(57)【要約】【課題】  半導体レーザ素子の内部に発生するストレスが低減され、かつ取付け台への放熱効果を向上させて高温時における動作電流の上昇を抑制することができる半導体レーザ装置および半導体レーザ素子に関する。【解決手段】  半田層７１が積層される半導体レーザ素子３１の最表面部５５のうち、発光領域４０の長手方向Ｘならびに半導体レーザ素子３２、半田層７１および取付け台７２の積層方向に垂直な幅方向Ｙで、発光領域４０の中央を通り、かつ前記幅方向Ｙに垂直な仮想一平面から幅方向Ｙの外方に予め定める第２距離Ｌ３の範囲６０に、長手方向Ｘにおいて発光領域４０の長さＬ６よりも短く、かつ前記半田層７１との接着が不完全となる不完全接着層５１が形成される。不完全接着層５１は半田層７１に接着しないか、あるいは不完全な状態で接着する。また最表面部５５のうち不完全接着層５１を除く残余に、完全接着層５３が形成される。【選択図】      図１
2007129162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子と、取付け台とを半田層を介して接着して形成される半導体レーザ装置であって、
前記半田層が積層される半導体レーザ素子の最表面部は、導電性を有し、この最表面部のうち、前記発光領域の長手方向ならびに半導体レーザ素子、半田層および取付け台の積層方向に垂直な幅方向で、発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲に、前記長手方向において発光領域の長手方向の長さよりも短く、かつ前記半田層との接着が不完全となる不完全接着領域が形成され、前記不完全接着領域を除く残余に、前記半田層と接着する完全接着領域が形成されることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
レーザ光の出射端部に、前記不完全接着領域が形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
発光領域の長手方向の長さに対して、不完全接着領域の長手方向の長さの比率が、２０％以上かつ８０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記最表面部のうち前記不完全接着領域に含まれる部分は、Ｍｏ、ＰｔおよびＴｉから成る群から選ばれる１種または２種以上によって形成され、
前記最表面部のうち前記完全接着領域に含まれる部分は、Ａｕを含む材料と、ＡｕＳｎから成る半田材との合金によって形成され、
前記半田層は、ＡｕＳｎから成る半田材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記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記不完全接着領域では、前記最表面部と前記半田層との間に空洞が形成さ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装置。
【請求項６】
前記最表面部のうち前記不完全接着領域に含まれる部分は、Ｍｏによって形成され、
前記最表面部のうち前記完全接着領域に含まれる部分は、Ａｕを含む材料と、ＡｕＳｎから成る半田材との合金によって形成され、
前記半田層は、ＡｕＳｎから成る半田材によって形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記幅方向で発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲において、前記不完全接着領域と前記完全接着領域とは、半導体レーザ素子の長手方向に沿って交互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装置。
【請求項８】
半導体基板に設けられるストライプ状の発光領域を有し、取付け台とを半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、
導電性を有し、前記半田層が積層される最表面部のうち、前記発光領域の長手方向ならびに半導体レーザ素子、半田層および取付け台の積層方向に垂直な幅方向で、発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲に、長手方向において発光領域の長手方向の長さよりも短く、かつ前記半田層との接着が不完全となる不完全接着層が形成され、前記不完全接着層を除く残余の領域に、前記半田層と接着する完全接着層が形成されることを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置および半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置は、半導体レーザチップをヒートシンクにマウントして形成されているので、半導体レーザチップとヒートシンクとの熱膨張係数の違いによって応力が発生し、半導体レーザチップに内部ストレスが発生する、すなわち半導体レーザチップを構成する半導体層に歪み（ひずみ）が発生するという問題を有している。
【０００３】
このような問題に鑑み、半導体レーザチップの電極の形状によって、半導体レーザチップの内部ストレスを低減する従来の技術の半導体レーザ装置がある。
【０００４】
図１１は、前記従来の技術の半導体レーザ装置１の断面図であり、図１２は半導体レーザ装置１における半導体レーザチップ２を下面電極３側から見た平面図である。半導体レーザ装置１は、半導体レーザ素子２と、半田層４と、ヒートシンク５とを有する。半導体レーザ素子２は、半田層４を介してヒートシンク５にマウントされる。
【０００５】
ヒートシンク５には、その厚み方向の一表面上にヒートシンク上面電極６が形成され、厚み方向の他表面上にヒートシンク下面電極７が形成される。ヒートシンク上面電極６に半田層４が積層され、半田層４に下面電極３を対向させて半導体レーザチップ２が積層される。
【０００６】
半導体レーザチップ２は、基板１１の厚み方向の他表面上に活性層１３、キャップ層１５をこの順番で積層し、キャップ層１５に積層してオーミック電極層１６、非合金化電極層１７がこの順番で形成され、基板１１の厚み方向の一表面上に、半導体レーザチップ上面電極１８が形成されて構成される。非合金化電極層１７には、その一部に非合金化電極層１７とともに半導体レーザチップ２の下面電極３を形成する合金化電極層１９が積層される。
【０００７】
半導体レーザチップ２の下面電極３は、ヒートシンク５のヒートシンク上面電極６に積層される半田層４と対向する表面の、半導体レーザチップ２の発光領域８の長手方向の中心線の真下から左右に所定距離までの領域２１が、半田層と合金化していない非合金化電極層１７によって形成され、前記領域２１を除く下面電極３の表面は、半田層４と合金化することによって半田層４と接着されている。前記領域２１は、発光領域８の長手方向の一端から他端にわたって、すなわち半導体レーザチップ２の長手方向の一端と他端との間にわたって形成される。
【０００８】
半導体レーザチップ２をヒートシンク５に半田材によって熱融着するとき、図１１の合金化電極層１９では、ヒートシンク５に積層された半田材と合金化が起こり、半田層４に強固に接着されるのに対して、非合金化電極層１７ではヒートシンク５に積層された半田材と合金化が起こらず、半田層４と強固な接着されない。従って、非合金化電極層１７では合金化電極層１９よりも内部ストレスが低減する。発光領域８は、非合金化電極層１７が半田層４と接触する非合金化領域に形成されているので、発光領域８にかかる内部ストレスを低減することができ、半導体レーザ装置１の信頼性を向上させることができる。
【０００９】
【特許文献１】特許第３４６１６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の技術の半導体レーザ装置１では、半導体レーザチップ２の下面電極３のうち、発光領域８に積層される部分に非合金化電極層１７を設け、ヒートシンク５に積層される半田層４との接着力を弱めることによって、半導体レーザチップ２の内部ストレスの発生を抑制しているが、非合金化電極層１７と半田層４との接着力が弱いために、発光領域８からの熱が、前記領域２１において非合金化電極層１７から半田層４に伝導しにくく、これによってヒートシンク５への放熱効率が悪化し、高温時における動作電流が増大してしまい、高温時の信頼性が悪化するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、半導体レーザ素子の内部に発生するストレスが低減され、かつ取付け台への放熱効果を向上させて高温時における動作電流の上昇を抑制することができる半導体レーザ装置および半導体レーザ素子に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ストライプ状の発光領域が形成される半導体レーザ素子と、取付け台とを半田層を介して接着して形成される半導体レーザ装置であって、
前記半田層が積層される半導体レーザ素子の最表面部は、導電性を有し、この最表面部のうち、前記発光領域の長手方向ならびに半導体レーザ素子、半田層および取付け台の積層方向に垂直な幅方向で、発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲に、前記長手方向において発光領域の長手方向の長さよりも短く、かつ前記半田層との接着が不完全となる不完全接着領域が形成され、前記不完全接着領域を除く残余に、前記半田層と接着する完全接着領域が形成されることを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００１３】
また本発明は、レーザ光の出射端部に、前記不完全接着領域が形成されることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、発光領域の長手方向の長さに対して、不完全接着領域の長手方向の長さの比率が、２０％以上かつ８０％以下であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記最表面部のうち前記不完全接着領域に含まれる部分は、Ｍｏ、ＰｔおよびＴｉから成る群から選ばれる１種または２種以上によって形成され、
前記最表面部のうち前記完全接着領域に含まれる部分は、Ａｕを含む材料と、ＡｕＳｎから成る半田材との合金によって形成され、
前記半田層は、ＡｕＳｎから成る半田材によって形成されることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記不完全接着領域では、前記最表面部と前記半田層との間に空洞が形成されることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記最表面部のうち前記不完全接着領域に含まれる部分は、Ｍｏによって形成され、
前記最表面部のうち前記完全接着領域に含まれる部分は、Ａｕを含む材料と、ＡｕＳｎから成る半田材との合金によって形成され、
前記半田層は、ＡｕＳｎから成る半田材によって形成されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記幅方向で発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲において、前記不完全接着領域と前記完全接着領域とは、半導体レーザ素子の長手方向に沿って交互に形成されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、半導体基板に設けられるストライプ状の発光領域を有し、取付け台とを半田層を介して接着して形成される半導体レーザ素子であって、
導電性を有し、前記半田層が積層される最表面部のうち、前記発光領域の長手方向ならびに半導体レーザ素子、半田層および取付け台の積層方向に垂直な幅方向で、発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲に、長手方向において発光領域の長手方向の長さよりも短く、かつ前記半田層との接着が不完全となる不完全接着層が形成され、前記不完全接着層を除く残余の領域に、前記半田層と接着する完全接着層が形成されることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半田層が積層される半導体レーザ素子の最表面部のうち、発光領域の長手方向ならびに半導体レーザ素子、半田層および取付け台の積層方向に垂直な幅方向で、発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲に、長手方向において発光領域よりも短く、かつ前記半田層との接着が不完全となる不完全接着領域が形成される。不完全接着領域では、最表面部が半田層に接着しないか、あるいは不完全な状態で接着するので、動作時において半導体レーザ素子および半田層ならびに取付け台の熱膨張係数の相違によって、発光領域に与えられる応力を低減することができ、これによって発光領域の歪みを抑制することができる。また不完全接着領域は、発光領域の長手方向において、発光領域の長手方向の長さよりも短いので、最表面部のうちの発光領域に積層される部分において、最表面部のうち前記範囲の一部が半田層と完全に接着する。これによって発光領域に近接する前記範囲においても、発光領域からの熱が半田層を介して取付け台へと伝導しやすくなり、取付け台への放熱効率が向上するので、高温時における動作電流の増大が抑制され、高温時の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
また最表面部のうち前記不完全接着領域を除く残余に、完全接着領域が形成されることによって、半導体レーザ素子と取付け部とを機械的に強固に接続することができる。
【００２２】
本発明によれば、発光領域のうち前記最表面部に完全接着領域が形成される部分では、発光領域の光は、内部ストレスすなわち応力による歪みによって屈折率変動の影響を受けるが、前記最表面部に不完全接着領域が形成される部分では、発光領域を通る光は、内部ストレスが少ないために屈折率変動の影響を受けにくく、これによって放射パターンの歪みが少なくなる。発光領域の光は、内部ストレスによって屈折率変動を大きく受ける部分と、屈折率変動の影響を受けにくい部分とを通過するが、出射端部に前記不完全接着領域を形成することにより、出射端部においては屈折率変動の影響を受けにくいので、出射されるレーザ光の放射パターンに歪みが発生することを抑制することができる。
【００２３】
発光領域の長手方向の長さに対して、不完全接着領域の長手方向の長さの比率が、２０％未満になると、発光領域への歪みが内部結晶欠陥を増大させることによって、半導体レーザ装置の寿命が急激に悪化して、短くなる。また発光領域の長手方向の長さに対して、不完全接着領域の長手方向の長さの比率が、８０％を超えると、完全接着領域からの放熱効果が小さくなり、高温時において動作電流が急激に増大してしまう。本発明によれば、発光領域の長手方向の長さに対して、不完全接着領域の長手方向の長さの比率が、２０％以上かつ８０％以下とすることによって、半導体レーザ素子の寿命の低下を抑制することができ、かつ高温時における動作電流の増大を抑制することができ、長寿命で、かつ高温時の動作信頼性の向上された半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２４】
本発明によれば、前記最表面部のうち不完全接着領域に含まれる部分は、Ｍｏ、ＰｔおよびＴｉから成る群から選ばれる１種または２種以上によって形成され、前記最表面部のうち完全接着領域に含まれる部分は、Ａｕを含む材料とＡｕＳｎから成る半田材との合金によって形成され、前記半田層は、ＡｕＳｎから成る半田材によって形成されることによって、前述した効果を達成する半導体レーザ装置を容易に実現することができる。
【００２５】
本発明によれば、前記不完全接着領域では、前記最表面部と前記半田層との間に空洞が形成されているので、半導体レーザ素子の発光領域に加えられる内部ストレスをさらに低減することができ、これによって半導体レーザ素子の寿命をさらに向上させることができる。
【００２６】
本発明によれば、前記最表面部のうち不完全接着領域に含まれる部分は、Ｍｏによって形成され、前記最表面部のうち完全接着領域に含まれる部分は、Ａｕを含む材料とＡｕＳｎから成る半田材との合金によって形成され、前記半田層は、ＡｕＳｎから成る半田材によって形成されている。Ｍｏは、ＡｕＳｎと合金化しないので、Ｍｏから成る最表面部はＡｕＳｎから成る半田層に密着せず、これによって、前述した空洞を容易に実現することができる。また完全接着領域に含まれる部分がＡｕを含む材料とＡｕＳｎから成る半田材との合金によって形成されるので、ＡｕＳｎから成る半田層と強固に接着される。
【００２７】
本発明によれば、発光領域の中央を通り、かつ前記幅方向に垂直な仮想一平面から幅方向の外方にそれぞれ予め定める距離までの範囲において、前記不完全接着領域と前記完全接着領域とは、半導体レーザ装置の長手方向に沿って交互に設けられるので、前記範囲において、半導体レーザ素子の内部ストレスを発光領域の長手方向に分散させることができ、さらに高い熱伝導が行われる熱伝導経路を発光領域の長手方向に分散させることができる。したがって、長手方向において発光領域に与えられる内部ストレスをできるだけ均一化させて、放射パターンに生じる歪みを低減することができ、また長手方向において発光領域から取付け台への熱伝導をできるだけ均一化させて、発光領域の温度をできるだけ均一化することができるので、高温時における動作電流の増大をより抑制することができる。
【００２８】
本発明によれば、不完全接着層は、半田層に接着しないか、あるいは不完全な状態で接着するので、半導体レーザ素子をヒートシンクに半田によって熱融着させるときに、半田が熱膨張および熱収縮することによって半導体レーザ素子に与えられる応力を低減して、発光領域に生じる歪みを抑制することができる。また半導体レーザ素子を取付け台に取付けた後の動作時において、半導体レーザ素子および半田層ならびに取付け台の熱膨張係数の相違から発生する応力を低減して、発光領域に発生する歪みを低減することができる。また不完全接着層は、発光領域の長手方向において、発光領域の長手方向の長さよりも短いので、最表面部のうち発光領域に積層される部分の前記範囲の一部が、半田層と完全に接着することによって、発光領域からの熱が、半田層を介して取付け台へと伝導しやすくなる。これによって取付け台への放熱効率を向上させて、高温時における動作電流の増大を抑制し、高温時の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
また最表面部のうち前記不完全接着領域を除く残余に、完全接着領域が形成されることによって、半導体レーザ素子と取付け部とを機械的に強固に接続することができる。
【００３０】
また半田層が積層される半導体レーザ素子の最表面部には、前記不完全接着層と前記完全接着層とが設けられおり、これらに半田層を積層して取付け部に半導体レーザ素子を取付けるので、最表面部の積層面の全面にわたって半田層を積層することができ、半田層に加工を施す必要がないので、半導体レーザ素子の取付け部への実装が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、本発明の実施の一形態の半導体レーザ装置３１が備える半導体レーザ素子３２を取付け台７２に取付けられる側から見た平面図であり、図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た半導体レーザ素子３２の断面図である。なお図１において完全接着層５３は、理解を容易にするために斜線を付して示されている。
【００３２】
半導体レーザ素子３２は、半導体レーザチップである。本実施の形態では半導体レーザ素子３２は、リッジ構造を有する。半導体レーザ素子３２は、半導体基板４２と、第１クラッド層４３と、活性層４４と、第２クラッド層４５と、キャップ層４６Ａと、テラス部積載層４６Ｂと、絶縁層４７と、オーミック電極層４８と、めっき電極層４９と、不完全接着層５１を含む金属層５２と、完全接着層５３と、第２電極である裏面電極層５４とを含んで構成される。半導体レーザ素子３２は、略直方体形状に形成される。
【００３３】
半導体基板４２は、化合物半導体から成る半導体層を積層することができ、本実施の形態では、ｎ型のガリウム砒素（ＧａＡｓ）によって形成される。半導体基板４２の厚み方向Ｚの表面は、矩形状に形成される。半導体基板４２の厚みは、たとえば５０μｍ〜１３０μｍに選ばれる。
【００３４】
第１クラッド層４３は、半導体基板４２の厚み方向Ｚの一表面４２ａ上に形成され、前記一表面４２ａの全面にわたって積層される。第１クラッド層４３は、ｎ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ，０＜Ｘ＜１，０＜Ｙ＜１によって形成される。本実施の形態では、Ｘ＝０．７，Ｙ＝０．５に選ばれ、すなわち第１クラッド層４３は、ｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成される。第１クラッド層４３の厚みは、たとえば２．０μｍに選ばれる。
【００３５】
活性層４４は、第１クラッド層４３の厚み方向Ｚの一表面４３ａ上に形成され、前記一表面４３ａの全面にわたって積層される。活性層４４は、量子井戸構造を有し、第１クラッド層４３の厚み方向Ｚの一表面４３ａに積層される第１ガイド層と、第１ガイド層の厚み方向Ｚの一表面に積層される第１ウエル層と、第１ウエル層の厚み方向Ｚの一表面に形成される第１バリア層と、第１バリア層の厚み方向一表面に形成される第２ウエル層と、第２ウエル層の厚み方向Ｚの一表面に形成される第２バリア層と、第２バリア層の厚み方向一表面に形成される第３ウエル層と第３ウエル層の厚み方向Ｚの一表面に形成される第２ガイド層とを含んで形成される。第１、第２および第３ウエル層は、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐによって形成され、その厚みは、たとえば６０Åに選ばれる。第１および第２バリア層は、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成され、その厚みは、たとえば５０Åに選ばれる。第１および第２ガイド層は、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成され、その厚みは、たとえば５００Åに選ばれる。
【００３６】
第２クラッド層４５は、活性層４４の厚み方向Ｚの一表面４４ａ上に形成され、前記一表面４４ａの全面にわたって積層される。第２クラッド層４５は、ｐ型の（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ，０＜Ｘ＜１，０＜Ｙ＜１によって形成される。本実施の形態では、Ｘ＝０．７，Ｙ＝０．５に選ばれ、すなわち第２クラッド層４５は、ｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成される。第２クラッド層４５の厚みは、たとえば１．０μｍ〜２．０μｍに選ばれる。
【００３７】
第２クラッド層４５には、リッジ部６１およびテラス部６２が形成される。リッジ部６１は、半導体レーザ素子３２のレーザ光の出射方向、すなわち半導体レーザ素子３２の長手方向Ｘおよび厚み方向Ｚにそれぞれ垂直な幅方向Ｙの中央部に設けられる。リッジ部６１の幅方向Ｙの両側には、長手方向Ｘに沿って延びるクラッド層溝部６３がそれぞれ形成され、クラッド層溝部６３の幅方向Ｙの外方にテラス部６２がそれぞれ形成される。リッジ部６１およびテラス部６２は、クラッド層溝部６３の底面６３ａから、厚み方向Ｚの一方に突出する部分によって形成される。
【００３８】
半導体レーザ素子３２は、幅方向Ｙの中央をとおり、厚み方向Ｚに平行に延びる仮想一平面に関して、ほぼ面対称となるように形成される。リッジ部６１およびテラス部６２は、略直方体状に形成され、長手方向Ｘに沿って半導体レーザ素子３２の両端部間にわたって形成される。すなわちリッジ部６１は、ストライプ状に形成される。リッジ部６１およびテラス部６２の厚みは、たとえば１．０μｍ〜２．０μｍに選ばれる。リッジ部６１は、レーザ光が導波するリッジ導波路を形成する。
【００３９】
リッジ部６１は、幅方向Ｙにおいて予め定める長さＬ１に形成され、前記予め定める長さＬ１は、１．０μｍ〜３．０μｍに選ばれる。リッジ部６１は、厚み方向Ｚの一端部、すなわち半導体基板４２から離反する側の端部の幅方向Ｙの寸法が、０．５μｍ〜２．５μｍに選ばれ、厚み方向Ｚの他端部の幅方向Ｙの寸法が、１．０μｍ〜３．０μｍに選ばれ、そのリッジ部６１の延びる方向Ｘに垂直な断面が、半導体基板４２側が下底となる台形状に形成される。ただし図２では、図解を容易にするためにリッジ部６１の断面を矩形状として表している。
【００４０】
テラス部６２は、幅方向Ｙにおいて、リッジ部６１の両側、すなわちリッジ導波路の両側に、リッジ部６１から予め定める第１距離Ｌ２離間して形成される。前記予め定める第１距離Ｌ２は、１０μｍ〜２０μｍ程度に選ばれる。テラス部６２は、幅方向Ｙにおいてリッジ部６１から予め定める第１距離Ｌ２離間した位置から外方に、半導体レーザ素子３２の端部にわたって形成される。
【００４１】
テラス部６２を設けることによって、半導体レーザ素子３２を製造する製造プロセスにおける半導体レーザ素子３２の前駆体が形成されたウエハの取り扱い時および半導体レーザ素子３２の実装時において、リッジ部６１が受ける機械的なダメージを軽減することができる。
【００４２】
活性層４４のうち、前記リッジ部６１が積層される領域には、長手方向Ｘに沿って延びるストライプ状の発光領域４０が形成される。発光領域４０は、半導体レーザ素子３２に電流が供給されたときに、レーザ発振によって発光する部分である。リッジ部６１を通過するキャリアは、リッジ部６１よりも幅方向Ｙに拡がって流れるので、発光領域４０は幅方向Ｙにおいてリッジ部６１よりもわずかに大きくなる。発光領域４０は、リッジ部６１に沿って長手方向Ｘに延び、半導体レーザ素子３２の長手方向Ｘの一端と他端との間にわたって形成される。
【００４３】
キャップ層４６Ａは、第２クラッド層４５のリッジ部６１の厚み方向Ｚの一表面６１ａ上に形成され、一表面６１ａの全面にわたって積層される。キャップ層４６Ａは、ｐ型のガリウム砒素（ＧａＡｓ）によって形成される。キャップ層４６Ａの厚みは、たとえば０．２μｍ〜０．５μｍに選ばれる。キャップ層４６Ａは、オーミック電極層４８とオーミックコンタクトを形成するためのものである。
【００４４】
テラス部積載層４６Ｂは、テラス部６２の厚み方向Ｚの一表面６２ａ上に形成され、この一表面６２ａの全面にわたって積層され、キャップ層４６Ａと、同じ材料によって形成され、また同じ厚みに形成される。
【００４５】
絶縁層４７は、キャップ層４６Ａの厚み方向Ｚの一表面４６ａを除いて、キャップ層４６Ａ、テラス部積載層４６Ｂおよび第２クラッド層４５に、厚み方向Ｚの一方側から積層して形成される。リッジ部６１のテラス部６２臨む表面６１ｂおよび、テラス部６２の厚み方向Ｚのリッジ部６１に臨む表面６２ｂは、絶縁層４７によって覆われる。絶縁層４７は、たとえばＳｉＯ２によって形成され、その厚みは、５００Å〜２０００Åに選ばれる。絶縁層４７を設けることによって、電流をキャップ層４６Ａおよびリッジ部６１に集中して流すことができる。
【００４６】
オーミック電極層４８は、絶縁層４７の厚み方向Ｚの一表面４７ａおよびキャップ層４６Ａの厚み方向Ｚの一表面４６ａ上に形成され、これら一表面４６ａ，４７ａの全面にわたって積層される。オーミック電極層４８は、ＡｕＺｎによって形成される。オーミック電極層４８の厚みは、たとえば３００Å〜７００Åに選ばれる。
【００４７】
めっき電極層４９は、導電性を有し、オーミック電極層４８の厚み方向Ｚの一表面４８ａ上に形成され、この一表面４８ａの全面にわたって積層される。めっき電極層４９は、金（Ａｕ）によって形成される。めっき電極層４９の厚みは、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ未満に選ばれる。めっき電極層４９の厚みをこのように選ぶことによって、発光領域４０からの熱を、高い熱伝導率のＡｕによって形成されるめっき電極層４９から、幅方向Ｙの外方へと伝導して、伝熱経路のバイパス化を図ることができ、これによって高温時における動作電流を低減することができる。めっき電極層４９の厚みが、０．５μｍ未満とすると、伝熱効果を十分に達成することができず、５．０μｍを超えると、ウエハに金属層を形成するときにウエハが反るために、リッジ部６１に応力が発生し、リッジ導波路が歪んでしまう。めっき金属層４９の厚みを、０．５μｍ以上かつ５．０μｍ以下とすることによって、半導体レーザ素子３２の幅方向Ｙの中央部から幅方向Ｙの外方への伝熱効果を向上させることができ、かつリッジ部６１に与えられる応力を低減することができる。
【００４８】
不完全接着層５１を含む金属層５２は、導電性を有し、めっき電極層４９の厚み方向Ｚの一表面４９ａ上に形成され、前記一表面４９ａの全面にわたって積層される。金属層５２は、後述する半田層７１を形成する半田材よりも高い融点を有する材料によって形成される。金属層５２は、モリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）およびチタン（Ｔｉ）から成る群から選ばれる１種または２種以上によって形成され、本実施の形態ではＰｔによって形成される。不完全接着層５１は、金属層５２の一部分によって形成される。金属層５２の厚みは、０．０５μｍ〜０．３０μｍに選ばれる。
【００４９】
完全接着層５３は、金属層５２の厚み方向Ｚの一表面５２ａ上に形成され、前記一表面５２ａのうち予め定める領域に積層される。完全接着層５３は、金（Ａｕ）によって形成される。完全接着層５３の厚みは、０．１μｍ〜０．４μｍに選ばれる。完全接着層５３は、半導体レーザ素子３２の厚み方向Ｚの一方側の最表面部で、不完全接着層５１が形成される領域を除く残余の領域にわたって形成される。不完接着層５１と完全接着層５３とは、半導体レーザ素子３２の表面電極を形成する。
【００５０】
図１を参照して、不完全接着層５１および完全接着層５３についてさらに詳細に説明する。半導体レーザ素子３２には、レーザ光の出射方向、すなわち長手方向Ｘの一端に光出射端面３２Ａが形成され、他端に光反射端面３２Ｂが形成される。半導体レーザ素子３２の動作時において、レーザ光は、光出射端面３２Ａと、光反射端面３２Ｂとを複数回往復した後、光出射端面３２Ａから外部に出射する。
【００５１】
光反射端面３２Ｂは、長手方向ＸにＡｌ2Ｏ3膜とＴｉＯ２膜とを交互に計１０膜を蒸着して形成する。Ａｌ2Ｏ3膜の厚みは１００ｎｍ、ＴｉＯ２膜の厚みは７５ｎｍに選ばれる。１０膜を蒸着後、Ａｌ2Ｏ3膜を蒸着して形成して、反射膜の形成は完了する。最後（最表面部）のＡｌ2Ｏ3膜の厚みは２００ｎｍに選ばれる。光反射端面３２Ｂでの反射率は９５％となる。光出射端面３２Ａは、Ａｌ2Ｏ3膜を蒸着して形成する。Ａｌ2Ｏ3膜の厚みは１２０ｎｍに選ばれる。光出射端面３２Ａでの反射率は６％となる。
【００５２】
不完全接着層５１は、半導体レーザ素子３２の取付け部７２に取付けられる側の最表面部５５、すなわち半導体基板４２の厚み方向Ｚの一表面４２ａに積層される積層体の半導体基板４２から最も離反する最表面部５５のうち、幅方向Ｙで発光領域４０の中央を通り、かつ幅方向Ｙに垂直な仮想一平面から幅方向Ｙの外方にそれぞれ予め定める第２距離Ｌ３までの範囲６０にわたって形成され、かつ長手方向Ｘにおいて、その長さＬ５が発光領域４０の長手方向Ｘの長さＬ６よりも短くなるように形成される。発光領域４０の長手方向は、前記半導体レーザ素子３２の長手方向Ｘである。また不完全接着層５１は、光出射端面３２Ａが形成される出射端部に形成され、光出射端面３２Ａから前記長さＬ５の範囲に形成される。発光領域４０の長手方向Ｘの長さＬ６は、リッジ部６１の長手方向Ｘの長さに等しい。
【００５３】
予め定める第２距離Ｌ３は、１０μｍに選ばれ、たとえば２μｍ以上２０μｍ未満の範囲に選ばれる。予め定める第２距離Ｌ３が２０μｍ以上のとき、放熱が悪化して高温時の動作電流が増大して信頼性が悪化する。予め定める第２距離Ｌ３が２μｍ未満のとき、発光領域４０に歪みがかかり、信頼性が悪化する。
【００５４】
半導体レーザ素子３２の厚み方向Ｚにおいて半導体基板４２から最も離反する最外表面部である前記最表面部５５には、長手方向Ｘに沿って延びる表面溝部８２が形成される。表面溝部８２は、幅方向Ｙにおいてリッジ部６１が形成される中央部を挟んで、両側に形成される。表面溝部８２は、前記クラッド層４５にリッジ部６１およびテラス部６２が形成され、リッジ部６１にキャップ層４６Ａが積層され、テラス部６２にテラス積載層４６Ｂが積層されることによって厚み方向Ｚの一方の表面に凹凸が生じ、この凹凸となった表面に絶縁層４７、オーミック電極層４８、めっき電極層４９、金属層５２および完全接着層５３が積層されることによって形成される。幅方向Ｙにおいてリッジ部６１が形成される中央部で、表面溝部８２の底部から厚み方向Ｚの一方に突出する部分をリッジ突出部８３とし、幅方向Ｙにおいてテラス部６２が形成される両端部で、表面溝部８２の底部から厚み方向Ｚの一方に突出する部分をテラス突出部８４とする。
【００５５】
不完全接着層５１は、幅方向Ｙにおいて、金属層５２のうち少なくともリッジ構造部５６を構成する部分を含み、さらに金属層５２のうち少なくともリッジ突出部８３に含まれる部分を含んでいる。不完全接着層５１は、表面溝部８２の幅方向Ｙの中央まで延びる。リッジ構造部５６は、半導体レーザ素子３２のうち、前記リッジ部６１と、リッジ部６１が形成される領域で、リッジ部６１に積層されている部分を含み、幅方向Ｙにおいてリッジ部６１の半導体基板４２側の両端部間の範囲、すなわち図２の符号Ｌ１で示す範囲である。不完全接着層５１は、表面溝部８２では、リッジ突出部８３から予め定める第３距離Ｌ４の範囲に形成される。
【００５６】
予め定める第３距離Ｌ４は、１μｍ以上１９μｍ未満のように選ばれる。予め定める第２距離Ｌ３が決まれば、予め定める第３距離Ｌ４は、ほぼＬ３−１μｍとなる。
【００５７】
不完全接着領域６８は、発光領域４０の長手方向Ｘにおいて、発光領域４０の長手方向Ｘの長さＬ６よりも短いので、半導体レーザ素子３２の最表面部５５のうちの発光領域４０に積層される部分において、最表面部５５のうち前記範囲６０の一部が半田層７１と接着する。これによって発光領域４０に近接する前記範囲６０においても、発光領域４０からの熱が半田層７１を介して取付け台７２へと伝導しやすくなり、取付け台７２への放熱効率が向上するので、高温時における動作電流の増大が抑制され、高温時の信頼性を向上させることができる。
【００５８】
前記不完全接着層５１の長手方向Ｘの長さをＬ５として、発光領域４０の長手方向Ｘの長さをＬ６とすると、以下の関係式（１）を満たすように選ばれる。
０．２×Ｌ６≦Ｌ５≦０．８×Ｌ６                                …（１）
【００５９】
たとえば、発光領域４０の長手方向Ｘの長さＬ６を１５００μｍ、不完全接着層５１の長手方向Ｘの長さＬ５を１０００μｍに選ぶ。
【００６０】
裏面電極層５４は、半導体基板４２の厚み方向Ｚの他表面部に形成される。裏面電極層５４は、半導体基板４２の厚み方向Ｚの他表面４２ｂの全面にわたって積層される。裏面電極層５４は、金（Ａｕ）によって形成される。裏面電極層５４の厚みは、めっき電極層５２の厚みと異なり１０００Å〜３０００Åの厚みに選ばれる。
【００６１】
次に、半導体レーザ素子３２の作製方法について説明する。まず、厚さ３００μｍ〜３５０μｍの半導体基板４２の前駆体の一表面上に、厚さ２．０μｍの第１クラッド層４３、活性層４４と、第２クラッド層４５を形成するための厚さ１．５μｍのｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから成る第１前駆体層と、キャップ層４６Ａおよびテラス部積載層４６Ｂを形成するための厚さ０．５μｍのＧａＡｓから成る第２前駆体層を、有機金属気相成長（略称ＭＯＣＶＤ）装置、または分子線エピタキシシャル（略称ＭＢＥ）装置を用いたエピタキシャル成長法によって、この順番で順次積層する。活性層４４においては、第１、第２および第３ウエル層の各厚みを６０Åに設定し、第１および第２バリア層の厚みを５０Åに設定し、第１および第２ガイド層の各厚みを５００Åに設定する。
【００６２】
次にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、第１前駆体層および第２前駆体層の一部を除去して、図２に示すように前述したリッジ部６１およびテラス部６２と、キャップ層４６Ａおよびテラス積載層４６Ｂとを形成する。
【００６３】
次に、ＳｉＯ２から成る層を、第２クラッド層４５、キャップ層４６Ａおよびテラス積載層４６Ｂに積層した後、この層のうち、キャップ層４６Ａの厚み方向Ｚの一表面４６ａ上に積層した部分をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて除去して、絶縁層４７を形成する。
【００６４】
次に、絶縁層４７およびキャップ層４６Ａに積層して、蒸着によって、オーミック電極層４８を形成する。
【００６５】
次に、半導体基板４２の前駆体の厚み方向Ｚの他表面部を研磨して、５０μｍ〜１３０μｍの厚みの半導体基板４２を形成する。
【００６６】
次に半導体基板４２の厚み方向Ｚの他表面４２ｂに、裏面電極層５４を形成して、窒素ガス雰囲気下で、オーミック電極層４８および裏面電極層５４のアロイを行う。
【００６７】
次に、オーミック電極層４８に給電して、電解Ａｕめっきを所定時間行うことによって、層厚が０．５μｍ以上かつ５．０μｍ未満のめっき電極層４９を形成する。裏面電極層５４を前述した厚みに選ぶことによって、半導体基板４２を挟んで反対側に積層されるめっき電極層４９を形成するときに発生する応力を緩和することができる。
【００６８】
次に、めっき電極層４９の厚み方向Ｚの一表面４９ａに、Ｐｔを蒸着することによって、金属層５２を形成し、金属層５２の厚み方向Ｚの一表面５２ａに、Ａｕを蒸着することによって、第３前駆体層を形成する。
【００６９】
次に、第３前駆体層の厚み方向Ｚの一表面上にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、第３前駆体層のうち、金属層５２のうちの不完全接着層５１とすべき部分に積層される部分が露出するように、金属層５２に積層されるレジストの一部を除去して、レジストパターン層を形成する。
【００７０】
次に、レジストパターン層から露出する第３前駆体層をエッチング技術によって除去して、金属層５２の一部を露出させる。金属層５２のうち、第３前駆体層から露出した部分が不完全接着層５１を形成する。第３前駆体層の一部が除去され、さらにレジストパターン層が除去されることによって、不完全接着層５１を除く領域に完全接着層５３が形成される。次に光出射端面３２Ａおよび光反射端面３２Ｂを形成する。
【００７１】
図３は、半導体レーザ素子３２を、半田層７１を介して取付け台７２に接着して形成される半導体レーザ装置３１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、図４は、半導体レーザ素子３２を、半田層７１を介して取付け台７２に接着して形成される半導体レーザ装置３１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。図３は、長手方向Ｘに垂直であり、かつ半導体レーザ素子３２の半田層７１が積層される最表面部に、不完全接着領域６８が形成される部分における断面図である。図４は、長手方向Ｘに垂直であり、かつ半導体レーザ素子３２の最表面部に、完全接着領域６９のみが形成される部分における断面図である。半導体レーザ素子３２、半田層７１および取付け台７２の積層方向は、前記厚み方向Ｚである。
【００７２】
半導体レーザ素子３２は、前記最表面部５５に半田材を積層して、すなわち前述した不完全接着層５１および完全接着層５３に半田材を積層して、ダイボンドすることによって取付け部７２に取付けられる。半田材は、ＡｕＳｎによって形成され、本実施の形態ではＡｕが７０％含まれ、かつＳｎが３０％含まれる。半田層７１は、半田材によって形成される。
【００７３】
取付け部７２は、ヒートシンクによって形成される。取付け部７２は、取付け部本体７３と、取付け部本体７３の厚み方向Ｚの一表面７３ａ上に形成され、この一表面７３ａの全面にわたって積層される第１取付け電極層７４と、取付け部本体７３の厚み方向Ｚの他表面７３ｂ上に形成され、この他表面７３ｂの全面にわたって積層される第２取付け電極層７５とを含んで構成される。取付け部本体７３の厚み方向Ｚの一表面７３ａおよび他表面７３ｂは平面に形成される。第１および第２取付け電極層７４，７５は、所定の厚みに形成され、第１取付け電極層７４の厚み方向Ｚの一表面７４ａは、平面に形成される。取付け部本体７３は、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および炭化シリコン（ＳｉＣ）などの、電気導電率および熱伝導率の高い材料であって、半導体基板４２と熱膨張係数の近い材料によって形成される。第１および第２取付け電極層７４，７５は、たとえばＡｕなどの、電気導電率および熱伝導率の高い材料であって、半田材と合金を形成することができる金属材料によって形成される。取付け部本体７３を、半導体基板４２と熱膨張係数の近い材料によって形成することによって、半導体レーザ装置３１を取付け部本体７３に加熱により取付けたときの熱膨張係数の相違によって生じる、取付け部本体７３と半導体基板４２との間に挟まれる各半導体層に与えられる応力を低減することができ、これによって発光領域４０の歪みを低減することができる。
【００７４】
半導体レーザ素子３２は、予め定めるダイボンド条件によって取付け部７２にダイボンドされる。予め定めるダイボンド条件は、半導体レーザ素子３２を取付け部７２に取付けるときに与えられる荷重の条件と、半導体レーザ素子３２を取付け部７２に取付けるときに与えられる加熱の条件とを含む。
【００７５】
物理的な荷重は、半導体レーザ素子３２を取付け部７２上の半田材に押し付けるために必要であるが、重い荷重、たとえば１．０Ｎ（ニュートン）などをかけると半導体レーザ素子３２の内部構造、すなわちリッジ導波路を押し付け過ぎてしまい、応力によってリッジ導波路に歪が発生し、最悪の事態としては半導体レーザ素子３２が破壊されてしまう。反対に軽い荷重、たとえば０．０５Ｎなどをかけると、押し付け不足によって半導体レーザ素子３２を取付け部７２上の半田材にボンドできず、剥離してしまう。このことから前記荷重の条件は、０．０５Ｎよりも大きく、１．０Ｎ未満に選ばれ、好ましくは重い荷重領域ではなく軽い荷重領域とし、たとえば０．１Ｎ〜０．３Ｎに選ばれる。
【００７６】
また取付け部７２上の半田材を溶融させ、半導体レーザ素子３２のダイボンド面側の最表面部にあるＡｕから成る完全接着層５３を合金化させるために、ヒータに取付け部７２を載せて加熱を行う必要があるが、加熱量が多く、たとえば３６０℃（度）で３０ｓ（秒）間加熱した後に、ブロアを用いて１秒間で２００℃程度まで強制的に冷却すると、半導体レーザ素子３２の内部の積層構造に熱膨張係数などの差から発生する各層での剥離、分離、物性変化および合金形成などによって、応力が発生して歪の原因となる。反対に加熱量が少なく、たとえば２８０℃で０．３ｓ間加熱した後に、ブロアを用いて一秒間で２００℃程度まで強制的に冷却すると、合金化されることなく半導体レーザ素子３２が取付け部７２上の半田材にダイボンドできずに剥離してしまう。このことから前記加熱の条件は、加熱温度が２００℃よりも大きく、３６０℃未満に選ばれ、かつ加熱時間が０．３秒よりも長く、３０秒未満に選ばれ、好ましくは加熱量が少ない領域における条件が有利であることから、加熱の条件は、３００℃で２ｓ間程度としている。
【００７７】
前述の温度の条件は、半導体レーザ素子３２のダイボンド面側の最表面部にある完全接着層５３の厚さにも大きく左右されるので、加熱量の少ない領域（３００℃で２ｓ程度）が有利であることから完全接着層５３の厚さは薄膜化して、たとえば０．１２ｕｍとして短時間での合金形成させている。
【００７８】
半田材であるＡｕＳｎと、完全接着層５３のＡｕとの合金反応は、半導体レーザ素子３２を荷重によって半田材に押し付けた状態で、取付け台７２を加熱することによって始まる。ＡｕＳｎとＡｕとの合金反応が進む流れとして、加熱によってＡｕＳｎから成る半田材が溶融し、その溶融したＡｕＳｎが完全接着層５３の表面に付着し、そのまま加熱を続けることによってＡｕＳｎは完全接着層５３の内部へ拡散していく。拡散方向としては、完全接着層５３の厚さ方向へ進んでいくが、完全接着層５３の表面の数ヶ所のポイントで拡散し始め、加熱を継続すると数ヶ所であった拡散ポイントが増加していくとともに、そのポイントは点状から円状に拡大していく。ＡｕＳｎが完全接着層５３の厚さ方向Ｚへの拡散する速度と深さは、半田材であるＡｕＳｎと完全接着層５３を形成するＡｕとの絶対量の比、すなわち質量比と、加熱の量によって決定され、完全に拡散し終わるまでの時間も同様である。したがって、半田材の量を多く完全接着層５３のＡｕの量を少なくし、加熱量を多くすると完全接着層５３は、ＡｕＳｎが瞬間的に触れただけで合金化するので、半導体レーザ素子３２のダイボンド面側の最表面部の完全接着層５３を前述したように形成し、半田材の量を多く配して、ＡｕＳｎが拡散し始めるところで加熱をストップさせることによって、拡散をストップさせている。
【００７９】
半導体レーザ素子３２の半導体基板４２の厚み方向Ｚの一方側で、半導体基板４２から最も離反する最表面部のうち、Ｐｔから成る不完全接着層５１が形成される不完全接着領域６８では、不完全接着層５１にＡｕが含まれないので、ＡｕＳｎから成る半田材は不完全接着層６１に密着するが、合金はほとんど形成されない。取付け部７２に積層される半田材であるＡｕＳｎとの合金形成は、完全接着層５３とのみ全面に起こり、完全接着層５３と半田材との合金化層５３Ａが形成される。
【００８０】
完全接着層５３の下地層としては、Ｐｔから成る金属層５２、Ａｕから成るめっき電極層４９およびオーミック電極層４８などが形成されているが、完全接着層５３が半田材との合金形成をした際に受ける応力は、これらの下地層に対しても影響を与え、下地層に押す力と引っ張る力が働く。前記応力における押す力は、半田材の加熱による膨張時に発生し、引っ張る力は、半田材を加熱した後に冷却する際に発生する。したがって、半田材が一定に膨張し、一定に半導体レーザ素子３２に接触し、かつ一定に収縮したならば、半導体レーザ素子３２に対しては均一な応力がかかるため、歪みの発生を低減することができ、ベアチップ（生チップ）状態に近い形で、半導体レーザ素子３２を取付け部７２に接着することができる。しかしながら、現実的には半田材が膨張および収縮する際には、一定の膨張と収縮をすることはなく、部分的に不定な膨張および収縮をする。したがって、加熱時の際、半導体レーザ素子３２には部分的に大きな押す力と、小さな押す力の部分が発生し、合金形成も部分的にされていくため応力が部分的に発生する。部分的に合金形成が進行し、加熱をストップして冷却を始めると、今度は半田材が収縮を始めるので、半導体レーザ素子３２の合金形成層には、部分的に大小の引っ張る力と大小の押す力が加わる部分が発生する。
【００８１】
ＡｕＳｎは、半田材の一種であるがＡｕＳｎを加熱して接合させる３００℃〜４００℃の温度領域で、Ｐｔから成る不完全接着層５１とは合金形成し難い。したがって半導体レーザ素子３２の最表面部５５のうち、完全接着層５３と半田材が合金を形成する完全接着領域６９では、半導体レーザ素子３２を取付け台７２に取付ける際に、前述したように半田層７１との接着力が大きなり、大きな応力が発生するが、前記最表面部５５のうち、不完全接着層５１が形成される不完全接着領域６８では、半導体レーザ素子３２を取付け台７２に取付ける際に、前記ダイボンド条件では不完全接着層５１と半田材とはほとんど合金化しないので、半田層７１との接着力が小さくなり、半田材が熱膨張および熱収縮する際に発光領域４０に与えられる応力を低減することができる。
【００８２】
また半導体レーザ装置３１の動作状態では、半導体レーザ素子３１が発熱し、この熱が半田層７１および取付け台７２に伝導して、半導体レーザ素子３１、半田層７１および取付け台７２が熱膨張する。このとき半導体レーザ素子３１および半田層７１ならびに取付け台７２の熱膨張係数の相違によって、発光領域４０に応力が与えられるが、不完全接着層５１と半田層７１とは完全には接着していないので、不完全接着層５１と半田層７１との熱膨張率の差によって生じる応力の発生を低減することができ、不完全接着層５１を介して発光領域４０に与えられる応力を低減して、発光領域４０の歪みを抑制することができる。
【００８３】
図５は、長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率と、半導体レーザ装置３１の寿命との関係を示すグラフである。前述した半導体レーザ装置３１を作製し、長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率、すなわち長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着層５１の長さの比率を変更して、装置の寿命を測定した。図５では、横軸を長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率、すなわちＬ５／Ｌ６×１００（％）とし、縦軸を寿命時間（ｈ）としている。寿命時間の測定は、作製した半導体レーザ装置３１を７５℃の雰囲気下に置き、３００ｍＷの光出力が得られるようにパルス電流を半導体レーザ装置３１に供給した。
【００８４】
不完全接着領域６８が大きくなるに従い、すなわちＬ５／Ｌ６が大きくなるに従い、装置の寿命は改善する傾向があるが、Ｌ５／Ｌ６×１００（％）が、２０％未満になると、急激に装置の寿命が悪化して、短くなる。装置の寿命が短くなるのは、２０％未満になると、発光領域４０への歪みが増大し、通電中に発光領域４０で結晶欠陥が増大するという理由によるものである。したがって、装置の寿命を改善するには、長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率を、２０％以上にすればよい。
【００８５】
図６は、長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率と、半導体レーザ装置３１の動作電流との関係を示すグラフである。前述した半導体レーザ装置を作製し、長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域４０の長さの比率を変更して、動作電流を測定した。図６では、横軸を長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率、すなわちＬ５／Ｌ６×１００（％）とし、縦軸を駆動電流（ｍＡ）としている。動作電流の測定は、作製した半導体レーザ装置３１を７５℃の雰囲気下に置き、３００ｍＷの光出力が得られるようにパルス電流を半導体レーザ装置３１に供給した。
【００８６】
不完全接着領域６８が大きくなるに従い、すなわちＬ５／Ｌ６が大きくなるに従い、動作電流は増大する傾向があるが、Ｌ５／Ｌ６×１００（％）が、８０％を超えて大きくなると、急激に動作電流が増大してしまい、高温時の信頼性に問題が生じることが判る。高温時の動作電流の増大を防止するためには、長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率を、８０％以下にすればよい。
【００８７】
本実施の形態の半導体レーザ素子３２では、長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率、すなわちＬ５／Ｌ６×１００（％）を、２０％以上かつ８０％以下に選ぶ、つまり前述の式（１）を満たすことによって、装置の寿命の低下を抑制することができるとともに、かつ高温で動作させたときの動作電流の増大を抑制することができ、長寿命で、かつ高温時の動作信頼性の向上された半導体レーザ装置を提供することができる。
【００８８】
図７は、本実施の形態の半導体レーザ装置３１の出射光の放射パターンを示すグラフであり、図８は、比較例の半導体レーザ装置の出射光の放射パターンを示すグラフである。図７および図８は、それぞれ光出力を９０ｍＷ、１００ｍＷ、１１０ｍＷ、１２０ｍとしたときの、放射パターンを示し、また放射パターンは、水平方向すなわち半導体基板４２の厚み方向Ｚの表面に平行な方向のファーフィールドパターン（Far Field Pattern：略称ＦＦＰ）である。図７および図８において、光出力を９０ｍＷとしたときの放射パターンを実線で示し、光出力を１００ｍＷとしたときの放射パターンを１点鎖線で示し、光出力を１１０ｍＷとしたときの放射パターンを２点鎖線で示し、光出力を１２０ｍＷとしたときの放射パターンを点線で示している。またＬ５／Ｌ６×１００（％）＝６７％とした。また図７および図８において、横軸は放射角度を表し、縦軸は光強度を表す。
【００８９】
本実施の形態の半導体レーザ装置３１と、比較例の半導体レーザ装置では、不完全接着領域６８の形成領域のみが異なる。比較例の半導体レーザ装置では、不完全接着領域６８が光反射端面３２Ｂ側に形成されており、完全接着領域６９が光出射端面３２Ａ側に形成されている。
【００９０】
比較例の半導体レーザ装置では、図８に示されるように放射パターンに歪みが発生し、光出力が大きくなるほど歪みが大きくなっているのに対して、本実施の形態の半導体レーザ装置１では、図７に示されるように放射パターンには歪みが発生していないことが判る。不完全接着領域６８を出射端部に設ける、すなわち光出射端面３１Ａから長さＬ５の領域を不完全接着領域６８とすることによって、放射パターンの歪み発生を防止することができる。半導体レーザ素子３１の発光領域４０のうち完全接着領域６９、すなわち合金化層５３Ａが積層される部分では、発光領域４０を通る光が、内部ストレスによる屈折率変動の影響を受けることによって、放射パターンに歪みが発生するが、これに対して、発光領域４０のうち不完全接着層５１が積層される部分では、発光領域４０を通る光が、内部ストレスが少ないために、屈折率変動の影響を受けにくく、放射パターンの歪みを低減することができる。
【００９１】
発光領域４０の一部では、屈折率変動の影響を受けているが、光が発光領域４０のうち不完全接着領域６８が積層される部分を通る間に屈折率変動の影響が緩和されていき、屈折率変動の影響がない状態の光が出射端面からの放射されるので、放射パターンには歪みが発生しない。
【００９２】
またＬ５の長さが短いと放射パターンの歪みは大きくなる。放射パターンに歪みを発生させないようにするためには、光出射端面３２Ａから１００μｍ以上の範囲を、不完全接着領域６８とすることが望ましい。
【００９３】
以上のように半導体レーザ装置３１は、半田層７１が積層される最表面部５５に前述した不完全接着領域６８が形成されることによって、半導体レーザ素子３２の内部ストレスを低減できるために、装置の寿命を改善できる。さらに、完全接着領域６９が形成されるので、半導体レーザ素子３２から半田層７１を介して取付け台７２への放熱効率を向上させることができるので、高温での動作電流を低減することができる。
【００９４】
また半導体レーザ装置３１では、半導体レーザ素子３２を取付け部７２に取付けるときに、半導体レーザ素子３２の厚み方向Ｚの一表面の全面にわたって半田材を積層して、接着するので、最表面部５５に部分的に半田材を積層する必要がなく、製造工程が容易となる。
【００９５】
本実施の形態では、完全接着層５３はＡｕによって形成されるが、本発明の他の実施の形態において完全接着層５３は、Ａｕの含有率が６０％〜９０％である、Ａｕを主体とする材料によって形成されてもよい。この場合でも同様の効果を得ることができ、さらに完全接着層５３と半田材との合金化によって生じる応力を抑制することができるので、発光領域４０に発生する歪みをより低減することができる。
【００９６】
図９は、本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ装置１３１を示す断面図である。本実施の形態の半導体レーザ装置１３１と前述の実施の形態の半導体レーザ装置３１とは、同様な構成であるので、同様な部分には、同様の参照符号を付して、その説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００９７】
半導体レーザ装置１３１では、不完全接着層５１と半田層７１との間に空洞９１が形成される。空洞９１は、半導体レーザ素子３２の表面溝部８２に形成される。リッジ突出部８３の厚み方向Ｚの一表面は、半田層７１と接触するが、表面溝部８２のうち不完全接着層５１が形成される部分は、半田層７１と接触しない。空洞９１は、不完全接着層５１の長手方向Ｘの一端と他端との間にわたって、不完全接着層５１と半田層７１との間に形成される。
【００９８】
本実施の形態では、不完全接着層５１はＭｏによって形成され、完全接着層５３はＡｕによって形成され、半田層７１はＡｕＳｎによって形成される。半導体レーザ素子３１と取付け台７２に取付けるとき、取付け台７２を重力方向下方に配置し、半導体レーザ素子３１を重力方向の上方から取付け台７２に取付ける。前述したダイボンド条件によってリッジ構造の半導体レーザ素子３１を半田材によって取付け台７２に接着させると、Ａｕから成る完全接着層５３と、ＡｕＳｎから成る半田材とは容易に合金化して、合金化層５３Ａを形成するのに対して、Ｍｏから成る不完全接着層５１とＡｕＳｎから成る半田材とは全く合金化せず、またＭｏとＡｕＳｎとの濡れ性が小さいので、表面溝部８２では半田材が凝固する前に、重力によって半田材が取付け台７２側に移動し、これによって表面溝部８２において不完全接着層５１と半田層７１との間に空洞９１を形成することができる。リッジ突出部８３の幅方向Ｙの表面部と表面溝部８２の底部のうち不完全接着層５１が形成される表面部と、半田層７１とに囲まれて空洞９１が形成される。空洞９１に臨む半田層７１の表面は、リッジ突出部８３の厚み方向Ｚの表面部から完全接着層５３のリッジ突出部８３側の端部にわたってほぼ直線状に傾斜する。本実施の形態では、不完全接着層は非合金化層であり、不完全接着領域は非合金化領域である。
【００９９】
本実施の形態の半導体レーザ装置１３１においても、前述した半導体レーザ装置３１と同様の効果を得ることができるとともに、空洞９１が形成されることによって、半導体レーザ素子３２のリッジ突出部８３に幅方向Ｙの側方から与えられる応力を低減することができ、これによって半導体レーザ素子３１の内部ストレスをさらに低減することができるので、半導体レーザ装置３１の寿命をさらに延ばすことができる。
【０１００】
また空洞９１が形成されることによって、不完全接着層５１から半田層７１を介して取付け台７２へ放熱の効率がわずかに低下するが、完全接着領域６９における放熱効率が高いので、前述した実施の形態の半導体レーザ装置３１と同様に、高温で動作させたときの動作電流の増大を抑制することができ、長寿命で、かつ高温時の動作信頼性の向上された半導体レーザ装置を提供することができる。
【０１０１】
図１０は、本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ装置が備える半導体レーザ素子１３２を取付け台７２に取付けられる側から見た平面図である。本実施の形態の半導体レーザ装置と前述した図１〜図４に示す半導体レーザ装置３１とは、半田層７１が積層される半導体レーザ素子の最表面部で、完全接着層５３および不完全接着層５１が形成される領域のみが異なり、他の構成は同様あるので、同様な部分には、同様の参照符号を付して、その説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【０１０２】
半導体レーザ素子１３２は、幅方向Ｙにおいて、発光領域４０の中央を通り、かつ幅方向Ｙに垂直な仮想一平面から、幅方向Ｙの外方に予め定める第２距離Ｌ３までの範囲６０において、半導体レーザ素子１３２の最表面部５５の不完全接着層５１と完全接着層５３とは、半導体レーザ素子１３２の長手方向Ｘに沿って交互に設けられる。
【０１０３】
長手方向Ｘに離間して設けられる各不完全接着層５１を、光出射端面１３２Ａから反射端面１３２Ｂに向かって順番に、第１〜第ｎ（記号ｎは、２以上の整数）不完全接着層Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎ−１，Ｔｎとし、第１〜第ｎ不完全接着層Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎ−１，Ｔｎの長手方向Ｘの長さをそれぞれＮ１，Ｎ２，…，Ｎｎ−１，Ｎｎとすると、第１〜第ｎ不完全接着層Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎ−１，Ｔｎの長手方向Ｘの長さＮ１，Ｎ２，…，Ｎｎ−１，Ｎｎを加算した長さＮ（Ｎ＝Ｎ１＋Ｎ２＋…＋Ｎｎ−１＋Ｎｎ）は、発光領域４０の長手方向Ｘの長さをＬ６としたときに、以下の関係式（２）を満たすように選ばれる。
０．２×Ｌ６≦Ｎ≦０．８×Ｌ６                                  …（２）
【０１０４】
また第１不完全接着層Ｔ１は、光出射端面１３２Ａから距離Ｎ１の範囲に形成される。また第１〜第ｎ不完全接着層Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎ−１，Ｔｎの、それぞれの長手方向Ｘの長さＮ１，Ｎ２，…，Ｎｎ−１およびＮｎは、１００μｍにそれぞれ選ばれ、たとえば５０μｍ以上３００μｍ未満にそれぞれ形成される。前記長さＮ１〜Ｎｎは、半導体レーザ素子の内部ストレスが均一化され、内部温度分布が均一化されるように選ばれる。
【０１０５】
本実施の形態では、第１および第２の不完全接着層Ｔ１，Ｔ２が形成される。半田層７１が積層される半導体レーザ素子１３２の最表面部のうち、光出射端面１５３Ａから長手方向Ｘに沿って長さＮ１の範囲に第１の不完全接着層５１Ａが形成され、長手方向Ｘに沿って第１の不完全接着層５１Ａの光反射端面１５３Ｂ側の端から予め定める距離Ｌ７離間した位置を起点として、この起点から長さＮ２離間した位置までの範囲に第２不完全接着層５１Ｂが形成される。第２不完全接着層５１Ｂの光反射端面１５３Ｂ側の端から光反射端面１５３Ｂまでは、予め定める距離Ｌ８離間する。したがって、Ｌ６＝Ｎ１＋Ｌ７＋Ｎ２＋Ｌ８を満たすように、第１および第２の不完全接着層Ｔ１，Ｔ２が前記範囲６０に形成される。
【０１０６】
前記Ｎ１，Ｌ７，Ｎ２，Ｌ８は、半導体レーザ素子の内部ストレスの均一化、および内部温度分布の均一化のために、ほぼ同じ長さに選ぶことが好ましい。
【０１０７】
このような半導体レーザ素子１３２を前述した加熱条件でＡｕＳｎから成る半田材によって取付け台１３２に取付けることによって、最表面部のうち完全接着層５３と半田材とが合金化して合金化層を形成し、第１および第２不完全接着層Ｔ１，Ｔ２と半田材とは合金化を形成しないので、完全接着層５３が形成される部分は完全接着領域となり、不完全接着層５１が形成される部分は、不完全接着領域となる。これによって前記範囲６０において、半導体レーザ素子１３２の内部ストレスを発光領域４０の長手方向Ｘに分散させることができ、さらに高い熱伝導が行われる熱伝導経路を発光領域４０の長手方向に分散させることができる。したがって、長手方向Ｘにおいて発光領域４０に与えられる内部ストレスをできるだけ均一化させて、放射パターンに生じる歪みを低減することができ、また長手方向Ｘにおいて発光領域４０から取付け台７２への熱伝導をできるだけ均一化させて、発光領域４０の温度をできるだけ均一化することができるので、高温時における動作電流の増大をより抑制することができる。
【０１０８】
前述した各実施の形態ではリッジ構造を有する半導体レーザ素子の半田層が積層される最表面部に不完全接着層および完全接着層が形成されているが、リブ構造を有する半導体レーザ素子の半田層が積層される最表面部に前記不完全接着層および完全接着層が形成されてもよい。これによってリブ構造の半導体レーザ素子を備える半導体レーザ装置においても、リッジ構造の半導体レーザ素子を備える半導体レーザ装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施の一形態の半導体レーザ装置３１が備える半導体レーザ素子３２を取付け台７２に取付けられる側から見た平面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た半導体レーザ素子３２の断面図である。
【図３】半導体レーザ素子３２を、半田層７１を介して取付け台７２に接着して形成される半導体レーザ装置３１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【図４】半導体レーザ素子３２を、半田層７１を介して取付け台７２に接着して形成される半導体レーザ装置３１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図５】長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率と、半導体レーザ装置３１の寿命との関係を示すグラフである。
【図６】長手方向Ｘにおける発光領域４０の長さに対する不完全接着領域６８の長さの比率と、半導体レーザ装置３１の動作電流との関係を示すグラフである。
【図７】本実施の形態の半導体レーザ装置３１の出射光の放射パターンを示すグラフである。
【図８】比較例の半導体レーザ装置の出射光の放射パターンを示すグラフである。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ装置１３１を示す断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態の半導体レーザ装置が備える半導体レーザ素子１３２を取付け台７２に取付けられる側から見た平面図である。
【図１１】従来の技術の半導体レーザ装置１の断面図である。
【図１２】半導体レーザ装置１における半導体レーザチップ２を下面電極３側から見た平面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
３１，１３１  半導体レーザ装置
３２，１３２  半導体レーザ素子
４０  発光領域
５１  不完全接着層
５３  完全接着層
５３Ａ  合金化層
７１  半田層
７２  取付け台
【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】
2007129162.tif 000011
【図１０】
2007129162.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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