(57)【要約】【課題】ステムの電位が半導体レーザ装置で窒化物半導体レーザをサブマウントへ実装する形態に依存するのを避けることを可能する光モジュールを提供する。【解決手段】４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内の発振波長は、III族窒化物半導体レーザ１１に高い投入電力を必要とする。アルミニウム窒化物膜４がサブマウント３のベース３ｄの主面及び裏面の少なくとも一方の上に設けられるので、III族窒化物半導体レーザ１１は、金属・ダイヤモンド複合物のベース３ｄ上のアルミニウム窒化物膜４によって光モジュール１０のステム１０ａから絶縁される。アルミニウム窒化物膜４の熱伝導係数は金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導係数より小さいが、アルミニウム窒化物膜４の厚みは５０μｍ以下であるので、アルミニウム窒化物膜４は放熱の大きな妨げにならない。III族窒化物半導体レーザ１１の実装形態に依存することがない光モジュール１０を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面及び裏面を有するベース、並びに前記ベースの前記主面及び前記裏面の少なくとも一方の上に設けられたアルミニウム窒化物膜を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有するサブマウントと、前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザとを含む窒化物半導体レーザ装置と、
前記窒化物半導体レーザ装置を搭載するステムと、
を備え、
前記アルミニウム窒化物膜は絶縁性を示し、
前記ベースは、ダイヤモンド粒子と金属とを複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、
前記金属は銅を含み、
前記アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であり、
前記III族窒化物半導体レーザは、窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極とを含み、
前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、光モジュール。
【請求項２】
前記III族窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの前記搭載面に実装されている、請求項１に記載された光モジュール。
【請求項３】
前記III族窒化物半導体レーザと前記サブマウントの前記搭載面との間に設けられた導電性の接着部材を更に備える、請求項１又は請求項２に記載された光モジュール。
【請求項４】
前記接着部材は、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎおよびＩｎＳｎの少なくともいずれかである、請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記アルミニウム窒化物膜の厚みは０．５μｍ以上であり、
前記アルミニウム窒化物膜の表面粗さは０．１５μｍ以下である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項６】
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項７】
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項８】
前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸は、該窒化ガリウム系半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の方向に傾斜を成す、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項９】
前記エピタキシャル半導体積層は光ガイド層を含み、
前記光ガイド層は前記活性層と接触を成し、
前記活性層と前記光ガイド層との界面は、前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸に直交する基準面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成す、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１０】
前記角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度未満の範囲にある、ことを特徴とする請求項９に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記ステムは、前記窒化物半導体レーザ装置を搭載する側面を有する金属台座と、前記金属台座を搭載する主面と裏面とを有する金属ベースとを含み、
前記ステムは、前記金属ベースの前記主面から前記裏面に向かう方向に延在する貫通孔と、該貫通孔に支持されたリード端子とを含む、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１２】
前記ベースの表面は、前記ダイヤモンド粒子による突起と、前記突起の間に位置する窪みとを含み、
前記アルミニウム窒化物膜は前記窪みを埋めており、
前記ベースの前記表面は第１表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、
前記アルミニウム窒化物膜の前記搭載面は第２表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、
前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のあるエリアで規定され、
前記第２表面粗さは前記第１表面粗さより小さい、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１３】
前記サブマウントは、前記アルミニウム窒化物膜の主面の上に設けられた金属層を含む、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１４】
前記金属層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ及びＮｉの少なくとも一つを含む金属からなる、請求項１３に記載された光モジュール。
【請求項１５】
前記III族窒化物半導体レーザは、導電性接着剤により前記サブマウントの前記金属層に固定されている、請求項１３又は請求項１４に記載された光モジュール。
【請求項１６】
前記サブマウントの前記金属層は、導電性接着剤により前記ステムに固定されている、請求項１３又は請求項１４に記載された光モジュール。
【請求項１７】
前記ベースは、前記ベースの前記裏面から延在し前記金属・ダイヤモンド複合物からなる側面を含み、
前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記側面の上に設けられ、
前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記裏面から連続して延在して前記ベースの前記側面に達する、請求項１６に記載された光モジュール。
【請求項１８】
前記窒化物半導体レーザ装置の前記サブマウントの前記裏面と前記ステムと間に設けられた半田材を更に備える、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項１９】
前記金属・ダイヤモンド複合物の前記金属は、前記ダイヤモンド粒子をバインドするバインダー金属であり、
前記バインダー金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上の金属を含む、請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項２０】
前記金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導係数は、５５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、また６００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の範囲にある、請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項２１】
前記金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は、２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にある、請求項１〜請求項２０のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項２２】
前記金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径１〜６０μｍのダイヤモンド粒を含む、請求項１〜請求項２１のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項２３】
前記金属・ダイヤモンド複合物は、前記ダイヤモンド粒子の表面を覆う反応層を更に含み、
前記反応層は、４ａ族元素の炭化物、５ａ族元素の炭化物および６ａ族元素の炭化物の少なくとも一の炭化物を含む、請求項１〜請求項２２のいずれか一項に記載された光モジュール。
【請求項２４】
窒化物半導体レーザ装置であって、
主面及び裏面を有するベース、並びに前記ベースの前記主面及び前記裏面の少なくとも一方の上に設けられたアルミニウム窒化物膜を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有するサブマウントと、
前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザと、
を備え、
前記アルミニウム窒化物膜は絶縁性を示し、
前記ベースは、ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、
前記金属は銅を含み、
前記アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であり、
前記III族窒化物半導体レーザは、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極を含み、
前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２５】
前記III族窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの前記搭載面に実装されている、請求項２４に記載された窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２６】
前記アルミニウム窒化物膜は前記ベースの前記主面を覆う、請求項２４又は請求項２５に記載された窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２７】
前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記裏面を覆い、
前記ベースは、前記金属・ダイヤモンド複合物からなり前記ベースの前記裏面から延在する側面を含み、
前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記側面の上に設けられ、
前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記裏面から連続して延在して前記ベースの前記側面に達する、請求項２４〜請求項２６のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２８】
窒化物半導体レーザ装置を作製する方法であって、
III族窒化物半導体レーザを準備する工程と、
主面及び裏面を有するベース、並びに該ベースの前記主面及び前記裏面の少なくとも一方の上に設けられたアルミニウム窒化物膜を含むサブマウントを準備する工程と、
前記サブマウントの搭載面とIII族窒化物半導体レーザの実装面との間に挟まれた導電性の接着材の温度を、該接着材の融点以上の温度に上げる工程と、
前記接着材を加熱した後に、前記III族窒化物半導体レーザと前記サブマウントと共に前記接着材の融点より低い温度に該接着材の温度を下げる工程と、
を備え、
前記アルミニウム窒化物膜は絶縁性を示し、
前記ベースは、ダイヤモンド粒子と金属とを複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、
前記アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であり、
前記III族窒化物半導体レーザは、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極とを含み、
前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、
前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、窒化物半導体レーザ装置を作製する方法。
【請求項２９】
前記III族窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの前記搭載面に実装される、請求項２８に記載された窒化物半導体レーザ装置を作製する方法。
【請求項３０】
前記接着材を加熱するに先だって、前記III族窒化物半導体レーザの実装面に対して前記接着材を位置合わせして、前記サブマウントの搭載面と前記III族窒化物半導体レーザの実装面との間に挟む工程を更に備え、
前記接着材のサイズは前記半導体レーザの前記実装面のサイズより小さい、請求項２８又は請求項２９に記載された窒化物半導体レーザ装置を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、半導体レーザ装置、半導体レーザ装置を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ダイヤモンド基板上にＡｌＮ薄膜を形成する方法を開示する。特許文献２は、ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合体物らなるヒートシンクを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１９７１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
III族窒化物半導体レーザダイオード、例えば半極性｛２０−２１｝面ＧａＮ上に形成されIII族窒化物半導体を用いる緑色レーザダイオードは、高い投入電力を必要とするので、その放熱性が非常に重要である。このようなレーザダイオードの実装のためのサブマウントといった実装部品が求められている。
【０００５】
銅・ダイヤモンド複合物に代表される金属・ダイヤモンド複合物は、優れた熱伝導性を有しており、実装部品のための材料の候補の一つである。この材料は、特許文献２に記載されるようにサブマウントに適用される。しかしながら、発明者らの知見によれば、例えばレーザダイオードの実装では、金属・ダイヤモンド複合物からなるサブマウントは、高い熱伝導率を有する一方で、電気伝導性を示す。電気伝導性を示すサブマウント上にレーザダイオードは搭載されて、半導体レーザ装置を構成する。光モジュールでは、この半導体レーザ装置は金属製のステム上に搭載される。サブマウントの金属・ダイヤモンド複合物は電気伝導性を示すので、レーザダイオードに加えられる電圧がサブマウントを介してステムに伝わる。このため、ステムの電位は、半導体レーザ装置においてレーザダイオードをサブマウントへ実装する形態に依存する。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ステムの電位が半導体レーザ装置において窒化物半導体レーザをサブマウントへ実装する形態に依存することを避けることを可能する光モジュールを提供することを目的とし、また、この光モジュールのための半導体レーザ装置を提供することを目的とし、さらに、この半導体レーザ装置のためのサブマウント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】
【０００７】
本発明に係る光モジュールは、（ａ）主面及び裏面を有するベース、並びに前記ベースの前記主面及び前記裏面の少なくとも一方の上に設けられたアルミニウム窒化物膜を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有するサブマウントと前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザとを含む窒化物半導体レーザ装置と、（ｂ）前記窒化物半導体レーザ装置を搭載するステムとを備える。前記アルミニウム窒化物膜は絶縁性を示し、前記ベースは、ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、前記金属は銅を含み、前記アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であり、前記III族窒化物半導体レーザは、窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極とを含み、前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある。
【０００８】
この光モジュールによれば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内の発振波長は、III族窒化物半導体レーザに高い投入電力を必要とする。アルミニウム窒化物膜がサブマウントのベースの主面及び裏面の少なくとも一方の上に設けられるので、III族窒化物半導体レーザは、金属・ダイヤモンド複合物からなるベース上のアルミニウム窒化物膜によってステムから絶縁される。アルミニウム窒化物膜の熱伝導係数は金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導係数より小さいけれども、アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であるので、アルミニウム窒化物は放熱の大きな妨げにならない。この形態によれば、ステム電位がIII族窒化物半導体レーザの実装形態に依存することがない光モジュールを提供できる。
【０００９】
本発明に窒化物半導体レーザ装置は、（ａ）主面及び裏面を有するベース、前記ベースの前記主面及び前記裏面の少なくとも一方の上に設けられたアルミニウム窒化物膜を含み、デバイスを搭載するための搭載面を有するサブマウントと、（ｂ）前記サブマウントの前記搭載面の上に設けられたIII族窒化物半導体レーザとを備える。前記アルミニウム窒化物膜は絶縁性を示し、前記ベースは、ダイヤモンド粒子と金属を複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、前記アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であり、前記III族窒化物半導体レーザは、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極を含み、前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある。
【００１０】
この窒化物半導体レーザ装置によれば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内の発振波長は、III族窒化物半導体レーザに高い投入電力を必要とする。アルミニウム窒化物膜がサブマウントのベースの主面及び裏面の少なくとも一方の上に設けられるので、III族窒化物半導体レーザは、金属・ダイヤモンド複合物からなるベース上のアルミニウム窒化物膜によってステムから絶縁される。アルミニウム窒化物膜の熱伝導係数は金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導係数より小さいけれども、アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であるので、アルミニウム窒化物は放熱の大きな妨げにならない。この形態によれば、III族窒化物半導体レーザの電位を絶縁可能なサブマウントを含む窒化物半導体レーザ装置を提供できる。
【００１１】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの前記搭載面に実装されていることが好ましい。
【００１２】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、エピダウン形態では、III族窒化物半導体レーザのアノードがサブマウントの搭載面に向く。アノードには、カソードに対してプラスの電位にある。
【００１３】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置は、前記III族窒化物半導体レーザと前記サブマウントとの間に設けられた導電性の接着部材を更に備えることができる。
【００１４】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザをサブマウントの搭載面に実装する際に、III族窒化物半導体レーザが加熱される。この加熱による、III族窒化物半導体レーザの電極の電気特性の劣化及び変動を低減できる。
【００１５】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記接着部材は、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎおよびＩｎＳｎの少なくともいずれかであることが好ましい。
【００１６】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎおよびＩｎＳｎは、低い融点を有するので、実装の際の熱に起因する電極劣化を低減できる。
【００１７】
本発明に係る光モジュールでは、前記アルミニウム窒化物膜の厚みは０．５μｍ以上であり、前記アルミニウム窒化物膜の前記搭載面の表面粗さは０．１５μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、サブマウントとIII族窒化物半導体レーザとの十分な接触面積を得ることができ、またアルミニウム窒化物膜を介してリーク電流を低減できる。
【００１９】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００２０】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザは、緑色及びその隣接色の光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。
【００２１】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００２２】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザは、緑色光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。
【００２３】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記基板の前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸は、該窒化ガリウム系半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の方向に傾斜を成すことが好ましい。
【００２４】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、III族窒化物半導体レーザは、ａ軸又はｍ軸の方向に傾斜したｃ軸の基板を用いて作製されるとき、III族窒化物半導体レーザは異方的な熱膨張係数を有する。
【００２５】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置は、前記エピタキシャル半導体積層は光ガイド層を含み、前記光ガイド層は前記活性層と接触を成し、前記活性層と前記光ガイド層との界面は、前記窒化ガリウム系半導体の前記ｃ軸に直交する基準面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すことが好ましい。
【００２６】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、活性層と光ガイド層との界面が窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交するｃ面から、ゼロより大きな角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すとき、III族窒化物半導体レーザでは、角度ＡＬＰＨＡは活性層の面方位を規定する。
【００２７】
本発明に係る光モジュールでは、前記角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度未満の範囲にあることが好ましい。
【００２８】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、角度ＡＬＰＨＡが６３度以上８０度未満の範囲にあるとき、緑色及びその隣接波長の光を生成するIII族窒化物半導体レーザの作製に好適である。
【００２９】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記ステムは、前記窒化物半導体レーザ装置を搭載する側面を有する金属台座と、前記金属台座を搭載する主面と裏面とを有する金属ベースとを含み、前記ステムは、前記金属ベースの前記主面から前記裏面に向かう方向に延在する貫通孔と、該貫通孔に支持されたリード端子とを含むことが好ましい。
【００３０】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、窒化物半導体レーザ装置のIII族窒化物半導体レーザからの熱は金属台座を介して金属ベースに伝導する。
【００３１】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記ベースの表面は、前記ダイヤモンド粒子による突起と前記突起の間に位置する窪みとを含み、前記アルミニウム窒化物膜は前記窪みを埋めており、前記ベースの前記主面は第１表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、前記アルミニウム窒化物膜の前記搭載面は第２表面粗さ（ｒｍｓ）を有し、前記第１表面粗さ及び前記第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のあるエリアで規定され、前記第２表面粗さは前記第１表面粗さより小さいことが好ましい。
【００３２】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、レーザ顕微鏡は、接触式段差計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。
【００３３】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記サブマウントは、前記アルムニウム窒化物層の主面の上に設けられた金属層を含むことが好ましい。
【００３４】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、アルムニウム窒化物層上に金属層を適用できる。
【００３５】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記金属層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ及びＮｉの少なくとも一つを含む金属からなることが好ましい。
【００３６】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、半導体素子の実装に好適なメタライズ層を提供できる。
【００３７】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記III族窒化物半導体レーザは、導電性接着材により前記サブマウントの前記金属層に固定されていることが好ましい。
【００３８】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記主面を覆うことが好ましい。
【００３９】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、ベースの主面を覆うアルミニウム窒化物膜が、窒化物半導体レーザとサブマウントの金属・ダイヤモンド複合物との電気的絶縁を可能にする。
【００４０】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記サブマウントの前記金属層は、導電性接着材により前記ステムに固定されていることが好ましい。
【００４１】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、アルミニウム窒化物膜が、窒化物半導体レーザとサブマウントの金属・ダイヤモンド複合物との電気的な絶縁を可能にする。
【００４２】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記サブマウントの前記金属層は、導電性接着材により前記ステムに固定されていることが好ましい。
【００４３】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、アルミニウム窒化物膜が、ステムとサブマウントの金属・ダイヤモンド複合物との電気的な絶縁を可能にする。
【００４４】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記ベースは、前記ベースの前記裏面から延在し前記金属・ダイヤモンド複合物からなる側面を含み、前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記側面の上に設けられ、前記アルミニウム窒化物膜は、前記ベースの前記裏面から連続して延在して前記ベースの前記側面の上を延在することが好ましい。
【００４５】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、窒化物半導体レーザ装置のサブマウントの裏面をステムに固定する半田材がサブマウントの側面から金属・ダイヤモンド複合物に電気的に接続されることを防止できる。
【００４６】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記金属・ダイヤモンド複合物の前記金属は、前記ダイヤモンド粒子をバインドするバインダー金属であり、前記バインダー金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含むことができる。
【００４７】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。
【００４８】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導係数は、５５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、また６００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の範囲にあることが好ましい。
【００４９】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、このサブマウントは、良好な熱伝導係数を提供できる。
【００５０】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は、２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にあることが好ましい。
【００５１】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、アルミニウム窒化物は金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数に近い熱膨張性をヒートシンクに提供できる。
【００５２】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記金属・ダイヤモンド複合物は、平均粒径１〜６０μｍのダイヤモンド粒を含むことが好ましい。
【００５３】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、金属・ダイヤモンド複合物が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属・ダイヤモンド複合物の表面の表面粗さを低減できる。
【００５４】
本発明に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置では、前記金属・ダイヤモンド複合物は、前記ダイヤモンド粒子の表面を覆う反応層を更に含み、前記反応層は、４ａ族元素の炭化物、５ａ族元素の炭化物および６ａ族元素の炭化物の少なくとも一の炭化物を含むことが好ましい。
【００５５】
この光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置によれば、ダイヤモンド粒子とバインダー金属との密着性を向上できる。
【００５６】
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置及び光モジュールを作製する方法は、（ａ）III族窒化物半導体レーザを準備する工程と、（ｂ）主面及び裏面を有するベース、及び該ベースの前記主面及び前記裏面の少なくとも一方の上に設けられたアルミニウム窒化物膜を含むサブマウントを準備する工程と、（ｃ）前記サブマウントの搭載面とIII族窒化物半導体レーザの実装面との間に挟まれた導電性の接着材を、該接着材の融点以上の温度に上げる工程と、（ｄ）前記接着材を加熱した後に、前記半導体レーザ素子と前記サブマウントと共に前記接着材の融点より小さい温度に該接着材の温度を下げる工程とを備え、前記アルミニウム窒化物膜は絶縁性を示し、前記ベースは、ダイヤモンド粒子と金属とを複合した金属・ダイヤモンド複合物からなり、前記アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であり、前記III族窒化物半導体レーザは、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、前記基板の前記主面の上に設けられ活性層を含むエピタキシャル半導体積層と、前記エピタキシャル半導体積層の上に設けられた電極を含み、前記基板の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面に対して傾斜を成し、前記III族窒化物半導体レーザの発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある。
【００５７】
この窒化物半導体レーザ装置及び光モジュールを作製する方法によれば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内の発振波長は、III族窒化物半導体レーザに高い投入電力を必要とする。ベースの主面及び裏面の少なくとも一方の上にアルミニウム窒化物膜を設けたサブマウントを用いて、III族窒化物半導体レーザを実装するので、III族窒化物半導体レーザは、金属・ダイヤモンド複合物からなるベース上のアルミニウム窒化物膜によってステムから絶縁される。アルミニウム窒化物膜の熱伝導係数は金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導係数より小さいけれども、アルミニウム窒化物膜の厚みは５０μｍ以下であるので、アルミニウム窒化物は放熱の大きな妨げにならない。この形態によれば、ステム電位がIII族窒化物半導体レーザの実装形態に依存することがない光モジュールを作製できる。
【００５８】
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置及び光モジュールを作製する方法では、前記III族窒化物半導体レーザはエピダウン形態で前記サブマウントの前記搭載面に実装されることが好ましい。
【００５９】
この窒化物半導体レーザ装置及び光モジュールを作製する方法によれば、エピダウン形態では、III族窒化物半導体レーザのアノードがサブマウントの搭載面に向く。アノードには、カソードに対してプラスの電位にある。
【００６０】
本発明に係る窒化物半導体レーザ装置及び光モジュールを作製する方法は、前記接着材を加熱するに先だって、前記III族窒化物半導体レーザの実装面に対して前記接着材を位置合わせして、前記サブマウントの搭載面と前記III族窒化物半導体レーザの実装面との間に挟む工程を更に備えることができる。前記接着材のサイズは前記半導体レーザの前記実装面のサイズより小さいことが好ましい。
【００６１】
この窒化物半導体レーザ装置及び光モジュールを作製する方法によれば、実装のための導電性の接着材のはみ出しに起因するリーク電流の発生を低減するために、実装のための接着材のパターンのサイズはＬＤチップの実装面のサイズより狭いことが好ましい。
【発明の効果】
【００６２】
以上説明したように、本発明によれば、ステムの電位が半導体レーザ装置において窒化物半導体レーザをサブマウントへ実装する形態に依存することを避けることを可能する光モジュールを提供できる。また、本発明によれば、この光モジュールのための半導体レーザ装置を提供できる。さらに、本発明によれば、この半導体レーザ装置のためのサブマウントを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程を示す図面である。
【図４】図４は、実施例で用いられるレーザダイオードの構造を示す図面である。
【図５】図５は、実施例で作製される窒化物半導体レーザ装置の構造を示す図面である。
【図６】図６は、光モジュールにおける窒化物半導体レーザ装置の実装形態の実施例を示す。
【図７】図７は、銅・ダイヤモンド複合体上に設けられた窒化アルミニウム膜の厚さとサブマウントの熱抵抗との関係を示す図面である。
【図８】図８は、サブマウントを作製する主要な工程を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
引き続いて、添付図面を参照しながら、光モジュール、半導体レーザ装置、半導体レーザ装置及び光モジュールを作製する方法、サブマウント、サブマウントを作製する方法に係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００６５】
図１は、本実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図面である。図２は、本実施の形態に係る光モジュール及び窒化物半導体レーザ装置を模式的に示す図面である。図１及び図２を参照すると、窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０が示され、また半導体発光素子として、III族窒化物半導体レーザ１１が示される。光モジュール１０は窒化物半導体レーザ装置１を含む。光モジュール１０は窒化物半導体レーザ装置１を搭載するステム１０ａと、ステム１０ａ上の窒化物半導体レーザ装置１を覆うキャップ１０ｂとを含む。窒化物半導体レーザ装置１はサブマウント３及びIII族窒化物半導体レーザ１１を含む。サブマウント３は、搭載面３ａを及びベース３ｄ並びにアルミニウム窒化物膜４を有する。アルミニウム窒化物膜４は、ベース３ｄの主面３ａ及び裏面３ｂの少なくとも一方の上に設けられる。例えば、ベース３ｄの主面上にはアルミニウム窒化物膜４ａが設けられる、例えば、ベース３ｄの裏面にはアルミニウム窒化物膜４ｂが設けられる。サブマウント３の搭載面３ａは、デバイスを搭載するように設けられる。アルミニウム窒化物膜４は絶縁性を示し、ベース３ｄは、導電性を有し、ダイヤモンド粒子と金属とを複合した金属・ダイヤモンド複合物からなる。金属・ダイヤモンド複合物の金属は銅を含む。アルミニウム窒化物膜４の厚みは５０μｍ以下であることが好ましい。サブマウント３の搭載面３ａには、必要な場合には、電極５を、ベース３ｄの主面上に設けることができる。サブマウント３の搭載面３ａはIII族窒化物半導体レーザ１１といった窒化物半導体発光素子を搭載する。III族窒化物半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３及び電極１５、４１を含む。
【００６６】
III族窒化物半導体レーザ１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではなく、例えばリッジ型の構造を適用される。III族窒化物半導体レーザ１１は、レーザ構造体１３及び電極１５を備える。レーザ構造体１３は、III族窒化物半導体からなるエピタキシャル半導体積層（以下、「半導体積層」と記す）１９を搭載する基板１７を含む。半導体積層１９は基板１７の主面１７ａ上に設けられる。電極１５は半導体積層１９上に設けられる。基板１７は、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなり、また主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。また、基板１７の主面１７ａは、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する第１基準面（例えば面Ｓｃ）に対して傾斜を成し、またｃ面の極性と異なる極性特性を有する。半導体積層１９は活性層２５を含み、一実施例では、活性層２５は、III族窒化物半導体レーザ１１の発振波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあるように設けられる。半導体積層１９におけるｃ軸（ベクトルＶＣの方向に向く軸）は基板１７の主面１７ａに対する法線軸ＮＸに対して傾斜する。
【００６７】
この光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１によれば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内の発振波長は、III族窒化物半導体レーザ１１に高い投入電力を必要とする。アルミニウム窒化物膜４がサブマウント３のベース３ｄの主面及び裏面の少なくとも一方の上に設けられるので、III族窒化物半導体レーザ１１は、金属・ダイヤモンド複合物からなるベース３ｄ上のアルミニウム窒化物膜４によってステム１０ａから絶縁される。アルミニウム窒化物膜４の熱伝導係数は金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導係数より小さいけれども、アルミニウム窒化物膜４の厚みは５０μｍ以下であるので、アルミニウム窒化物膜４は放熱の大きな妨げにならない。この形態によれば、ステム１０ａの電位がIII族窒化物半導体レーザ１１の実装形態に依存することがない光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１を提供できる。
【００６８】
本実施例では、窒化物半導体レーザ装置１はステム１０ａ上に搭載される。III族窒化物半導体レーザ１１はエピダウン形態でサブマウント３の主面３ａに実装することができる。エピダウン形態では、III族窒化物半導体レーザ１１のアノードがサブマウントの搭載面３ａに向く。アノードには、カソードに対してプラスの電位にある。サブマウント３によりアノードからステム１０ａが絶縁されないとき、ステム１０ａにはアノード電位が印加される。
【００６９】
窒化物半導体レーザ装置１はIII族窒化物半導体レーザ１１とサブマウント３との間に設けられる接着部材７を更に備えることができる。接着部材７は、III族窒化物半導体レーザ１１をサブマウント３の搭載面３ａに実装するために用いられる。接着部材７は導電性を有する。III族窒化物半導体レーザ１１をサブマウント３の搭載面３ａに実装する際に、III族窒化物半導体レーザ１１が加熱される。この加熱は、III族窒化物半導体レーザ１１の電極１５の電気特性の劣化及び変動の原因になる可能性がある。好適な実施例では、接着部材７は、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎおよびＩｎＳｎの少なくともいずれかであることが好ましい。ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎおよびＩｎＳｎは、低い融点を有するので、実装の際の熱に起因する電極特性の劣化を低減できる。
【００７０】
サブマウント３はデバイスを搭載するための搭載面３ａを有する。サブマウント３は、金属・ダイヤモンド複合物４８からなるベース３ｄを備える。金属・ダイヤモンド複合物４８は、ダイヤモンド粒子４７と金属４９を複合したものである。金属・ダイヤモンド複合物４８は、平均粒径１〜６０μｍのダイヤモンド粒を含むことができる。金属・ダイヤモンド複合物４８が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、ダイヤモンドの高い熱伝導性が発揮されやすい。このサブマウント３は、金属・ダイヤモンド複合物の熱伝導率に近い熱伝導性を発揮できる。また、金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数は２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にあることができる。熱膨張係数におけるこの範囲の値は、半導体の熱膨張係数である３×１０−６／Ｋ以上６×１０−６／Ｋに近いので好ましい。
【００７１】
ベース３ｄは、ダイヤモンド粒子４７及び金属４９が現れた主面１３ａを有する。本実施例では、アルミニウム窒化物膜４ａがベース３ｄの主面を覆うように設けられ、サブマウント３は、そのアルミニウム窒化物膜４ａ上に設けられ金属層を含む電極５を含む。電極５は、半田材（例えばＳｎＡｇ半田の融点：摂氏２３０度）と異なり該半田材より高い融点の金属からなる。ベース３ｄの主面は、ダイヤモンド粒子４７による突起４３ａ、４３ｂ、４３ｃとこれらの突起４３ａ、４３ｂ、４３ｃの間に位置する窪み４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄとを含み、窪みと突起は金属４９からダイヤモンド粒子４７が抜けたことによって形成されることもある。アルミニウム窒化物膜４は窪み４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄを埋めて、搭載面３ａは突起４３ａ、４３ｂ、４３ｃ及び窪み４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄによって構成されるラフネスより小さいラフネスを有する。
【００７２】
金属・ダイヤモンド複合物４８からなるベース３ｄを含むサブマウント３では、金属・ダイヤモンド複合物４８の表面４８ａには、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属が現れており、金属の硬度はダイヤモンドの硬度より低い。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物４８の表面４８ａはラフネスを有する。サブマウント表面３ａの平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物の基板を研磨するとき、ある研磨材に対して金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面にはある程度のラフネスが残る。
【００７３】
また、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面にアルムニウム窒化物の堆積を行うとき、堆積によって形成された絶縁膜は、金属・ダイヤモンド複合物基板の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属膜の表面には、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残ることがあるが、アルムニウム窒化物の堆積を比較的低い真空度で行うことによってアルムニウム窒化物が堆積によって窪みを埋めていき、成膜中の表面の平坦性が良好になっていく。
【００７４】
このサブマウント３は、半導体デバイスを搭載するための搭載面３ａを有すると共に該ベース３ｄの主面に設けられたアルミニウム窒化物膜４を備える。ベース３ｄの主面が突起４３ａ〜４３ｃと該突起４３ａ〜４３ｃの間に位置する窪み４５ａ〜４５ｄとを含むけれども、アルミニウム窒化物が窪み４５ａ〜４５ｄを埋めて、搭載面３ｄは、突起４３ａ〜４３ｃ及び窪み４５ａ〜４５ｄによって構成されるラフネスより小さいラフネスを有するように形成される。これ故に、半導体デバイスの実装面とサブマウント３の表面１１ａとの実効的な接触面積を、半導体デバイスの実装面（例えば、電極の面積）の面積に近づけることができる。
【００７５】
アルミニウム窒化物膜４ａの厚みＴＬ（薄い部分で）は０．５μｍ以上であることが好ましい。アルミニウム窒化物膜を介したリーク電流を低減するためである。また、アルミニウム窒化物膜４ａの主面の表面粗さは０．１５μｍ以下であることが好ましく、この表面粗さによれば、サブマウント３とIII族窒化物半導体レーザ１１との十分な接触面積を得ることができる。この平坦性を得るために、必要な場合には、アルミニウム窒化物膜の表面の平坦化のために、表面を研磨する等の平坦化処理を行うことができる。
【００７６】
アルミニウム窒化物膜４ｂの厚みは０．５μｍ以上であることが好ましい。アルミニウム窒化物膜を介したリーク電流を低減するためである。また、アルミニウム窒化物膜４ｂの主面の表面粗さは０．１５μｍ以下であることが好ましく、この表面粗さによれば、サブマウント３とステム１０ａとの十分な接触面積を得ることができる。
【００７７】
III族窒化物半導体レーザ１１はサブマウント３の電極５上に位置し、ｐダウン実装の例では、窒化物半導体発光素子のアノードは、電極５に接着される。電極５は金属層を含む。電極５が、ボンディングワイヤといった導電部材を介してリード端子に接続されていても良い。また、窒化物半導体発光素子１１のカソードは、ボンディングワイヤといった導電部材を介してステムのリード端子に接続されていても良い。一実施例では、電極５のための金属層を、例えばアルミニウム窒化物膜４ａ又はベース３ｄの主面上に設けることができる。III族窒化物半導体レーザ１１は、接着部材７によりサブマウント３の電極５に固定されていることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０によれば、サブマウント３における高い熱伝導性及び良好な膨張係数はサブマウント３の電極５及びＡｌＮ膜４を介して発揮される。
【００７８】
光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１では、基板１７の窒化ガリウム系半導体のｃ軸（ベクトルＶＣ）は、該III族窒化物半導体のａ軸又はｍ軸の方向に傾斜を成すことができる。III族窒化物半導体レーザ１１がａ軸又はｍ軸の方向に傾斜したｃ軸の基板１７を用いて作製されるとき、III族窒化物半導体レーザ１１は異方的な熱膨張係数を有する。
【００７９】
図２に示されるサブマウント３の搭載面３ａにおいて、搭載面３ａに沿った第１面内方向（図２ではＸ軸方向及びＹ軸方向の一方）及び搭載面３ａに沿った第２面内方向（図２ではＸ軸方向及びＹ軸方向の他方）を規定する。窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０では、搭載面３ａは、第１面内方向（例えば図２におけるＹ軸方向）及び第２面内方向（例えば図２におけるＸ軸方向）に関して等方的なサブマウント熱膨張係数ＣＭ（Ｅｘ）を有する。第１面内方向は第２面内方向に直交する。III族窒化物半導体レーザ１は、第１面内方向（例えば図２におけるＹ軸方向）に関する第１素子熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）と、第２面内方向（例えば図２におけるＸ軸方向）に関する第２素子熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）とを有する。
【００８０】
一実施例では、III族窒化物半導体レーザ１１において、第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）は、法線軸ＮＸに直交する第１の方向に規定され、第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）は、法線軸ＮＸ及び第１の方向に直交する第２の方向に規定される。III族窒化物半導体レーザ１１は、第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きいことを示す熱膨張係数の異方性を有する。この異方性は、ｃ軸が基板１７の主面１７ａの法線軸に対して大きく傾斜することに因る。第１の方向は、例えばレーザ導波路の延在方向であることができ、また第２の方向は例えば端面２７、２９の延在方向であることができる。このように、III族窒化物半導体レーザ１１は、異方的な熱膨張係数を有する。
【００８１】
例えば、第１素子熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が第２素子熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きいとき、サブマウント熱膨張係数ＣＭ（Ｅｘ）は、第２素子熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きく、第１素子熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）より小さいことが好ましい。或いは、例えば、第１素子熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が第２素子熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より小さいとき、サブマウント熱膨張係数ＣＭ（Ｅｘ）は、第２素子熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より小さく、第１素子熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）より大きいことが好ましい。このような形態の光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１によれば、搭載面３ａ内の２方向に関して、III族窒化物半導体レーザ１１における異方的な熱膨張係数をサブマウント３の熱膨張係数に縮小させることができる。
【００８２】
III族窒化物半導体レーザ１１の基板１７は、窒化ガリウム系半導体からなることができ、例えばＧａＮからなることが好ましい。ベース３ｄの金属・ダイヤモンド複合体及びアルミニウム窒化物膜４の熱膨張係数は、III族窒化物半導体レーザ１１の基板１７の熱膨張係数に近くなる。
【００８３】
また、窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０のためのIII族窒化物半導体レーザ１１では、半導体積層１９は、電極１５が接触を成すｐ型窒化ガリウム系半導体層（例えば「層３３」）を含み、基板１７の主面１７ａは、第１基準面（例えばＳｃ）に対して１０度以上の角度で傾斜することが好ましい。この光モジュール１０及び窒化物半導体レーザ装置１によれば、半導体積層１９が基板１７の主面１７ａ上に設けられるので、電極１５とｐ型窒化ガリウム系半導体層との接合面３０ａも基準面（例えば面Ｓｃ）に対して１０度以上の角度で傾斜する。また、接合面３０ａも基準面（例えば面Ｓｃ）に対して１７０度以下の角度で傾斜する。
【００８４】
基板１８の半極性面１７ａが該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸の方向に６３度以上８０度以下の範囲内の角度ＡＬＰＨＡで傾斜するとき、電極１５と該電極１５が接触を成すｐ型コンタクト層３３との界面も、上記の角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。
【００８５】
上記の角度範囲では、III族窒化物半導体レーザ１１のｐ側の電極１５は、電流−電圧特性の劣化を引き起こしやすい。電流−電圧特性の劣化の一例では、良好なオーミック特性が失われて、電極１５の電流−電圧特性がショットキー特性又はショットキー特性に近い特性を示すように劣化する。このような電極特性劣化は、発明者の知見によれば、窒化ガリウム系半導体の半極性面上に形成される電極１５において顕著に生じる。III族窒化物半導体レーザ１１が、例えば製造後の摂氏２００度程度のプロセス温度によるストレスにさらされるとき、電極１５の電流−電圧特性は容易に劣化してしまう。しかしながら、サブマウント３のベース３ｄが金属・ダイヤモンド複合体からなると共にベース３ｄを被覆する絶縁膜がアルミニウム窒化物膜４を含むので、サブマウント３は高い熱伝導性を有する。実装の際の電極の特性劣化（つまり、熱劣化）を低減できる。また、サブマウント３のベース３ｄが金属・ダイヤモンド複合体からなると共にベース３ｄを被覆する絶縁膜がアルミニウム窒化物膜４を含むので、サブマウント３の熱膨張係数を窒化ガリウム系半導体の熱膨張係数に近い。したがって、電極の特性劣化（つまり、熱劣化）だけでなく、サブマウントの熱望膨張係数とIII族窒化物半導体レーザ１１との熱膨張係数との差により特性変動を低減できる。これ故に、電極の熱劣化だけでなく電極の特性変動（つまり、熱変動）もまた、金属・ダイヤモンド複合体ベース３ｄ及び窒化アルミニウム被覆を用いることによって、上記のような熱劣化及び熱変動を低減できる。
【００８６】
電極１５は、レーザ構造体１３の半導体積層１９上に設けられる。半導体積層１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａは障壁層２５ｂの間に設けられており、これら層２５ａ、２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は量子井戸構造を含むことができる。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性の主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。半極性の主面１７ａの利用により、波長４８０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の光の発生に好適である。この窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０によれば、III族窒化物半導体レーザ１１は、緑色及びその隣接色の光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。また、III族窒化物半導体レーザ１１では、活性層２５は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲に発振波長を有するように設けられることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１及び光モジュール１０によれば、III族窒化物半導体レーザ１１は、緑色光を示す上記波長範囲内のレーザ発振を提供できる。
【００８７】
本実施例におけるIII族窒化物半導体レーザ１１では、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜している。これ故に、レーザ構造体１３は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する第１の端面２７及び第２の端面２９を含む。なお、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができ、この傾斜のとき、レーザ構造体１３の第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差し、へき開面ではない割断面からなる。或いは、第１の端面２７及び第２の端面２９は、基板１７の主面１７ａとｍ−ｎ面（又はａ−ｎ面）との両方に直交する面に交差していてもよい。
【００８８】
図２を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。基板１７の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対してゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００８９】
III族窒化物半導体レーザ１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１はレーザ構造体１３の半導体積層１９の表面１９ａを覆っており、半導体積層１９は絶縁膜３１と基板１７との間に位置する。基板１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体積層１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面との交差線ＬＩＸの方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体積層１９の表面１９ａ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。電極１５及び絶縁膜３１上には、サブマウントに接合する形成するために使用されるパッド電極１６が設けられる。
【００９０】
基板１７の主面１７ａは六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり、基板１７の主面１７は該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して傾斜した半極性面を有する。半導体積層１９は基板１７の主面１７ａ上にエピタキシャルに成長された複数の半導体層２１、２０、２３、３３を含む。この窒化物半導体レーザ装置によれば、六方晶系窒化ガリウム系半導体の半極性面上に半導体積層を作製可能である。基板１７の主面１７ａは六方晶系窒化ガリウムからなることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１によれば、良好な結晶品質のＧａＮ上に半導体積層を作製可能である。
【００９１】
III族窒化物半導体レーザ１１では、既に説明したように、ｃ軸がｍ軸の方向に傾斜するとき、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する（或いは、ｃ軸がａ軸の方向に傾斜するとき、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差する）。III族窒化物半導体レーザ１１のレーザ共振器は第１及び第２の端面２７、２９を含み、第１の端面２７及び第２の端面２９の一方から他方への導波路軸の方向に、レーザ導波路が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。これらの端面は、ｃ軸の傾斜方向とレーザ導波路の延在方向とに応じて、へき開面或いは割断面であることができる。第１及び第２の端面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。本実施例では、レーザ導波路はｎ−ｍ面にそって延在しており、第１及び第２の端面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なり、光共振器のための割断面からなる。基板１７は、例えばＧａＮ等からなることができる。該窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、共振器として利用可能な端面２７、２９を得ることができる。
【００９２】
このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の端面２７、２９がｍ−ｎ面に交差する。これ故に、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。
【００９３】
第１及び第２の端面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを更に備えることができる。これらの端面２７、２９にも端面コートを適用できる。誘電体多層膜４３ａ、４３ｂにより、端面コートにより反射率を調整できる。
【００９４】
III族窒化物半導体レーザ１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。キャリアブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。
【００９５】
基板１７の裏面１７ｂには別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば基板１７の裏面１７ｂを覆っている。上記の光ガイド層３５、３７及び活性層２５は、発光層２０を構成する。
【００９６】
半導体積層１９は光ガイド層３５を含み、光ガイド層３５は活性層２５と接触を成し、活性層２５と光ガイド層３５との界面３０ｂは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交するｃ面から角度ＡＬＰＨＡの傾斜を成すことができる。活性層２５と光ガイド層３５との界面３０ｂが上記の傾斜を成すとき、III族窒化物半導体レーザ１１では、角度ＡＬＰＨＡは活性層２５の面方位を規定する。例えば、角度ＡＬＰＨＡが６３度以上８０度未満の範囲にあるとき、緑色及びその隣接波長の光を生成するIII族窒化物半導体レーザの作製に好適である。
【００９７】
III族窒化物半導体レーザ１１では、半導体積層１９は、第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ａ、２３、３３）を含む。第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ｂ、２３、３３）は法線軸ＮＸの方向に順に配列されている。電極１５は、第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ａ、２３、３３）の主面に接触を成す。第１導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層２１、３５ａ）、発光層２０及び第２導電型III族窒化物半導体領域（例えば半導体層３７ｂ、２３、３３）は、それぞれ、法線軸ＮＸに直交する第１〜第３の基準平面Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に沿って延在する。
【００９８】
窒化物半導体レーザ装置１では、例えばIII族窒化物半導体レーザ１１の半導体積層１９が基板１７とサブマウント３との間に設けられていてもよい。この窒化物半導体レーザ装置１では、いわゆるエピダウン形態でIII族窒化物半導体レーザ１１が実装される。活性層２５が基板１７に比べてサブマウント３の主面３ａに近い。
【００９９】
窒化物半導体レーザ装置１は、III族窒化物半導体レーザ１１の電極（例えば電極１５）とサブマウント３の主面３ａとの間に位置する（例えば、半田）接着部材７を介して熱的プロセスを介して接合される。電極１５はサブマウント３の電極５に接着部材７を介して固定される。
【０１００】
窒化物半導体レーザ装置１では、無極性又は半極性の主面１７ａは、該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して１０度以上１７０度以下の範囲内の角度ＡＬＰＨＡで傾斜していることが好ましい。この窒化物半導体レーザ装置１によれば、上記の角度範囲においては、緑色領域の発光に適した活性層を作製することができる。
【０１０１】
基板１８の半極性の主面１７ａが該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸の方向に１０度以上１７０度以下の範囲内の角度ＡＬＰＨＡで傾斜するとき、活性層２５の発光のピーク波長は５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることができる。III族窒化物半導体レーザ１１の半導体積層１９がｃ面ではなく主面１７ａ上に作製されるので、このIII族窒化物半導体レーザ１１は上記の波長範囲の発光（例えば緑色の発光）を提供できる。
【０１０２】
サブマウント３では、金属・ダイヤモンド複合体４８の主面４８ａは第１表面粗さ（ｒｍｓ：ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）ＲＭＳ１を有し、アルミニウム窒化物膜４の主面は第２表面粗さ（ｒｍｓ）ＲＭＳ２を有する。第１表面粗さ及び第２表面粗さは、レーザ顕微鏡で測定され、また５０μｍスクエア〜１００μｍスクエアの範囲内のいずれかのエリアで規定される。レーザ顕微鏡は、接触式段差計を用いた測定に比べて、金属表面及び金属・ダイヤモンド複合物の正確な表面粗さの測定を可能にする。レーザ顕微鏡の測定において、第２表面粗さＲＭＳ２は第１表面粗さＲＭＳ１より小さい。レーザ顕微鏡を用いて、利用可能な金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さを測定するとき、その表面粗さは３μｍより大きい。一方で、この金属・ダイヤモンド複合物の表面粗さの表面粗さ計を用いて測定するとき、接触式段差計による表面粗さは、レーザ顕微鏡を用いた測定による表面粗さ値よりかなり小さい値にある。
【０１０３】
サブマウント３のアルミニウム窒化物膜４上の電極５は、一又は複数の金属層からなることができる。最下層の金属層は、ＡｌＮ膜の表面を覆うことができる。電極５のための金属層が、サブマウント３においてアルミニウム窒化物膜４の主面上に設けられ、またＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ及びＮｉの少なくとも一つを含む金属からなることができる。
【０１０４】
さらに、電極５のための金属層が、半田材と異なり該半田材より高い融点の金属からなるので、デバイス実装の際の処理により金属が溶融して、搭載面３ａの平坦性が消失することはない。ここで、半田材の一例は例えばＳｎＡｇ半田（融点：摂氏２３０度）である。
【０１０５】
金属・ダイヤモンド複合物４８の金属４９は、ダイヤモンド粒子４７をバインドするバインダー金属であり、このバインダー金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎの１つ以上を主成分とする金属を含むことができる。これらのバインダー金属は、金属・ダイヤモンド複合物が様々な熱伝導性及び熱膨張性を有することを可能にする。例えば熱伝導性の観点からは、バインダー金属は銅であることが好ましい。
【０１０６】
金属・ダイヤモンド複合物４８からなるベース３ｄを含むサブマウント３では、金属・ダイヤモンド複合物４８の表面４８ａには、互いに硬度の異なるダイヤモンド及び金属が現れており、金属の硬度はダイヤモンドの硬度より低い。これ故に、金属・ダイヤモンド複合物４８の表面１８ａはラフネスを有する。ヒートシンク表面１１ａの平坦性を高めるために金属・ダイヤモンド複合物の基板を研磨するとき、ある研磨材に対して金属の削れとダイヤモンドの削れとが互いに異なり、その結果、金属・ダイヤモンド複合物の研磨面にはある程度のラフネスが残る。発明者らの知見によれば、この研磨面上に、デバイスを実装するとき、デバイスの実装面とヒートシンクの研磨面との実効的な実装面積は、デバイスの実装面の面積に比べて小さい。
【０１０７】
また、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面にメタライズを行うとき、メタライズによって形成された金属膜は、金属・ダイヤモンド複合物基板の形状に合わせて形成される。その結果、メタライズ金属膜の表面には、金属・ダイヤモンド複合物基板の研磨面のラフネスと同程度のラフネスが残る。
【０１０８】
一方、このサブマウント３は、半導体デバイスを搭載するための搭載面３ａを有すると共に該ベース３ｄの主面に設けられたＡｌＮ膜４を備える。ベース３ｄの主面には、ダイヤモンド粒子４７による突起４３ａ〜４３ｃと突起４３ａ〜４３ｃの間に位置する窪み４５ａ〜４５ｄとを含むけれども、ＡｌＮ膜４は窪み４５ａ〜４５ｄを埋めて、搭載面１１ａは突起４３ａ〜４３ｃ及び窪み４５ａ〜４５ｄによって構成されるラフネスより小さいラフネスを有するように形成される。これ故に、半導体デバイスの実装面とサブマウント３の表面３ａとの実効的な接触面積を、半導体デバイスの実装面（例えば、電極の面積）の面積に近づけることができる。
【０１０９】
金属・ダイヤモンド複合物４８の熱伝導係数は、５５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、また６００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の範囲にあることが好ましい。このサブマウント３は、高い熱伝導係数を提供できる。また、金属・ダイヤモンド複合物４８の熱膨張係数は、２．５×１０−６／Ｋ以上６．５×１０−６／Ｋ以下の範囲にあることが好ましい。このサブマウント３は、窒化物半導体レーザの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する。また、アルミニウム窒化物膜４ａ、４ｂは金属・ダイヤモンド複合物の熱膨張係数に近い熱膨張性をヒートシンクに提供できる。金属・ダイヤモンド複合物４８は、平均粒径１〜６０μｍのダイヤモンド粒を含むことが好ましい。金属・ダイヤモンド複合物４８が、この範囲の平均粒径を有するダイヤモンド粒を含むとき、金属・ダイヤモンド複合物４８の表面の表面粗さを低減できる。金属・ダイヤモンド複合物４８は、ダイヤモンド粒子４７の表面を覆う反応層を更に含むことが好ましい。この反応層は、４ａ族元素の炭化物、５ａ族元素の炭化物および６ａ族元素の炭化物の少なくとも一の炭化物を含むことが好ましい。ダイヤモンド粒子４７とバインダー金属４９との密着性を向上できる。
【０１１０】
図３は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ装置を作製する方法における主要な工程を示す図面である。この作製方法の工程フロー１００では、図１及び図２に示された窒化物半導体レーザ装置１の一形態を作製する。
【０１１１】
工程Ｓ１０１において、搭載部材を準備する。この搭載部材として、例えば図１に示されたサブマウント３を使用できる。サブマウント３は、金属・ダイヤモンド複合体４８からなるベース３ｄを含む。後の工程において、サブマウント３の搭載面３ａ上には窒化物半導体発光素子が搭載される。具体的に説明すると、サブマウント３の搭載面３ａは、熱膨張係数ＣＭ（Ｅｘ）を有する。サブマウント３のベース３ｄの材料は、例えば銅・ダイヤモンド複合体からなる。
【０１１２】
工程Ｓ１０２では、窒化物半導体発光素子を準備する。この窒化物半導体発光素子として、例えばIII族窒化物半導体レーザ１１を使用できる。理解を容易にするために、引き続く説明において、III族窒化物半導体レーザ１１の構造物においては、図１に示された参照符号を付する。III族窒化物半導体レーザ１１はレーザ構造体１３及び電極１５を含む。本実施例におけるIII族窒化物半導体レーザ１１は、例えばレーザ導波路の延在方向における第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）と、レーザ導波路の方向及び法線方向の両方に直交する第２の方向に関する第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）とを有する。半導体発光素子は熱膨張係数の異方性を有し、この異方性では、一例として第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）が第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）より大きい（或いは、第２の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）が第１の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）より大きい）。
【０１１３】
工程Ｓ１０３では、半導体発光素子の搭載に先立って、サブマウント３上に導電性の接着部材７を設けることができる。接着部材７は例えば半田であることができ、半田として、例えばＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎおよびＩｎＳｎ等を用いることができる。必要な場合には、接着部材７は、サブマウント３の電極上に予め設けておくことができ、このサブマウント３を用いるときは、工程Ｓ１０３は行われない。
【０１１４】
工程Ｓ１０４では、接着部材７を加熱するに先だって、サブマウント３の搭載面３ａとIII族窒化物半導体レーザ１１の実装面との間に設けるようにIII族窒化物半導体レーザ１１の実装面を接着部材７に対して位置合わせすることができる。接着部材７のサイズは半導体レーザ１１の実装面のサイズより小さいことが好ましい。この作製法によれば、実装のための接着部材７、例えばはんだに起因するリークの発生を低減するために、実装のための接着材のパターンのサイズはＬＤチップの実装面のサイズより狭くする。また、必要な場合には、サブマウント３の向きに合わせて、半導体発光素子の向き付けを行う。例えば、サブマウント３はこの向き付けのためのマーク（例えば図１におけるマーク３ｃ）を有することができる。
【０１１５】
工程Ｓ１０５では、半導体発光素子の向き付けを行った後に、サブマウント３の主面３ａ上に半導体発光素子を搭載する。サブマウント３上に接着部材７が設けられている場合、半導体発光素子を搭載する工程では、接着部材７を介して半導体発光素子がサブマウント３に固定される。搭載に際して、サブマウント３の温度を半田の融点以上、又はより高い温度に上昇させて、半田を溶融させる。溶融している接着材上に、向き付けした素子を配置した後に、サブマウント３及び素子の温度を半田の融点より低い温度に降下させて、半田を固化させる。この実施例では、接着部材７としては、例えばＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎおよびＩｎＳｎ（融点：例えば摂氏２３０度）を用いる。実装温度の範囲は例えば摂氏１８０度〜摂氏２５０度の範囲であることが好ましい。この作製方法では、接着部材７を用いた固定の際の加熱が窒化物半導体レーザ装置１の異方的な残留応力を増加させる可能性があるけれども、サブマウント３を用いることによって、残留応力の影響を低減できる。
【０１１６】
この作製方法によれば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内の発振波長は、III族窒化物半導体レーザ１１に高い投入電力を必要とする。ベース３ｄの主面及び裏面の少なくとも一方の上にアルミニウム窒化物膜４を設けたサブマウント３を用いて、III族窒化物半導体レーザ１１を実装するので、III族窒化物半導体レーザ１１は、金属・ダイヤモンド複合物４８からなるベース３ｄ上のアルミニウム窒化物膜４によってステム１０ａから絶縁される。アルミニウム窒化物膜４の熱伝導係数は金属・ダイヤモンド複合物４８の熱伝導係数より小さいけれども、アルミニウム窒化物膜４の厚みは５０μｍ以下であるので、アルミニウム窒化物は放熱の大きな妨げにならない。この形態によれば、ステム１０ａの電位がIII族窒化物半導体レーザ１１の実装形態に依存することがない光モジュール１０を作製できる。
【０１１７】
図４は、図３に示された工程フローに通して作製された参照すると、半導体レーザモジュールを示す図面である。図４の（ａ）部を参照すると、半導体レーザモジュール７１ａが示される。ステム７３ａは、第１方向に延在する貫通孔及び該貫通孔に保持されたリード端子７７ａ、７７ｂ、７７ｃを含む金属ベースと、該金属ベースの上に設けられ側面を有する金属台座７５とを含む。半導体レーザ装置６１ａは、ステム７３ａの金属ベース上の金属台座（ヒートシンク）７５の側面上に搭載される。III族窒化物半導体レーザ１２はサブマウント３に導電性接着剤を介してしっかりと固定される。III族窒化物半導体レーザ１２は、リッジ構造を有する点を除いてIII族窒化物半導体レーザ１１と同じ構造を有することができる。ステム７３ａ上に、レンズ７４を保持するレンズキャップ７３ｂが設けられ、ステム７３ａ及びレンズキャップ７３ｂはパッケージ７３を構成する。金属製のステム７３ａは例えば鉄製であり、レンズキャップ７３ｂの金属部分も鉄製である。金属台座（ヒートシンク）７５は熱伝導性に優れた例えば銅製である。ステム７３ａはリード端子７７ａ、７７ｂ、７７ｃを支持している。リード端子７７ａは、ボンディングワイヤ７９ａを介してヒートシンク９に接続され、ヒートシンク９の電極層を介してIII族窒化物半導体レーザ１１のアノード電極に接続される。リード端子７７ｂは、サブマウント３の搭載面３ａ上の電極層にボンディングワイヤ７９ｂを介して接続される。リード端子７７ｃは、ステム７３に接続される。ヒートシンク９はIII族窒化物半導体レーザ１２のアノード電極と導電性接着剤７を介してしっかりと接着される。この光モジュール７１ａによれば、窒化物半導体レーザ装置１のIII族窒化物半導体レーザ１２からの熱は金属台座７５を介して金属ベースに伝導する。
【０１１８】
サブマウント３はアルミニウム窒化物膜４（膜４ａ及び膜４ｂの少なくともいずれか）を含むので、ステムの電位が半導体レーザ装置１において窒化物半導体レーザ１１をサブマウント３へ実装する形態に依存することを避けることを可能する光モジュールを提供でき、また、この光モジュールのための半導体レーザ装置１を提供できる。
【０１１９】
（実施例１）
窒化物半導体レーザ装置の一実施例を説明する。III族窒化物半導体レーザ素子を準備する。本実施例では、III族窒化物半導体レーザ素子を以下の工程により形成することによって準備する。
【０１２０】
（III族窒化物半導体レーザ素子の作製）
図５に示すレーザダイオード構造を作製する。ｃ軸がｍ軸方向に７５度オフしたＧａＮウエハ９０を準備した。このＧａＮウエハ９０の主面の面方位は｛２０−２１｝面である。ＧａＮウエハ９０を成長炉に配置した後に、アンモニア及び水素の雰囲気中で熱処理を行う。熱処理温度は摂氏１１００度であり、熱処理時間は約１０分である。熱処理の後に、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（８．２μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、ＳｉＨ４を成長炉に供給して、クラッド層のためのｎ型ＡｌＧａＮ層９１をＧａＮウエハ９０上に摂氏１１５０度で成長する。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１の厚さは２３００ｎｍである。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１の成長速度は４６．０ｎｍ／分である。ｎ型ＡｌＧａＮ層９１のＡｌ組成は０．０４である。
【０１２１】
次いで、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）、ＳｉＨ４を成長炉に供給して、ｎ型ＡｌＧａＮ層９１上にｎ型ＧａＮ層９２を摂氏１１５０度で成長する。ｎ型ＧａＮ層９２の厚さは５０ｎｍである。ｎ型ＧａＮ層９２の成長速度は５８．０ｎｍ／分である。ＴＭＧ（２４．４μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（４．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、光ガイド層のためのアンドープＩｎＧａＮ層９３ａをｎ型ＧａＮ層９４上に摂氏８４０度で成長する。ｎ型ＩｎＧａＮ層９３ａの厚さは６５ｎｍである。ｎ型ＩｎＧａＮ層９３ａの成長速度は６．７ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層９３ａのＩｎ組成は０．０５である。次いで活性層９４を形成する。ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（２９．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層を摂氏７４５度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。
【０１２２】
次いで、成長炉の温度を摂氏７４５度に維持しながら、ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（０．３μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＧａＮ層をＩｎＧａＮ層上に摂氏７４５度で成長する。ＧａＮ層の厚さは１ｎｍである。ＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。アンドープＧａＮ層を成長した後に、成長炉の温度を摂氏７４５度から摂氏８７０度に変更する。ＴＭＧ（２４．４μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（１．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、障壁層のためのアンドープＩｎＧａＮ層をアンドープＩｎＧａＮ井戸層上に摂氏８７０度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは１５ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は６．７ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０２である。
【０１２３】
次いで、成長炉の温度を摂氏８７０度から摂氏７４５度に変更する。この後に、ＴＭＧ（１５．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（２９．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（８ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層をＩｎＧａＮ層上に摂氏７４５度で成長する。ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。ＩｎＧａＮ層の成長速度は３．１ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．２５である。
【０１２４】
井戸層及び障壁層の成長を２回繰り返して行う。この後に、ＴＭＧ（１３．０μｍｏｌ／分）、ＴＭＩ（４．６μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）を成長炉に供給して、光ガイド層のためのアンドープＩｎＧａＮ層９３ｂを活性層９４上に摂氏８４０度で成長する。ＩｎＧａＮ層９３ｂの厚さは６５ｎｍである。ＩｎＧａＮ層９３ｂの成長速度は６．７ｎｍ／分である。次いで、ＴＭＧ（９８．７μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）を成長炉に供給して、アンドープＧａＮ層９６をＩｎＧａＮ層９３ｂ上に摂氏１１００度で成長する。ＧａＮ層９６の厚さは５０ｎｍである。ＧａＮ層９６の成長速度は５８．０ｎｍ／分である。アンドープＩｎＧａＮ層９３ｂのＩｎ組成は０．０５である。
【０１２５】
次いで、ＴＭＧ（１６．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（２．８μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＡｌＧａＮ層９７をＧａＮ層９６上に摂氏１１００度で成長する。ＡｌＧａＮ層９７の厚さは２０ｎｍである。ＡｌＧａＮ層９７の成長速度は４．９ｎｍ／分である。ｐ型ＡｌＧａＮ層９７のＡｌ組成は０．１５である。ＴＭＧ（３６．６μｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（３．０μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（６ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＡｌＧａＮ層９８をｐ型ＡｌＧａＮ層９７上に摂氏１１００度で成長する。ＡｌＧａＮ層９８の厚さは４００ｎｍである。Ａｌの組成は０．０６である。ＡｌＧａＮ層９８の成長速度は１３．０ｎｍ／分である。また、ＴＭＧ（３４．１μｍｏｌ／分）、ＮＨ３（５ｓｌｍ）、Ｃｐ２Ｍｇを成長炉に供給して、ｐ型ＧａＮ層９９をｐ型ＡｌＧａＮ層９８上に摂氏１１００度で成長する。ＧａＮ層９９の厚さは５０ｎｍである。ｐ型ＧａＮ層９９の成長速度は１８．０ｎｍ／分である。これらの工程によってエピタキシャルウエハが作製される。
【０１２６】
このエピタキシャルウエハ上にアノードＡＮ及びカソードＣＴを形成して基板生産物を作製した後に、基板生産物を分離して個々のレーザダイオードを作製できる。アノード電極は、例えば１０マイクロメートル幅のストライプ窓を有する絶縁膜を介してｐ型ＧａＮ層に電気的に接続される。この基板生産物をａ面及びａ面に垂直な面において切断して、一対の共振器のための端面をａ面とする６００マイクロメートル長及び２マイクロメートル幅のレーザダイオードＬＤ０を作製する。
【０１２７】
このレーザダイオードＬＤ０の熱膨張係数を測定する。このレーザダイオードＬＤ０は、ＧａＮのｃ軸がＧａＮのｍ軸の方向に７５度の角度（オフ角とも呼ばれる）で傾斜するＧａＮウエハを用いて作製される。
【０１２８】
レーザダイオードＬＤ０のレーザ導波路の延在方向（例えばａ軸方向）の熱膨張係数ＣＳ１（Ｅｘ）は５．６×１０−６／Ｋであり、レーザ共振器端面の延在方向の熱膨張係数ＣＳ２（Ｅｘ）は４．６×１０−６／Ｋである。レーザダイオードのレーザ導波路の延在方向はレーザ共振器端面の延在方向（例えばｍ−ｎ面の方向）に直交する。
【０１２９】
図６は、光モジュールにおける窒化物半導体レーザ装置の実装形態の実施例を示す。図６の（ａ）部を参照すると、ベース３ｄの主面上のアルミニウム窒化物膜４ａ上に窒化物半導体レーザＬＤ０（窒化物半導体レーザ１１）が搭載されて半導体レーザ装置１ａが構成されている。半導体レーザ装置１ａがステム１０ａの金属台座７５の側面に搭載されている。この実装は、ＳｎＡｇといった接着材８１を用いて行われる。必要な場合には、実装のための金属層をベース３ｄの裏面上に設けることができる。
【０１３０】
図６の（ｂ）部を参照すると、ベース３ｄの裏面及び側面上にアルミニウム窒化物膜４ｂが設けられる一方でベース３ｄの主面上に窒化物半導体レーザＬＤ０（窒化物半導体レーザ１１）が搭載されて、半導体レーザ装置１ｂが構成されている。半導体レーザ装置１ｂがステム１０ａの金属台座７５の側面に搭載されている。この実装は、ＳｎＡｇといった接着材８１を用いて行われる。必要な場合には、実装のための金属層８３をベース３ｄの裏面のアルミニウム窒化物膜４ｂ上に設けることができる。
【０１３１】
いずれの実施例においても、接着部材７のサイズは窒化物半導体レーザ１１の実装面のサイズより小さい。
【０１３２】
図７は、銅・ダイヤモンド複合体上に設けられた窒化アルミニウム膜の厚さと熱抵抗との関係を示す図面である。横軸にはＡｌＮ膜の厚さが規定され、縦軸に半導体レーザ装置の熱抵抗を示す。絶縁体として窒化アルミニウムは、よく知られているＳｉＯ２の熱伝導率（１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）に比べて高い熱伝導率（１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を示す。また、窒化アルミニウムの熱膨張係数は銅ダイヤモンド複合体だけでなく窒化物半導体レーザチップの熱膨張係数と近い。発明者らの知見によれば、銅ダイヤモンド複合体の表面に成膜する絶縁膜については、成膜する絶縁膜と下地の銅ダイヤモンド複合体との熱膨張係数差が大きいとき、実装等の際の加熱により絶縁膜に肉眼で確認可能な或いは不可能なクラックが形成される可能性がある。発明者の検討によれば、窒化アルミニウムの使用では、熱膨張係数差に起因するクラック形成の可能性はない。
【０１３３】
金属（銅）・ダイヤモンド複合体において、ダイヤモンドは銅よりも削れにくい。これ故に、直方体形状の銅・ダイヤモンド複合体の表面は、１μｍ以上程度の表面粗さを有しており、ダイヤモンド粒子が飛び出し銅からなる凹部からなる大きな凹凸を有する。銅・ダイヤモンド複合体の表面粗さは１μｍ〜３μｍ程度の範囲である。この銅・ダイヤモンド複合体表面上に均一にＡｌＮ薄膜を作製するため、スパッタ法で成膜する場合は真空度の低い状態で成膜する。銅・ダイヤモンド複合体の表面に特有な大きな表面凹凸に起因して絶縁膜にはクラックが形成されやすく、これ故に、絶縁膜と銅・ダイヤモンド複合体との熱膨張係数差の大きくなるシリコン酸化物等を使用できず、銅・ダイヤモンド複合体の熱膨張係数の近いＡｌＮが良いと考えられる。
【０１３４】
発明者の更なる検討によれば、窒化アルミニウムの熱伝導率は銅・ダイヤモンド複合体の熱伝導率（６００Ｗ／（ｍ・Ｋ）より熱伝導率の低い。このようなＡｌＮ膜を銅・ダイヤモンド複合体表面に成膜することによって、熱抵抗が増大して銅・ダイヤモンド複合体の使用の利点を十分に享受できない可能性がある。図７は、銅・ダイヤモンド複合体表面に成膜されたＡｌＮ膜の厚さによる熱抵抗の変化を示す。発明者の検討によれば、５０μｍのＡｌＮ厚で約１０％の熱抵抗が増加する。発明者は、この程度の増加は許容可能であると考えている。ＡｌＮ厚は、リーク発生を避けるために０．５μｍ以上であることが好ましい。
【０１３５】
ｐダウン実装の緑色窒化物半導体レーザ／ＡｌＮ膜／銅ダイヤモンド複合体／ステム或いはｐダウン実装の緑色窒化物半導体レーザ／銅ダイヤモンド複合体／ＡｌＮ膜／ステムの配列により、導電性の銅ダイヤサブマウントを使用してｐダウン実装してもキャンケースと筐体に正電圧が印加されることを避けることができる。これにより、銅ダイヤサブマウント・ｐダウン実装の組み合わせが実用可能となる。
【０１３６】
図８は、サブマウントを作製する主要な工程を示す図面である。一実施例のサブマウントを作製する方法では、工程Ｓ２０１では、図８の（ａ）部に示されるように、多数のサブマウントを作製可能なサイズを有する銅・ダイヤモンド複合体基板を準備する。工程Ｓ２０２では、図８の（ｂ）部に示されるように、この銅・ダイヤモンド複合体基板を分離装置９ａを用いて分離して、サブマウントを作製可能なサイズを有する銅・ダイヤモンド複合体ベースを形成する。工程２０３では、図８の（ｃ）部に示されるように、個々の銅・ダイヤモンド複合体ベースの裏面及び側面のアルミニウム窒化物膜を成膜装置９ｂを用いて堆積する。この成膜法は例えばスパッタ法を用いることができる。アルミニウム窒化物膜は、ベースの裏面から連続して延在してベースの前記側面に達する。
【０１３７】
別の実施例では、工程Ｓ３０１では、図８の（ｄ）部に示されるように、多数のサブマウントを作製可能なサイズを有する銅・ダイヤモンド複合体基板を準備する。工程３０２では、図８の（ｅ）部に示されるように、銅・ダイヤモンド複合体基板の裏面にアルミニウム窒化物膜を成膜装置９ｂを用いて堆積する。この成膜法は例えばスパッタ法を用いることができる。必要な場合には、アルミニウム窒化物膜の表面の平坦化のために、研磨等の平坦化処理を行うことができ、平坦化されたアルミニウム窒化物表面の表面粗さは１μｍ以下である。工程Ｓ３０３では、図８の（ｆ）部に示されるように、アルミニウム窒化物膜を成膜した後に、この銅・ダイヤモンド複合体基板を分離装置９ａを用いて分離して、サブマウントを作製可能なサイズを有するサブマウントを形成する。このサブマウントは銅・ダイヤモンド複合体ベース及びこの主面上のアルミニウム窒化物膜を含む。なお、工程Ｓ３０２の後に、工程Ｓ２０２及び工程Ｓ２０３を行うことができる。
【０１３８】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、ステム電位が半導体レーザ装置において窒化物半導体レーザをサブマウントへ実装する形態に依存することを避けることを可能する光モジュールを提供できる。また、本発明の実施の形態によれば、この光モジュールのための半導体レーザ装置を提供できる。さらに、本発明の実施の形態によれば、この半導体レーザ装置のためのサブマウントを提供できる。
【符号の説明】
【０１４０】
１…窒化物半導体レーザ装置、３…サブマウント、３ａ…搭載部材主面、３ｄ…ベース、４、４ａ、４ｂ…アルミニウム窒化物膜、５…電極、７…接着部材、１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１７…基板、１７ａ…主面、１７ｂ…裏面、１９…半導体積層、１９ａ…半導体領域表面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ…突起、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ…窪み、４８…金属・ダイヤモンド複合物、４７…ダイヤモンド粒子、４９…金属、７１ａ、７１ｂ…半導体レーザモジュール、７３ａ…ステム、７３ｂ…レンズキャップ、７５…ヒートシンク、７７ａ〜７７ｃ…リード端子、７９ａ、７９ｂ…ボンディングワイヤ。
【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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