JP6627651B2 - レーザ素子、レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係るレーザ素子の断面図である。このレーザ素子は、ストライプ状に***したリッジ部10aを備えている。リッジ部10aの横には、リッジ部10aに隣接し、リッジ部10aを両側から挟むチャネル部10bが形成されている。チャネル部10bはリッジ部10aより高さが低い。チャネル部10bのリッジ部10aとは反対側にはチャネル部10bに隣接するテラス部10cが形成されている。テラス部10cはチャネル部10bより高く形成されている。テラス部10cとリッジ部10aの高さは同程度である。リッジ部10a、チャネル部10b及びテラス部10cをまとめてレーザ構造10と称する。レーザ構造10の材料は半導体である。
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.2462-2467には、STP法を用いて形成された樹脂膜の膜厚と、中空部の大きさとの関係に関する記載がある。この文献には、樹脂膜の膜厚が約2μm、約9μmの場合、中空部を維持するためにはそれぞれ中空部の幅を20μm以下、100μm以下にすべきであることが記載されている(p.2465,Fig.10)。しかし、一般的な半導体レーザ素子のチャネル部の幅は10〜50μm程度であり、共振器長は200μm程度である。天井部の膜厚を1〜10μmとすると、上記一般的な半導体レーザ素子において、中空部を形成することは困難である。つまり、上記一般的なサイズの半導体レーザ素子に天井部を形成しようとすると天井部の強度が不足し、天井部が中空部に垂れ下がってくる問題があった。
仮に、樹脂でリッジ部10aの左右の溝を埋め込んだとすると、その静電容量Cは、
C=ε0εrS1/(d1+2d1)=ε0S1/d1
となる。
それぞれの静電容量は、
C1=ε0εrS1/d1=ε0・3・S1/d1=3ε0S1/d1
C2=ε0εrS1/2/2d1=ε0・3・S1/d1=3ε0S1/d1
C3=ε0εrS1/2/2d1=ε0・1・S1/d1=ε0S1/d1
となる。
図12に示されるように、天井部16が直列に、支持部13と中空部15が並列の関係になっていることから、中空部15を形成した場合の全体の静電容量Cを表す式は、
1/C=1/C1+1/(C2+C3)
となる。よって、
C=C1・(C2+C3)/(C1+C2+C3)=3/4・ε0S1/d1
となる。以上のことから、リッジ部10aの左右の溝を樹脂で埋め込んだ場合よりも、中空部15を形成した場合の方が静電容量を小さくすることができることが分かる。静電容量を小さくすることで、高速動作に有利なレーザ素子を提供することができる。
図13は、実施の形態2に係るレーザ素子の断面図である。実施の形態2に係るレーザ素子は、支持部40をリッジ部10aの側面に接触させたものである。天井部16は、支持部40とテラス部10cによって支持されている。支持部40がリッジ部10aの左右に接することで、実施の形態1に比べてリッジ構造の幅が大きくなっている。
図19は、実施の形態3に係るレーザ素子の断面図である。このレーザ素子は、図1に示す支持部13と図13に示す支持部40を両方備えている。つまり、支持部として、リッジ部10aの側面に接する部分である支持部40と、リッジ部10aの側面にもテラス部10cの側面にも接しない部分である支持部13とが設けられている。
図25は、実施の形態4に係るレーザ素子の断面図である。このレーザ素子の天井部16はチャネル部10bの上方に設けられ、テラス部10cの上方に設けられていない。より詳細には、天井部16は支持部13と支持部40に支持されており、テラス部10cには支持されていない。支持部13、40の平面形状は図22のとおりである。
図31は、実施の形態5に係るレーザ素子の断面図である。実施の形態1−4ではテラス部10cを半導体で形成したが、実施の形態5のテラス部60は樹脂で形成されている。樹脂で形成したテラス部60の高さを調整するのは容易である。よって、リッジ部10a、支持部13、40及びテラス部60の高さを容易にそろえることができる。
図32は、実施の形態6に係るレーザ素子の断面図である。金属層18は、2つのテラス部10cのうち、一方のテラス部10cの上方にはあるが、他方のテラス部10cの上方にはない。このように、レーザ素子の片側だけに金属層18による配線を配置することで、配線の寄生容量を小さくすることができる。
図33は、実施の形態7に係るレーザ素子の支持部等の平面図である。感光性樹脂を材料とする支持部13は、共振器長方向に沿って複数形成されている。言い換えると、複数の島状の支持部13がリッジ部10aに沿って設けられている。天井部及び金属層の形状は実施の形態1と同じである。
図35は、実施の形態8に係る支持部等の平面図である。埋込部30は、レーザ素子の端面より内側に設けられている。図36は、図35の支持部13、埋込部30及びテラス部10cの上に形成された天井部16を示す図である。実施の形態1では図9を参照しつつ説明したように、レーザ構造全体に天井部16を形成したが、実施の形態8では、図36に示すように共振器の短手方向に長い天井部16を形成する。天井部16が感光性樹脂の場合、露光、現像及びアッシングにより天井部16をパターニングする。他方、天井部16が非感光性樹脂の場合、天井部16の上部に絶縁膜によるハードマスク及びレジストを形成し、ドライエッチングによりパターニングを行う。
Claims (18)
- ストライプ状に***したリッジ部と、
前記リッジ部に隣接し、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、
前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、
前記チャネル部の上に設けられ、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部と、
前記支持部の上に設けられた第1部分と、前記第1部分につながり前記チャネル部の上に中空部を介して位置する第2部分とを有する、樹脂で形成された天井部と、
前記天井部の上に設けられるとともに前記リッジ部の上面に接続された金属層と、を備え、
前記金属層は前記テラス部の上に設けられたパッド部を有し、
前記中空部は、前記金属層のうち、前記リッジ部の上の部分と、前記パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とするレーザ素子。 - 前記天井部は、前記第1部分又は前記第2部分につながり、前記テラス部の上に設けられた第3部分を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ素子。
- 前記支持部は、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の両方から離して設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ素子。
- ストライプ状に***したリッジ部と、
前記リッジ部に隣接し、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、
前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、
前記チャネル部の上に設けられ、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部と、
前記支持部の上に設けられた第1部分と、前記第1部分につながり前記チャネル部の上に中空部を介して位置する第2部分とを有する、樹脂で形成された天井部と、
前記天井部の上に設けられるとともに前記リッジ部の上面に接続された金属層と、
前記チャネル部の上に設けられ、平面視で前記支持部の両端に接続し、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の両方に直接又は絶縁膜を介して接する、樹脂で形成された埋込部と、
前記天井部の一部として形成された、前記埋込部の上に設けられ、前記第1部分又は前記第2部分につながる第4部分と、を備えたことを特徴とするレーザ素子。 - 前記埋込部は、レーザ素子の端面に沿って設けられたことを特徴とする請求項4に記載のレーザ素子。
- 前記埋込部は、レーザ素子の端面より内側に設けられたことを特徴とする請求項4に記載のレーザ素子。
- 前記支持部は前記リッジ部の側面に直接又は絶縁膜を介して接することを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ素子。
- 前記支持部は、前記リッジ部の側面に直接又は絶縁膜を介して接する部分と、前記リッジ部の側面にも前記テラス部の側面にも接しない部分とを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザ素子。
- 前記天井部は前記チャネル部の上方に設けられ、前記テラス部の上方に設けられていないことを特徴とする請求項1に記載のレーザ素子。
- 前記テラス部は樹脂で形成されたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のレーザ素子。
- 前記金属層は、一方の前記テラス部の上方にはあるが、他方の前記テラス部の上方にはないことを特徴とする請求項2に記載のレーザ素子。
- 前記支持部は、共振器長方向に沿って複数形成されたことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のレーザ素子。
- 前記支持部は、平面視で環状に設けられ、
前記天井部は、前記支持部によって囲まれた空間を密閉することを特徴とする請求項1に記載のレーザ素子。 - ストライプ状に***したリッジ部と、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の前記チャネル部の一部に樹脂を形成し、前記レーザ構造と前記樹脂によって密閉された中空部を形成する工程と、
前記樹脂の上に前記リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、
レジストを用いて前記金属層をパターニングする工程と、を備え、
前記金属層は前記テラス部の上に設けられたパッド部を有し、
前記中空部は、前記金属層のうち、前記リッジ部の上の部分と、前記パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とするレーザ素子の製造方法。 - 前記樹脂は、前記チャネル部に直接又は絶縁膜を介して接する支持部と、前記支持部の上に設けられ前記中空部の天井となる天井部とを有し、
前記天井部の一部は、前記テラス部の上に設けられ、
前記金属層をパターニングすることで、前記テラス部の上にパッド電極を形成することを特徴とする請求項14に記載のレーザ素子の製造方法。 - ストライプ状に***したリッジ部と、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の前記チャネル部の一部に樹脂を形成し、前記レーザ構造と前記樹脂によって密閉された中空部を形成する工程と、
前記樹脂の上に前記リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、
レジストを用いて前記金属層をパターニングする工程と、を備え、
前記樹脂は、
前記チャネル部の上に設けられ、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた支持部と、
前記チャネル部の上に設けられ、平面視で前記支持部の両端に接続し、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の両方に直接又は絶縁膜を介して接する埋込部と、
前記支持部と前記埋込部によって支持された、前記中空部の天井である天井部と、を備えたことを特徴とするレーザ素子の製造方法。 - ストライプ状に***したリッジ部と、前記リッジ部を両側から挟み、前記リッジ部より高さが低いチャネル部と、前記チャネル部の前記リッジ部とは反対側に隣接し、前記チャネル部より高く形成されたテラス部と、を有するレーザ構造の前記チャネル部の一部に、前記リッジ部の側面と前記テラス部の側面の少なくとも一方と離して設けられた、樹脂で形成された支持部を形成する工程と、
前記支持部と前記リッジ部とに支持された樹脂を材料とする天井部を、ラミネート法又はSTP法によって形成し、前記天井部と前記チャネル部の間に中空部を形成する工程と、
前記天井部の上に前記リッジ部の上面に接する金属層を形成する工程と、を備え、
前記金属層は前記テラス部の上に設けられたパッド部を有し、
前記中空部は、前記金属層のうち、前記リッジ部の上の部分と、前記パッド部との間の部分の下方にあることを特徴とするレーザ素子の製造方法。 - 前記支持部は前記リッジ部の側面に直接又は絶縁膜を介して接触したことを特徴とする請求項17に記載のレーザ素子の製造方法。
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