JP2002111137A

JP2002111137A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2002111137A
Application number: JP2001212979A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kume; 雅博粂; Isao Kidoguchi; 勲木戸口; Yuzaburo Ban; 雄三郎伴; Satoshi Kamiyama; 智上山; Ayumi Tsujimura; 歩辻村; Akihiko Ishibashi; 明彦石橋; Yoshiteru Hasegawa; 義晃長谷川; Ryoko Miyanaga; 良子宮永
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】低抵抗化を図る半導体レーザ素子のジャンク
ションダウン・ボンディングを容易に且つ確実に行なえ
るようにし、また、基板の劈開時のリッジ部を保護でき
るようにする。【解決手段】基板１１のエピタキシャル層における中
央部には、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導
体層１４を含む凸状部からなる共振器形成部が形成され
ている。共振器形成部におけるｐ型半導体層１４の上部
には中央部がストライプ状に突出したリッジ部１４ａが
形成されている。共振器形成部の側方であって、ｎ型半
導体層１２の露出部には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極
１６が形成されている。ｎ側電極１６のｐ側電極１５側
の領域、並びにｐ側電極１５を除く共振器形成部の上面
及び側面は、それぞれＳｉＮからなる絶縁膜１７に覆わ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、特に基板の劈開時のリッジ部を保護できる半導
体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物系化合物半導体レーザ装置は、活
性層にＩｎＧａＮからなる混晶を用い、クラッド層にＡ
ｌＧａＮからなる混晶を用いることにより、波長が４０
０ｎｍ〜４３０ｎｍの青紫色のレーザ光を発振できるた
め、高密度光ディスク用の光源として実用化が期待され
ている。

【０００３】最近、中村らはサファイア基板上に有機金
属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法により作製した半導
体レーザ素子を用いて、室温で１０００時間を超える連
続動作に成功している（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，Ｖｏｌ．７２，Ｎｏ．２，ｐｐ．２１１−２１
３，１９９８）。

【０００４】サファイアからなる絶縁性基板上に、ｎ型
半導体とｐ型半導体とを積層したｐｎ接合からなる半導
体レーザ素子の場合は、ｐ型半導体に電流を流すｐ側電
極とｎ型半導体に電流を流すｎ側電極とを基板の同一面
側に、すなわち、エピタキシャル層側に形成しなければ
ならない。

【０００５】以下、特開平９−３２１３８１号公報に開
示されている従来の窒化物系半導体レーザ素子について
図面を参照しながら説明する。

【０００６】図６は従来の窒化物系半導体レーザ素子に
おけるレーザ光の出射方向に垂直な方向の断面構成を概
略的に示している。図６に示すように、サファイアから
なる基板１０１上には、ｎ型半導体層１０２、活性層１
０３及びｐ型半導体層１０４が順次形成されている。ｐ
型半導体層１０４の上部には断面凸形状でレーザ光の出
射方向に延びる畝状のリッジ部１０４ａが形成され、該
リッジ部１０４ａの上面にはｐ側電極１０５が形成され
ている。さらに、リッジ部１０４ａの両側にはｎ型半導
体層１０２が露出し、露出した領域にｎ側電極１０６が
形成されている。

【０００７】このように、ｎ側電極１０６をｐ側電極１
０５の両側に形成することによって、ｎ側電極１０６と
ｎ型半導体層１０２との接触面積を大きくしている。こ
のため、ｎ側電極１０６のコンタクト抵抗が小さくなっ
て動作電圧が低減すると共に、ｐ側電極１０５の両側に
電流を流すことにより、活性層１０３に注入される電流
の偏りがなくなるので、光出力特性が向上する。

【０００８】図６に示すように、ｐ側電極１０５から流
入する電流はｎ型半導体層１０２を基板面に平行に流れ
るが、ｎ型半導体層１０２の厚さが２μｍ〜３μｍと小
さいため、抵抗（シート抵抗）により電圧が上昇する。
従って、ｎ側電極１０６のｐ側電極１０５側の端部とｐ
側電極１０５のｎ側電極１０６側の端部との間隔ｄ１は
小さい程望ましく、本公報においては間隔ｄ１を１００
μｍ以下と規定している。

【０００９】一般に、半導体レーザ素子は活性層や電極
等の抵抗値が大きい領域で発熱するため、発生する熱を
効率良く放熱することがレーザ素子の長寿命化を図る上
で重要となる。このため、素子形成面側（ｐｎ接合側）
を熱伝導率が大きい保持体（マウント）とボンディング
する、いわゆるジャンクションダウン・ボンディングを
行なうことにより、放熱の効率を向上させている。ここ
で、ジャンクションダウン・ボンディングとは、絶縁性
で且つ熱伝導率が大きい炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモ
ンド（Ｃ）、窒化ホウ素（ＢＮ）又は窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）等からなる保持体の主面上にレーザ素子のｐ
側電極及びｎ側電極にそれぞれ対向する電極を設けてお
き、レーザ素子の電極と支持体の電極とを電気伝導及び
熱伝導に優れる半田材や銀ペースト材を用いて接合する
方法をいう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の窒化物系半導体レーザ素子は、ジャンクションダウ
ン・ボンディングを行なわずに、熱伝導率が小さい基板
１０１側を保持体とボンディングしているため、レーザ
素子の温度上昇が著しく、レーザ素子の特性や信頼性が
低くなる。

【００１１】このため、前記従来の窒化物系半導体レー
ザ素子のようにｐ側電極１０５とｎ側電極１０６との距
離を極めて小さくして低抵抗化を図ったレーザ素子を放
熱性の向上のためにジャンクションダウン・ボンディン
グを行なおうとすると、保持体との位置合わせが困難と
なるという第１の問題が生じる。

【００１２】すなわち、図６に示すように、ｐ側電極１
０５とｎ側電極１０６との間隔ｄ１が１００μｍ以下と
なると、ｎ側電極１０６同士の間隔ｄ２が、幅が１０μ
ｍ以下のｐ側電極と合わせて２１０μｍ以下となる。半
導体レーザ素子の共振器長は０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度で
あるため、保持体の主面上における、レーザ素子のｎ側
電極に挟まれるｐ側電極と対向する電極は幅寸法が長さ
寸法と比べて極めて小さい形状となり、レーザ素子と保
持体とを精度良く位置合わせを行なわないと、レーザ素
子のｐ側電極が保持体のｎ側電極と、また、レーザ素子
のｎ側電極が保持体のｐ側電極とショートしやすくな
る。

【００１３】また、半導体レーザは結晶面を共振器ミラ
ーとして機能させており、この共振器ミラーの形成はサ
ファイアからなる基板を適当に劈開することにより行な
っている。窒化物半導体は六方晶系の結晶構造を有して
おり、立方晶のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化イン
ジウム（ＩｎＰ）と比べて劈開性が弱く、劈開により共
振器ミラーを形成することは困難である。

【００１４】しかも、サファイア上にエピタキシャル成
長する窒化物半導体はサファイアの結晶面と３０度ずれ
ているため、サファイアが劈開しやすい面と窒化物半導
体結晶が劈開しやすい面とが一致せず、共振器ミラーを
劈開により形成することを一層困難にしている。

【００１５】窒化物半導体層からミラー面を得るにはＡ
面（＝（１−１００）面）が得やすいが、このときのサ
ファイアはＡ面と３０度ずれたＭ面となって基板が良好
に劈開されない。従って、基板が良好に劈開されない
と、エピタキシャル層もクラックが入りやすくなり、特
に、図６に示すリッジ部１０４ａが欠けやすくなるとい
う第２の問題がある。なお、本願においては、面方位の
指数のうち負符号「−」に続く指数を反転した指数とす
る。

【００１６】前記の特開平９−３２１３８１号公報にお
いては、劈開後の共振器面を研磨している。このとき、
リッジ部１０４ａの欠けた部分が大きいと、損傷部分に
対して研磨を行なって該損傷部分をすべて取り除かなけ
ればならず、長時間の研磨を必要とする上に、研磨によ
る研磨くずのミラー面へのコンタミネーションや研磨時
の発熱等の新たな問題が発生する。従って、劈開時のリ
ッジ部１０４ａ周辺部への損傷をできるだけ抑えること
が重要となる。

【００１７】本発明は、前記従来の問題を解決し、低抵
抗化を図る半導体レーザ素子のジャンクションダウン・
ボンディングを容易に且つ確実に行なえるようにするこ
とを第１の目的とし、基板の劈開時のリッジ部を保護で
きるようにすることを第２の目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザ装置は、前記第１の目的を達成し、絶縁性基板の主面
上に順次形成された第１導電型の第１の半導体層、活性
層及び第２導電型の第２の半導体層からなり、第１の半
導体層が第２の半導体層側に露出部を有する積層体と、
第１の半導体層の露出部に設けられた第１のレーザ電極
と、第２の半導体層における第１の半導体層の反対側の
面に設けられた第２のレーザ電極とを有する半導体レー
ザ素子と、主面上における第１のレーザ電極と対向する
位置に第１の保持体電極を有すると共に第２のレーザ電
極と対向する位置に第２の保持体電極を有しており、主
面が絶縁性基板の主面と互いに対向すると共に、第１の
レーザ電極と第１の保持体電極とが接続し且つ第２のレ
ーザ電極と第２の保持体電極とが接続するように半導体
レーザ素子を保持している保持体とを備え、第１のレー
ザ電極における第２のレーザ電極側の領域は絶縁膜に覆
われており、第１の保持体電極は、第１のレーザ電極に
おける絶縁膜に覆われていない領域と接続されている。

【００１９】本発明の半導体レーザ装置によると、第１
のレーザ電極における第２のレーザ電極側の領域は絶縁
膜に覆われており、第１の保持体電極は、第１のレーザ
電極における絶縁膜に覆われていない領域と接続されて
いるため、低抵抗化のために第１のレーザ電極及び第２
のレーザ電極との間隔を小さくした半導体レーザ素子で
あっても、半導体レーザ素子の内部においては動作電流
が短い距離を流れる一方、保持体と対向する外部側は第
１のレーザ電極と第２のレーザ電極との実質的な距離が
大きくなるので、実装位置のマージンが大きくなる。

【００２０】本発明に係る第１の半導体レーザ素子は、
前記第２の目的を達成し、絶縁性基板の主面上に順次形
成された第１導電型の第１の半導体層、活性層及び第２
導電型の第２の半導体層とからなる積層体と、積層体の
上側部分に、第１の半導体層、活性層及び第２の半導体
層を含むように形成された凸状部からなり、レーザ光の
出射方向を規制する共振器形成部と、第１の半導体層の
上における共振器形成部の側方に設けられた第１のレー
ザ電極と、共振器形成部の上部のほぼ中央部に互いに間
隔をおいて形成され且つ出射方向に延びる一対の溝部同
士の間に設けられたリッジ部と、リッジ部の上面に設け
られた第２のレーザ電極とを備えている。

【００２１】第１の半導体レーザ素子によると、凸状部
からなる共振器形成部の上部のほぼ中央部に、互いに間
隔をおいて形成され且つレーザ光の出射方向に延びる一
対の溝部同士の間に設けられたリッジ部を備えているた
め、共振器形成部の上部におけるリッジ部の外側には該
リッジ部の両端部を保護する領域が形成される。本願に
おいては、この領域をダミーポストと呼ぶことにする。

【００２２】本発明に係る第２の半導体レーザ素子は、
第１の目的及び第２の目的を達成し、絶縁性基板の主面
上に順次形成された第１導電型の第１の半導体層、活性
層及び第２導電型の第２の半導体層とからなる積層体
と、積層体の上部に第１の半導体層に達するように形成
され、レーザ光の出射方向を規制する溝部と、積層体に
おける溝部の側方に形成され、第１の半導体層、活性層
及び第２の半導体層を含む共振器形成部と、積層体にお
ける溝部に対して共振器形成部と反対側の領域に形成さ
れ、基板面からの高さが共振器形成部の基板面からの高
さとほぼ等しいダミーポストと、溝部の内部における第
１の半導体層の上に設けられた第１のレーザ電極と、共
振器形成部における第２の半導体層の上に設けられ、レ
ーザ光の出射方向にストライプ状に延びる第２のレーザ
電極と、第１のレーザ電極、ダミーポストの側面及び上
面に跨るように形成された配線電極とを備えている。

【００２３】第２の半導体レーザ素子によると、積層体
における溝部の側方に、基板面からの高さが共振器形成
部の基板面からの高さとほぼ等しいダミーポストを備え
ているため、基板の劈開時に第２の半導体層における第
２のレーザ電極形成部分の損傷を防止できる。また、ダ
ミーポストは基板面からの高さが共振器形成部の基板面
からの高さとほぼ等しくなるように形成されているた
め、ジャンクションダウン・ボンディングを行なう際
に、保持体上に形成された第１のレーザ電極及び第２の
レーザ電極とそれぞれ対向する保持体電極との接触がほ
ぼ同時に行なわれるので、共振器形成部に加わる応力を
小さくできる。

【００２４】第２の半導体レーザ素子は、絶縁性基板よ
りも熱伝導率が大きい絶縁体からなり、主面上における
第１のレーザ電極と対向する位置に第１の保持体電極を
有すると共に第２のレーザ電極と対向する位置に第２の
保持体電極を有しており、主面が絶縁性基板の主面と互
いに対向すると共に、第１のレーザ電極と第１の保持体
電極とが導電性接合材を介して接続し且つ第２のレーザ
電極と第２の保持体電極とが導電性接合材を介して接続
するように半導体レーザ素子を保持している保持体をさ
らに備えていることが好ましい。

【００２５】第２の半導体レーザ素子において、該第２
の半導体レーザ素子が保持体にボンディングされている
場合に、溝部に、酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒
化アルミニウム又はダイヤモンドからなる充填材が充填
されていることが好ましい。

【００２６】本発明に係る第３の半導体レーザ素子は、
前記第２の目的を達成し、第１導電型を有する導電性基
板の主面上に順次形成された第１導電型の第１の半導体
層、活性層及び第２導電型の第２の半導体層とからなる
積層体と、導電性基板の下面に設けられた第１のレーザ
電極と、積層体の上部に互いに間隔をおいて形成され且
つレーザ光の出射方向に延びる一対の溝部同士の間に設
けられたリッジ部と、リッジ部の上面に設けられた第２
のレーザ電極とを備えている。

【００２７】第３の半導体レーザ素子によると、導電性
基板を用いた場合であっても、積層体の上部に互いに間
隔をおいて形成され且つレーザ光の出射方向に延びる一
対の溝部同士の間に設けられたリッジ部を備えているた
め、積層体における各溝部に対するリッジ部と反対側の
領域にはそれぞれ積層体の第２の半導体層が広がってい
るので、基板の劈開時に第２の半導体層における電極形
成部分の損傷を防止できる。

【００２８】第３の半導体レーザ素子において、積層体
の上におけるリッジ部の上面を除く領域には溝部を含む
全面にわたって絶縁膜が形成されていることが好まし
い。このようにすると、積層体のリッジ部の上面を除く
領域に設けられた絶縁膜の上に配線電極を設ければ、該
配線電極における溝部を除く領域が、積層体がエッチン
グされていない領域であるため、配線電極におけるリッ
ジ部の基板面からの高さと他の領域の基板面からの高さ
とがほぼ等しくなる。

【００２９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明に係る
第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００３０】図１は本発明の第１の実施形態に係る窒化
物系半導体レーザ装置におけるレーザ光の出射方向に垂
直な方向の断面構成を示している。図１において、１０
は半導体レーザ素子であり、２０は半導体レーザ素子１
０を保持する、例えば、絶縁体で且つ熱伝導に優れるＳ
ｉＣからなる保持体である。図１に示すように、半導体
レーザ素子１０は、該半導体レーザ素子１０の素子形成
面が保持体２０の主面と対向するジャンクションダウン
・ボンディングにより接合されている。

【００３１】半導体レーザ素子１０は、Ｃ面（＝（００
０１）面）を持つサファイアからなる基板１１の主面上
に、ｎ型ＧａＮ及びｎ型ＡｌＧａＮが積層されてなるｎ
型半導体層１２と、ＩｎＧａＮを含む多重量子井戸構造
を有する活性層１３と、ｐ型ＧａＮ及びｐ型ＡｌＧａＮ
が積層されてなるｐ型半導体層１４とが順次形成された
積層体としてのエピタキシャル層を有している。

【００３２】基板１１のエピタキシャル層における中央
部には、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体
層１４を含む凸状部からなり、レーザ光の出射方向を規
制する共振器形成部が形成されており、さらに、共振器
形成部におけるｐ型半導体層１４の上部には中央部がス
トライプ状に突出したリッジ部１４ａが形成されてい
る。リッジ部１４ａ上にはニッケル（Ｎｉ）／金（Ａ
ｕ）又はマグネシウム（Ｍｇ）／金（Ａｕ）からなる第
２のレーザ電極としてのｐ側電極１５が形成されてい
る。

【００３３】共振器形成部の両側であって、ｎ型半導体
層１２の露出部には、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム
（Ａｌ）又はチタン（Ｔｉ）／モリブデン（Ｍｏ）から
なる第１のレーザ電極としてのｎ側電極１６がそれぞれ
形成されている。なお、ｐ側電極１５はｐ型ＧａＮと接
触し、ｎ側電極１６はｎ型ＧａＮと接触する方がコンタ
クト抵抗を減らす上で有効である。

【００３４】本実施形態の特徴として、ｎ側電極１６の
ｐ側電極１５側の領域、並びにｐ側電極１５を除く共振
器形成部の上面及び側面は、それぞれ窒化シリコン（Ｓ
ｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）又は酸化アルミニウ
ム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）からなる絶縁膜１７に覆われている。

【００３５】共振器形成部のｐ側電極１５及び絶縁膜１
７を含む上面にはｐ側配線電極１８が形成されている。
ここで、ｐ側配線電極１８には、チタン（Ｔｉ）／金
（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）／金（Ａｕ）又はチタン（Ｔ
ｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）が用いられる。

【００３６】保持体２０の主面上には、半導体レーザ素
子１０のｐ側配線電極１８及びｎ側電極１６とそれぞれ
対向する位置に第２の保持体電極としてのｐ側保持体電
極２１及び第１の保持体電極としてのｎ側保持体電極２
２がそれぞれ形成されており、保持体２０の主面と半導
体レーザ素子１０の主面側とを対向させることにより該
半導体レーザ素子１０を保持している。互いに対向する
ｐ側配線電極１８及びｐ側保持体電極２１並びにｎ側電
極１６及びｎ側保持体電極２２はそれぞれ電気伝導及び
熱伝導に優れる鉛スズ系の半田、金スズ系の半田又は銀
ペーストからなる導電性接合材２３により接合されてい
る。

【００３７】このように、本実施形態によると、半導体
レーザ素子１０は、ｐ側電極１５とｎ側電極１６との距
離を短縮して低抵抗化を図りながら、ｎ側電極１６のｐ
側電極１５側の一部分の領域が絶縁膜１７により覆われ
ているため、保持体２０にボンディングする際に各保持
体電極２１，２２との接続位置のマージンが実質的に大
きくなる。従って、ジャンクションダウン・ボンディン
グ時の各電極間のショートを防止できる。これにより、
窒化物系の半導体レーザ素子１０の低抵抗化と放熱性の
向上とを両立できる。

【００３８】なお、保持体２０に形成されたｐ側保持体
電極２１とｎ側保持体電極２２との距離を大きくするだ
けでは、半導体レーザ素子１０を保持体２０にボンディ
ングする際に保持体２０の主面に対して半導体レーザ素
子１０が回転してずれると、例えば、半導体レーザ素子
１０のｎ側電極１６とｐ側保持体電極２１とがショート
するおそれがある。

【００３９】以下、前記のように構成された窒化物系半
導体レーザ装置の製造方法の概略を説明する。

【００４０】まず、主面にＣ面を持つサファイアからな
る基板１１上に、例えば、III 族源であるトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）並びに窒素源であ
るアンモニア（ＮＨ₃ ）を原料とするＭＯＶＰＥ法を用
いて、基板温度を１０００℃に加熱しながら、ｎ型半導
体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４を順次エピ
タキシャル成長させることにより、窒化物半導体からな
る積層体を形成する。

【００４１】ここで、ｎ型半導体層１２にはｎ型ドーパ
ントであるシリコン（Ｓｉ）をドープし、ｐ型半導体層
１４にはｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）を
ドープする。また、絶縁性の基板１１には、サファイア
に限らず、スピネル（ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ）、酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の単結晶を用
いてもよい。

【００４２】次に、エピタキシャル層が形成された基板
１１を反応炉から取り出し、ｐ型半導体層１４の上面の
所定領域に、例えばＮｉ及びＡｕを順次蒸着させてｐ側
電極１５を形成する。その後、基板１１をイオンミリン
グ装置に投入し、ｐ側電極１５をマスクとしてアルゴン
（Ａｒ）イオンを用いてｐ型半導体層１４に対してエッ
チングを行なうことにより、ｐ型半導体層１４からなり
幅が約３μｍのリッジ部１４ａを形成する。

【００４３】次に、基板１１上の共振器形成部をマスク
し、イオンミリング装置又は反応性イオンエッチング装
置を用いてｎ型半導体層１２が露出するまでエッチング
を行なって、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半
導体層１４を含む凸形状の共振器形成部を形成する。

【００４４】次に、ｎ型半導体層１２上における共振器
形成部の両側に、例えばＴｉ及びＡｌを順次蒸着させ、
幅が約１５０μｍで且つｐ側電極１５の側部との間隔が
２０μｍ程度のｎ側電極１６を形成する。

【００４５】次に、ｎ側電極１６のｐ側電極１５側の領
域並びにｐ側電極１５を除く共振器形成部の上面及び側
面に、例えばＳｉＮからなる絶縁膜１７を堆積させる。
その後、共振器形成部のｐ側電極１５及び絶縁膜１７を
含む上面にｐ側配線電極１８を形成して、リッジ部１４
ａ上の幅が極めて小さいｐ側電極１５の幅を実質的に広
くすることにより、電流の注入を容易にする。

【００４６】次に、基板１１の裏面に対して厚さが７０
μｍとなるまで研磨を行ない、続いて、ダイヤモンドス
クライバを用いて基板１１を劈開して共振器長が約７０
０μｍの半導体レーザ素子１０を得る。

【００４７】続いて、各保持体電極２１，２２が形成さ
れた保持体２０の主面と半導体レーザ素子１０の素子形
成面とを各電極が対向するように位置合わせを行ない、
その後、例えば鉛スズ系の半田からなる導電性接合材２
３を用いて保持体２０と半導体レーザ素子１０とを接合
する。

【００４８】このようにして得られた半導体レーザ装置
にパルス電流を印加して波長が４００ｎｍ前後のレーザ
光を発振させたところ、発振動作電流が１００ｍＡの場
合に、光出力が５ｍＷで動作電圧が５Ｖの優れた電気的
光学的特性を示すことを確認している。

【００４９】なお、本実施形態においては、活性層１３
を含む共振器形成部が基板１１上に突出する形状とした
が、これに限らず、活性層１３がエピタキシャル層中に
埋め込まれた埋め込みヘテロ（ＢＨ）型レーザ装置であ
ってもよい。

【００５０】また、ｎ側電極１６を共振器形成領域の両
側に設けたが、いずれか一方でもよい。

【００５１】また、保持体２０に、ＳｉＣを用いたが、
これに限らず、絶縁体で且つ熱伝導率が大きいＢＮ、Ａ
ｌＮ又はダイヤモンドを用いてもよい。

【００５２】（第２の実施形態）以下、本発明に係る第
２の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００５３】図２は本発明の第２の実施形態に係る窒化
物系半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射方向に垂
直な方向の断面構成を示している。図２に示すように、
半導体レーザ素子３０Ａは、Ｃ面を持つサファイアから
なる基板３１の主面上に、ｎ型ＧａＮ及びｎ型ＡｌＧａ
Ｎが積層されてなるｎ型半導体層３２と、ＩｎＧａＮを
含む多重量子井戸構造を有する活性層３３と、ｐ型Ｇａ
Ｎ及びｐ型ＡｌＧａＮが積層されてなるｐ型半導体層３
４とが順次形成された積層体としてのエピタキシャル層
を有している。

【００５４】基板３１のエピタキシャル層における中央
部には、ｎ型半導体層３２、活性層３３及びｐ型半導体
層３４を含むように形成された凸状部からなり、レーザ
光の出射方向を規制する共振器形成部１が形成されてい
る。さらに、共振器形成部１におけるｐ型半導体層３４
の上部のほぼ中央部には、互いに間隔をおき且つ出射方
向に延びる一対の溝部に挟まれた幅が約３μｍのリッジ
部３４ａが形成されている。また、共振器形成部１の上
部におけるリッジ部３４ａの両側部側には、一対の溝部
によりリッジ部３４ａと分離された、それぞれ幅が約３
０μｍの一対のダミーポスト３４ｂが形成されている。

【００５５】リッジ部３４ａの上面には、例えばＮｉ／
Ａｕからなる第２のレーザ電極としてのｐ側電極３５が
形成され、ｎ型半導体層３２上における共振器形成部１
の両側には、例えばＴｉ／Ａｌからなり、幅が約１５０
μｍの第１のレーザ電極としてのｎ側電極３６がそれぞ
れ形成されている。

【００５６】ｎ側電極３６の共振器形成部１側の領域並
びにｐ側電極３５を除く共振器形成部１の上面及び側面
は、それぞれＳｉＮからなる絶縁膜３７Ａ，３７Ｂに覆
われており、共振器形成部１のｐ側電極３５及び絶縁膜
３７Ｂを含む頂面のほぼ全面には、例えばＴｉ／Ａｕか
らなるｐ側配線電極３８が形成されている。

【００５７】さらに、ｎ型半導体層３２上における、各
ｎ型電極３６に対する共振器形成部１の反対側の領域に
は、例えばＴｉ／Ａｕからなるｎ側配線電極３９が各ｎ
型電極３６との重なり部分の幅が約５０μｍとなるよう
に形成されている。

【００５８】このように、本実施形態によると、半導体
レーザ素子３０Ａにおける活性層３３にストライプ状に
電流を注入するリッジ部３４ａの両側を溝部で分離され
た一対のダミーポスト３４ｂを有しているため、共振器
ミラー形成時に、リッジ部３４ａが欠けてしまうという
不具合を防止でき、面が平坦な劈開面を得やすくなる。
良好な劈開面が得られれば、レーザ共振器ミラーは完成
となるが、劈開面に凹凸が残る場合には、さらに研磨に
よる仕上げが必要となる。この場合でも、劈開時にリッ
ジ部３４ａが欠けにくくなるので、研磨時間を短くする
ことができスループットが向上する。ちなみに、第１の
実施形態においてはミラー形成時の歩留まりが６０％で
あったが、第２の実施形態においては９０％にまで向上
している。

【００５９】また、ｐ側電極３５とｎ側電極３６との間
隔を短縮して低抵抗化を図りながら、ｎ側電極３６のｐ
側電極３５側が絶縁膜３７Ａにより覆われているため、
保持体（図示せず）にボンディングする際に各保持体電
極との接合位置のマージンが実質的に大きくなる。従っ
て、ジャンクションダウン・ボンディング時の各電極間
のショートを防止できる。これにより、窒化物系の半導
体レーザ素子３０Ａの低抵抗化と放熱性の向上とを両立
できると共に、リッジ部３４ａの形成時の歩留まりを向
上できる。

【００６０】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ素子３０Ａの製造方法について第１の実施形態の半導
体レーザ素子１０との差異のみを説明する。

【００６１】まず、基板３１上にエピタキシャル層を成
長させた後、共振器形成部１上のリッジ部形成領域及び
ダミーポスト形成領域に、ｐ型電極形成用で且つ溝部形
成領域に開口部を持つ金属膜を形成し、該金属膜をマス
クとしてｐ型半導体層３４に対してイオンミリングによ
るエッチングを行なう。次に、ダミーポスト上の金属膜
を除去し、共振器形成部１をマスクして、ｎ型半導体層
３２に達するまでエッチングを行なって、断面凸状の共
振器形成部１を形成する。

【００６２】このようにして得られた半導体レーザ素子
３０Ａにパルス電流を印加して波長が４００ｎｍ前後の
レーザ光を発振させたところ、発振動作電流が１００ｍ
Ａの場合に、光出力が５ｍＷで動作電圧が５．５Ｖの電
気的光学的特性を示すことを確認している。第１の実施
形態と比べて動作電圧が上昇したのは、ｐ側電極３５と
ｎ側電極３６との距離が５０μｍに増加したためと思わ
れる。

【００６３】（第３の実施形態）以下、本発明に係る第
３の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００６４】図３は本発明の第３の実施形態に係る窒化
物系半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射方向に垂
直な方向の断面構成を示している。図３において、図２
に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付す
ことにより説明を省略する。

【００６５】第２の実施形態との差異は、共振器形成部
１の上部に、ｐ型半導体層３４からなり凸状部を有する
リッジ部３４ａのみが形成されており、ダミーポスト３
４ｂが、共振器形成部１を形成する溝部２を挟んで両端
部に形成されている点である。さらに、各ｎ側配線電極
３９が、絶縁膜３７Ｃを介在させて、溝部２の底部に設
けられたｎ側電極３６の上面の一部分、ダミーポスト３
４ｂの側面及び上面に跨るように形成されている点であ
る。

【００６６】このようにすると、リッジ部３４ａの基板
面からの高さとダミーポスト３４ｂの基板面からの高さ
とが、リッジ部３４ａ及びダミーポスト３４ｂが共にエ
ッチングされていないため、ほぼ同一となっている。従
って、半導体レーザ素子３０Ｂのｐ側電極３５及びｎ側
電極３６が実質的にほぼ同一の高さとなるため、保持体
にダウン・ボンディングする際に、ｐ側電極３５及びｎ
側電極３６の双方が該保持体上の各電極とほぼ同時に接
合するので、リッジ部３４ａ、すなわち活性層３３に加
わる応力を小さくできる。その結果、歪によるレーザ特
性への悪影響、例えば偏光面がずれる等の悪影響を防ぐ
ことができるので、半導体レーザ素子３０Ｂの信頼性が
向上する。

【００６７】また、ダミーポスト３４ｂをｎ側電極３６
に対するｐ側電極３５の反対側に設けているため、ｐ側
電極３５とｎ側電極３６との間の距離を短縮できるの
で、動作電圧の上昇を招くことなく、リッジ部３４ａの
劈開時の損傷を防止できる。

【００６８】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ素子３０Ｂの製造方法について第１の実施形態の半導
体レーザ素子１０との差異のみを説明する。

【００６９】まず、基板３１上にエピタキシャル層を成
長させた後、共振器形成部１上にｐ型電極形成用の金属
膜を形成し、該金属膜をマスクとしてｐ型半導体層３４
に対してイオンミリングによるエッチングを行なって、
リッジ部３４ａを形成する。次に、共振器形成部１及び
ダミーポスト形成領域をマスクして、ｎ型半導体層３２
に達するまで塩素（Ｃｌ）イオンを用いたドライエッチ
ングを行なうことにより、共振器形成部１とダミーポス
ト３４ｂとを分離する一対の溝部２を形成する。

【００７０】図４は本実施形態に係る半導体レーザ素子
が保持体にボンディングされた状態の断面構成を示して
いる。図４において、図３に示す構成部材と同一の構成
部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
図４に示すように、半導体レーザ素子３０Ｂは、その共
振器形成部側を、例えば、ＳｉＣ又はＢＮ等からなる保
持体４０の主面と対向させて保持体４０とボンディング
されている。

【００７１】保持体４０の主面上には、半導体レーザ素
子３０Ｂのｐ側配線電極３８及びｎ側配線電極３９とそ
れぞれ対向する位置に第２の保持体電極としてのｐ側保
持体電極４１及び第１の保持体電極としてのｎ側保持体
電極４２がそれぞれ形成されている。また、互いに対向
するｐ側配線電極３８及びｐ側保持体電極４１並びにｎ
側配線電極３９及びｎ側保持体電極４２はそれぞれ電気
伝導及び熱伝導に優れる鉛スズ系の半田等からなる導電
性接合材４３により接合されている。

【００７２】さらに、半導体レーザ素子３０Ｂの溝部２
には、熱伝導性に優れる絶縁体、例えばアルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）からなる充填材４４が充填されている。

【００７３】これにより、共振器形成部１の両側部に比
較的容積が大きい溝部２が形成されているにも関わら
ず、保持体４０の主面と半導体レーザ素子３０Ｂとが密
着するので、活性層３３からの発熱を保持体４０側に効
率良く伝えることができる。

【００７４】このようにして得られた半導体レーザ装置
は、波長が４００ｎｍ前後の短波長のレーザ光を連続的
に発振させることが可能であり、周囲温度を１００℃に
した場合でも連続発振が可能である。

【００７５】なお、本実施形態においては、半導体レー
ザ素子３０Ｂの溝部２を充填する充填材４４にアルミナ
を用いたが、ＳｉＮ、ＡｌＮ又はダイヤモンドを用いて
もよい。

【００７６】また、一対の溝部２を設けることにより、
一対のダミーポスト３４ｂを設けたが、いずれか一方で
もよい。

【００７７】（第４の実施形態）以下、本発明に係る第
４の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００７８】図５は本発明の第４の実施形態に係る窒化
物系半導体レーザ素子におけるレーザ光の出射方向に垂
直な方向の断面構成を示している。図５に示すように、
半導体レーザ素子５０は、導電性を有する、例えば、Ｓ
ｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ又はＳｉからなる基板５１の主
面上に、ｎ型ＧａＮ及びｎ型ＡｌＧａＮが積層されてな
るｎ型半導体層５２と、ＩｎＧａＮを含む多重量子井戸
構造を有する活性層５３と、ｐ型ＧａＮ及びｐ型ＡｌＧ
ａＮが積層されてなるｐ型半導体層５４とが順次形成さ
れた積層体としてのエピタキシャル層を有している。

【００７９】ｐ型半導体層５４の上部には、互いに間隔
をおいてほぼ平行に形成されることによりレーザ光の出
射方向を規制する一対の溝部２に挟まれたリッジ部５４
ａが設けられ、該リッジ部５４ａが共振器形成部１を構
成している。また、各溝部２に対するリッジ部５４ａの
反対側の領域はそれぞれ広大なダミーポスト５４ｂが形
成されている。

【００８０】リッジ部５４ａの上面にはｐ型半導体層５
４と接触する、例えばＮｉ／Ａｕからなる第２のレーザ
電極としてのｐ側電極５５が形成され、基板５１の下面
には、例えばＴｉ／Ａｌからなる第１のレーザ電極とし
てのｎ側電極５６が全面にわたって形成されている。

【００８１】ｐ型半導体層５４におけるリッジ部５４ａ
の上面を除く領域、すなわちｐ側電極５５を除く領域
に、例えばＳｉＯ₂ 又はＳｉＮからなる絶縁膜５７が形
成され、基板５１上のｐ側電極５５を含む絶縁膜５７の
上に全面にわたって、例えばＴｉ／Ａｕからなるｐ側配
線電極５８が形成されている。

【００８２】このように、本実施形態によると、基板に
絶縁性を有する基板５１を用いているため、基板５１の
下面にｎ側電極５６を形成できる。これにより、電極形
成工程を簡略化できる。

【００８３】さらに、ｐ側配線電極５８における溝部２
を除く領域は、ｐ型半導体層５４がエッチングされてい
ない領域上に形成されているため、ｐ側配線電極５８に
おける共振器形成部１と他の領域との基板面からの高さ
がほぼ等しくなる。従って、活性層５３に対してリッジ
部５４ａ上のｐ側電極５５からストライプ状に電流が注
入できる上に、ｐ型半導体層５４のほぼ全面がｐ側配線
電極５８により覆われるため、ジャンクションダウン・
ボンディングも容易となる。

【００８４】また、溝部２は断面形状が比較的小さくて
済むため、劈開時のリッジ部５４ａの損傷を防ぐ効果は
極めて大きい。本実施形態の場合はミラー形成時の歩留
まりは９５％にもなる。

【００８５】また、ｎ側電極５６は基板５１の下面の全
面に設けられているため、基板５１の下面全体を通して
キャリアを注入できるので、動作電圧を低減できる。

【００８６】また、ｐ側電極５５及びｎ側電極５６が基
板５１の両面に形成できるので、保持体（図示せず）の
主面上にはｐ側電極及びｎ側電極の両方の電極を設ける
必要がない。このため、Ｓｉ又はＣｕ等の導電性を持つ
保持体を用いることができる。ＳｉＣを基板５１に用い
る場合は、基板自体の熱伝導が良いので、ｐｎ接合面
（リッジ部５４ａ形成）側を保持体と対向させない、い
わゆるジャンクションアップ・ボンディングを行なって
も、サファイアからなる基板を用いた場合のジャンクシ
ョンダウン・ボンディングの場合よりも放熱特性に優れ
る。

【００８７】また、ＳｉＣやＧａＮを基板５１に用いる
と、エピタキシャル成長層の劈開方向と基板５１の劈開
方向とが一致するため、劈開によって極めて良好な共振
器ミラー面を形成できる。

【００８８】ｎ型ＳｉＣからなる基板５１上に半導体レ
ーザ素子５０を形成し、ジャンクションアップ・ボンデ
ィングにより保持体にボンディングされた半導体レーザ
装置を測定した結果、動作電流が１００ｍＡのときに動
作電圧が４．７Ｖで周囲温度が１２０℃となるまで連続
発振を行なえることを確認している。

【００８９】なお、本願に係る半導体レーザ素子は、窒
化物系化合物半導体レーザ素子に限らず、低抵抗化と放
熱特性の向上を図る半導体レーザ素子に適用できる。

【００９０】さらに、半導体レーザ素子に限らず、半導
体層（素子形成面）とコンタクトを取る所定の電極の一
部を絶縁膜で覆ったり、又は所定の電極に配線電極を接
続したりして、発熱量が多い半導体層側を保持体と対向
させてボンディングを行なうことにより放熱特性を向上
させるという構成は、発光ダイオード等の発光素子、バ
イポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタ等の電
子デバイスに対しても有効である。

【００９１】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によると、低
抵抗化のために第１のレーザ電極及び第２のレーザ電極
との間隔を小さくした半導体レーザ素子であっても、半
導体レーザ素子の内部においては動作電流が短い距離を
流れる一方、保持体と対向する外部側は第１のレーザ電
極と第２のレーザ電極との実質的な距離が大きくなるの
で、実装位置のマージンが大きくなる。その結果、ジャ
ンクションダウン・ボンディングを確実に行なえるた
め、動作電圧の低減と放熱特性の向上とを両立でき、窒
化物系の半導体を用いた場合には、波長４００ｎｍの青
紫色半導体レーザの性能と信頼性とを向上でき、実用化
に大きく寄与する。

【００９２】本発明の第１の半導体レーザ素子による
と、リッジ部の両側に該リッジ部の両端部を保護する領
域（ダミーポスト）が形成されるため、共振器ミラーを
劈開により形成する際に、リッジ部の損傷を防止できる
ので、製造時の歩留まりを高めることができる。

【００９３】本発明の第２の半導体レーザ素子による
と、共振器形成部の基板面からの高さとほぼ等しい高さ
のダミーポストを備えているため、基板の劈開時に第２
の半導体層における第２のレーザ電極形成部分の損傷を
防止できるので、共振器ミラー形成時の歩留まりを向上
できる。また、ダミーポストは共振器形成部とほぼ同一
の高さを有しているため、ジャンクションダウン・ボン
ディングを行なう際に、保持体上に形成された第１のレ
ーザ電極及び第２のレーザ電極とそれぞれ対向する保持
体電極との接触がほぼ同時に行なえるので、共振器形成
部に加わる応力を小さくできる。これにより、歪による
レーザ特性への、偏光面がずれる等の悪影響を防ぐこと
ができるので、装置の信頼性が向上する。

【００９４】第２の半導体レーザ素子は、絶縁性基板よ
りも熱伝導率が大きい絶縁体からなり、主面上における
第１のレーザ電極と対向する位置に第１の保持体電極を
有すると共に第２のレーザ電極と対向する位置に第２の
保持体電極を有しており、主面が絶縁性基板の主面と互
いに対向すると共に、第１のレーザ電極と第１の保持体
電極とが導電性接合材を介して接続し且つ第２のレーザ
電極と第２の保持体電極とが導電性接合材を介して接続
するように半導体レーザ素子を保持している保持体をさ
らに備えていると、ジャンクションダウン・ボンディン
グを確実に行なえる。

【００９５】第２の半導体レーザ素子において、該第２
の半導体レーザ素子が保持体にボンディングされている
場合であって、溝部に、酸化アルミニウム、窒化シリコ
ン、窒化アルミニウム又はダイヤモンドからなる充填材
が充填されていると、保持体の主面と半導体レーザ素子
の素子形成面とが密着するので、活性層からの発熱を保
持体側に効率良く伝えることができる。その結果、装置
の長期信頼性を一層高めることができる。

【００９６】本発明の第３の半導体レーザ素子による
と、導電性基板を用いた場合であっても、積層体に形成
された溝部の外側の領域にはそれぞれ積層体の第２の半
導体層が広がっているので、リッジ部のみが突出するこ
とがない。このため、基板の劈開時に第２の半導体層に
おける電極形成部分の損傷を防止できるので、共振器ミ
ラー形成時の歩留まりを向上できる。

【００９７】第３の半導体レーザ素子において、積層体
におけるリッジ部を除く領域には溝部を含む全面にわた
って絶縁膜が形成されていると、該絶縁膜の上に配線電
極を設ければ、活性層に対してリッジ部上の電極からス
トライプ状に電流が注入できる上に、積層体の第２の半
導体層のほぼ全面が配線電極により覆われ、且つ、配線
電極におけるリッジ部と他の領域との基板面からの高さ
がほぼ等しくなるため、ジャンクションダウン・ボンデ
ィングが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る窒化物系半導体
レーザ装置を示す構成断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る窒化物系半導体
レーザ素子を示す構成断面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る窒化物系半導体
レーザ素子を示す構成断面図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る窒化物系半導体
レーザ素子であって、保持体にボンディングされた状態
を示す構成断面図である。

【図５】本発明の第４の実施形態に係る窒化物系半導体
レーザ素子を示す構成断面図である。

【図６】従来の窒化物系半導体レーザ素子を示す構成断
面図である。

【符号の説明】

１共振器形成部２溝部１０半導体レーザ素子１１基板１２ｎ型半導体層（第１の半導体層）１３活性層１４ｐ型半導体層（第２の半導体層）１４ａリッジ部１５ｐ側電極（第２のレーザ電極）１６ｎ側電極（第１のレーザ電極）１７絶縁膜１８ｐ側配線電極２０保持体２１ｐ側保持体電極（第２の保持体電極）２２ｎ側保持体電極（第１の保持体電極）２３導電性接合材３０Ａ半導体レーザ素子３０Ｂ半導体レーザ素子３１基板３２ｎ型半導体層（第１の半導体層）３３活性層３４ｐ型半導体層（第２の半導体層）３４ａリッジ部３４ｂダミーポスト３５ｐ側電極（第２のレーザ電極）３６ｎ側電極（第１のレーザ電極）３７Ａ絶縁膜３７Ｂ絶縁膜３７Ｃ絶縁膜３８ｐ側配線電極（第２の保持体電極）３９ｎ側配線電極（第１の保持体電極）４０保持体４１ｐ側保持体電極４２ｎ側保持体電極４３導電性接合材４４充填材５０半導体レーザ素子５１基板５２ｎ型半導体層（第１の半導体層）５３活性層５４ｐ型半導体層（第２の半導体層）５４ａリッジ部５４ｂダミーポスト５５ｐ側電極（第２のレーザ電極）５６ｎ側電極（第１のレーザ電極）５７絶縁膜５８ｐ側配線電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伴雄三郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者上山智大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者辻村歩大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者石橋明彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者長谷川義晃大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者宮永良子大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA74 AA84 CA07 CB05 CB19 CB22 DA05 DA24 DA32 EA28 FA15 FA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板の主面上に順次形成された第
１導電型の第１の半導体層、活性層及び第２導電型の第
２の半導体層とからなる積層体と、前記積層体の上側部分に、前記第１の半導体層、活性層
及び第２の半導体層を含むように形成された凸状部から
なり、レーザ光の出射方向を規制する共振器形成部と、前記第１の半導体層の上における前記共振器形成部の側
方に設けられた第１のレーザ電極と、前記共振器形成部の上部のほぼ中央部に互いに間隔をお
いて形成され且つ出射方向に延びる一対の溝部同士の間
に設けられたリッジ部と、前記リッジ部の上面に設けられた第２のレーザ電極とを
備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】第１導電型を有する導電性基板の主面上
に順次形成された第１導電型の第１の半導体層、活性層
及び第２導電型の第２の半導体層とからなる積層体と、前記導電性基板の下面に設けられた第１のレーザ電極
と、前記積層体の上部に互いに間隔をおいて形成され且つレ
ーザ光の出射方向に延びる一対の溝部同士の間に設けら
れたリッジ部と、前記リッジ部の上面に設けられた第２のレーザ電極とを
備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】前記積層体の上における前記リッジ部を
除く領域には前記溝部を含む全面にわたって絶縁膜が形
成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体
レーザ素子。