JP6197845B2 - 半導体レーザ素子、および半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、GaAs基板を用いた場合、AlGaInPが自然超格子を形成する。AlGaInP系では、結晶の組成が同じである場合、III族原子が規則的に並んで自然超格子を形成している状態よりも無秩序に並んでいる状態の方がバンドギャップエネルギは大きい。半導体レーザ素子の発光波長は、活性層のバンドギャップエネルギによって決まるため、短波長のレーザ光を得るためには、活性層のバンドギャップエネルギを大きくとる必要がある。
そこで、本発明は、キャビティ方向に直交する方向の幅が比較的狭い傾斜基板を用いた場合であっても、良好にサブマウントに接合することができる半導体レーザ素子および半導体レーザ装置の製造方法を提供することを課題としている。
半導体レーザ素子をサブマウント上に載置するためにコレット等によって素子を吸着保持する場合、素子を安定してピックアップするために、コレットは素子の重心位置を狙って吸着保持する。そして、素子をサブマウントに接合する際には、コレットは、素子を吸着保持した位置でそのまま素子に対して荷重を印加する。したがって、電流狭窄部の形成位置を、半導体レーザ素子の重心位置に設定することで、比較的小さな荷重で素子とサブマウントとを適切に接合することができる。
さらにまた、上記の半導体レーザ素子において、前記電流狭窄部は、前記第1方向に並列して形成された複数のリッジを備え、前記第1方向における前記複数のリッジの中心位置を前記電流狭窄部の前記第1方向における形成位置として、前記電流狭窄部が形成されていてもよい。これにより、複数のリッジが設けられた電流狭窄部を備える場合であっても、素子とサブマウントとを適切に接合することができる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法の一態様は、上記のいずれかの半導体レーザ素子を、前記第2電極側の表面を前記サブマウントに接合される接合面として、当該サブマウント上に載置する工程と、前記半導体レーザ素子に対して前記接合面に垂直な方向に荷重を印加して、前記半導体レーザ素子を前記サブマウントに接合する工程と、を含む。これにより、半導体レーザ素子とサブマウントとが適切に接合された信頼性の高い半導体レーザ装置とすることができる。
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態における半導体レーザ素子を構成する半導体チップ10の構成例を示す断面図である。
半導体チップ(以下、単に「チップ」という。)10は、半導体レーザ装置に組み付けられて所定の注入電流が供給された場合に、レーザ光を発振する。このチップ10は、半導体基板11の主面に、エピタキシャル成長によって形成された多層の半導体層を備える構造を有する。半導体基板11は、例えば、(100)面から<011>方向に所定の傾斜角度θ(例えば、15°)傾斜させた面を主面とするn−GaAs傾斜基板である。すなわち、半導体基板11は、第1方向(図1の左右方向)に相対向する傾斜面と、第1方向に直交する第2方向(図1の紙面垂直方向)に相対向する平行四辺形(ひし形を含む)をなす垂直面とからなる4つの側面を有する、平行6面体構造を有する。以下の説明では、半導体基板11を「傾斜基板」ともいう。
リッジ部15は、チップ10を第2方向(キャビティ方向)から見たとき、チップ10の重心を通り、第1方向と第2方向とに直交する方向の線(後述するサブマウント20との接合面への垂線)の線上に形成されている。つまり、チップ幅方向(第1方向)におけるリッジ部15の形成位置は、チップ幅方向(第1方向)におけるチップ10の重心17の位置(重心位置Pg)である。
つまり、本実施形態においては、リッジ部15のチップ幅方向における形成位置は、サブマウント20に接合される側の電極(本実施形態ではp型電極13)のチップ幅方向における中心位置Ppよりも、サブマウント20に接合される側とは反対側の電極(本実施形態ではn型電極14)のチップ幅方向における中心位置Pn側に設定されていればよい。好ましくは、リッジ部15のチップ幅方向における形成位置は、p型電極13の中心位置Ppよりもn型電極14の中心位置Pn側で、且つn型電極14の中心位置Pn(もしくは中心位置Pn近傍)までの領域内である。
まず、図2に示すように、コレット30によってチップ10を真空吸着して、サブマウント20の上方まで搬送し、その後、コレット30を下降させてチップ10をサブマウント20上に載置する。その際、コレット30は、図3に示すように、チップ10の重心位置Pgを狙ってチップ10のn型電極14側を吸着保持する。コレット30によってチップ10がサブマウント20上に載置されると、図4に示すように、コレット30は、チップ10に対してn型電極14側から接合面に垂直な方向に荷重を印加する。このとき、コレット30は、チップ10の吸着位置(重心位置Pg)においてそのまま荷重を印加する。コレット30による荷重は3g〜60g程度、より好ましくは10g〜30g程度(例えば20g)である。その際、例えば、金スズはんだの場合、280℃以上に加熱し、チップ10とサブマウント20とを接合する。これにより、チップ10はサブマウント20に接合される。
チップ10が接合されたサブマウント20がヒートシンク部40aに接合されると、次に、図5に示すように、n型電極14(図1参照)とリード42とをAuワイヤ23によって電気的に接合(ワイヤボンディング)する。また、サブマウント20表面の電極配線21(図1参照)とリード43とをAuワイヤ24によって接合(ワイヤボンディング)し、p型電極13(図1参照)への通電を可能とする。
以上の工程により、半導体レーザ装置50が製造される。半導体レーザ装置50において、リード42とリード43との間に所定の電圧を印加すると、チップ10の端面からレーザ光が出射され、そのレーザ光が光取出し窓45を透過してステム40の外部に放射される。
チップ10をサブマウント20に接合する場合、チップ10を安定してピックアップするためには、コレット30はチップ10の重心を吸着保持する必要がある。そして、チップ10をサブマウント20上に載置して接合する際には、チップ10をピックアップしたコレット30が、そのままチップ10に荷重を加えることになる。つまり、コレット30は、チップ10の吸着位置に荷重を加えることになる。
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
上述した第一の実施形態では、単一の発光点を有するシングルビームの半導体レーザ素子について説明したが、第二の実施形態では、複数個の発光点を有するマルチビームの半導体レーザ素子について説明する。
図6は、第二の実施形態における半導体レーザ素子を構成する半導体チップ110の構成例を示す断面図である。この図6に示す半導体チップ110において、上述した図1に示す半導体チップ10と同一構成を有する部分には図1と同一符号を付し、以下、構成の異なる部分を中心に説明する。
半導体チップ(以下、単に「チップ」という。)110は、p型電極13側(p型クラッド層)に、リッジ部115を備える。このリッジ部115は、発光部に電流を集中させるための電流狭窄部であり、本実施形態では、チップ幅方向に並列して形成された2つのリッジ(突出部)を有する。すなわち、本実施形態においては、点116aおよび116bがそれぞれ発光点となる。
つまり、本実施形態においては、第1のリッジの形成位置P1と第2のリッジの形成位置P2との中央位置は、p型電極13の電極中心Ppよりもn型電極14の電極中心Pn側に設定されていればよい。好ましくは、第1のリッジの形成位置P1と第2のリッジの形成位置P2との中心位置は、p型電極13の中心位置Ppよりもn型電極の中心位置Pn側で、且つn型電極14の中心位置Pn(もしくは中心位置Pn近傍)までの領域内である。
次に、本発明における第三の実施形態について説明する。
上述した第一および第二の実施形態では、リッジ構造を有する電流狭窄部を備える場合について説明したが、第三の実施形態では、非リッジ構造の電流狭窄部を備える場合について説明する。
図7は、第三の実施形態における半導体レーザ素子を構成する半導体チップ210の構成例を示す断面図である。この図7に示す半導体チップ210において、上述した図1に示す半導体チップ10と同一構成を有する部分には図1と同一符号を付し、以下、構成の異なる部分を中心に説明する。
まず、p型クラッド層(例えば、p−AlGaInP)221をエッチングし、例えば、幅2μm程度のリッジに相当する領域を形成する。次に、MOCVD法により、電流ブロック層としてn型の埋込層(例えば、n−AlInP)222を成長させる。このとき、リッジに相当する領域の上を絶縁膜で保護することで、埋込層222は当該リッジ上には結晶成長せず、リッジ部と非リッジ部の高低差が少なくなる。
つまり、本実施形態においては、電流狭窄部220(リッジ)の形成位置は、p型電極13の電極中心Ppよりもn型電極14の電極中心Pn側であればよい。好ましくは、電流狭窄部220(リッジ)の形成位置は、p型電極13の中心位置Ppよりもn型電極の中心位置Pn側で、且つn型電極14の中心位置Pn(もしくは中心位置Pn近傍)までの領域内である。
次に、本発明における第四の実施形態について説明する。
上述した第三の実施形態では、非リッジ構造の電流狭窄部として、埋込型構造の電流狭窄部を備える場合について説明したが、第四の実施形態では、さらに別の非リッジ構造の電流狭窄部を備える場合について説明する。
図8は、第四の実施形態における半導体レーザ素子を構成する半導体チップ310の構成例を示す断面図である。この図8に示す半導体チップ310において、上述した図1に示す半導体チップ10と同一構成を有する部分には図1と同一符号を付し、以下、構成の異なる部分を中心に説明する。
半導体チップ(以下、単に「チップ」という。)310は、リッジ構造を形成せず、絶縁膜および結晶のコンタクト層をパターニングすることで電流狭窄する電流狭窄部320を有する。チップ310の具体的な製造工程は、以下のとおりである。
以上の構成により、上述した第一〜第三の実施形態と同様に、必要以上に荷重を加えることなく、チップ310をはんだで濡らすことができ、チップ310が倒れる等の不具合を防止して適切にチップ310をサブマウント20に接合することができる。したがって、非リッジ構造を有する電流狭窄部を備える半導体レーザ素子において、キャビティ方向に直交する方向の幅が比較的狭い傾斜基板を用いた場合であっても、良好にチップ310をサブマウント20に接合することができる。このように、信頼性を確保しつつ、短波長化および高出力化を実現することができる。
上記各実施形態においては、傾斜基板11をGaAs基板とする場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、傾斜基板11は、InP基板であってもよいし、GaN基板であってもよいし、Si基板であってもよい。傾斜基板11の材質は、発光波長に応じて適宜選択することができる。
また、上記各実施形態においては、各チップ(10等)を、ジャンクションダウン方式でサブマウント20に接合する場合について説明したが、ジャンクションアップ方式でサブマウント20に接合するようにしてもよい。ただし、ジャンクションダウン方式の方がチップ(10等)の放熱性を向上させることができるため、好ましい。
Claims (6)
- 第1方向に相対向する傾斜面と、前記第1方向に直交する第2方向に相対向する平行四辺形をなす垂直面とからなる4つの側面を有する基板と、
前記基板上に形成された、少なくとも活性層を含む多層の半導体層と、
前記基板における前記半導体層とは反対側の面に形成された第1電極と、
前記半導体層上に形成された第2電極と、
前記半導体層に形成された、前記活性層の特定領域に電流を集中して注入するための電流狭窄部と、を備える半導体チップを有し、
該半導体チップの前記第2電極が形成されている側が、サブマウントに接合される側であり、該サブマウントに接合される側から、前記第2電極、前記電流狭窄部、前記活性層が順に形成され、
前記電流狭窄部の前記第1方向における形成位置は、
前記第2電極が形成されている側の前記半導体チップの前記第1方向における幅であるチップ幅の中心位置よりも、前記第1電極側の前記チップ幅の中心位置側に設定されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記電流狭窄部の前記第1方向における形成位置は、
前記第1方向における前記半導体チップの重心位置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。 - 前記電流狭窄部は、リッジ構造を有す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。
- 前記電流狭窄部は、前記第1方向に並列して形成された複数のリッジを備え、
前記第1方向における前記複数のリッジの中心位置を前記電流狭窄部の前記第1方向における形成位置として、前記電流狭窄部が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ素子。 - 半導体チップを備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記半導体チップを製造する工程は、
第1方向に相対向する傾斜面と、前記第1方向に直交する第2方向に相対向する平行四辺形をなす垂直面とからなる4つの側面を有する基板上に、少なくとも活性層を含む多層の半導体層を形成する工程と、
前記基板における前記半導体層とは反対側の面に第1電極を形成する工程と、
前記半導体層上に第2電極を形成する工程と、
前記半導体層に、前記活性層の特定領域に電流を集中して注入するための電流狭窄部を形成する工程と、を含み、
前記電流狭窄部を形成する工程は、
サブマウントに接合される前記第2電極が形成されている側の前記半導体チップの前記第1方向における幅であるチップ幅の中心位置よりも、前記第1電極側の前記チップ幅の中心位置側に、前記電流狭窄部を形成する工程であることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 前記請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子を、前記第2電極側の表面を前記サブマウントに接合される接合面として、当該サブマウント上に載置する工程と、
前記半導体レーザ素子に対して前記接合面に垂直な方向に荷重を印加して、前記半導体レーザ素子を前記サブマウントに接合する工程と、を含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
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