JP4556591B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体レーザ素子の発光点を近接させることで光出力を増加させる半導体レーザ装置に関する。光通信や光測定、光ディスク、その他には露光装置等の光源に用いる半導体レーザ装置に関する。

半導体レーザ素子として、ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体を積層したガリウム砒素（ＧａＡｓ）系半導体レーザ素子が使用されてきた。また、より発振波長の短い窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザ素子等の開発は着実に進展しており、量産化に近付きつつある。例えば、ＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍレーザ素子はＣＤ規格、ＩｎＧａＡｌＰ系６５０ｎｍレーザ素子はＤＶＤ規格、ＩｎＧａＡｌＮ系４００ｎｍレーザ素子は大容量記録装置に用いられる。

また半導体レーザ素子を用いて感光材料の露光を行う露光装置は、レーザプリンタ等の種々の用途に使用されている。レーザプリンタはＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光源を備えており、画像処理部から入力された記録用画像データに応じて変調したレーザ光を銀塩感光材料である印画紙に照射して、走査露光によって印画紙に画像（潜像）を記録する。露光画質の向上には、レーザ光の波長自体を短くしてレーザ光のスポット径をできるだけ小さくすることが有効である。露光装置の具体例としては、感光材料を露光する画像露光装置である。
特開２００２−１１８３３１号公報

特許文献１には異なる半導体からなる２つの半導体レーザ素子を用いて２波長の集積化を可能とする構成が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載がある集積型半導体レーザ装置は、ＬＤ１とＬＤ２とは向かい合う構造をしているが、リッジ最上層であるキャップ層の更に上部にそれぞれのコンタクト層が存在しており、該コンタクト層同士が接合した構造となっている。そのため、ＬＤ１とＬＤ２の発光点の距離は離れている。

またＬＤ１とＬＤ２を接合させる場合にも安定性の問題がある。その理由は、ＬＤ１とＬＤ２の接合面にある半導体層は、ＬＤ１のコンタクト層にはＧａＮ、ＬＤ２のコンタクト層にはＧａＡｓが用いられており熱膨張係数や格子定数差が生じるからである。このコンタクト層同士の接合面積が全面にあるため、半導体レーザ素子に反りやクラックが生じる。これでは、個々の半導体レーザ装置ごとにＬＤ１とＬＤ２の発光点の距離が異なる。ＬＤ１とＬＤ２との発光点の距離が離れていたり、又はＬＤ１の発光点上部にＬＤ２の発光点がないものは、１つのレンズで集光することも困難となる。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、同一波長であって高出力、且つ信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
また、複数の異なる波長のレーザ光を使用する際の装置構成を容易且つ信頼性の高いものとして半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ装置は、第１の半導体レーザ素子と該第１の半導体レーザ素子上にある第２の半導体レーザ素子とのリッジストライプ部の上面同士が互いに向かい合ってなる半導体レーザ装置であって、前記第１の半導体レーザ素子は、リッジストライプ部の両側に電流狭窄層を有しており、該電流狭窄層にはリッジストライプ部から離れるに従って順に高さが異なる第１の領域と、第２の領域とを備えており、該第２の領域は前記リッジストライプ部の上面よりも高いことを特徴とするものである。

上記構成に示すように第１の半導体レーザ素子における電流狭窄層の第２の領域がリッジ部の上面よりも高いため、第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子との接合時には該第２の領域が直接の接触界面になるか、又は最近傍になる。この構成によって接合時に生じる半導体レーザ素子、特にリッジストライプ部へのダメージを第２の領域側に逃がすことができるため、不要なダメージをリッジストライプ部に与えることなく２つの半導体レーザ素子の発光点を近づけることができる。
また、第１の半導体レーザ素子は電流狭窄層を有することで第２の半導体レーザ素子と直接、又は共晶材料を介して接合する場合であっても半導体層の最上面が全面接合することはない。そのため、第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子との半導体層材質が異なる場合であっても、それらの格子定数差の影響を受けることなく２つの半導体レーザ素子の発光点を一定距離に保つことができる。

本発明の半導体レーザ装置は、前記第１の半導体レーザ素子における電流狭窄層の第１の領域は、前記リッジストライプ部の上面と略同じ高さであることが好ましい。これによって、第１の半導体レーザ素子のリッジストライプ部への応力は略同じ高さである電流狭窄層によって吸収される。そのため、リッジ部に与える応力を抑止して寿命特性の良好な半導体レーザ装置を形成することができる。また半導体レーザ装置の用途によってはリッジ部の幅に限りがある。光ディスク用途であればリッジ部の幅は１．０μｍ〜５．０μｍである。このようなリッジ部の幅が狭い半導体レーザ素子を第１の半導体レーザ素子として用いる場合に上記構成であればリッジ部の欠けや割れを抑止するため有効である。

本発明の半導体レーザ装置において、前記第２の半導体レーザ素子のリッジストライプの幅は、前記第１の半導体レーザ素子におけるリッジストライプの幅よりも広いことが好ましい。このような構成であれば、第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子との界面に半田等の共晶材を介する場合であっても第２の半導体レーザ素子からの応力は第１の半導体レーザ素子のリッジ上面ではなく、該リッジ部の両端の電流狭窄層で接合時のダメージを吸収することができる。また、前記構成に示すように第２の半導体レーザ素子がワイドストライプであって、第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子との発振波長が同一波長である場合には、コリメートレンズでレーザ光を集光することで高出力半導体レーザ装置が得られる。

本発明の半導体レーザ装置において、前記第１の半導体レーザ素子の共振器は、第２の半導体レーザ素子の共振器よりも長いことが好ましい。特にＩｎＧａＡｌＮ系材料からなる半導体レーザ素子は、他の材料に比べて温度特性が良好であるから、共振器長を他の半導体レーザ素子に比べて長くすることが好ましい。そのため、ＩｎＧａＡｌＮ系材料からなる半導体レーザ素子を第１の半導体レーザ素子として、他の材料からなる半導体レーザ素子を第２の半導体レーザ素子とする。

前記半導体レーザ装置において、前記第１の半導体レーザ素子の発光点と、前記第２の半導体レーザ素子の発光点との距離は、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。本発明の半導体レーザ素子はリッジ同士の間に共晶材料である半田以外には余分な構成を有しないため、発光点間の距離を上記範囲とすることができる。これによって、２つの半導体レーザ素子の発振波長を同一波長とすれば、レンズでの集光が容易となる。また、２つの半導体レーザ素子が異なる波長であっても、ピックアップを小型化することができる。

前記半導体レーザ装置において、前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子とは、共晶材を介して接合していることが好ましい。例えば、共晶材を介することでこの上にワイヤーボンディングすることができる。前記共晶材の具体例としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ等がある。該共晶材には光吸収効果を有する材料を用いることでリップル抑制効果を奏する。

前記半導体レーザ装置において、前記第１の半導体レーザ素子は、基板上に半導体層を有している。第１の半導体レーザ素子は下部に位置するため、支持基板を備えた構造とすることで、第２の半導体レーザ素子との接合時に発生するダメージが吸収されることになる。また前記基板には放熱性に優れたＧａＮやＣｕ系合金、Ｗ系合金を用いる。

前記半導体層が窒化物半導体層から成る場合には、一般式をＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）とする。また活性層は、ｎ側窒化物半導体層とｐ側窒化物半導体層との間に挟まれた構成であって、少なくともＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る層を有しており、単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造とする。ｎ側窒化物半導体層は少なくともｎ型不純物を含有したｎ型窒化物半導体層を有している。ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ等のいずれかである。またｐ側窒化物半導体層には少なくともｐ型不純物を含有したｐ型窒化物半導体層を有している。ｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ等である。

本発明の半導体レーザ装置は、ピックアップの小型化、再現性を向上した装置とすることができる。また、２つの半導体レーザ素子の発振波長が同一波長であれば、より高出力化を実現することができる。しかも、半導体層の材料が異なるものであったとしても、それぞれの半導体レーザ素子の寿命特性及び素子特性に優れた半導体レーザ装置を提供することができる。

実施の形態１．
図１は実施形態１に係る半導体レーザ装置１０の構造を模式的に示す断面図である。この半導体レーザ装置は、図２に示す上下の半導体レーザ素子が共晶材３０を介して接合したものである。第１の半導体レーザ素子１００と第２の半導体レーザ素子２００は窒化物半導体からなり、窒化物半導体基板の上面に形成されたものである。

本実施の形態における第１の半導体レーザ素子１００は、図２に示すように窒化物半導体基板１０１の第１の主面上にｎ側窒化物半導体層１２０と、Ｉｎを含有する活性層１３０と、ｐ側窒化物半導体層１４０と、前記ｐ側窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部と、前記ｐ側窒化物半導体層上にｐ電極５２とを備えており、また窒化物半導体基板の第２の主面にはｎ電極５１を備えている対向電極構造の窒化物半導体レーザ素子であって、リッジ部の両側に電流狭窄層１５０を有しており、前記窒化物半導体基板１０１の第２の主面側にはｎ電極５１を介してヒートシンクを備えている。ここで、前記窒化物半導体基板の第１の主面と第２の主面とはお互いが対向する主面である。前記半導体レーザ素子は、ｎ側半導体層とｐ側半導体層とで、Ｉｎを含有する活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とする。

また第２の半導体レーザ素子２００は、図２に示すように前記第１の半導体レーザ素子の上部に形成される。また第１の半導体レーザ素子と同様に基板２０１上にｎ側窒化物半導体層２２０と、Ｉｎを含有する活性層２３０と、ｐ側窒化物半導体層２４０と、前記ｐ側窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部と、前記ｐ側窒化物半導体層上にｐ電極５３とを備えた構造である。第２の半導体レーザ素子２００の前記ｐ電極は、共晶材３０を介して前記第１の半導体レーザ素子と接合されている。また、前記基板２０１の第２の主面にはｎ電極５４を介してワイヤーがボンディングされる。

前記共晶材３０にはワイヤー１３０がボンディングされている。この共晶材は合金化された単一層であってもよく、また導電性材料からなる多層構造であってもよい。ここで、前記ワイヤー１３０は第１の半導体レーザ素子１００のｐ電極５２、及び第２の半導体レーザ素子２００のｐ電極５３と電気的に接合している。第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子は、それぞれ独立に駆動することができる。また本実施形態での２つの半導体レーザ素子は、発振波長を同一波長のレーザ素子とする。

以下、第１の半導体レーザ素子の製造方法について説明するが、本発明は以下に限定させるわけではない。
（第１の工程）
まず、窒化物半導体基板１０１を形成する。これは、窒化物半導体から成る単体基板、その他に窒化物半導体と異なる材料であるサファイアやＳｉＣ、ＧａＡｓ等から成る支持基板を有するものであってもよい。該基板の主面は例えば（０００１）面、（１１−２０）面、又は（１−１００）面とする。尚、本明細書において、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すべきバーを表すものとする。

前記基板の主面上に、気相成長法を利用してＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から成るバッファ層を成長する（バッファ層は図示しない）。バッファ層の成長温度は９００℃以下とする。尚、該バッファ層は省略可能である。前記基板の膜厚は５０μｍ以上１０ｍｍ以下とするが、好ましくは１００μｍ以上１０００μｍ以下とする。この窒化物半導体基板１０１にはオフ角を有する基板を用いても良い。窒化物半導体基板１０１の製法には、ＥＬＯ法や選択成長法などを用いるＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相成長法、その他には超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等がある。

窒化物半導体基板１０１は、例えば面内で第１の領域と第２の領域とが周期的に分布している。ＥＬＯ法を用いて第１の領域と第２の領域とを交互にストライプ形成したものは、窒化物半導体の内部に発生する応力を緩和させる作用がはたらくため、該窒化物半導体を基板とすれば、該基板上に応力緩和層を形成することなく窒化物半導体層を膜厚５μｍ以上で積層することが可能となる。ストライプは、破線状に形成されているものを含む。
前記窒化物半導体基板の単位面積当たりの転位数が１×１０^７／ｃｍ^２以下、好ましくは１×１０^６／ｃｍ^２以下となる。これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行う。

前記窒化物半導体基板は、ＩＩＩ族元素であるＢ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等と窒素との化合物であるＧａＮ、ＡｌＮ、その他に３元や４元の混晶化合物であるＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮがある。該窒化物半導体基板は、ｎ型不純物やｐ型不純物を含有するものが好ましい。ｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等である。ｎ型不純物、又はｐ型不純物の不純物濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３〜１×１０^２０ｃｍ^−３である。また窒化物半導体基板の外周形状は特に限定されず、ウェハー状であっても、矩形状等であってもよい。ウェハー状である場合には、１インチ以上のサイズとする。

（第２の工程）
次に、オフ角を有する窒化物半導体基板の第１の主面上に窒化物半導体層１０を成長させる。本実施形態では、以下の各層をＭＯＣＶＤ法により、減圧〜大気圧の条件で成長させる。前記窒化物半導体層１０は、前記窒化物半導体基板の第１主面上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層の順で積層されている。尚、ｎ側窒化物半導体層及びｐ側窒化物半導体層は多層膜である。
ｎ側窒化物半導体層１２０としてはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．３）である。このＡｌを含有する第１のｎ側窒化物半導体層１１はラテラル成長させて形成することが好ましい。ラテラル成長させる具体的な条件としては、反応炉内での成長温度を１０００℃以上、圧力を６００Ｔｏｒｒ以下とする。また、第１のｎ側窒化物半導体層１１はクラッド層として機能させることもできる。膜厚は０．５〜５μｍである。次に第２のｎ側窒化物半導体層１２を形成する。該第２のｎ側窒化物半導体層は光ガイド層として機能するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）である。膜厚は０．５〜５μｍである。

次に活性層１３０は、少なくともＩｎを含有している一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を有する。Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。また長波長側の発光も可能であり３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでが発光可能となる。また、活性層を量子井戸構造で形成すると発光効率が向上する。ここで、井戸層の組成はＩｎの混晶が０＜ｘ≦０．５である。井戸層の膜厚としては、３０〜２００オングストロームであり、障壁層の膜厚としては、２０〜３００オングストロームである。前記井戸層と障壁層とのペアを２〜３回繰り返してなるものがしきい値を低下させて寿命特性を向上させるのに好ましい。

次に、活性層上にｐ側窒化物半導体層１４０を積層する。第１のｐ側窒化物半導体層１６としてはｐ型不純物ドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）である。第１のｐ側窒化物半導体層１６はｐ側電子閉じ込め層として機能する。次に第２のｐ側窒化物半導体層１７としてＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３のｐ側窒化物半導体層１８としてｐ型不純物ドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）、第４のｐ側窒化物半導体層１９としてｐ型不純物ドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を順に形成する。また、これらの半導体層にＩｎを混晶させてもよい。前記第１のｐ側窒化物半導体層１６は省略可能である。前記各層の膜厚としては、３０Å〜５μｍである。また、前記各層は単一層構造、２層構造、又は組成比がお互いに異なる２層からなる超格子構造であっても構わない。

本実施形態に用いるｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、またｐ型不純物としてはＭｇの他にＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。ｎ型不純物のドープ量は、１×１０^１７／ｃｍ³〜５×１０^１９／ｃｍ³であることが好ましい。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低くでき且つ結晶性を損なわない。またｐ型不純物のドープ量は、１×１０¹⁹／ｃｍ³〜１×１０²¹／ｃｍ³であることが好ましい。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると結晶性を損なわない。不純物の濃度は１×１０²¹／ｃｍ³よりも多いと窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、逆に出力が低下する傾向がある。これは変調ドープの場合も同様である。前記基板や窒化物半導体層は有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、やハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて成長させる。

（第３の工程）
窒化物半導体基板上に窒化物半導体層１０を積層したウェハーを半導体成長装置の反応容器から取り出す。次に、ｎ側窒化物半導体層をエッチングにより露出させる。ｎ側窒化物半導体層の露出面は特に限定するのもではないが本実施形態では第１のｎ側窒化物半導体層まで露出する。これによって、応力緩和の効果があるが、該工程は省略することが可能である。エッチングにはＲＩＥ法を用いＣｌ_２、ＣＣｌ_４、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４ガス等によりエッチングする。

次に、前記ｐ側窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部２０を形成する。ｐ側半導体層の最上層である第４のｐ側窒化物半導体層１９の表面にＳｉＯ_２等より成るマスクを形成する。このマスクのパターンはストライプ状のリッジ部を形成するためのパターン形状をしており、前記ストライプ状のリッジ部以外の領域をエッチングにより除去する。エッチングにはＲＩＥ法を用いＣｌ₂やＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ_３のような塩素系のガスによりエッチングする。導波路領域であるリッジ部の幅は１．０μｍ〜３０．０μｍとする。共振器の長さは３００μｍ〜１０００μｍである。シングルモードのレーザ光とする場合のリッジ部の幅は１．０μｍ〜３．０μｍとするのが好ましい。リッジ部の高さ（エッチングの深さ）は、少なくとも第３のｐ側窒化物半導体層１８を露出する範囲であればよく、第１のｐ側窒化物半導体層１６まで露出してもよい。大電流を流すことでリッジ以下では電流が急激に横方向に広がるため、リッジを形成するためのエッチング深さは第２のｐ側窒化物半導体層１７まであるのが好ましい。

（第４の工程）
次に、前記リッジ部の側面に第１の領域と第２の領域とを有する電流狭窄層１５０を形成する。この電流狭窄層１５０とは半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料から選ばれるものである。本実施形態では窒化物半導体層を用いているため電流狭窄層の具体例としては、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、その他にはＶ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物やＡｌＮである。以下に前記電流狭窄層１５０の製造工程を示す。

まず、ストライプ状のリッジ部２０の側面を第１のマスク２１で保護する（図５ａ）。ここで第１のマスク２１とｐ側半導体層の最上面である第４のｐ側窒化物半導体層との高さは略等しいものとする。次に前記リッジ部及び第１のマスクの表面にｐ電極層２２を形成する（図５ｂ）。該ｐ電極層は後工程でエッチングストップ層として機能するため、ｐ電極は多層構造とすることが好ましい。例えばＮｉとＡｕから成る２層構造であれば、まず第４のｐ側窒化物半導体層上にＮｉを５０Å〜２００Åの膜厚で形成し、次にＡｕを５００Å〜３０００Åの膜厚で形成する。より好ましくはｐ電極を３層構造とする。具体的にはＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ、又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｄの順に形成する。最終層となるＰｔやＰｄは５００Å〜５０００Åである。ｐ電極を形成した後、オーミックアニールを行う。詳細な条件としては、アニール温度を３００℃以上、好ましくは５００℃以上とする。またアニールを行う雰囲気を窒素及び／又は酸素を含有する条件とする。

次に、リフトオフによってリッジ部の両側にあるマスク及びその上にあるｐ電極層を除去することで、第４のｐ側窒化物半導体層の上にのみｐ電極層を残したｐ電極５２を形成する（図５ｃ）。ｐ電極の形成方法は工程数が簡略化することが出来るセルフ・アライメント法を用いることが好ましい。
次に、露出したｐ側半導体層の上面とｐ電極を被覆するように電流狭窄層１５０を形成する（図５ｄ）。次に、該電流狭窄層１５０に第２のマスク２３を形成する（図５ｅ）。第２のマスク２３は開口部を有するパターン形状とする。この開口部から電流狭窄層を部分的にエッチングすることで電流狭窄層を所望の形状とし、その後、第２のマスクを除去する（図５ｆ）。該電流狭窄層にはリッジストライプ部から順に第１の領域ａと第２の領域ｂとを有し、更に第１の領域ａと第２の領域ｂとの間には段差部ｃを形成する（図６）。第１の領域ａは第２のマスク２３間の開口部幅で調整されるが、第１の領域ａは０．５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以上１０μｍ以下とする。これによって、リッジ部の幅が狭い場合であっても、半導体レーザ素子同士の接合時にリッジ部の劣化を抑止することができる。また第２の領域ｂは３０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上とする。これによって半導体レーザ素子同士の接合時に生じる衝撃を吸収することができる。
更に第１の領域ａと第２の領域ｂとの段差となる段差部ｃは０．５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下とする。これによって、半導体レーザ素子同士の接合時に生じる衝撃を前記電流狭窄層１５０で吸収することができる。段差部ｃが０．５μｍより小さければリッジ部にかなりの衝撃を与えることになる。また、段差部ｃが上記範囲より大きくなると半導体レーザ素子の発光点間距離が遠くなり好ましくない。リッジ部の底面から電流狭窄層の上面までの高さｄは、段差部ｃとリッジ部の高さや電極５２によって決まるが、１００μｍ以下とすればよい。

（第５の工程）
その後、前記窒化物半導体基板１０１の第２の主面にｎ電極５１を形成する。窒化物半導体基板の第２の主面にｎ電極をＣＶＤやスパッタ、蒸着等で形成する。該電極は、少なくともＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆから成る群より選ばれる少なくとも１つを有する。また前記電極における多層構造の最上層はＰｔまたはＡｕであることで電極からの放熱性を向上させることが可能となり好ましい。ｎ電極の膜厚としては１００００Å以下、好ましくは６０００Å以下とする。ｎ電極を多層構造とする場合には、具体的には第１の層をＶ、又はＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ等とする。ここで第１の層の膜厚は５００Å以下とする。また第１の層をＷとすれば３００Å以下とすることが良好なオーミック特性を得ることができ好ましい。第１の層をＶとすれば耐熱性が向上するため好ましい。ここで、Ｖの膜厚は５０Å以上３００Å以下、好ましくは７０Å以上２００Å以下とすることで良好なオーミック特性を得ることができる。

前記ｎ電極５１をＴｉ／Ａｌの順に形成する場合には、該ｎ電極の膜厚は１００００Å以下であって、例えば膜厚は１００Å／５０００Åとなる。またｎ電極としては窒化物半導体基板の第２の主面側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層すれば膜厚は６０Å／１０００Å／３０００Åである。またｎ電極を形成した後、３００℃以上でアニールしてもよい。
前記ｎ電極は、矩形状に形成される。ｎ電極は前記第２の主面側に、後工程である窒化物半導体基板をバー化するためのスクライブ工程においてスクライブラインとなる領域を除く範囲にパターン形成される。更にメタライズ電極（省略可能）もｎ電極と同様のパターン形状でｎ電極上に形成されると、スクライブし易くなり劈開性が向上する。メタライズ電極としてはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｉ、Ａｕ／Ｇｅ等を用いることができる。

（第６の工程）
ｎ電極５１を形成した後、ストライプ状のｐ電極５２に垂直な方向であって、半導体層の共振面を形成するためにウェハーをバー状に分割する。ここで、共振面は、Ｍ面（１−１００）やＡ面（１１−２０）とする。ウェハーをバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク、又はプレスブレイクがある。

ウェハーをバー状に分割した後、劈開により形成された共振面に反射ミラーを形成することもできる。反射ミラーはＳｉＯ_２やＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５等から成る誘電体多層膜である。前記反射ミラーは、共振面の光反射側、及び／又は光出射面に形成する。その後、バー状となった窒化物半導体基板を電極のストライプ方向に平行に分割して窒化物半導体レーザ素子をチップ化する。半導体レーザ素子としてチップ化した後の形状は矩形状であって、該矩形状の共振器長は１０００μｍ以下とする。以上より第１の半導体レーザ素子を形成する。

次に、第２の半導体レーザ素子の製造方法について説明する。本実施形態における第２の半導体レーザ素子は、以下に示す条件以外は第１の半導体レーザ素子と同様の製造方法で形成される。
第２の半導体レーザ素子のリッジ部幅は１．０μｍ〜３０．０μｍであって、好ましくは第１の半導体レーザ素子のリッジ部幅よりも幅が広いものとする。第２の半導体レーザ素子２００における電流狭窄層１６０はリッジ側面及び窒化物半導体層の露出面に形成されていればよい（図２）。第２の半導体レーザ素子の共振器長は第１の半導体レーザ素子よりも共振器長が１００μｍ程度短いものとする。例えば、第１の半導体レーザ素子の共振器長を７００μｍとすれば、第２の半導体レーザ素子の共振器長は６００μｍである。これによってワイヤーボンディングする領域を確保する。

次に、前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子とを用いた半導体レーザ装置の製造方法について順に説明する。
（第１工程）
第１の半導体レーザ素子１００と第２の半導体レーザ素子２００とは共晶材料を介して接合される。該共晶材料にはＡｕとＳｎとの合金、ＡｇとＳｎとの合金、ビスマス系合金等を用いる。共晶温度は５００℃以下として圧着で接合させる。また膜厚は１μｍ〜１０μｍである。

（第２工程）
次に第１の半導体レーザ素子の基板の第２主面に圧着によって共晶材を介してヒートシンク部材に設置する。ヒートシンク部材にはＧａＮやＡｌＮ等の窒化物、その他にはＳｉＣ、Ｃｕ、Ａｌ等を用いる。共晶材はＡｕとＳｎとの合金、ＡｇとＳｎとの合金、ビスマス系合金等を用い、実装温度は５００℃以下とする。
次に、第１の半導体レーザ素子の開口部にワイヤーボンディングを行う。また、第２の半導体レーザ素子のｎ電極側にもワイヤーボンディングを行う（図７）。また、第２の半導体レーザ素子の基板に凹凸を形成して空冷機能を持たせることもできる（図８）。

また本発明は半導体レーザ素子を１チップとする構成に限定されるものではなく、第１の半導体レーザ素子及び／又は第２の半導体レーザ素子をアレイ構造とすることもできる。リッジ部を有する半導体レーザ素子を複数備えたバー状の状態、又は複数のリッジ部を有する半導体素子をバー状の状態でリッジストライプ部の上面同士が向かい合って接合することは各リッジ部に接合時の衝撃が発生するが、本発明の電流狭窄層によってこのような衝撃を吸収して、各リッジ部に発生しやすいクラックを抑止することができる。ここで、複数とは２以上であれば、特に限定しない。

実施の形態２．
図３は実施形態２に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に示す断面図である。この半導体レーザ装置は、図４に示す上下の半導体レーザ素子が共晶材３０を介して接合したものである。第１の半導体レーザ素子３００と第２の半導体レーザ素子４００は窒化物半導体からなり、窒化物半導体基板の上面に形成されたものである。

第１の半導体レーザ素子３００のリッジ部と略同一の高さに電流狭窄層１５０の第１の領域ａあって、その横に第２の領域ｂがある。リッジ部と前記電流狭窄層の第１領域ａ上にはｐ電極５２が形成されている。また、第２の半導体レーザ素子のｐ電極５３はリッジ上部のみ形成されている場合やリッジ上部及び電流狭窄層上部に形成されている場合がある。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施形態における第１の半導体レーザ素子の製造工程を以下に示す。半導体層にストライプ状のリッジ部を形成する。次に電流狭窄層をリッジ部の高さまで形成して最上層を平坦化する。次にｐ電極５２をリッジ部及び第１の領域ａ上にパターン形成する。その後、電流狭窄層を再成長させて前記ｐ電極より高い第２の領域ｂを形成する。この第１の半導体レーザ素子の前記ｐ電極５２は素子接合時の応力吸収層としても機能するため、半導体レーザ装置の寿命特性向上には好ましい。

実施形態３．
本実施形態は異なる発振波長をした２波長集積半導体レーザ装置である。第１の半導体レーザ素子をＩｎＡｌＧａＮ系４００ｎｍ帯半導体レーザとする。第２の半導体レーザ素子をＩｎＧａＡｌＰ系６５０ｎｍ帯半導体レーザとする。半導体レーザ素子はそれぞれ独立に駆動することができる。
本実施形態における第２の半導体レーザ素子は次のように形成する。先ずＧａＡｓ基板上にｎ側ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層、ＩｎＧａＡｌＰ活性層、ＩｎＧａＡｌＰ光ガイド層、ｐ側ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ｐ側ＩｎＧａＰコンタクト層を順次積層する。その他の構成や条件は実施形態１と同様とする。ＧａＮ系半導体は熱伝導性に優れているため、ＩｎＧａＡｌＰ系６５０ｎｍ帯半導体レーザを前記第１の半導体レーザ素子の上に形成されていても、特に発熱の問題もなく良好に動作することができる。

本発明の半導体レーザ装置は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、バイオ関連の励起用光原、光通信システム、露光用途、測定等に利用することができる。特定波長に感度を有する物質に窒化物半導体レーザから得た光を照射することで、その物質の有無、または位置を検出することができるバイオ関連の励起用光原等である。

本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の一製造工程を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の模式的側面図である。 本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の模式的側面図である。

符号の説明

３０…共晶材、５１…ｎ電極、５２…ｐ電極、５３…ｐ電極、５４…ｎ電極、１００…第１の半導体レーザ素子、１０１…基板、１２０…ｎ側半導体層、１３０…活性層、１４０…ｐ側半導体層、１５０…電流狭窄層、１６０…電流狭窄層、２０１…基板、２２０…ｎ側半導体層、２３０…活性層、２４０…ｐ側半導体層

Claims (7)

1. 第１の半導体レーザ素子と該第１の半導体レーザ素子上にある第２の半導体レーザ素子とのリッジストライプ部の上面同士が互いに向かい合ってなる半導体レーザ装置であって、
   前記第１の半導体レーザ素子は、リッジストライプ部の両側に電流狭窄層を有しており、
   該電流狭窄層にはリッジストライプ部から離れるに従って順に高さが異なる第１の領域と、第２の領域とを備えており、該第２の領域は前記リッジストライプ部の上面よりも高い半導体レーザ装置。
2. 前記第１の半導体レーザ素子における電流狭窄層の第１の領域は、前記リッジストライプ部の上面と略同じ高さである請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記第２の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ部の幅は、前記第１の半導体レーザ素子におけるリッジストライプ部の幅よりも広い請求項１に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記第１の半導体レーザ素子の共振器は、第２の半導体レーザ素子の共振器よりも長い請求項１に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記第１の半導体レーザ素子の発光点と、前記第２の半導体レーザ素子の発光点との距離は、１０μｍ以下である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
6. 前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子とは、共晶材を介して接合している請求項１に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記第１の半導体レーザ素子は、基板上に半導体層を有している請求項１乃至６に記載の半導体レーザ装置。
   
   

Images