JPS60217685A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発泡は発光素子、たとえば、端面の共振器端からレー
ザ光る出射（発光）する半導体レーザ素子、あるいはこ
のような半導体レーザ素子部を有する集積化光デバイス
（ＯＥＩＣ素子）等の発光素子に関する。

〔背景技術〕

光通信用光源あるいはディジタルオーディオディスク、
ビデオディスク等の情報処理装置用光源となる半導体レ
ーザ素子については、たとえば、Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ　、　１９８２年、５月号。

２５頁における岡等による６半導体レーザの技術革新”
と題する文献において論じられている。

また、先行技術（日経エレクトロニクス、１９８１年、
９月１４日号、１３８〜１５２頁：オーディオｅディス
クの要求に応える半導体レーザ：伐木等）には、半導体
レーザ素子（以下、単にレーザチップとも称する。）は
電極を形成したウェハな分断（骨間）することによって
製造されて（・ること、そして、前記′電極は多層金属
構造でかつ主材料としては金（Ａｕ）が多く使われて（
・ること力を開示されている。

しかし、この技術は、前記ウエノ・の分断時に電極とな
るＡｕが延びて引き千切れることによって発生した突出
Ａｕ部分（張り出し電極部分）の垂れ下がりによるショ
ート不良の問題を認識して（・ない。

すなわち、従来のこの種レーザチップにあっては、その
製造時において、つぎに示すような理由圧よって、レー
ザチップの一面に設けられた電極の張り出しおよび垂れ
下がり現象が生じ易り、ｐｎ接合におけるショートが発
生し易くなること力を本発明者等によってあきらかとさ
れて（・る。

レーザチップは１００μｍ前後と騨（・基板の主面上に
多層成長層を有する構造となって（・で、この多層成長
層の一構成層である活性層の端面（より正確には共振器
端面）からレーザ光を出射する構造となっている。そし
て、少なくとも一方の電極は前記多層成長層の上面側に
設けられている。

この多層成長層上の電極と前記活性層との距離は、たと
えば、３μｍ程度と極めて短い。このため、多層成長層
上の電極がレーザチップの周縁から張り出しかつ垂れ下
がるようなことがあると、この垂れ下がり電極部分はｐ
ｎ接合を跨ぎ異なる導電影領域に接触し、あるいはｐｎ
接合に接触し、ショート状態を引き起こすことになる。

前述のように、多層成長層上の電極は展延性に富むＡｕ
によって形成されていることから、ウェハ分断時にＡｕ
は伸びながら引き千切れ、レーザチップの周縁には張り
出し電極部分が発生してしまう。

そこで、このようなＡｕの垂れ下がりによるショート不
良を低減させる技術として、本出願人、第１図に示すよ
うな技術を開発した。

すなわち、この技術は、半導体レーザ素子（レーザチッ
プ）１の多層成長層２の上面に設けられるＡｕからなる
アノード電極（ｉｔ極）３を、その周縁がレーザチップ
１０周縁から数十μｍ内側に位置するように形成し、ウ
ェハを分断してチップ化する際、展延性に富んだＡｕが
延在しない部分でウェハの分断を行い、Ａｕの垂れ下が
りを防ぐ技術である。

なお、図で示されるレーザチップ１は、埋め込みへテロ
構造（ＢＨ；　ｂｕｒｉｅｄ−ｈｅｔｅｒｏ　５ｔｒｕ
ｃｔｕｒｅ　）である。ここで、レーザチップ１につい
て簡単に説明する。レーザチップはｎ形のＩｎ（インジ
ウム）−Ｐ（燐）の基板４の主面〔上面：（１００）結
晶面〕にｎ形ＩｎＰからなるバッファＪｄ５．Ｉｎ−〇
ａ（ガリウム）−Ａｓ（砒素）−Ｐからなる活性層６．
ｐ形ＩｎＰからなるクラッド層７．ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ
からなるキャップ層８を順次形成した多層成長層２がス
トライブ状に形成されている。この多層成長層は断面形
状が逆三角形となり、いわゆる逆メサ構造となるととも
に、この逆メサ構造の側面は（１１１）結晶面となり、
Ｉｎが現われる面となっている。また、この逆メサ面部
分の下端から下方の部分は緩やかに広がる順メサ構造と
なっている。また、この多層成長層２の両側にはｘｔｌ
　ｄｌ　Ｔ　−Ｄ　Ｊｋ、Ｉ”＊＋４＋ｔ”ｍ−、、Ｊ
ａ＋ノ　〃ｌ！Ｑ　ｆｉ　綴σ）ＩｎＰからなる埋め込
み層１０　、ＩｎＧａＡｓＰからなるキャップ層１１が
積層状態で埋め込まれている。また、多層成長層２の電
極コンタクト領域を除く基板４の主面側は絶縁膜１２で
被われている。そして、基板４の主面側にはアノード電
極３が、基板４の裏面にはカソード電極１３がそれぞれ
設けられている。これら電極はそれぞれ全系電極となっ
ている。なお、前記キャップ層８およびクラッド層７０
表層部分には亜鉛（Ｚｎ　）が拡散されてｐ＋形の亜鉛
拡散領域からなるオーミック吻コンタクト層１４（点点
が施されている領域）が設けられている。

このようなレーザチップ１はアノード電極３およびカソ
ード電極１３に所定電圧が印可されると、活性層６の端
面（共振器端面）からレーザ光１５を発光する。

ところで、このようなレーザチップは、ウエノ・を分断
した際、矩形体となっているレーザチップ１の角が欠け
ることがときとして起き、第１図に示されるようｒｌｌ
、Ｌ；−ザチップ１の周縁から離れた内側に位置したア
ノード電極３部分にも欠はカー達し、欠は片にアノード
電極３が引っ張られてアノード電極３の一部が延び、延
びた部分１６カを欠けて現れたｐｎ接合部分１７に接触
し、ショート不良を引き起こすことが本発明者によって
明らかにされた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は発光素子の角部の欠けによってもショー
ト不良の発生が起き難い発光素子を提供することにある
。

本発明の他の目的はウエノ・のチップ化における製造歩
留りが高くできる構造の発光素子を提供することにより
、発光素子の製造コストσ）低減化を達成することにあ
る。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願におい（開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の発光素子は、レーザ光を発光する共
振器端に対応するレーザチップの周縁部分を除くレーザ
チップの周縁にはアノード電極部分を延在させなくしで
あること、また、矩形体となっているレーザチップの角
に対応するアノード電極の角部分は、面取りしてレーザ
チップの角からさらに遠ざかるようにしであることから
、ウェハを分断してチップ化する際のスクライビング。

クラッキングにおいてレーザチップの角が欠けるような
ことがあっても、前述のようにレーザチップの角部分は
面取りが施されていることから、欠は部分はアノード電
極部分に達する確率は極めて少ない。したがって、アノ
ード電極部分の破断が生じないことによって、レーザチ
ップの角部の欠けによって電極が垂れ下がることもなく
なり、張り出し電極部分によるショート発生率の低減が
達成できる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例によるレーザチップの斜視図
、第３図は同じくレーザチップの実装状態における放熱
状態を示す模式図、第４図は同じくレーザチップの発熱
状態を示す模式的平面図、第５図は同じくアノード電極
の共振器端部に対応するネック部分の幅と電流密度との
相関を示すグラフである。

この実施例では、埋め込みへテロ構造（ＢＨ）の長波長
半導体レーザ素子に本発明を適用した例について説明す
る。

レーザチップは、素子形成が終了した化合物半導体薄板
（ウェハ）を、弁開、スクライビング。

クラッキング等によって縦、横に格子状に分断すること
によって形成される。そして、この実施例のレーザチッ
プは第２図に示されるように、共振器に３〜４μｍと近
接した位置に設けられたアノード電極のパターンに特徴
がある。この電極パターンは電極形成時の蒸着・エツチ
ング用のマスクパターン等の選択によって自由に変更で
きる。

つぎに、レーザチップの構造について説明する。

レーザチップはｎ形のＩｎ−Ｐの基板４の主面〔上面：
　（１００）結晶面〕にｎ形ＩｎＰからなるバッファ層
５　、　Ｉｎ−Ｇａ−Ａｓ−Ｐからなる活性層（共振器
）６．ｐ形ＩｎＰからなるクラッド層７．ｐ形Ｉ　ｎ　
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐからなるキャップ層８を順次形成し
た多層成長層２がストライプ状に形成されている。この
多層成長層は断面形状が逆三角形となり、いわゆる逆メ
サ構造となるとともに、この逆メサ構造の側面は（１１
１）結晶面となり、Ｉｎが現われる面となっている。ま
た、この逆メサ面部分の下端から下方の部分は緩やかに
広がる順メサ構造となっている。また、この多層成長層
２の両側にはｐ形のＩｎＰからなるブロッキング層９．
ｎ形のＩｎＰからなる埋め込み層１０゜ＩｎＧａＡｓＰ
からなるキャップ層１１が積層状態で埋め込まれている
。また、多層成長層２の電極コンタクト領域を除く基板
４の主面側は絶縁膜１２で被われている。そして、基板
４の主面側にはＡｕ系電極からなるアノード電極３が形
成されている。

また、基板４の裏面にはＡｕ系のカソード電極１３が設
けられている。また、前記キャップ層８およびクラッド
層７０表層部分には亜鉛（Ｚｎ　）が拡散されてｐ＋形
の亜鉛拡散領域からなるオーミック・コンタクト層１４
（点点が施されている領域）が設けられている。

ところで、前記アノード電極３は第２図に示されるよう
に、共振器の端部に対応するレーザチップ１の周縁部分
に延在しているが、他の周縁部分はレーザチップ１の周
縁から、たとえば、５０μｍ程度離れている。また、矩
形体からなるレーザチップ１の角部に対応するアノード
電極３の四隅は面取りが施されている。レーザチップ１
０寸法は、たとえば、幅が４００μｍ、長さり。が３０
０μｍ。

高さが１００μｍとなり、共振器の幅は２μｍ程度、厚
さは０．１５μｍ程度となっている。したがって、アノ
ード電極３の各部分の寸法は次のようになっている。前
記共振器の端部を被う共振器端部上電極１８０幅（ネッ
ク幅）Ｗは１００μｍ。

アノード電極３の共振器上以外の部分における共振器に
沿う長さＬは２００μｍ、アノード電極３の四隅の角の
面取り部１９０面取り長さくチャンファ）Ｃは３０μｍ
となっている。また、アノード電極３の厚さｔは０．６
μｍ程度となっている。

ところで、前記共振器端部上電極１Ｂのネック幅Ｗおよ
びアノード電極３の厚さ等は次のような検討によりめた
。

すなわち、レーザチップ１にあっては、共振器端面のキ
ャリヤ注入効率および発光効率が低下しないように、か
つまたパルセージ冒ン（自励ハルス発振）が発生しない
ように、アノード電極３は共振器の全長に渡って設ける
必要があり、前記共振器端部上電極１８は不可欠のもの
である。また、駆動時の発熱について考察してみると、
レーザチップ１における温度分布は第４図に示されるよ
うに、レーザチップ１の共振器端面部分は熱抵抗が高く
温度上昇範囲が大きいことが分かる。ハンチング領域が
高温部分領域であり、その縁が等製線である。レーザチ
ップ１における共振器６部分で発生した熱は、第３図の
矢印で示されるように、殆どの熱は基板４．ソルダー２
０を通って支持板２１に逃げるが、高電流動作では共振
器領域の３〜４μｍ程度離れた位置に設けられた共振器
端部上電極１８を介して放射あるいは対流によって逃げ
る熱が無視できない。この結果、第４図に示されるよう
に、高温領域の幅ａは１００μｍ程度となり、放熱効率
を考慮した場合には、前記共振器端部上電極１８のネッ
ク幅Ｗは少なくとも１００μｍが必要となる。但し、前
記ネック幅Ｗが広くなると、チップ化の際のアノード電
極３の分断幅が広くなり、引き千切られるＡｕの突出部
分が多くなる可能性があり、ショート不良を引き起こす
確率も高くなることから、ネック幅Ｗはできるだけ狭い
ことが望ましい。そこで、共振器端部上電極１８のネッ
ク＠Ｗは１００μｍを選択した。

一方、前記共振器端部上電極１８のネック幅Ｗはエレク
トロマイグレーションに対しても大きく関与する。すな
わｈ、エレクトロマイグレーション冗長度は、第５図に
示されるように、縦軸が電極密度Ｊ　（Ａ／ｆｆｌ　）
、横軸がネック幅Ｗ（μｍ）となるグラフで表され、そ
の曲線は次式で与えられる。

ここで、■ｍａｘは最大許容電流、Ｗはネック幅Ｗ、ｔ
は電極の厚さ、Ｌｏは共振器の全長、Ｌ、は共振器に沿
う電極の長さである。

また、同グラフに示す点線はＡｕの許容電流密度（６Ｘ
１０’Ａ／ｉ）を示す線である。そこで、共振器端面で
局所発熱を最小とすること、および前述のように放熱効
果を考慮してネック幅Ｗが１００μｍとなることから、
アノード電極３の厚さは０．６μｍを採用した。

他方、アノード電極３における面取り部１９０面取り長
さＣは、レーザチップ１の割れ、欠けが７／−ド′電極
３に掛かる確率を下げるために、たとえば、３０μＩｎ
と決定した。

このようなレーザチップ１は、ウェハを分断した際、矩
形体となってい・るレーザテップ１の角が欠けることが
ときとして起きても、レーザチップｌの角部分は面取り
が施されていることがら、欠は部分はアノード電極部分
３に達する確率は極めて少ない。したがって、アノード
電極部分３に亘る破断が生じ難いことによって、レーザ
チップ１の角部の欠けによって電極が垂れ下がることも
なくなり、垂れ下がり電極部分によるショート発生率の
低減が達成できる。

〔効果〕

１、本発明の発光素子は、レーザ光を発光する共振器端
に対応するレーザチップの周縁部分を除くレーザチップ
の周縁にはアノード電極部分を延在させなくしであるこ
と、また、矩形体となっているレーザチップの角に対応
するアノード電極の角部分は面取りしてレーザチップの
角からさらに遠ざかるようにしであることから、ウエノ
・を分断してチップ化する際のスクライビング、クラッ
キングにおいてレーザチップの角が欠けるようなことが
あっても、前述のようにレーザチップの角部分は面取り
が施されていることから、欠は部分はアノ−ド電極部分
に達する確率は極めて少ない。したがって、アノード電
極部分の破断が生じないことによって、レーザチップの
角部の欠けによって電極が垂れ下がることもなくなり、
張り出し電極部分によるショート発生率の低減が達成で
きる゛という効果が得られる。

２、本発明のレーザチップ１はアノード電極３の製造に
際して、蒸着マスクのパターン変更あるいはエツチング
マスクのパターン変更によって、前述のような電極パタ
ーンを形成できることから、製造コストの高騰を防止で
き、素子構造の変更によっても支障は生じないという効
果が得られる。

３、上記１から、本発明のレーザチップ１はウェハのチ
ップ化における製造歩留りが向上するため、製造コスト
の低減が達成できるという効果が得られる。

４、本発明の半導体レーザ素子は従来品の特性。

信頼性に悪影響を及ぼすことなく、電極がレーザチップ
の局面に延在するような電極外観不良の発生を低減でき
るため、歩留りの向上が達成できるという効果が得られ
る。

５、上記１〜４により、本発明によれば、品質が安定し
信頼性の高い半導体レーザ素子を安価に提供することが
できるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である長波長半導体レーザ
素子技術に適用した場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、たとえば、可視光、赤外光等を
発光する半導体レーザ素子技術などに適用できる。

本発明は少なくとも、端面の共振器端からレーザ光を発
光する半導体レーザ素子、あるいはこのような半導体レ
ーザ素子部を有する集積化光デバイス（ＯＥＩＣ素子）
等の発光素子に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人の開発によるレーザチップにおける不
良モードを示す斜視図、 第２図は本発明の一実施例によるレーザチップの斜視図
、 第３図は同じくレーザチップの実装状態における放熱状
態を示す模式図、 第４図は同じくレーザチップの発熱状態を示す模式的平
面図、 第５図は同じくアノード電極の共振器端部に対応するネ
ック部分の幅と電流密度との相関を示すグラフである。 １・・・半導体レーザ素子（レーザチップ）、２・・・
多層成長層、３・・・アノード電極（電極）、４・・・
基板、５・・・バッファ層、６・・・活性層（共振器）
、７・・・クラッド層、８・・・キャップ層、９・・・
ブロッキング層、１０・・・埋め込み層、１１・・・キ
ャップ層、１２・・・絶縁膜、１３・・・カソード電極
、１４・・・オーミック・コンタクト層、１５・・・レ
ーザ光、１６−・・・延びた部分、１７・・・ｐｎ接合
部分、１８・・・共振器端部上電極、１９・・・面取り
部、２ｏ・・・ソルダー、２１第　１　図 第　２　図 第　３　図 第　４　図 第　５　図 汗ツ７幅Ｗ（戸ｒＫ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体からなる基板と、この基板の主面上に積層形
   成されかつ端面からレーザ光を発光する共振器部分を有
   する多層成長層と、前記多層成長層上に設けられる電極
   と、を有する矩形体の発光素子であって、前記電極は共
   振器の端部に対応する発光素子周縁部分を除く周縁部分
   には延在せず、またこの電極の発光素子の四隅に対応す
   る部分は他の部分よりもさらに離れて内側に位置してい
   ることを特徴とする発光素子。 ２、前記電極は金糸材料からなるとともに、゛電極の四
   隅は面取りされていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の発光素子。 ３、前記電極の共振器端部に対応する部分の幅は１００
   μｍの幅となって共振器端部を被うとともに、電極各辺
   は発光素子の周縁から５０μｍ離れ、かつ電極の四隅は
   ３０μｍの面取りが施されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の発光素子。