JP5292443B2 - 光半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
第1の面及びこの第1の面の反対面となる第2の面を有する第1導電型(n型)のGaAsからなる半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面上に形成され、第1導電型の半導体層(AlGaInP)からなる第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成され、AlGaInP層を障壁層とし、GaInP層を井戸層とする多重量子井戸構造からなる活性層と、
前記活性層上に形成され、第2導電型(p型)の半導体層(AlGaInP)からなる第2クラッド層と、
前記第2クラッド層上に形成され、第2導電型の半導体層(GaAs)からなるコンタクト層と、
前記コンタクト層の上面から前記第2クラッド層の中層に亘って設けられ、前記コンタクト層及び前記第2クラッド層をそれぞれ分離する並列配置の2本の分離溝と、
前記2本の分離溝に挟まれるストライプ状のリッジと、
前記コンタクト層の前記分離溝に臨む側部には、前記分離溝に向かって徐々に側部の厚さが薄くなるように上面に斜面が設けられ、
前記半導体基板の前記第1の面側において、
前記リッジの前記分離溝に臨む各側面から前記分離溝を含み、かつ前記分離溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分を覆う絶縁膜と、
前記リッジを構成する前記コンタクト層部分及び前記絶縁膜を覆う金属(上層Au、中層Pt,下層Ti)からなるバリアメタル層と、
前記バリアメタル層上に形成されるAuからなる第1の電極(p電極)と、
前記半導体基板の前記第2の面に形成される第2の電極(n電極)とを有し、
前記半導体基板の前記第1の面は、GaAs結晶の結晶面(001)に対して傾斜する結晶面となり、
前記コンタクト層の上面側部の前記斜面は、GaAs結晶の結晶面(111)であることを特徴とする。
(a)第1の面及びこの第1の面の反対面となる第2の面を有する第1導電型(n型)のGaAsからなる前記半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板の前記第1の面に、第1導電型のAlGaInPからなる第1クラッド層、AlGaInP層を障壁層としGaInP層を井戸層とする多重量子井戸構造の活性層、第2導電型(p型)のAlGaInPからなる前記第2クラッド層及び第2導電型のGaAs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る工程、
(c)被膜形成と前記被膜の選択的エッチングによって、前記コンタクト層上に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を形成する工程、
(d)前記両エッチングマスクをマスクとして前記コンタクト層をその上面から下面に至るまで、ウエットエッチングによる異方性エッチングを行い、前記リッジ形成用エッチングマスク及び前記フィールド用エッチングマスクの下にエッチング縁が斜面となるリッジ部コンタクト層及びフィールド部コンタクト層を形成する工程、
(e)前記両エッチングマスク、前記リッジ部コンタクト層及び前記フィールド部コンタクト層をマスクとして、前記第2のクラッド層の所定深さまでドライエッチングして分離溝を形成し、かつ2本の分離溝に囲まれる突状ストライプのリッジを形成する工程、
(f)前記両エッチングマスクを除去した後、ウエットエッチングを行って前記リッジの幅を所定寸法にする工程、
(g)前記半導体基板の前記第1の面側全体に絶縁膜を形成する工程、
(h)前記半導体基板の前記リッジ上面の前記絶縁膜を除去する工程、
(i)前記半導体基板の前記第1の面側全体に蒸着(上層Au、中層Pt、下層Ti)によって金属からなるバリアメタル層を形成する工程、
(j)前記半導体基板の前記第1の面側全体にめっきによってAu層を形成して第1の電極を形成する工程、
(k)前記半導体基板の前記第2の面に第2の電極を形成する工程とによって製造される。
前記工程(e)及び工程(f)のエッチングでは、前記コンタクト層の表面から前記エッチストップ層が露出する深さまでエッチングすることを特徴とする。
前記工程(b)のエピタキシャル成長では前記コンタクト層をGaAs層で形成し、
前記工程(d)のウエットエッチングによる異方性エッチングでは、前記コンタクト層の上面側部の前記斜面がGaAs結晶の結晶面(111)になるように形成することを特徴とする。
前記活性層と前記コンタクト層との間には、第2導電型の半導体層からなる第1の第2クラッド層、第2導電型の半導体層(GaInP)からなるエッチストップ層、第2導電型の半導体層からなる第2の第2クラッド層が順次積層された構造となり、
前記分離溝は前記コンタクト層及び前記第2の第2クラッド層を分離し、分離溝の底面は前記エッチストップ層で形成されていることを特徴とする。
パッケージと、
前記パッケージの内外に亘って延在する複数のリードと、
前記パッケージ内に配置される導電性のサブマウントに取り付けられる光半導体素子(半導体レーザ素子)と、
前記光半導体素子の各電極と前記リードを電気的に接続する接続手段と、
前記光半導体素子の出射面から出射されるレーザ光を前記パッケージの外部に案内する光学系とを有し、
前記光半導体素子は、
第1の面及びこの第1の面の反対面となる第2の面を有する第1導電型(n型)のGaAsからなる半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面上に形成され、第1導電型の半導体層(AlGaInP)からなる第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成され、AlGaInP層を障壁層とし、GaInP層を井戸層とする多重量子井戸構造からなる活性層と、
前記活性層上に形成され、第2導電型(p型)の半導体層(AlGaInP)からなる第2クラッド層と、
前記第2クラッド層上に形成され、第2導電型の半導体層(GaAs)からなるコンタクト層と、
前記コンタクト層の上面から前記第2クラッド層の中層に亘って設けられ、前記コンタクト層及び前記第2クラッド層をそれぞれ分離する並列配置の2本の分離溝と、
前記2本の分離溝に挟まれるストライプ状のリッジと、
前記コンタクト層の前記分離溝に臨む側部には、前記分離溝に向かって徐々に側部の厚さが薄くなるように上面に斜面が設けられ、
前記半導体基板の前記第1の面側において、
前記リッジの前記分離溝に臨む各側面から前記分離溝を含みかつ前記分離溝を越えて前記半導体基板側縁に至る部分を覆う絶縁膜と、
前記リッジを構成する前記コンタクト層部分及び前記絶縁膜を覆う金属(上層Au、中層Pt,下層Ti)からなるバリアメタル層と、
前記バリアメタル層上に形成されるAuからなる第1の電極(p電極)と、
前記半導体基板の前記第2の面に形成される第2の電極(n電極)とを有し、
前記半導体基板の前記第1の面はGaAs結晶の結晶面(001)に対して傾斜する結晶面となり、
前記コンタクト層の上面側部の前記斜面はGaAs結晶の結晶面(111)であり、
前記半導体レーザ素子は前記第1の電極がサブマウントに接合材で接続されている構成になっている。
前記キャップの前記ステムの前記第1の面に対面する天井部分には穴が設けられるとともに、前記穴は透明なガラス板で塞がれて窓が形成されてなり、
前記ステムには、前記第1の面から前記第2の面を貫通しかつ絶縁体を介して前記ステムに固定される前記外部電極端子を構成する複数のリードが設けられ、
前記ステムには、前記第2の面に電気的に接続され、前記リードに沿って延在する前記外部電極端子を構成するリードが設けられ、
前記ステムの前記第1の面には金属からなるヒートシンクが固定され、
前記ヒートシンクの一側面には前記サブマウントが固定され、
前記サブマウントには前記接合材を介して前記半導体レーザ素子の前記第1の電極が固定され、
前記半導体レーザ素子の前記第2の電極は前記ステムに絶縁体を介して固定される前記リードに導電性のワイヤを介して接続され、
前記キャップは前記ステムの前記第1の面上に位置する前記リード、前記ヒートシンク、前記半導体レーザ素子及び前記ワイヤを覆い、
前記半導体レーザ素子の端面である出射面から出射されたレーザ光は前記窓を通って前記パッケージの外に出射されるように構成されている。
図1乃至図10は本発明の実施例1である光半導体素子(半導体レーザ素子)に係わる図である。図1乃至図5は光半導体素子(半導体レーザ素子)の構造に係わる図、図6乃至図8は半導体レーザ素子の製造方法に係わる図である。また、図9は本実施例1の光半導体素子を組み込んだ光半導体装置(半導体レーザ装置)の一部を切り欠いた斜視図であり、図10は半導体レーザ装置を構成するヒートシンクにサブマウントを介して固定される半導体レーザ素子を示す斜視図である。
Claims (5)
- 第1の面及びこの第1の面の反対面となる第2の面を有する第1導電型からなる半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面上に形成され、第1導電型の半導体層からなる第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成される活性層と、
前記活性層上に形成され、第2導電型の半導体層からなる第2クラッド層と、
前記第2クラッド層上に形成され、第2導電型の半導体層からなるコンタクト層と、
前記コンタクト層の上面から前記第2クラッド層の中層に亘って設けられ、前記コンタクト層及び前記第2クラッド層をそれぞれ分離する並列配置の2本の分離溝と、
前記2本の分離溝に挟まれ、両側面を略垂直に形成して断面形状が略四角形となるストライプ状のリッジとを設け、
前記コンタクト層の前記分離溝に臨む側部には、前記分離溝に向かって徐々に側部の厚さが薄くなるように上面に斜面が設けられ、
前記半導体基板の前記第1の面側において、
前記リッジの前記分離溝に臨む各側面から前記分離溝を含み、かつ前記分離溝を越えて 前記半導体基板側縁に至る部分を覆う絶縁膜と、
前記リッジを構成する前記コンタクト層部分及び前記絶縁膜を覆う金属からなるバリアメタル層と、
前記バリアメタル層上に形成される第1の電極と、
前記半導体基板の前記第2の面に形成される第2の電極とを有し、
前記分離溝に先端を臨ます前記コンタクト層の前記側部は前記分離溝に突出した構造となっている光半導体素子の製造方法であって、
(a)前記半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板の前記第1の面に、前記第1クラッド層、前記活性層、前記第2クラッド層及び前記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る工程、
(c)被膜形成と前記被膜の選択的エッチングによって、前記コンタクト層上に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を形成する工程、
(d)前記両エッチングマスクをマスクとして前記コンタクト層をその上面から下面に至るまで、ウエットエッチングによる異方性エッチングを行い、前記リッジ形成用エッチングマスク及び前記フィールド用エッチングマスクの下にエッチング縁が斜面となるリッジ部コンタクト層及びフィールド部コンタクト層を形成する工程、
(e)前記両エッチングマスク、前記リッジ部コンタクト層及び前記フィールド部コンタクト層をマスクとして、前記第2のクラッド層の所定深さまでドライエッチングして前記2本の分離溝を形成し、かつ前記2本の分離溝に囲まれる突状ストライプの前記リッジを形成する工程、
(f)前記両エッチングマスクを除去した後、ウエットエッチングを行って前記リッジの幅を所定寸法にする工程、
(g)前記半導体基板の前記第1の面側全体に前記絶縁膜を形成する工程、
(h)前記半導体基板の前記リッジ上面の前記絶縁膜を除去する工程、
(i)前記半導体基板の前記第1の面側全体に蒸着によって金属からなる前記バリアメタル層を形成する工程、
(j)前記半導体基板の前記第1の面側全体にめっきによってAu層を形成して前記第1の電極を形成する工程、
(k)前記半導体基板の前記第2の面に前記第2の電極を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。 - 前記工程(c)では、前記フィールド用エッチングマスクの前記リッジに直交する方向に沿う長さを前記半導体基板の側縁に到達する長さよりも短く形成し、
前記工程(d)乃至工程(f)によって前記半導体基板の側縁に側溝を形成し、
前記工程(g)では、前記側溝にも前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項1記載の光半導体素子の製造方法。 - 前記工程(b)では、前記半導体基板と前記第1クラッド層との間に半導体層からなるバッファ層を形成するとともに、前記活性層と前記コンタクト層との間に第2導電型からなる第1の第2クラッド層、第2導電型からなるエッチストップ層、第2導電型からなる第2クラッド層を順次重ねて形成し、かつ前記エッチストップ層を前記第2の第2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し、
前記工程(e)及び工程(f)のエッチングでは、前記コンタクト層の表面から前記エッチストップ層が露出する深さまでエッチングすることを特徴とする請求項1記載の光半導体素子の製造方法。 - 前記工程(a)では、前記半導体基板の前記第1の面が結晶面(001)に対して傾斜する結晶面となるGaAs基板を準備し、
前記工程(b)の前記エピタキシャル成長では、前記コンタクト層をGaAs層で形成し、
前記工程(d)の前記ウエットエッチングによる異方性エッチングでは、前記コンタクト層の上面側部の前記斜面がGaAs結晶の結晶面(111)になるように形成することを特徴とする請求項1記載の光半導体素子の製造方法。 - 前記第1クラッド層は、AlGaInP層からなり、
前記活性層は、AlGaInP層を障壁層とし、GaInP層を井戸層とする多重量子井戸構造からなり、
前記第2クラッド層は、AlGaInP層からなることを特徴とする請求項4記載の光半導体素子の製造方法。
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