(57)【要約】【課題】半導体発光素子のサブマウント実装時において、メサ部に加わる応力を低減できる光源装置および光半導体素子を提供する。【解決手段】本発明に係る光源装置３において、サブマウント９０と第１の電極部５０ａとの間に空隙７０が形成されてなることから、サブマウント９０は、補強部材４０の上面４０ａに形成された第２の電極部５０ｂとのみ接触し、メサ部２０の上面２０ａに形成された第１の電極部５０ａとは接触しない構造となる。これにより、半導体発光素子１をサブマウント９０に実装する際、サブマウント９０から基板１１方向に加わる応力は、サブマウント９０と接する第２の電極部５０ｂのみに加わり、第２の電極部５０ｂを介して補強部材４０へ伝わる。よって、サブマウント９０実装時において、第１の電極部５０ａを介してメサ部２０に応力が加わることを低減することができる。【選択図】図５
2008243836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を含むベース部と、
前記ベース部の一方面である上面側に設けられ、電流が供給されることによって発光する活性層を含むメサ部と、
前記ベース部または前記メサ部において、前記活性層よりも前記基板側に形成される第１のミラー層と、
前記メサ部において、前記第１のミラー層との間に前記活性層が介在するように形成される第２のミラー層と、
前記メサ部の側面の周囲に設けられ、前記メサ部を補強する補強部材と、
前記メサ部の上面上から前記補強部材の上面上にわたって設けられる電極部材と、を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と対向するように、前記メサ部の上面側に配置されるサブマウントと、
を備え、
前記電極部材は、前記メサ部の上面上に形成される第１の電極部と、前記補強部材の上面上に形成される第２の電極部とを有し、
前記サブマウントと、前記第２の電極部とが接続されるとともに、
前記サブマウントと、前記第１の電極部との間には空隙が設けられていること、
を特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記補強部材は、その上面が前記メサ部の上面からみて前記ベース部と反対側に突出した形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記サブマウントは、前記半導体発光素子と対向する面が平面形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記サブマウントは、前記半導体発光素子と対向する面が、前記第２の電極部に接続される面部分が前記第１の電極部に対向する面部分からみて前記半導体発光素子側に突出した形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記活性層から発光する光は、前記基板の下面側から出射されること、
を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記補強部材は、前記メサ部の側面を囲むように、その周囲に沿った連続した環状に形成されることを特徴とする請求項１〜５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記補強部材は、前記活性層を含むメサ部の発する熱を伝導する熱伝導部材によって構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記サブマウントにおいて、前記第２の電極部と接続される部分は、前記第２の電極部と電気的に接続される第２の電極部材によって構成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
基板を含むベース部と、
前記ベース部の一方面である上面側に設けられ、電流が供給されることによって発光する活性層を含むメサ部と、
前記ベース部または前記メサ部において、前記活性層よりも前記基板側に形成される第１のミラー層と、
前記メサ部において、前記第１のミラー層との間に前記活性層が介在するように形成される第２のミラー層と、
前記メサ部の側面の周囲に設けられ、上面が前記メサ部の上面からみて前記ベース部と反対側に突出した形状に形成され、前記メサ部を補強する補強部材と、
前記メサ部の上面上から前記補強部材の上面上にわたって設けられる電極部材と、
を備え、
前記電極部材は、前記メサ部の上面上に形成される第１の電極部と、前記補強部材の上面上に前記メサ部の上面からみて前記ベース部と反対側に前記第１の電極部よりも突出して形成される第２の電極部と、
を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
前記活性層から発光する光は、前記基板の下面側から出射されること、
を特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記補強部材は、前記メサ部の側面を囲むように、その周囲に沿った連続した環状に形成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記補強部材は、前記活性層を含むメサ部の発する熱を伝導する熱伝導部材によって構成されていることを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置および半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子や発光ダイオード等の半導体発光素子は、光通信システムをはじめとする様々な分野において広く利用されている。このような半導体発光素子の一例として、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical  Cavity  Surface  Emitting  Laser）が知られている。ＶＣＳＥＬは、活性層の上下に半導体ミラー層を設けることによって、半導体基板に対して垂直方向に共振器が構成される発光素子である。
【０００３】
このようなＶＣＳＥＬとして、共振構造の一部または全てをメサ状に構成するものが知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。これらのＶＣＳＥＬにおいては、発光性能に悪影響を与える活性層の発熱を効率的に逃がす構成が開示されており、特許文献１，２では、ヒートシンクとなるサブマウントにメサ部を実装する構成が示されている。また、特許文献３では、メサ部の周囲および上面の一部を放熱体で覆う構成が示されている。
【特許文献１】特開２００３−８６８９５号公報
【特許文献２】特開２００４−５０３１１８号公報
【特許文献３】特開平１０−２６１８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような半導体発光素子にあっては、メサ部をサブマウントに実装した場合、メサ部に応力が加わり、メサ部が破損する可能性があるという問題がある。例えば、メサ部に電流狭窄のための酸化狭窄層を含んでいる場合、応力によって酸化狭窄層が破損する恐れがある。また、メサ部に酸化狭窄層を含んでいない場合であっても、同様にメサ部に含まれる他の層が破損する恐れがある。
【０００５】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、半導体発光素子が、サブマウントに実装される際、メサ部に加わる応力を低減できる光源装置および半導体発光素子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】
【０００６】
すなわち本発明に係る光源装置は、基板を含むベース部と、ベース部の一方面である上面側に設けられ、電流が供給されることによって発光する活性層を含むメサ部と、ベース部またはメサ部において、活性層よりも基板側に形成される第１のミラー層と、メサ部において、第１のミラー層との間に活性層が介在するように形成される第２のミラー層と、メサ部の側面の周囲に設けられ、メサ部を補強する補強部材と、メサ部の上面上から補強部材の上面上にわたって設けられる電極部材と、を有する半導体発光素子と、半導体発光素子と対向するように、メサ部の上面側に配置されるサブマウントと、を備え、電極部材は、メサ部の上面上に形成される第１の電極部と、補強部材の上面上に形成される第２の電極部とを有し、サブマウントと、第２の電極部とが接続されるとともに、サブマウントと、第１の電極部との間には空隙が設けられていること、を特徴として構成される。
【０００７】
上記した本発明に係る光源装置において、サブマウントと第１の電極部との間に空隙が設けられることから、サブマウントは、補強部材の上面に形成された第２の電極部とのみ接触し、メサ部の上面に形成された第１の電極部とは接触しない構造となる。これにより、半導体発光素子をサブマウントに実装する際、サブマウントから基板方向に加わる応力は、サブマウントと接する第２の電極部のみに加わり、第２の電極部を介して補強部材へ伝わる。よって、サブマウント実装時において、第１の電極部を介してメサ部に応力が加わることを低減することができる。
【０００８】
また、第２の電極部は、サブマウント及び補強部材に接触しているため、それらの熱的な接続が良好になされる。これによって、補強部材及び電極部材を介してサブマウント側にメサ部から生成された熱を伝達することが可能であるため、放熱性に優れた構成とすることができる。また、電極部材により、半導体発光素子とサブマウントとの間での必要な電気的接続を実現することができる。なお、このような構成では、補強部材はメサ部の発する熱を伝導する熱伝導部材によって構成されていることが好適である。また、サブマウントにおいて、第２の電極部と接続される部分は、第２の電極部と電気的に接続される第２の電極部材（サブマウント電極）によって構成されていることが好適である。
【０００９】
ここで、光源装置において、補強部材は、その上面がメサ部の上面からみてベース部と反対側に突出した形状に形成されていることが好ましい。このような構成によって、サブマウントと第１の電極部との間に空隙を形成することが容易となる。
【００１０】
また、上記のように補強部材がメサ部からみて突出した構成になっている場合、サブマウントは、半導体発光素子と対向する面が平面形状に形成されていることがさらに好ましい。このような構成では、メサ部をサブマウントに実装する際、サブマウントに対するメサ部の実装位置を厳密に位置合わせする必要が無いため、補強構造を有する光源装置の製造効率を上げることができる。
【００１１】
あるいは、サブマウントは、半導体発光素子と対向する面が、第２の電極部に接続される面部分が第１の電極部に対向する面部分からみて半導体発光素子側に突出した形状に形成されていることが好適である。このように構成した場合においても、サブマウントとメサ部の上面が接触しないため、サブマウントと第１の電極部との間に空隙を設けることができる。
【００１２】
また、光源装置において、活性層から発光する光は、基板の下面側から出射されることが好適である。このような構成では、電極部材がメサ部の上面に形成されることにより、反射鏡として機能するため、漏れ光を防ぐことができる。
【００１３】
また、光源装置において、補強部材は、メサ部の側面を囲むように、その周囲に沿った連続した環状に形成されることが好ましい。このような構成では、補強部材がメサ部の周囲に分割された複数の補強部材の場合に比べて、連続した補強部材に応力が均一に加わるため、メサ部に加わる応力を一層防ぐことができる。さらに、補強部材がメサ部の周囲を囲むことから、メサ部から生成された熱を効率良く伝導できるため、放熱効果を高めることができる。
【００１４】
また、本発明に係る半導体発光素子は、基板を含むベース部と、ベース部の一方面である上面側に設けられ、電流が供給されることによって発光する活性層を含むメサ部と、ベース部またはメサ部において、活性層よりも基板側に形成される第１のミラー層と、メサ部において、第１のミラー層との間に活性層が介在するように形成される第２のミラー層と、メサ部の側面の周囲に設けられ、上面がメサ部の上面からみてベース部と反対側に突出した形状に形成され、メサ部を補強する補強部材と、メサ部の上面上から補強部材の上面上にわたって設けられる電極部材と、を備え、電極部材は、メサ部の上面上に形成される第１の電極部と、補強部材の上面上にメサ部の上面からみてベース部と反対側に第１の電極部よりも突出して形成される第２の電極部と、を有して構成される。
【００１５】
上記した本発明に係る半導体発光素子において、補強部材の上面上に形成される第２の電極部が、メサ部上面に形成される第１の電極部よりも突出して構成される。このため、このような半導体発光素子をサブマウントと組み合わせて用いる場合、半導体発光素子をメサ部上面側からサブマウントに実装する際、第２の電極部が第１の電極部よりも先にサブマウントに接触することとなる。これにより、メサ部上面とサブマウントとの間に空隙が形成され、サブマウントから基板方向に加わる応力は、サブマウントと接する第２の電極部のみに加わり、第２の電極部を介して補強部材へ伝わることとなる。よって、サブマウント実装時において、第１の電極部を介してメサ部に応力が加わることを低減することができる。
【００１６】
また、半導体発光素子において、活性層から発光する光は、基板の下面側から出射されることが好ましい。このような構成では、電極部材がメサ部の上面に形成されることにより、反射鏡として機能するため、漏れ光を防ぐことができる。
【００１７】
また、半導体発光素子において、補強部材は、メサ部の側面を囲むように、その周囲に沿った連続した環状に形成されることが好ましい。このような構成では、補強部材がメサ部の周囲に分割された複数の補強部材である場合に比べて、連続した補強部材に応力が均一に加わるため、メサ部に加わる応力を一層防ぐことができる。さらに、補強部材がメサ部の周囲を囲むことから、メサ部から生成された熱を効率良く伝導できるため、放熱効果を高めることができる。
【００１８】
また、半導体発光素子において、補強部材は、活性層を含むメサ部の発する熱を伝導する熱伝導部材によって構成されていることが好ましい。このように構成することで、補強部材が取り囲むメサ部からの発熱を効率良く伝導することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体発光素子のサブマウント実装時において、メサ部に加わる応力を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す上面図、図２は、図１に示した半導体発光素子のII−II線における側断面図、図３は、図２に示した半導体発光素子の側断面図のメサ部における層構造を示す拡大図である。図１及び図２に示した半導体発光素子１は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり、配線電極やヒートシンク等からなるサブマウントに実装することにより、光源装置として好適に利用されるものである。
【００２２】
図１に示すように、半導体発光素子１は、ベース部１０と、ベース部１０上に設けられたメサ部２０、補強部材４０、電極部材５０を備えて構成されている。メサ部２０は、水平断面が円形の円柱状に形成されている。また、補強部材４０は、メサ部２０の側面を囲み、円筒状に形成されている。
【００２３】
図２に示すように、ベース部１０は基板１１を含んで構成されている。基板１１は、半導体基板であり、例えばｎ型のＧａＡｓ基板が用いられる。また、基板１１上に形成されたメサ部２０は、活性層２１を含む半導体層の積層体によって形成されている。メサ部２０が有する活性層２１は、電流が供給されることによって所定の発光スペクトルで発光する発光層である。このような活性層２１としては、例えば、ＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの半導体積層構造で構成された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi  Quantum  Well）活性層を用いることができる。メサ部２０は、この活性層２１から発せられた光を垂直に共振させる垂直共振器の全て又は一部を構成している。
【００２４】
また、メサ部２０において、活性層２１の基板１１側には、下部ｎ型ＤＢＲ（Distributed  Bragg  Reflector）層（第１のミラー層）２４が形成されている。下部ｎ型ＤＢＲ層２４は、活性層２１から発光された光を反射する機能を備えており、例えばＡｌ組成比が異なるＡｌＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多層構造が用いられる。なお、以下の実施形態においては、ＤＢＲ層の構成を一部省略して模式的に図示している。
【００２５】
また、メサ部２０において、活性層２１とメサ部２０の上面２０ａとの間には上部ｐ型ＤＢＲ層（第２のミラー層）２５が形成されている。この上部ｐ型ＤＢＲ層２５は、下部ｎ型ＤＢＲ層２４と同様に、活性層２１から発光された光を反射する機能を備えており、例えばＡｌ組成比が異なるＡｌＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多層構造が用いられる。
【００２６】
このように、メサ部２０において、下部ｎ型ＤＢＲ層２４と上部ｐ型ＤＢＲ層２５との間に活性層２１が介在するため、活性層２１が発光した光が下部ｎ型ＤＢＲ層２４と上部ｐ型ＤＢＲ層２５との間で共振する垂直共振器が形成される。また、上部ｐ型ＤＢＲ層２５は、下部ＤＢＲ層２４に比べて反射率が大きく構成され、これにより基板１１の下面側から共振した光を出射する構成となっている。この場合、図２に示すように、基板１１においてメサ部２０に対応する部分に、発光窓部１１ａが形成される。発光窓部１１ａは、メサ部２０側からみて円形の開口であり、その半径はメサ部２０の半径より小さく形成されている。また、発光窓部１１ａは、メサ部２０側の半径が、その反対側の半径に比べて小さいテーパ状に形成されている。
【００２７】
また、図３に示すように、メサ部２０において、活性層２１と下部ｎ型ＤＢＲ層２４との間には下部クラッド層２７が形成され、活性層２１と上部ｐ型ＤＢＲ層２５との間には、上部クラッド層２６が形成される。尚、クラッド層２６,２７は、個々の半導体発光素子において必要に応じて形成すればよい。
【００２８】
また、メサ部２０において、上部クラッド層２６と上部ｐ型ＤＢＲ層２５との間に酸化狭窄層２２が形成されている。酸化狭窄層２２は、活性層２１に対する電流を狭窄する半導体層であり、ＡｌＧａＡｓなどのＡｌを含む化合物半導体から形成される。酸化狭窄層２２のうちで、外周側の所定領域は、ＡｌＧａＡｓが酸化されることによって高抵抗化された酸化領域２２ａとして形成される。そして、この酸化領域２２ａの内周で囲まれた領域は、メサ部上面からみて円形状の酸化狭窄領域２２ｂとして形成される。尚、酸化狭窄層２２は、個々の半導体発光素子において必要に応じて形成すればよい。
【００２９】
また、メサ部２０において、下部ＤＢＲ層２４と基板１１との間に、基板１１から順にエッチングストップ層２８および発光面保護層２９が形成される。エッチングストップ層２８は、基板１１をエッチングして、発光窓部１１ａを形成する場合、メサ部２０に形成された共振構造を破壊しないように設けられた保護層である。また、発光面保護層２９もメサ部に形成された共振構造を保護するために設けられた層である。尚、エッチングストップ層２８および発光面保護層２９は、個々の半導体発光素子において必要に応じて形成すればよい。
【００３０】
また、メサ部２０において、上部ＤＢＲ層２５のメサ部２０の上面２０ａ側にはｐ型コンタクト層２３が形成されている。さらに、メサ部２０は、多層膜の上面および表面の保護膜として、例えばシリコン窒化物からなるパッシベーション膜１２を含んでいる。
【００３１】
また、図２に示すように、メサ部２０の側面には、補強部材４０が形成されている。本実施形態においては、補強部材４０は、ベース部１０上に配置され、ベース部１０と反対側の端面である上面４０ａがメサ部２０の上面２０ａよりも突出して形成されている。
【００３２】
また電極部材５０は、メサ部２０のベース部１０と反対側の面である上面２０ａ上および補強部材４０のベース部と反対側の面である上面４０ａ上に連続して形成されている。図１に示すように、この電極部材５０は、メサ部２０の上面２０ａ上に形成され、メサ部２０上方からみて円形状に形成された部分である第１の電極部５０ａと、補強部材４０の上面４０ａ上に形成され、メサ部２０の上面２０ａ側からみて円環状に形成された部分である第２の電極部５０ｂとを有している。また、第１の電極部５０ａと第２の電極部５０ｂが電気的に連続して一体的に形成されている。また、図２に示すように、この電極部材５０のうちで、第２の電極部５０ｂの上面は、第１の電極部５０ａの上面よりも突出して形成されている。尚、第２の電極部５０ｂは、半導体発光素子１がサブマウントに実装される際、サブマウントの電極部材と接続する部分である。
【００３３】
また、図３に示すように、電極部材５０の第１の電極部５０ａと、ｐ型コンタクト層２３との間には、ｐ側コンタクト電極５１が形成されている。このｐ側コンタクト電極５１は、メサ部２０の上面２０ａ側を覆うパッシベーション膜１２に形成された開口部１２ａを介して、メサ部２０の上面２０ａと接触し、ｐ型コンタクト層２３と電気的に接続している。尚、ｐ側コンタクト電極５１は、個々の半導体発光素子において必要に応じて形成すればよい。
【００３４】
また、図１に示すように、基板１１上にｎ側コンタクト電極５５が形成されている。ｎ側コンタクト電極５５は、基板１１上で、メサ部２０と電極台６０との間に介在している。この電極台６０は、基板１１上に形成され、半導体発光素子１をサブマウントに実装する際に、サブマウントの電極と基板１１上に設けられたｎ側コンタクト電極５５とが接続できるように設けられ、水平断面が円形の円柱状であって、基板１１に接する電極台６０の底面が上面よりも広く形成されている。また、電極台６０の上面とｎ側コンタクト電極５５を覆うように、基板配線電極８０が形成される。なお、電極台６０は、サブマウント実装時において、ｎ側コンタクト電極５５とサブマウントの電極とを繋げる機能を備えていれば足り、形状は限定されない。
【００３５】
次に、図４,５を用いて、上記に説明した本実施形態に係る半導体発光素子１を用いた光源装置３の構成について説明する。図４は、光源装置３において半導体発光素子１が実装されるサブマウント９０の構成を示す上面図、図５は、図４に示すサブマウント９０に図１に示す半導体発光素子１が実装された光源装置３の断面図である。
【００３６】
図４に示すように、サブマウント９０は、例えばヒートシンク９１とサブマウント電極９２（第２の電極部材），９３を備えて構成される。サブマウント電極９２，９３は、それぞれ図１に示す半導体発光素子１の電極部材５０，基板配線電極８０と接触し、電気的に接続される。サブマウント電極９２が電極部材５０と接触し、サブマウント電極９３が基板配線電極８０と接触する。
【００３７】
図５に示すように、サブマウント９０に、図１に示す半導体発光素子１を実装して光源装置３が構成される。実装時において、補強部材４０の上面４０ａ上に形成された電極部５０ｂの方が、メサ部２０の上面２０ａ上に形成された電極部５０ａに比べて突出しているため、サブマウント９０と半導体発光素子１は、電極部５０ｂでのみ接触し、サブマウント９０とメサ部２０の上面２０ａとの間に空隙７０が設けられる。また、サブマウント９０において、半導体発光素子１を実装する側の面は、平面形状に形成されている。図５に示すようにサブマウント９０がサブマウント電極９２を有する構成では、半導体発光素子１が実装されるサブマウント電極９２の面が平面形状に形成されている。
【００３８】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１および光源装置３について、作用効果を説明する。
【００３９】
図２に示す半導体発光素子１において、電流が電極部材５０、基板配線電極８０を介してメサ部２０に供給された場合、活性層２１が発光する。活性層２１から発生した光は、下部ｎ型ＤＢＲ層２４と上部ｐ型ＤＢＲ層２５との間で共振される。また、上部ｐ型ＤＢＲ層２５は、下部ｎ型ＤＢＲ層２４に比べて反射率が大きく構成されている。このため、共振された光は基板１１に設けられた発光窓部１１ａからレーザ光として出射される。
【００４０】
この半導体発光素子１がサブマウントに実装され、図５に示すように、光源装置３が構成される。半導体発光素子１がサブマウントに実装された場合、補強部材４０の上面４０ａ上に形成された電極部５０ｂの方が、メサ部２０の上面２０ａ上に形成された電極部５０ａに比べてサブマウント側に突出しているため、サブマウント９０と半導体発光素子１は、電極部５０ｂでのみ接触し、サブマウント９０とメサ部２０の上面２０ａとの間に空隙７０が形成される。
【００４１】
この時、半導体発光素子１をサブマウント９０に実装した場合、応力が半導体発光素子１に加わる。従来の半導体発光素子では、実装時において、サブマウントからの応力がメサ部に直接または間接的に加わり、メサ部を破壊する恐れがあった。
【００４２】
これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子１は、サブマウント９０と半導体発光素子１が電極部５０ｂでのみ接触し、サブマウント９０と電極部５０ａとの間に空隙７０が形成されているため、応力は補強部材４０に加わることとなる。これによってメサ部２０には応力が殆ど加わらないため、メサ部２０の破損を防ぐことができる。また、このような構成では、補強部材４０がメサ部２０の周囲に分割された複数の補強部材４０の場合に比べて、連続した補強部材４０に応力が均一に加わるため、メサ部２０に加わる応力を一層防ぐことができる。
【００４３】
また、第２の電極部５０ｂは、サブマウント９０のサブマウント電極９２及び補強部材４０に接触しているため、熱的な接続が良好になされる。これによって、メサ部２０で発生した熱は、メサ部２０の側面に形成された補強部材４０およびメサ部２０の上面２０ａに形成された電極部５０ａを伝わり、電極部５０ａと連続して形成され補強部材４０の上面に形成された第２の電極部５０ｂを介して、サブマウント電極９２に伝わる。結果、メサ部２０で発生した熱は、サブマウント９０に伝達される。よって、このように構成することで、半導体発光素子１は、放熱性に優れた構成とすることができる。また、電極部材５０により、半導体発光素子１とサブマウント９０との間での必要な電気的接続を実現することができる。
【００４４】
また、電極部材５０がメサ部２０の上面２０ａに形成されていることにより、活性層２１からの光に対して反射鏡として機能することができる。このため、活性層２１が発光し、下部ｎ型ＤＢＲ層２４と上部ｐ型ＤＢＲ層２５との間を共振する際、電極部材５０が上部ｐ型ＤＢＲ層２５からの漏れ光を防ぐことができる。
【００４５】
さらに、サブマウント９０の半導体発光素子１に対向する面は、平面形状に形成されていることから、半導体発光素子１をサブマウント９０に実装する際、サブマウント９０に対する半導体発光素子１の実装位置を厳密に位置合わせする必要が無いため、補強構造を有する光源装置の製造効率を上げることができる。
【００４６】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１の製造方法について説明する。図６〜図１４は、図１に示す半導体発光素子１の製造工程を示す側断面図である。
【００４７】
まず、図６に示すように、共振構造形成プロセスを行う。基板１１上にＶＣＳＥＬの共振構造をエピタキシャル成長技術により形成する。エピタキシャル成長は、例えば膜厚制御に優れた有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）や、分子線成長法（ＭＢＥ：Molecular  Beam  Epitaxy）によって行う。
【００４８】
ｎ型ＧａＡＳを基板１１として使用する場合、基板１１上に、エッチングストップ層２８、発光面保護層２９、ｎ型ＤＢＲ層２４、ｎ型クラッド層２７、活性層２１、ｐ型クラッド層２６、ｐ型酸化用層３１、ｐ型ＤＢＲ層２５、ｐ型コンタクト層２３を順にエピタキシャル成長させる。それぞれの組成および膜厚は、例えば、エッチングストップ層２８がｎ型Ａｌ０.６０Ｇａ０.４０Ａｓ層で膜厚１００ｎｍ、発光面保護層２９がｎ型ＧａＡｓ層で膜厚１０ｎｍ、ｎ型ＤＢＲ層２４がｎ型（Ａｌ０．９０Ｇａ０.１０Ａｓ／Ａｌ０．１２Ｇａ０.８８Ａｓ）層で膜厚７０ｎｍ／５９ｎｍの２２周期、ｎ型クラッド層２７がｎ型ＡｌＧａＡｓ層で膜厚２００ｎｍ、活性層２１がＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０.７０Ａｓ層で膜厚６ｎｍ／８ｎｍの３周期、ｐ型クラッド層２６がｐ型ＡｌＧａＡｓ層で膜厚４００ｎｍ、ｐ型酸化用層３１がｐ型Ａｌ０.９６Ｇａ０.０４Ａｓで膜厚３０ｎｍ、ｐ型ＤＢＲ層２５がｐ型Ａｌ０．９０Ｇａ０.１０Ａｓ／Ａｌ０．１２Ｇａ０.８８Ａｓで膜厚７０ｎｍ／５９ｎｍの３４周期、ｐ型コンタクト層２３がｐ型ＧａＡｓで膜厚１００ｎｍである。
【００４９】
次に、図７に示すように、メサ台地形成プロセスを行う。ｐ型酸化用層３１が側面に露出するように、エッチングによって、例えば直径が４０μｍ、高さ１０μｍの円柱状のメサ台地３２を形成する。エッチングは、ウエットエッチング法で行われる。また、メサ台地の大きさを均一性よく形成するために、ドライエッチング法で行われても良い。
【００５０】
次に、図８に示すように、酸化狭窄層形成プロセスを行う。酸化狭窄膜となるｐ型酸化用層３１は、Ｇａが少量添加されたＡｌＧａＡｓが用いられる。ｐ型酸化用層３１の酸化処理は、高温雰囲気中に水蒸気を供給することにより行われる。ｐ型酸化用層３１の側壁側の領域が酸化して酸化領域２２ａを形成する。この酸化処理によって、例えば直径４０μｍの円環状の酸化領域２２ａと、直径１０μｍの円形状の酸化狭窄領域２２ｂが形成され、酸化狭窄層２２となる。
【００５１】
次に、図９に示すように、パッシベーション膜形成プロセスを行う。パッシベーション膜１２は、素子の信頼性を考慮してシリコン窒化膜が使用される。例えば、ＳｉＮ膜を０．２μｍ積層する。また、パッシベーション膜１２の形成は、メサ台地３２全体を均等に被覆するため、側面の膜形成可能で緻密な膜を形成できるプラズマ気相成長法（ＰＣＶＤ：Plasma  Chemical  Vapor  Deposition）を用いるのがよい。パッシベーション膜１２に被覆されたメサ台地３２をメサ部２０とする。
【００５２】
次に、図１０に示すように、ｎ側コンタクト電極形成プロセスを行う。まず、パッシベーション膜１２をウエットエッチングもしくはドライエッチングによりエッチングし、矩形状の開口部１２ｂを形成する。開口部１２ｂの寸法は、例えば、３０μｍ×５０μｍである。尚、開口部１２ｂの形成には加工制御が良いドライエッチングを用いる方が好ましい。開口部１２ｂを形成後、蒸着によりｎ側コンタクト電極用膜を積層し、リフトオフ法によりｎ側コンタクト電極５５を形成する。ｎ側コンタクト電極５５は、例えば、ＧａＡｓ系の基板１１を用いた場合、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造で構成される。
【００５３】
次に、図１１に示すように、ｐ側コンタクト電極形成プロセスを行う。まず、メサ部２０上面のパッシベーション膜１２をウエットエッチングもしくはドライエッチングによりエッチングし、直径９０μｍの円形状の開口部１２ａを形成する。尚、開口部１２ａの形成には加工制御が良いドライエッチングを用いる方が好ましい。開口部１２ａを形成後、蒸着によりｐ側コンタクト電極用膜を積層し、リフトオフ法によりｐ側コンタクト電極５１を形成する。ｐ側コンタクト電極５１は、例えば、ＧａＡｓ系の基板１１を用いた場合、不純物ドーピングを行うことでコンタクト抵抗を低下できるＡｕＺｎ／Ａｕの積層構造が用いられる。この積層構造の膜厚は、例えばＡｕ／ＡｕＺｎ／Ａｕにおいて各々１００ｎｍ／１６０ｎｍ／２００ｎｍである。また、ｐ側コンタクト電極５１は、例えば直径３０μｍの円状の薄膜として形成する。
【００５４】
次に、図１２に示すように、補強部材および電極台形成プロセスを行う。まず、補強部材の膜を蒸着し、補強部材の膜の上面がメサ部２０の上面２０ａよりも高くなるように形成する。その後、リフトオフ法により、メサ部２０の側面に、例えば基板１１からの高さが１２μｍ、内径４０μｍ、外径１００μｍの円筒状の補強部材４０を形成する。また、ｎ側コンタクト電極５５の側方に電極台６０として上面の面積が底面の面積よりも小さい円柱を形成する。例えば、底面が直径９０μｍ、上面が８０μｍである。
【００５５】
補強部材４０は、サブマウント実装時に加わる応力に耐えられるように弾力性に優れた材料によって形成する。さらに、メサ部２０が発する熱に対する耐熱性と、加工工程に使用する薬品に対する耐薬品性と、加工容易性を備えていることが好ましく、例えばポリイミドが用いられる。また、ポリイミドよりも低容量で上記性質を備えることができるベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：Benzocyclobutene）を用いても良い。また、補強部材４０は、充分な放熱性を備えていることが一層好ましい。
【００５６】
次に、図１３に示すように、配線電極形成プロセスを行う。配線電極膜を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造を有するように蒸着して形成する。膜厚は、各々３０ｎｍ／１５ｎｍ／１０００ｎｍである。この配線電極膜は、メサ部２０からの熱放出を促進するために、厚く形成する方が好ましく、特にＡｕ層を厚く形成すると良い。また、半導体発光素子１をサブマウントに実装する際、放熱性が向上する構成とするため、電極部材５０とサブマウントの電極部材とを共晶ダイボンドにて接続する。このため、電極部材５０の表面にＡｕＳｎを形成して構成してもよい。次に、リフトオフ法によって、メサ部２０の上面２０ａと補強部材４０の上面４０ａとの上に、連続した電極部材５０を形成する。電極部材５０は、メサ部２０の上面２０ａ側からみて直径９０μｍの円形で形成する。また、同様にｎ側コンタクト電極５５を覆い、電極台６０の上面６０ａまで連続した基板配線電極８０を形成する。この基板配線電極８０の電極台６０の上面部は、メサ部２０の上面２０ａ側からみて、例えば直径８０μｍの円形で形成する。
【００５７】
次に、図１４に示すように、発光窓部形成プロセスを行う。メサ部２０が形成された基板１１の裏面をエッチングし、例えば、直径３０μｍの円形状に発光窓部１１ａを形成する。基板１１を異方性に優れたドライエッチングと、エッチング選択性に優れ、エッチング表面へのダメージの少ないウエットエッチングの両方を適用することで、良好な発光窓部１１ａを形成することができる。また、予め基板１１を薄く研磨しておくことで、エッチング量を少なくすることができる。
【００５８】
図６〜図１４に示す工程を行うことで、サブマウント９０へ実装する際、メサ部２０に加わる応力を低減できる半導体発光素子１を製造することができる。
【００５９】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１を用いた光源装置３の製造方法について説明する。図１５,１６は、図１に示す半導体発光素子１を用いた光源装置３の製造工程を示す側断面図である。
【００６０】
まず、図１５に示すように、サブマウント形成プロセスを行う。ヒートシンク９１上に配線部材を蒸着しリフトオフによってサブマウント電極９２、９３を形成する。ヒートシンク９１は、熱伝導率の高い材料が用いられ、例えばＧａＡｓ基板を使用している場合は、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＳｉＧｅなどが用いられる。このヒートシンク９１の厚さは、例えば３５０μｍである。
【００６１】
次に、図１６に示すように、素子実装プロセスを行う。サブマウント９０のサブマウント電極９２と半導体発光素子１の第２の電極部５０ｂとを接合する。この実装を共晶ボンディングとすることで、良好な熱放出ができる構成となる。この実装工程が完了すると、光源装置３が完成する。
【００６２】
なお、上述した実施形態は、本発明に係る半導体発光素子および光源装置の一例を示すものである。本発明に係る半導体発光素子および光源装置は、実施形態に係る半導体発光素子に限られるものではなく、実施形態に係る半導体発光素子および光源装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００６３】
例えば、本実施形態では、メサ部２０の形状が円柱状であるものについて説明したが、メサ部２０の水平断面は円柱状であるものに限られず、図１７に示すように矩形であっても、メサ部２０に加わる応力を低減する効果を得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、メサ部２０が一つより構成される半導体発光素子について説明したが、メサ部２０の数に限定されず、図１８に示すようにメサ部２０を複数備え、アレイ化して構成される半導体発光素子に適用した場合であっても、メサ部２０に加わる応力を低減する効果を得ることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、ｎ型の基板１１を用いた半導体発光素子について説明したが、本実施形態のｐ型の基板１１を用いて、本実施形態のｎ型とｐ型を入れ替えて構成される半導体発光素子に適用した場合であっても、メサ部２０に加わる応力を低減する効果を得ることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、第１のミラー層である下部ｎ型ＤＢＲ層２４がメサ部に形成される場合について説明したが、下部ｎ型ＤＢＲ層２４がベース部１０またはメサ部２０において形成される場合であっても、メサ部２０に加わる応力を低減する効果を得ることができる。
【００６７】
さらに、本実施形態では、半導体発光素子１と対向するサブマウント９０の面が、平面形状に形成されている例を示したが、サブマウント９０の半導体発光素子１と対向する面が、第２の電極部５０ｂに接続される面部分が第１の電極部５０ａに対向する面部分からみて半導体発光素子１側に突出した形状に形成されていてもよい。以下、この変形例について図１９〜図２２を用いて説明する。図１９は、光源装置４に用いられるサブマウントの一例を示す上面図、図２０は、光源装置４の側断面図である。この光源装置４は、半導体発光素子２を用いて構成される光源装置である。この半導体発光素子２は、半導体発光素子１とほぼ同様に構成されるものであり、補強部材４０の上面４０ａとメサ部２０の上面２０ａとがほぼ同じ高さになるように構成する点で異なっている。
【００６８】
図２０に示すように、光源装置４は、半導体発光素子２とサブマウント９４を備えており、半導体発光素子２とサブマウント９４との間に空隙７０が形成されている。この空隙７０は、例えば、サブマウント９４の実装面が凹部９５を有していることによって形成される。凹部９５は、図１９に示すように、サブマウント９４においてメサ部２０の上面２０ａと対向する領域に円形状に形成される。また、サブマウント９４は、半導体発光素子１を実装するサブマウント９０とほぼ同様に形成されるものであり、凹部９５を備える点のみが異なっている。
【００６９】
このように構成することで、光源装置４を製造する過程において、メサ部２０を有する半導体発光素子２をサブマウント９４に実装する際、半導体発光素子２とサブマウント９４との間に空隙７０が形成されているため、サブマウント９４から加わる応力がメサ部２０ではなく補強部材４０に加わる。これによって、メサ部２０に加わる応力を低減できる。尚、半導体発光素子１を用いて光源装置３を構成した方が、実装時に凹部９５をメサ部２０と合わせる手間が必要ないため、品質および製造コストに優れている。
【００７０】
次に、光源装置４の製造方法について説明する。光源装置４に用いられる半導体発光素子２は、実施形態の半導体発光素子１と同一の工程で製造されるものであるため、説明を省略し、サブマウント９４を形成するステップから説明する。
【００７１】
まず、図２１に示すように、図１５のサブマウント９０を用いて凹部形成プロセスを行う。メサ部２０の上面２０ａと対向する領域をエッチングして凹部９５を形成する。エッチングは、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより行う。これにより、サブマウント９４が完成する。
【００７２】
次に、図２２に示すように、素子実装プロセスを行う。サブマウント９４のサブマウント電極９２と半導体発光素子２の第２の電極部５０ｂとを接合する。この実装を共晶ボンディングとすることで、良好な熱放出ができる構成となる。この実装工程が完了すると、実施形態に係る光源装置４が完成する。
【００７３】
なお、サブマウント９４に凹部９５を形成した例を示したが、凹部９５が開口となっている場合や、サブマウント９４において補強部材４０と対向する領域を凸状に形成した場合であっても、メサ部２０に加わる応力を低減する効果を得ることができる。
【００７４】
また、基板１１の裏面からレーザ光を発光する半導体発光素子を用いた例を示したが、レーザ光の出射方向に限られず、メサ部２０を有する半導体発光素子を、メサ部２０側からサブマウントに実装する光源装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施形態に係る半導体発光素子１の構成を示す上面図である。
【図２】図１に示した半導体発光素子１のII−II線における側断面図である。
【図３】図２に示した半導体発光素子１の側断面図のメサ部２０における層構造を示す拡大図である。
【図４】図１に示した半導体発光素子１が実装するサブマウント９０の構成を示す上面図である。
【図５】図４に示すサブマウント９０に図１に示す半導体発光素子１が実装された断面図である。
【図６】図１に示す半導体発光素子１の共振構造形成工程を示す側断面図である。
【図７】図１に示す半導体発光素子１のメサ台地形成工程を示す側断面図である。
【図８】図１に示す半導体発光素子１の酸化狭窄層形成工程を示す側断面図である。
【図９】図１に示す半導体発光素子１のパッシベーション膜形成工程を示す側断面図である。
【図１０】図１に示す半導体発光素子１のｎ側コンタクト電極形成工程を示す側断面図である。
【図１１】図１に示す半導体発光素子１のｐ側コンタクト電極形成工程を示す側断面図である。
【図１２】図１に示す半導体発光素子１の補強部材および電極台形成工程を示す側断面図である。
【図１３】図１に示す半導体発光素子１の配線電極形成工程を示す側断面図である。
【図１４】図１に示す半導体発光素子１の製造工程を示す側断面図である。
【図１５】図１に示す半導体発光素子１が実装するサブマウントの配線電極形成工程を示す側断面図である。
【図１６】図１に示す半導体発光素子１の素子実装工程を示す側断面図である。
【図１７】半導体発光素子１の変形例を示す上面図である。
【図１８】半導体発光素子１の変形例を示す側断面図である。
【図１９】光源装置４に用いられるサブマウント９４の一例を示す上面図である。
【図２０】光源装置４の側断面図である。
【図２１】光源装置４のサブマウント９４の凹部形成工程を示す側断面図である。
【図２２】光源装置４のサブマウント９４の素子実装工程を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１，２…半導体発光素子、３，４…光源装置、１０…ベース部、１１…基板、２０…メサ部、２１…活性層、２４，２５…ＤＢＲ層（第１，第２のミラー層）、４０…補強部材、５０…電極部材、５０ａ…第１の電極部、５０ｂ…第２の電極部、７０…空隙、９０，９４…サブマウント。
【図１】
2008243836.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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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