。
【０００４】
このような問題に鑑み、他の従来の技術の半導体レーザ素子では、前述の従来の技術の半導体レーザ素子の電極層の上にバリアメタル層と、バリアメタル層の上に被接続体に接続されるボンディングメタル層とを積層して形成される電極を有するものもある。この電極層は、メッキ法によって積層されたものである。ボンディングメタル層と電極層との間に、半田と合金化しにくいバリアメタル層を設けることによって、ボンディングメタル層を形成する材料と半田との合金化の反応の進行をバリアメタル層で止めることができ、反応層の厚みを薄くすることができる。反応層の厚みを薄くすることによって、反応層による電極部の熱伝導率の低下、および反応層が半導体層に与えるストレスを低減することができる（たとえば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−５４８４３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１６５４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体レーザ素子の電極の歪応力のばらつきが半導体レーザの特性に影響を与えることがある。たとえば、電極の歪応力にばらつきがある場合、光の放射角に乱れが生じる場合がある。たとえば、活性層の面と水平な方向から角度を変えて見たときに光強度が滑らかに変化しない問題が生じる。また、電極が半導体レーザ素子の活性層に応力をおよぼし、活性層に転移が生じることがある。転移のある場所では、半導体レーザ素子に通電しても、非発光再結合を引き起こし、多量の熱を発生させるのみで、光を放出しない。また、半導体レーザ素子に通電することによって発生する熱により、活性層に生じた転移を中心として、活性層に転移が広がる。そのため、半導体レーザ素子に通電し続けると、活性層に生じた転移を中心として、転移が増殖し、最終的に半導体レーザ素子は、発振しなくなる。したがって、電極の歪応力のばらつきによって活性層に転移が発生すると、半導体レーザ素子のスロープ効率の低下、発光効率の低下、閾値電流の上昇、および寿命の減少など、半導レーザ素子の特性が悪化する。
【０００７】
前述した従来の技術では、ボンディングメタル層と電極層との間に半田と反応しにくい材料から成るバリアメタル層を設けることによって、反応層の厚みを薄くし、反応層が半導体層に与えるストレスを低減している。しかし、反応層の形成される範囲は、制御が困難なため、反応層が形成される範囲によっては、電極層の歪応力にばらつきが生じる。従来の技術では、この電極層の歪応力のばらつきを低減することができないので、電極層の歪応力のばらつきによって、スロープ効率、発光効率、寿命、および閾値電流などの半導体レーザの特性が悪化する。
【０００８】
したがって本発明の目的は、電極層の歪応力のばらつきを低減し、特性の良い半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体基板と、半導体基板の一表面上に、半導体層が積層されて形成される発光層と、この半導体層の積層方向一方側の発光層の一表面上に設けられ、被接続体に半田によって接続される電極部とを含む半導体レーザ素子であって、
電極部は、
発光層寄りに設けられる電極層と、
電極層の発光層とは反対側の表面上に積層され、前記半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層と、
バリアメタル層の電極層とは反対側の表面上に積層され、被接続体に接続されるボンディングメタル層とを有し、
前記発光層は、活性層を有し、
前記電極層と活性層との間の最短距離が０．０５μｍ以上３μｍ以下に選ばれ、
前記電極層の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下に選ばれることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００１０】
本発明に従えば、電極層とボンディングメタル層との間に、半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層が介在する。電極部を被接続体に半田によって接続する場合、ボンディングメタル層を形成する材料と半田とが合金化する。その合金化の反応は、ボンディングメタル層と半田とが接する面から電極層に向かって進行する。バリアメタル層を形成する材料と半田とは合金化しにくいので、合金化の反応の進行を、バリアメタル層で止めることができる。ボンディングメタル層を形成する材料と半田との合金は、ボンディングメタル層を形成する材料よりも硬度が高く、その歪応力が大きい。したがって、電極部を被接続体に半田によって接続するときに、ボンディングメタル層に、合金化される部分と、合金化されない部分とが形成されると、ボンディングメタル層に歪応力のばらつきが生じる。そのため、電極部を被接続体に接続する半田の温度を予め定める温度にすることで、ボンディングメタル層全体が合金化される。このとき、ボンディングメタル層を形成する材料と半田との合金化の反応の進行を、バリアメタル層で止めることができるので、電極層は合金化されない。ボンディングメタル層全体が、半田との合金のみによって形成されるので、ボンディングメタル層の歪応力のばらつきを低減することができる。ボンディングメタル層の歪応力が、電極層に加わることによって、電極層に歪応力が生じるが、ボンディングメタル層の歪応力のばらつきを低減することで、電極層に生じる歪応力のばらつきを低減することができる。
【００１１】
また、電極層の厚みは、０．５μｍ以上５μｍ以下に選ばれる。電極層の厚みが０．５μｍ未満となると、電極層による放熱効果が小さく、半導体レーザ素子を通電させたときの活性層に生じる熱を、電極層を通して効率良く放散させることができなくなる。また、電極層の厚みが５μを超えて厚くなると、電極層の歪応力と、電極層の歪応力のばらつきとが大きくなる。そのため、電極層が発光層に加える応力が大きくなり、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。したがって、電極層の厚みが、０．５μｍ以上５μｍ以下に選ばれることによって、放熱効果が大きく、歪応力にばらつきが小さい電極層を形成することができる。
【００１２】
また、電極層と活性層との間の最短距離が０．０５μｍ以上３μｍ以下に選ばれる。電極層と活性層との間の最短距離が０．０５μｍ未満となり、電極層と活性層とが近接しすぎると、電極層が発光層に加える応力が大きくなる。そのため、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。また、電極層と活性層との間の最短距離が３μｍを超えると、電極層と活性層との間の距離が離れるので、活性層に発生する熱を、電極層を通して効率良く放散することができなくなる。したがって、電極層と活性層との間の最短距離が０．０５μｍ以上３μｍ以下に選ばれることによって、電極層による放熱効果が大きく、電極層が発光層に加える応力が小さい半導体レーザ素子となる。
【００１３】
また本発明は、前記電極部と接する前記発光層の一表面は、曲面であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、電極部と接する発光層の一表面は、曲面であるので、発光層の一表面を屈折率導波構造および電流狭窄構造を有する半導体レーザ素子となるように形成することができる。また、電極部と接する発光層の一表面が曲面である場合、電極層の歪応力のばらつきによる応力が、発光層の一表面の特定の部分に局所的に集中する場合がある。この場合、電極層の歪応力のばらつきが発光層に与える影響は、顕著となるが、本発明では、電極部を被接続体に半田によって接続する場合に生じる電極層の歪応力のばらつきを低減することができるので、電極層の歪応力のばらつきが発光層に与える影響を低減することができる。
【００１５】
また本発明は、前記電極層は、メッキ法によって形成されることを特徴とする。
本発明に従えば、電極層はメッキ法によって形成される。メッキ法は、スパッタ法よりも、成膜時に発生する歪応力を制御しやすい。したがって、メッキ法によって形成される電極層は、スパッタ法によって形成される電極層よりも、電極層の歪応力のばらつきが小さい。
【００１６】
また本発明は、前記バリアメタル層の厚みは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満に選ばれることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、バリアメタル層の厚みは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満となる。電極部を被接続体に半田によって接続する場合、バリアメタル層の厚みが薄く、５０ｎｍ未満であれば、半田と電極部との合金化の反応をバリアメタル層で止めることができないが、バリアメタル層の厚みが厚く、５０ｎｍ以上であれば、半田と電極部との合金化の反応をバリアメタル層で止めることができる。また、バリアメタル層の厚みが１０００ｎｍ以上であれば、バリアメタル層の電気抵抗が大きくなる。バリアメタル層の電気抵抗が大きくなると、半導体レーザ素子に供給される電力のうち、バリアメタル層で消費する電力が大きくなるので、電極部としての性能は、低下する。一方、バリアメタル層の厚みが１０００ｎｍ未満であれば、バリアメタル層の電気抵抗は、小さいので、性能のよい電極部となる。
【００１８】
また本発明は、前記バリアメタル層は、モリブデン、チタン、および窒化チタンのうち少なくともいずれか１つから形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、バリアメタル層は、半田と合金化しにくい材料であるモリブデン、チタン、および窒化チタンのうち少なくともいずれか１つから形成される。電極部を被接続体に半田によって接続する場合、バリアメタル層が半田と合金化しにくい材料から形成されるので、半田と電極部とが合金化する反応の進行をバリアメタル層によって止めることができる。
【００２０】
また本発明は、前記バリアメタル層は、電極層の発光層に臨む一表面を除く残余の表面を覆うことを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、電極層は、バリアメタル層によってボンディングメタル層と隔てられるので、電極層とボンディングメタル層とが接する部分がない。電極層とボンディングメタル層とが接する部分がある場合、電極部を被接続体に半田によって接続すると、電極層とボンディングメタル層とが接する部分に電極層を形成する材料と半田とが合金化する場合がある。本発明では、電極層は、バリアメタル層によってボンディングメタル層と隔てられるので、半田と電極部とが合金化する反応の進行は、バリアメタル層で止まるので、電極層に半田との合金は、形成されない。
【００２２】
また本発明は、前記電極層は、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部を除いた部分に形成されることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、電極層が形成されない。発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部に電極層が形成される場合、たとえばへき開工程において、電極層を分割しにくいので、半導体レーザ素子に分割不良が生じる場合があるが、本発明では、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には電極層が形成されないので、へき開工程において電極層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。
【００２４】
また本発明は、前記バリアメタル層は、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部を除いた部分に形成されることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、バリアメタル層が形成されない。発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部にバリアメタル層が形成される場合、たとえばへき開工程において、バリアメタル層を分割しにくいので、半導体レーザ素子に分割不良が生じる場合があるが、本発明では、発光層の半導体層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部にはバリアメタル層が形成されないので、へき開工程においてバリアメタル層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。
【００２６】
また本発明は、前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、
前記半導体レーザ素子は、前記半導体基板の他表面上に設けられる第２電極部を含み、
前記発光層を形成した後に、第２電極部を形成し、その後に発光層の一表面上に前記電極部を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
【００２７】
本発明に従えば、第２電極部を形成した後に電極部を形成する。歪応力のばらつきの小さい電極層を形成しても、電極層の形成後、電極層の温度が３５０℃以上になると、電極層に加わる熱によって電極層の歪応力のばらつきが大きくなる。第２電極層を形成する際に、発光部と、半導体基板と、第２電極部との温度が３５０℃以上になったとしても、電極部は、形成されていないので、電極部は、第２電極層を形成する際の温度の影響を受けない。したがって、電極層の歪応力のばらつきの小さい電極層を形成することができる。
【００２８】
また本発明は、前記電極層を形成した後の工程において、５０℃以上３５０℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、前記電極層を形成した後、５０℃以上３５０℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造する。電極層を形成した後の工程において、電極層の温度が５０℃未満となり、電極層の温度の変化量が大きくなると、熱応力によって電極層の歪応力のばらつきが大きくなる。電極層の歪応力のばらつきが大きくなることで、発光層に加わる応力が大きくなる。そのため、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。また、歪応力のばらつきの小さい電極層を形成しても、電極層を形成した後の工程において、電極層の温度が３５０℃以上となると、電極層に加わる熱によって電極層の歪応力のばらつきが大きくなる。電極層の歪応力のばらつきが大きくなることで、発光層に加わる応力が大きくなる。そのため、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。したがって、電極層を形成した後、５０℃以上３５０℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造することで、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電極層とボンディングメタル層との間に、半田によって、電極層を形成する材料と半田との化合物が形成されることを防止するバリアメタル層を介在させることで、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。したがって、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザ素子の特性のばらつきを低減することができ、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３１】
また本発明によれば、電極層の厚みが、０．５μｍ以上５μｍ以下に選ばれることによって、放熱効果が大きく、歪応力にばらつきが小さい電極層を形成することができる。放熱効果の大きい電極層を形成することで、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、歪応力のばらつきが小さい電極層を形成することができるので、発光層に加わる応力を低減することができ、レーザ光の放射角に乱れが生じにくい半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３２】
また本発明によれば、電極層と活性層との間の最短距離が０．０５μｍ未満に選ばれることによって、電極層による放熱効果が大きく、電極層が発光層に加える応力が小さい半導体レーザ素子となる。放熱効果の大きい電極層を形成することで、スロープ効率などの特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、歪応力のばらつきが小さい電極層を形成することができるので、発光層に加わる応力を低減することができ、レーザ光の放射角に乱れが生じにくい半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３３】
また本発明によれば、屈折率導波構造および電流狭窄構造の半導体レーザ素子を形成することができる。また、発光層の一表面が曲面である場合、電極部と接する発光層の一表面に加わる電極層の歪応力が、局所的に集中する場合があり、電極層の歪応力のばらつきが発光層に与える影響が顕著となるが、電極層の歪応力のばらつきを低減することによって、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３４】
また本発明によれば、電極層は、メッキ法によって形成されるので、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３５】
また本発明によれば、バリアメタル層の厚みは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ未満となる。バリアメタル層の厚みが５０ｎｍ以上あるので、半田と電極部との合金化の反応の進行をバリアメタル層によって止めることができる。そのため、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。また、バリアメタル層の厚みが１０００ｎｍ未満であるため、バリアメタル層の持つ電気抵抗が小さく、電極部としての性能は、低下しない。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３６】
また本発明によれば、バリアメタル層は、被接続体に電極部を接続するために用いられる半田と反応しにくい材料から形成されるので、半田と電極部との合金化の反応の進行をバリアメタル層によって止めることができる。そのため、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３７】
また本発明によれば、電極層は、バリアメタル層によってボンディングメタル層と隔てられるので、電極層には半田と電極層を形成する材料とは合金化しない。そのため、電極層の歪応力のばらつきを低減することができ、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３８】
また本発明によれば、発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、電極層が形成されないので、たとえばへき開工程において電極層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、半導体レーザ素子の歩留りが良くなり、製造コストを削減することができる。
【００３９】
また本発明によれば、発光層の積層方向一方側から見て、発光層の周縁部には、バリアメタル層が形成されないので、たとえばへき開工程においてバリアメタル層に起因する半導体レーザ素子の分割不良は、発生しなくなる。そのため、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。また、半導体レーザ素子の歩留りが良くなり、製造コストを削減することができる。
【００４０】
また本発明によれば、第２電極部を形成した後に電極部を形成するので、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。そのため、電極層の歪応力のばらつきによって生じる半導体レーザの特性のばらつきを低減することができる。したがって、特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４１】
また本発明によれば、電極層を形成した後、５０℃以上３５０℃未満の温度範囲内で半導体レーザ素子を製造することで、電極層の歪応力のばらつきを低減することができる。歪応力のばらつきが小さい電極層を形成することができるので、発光層に加わる応力を低減することができ、レーザ光の放射角に乱れが生じにくい半導体レーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１は、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子１の断面図である。図２は、半導体レーザ素子１を簡略化して示す斜視図である。図１は、図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た半導体レーザ素子１の断面図である。半導体レーザ素子１は、基板１０と、発光層２と、第１電極部３Ａと、第２電極部３Ｂとを含んで構成される。
【００４３】
発光層２は、基板１０の厚み方向一表面２２上に複数の半導体層が積層されて形成される。第１電極部３Ａは、発光層２の半導体層の積層方向一方側の一表面２０上に設けられる。第２電極部３Ｂは、基板１０の厚み方向他表面２１上に設けられる。
【００４４】
発光層２は、第１クラッド層１１と、活性層１２と、第２クラッド層１３と、第１コンタクト層１４Ａと、第２コンタクト層１４Ｂと、第３コンタクト層１４Ｃとを含んで構成される。発光層２は、略直方体形状である。レーザ光は、半導体層の積層方向に平行で、かつ発光層２の対向する１対の面から出射する。この１対の面を出射面１５と記載する。出射面１５に垂直な方向を第１方向Ｙと定義し、第１方向Ｙおよび半導体層の積層方向に垂直な方向を第２方向Ｘと定義し、半導体層の積層方向を第３方向Ｚと定義する。半導体層の積層方向一方を第３方向Ｚの一方とする。
基板１０は、たとえばｎ型ＧａＡｓから成る。
【００４５】
第１クラッド層１１は、基板１０の厚み方向一表面２２上を覆って積層される。活性層１２は、第１クラッド層１１の厚み方向一表面２４上を覆って積層される。第２クラッド層１３は、活性層１２の厚み方向一表面２５上を覆って積層される。第１コンタクト層１４Ａは、第２クラッド層１３の厚み方向一表面２６上の第２方向Ｘの中央部に形成される。第２コンタクト層１４Ｂは、第２クラッド層１３の厚み方向一表面２６上の第２方向Ｘの一端部に形成される。第３コンタクト層１４Ｃは、第２クラッド層１３の厚み方向一表面２６上の第２方向Ｘの他端部に形成される。第１コンタクト層１４Ａと、第２コンタクト層１４Ｂと、第３コンタクト層１４Ｃとは、発光層２の第１方向Ｙの両端部間にわたって延びる。第１コンタクト層１４Ａと、第２コンタクト層１４Ｂと、第３コンタクト層とは、略直方体形状である。第１コンタクト層１４Ａと第２コンタクト層１４Ｂとの対向する面は、予め定める距離Ｌ離間する。第１コンタクト層１４Ａと第３コンタクト層１４Ｃとの対向する面は、予め定める距離Ｌ離間する。距離Ｌは、たとえば５μｍ〜２００μｍに選ばれる。
【００４６】
第１クラッド層１１は、たとえばｎ型ＡｌＧａＡｓから成る。活性層１２は、たとえばＡｌＧａＡｓから成る。第２クラッド層１３は、たとえばｐ型ＡｌＧａＡｓから成る。第１コンタクト層１４Ａと、第２コンタクト層１４Ｂと、第３コンタクト層１４Ｃとは、たとえばｐ型ＧａＡｓから成る。
【００４７】
第１電極部３Ａは、酸化膜３０と、第１オーミックコンタクト電極層３１と、第１接触媒介層３２と、薄膜電極層３３と、厚膜電極層３４と、バリアメタル層３５と、ボンディングメタル層３６とを含んで構成される。
【００４８】
酸化膜３０は、第２コンタクト層１４Ｂの第３方向Ｚ一方側の一表面４０上と、第３コンタクト層１４Ｃの第３方向Ｚの一方側の一表面４１上とを覆って形成される。さらに、酸化膜３０は、第２クラッド層１３の第３方向Ｚ一方側の一表面４３上のうち、第１コンタクト層１４Ａと、第２コンタクト層１４Ｂと、第３コンタクト層１４Ｃとに接しない部分を覆って形成される。第１オーミックコンタクト電極層３１は、酸化膜３０の第３方向Ｚ一方側の一表面４４上と、第１コンタクト層１４Ａの第３方向Ｚ一方側の一表面４２とを覆って積層される。第１接触媒介層３２は、第１オーミックコンタクト電極層３１の第３方向Ｚ一方側の一表面４５上を覆って積層される。薄膜電極層３３は、第１接触媒介層３２の第３方向Ｚ一方側の一表面４６上を覆って積層される。厚膜電極層３４は、薄膜電極層３３の第３方向Ｚ一方側の一表面４７上のうち、第３方向Ｚ一方側から見て発光層２の周縁から予め定める第１０の距離Ｕ１までの周縁部を除いた部分を覆って積層される。バリアメタル層３５は、厚膜電極層３４の第３方向Ｚ一方側の一表面４８上を覆って積層される。さらに、バリアメタル層３５は、薄膜電極層３３の第３方向Ｚ一方側の一表面４７上のうち、厚膜電極層３４と接しない部分であって、かつ第３方向Ｚ一方側から見て発光層２の周縁から予め定める第１１の距離Ｕ２までの周縁部を除いた部分を覆って積層される。ボンディングメタル層３６は、バリアメタル層３５の第３方向Ｚ一方側の一表面４９上、および薄膜電極層３３の第３方向Ｚ一方側の一表面４７上のうち、バリアメタル層３５および厚膜電極層３４と接しない部分を覆って積層される。
【００４９】
第１コンタクト層１４Ａ、第２コンタクト層１４Ｂ、および第３コンタクト層１４Ｃが、上記形状を有するので、第１電極部３Ａの第３方向Ｚ一方側の一表面には、第３方向Ｚ一方側から見て、第１コンタクト層１４Ａと第２コンタクト層１４Ｂとの間、および第１コンタクト層１４Ａと第３コンタクト層１４Ｃとの間に、第３方向Ｚ一方から他方に延びる溝が形成される。
【００５０】
第１オーミックコンタクト電極層３１と第１コンタクト層１４Ａとは、オーミック接触が取られている。第１オーミックコンタクト電極層３１と薄膜電極層３３とを直接積層した場合、第１オーミックコンタクト電極層３１と薄膜電極層３３とは、密着性が悪く、剥離しやすいので、第１オーミックコンタクト電極層３１と薄膜電極層３３との間に、第１接触媒介層３２を介在させ、第１電極部３Ａの密着性を良くしている。また、半導体レーザ素子１を通電させた場合、酸化膜３０には電流が流れず、第１電極部３Ａから第１コンタクト層１４Ａの第３方向Ｚ一方側の一表面を通って電流は、流れる。これによって、活性層１２の第２方向Ｘの中央部に電流を集めることができるので、半導体レーザ素子１は、電流狭窄構造を有する。
【００５１】
第１オーミックコンタクト電極層３１は、たとえばＡｕＺｎから成る。第１接触媒介層３２は、たとえばチタン（Ｔｉ）から成る。薄膜電極層３３は、たとえば金（Ａｕ）から成る。厚膜電極層３４は、たとえばＡｕから成る。バリアメタル層３５は、半田と合金化しにくい材料であって、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、および窒化チタン（ＴｉＮ）のうち少なくともいずれか１つから成る。ボンディングメタル層３６は、たとえばＡｕから成る。
【００５２】
第１オーミックコンタクト電極層３１は、第１の厚みＴ１を有する。第１接触媒介層３２は、第２の厚みＴ２を有する。薄膜電極層３３は、第３の厚みＴ３を有する。厚膜電極層３４は、第４の厚みＴ４を有する。バリアメタル層３５は、第５の厚みＴ５を有する。ボンディングメタル層３６は、第６の厚みＴ６を有する。ここで層の厚みを以下に定義する。隣接する層が２つある場合の層の厚みは、一方の隣接する層と接する一表面と、他方の隣接する層と接する他表面との最短距離である。隣接する層が１つの場合の層の厚みは、隣接する層と接する一表面と、前記表面とは反対側の他表面との間の最短距離である。
【００５３】
前述した第１の厚みＴ１は、たとえば５０〜２００ｎｍに選ばれる。前述した第２の厚みＴ２は、たとえば１００〜２００ｎｍに選ばれる。前述した第３の厚みＴ３は、たとえば１００〜５００ｎｍに選ばれる。前述した第４の厚みＴ４は、たとえば１〜５μｍに選ばれる。前述した第５の厚みＴ５は、たとえば１００〜２００ｎｍに選ばれる。前述した第６の厚みＴ６は、たとえば３００〜５００ｎｍに選ばれる。前述した第１０の距離Ｕ１は、たとえば５μｍ〜５０μｍに選ばれる。前述した第１１の距離Ｕ２は、たとえば５μｍ〜５０μｍに選ばれる。
【００５４】
第２電極部３Ｂは、第２オーミックコンタクト電極層５０と、第２接触媒介層５１と、基板側電極層５２とを含んで構成される。
【００５５】
第２オーミックコンタクト電極層５０は、基板１０の第３方向Ｚ他方側の他表面２１上を覆って積層される。第２接触媒介層５１は、第２オーミックコンタクト電極層５０の第３方向Ｚ他方側の他表面５３上を覆って積層される。基板側電極層５２は、第２接触媒介層５１の第３方向Ｚ他方側の他表面５４上を覆って積層される。
【００５６】
第２オーミックコンタクト電極層５０は、たとえばＡｕＧｅＮｉから成る。第２接触媒介層５１は、たとえばＴｉから成る。基板側電極層５２は、たとえばＡｕから成る。
【００５７】
第２オーミックコンタクト電極層５０と基板１０とは、オーミック接触が取られている。第２オーミックコンタクト電極層５０と基板側電極層５２とを直接積層した場合、第２オーミックコンタクト電極層５０と基板側電極層５２とは、密着性が悪く、剥離しやすいので、第２オーミックコンタクト電極層５０と基板側電極層５２との間に、第２接触媒介層５１を介在させ、第２電極部３Ｂの密着性を良くしている。
【００５８】
図３は、半導体レーザ素子１を通電させたときの状態を模式化して示す断面図である。第１コンタクト層１４Ａおよび酸化膜３０が前述したように形成されているので、半導体レーザ素子１は、リッジ導波路構造および電流狭窄構造を有する。したがって、発光層２に流れる電流は、第１電極部３Ａから第１コンタクト層１４Ａの第３方向Ｚ一方側の一表面４２を通り、第２電極部３Ｂへと向かう。発光層２に流れる電流の向きを図３の矢符Ａで示す。また、半導体レーザ素子１は、第１クラッド層１１と、活性層１２の第２方向Ｘの中央部と、第２クラッド層の第２方向Ｘの中央部と、第１コンタクト層１４Ａの第２方向Ｘの中央部とによって光導波路を形成している。光導波路が形成されている領域を、図３の破線Ｂで囲んで示す。
【００５９】
図４は、本発明の半導体レーザ素子１を半田５６によって被接続体５５に接続したときの断面図である。図５は、半導体レーザ素子１と半田５６との接続部を拡大して示す断面図である。被接続体５５は、半導体レーザ素子１を実装するための、たとえばシリコン（Ｓｉ）から成るサブマウントである。半導体レーザ素子１の第１電極部３Ａを、たとえば金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）とから成る半田５６によって被接続体５５に接続する。半田５６は、第１電極部３Ａの第３方向Ｚ一方側の一表面に形成される溝にも充填される。第１電極部３Ａを形成する材料と半田５６とが合金化し、第１電極部３Ａに反応層５７が形成される。半田５６と第１電極部３Ａとが合金化する反応は、まずボンディングメタル層３６と半田５６とが接する部分に生じる。この合金化の反応は、ボンディングメタル層３６と半田５６とが接する部分から発光層２に向かって進行していくが、バリアメタル層３５は、半田５６と合金化しにくい材料から形成されており、かつその層厚が第５の厚みＴ５に選ばれるので、半田５６との合金化の反応はバリアメタル層３５で止まり、それ以上反応しない。
【００６０】
バリアメタル層３５の層厚が５０ｎｍ未満であれば、半田５６との合金化の反応をバリアメタル層３５で止めることができず、厚膜電極層３４に半田との合金が形成されてしまい、バリアメタル層３５としての役割を果たすことができない。また、バリアメタル層３５の層厚が１０００ｎｍ以上であれば、バリアメタル層３５の電気抵抗が大きくなる。第１電極部３Ａの電気抵抗が大きくなれば、半導体レーザ素子１に供給する電力のうち、第１電極部３Ａで消費する電力が大きくなるので、電極としての機能が低下してしまう。
【００６１】
本実施の形態に対する比較例として、ボンディングメタル層３６の第６の厚みＴ６が本実施の形態の厚みよりも厚く、３００ｎｍ〜５００ｎｍに選ばれる場合について説明する。図６は、ボンディングメタル層３６の第６の厚みＴ６が３００ｎｍ〜５００ｎｍに選ばれる場合の、半導体レーザ素子と半田５６との接続部を拡大して示す断面図である。
【００６２】
ボンディングメタル層３６の層厚が本実施の形態の半導体レーザ素子１より厚いので、ボンディングメタル層３６全体が一様に半田５６と合金化しない。ボンディングメタル層３６には、半田５６と合金化していないＡｕから成る非反応層５８と、反応層５７とが混在して存在する。反応層５７は、非反応層５８に比べて硬度が大きく、厚膜電極層３４に加える応力も大きい。したがって、ボンディングメタル層の第３方向Ｚの両端部にわたって反応層５７が形成されている部分が厚膜電極層３４に加える応力は、大きい。それに比べて、ボンディングメタル層の第３方向Ｚの両端部にわたって反応層５７と非反応層５８が混在して形成されている部分が厚膜電極層３４に加える応力は、小さい。そのため、厚膜電極層３４に加わる応力に、ばらつきが生じる。これによって、厚膜電極層３４の歪応力にばらつきが生じる。
【００６３】
本実施の形態に対する比較例として、ボンディングメタル層３６の第６の厚みＴ６が前述の厚みよりも厚く、５００ｎｍ以上に選ばれる場合について説明する。図７は、ボンディングメタル層３６の第６の厚みＴ６が５００ｎｍ以上に選ばれる場合の、半導体レーザ素子と半田５６との接続部を拡大して示す断面図である。
【００６４】
ボンディングメタル層３６の第６の厚みＴ６が厚く、５００ｎｍ以上に選ばれる場合、ボンディングメタル層３６を形成する材料と半田５６との合金化の反応が、バリアメタル層３５まで進行しない。この場合、合金化のばらつきにより、応力歪のばらつきが発生する問題が生じる。また、バリアメタル層３５は、合金化の反応を止める役割を果たさず、反応層５７の第３方向Ｚの厚みが厚くなる。反応層５７の硬度は、ボンディングメタル層３６よりも大きいため、反応層５７の第３方向Ｚの厚みが厚くなると、ボンディングメタル層３６が発光層２に加える応力は大きくなる。発光層２に加わる応力が大きくなると、スロープ効率、発光効率、寿命、および閾値電流といった、半導レーザ素子の特性が悪化する。また、反応層５７の熱伝導率は、非反応層５８の熱伝導率よりも小さく、反応層５７の第３方向Ｚの厚みが厚くなると、第１電極部３Ａの放熱効果を低下させる。したがって、半導レーザ素子の特性が悪化する。
【００６５】
また、ボンディングメタル層の第６の厚みＴ６が本発明の実施の形態の厚みより薄く、５０ｎｍ未満に選ばれる場合、反応層５７の層厚が薄くなる。そのため、半田５６と第１電極部３Ａの密着性が悪くなり、半導体レーザ素子が被接続体５５から剥離する場合がある。
【００６６】
図５に示すように、本実施の形態の半導体レーザ素子１では、ボンディングメタル層３６の厚みがＴ６に選ばれるので、ボンディングメタル層３６は、半田５６と一様に合金化し、ボンディングメタル層３６全体が反応層５７となる。半田５６と合金化して形成される反応層５７は、厚膜電極層３４に応力を加えるが、ボンディングメタル層３６全体が反応層５７となるので、厚膜電極層３４に加わる応力は、ばらつかない。したがって、前述の問題が発生しにくくなり、厚膜電極層３４の歪応力のばらつきは、発生しにくくなる。
【００６７】
また、本実施の形態の半導体レーザ素子１の厚膜電極層３４の層の厚さは、第４の厚みＴ４と厚く、半導体レーザ素子を通電したときに発光層２に発生する熱を、第１電極部３Ａによって効率よく放散することができ、特性の良い半導体レーザ素子１となる。
【００６８】
また、本実施の形態の半導体レーザ素子１の、活性層１２と厚膜電極層３４との間の最短距離は、０．０５μｍ以上３μｍ以下と短いので、半導体レーザ素子を通電させたときに発生する熱を、第１電極部３Ａによって効率よく放散することができ、特性の良い半導体レーザ素子１となる。
【００６９】
また、厚膜電極層３４は、バリアメタル層３５によってボンディングメタル層３６と隔てられるので、厚膜電極層３４とボンディングメタル層３６とが接する部分が生じない。そのため、ボンディングメタル層３６の第１方向Ｙの一表面２７と半田５６とが接し、ボンディングメタル層３６を形成する材料と半田５６との合金化の反応が、ボンディングメタル層３６と半田５６とが接する面から第１方向Ｙにバリアメタル層３５に進行する場合であっても、厚膜電極層３４とボンディングメタル層３６とが接する部分がないので、厚膜電極層３４を形成する材料と半田５６とは、合金化することはない。したがって、厚膜電極層３４の歪応力のばらつきは、発生しにくくなる。
【００７０】
また、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子１は、リッジ導波路を形成している。このように、第１電極部３Ａと発光層２との接する面が平面でない場合、すなわち、第１電極部３Ａと発光層２とが曲面で接する場合、厚膜電極層３４の歪応力のばらつきによって、発光層２に加わる応力は、局所的に集中する場合がある。たとえば、応力が、第１コンタクト層１４Ａの酸化膜３０および第１オーミックコンタクト層３１に接する一表面２８に集中して生じる場合がある。この場合、半導体レーザ素子１の特性を悪化させることになるが、本発明の実施の形態では、厚膜電極層３４の歪応力のばらつきを低減しているため、局所的に集中する応力の大きさも小さくなり、特性の良い半導体レーザ素子１となる。
【００７１】
なお、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子１では、リッジ型導波路を形成する半導体レーザ素子について述べたが、リブ導波路を形成する半導体レーザ素子などであっても、厚膜電極層の歪応力のばらつきを低減しすることができ、特性の良い半導体レーザ素子となる。また、本発明の実施の形態の半導体レーザ素子１では、第１電極部３Ａと発光層２とが曲面で接する場合について述べたが、第１電極部と発光層とが、平面で接する場合の半導体レーザ素子であっても、厚膜電極層の歪応力のばらつきを低減しすることができ、特性の良い半導体レーザ素子となる。
【００７２】
次に半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。図８は、半導体レーザ素子１の製造手順を示すフローチャートである。
【００７３】
半導体レーザ素子１は、半導体レーザ素子前駆体１０１をへき開工程によって分割することによって製造される。半導体レーザ素子前駆体１０１は、へき開工程後に基板１０となるべき基板前駆体１１０と、へき開工程後に発光層２となるべき発光層前駆体１０２と、へき開工程後に第２電極部３Ｂとなるべき第２電極部前駆体１０３Ｂと、へき開工程後に第１電極部３Ａとなるべき第１電極部前駆体１０３Ａとを含んで構成される。
【００７４】
以下に半導体レーザ素子前駆体１０１を構成する各層の名称を定義する。半導体レーザ素子前駆体１０１をへき開した後に、第１クラッド層１１となるべき層を第１クラッド層前駆体１１１、活性層１２となるべき層を活性層前駆体１１２、第２クラッド層１３となるべき層を第２クラッド層前駆体１１３、第１コンタクト層１４Ａとなるべき層を第１コンタクト層前駆体１１４Ａ、第２コンタクト層１４Ｂとなるべき層を第２コンタクト層前駆体１１４Ｂ、第３コンタクト層１４Ｃとなるべき層を第３コンタクト層前駆体１１４Ｃ、酸化膜３０となるべき層を酸化膜前駆体１３０、第１オーミックコンタクト電極層３１となるべき層を第１オーミックコンタクト電極層前駆体１３１、第１接触媒介層３２となるべき層を第１接触媒介層前駆体１３２、薄膜電極層３３となるべき層を薄膜電極層前駆体１３３、厚膜電極層３４となるべき層を厚膜電極層前駆体１３４、バリアメタル層３５となるべき層をバリアメタル層前駆体１３５、ボンディングメタル層３６となるべき層をボンディングメタル層前駆体１３６、第２オーミックコンタクト電極層５０となるべき層を第２オーミックコンタクト電極層前駆体１５０、第２接触媒介層５１となるべき層を第２接触媒介層前駆体１５１、および基板側電極層５２となるべき層を基板側電極層前駆体１５２と定義する。
【００７５】
図９は、ステップＳ２終了後の基板前駆体１１０と、発光層前駆体１０２と、第２電極部前駆体１０３Ｂとの一部の断面図である。図１０は、ステップＳ６終了後の基板前駆体１１０と、発光層前駆体１０２と、第２電極部前駆体１０３Ｂと、形成途中の第１電極部前駆体１０３Ａとの一部の断面図である。図１１は、ステップＳ９終了後の基板前駆体１１０と、発光層前駆体１０２と、第２電極部前駆体１０３Ｂと、第１電極部前駆体１０３Ａとの一部の断面図である。図１２は、ステップＳ９終了後の基板前駆体１１０と、発光層前駆体１０２と、第２電極部前駆体１０３Ｂと、第１電極部前駆体１０３Ａとの一部を簡略化して示す斜視図である。
【００７６】
半導体レーザ素子１の製造を開始すると、ステップＳ０からステップＳ１に移り、ステップＳ１では、発光層前駆体１０２を形成する。基板前駆体１１０の厚み方向一方を、前記第３方向Ｚ一方と一致するように定義する。発光層前駆体１０２は、基板前駆体１１０の第３方向Ｚ一方の一表面１２２上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓから成る第１クラッド層前駆体１１１、ＡｌＧａＡｓから成る活性層前駆体１１２、ｐ型ＡｌＧａＡｓから成る第２クラッド層前駆体１１３、およびｐ型ＧａＡｓから成るコンタクト層前駆体を液層エピタキシャル法によってこの順に堆積させて形成される。次に、リソグラフィ工程によってコンタクト層前駆体を加工し、第１コンタクト層前駆体１１４Ａ、第２コンタクト層前駆体１１４Ｂ、および第３コンタクト層前駆体１１４Ｃを形成する。
【００７７】
次に、ステップＳ２に移り、ステップＳ２では、第２電極部前駆体１０３Ｂを形成する。第２電極部前駆体１０３Ｂは、ｎ型ＧａＡｓ基板前駆体１１０の第３方向Ｚ他方の他表面１２１上に、たとえばＡｕＧｅＮｉから成る第２オーミックコンタクト電極層前駆体１５０、たとえばＴｉから成る第２接触媒介層前駆体１５１、およびＡｕから成る基板側電極層前駆体１５２を真空蒸着法によってこの順に積層して形成される。次に、基板前駆体１１０と第２オーミックコンタクト電極層前駆体１５０とがオーミック接触をとるために、４００〜５００℃で１０分間加熱し、基板前駆体１１０と第２オーミックコンタクト電極層前駆体１５０とをアロイ処理する。
【００７８】
次に、ステップＳ３に移り、ステップＳ３では第１電極部前駆体１０３Ａの酸化膜前駆体１３０を形成する。発光層前駆体１０２の第３方向Ｚ一方の一表面１２０上に、たとえば化学気層成長（Chemical Vapor Deposition：略称ＣＶＤ）法によってＳｉＯ２膜を形成する。その後、リソグラフィ工程によって、第１コンタクト層前駆体１１４Ａの第３方向Ｚ一方の一表面１４２上に堆積したＳｉＯ２膜を除去して酸化膜前駆体１３０を形成する。
【００７９】
次に、ステップＳ４に移り、ステップＳ４では、第１オーミックコンタクト電極層前駆体１３１を形成する。第１オーミックコンタクト電極層前駆体１３１は、酸化膜前駆体１３０の第３方向Ｚ一方の一表面１４４上、および第１コンタクト層前駆体１１４Ａの第３方向Ｚ一方の一表面１４２上に、厚みＴ１のＡｕＺｎを、たとえば電子ビーム蒸着法によって堆積して形成される。次に、第１コンタクト層前駆体１１４Ａと第１オーミックコンタクト電極層前駆体１３１とがオーミック接触を取るために、４００〜５００℃で、１０分間加熱し、第１コンタクト層前駆体１１４Ａと第１オーミックコンタクト電極層前駆体１３１とをアロイ処理する。
【００８０】
次にステップＳ５に移り、ステップＳ５では、第１接触媒介層前駆体１３２を形成する。第１接触媒介層前駆体１３２は、第１オーミックコンタクト電極層前駆体１３１の第３方向Ｚ一方の一表面１４５上に、厚みＴ２のＴｉを、たとえば電子ビーム蒸着法によって堆積して形成される。
【００８１】
次にステップＳ６に移り、ステップＳ６では、薄膜電極層前駆体１３３を形成する。薄膜電極層前駆体１３３は、第１接触媒介層前駆体１３２の第３方向Ｚ一方の一表面１４６上に、厚みＴ３のＡｕを、たとえば電子ビーム蒸着法によって堆積して形成される。
【００８２】
次にステップＳ７に移り、ステップＳ７では、厚膜電極層前駆体１３４を形成する。薄膜電極層前駆体１３３の第３方向Ｚ一方の一表面１４７上にフォトレジスト膜を塗布する。露光工程および現像工程を経て、不要なフォトレジスト膜を除去し、へき開すべき仮想平面と仮想平面から距離Ｕ１離れた面との間のみにフォトレジスト層を残す。フォトレジスト層の第３方向Ｚの層厚は、厚膜電極層３４の第４の厚みＴ４より厚く選ばれる。厚膜電極層前駆体１３４は、薄膜電極層前駆体１３３の第３方向Ｚ一方の一表面１４７上のうち、フォトレジスト層と接しない部分に第４の厚みＴ４のＡｕを、メッキ法によって堆積して形成される。フォトレジスト層の第３方向Ｚの層厚がＴ４より厚いので、厚膜電極層前駆体１３４は、フォトレジスト層上には形成されない。その後、フォトレジスト層をエッチング工程によって除去する。
【００８３】
次にステップＳ８に移り、ステップＳ８では、バリアメタル層前駆体１３５を形成する。厚膜電極層前駆体１３４の第３方向Ｚ一方の一表面１４８上、および薄膜電極層前駆体１３３の第３方向Ｚ一方の一表面１４７上のうち、厚膜電極層前駆体１３４と接しない部分に、フォトレジスト層を形成する。露光工程および現像工程を経て不要なフォトレジスト層を除去し、へき開すべき仮想平面と仮想平面から距離Ｕ２離れた面との間のみにフォトレジスト層を残す。フォトレジスト層の第３方向Ｚの層厚は、厚膜電極層３４の第４の厚みＴ４にバリアメタル層３５の第５の厚みＴ５を加えた厚みより厚く選ばれる。その後、バリアメタル層前駆体１３５は、厚膜電極層前駆体１３４の第３方向Ｚ一方の一表面１４８上、および薄膜電極層前駆体１３３の第３方向Ｚ一方の一表面１４７上のうち、厚膜電極層前駆体１３４とフォトレジスト層とに接しない部分に、第５の厚みＴ５のたとえばＴｉを、メッキ法によって堆積して形成される。フォトレジスト層の第３方向Ｚの層厚が第４の厚みＴ４に第５の厚みＴ５を加えた値よりも厚いので、バリアメタル層前駆体１３５は、フォトレジスト層上には形成されない。その後、フォトレジスト層をエッチング工程によって除去する。
【００８４】
次にステップＳ９に移り、ステップＳ９では、ボンディングメタル層前駆体１３６を形成する。ボンディングメタル層前駆体１３６は、バリアメタル層前駆体１３５の第３方向Ｚ一方の一表面１４９上、および薄膜電極層前駆体１３３の第３方向Ｚ一方の一表面１４６上のうち、厚膜電極層前駆体１３４とバリアメタル層前駆体１３５とに接しない部分に、厚みＴ６のＡｕを、メッキ法によって形成する。
【００８５】
次にステップＳ１０に移り、ステップＳ１０では、半導体レーザ素子前駆体１０１のへき開を行う。半導体レーザ素子前駆体１０１にけがきを入れてへき開し、半導体レーザ素子前駆体１０１を複数の半導体レーザ素子１に分割する。へき開すべき面を図１２の仮想線Ｃによって示す。
【００８６】
次にステップＳ１１に移り、半導体レーザ素子１の製造が終了する。
半導体レーザ素子前駆体１０１のへき開すべき面上に、厚膜電極層前駆体１３４およびバリアメタル層前駆体１３５が成膜されている場合、厚膜電極層前駆体１３４およびバリアメタル層前駆体１３５は、発光層前駆体１０２に比べて分割しにくいので、へき開工程において半導体レーザ素子１０１を分割しにくくなる。そのため、へき開する工程で半導体レーザ素子１に分割不良が生じる場合がある。一方、本実施の形態では、半導体レーザ素子前駆体１０１のへき開すべき面上に、厚膜電極層前駆体１３４およびバリアメタル層前駆体１３５が形成されておらず、へき開工程において、厚膜電極層前駆体１３４およびバリアメタル層前駆体１３５に起因する分割不良が生じることはない。そのため、特性の良い半導体レーザ素子１を製造することができる。また、半導体レーザ素子１に発生する分割不良が減少するので、半導体レーザ素子１の歩留りが良くなり、製造コストを削減することができる。
【００８７】
また、本発明の実施の形態の厚膜電極層前駆体１３４は、電解メッキ法によって形成される。無電解メッキ法では、成膜速度が遅く、膜厚もばらつきも大きい為、膜厚のばらつきによる応力歪のばらつきが大きい。したがって、電解メッキ法によって形成される厚膜電極層前駆体３４は、無電解メッキ法によって形成されるよりも、歪応力のばらつきが小さい。
【００８８】
ステップＳ７でメッキ法によって歪応力のばらつきの少ない厚膜電極層前駆体１３４を形成した後に、ステップＳ８〜Ｓ１０の工程で、厚膜電極層前駆体１３４の温度が３５０℃以上になると、熱応力によって厚膜電極層前駆体１３４の歪応力にばらつきが生じる。ステップＳ２で第２電極部前駆体１０３Ｂを形成する工程において、発光層前駆体１０２と第２電極部前駆体１０３Ｂとのオーミック接触を取るために、４００〜５００℃でのアロイ工程を経るが、本実施の形態では、ステップＳ２において第２電極部前駆体１０３Ｂを形成した後に、ステップＳ７において厚膜電極層前駆体１３４を形成する。また、バリアメタル層前駆体１３５およびボンディングメタル層前駆体１３６を積層するステップＳ８ステップＳ９の工程での厚膜電極層前駆体１３４の温度は、５０℃以上３５０℃未満である。したがって、厚膜電極層前駆体１３４を形成した後の工程で、厚膜電極層前駆体１３４の温度が３５０℃以上にならないので、厚膜電極層前駆体１３４の歪応力のばらつきを低減することができる。また、厚膜電極層前駆体１３４を形成した後の工程において、厚膜電極層前駆体１３４の温度が５０℃未満となり、厚膜電極層前駆体１３４の温度の変化量が大きくなると、熱応力によって厚膜電極層前駆体１３４の歪応力のばらつきが大きくなるが、厚膜電極層前駆体１３４の温度が５０℃以上３５０℃未満の温度範囲に保たれるので、厚膜電極層前駆体１３４を形成した後に生じる厚膜電極層前駆体１３４の歪応力のばらつきを低減することができる。
【００８９】
厚膜電極層の歪応力にばらつきがある場合、レーザ光の放射角に乱れが生じる場合がある。たとえば、活性層の面と水平な方向から角度を変えて見たときに、光強度が滑らかに変化しない問題が生じる場合がある。また、厚膜電極層が半導体レーザ素子の活性層におよぼす応力によって、活性層に転移が生じることがある。転移のある場所では、半導体レーザ素子に通電しても、非発光再結合を引き起こし、多量の熱を発生させるのみで、光を放出しない。また、半導体レーザ素子に通電することによって発生する熱により、活性層に生じた転移を中心として、活性層に転移が広がる。そのため、半導体レーザ素子に通電し続けると、活性層に生じた転移を中心として、転移が増殖し、最終的に半導体レーザ素子は、発振しなくなる。したがって、厚膜電極層が加える応力によって活性層に転移が発生すると、半導体レーザ素子のスロープ効率の低下、発光効率の低下、閾値電流の上昇、および寿命の減少など、半導レーザ素子の特性が悪化する。特に、厚膜電極層の歪応力にばらつきがあると、活性層の局所的な部分に応力が加わる可能性があり、その部分に転移が生じやすくなる。そのため、半導体レーザ素子の特性が悪化する。
【００９０】
本実施の形態の半導体レーザ素子１は、厚膜電極層３４の歪応力のばらつきを低減しているので、厚膜電極層３４が活性層１２に加える応力は、一様となり、厚膜電極層３４が活性層１２に与える影響は、小さくなる。これによって特性の良い半導体レーザ素子１となる。
【００９１】
図１３は、電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を表すグラフであり、半導体レーザ素子に印加する電圧を変化させたときの、各電圧における出射光の遠視野での光強度分布を表す。図１３における横軸は、出射角を表す。出射角を、レーザ光が出射する位置と、光軸を含み、活性層の厚み方向に垂直な仮想平面上の測定位置とを結ぶ直線と光軸との角度と定義する。図１３における縦軸は、光強度を表す。図１３に示すように、電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の光強度は、出射角の絶対値が大きくなるにつれ、光強度が単調に減少する。
【００９２】
電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の比較例として、電極部にバリアメタル層を有する半導体レーザ素子の構成から、バリアメタル層のみを除いた、電極部にバリアメタル層を有しない半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を図１４に示す。図１４は、電極部にバリアメタル層を有しない半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を表すグラフであり、半導体レーザ素子に印加する電圧を変化させたときの、各電圧における出射光の遠視野での光強度分布を表す。図１４における横軸は、レーザ光の出射角を表す。図１４における縦軸は、光強度を表す。図１４に示すように、電極部にバリアメタル層を有しない半導体レーザ素子の光強度は、放射角の絶対値が大きくなるにつれ、光強度が単調には減少せずに、放射角の絶対値が０°付近のピーク以外に、放射角の絶対値が０°から離れた裾の部分にもピークをもつ。
【００９３】
以上のように、電極部にバリアメタル層を形成することによって、出射角の絶対値が大きくなるにつれ、遠視野での光強度が単調に減少する半導体レーザ素子を得ることができる。したがって、レーザ光のうち、出射角度の広い範囲を利用することができる特性の良い半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の断面図であり、光導波路および電流の流れる向きを模式化して示す。
【図４】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子および被接続体の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の第１電極部と被接続体との接続部分の一部の拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子のボンディングメタル層の層厚よりも厚いボンディングメタル層を有する半導体レーザ素子の第１電極部と被接続体との接続部分の一部の拡大断面図である。
【図７】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子のボンディングメタル層の層厚よりも厚いボンディングメタル層を有する半導体レーザ素子の第１電極部と被接続体との接続部分の一部の拡大断面図である。
【図８】本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の製造手順を示すフローチャートである。
【図９】ステップＳ２終了後の製造途中の本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の断面図である。
【図１０】ステップＳ６終了後の製造途中の本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の断面図である。
【図１１】ステップＳ９終了後の製造途中の本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の断面図である。
【図１２】ステップＳ９終了後の製造途中の本発明の実施の形態である半導体レーザ素子の斜視図である。
【図１３】バリアメタル層を有する半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を表すグラフである。
【図１４】バリアメタル層を有しない半導体レーザ素子の出射光の遠視野での光強度分布を表すグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
１  半導体レーザ素子
２  発光層
３Ａ  第１電極部
３Ｂ  第２電極部
１０  基板
１１  第１クラッド層
１２  活性層
１３  第２クラッド層
１４Ａ  第１コンタクト層
１４Ｂ  第２コンタクト層
１４Ｃ  第３コンタクト層
３０  酸化膜
３１  第１オーミックコンタクト電極層
３２  第１接触媒介層
３３  薄膜電極層
３４  厚膜電極層
３５  バリアメタル層
３６  ボンディングメタル層
５０  第２オーミックコンタクト電極層
５１  第２接触媒介層
５２  基板側電極層
５５  被接続体
５６  半田
【図１】
2006100369.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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