半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置
【課題】出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸調整が容易であり、且つ小型化が可能な半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ装置１Ａは、半導体レーザ集積素子１０と、半導体レーザ素子４０とを備える。半導体レーザ集積素子１０では、２つの半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂが半導体基板１１上に形成されている。半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ青色レーザ光及び緑色レーザ光を出力する。半導体レーザ素子４０は赤色レーザ光を出力し、半導体レーザ構造２０Ａ上にフェースダウン実装されている。半導体レーザ集積素子１０は、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各共振端面を覆う誘電体膜を更に備える。各共振端面上における誘電体膜の厚さは略等しく、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各発振波長における誘電体膜の反射率の差は１０％以下である。
【解決手段】半導体レーザ装置１Ａは、半導体レーザ集積素子１０と、半導体レーザ素子４０とを備える。半導体レーザ集積素子１０では、２つの半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂが半導体基板１１上に形成されている。半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ青色レーザ光及び緑色レーザ光を出力する。半導体レーザ素子４０は赤色レーザ光を出力し、半導体レーザ構造２０Ａ上にフェースダウン実装されている。半導体レーザ集積素子１０は、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各共振端面を覆う誘電体膜を更に備える。各共振端面上における誘電体膜の厚さは略等しく、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各発振波長における誘電体膜の反射率の差は１０％以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、青色レーザ光及び緑色レーザ光を出力する半導体レーザ素子が記載されている。この半導体レーザ素子は、青色半導体レーザ素子のための半導体積層構造と、緑色半導体レーザ素子のための半導体積層構造とが一枚のＧａＮ基板上に形成された構成を備えている。これらの半導体積層構造は、（１１−２２）面の主面を有するＩｎＧａＮからなる活性層をそれぞれ含む。
【０００３】
また、特許文献２には、青色レーザ光、緑色レーザ光及び赤色レーザ光を出力する半導体レーザ素子の製造方法が記載されている。この半導体レーザ素子の製造方法では、まず、窒化物単結晶成長用基板（ＧａＮ基板またはＳｉＣ基板）の上に、青色レーザ光を実現するための第１窒化物エピタキシャル層、及び緑色レーザ光を実現するための第２窒化物エピタキシャル層を並べて形成し、次いで、これらの窒化物エピタキシャル層を窒化物単結晶成長用基板から剥離する。そして、別の基板（ＧａＡｓ基板）上にこれらの窒化物エピタキシャル層を接合したのち、その一部をエッチングにより除去し、露出した基板面上に赤色レーザ光を実現するための第３窒化物エピタキシャル層を成長させる。
【０００４】
また、特許文献３には、青色レーザ光、緑色レーザ光及び赤色レーザ光を出力する半導体レーザ装置が記載されている。この半導体レーザ装置では、波長４０５ｎｍのレーザ光を出力するレーザ構造をＧａＮ基板上に有する第１発光素子と、波長６５０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ構造、及び波長７８０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ構造をＧａＡｓ基板上に有する第２発光素子と、支持基体とを備えている。第１発光素子および第２発光素子は、それぞれのレーザ構造が互いに対向するように、支持基体上に重ねて配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０９３３２号公報
【特許文献２】特開２００６−０１３４１２号公報
【特許文献３】特開２００７−０４８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、緑色の発振波長を有する半導体レーザが実用化されつつあることに伴い、青色、緑色、及び赤色といった互いに異なる出力波長を有する複数の半導体レーザ構造を一つの素子に集積させる方式が研究されている。一つの例としては、互いに出力波長が異なる複数の半導体レーザ素子を個別に形成し、これらの半導体レーザ素子を一つの基板上に実装することで集積化を図ることができる。しかしながら、このような方式では、複数の小さな半導体レーザ素子を、互いの光軸を合わせながら一つの基板上に実装することが極めて難しく、また、装置の小型化が難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸調整が容易であり、且つ小型化が可能な半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明による半導体レーザ集積素子は、III族窒化物半導体から成り、該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面を有する第１の基板と、第１の基板の主面上に設けられ、第１の共振端面を有する第１の半導体レーザ構造と、第１の半導体レーザ構造上に設けられた第１の電極金属膜と、第１の基板の主面上に設けられ、第２の共振端面を有し、第１の半導体レーザ構造の光導波方向に沿った方向を光導波方向として第１の半導体レーザ構造の光導波方向と交差する方向に並設された第２の半導体レーザ構造と、第２の半導体レーザ構造上に設けられた第２の電極金属膜と、第１及び第２の共振端面上にわたって形成された誘電体膜とを備え、第１の半導体レーザ構造が、第１の基板の主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第１の活性層を有しており、該第１の活性層の発光波長のピーク波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、第２の半導体レーザ構造が、第１の基板の主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第２の活性層を有しており、該第２の活性層の発光波長のピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、第１の共振端面上における誘電体膜の厚さと、第２の共振端面上における誘電体膜の厚さとが略等しく、第１の半導体レーザ構造の発振波長における誘電体膜の反射率（％）と、第２の半導体レーザ構造の発振波長における誘電体膜の反射率（％）との差が１０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
この半導体レーザ集積素子では、III族窒化物半導体から成る第１の基板の主面上に、２つの半導体レーザ構造が設けられており、これらの半導体レーザ構造は、インジウムを含む活性層をそれぞれ有している。第１の基板の主面は半極性面を含んでおり、インジウムを含む活性層をこのような面上に成長させることによって、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減し、発光効率を高めることができる。
【００１０】
また、この半導体レーザ集積素子では、III族窒化物半導体から成る第１の基板の主面上に第１及び第２の活性層が設けられるが、この場合、主面において第１の活性層等を結晶成長させ、その一部をエッチング除去したのち、第２の活性層等を選択的に結晶成長させて、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造を形成することが可能である。したがって、半導体レーザ構造同士の位置合わせを精度良く行うことができるので、第１及び第２の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる。更に、第１の基板の主面上において、通常の半導体プロセスにより第１及び第２の半導体レーザ構造を形成することが可能なので、複数の半導体レーザ素子を個々に作製して基板上に実装する場合と比較して、装置の小型化が可能になる。
【００１１】
また、この半導体レーザ集積素子では、第１の半導体レーザ構造の共振端面上における誘電体膜の厚さと、第２の半導体レーザ構造の共振端面上における誘電体膜の厚さとが略等しくなっている。すなわち、第１及び第２の半導体レーザ構造それぞれに対して、別個の誘電体膜を形成する必要がない。また、第１及び第２の半導体レーザ構造それぞれの発振波長における反射率の差が、１０％以下となっている。このように、広い波長域にわたって略平坦な反射特性を有する誘電体膜を備えることによって、各半導体レーザ構造におけるレーザ発振を好適に実現することができる。
【００１２】
また、上記半導体レーザ集積素子は、第１の基板の主面における法線ベクトルと、第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲に含まれることが好ましい。或いは、上記半導体レーザ集積素子は、第１の基板の主面における法線ベクトルと、第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲に含まれることが好ましい。
【００１３】
また、上記半導体レーザ集積素子は、第１の半導体レーザ構造と第２の半導体レーザ構造との中心間隔が、３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴としてもよい。この間隔が３０μｍ以上であれば、第１及び第２の半導体レーザ構造の作製プロセスを容易に実施できる。また、この間隔が３００μｍ以下であれば、第１及び第２の半導体レーザ構造から出射される各レーザ光を精度良く合波させることができる。
【００１４】
また、本発明による半導体レーザ装置は、上述したいずれかの半導体レーザ集積素子と、半導体レーザ素子とを備える半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子は、主面を有する第２の基板と、第２の基板の主面上に設けられた第３の半導体レーザ構造と、第３の半導体レーザ構造上に設けられた第３の電極金属膜とを有し、第３の半導体レーザ構造が、第２の基板の主面上にエピタキシャル成長された第３の活性層を有しており、該第３の活性層の発光波長のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、半導体レーザ素子は、第３の半導体レーザ構造の光導波方向が第１及び第２の半導体レーザ構造の光導波方向に沿うように半導体レーザ集積素子に接合されていることを特徴とする。この半導体レーザ装置によれば、例えばレーザディスプレイ等に好適な多波長レーザ装置の光軸調整を容易にし、且つ小型化できる。
【００１５】
また、上記半導体レーザ装置は、第３の電極金属膜が、第１又は第２の電極金属膜に接合されていることを特徴としてもよい。このように、第３の半導体レーザ構造が第１又は第２の半導体レーザ構造上にフェースダウン実装されることにより、第１又は第２の半導体レーザ構造の光出射端面と第３の半導体レーザ構造の光出射端面とが互いに接近するので、これらの光軸調整を更に容易にできる。
【００１６】
また、上記半導体レーザ装置は、第１の基板の厚さ方向における誘電体膜の縁部が第１又は第２の電極金属膜上にわたって延びており、該縁部の平均粗さが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴としてもよい。このように、電極金属膜上に延びる誘電体膜の縁部が、平均粗さ０．１μｍ以上といった粗い表面形状を有していると良い。これにより、第３の半導体レーザ構造を第１又は第２の半導体レーザ構造の上にフェースダウン実装する際、この縁部によって第１又は第２の電極金属膜と第３の電極金属膜との隙間が拡大するので、側方への導電性接着剤のはみ出し量を少なく抑えることができる。したがって、この半導体レーザ装置によれば、各半導体レーザ構造の側面に導電性接着剤が接触することによる電流のリークを効果的に抑えることができる。
【００１７】
なお、このような粗い表面形状を有する縁部は、誘電体膜を形成する際の形成条件（例えば成膜温度など）を調整することによって形成可能である。例えば成膜温度を調整することによってこのような縁部を形成するためには、成膜温度を通常より低くするとよい。成膜温度を低くすると成膜中のマイグレーションが低下し、誘電体膜の縁部にこのような粗い表面形状が生じやすくなるからである。
【００１８】
また、上記半導体レーザ装置は、第３の電極金属膜が、Ｓｎを含む導電性接着剤を介して第１又は第２の電極金属膜に接合されており、第３の電極金属膜に接合されている第１又は第２の電極金属膜の表面がＡｕ層から成り、該Ａｕ層の厚さが０．１μｍ以上３μｍ未満であることを特徴としてもよい。Ｓｎを含む導電性接着剤がＡｕ層と接触すると、Ｓｎ及びＡｕが反応して共晶構造を構成する。第１又は第２の電極金属膜と第３の電極金属膜との間の導電性接着剤が側方にはみ出る際、ＳｎがＡｕと反応することによってその場所に滞留し、導電性接着剤の表面が著しく盛り上がる。そして、この盛り上がった導電性接着剤が各半導体レーザ構造の側面に接触することによって、電流のリークが発生してしまう。本発明者の知見によれば、Ａｕ層の厚さが３μｍ未満であれば、このような反応が生じたとしても導電性接着剤の表面の盛り上がりを小さくすることができ、各半導体レーザ構造の側面に導電性接着剤が接触することを回避して、電流のリークを防ぐことができる。
【００１９】
また、上記半導体レーザ装置は、第３の電極金属膜が、導電性接着剤を介して第１又は第２の電極金属膜に接合されており、導電性接着剤の厚さが１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴としてもよい。本発明者の知見によれば、導電性接着剤の厚さが３μｍ以下であることによって、第１又は第２の電極金属膜と第３の電極金属膜との間の導電性接着剤が側方へはみ出す際のはみ出し量を格段に低減し、電流のリークを顕著に抑制することができる。
【００２０】
また、上記半導体レーザ装置は、実装面と、該実装面上に設けられた金属膜とを有するマウント部材を更に備え、半導体レーザ集積素子が、第１の基板の裏面上に設けられた第４の電極金属膜を更に有しており、第４の電極金属膜が、マウント部材の金属膜に接合されていることを特徴としてもよい。青色レーザ光や緑色レーザ光を発光する第１及び第２の半導体レーザ構造は、赤色レーザ光を発光する第３の半導体レーザ構造よりも発熱量が多い。上記のように、第１の基板の裏面側をマウント部材に実装することによって、第１及び第２の半導体レーザ構造において発生した熱を効率良く放熱することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸調整が容易であり、且つ小型化が可能な半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す正面図である。
【図２】図２は、第１及び第２の半導体レーザ構造を構成する半導体積層構造を示す模式図である。
【図３】図３は、第３の半導体レーザ構造を構成する半導体積層構造を示す模式図である。
【図４】図４は、第１及び第２の半導体レーザ構造の共振端面付近の構造を拡大して示す断面図であって、積層方向及び光導波方向を含む切断面を示している。
【図５】図５は、誘電体膜が有する波長−反射特性の一例を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、ＥＣＲ法によって形成された誘電体膜を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図６（ｂ）は、電子ビーム法によって形成された誘電体膜を示すＳＥＭ写真である。
【図７】図７は、誘電体膜の上縁部のＳＥＭ像を示す図である。（ａ）は凹凸が大きい場合（すなわち表面粗さが大きい場合）を示しており、（ｂ）は凹凸が小さい場合（すなわち表面粗さが小さい場合）を示している。
【図８】図８は誘電体膜の上縁部のＴＥＭ像を示す図である。
【図９】図９は、誘電体膜の上縁部の厚さと、半導体レーザ構造のリークとの関係を、ヒストグラムによって表した図である。
【図１０】図１０は、半導体レーザ構造の側面において導電性接着剤が盛り上がる様子を示すＳＥＭ像である。
【図１１】図１１は、半導体レーザ構造の側面において導電性接着剤の盛り上がりが観察されなかったときの様子を示すＳＥＭ像である。
【図１２】図１２は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１３】図１３は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１４】図１４は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１５】図１５は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１６】図１６は、半導体レーザ集積素子の作製方法における一工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す正面図である。図１に示されるように、本実施形態の半導体レーザ装置１Ａは、半導体レーザ集積素子１０と、半導体レーザ素子４０と、マウント部材（サブマウント）８０とを備えている。半導体レーザ集積素子１０は、一枚の半導体基板１１（第１の基板）と、該半導体基板１１上に並んで形成された、第１の半導体レーザ構造２０Ａ及び第２の半導体レーザ構造２０Ｂを有している。
【００２５】
半導体基板１１は、III族窒化物半導体からなり、一実施例ではｎ型ＧａＮからなる。半導体基板１１の厚さは、例えば５０μｍ以上２５０μｍ以下である。半導体基板１１は、当該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面１１ａを有する。すなわち、半導体基板１１を構成するIII族窒化物のｃ軸は、主面１１ａの法線に対して（好ましくはｍ軸方向に）傾斜している。半導体基板１１の主面１１ａの傾斜角は、主面１１ａの法線ベクトルとｃ軸との成す角度によって規定される。この角度は、１０度以上８０度以下の範囲にあることができ、或いは１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。半導体基板１１が例えばＧａＮである場合、この角度範囲によれば、ＧａＮの半極性の性質を提供できる。さらに、傾斜角は６３度以上８０度以下の範囲にあることが好ましく、或いは１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。この角度範囲によれば、５００ｎｍ以上の発光のための活性層（後述）に好適なＩｎ組成のＩｎＧａＮ層を提供できる。一実施例では、上記半極性面は｛２０−２１｝面である。
【００２６】
第１の半導体レーザ構造２０Ａは、半導体基板１１の主面１１ａ上にエピタキシャル成長された第１の活性層（後述）を含んでおり、４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下といった波長域の青色レーザ光を出力する。第２の半導体レーザ構造２０Ｂは、半導体基板１１の主面１１ａ上にエピタキシャル成長された第２の活性層（後述）を含んでおり、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下といった波長域の緑色レーザ光を出力する。第１の半導体レーザ構造２０Ａには、光導波方向に沿って互いに平行に延びる一対の溝２１ａが形成されている。この一対の溝２１ａの間の凸状部分は、電流狭窄の為のリッジ構造２２ａとなっている。同様に、第２の半導体レーザ構造２０Ｂには、光導波方向に沿って互いに平行に延びる一対の溝２１ｂが形成されている。この一対の溝２１ｂの間の凸状部分は、電流狭窄の為のリッジ構造２２ｂとなっている。リッジ構造２２ａ，２２ｂは、ストライプ状の平面形状を有しており、光導波方向と直交する方向において活性層付近の屈折率を変化させることによって、半導体基板１１の主面１１ａに沿って延びる光導波路を第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂに形成する。
【００２７】
また、半導体レーザ集積素子１０は、半導体基板１１の裏面１１ｂ上に設けられた電極金属膜１２（第４の電極金属膜）と、第１の半導体レーザ構造２０Ａ上に設けられた電極金属膜１３（第１の電極金属膜）と、第２の半導体レーザ構造２０Ｂ上に設けられた電極金属膜１４（第２の電極金属膜）と、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを覆う絶縁膜１５とを有している。電極金属膜１２は、例えばＡｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｌといった積層構造から成り、半導体基板１１に対してオーミック接触を成している。電極金属膜１３及び１４は、第１の金属層１３ａ，１４ａと、第１の金属層１３ａ，１４ａ上にそれぞれ設けられた第２の金属層１３ｂ，１４ｂとを含む。第１の金属層１３ａ，１４ａは、リッジ構造２２ａ，２２ｂ上に形成された絶縁膜１５の開口部分にそれぞれ設けられている。第１の金属層１３ａ，１４ａは、例えばＰｄから成り、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各コンタクト層（後述）に対してオーミック接触を成している。第２の金属層１３ｂ，１４ｂは、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった積層構造から成る。絶縁膜１５は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといった絶縁性シリコン化合物から成る。
【００２８】
マウント部材８０は、実装面８１ａを有する基体８１と、実装面８１ａ上に設けられた金属膜８２とを有している。基体８１は、例えばＡｌＮ、Ｃｕ、ＳｉＣ、ＣｕＷ、ＢｅＯ、銅ダイヤ、或いはＣといった、熱伝導率が高く熱膨張係数が小さい材料から成ることが好ましい。または、基体８１は、これらの材料を含む合金（例えば銅合金）や化合物から成ってもよい。基体８１の外形は、例えば直方体状である。金属膜８２は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった積層構造を有している。なお、金属膜８２上には、導電性接着剤９１が蒸着されている。導電性接着剤９１としては、Ｓｎを含むハンダであるＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎ、ＰｂＳｎや、ＩｎＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、若しくはこれらの混合物が好適である。
【００２９】
半導体レーザ集積素子１０は、半導体基板１１の裏面１１ｂとマウント部材８０の実装面８１ａとが互いに対向するように、実装面８１ａ上に実装されている。すなわち、裏面１１ｂ上に設けられている電極金属膜１２と、実装面８１ａ上に設けられている金属膜８２とが、導電性接着剤９１を介して互いに接合されている。
【００３０】
半導体レーザ素子４０は、一枚の半導体基板４１（第２の基板）と、半導体基板４１の主面４１ａ上に形成された第３の半導体レーザ構造５０とを有している。半導体基板４１は、例えばｎ型ＧａＡｓからなる。第３の半導体レーザ構造５０は、主面４１ａ上にエピタキシャル成長された第３の活性層を含んでおり、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下といった波長域の赤色レーザ光を出力する。第３の半導体レーザ構造５０には、光導波方向に沿って互いに平行に延びる一対の溝５１が形成されている。この一対の溝５１の間の凸状部分は、電流狭窄の為のリッジ構造５２となっている。リッジ構造５２は、ストライプ状の平面形状を有しており、光導波方向と直交する方向において活性層付近の屈折率を変化させることによって、半導体基板４１の主面４１ａに沿って延びる光導波路を第３の半導体レーザ構造５０に形成する。
【００３１】
また、半導体レーザ素子４０は、半導体基板４１の裏面４１ｂ上に設けられた電極金属膜４２と、第３の半導体レーザ構造５０上に設けられた電極金属膜４３（第３の電極金属膜）と、第３の半導体レーザ構造５０を覆う絶縁膜４５とを有している。電極金属膜４２は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕＳｉといった積層構造から成り、半導体基板４１に対してオーミック接触を成している。電極金属膜４３は、第１の金属層４３ａと、第１の金属層４３ａ上に設けられた第２の金属層４３ｂとを含む。第１の金属層４３ａは、リッジ構造５２上に形成された絶縁膜４５の開口部分に設けられている。第１の金属層４３ａは、例えばＡｕＧｅから成り、半導体レーザ構造５０のコンタクト層（後述）に対してオーミック接触を成している。第２の金属層４３ｂは、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった積層構造から成る。絶縁膜４５は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといった絶縁性シリコン化合物から成る。
【００３２】
半導体レーザ素子４０は、第３の半導体レーザ構造５０の光導波方向が第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの光導波方向に沿うように、第１の半導体レーザ構造２０Ａの上方にフェースダウン実装されている。すなわち、第１の半導体レーザ構造２０Ａ上に設けられている電極金属膜１３と、第３の半導体レーザ構造５０上に設けられている電極金属膜４３とが、導電性接着剤９２を介して互いに接合されている。導電性接着剤９２としては、Ｓｎを含むハンダであるＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎ、ＰｂＳｎや、ＩｎＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、若しくはこれらの混合物が好適である。
【００３３】
半導体レーザ装置１Ａには、各半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂ及び４０に電流を供給するための金属製のワイヤ１２１〜１２４の各一端が取り付けられる。一例では、ワイヤ１２１の一端はマウント部材８０の金属膜８２に接合され、ワイヤ１２２の一端は半導体レーザ素子４０の基板４１の裏面上に設けられた電極金属膜４２に接合され、ワイヤ１２３の一端は第１の半導体レーザ構造２０Ａの電極金属膜１３（及び第３の半導体レーザ構造５０の電極金属膜４３）に接合され、ワイヤ１２４の一端は第２の半導体レーザ構造２０Ｂの電極金属膜１４に接合される。このようなワイヤ接続方式では、ワイヤ１２１とワイヤ１２３との間に流れる電流によって第１の半導体レーザ構造２０Ａの発光が制御され、ワイヤ１２１とワイヤ１２４との間に流れる電流によって第２の半導体レーザ構造２０Ｂの発光が制御され、ワイヤ１２２とワイヤ１２３との間に流れる電流によって第３の半導体レーザ構造５０の発光が制御される。
【００３４】
図２は、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを構成する半導体積層構造を示す模式図である。なお、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各半導体積層構造は、活性層のインジウム組成が相違する点を除いて、ほぼ同様の構造を有する。
【００３５】
図２に示されるように、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、主面１１ａの法線方向にエピタキシャル成長した複数の半導体層によって構成される。本実施形態の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、ｎ型バッファ層２３、ｎ型クラッド領域２４、ｐ型クラッド領域２５、及びコア半導体領域２６を有する。
【００３６】
ｎ型バッファ層２３は、半導体基板１１と同じ導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｎ型ＧａＮからなることができる。ｎ型クラッド領域２４は、半導体基板１１と同じ導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド領域２５は、半導体基板１１とは異なる導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド領域２５上には、ｐ型コンタクト層（或いはｐ型キャップ層）２８が更に設けられている。ｐ型コンタクト層２８は、例えばｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等からなる。
【００３７】
コア半導体領域２６は、ｎ型クラッド領域２４とｐ型クラッド領域２５との間に設けられている。コア半導体領域２６は、第１光ガイド層３２、活性層３４及び第２光ガイド層３６を含む。活性層３４は、第１光ガイド層３２と第２光ガイド層３６との間に設けられている。活性層３４は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。井戸層はＩｎＧａＮ等からなることができ、障壁層はＧａＮ又はＩｎＧａＮ等からなることができる。一実施例では、井戸層の厚さは例えば３ｎｍであり、障壁層の厚さは例えば１５ｎｍであり、井戸層の数は例えば３つである。活性層３４の発光波長は、井戸層のバンドギャップやＩｎ組成、その厚さ等によって制御される。
【００３８】
なお、第１の半導体レーザ構造２０Ａにおいては、活性層３４は第１の活性層であり、その発光波長のピーク波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲内に含まれるように、Ｉｎ組成が制御される。また、第２の半導体レーザ構造２０Ｂにおいては、活性層３４は第２の活性層であり、その発光波長のピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に含まれるように、Ｉｎ組成が制御される。
【００３９】
第１光ガイド層３２は、第１ＧａＮ層３２ａ及び第１ＩｎＧａＮ層３２ｂを含む。同様に、第２光ガイド層３６は、第２ＧａＮ層３６ａ及び第２ＩｎＧａＮ層３６ｂを含む。ＩｎＧａＮ層３２ｂ及び３６ｂは例えばアンドープであり、ＧａＮ層３２ａの導電型はｎ型であり、ＧａＮ層３６ａの導電型はｐ型である。ＩｎＧａＮ層３２ｂ，３６ｂのＩｎ組成は、活性層３４内のＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成より小さい。第１ＧａＮ層３２ａは、ｎ型クラッド領域２４と第１ＩｎＧａＮ層３２ｂとの間に設けられ、第１ＩｎＧａＮ層３２ｂは、活性層３４と第１ＧａＮ層３２ａとの間に設けられる。第２ＧａＮ層３６ａは、ｐ型クラッド領域２５と第２ＩｎＧａＮ層３６ｂとの間に設けられ、第２ＩｎＧａＮ層３６ｂは、活性層３４と第２ＧａＮ層３６ａとの間に設けられる。
【００４０】
なお、前述したリッジ構造２２ａ，２２ｂは、第２光ガイド層３６、ｐ型クラッド領域２４、及びｐ型コンタクト層２８を含むように形成される。換言すれば、溝２１ａ及び２１ｂは、第２光ガイド層３６に達するように形成される。
【００４１】
上述したように、本実施形態の半導体レーザ集積素子１０では、III族窒化物半導体から成る半導体基板１１の主面１１ａ上に半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂが設けられており、これらの半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、Ｉｎを含む活性層３４をそれぞれ有している。半導体基板１１の主面１１ａは半極性面を含んでおり、Ｉｎを含む活性層３４をこのような面上に成長させることによって、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減し、発光効率を高めることができる。
【００４２】
また、本実施形態の半導体レーザ集積素子１０では、半導体基板１１の主面１１ａ上に２つの半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂが設けられるが、この場合、主面１１ａにおいて半導体レーザ構造２０Ａの活性層３４等を結晶成長させ、その一部をエッチング除去したのち、半導体レーザ構造２０Ｂの活性層３４等を選択的に結晶成長させるといった、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを形成することが可能である。したがって、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂ同士の位置合わせを精度良く行うことができるので、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの光軸を精度よく合わせることができる。更に、半導体基板１１の主面１１ａ上において、通常の半導体プロセスにより第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを形成することが可能なので、複数の半導体レーザ素子を個々に作製して基板上に実装する場合と比較して、装置の小型化が可能になる。
【００４３】
なお、第１の半導体レーザ構造２０Ａと第２の半導体レーザ構造２０Ｂとの中心間隔は、３０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。この間隔が３０μｍ以上であれば、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの作製プロセスを容易に実施できる。また、この間隔が３００μｍ以下であれば、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂから出射される各レーザ光の光軸を精度良く合わせてこれらを合波させることができる。
【００４４】
図３は、第３の半導体レーザ構造５０を構成する半導体積層構造を示す模式図である。図３に示されるように、第３の半導体レーザ構造５０は、主面４１ａの法線方向にエピタキシャル成長した複数の半導体層によって構成される。本実施形態の第３の半導体レーザ構造５０は、ｎ型バッファ層５３、ｎ型クラッド層５４、ｐ型クラッド層５５、及び活性層５６を有する。
【００４５】
ｎ型バッファ層５３は、半導体基板４１と同じ導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばｎ型ＧａＡｓからなることができる。ｎ型クラッド層５４は、半導体基板１１と同じ導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなることができる。ｐ型クラッド層５５は、半導体基板１１とは異なる導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなることができる。ｐ型クラッド層５５上には、ｐ型コンタクト層（或いはｐ型キャップ層）５８が更に設けられている。ｐ型コンタクト層５８は、例えばｐ型ＧａＡｓからなる。
【００４６】
活性層５６は、ｎ型クラッド層５４とｐ型クラッド層５５との間に設けられている。活性層５６は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。活性層５６の発光波長は、井戸層のバンドギャップやＩｎ組成、その厚さ等によって制御される。活性層５６は第３の活性層であり、その発光波長のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内に含まれるように、Ｉｎ組成が制御される。
【００４７】
なお、前述したリッジ構造５２は、ｐ型クラッド層５４及びｐ型コンタクト層５８を含むように形成される。換言すれば、溝５１は、ｐ型クラッド層５４に達するように形成される。
【００４８】
以上に説明した本実施形態の半導体レーザ装置１Ａでは、半導体レーザ素子４０及び半導体レーザ集積素子１０が、第３の半導体レーザ構造５０の光導波方向が第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの光導波方向に沿うように相互に接合されている。この半導体レーザ装置１Ａによれば、例えばレーザディスプレイ等に好適な多波長レーザ装置の光軸調整を容易にし、且つ小型化できる。
【００４９】
また、本実施形態の半導体レーザ装置１Ａのように、第３の電極金属膜４３は、第１の電極金属膜１３又は第２の電極金属膜１４に接合されるとよい。このように、第３の半導体レーザ構造５０が半導体レーザ構造２０Ａ又は２０Ｂ上にフェースダウン実装されることにより、半導体レーザ構造２０Ａ又は２０Ｂの光出射端面と第３の半導体レーザ構造５０の光出射端面とが互いに接近するので、これらの光軸調整を更に容易にできる。
【００５０】
また、本実施形態の半導体レーザ装置１Ａのように、半導体レーザ集積素子１０の半導体基板１１の裏面１１ｂ上に設けられる電極金属膜１２は、マウント部材８０の金属膜８２に接合されていることが好ましい。青色レーザ光や緑色レーザ光を発光する半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、赤色レーザ光を発光する半導体レーザ構造５０よりも発熱量が多い。本実施形態のように、半導体基板１１の裏面１１ｂ側をマウント部材８０に実装することによって、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂにおいて発生した熱を効率良く放熱することができる。
【００５１】
続いて、半導体レーザ集積素子１０の共振端面に設けられる誘電体膜について説明する。図４は、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの共振端面２０ｃ，２０ｄ付近の構造を拡大して示す断面図であって、積層方向及び光導波方向を含む切断面を示している。図４に示されるように、本実施形態の半導体レーザ集積素子１０は、誘電体膜６２を更に備えている。誘電体膜６２は、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの一方の共振端面２０ｃ，２０ｄを覆う為に、該共振端面２０ｃ，２０ｄを含む半導体レーザ集積素子１０の一方の端面（本実施形態では、半導体基板１１の端面を含む）上に形成されている。誘電体膜６２は例えば反射防止膜（ＡＲ膜）として機能し、或いは、誘電体膜６２は例えば高反射率膜（ＨＲ膜）として機能する。誘電体膜６２の共振端面２０ｃ上における厚さと、共振端面２０ｄ上における厚さとは略等しい。ここで、厚さが略等しいとは、例えば厚さの差（誤差）が±５０ｎｍ以内であるような場合をいう。
【００５２】
図４に示されるように、誘電体膜６２は、屈折率が互いに異なる第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂが交互に積層されて成る。第１の膜６２ａの構成材料は、例えばＴｉＯ２である。第２の膜６２ｂの構成材料は、例えばＳｉＯ２である。誘電体膜６２は、第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂを複数層ずつ（例えばそれぞれ７層ずつ）有するとよい。
【００５３】
ここで、図５は、誘電体膜６２が有する波長−反射特性の一例を示すグラフである。なお、図５において、グラフＧ１１は、第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂをそれぞれ７層ずつ積層し、膜６２ａの厚さを６０ｎｍとし、膜６２ｂの厚さを９４ｎｍとし、合わせて１４層積層した場合の反射特性を示している。また、グラフＧ１２は、第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂをそれぞれ２層ずつ積層し、膜６２ａの厚さを６０ｎｍとし、膜６２ｂの厚さを９４ｎｍとし、合わせて４層積層した場合の反射特性を示している。図５のグラフＧ１１，Ｇ１２に示されるように、本実施形態の誘電体膜６２は、広い波長域にわたってほぼ平坦な反射特性を有する。具体的には、第１の半導体レーザ構造２０Ａの活性層の発光波長域（４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下）から、第２の半導体レーザ構造２０Ｂの活性層の発光波長域（５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）にわたる広い波長範囲において、最も高い反射率と最も低い反射率との差が１０％以内に収まっている。第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの発振波長は活性層の発光波長域内に設定されるので、上述した反射特性によれば、第１の半導体レーザ構造２０Ａの発振波長における誘電体膜６２の反射率（％）と、第２の半導体レーザ構造２０Ｂの発振波長における誘電体膜６２の反射率（％）との差が１０％以下となる。
【００５４】
また、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの積層方向における誘電体膜６２の縁部（以下、単に上縁部という）６２ｃは、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの共振端面２０ｃ，２０ｄ上から電極金属膜１３，１４上にわたって延びている。一実施例では、この上縁部６２ｃは、電極金属膜１３，１４の表面１３ｃ，１４ｃを含む仮想平面から半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの積層方向に突き出ており、且つ、誘電体膜６２の最表面を含む仮想平面からリッジ構造５２の延伸方向に突き出ている。また、電極金属膜１３，１４の表面１３ｃ，１４ｃ上において、上縁部６２ｃは凹凸状または粒形状といった粗い表面形状を有しており、その算術平均粗さＲａは例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下であり、より好適には０．２５μｍ以上０．５μｍ以下である。この粗い表面形状を有する部分は、電極金属膜１３，１４の表面１３ｃ，１４ｃ上においてリッジ構造５２の延伸方向に沿って並んでいる。
【００５５】
このような上縁部６２ｃは、半導体レーザ集積素子１０の端面上に誘電体膜６２を形成する際の形成条件（例えば成膜温度など）が調整されることによって好適に生成される。例えば成膜温度を調整することによってこのような粗い表面形状を有する上縁部６２ｃを生成させるためには、成膜温度を通常より低くするとよい。成膜温度を低くすると膜のマイグレーションが低下し、誘電体膜６２の上縁部６２ｃにこのような粗い表面形状を有する部分が生じやすくなるからである。
【００５６】
図１に示されたように、電極金属膜１３又は１４上には、導電性接着剤９１を介して半導体レーザ素子４０の電極金属膜４３が接合される。このような接合状態においては、誘電体膜６２の縁部６２ｃが、電極金属膜４３に最も近接することとなる。そして、この縁部６２ｃによって、電極金属膜１３と電極金属膜４３との隙間が拡大することとなる。従って、電極金属膜１３と電極金属膜４３との隙間における導電性接着剤９１の収容量が増し、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの側方への導電性接着剤９１のはみ出し量を少なく抑えることができるので、電流のリークを効果的に抑えることができる。
【００５７】
なお、上述した形状を有する誘電体膜６２は、コーティングのほか、電子ビーム法やＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）法によっても好適に形成されることができる。図６（ａ）は、ＥＣＲ法によって形成された誘電体膜６２を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。また、図６（ｂ）は、電子ビーム法によって形成された誘電体膜６２を示すＳＥＭ写真である。双方共に、誘電体膜６２の上縁部６２ｃが好適に形成されていることがわかる。
【００５８】
ここで、図４には、電極金属膜１３又は１４の表面１３ｃ又は１４ａを含む仮想平面を基準とする、上縁部６２ｃの厚さＴが示されている。次に示す実施例によれば、この厚さＴの平均値は、０．２５μｍ以上であることが好ましい。また、この厚さＴが厚くなると、同時に上縁部６２ｃの下端が半導体基板１１へ近づく方向へ伸びる。従って、上縁部６２ｃの厚さＴは、上縁部６２ｃが半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの共振端面２０ｃ，２０ｄを覆わない程度に抑えられることが好ましい。
【００５９】
ここで、上縁部６２ｃの厚さＴと、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの電流リークとの関係を調べた実施例について説明する。この実施例では、半極性面である｛２０−２１｝面を主面とするｎ型窒化ガリウムウェハ上に、上述した実施形態と同様の構造を有する第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを成長させ、各電極金属膜１２〜１４を形成することにより、青色および緑色のレーザ光を発振する複数の半導体レーザ集積素子構造を作製した。そのウェハをバー状に劈開し、その劈開面（すなわち共振端面）に、それぞれ複数のＴｉＯ２膜及びＳｉＯ２膜からなる誘電体膜６２（端面コート）を形成した。そして、この誘電体膜６２の回り込み部分（すなわち上縁部６２ｃ）の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）及び透過型電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を観察し、電極金属膜１３の表面を基準とする上縁部６２ｃの厚さを観察した。図７はそのＳＥＭ像を示す図であり、図８はＴＥＭ像を示す図である。なお、図７において、（ａ）は凹凸が大きい場合（すなわち表面粗さが大きい場合）を示しており、（ｂ）は凹凸が小さい場合（すなわち表面粗さが小さい場合）を示している。
【００６０】
その後、レーザダイオードバーを切断してチップ化した。そして、電極金属膜１３の上に、厚さ３μｍのＳｎＡｇはんだを介して赤色の半導体レーザ素子４０をフェースダウン実装した。その状態で、半導体レーザ構造２０Ａのリークによる不良を、電流電圧測定により確認した。そして、以上のような測定を、誘電体膜６２の成膜条件（温度等）を変化させることにより作成された複数の半導体レーザ集積素子１０に対して行った。
【００６１】
図９は、誘電体膜６２の上縁部６２ｃの平均粗さと、半導体レーザ構造２０Ａのリークとの関係を、ヒストグラムによって表した図である。図９に示されるように、上縁部６２ｃの平均粗さが０．２０μｍ以下である場合には、リーク発生率は８８％（４９個中、リーク発生数は４３個）であったのに対して、上縁部の平均粗さが０．２５μｍ以上である場合には、リーク発生率は顕著に改善され、０％（５１個中、リーク発生数は０個）であった。このことから、上縁部６２ｃの平均粗さのより好適な値は０．２５μｍ以上であることがわかる。
【００６２】
続いて、半導体レーザ集積素子１０の電極金属膜１３，１４、及び導電性接着剤９２それぞれの好適な厚さに関する実施例について説明する。この実施例では、電極金属膜１３，１４の表面Ａｕ層に相当する様々な厚さのＡｕ金属膜を複数のＡｌＮサブマウントそれぞれの上に形成し、それらの上にＡｇＳｎはんだを設けて半導体レーザ素子４０をフェースダウン実装した。図１０（ａ）は、その様子を半導体レーザ素子４０の裏面側から捉えたＳＥＭ像である。この結果、Ａｕ金属膜の厚さが３．０μｍである場合に、実装の際にはみ出たＡｇＳｎはんだが著しく盛り上がり、半導体レーザ構造５０の側面に付着することがわかった。図１０（ｂ）は、半導体レーザ構造５０の側面においてＡｇＳｎはんだが盛り上がる様子を示すＳＥＭ像である。また、Ａｕ金属膜の厚さが１．０μｍである場合には、このようなＡｇＳｎはんだの盛り上がりは観察されず、半導体レーザ構造５０に電流リークも生じなかった。図１１（ａ）は、その様子を半導体レーザ素子４０の裏面側から捉えたＳＥＭ像であり、また、図１１（ｂ）は、半導体レーザ構造５０の側面付近を示すＳＥＭ像である。
【００６３】
Ｓｎを含む導電性接着剤がＡｕ金属膜と接触すると、Ｓｎ及びＡｕが反応して共晶構造を構成する。Ａｕ金属膜と半導体レーザ素子４０の電極金属膜４３との間のＡｇＳｎはんだが側方にはみ出る際、ＳｎがＡｕと反応することによってその場所に滞留し、ＡｇＳｎはんだの表面が著しく盛り上がる。そして、この盛り上がったＡｇＳｎはんだが半導体レーザ構造５０の側面に接触することによって、電流のリークが発生してしまう。なお、Ａｕ金属膜に代えて電極金属膜１３又は１４上に半導体レーザ素子４０を実装する際にも同様のことがいえる。上述した実施例の結果に基づき、電極金属膜４３に接合される電極金属膜１３又は１４の表面Ａｕ層の厚さは３μｍ未満であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。なお、本実施例では、Ａｕ金属膜が０．１μｍよりも薄くなると、横方向のシート抵抗が高くなって半導体レーザ構造５０の電圧特性が劣化することが判明した。
【００６４】
また、本実施例において、ＡｇＳｎはんだを様々な厚さに設定した場合、ＡｇＳｎはんだの厚さが１μｍ以上３μｍ以下の範囲内であれば上述した盛り上がりは観察されなかったが、ＡｇＳｎはんだの厚さを５μｍとした場合、ＡｇＳｎはんだのはみ出し量が著しく多くなることで半導体レーザ構造５０の側面にＡｇＳｎはんだが付着し、半導体レーザ構造５０に電流リークが生じた。このことから、電極金属膜１３又は１４と電極金属膜４３との間の導電性接着剤９２の厚さは１μｍ以上３μｍ以下の範囲内であることが好ましい。これにより、導電性接着剤９２が側方へはみ出す際のはみ出し量を格段に低減し、電流のリークを顕著に抑制することができる。
【００６５】
以上の特徴を備える本実施形態の半導体レーザ集積素子１０の作製方法について、以下に説明する。なお、各半導体層は有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長されるものとし、原料には、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、及びシラン（ＳｉＨ４）を用いる。図１２〜図１６は、この作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【００６６】
まず、半導体基板１１の主面１１ａ（例えば｛２０−２１｝面）上の全面に、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉＯ２膜を成膜する。そして、図１２（ａ）に示すように、そのＳｉＯ２膜上に通常のフォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン１０２を形成し、このレジストパターン１０２を用いてＳｉＯ２膜に対しエッチングを行う。このエッチングは、例えばフッ酸を用いたウェットエッチングである。これにより、第２の半導体レーザ構造２０Ｂのための領域を覆うＳｉＯ２膜１０１が形成される。この工程ののち、レジストパターン１０２を除去する。
【００６７】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、主面１１ａのうちＳｉＯ２膜１０１から露出した領域上に第１の半導体レーザ構造２０Ａをエピタキシャル成長させたのち、その第１の半導体レーザ構造２０Ａ上にＳｉＯ２からなるエッチングマスク１０４を形成する。このエッチングマスク１０４は、一対の溝２１ａに対応する開口を有するものである。そして、図１２（ｃ）に示すように、エッチングマスク１０４を用いて第１の半導体レーザ構造２０Ａをエッチングすることによって、一対の溝２１ａを形成する。このエッチングは、例えばＢＣｌ３系ガスを用いたドライエッチングである。
【００６８】
続いて、主面１１ａ上の全面に、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉＯ２を堆積させる。その結果、図１３（ａ）に示すように、第１の半導体レーザ構造２０Ａと、主面１１ａにおいて第１の半導体レーザ構造２０Ａが形成されていない領域との双方を覆うＳｉＯ２層１０５が形成される。その後、図１３（ｂ）に示すように、第１の半導体レーザ構造２０Ａの上方におけるＳｉＯ２層１０５上の領域を覆うレジストパターン１０６を通常のフォトリソグラフィ技術を用いて形成し、このレジストパターン１０６に覆われていないＳｉＯ２層１０５の部分をエッチングにより除去する。このエッチングは、例えばバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングである。この工程ののち、レジストパターン１０６を除去する。
【００６９】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、主面１１ａのうちＳｉＯ２層１０５から露出した領域上に第２の半導体レーザ構造２０Ｂをエピタキシャル成長させたのち、その第２の半導体レーザ構造２０Ｂ上にＳｉＯ２からなるエッチングマスク１０７を形成する。このエッチングマスク１０７は、一対の溝２１ｂに対応する開口を有するものである。そして、図１４（ａ）に示すように、エッチングマスク１０７を用いて第２の半導体レーザ構造２０Ｂをエッチングすることによって、一対の溝２１ｂを形成する。このエッチングは、例えばＢＣｌ３系ガスを用いたドライエッチングである。この工程ののち、例えばフッ酸を用いてＳｉＯ２層１０５及びエッチングマスク１０７を除去する（図１４（ｂ））。
【００７０】
続いて、図１４（ｃ）に示すように、主面１１ａ上の全面に、例えばプラズマＣＶＤにより絶縁膜１５を堆積させる。このとき、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂは絶縁膜１５によって覆われる。そして、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、絶縁膜１５上にレジストパターン１０９を形成する。レジストパターン１０９は、電極金属膜１３，１４の第１の層１３ａ，１４ａの平面形状に相当する開口を有する。その後、図１５（ａ）に示すように、このレジストパターン１０９を用いて、絶縁膜１５のエッチングを行い、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各頂部を露出させる。このエッチングは、例えばバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングである。
【００７１】
続いて、電極金属膜１３，１４の第１の層１３ａ，１４ａのための金属膜（例えばＰｄ）を主面１１ａ上の全面に蒸着したのち、レジストパターン１０９を除去する（リフトオフ）。これにより、図１５（ｂ）に示すように、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂ上に電極金属膜１３，１４の第１の層１３ａ，１４ａがそれぞれ形成される。その後、図１５（ｃ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン１１０を形成する。レジストパターン１１０は、電極金属膜１３，１４の第２の層１３ｂ，１４ｂの平面形状に相当する開口を有する。そして、第２の層１３ｂ，１４ｂのための金属膜（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ）を主面１１ａ上の全面に蒸着したのち、レジストパターン１１０を除去する（リフトオフ）。これにより、図１６に示すように、第１の層１３ａ，１４ａ上に第２の層１３ｂ，１４ｂがそれぞれ形成される。最後に、半導体基板１１の裏面１１ｂ上に電極金属膜１２を形成する。こうして、図１に示された半導体レーザ集積素子１０が完成する。
【００７２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸調整が容易であり、且つ小型化が可能な半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置が提供される。
【００７３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。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。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００７４】
１Ａ…半導体レーザ装置、１０…半導体レーザ集積素子、１１…半導体基板、１２〜１４…電極金属膜、１３ａ，１４ａ…第１の金属層、１３ｂ，１４ｂ…第２の金属層、１３ｃ，１４ｃ…表面、１５…絶縁膜、２０Ａ…第１の半導体レーザ構造、２０Ｂ…第２の半導体レーザ構造、２０ｃ，２０ｄ…共振端面、２１ａ，２１ｂ…溝、２２ａ，２２ｂ…リッジ構造、２３…ｎ型バッファ層、２４…ｎ型クラッド領域、２５…ｐ型クラッド領域、２６…コア半導体領域、２８…ｐ型コンタクト層、３２…光ガイド層、３４…活性層、３６…光ガイド層、４０…半導体レーザ素子、４１…半導体基板、４２，４３…電極金属膜、４３ａ…第１の金属層、４３ｂ…第２の金属層、４５…絶縁膜、５０…第３の半導体レーザ構造、５１…溝、５２…リッジ構造、５３…ｎ型バッファ層、５４…ｎ型クラッド層、５５…ｐ型クラッド層、５６…活性層、５８…ｐ型コンタクト層、６２…誘電体膜、６２ａ…第１の膜、６２ｂ…第２の膜、６２ｃ…上縁部、８０…マウント部材、８１…基体、８１ａ…実装面、８２…金属膜、９１，９２…導電性接着剤、１０１…ＳｉＯ２膜、１０２，１０６，１０９，１１０…レジストパターン、１０４，１０７…エッチングマスク、１０５，１０８…ＳｉＯ２層、１２１〜１２４…ワイヤ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、青色レーザ光及び緑色レーザ光を出力する半導体レーザ素子が記載されている。この半導体レーザ素子は、青色半導体レーザ素子のための半導体積層構造と、緑色半導体レーザ素子のための半導体積層構造とが一枚のＧａＮ基板上に形成された構成を備えている。これらの半導体積層構造は、（１１−２２）面の主面を有するＩｎＧａＮからなる活性層をそれぞれ含む。
【０００３】
また、特許文献２には、青色レーザ光、緑色レーザ光及び赤色レーザ光を出力する半導体レーザ素子の製造方法が記載されている。この半導体レーザ素子の製造方法では、まず、窒化物単結晶成長用基板（ＧａＮ基板またはＳｉＣ基板）の上に、青色レーザ光を実現するための第１窒化物エピタキシャル層、及び緑色レーザ光を実現するための第２窒化物エピタキシャル層を並べて形成し、次いで、これらの窒化物エピタキシャル層を窒化物単結晶成長用基板から剥離する。そして、別の基板（ＧａＡｓ基板）上にこれらの窒化物エピタキシャル層を接合したのち、その一部をエッチングにより除去し、露出した基板面上に赤色レーザ光を実現するための第３窒化物エピタキシャル層を成長させる。
【０００４】
また、特許文献３には、青色レーザ光、緑色レーザ光及び赤色レーザ光を出力する半導体レーザ装置が記載されている。この半導体レーザ装置では、波長４０５ｎｍのレーザ光を出力するレーザ構造をＧａＮ基板上に有する第１発光素子と、波長６５０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ構造、及び波長７８０ｎｍのレーザ光を出力するレーザ構造をＧａＡｓ基板上に有する第２発光素子と、支持基体とを備えている。第１発光素子および第２発光素子は、それぞれのレーザ構造が互いに対向するように、支持基体上に重ねて配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０９３３２号公報
【特許文献２】特開２００６−０１３４１２号公報
【特許文献３】特開２００７−０４８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、緑色の発振波長を有する半導体レーザが実用化されつつあることに伴い、青色、緑色、及び赤色といった互いに異なる出力波長を有する複数の半導体レーザ構造を一つの素子に集積させる方式が研究されている。一つの例としては、互いに出力波長が異なる複数の半導体レーザ素子を個別に形成し、これらの半導体レーザ素子を一つの基板上に実装することで集積化を図ることができる。しかしながら、このような方式では、複数の小さな半導体レーザ素子を、互いの光軸を合わせながら一つの基板上に実装することが極めて難しく、また、装置の小型化が難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸調整が容易であり、且つ小型化が可能な半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明による半導体レーザ集積素子は、III族窒化物半導体から成り、該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面を有する第１の基板と、第１の基板の主面上に設けられ、第１の共振端面を有する第１の半導体レーザ構造と、第１の半導体レーザ構造上に設けられた第１の電極金属膜と、第１の基板の主面上に設けられ、第２の共振端面を有し、第１の半導体レーザ構造の光導波方向に沿った方向を光導波方向として第１の半導体レーザ構造の光導波方向と交差する方向に並設された第２の半導体レーザ構造と、第２の半導体レーザ構造上に設けられた第２の電極金属膜と、第１及び第２の共振端面上にわたって形成された誘電体膜とを備え、第１の半導体レーザ構造が、第１の基板の主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第１の活性層を有しており、該第１の活性層の発光波長のピーク波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、第２の半導体レーザ構造が、第１の基板の主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第２の活性層を有しており、該第２の活性層の発光波長のピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、第１の共振端面上における誘電体膜の厚さと、第２の共振端面上における誘電体膜の厚さとが略等しく、第１の半導体レーザ構造の発振波長における誘電体膜の反射率（％）と、第２の半導体レーザ構造の発振波長における誘電体膜の反射率（％）との差が１０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
この半導体レーザ集積素子では、III族窒化物半導体から成る第１の基板の主面上に、２つの半導体レーザ構造が設けられており、これらの半導体レーザ構造は、インジウムを含む活性層をそれぞれ有している。第１の基板の主面は半極性面を含んでおり、インジウムを含む活性層をこのような面上に成長させることによって、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減し、発光効率を高めることができる。
【００１０】
また、この半導体レーザ集積素子では、III族窒化物半導体から成る第１の基板の主面上に第１及び第２の活性層が設けられるが、この場合、主面において第１の活性層等を結晶成長させ、その一部をエッチング除去したのち、第２の活性層等を選択的に結晶成長させて、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造を形成することが可能である。したがって、半導体レーザ構造同士の位置合わせを精度良く行うことができるので、第１及び第２の半導体レーザ構造の光軸を精度よく合わせることができる。更に、第１の基板の主面上において、通常の半導体プロセスにより第１及び第２の半導体レーザ構造を形成することが可能なので、複数の半導体レーザ素子を個々に作製して基板上に実装する場合と比較して、装置の小型化が可能になる。
【００１１】
また、この半導体レーザ集積素子では、第１の半導体レーザ構造の共振端面上における誘電体膜の厚さと、第２の半導体レーザ構造の共振端面上における誘電体膜の厚さとが略等しくなっている。すなわち、第１及び第２の半導体レーザ構造それぞれに対して、別個の誘電体膜を形成する必要がない。また、第１及び第２の半導体レーザ構造それぞれの発振波長における反射率の差が、１０％以下となっている。このように、広い波長域にわたって略平坦な反射特性を有する誘電体膜を備えることによって、各半導体レーザ構造におけるレーザ発振を好適に実現することができる。
【００１２】
また、上記半導体レーザ集積素子は、第１の基板の主面における法線ベクトルと、第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲に含まれることが好ましい。或いは、上記半導体レーザ集積素子は、第１の基板の主面における法線ベクトルと、第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲に含まれることが好ましい。
【００１３】
また、上記半導体レーザ集積素子は、第１の半導体レーザ構造と第２の半導体レーザ構造との中心間隔が、３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴としてもよい。この間隔が３０μｍ以上であれば、第１及び第２の半導体レーザ構造の作製プロセスを容易に実施できる。また、この間隔が３００μｍ以下であれば、第１及び第２の半導体レーザ構造から出射される各レーザ光を精度良く合波させることができる。
【００１４】
また、本発明による半導体レーザ装置は、上述したいずれかの半導体レーザ集積素子と、半導体レーザ素子とを備える半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子は、主面を有する第２の基板と、第２の基板の主面上に設けられた第３の半導体レーザ構造と、第３の半導体レーザ構造上に設けられた第３の電極金属膜とを有し、第３の半導体レーザ構造が、第２の基板の主面上にエピタキシャル成長された第３の活性層を有しており、該第３の活性層の発光波長のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、半導体レーザ素子は、第３の半導体レーザ構造の光導波方向が第１及び第２の半導体レーザ構造の光導波方向に沿うように半導体レーザ集積素子に接合されていることを特徴とする。この半導体レーザ装置によれば、例えばレーザディスプレイ等に好適な多波長レーザ装置の光軸調整を容易にし、且つ小型化できる。
【００１５】
また、上記半導体レーザ装置は、第３の電極金属膜が、第１又は第２の電極金属膜に接合されていることを特徴としてもよい。このように、第３の半導体レーザ構造が第１又は第２の半導体レーザ構造上にフェースダウン実装されることにより、第１又は第２の半導体レーザ構造の光出射端面と第３の半導体レーザ構造の光出射端面とが互いに接近するので、これらの光軸調整を更に容易にできる。
【００１６】
また、上記半導体レーザ装置は、第１の基板の厚さ方向における誘電体膜の縁部が第１又は第２の電極金属膜上にわたって延びており、該縁部の平均粗さが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴としてもよい。このように、電極金属膜上に延びる誘電体膜の縁部が、平均粗さ０．１μｍ以上といった粗い表面形状を有していると良い。これにより、第３の半導体レーザ構造を第１又は第２の半導体レーザ構造の上にフェースダウン実装する際、この縁部によって第１又は第２の電極金属膜と第３の電極金属膜との隙間が拡大するので、側方への導電性接着剤のはみ出し量を少なく抑えることができる。したがって、この半導体レーザ装置によれば、各半導体レーザ構造の側面に導電性接着剤が接触することによる電流のリークを効果的に抑えることができる。
【００１７】
なお、このような粗い表面形状を有する縁部は、誘電体膜を形成する際の形成条件（例えば成膜温度など）を調整することによって形成可能である。例えば成膜温度を調整することによってこのような縁部を形成するためには、成膜温度を通常より低くするとよい。成膜温度を低くすると成膜中のマイグレーションが低下し、誘電体膜の縁部にこのような粗い表面形状が生じやすくなるからである。
【００１８】
また、上記半導体レーザ装置は、第３の電極金属膜が、Ｓｎを含む導電性接着剤を介して第１又は第２の電極金属膜に接合されており、第３の電極金属膜に接合されている第１又は第２の電極金属膜の表面がＡｕ層から成り、該Ａｕ層の厚さが０．１μｍ以上３μｍ未満であることを特徴としてもよい。Ｓｎを含む導電性接着剤がＡｕ層と接触すると、Ｓｎ及びＡｕが反応して共晶構造を構成する。第１又は第２の電極金属膜と第３の電極金属膜との間の導電性接着剤が側方にはみ出る際、ＳｎがＡｕと反応することによってその場所に滞留し、導電性接着剤の表面が著しく盛り上がる。そして、この盛り上がった導電性接着剤が各半導体レーザ構造の側面に接触することによって、電流のリークが発生してしまう。本発明者の知見によれば、Ａｕ層の厚さが３μｍ未満であれば、このような反応が生じたとしても導電性接着剤の表面の盛り上がりを小さくすることができ、各半導体レーザ構造の側面に導電性接着剤が接触することを回避して、電流のリークを防ぐことができる。
【００１９】
また、上記半導体レーザ装置は、第３の電極金属膜が、導電性接着剤を介して第１又は第２の電極金属膜に接合されており、導電性接着剤の厚さが１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴としてもよい。本発明者の知見によれば、導電性接着剤の厚さが３μｍ以下であることによって、第１又は第２の電極金属膜と第３の電極金属膜との間の導電性接着剤が側方へはみ出す際のはみ出し量を格段に低減し、電流のリークを顕著に抑制することができる。
【００２０】
また、上記半導体レーザ装置は、実装面と、該実装面上に設けられた金属膜とを有するマウント部材を更に備え、半導体レーザ集積素子が、第１の基板の裏面上に設けられた第４の電極金属膜を更に有しており、第４の電極金属膜が、マウント部材の金属膜に接合されていることを特徴としてもよい。青色レーザ光や緑色レーザ光を発光する第１及び第２の半導体レーザ構造は、赤色レーザ光を発光する第３の半導体レーザ構造よりも発熱量が多い。上記のように、第１の基板の裏面側をマウント部材に実装することによって、第１及び第２の半導体レーザ構造において発生した熱を効率良く放熱することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸調整が容易であり、且つ小型化が可能な半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す正面図である。
【図２】図２は、第１及び第２の半導体レーザ構造を構成する半導体積層構造を示す模式図である。
【図３】図３は、第３の半導体レーザ構造を構成する半導体積層構造を示す模式図である。
【図４】図４は、第１及び第２の半導体レーザ構造の共振端面付近の構造を拡大して示す断面図であって、積層方向及び光導波方向を含む切断面を示している。
【図５】図５は、誘電体膜が有する波長−反射特性の一例を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、ＥＣＲ法によって形成された誘電体膜を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図６（ｂ）は、電子ビーム法によって形成された誘電体膜を示すＳＥＭ写真である。
【図７】図７は、誘電体膜の上縁部のＳＥＭ像を示す図である。（ａ）は凹凸が大きい場合（すなわち表面粗さが大きい場合）を示しており、（ｂ）は凹凸が小さい場合（すなわち表面粗さが小さい場合）を示している。
【図８】図８は誘電体膜の上縁部のＴＥＭ像を示す図である。
【図９】図９は、誘電体膜の上縁部の厚さと、半導体レーザ構造のリークとの関係を、ヒストグラムによって表した図である。
【図１０】図１０は、半導体レーザ構造の側面において導電性接着剤が盛り上がる様子を示すＳＥＭ像である。
【図１１】図１１は、半導体レーザ構造の側面において導電性接着剤の盛り上がりが観察されなかったときの様子を示すＳＥＭ像である。
【図１２】図１２は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１３】図１３は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１４】図１４は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１５】図１５は、半導体レーザ集積素子の作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【図１６】図１６は、半導体レーザ集積素子の作製方法における一工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す正面図である。図１に示されるように、本実施形態の半導体レーザ装置１Ａは、半導体レーザ集積素子１０と、半導体レーザ素子４０と、マウント部材（サブマウント）８０とを備えている。半導体レーザ集積素子１０は、一枚の半導体基板１１（第１の基板）と、該半導体基板１１上に並んで形成された、第１の半導体レーザ構造２０Ａ及び第２の半導体レーザ構造２０Ｂを有している。
【００２５】
半導体基板１１は、III族窒化物半導体からなり、一実施例ではｎ型ＧａＮからなる。半導体基板１１の厚さは、例えば５０μｍ以上２５０μｍ以下である。半導体基板１１は、当該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面１１ａを有する。すなわち、半導体基板１１を構成するIII族窒化物のｃ軸は、主面１１ａの法線に対して（好ましくはｍ軸方向に）傾斜している。半導体基板１１の主面１１ａの傾斜角は、主面１１ａの法線ベクトルとｃ軸との成す角度によって規定される。この角度は、１０度以上８０度以下の範囲にあることができ、或いは１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。半導体基板１１が例えばＧａＮである場合、この角度範囲によれば、ＧａＮの半極性の性質を提供できる。さらに、傾斜角は６３度以上８０度以下の範囲にあることが好ましく、或いは１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。この角度範囲によれば、５００ｎｍ以上の発光のための活性層（後述）に好適なＩｎ組成のＩｎＧａＮ層を提供できる。一実施例では、上記半極性面は｛２０−２１｝面である。
【００２６】
第１の半導体レーザ構造２０Ａは、半導体基板１１の主面１１ａ上にエピタキシャル成長された第１の活性層（後述）を含んでおり、４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下といった波長域の青色レーザ光を出力する。第２の半導体レーザ構造２０Ｂは、半導体基板１１の主面１１ａ上にエピタキシャル成長された第２の活性層（後述）を含んでおり、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下といった波長域の緑色レーザ光を出力する。第１の半導体レーザ構造２０Ａには、光導波方向に沿って互いに平行に延びる一対の溝２１ａが形成されている。この一対の溝２１ａの間の凸状部分は、電流狭窄の為のリッジ構造２２ａとなっている。同様に、第２の半導体レーザ構造２０Ｂには、光導波方向に沿って互いに平行に延びる一対の溝２１ｂが形成されている。この一対の溝２１ｂの間の凸状部分は、電流狭窄の為のリッジ構造２２ｂとなっている。リッジ構造２２ａ，２２ｂは、ストライプ状の平面形状を有しており、光導波方向と直交する方向において活性層付近の屈折率を変化させることによって、半導体基板１１の主面１１ａに沿って延びる光導波路を第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂに形成する。
【００２７】
また、半導体レーザ集積素子１０は、半導体基板１１の裏面１１ｂ上に設けられた電極金属膜１２（第４の電極金属膜）と、第１の半導体レーザ構造２０Ａ上に設けられた電極金属膜１３（第１の電極金属膜）と、第２の半導体レーザ構造２０Ｂ上に設けられた電極金属膜１４（第２の電極金属膜）と、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを覆う絶縁膜１５とを有している。電極金属膜１２は、例えばＡｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｌといった積層構造から成り、半導体基板１１に対してオーミック接触を成している。電極金属膜１３及び１４は、第１の金属層１３ａ，１４ａと、第１の金属層１３ａ，１４ａ上にそれぞれ設けられた第２の金属層１３ｂ，１４ｂとを含む。第１の金属層１３ａ，１４ａは、リッジ構造２２ａ，２２ｂ上に形成された絶縁膜１５の開口部分にそれぞれ設けられている。第１の金属層１３ａ，１４ａは、例えばＰｄから成り、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各コンタクト層（後述）に対してオーミック接触を成している。第２の金属層１３ｂ，１４ｂは、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった積層構造から成る。絶縁膜１５は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといった絶縁性シリコン化合物から成る。
【００２８】
マウント部材８０は、実装面８１ａを有する基体８１と、実装面８１ａ上に設けられた金属膜８２とを有している。基体８１は、例えばＡｌＮ、Ｃｕ、ＳｉＣ、ＣｕＷ、ＢｅＯ、銅ダイヤ、或いはＣといった、熱伝導率が高く熱膨張係数が小さい材料から成ることが好ましい。または、基体８１は、これらの材料を含む合金（例えば銅合金）や化合物から成ってもよい。基体８１の外形は、例えば直方体状である。金属膜８２は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった積層構造を有している。なお、金属膜８２上には、導電性接着剤９１が蒸着されている。導電性接着剤９１としては、Ｓｎを含むハンダであるＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎ、ＰｂＳｎや、ＩｎＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、若しくはこれらの混合物が好適である。
【００２９】
半導体レーザ集積素子１０は、半導体基板１１の裏面１１ｂとマウント部材８０の実装面８１ａとが互いに対向するように、実装面８１ａ上に実装されている。すなわち、裏面１１ｂ上に設けられている電極金属膜１２と、実装面８１ａ上に設けられている金属膜８２とが、導電性接着剤９１を介して互いに接合されている。
【００３０】
半導体レーザ素子４０は、一枚の半導体基板４１（第２の基板）と、半導体基板４１の主面４１ａ上に形成された第３の半導体レーザ構造５０とを有している。半導体基板４１は、例えばｎ型ＧａＡｓからなる。第３の半導体レーザ構造５０は、主面４１ａ上にエピタキシャル成長された第３の活性層を含んでおり、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下といった波長域の赤色レーザ光を出力する。第３の半導体レーザ構造５０には、光導波方向に沿って互いに平行に延びる一対の溝５１が形成されている。この一対の溝５１の間の凸状部分は、電流狭窄の為のリッジ構造５２となっている。リッジ構造５２は、ストライプ状の平面形状を有しており、光導波方向と直交する方向において活性層付近の屈折率を変化させることによって、半導体基板４１の主面４１ａに沿って延びる光導波路を第３の半導体レーザ構造５０に形成する。
【００３１】
また、半導体レーザ素子４０は、半導体基板４１の裏面４１ｂ上に設けられた電極金属膜４２と、第３の半導体レーザ構造５０上に設けられた電極金属膜４３（第３の電極金属膜）と、第３の半導体レーザ構造５０を覆う絶縁膜４５とを有している。電極金属膜４２は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕＳｉといった積層構造から成り、半導体基板４１に対してオーミック接触を成している。電極金属膜４３は、第１の金属層４３ａと、第１の金属層４３ａ上に設けられた第２の金属層４３ｂとを含む。第１の金属層４３ａは、リッジ構造５２上に形成された絶縁膜４５の開口部分に設けられている。第１の金属層４３ａは、例えばＡｕＧｅから成り、半導体レーザ構造５０のコンタクト層（後述）に対してオーミック接触を成している。第２の金属層４３ｂは、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった積層構造から成る。絶縁膜４５は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといった絶縁性シリコン化合物から成る。
【００３２】
半導体レーザ素子４０は、第３の半導体レーザ構造５０の光導波方向が第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの光導波方向に沿うように、第１の半導体レーザ構造２０Ａの上方にフェースダウン実装されている。すなわち、第１の半導体レーザ構造２０Ａ上に設けられている電極金属膜１３と、第３の半導体レーザ構造５０上に設けられている電極金属膜４３とが、導電性接着剤９２を介して互いに接合されている。導電性接着剤９２としては、Ｓｎを含むハンダであるＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＢｉＳｎ、ＰｂＳｎや、ＩｎＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、若しくはこれらの混合物が好適である。
【００３３】
半導体レーザ装置１Ａには、各半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂ及び４０に電流を供給するための金属製のワイヤ１２１〜１２４の各一端が取り付けられる。一例では、ワイヤ１２１の一端はマウント部材８０の金属膜８２に接合され、ワイヤ１２２の一端は半導体レーザ素子４０の基板４１の裏面上に設けられた電極金属膜４２に接合され、ワイヤ１２３の一端は第１の半導体レーザ構造２０Ａの電極金属膜１３（及び第３の半導体レーザ構造５０の電極金属膜４３）に接合され、ワイヤ１２４の一端は第２の半導体レーザ構造２０Ｂの電極金属膜１４に接合される。このようなワイヤ接続方式では、ワイヤ１２１とワイヤ１２３との間に流れる電流によって第１の半導体レーザ構造２０Ａの発光が制御され、ワイヤ１２１とワイヤ１２４との間に流れる電流によって第２の半導体レーザ構造２０Ｂの発光が制御され、ワイヤ１２２とワイヤ１２３との間に流れる電流によって第３の半導体レーザ構造５０の発光が制御される。
【００３４】
図２は、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを構成する半導体積層構造を示す模式図である。なお、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの各半導体積層構造は、活性層のインジウム組成が相違する点を除いて、ほぼ同様の構造を有する。
【００３５】
図２に示されるように、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、主面１１ａの法線方向にエピタキシャル成長した複数の半導体層によって構成される。本実施形態の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、ｎ型バッファ層２３、ｎ型クラッド領域２４、ｐ型クラッド領域２５、及びコア半導体領域２６を有する。
【００３６】
ｎ型バッファ層２３は、半導体基板１１と同じ導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｎ型ＧａＮからなることができる。ｎ型クラッド領域２４は、半導体基板１１と同じ導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド領域２５は、半導体基板１１とは異なる導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド領域２５上には、ｐ型コンタクト層（或いはｐ型キャップ層）２８が更に設けられている。ｐ型コンタクト層２８は、例えばｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等からなる。
【００３７】
コア半導体領域２６は、ｎ型クラッド領域２４とｐ型クラッド領域２５との間に設けられている。コア半導体領域２６は、第１光ガイド層３２、活性層３４及び第２光ガイド層３６を含む。活性層３４は、第１光ガイド層３２と第２光ガイド層３６との間に設けられている。活性層３４は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。井戸層はＩｎＧａＮ等からなることができ、障壁層はＧａＮ又はＩｎＧａＮ等からなることができる。一実施例では、井戸層の厚さは例えば３ｎｍであり、障壁層の厚さは例えば１５ｎｍであり、井戸層の数は例えば３つである。活性層３４の発光波長は、井戸層のバンドギャップやＩｎ組成、その厚さ等によって制御される。
【００３８】
なお、第１の半導体レーザ構造２０Ａにおいては、活性層３４は第１の活性層であり、その発光波長のピーク波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲内に含まれるように、Ｉｎ組成が制御される。また、第２の半導体レーザ構造２０Ｂにおいては、活性層３４は第２の活性層であり、その発光波長のピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内に含まれるように、Ｉｎ組成が制御される。
【００３９】
第１光ガイド層３２は、第１ＧａＮ層３２ａ及び第１ＩｎＧａＮ層３２ｂを含む。同様に、第２光ガイド層３６は、第２ＧａＮ層３６ａ及び第２ＩｎＧａＮ層３６ｂを含む。ＩｎＧａＮ層３２ｂ及び３６ｂは例えばアンドープであり、ＧａＮ層３２ａの導電型はｎ型であり、ＧａＮ層３６ａの導電型はｐ型である。ＩｎＧａＮ層３２ｂ，３６ｂのＩｎ組成は、活性層３４内のＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成より小さい。第１ＧａＮ層３２ａは、ｎ型クラッド領域２４と第１ＩｎＧａＮ層３２ｂとの間に設けられ、第１ＩｎＧａＮ層３２ｂは、活性層３４と第１ＧａＮ層３２ａとの間に設けられる。第２ＧａＮ層３６ａは、ｐ型クラッド領域２５と第２ＩｎＧａＮ層３６ｂとの間に設けられ、第２ＩｎＧａＮ層３６ｂは、活性層３４と第２ＧａＮ層３６ａとの間に設けられる。
【００４０】
なお、前述したリッジ構造２２ａ，２２ｂは、第２光ガイド層３６、ｐ型クラッド領域２４、及びｐ型コンタクト層２８を含むように形成される。換言すれば、溝２１ａ及び２１ｂは、第２光ガイド層３６に達するように形成される。
【００４１】
上述したように、本実施形態の半導体レーザ集積素子１０では、III族窒化物半導体から成る半導体基板１１の主面１１ａ上に半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂが設けられており、これらの半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、Ｉｎを含む活性層３４をそれぞれ有している。半導体基板１１の主面１１ａは半極性面を含んでおり、Ｉｎを含む活性層３４をこのような面上に成長させることによって、結晶構造の歪みに起因するピエゾ電界を低減し、発光効率を高めることができる。
【００４２】
また、本実施形態の半導体レーザ集積素子１０では、半導体基板１１の主面１１ａ上に２つの半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂが設けられるが、この場合、主面１１ａにおいて半導体レーザ構造２０Ａの活性層３４等を結晶成長させ、その一部をエッチング除去したのち、半導体レーザ構造２０Ｂの活性層３４等を選択的に結晶成長させるといった、通常の半導体プロセスを用いて半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを形成することが可能である。したがって、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂ同士の位置合わせを精度良く行うことができるので、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの光軸を精度よく合わせることができる。更に、半導体基板１１の主面１１ａ上において、通常の半導体プロセスにより第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを形成することが可能なので、複数の半導体レーザ素子を個々に作製して基板上に実装する場合と比較して、装置の小型化が可能になる。
【００４３】
なお、第１の半導体レーザ構造２０Ａと第２の半導体レーザ構造２０Ｂとの中心間隔は、３０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。この間隔が３０μｍ以上であれば、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの作製プロセスを容易に実施できる。また、この間隔が３００μｍ以下であれば、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂから出射される各レーザ光の光軸を精度良く合わせてこれらを合波させることができる。
【００４４】
図３は、第３の半導体レーザ構造５０を構成する半導体積層構造を示す模式図である。図３に示されるように、第３の半導体レーザ構造５０は、主面４１ａの法線方向にエピタキシャル成長した複数の半導体層によって構成される。本実施形態の第３の半導体レーザ構造５０は、ｎ型バッファ層５３、ｎ型クラッド層５４、ｐ型クラッド層５５、及び活性層５６を有する。
【００４５】
ｎ型バッファ層５３は、半導体基板４１と同じ導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばｎ型ＧａＡｓからなることができる。ｎ型クラッド層５４は、半導体基板１１と同じ導電型のIII−Ｖ族化合物半導体からなり、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなることができる。ｐ型クラッド層５５は、半導体基板１１とは異なる導電型のIII族窒化物半導体からなり、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなることができる。ｐ型クラッド層５５上には、ｐ型コンタクト層（或いはｐ型キャップ層）５８が更に設けられている。ｐ型コンタクト層５８は、例えばｐ型ＧａＡｓからなる。
【００４６】
活性層５６は、ｎ型クラッド層５４とｐ型クラッド層５５との間に設けられている。活性層５６は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。活性層５６の発光波長は、井戸層のバンドギャップやＩｎ組成、その厚さ等によって制御される。活性層５６は第３の活性層であり、その発光波長のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内に含まれるように、Ｉｎ組成が制御される。
【００４７】
なお、前述したリッジ構造５２は、ｐ型クラッド層５４及びｐ型コンタクト層５８を含むように形成される。換言すれば、溝５１は、ｐ型クラッド層５４に達するように形成される。
【００４８】
以上に説明した本実施形態の半導体レーザ装置１Ａでは、半導体レーザ素子４０及び半導体レーザ集積素子１０が、第３の半導体レーザ構造５０の光導波方向が第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの光導波方向に沿うように相互に接合されている。この半導体レーザ装置１Ａによれば、例えばレーザディスプレイ等に好適な多波長レーザ装置の光軸調整を容易にし、且つ小型化できる。
【００４９】
また、本実施形態の半導体レーザ装置１Ａのように、第３の電極金属膜４３は、第１の電極金属膜１３又は第２の電極金属膜１４に接合されるとよい。このように、第３の半導体レーザ構造５０が半導体レーザ構造２０Ａ又は２０Ｂ上にフェースダウン実装されることにより、半導体レーザ構造２０Ａ又は２０Ｂの光出射端面と第３の半導体レーザ構造５０の光出射端面とが互いに接近するので、これらの光軸調整を更に容易にできる。
【００５０】
また、本実施形態の半導体レーザ装置１Ａのように、半導体レーザ集積素子１０の半導体基板１１の裏面１１ｂ上に設けられる電極金属膜１２は、マウント部材８０の金属膜８２に接合されていることが好ましい。青色レーザ光や緑色レーザ光を発光する半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂは、赤色レーザ光を発光する半導体レーザ構造５０よりも発熱量が多い。本実施形態のように、半導体基板１１の裏面１１ｂ側をマウント部材８０に実装することによって、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂにおいて発生した熱を効率良く放熱することができる。
【００５１】
続いて、半導体レーザ集積素子１０の共振端面に設けられる誘電体膜について説明する。図４は、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの共振端面２０ｃ，２０ｄ付近の構造を拡大して示す断面図であって、積層方向及び光導波方向を含む切断面を示している。図４に示されるように、本実施形態の半導体レーザ集積素子１０は、誘電体膜６２を更に備えている。誘電体膜６２は、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの一方の共振端面２０ｃ，２０ｄを覆う為に、該共振端面２０ｃ，２０ｄを含む半導体レーザ集積素子１０の一方の端面（本実施形態では、半導体基板１１の端面を含む）上に形成されている。誘電体膜６２は例えば反射防止膜（ＡＲ膜）として機能し、或いは、誘電体膜６２は例えば高反射率膜（ＨＲ膜）として機能する。誘電体膜６２の共振端面２０ｃ上における厚さと、共振端面２０ｄ上における厚さとは略等しい。ここで、厚さが略等しいとは、例えば厚さの差（誤差）が±５０ｎｍ以内であるような場合をいう。
【００５２】
図４に示されるように、誘電体膜６２は、屈折率が互いに異なる第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂが交互に積層されて成る。第１の膜６２ａの構成材料は、例えばＴｉＯ２である。第２の膜６２ｂの構成材料は、例えばＳｉＯ２である。誘電体膜６２は、第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂを複数層ずつ（例えばそれぞれ７層ずつ）有するとよい。
【００５３】
ここで、図５は、誘電体膜６２が有する波長−反射特性の一例を示すグラフである。なお、図５において、グラフＧ１１は、第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂをそれぞれ７層ずつ積層し、膜６２ａの厚さを６０ｎｍとし、膜６２ｂの厚さを９４ｎｍとし、合わせて１４層積層した場合の反射特性を示している。また、グラフＧ１２は、第１の膜６２ａ及び第２の膜６２ｂをそれぞれ２層ずつ積層し、膜６２ａの厚さを６０ｎｍとし、膜６２ｂの厚さを９４ｎｍとし、合わせて４層積層した場合の反射特性を示している。図５のグラフＧ１１，Ｇ１２に示されるように、本実施形態の誘電体膜６２は、広い波長域にわたってほぼ平坦な反射特性を有する。具体的には、第１の半導体レーザ構造２０Ａの活性層の発光波長域（４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下）から、第２の半導体レーザ構造２０Ｂの活性層の発光波長域（５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）にわたる広い波長範囲において、最も高い反射率と最も低い反射率との差が１０％以内に収まっている。第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの発振波長は活性層の発光波長域内に設定されるので、上述した反射特性によれば、第１の半導体レーザ構造２０Ａの発振波長における誘電体膜６２の反射率（％）と、第２の半導体レーザ構造２０Ｂの発振波長における誘電体膜６２の反射率（％）との差が１０％以下となる。
【００５４】
また、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの積層方向における誘電体膜６２の縁部（以下、単に上縁部という）６２ｃは、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの共振端面２０ｃ，２０ｄ上から電極金属膜１３，１４上にわたって延びている。一実施例では、この上縁部６２ｃは、電極金属膜１３，１４の表面１３ｃ，１４ｃを含む仮想平面から半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの積層方向に突き出ており、且つ、誘電体膜６２の最表面を含む仮想平面からリッジ構造５２の延伸方向に突き出ている。また、電極金属膜１３，１４の表面１３ｃ，１４ｃ上において、上縁部６２ｃは凹凸状または粒形状といった粗い表面形状を有しており、その算術平均粗さＲａは例えば０．１μｍ以上０．５μｍ以下であり、より好適には０．２５μｍ以上０．５μｍ以下である。この粗い表面形状を有する部分は、電極金属膜１３，１４の表面１３ｃ，１４ｃ上においてリッジ構造５２の延伸方向に沿って並んでいる。
【００５５】
このような上縁部６２ｃは、半導体レーザ集積素子１０の端面上に誘電体膜６２を形成する際の形成条件（例えば成膜温度など）が調整されることによって好適に生成される。例えば成膜温度を調整することによってこのような粗い表面形状を有する上縁部６２ｃを生成させるためには、成膜温度を通常より低くするとよい。成膜温度を低くすると膜のマイグレーションが低下し、誘電体膜６２の上縁部６２ｃにこのような粗い表面形状を有する部分が生じやすくなるからである。
【００５６】
図１に示されたように、電極金属膜１３又は１４上には、導電性接着剤９１を介して半導体レーザ素子４０の電極金属膜４３が接合される。このような接合状態においては、誘電体膜６２の縁部６２ｃが、電極金属膜４３に最も近接することとなる。そして、この縁部６２ｃによって、電極金属膜１３と電極金属膜４３との隙間が拡大することとなる。従って、電極金属膜１３と電極金属膜４３との隙間における導電性接着剤９１の収容量が増し、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの側方への導電性接着剤９１のはみ出し量を少なく抑えることができるので、電流のリークを効果的に抑えることができる。
【００５７】
なお、上述した形状を有する誘電体膜６２は、コーティングのほか、電子ビーム法やＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）法によっても好適に形成されることができる。図６（ａ）は、ＥＣＲ法によって形成された誘電体膜６２を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。また、図６（ｂ）は、電子ビーム法によって形成された誘電体膜６２を示すＳＥＭ写真である。双方共に、誘電体膜６２の上縁部６２ｃが好適に形成されていることがわかる。
【００５８】
ここで、図４には、電極金属膜１３又は１４の表面１３ｃ又は１４ａを含む仮想平面を基準とする、上縁部６２ｃの厚さＴが示されている。次に示す実施例によれば、この厚さＴの平均値は、０．２５μｍ以上であることが好ましい。また、この厚さＴが厚くなると、同時に上縁部６２ｃの下端が半導体基板１１へ近づく方向へ伸びる。従って、上縁部６２ｃの厚さＴは、上縁部６２ｃが半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの共振端面２０ｃ，２０ｄを覆わない程度に抑えられることが好ましい。
【００５９】
ここで、上縁部６２ｃの厚さＴと、第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂの電流リークとの関係を調べた実施例について説明する。この実施例では、半極性面である｛２０−２１｝面を主面とするｎ型窒化ガリウムウェハ上に、上述した実施形態と同様の構造を有する第１及び第２の半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂを成長させ、各電極金属膜１２〜１４を形成することにより、青色および緑色のレーザ光を発振する複数の半導体レーザ集積素子構造を作製した。そのウェハをバー状に劈開し、その劈開面（すなわち共振端面）に、それぞれ複数のＴｉＯ２膜及びＳｉＯ２膜からなる誘電体膜６２（端面コート）を形成した。そして、この誘電体膜６２の回り込み部分（すなわち上縁部６２ｃ）の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）及び透過型電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を観察し、電極金属膜１３の表面を基準とする上縁部６２ｃの厚さを観察した。図７はそのＳＥＭ像を示す図であり、図８はＴＥＭ像を示す図である。なお、図７において、（ａ）は凹凸が大きい場合（すなわち表面粗さが大きい場合）を示しており、（ｂ）は凹凸が小さい場合（すなわち表面粗さが小さい場合）を示している。
【００６０】
その後、レーザダイオードバーを切断してチップ化した。そして、電極金属膜１３の上に、厚さ３μｍのＳｎＡｇはんだを介して赤色の半導体レーザ素子４０をフェースダウン実装した。その状態で、半導体レーザ構造２０Ａのリークによる不良を、電流電圧測定により確認した。そして、以上のような測定を、誘電体膜６２の成膜条件（温度等）を変化させることにより作成された複数の半導体レーザ集積素子１０に対して行った。
【００６１】
図９は、誘電体膜６２の上縁部６２ｃの平均粗さと、半導体レーザ構造２０Ａのリークとの関係を、ヒストグラムによって表した図である。図９に示されるように、上縁部６２ｃの平均粗さが０．２０μｍ以下である場合には、リーク発生率は８８％（４９個中、リーク発生数は４３個）であったのに対して、上縁部の平均粗さが０．２５μｍ以上である場合には、リーク発生率は顕著に改善され、０％（５１個中、リーク発生数は０個）であった。このことから、上縁部６２ｃの平均粗さのより好適な値は０．２５μｍ以上であることがわかる。
【００６２】
続いて、半導体レーザ集積素子１０の電極金属膜１３，１４、及び導電性接着剤９２それぞれの好適な厚さに関する実施例について説明する。この実施例では、電極金属膜１３，１４の表面Ａｕ層に相当する様々な厚さのＡｕ金属膜を複数のＡｌＮサブマウントそれぞれの上に形成し、それらの上にＡｇＳｎはんだを設けて半導体レーザ素子４０をフェースダウン実装した。図１０（ａ）は、その様子を半導体レーザ素子４０の裏面側から捉えたＳＥＭ像である。この結果、Ａｕ金属膜の厚さが３．０μｍである場合に、実装の際にはみ出たＡｇＳｎはんだが著しく盛り上がり、半導体レーザ構造５０の側面に付着することがわかった。図１０（ｂ）は、半導体レーザ構造５０の側面においてＡｇＳｎはんだが盛り上がる様子を示すＳＥＭ像である。また、Ａｕ金属膜の厚さが１．０μｍである場合には、このようなＡｇＳｎはんだの盛り上がりは観察されず、半導体レーザ構造５０に電流リークも生じなかった。図１１（ａ）は、その様子を半導体レーザ素子４０の裏面側から捉えたＳＥＭ像であり、また、図１１（ｂ）は、半導体レーザ構造５０の側面付近を示すＳＥＭ像である。
【００６３】
Ｓｎを含む導電性接着剤がＡｕ金属膜と接触すると、Ｓｎ及びＡｕが反応して共晶構造を構成する。Ａｕ金属膜と半導体レーザ素子４０の電極金属膜４３との間のＡｇＳｎはんだが側方にはみ出る際、ＳｎがＡｕと反応することによってその場所に滞留し、ＡｇＳｎはんだの表面が著しく盛り上がる。そして、この盛り上がったＡｇＳｎはんだが半導体レーザ構造５０の側面に接触することによって、電流のリークが発生してしまう。なお、Ａｕ金属膜に代えて電極金属膜１３又は１４上に半導体レーザ素子４０を実装する際にも同様のことがいえる。上述した実施例の結果に基づき、電極金属膜４３に接合される電極金属膜１３又は１４の表面Ａｕ層の厚さは３μｍ未満であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。なお、本実施例では、Ａｕ金属膜が０．１μｍよりも薄くなると、横方向のシート抵抗が高くなって半導体レーザ構造５０の電圧特性が劣化することが判明した。
【００６４】
また、本実施例において、ＡｇＳｎはんだを様々な厚さに設定した場合、ＡｇＳｎはんだの厚さが１μｍ以上３μｍ以下の範囲内であれば上述した盛り上がりは観察されなかったが、ＡｇＳｎはんだの厚さを５μｍとした場合、ＡｇＳｎはんだのはみ出し量が著しく多くなることで半導体レーザ構造５０の側面にＡｇＳｎはんだが付着し、半導体レーザ構造５０に電流リークが生じた。このことから、電極金属膜１３又は１４と電極金属膜４３との間の導電性接着剤９２の厚さは１μｍ以上３μｍ以下の範囲内であることが好ましい。これにより、導電性接着剤９２が側方へはみ出す際のはみ出し量を格段に低減し、電流のリークを顕著に抑制することができる。
【００６５】
以上の特徴を備える本実施形態の半導体レーザ集積素子１０の作製方法について、以下に説明する。なお、各半導体層は有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長されるものとし、原料には、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、及びシラン（ＳｉＨ４）を用いる。図１２〜図１６は、この作製方法における各工程を示す断面図であって、光導波方向に垂直な断面を示している。
【００６６】
まず、半導体基板１１の主面１１ａ（例えば｛２０−２１｝面）上の全面に、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉＯ２膜を成膜する。そして、図１２（ａ）に示すように、そのＳｉＯ２膜上に通常のフォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン１０２を形成し、このレジストパターン１０２を用いてＳｉＯ２膜に対しエッチングを行う。このエッチングは、例えばフッ酸を用いたウェットエッチングである。これにより、第２の半導体レーザ構造２０Ｂのための領域を覆うＳｉＯ２膜１０１が形成される。この工程ののち、レジストパターン１０２を除去する。
【００６７】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、主面１１ａのうちＳｉＯ２膜１０１から露出した領域上に第１の半導体レーザ構造２０Ａをエピタキシャル成長させたのち、その第１の半導体レーザ構造２０Ａ上にＳｉＯ２からなるエッチングマスク１０４を形成する。このエッチングマスク１０４は、一対の溝２１ａに対応する開口を有するものである。そして、図１２（ｃ）に示すように、エッチングマスク１０４を用いて第１の半導体レーザ構造２０Ａをエッチングすることによって、一対の溝２１ａを形成する。このエッチングは、例えばＢＣｌ３系ガスを用いたドライエッチングである。
【００６８】
続いて、主面１１ａ上の全面に、例えばプラズマＣＶＤによりＳｉＯ２を堆積させる。その結果、図１３（ａ）に示すように、第１の半導体レーザ構造２０Ａと、主面１１ａにおいて第１の半導体レーザ構造２０Ａが形成されていない領域との双方を覆うＳｉＯ２層１０５が形成される。その後、図１３（ｂ）に示すように、第１の半導体レーザ構造２０Ａの上方におけるＳｉＯ２層１０５上の領域を覆うレジストパターン１０６を通常のフォトリソグラフィ技術を用いて形成し、このレジストパターン１０６に覆われていないＳｉＯ２層１０５の部分をエッチングにより除去する。このエッチングは、例えばバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングである。この工程ののち、レジストパターン１０６を除去する。
【００６９】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、主面１１ａのうちＳｉＯ２層１０５から露出した領域上に第２の半導体レーザ構造２０Ｂをエピタキシャル成長させたのち、その第２の半導体レーザ構造２０Ｂ上にＳｉＯ２からなるエッチングマスク１０７を形成する。このエッチングマスク１０７は、一対の溝２１ｂに対応する開口を有するものである。そして、図１４（ａ）に示すように、エッチングマスク１０７を用いて第２の半導体レーザ構造２０Ｂをエッチングすることによって、一対の溝２１ｂを形成する。このエッチングは、例えばＢＣｌ３系ガスを用いたドライエッチングである。この工程ののち、例えばフッ酸を用いてＳｉＯ２層１０５及びエッチングマスク１０７を除去する（図１４（ｂ））。
【００７０】
続いて、図１４（ｃ）に示すように、主面１１ａ上の全面に、例えばプラズマＣＶＤにより絶縁膜１５を堆積させる。このとき、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂは絶縁膜１５によって覆われる。そして、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、絶縁膜１５上にレジストパターン１０９を形成する。レジストパターン１０９は、電極金属膜１３，１４の第１の層１３ａ，１４ａの平面形状に相当する開口を有する。その後、図１５（ａ）に示すように、このレジストパターン１０９を用いて、絶縁膜１５のエッチングを行い、半導体レーザ構造２０Ａ及び２０Ｂの各頂部を露出させる。このエッチングは、例えばバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングである。
【００７１】
続いて、電極金属膜１３，１４の第１の層１３ａ，１４ａのための金属膜（例えばＰｄ）を主面１１ａ上の全面に蒸着したのち、レジストパターン１０９を除去する（リフトオフ）。これにより、図１５（ｂ）に示すように、半導体レーザ構造２０Ａ，２０Ｂ上に電極金属膜１３，１４の第１の層１３ａ，１４ａがそれぞれ形成される。その後、図１５（ｃ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン１１０を形成する。レジストパターン１１０は、電極金属膜１３，１４の第２の層１３ｂ，１４ｂの平面形状に相当する開口を有する。そして、第２の層１３ｂ，１４ｂのための金属膜（例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ）を主面１１ａ上の全面に蒸着したのち、レジストパターン１１０を除去する（リフトオフ）。これにより、図１６に示すように、第１の層１３ａ，１４ａ上に第２の層１３ｂ，１４ｂがそれぞれ形成される。最後に、半導体基板１１の裏面１１ｂ上に電極金属膜１２を形成する。こうして、図１に示された半導体レーザ集積素子１０が完成する。
【００７２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、出力波長が互いに異なる複数の半導体レーザ構造の光軸調整が容易であり、且つ小型化が可能な半導体レーザ集積素子および半導体レーザ装置が提供される。
【００７３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。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。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００７４】
１Ａ…半導体レーザ装置、１０…半導体レーザ集積素子、１１…半導体基板、１２〜１４…電極金属膜、１３ａ，１４ａ…第１の金属層、１３ｂ，１４ｂ…第２の金属層、１３ｃ，１４ｃ…表面、１５…絶縁膜、２０Ａ…第１の半導体レーザ構造、２０Ｂ…第２の半導体レーザ構造、２０ｃ，２０ｄ…共振端面、２１ａ，２１ｂ…溝、２２ａ，２２ｂ…リッジ構造、２３…ｎ型バッファ層、２４…ｎ型クラッド領域、２５…ｐ型クラッド領域、２６…コア半導体領域、２８…ｐ型コンタクト層、３２…光ガイド層、３４…活性層、３６…光ガイド層、４０…半導体レーザ素子、４１…半導体基板、４２，４３…電極金属膜、４３ａ…第１の金属層、４３ｂ…第２の金属層、４５…絶縁膜、５０…第３の半導体レーザ構造、５１…溝、５２…リッジ構造、５３…ｎ型バッファ層、５４…ｎ型クラッド層、５５…ｐ型クラッド層、５６…活性層、５８…ｐ型コンタクト層、６２…誘電体膜、６２ａ…第１の膜、６２ｂ…第２の膜、６２ｃ…上縁部、８０…マウント部材、８１…基体、８１ａ…実装面、８２…金属膜、９１，９２…導電性接着剤、１０１…ＳｉＯ２膜、１０２，１０６，１０９，１１０…レジストパターン、１０４，１０７…エッチングマスク、１０５，１０８…ＳｉＯ２層、１２１〜１２４…ワイヤ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体から成り、該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面を有する第１の基板と、
前記第１の基板の前記主面上に設けられ、第１の共振端面を有する第１の半導体レーザ構造と、
前記第１の半導体レーザ構造上に設けられた第１の電極金属膜と、
前記第１の基板の前記主面上に設けられ、第２の共振端面を有し、前記第１の半導体レーザ構造の光導波方向に沿った方向を光導波方向として前記第１の半導体レーザ構造の光導波方向と交差する方向に並設された第２の半導体レーザ構造と、
前記第２の半導体レーザ構造上に設けられた第２の電極金属膜と、
前記第１及び第２の共振端面上にわたって形成された誘電体膜と
を備え、
前記第１の半導体レーザ構造が、前記第１の基板の前記主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第１の活性層を有しており、該第１の活性層の発光波長のピーク波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、
前記第２の半導体レーザ構造が、前記第１の基板の前記主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第２の活性層を有しており、該第２の活性層の発光波長のピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
前記第１の共振端面上における前記誘電体膜の厚さと、前記第２の共振端面上における前記誘電体膜の厚さとが略等しく、
前記第１の半導体レーザ構造の発振波長における前記誘電体膜の反射率（％）と、前記第２の半導体レーザ構造の発振波長における前記誘電体膜の反射率（％）との差が１０％以下であることを特徴とする、半導体レーザ集積素子。
【請求項２】
前記第１の基板の前記主面における法線ベクトルと、前記第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ集積素子。
【請求項３】
前記第１の基板の前記主面における法線ベクトルと、前記第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲に含まれることを特徴とする、請求項２に記載の半導体レーザ集積素子。
【請求項４】
前記第１の半導体レーザ構造と前記第２の半導体レーザ構造との中心間隔が、３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ集積素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ集積素子と、
半導体レーザ素子と
を備える半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子は、
主面を有する第２の基板と、
前記第２の基板の前記主面上に設けられた第３の半導体レーザ構造と、
前記第３の半導体レーザ構造上に設けられた第３の電極金属膜と
を有し、
前記第３の半導体レーザ構造が、前記第２の基板の前記主面上にエピタキシャル成長された第３の活性層を有しており、該第３の活性層の発光波長のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、
前記半導体レーザ素子は、前記第３の半導体レーザ構造の光導波方向が前記第１及び第２の半導体レーザ構造の光導波方向に沿うように前記半導体レーザ集積素子に接合されていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第３の電極金属膜が、前記第１又は第２の電極金属膜に接合されていることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１の基板の厚さ方向における前記誘電体膜の縁部が前記第１又は第２の電極金属膜上にわたって延びており、該縁部の平均粗さが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第３の電極金属膜が、Ｓｎを含む導電性接着剤を介して前記第１又は第２の電極金属膜に接合されており、
前記第３の電極金属膜に接合されている前記第１又は第２の電極金属膜の表面がＡｕ層から成り、該Ａｕ層の厚さが０．１μｍ以上３μｍ未満であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第３の電極金属膜が、導電性接着剤を介して前記第１又は第２の電極金属膜に接合されており、
前記導電性接着剤の厚さが１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
実装面と、該実装面上に設けられた金属膜とを有するマウント部材を更に備え、
前記半導体レーザ集積素子が、前記第１の基板の裏面上に設けられた第４の電極金属膜を更に有しており、
前記第４の電極金属膜が、前記マウント部材の前記金属膜に接合されていることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１】
III族窒化物半導体から成り、該III族窒化物半導体の半極性面を含む主面を有する第１の基板と、
前記第１の基板の前記主面上に設けられ、第１の共振端面を有する第１の半導体レーザ構造と、
前記第１の半導体レーザ構造上に設けられた第１の電極金属膜と、
前記第１の基板の前記主面上に設けられ、第２の共振端面を有し、前記第１の半導体レーザ構造の光導波方向に沿った方向を光導波方向として前記第１の半導体レーザ構造の光導波方向と交差する方向に並設された第２の半導体レーザ構造と、
前記第２の半導体レーザ構造上に設けられた第２の電極金属膜と、
前記第１及び第２の共振端面上にわたって形成された誘電体膜と
を備え、
前記第１の半導体レーザ構造が、前記第１の基板の前記主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第１の活性層を有しており、該第１の活性層の発光波長のピーク波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、
前記第２の半導体レーザ構造が、前記第１の基板の前記主面上にエピタキシャル成長されたインジウムを含む第２の活性層を有しており、該第２の活性層の発光波長のピーク波長が５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
前記第１の共振端面上における前記誘電体膜の厚さと、前記第２の共振端面上における前記誘電体膜の厚さとが略等しく、
前記第１の半導体レーザ構造の発振波長における前記誘電体膜の反射率（％）と、前記第２の半導体レーザ構造の発振波長における前記誘電体膜の反射率（％）との差が１０％以下であることを特徴とする、半導体レーザ集積素子。
【請求項２】
前記第１の基板の前記主面における法線ベクトルと、前記第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、１０度以上８０度以下、又は１００度以上１７０度以下の範囲に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ集積素子。
【請求項３】
前記第１の基板の前記主面における法線ベクトルと、前記第１の基板のIII族窒化物半導体のｃ軸との成す傾斜角が、６３度以上８０度以下、又は１００度以上１１７度以下の範囲に含まれることを特徴とする、請求項２に記載の半導体レーザ集積素子。
【請求項４】
前記第１の半導体レーザ構造と前記第２の半導体レーザ構造との中心間隔が、３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ集積素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ集積素子と、
半導体レーザ素子と
を備える半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザ素子は、
主面を有する第２の基板と、
前記第２の基板の前記主面上に設けられた第３の半導体レーザ構造と、
前記第３の半導体レーザ構造上に設けられた第３の電極金属膜と
を有し、
前記第３の半導体レーザ構造が、前記第２の基板の前記主面上にエピタキシャル成長された第３の活性層を有しており、該第３の活性層の発光波長のピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、
前記半導体レーザ素子は、前記第３の半導体レーザ構造の光導波方向が前記第１及び第２の半導体レーザ構造の光導波方向に沿うように前記半導体レーザ集積素子に接合されていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第３の電極金属膜が、前記第１又は第２の電極金属膜に接合されていることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１の基板の厚さ方向における前記誘電体膜の縁部が前記第１又は第２の電極金属膜上にわたって延びており、該縁部の平均粗さが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第３の電極金属膜が、Ｓｎを含む導電性接着剤を介して前記第１又は第２の電極金属膜に接合されており、
前記第３の電極金属膜に接合されている前記第１又は第２の電極金属膜の表面がＡｕ層から成り、該Ａｕ層の厚さが０．１μｍ以上３μｍ未満であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第３の電極金属膜が、導電性接着剤を介して前記第１又は第２の電極金属膜に接合されており、
前記導電性接着剤の厚さが１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
実装面と、該実装面上に設けられた金属膜とを有するマウント部材を更に備え、
前記半導体レーザ集積素子が、前記第１の基板の裏面上に設けられた第４の電極金属膜を更に有しており、
前記第４の電極金属膜が、前記マウント部材の前記金属膜に接合されていることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−２１１２３（Ｐ２０１３−２１１２３Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３１０２（Ｐ２０１１−１５３１０２）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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