JP4845132B2 - 半導体レーザ素子及びその製造方法並びに光半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載されている発明では、半導体レーザ素子の表面に形成するメッキ金属層の表面を平坦にして空洞が発生しないようにしている。
なかでも前記(2),(3)の応力起因の要素は、偏光特性に大きく影響しており、この応力バラツキの改善により、特性バラツキを改善することができる。
が崩れ、偏光角の回転が生じる。
第1導電型の半導体基板、前記半導体基板の第1の面に設けられかつレーザ発振する共振器が並列に複数形成される多層半導体層、前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に形成されかつ前記各共振器に電力を供給する第1の電極、前記多層半導体層上の所定箇所に形成されかつ前記共振器のうちの所定の共振器に電力を供給するそれぞれ独立した複数の第2の電極とを有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の前記第2の電極に対応する電極パッドを第1の面に有する支持板と、
前記支持板の前記各電極パッドに前記半導体レーザ素子の前記各第2の電極が接合材を介して重ねて接続されてなる光半導体装置であって、
前記半導体レーザ素子は、
前記半導体基板の前記第1の面に順次重ねて形成され、かつ第1導電型からなる第1導電型クラッド層、多重量子井戸構造からなる活性層、第2導電型からなる第2導電型クラッド層、第2導電型からなるコンタクト層で構成される前記多層半導体層と、
前記多層半導体層に形成され、前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される複数本の区画溝と、
隣接する前記区画溝によって挟まれる各区画部分に形成され、前記半導体基板の前記一端から前記他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される2本の分離溝によって挟まれたストライプ状のリッジと、
前記各リッジの前記コンタクト層の両側面からそれぞれ前記分離溝を越えて前記区画部分の端に至る部分を覆う絶縁層とを有し、
前記第1の電極は前記半導体基板の前記第2の面に設けられ、
前記各第2の電極は前記各区画部分において前記リッジ上及び前記リッジの両側の前記分離溝上並びに前記分離溝の外側の前記多層半導体層上に亘って設けられ、
前記第2の電極は下層となる第2の電極層と、前記第2の電極層に重ねて形成されかつ前記リッジ部分に対応する箇所が最も厚くなり前記分離溝を越えて前記区画溝に向かって徐々に薄くなる円弧状断面となる第2のメッキ層とからなり、
前記第2のメッキ層の一時的な溶融によって前記半導体レーザ素子は前記支持板に固定され、
前記各ストライプ状のリッジに対応する前記活性層を含む多層の半導体層部分が前記共振器を構成することを特徴とする。
前記エッチングストッパ層は前記第2の第2導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質からなり、
前記区画溝及び前記分離溝の底面は前記エッチングストッパ層で形成され、
前記リッジは前記第2の第2導電型クラッド層及び前記コンタクト層で形成されていることを特徴とする。
また、前記第2の電極層はTi層,Pt層,Au層を順次重ねた層となり、前記第2のメッキ層はAu層からなっていることを特徴とする。
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面に順次重ねて形成され、かつ第1導電型からなる第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型からなる第2導電型クラッド層、第2導電型からなるコンタクト層で構成される多層半導体層と、
前記多層半導体層に形成され、前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される複数本の区画溝と、
隣接する前記区画溝によって挟まれる各区画部分に形成され、前記半導体基板の前記一端から前記他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される2本の分離溝によって挟まれたストライプ状のリッジと、
前記各リッジの前記コンタクト層の両側面からそれぞれ前記分離溝を越えて前記区画部分の端に至る部分を覆う絶縁層と、
前記リッジに対応する前記活性層部分に形成される共振器と、
前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に形成されかつ前記各共振器に電力を供給する第1の電極と、
前記各区画部分に形成され、かつ前記リッジ上及び前記リッジの両側の前記分離溝上並びに前記分離溝の外側の前記多層半導体層上に亘って設けられる第2の電極とを有し、
前記第2の電極は下層となる第2の電極層と、前記第2の電極層に重ねて形成されかつ前記リッジ部分に対応する箇所が最も厚くなり前記分離溝を越えて前記区画溝に向かって徐々に薄くなる円弧状断面となる第2のメッキ層とからなる半導体レーザ素子を準備する工程と、
前記半導体レーザ素子が第1の面側に重ねて搭載されるものであり、前記第1の面には前記第2の電極に対応する電極パッドを含む配線を有する支持板を準備する工程と、
前記支持板の前記電極パッドに柔らかい導電性の接合材を形成した後、前記半導体レーザ素子の前記各第2の電極を対応する各前記電極パッドに重ねるようにして押し付けて接着し、かつ前記接合材を硬化処理して前記支持板に前記半導体レーザ素子を搭載する工程とを有することを特徴とする。
また、前記活性層を多重量子井戸構造として形成することを特徴とする。
また、Ti層,Pt層,Au層を順次重ねて前記第2の電極層を形成し、
前記第2の電極層上にAu層をメッキ処理によって形成することを特徴とする。
半導体レーザ素子は、
(a)第1導電型からなる半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板の第1の面に、第1導電型からなる第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型からなる第2導電型クラッド層及び第2導電型からなるコンタクト層を順次積層するように連続的にエピタキシャル成長させて多層半導体層を形成する工程、
(c)前記半導体基板の前記第1の面側への被膜形成と前記被膜の選択的エッチングによって、前記多層半導体層上に1本のストライプ状のリッジ形成用エッチングマスクと、このリッジ形成用エッチングマスクの両側に所定の距離離れて位置するフィールド用エッチングマスクとからなる溝形成用マスクを並列に複数形成する工程、
(d)前記溝形成用マスクをマスクとして前記コンタクト層の表面から前記第1導電型クラッド層の所定深さに至るまでエッチングを行い、前記溝形成用マスクの両側にそれぞれ区画溝を形成するとともに、隣接する前記区画溝によって挟まれる各区画部分においては前記リッジ形成用エッチングマスクと前記フィールド用エッチングマスクとの間にそれぞれ分離溝を形成して前記リッジ形成用エッチングマスク下にストライプ状のリッジを形成する工程、
(e)前記半導体基板の前記第1の面側への絶縁層形成と前記絶縁層の選択的エッチングによって、前記各リッジの前記コンタクト層の両側面からそれぞれ前記分離溝を越えて前記区画溝上に至る部分を覆う絶縁層を形成する工程、
(f)前記各リッジ上において前記リッジ上及び前記リッジの両側の前記分離溝上並びに前記分離溝の外側の前記多層半導体層上に亘って第2の電極を形成する工程、
(g)前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に第1の電極を形成する工程、
(h)前記半導体基板を前記リッジの長手方向に直交する方向に所定間隔で劈開して複数の短冊体を形成する工程、
(i)複数の前記区画溝が残留するように前記短冊体を所定の前記区画溝部分でかつ前記区画溝に沿って分割する工程、
を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記工程(f)における前記第2の電極は、
(j)前記半導体基板の前記第1の面全域に第2の電極層を形成する工程、
(k)前記半導体基板の前記第1の面側へのホトレジスト膜の形成と前記ホトレジスト膜の選択的エッチングによって、前記リッジ及び前記リッジの両側の前記分離溝並びに前記分離溝に隣り合う前記多層半導体層とからなる前記区画部分に対して一方の前記多層半導体層の所定位置から他方の前記多層半導体層の所定位置に及ぶ領域を開口したホトレジスト膜を形成する工程、
(l)前記各開口に露出する前記第2の電極層上にメッキ処理によって所定厚さの第2のメッキ層を形成する工程、
(m)前記半導体基板の前記第1の面側の前記ホトレジスト膜及び前記メッキ層を一括研磨して平坦な面とした後前記ホトレジスト膜を除去する工程、
(n)前記半導体基板の前記第1の面側を一括研磨して平坦面であった前記第2のメッキ層を前記リッジ部分に対応する箇所が最も厚くなり前記分離溝を越えて前記多層半導体層側に向かって徐々に薄くなる円弧状断面に形成する工程、
によって形成され、
前記第2の電極は前記第2の電極層と前記第2の電極層に重なる前記第2のメッキ層によって形成されることを特徴とする。
前記半導体基板の前記第1の面に、第1導電型からなる第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型からなる第1の第2導電型クラッド層、第2導電型からなるエッチングストッパ層、第2導電型からなる第2の第2導電型クラッド層及び第2導電型からなるコンタクト層を順次積層形成し、かつ前記エッチングストッパ層は前記第2の第2導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質で形成することを特徴とする。
また、前記工程(b)では、前記活性層を多重量子井戸構造として形成することを特徴とする。
また、前記工程(i)ではTi層,Pt層,Au層を順次重ねて前記第2の電極層を形成し、
前記工程(k)では前記各開口部に露出する前記第2の電極層上にAu層をメッキ処理によって形成することを特徴とする。
(1)光半導体装置45は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子部を複数並列に有する半導体レーザ素子1がサブマウント55に柔らかい接合材60(AuSn等のハンダ)を介して重ねて接合する構造になっている。半導体レーザ素子1は半導体基板2の第1の面側に共通電極となる第1の電極18を有し、第2の面側には前記各半導体レーザ素子部固有の第2の電極21を有する構造になっている。また、サブマウント55の第1の面には前記各半導体レーザ素子部固有の第2の電極21に対応して電極パッド56が設けられている。また、各第2の電極21は下層の第2の電極層22と、上層の第2のメッキ層23とからなっている。第2のメッキ層23は各半導体レーザ素子部のリッジ14部分に対応する箇所が最も厚くなり分離溝13を越えて区画溝12に向かって徐々に薄くなる円弧状断面となっている。サブマウント55の電極パッド56に第2の電極21を重ねて固定する場合、電極パッド56上にハンダからなる柔らかい接合材60(AuSn等のハンダ)を設けておき、その後半導体レーザ素子1を第2の電極21が下面となる状態で位置決めして下降させて各第2の電極21を各電極パッド56上の接合材60に食い込むように重ね合わせる。第2のメッキ層23の表面はその中央線部分からその両側の表面部分が順次接合材60に接触し食い込むようになる。
Claims (14)
- 第1導電型からなる半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面に順次重ねて形成され、かつ第1導電型からなる第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型からなる第2導電型クラッド層、第2導電型からなるコンタクト層で構成される多層半導体層と、
前記多層半導体層に形成され、前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される複数本の区画溝と、
隣接する前記区画溝によって挟まれる各区画部分に形成され、前記半導体基板の前記一端から前記他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される2本の分離溝によって挟まれたストライプ状のリッジと、
前記各リッジの前記コンタクト層の両側面からそれぞれ前記分離溝を越えて前記区画部分の端に至る部分を覆う絶縁層と、
前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に設けられる第1の電極と、
前記各区画部分において前記リッジ上及び前記リッジの両側の前記分離溝上並びに前記分離溝の外側の前記多層半導体層上に亘って設けられる第2の電極とを有し、
前記第2の電極は下層となる第2の電極層と、前記第2の電極層に重ねて形成される第2のメッキ層とからなり、
前記第2のメッキ層は前記リッジ部分に対応する箇所が最も厚くなり前記区画溝に向かって徐々に薄くなる円弧状断面となっていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記第2導電型からなる第2導電型クラッド層は第1の第2導電型クラッド層と、前記第1の第2導電型クラッド層上に重なるエッチングストッパ層と、前記エッチングストッパ層上に重なる第2の第2導電型クラッド層とからなり、
前記エッチングストッパ層は前記第2の第2導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質からなり、
前記区画溝及び前記分離溝の底面は前記エッチングストッパ層で形成され、
前記リッジは前記第2の第2導電型クラッド層及び前記コンタクト層で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。 - 前記活性層は多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記第2の電極層はTi層,Pt層,Au層を順次重ねた層となり、前記第2のメッキ層はAu層からなっていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記区画溝は2本であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- (a)第1導電型からなる半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板の第1の面に、第1導電型からなる第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型からなる第2導電型クラッド層及び第2導電型からなるコンタクト層を順次積層するように連続的にエピタキシャル成長させて多層半導体層を形成する工程、
(c)前記半導体基板の前記第1の面側への被膜形成と前記被膜の選択的エッチングによって、前記多層半導体層上に1本のストライプ状のリッジ形成用エッチングマスクと、このリッジ形成用エッチングマスクの両側に所定の距離離れて位置するフィールド用エッチングマスクとからなる溝形成用マスクを並列に複数形成する工程、
(d)前記溝形成用マスクをマスクとして前記コンタクト層の表面から前記第1導電型クラッド層の所定深さに至るまでエッチングを行い、前記溝形成用マスクの両側にそれぞれ区画溝を形成するとともに、隣接する前記区画溝によって挟まれる各区画部分においては前記リッジ形成用エッチングマスクと前記フィールド用エッチングマスクとの間にそれぞれ分離溝を形成して前記リッジ形成用エッチングマスク下にストライプ状のリッジを形成する工程、
(e)前記半導体基板の前記第1の面側への絶縁層形成と前記絶縁層の選択的エッチングによって、前記各リッジの前記コンタクト層の両側面からそれぞれ前記分離溝を越えて前記区画溝上に至る部分を覆う絶縁層を形成する工程、
(f)前記各リッジ上において前記リッジ上及び前記リッジの両側の前記分離溝上並びに前記分離溝の外側の前記多層半導体層上に亘って第2の電極を形成する工程、
(g)前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に第1の電極を形成する工程、
(h)前記半導体基板を前記リッジの長手方向に直交する方向に所定間隔で劈開して複数の短冊体を形成する工程、
(i)複数の前記区画溝が残留するように前記短冊体を所定の前記区画溝部分でかつ前記区画溝に沿って分割する工程、
を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記工程(f)における前記第2の電極は、
(j)前記半導体基板の前記第1の面全域に第2の電極層を形成する工程、
(k)前記半導体基板の前記第1の面側へのホトレジスト膜の形成と前記ホトレジスト膜の選択的エッチングによって、前記リッジ及び前記リッジの両側の前記分離溝並びに前記分離溝に隣り合う前記多層半導体層とからなる前記区画部分に対して一方の前記多層半導体層の所定位置から他方の前記多層半導体層の所定位置に及ぶ領域を開口したホトレジスト膜を形成する工程、
(l)前記各開口に露出する前記第2の電極層上にメッキ処理によって所定厚さの第2のメッキ層を形成する工程、
(m)前記半導体基板の前記第1の面側の前記ホトレジスト膜及び前記メッキ層を一括研磨して平坦な面とした後前記ホトレジスト膜を除去する工程、
(n)前記半導体基板の前記第1の面側を一括研磨して平坦面であった前記第2のメッキ層を前記リッジ部分に対応する箇所が最も厚くなり前記分離溝を越えて前記多層半導体層側に向かって徐々に薄くなる円弧状断面に形成する工程、
によって形成され、
前記第2の電極は前記第2の電極層と前記第2の電極層に重なる前記第2のメッキ層によって形成されることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記工程(n)のつぎに、(o)少なくとも各区画溝上の前記第1の電極層を除去する工程を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記工程(b)では、
前記半導体基板の前記第1の面に、第1導電型からなる第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型からなる第1の第2導電型クラッド層、第2導電型からなるエッチングストッパ層、第2導電型からなる第2の第2導電型クラッド層及び第2導電型からなるコンタクト層を順次積層形成し、かつ前記エッチングストッパ層は前記第2の第2導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質で形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記工程(b)では、前記活性層を多重量子井戸構造として形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記工程(i)ではTi層,Pt層,Au層を順次重ねて前記第2の電極層を形成し、
前記工程(k)では前記各開口部に露出する前記第2の電極層上にAu層をメッキ処理によって形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面に順次重ねて形成され、かつ第1導電型からなる第1導電型クラッド層、活性層、第2導電型からなる第2導電型クラッド層、第2導電型からなるコンタクト層で構成される多層半導体層と、
前記多層半導体層に形成され、前記半導体基板の一端から他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される複数本の区画溝と、
隣接する前記区画溝によって挟まれる各区画部分に形成され、前記半導体基板の前記一端から前記他端に亘りかつ前記コンタクト層の表面から前記第2導電型クラッド層の所定深さに形成される2本の分離溝によって挟まれたストライプ状のリッジと、
前記各リッジの前記コンタクト層の両側面からそれぞれ前記分離溝を越えて前記区画部分の端に至る部分を覆う絶縁層と、
前記リッジに対応する前記活性層部分に形成される共振器と、
前記半導体基板の前記第1の面の反対面となる第2の面に形成されかつ前記各共振器に電力を供給する第1の電極と、
前記各区画部分に形成され、かつ前記リッジ上及び前記リッジの両側の前記分離溝上並びに前記分離溝の外側の前記多層半導体層上に亘って設けられる第2の電極とを有し、
前記第2の電極は下層となる第2の電極層と、前記第2の電極層に重ねて形成されかつ前記リッジ部分に対応する箇所が最も厚くなり前記分離溝を越えて前記区画溝に向かって徐々に薄くなる円弧状断面となる第2のメッキ層とからなる半導体レーザ素子を準備する工程と、
前記半導体レーザ素子が第1の面側に重ねて搭載されるものであり、前記第1の面には前記第2の電極に対応する電極パッドを含む配線を有する支持板を準備する工程と、
前記支持板の前記電極パッドに柔らかい導電性の接合材を形成した後、前記半導体レーザ素子の前記各第2の電極を対応する各前記電極パッドに重ねるようにして押し付けて接着し、かつ前記接合材を硬化処理して前記支持板に前記半導体レーザ素子を搭載する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 前記第2導電型からなる第2導電型クラッド層は第1の第2導電型クラッド層と、前記第1の第2導電型クラッド層上に重なるエッチングストッパ層と、前記エッチングストッパ層上に重なる第2の第2導電型クラッド層とからなり、
前記エッチングストッパ層は前記第2の第2導電型クラッド層のエッチング速度よりもエッチング速度が遅い材質からなり、
前記区画溝及び前記分離溝の底面は前記エッチングストッパ層で形成され、
前記リッジは前記第2の第2導電型クラッド層及び前記コンタクト層で形成されていることを特徴とする請求項11に記載の光半導体装置の製造方法。 - 前記活性層は多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項11に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記第2の電極層はTi層,Pt層,Au層を順次重ねた層となり、前記第2のメッキ層はAu層からなっていることを特徴とする請求項11に記載の光半導体装置の製造方法。
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